KR20120131573A - 풍력발전용 이중터빈 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불어오는 바람을 이용해 운동에너지를 발생하는 풍력발전용 터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축을 축으로 회전하는 하우징의 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로를 구성하고, 상기 바람유도통로의 후단에는 축을 중심으로 방사상으로 연장되는 복수개의 날개를 구성한 한쌍의 풍력발전날개를 구성하며, 상기 하우징의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로를 향하도록 하우징으로 회전시키는 풍향베인을 구성한 것을 포함하여 구성하되, 상기 바람유도통로를 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성하거나, 또한 상기 바람유도통로의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단을 구성하고, 상기 바람유도통로의 선단에 구성한 풍속측정수단에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단의 구동에 의해 힌지를 축으로 회동하는 풍압조절판이 회동되어 상기 바람유도통로의 폭이 가변되도록 구성하여, 약한 풍속(미풍)에서도 한쌍의 풍력발전날개가 회전하여 전기를 발전할 수 있게 함으로서 국내에서와 같이 바람이 적은 지역에서도 충분히 전기를 발전시켜 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 풍향베인에 의해 풍향에 관계없이 풍력을 최대한 활용해 무공해 전기 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과와 환경보전에 이바지하고, 하우징의 전방에 구성된 바람유도통로로 바람을 한쌍의 풍력발전날개로 유도함으로써 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하며, 바람유도통로를 풍속에 따라 그 폭이 가변되도록 구성하여, 유체역학적으로 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하고, 한쌍의 풍력발전날개의 회전을 일정하게 유지하도록 해 한쌍의 풍력발전날개의 내구성을 향상시킨 풍력발전용 이중터빈 구조를 제공한다.

Description

풍력발전용 이중터빈 구조{Wind power developmental twin turbine structures}

본 발명은 불어오는 바람을 이용해 운동에너지를 발생하는 풍력발전용 터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축을 축으로 회전하는 하우징의 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로를 구성하고, 상기 바람유도통로의 후단에는 축을 중심으로 방사상으로 연장되는 복수개의 날개를 구성한 한쌍의 풍력발전날개를 구성하며, 상기 하우징의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로를 향하도록 하우징으로 회전시키는 풍향베인을 구성한 것을 포함하여 구성하되, 상기 바람유도통로를 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성하거나, 또한 상기 바람유도통로의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단을 구성하고, 상기 바람유도통로의 선단에 구성한 풍속측정수단에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단의 구동에 의해 힌지를 축으로 회동하는 풍압조절판이 회동되어 상기 바람유도통로의 폭이 가변되도록 구성한 풍력발전용 이중터빈 구조에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전시스템은 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기 역학적 특성을 이용하여 날개를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 발전기를 회전시켜 전기를 얻는 시스템이다.

상기와 같은 풍력 시스템을 이루는 주요 구성을 보면 날개(회전자)를 구성한 풍력터빈, 증속장치(기어박스), 발전기, 제어 및 안전장치, 그리고 부가적으로 이러한 구조물들을 지지하는 지지철탑 등으로 구성된다.

풍력터빈은 바람이 갖는 운동에너지를 날개가 갖는 기하학적 형상의 특성을 이용하여 양력(Lift force)으로 발생시켜 날개를 회전시켜서 날개와 연결된 터빈 축을 통해 기계적 회전력으로 변환시키는 역할을 하게 된다.

이 회전력을 증속장치를 통하여 발전기의 정격회전수로 증속한 후 발전기를 구동시켜 발전하는 원리이다.

종래에는 상기 풍력터빈을 단일로 구성하여 발전량의 향상에 많은 어려움이 따르게 되었고, 미풍에서는 풍력터빈을 회전시킬만한 풍력이 발생하지 않아 발전하지 못하는 문제점이 있었다.

그리고 종래에는 일정 풍속이상의 바람(예: 태풍)이 불 경우 풍력터빈에 인가되는 풍력 및 그에 따른 풍력터빈의 회전제어를 하는 수단이 제시되지 않아 일정 속도이상의 바람이 불 경우 풍력발전을 중단해야 하므로 발전의 신뢰성이 높지않은 문제점이 있었다.

또한 종래에는 대부분 풍력터빈을 보호하는 장치 없이 발전을 하도록 풍력장치가 설치되는데, 이와 같이 개방된 풍력터빈은 자연풍속에 의해서만 회전을 하게 되면 풍속이 작을 경우 풍력터빈의 회전력이 작아 발전 효율에 문제가 있고, 이러한 개방상태로 풍력터빈을 설치할 경우 발전시나 비발전시에 풍력터빈이 쉽게 파손 당할 수 있다는 구조적 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 약한 풍속(미풍)에서도 한쌍의 풍력발전날개가 회전하여 전기를 발전할 수 있고, 국내에서와 같이 바람이 적은 지역에서도 충분히 전기를 발전시켜 사용할 수 있으며, 풍향베인에 의해 풍향에 관계없이 풍력을 최대한 활용해 무공해 전기 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과와 환경보전에 이바지하는 것에 그 목적이 있다.

