KR20130024612A

KR20130024612A - 풍력 발전기용 가변형 블레이드

Info

Publication number: KR20130024612A
Application number: KR1020110088165A
Authority: KR
Inventors: 정희열
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-08
Also published as: WO2013032111A1

Abstract

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다. 본 발명의 일측면에 따르면, 블레이드 몸체; 및 상기 블레이드 몸체에 대해 시위 방향을 따라 이동하는 확장판을 구비하는 가변 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.

Description

풍력 발전기용 가변형 블레이드 {VARIABLE BLADE FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 얻는다. 풍력 발전기는 친환경적인 발전기로서 구조가 단순하고 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있다.

풍력 발전기는 허브에 의해 지지되며 바람으로부터 회전력을 발생시키는 다수의 블레이드(blade)를 구비한다. 풍속은 블레이드의 회전력에 큰 영향을 미치는데, 저풍속시에는 블레이드에 작용하는 회전력이 충분하지 못하여 발전 생산량이 감소하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 블레이드에 작용하는 공기력을 향상시키기 위해 블레이드의 면적을 늘리는 것을 고려할 수 있으나 블레이드의 크기가 커지면 운송이 어렵고, 블레이드가 무거워져서 높은 하중에 견디기 위한 추가적인 설계가 요구되므로 한계가 있다.

본 발명의 목적은 풍력 발전기용 가변 블레이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저풍속시에도 높은 토크를 얻을 수 있는 풍력 발전기용 가변 블레이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 운송이 용이하고 경량화가 가능한 풍력 발전기용 가변 블레이드를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일측면에 따르면, 블레이드 몸체; 및 상기 블레이드 몸체에 대해 시위 방향을 따라 이동하는 확장판을 구비하는 가변 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.

상기 블레이드 몸체에는 상기 블레이드 몸체의 내부와 외부를 연결하며 상기 확장판이 이동할 수 있는 통로가 마련될 수 있다.

상기 통로는 상기 블레이드 몸체의 트레일링 에지에 마련될 수 있다.

상기 풍력 발전기용 블레이드는 상기 확장판에 상기 블레이드 몸체의 내부에 삽입되었을 때, 상기 통로를 폐쇄하는 폐쇄 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 폐쇄 수단은 상기 통로를 사이에 두고 상부와 하부에 각각 위치하며 상기 블레이드 몸체에 결합된 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재를 구비할 수 있다.

상기 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재는 탄성재질로 이루어질 수 있다.

상기 확장판과 상기 블레이드 몸체의 접촉부에는 윤활재가 형성될 수 있다.

상기 가변 장치는 상기 확장판을 구동시키는 액추에이터를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 다르면, 저속시에 내부에 삽입된 확장판을 외부로 노출시켜서 블레이드 전체의 면적을 넓혀서 큰 회전력을 얻는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 블레이드 전체의 면적이 가변될 수 있으므로 저풍속시에도 높은 토크를 얻을 수 있어서 발전 생산량을 증가시킬 수 있다. 또한, 블레이드 전체의 크기가 커질 필요가 없으므로 육상 운송이 용이하며 경량화된 풍력 발전기의 설계가 용이해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블레이드를 구비하는 풍력 발전기를 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 블레이드를 A-A'선을 따라 절단하여 내부를 도시한 단면도로서, 확장판이 내부로 완전히 삽입된 상태를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 블레이드를 A-A'선을 따라 절단하여 내부를 도시한 단면도로서, 확장판이 외부로 돌출된 상태를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 블레이드를 구비하는 풍력 발전기가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 풍력 발전기(100)는 타워(110)와, 나셀(120)과, 블레이드(130)를 포함한다.

타워(110)는 상하로 길게 연장되며, 상단에는 나셀(120)이 회전가능하게 결합된다.

나셀(120)은 타워(110)에 대해 요 방향으로 선회 가능하며 선회 기구(미도시)에 의해 블레이드(130)가 바람을 향하도록 회전한다. 나셀(120)의 내에는 발전기(미도시), 기어(미도시) 및 제어부(미도시)가 구비된다.

블레이드(130)는 나셀(120)의 전방에 위치하며, 허브(140)에 의해 지지된다. 블레이드(130)는 허브(140)를 중심으로 허브(140)로부터 반경방향 바깥쪽으로 길게 연장되어서 형성된다. 도 2 및 도 3에는 블레이드(130)의 단면 형상이 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 블레이드(130)는 블레이드 몸체(131)와, 블레이드 몸체(131)의 내부에 마련되는 가변 장치(136)와, 폐쇄 수단(141, 142)을 구비한다.

블레이드 몸체(131)는 대체로 유선형으로서, 캠버(camber)를 갖는다. 블레이드 몸체(131)의 내부에는 가변 장치(136)가 구비되기 위한 내부 공간(132)이 마련된다. 블레이드 몸체(131)의 트레일링 에지(trailing edge)(133b)에는 블레이드 몸체(131)의 내부 공간(132)과 외부를 연결시키는 통로(134)가 구비된다. 통로(134)를 통해 가변 장치(136)의 후술하는 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)로부터 나오고 블레이드 몸체(131) 내부로 들어가게 된다. 즉, 확장판(137)은 블레이드 몸체(131)의 시위(리딩 에지(133a)와 트레일링 에지(133b)를 잇는 가상의 선) 방향을 따라 이동가능하게 설치된다.

