KR20120082505A - 복수의 발전기를 구비한 풍력발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 발전기를 구비한 풍력발전기에 관한 것으로, 블레이드와, 그 출력축에 연결된 감속기 및 발전장치를 구비한 나셀을 구비하여 바람에 의해 회전되는 블레이드의 회전력에 의해 전력을 생산하는 풍력발전기에 있어서, 일측 단부는 대직경부로 형성되고 타측 단부는 상대적으로 직경이 작은 복수의 소직경부들로 이루어지고 내부를 관통하여 바람이 유동할 수 있도록 된 관형체로서 지주부에서 바람방향에 따라 회전가능하게 설치된 원통형체(10)의 중심선을 따라 블레이드와 나셀을 구비한 적어도 2개의 발전기가 상기 소직경부들 각각에 장착된 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 작은 비용으로 해변이나 소규모 농촌 마을, 대도시 건물의 옥상, 선박에 적은 비용으로 설치하여 축전지에 충전하여 비상 전력이나 작은 전력으로도 사용할 수 있는 가로등과 같은 등기구용 전원으로 안정되고 지속적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

복수의 발전기를 구비한 풍력발전기{AN AEROGENERATOR WITH AT LEAST TWO GENERATORS}
본 발명은 복수개의 발전기를 구비한 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 직경이 감소되는 관형체 내부에 적어도 2개의 발전기가 장착되어 관형체속으로 유입되어 속도가 증가되는 풍력에 의한 회전으로 전기를 발생시키도록 된 풍력발전기에 관한 것이다.
근자에 지구 온난화의 주범인 화석연료의 사용을 감소시키기 위한 노력의 일환으로 풍력과 태양에너지와 같은 친환경적인 에너지원에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 그중의 하나로서, 풍력을 이용한 발전장치에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 풍력발전기는 일반적으로 도 1에 개략적으로 도시된 바와같이, 타워(1)의 상단에 2 ~ 3개의 블레이드(2)와 나셀(3)을 구비하고, 상기 나셀에는 블레이드의 축에 연결된 기어박스와 로터와 스테이터가 설치된 발전기가 설치된다.
그러나, 종래 풍력발전기는 상업성을 고려하여 블레이드가 수십 미터, 통상 30 ~ 60m 직경을 갖는 대형 블레이드의 풍력발전기에만 연구가 주력되고 있으나, 이러한 대형 풍력발전기는 제작, 설치 및 유지보수를 위한 비용이 과도하게 소요되고, 그에 따른 경제성을 맞추기 어려운 문제가 있고, 도시나, 작은 마을, 해변, 선박의 보조 전력원으로 사용하기 어렵다.
따라서, 풍속이 작고 규모가 작더라도 선박이나 소규모 마을, 대도시의 도시형에 적합한 소형 풍력발전기에 대한 연구 개발이 요망되었다.
본 발명은 상기한 종래의 대형 풍력발전기에 대한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 직경이 일측 단부에서 타단부로 감소되는 형태의 원통형체 내부에 적어도 하나의 프로펠러를 설치하여 원통형체 내부로 유입되면서 증가된 풍속의 바람으로 발전하도록 개선된 풍력발전기의 제공을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력발전기는 지주부와, 그 상단에 설치되며 블레이드와 그 출력축에 연결된 감속기 및 발전장치를 구비한 나셀을 포함한 발전기를 구비하여 바람에 의해 회전되는 블레이드의 회전력에 의해 전력을 생산하는 풍력발전기에 있어서, 일측 단부는 대직경부로 부터 적어도 하나의 발전기가 장착되는 상대적으로 직경이 작은 복수의 소직경부들로 이루어지고 내부를 관통하여 바람이 유동할 수 있도록 된 관형체로서 상기 지주부 상단에서 상하 및 수평방향으로 회동가능하게 설치된 원통형체와, 상기 원통형체의 소직경부들에서 원통형체의 중심선을 따라 블레이드와 나셀을 구비한 적어도 2개의 발전기를 포함하여 구성된다.
상기 원통형체는 그 무게중심부에 수직방향으로 지주부 상단에 장착된 회동부에서 힌지로 연결됨과 함께 링크로 회동부에 연결되어 상하 방향으로 회동가능하게 지지되며, 상기 회동부는 지주부 상단에서 베어링으로 수평방향으로 회동가능하게 장착된다.
상기 발전기들에서 생산되는 전력은 공통의 축전지에 충전되도록 되며, 상기 원통형체는 후미측에 수직꼬리날개와 수평꼬리날개를 구비하며, 상기 원통형체에는 그 내측 바닥부분에 다수의 배수공들이 형성되고, 상기 각각의 발전기가 설치된 위치의 원통형체 측부에는 보수유지를 위해 개폐가능한 도어가 설치된다.
