KR20120136198A - 풍력발전기용 기류 상승장치 - Google Patents

풍력발전기용 기류 상승장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기용 기류 상승장치에 관한 것이다. 이는 지면에 고정 지지되며 상부로 연장된 타워와, 타워의 상단부에 배치되고 그 내부에 발전부를 가지는 나셀과, 나셀의 전방에 구비되며 수평의 샤프트를 통해 발전부에 연결되고 바람의 풍압을 받아 회전하여 회전축을 축회전시켜 발전부를 구동하는 다수의 블레이드를 포함하는 풍력발전기의 타워 주변에 설치되는 것으로, 풍력발전기를 향하여 유동하는 공기의 흐름을 가이드하여, 블레이드 보다 낮은 고도(高度)로 블레이드 하부를 통과할 공기를 상승시켜, 블레이드를 거쳐 지나가도록 유도하는 구성을 갖는다.

Description

풍력발전기용 기류 상승장치{Airstream rising device for Wind power generator}
본 발명은 풍력발전기용 기류 상승장치에 관한 것이다.
근래들어 특히 많은 관심을 받고 있는 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 운동에너지를 전기에너지로 바꿔주는 전기 발생장치이다. 이의 구성은 대략, 바람의 풍압을 받아 회전하는 블레이드와, 상기 블레이드의 회전력을 전달받아 축회전 하는 샤프트와, 상기 샤프트에 연결되어 샤프트의 회전속도를 조절하는 변속기와, 상기 변속기를 통과한 회전토오크에 의해 동작하여 전기를 생산하는 발전기로 이루어진다.
상기 풍력발전기는 블레이드에 의해 회전하는 샤프트의 설치방향에 따라 수직식과 수평식으로 나뉜다. 상기 수평식 풍력발전기는 지면(地面) 또는 해수면 상에 수직으로 고정되는 타워와, 상기 타워의 상단부에 설치되며 그 내부에 수평의 샤프트와 변속기와 발전기 등의 발전장치를 수용하는 나셀(nacelle)과, 상기 나셀의 전방에서 풍압을 받아 회전하여 상기 샤프트를 축회전 시키는 다수의 블레이드를 포함한다.
상기 수평식 풍력발전기(이하, 풍력발전기라 칭함)의 블레이드는, 효율과 동적성능과 경제성 사이에서 최적의 균형을 이루기 위해, 보통 3개가 하나의 세트를 이룬다. 상기 블레이드를 포함하는 가상의 평면은 지면에 대해 수직하다. 또한 각 블레이드의 회전시 블레이드가 나셀의 연직 하부를 통과하는 순간의 블레이드의 단부의 최저 고도는 지면으로부터 충분히 이격되어 있다.
그런데 상기한 풍력발전기는, 풍력발전기로 향하는 공기의 윈드쉐어(Wind Shear)의 영향으로, 각 블레이드에 가해지는 풍하중이 순간순간 바뀌어 블레이드 및 이에 연결되는 샤프트 등에 피로가 급격히 증가해 수명이 단축된다는 구조적 단점을 갖는다.
상기 윈드쉐어는 바람 진행방향에 대해 수직 또는 수평방향의 풍속 변화율을 의미하며, 특히 수직방향 풍속 변화율에 의해, 상기 나셀보다 높은 구역(도 3의 A구역)의 공기의 유속이, 나셀 하부의 구역(도 3의 B구역) 보다 빠르다. 따라서 블레이드가 A구역을 지날 때는 상대적으로 높은 풍압을 받으며, B구역을 지날 때는 상대적으로 낮은 풍압을 받아, 결국 회전하는 각 블레이드에 가해지는 풍하중이 순간 순간 바뀐다.
도 1은 풍력발전기를 거쳐 지나가는 공기의 흐름을 노멀 윈드 프로파일 모델링(Normal wind profile modeling)을 통해 해석해 알아낸 공기 유동특성을 설명하는 칼라 그래픽이다. 도 1에서 파랑, 노랑, 주황, 빨강색으로 변화할수록 기류의 속도가 빨라짐을 의미한다.
