KR20130068039A - 블레이드에 슬랫을 연결한 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람에 의해 회전하여 회전 운동에너지를 발생하는 블레이드, 상기 블레이드와 간격을 두고 형성되며, 상기 블레이드의 외주연에 연결되는 슬랫, 상기 발생된 회전 운동에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 나셀, 및 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함하는 풍력발전기를 제공한다.

Description

블레이드에 슬랫을 연결한 풍력발전기{AEROGENERATOR CONNECTED SLAT ON BLADE}

본 발명은 풍력발전기의 효율을 증대시키기 위한 방안에 관한 것이다.

일반적으로, 풍력발전기는 바람의 세기가 강한 산악지역이나 해안과 같은 지역에 설치된다. 풍력발전기는 바람의 세기에 따라 회전 운동되는 복수개의 블레이드와, 블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환하는 나셀과, 나셀을 지지하는 타워로 구성된다.

이러한 풍력발전기의 블레이드는 바람의 방향 즉, 풍향에 대해 가로 방향으로 배치된다.

도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기의 블레이드 상의 와류를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 풍력발전기에서 사용되는 블레이드의 일면에는 종종 유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대방향으로 소용돌이 치는 흐름인 와류(110)가 발생한다. 와류(Vortex)는 강하게 회전하면서 흐르는 유체의 형태를 소용돌이 또는 와류라 부르는데, 수로의 불규칙성, 장애물 등으로 인하여 흔히 발생하게 된다.

이와 같이, 블레이드의 일면에 와류가 발생하게 되면, 회전 운동해야 하는 블레이드의 효율이 떨어지게 되어, 결과적으로 풍력발전기의 효율을 떨어뜨리는 결과를 가져온다.

본 발명의 일실시예는 블레이드의 외주연에 슬랫을 연결함으로써, 실속이 일어나지 않는 영역을 증가시켜 최대 양력 계수를 증가시킬 수 있도록 하는 풍력발전기를 제공한다.

본 발명의 일실시예는 블레이드에 슬랫을 연결하여 최대 양력의 크기를 증가시킴으로써, 블레이드의 길이를 증가시킨것과 동일한 출력을 얻을 수 있는 풍력발전기를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기는 바람에 의해 회전하여 회전 운동에너지를 발생하는 블레이드, 상기 블레이드와 간격을 두고 형성되며, 상기 블레이드의 외주연에 연결되는 슬랫, 상기 발생된 회전 운동에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 나셀, 및 상기 나셀을 지지하는 타워를 포함한다.

상기 슬랫의 크기는 상기 블레이드의 외주연과 연결되는 위치에 따라 가변적일 수 있다.

상기 슬랫의 외형은 반원, 타원형 또는 접시형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 풍력발전기는 상기 블레이드의 외주연과 상기 슬랫을 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

상기 슬랫은 상기 연결부재의 단부와 연결되고, 상기 연결부재의 위치에 대응하여 상기 블레이드의 외주연을 따라 움직일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 블레이드의 외주연에 슬랫을 연결함으로써, 실속이 일어나지 않는 영역을 증가시켜 최대 양력 계수를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 블레이드에 슬랫을 연결하여 최대 양력의 크기를 증가시킴으로써, 블레이드의 길이를 증가시킨것과 동일한 출력을 얻을 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 풍력발전기의 블레이드 상의 와류를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 도시한 도면이다.
도 3은 블레이드에 슬랫을 연결한 일측을 도시한 도면이다.
도 4는 블레이드에 슬랫을 연결한 일면을 도시한 도면이다.
도 5는 블레이드에 슬랫을 연결한 경우, 블레이드 상의 와류 및 양력계수 그래프를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기를 도시한 도면이다.

도 2를 참고하면, 풍력발전기는 블레이드(10), 슬랫(20), 나셀(40), 및 타워(50)를 포함하여 구성된다.

블레이드(10, Blade)는 바람에 의해 회전하여 회전 운동에너지를 발생한다. 이러한, 블레이드(10)는 회전축(30)을 중심으로 배치될 수 있다.

슬랫(20)은 블레이드(10)와 간격을 두고 형성되며, 블레이드(10)의 외주연에 연결된다. 상기 외주연은 블레이드(10)의 넓은 단면인 곡선으로 형성된 일측을 말한다.

실시예로, 슬랫(20)의 크기는 블레이드(10)의 외주연과 연결되는 위치에 따라 가변적일 수 있다. 또한, 슬랫(20)의 외형은 반원, 타원형 또는 접시형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

도시하지는 않았지만, 상기 풍력발전기는 블레이드(10)의 외주연과 슬랫(20)을 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다. 이때, 슬랫(20)은 상기 연결부재의 단부와 연결되고, 상기 연결부재의 위치에 대응하여 블레이드(10)의 외주연을 따라 움직일 수 있다.

이러한, 슬랫(20)은 블레이드(10) 일면에 발생하는 와류를 감소시켜, 블레이드(10) 상의 양력 계수(Lift coefficient)를 증가시킬 수 있다.

슬랫(20)에 대해서는 이하 도 3, 4를 통해 상세히 설명하기로 한다.

회전축(30)은 블레이드(10)가 고정되어 회전함에 따라 연동하는 중심축으로, 나셀(40)과 연결되어 나셀(40)에 회전 운동에너지를 공급할 수 있다.

