KR20120002799A - 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직의 회전축부에 회전되게 설치되어 발전이 이루어지도록 하는 블레이드를 유입되는 바람으로부터 최대의 회전력를 발생시킬 수 있도록 한 구조에 의해 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 고정후레임의 중앙에 수직으로 설치되는 회전축부와; 상기 회전축부의 하부에 연결되어 전달되는 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전기와; 상기 회전축부에 고정된 상,하부 회전원판 사이에 등간격으로 배치되어 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시키는 블레이드로 이루어지되; 상기 상,하부 회전원판의 내측에 수직으로 관통되게 형성된 통공부와; 상기 상,하부 회전원판의 원주상 외측면에 배치되어 유입되는 바람을 포집하여 회전력을 발생시키고 역방향의 바람에 의한 부하발생을 최소화할 수 있도록 한 제1블레이드부와; 상기 상,하부 회전원판의 원주상 내측면에 배치되어 제1블레이드부로 바람이 포집될 수 있도록 하고 역방향의 바람은 통공부를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는 제2블레이드부로 이루어진 풍력발전장치를 특징으로 한다.

Description

풍력발전장치 {APPARATUS FOR GENERATING BY WIND POWER}

본 발명은 수직의 회전축에 블레이드가 설치된 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 수직의 회전축부에 회전되게 설치되어 발전이 이루어지도록 하는 블레이드를 유입되는 바람으로부터 최대의 회전력를 발생시킬 수 있도록 한 구조에 의해 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 풍력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전장치는 풍차(windmill)라고 불리며, 이는 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용해 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다. 이러한 풍력발전장치는 수평축 풍력발전장치(horizontal axis wind turbine)와 수직축 풍력발전장치(vertical axis wind turbine)로 크게 나뉘어진다.

상기 수평축 풍력발전장치는 수평축을 이용하는 프로펠러 방식으로서 공기 역학적으로 바람의 양력(lift force)을 이용한 블레이드로 구성된 로터를 사용하여 발전 효율은 비교적 높으나 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주어야 하며, 바람의 세기에 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. 이 경우 전자의 경우에는 강한 바람에 의해 기구적인 손상이 발생할 수 있는 위험과 유지, 보수가 용이하지 않다는 문제점이 있으며, 후자의 경우에는 수평회전력을 수직회전력으로 전환하는 과정에서 에너지의 손실이 일어난다.

한편, 수직축 풍력발전장치에서는 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있으나 다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 1회전 동력 장치가 필요하다는 문제가 있으며, 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되고 있다.

따라서, 수직형의 약점인 낮은 효율 등을 극복하기 위해서 최근에 많은 연구가 이루어지고 있으나, 블레이드가 유입되는 바람에 의해 회전되면서 발생되는 역방향의 역풍으로 블레이드가 부하가 걸리면서 블레이드의 회전력이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 풍력발전장치는 수직의 회전축부에 회전되게 설치되어 발전이 이루어지도록 하는 블레이드를 구비하되 상기 블레이드는 원주상의 외측면에 배치되는 제1블레이드부와 그 내측에 제2블레이드부가 각각 배치되어 제1블레이드부는 바람이 유입되는 부분에 바람포집부가 형성되고 역방향은 유선형으로 형성되며 제2블레이드부는 경사안내면이 형성되어 유입되는 바람이 제1블레이드부의 바람포집부로 보내지도록 하여 바람의 포집량을 최대한 높여 블레이드가 회전되게 함과 아울러 회전 역방향의 역풍은 내측의 중심방향으로 유입시켜 수직선상의 상부로 배출되게 한 구성으로 발전효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 풍력발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 고정후레임의 중앙에 수직으로 설치되는 회전축부와; 상기 회전축부의 하부에 연결되어 전달되는 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전기와; 상기 회전축부에 고정된 상,하부 회전원판 사이에 등간격으로 배치되어 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시키는 블레이드로 이루어지되; 상기 상,하부 회전원판의 내측에 수직으로 관통되게 형성된 통공부와; 상기 상,하부 회전원판의 원주상 외측에 배치되어 유입되는 바람을 포집하여 회전력을 발생시키고 역방향의 바람에 의한 부하발생을 최소화할 수 있도록 한 제1블레이드부와; 상기 상,하부 회전원판의 원주상 내측에 배치되어 제1블레이드부로 바람이 포집될 수 있도록 하고 역방향의 바람은 통공부를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는 제2블레이드부로 이루어진 풍력발전장치를 특징으로 한다.

