KR20130001145U

KR20130001145U - 수평형 풍력 발전장치

Info

Publication number: KR20130001145U
Application number: KR2020110007252U
Authority: KR
Inventors: 김광윤
Original assignee: 김광윤
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-20

Abstract

본 고안은, 풍속의 강약에 관계없이 날개의 회전속도를 최대한 일정하게 유지하여 일정한 주파수의 전압을 얻을 수 있게 함으로써 발전효율을 높일 수 있고, 또한 매우 강한 풍속에 의해 날개가 파손되거나 회전 과부하로 발전장치에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 날개가 항상 바람부는 쪽을 향할 수 있도록 하여 바람을 효율적으로 이용할 수 있는 수평형 풍력 발전장치를 개시한다. 이러한 수평형 풍력 발전 장치는, 자연현상을 이용한 친환경 발전 장치로서, 저가로 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 전기생산에 일조하여 국가적 차원의 발전을 도모할 수 있으며, 지금까지 세계의 어느 나라에서도 제안된 적 없는 획기적인 고안이다.
본 고안은, 수평방향으로 설치된 수평회전축과, 상기 수평회전축에 방사상으로 설치된 복수개의 날개와, 상기 수평회전축 및 날개를 지지하기 위한 지주대를 구비하는 수평형 풍력 발전장치에 있어서, 상기 각 날개는, 바람이 통과하는 구획개구부를 가지는 프레임과, 상기 프레임의 구획개구부를 개폐하도록 프레임의 일측에 회전가능하게 설치된 개폐판과, 상기 프레임과 개폐판 사이에 탄력설치되어 개폐판이 구획개구부를 닫는 방향으로 탄성력이 항상 작용하도록 된 탄성부재를 포함하여 구성된다.

Description

수평형 풍력 발전장치{APPARATUS FOR GENERATING BY WIND POWER}

본 고안은 수평형 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍속의 강약에 의하여 날개에 작용하는 풍압 차이를 최소화시킬 수 있도록 풍속의 강약에 대응하여 날개의 풍압을 조절할 수 있고 날개는 항상 바람이 불어오는 쪽을 향하도록 자동조절되어 효율적인 발전이 이루어지도록 한 수평형 풍력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 풍력 발전장치는, 날개, 회전축 및 발전기를 기본 구성으로 하고 있다. 따라서 풍력에 의해 날개가 회전되면, 회전축이 함께 회전되고, 이 회전축의 회전을 이용하여 발전기가 발전할 수 있도록 되어 있다.

이러한 풍력 발전장치는 회전축의 설치방향에 따라 크게 수평형과 수직형으로 구분된다. 수평형은 회전축을 수평방향으로 설치하고 이 회전축을 중심으로 복수개의 날개를 방사상으로 배치한 구성이며, 수직형은 회전축을 수직방향으로 설치하고 이 회전축을 중심으로 복수개의 날개를 방사상으로 배치한 구성이다. 따라서 수평형에 설치되는 날개의 형상과 수직형에 설치되는 날개의 형상은, 각자 풍력을 최대한 효율적으로 이용할 수 있도록 설계된 것으로, 그 형상은 일반적으로 다르게 되어 있다.

도 6은 상기한 풍력 발전 장치에 있어서, 종래의 수평형의 구성을 나타낸 사시도로서, 도시된 바와 같이, 날개(1), 수평회전축(2) 및 발전기(3)를 주요 구성으로 하고 있다. 수평회전축(2)은 수평방향으로 설치되어 발전기(3)와 연결되어 있고, 복수개의 날개(1)는 수평회전축(2)에 방사상으로 배치되어 있다. 이때 날개(1)는 판형상으로 형성되어 수평회전축(2)에 약간 경사지게 설치되고, 경사진 날개판(1a)에 풍압이 작용하여 날개(1)의 회전력을 발생시키도록 되어 있으며, 또한 날개(1)는 지주대(4)에 의해 높게 설치되어 바람의 영향을 잘 받을 수 있도록 되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 수평형 풍력 발전장치는, 풍속의 강약에 따라 날개판(1a)에 작용하는 풍압도 크게 달라지므로 날개의 회전속도가 일정하지 못한 단점이 있다. 즉, 풍속은 항상 일정치 않고 미풍, 중풍, 강풍 등 다양하게 발생 되므로, 풍속이 약할 때에는 날개판(1a)에 작용하는 풍압도 낮아지므로 날개(1)가 천천히 회전하고, 풍속이 강할 때에는 날개판(1a)에 작용하는 풍압도 높아지게 되므로 날개(1)가 빠르게 회전하게 된다.

