KR20110136262A

KR20110136262A - 풍차의 바람 가속장치

Info

Publication number: KR20110136262A
Application number: KR1020100056140A
Authority: KR
Inventors: 김두환
Original assignee: 김두환
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2011-12-21

Abstract

본 발명은 종래의 사보니우스식 풍차가 가지는 문제점을 경제적이면서도 간단한 방식으로 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사보니우스식 풍차의 블레이드 주위에 넓은 면적의 고정식 바람 가속날개를 설치하는 방법으로, 넓은 면적의 바람을 압축하여 바람의 속도를 가속하는 방식으로 풍차의 회전속도를 높이고, 블레이드의 면적이 바람의 면적에 비해 상대적으로 작아지는 효과로 인하여 블레이드의 발전효율이 높아지며, 블레이드의 회전을 방해하는 방향의 바람을 차단하여 비켜나도록 작용하여 발전효율을 대폭 향상시키도록 구성된 풍차의 바람 가속장치이다.

Description

풍차의 바람 가속장치 {Wind-Acceleration Device for Windmill}

본 발명은 수직축 풍력발전기에 관한 것으로, 상세하게는 지면에 대하여 수직으로 구비되는 회전축에 고정되어 있는 날개가 바람의 항력에 의해 회전하여 전기를 발생시키는 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 다양한 형태의 풍차(Windmill)를 이용하여 바람이 가지고 있는 운동에너지를 풍차의 회전축을 통한 기계적인 회전력으로 변환하여, 이로 인한 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 생산하기 위해 사용하는 장치이다. 이러한 풍력발전장치는 수평축 풍력발전장치와 수직축 풍력발전장치로 대별되는데, 수평축을 이용하는 대표적인 풍차로는 프로펠러방식이 있으며, 공기 역학적으로 바람의 양력을 이용한 블레이드로 구성된 프로펠러를 사용하여 발전효율은 비교적 높으나, 바람이 부는 방향에 따라 프로펠러의 방향을 전환시켜 주어야 하며, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 조정해 주어야 하는 정밀한 장치가 필요하고, 프로펠러와 발전기를 설치할 수 있는 높고 튼튼한 구조물이 반듯이 필요하다는 문제점이 있다.

수평축을 이용한 풍차로는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있으며, 바람의 방향에 상관없이 항상 운전이 가능하고 지상에 바로 설치할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 다리우스식 풍차의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조 기동장치가 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 사보니우스식 풍차는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받을 수밖에 없고, 블레이드의 면적이 바람의 면적에 비하여 훨씬 넓기 때문에 발전효율이 비교적 낮은 편이며, 도 5에 도시되어 있듯이 블레이드에 부딪히는 바람의 절반 정도는 블레이드를 회전시키는 에너지로 작용 하지만 나머지 반은 회전을 방해하는 요소로 작용하여 발전효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.

본 발명은 상기에서 기술한 사보니우스식 풍차가 가지는 여러 문제점을 경제적이면서도 간단한 방식으로 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사보니우스식 풍차의 블레이드 주위에 넓은 면적의 고정식 바람 가속날개를 설치하는 방법으로, 바람을 압축하여 바람을 가속시키는 방식으로 풍차의 회전속도가 높아지고, 블레이드의 면적이 바람의 면적에 비해 상대적으로 작아지는 효과로 인하여 블레이드의 효율이 높아지며, 블레이드의 회전을 방해하는 방향의 바람을 차단하여 비켜나도록 구성하여 발전효율을 향상시키도록 제작된 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회전축(11)을 중심으로 일정한 각도로 배치된 하나 이상의 블레이드(12)를 포함하는 풍차부위(10)와, 풍차부위의 외측에 구비되어 풍차부위(10)에 바람을 압축하여 공급하는 바람 가속부위(20)와, 바람 가속부위의 둘레에 위치하여 바람을 안내하거나 차단하는 바람 안내/차단 날개(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 바람 가속부위(20)는 바람을 효과적으로 압축하여 가속할 수 있도록 원주의 접선방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 곡선으로 이루어졌으며, 바람 가속날개(21)의 상부와 하부에서는 풍력발전기의 몸체와 접착되어 있다.

