KR20130025045A - 풍력발전기 - Google Patents

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KR20130025045A KR1020110088322A KR20110088322A KR20130025045A KR 20130025045 A KR20130025045 A KR 20130025045A KR 1020110088322 A KR1020110088322 A KR 1020110088322A KR 20110088322 A KR20110088322 A KR 20110088322A KR 20130025045 A KR20130025045 A KR 20130025045A
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Abstract

본 발명은 바람의 힘을 이용하여 하우징 내에 이격되게 설치된 복수의 구동날개를 지속적으로 회전시켜줌으로써 발전효율을 높일 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은 내부에 바람이 관통할 수 있도록 개구부(111)가 형성되는 하우징(110); 상기 하우징(110) 내부에 양단이 회전가능하게 베어링 결합되되 서로 평행하게 이격 설치되는 한 쌍의 회전축(120); 상기 회전축(120)의 상·하측에 일체로 설치되는 스프로킷(131)과, 상기 스프로킷(131)에 각각 연결 설치되어 상기 회전축(120)을 서로 연동시켜주는 체인(133)을 포함하는 감아 걸기 전동요소(130); 상기 상·하측에 설치된 체인(133)의 대향면에 양단이 힌지축(141)을 매개로 일정각도 선회가능하게 설치되되, 상기 체인(133)의 회전 궤적을 따라 복수 개 이격되게 설치되어 상기 개구부(111)를 통과하는 바람의 힘에 의해 상기 회전축(120)을 일방향으로 회전시켜주는 구동날개(140); 및 상기 한 쌍의 회전축(120) 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 전기에너지로 변환시켜주는 발전기(150);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기{A generator using wind power}
본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바람의 힘에 의해 회전하는 구동날개의 회전력을 이용하여 발전기를 가동시켜줌으로써 전기에너지를 얻을 수 있는 풍력발전기에 관한 것이다.
일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 상기한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 이러한 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 량의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 한다.
그러나 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서 수력발전, 화력발전, 원자력발전과 같은 일반적인 발전방법보다는 석유, 석탄자원이 필요없는 친환경에너지를 이용한 발전방법이 요구되고 있다.
이러한 석유, 석탄자원이 필요없는 친환경에너지를 이용하는 발전방법 역시 태양에너지를 이용한 발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 중 가장 쉽게 적용할 수 있는 것은 바람의 힘을 이용한 풍력발전이라 할 것인바, 풍력발전장치는 간단히 설치할 수 있는 이점과 함께 별도의 폐기물이 발생하지 않는 이점은 있지만 주로 커다란 원통형 또는 프로펠러형 임펠러를 이용하여 주축을 회전시키고, 이 주축에 연결된 발전기를 돌려 발전하는 것이므로 기본적으로 넓은 면적의 시설이 필요하여 시설비가 많이 소요된다.
도 1은 종래에 제안되고 있는 풍력발전기를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 풍력발전기는 수직 입설된 지주(10)의 선단에 동력전달부(20)가 장착되어 있고, 상기한 동력전달부(20)의 일측에는 다수의 회전날개(30)가 장착되어 있으며, 상기 회전날개(30)가 바람에 의해 회전하면 회전날개(30)의 회전 동력을 전기적인 에너지로 변환시켜 사용할 수 있도록 되어 있다.
그러나 이러한 프로펠러형 풍력발전기의 날개 구조는 적어도 세 개의 날개가 구비되고, 그 날개의 경사면으로 바람이 지나가면서 날개를 밀어 회전시키기 때문에 바람의 손실량이 많은 단점이 있으며, 바람을 맞는 방향으로 복귀하기 위해 바람을 등질 때에는 여전히 저항을 많이 받아 회전력이 저하되는 문제점이 있다.
