KR20110089362A - 수직형 터빈 - Google Patents

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KR20110089362A KR1020117014534A KR20117014534A KR20110089362A KR 20110089362 A KR20110089362 A KR 20110089362A KR 1020117014534 A KR1020117014534 A KR 1020117014534A KR 20117014534 A KR20117014534 A KR 20117014534A KR 20110089362 A KR20110089362 A KR 20110089362A
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Abstract

본 발명에 따른 수직형 터빈은, 유체의 유동방향에 대하여 수직하게 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브; 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크와 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드; 상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부; 유속과 유동방향을 감지하는 감지부; 상기 피치제어부를 구동하되 상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 및 상기 중심축이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대를 포함하며, 상기 다수의 상부 스포크는 상기 상부허브에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크는 상기 하부허브에 회동가능하게 결합될 수 있다.

Description

수직형 터빈{VERTICAL AXIS TURBINE}
본 발명은 수직형 터빈에 관한 것으로 보다 상세하게는 유체를 이용한 발전장치 등에 사용되는 수직형 터빈에 관한 것이다.
일반적으로 터빈은 크게 수력 터빈, 증기 터빈, 풍력 터빈, 가스 터빈 등으로 나뉜다.
통상적으로 터빈은 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용해 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다. 이러한 터빈은 수평축 터빈(horizontal axis turbine)과 수직축 터빈(vertical axis turbine)으로 대별되는데, 수평축을 이용하는 방식은 프로펠러 방식으로서 발전 효율은 비교적 높으나 유체의 유동방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 유체의 유동세기에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하다. 또한 수평축을 이용하는 경우는 로터의 축이 최소한 로터의 반지름보다 높은 곳에 위치하게 되므로 높은 곳에 위치한 로터축과 발전기를 연결하기 위해서는 발전기를 로터축과 같은 높이에 설치하여 발전기의 회전축과 로터의 회전축을 거의 동일한 위치에 설치하거나, 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 장치를 설치하여 발전기와 연결을 한다.
상기와 같은 경우 전자의 경우에는 유체의 강한 흐름에 의해 기구적인 손상이 발생할 수 있는 위험과 유지, 보수가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 후자의 경우에는 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 과정에서 에너지의 손실이 일어난다.
상기 풍력 터빈의 경우에는 다리우스식(Darrius Rotor)과 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있다. 상기 다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 1회전동력 장치가 필요하다는 문제가 있으며, 상기 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되고 있다.
또한, 수력 터빈의 경우에는 고를로프 터빈이 사용되고 있는 데, 상기 고를로프 터빈은 낮은 유속에서도 회전될 수 있다.
종래기술에 따른 수직형 터빈은, 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축과, 상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브와, 상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브와, 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 고정되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크에 고정된 다수의 블레이드로 이루어진다.
그러나 종래기술에 따른 수직형 터빈은 상기 유체의 유동방향이 일정하지 않고 수시로 변하는 경우에는 상기 수직형 터빈에서 발생되는 에너지 효율이 낮아지는 단점이 있다. 즉, 상기 블레이드가 고정되어 있기 때문에 수시로 변하는 유체의 유동방향에 대해 상기 블레이드가 최적화된 피치각도를 유지할 수 없는 단점이 있다.
또한, 상기 상부 스포크와 하부 스포크가 각각 상기 상부허브와 하부허브에 방사형으로 고정되어 형성되기 때문에 상기 이동시 큰 부피에 의해 불편이 초래되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 유체의 유동방향에 따라 블레이드의 피치각을 조절할 수 있으며, 부피를 가변시킬 수 있어 이동 및 설치가 용이한 수직형 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 수직형 터빈은, 유체의 유동방향에 대하여 수직하게 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브; 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크에 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드; 상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부; 상기 유체의 유속과 유동방향을 감지하는 감지부; 상기 피치제어부를 구동하되 상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 및 상기 중심축이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대를 포함하며, 상기 다수의 상부 스포크는 상기 상부허브에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크는 상기 하부허브에 회동가능하게 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 터빈은, 유체의 유동방형에 대하여 수직하게 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축; 상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브; 상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브; 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크와 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드; 상기 다수의 상부 스포크에 또는 하부 스포크 중 적어도 어느 하나에 구비되며, 상기 블레이드의 피치각을 변경시키기기 위해 상기 블레이드의 회전축과 연결된 서보모터; 상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 감지된 데이터에 따른 상기 블레이드의 최적피치각이 저장된 데이터저장부; 상기 데이터저장부에 저장된 블레이드의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드가 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터를 작동시키는 제어부; 상기 중심축이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대를 포함하며, 상기 다수의 상부 스포크는 상기 상부허브에 회동가능하게 결합되고, 상기 다수의 하부 스포크는 상기 하부허브에 회동가능하게 결합될 수 있다.
상기 상부허브와 상기 다수의 상부 스포크는 상부 힌지축에 의해 결합되며, 상기 하부허브와 상기 다수의 하부 스포크는 하부 힌지축에 의해 결합될 수 있다.