도 1에 나타낸 바와같이, 풍력발전기를 향하는 공기의 흐름에 있어서, 고도가 올라갈수록 기류의 속도가 빨라짐을 알 수 있다. 지면의 기류 속도는 파란색으로 표시되었고 고도가 올라갈수록 노랑, 주황, 빨강색으로 변화한다. 이러한 속도분포는 공기와 지면과의 마찰에 기인하는 것이며 도 3에 나타낸 윈드 쉐어 프로파일(Wind Shear Profile)로 나타낼 수 있다.
여하튼 상기한 기류의 속도분포에 의해, 가령 풍력발전기의 나셀이 위치한 고도에서의 수평면(Zhub )을 경계로 하는, 수평면 상부와 하부의 기류의 속도도 상호 다르다.
도 2a,2b 및 도 3은 상기 도 1에 도시한 공기 유동장 내에서, 풍력발전기(10)의 각 블레이드에 가해지는 풍하중의 변동이유를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도시한 바와같이, 풍력발전기(10)는, 지면(Z)에 수직으로 고정 지지되는 타워(13)와, 상기 타워(13)의 상단부에 요잉운동(타워의 축방향 운동) 가능하게 설치되며 그 내부에 각종 발전장치(미도시) 및 샤프트(미도시) 등이 구비되는 나셀(15)과, 상기 나셀(15)의 전방에 위치하며 풍압을 받아 회전하여 상기 샤프트를 축회전시키는 블레이드(17a,17b,17c)를 포함한다. 상기 블레이드(17a,17b,17c)는 세 개가 하나의 세트를 이루며 당연히 120도로 등각 배치된다.
한편, 도 3에 도시한 바와같이, 상기 풍력발전기(10)를 향하는 기류의 프로파일을 보면, 지면(Z)으로부터 상부로 올라갈수록 기류의 속도가 증가함을 알 수 있다. 이는 위에 설명한 것처럼, 상기 수평면(Zhub)을 기준으로 하는, 수평면(Zhub) 상부의 풍압과 하부의 풍압이 다르다는 뜻이기도 하다.
상기한 수평면(Zhub) 상하의 풍압이 다르다는 것은, 블레이드(17a,17b,17c)의 회전시 각 블레이드가 수평면(Zhub)의 상부와 하부 영역을 통과하는 동안 블레이드에 가해지는 풍압이 반복적으로 변화한다는 의미이다.
도 2a를 참조하면, 세 개의 블레이드 중 두 개의 블레이드(17a,17b)가 상기 수평면(Zhub)의 하부영역(B)을 통과하고 있고, 나머지 하나의 블레이드(17c)가 상부영역(A)을 통과하고 있음을 알 수 있다. 이 때 상부영역(A)에 있는 블레이드(17c)에 가해지는 풍압은, 하부영역(B)를 통과하고 있는 블레이드(17a,17b)에 작용하는 풍압보다 크다.
블레이드의 계속적 회전에 따라, 도 2b와 같이, 하부영역(B)에 있던 블레이드(17b)가 상부영역(A)으로 이동하면, 블레이드(17b)에 가해지는 풍하중이 증가한다. 즉 블레이드(17b)에 가해지던 풍압이 변화된 것이다. 상기와 같이 상부영역(A)으로 올라간 블레이드(17b)가 계속 회전하여 다시 하부영역(B)으로 내려오면, 블레이드(17b)에 가해지던 풍압이 다시 감소한다.
각 블레이드(17a,17b,17c)의 입장에서 보면, 외부로부터 블레이드 자신에 가해지는 풍하중이 (블레이드의 회전에 의해) 순간 순간 변화하는 것이다.
