KR20110089952A - 풍력발전용 멀티 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전용 멀티 터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평으로 배향되어 회전하는 샤프트와, 상기 샤프트 둘레에 장착되어 풍력을 회전에너지로 변환하는 블레이드, 및 상기 샤프트와 연결되는 하나 이상의 제너레이터를 포함하는 풍력발전용 터빈에 있어서, 상기 샤프트의 일측단에는 하나 이상의 체결구멍을 가지는 결합돌기가 형성되고, 상기 샤프트의 타측단에는 상기 체결구멍에 탈착 가능하게 고정되는 조임수단이 구비된 삽입홈이 형성되어, 다수개로 구성되는 터빈 배열체의 탈착이 용이하도록 하여 상기 샤프트의 회전량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명은, 다수개의 터빈 배열체가 탈착이 용이하도록 하여 기본적인 터빈의 크기를 감소시킴으로써 터빈의 중량 및 소음을 최소화하고 그 생산 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라 다수개의 터빈 배열체를 1개 단위로 분리하여 낮은 풍속에서도 터빈이 가동되게 함으로써 에너지 발생 효율을 극대화할 수 있으며, 터빈의 전면 및 후면에 설치된 롤링셔터를 통해 유입되는 풍량을 손쉽게 조절할 수 있게 되어 생산 에너지의 가변이 용이한 장점이 있다.

Description

풍력발전용 멀티 터빈{MULTI TURBINE FOR WIND POWER GENERATION}

본 발명은 풍력발전용 멀티 터빈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍력에너지를 기계에너지로 변환하여 발전하는 것으로 다수개의 터빈 배열체를 이용해 발전량을 조절할 수 있는 풍력발전용 멀티 터빈에 관한 것이다.

기후변화 협약과 교토의정서 비준 등 국제적으로 환경문제가 대두 되면서 화석연료와 원자력에 의존하는 에너지 공급체계에서 벗어나서 친환경적이고, 고갈되지 않는 대체 에너지인 풍력발전의 보급이 절실해지고 있다. 풍력에너지는 자연현상에 의해 발생되는 에너지로서 유해 물질이 발생되지 않는 청정에너지이기 때문에 환경문제의 심각성, 화석연료의 사용으로 인한 지구온난화 현상과 맞물려 화석연료를 대체할 수 있는 대체에너지로서 각광을 받고 있다.

일반적으로 풍력발전장치는 자연의 풍력에너지를 기계에너지로 변환시켜 발전하는 것이다. 즉, 상기 풍력발전장치는 바람이 많이 부는 장소에 설치하여 상기 바람을 유입함은 물론 유입된 바람의 힘으로 터빈을 회전시켜 동력 및 전기가 발생되도록 하는 것이다.

상기 풍력발전장치의 터빈은, 바람의 힘에 의해 회전하는 복수개의 회전날개가 방사상 형태로 결합된 형태 또는, 바람과의 접촉면을 넓힌 복수개의 블레이드가 결합된 형태 등 다양한 형태를 갖는다.

이와 같은 풍력발전장치는 외부에서 유입되는 바람이 상기 터빈에 결합된 복수개의 회전날개 또는, 블레이드와 접촉되어 상기 각 회전날개 또는, 블레이드를 밀어줌에 따라 상기 터빈은 축을 중심으로 회전한다.

따라서 상기 축을 중심으로 회전하면서 발생되는 상기 터빈의 회전력은 풍력발전장치의 발전기로 전달되고, 상기 발전기에서는 터빈의 회전력을 자기력으로 변환하여 동력 및 전기를 발생하게 된다.

상술한 바와 같은 종래의 풍력발전용 터빈은 동력 발생 용량을 증가시키기 위해 터빈의 크기를 증가시키거나 다수개의 터빈을 결합시켜 단면적을 증가시키는 멀티 터빈의 형태로 개량되어 왔다.

그러나 이 증가된 크기는 에너지 발생 효율의 개선 없이 더욱 많은 생산 비용, 더욱 무거운 중량 및 더욱 많은 소음의 결과를 낳게 되는 문제점이 있었다.