상기 상부허브에는 상기 상부 힌지축의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크를 상기 상부허브에 고정시키는 스토퍼가 구비되며, 상기 하부허브에는 상기 하부 힌지축의 회동을 제한하여 상기 하부 스포크를 상기 하부허브에 고정시키는 스토퍼가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 터빈은, 상기 상부허브에 착탈가능하게 결합되며, 상기 상부 스포크가 끼워지는 다수의 고정홈이 형성된 고정홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 고정홀더는, 발전시 방사형을 이루도록 펼쳐진 상기 다수의 상부 스포크가 상기 상부 힌지축을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 발전용 고정홀더로 이루어질 수 있다.
상기 고정홀더는, 비발전시 직선형을 이루도록 접혀진 상기 다수의 상부 스포크가 상기 상부 힌지축을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 비발전용 고정홀더로 이루어질 수 있다.
상기 상부허브의 외주면 또는 상기 고정홀더의 내주면 중 일측에는 걸림돌기가 형성되고 타측에는 상기 걸림돌기가 삽입되는 걸림홈이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 수직형 터빈은 블레이드의 피치를 유체의 유동방향이나 유속 또는 터빈의 회전속도에 따라 최적의 각도로 조절할 수 있기 때문에 최적의 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 상부 스포크 및 하부 스포크가 각각 상부허브 및 하부허브에 회전가능하게 결합되기 때문에 부피가 가변될 수 있는 장점이 있다.
또한 수직형 터빈의 거치대가 착탈가능하게 구비되기 때문에 조립 및 분해가 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 수직형 터빈의 조립 및 분해가 용이하기 때문에 태풍이 불거나 홍수가 발생한 경우에도 상기 수직형 터빈을 신속히 분해하여 파손을 방지할 수 있으며, 이후 다시 상기 수직형 터빈을 조립하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 수직형 터빈이 조립 및 분해가 용이하기 때문에 최대의 발전을 할 수 있는 최적의 장소, 즉 풍력 또는 수력발전이 용이한 최적의 장소로 쉽게 이동시켜 설치할 수 있으며 유지비 또한 절감할 수 있어 저렴한 가격에 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 수직형 터빈을 농수로에 사용하는 경우 농번기에는 물의 이동에 방해가 되지 않도록 분리할 수 있고, 농한기에 다시 조립하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 수직형 터빈은 설치가 쉽고 이동이 편리하기 개인용 발전기로 사용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 일실시예가 도시된 사시도,
도 2는 도 1의 W가 확대되어 도시된 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 수직형 터빈의 일실시예에서 상부 스포크 및 하부 스포크가 회동된 상태가 도시된 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예가 도시된 사시도,
도 5는 도 4의 A 부분을 확대한 부분 확대도,
도 6은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예가 도시된 상면도,
도 7은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 유체의 흐름에 대한 블레이드의 피치각를 나타낸 도면,
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 블레이드 피치각이 수렴하는 과정을 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 블레이드 피치각 결정 방법에 따라 산출된 블레이드 피치각의 일례를 나타낸 그래프,
도 13은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 상부 스포크 및 하부 스포크가 회동된 상태가 도시된 사시도,
도 14는 본 발명에 따른 수직형 터빈의 다른 실시예에서 거치대와의 결합이 도시된 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.
본 발명의 실시예에서 기술하는 유체는 물 또는 공기에 해당될 수 있으며, 이하에서 설명할 본 발명에 따른 수직형 터빈은 수력 또는 풍력발전이 이용될 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 일실시예가 도시된 사시도, 도 2는 도 1의 W가 확대되어 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 수직형 터빈은 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축(110)과, 상기 중심축(110)의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크(121)가 방사형으로 결합된 상부허브(120)와, 상기 중심축(110)의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크(131)가 방사형으로 결합된 하부허브(130)와, 회전축(미도시)을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브(120)의 상부 스포크(121)에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브(130)의 하부 스포크(131)와 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드(140)와, 상기 블레이드(140)를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드(140)의 피치각을 조절하는 피치제어부(150)와, 유속과 유동방향을 감지하는 감지부와, 상기 피치제어부(150)를 구동하되 상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 상기 피치제어부(150)에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 및 상기 중심축(110)이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대(F)를 포함하며, 상기 다수의 상부 스포크(121)는 상기 상부허브(120)에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크(131)는 상기 하부허브(130)에 회동가능하게 결합될 수 있다.
상기 피치제어부(150)는, 상기 블레이드(140)의 회전축과 상기 블레이드(140)의 폭 방향으로 소정 간격 이격된 각각의 블레이드(140)의 작용점에 일단이 연결된 복수의 연결부재(151)와, 상기 각 연결부재(151)의 타단이 연결되고 상기 중심축(110)의 중심을 기준 위치로 하며 상기 허브와 같이 회전하는 회전체(153)와, 상기 회전체(153)의 중심을 기준 위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 상기 회전체(153)에 연결된 상기 연결부재(151)가 상기 블레이드(140)의 피치각의 크기를 상기 블레이드(140)가 회전함에 따라 정현적으로 변화시키고 상기 블레이드(140)의 위상이 바람의 방향에 대응하도록 변화시키며, 상기 회전체(153)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드와, 상기 가이드부(155)가 고정되어 상기 가이드부(155)를 회전시키는 방향전환부를 포함한다.
상기 중심축(110)은 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 위치하며, 상기 발전기(미도시)에 동력을 전달하는 역할을 한다.