또한 프로펠러형의 날개구조는 제조가 어렵고, 태풍 등에 의해 손상을 받은 경우 그 유지보수에 많은 시간과 비용이 소요되며, 자체 하중이 많이 나가 발전효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 바람의 힘을 이용하여 하우징 내에 이격되게 설치된 복수의 구동날개를 지속적으로 회전시켜줌으로써 발전효율을 높일 수 있는 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 풍력발전기는, 내부에 바람이 관통할 수 있도록 개구부가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내부에 양단이 회전가능하게 베어링 결합되되 서로 평행하게 이격 설치되는 한 쌍의 회전축; 상기 회전축의 상·하측에 일체로 설치되는 스프로킷과, 상기 스프로킷에 각각 연결 설치되어 상기 회전축을 서로 연동시켜주는 체인을 포함하는 감아 걸기 전동요소; 상기 상·하측에 설치된 체인의 대향면에 양단이 힌지축을 매개로 일정각도 선회가능하게 설치되되, 상기 체인의 회전 궤적을 따라 복수 개 이격되게 설치되어 상기 개구부를 통과하는 바람의 힘에 의해 상기 회전축을 일방향으로 회전시켜주는 구동날개; 및 상기 한 쌍의 회전축 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 전기에너지로 변환시켜주는 발전기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이 경우 상기 상·하측에 이격되게 설치된 체인의 대향면에는, 상기 구동날개의 선회각도를 제한해줄 수 있도록 제1지지부재와 제2지지부재가 일정간격 이격되게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 구동날개는, 상기 힌지축을 회전중심으로 0 ~ 50°범위 내에 선회가능하게 결합된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하우징의 일측에는, 상기 회전축을 최초 가동시켜줄 수 있도록 복수의 기어열을 매개로 두 개의 회전축 중 어느 하나에 연결된 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유입구 측에 위치되는 구동날개는 상기 유입구를 통해 유입되는 바람의 방향을 기준으로 40 ~ 50°경사지게 선회되는 제1배치상태;와 상기 배출구 측에 위치되는 구동날개는 배출구를 통해 외부로 배출되는 바람의 방향과 일직선을 유지하도록 선회되는 제2배치상태;를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하우징(110)의 내부 일측에는, 상기 유입구(111a) 측으로 회전 이동하는 상기 구동날개(140)의 선회각도를 강제적으로 선회시켜주는 적어도 하나의 걸림부재(143);가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하우징(110)의 내측면에는, 상기 유입구(111a)를 통해 유입되는 바람에 의해 상기 체인(133)의 처짐을 방지할 수 있도록 아이들롤러(145)가 대칭되게 설치되되, 상기 아이들롤러(145)는 상기 체인(133)의 처짐이 발생하는 경우에만 선택적으로 구름접촉될 수 있도록 상기 체인(133)의 내주연으로부터 일정간격 이격되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은 다양한 장소에 용이하게 설치할 수 있으며, 바람의 힘을 이용하여 하우징 내에 이격되게 설치된 복수의 구동날개를 지속적으로 회전시킬 수 있게 됨에 따라 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 풍력발전기를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기의 부분 분해사시도,
도 4a, 도 4b는 본 발명에 따른 구동날개의 선회상태도,
도 5는 도 2의 I-I선 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전기의 작동상태도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 풍력발전기의 부분 분해사시도이며, 도 4는 도 2의 I-I선 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 풍력발전기(100)는, 하우징(110), 회전축(120), 감아 걸기 전동요소(130), 구동날개(140), 발전기(150)를 포함하여 구성된다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
하우징(110)은 내부에 수납공간이 마련될 수 있도록 속이 빈 육면체 형상으로 형성되어 주 몸체를 이루며, 하우징(110)에는 바람이 내부를 관통할 수 있도록 개구부(111)가 형성된다. 이 경우 개구부(111)는 바람이 유입되는 유입구(111a)와 배출되는 배출구(111b)로 이루어질 수 있다.
회전축(120)은 하우징(110) 내부에 양단이 회전가능하게 베어링 결합되며, 한 쌍이 서로 평행상태를 이룰 수 있도록 일정간격 이격되게 설치된다.
