KR20130047450A - 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템. - Google Patents

싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템. Download PDF

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Abstract

본 발명은 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 고공에 체류하면서 풍력에 의하여 발전을 하는 고공 풍력 발전 시스템에 있어서, 내부에 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창되는 부력 기구; 상기 부력 기구의 하측에 배치되어 있으며, 지면과 실질적으로 수직하게 배치된 회전축과, 피치 중심선을 중심으로 피치각이 개별적으로 조절되며, 상기 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란한 상태로 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함하는 싸이클로이달 터빈; 상기 부력 기구의 하측에 배치된 상태로, 상기 싸이클로이달 터빈의 회전축과 연결되어 있으며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무거운 구조물인 상기 싸이클로이달 터빈과 발전기가 상기 부력 기구의 하측에 배치됨으로써, 상기 싸이클로이달 터빈 및 상기 발전기를 상기 부력 기구에 장착하기 용이하며 고공에 체류시 안정적인 자세를 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.{High-altitude Wind power generating system with a cycloidal turbine.}
본 발명은 고공 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 싸이클로이달 터빈 및 발전기를 부력 기구에 장착하기 용이하며 고공에 체류시에 안정적인 자세를 유지할 수 있는 고공 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.
기존의 고공 풍력 발전 시스템에서는, 비행선(aorostat)이나 풍선(balloon)과 같은 부력 기구와, 상기 부력 기구에 매달린 상태로 전방에서 불어오는 바람 방향에 대하여 실질적으로 나란하게 배치된 수평축과, 일단이 상기 수평축에 결합되어 상기 수평축을 기준으로 바람개비처럼 회전 운동하는 방사형의 블레이드를 구비하는 수평축 방식이 일반적이었다. 예컨대, 한국공개특허공보(공개번호 10-2011-0108485, 공개일자 2011년10월06일)의 도 1에 도시된 풍력발전시스템이 수평축 방식이다.
그러나, 이러한 종래의 수평축 방식은, 요구되는 전력을 생산하기 위해서 반경이 매우 큰 블레이드의 장착이 불가피한데, 이렇게 큰 반경의 블레이드로 인하여 상기 블레이드를 상기 부력 기구에 장착하기 위한 구조가 복잡해지고, 전체적인 시스템의 부피와 중량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 수평축 방식은, 대부분 블레이드의 끝단이 오픈된 상태에서 고속으로 회전하는 구조인 바, 고공에서 운용시 큰 반경의 블레이드가 상기 부력 기구를 타격하는 등의 안전 사고 위험이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 싸이클로이달 터빈 및 발전기를 부력 기구에 장착하기 용이하며 고공에 체류시에 안정적인 자세를 유지할 수 있도록 구조가 개선된 고공 풍력 발전 시스템을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고공 풍력 발전 시스템은, 고공에 체류하면서 풍력에 의하여 발전을 하는 고공 풍력 발전 시스템에 있어서, 내부에 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창되는 부력 기구; 상기 부력 기구의 하측에 배치되어 있으며, 지면과 실질적으로 수직하게 배치된 회전축과, 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란하도록 길게 연장된 상태로 상기 회전축의 원주 방향을 따라 복수 개 배치되어 있으며, 상기 피치 중심선이 전방에서 흘러오는 공기의 유동방향에 대하여 실질적으로 수직하게 배치된 상태로 상기 회전축과 미리 정한 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 피치 중심선을 중심으로 피치각이 개별적으로 조절되며, 상기 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란한 상태로 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함하는 싸이클로이달 터빈; 상기 부력 기구의 하측에 배치된 상태로, 상기 싸이클로이달 터빈의 회전축과 연결되어 있으며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발전기는 상기 싸이클로이달 터빈의 하측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 싸이클로이달 터빈은, 서로 이격된 상태로 중심부가 상기 회전축의 양단부에 각각 회전 불가능하게 