상기 발전기의 경우 통상의 발전기로 족하며, 상기 중심축(110)으로부터 제공되는 회전력을 별도의 방향전환 없이 제공하도록 배치하면 된다. 또한, 상기 발전기와 상기 중심축(110) 사이에는 기어나 벨트 등의 동력전달 수단이 사용될 수 있으며, 발전기에 걸리는 과부하를 방지하기 위한 통상적인 동력 차단수단이 개재될 수 있다.
또한 상기 중심축(110)의 상부에는 상부허브(120)가 축설되며, 상기 중심축(110)의 하부에는 하부허브(130)가 축설된다.
또한, 상기 중심축(110)은 상기 거치대(F)에 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
상기 상부허브(120)에는 다수의 상부 스포크(121)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 상부허브(120)와 상기 다수의 상부 스포크(121)는 상부 힌지축(HH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 상부허브(120)에는 상기 수직형 터빈(100)의 작동시 상기 상부 힌지축(HH)의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크(121)를 상기 상부허브(120)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
예를 들면, 상기 스토퍼는 상기 상부 힌지축(HH)과는 구별되는, 상기 상부 스포크(121)와 상기 상부허브(120)를 관통하는 핀이 사용될 수 있다.
또한, 상기 하부허브(130)에는 다수의 하부 스포크(131)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 하부허브(130)와 상기 다수의 하부 스포크(131)는 하부 힌지축(LH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 하부허브(130)에는 상기 수직형 터빈의 작동시 상기 하부 힌지축(LH)의 회동을 제한하여 상기 하부 스포크(131)를 상기 하부허브(130)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
예를 들면, 상기 스토퍼는 상기 하부 힌지축(LH)과는 구별되는, 상기 하부 스포크(131)와 상기 하부허브(130)를 관통하는 핀이 사용될 수 있다.
다른 방법으로, 본 발명에 따른 수직형 터빈은 상기 상부허브(120)에 착탈가능하게 결합되며, 상기 상부 스포크(121)가 끼워지는 다수의 고정홈(GG)이 형성된 고정홀더를 더 포함한다.
즉, 고정홀더는 상기 상부허브(120)를 감싸는 마개와 같은 형상으로 이루어지되, 하측에는 상기 상부 스포크(121)가 끼워지는 고정홈(GG)이 형성된다.
상기 고정홀더는, 발전시 방사형을 이루도록 펼쳐진 상기 다수의 상부 스포크(121)가 상기 상부 힌지축을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 발전용 고정홀더(CW)로 이루어진다.
또한, 상기 고정홀더는, 비발전시 직선형을 이루도록 접혀진 상기 다수의 상부 스포크(121)가 상기 상부 힌지축(HH)을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 비발전용 고정홀더(CX)로 이루어진다.
상기 상부허브(120)의 외주면 또는 상기 고정홀더의 내주면 중 일측에는 걸림돌기(CCK)가 형성되고 타측에는 상기 걸림돌기(CCK)가 삽입되는 걸림홈(CCH)이 형성된다.
즉, 상기 걸림돌기(CCK)는 상기 발전용 고정홀더(CW) 및 비발전용 고정홀더(CX)의 내주면에 형성되고 상기 걸림홈(CCH)이 상기 상부허브(120)의 외주면에 형성될 수도 있고, 그 반대의 경우도 물론 가능하다. 이하, 본 실시예에서는 상기 걸림돌기(CCK)가 상기 걸림돌기(CCK)는 상기 발전용 고정홀더(CW) 및 비발전용 고정홀더(CX)의 내주면에 형성되고 상기 걸림홈(CCH)이 상기 상부허브(120)의 외주면에 형성된 것으로 설명한다.
상기 블레이드(140)는 주기적인 피치각의 변화를 갖도록 의도된 것이므로 그 단면 형상을 비행기의 날개에 주로 사용되는 대칭형의 익형으로 하여준다. 또한 상기 블레이드(140)의 길이방향은 대략 유입하는 유체의 유동방향과 직각을 이루도록 그 길이 방향이 수직이 되도록 배치되며, 유입하는 유체로부터 회전력을 얻게 된다.
상기 블레이드(140)는, 상기 블레이드(140)의 폭방향이 상기 다수의 상부 스포크(121) 또는 하부 스포크(131) 말단이 이루는 원주상의 접선방향과 일치할 경우 상기 블레이드(140)가 기준위치, 즉 피치각의 변화가 없는 위치에 해당한다.
상기 블레이드(140)의 폭은 상기 블레이드(140)의 단면의 익형의 코드(chord)의 길이에 해당한다. 또한 상기 블레이드(140)는 회전하면서 발생하는 원심력에 의한 하중에 영향을 받게 되므로 요구되는 강성을 가지면서도 무게가 가벼운 것이 구조적인 안전성이나 운용의 효율성 면에서 바람직하다. 따라서 상기 블레이드(140)는 무게대 강성비가 뛰어난 섬유 강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하며, 이에는 유리 섬유나 탄소 섬유 등이 있다. 상기 복합재료를 이용하여 상기 블레이드(140)를 형성하는 것은 통상적인 기술에 의해 가능하다.