그리고 하우징의 전방에 구성된 바람유도통로로 바람을 한쌍의 풍력발전날개로 유도함으로써 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하고, 바람유도통로를 풍속에 따라 그 폭이 가변되도록 구성하여, 유체역학적으로 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하고, 한쌍의 풍력발전날개의 회전을 일정하게 유지하도록 해 한쌍의 풍력발전날개의 내구성을 향상시킨 풍력발전용 이중터빈을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전축을 축으로 회전하는 하우징의 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로를 구성하고, 상기 바람유도통로의 후단에는 축을 중심으로 방사상으로 연장되는 복수개의 날개를 구성한 한쌍의 풍력발전날개를 구성하며, 상기 하우징의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로를 향하도록 하우징으로 회전시키는 풍향베인을 구성한 것을 포함하여 구성한 것이 특징이다.

이때 상기 바람유도통로를 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성한 것이 특징이다.

또한 상기 바람유도통로의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단을 구성하고, 상기 바람유도통로의 선단에 구성한 풍속측정수단에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단의 구동에 의해 힌지를 축으로 회동하는 풍압조절판이 회동되어 상기 바람유도통로의 폭이 가변되도록 구성한 것이 특징이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 약한 풍속(미풍)에서도 한쌍의 풍력발전날개가 회전하여 전기를 발전할 수 있게 함으로서 국내에서와 같이 바람이 적은 지역에서도 충분히 전기를 발전시켜 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 풍향베인에 의해 풍향에 관계없이 풍력을 최대한 활용해 무공해 전기 에너지를 얻을 수 있어 에너지 절감효과와 환경보전 효과를 가진 신규한 발명이다.

그리고 하우징의 전방에 구성된 바람유도통로로 바람을 한쌍의 풍력발전날개로 유도함으로써 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하게 되는 효과를 가진 신규한 발명이다.

또한 바람유도통로를 풍속에 따라 그 폭이 가변되도록 구성하여, 유체역학적으로 낭비되는 바람이 없이 아주 효율적으로 발전하고, 한쌍의 풍력발전날개의 회전을 일정하게 유지하도록 해 한쌍의 풍력발전날개의 내구성을 향상시키는 효과를 가진 신규한 발명이다.

도 1은 본 발명 풍력발전용 이중터빈의 구성을 보인 예시도
도 2는 본 발명의 구성에 따른 실시예를 보인 예시도
도 3a는 본 발명의 다른 구성인 바람유도통로의 폭이 가변한 구성을 보인 예시도
도 3b는 본 발명 다른 구성인 바람유도통로의 폭이 가변한 구성의 실시예를 보인 예시도
도 4는 본 발명의 구성에 따른 풍향베인의 다른 구성을 보인 예시도

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

풍력발전용 터빈을 구성함에 있어서,

회전축(101)을 축으로 회전하는 하우징(100)의 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로(110)를 구성한 것과;

상기 바람유도통로(110)의 후단에는 축을 중심으로 방사상으로 연장되는 복수개의 날개를 구성한 한쌍의 풍력발전날개(120)를 구성한 것과;

상기 하우징(100)의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로(110)를 향하도록 하우징(100)으로 회전시키는 풍향베인(130)을 구성한 것을 포함하여 구성한다.

이때 상기 바람유도통로(110)를 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성할 수 있다.

그리고 상기 바람유도통로(110)의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단(140)을 구성한 것과;

상기 바람유도통로(110)의 선단에 구성한 풍속측정수단(140)에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단(300)의 구동에 의해 힌지(210)를 축으로 회동하는 풍압조절판(200)이 회동되어 상기 바람유도통로(110)의 폭이 가변되도록 구성한다.

도면을 참조하여 본 발명의 상세한 구성 및 그 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

풍력발전장치는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로 불어오는 바람이 갖는 운동에너지를 날개가 갖는 기하학적 형상의 특성을 이용하여 양력(Lift force)으로 발생시켜 날개를 회전시켜서 날개와 연결된 터빈 축을 통해 기계적 회전력으로 변환시키는 역할을 하는 풍력터빈을 구성하고, 상기 풍력터빈과 연결되어 풍력터빈에 의해 발생한 회전력을 증대하기 위한 증속장치(기어박스)를 구성하며, 상기 증속장치와 연결되어 회전력의 운동에너지로 전기에너지를 생산하는 발전기를 구성하고, 상기 터빈 및 발전기를 제어하는 제어장치 및 안전장치, 그리고 부가적으로 이러한 구조물들을 지지하는 지지철탑 등으로 구성한다.

본 발명에서는 풍력발전터빈에 관한 것으로 그 구성을 보다 세밀하게 살펴보면, 도 1에 도시한 바와 같이 먼저 풍력발전터빈의 몸체를 이루는 하우징(100)은 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로(110)를 구성하고, 하부에는 회전축(101)을 축으로 회전하도록 구성한다.

그리고 바람유도통로(110) 후단에는 한쌍의 풍력발전날개(120)를 수용하는 수용공간을 형성하고, 발전이 이루어진 바람의 퇴로는 개방형으로 형성한다.