그리고 이러한 종래의 터빈은 낮은 풍속, 예를 들어 10mph 이하에서는 터빈을 가동할 수 없게 되고, 터빈으로 유입되는 풍량을 조절할 수 없어 에너지 발생의 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터빈의 크기를 감소시켜 중량 및 소음을 최소화하고 생산 비용을 절감시켜 에너지 발생 효율을 극대화할 수 있는 풍력발전용 멀티 터빈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 낮은 풍속에서도 터빈이 가동될 수 있도록 하고, 상기 터빈으로 유입되는 풍량을 손쉽게 조절할 수 있는 풍력발전용 멀티 터빈을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 수평으로 배향되어 회전하는 샤프트와, 상기 샤프트 둘레에 장착되어 풍력을 회전에너지로 변환하는 블레이드, 및 상기 샤프트와 연결되는 하나 이상의 제너레이터를 포함하는 풍력발전용 터빈에 있어서, 상기 샤프트의 일측단에는 하나 이상의 체결구멍을 가지는 결합돌기가 형성되고, 상기 샤프트의 타측단에는 상기 체결구멍에 탈착 가능하게 고정되는 조임수단이 구비된 삽입홈이 형성되어, 다수개로 구성되는 터빈 배열체의 탈착이 용이하도록 하여 상기 샤프트의 회전량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 블레이드는 사각형상의 판재가 원호형상으로 절곡되어 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제너레이터는 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 구동축에 하나 이상의 체결구멍을 가지는 결합돌기가 형성되고, 상기 구동축의 결합돌기는 상기 샤프트의 타측단에 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 샤프트는 베어링이 구비된 브래킷에 의해 양측이 지지되고, 상기 브래킷는 전면 및 후면이 관통된 커버의 내부에 고정되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시 예에 따르면, 상기 커버의 전면 및 후면에는 힌지에 의해 다수개의 프레임이 서로 회동가능하게 연결되는 롤링셔터가 설치되어 상기 커버 내에 유입되는 풍량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전용 멀티 터빈은, 다수개의 터빈 배열체가 탈착이 용이하도록 하여 기본적인 터빈의 크기를 감소시킴으로써 터빈의 중량 및 소음을 최소화하고 그 생산 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

이에 따라 다수개의 터빈 배열체를 1개 단위로 분리하여 낮은 풍속에서도 터빈이 가동되게 함으로써 에너지 발생 효율을 극대화할 수 있으며, 터빈의 전면 및 후면에 설치된 롤링셔터를 통해 유입되는 풍량을 손쉽게 조절할 수 있게 되어 생산 에너지의 가변이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전용 멀티 터빈을 도시하는 사시도 및 측면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전용 멀티 터빈이 다수개가 결합된 배열체를 도시하는 사시도 및 측면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전용 멀티 터빈이 커버 내에 장착된 상태를 도시하는 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한 하기 설명에서 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들 없이도, 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 따라서 이 기술분야에 널리 알려진 주지관용의 일반적인 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

첨부된 도면을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전용 멀티 터빈은, 크게 수평으로 배향되어 회전하는 샤프트(20)와, 상기 샤프트(20) 둘레에 장착되어 풍력을 회전에너지로 변환하는 블레이드(40), 및 상기 샤프트(20)와 연결되는 하나 이상의 제너레이터(60)를 포함하여 구성된다.

도 1을 참조하면 알 수 있듯이, 상기 샤프트(20)의 일측단에는 하나 이상의 체결구멍(24)을 가지는 결합돌기(22)가 형성되고, 상기 샤프트(20)의 타측단에는 상기 체결구멍(24)에 탈착 가능하게 고정되는 조임수단(28)이 구비된 삽입홈(25)이 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성은 다수개로 배열된 터빈들의 탈착이 용이하도록 하는데, 풍량에 따라 터빈들을 탈착시켜 구동되는 터빈의 단면적과 회전량을 조절할 수 있게 되므로 효율적인 발전이 가능하다.

도 2를 참조하면 다수개의 터빈들이 결합되어 있는 것을 알 수 있는데, 샤프트(20)의 일측단에 형성된 결합돌기(22)가 상기 샤프트(20)의 타측단에 형성된 삽입홈(25)에 삽입되고, 삽입된 결합돌기(22)의 체결구멍(24)에 조임수단(28)이 체결되어 상기 결합돌기(22)가 상기 삽입홈(25)에 견고하게 고정된다.

여기서 상기 조임수단(28)은 통상적으로 나사못 등과 같은 부재가 사용될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 종류가 사용될 수 있을 것이다. 또한 사용되는 조임수단의 종류에 따라 체결구멍(24)의 구조도 달라질 수 있음은 물론이다.

여기서 상기 제너레이터(60)는 상기 샤프트(20)와 연동하여 회전하는 구동축에 하나 이상의 체결구멍(64)을 가지는 결합돌기(62)가 형성되고, 상기 구동축의 결합돌기(62)는 상기 샤프트(20)의 타측단에 탈착 가능하게 고정되는 것이 바람직하다. 이는 상기 제너레이터(60)가 상술한 상기 샤프트(20)의 결합홈(25)에 용이하게 결합되도록 하기 위함이며, 상기 샤프트(20)의 회전량과 연동하여 전기에너지를 생산하게 된다.