상기 복합재료를 사용하는 경우 피치제어부(150)에 가해지는 하중을 감소시켜 구조적인 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 상기 블레이드(140)는 공력중심과 무게중심이 인접하도록 설계되어야 한다. 공력중심과 무게중심이 서로 멀리 떨어지면 상기 블레이드(140)의 회전으로 인해 상기 블레이드(140)와 회전체(153)를 연결하는 연결부재(151)에 많은 하중이 가해지고 큰 구동력이 요구된다. 또한 블레이드(140)의 개수는 상기 수직형 터빈(100)의 용도나 소요되는 전력에 따라 달라질 수 있다.
상기 블레이드(140)의 회전축은 상기 블레이드(140)의 피치각이 변할 수 있도록 각각의 블레이드(140)가 상기 회전축을 중심으로 회전가능하게 상기 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)에 결합된다. 이러한 회전축은 상기 블레이드(140)에 마련된 홀에 장착됨으로써 연결될 수 있으며, 이와는 달리 상기 회전축을 상기 블레이드(140)에 마련하고 상기 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)에 홀을 마련하는 것도 가능하다.
이때, 이러한 회전축 또는 홀의 위치는 블레이드(140) 단면의 익형상의 공력중심에 놓이도록 하는 것이 블레이드(140)의 불필요한 진동에 의한 손상을 방지하는데 유리하다.
상기 피치제어부(150)는 상기 블레이드(140)의 회전축과 상기 블레이드(140)의 폭 방향으로 소정 간격 이격된 작용점에 일단이 연결된 연결부재(151)와 상기 연결부재(151)의 타단이 연결되고 상기 중심축(110)의 중심을 기준위치로 하여 회전하는 회전체(153)와, 상기 회전체(153)의 중심을 기준위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 상기 블레이드(140)의 피치각의 크기를 정현적으로 변화시키고, 상기 블레이드(140)의 위상이 바람의 방향의 변화에 대응하도록 변화시키는 조절수단을 구비한다.
상기 연결부재(151)는 상기 블레이드(140)에 의해 작용하는 인장력과 압축력에 견디는 재질의 형상을 가진 통상의 로드이며, 상기 연결부재(151)는 상기 블레이드(140)의 피치각을 변화시키면서 연결부가 회전할 수 있게 베어링을 이용하여 연결하는 것이 바람직하다. 또한 상기 회전체(153)와도 베어링을 이용하여 연결하지만 그 중 하나의 연결부재(151)는 회전체(153)에 고정시켜준다. 상기 연결부재(151)가 상기 블레이드(140)와 연결되는 작용점은 상기 블레이드(140)의 피치각 변화의 범위와, 상기 조절수단의 작동범위를 고려하여 정한다. 또한 상기 연결부재(151)의 연결을 위한 작용점을 상기 블레이드(140) 상에 마련할 수도 있지만, 제조상의 문제와 상기 블레이드(140)를 흐르는 흐름의 난류화를 방지하기 위해 블레이드(140)를 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)와 연결하는 회전축상에 돌출부(141a)를 마련하여 연결하는 것이 바람직하다.
도 2에는 도 1의 W를 확대하여 도시하였다.
도면을 참조하면, 전술한대로, 상기 연결부재(151)는 하나를 제외하고는 상기 회전체(153)와 베어링으로 연결되며, 상기 연결부재(151)들 중 기준이 되는 연결부재(151a)는 회전체(153)에 기구학적인 작동을 위해 고정된다. 이러한 고정되는 연결부재(151a)는 상기 블레이드(140)의 회전시 다른 연결부재(151)들에 비해 큰 하중이 걸리므로 더욱 강건하게 제작되어야 한다.
상기 조절수단은 상기 회전체(153)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드 레일을 구비한 가이드부(155)와, 상기 가이드부(155)를 회전시키는 방향전환부(157)를 구비한다.
상기 감지부는 통상적으로 사용되는 팬을 구비하는 감지장치를 장착하여 바람의 속도에 대한 회전속도와 방향을 감지하여 유체의 유동속도의 크기와 방향을 감지한다. 감지된 데이터는 상기 작용부에 작용신호로 전환되어 전송된다. 상기 작용부는 상기 가이드부(155)에 연결되어서 상기 피치제어부(150)를 병진운동시키는 가이드작용부(미도시)와 상기 방향전환부(157)에 연결되어 상기 방향전환부(157)를 회전시키는 방향전환 작용부(미도시)로 이루어진다.
상기와 같은 방향전환 작용부는 유압 내지는 전기적인 모터를 이용하여 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수직형 터빈의 일실시예의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 터빈의 일실시예에서 상부 스포크 및 하부 스포크가 회동된 상태가 도시된 사시도이다.
상기 상부허브(120)와 상기 다수의 상부 스포크(121)는 상부 힌지축(HH)에 의해 회동가능하게 결합되며, 하부허브(130)와 상기 다수의 하부 스포크(131)는 하부 힌지축(LH)에 의해 회동가능하게 결합되기 때문에 상기 회전형 터빈(100)의 이동시 상기 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)를 회동시켜 상기 수직형 터빈(100)의 전체부피를 줄일 수 있는 장점이 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상부 스포크(121)와 하부 스포크(131)가 회동되어 방사형이 아닌 직선형으로 배치됨으로써 상기 수직형 터빈(100)의 전체부피가 줄일 수 있고, 줄어든 부피에 의해 이동이 편리한 장점이 있다.
