KR20120062051A - 바람의 방향에 따라 날개의 각도가 조절되는 수직축형 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직축형 풍력발전기에 있어서, 그 효율을 높이기 위해 바람의 방향에 따라 날개의 각도가 변하는 날개로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 하는 효과가 있다. 수직축형 풍력 발전기 날개는 저풍속역으로부터 고풍속역까지 광범위한 풍속역에 있어서 풍력을 효과적으로 회전력으로 변환할 수 있고, 특히 저풍속역에서의 풍차의 효율을 대폭 향상시키는 것이 가능한 효과가 있다.

Description

바람의 방향에 따라 날개의 각도가 조절되는 수직축형 풍력발전기 {Smart power generator by wind power}

본 발명은 수직축형 풍력발전기에 있어서, 그 효율을 높이기 위해 바람의 방향에 따라 날개의 각도가 변하는 날개를 가진 수직축 풍력발전기에 해당함

일반적으로, 풍력 발전용의 풍차에는, 회전축이 바람의 방향에 대하여 수평으로 되어 있는 수평축형 풍차(프로펠러형 풍차)와, 회전축이 바람의 방향에 대하여 수직으로 되어 있는 수직축형 풍차가 알려져 있다. 수평축형 풍차는, 회전 정지 상태로부터 회전 운동을 개시하는 회전력(기동력)을 쉽게 얻을 수 있다는 특징을 가지고, 수직축형 풍차는, 바람의 방향에 관계없이 회전할 수 있다는 특징을 가진다.

이 중, 수직축형 풍차에는, 풍차의 공기력을 발생시키는 부위(블레이드)에 작용하는 항력(抗力)을 풍차의 주된 회전력으로 하는 스보니우스(sbonius)형, 패들(paddle)형 등의 항력형과, 블레이드에 작용하는 양력(揚力)의 회전 방향 성분을 풍차의 주된 회전력으로 하는 다리우스(darrieus)형, 자이로밀(gyromill)형 등의 양력형이 알려져 있다.

항력형의 풍차는, 회전 정지 상태 및 회전 상태에서 바람을 받는 것에 의해 블레이드에 항력이 생기고, 이 항력에 의한 회전력에 의해 회전 운동을 개시(기동)하여, 회전을 계속하도록 되어 있다. 이와 같은 효과는, 일반적으로 스보니우스 효과라고 불리고 있다.

한편, 양력형의 풍차는, 회전 상태에서 바람을 받는 것에 의해, 블레이드에 양력의 회전 방향 성분이 생기고,이 양력의 회전 방향 성분에 의한 회전력에 의해 회전을 계속하도록 되어 있다. 이와 같은 효과는, 일반적으로 자이로밀 효과라고 불리고 있다.

그런데, 항력형의 수직축형 풍차의 경우, 주속비(周速比)(블레이드의 회전 속도와 풍속의 비)가 1로 되면, 풍차를 그 이상으로 돌리는 모멘트가 발생하지 않고, 풍속이 높아져도, 그 이상의 회전수를 얻지 못하여, 발전 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.

한편, 양력형의 수직축형 풍차의 경우, 주속비가 1이상에서는, 풍차의 공력(空力) 특성이 양호해져, 전술한 자이로밀 효과에 의해 회전수를 증대시킬 수 있지만, 주속비가 1 이하에서는, 풍차의 공력 특성이 악화되어, 풍차를 돌리는 모멘트(회전력)가 작아지게 되고, 특히, 회전 정지 상태에서는 바람을 받아도 블레이드에 작용하는 양력의 회전 방향 성분이 생기지 않으므로, 회전력을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

그래서, 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 양력형의 수직축형 풍차에 [0008] 항력형의 수직축형 풍차를 기계적으로 내장함으로써, 미풍속역(微風速域)(1~2m/sec)에서의 기동을 가능하게 한 풍차(예를 들면, 일본공개특허 제2006-46306호 공보)나, 블레이드에 커팅부 등을 형성하고, 후방으로부터의 바람에 의한 항력과 전방으로부터의 항력과의 차이가 생기는 형상으로 함으로써, 공기 역학적으로 스보니우스 효과를 얻어 미풍속역에서의 기동을 가능하게 하고, 저풍속역(低風速域)(2~6m/sec)에서의 발전 효율을 높이는 것을 가능하게 한 풍차 등이 고안되어 있다(예를 들면, 일본특허 제3451085호 공보). 스보니우스 효과는, 항력이 작용하는 블레이드 형상의 공력 특성과 그 면적(풍향과 직각인 평면적)에 비례하여, 이 면적이 커지면 스보니우스 효과가 높아져, 기동력 및 회전력을 증대시킬 수 있다.