고정되어 있으며, 상기 회전축의 반경 방향으로 복수 개 연장된 방사형 스포크의 끝단부에는 상기 블레이드의 양단부가 각각 회전 가능하게 지지되어 있는 한 쌍의 지지 허브를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 싸이클로이달 터빈의 블레이드가 회전하면서 발생되는 회전력에 의하여 상기 발전기가 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지수단을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 회전방지수단은, 전방에서 흘러오는 공기의 공기역학적 힘을 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 회전방지수단은, 전방에서 흘러오는 공기력에 의하여 그 유동방향과 나란하게 배치됨으로써, 상기 발전기의 회전을 방지하는 회전방지판을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 미리 정한 고도와 위치에 머물 수 있도록, 일단이 지상에 고정된 계류선의 타단에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 싸이클로이달 터빈과 상기 발전기는, 각각의 무게중심이 상기 계류선의 장력선이 연장된 가상의 연장선 위에 위치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 계류선은 지상에 고정된 지상 윈치에 의하여 길이가 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 내부에 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창되는 부력 기구와, 상기 부력 기구의 하측에 배치되어 있으며, 지면과 실질적으로 수직하게 배치된 회전축과, 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란한 상태로 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함하는 싸이클로이달 터빈과, 상기 부력 기구의 하측에 배치된 발전기를 구비함으로써, 상기 싸이클로이달 터빈 및 상기 발전기를 상기 부력 기구에 장착하기 용이하며 고공에 체류시에 안정적인 자세를 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 고공 풍력 발전 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 블레이드의 회전각에 따라 피치각이 조절되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 블레이드의 회전각에 따른 피치각을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 고공 풍력 발전 시스템의 회전방지판이 전방에서 흘러오는 공기의 유동방향과 나란하게 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 고공 풍력 발전 시스템의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 블레이드의 회전각에 따라 피치각이 조절되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 지면으로부터 고도 300m 내지 500mm 정도의 고공에 체류하면서 풍력에 의하여 발전을 하는 고공 풍력 발전 시스템으로서, 부력 기구(10)와, 싸이클로이달 터빈(20)과, 발전기(30)와, 회전방지수단을 포함하여 구성된다.
상기 부력 기구(10)는, 기밀 가능한 직물이나 합성수지 재질 시트 등으로 제조된 연식(nonrigid) 기구로서, 내부에 공기보다 밀도가 낮은 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창(inflated)되는 부력 기구이다. 본 실시예에서는, 상기 부력 기구(10)로서, 평상시 지상에서는 접어서 보관될 수 있으며, 팽창시에 구형상이 되는 풍선(balloon)이 사용되고 있다. 본 실시예에서는, 상기 부력 발생 가스로서, 헬륨 가스를 사용하고 있다.
상기 싸이클로이달 터빈(cycloidal turbine)(20)은, 전방에서 불어오는 바람(W)으로부터 풍력 발전을 위한 회전력을 얻는 장치로서, 상기 부력 기구(10)의 하측에 배치되어 있다. 상기 싸이클로이달 터빈(20)은, 회전축(21)과, 블레이드(22)와, 지지 허브(23)를 구비한다.
상기 회전축(21)은, 지면과 실질적으로 수직한 자세로 전방에서 불어오는 바람(W) 방향에 대하여 실질적으로 수직하게 배치되어 있는 축으로서, 회전축 중심선(C)을 기준으로 회전가능하게 마련되어 있다.
상기 지지 허브(23)는, 한 쌍이 마련되는 원판형 부재로서, 서로 이격된 상태로 각각의 중심부가 상기 회전축(21)의 양단부에 회전 불가능하게 고정되어 있다.
상기 지지 허브(23)에는, 상기 회전축(21)의 반경 방향으로 연장되며, 상기 회전축(21)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격되어 배치된 복수 개의 방사형 스포크(24)가 형성되어 있다.
상기 블레이드(22)는, 상기 회전축(21)을 중심으로 회전하는 에어포일 형상의 단면을 가진 날개(blade)로서, 양단에는 1/4 시위 상에 돌출된 블레이드 지지부(25)가 형성되어 있다.