감아 걸기 전동요소(130)는 회전축(120)이 서로 연동될 수 있도록 연결해주는 수단으로, 이러한 감아 걸기 전동요소(130)는 회전축(120)의 상·하측에 각각 이격되게 설치되는 스프로킷(131)과, 상기 스프로킷(131)에 서로 평행하게 연결 설치되는 체인(133)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이 경우 본 발명에서는 상기 감아 걸기 전동요소(130)를 스크로킷(131)과 체인(133)으로 이루어진 일례를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 회전축(120)을 연동되게 회전시킬 수 있는 구조라면 풀리와 타이밍벨트 등과 같이 다양한 전동요소로 변경 적용될 수 있음은 물론이다.
구동날개(140)는 하우징(110)의 개구부(111)를 통해 내부로 유입/통과되는 바람의 힘을 이용하여 회전축(120)을 회전시켜주는 역할을 한다. 여기서, 바람직하게는 이와 같은 구동날개(140)는 감아 걸기 전동요소(130)를 구성하는 체인(133)의 대향면에 상·하단의 일측이 힌지축(141)을 회전중심으로 회동가능하게 설치되고, 구동날개(140)의 타측은 유입구(111a)를 통해 유입되어 하우징(110) 내부를 통과하는 바람의 방향을 기준으로 일정각도 범위(0 ~ 50°) 내에서 선회가능하게 결합된다.
도 4a를 참조하면, 상·하측에 이격되게 설치된 체인(133)의 대향면에는 힌지축(141)을 회전중심으로 구동날개(140)의 선회각도를 제한해줄 수 있도록 경사면을 가진 지지부재(135)가 형성된다. 상기 지지부재(135)는 제1지지부재(135a)와 제2지지부재(135b)가 일정간격 이격되게 형성된 구조로 이루어져 소정각도 범위 이내에서만 선회할 수 있도록 구성할 수 있다.
또는 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(135)는 적어도 한 개가 구비되어 구동날개(140)가 소정의 각도 이상으로 선회되는 것을 방지할 수 있도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 힌지축(141)은 구동날개(140)의 선회방향에 따라 구동날개(140)의 일측 또는 타측으로 편심되도록 선택적으로 변경할 수 있다.
본 발명에서는 상기 지지부재(135)가 제1지지부재(135a)와 제2지지부재(135b)가 함께 형성된 경우의 일례를 들어 설명하기로 하며, 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 구조로 일정범위 내에 선회가능하게 설치된 구동날개(140)는 체인(133)의 회전 궤적을 따라 복수 개 이격되게 설치되며, 하우징(110)의 유입구(111a)를 통해 내부로 유입된 바람은 구동날개(140)의 경사면을 따라 지나가면서 구동날개(140)를 일측으로 밀어 회전시켜주게 된다.
좀더 상세하게는, 상기 구동날개(140)는 회전축(120)을 일 방향으로 회전시킬 수 있도록 유입구(111a) 측의 체인(133)에 위치된 구동날개(140)의 경우 유입구(111a)를 통해 유입되는 바람의 방향을 기준으로 대략 45°의 각도를 유지하게 된다.
그리고 체인(133)과 일체로 일방향으로 회전하여 배출구(111b) 측으로 위치하게 되는 구동날개(140)는 힌지축(141)을 회전중심으로 배출구(111b)를 통해 배출되는 바람의 방향과 일직선(0°)이 되도록 선회된다. 이에 따라 유입구(111a)를 통해 유입된 바람이 배출구(111b)를 통해 배출되는 경우에는 구동날개(140)에 아무런 영향을 주지않게 된다.
만약, 상기 구동날개(140)가 선회되지 않고 고정설치된다 가정할 경우, 유입구(111a) 및 배출구(111b)에 위치한 구동날개(140)가 양측에 설치된 한 쌍의 회전축(120)을 서로 반대방향으로 회전시키려는 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 회전축(120)이 일 방향으로 회전하는 것이 불가능하게 된다.