가변 장치(136)는 확장판(137)과, 확장판(137)을 이동시키는 액추에이터(138)를 구비한다. 확장판(137)은 블레이드 몸체(131)의 트레일링 에지(133b)에 형성된 통로(134)를 통해 이동이 가능하다. 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)로부터 나와 있는 양에 따라 블레이드(100) 전체의 면적이 변한다. 확장판(137)과 몸체(131)의 접촉부에는 확장판(137)의 원활한 이동을 위하여 윤활재가 사용되는 것이 바람직하다.

폐쇄 수단(141, 142)은 제1 폐쇄 부재(141)와, 제2 폐쇄 부재(142)를 구비한다. 폐쇄 수단(141, 142)은 도 2에 도시된 바와 같이 확장판(137)이 몸체(131)의 내부에 완전히 들어가 있는 상태일 때, 몸체(131)의 트레일링 에지(133b)에 형성된 통로(134)를 폐쇄한다. 제1 폐쇄 부재(141)와 제2 폐쇄 부재(142)는 통로(134)를 사이에 두고 각각 상부와 하부로부터 후방으로 연장된 탄성재질의 판재로 이루어진다. 제1 폐쇄 부재(141)와 제2 폐쇄 부재(142)는 도 2에 도시된 바와 같이 확장판(137)이 몸체(131)의 내부에 완전히 들어가 있는 상태일 때, 후방 끝단이 서로 접하도록 형성되어서, 통로(134)를 폐쇄한다. 제1 폐쇄 부재(141)와 제2 폐쇄 부재(142)는 도 3에 도시된 바와 같이 확장판(137)이 몸체(131)의 외부로 나와 있는 상태일 때, 각각 확장판(137)의 상면 및 하면과 접하게 되어, 몸체(131)와 확장판(137)이 이어지는 부분에서 공기 흐름이 원활하게 이루어지도록 하여 난류 발생 등을 방지한다.

액추에이터(138)는 블레이드 몸체(131)의 내부 공간(132)에 설치되며, 확장판(137)을 이동시킨다. 액추에이터(138)로는 공압 또는 유압 엑추에이터 뿐만 아니라 전기 액추에이터도 사용될 수 있다.

이제, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 실시예의 작용을 상세히 설명한다.

도 2에는 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 내부로 완전히 삽입되어서, 확장판(137)이 외부로 전혀 노출되지 않은 상태가 도시되어 있다. 몸체(131)의 통로(134)는 폐쇄 수단(141, 142)에 의해 폐쇄되고, 트레일링 에지(133b)가 부드럽게 좁아진다. 도 2의 상태에서 풍속이 저하되어 블레이드(130)로부터 충분한 회전력을 얻기 어려운 상태가 되면, 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 외부로 나오도록 액추에이터(138)가 확장판(137)을 바깥쪽으로 밀게 된다. 확장판(137)은 제1 폐쇄 부재(141)와 제2 폐쇄 부재(142)를 벌리면서 몸체(131)의 바깥으로 이동하게 되며, 확장판(137)과 몸체(131)의 접촉부에 형성된 윤활재에 의해 확장판(137)이 몸체(131)에 대하여 원활하게 이동한다. 도 3에는 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 외부로 완전히 돌출될 상태가 도시되어 있다. 이때, 제1 폐쇄 부재(141)와 제2 폐쇄 부재(142)는 확장판(137)의 상면과 하면에 각각 접하며 공기 흐름을 원활하게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 외부로 돌출되면 블레이드(130) 전체의 면적이 커져서 저풍속에서도 보다 큰 토크를 얻을 수 있게 된다. 도 2에 도시된 상태에서, 풍속이 증가하게 되면 다시 도 1에 도시된 바와 같이 확장판(137)을 블레이드 몸체(131)의 내부로 들여보내서 블레이드(130)에 작용하는 회전력에 균형을 맞춘다.

상기 실시예에서는 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 안으로 완전히 들어가 있거나, 확장판(137)이 블레이드 몸체(131)의 바깥으로 완전히 나와 있는 상태에 대해서만 설명하였으나, 확장판(137)이 돌출되는 위치는 풍속에 따라서 다양하게 변하여 블레이드(130)의 면적이 3가지 이상에서 변할 수 있다.

이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 풍력 발전기 110 : 타워
120 : 나셀 130 : 블레이드
131 : 블레이드 몸체 132 : 내부 공간
133a : 리딩 에지 133b : 트레일링 에지
134 : 통로 136 : 가변 장치
137 : 확장판 138 : 액추에이터
141 : 제1 폐쇄 부재 142 : 제2 폐쇄 부재

Claims

블레이드 몸체; 및
상기 블레이드 몸체에 대해 시위 방향을 따라 이동하는 확장판을 구비하는 가변 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 1에 있어서,
상기 블레이드 몸체에는 상기 블레이드 몸체의 내부와 외부를 연결하며 상기 확장판이 이동할 수 있는 통로가 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 2에 있어서,
상기 통로는 상기 블레이드 몸체의 트레일링 에지에 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 2에 있어서,
상기 확장판에 상기 블레이드 몸체의 내부에 삽입되었을 때, 상기 통로를 폐쇄하는 폐쇄 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 4에 있어서,
상기 폐쇄 수단은 상기 통로를 사이에 두고 상부와 하부에 각각 위치하며 상기 블레이드 몸체에 결합된 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재는 탄성재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 1에 있어서,
상기 확장판과 상기 블레이드 몸체의 접촉부에는 윤활재가 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
청구항 1에 있어서,
상기 가변 장치는 상기 확장판을 구동시키는 액추에이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.
저풍속시에 내부에 삽입된 확장판을 외부로 노출시켜서 블레이드 전체의 면적을 넓혀서 큰 회전력을 얻는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드.