상기 블레이드 지지부(25)는, 상기 방사형 스포크(24)의 끝단부에 각각 회전 가능하게 지지됨으로써, 상기 회전축(21)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격되어 복수 개 배치된다. 따라서, 상기 각 블레이드(22)는, 1/4 시위 상에 형성된 가상의 피치 중심선(P)을 기준으로 개별적으로 피치각(pitch angle)(θ) 조절이 가능한 구조이다. 여기서, 상기 각 블레이드(22)의 피치 중심선(P)과 상기 회전축 중심선(C)과의 거리를 동일하다.
상기 블레이드(22)는, 상기 피치 중심선(P)이 상기 회전축 중심선(C)과 나란하도록 길게 연장된 상태로, 상기 피치 중심선(P)이 유체의 유동방향, 즉 전방에서 불어오는 바람(W) 방향에 대하여 실질적으로 수직하게 배치된다.
상기 싸이클로이달 터빈(20)에는, 상기 블레이드(22)의 회전각(phase angle)(φ)에 따라 피치각(θ)이 개별적으로 자동 조절될 수 있는 피치각 조절 유니트(미도시)가 장착되어 있으나, 그에 대한 내용은 당업자에게 공지된 기술로서, 한국등록특허공보(발명자: 김승조 외 2인, 등록번호: 10-0558462, 출원일자: 2003년10월09일)의 피치제어부(140)에 대한 기재 등에서 상세히 설명되어 있으므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 피치각 조절 유니트(미도시)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(22)가 상기 회전축(21)을 중심으로 회전하는 동안 주기적으로 각 회전각(φ) 위치에서 미리 정한 피치각(θ)을 가질 수 있도록 조절한다.
상기 싸이클로이달 터빈(20)은, 전방에서 불어오는 바람(W)에 의하여 풍력 발전이 될 수 있도록, 풍력 발전시에 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 블레이드(22)의 회전각(φ)에 따른 피치각(θ) 패턴을 가지게 된다. 여기서, 상기 회전각(φ)이 0°인 지점이 전방에서 불어오는 바람(W)의 하류 측이며, 상기 회전각(φ)이 180°인 지점이 전방에서 불어오는 바람(W)의 상류 측이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전각(φ)이 180°인 지점에서 상기 블레이드(22)가 최대 피치각(θ)을 가지게 된다.
상기 발전기(30)는, 상기 회전축(21)의 회전력을 전달받아 풍력 발전을 수행하는 발전기(generator)로서, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 하측에 배치되어 있으며, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 회전축(21) 하단을 받쳐서 지지한 상태로, 상기 회전축(21)에 동력적으로 연결되어 있다. 여기서, 상기 회전축(21)에 의하여 회전되는 상기 발전기(30)의 피동축(미도시)은 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 회전축(21)과 일직선상에 동축적으로 배치되어 있다.
상기 발전기(30)는, 'ㅁ'자형으로 형성된 프레임(12)의 하단 개구부에 형성된 한 쌍의 결합부(14)에 회전 불가능하게 결합되어 있다.
상기 프레임(12)은, 상기 발전기(30)와 결합되었을 때, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 둘레를 감쌀 수 있는 형태로 배치된다.
상기 프레임(12)의 상단 중앙부에는, 상기 회전축(21)의 상단을 회전가능하게 지지하는 회전축 지지부(26)가 형성되어 있다.
상기 부력 기구(10)는, 복수 개의 산줄(11)에 의하여, 상기 프레임(12)의 상단 중앙부에 형성된 산줄 연결부(13)에 연결되어 있다.
상기 프레임(12)의 하단부 양측에는 한 쌍의 계류선 연결부(15)가 형성되어 있으며, 상기 계류선 연결부(15)에는 일단부가 지면에 고정된 계류선(40)의 타단부가 연결되어 있다.
상기 계류선(40)에는, 상기 발전기(30)에 의하여 발전된 전기를 지상으로 송전하기 위한 용도의 전선(미도시)이 장착되어 있다.