물론, 상기 수직형 터빈(100)의 작동시에는 상기 상부허브(120)에 구비된 스토퍼 및 상기 하부허브(130)에 구비된 스토퍼가 각각 상부 힌지축(HH) 및 하부 힌지축(LH)의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)를 각각 상기 상부허브(120) 및 하부허브(130)에 고정시킨다.
또한, 상기와 같은 고정홀더를 의해 상기 상부 스포크(121)의 회동이 제한될 수 있다.
즉, 상기 발전용 고정홀더(CW)는, 발전을 위해 방사상으로 펼쳐진 상기 상부 스포크(121)가 상기 유체의 유동에 의해 회전될 때, 상기 상부 힌지축(HH)을 중심으로 회동되는 것을 방지한다.
이때, 상기 발전용 고정홀더(CW)에 의한 상기 상부 스포크(121)의 회동제한에 의해 상기 블레이드(140)를 통해 연동되는 하부 스포크(131) 역시 회동이 제한됨은 물론이다.
또한, 상기 비발전용 고정홀더(CX)는, 비발전시 직선형을 이루도록 접혀진 상기 상부 스포크(121)가 상기 상부 힌지축(HH)을 중심으로 회동하는 것을 방지한다.
즉, 상기 다수의 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)가 방사형이 아닌 직선형을 이루도록, 상기 상부 스포크(121) 및 하부 스포크(131)를 상기 상부 힌지축(HH) 또는 하부 힌지축(LH)을 중심으로 회동시켜 접을 수 있고, 접혀진 상기 상부 스포크(121)를 상기 비발전용 고정홀더(CX)를 통해 회동을 구속한다.
한편, 상기 발전용 고정홀더(CW) 또는 비발전용 고정홀더(CX)를 통해 상기 상부 스포크(121)의 회동제한시 상기 걸림돌기(CCK)가 걸림홈(CCH)이 삽입됨으로써, 상기 발전용 고정홀더(CW) 또는 비발전용 고정홀더(CX)가 상기 상부허브(120)에서 이탈되는 것이 방지된다.
또한, 상기 거치대(F)는 설치면에 접촉되어 상기 수직형 터빈(110)이 설치면에 고정되도록 하며, 상기 설치면은 일반적으로 지면이 해당된다.
상기 중심축(110)은 상기 거치대(F)에 착탈가능하게 결합되기 때문에 상기 회전형 터빈(100)은 조립 및 분해가 용이한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 수직형 터빈에 대한 다른 실시예의 구성 및 작용에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예가 도시된 사시도, 도 5는 도 9의 A 부분을 확대한 부분 확대도, 도 6은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예가 도시된 상면도, 도 7은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 유체의 흐름에 대한 블레이드의 피치각를 나타낸 도면, 도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 블레이드 피치각이 수렴하는 과정을 나타낸 그래프, 도 12는 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 블레이드 피치각 결정 방법에 따라 산출된 블레이드 피치각의 일례를 나타낸 그래프, 도 13은 본 발명에 따른 수직형 터빈 장치의 다른 실시예에서 상부 스포크 및 하부 스포크가 회동된 상태가 도시된 사시도, 도 14는 본 발명에 따른 수직형 터빈의 다른 실시예에서 거치대와의 결합이 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 수직형 터빈의 다른 실시예는, 유체의 유동방향에 대하여 수직하게 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축(210)과, 상기 중심축(210)의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크(221)가 방사형으로 결합된 상부허브(220)와, 상기 중심축(210)의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크(231)가 방사형으로 결합된 하부허브(230)와, 회전축(241)을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축(241)의 일단이 상기 상부허브(220)의 상부 스포크(221)에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브(230)의 하부 스포크(231)와 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드(240)와, 상기 다수의 상부 스포크(221)에 또는 하부 스포크(231) 중 적어도 어느 하나에 구비되며, 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경시키기기 위해 상기 블레이드(240)의 회전축과 연결된 서보모터(250)와, 상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부와, 상기 감지부에서 감지된 데이터에 따른 상기 블레이드(240)의 최적피치각이 저장된 데이터저장부(270)와, 상기 데이터저장부(270)에 저장된 상기 블레이드(240)의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드(240)가 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터(250)를 작동시키는 제어부(260)와, 상기 중심축(210)이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대(F)를 포함하며, 상기 다수의 상부 스포크(221)는 상기 상부허브(220)에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크(231)는 상기 하부허브(230)에 회동가능하게 결합된다.
상기 중심축(210)의 상부에는 상부허브(220)가 축설되며, 상기 중심축(210)의 하부에는 하부허브(230)가 축설된다.
또한, 상기 중심축(210)은 상기 거치대(F)에 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
상기 상부허브(220)에는 다수의 상부 스포크(221)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 상부허브(220)와 상기 다수의 상부 스포크(221)는 상부 힌지축(HH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 상부허브(220)에는 상기 수직형 터빈의 작동시 상기 상부 힌지축(HH)의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크(221)를 상기 상부허브(220)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
예를 들면, 상기 스토퍼는 상기 상부 힌지축(HH)과는 구별되는, 상기 상부 스포크(221)와 상기 상부허브(220)를 관통하는 핀이 사용될 수 있다.
또한, 상기 하부허브(230)에는 다수의 하부 스포크(231)가 일정한 간격으로 회동가능하게 결합된다. 즉, 상기 하부허브(230)와 상기 다수의 하부 스포크(231)는 하부 힌지축(LH)에 의해 결합된다.