그러나, 이와 같은 수직축형 풍차에서는, 중?고속역(6m/sec 이상)에서 회전하는 경우에, 자이로밀 효과를 최대한으로 얻을 수 없다는 문제점이 있었다. 자이로밀 효과는, 양력이 작용하는 블레이드면의 공력 특성과 그 면적(블레이드면적), 회전 속도에 의존한다. 특히, 블레이드에 작용하는 항력을 감소시킴으로써 자이로밀 효과가 높아지므로, 회전력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 항력을 얻기 위해 설치된 항력 발생 부위(커팅부 등)는, 중?고속역에서 회전하는 경우의 자이로밀 효과를 저감시켜 버릴 우려가 있었다.

그러므로, 수직축형 풍차에는, 스보니우스 효과를 지금까지 이상으로 높여, 풍차가 기동하는 풍속을 보다 낮게 하여, 저풍속역에서의 회전력을 증대시키는 동시에 중?고풍속역에서는 블레이드의 항력을 매우 저감시켜 자이로밀 효과를 높이는 것에 의해, 사용 가능 풍속 범위를 확대하여, 발전 효율을 보다 한층 향상시키는 것이 알려져 있었다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 바람의 방향에 따라 날개의 각도를 변화 시키므로써 광범위의 풍속역에서 풍력을 무리없이 회전력으로 변환 할 수 있도록 한 수직축형 풍력발전기의 날개를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 수직 회전축과 직교하는 면 내에서, 상기 수직 회전축을 중심으로 하여 등각도 간격으로 복수 개의 블레이드가 설치된 수직축형 풍력발전기 날개에 있어서 상기 발전기 날개가 바람의 방향에서 우측(또는 좌측)은 열리고 좌측(혹은 우측)은 닫히는 원형 물레방아형 날개형이며, 또한 전단부가 상기 발전기 날개를 축지지되고, 후단부가 상기 블레이드에 대하여 개폐되는 개폐 부재와 바람에 방향에 따라 상기 개폐 부재의 개폐 제어 수단을 포함하는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 목적은, 상기 개폐제어수단이 한쪽의 날개 각도와 반대쪽의 날개 각도가 완벽하게 반대가 되게 함으로써, 효과적으로 달성된다.

또한 상기 목적은 상기 개폐부재의 전단부와 축지지되는 위치가 상기 물레방아형 날개의 축과 수직으로 만나는 면과 30~40도 인것에 의해 효과적으로 달성된다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 수직축형 풍차에 의하면, 축과 직교하는 물레방아형 날개를 축에, 개폐부재를 물레방아형 날개의 바깥면에 설치하고 상기 개폐 제어수단을 설치 함으로써 공기 역학적 특성을 바람이 부는 방향을 기준으로 오른편과 왼편의 유체 역학적 특성을 바꿀 수 있도록 했다. 이로써, 개폐 부재를 닫힌상태로부터 열린 상태로 함으로써, 발전기 날개에 항력을 크게 높일 수 있다. 이로써 저풍속역과 중,고풍속역에서 효율적으로 발전을 할수 있게 한다.

본 발명에 관한 수직축형 풍력 발전기 날개는 저풍속역으로부터 고풍속역까지 광범위한 풍속역에 있어서 풍력을 효과적으로 회전력으로 변환할 수 있고, 특히 저풍속역에서의 풍차의 효율을 대폭 향상시키는 것이 가능한 효과를 가지는 것으로, 예를 들면 소형 풍력 발전용의 날개로서 유용하다.

도 1은 특허 발전기의 상면도 이다.
도 2는 날개의 정면도 이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

[제1 실시예]

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직축형 풍력발전기를 개략적으로 나타낸 상면도이다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 관한 수직축형 풍력발전기의 개략 구성을 나타낸 기구도이다.

1: 개폐형 외부 날개
2: 물레방아형 내부 날개
3: 동력전달 축
4: 기어
5:지지부 고정용 베어링
6: 날개고정용 이음새

Claims (3)

1. 바람의 방향에 따라 각도가 변화는 개폐형 외부 날개(1)
2. 제 1항에 있어서, 각도가 변하는 겉날개(1)를 가진 날개 고정부(5,6)
3. 제 1항에 있어서, 한쪽의 날개가 펼쳐지면 반대쪽 날개가 접히는 수직 풍력 발전기
   
   
   
   
   

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