상기 계류선(40)의 일단부는, 지면에 고정된 지상 윈치(50)에 연결됨으로써, 지면에 고정되어 있다.
상기 지상 윈치(50)는, 전동에 의하여 상기 계류선(40)을 감거나 풀 수 있는 권양기로서, 정지시에는 상기 계류선(40)이 풀리지 않도록 상기 계류선(40)의 일단부를 견고히 고정할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 부력 기구(10)의 무게중심과 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 무게중심과 상기 발전기(30)의 무게중심은, 상기 계류선(40)의 장력선(tension force line) 연장된 가상의 연장선 위에 위치하도록 일렬로 배치되어 있다. 여기서, 상기 장력선은 상기 계류선(40)에 작용하게 되는 장력의 방향을 지시하는 가상의 선으로서, 상기 계류선(40)의 접선 방향이다. 만약 바람이 없는 경우라면 상기 계류선(40)의 장력선은 지면에 대하여 수직한 직선이 된다.
상기 회전방지수단은, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 블레이드(22)가 회전하면서 발생되는 회전력에 의하여 상기 발전기(30)가 같은 방향으로 함께 회전되는 것을 방지하기 위한 수단이다.
본 실시예에서, 상기 회전방지수단은, 전방에서 흘러오는 공기의 공기역학적 힘을 이용하는 비동력적 방법을 사용하며, 연결부재(16)와, 회전방지판(17)을 포함한다.
상기 연결부재(16)는, 상기 회전축(21)의 반경방향으로 길게 연장된 막대 부재로서, 수평하게 배치된 상태로 일단부가 상기 프레임(12)의 측면에 결합되어 있다.
상기 회전방지판(17)은, 원형의 평판 부재로서, 전방에서 흘러오는 공기력을 받을 수 있도록 수직하게 세워진 상태로 상기 연결부재(16)의 타단부에 결합되어 있다. 따라서, 상기 회전방지판(17)은 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 회전축(21)으로부터 상기 회전축(21)의 반경방향으로 미리 정한 거리만큼 이격된 위치에 배치된다.
이하에서는, 상술한 구성의 고공 풍력 발전 시스템(100)이 작동하는 원리의 일례를 설명하기로 한다.
상기 부력 기구(10) 내에 헬륨 가스를 주입하게 되면, 상기 부력 기구(10)가 팽창하면서 구형상의 풍선(balloon)이 되고, 외부 공기와의 밀도 차에 의한 부력으로 인하여, 상기 부력 기구(10)가 지면에서 부상하게 된다.
이어서, 상기 지상 윈치(50)를 가동하여 상기 계류선(40)을 풀어주게 되면, 상기 부력 기구(10)는 계속 상승하게 되고, 상기 부력 기구(10)가 지면(G)으로부터 고도 300m 내지 500mm 정도의 고공에 도달하였을 때, 상기 지상 윈치(50)를 정지시키게 되면, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)의 고공 배치가 완료된다.
이때, 전방에서 불어오는 바람(W)에 의하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전방지판(17)이 그 유동방향과 나란하게 배치된 상태로 고정됨으로써, 상기 프레임(12) 및 발전기(30)의 자세도 고정된다. 따라서, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 블레이드(22)가 회전하면서 발생되는 회전력에 의하여, 상기 프레임(12) 및 발전기(30)가 상기 블레이드(22)의 회전방향(R)으로 함께 회전하지 않고 고정될 수 있다.
이렇게, 상기 부력 기구(10) 및 발전기(30) 등이 미리 정한 고도와 위치에 머물 수 있도록 고정되면, 전방에서 불어오는 바람(W)에 의하여 상기 블레이드(22)가 앞전 쪽의 회전방향(R)으로 회전하게 되고, 상기 지지 허브(23)에 의하여 상기 블레이드(22)와 연결된 상기 회전축(21)도 같은 회전방향(R)으로 회전하게 되며, 상기 회전축(21)에 연결된 발전기(30)에 의하여 풍력 발전이 이루어진다.