따라서, 일정한 주파수의 전압을 얻기 위해서는, 날개(1)의 회전속도를 최대한 일정하게 유지할 필요가 있는데, 종래에는 날개(1)의 회전속도가 풍속의 강약에 영향을 받아 심하게 변화되어, 일정한 주파수의 전압을 얻을 수 없게 되므로 발전효율을 저하시키는 단점이 있다. 더욱이, 강풍에 의해 날개(1)가 너무 빨리 회전하게 되면, 과부하가 걸려 발전장치의 고장을 유발하게 되며, 돌풍이나 태풍이 불 경우에는 날개판(1a)에 작용하는 풍압이 너무 강해 오히려 날개(1)가 회전하지 못하여 파손되는 문제가 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 풍속의 강약에 관계없이 날개의 회전속도를 최대한 일정하게 유지하여 일정한 주파수의 전압을 얻을 수 있게 함으로써 발전효율을 높일 수 있고, 또한 매우 강한 풍속에 의해 날개가 파손되거나 회전 과부하로 발전장치에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 날개가 항상 바람부는 쪽을 향할 수 있도록 하여 바람을 효율적으로 이용할 수 있는 수평형 풍력 발전장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 수평방향으로 설치된 수평회전축과, 상기 수평회전축에 방사상으로 설치된 복수개의 날개와, 상기 수평회전축 및 날개를 지지하기 위한 지주대를 구비하는 수평형 풍력 발전장치에 있어서, 상기 각 날개는, 바람이 통과하는 구획개구부를 가지는 프레임과, 상기 프레임의 구획개구부를 개폐하도록 프레임의 일측에 회전가능하게 설치된 개폐판과, 상기 프레임과 개폐판 사이에 탄력설치되어 개폐판이 구획개구부를 닫는 방향으로 탄성력이 항상 작용하도록 된 탄성부재를 포함하는 수평형 풍력 발전 장치에 특징이 있다.

또한, 본 고안은 상기 프레임이, 상기 구획개구부를 복수개로 구획하는 외곽프레임과 구획프레임으로 이루어지고, 상기 복수개로 구획된 구획개구부마다 상기 개폐판과 탄성부재가 개별로 설치된 수평형 풍력 발전 장치에 특징이 있다.

또한, 본 고안은 상기 탄성부재의 탄성력을 조절하는 탄성조절기구를 더 구비한 수평형 풍력 발전 장치에 특징이 있다.

또한, 본 고안은 상기 지주대의 상부에 수직방향으로 회전 자유롭게 설치된 수직축을 형성하고, 상기 수직축을 중심으로 양쪽 수평방향으로 길게 연장된 속이 빈 수평지지대를 형성하고, 상기 수평지지대의 전방측에는 원추형상체를 형성하여 이루어진 회전체를 더 구비하며, 상기 날개는 상기 회전체의 수평지지대 후방측에 설치하고 날개의 수평회전축은 수평지지대의 내부로 관통시켜 회전지지시킨 수평형 풍력 발전장치에 특징이 있다.