이때 도 2에 도시한 바와 같이 상기 바람유도통로(110)의 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성할 수 있는데, 이는 바람(유체)이 통과하는 통로의 단면적이 흐름방향으로 점점 좁아질수록 바람의 압력에너지가 속도에너지로 바뀌도록 해 발전효율을 증대하기 위함이다.

그리고 도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 바람유도통로(110)의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단(140)을 구성하고, 상기 바람유도통로(110)의 선단에 구성한 풍속측정수단(140)에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단(300)의 구동에 의해 힌지(210)를 축으로 회동하는 풍압조절판(200)이 회동되어 상기 바람유도통로(110)의 폭이 가변되도록 구성할 수도 있다.

상기 가변수단(300)으로는 에어백(310)과 에어펌프(311)를 구성하는데, 상기 바람유도통로(110)의 내측면과 힌지(210)를 축으로 회동하는 풍압조절판(200) 사이에 에어백(310)을 구성하고, 상기 에어백(310)과 에어펌프(311)를 연결하여, 상기 바람유도통로(110)의 선단에 구성한 풍속측정수단(140)에 의해 측정된 풍속이 설정된 기준풍속보다 낮은 풍속이면, 에어펌프(311)를 구동해 에어펌프(311)로 상기 에어백(310) 내부에 공기를 주입하여 에어백(310)이 팽창하도록 해 풍압조절판(200)이 힌지(210)를 축으로 회동되어 상기 바람유도통로(110)의 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 가변하여, 상기 바람유도통로(110)를 통과하는 바람의 속도를 높혀 풍력발전효율을 증대하도록 한다.

그리고 상기 바람유도통로(110)의 선단에 구성한 풍속측정수단(140)에 의해 측정된 풍속이 설정된 기준풍속보다 높은 풍속이면, 에어펌프(311)를 구동해 에어펌프(311)로 상기 에어백(310) 내부에 채워져 있는 공기를 다시 빼내어 에어백(310)을 수축하도록 해 풍압조절판(200)이 힌지(210)를 축으로 회동되어 상기 바람유도통로(110)가 원상태로 돌아오도록 가변하여, 강한 풍압에 풍력발전날개(120)가 파손되는 것을 방지한다.

상기 하우징(100)의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로(110)를 향하도록 하우징(100)을 회전시키는 풍향베인(130)을 구성한다.

상기 풍향베인(130)은 하우징(100) 정면에서 불어오지 않는 바람의 영향을 받아 상기 하우징(100)의 정면이 바람이 불어오는 쪽으로 향하도록 하우징(100)을 회전축(101)을 축으로 회전시킨다.

그리고 도 4에 도시한 바와 같이 상기 풍향베인(130)은 하우징(100)의 상부에 구성하여 하우징(100) 정면에서 불어오지 않는 바람의 영향을 받아 상기 하우징(100)의 정면이 바람이 불어오는 쪽으로 향하도록 하우징(100)을 회전축(101)을 축으로 회전시키도록 구성할 수도 있다.

본 발명의 이중터빈 구조는 상술한 바와 같이 풍력발전에 한정하여 그 구조와 실시예를 서술하였으나, 상기한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되지 않고, 상기 이중터빈 구조는 풍력뿐만 아니라, 수력, 파력 발전용 터빈으로도 얼마든지 응용하여 사용 가능한 신규한 발명이다.

그리고 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

♠주요도면부호에 관한 설명♠
100: 하우징 101: 회전축
110: 바람유도통로 120: 풍력발전날개
130: 풍향베인 140: 풍속측정수단
200: 풍압조절판 210: 힌지
300: 가변수단

Claims (3)

1. 풍력발전용 터빈을 구성함에 있어서,
   회전축(101)을 축으로 회전하는 하우징(100)의 전방에 바람의 진입을 유도하는 바람유도통로(110)를 구성한 것과;
   상기 바람유도통로(110)의 후단에는 축을 중심으로 방사상으로 연장되는 복수개의 날개를 구성한 한쌍의 풍력발전날개(120)를 구성한 것과;
   상기 하우징(100)의 후방으로 일체로 결합되어 바람이 부는 방향으로 바람유도통로(110)를 향하도록 하우징(100)으로 회전시키는 풍향베인(130)을 구성한 것을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 풍력발전용 이중터빈 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 바람유도통로(110)를 내측면을 안으로 갈수록 폭이 좁아지도록 내측면을 경사지게 구성한 것을 특징으로 하는 풍력발전용 이중터빈 구조.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 바람유도통로(110)의 선단에는 풍속을 측정하는 풍속측정수단(140)을 구성한 것과;
   상기 바람유도통로(110)의 선단에 구성한 풍속측정수단(140)에 의해 측정된 풍속에 따라 가변수단(300)의 구동에 의해 힌지(210)를 축으로 회동하는 풍압조절판(200)이 회동되어 상기 바람유도통로(110)의 폭이 가변되도록 구성한 것을 특징으로 하는 풍력발전용 이중터빈 구조.

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