이러한 풍하중의 변화는 기계적 피로를 증가시키는 원인이 되어 블레이드(17a,17b,17c) 자체의 수명은 물론 블레이드와 연관된 부품의 수명을 단축시키고 특히 블레이드와 직결되어 있는 샤프트의 토크변동을 야기한다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 풍력발전기의 주변에 설치된 상태로, 풍력발전기를 향하는 기류 중 블레이드 보다 낮은 고도(高度)로 흘러 블레이드 하부를 통과할 기류를 상승시켜, 나셀 하부를 통과하는 블레이드를 거쳐 지나가도록 유도함으로써, 블레이드가 겪는 풍하중 변동을 최소화 할 수 있는 풍력발전기용 기류 상승장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력발전기용 기류 상승장치는, 지면에 고정 지지되며 상부로 연장된 타워와, 상기 타워의 상단부에 배치되고 그 내부에 발전부를 가지는 나셀과, 상기 나셀의 전방에 구비되며 수평의 샤프트를 통해 상기 발전부에 연결되고 바람의 풍압을 받아 회전하여 상기 회전축을 축회전시켜 발전부를 구동하는 다수의 블레이드를 포함하는 풍력발전기의 타워 주변에 설치되는 것으로서, 상기 블레이드 보다 낮은 고도(高度)로 블레이드 하부를 통과하는 공기를 상승시켜, 상기 블레이드를 거쳐 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류 상승장치는; 지면에 고정되는 링형 구조체로서, 그 내측에 상기 타워를 수용하고, 그 외주면에는, 외주면에 충돌한 공기를 상향 가이드하여 블레이드 측으로 상승시키는 기류유도면을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류유도면은, 지면으로부터 상부로 갈수록 내측으로 오므라진 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기류유도면은 지면에 대해 수직을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류유도면은 지면으로부터 상부로 갈수록 내측을 향하여 경사진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류 상승장치는; 지면에 고정되며 소정의 높이를 갖는 링형 베이스와, 상기 베이스의 상단부에 회동 가능하게 연결되는 것으로서, 풍압에 따라 상기 타워를 향해 회동하여 숙여지는 다수의 플랩편과, 상기 플랩편의 내측부에 링크되며 플랩편을 회동시키는 플랩조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 플랩편은 힌지를 통해 베이스의 상단부에 링크되어, 플랩편이 베이스부 내측으로 완전히 접힌 상태에서 그 단부가 지면에 접하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 플랩조절부는; 상기 베이스의 내측부에 구비되는 하부홀더와, 상기 각 플랩편의 내측면에 고정되는 상부홀더와, 상기 하부홀더 및 상기 상부홀더와 연결되고, 수축 및 팽창하여 상기 플랩편을 회동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류 상승장치는; 상기 타워 주변에 배치되며 상하로 회동 가능한 다수의 플랩편과, 지면에 고정된 상태로 상기 플랩편을 지지하는 베이스와, 상기 베이스와 각 플랩편에 설치되며 베이스에 지지된 상태로 상기 플랩편을 회동시키는 플랩조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 플랩편과 베이스는 힌지를 통해 상호 링크되고, 상기 플랩조절부는; 상기 각 플랩편의 내측면에 마련되어 있는 상부홀더와, 상기 베이스의 상부에 고정되어 있는 하부홀더와, 상기 상부홀더에 회동 가능하게 핀 연결되는 제 1지지아암과, 상기 하부홀더에 회동 가능하게 핀 연결되고, 상기 제1 지지아암과 회동 가능하게 연결되는 제2지지암과, 상기 제 1지지아암과 제2지지아암을 회동시켜 상기 플랩편을 회동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류 상승장치의 높이는 상기 나셀의 높이에서 블레이드의 길이를 뺀 값의 0.1이상이고, 상기 나셀의 높이에서 블레이드의 길이를 뺀 값보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기류 상승장치의 지름은 상기 블레이드의 길이의 2배 이상이고, 상기 블레이드의 길이의 3배 이하인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 풍력발전기용 기류 상승장치는, 풍력발전기의 주변에 설치된 상태로, 풍력발전기를 향하는 기류 중 블레이드 보다 낮은 고도(高度)로 흘러 블레이드 하부를 통과할 기류를 상승시켜, 나셀 하부를 통과하는 블레이드를 거쳐 지나가도록 유도함으로써, 블레이드가 겪는 풍하중 변동을 최소화 할 수 있다.