이때, 상기 하부허브(230)에는 상기 수직형 터빈의 작동시 상기 하부 힌지축(LH)의 회동을 제한하여 상기 하부 스포크(231)를 상기 하부허브(230)에 고정시키는 스토퍼(미도시)가 구비된다.
예를 들면, 상기 스토퍼는 상기 하부 힌지축(LH)과는 구별되는, 상기 하부 스포크(231)와 상기 하부허브(230)를 관통하는 핀이 사용될 수 있다.
상기 상부허브(220) 및 하부허브(230)에는 상기 상부 스포크(221) 및 하부 스포크(231)의 회동을 위한 홈(G)이 형성된다.
상기 블레이드(240)는 회전축(241)을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축(241)의 상단이 상기 상부허브(220)의 상부 스포크(221)에 회전가능하도록 결합되고, 하단이 상기 하부허브(230)의 하부 스포크(231)와 회전가능하도록 결합된다.
상기 다수의 상부 스포크(221)에 또는 하부 스포크(231) 중 적어도 어느 하나에는 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경시키기기 위해 상기 블레이드(240)의 회전축과 연결된 서보모터(250)가 구비된다. 바람직하게는 상기 다수의 상부 스포크(221) 각각에 상기 서보모터(250)가 구비된다.
상기 블레이드(240)의 회전축(241)은 상기 블레이드(240)의 피치각을 변경하도록 상기 서보모터(250)와 연결된다.
서보모터(250)도 회전축(241)의 회전에 따라 같이 회전하면서 블레이드(240)의 피치각을 변경시킨다. 바람직하게는 상기 서보모터(250)와 상기 회전축(241)은 베벨기어에 의해 연결된다. 즉, 서보모터(250)와 블레이드(240)는 도 5에 도시된 바와 같이 베벨기어로 형성된 서보모터기어(255) 및 블레이드기어(245)에 의하여 동력을 전달할 수 있다. 상기 서보모터기어(255)는 상기 서보모터(250)와 연결되고 상기 블레이드기어(245)는 상기 회전축(241)과 연결되며, 상기 서보모터기어(255)와 상기 블레이드기어(245)는 동력을 전달할 수 있도록 상호 치합된다.
즉, 상기 블레이드(240)의 피치각은 도 7에 나타난 바와 같이 상부 스포크(221) 및 하부 스포크(231)의 말단이 회전하면서 그리는 원주의 접선에 대한 블레이드의 각도를 뜻한다.
상기 서보모터(250)는 제어부(260)에 의하여 작동되며, 최적의 효율을 얻을 수 있도록 블레이드(240)의 피치각을 제어한다.
여기서, 상기 제어부(260)는 펄스 형태의 제어신호를 서보모터(250)에 보냄으로써 서보모터(250)를 제어할 수 있다. 상기 서보모터(250)는 매 입력 펄스마다 일정각도를 회전하게 되어 있고, 펄스의 주파수를 가변시킴으로써 서보모터(250)의 회전각 위치제어를 하는 것이다.
상기 블레이드(240)의 최적피치각은 데이터저장부(270)에 저장되어 있으며, 제어부(260)는 유체의 흐름방향, 흐름속도 및 중심축(210)의 회전속도에 따라 최적의 효율을 얻을 수 있는 블레이드 피치각을 선택하여 서보모터(250)를 구동시킨다.
상기 데이터저장부(270)에 저장된 블레이드의 피치각은, 하기에서 기술할 수직형 터빈의 블레이드 피치각 결정 방법에 대한 부분에서 자세히 설명하도록 하겠다.
상기와 같이 본 발명의 수직형 터빈(200)은 외부로 흐르는 유체의 변화에 따라 블레이드(240)의 피치각을 능동적으로 변화시킴으로써, 항상 최상의 에너지 변환 효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 상기 감지부는 상기 유체의 이동방향을 감지하는 유체방향감지부(280)와, 유체의 이동속도를 감지하는 유체속도감지부(281)를 더 포함하며, 감지된 유체의 방향 및 속도를 상기 제어부(260)로 입력하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 유체방향감지부(280)로는 일반적으로 널리 사용되고 있는 유향계를 사용하며, 상기 유체속도감지부(281)로는 유속계를 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 감지부는 상기 수직형 터빈(200)의 회전축(210)의 회전속도를 감지하는 회전축속도감지부(282) 및 회전축위치감지부(283)를 더 포함한다. 이 회전축속도감지부(282) 및 회전축위치감지부(283)로부터 감지된 회전축(210)의 회전속도 및 회전위치는 제어부(260)로 입력된다.
상기 제어부(260)는 입력된 유체방향과 유체속도 및 회전축속도에 따른 최적의 블레이드 피치각을 데이터저장부(270)에서 선택하여 각 회전위치에서의 블레이드(150)가 최적의 피치각을 유지할 수 있도록 서보모터(240)를 구동시킨다.
이와 같이, 본 발명의 수직형 터빈(200)은 유체의 흐름 변화 및 중심축(210)의 회전을 감지하여, 각 상황에서 최적의 효율을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각을 유지함으로써, 에너지 변환효율을 현저하게 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
다음, 상기 수직형 터빈(200)의 블레이드(240) 피치각을 결정하는 방법은 다음과 같다.