상기한 특징적 구성을 가지는 본 고안의 수평형 풍력 발전장치는, 날개의 구획개구부를 개폐하도록 설치된 개폐판에 의하여, 풍속의 강약에 따라 날개에 작용하는 풍압 차이를 줄일 수 있고, 이로써 날개의 회전속도를 최대한 일정하게 유지하여 일정한 주파수의 전압을 얻을 수 있게 되므로 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 돌풍이나 태풍과 같이 풍력이 매우 강력한 경우에도 개폐판이 최대한 개방되어 날개에 작용하는 풍압을 최소화함으로서 날개의 파손을 방지하고 회전 과부하로 인한 발전장치의 고장을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 고안은 날개의 구획개구부를 복수개로 나누고, 각 구획개구부에 개폐판이 각각 설치됨에 따라, 날개 전체 면적에 대해 균일한 풍압이 작용하여 날개의 회전을 보다 안정되게 할 수 있으며, 개폐판에 설치된 탄성조절기구에 의해서는 탄성부재의 탄성력을 조절할 수 있어, 풍압에 따른 개폐판의 열림 정도를 조절할 수 있게 되고, 이로써 날개의 회전속도를 조절하는 작업을 매우 간단하고 편리하게 할 수 있다.

또한, 본 고안은 지주대에 수직축을 중심으로 회전하도록 된 회전체에 의하여, 날개가 항상 바람부는 쪽을 정면으로 하여 위치되므로, 바람을 더욱 효율적으로 이용할 수 있다.

이러한 효과를 가지는 본 고안의 수평형 풍력 발전 장치는, 자연현상을 이용한 친환경 발전 장치로서, 저가로 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 전기생산에 일조하여 국가적 차원의 발전을 도모할 수 있으며, 지금까지 세계의 어느 나라에서도 제안된 적 없는 획기적인 고안이다.

도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 수평 타입 풍력 발전 장치를 나타낸 사시도 및 단면도.
도 3은 본 고안의 수평 타입 풍력 발전 장치에서 날개를 나타낸 사시도.
도 4는 본 고안의 수평 타입 풍력 발전 장치에서 날개의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도.
도 5는 본 고안에 따른 수평 타입 풍력 발전 장치의 평면도.
도 6은 종래의 수평 타입 풍력 발전 장치를 나타낸 사시도.

이하, 본 고안의 수평형 풍력 발전장치에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 고안의 바람직한 실시예를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이, 본 고안의 수평 타입 풍력 발전 장치는, 수평방향으로 설치된 수평회전축(10)과, 상기 수평회전축(10)에 방사상으로 설치된 복수개의 날개(20)와, 상기 수평회전축(10) 및 날개(20)를 지지하기 위한 지주대(30)를 구비한다.

각 날개(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 바람이 통과하는 적어도 하나 이상의 구획개구부(21)를 가지는 프레임(22)과, 상기 프레임(22)의 구획개구부(21)를 개폐하도록 프레임(22)의 일측에, 예를 들면 경첩(23)과 같은 회전수단을 이용하여 회전가능하게 설치된 개폐판(24)으로 구성되며, 개폐판(24)은 주변경관이 관통하여 보이도록 투명재질로 제작하는 것이 바람직하다.

또한 각 날개(20)는, 상기 프레임(22)과 개폐판(24) 사이에 탄력설치된 탄성부재(25)가 더 구비되고, 상기 탄성부재(25)는 개폐판(24)이 구획개구부(21)를 닫는 방향으로 탄성력이 항상 작용하도록 된 것으로, 예를 들면 코일스프링을 이용하여 코일스프링의 일단은 프레임(22)측에 고정되어 구획개구부(21)의 중심을 가로지르는 고정바(26)의 가운데 부분에 고정하고, 타단은 대향 위치의 개폐판(24)에 고정함으로써 구성할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 프레임(22)을 외곽프레임(22a) 및 구획프레임(22b)으로 구성하여 상기 구획개구부(21)를 복수개로 나누고, 각 구획개구부(21)마다 개폐판(24) 및 탄성부재(25)를 설치하여 개별로 작동되도록 구성하였다. 또한, 날개(20)의 일부가 약간 중첩되게 하여 많은 수의 날개(20)를 방사상으로 설치한 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 3~8개의 적은 수의 날개(20)를 중첩되지 않게 하여 방사상으로 설치하여도 좋다.