상기 바람 안내/차단 날개부위(30)는 바람 안내/차단날개(31/32)의 일단이 상부와 하부에서 힌지(33)로 고정되어 있고, 타단에 마련된 동작 돌기(34)에 연결된 작동장치에 의해서 날개를 열고 닫을 수 있도록 구성되어 있다.

종래의 사보니우스형 풍차에서는 도 5에서 자세히 도시하였듯이, 바람을 안고 있는 블레이드는 풍차를 회전시키려는 힘을 회전축에 전달하지만, 바람을 등지고 있는 블레이드는 풍차의 회전을 방해하는 방향의 힘을 회전축에 전달하게 된다. 결과적으로, 바람의 절반 정도는 풍차를 회전시키는 바람이고 나머지 반은 회전을 방해하는 바람이 된다.

반면에, 본 발명에 의한 풍차는 도 4에 도시하였듯이 넓은 면적의 바람 가속날개와 바람 안내날개에 의해서, 바람을 등지고 있는 블레이드 쪽으로 진입하는 바람은 차단하여 비켜가게 하고, 바람의 65% 이상이 풍차를 회전시키는 방향으로 진입하도록 작용하여 풍차의 회전력을 배가시키고, 풍차의 블레이드에 비하여 훨씬 넓은 면적의 바람을 압축하고 가속시켜서 블레이드에 전달할 수 있도록 구성되어, 풍속이 낮은 경우에도 발전이 용이할 뿐만 아니라 풍력발전기의 발전효율이 대폭 상승하는 효과가 있다.

또한, 바람의 면적에 비하여 회전하는 풍차의 면적을 대폭 축소할 수 있으므로 저렴한 비용으로 수직축 풍력발전기를 제작할 수 있으며, 회전기기가 밖으로 노출되지 않아서 안전하므로 설치 장소에 전혀 제한이 없고, 가동이 중단되는 경우에는 바람 차단날개가 풍차의 외부를 완전히 밀폐하므로 태풍이나 악천후에도 파손의 우려가 없으며 유지 보수에 매우 안전하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 수직축 풍차의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 수직축 풍차의 분해 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 수직축 풍차의 운전이 정지된 상태의 단면도와 바람 안내/차단날개의 상세도.
도 4는 본 발명에 의한 수직축 풍차에서 바람의 흐름을 표시한 단면도.
도 5는 수직축 사보니우스형 풍차에서 바람의 흐름을 표시한 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 수직축 풍차의 사시도와 정면도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍차에 대한 실시 예와 구조를 상세하면, 도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 수직축 풍차의 구조를 도시한 단면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 수직축 풍차의 분해 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 수직축 풍차의 운전이 정지된 상태의 단면도와 바람 안내/차단날개의 상세도로서, 도면에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 풍차의 바람 가속장치는 풍차부위(10)의 바깥에 빙 둘러서 위치한 바람 가속부위(20)와 바람 안내/차단부위(30)로 구성되어 있다.

바람 가속부위(20)는 풍차부위(10)를 중심으로 일정한 각도의 간격으로 빙 둘러서 배치된 하나 이상의 바람 가속날개(21)로 이루어져 있으며, 가속날개(21)의 갯수는 풍차 블레이드(12)의 수와 같거나 정수 배가 바람직하다.

또한, 바람 가속날개(21)는 상부와 하부가 풍차의 몸체에 완전히 고정되어 있으며, 강한 바람의 압력에 의해서 날개가 떨리는 현상을 방지하기 위해서는 날개의 세로 방향으로 일정한 간격으로 날개끼리 연결하여 고정시켜 주는 중간 고정판을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 바람 가속날개(21)는 원주의 접선방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 곡선 형상으로 제작되어서, 풍차를 지나는 바람의 65% 이상이 풍차를 회전시키는 바람(41)으로서 풍차의 블레이드 쪽으로 진입하고, 나머지 35% 정도는 풍차를 비켜가도록 구성되어 있다.

또한, 바람 가속날개(21)는 풍차의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 있으므로 인근의 가속날개와의 사이에 의한 깔때기효과에 의해서 풍차주위에 흐르는 바람을 풍차의 블레이드(12) 쪽으로 압축하여 효과적으로 가속시켜 주도록 구성되어 있다.