상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 내부에 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창되는 부력 기구(10)와, 상기 부력 기구(10)의 하측에 배치되어 있으며, 지면과 실질적으로 수직하게 배치된 회전축(21)과, 피치 중심선(P)이 상기 회전축의 중심선(C)과 나란한 상태로 상기 회전축(21)을 중심으로 회전하는 블레이드(22)를 포함하는 싸이클로이달 터빈(20)과, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 하측에 배치된 발전기(30)를 구비하고 있으므로, 상기 프레임(12)과 같이 간단한 구조물을 이용하여 상기 싸이클로이달 터빈(20) 및 상기 발전기(30)를 상기 부력 기구(10)에 장착할 수 있으며, 무거운 구조물인 상기 싸이클로이달 터빈(20)와 발전기(30)가 상기 부력 기구(10)의 하측에 차례로 배치되어 고공 체류시에 안정적인 자세를 유지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 블레이드의 끝단이 오픈된 상태에서 고속 회전하는 종래의 수평축 방식과는 달리, 상기 블레이드(22)의 양끝단이 상기 지지 허브(23)에 의하여 폐쇄되어 있으므로, 상기 블레이드(22)가 운용시 상기 부력 기구(10)나 사람을 타격하는 등의 안전 사고가 발생하지 않는 장점이 있다.
또한, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 종래의 수평축 방식과 달리, 상기 회전축(21)이 전방에서 불어오는 바람(W) 방향에 대하여 실질적으로 수직하게 배치된 수직축 방식의 상기 싸이클로이달 터빈(20)을 구비하고 있으므로, 동일한 전력을 생산을 기준으로 상기 블레이드(22)의 반경을 종래보다 더 작게 만들 수 있는 바, 전체적인 시스템의 크기를 작게 할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 블레이드(22)가 회전하면서 발생되는 회전력에 의하여 상기 발전기(30) 및 프레임(12)이 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지수단을 포함하고 있으므로, 상기 블레이드(22)가 회전할 때, 상기 발전기(30) 및 프레임(12)이 상기 블레이드(22)의 회전방향(R)으로 함께 회전하지 않고 고정되는 장점이 있다.
또한, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 상기 회전방지수단이, 전방에서 흘러오는 공기력에 의하여 그 유동방향과 나란하게 배치되는 회전방지판(17)을 포함하고 있으므로, 별도의 동력적 수단을 사용하지 않고 전방에서 흘러오는 공기의 공기역학적 힘을 이용하여 상기 발전기(30) 및 프레임(12)의 회전을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 지면에 고정된 지상 윈치(50)에 연결된 계류선(40)을 구비하고 있으므로, 상기 계류선(40)의 길이 조절을 통하여 상기 부력 기구(10)를 상승시키거나 하강시키는 것이 편리하며, 상기 부력 기구(10)를 미리 정한 고도와 위치에 머물 수 있도록 고정하는 것이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 상기 고공 풍력 발전 시스템(100)은, 상기 싸이클로이달 터빈(20)과 상기 발전기(30)가, 각각의 무게중심이 상기 계류선(40)의 장력선이 연장된 가상의 연장선 위에 위치하도록 배치되어 있으므로, 상기 계류선(40)을 이용하여 상기 싸이클로이달 터빈(20)과 상기 발전기(30)를 고공에 고정하여 풍력 발전을 하거나 상기 지상 윈치(50)가 상기 계류선(40)을 감거나 풀어낼 때에, 상기 싸이클로이달 터빈(20) 등이 요동치지 않고 안정적인 자세를 유지할 수 있는 바, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 구동시에 정적 안정성 및 동적 안정성이 향상될 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 회전방지수단으로서, 상기 연결부재(16)와 원형 평판 부재인 상기 회전방지판(17)을 사용하고 있으나, 상기 회전방지판(17)을 사용하지 않고, 전방에서 흘러오는 공기력에 의하여 회전됨으로써 그 유동방향과 나란하게 배치될 수 있는 다양한 형상의 장치가 사용될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는, 설명의 편의상 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전방지판(17)이 전방에서 불어오는 바람(W)에 의하여 그 유동방향과 나란하게 배치된 상태로 고정되는 것으로 설명하였으나, 상기 회전방지판(17)의 면적과 전방에서 불어오는 바람(W)의 풍속과 상기 싸이클로이달 터빈(20)에 의하여 발생되는 회전력의 크기에 따라서, 상기 블레이드(22)의 회전방향(R)으로 90도 이하의 각도만큼 회전된 상태에서 힘 평형을 이루며 고정될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는, 'ㅁ'자형으로 형성된 상기 프레임(12)에 상기 싸이클로이달 터빈(20) 및 상기 발전기(30)가 장착되어 있으나, 상기 프레임(12)을 구비하지 않은 상태에서, 상기 싸이클로이달 터빈(20)의 상단에 상기 부력 기구(10)가 직접 장착되고, 상기 발전기(30)의 하단에 상기 계류선(40) 및 상기 회전방지판(17)이 직접 장착되는 구조도 가능함은 물론이다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.
＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 고공 풍력 발전 시스템 10 : 부력 기구
11 : 산줄 12 : 프레임
13 : 산줄 연결부 14 : 결합부
15 : 계류선 연결부 20 : 싸이클로이달 터빈
21 : 회전축 22 : 블레이드
23 : 지지 허브 24 : 방사형 스포크
25 : 블레이드 지지부 26 : 회전축 지지부
30 : 발전기 40 : 계류선
50 : 지상 윈치 C : 회전축 중심선
P : 피치 중심선 R : 회전방향
W : 바람

Claims (9)

  1. 고공에 체류하면서 풍력에 의하여 발전을 하는 고공 풍력 발전 시스템에 있어서,
    내부에 부력 발생 가스가 주입됨으로써 팽창되는 부력 기구;
    상기 부력 기구의 하측에 배치되어 있으며, 지면과 실질적으로 수직하게 배치된 회전축과, 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란하도록 길게 연장된 상태로 상기 회전축의 원주 방향을 따라 복수 개 배치되어 있으며, 상기 피치 중심선이 전방에서 흘러오는 공기의 유동방향에 대하여 실질적으로 수직하게 배치된 상태로 상기 회전축과 미리 정한 거리만큼 이격되어 있으며, 상기 피치 중심선을 중심으로 피치각이 개별적으로 조절되며, 상기 피치 중심선이 상기 회전축의 중심선과 나란한 상태로 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드를 포함하는 싸이클로이달 터빈;
    상기 부력 기구의 하측에 배치된 상태로, 상기 싸이클로이달 터빈의 회전축과 연결되어 있으며, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 싸이클로이달 터빈의 하측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 싸이클로이달 터빈은,
    서로 이격된 상태로 중심부가 상기 회전축의 양단부에 각각 회전 불가능하게 고정되어 있으며, 상기 회전축의 반경 방향으로 복수 개 연장된 방사형 스포크의 끝단부에는 상기 블레이드의 양단부가 각각 회전 가능하게 지지되어 있는 한 쌍의 지지 허브를 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 싸이클로이달 터빈의 블레이드가 회전하면서 발생되는 회전력에 의하여 상기 발전기가 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전방지수단은,
    전방에서 흘러오는 공기의 공기역학적 힘을 이용하는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전방지수단은,
    전방에서 흘러오는 공기력에 의하여 그 유동방향과 나란하게 배치됨으로써, 상기 발전기의 회전을 방지하는 회전방지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    미리 정한 고도와 위치에 머물 수 있도록, 일단이 지상에 고정된 계류선의 타단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 싸이클로이달 터빈과 상기 발전기는, 각각의 무게중심이 상기 계류선의 장력선이 연장된 가상의 연장선 위에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 계류선은 지상에 고정된 지상 윈치에 의하여 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 싸이클로이달 터빈을 장착한 고공 풍력 발전 시스템.
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