또한 본 고안은 도 4에 도시된 바와 같이, 날개(20)의 프레임(22)과 개폐판(24) 사이에 탄력설치된 탄성부재(25)의 탄성력을 조절하는 탄성조절기구(27)를 구비한다. 탄성조절기구(27)는 육각머리를 가지는 나사봉으로 구성하는 것이 바람직하고, 탄성조절기구(27)를 고정바(26)에 관통시켜 그 끝단이 개폐판(24)을 향하도록 하고, 탄성조절기구(27)의 끝단에 탄성부재(25)인 코일스프링의 일단을 고정함으로써 구성할 수 있다. 따라서, 탄성조절기구(27)의 회전조작에 의해 탄성부재(25)의 탄성력을 조절할 수 있다.

또한, 본 고안은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 날개(20)가 항상 바람이 부는 방향으로 향하도록 지주대(30)에 수직방향으로 설치된 수직축(41)을 중심으로 회전할 수 있도록 회전체(40)를 구비한다.

즉, 회전체(40)는 상기 수직축(41)을 회전몸체(42)에 형성하여 상기 지주대(30)의 상부에 수직방향으로 회전 자유롭게 설치하고, 상기 수직축(41)을 중심으로 양쪽 수평방향으로 길게 연장된 속이 빈 수평지지대(43)를 회전몸체(42)에 형성하며, 상기 수평지지대(43)의 전방측에는 바람의 저항을 최소화하기 위한 원추형상체(44)를 형성하여 이루어진다.

따라서, 날개(20)는 상기 회전체(40)의 수평지지대(43) 후방측에 배치하고, 날개(20)의 수평회전축(10)은 수평지지대(43)의 내부로 관통시켜 회전지지시킴으로써 회전체(40)의 수직축(41)을 중심으로 날개(20)가 좌,우로 회전될 수 있도록 한 구성이다.

한편 발전기(50)는 회전체(40)의 수직축(41)을 중심으로 날개(20) 반대쪽에 설치함으로써 양쪽의 무게 평형을 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 발전기(50)의 회전자(51)는 수평회전축(10)에 설치하고, 고정자(52)는 이에 대향하는 수평지지대(43)에 설치하여 수평회전축(10)의 회전을 이용하여 발전할 수 있도록 구성한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1 및 도 2에서와 같이, 바람이 불면, 풍력에 의해 약간 경사지게 설치된 각 날개(20)의 개폐판(24)에 풍압이 작용하게 되어 날개(20)는 수평회전축(10)을 중심으로 회전하게 되고, 이 수평회전축(10)의 회전을 이용하여 회전자(51)와 고정자(52)로 이루어진 발전기(50)가 발전하게 된다.

이때, 본 고안의 날개(20)는, 도 3 및 도 4에서와 같이, 날개(20)의 구획개구부(21)가 탄성부재(25)에 의해 탄력설치된 개폐판(24)에 의해 개폐가능하게 된 것이므로, 탄성부재(25)의 탄성력보다 작은 풍력이 작용하는 경우에는 탄성부재(25)의 탄성력에 의해 개폐판(24)이 닫혀 있는 상태를 유지하므로, 풍속이 약한 경우에도 날개(20)에 풍압을 최대한 작용시켜 쉽게 회전시킬 수 있다.

또한, 탄성부재(25)의 탄성력보다 큰 풍력이 작용하는 경우에는 탄성부재(25)의 탄성력을 이기고 개폐판(24)을 회전시키게 되므로 구획개구부(21)가 개방되고, 개폐판(24)이 회전하여 열리면서 탄성부재(25)의 탄성력도 증가하게 되므로, 풍력과 탄성부재(25)의 탄성력이 일치하는 시점에서 개폐판(24)의 열림정도가 결정된다.

따라서 풍력이 강할수록 개폐판(24)의 회전각도(열림정도)가 커지기 때문에 구획개구부(21)로 빠져나가는 공기량이 많아져 날개(20)에 작용하는 풍압을 크게 감소시킬 수 있고, 풍력이 약할수록 개폐판(24)의 회전각도가 작아져 구획개구부(21)로 빠져나가는 공기량이 적어지기 때문에 날개(20)에 작용하는 풍압을 적게 감소시킬 수 있다. 따라서, 풍력의 강약에 따라 날개(20)에 작용하는 풍압 차이를 최대한 줄일 수 있고, 이로써 날개(20)를 최대한 일정한 회전속도로 회전시킬 수 있어 발전효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 돌풍이나 태풍과 같이 매우 강한 풍력이 작용할 때에도, 개폐판(24)이 구획개구부(21)를 완전 개방하여 풍압을 최대한 감소시킴으로써 풍압에 의해 날개(20)가 파손되는 것을 방지할 수 있고, 날개(20)가 매우 빠르게 회전함으로써 발생하는 과부하로 인해 발전장치가 고장나는 것을 방지할 수 있다.