도 1은 풍력발전기를 거쳐 지나가는 공기의 흐름을 해석해 알아낸 공기 유동특성을 설명하는 그래픽이다.
도 2a,2b 및 도 3은 상기 도 1에 도시한 공기 유동장 내에서, 풍력발전기의 각 블레이드에 가해지는 풍하중의 변동이유를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 함께 도시한 측단면도이다.
도 5는 상기 도 4에 도시한 기류 상승장치의 사시도이다.
도 6은 상기 도 4에 도시한 기류 상승장치의 특징을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 더불어 도시한 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 함께 도시한 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 플랩편이 접힌 모습을 도시한 사시도이다.
도 11은 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 일부를 발췌하여 도시한 분해 사시도이다.
도 12a 내지 12c는 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 작동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제 5실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14a 내지 도 14c는 상기 도 13에 도시한 기류 상승장치의 작동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 함께 도시한 측단면도이고, 도 5는 상기 도 4에 도시한 기류 상승장치의 사시도이며, 도 6은 상기 기류 상승장치의 특징을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도시한 바와같이, 제 1실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치(21)는, 외주면이 유선형으로 만곡된 링의 형태를 취하며 그 내부공간(21b) 중앙부에 상기 타워(13)의 하측부를 수용한다. 상기 타워(13)는 기류 상승장치(21)가 제공하는 내부공간(21b)내의 중앙부 지면(Z)에 고정된 상태로 상부로 연장된다. 상기 기류 상승장치(21)도 지면(Z)에 고정되어 기류 상승장치(21)의 하부로 공기가 통과하지 않는다.
기류 상승장치를 상기와 같이 링타입으로 하고, 또한 타워(13)를 기류 상승장치(21)의 중앙부에 세워 놓으므로써, 이를테면 풍향의 변화에 의해 나셀(15)이 화살표 Y 방향으로 회전하여 블레이드의 방위가 임의의 방향으로 바뀌더라도 항상 일정한 작용을 할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 기류 상승장치(21)는 일체형으로서 그 외주면에 기류유도면(21a)을 갖는다. 상기 기류 상승장치(21)는 유리섬유나 카본섬유 또는 합성수지나 금속으로 제작할 수 있다. 상기 기류유도면(21a)은 유선형 가이드면으로, 지표면을 스치는 기류의 스트림라인을 화살표 S방향으로 상승시킨다. 상기 화살표 S 방향으로 흐르는 기류는 코안다효과(coanda effect)에 의해 상승하여, 기류 상승장치(21) 상부를 통과하던 기류에 합세해 나셀(15) 하부를 통과하는 블레이드를 가압한다.
상기한 작용 효과를 최대로 끌어올리기 위해 기류 상승장치(21)의 높이(H)는, 나셀(15)의 높이(Zhub)에서 블레이드의 길이(R)를 뺀 값보다 작은 것이 바람직하다. 즉, Hmax < (Zhub - R) 이다. 더욱 바람직하게는 나셀(15)의 높이(Zhub)에서 블레이드의 길이(R)를 뺀 값의 0.9 이하, 더 나아가 0.6 이하인 것이 바람직하다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 0.4 이하인 것이 가장 효과적이다. 또한 기류 상승장치(21)의 높이(H)는 나셀(15)의 높이(Zhub)에서 블레이드의 길이(R)를 뺀 값의 0.1 이상인 것이 바람직하다.
기류 상승장치(21)의 지름 즉, 폭(W)은, 블레이드의 길이(R)의 2배 이상인 것이 바람직하다. 더 나아가 기류 상승장치(21)의 폭(W)은 블레이드의 길이(R)의 2.2배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 기류 상승장치(21)의 폭(W)은, 블레이드의 길이(R)의 3배 이하인 것이 바람직하다.