본 발명의 풍력발전장치는 블레이드로 유입되는 바람이 제1블레이드부의 바람포집부에 포집되어 회전할 수 있도록 함과 아울러 제2블레이드부에서는 외측 경사안내면을 따라 바람포집부 방향으로 바람을 밀어내는 형태로 불어주게 되므로 바람포집부에 바람이 집속되어 강력한 토오크에 의해 블레이드의 회전력을 크게 증대시킬 수 있도록 한 2열 블레이드에 의해 바람의 포집량을 최대한 높여 블레이드가 회전되게 함과 아울러 회전 역방향의 역풍을 최소화하여 블레이드를 유입되는 바람으로부터 최대의 회전력를 발생시킬 수 있게 되므로 발전효율을 크게 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 블레이드의 외측에 설치되어 바람을 유입안내하는 바람안내면이 구비된 바람안내부재에 의해 미풍이 부는 경우에는 바람안내면을 이동시켜 블레이드의 입구를 넓게 개방하여 풍속과 풍량을 최대한 높여 발전량을 증대시킬 수 있도록 하고, 강풍이 부는 경우에는 바람안내면에 의해 블레이드의 입구를 좁게 하는 수단으로 풍속과 풍량을 줄여 블레이드를 보호할 수 있도록 하는 수단으로 풍력발전장치의 내구성이 좋아지고 발전생산성도 배가할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 설치상태 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전장치 블레이드 부분의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전장치 블레이드 부분의 일부 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전장치 블레이드 부분의 전면도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력발전장치 블레이드 부분의 평단면도.
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 블레이드 외측에 바람안내부재가 구비된 상태를 나타낸 평단면 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 풍력발전장치는, 고정후레임(10)의 중앙에 수직으로 설치되는 회전축부(20)와; 상기 회전축부(20)의 하부에 연결되어 전달되는 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전기(25)와; 상기 회전축부(20)에 고정된 상,하부 회전원판(30)(30') 사이에 등간격으로 배치되어 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시키는 블레이드(40)로 이루어지되; 상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 내측에 수직으로 관통되게 형성된 통공부(32)와; 상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 외측면에 배치되어 유입되는 바람을 포집하여 회전력을 발생시키고 역방향의 바람에 의한 부하발생을 최소화할 수 있도록 한 제1블레이드부(41)와; 상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 내측면에 배치되어 제1블레이드부(41)로 바람이 포집될 수 있도록 하고 역방향의 바람은 통공부(32)를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는 제2블레이드부(45)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제1블레이드부(41)는, 바람의 유입을 안내할 수 있도록 돌출된 바람유입면(41a)과, 바람유입면(41a)의 내측에 원주방향으로 된 제1포집면(42a)과 절곡된 제2포집면(42b)이 구비된 바람포집부(42)와, 바람포집부(42)의 반대편은 절곡부(43)에 의해 유선형으로 형성되어 부하발생을 줄일 수 있도록 한다.

상기 제2블레이드부(45)는, 유입되는 바람이 회전축부(20)로 보내지는 것을 차단할 수 있도록 한 차단면(46)과, 유입되는 바람을 제1블레이드부(41)의 바람포집부(42)로 보내지도록 하는 경사안내면(47)과, 차단면(46)의 선단과 경사안내면(47)사이는 회전 역방향의 역풍이 유입되어 통공부(32)로 보내질 수 있도록 한 역풍유입구(48)가 형성된다.

제1블레이드부(41)와 제2블레이드부(45)는 복수로 구비되되 평면상에서 제1블레이드부(41)의 양측 사이에 제2블레이드부(45)가 배치되어 유입되는 공기가 제1블레이드부(41)의 바람포집부(42)로 각각 포집되어 회전력을 발생시킬 수 있도록 한다.

또, 본 발명은 상기 블레이드(40)의 외측에 설치되어 바람을 유입안내하는 바람안내면(52)이 구비된 바람안내부재(50)와, 상기 바람안내면(52)은 바람의 세기에 따라 수평이동하여 블레이드(40)의 입구를 좁히거나 넓히도록 하여 유입되는 풍속 및 풍량을 조절할 수 있도록 한 것으로, 이는 미풍이 부는 경우에는 바람안내면(52)을 이동시켜 블레이드(40)의 입구를 넓게 개방하여 풍속과 풍량을 최대한 높여 발전량을 증대시킬 수 있도록 하고, 강풍이 부는 경우에는 바람안내면(52)에 의해 블레이드(40)의 입구를 좁게 하는 수단으로 풍속과 풍량을 줄여 블레이드를 보호할 수 있도록 한다.

이와 같이 된 본 발명의 풍력발전장치의 구성에 따른 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 풍력발전장치는 고정후레임(10)의 중앙에 수직으로 설치된 회전축부(20)의 하부에 발전기(25)가 연결되고 상기 회전축부(20)의 원주상에 등간격으로 블레이드(40)가 설치되어 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시키는 수단으로 발전이 이루어지게 된다.