탄성부재(25)의 탄성력은 탄성조절기구(27)인 조절나사를 회전시켜 탄성부재(25)의 길이를 조절하는 것에 의해 간단하게 조절할 수 있기 때문에, 풍력의 강약에 따른 개폐판(24)의 열림 정도를 조절하여 날개(20)의 회전속도를 편리하게 설정할 수 있다.

또한, 본 고안의 날개(20)는 구획개구부(21)가 복수개로 나누어 형성되고, 각 구획개구부(21)에 개폐판(24)과 탄성부재(25)가 각각 설치된 것이므로, 1개의 날개(20)에 작용하는 풍력이 날개(20)의 위치에 따라 균일하지 않을 경우에도, 상술한 바와 같이 풍력에 따라 각 개폐판(24)의 열림 정도가 개별로 정해지므로 날개(20) 전체 면적에 대하여 최대한 균일한 풍압이 작용할 수 있고, 이로써 날개(20)의 회전동작을 보다 안정화할 수 있다.

또한, 본 고안의 지주대(30)에 수직축(41)을 중심으로 회전 자유롭게 설치된 회전체(40)에 의해서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 바람 부는 방향이, 예들 들면 화살표(a) 방향으로 바뀌는 경우, 풍력이 날개(20)에 비스듬이 가해지게 되므로, 수직축(41)을 중심으로 하여 날개(20)의 좌측과 우측에 작용하는 풍압이 불균형을 이루게 되고, 이로써 날개(20)의 좌측과 우측에 작용하는 풍압이 균형을 이루는 방향, 즉 화살표(b) 방향으로 회전체(40)가 수직축(41)을 중심으로 회전하게 되므로, 날개(20)를 항상 바람부는 쪽을 향하게 할 수 있어 바람을 더욱 효율적으로 이용할 수 있다.

지금까지 설명된 실시예는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상과 실용신안등록청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 고안의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 수평회전축 20 : 날개
21 : 구획개구부 22 : 프레임
22a : 외곽프레임 22b : 구획프레임
24 : 개폐판 25 : 탄성부재
27 : 탄성조절기구 30 : 지주대
40 : 회전축 41 : 수직축
43 : 수평지지대 44 : 원추형상체

Claims

수평방향으로 설치된 수평회전축과, 상기 수평회전축에 방사상으로 설치된 복수개의 날개와, 상기 수평회전축 및 날개를 지지하기 위한 지주대를 구비하는 수평형 풍력 발전장치에 있어서,
상기 각 날개는, 바람이 통과하는 구획개구부를 가지는 프레임과, 상기 프레임의 구획개구부를 개폐하도록 프레임의 일측에 회전가능하게 설치된 개폐판과, 상기 프레임과 개폐판 사이에 탄력설치되어 개폐판이 구획개구부를 닫는 방향으로 탄성력이 항상 작용하도록 된 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임은, 상기 구획개구부를 복수개로 구획하는 외곽프레임과 구획프레임으로 이루어지고, 상기 복수개로 구획된 구획개구부마다 상기 개폐판과 탄성부재가 개별로 설치된 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부재의 탄성력을 조절하는 탄성조절기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 지주대의 상부에 수직방향으로 회전 자유롭게 설치된 수직축을 형성하고, 상기 수직축을 중심으로 양쪽 수평방향으로 길게 연장된 속이 빈 수평지지대를 형성하고, 상기 수평지지대의 전방측에는 원추형상체를 형성하여 이루어진 회전체를 더 구비하며,
상기 날개는 상기 회전체의 수평지지대 후방측에 설치하고 날개의 수평회전축은 수평지지대의 내부로 관통시켜 회전지지시킨 것을 특징으로 하는 수평형 풍력 발전장치.