아울러 상기 기류 상승장치(21)의 기류유도면(21a)의 곡률반지름(r)은 (Hmax - Hmin) * (0.2 ~ 10) 정도면 좋다. 그리고, 기류 상승장치(21)를 수평으로 투영했을 때 만들어지는 원의 원주 굵기인 L 은 (0.1 ~ 0.3) * R 이다.
상기 기류 상승장치(21)의 높이(H)를 키우기 위해, 기류유도면(21a)의 하단부에 수직부분을 둘 수 있는데, 상기 수직부분의 높이(Hwsb)는 (0.05 ~ 1.0) * R 이다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 더불어 도시한 측단면도이다.
도시한 바와같이, 제 2실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치(41)도, 제 1실시예의 기류 상승장치(21)와 마찬가지로 링의 형태를 취하는 일체형 구조를 갖는다. 다만, 제 2실시예의 기류 상승장치(41)의 기류유도면(41a)은 높이방향으로 오목한 형태를 취한다. 즉 높이방향으로 갈수록 경사가 급해진다. 이와같이 기류유도면(41a)이 높이방향으로 오목하므로 지표면을 따라 흐르는 기류의 상승 높이가 더욱 증가한다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치를 풍력발전기와 함께 도시한 측단면도이다.
도 8에 도시한 타입의 기류 상승장치(53)는, 기류유도면(43a)이 지면(Z)에 대해 수직을 이루며 전체적으로 링의 형태를 취하는 일체형 구조를 갖는다. 이와같이 기류유도면(43a)이 수직의 형태를 취하므로, 지표면을 스쳐 흐르는 기류는 상기 기류유도면(43a)에 부딪힌 후, 거의 난류의 흐름으로 바뀐 상태로 기류 상승장치(53)의 상부로 상승하여 블레이드에 풍압을 가한다.
도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치(31)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 플랩편이 접힌 모습을 도시한 사시도이다. 도 11은 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 일부를 발췌하여 도시한 분해 사시도이다.
도 9에 도시한 풍력발전기용 기류 상승장치(31)는, 필요에 따라 기류유도면(31c)의 높이나 형상을 조절할 수 있는 특징을 가진다. 즉 강풍 등으로 기류의 유속이 빨라 풍압이 지나치게 증가하면 후술할 플랩편(31e)을 안쪽으로 접어 기류 상승작용을 감소시키고, 평상시의 유속 이하 일 경우에는 플랩편(31e)을 상승시켜 기류의 상승작용을 최대로 올린다. 얼마의 풍속에 플랩편(31e)을 작동시킬지는 별도의 센서로부터 전달받은 풍속 정보에 따라 결정된다. 본 실시예에 따른 기류 상승장치(31)는, 상기 플랩편(31e)이 완전히 올라간 상태에서의 전체적인 외부 형상이 제 1실시예의 기류 상승장치(도 5의 21)와 유사하다.
여하튼, 제 4실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치(31)는, 일정직경의 납작한 원통 형태를 취하며 지면에 고정되는 베이스(31a)와, 상기 베이스(31a)의 상단부에 회동 가능하도록 힌지 결합하는 다수의 플랩편(31e)과, 상기 플랩편(31e)을 회동시키는 플랩조절부로 구성된다. 상기 베이스(31a)와 플랩편(31e)의 외향면은 기류를 상향 유도하는 기류유도면(31c)을 이룬다.
상기 베이스(31a)가 제공하는 내부공간(31d)의 중앙부에 상기 풍력발전기의 타워(13)가 배치됨은 물론이다.
상기 각 플랩편(31e)은, 다수 개가 상호 이웃하며 최대 상승한 상태에서 그 측단부가 서로에 대해 접하여 유선형 기류유도면을 제공한다. 특히 상기 플랩편(31e)의 하향 회동은 동시에 이루어지지 않고 순차적으로 이루어진다. 이는 플랩편(31e)이 동시에 하강하면 이웃 플랩편(31e)과의 간섭이 발생하기 때문이다.