본 발명에 따라 직경이 점차 감소되는 형상의 원통형체속에 복수개의 발전기를 설치하여 미풍에도 바람이 증속되어 효율적으로 발전가능하여 건물 옥상이나, 야산이나 해변 및 선박에 간편하게 설치하여 저비용으로 소규모의 전력을 생산할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 풍력발전기의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 소형 풍력발전기의 개략적인 사시도.
도 3은 도 2의 풍력발전기의 단면도.
도 4는 도 2의 발전기가 원통형체에 장착되는 구조를 보여주는 사시도.
도 5와 6은 도 3의 풍력발전기가 바람 방향에 따라 상하로 경사진 상태의 사용상태도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2와 도 3에 있어서, 본 발명에 따른 풍력발전기는 일측 단부가 타측 단부 보다 직경이 더 크고 양단이 개방되어 바람이 통과하여 유동할 수 있는 원통형체(10)와, 그 내부 공간에 원통형체의 중심선을 따라 설치되는 복수개의, 도면에 도시된 실시예에서는 2개의 발전기(11)가 설치되어 있다.
상기 발전기는 예를들어 복수개의 블레이드(12)와, 발전장치가 내부에 설치된 나셀(13)로 이루어지며, 상기 나셀에는 블레이드의 샤프트와 연결되어 회전속도를 증가시키기 위한 기어박스에서 기계적으로 증속되어 로터를 회전기키고, 로터의 외측에는 다상의 스테이터가 내부에 설치되어 로터의 회전에 따라 전기가 발생된다.
상기 원통형체(10)는 그 직경이 바람이 유입되는 입구측이 가장 크고 출구쪽으로 갈수록 점차로 작아지며, 이 경우 공기 유입유량을 Q1 , 배출유량을 Q2 , 유입단면적을 A1 , 배출단면적을 A2, 유입속도를 V1, 배출속도를 V2, 유입압력을 P1, 배출압력을 P2, 바람 유입부인 대직경부의 직경을 D1, 제 1 발전기(11)가 배치되는 제 1 소직경부의 직경을 D2라 하고, 공기밀도를 ρ, 날개의 반경을 R이라 할 때, Q1 = Q2 이고 Q1 = A1 * V1 이며, Q2 = A2 * V2 로서, V2 = V1 * A1 / A2 의 식이 성립한다. 그리고 유입직경(D1)과 배출직경(D2)의 비율이 예를들어 3 : 1인 경우 D1 = 3 * D2로 되고, 이때 V2 = 9 * V1이 됨에 따라서, 배출속도는 9배로 증가된다.
또한, 제 2 발전기(11')가 배치되는 제 2 소직경부의 직경을 D3라 할 때, D1 : D3 = 4 : 1로 하는 경우에 배출속도는 16배로 증가된다.
즉, 일반적으로 풍력 발전기에서 발전을 할 수 없는 정도의 미풍이 불 경우, 즉 바람의 속도가 1m/s라 가정하더라도 제 1 발전기(11)에서의 바람의 속도는 9m/s, 제 2 발전기(11')에서의 바람의 속도는 16m/s로 되어 발전가능한 속도로 증속된다. 이러한 원리는 풍력발전에서 일반적으로 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 발전기의 블레이드는 적어도 직경이 1m인 것이 바람직하지만, 제 1 발전기와 비교하여 상대적으로 직경이 작더라도 바람의 속도가 증가되므로 제 2 발전기의 발전가능성은 유지되며, 최종 발전기의 블레이드의 직경이 적어도 0.5m 정도는 되는 것이 바람직하다.
상기 원통형체는 그 내측면이 매끄럽게 가공되어 마찰 손실을 가능한 작게 하며, 내측면이 또한 전체적으로 원만한 곡선형으로 이루어져 바람이 전체적으로 원활하게 유동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 원통형체 내부에 설치되는 소용량의 발전기들로 부터 생산되는 전력은 공동의 축전지에 충전되도록 하여 사용시에는 일정한 전력이 출력될 수 있도록 함으로써 안정되게 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 풍력발전기는 예를들어, 해변이나 소규모 농촌 마을, 대도시 건물의 옥상, 선박에 적은 비용으로 설치하여 축전지에 충전하여 사용함으로써 비상 전력이나 작은 전력으로도 사용할 수 있는 가로등과 같은 등기구용 전원으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 발전기(11,11')들은 도 4에 도시된 바와같이 원통형체(10)의 내측면에 고정되는 환형의 프레임(30)에 가로 및 세로방향의 지지부(31)에 의해 지지되어 장착되며, 상기 발전기(11,11')들을 보수유지를 위해 발전기가 설치된 부분의 원통형체의 측부에 도어(35)가 설치된다.