바람 안내/차단부위(30)는 바람 가속부위(20) 주변을 일정한 각도의 간격으로 빙 둘러서 배치된 하나 이상의 바람 안내/차단날개(31/32)로 이루어져 있으며, 안내/차단날개(31/32)의 갯수는 바람 가속날개(12)의 수와 같거나 정수 배가 바람직하다.

또한, 바람 안내/차단날개(31/32)의 일단은 상부와 하부에서 힌지(33)로 고정되고, 타단에 마련된 동작 돌기(34)에 연결된 작동장치에 의해서 날개를 열고 닫을 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 날개가 열려있는 상태의 바람 안내날개(31)는 상기의 바람 가속날개(21)와 연장되는 곡선 형태를 이루고 있어서, 풍차를 지나는 바람을 가속날개(21) 쪽으로 안내하여 준다.

또한, 날개가 닫혀있는 상태의 바람 차단날개(32)는 풍력발전기의 외부 전체를 원통형으로 밀폐하여 바람이 풍차의 내부로 침입하지 못하도록 차단하여, 태풍이나 악천후에서 풍차의 과속도로 인한 파손을 막아주고, 풍차의 유지 보수를 위하여 작동을 멈추었을 경우에도 바람에 의하여 풍차가 회전하는 것을 막아 준다.

10 : 풍차부위. 11 : 풍차의 회전축.
12 : 풍차의 블레이드. 13 : 바람을 안고 있는 풍차의 블레이드.
14 : 바람을 등진 블레이드. 20 : 바람 가속부위.
21 : 바람 가속날개. 30 : 바람 안내/차단 부위.
31 : 바람 안내날개. 32 : 바람 차단날개.
33 : 바람 안내날개의 고정 힌지. 34 : 바람 안내날개의 동작 돌기.
41 : 풍차를 회전시키는 바람. 42 : 풍차를 비켜가는 바람.
43 : 풍차 회전을 방해하는 바람.

Claims

풍차의 회전축(11)을 중심으로 풍차부위(10)의 외측에 일정한 각도의 간격으로 배치된 하나 이상의 바람 가속날개(21)로 구성되어 풍차의 블레이드(12)에 바람을 압축하여 공급하는 바람 가속부위(20)와, 바람 가속부위(20)의 둘레에 위치하여 바람을 안내하거나 차단하는 바람 안내/차단부위(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍차의 바람 가속장치.
상기 1항에 있어, 바람 가속날개(21)의 갯수는 풍차 블레이드(12)의 수와 같거나 정수 배로 설치되며,
또한, 바람 가속날개(21)는 원주의 접선방향에 대하여 일정한 각도를 가지는 곡선 형상으로 제작되어 풍차를 지나는 바람의 65% 이상이 풍차를 회전시키는 바람(41)으로서 블레이드에 진입하도록 구성되어 있고,
또한, 바람 가속날개(21)는 풍차의 회전축(11)을 중심으로 방사상으로 배치되어 있으므로 인접한 가속날개(21)와의 사이에 의한 깔때기 효과에 의해서 풍차주위에 흐르는 바람을 풍차의 블레이드(12) 쪽으로 압축하여 효과적으로 가속시켜 주도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 풍차의 바람 가속장치.
상기 1항에 있어, 바람 안내/차단부위(30)는 바람 가속부위(20) 주변을 일정한 각도의 간격으로 빙 둘러서 배치된 하나 이상의 바람 안내/차단날개(31/32)로 이루어져 있으며, 안내/차단날개(31/32)의 갯수는 바람 가속날개(12)의 수와 같거나 정수 배로 설치되며,
또한, 바람 안내/차단날개(31/32)의 일단은 상부와 하부에서 힌지(33)로 고정되고, 타단에 마련된 동작 돌기(34)에 연결된 작동장치에 의해서 날개를 열고 닫을 수 있도록 구성되어 있고,
또한, 날개가 열려있는 상태의 바람 안내날개(31)는 상기의 바람 가속날개(21)와 연장되는 곡선 형태를 이루고 있어서, 풍차를 지나는 바람을 가속날개(21) 쪽으로 안내하여 주며,
또한, 날개가 닫혀있는 상태의 바람 차단날개(32)는 풍력발전기의 외부 전체를 원통형으로 밀폐하여 바람이 풍차의 내부로 침입하지 못하도록 차단시켜 주는 것을 특징으로 하는 풍차의 바람 가속장치.