상기 플랩편(31e)의 하향 회동운동의 방식은 얼마든지 다양하게 변경할 수 있으며, 예컨대 짝수번째 있는 플랩편(31e)을 먼저 내리고 홀수번째 있는 플랩편(31e)을 뒤이어 내리는 구동방식을 취할 수 도 있다. 이러한 구동은 별도의 제어신호에 의해 후술할 액츄에이터(33)를 통해 구현된다.
또한 상기 각 플랩편(31e)의 내측면에는 상부홀더(31f)가 마련되어 있고, 베이스(31a)의 내측면에는 하부홀더(31g)가 위치한다. 상기 상하부홀더(31f,31g)는 수직방향 연장선상에 배치되는 것으로서, 도 12에 도시한 액츄에이터(33)를 지지한다.
아울러 상기 베이스(31a)에 각각의 플랩편(31e)을 회동 조절 가능하게 링크시키기 위하여, 베이스(31a)의 상단부와 플랩편(31e)의 하단부에는 힌지부재(31m,31n)가 각각 마련되어 있다. 상기 힌지부재(31m,31n)를 끼워 맞춘 상태로 핀(31p)을 끼우면, 베이스(31a)에 대한 플랩편(31e)의 연결이 이루어짐은 물론이다.
특히 도 10에 도시한 바와같이, 상기 플랩편(31e)이 최대한 안쪽으로 접힌 상태에서, 플랩편(31e)의 상단부는 지면(Z)에 접한다. 즉 도 12c에 나타낸 것처럼 플랩편(31e)의 단부가 지면까지 내려가는 것이다. 이와같이 구성함으로써 플랩편(31e)이 마치 지지대의 역할을 할 수 있다.
도 12a,12b,12c는 상기 도 9에 도시한 기류 상승장치의 작동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 상부홀더(31f)와 하부홀더(31g)의 사이에 액츄에이터(33)가 구비되어 있음을 알 수 있다. 상기 액츄에이터(33)는 구동부(35)로부터 전달받은 압력에 의해 작동하는 것으로서, 하부홀더(31g)에 핀연결되는 실린더(33a)와, 상부홀더(31f)에 핀연결되는 작동로드(33b)로 이루어진다. 여기서 핀 연결 된다는 의미는 서로에 대해 회동 가능하다는 의미이다. 이와같이 액츄에이터(33)가 상하부홀더(31f,31g)에 핀 연결되므로 액츄에이터(33)의 동작에 의해 플랩편(31e)의 각도 조절이 이루어진다.
도 12a는 플랩편(31e)이 최대한 상승한 모습니다. 이 때 베이스(31a)와 플랩편(31e)의 외향면은 유선형을 이룬다.
상기 상태에서 플랩(31e)을 안쪽으로 접기 위해서는 액츄에이터(33)를 구동하여 작동로드(33b)를 도 12b의 화살표 k방향으로 당긴다. 작동로드(33b)를 당기면 작동로드(33b)에 연결되어 있는 플랩편(31e)이 화살표 m방향으로 회동하기 시작하고 결국 도 12c에 나타낸 바와같이 플랩편(31e)의 선단부가 지면에 도달하여 도 10의 상태가 된다.
도 13은 본 발명의 제 5실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도시한 바와같이, 제 5실시예에 따른 풍력발전기용 기류 상승장치(51)는 8장의 플랩편(51a,51b)과, 각 플랩편(51a,51b)을 지지하는 베이스(51c)와, 플랩편(51a,51b)과 베이스(51c)의 사이에 설치되어 플랩편을 상하로 회동시키는 플랩조절부로 구성된다. 상기 플랩조절부로서 액츄에이터(33)를 사용한다. 상기 플랩편(51a,51b)의 개수는 경우에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.