먼저, a 단계로서, 상기 수직형 터빈(200)에서 중심축(210)을 중심으로 하여 일정한 간격으로 임의의 방위각을 다수개 선택하고, 상기 임의의 방위각에서 임의의 블레이드(240) 피치각을 선택한다.
즉, 수직형 터빈(200)이 회전하면서 블레이드(240)가 중심축(210)을 중심으로 360도의 방위각을 지나게 되는데, 이러한 360도의 방위각 중에서 임의의 방위각을 일정한 간격으로 다수개 선택하고, 선택된 방위각에 위치한 블레이드(240)의 피치각을 임의로 선택하는 것이다.
다음 b 단계로서, 상기 a 단계에서 선택된 방위각에서의 각각의 블레이드(240) 피치각을 서로 선형으로 연결하여 선택된 임의의 방위각 이외의 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 결정한다.
도 8에 나타난 바와 같이, 임의로 선택된 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 임의로 선택하고, 서로 인접한 방위각에서의 블레이드(240)가 서로 비슷한 피치각을 갖도록 하여 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각을 선택하는 것이다.
그리고 c 단계로서, 소정의 유체속도와 소정의 회전축회전속도에서 상기 수직형 터빈(200)의 출력을 계산한다. 상기 수직형 터빈(200)의 출력을 계산하는 방법으로는, 자동 격자 생성 기법을 이용하는 것이 바람직하다.
자동 격자 생성 기법은, 설계 변수 등을 바꾸어가며 해석하는 경우 각각의 상황에 대하여 서로 다른 격자모델을 생성하여야 하는데 이 과정을 일종의 매크로로 작성하여 자동적으로 수행할 수 있도록 하는 기법이다.
또한, 격자생성과 해석을 위하여, 상용 소프트웨어인 MSC. PATRAN (MSC Software Corporation 제작, www.mscsoftware.com) 과 STAR-CD (CD-adapco 제작, www.cd-adapco.com)를 사용할 수 있다.
다음 d 단계로서, 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복하여 상기 수직형 터빈(200)의 출력이 가장 큰 블레이드(240) 피치각을 선택한다. d 단계에서는 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복 수행하면서 상기 소정의 유체속도와 소정의 회전축속도는 변경시키지 않는다.
즉, 일정한 유체의 이동속도와 회전축회전속도에서 블레이드(240) 피치각을 임의로 변경하면서 수직형 터빈(200)의 출력을 반복 계산하고, 계산된 출력 중에서 가장 출력이 큰 경우의 블레이드(240) 피치각을 선택하는 것이다.
이와 같이, 최적화 알고리듬을 통해 상기 a 단계에서의 임의의 블레이드(240) 피치각이 결정되므로, 상기 a 단계 내지 c 단계를 반복할수록 임의의 블레이드 피치각(240)은 최적의 효율을 가지는 피치각에 근접하게 된다.
도 9는 다양한 블레이드(240) 피치각 중에서 가장 출력이 높은 블레이드(240) 피치각을 선택한 그래프이다.
그리고 e 단계로서, 상기 d 단계에서 선택된 블레이드(240) 피치각을 기준으로 상기 a 단계에서 임의로 선택했던 블레이드(240) 피치각의 범위보다 좁은 범위에서 다시 임의의 블레이드(240) 피치각을 선택한다.
다음으로 f 단계로서, 상기 b 단계 내지 e 단계를 반복하여, 소정의 유체속도와 소정의 회전축회전속도에서 수직형 터빈(200)이 최고의 출력을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각으로 수렴하도록 한다.
도 10 및 도 11은 상기 b 단계 내지 e 단계를 반복하여 상기 블레이드(240) 피치각이 수렴하는 것을 나타낸 그래프이다.
다음으로 g 단계로서, 상기 f 단계에서 수렴된 블레이드(240) 피치각을 데이터저장부(270)에 저장한다.
다음으로 h 단계로서, 상기 c 단계에서의 소정의 유체속도와 소정의 회전축회전속도를 임의의 값으로 변경한다.
마지막, i 단계로서, 상기 a 단계 내지 h 단계를 반복 실행함으로써, 다양한 유체속도 및 회전축회전속도에 따른 최적의 블레이드(240) 피치각을 데이터저장부(270)에 저장하여 데이터베이스화한다.
도 12는 상기와 같은 단계를 거쳐 산출된 블레이드(240) 피치각의 일례를 나타낸 그래프이다. 도 12에서 TSR(Tip Speed Ratio)은 블레이드(240)의 선속도를 유체속도로 나눈 값을 뜻한다.
즉, TSR이 낮은 경우는 유체의 속도에 비하여 블레이드(240)의 선속도가 낮은 경우를 뜻하고, TSR이 높은 경우는 유체의 속도에 비하여 블레이드(240)의 선속도가 높은 경우를 뜻한다.
도 12에 나타난 바와 같이 블레이드(240)의 선속도가 낮은 경우에는 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각의 변화가 크고, 블레이드(240)의 선속도가 높은 경우에는 각 방위각에서의 블레이드(240) 피치각의 변화가 작음을 알 수 있다.