상기 원통형체(10)는 그 무게중심부에 수직방향으로 지주부(40) 상단에 장착된 회동부(41)에서 힌지(42)로 연결되어 상하 방향으로 회동가능하게 설치되고, 상기 원통형체(10)는 또한 링크(43)로 회동부(41)에 연결되어 상하 방향으로 회동가능하게 지지된다. 상기 회동부(41)는 지주부 상단에서 베어링(44)으로 수평방향으로 회동가능하게 장착된다. 이로써, 상기 원통형체(10)는 지주부에 대하여 수평 및 수직방향으로 회동가능하게 장착됨으로써, 바람방향에 따라 위치가 자동으로 변경되어 바람이 원통형체로 원활하게 유입될 수 있게 된다.
원통형체(10)의 바람 배출측 단부의 외주면 상면에는 수직꼬리날개(45)와 수평꼬리날개(46)가 설치되어 바람방향을 따라 수평방향으로 회동함과 함께 상하방향으로의 바람방향에 대해서도 도 5와 도 6에 도시된 바와같이 원통형체가 자동적으로 상하로 회전하여 항상 바람이 원통형태의 유입구로 유입될 수 있도록 된다. 상기 수직꼬리날개는 도면에서는 원통형체의 후미부의 상면에만 설치되는 것으로 도시되었으나 상면과 저면에 동시에 설치될 수도 있음은 당연하다.
도면에 도시된 실시예에서는 발전기(11,11')가 두개인 경우에 대하여 설명하였으나, 원통형체의 길이와 직경에 따라 그 보다 많이 예를들어 4개 또는 5개 까지도 설치할 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명에 따른 원통형체는 예를들어 비바람이 불 때 비가 들이치는 경우에 빗물이 배수될 수 있도록 바닥면에 다수의 배수공(47)들을 형성하여 배수가 원활하게 이루어지도록 함으로써 원통형체 내부가 습하지 않도록 하는 것이 수명 연장에 바람직하다.
본 발명은 소규모 농촌마을이나 대도시 건물 옥상, 해변 마을이나 선박등에 설치하여 미풍에서도 등기구 점등용 또는 비상용의 소규모 전력을 생산할 수 있도록 하는데 사용될 수 있다.
10 : 원통형체 11,11' : 발전기
30 : 프레임 31 ; 지지부
35 : 도어 40: 지주부
41 : 회동부 42 : 힌지
43 : 링크 44 : 베어링
45 : 수직꼬리날개 46 : 수평꼬리날개

Claims (3)

  1. 지주부와, 그 상단에 설치되며 블레이드와 그 출력축에 연결된 감속기 및 발전장치를 구비한 나셀을 포함한 발전기를 구비하여 바람에 의해 회전되는 블레이드의 회전력에 의해 전력을 생산하는 풍력발전기에 있어서, 일측 단부는 대직경부로 부터 적어도 하나의 발전기가 장착되는 상대적으로 직경이 작은 복수의 소직경부들로 이루어지고 내부를 관통하여 바람이 유동할 수 있도록 된 관형체로서 상기 지주부 상단에서 상하 및 수평방향으로 회동가능하게 설치된 원통형체(10)와, 상기 원통형체의 소직경부들에서 원통형체(10)의 중심선을 따라 블레이드와 나셀을 구비한 적어도 2개의 발전기(11,11')를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 복수개의 발전기를 구비한 풍력발전기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 원통형체(10)는 그 무게중심부에 수직방향으로 지주부(40) 상단에 장착된 회동부(41)에서 힌지(42)로 연결됨과 함께 링크(43)로 회동부(41)에 연결되어 상하 방향으로 회동가능하게 지지되며, 상기 회동부(41)는 지주부 상단에서 베어링(44)으로 수평방향으로 회동가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 발전기들에서 생산되는 전력은 공통의 축전지에 충전되도록 되며, 상기 원통형체(10)는 후미측에 수직꼬리날개(45)와 수평꼬리날개(46)를 구비하며, 상기 원통형체(10)에는 그 내측 바닥부분에 다수의 배수공(47)들이 형성되고, 상기 각각의 발전기(11,11')가 설치된 위치의 원통형체 측부에는 보수유지를 위해 개폐가능한 도어(35)가 설치된 것을 특징으로 하는 복수개의 발전기를 구비한 풍력발전기.
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