상기 플랩편(51a,51b)은 대략 사다리꼴 또는 사각형 플레이트의 형태를 취하는 부재로서, 그 내측면에 상부홀더(31f)를 갖는다. 특히 각 플랩편(51a,51b)에 있어서 가령 짝수번째 있는 플랩편(51a)은 홀수번째 있는 플랩편(51b)보다 내측에 엇갈리게 배치된다. 이는 플랩편(51a,51b)을 안쪽으로 숙일 때 이웃하는 플랩편끼리 간섭되지 않도록 하기 위한 것이다.
상기 베이스(51c)는 지면에 고정된 상태로 힌지부(51e)를 통해 플랩편(51a,51b)을 지지하는 역할을 한다. 또한 상기 베이스(51c)의 상면에는 하부홀더(31g)가 고정된다. 상기 하부홀더(31g)는 각 플랩편(51a,51b)의 상부홀더(31f)에 일대일 대응하며, 상부홀더(31f)와의 사이에 제 1,2지지아암(도 14a의 51f,51g)을 갖는다.
도 14a 내지 도 14c는 상기 도 13에 도시한 기류 상승장치의 작동을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도시한 바와같이, 상기 상부홀더(31f)에는 제 1지지아암(51f)의 일단부가 회동 가능하도록 연결되어 있고, 하부홀더(31g)에는 제 2지지아암(51g)의 일단부가 회동 가능하게 설치되어 핀 연결되어 있다. 아울러 상기 제 1지지아암(51f)의 타단부와 제 2지지아암(51g)의 타단부도 핀(51k)을 통해 연결되어 있다.
또한 상기 베이스(51c)에는 받침홀더(51m)가 추가로 마련되어 있다. 상기 받침홀더(51m)는 상기 실린더(33a)를 회동 가능하게 지지하는 역할을 한다.
상기 액츄에이터(33)의 실린더(33a) 후단부는 받침홀더(51m)에 핀 연결되고, 작동로드(33b)의 선단부는 상기 제 1,2지지아암(51f,51g)의 연결부위에 함께 핀 연결된다. 따라서 상기 작동로드(33b)를 화살표 f방향으로 이동시키면 제 1,2지지아암(51f,51g)이 절곡되어 플랩편(51a,51b)이 화살표 e 방향으로 숙여진다.
도 14a는 액츄에이터(33)의 작동로드(33b)가 실린더(33a) 측으로 최대한 당겨진 상태이다. 도시한 바와같이 액츄에이터(33)가 제 1,2지지아암(51f,51g)을 잡고 있는 상태로 제 1,2아암(51f,51g)은 직선을 유지하며 플랩편(51a,51b)을 지지한다.
상기 상태에서 작동로드(33b)를 화살표 f방향으로 이동시키면 도 14b에 도시한 것처럼, 제 1,2아암(51f,51g)의 연결부위가 꺾이며 플랩편(51a,51b)이 화살표 e 방향으로 하향 회동한다. 상기 작동로드(33b)를 더욱 연장시킴에 따라 플랩편(51a,51b)은 계속적으로 하향 회동하고 마침내 도 14c와 같이 최대로 숙여진 상태가 된다. 플랩편(51a,51b)을 다시 올리기 위해서는 액츄에이터(33)의 작동로드(33b)를 반대방향으로 당기면 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
11:풍력발전기　　　　　　　　　　 13:타워　　　　　　　　　　　　　　　　 15:나셀
17a,17b,17c:블레이드　　　 21:기류 상승장치　　　　　　　 21a:기류유도면
21b:내부공간　　　　　　　　　　　 31:기류 상승장치　　　　　　　 31a:베이스부
31c:기류유도면　　　　　　　　　 31d:내부공간　　　　　　　　　　　 31e:플랩편
31f:상부홀더　　　　　　　　　　　 31g:하부홀더　　　　　　　　　　　 31m,31n:힌지부재
31p:핀　　　　　　　　　　　　　　　　　 33:액츄에이터　　　　　　　　　　 33a:실린더
33b:작동로드　　　　　　　　　　　 35:구동부　　　　　　　　　　　　　　 41:기류 상승장치
41b:내부공간　　　　　　　　　　　 43:기류 상승장치　　　　　　　 43a:기류유도면
51:기류 상승장치　　　　　　　 51a,51b:플랩편　　　　　　　　　 51c:베이스
51d:내부공간　　　　　　　　　　　 51e:힌지부　　　　　　　　　　　　　 51f:제 1지지아암
51g:제 2지지아암　　　　　　　 51k:핀　　　　　　　　　　　　　　　　　 51m:받침홀더

Claims (12)