이때, 본 발명의 블레이드(40)는 상기 회전축부(20)에 고정된 상,하부 회전원판(30)(30')의 내측에 수직으로 관통되게 형성된 통공부(32)가 형성되어 있고 이러한 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 외측면에 배치되어 유입되는 바람을 포집하여 회전력을 발생시키고 역방향의 바람에 의한 부하발생을 최소화할 수 있도록 한 제1블레이드부(41)와; 상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 내측면에 배치되어 제1블레이드부(41)로 바람이 포집될 수 있도록 하고 역방향의 바람은 통공부(32)를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는 제2블레이드부(45)로 이루어진 2열 블레이드(40)에 의해 바람의 포집량을 최대한 높여 블레이드가 회전되게 함과 아울러 회전 역방향의 역풍을 최소화하여 블레이드(40)를 유입되는 바람으로부터 최대의 회전력를 발생시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 블레이드(40)로 유입되는 바람이 제1블레이드부(41)의 바람포집부(42)에 포집되어 회전할 수 있도록 함과 아울러 제2블레이드부(45)에서는 경사안내면(47)을 따라 바람포집부(42) 방향으로 바람을 밀어내는 형태로 불어주게 되므로 유입되는 바람이 바람포집부(42)에 집속되어 강력한 토오크에 의해 블레이드(40)의 회전력을 크게 증대시키게 된다.

그리고 상기 블레이드(40)의 회전과 비례하여 역방향에서 발생되는 역풍은 바람포집부(42)의 반대편 절곡부(43)에 의해 형성된 유선형에 의해 부하발생을 줄일 수 있게 됨과 아울러 제2블레이드부(45)의 역풍유입구(48)를 통해 통공부(32) 방향으로 유입시켜 상승기류에 의해 상부 통공부(32)를 통해 외부로 배출되기 때문에부하발생을 최소화하여 블레이드(40)를 최대의 회전력이 발생되도록 하여 발전효율을 크게 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 블레이드(40) 구조에 의해 회전력을 높여 발전할 수 있게 됨과 아울러 상기 블레이드(40)의 외측에 설치되어 바람을 유입안내하는 바람안내면(52)이 구비된 바람안내부재(50)에 의해 미풍이 부는 경우에는 바람안내면(52)을 이동시켜 블레이드(40)의 입구를 넓게 개방하여 풍속과 풍량을 최대한 높여 발전량을 증대시킬 수 있도록 하고, 강풍이 부는 경우에는 바람안내면(52)에 의해 블레이드(40)의 입구를 좁게 하는 수단으로 풍속과 풍량을 줄여 블레이드를 보호할 수 있도록 하는 수단으로 풍력발전장치의 내구성이 좋아지고 발전생산성도 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 고정후레임 20 : 회전축부
25 : 발전기 30,30' : 회전원판
32 : 통공부 40 : 블레이드
41 : 제1블레이드부 41a : 바람유입면
42 : 바람포집부 42a : 제1포집면
42b : 제2포집면 43 : 절곡부
45 : 제2블레이드부 46 : 차단면
47 : 경사안내면 48 : 역풍유입구
50 : 바람안내부재 52 : 바람안내면

Claims (5)

1. 고정후레임(10)의 중앙에 수직으로 설치되는 회전축부(20)와;
   상기 회전축부(20)의 하부에 연결되어 전달되는 회전력에 의해 발전이 이루어지는 발전기(25)와;
   상기 회전축부(20)에 고정된 상,하부 회전원판(30)(30') 사이에 등간격으로 배치되어 유입되는 바람으로부터 회전력을 발생시키는 블레이드(40)로 이루어지되;
   상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 내측에 수직으로 관통되게 형성된 통공부(32)와;
   상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 외측면에 배치되어 유입되는 바람을 포집하여 회전력을 발생시키고 역방향의 바람에 의한 부하발생을 최소화할 수 있도록 한 제1블레이드부(41)와;
   상기 상,하부 회전원판(30)(30')의 원주상 내측면에 배치되어 제1블레이드부(41)로 바람이 포집될 수 있도록 하고 역방향의 바람은 통공부(32)를 통해 외부로 배출할 수 있도록 하는 제2블레이드부(45)로 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1블레이드부(41)는,
   바람의 유입을 안내할 수 있도록 돌출된 바람유입면(41a)과,
   바람유입면(41a)의 내측에 원주방향으로 된 제1포집면(42a)과 절곡된 제2포집면(42b)이 구비된 바람포집부(42)와,
   바람포집부(42)의 반대편은 절곡부(43)에 의해 유선형으로 형성됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제2블레이드부(45)는,
   유입되는 바람이 회전축부(20)로 보내지는 것을 차단할 수 있도록 한 차단면(46)과,
   유입되는 바람을 제1블레이드부(41)의 바람포집부(42)로 보내지도록 하는 경사안내면(47)과,
   차단면(46)의 선단과 경사안내면(47)사이는 회전 역방향의 역풍이 유입되어 통공부(32)로 보내질 수 있도록 한 역풍유입구(48)가 형성됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   제1블레이드부(41)와 제2블레이드부(45)는 복수로 구비되되 평면상에서 제1블레이드부(41)의 양측 사이에 제2블레이드부(45)가 배치됨을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드(40)의 외측에 바람의 세기에 따라 수평이동하여 블레이드(40)의 입구를 좁히거나 넓히도록 하여 유입되는 풍속 및 풍량을 조절할 수 있도록 한 바람안내면(52)이 구비된 바람안내부재(50)가 설치된 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.
   

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