이러한 이유로, 상기 회전축(120)을 일방향으로 지속적으로 회전시키기 위해서는 유입구(111a) 측에 위치되는 구동날개(140)의 경우 힌지축(141)을 회전중심으로 일정각도 선회시켜 유입되는 바람의 방향과 소정의 각도(대략 45°)로 경사지도록 구성하고, 구동날개(140)가 체인(133)을 따라 일방향으로 회전이동하여 배출구(111b) 측에 위치되는 경우에는 바람의 방향과 일직선을 유지할 수 있도록 선회가능하게 구성하는 것이 바람직하다.
발전기(150)는 회전축(120)의 회전력을 이용하여 발전기(150)의 구동축(151)을 회전시켜주는 것으로, 이러한 발전기(150)는 구동축(151)이 한 쌍의 회전축(120) 중 어느 하나에 연결 구성될 수 있으며, 회전축(120)의 회전력을 전기에너지로 변환시켜주게 된다.
한편, 상기 하우징(110)의 일측에는 풍력발전기(100)의 회전축(120)을 최초 가동시켜주기 위한 구동모터(160)가 더 구비될 수 있다. 상기 구동모터(160)는 별도의 전원을 공급받아 작동하게 되며, 복수의 기어열(161)을 매개로 두 개의 회전축(120) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 이러한 구동모터(160)는 최초 구동날개(140)를 회전시키기 위한 바람의 힘이 모질라는 경우 일정시간 동안 구동력으로 사용할 수 있으며, 또는 구동날개(140)의 회전이동을 가속시켜주는 등 선택적으로 사용할 수 있다.
다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(110)의 내부 일측에는 하우징(110)의 배출구(111b) 측에서 일직선 형태로 선회되었던 구동날개(140)가 유입구(111a) 측으로 회전 이동함과 동시에 바람의 이동방향과 소정각도 경사각을 유지할 수 있도록 강제적으로 선회시켜주는 적어도 하나의 걸림부재(143)가 구비될 수 있다.
이 경우 힌지축(141)을 매개로 편심결합된 구동날개(140)의 일측은 걸림부재(143)에 용이하게 대응걸림될 수 있도록 구동날개(140)의 일측 길이방향으로 일정길이 연장형성되는 것이 바람직하다.
또한 구동날개(140)가 체인(133)의 궤적을 따라 회전이동하는 과정에서 유입구(111a)를 통해 유입되는 바람에 의해 유입구 측에 설치된 체인(133)이 배출구(111b) 측으로 처지는 것을 방지할 수 있도록 하우징(110)의 내측면에는 상기 체인(133)의 처짐 방지용 아이들롤러(145)가 대칭되게 설치될 수 있다.
이 경우 상기 아이들롤러(145)는 체인(133)의 처짐이 발생하는 경우에만 선택적으로 구름접촉될 수 있도록 체인(133)의 내주연으로부터 일정간격 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.
그러면, 이상과 같은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 풍력발전기의 작동에 대해 설명해보면 다음과 같다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 내부에 형성된 유입구(111a)로 외부의 바람이 불게 되면, 유입구(111a) 측에 위치한 구동날개(140)는 유입되는 바람의 힘에 의해 일방향으로 이동하게 된다. 이때 유입구(111a)에 설치된 복수의 구동날개(140)는 힌지축(141)을 회전중심으로 제1지지부재(135a) 측으로 선회되어 바람이 불어오는 방향을 기준으로 대략 40 ~ 50°의 각도를 유지하게 되고, 구동날개(140)가 설치된 체인(133)은 소정의 궤적을 따라 일방향으로 회전하게 되면서, 스프로킷(131)의 중심축 상에 일체로 설치된 회전축(120)을 회전시켜주게 된다.
이 경우 상기 구동날개(140)가 배출구(111b) 측으로 회전 이동하게 되는 경우에는, 구동날개(140)가 힌지축(141)을 회전중심으로 제2지지부재(135b) 측으로 선회 밀착되어 통로를 형성해주게 되고, 이에 따라 유입구(111a)를 통해 유입된 바람은 배출구(111b)를 통해 외부로 원활하게 배출된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 개구부(111)의 내부를 관통하는 바람의 힘에 의해 구동날개(140)가 체인의 궤적을 따라 소정의 속도로 회전하게 되면, 이에 따라 연동 회전하는 회전축(120)의 일측에 연결된 발전기(150)가 가동되면서 회전축(120)의 회전력을 전기에너지로 변환시켜주게 된다.