이는 블레이드(240)의 선속도가 낮은 초기 구동시에는 수직형 터빈(200)이 항력기반으로 회전력을 얻고, 블레이드(240)의 선속도가 높아짐에 따라 수직형 터빈(200)이 양력기반으로 회전력을 얻는 것이 에너지 변환 효율이 높음을 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 수직형 터빈의 블레이드 피치각 결정 방법은 다양한 유체의 흐름에 따라 최적의 에너지 변환효율을 얻을 수 있는 블레이드(240) 피치각을 산출할 수 있다는 장점이 있다
한편, 상기 상부허브(220)와 상기 다수의 상부 스포크(221)는 상부 힌지축(HH)에 의해 회동가능하게 결합되며, 하부허브(230)와 상기 다수의 하부 스포크(231)는 하부 힌지축(LH)에 의해 회동가능하게 결합되기 때문에 상기 회전형 터빈(200)의 이동시 상기 상부 스포크(221) 및 하부 스포크(231)를 회동시켜 상기 수직형 터빈(200)의 전체부피를 줄일 수 있는 장점이 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 상부 스포크(221)와 하부 스포크(231)가 회동되어 방사형이 아닌 직선형으로 배치됨으로써 상기 수직형 터빈(200)의 전체부피가 줄일 수 있고, 줄어든 부피에 의해 이동이 편리한 장점이 있다.
물론, 상기 수직형 터빈(200)의 작동시에는 상기 상부허브(220)에 구비된 스토퍼 및 상기 하부허브(230)에 구비된 스토퍼가 각각 상부 힌지축(HH) 및 하부 힌지축(LH)의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크(221) 및 하부 스포크(231)를 각각 상기 상부허브(220) 및 하부허브(230)에 고정시킨다.
또한, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 거치대(F)는 설치면에 접촉되어 상기 수직형 터빈(210)이 설치면에 고정되도록 하며, 상기 설치면은 일반적으로 지면이 해당된다.
상기 중심축(210)은 상기 거치대(F)에 착탈가능하게 결합되기 때문에 상기 회전형 터빈(200)은 조립 및 분해가 용이한 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 유체의 유동방향에 대하여 수직하게 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축;
    상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브;
    상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브;
    회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크에 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드;
    상기 블레이드를 수평방향으로 회전시켜 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치제어부;
    상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부;
    상기 피치제어부를 구동하되, 상기 감지부에서 감지된 데이터를 기초로 상기 피치제어부에 작용력을 공급하는 작용부를 구비하는 구동수단; 및
    상기 중심축이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대를 포함하며,
    상기 다수의 상부 스포크는 상기 상부허브에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크는 상기 하부허브에 회동가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  2. 유체의 유동방향에 대하여 수직으로 위치하고, 발전기에 동력을 전달하는 중심축;
    상기 중심축의 상부에 구비되되, 다수의 상부 스포크가 방사형으로 결합된 상부허브;
    상기 중심축의 하부에 구비되되, 다수의 하부 스포크가 방사형으로 결합된 하부허브;
    회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되며, 상기 회전축의 일단이 상기 상부허브의 상부 스포크에 회전가능하도록 결합되고, 타단이 상기 하부허브의 하부 스포크와 회전가능하도록 결합된 다수의 블레이드;
    상기 다수의 상부 스포크에 또는 하부 스포크 중 적어도 어느 하나에 구비되며, 상기 블레이드의 피치각을 변경시키기기 위해 상기 블레이드의 회전축과 연결된 서보모터;
    상기 유체의 유속 및 유동방향을 감지하는 감지부;
    상기 감지부에서 감지된 데이터에 따른 상기 블레이드의 최적피치각이 저장된 데이터저장부;
    상기 데이터저장부에 저장된 블레이드의 최적피치각을 입력받아 상기 블레이드가 최적피치각으로 위치하도록 상기 서보모터를 작동시키는 제어부; 및
    상기 중심축이 회전가능하게 결합되며, 일측이 설치면에 접촉되는 거치대를 포함하며,
    상기 다수의 상부 스포크는 상기 상부허브에 회동가능하게 결합되며, 상기 다수의 하부 스포크는 상기 하부허브에 회동가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 중심축은 상기 거치대에 착탈가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부허브와 상기 다수의 상부 스포크는 상부 힌지축에 의해 결합되며,
    상기 하부허브와 상기 다수의 하부 스포크는 하부 힌지축에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부허브에는 상기 상부 힌지축의 회동을 제한하여 상기 상부 스포크를 상기 상부허브에 고정시키는 스토퍼가 구비되며,
    상기 하부허브에는 상기 하부 힌지축의 회동을 제한하여 상기 하부 스포크를 상기 하부허브에 고정시키는 스토퍼가 구비된 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부허브에 착탈가능하게 결합되며, 상기 상부 스포크가 끼워지는 다수의 고정홈이 형성된 고정홀더를 더 포함하는 수직형 터빈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정홀더는,
    발전시 방사형을 이루도록 펼쳐진 상기 다수의 상부 스포크가 상기 상부 힌지축을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 발전용 고정홀더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정홀더는,
    비발전시 직선형을 이루도록 접혀진 상기 다수의 상부 스포크가 상기 상부 힌지축을 중심으로 회동하는 것을 방지하는 비발전용 고정홀더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부허브의 외주면 또는 상기 고정홀더의 내주면 중 일측에는 걸림돌기가 형성되고 타측에는 상기 걸림돌기가 삽입되는 걸림홈이 형성된 것을 특징으로 하는 수직형 터빈.
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