상기 제너레이터(60)는 예시적으로 3상 스테이터와 영구자석 로터 조립체를 갖는 가변 속도 제너레이터일 수 있으며, 양방향 회전을 위하여 설계될 수 있고, 내부적으로 정류된다. 바람직하게는 스테이터, 계자 권선 및 코어가 밀봉되어 공기, 습기 및 다른 오염물이 제너레이터로 침투되는 것을 방지한다. 이러한 예시적인 제너레이터는 200rpm에서 2.4kW, 100rpm에서 1.2kW, 그리고 50rpm에서 0.6kW의 출력 정격을 가질 수 있다. 무부하 런어웨이 속도(runaway speed)는 약 200rpm일 수 있으며, 각각의 제너레이터는 풍력 구동 터빈 배열체를 전기 그리드(electrical grid)에 연결하는 동력 전달 라인과 전기적으로 연결된다.

첨부된 도면을 참조로 한 실시 예에 따르면, 블레이드(40)는 사각형상의 판재가 원호형상으로 절곡되어 샤프트(20)를 중심으로 방사형으로 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 형상은 풍력에 의한 터빈의 회전력을 최대화하기 위함이며, 상기 블레이드(40)의 형상은 도시된 것에만 한정되지 않고 S자 형상 등 이와 유사한 형상으로 다양하게 대체될 수 있을 것이다.

또한 실시 예에 따른 상기 샤프트(40)는 베어링이 구비된 브래킷(80)에 의해 양측이 지지되고, 상기 브래킷(80)는 전면 및 후면이 관통된 커버(90)의 내부에 고정되는 것이 바람직하다. 상기 커버(90)는 외부의 충격으로부터 터빈을 보호하는 역할뿐만 아니라 커버(90) 외면에 로고나 디자인을 부가하여 외관상 미려함을 가미할 수 있게 한다.

여기서 상기 커버(90)의 전면 및 후면에는 힌지에 의해 다수개의 프레임이 서로 회동가능하게 연결되는 롤링셔터(92)가 설치되는 것이 바람직한데, 이는 상기 커버(90) 내에 유입되는 풍량을 조절하는 것으로 제어장치에 의한 원격제어 또는 수동으로 개폐를 조절할 수 있다. 상기 롤링셔터(92)의 일반적인 구성은 이미 공지된 사항에 해당하고 당업자라면 충분히 이해 가능한 작동원리에 해당하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시 예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한 상기에서 기술된 실시 예는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

20: 샤프트 22: 결합돌기
24: 체결구멍 25: 삽입홈
26: 체결구멍 28: 조임수단
40: 블레이드 60: 제너레이터
62: 결합돌기 64: 체결구멍
80: 브래킷 90: 커버 92: 롤링셔터

Claims (5)

1. 수평으로 배향되어 회전하는 샤프트와, 상기 샤프트 둘레에 장착되어 풍력을 회전에너지로 변환하는 블레이드, 및 상기 샤프트와 연결되는 하나 이상의 제너레이터를 포함하는 풍력발전용 터빈에 있어서,
   상기 샤프트의 일측단에는 하나 이상의 체결구멍을 가지는 결합돌기가 형성되고,
   상기 샤프트의 타측단에는 상기 체결구멍에 탈착 가능하게 고정되는 조임수단이 구비된 삽입홈이 형성되어,
   다수개로 구성되는 터빈 배열체의 탈착이 용이하도록 하여 상기 샤프트의 회전량을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 멀티 터빈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 블레이드는 사각형상의 판재가 원호형상으로 절곡되어 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 멀티 터빈.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제너레이터는 상기 샤프트와 연동하여 회전하는 구동축에 하나 이상의 체결구멍을 가지는 결합돌기가 형성되고,
   상기 구동축의 결합돌기는 상기 샤프트의 타측단에 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 멀티 터빈.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 샤프트는 베어링이 구비된 브래킷에 의해 양측이 지지되고,
   상기 브래킷는 전면 및 후면이 관통된 커버의 내부에 고정되는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 멀티 터빈.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 커버의 전면 및 후면에는 힌지에 의해 다수개의 프레임이 서로 회동가능하게 연결되는 롤링셔터가 설치되어 상기 커버 내에 유입되는 풍량을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 멀티 터빈.

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