이와 같은 구조의 풍력발전기(100)는 길가의 가로등이나 전봇대에서부터 자동차 및 배 등의 교통수단 등에 적용될 수 있으며, 가정에서는 가정용 풍력발전시스템으로 이용할 수 있고, 빌딩과 같은 큰 건물에서는 옥상 등에 설치되어 건물 풍력발전시스템이 되어 바람에 의해 생성된 전기에너지를 유용하게 이용할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
100 : 풍력발전기 110 : 하우징
111 : 개구부 111a : 유입구
111b : 배출구 120 : 회전축
130 : 감아 걸기 전동요소 131 : 스프로킷
133 : 체인 135a : 제1지지부재
135b : 제2지지부재 140 : 구동날개
150 : 발전기 151 : 구동축

Claims (7)

  1. 내부에 바람이 관통할 수 있도록 개구부(111)가 형성되는 하우징(110);
    상기 하우징(110) 내부에 양단이 회전가능하게 베어링 결합되되 서로 평행하게 이격 설치되는 한 쌍의 회전축(120);
    상기 회전축(120)의 상·하측에 일체로 설치되는 스프로킷(131)과, 상기 스프로킷(131)에 각각 연결 설치되어 상기 회전축(120)을 서로 연동시켜주는 체인(133)을 포함하는 감아 걸기 전동요소(130);
    상기 상·하측에 설치된 체인(133)의 대향면에 양단이 힌지축(141)을 매개로 일정각도 선회가능하게 설치되되, 상기 체인(133)의 회전 궤적을 따라 복수 개 이격되게 설치되어 상기 개구부(111)를 통과하는 바람의 힘에 의해 상기 회전축(120)을 일방향으로 회전시켜주는 구동날개(140); 및
    상기 한 쌍의 회전축(120) 중 어느 하나에 연결되어 회전력을 전기에너지로 변환시켜주는 발전기(150);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상·하측에 이격되게 설치된 체인(133)의 대향면에는,
    상기 구동날개(140)의 선회각도를 제한해줄 수 있도록 지지부재(135)가 형성된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동날개(140)는,
    상기 힌지축(141)을 회전중심으로 0 ~ 50°범위 내에 선회가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징(110)의 일측에는,
    상기 회전축(120)을 최초 가동시켜줄 수 있도록 복수의 기어열(161)을 매개로 두 개의 회전축(120) 중 어느 하나에 연결된 구동모터(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유입구(111a) 측에 위치되는 구동날개(140)는 상기 유입구(111a)를 통해 유입되는 바람의 방향을 기준으로 40 ~ 50°경사지게 선회되는 제1배치상태;와
    상기 배출구(111b) 측에 위치되는 구동날개(140)는 배출구(111b)를 통해 외부로 배출되는 바람의 방향과 일직선을 유지하도록 선회되는 제2배치상태;를 갖는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징(110)의 내부 일측에는,
    상기 유입구(111a) 측으로 회전 이동하는 상기 구동날개(140)의 선회각도를 강제적으로 선회시켜주는 적어도 하나의 걸림부재(143);가 구비된 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하우징(110)의 내측면에는,
    상기 유입구(111a)를 통해 유입되는 바람에 의해 상기 체인(133)의 처짐을 방지할 수 있도록 아이들롤러(145)가 대칭되게 설치되되,
    상기 아이들롤러(145)는 상기 체인(133)의 처짐이 발생하는 경우에만 선택적으로 구름접촉될 수 있도록 상기 체인(133)의 내주연으로부터 일정간격 이격되게 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113323798A (zh) * 2021-06-04 2021-08-31 福建智盛能源科技有限公司 平移式风力发电装置

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