  1. 지면에 고정 지지되며 상부로 연장된 타워와, 상기 타워의 상단부에 배치되고 그 내부에 발전부를 가지는 나셀과, 상기 나셀의 전방에 구비되며 수평의 샤프트를 통해 상기 발전부에 연결되고 바람의 풍압을 받아 회전하여 상기 회전축을 축회전시켜 발전부를 구동하는 다수의 블레이드를 포함하는 풍력발전기의 타워 주변에 설치되는 것으로서,
    상기 블레이드 보다 낮은 고도(高度)로 블레이드 하부를 통과하는 공기를 상승시켜, 상기 블레이드를 거쳐 흐르도록 유도하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기류 상승장치는;
    지면에 고정되는 링형 구조체로서, 그 내측에 상기 타워를 수용하고,
    그 외주면에는, 외주면에 충돌한 공기를 상향 가이드하여 블레이드 측으로 상승시키는 기류유도면을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 기류유도면은, 지면으로부터 상부로 갈수록 내측으로 오므라진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기류유도면은 지면에 대해 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 기류유도면은 지면으로부터 상부로 갈수록 내측을 향하여 경사진 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 기류 상승장치는;
    지면에 고정되며 소정의 높이를 갖는 링형 베이스와,
    상기 베이스의 상단부에 회동 가능하게 연결되는 것으로서, 풍압에 따라 상기 타워를 향해 회동하여 숙여지는 다수의 플랩편과,
    상기 플랩편의 내측부에 링크되며 플랩편을 회동시키는 플랩조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 각 플랩편은 힌지를 통해 베이스의 상단부에 링크되어, 플랩편이 베이스부 내측으로 완전히 접힌 상태에서 그 단부가 지면에 접하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 플랩조절부는;
    상기 베이스의 내측부에 구비되는 하부홀더와,
    상기 각 플랩편의 내측면에 고정되는 상부홀더와,
    상기 하부홀더 및 상기 상부홀더와 연결되고, 수축 및 팽창하여 상기 플랩편을 회동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기류 상승장치는;
    상기 타워 주변에 배치되며 상하로 회동 가능한 다수의 플랩편과,
    지면에 고정된 상태로 상기 플랩편을 지지하는 베이스와,
    상기 베이스와 각 플랩편에 설치되며 베이스에 지지된 상태로 상기 플랩편을 회동시키는 플랩조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 각 플랩편과 베이스는 힌지를 통해 상호 링크되고,
    상기 플랩조절부는;
    상기 각 플랩편의 내측면에 마련되어 있는 상부홀더와,
    상기 베이스의 상부에 고정되어 있는 하부홀더와,
    상기 상부홀더에 회동 가능하게 핀 연결되는 제 1지지아암과,
    상기 하부홀더에 회동 가능하게 핀 연결되고, 상기 제1 지지아암과 회동 가능하게 연결되는 제2지지암과,
    상기 제 1지지아암과 제2지지아암을 회동시켜 상기 플랩편을 회동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기류 상승장치의 높이는 상기 나셀의 높이에서 블레이드의 길이를 뺀 값의 0.1이상이고, 상기 나셀의 높이에서 블레이드의 길이를 뺀 값보다 작은 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기류 상승장치의 지름은 상기 블레이드의 길이의 2배 이상이고, 상기 블레이드의 길이의 3배 이하인 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 기류 상승장치.
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