나셀(40, nacelle)은 블레이드(10)의 회전력을 이용하여 전기에너지로 변환한다. 즉, 나셀(40)은 상기 공급된 회전 운동에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다. 예컨대, 나셀(40)은 상기 회전 운동에너지를 상기 전기에너지로 변환하는 발전기, 기타 제어장치, 감속장치 등을 내장할 수 있다.

타워(50)는 나셀(40)을 지지하는 구조물이며, 내부에 나셀(40)에서 생산된 전력을 내보내는 전력송출라인 등이 통과한다.

도 3은 블레이드에 슬랫을 연결한 일측을 도시한 도면이다.

도 3을 참고하면, (a)에서, 풍력발전기의 블레이드(10) 일면을 수직으로 자르면, (b), (c)와 같은 단면이 나온다.

(b)에서, 슬랫(20)은 블레이드(10)와의 간격을 두고, 블레이드(10)의 외주연에 연결된다. 블레이드(10)와 슬랫(20) 간의 간격은 블레이드(10)에 발생하는 와류현상을 고려하여 가변적으로 변경될 수 있다.

양력계수(Lift coefficient)는 받음각(Angle of attack)에 비례해서 증가하게 되는데, 일정 받음각 이후에서는 익형의 윗면을 지나는 유동이 충분한 에너지를 가지기 못해 면을 타고 흐르지 못하고 떨어져 나가는 현상을 발생한다. 이와 같은 현상을 유동박리라고 부르며, 특히, 항공기의 날개에서는 실속이라 부른다.

유동이 윗면을 타고 빠른 속도로 흘러야 압력이 충분히 낮아져서 필요한 양력을 얻을 수 있으나, 실속이 발생하면 날개 윗부분의 앞력이 충분히 낮아지지 못해, 필요한 양력을 얻을 수 없을뿐더러 항력이 증가하게 된다.

따라서, 슬랫(20)은 블레이드(10)와 일정 간격을 두고 형성됨으로써, 블레이드(10)의 일면에 흐르는 압력을 낮춰 충분한 양력을 얻을 수 있도록 한다.

또한, 양력계수를 높이기 위해서, 슬랫(20)은 크기와 외형에 변화를 줄 수 있다. 실시예로, 슬랫(20)의 크기는 블레이드(10)의 외주연과 연결되는 위치에 따라 가변적일 수 있다. 또한, 슬랫(20)의 외형은 반원, 타원형 또는 접시형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

(b)에 도시한 슬랫(20)의 크기와 외형은 (c)에 도시한 슬랫(20)의 크기와 외형과는 다른 것을 알 수 있다. 즉, 슬랫(20)의 크기와 외형은 바람이 흐르는 방향과 블레이드(10)가 이루는 받음각을 고려하여 블레이드(10)의 회전운동을 향상시킬 수 있도록 설정될 수 있다.

도 4는 블레이드에 슬랫을 연결한 일면을 도시한 도면이다.

도 4를 참고하면, 블레이드(10)의 외주연과 슬랫(20)을 연결하는 연결부재(60)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결부재(60)는 회전축(30)을 중심으로, 회전축(30)과 가까운 블레이드(10) 기점 부분, 회전축(30)에서 먼 블레이드(10) 끝단 부분에 부착될 수 있다.

이때, 슬랫(20)은 연결부재(60)의 단부와 연결되고, 연결부재(60)의 위치에 대응하여 블레이드(10)의 외주연을 따라 움직일 수 있다. 즉, 슬랫(20)은 고정 상태가 아니라, 연결부재(60)가 블레이드(10)에 부착되는 위치에 따라 변경될 수 있다.

도 5는 블레이드에 슬랫을 연결한 경우, 블레이드 상의 와류 및 양력계수 그래프를 도시한 도면이다.

도 5를 참고하면, (a)에 도시한 슬랫(20)의 크기와 외형은 (b)에 도시한 슬랫(20)의 크기와 외형과는 상이하다. 다만, 종래기술인 도 1과 비교하여 보면, 슬랫(20)을 블레이드(10)에 연결한 본 발명의 (a), (b)는 블레이드(10)의 일면에 발생하는 와류현상이 나타나지 않음을 알 수 있다. 따라서, 슬랫(20)의 크기와 외형은 와류현상, 바람이 흐르는 방향과 블레이드(10)가 이루는 받음각을 고려하여 블레이드(10)의 회전운동을 향상시킬 수 있도록 설정될 수 있다.

(c)에 도시한 양력계수 그래프는 받음각에 비례하여 양력계수가 증가하지만, 일정치 이상의 받음각을 형성하면, 양력계수가 다시 감소하는 것을 나타낸다. 따라서, 블레이드(10)와 연관된 받음각을 고려하여 슬랫(20)의 크기와 외형을 결정함으로써, 실속지연을 증가시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 블레이드
20: 슬랫
30: 회전축
40: 나셀
50: 타워

Claims (5)

1. 바람에 의해 회전하여 회전 운동에너지를 발생하는 블레이드;
   상기 블레이드와 간격을 두고 형성되며, 상기 블레이드의 외주연에 연결되는 슬랫(Slat);
   상기 발생된 회전 운동에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 나셀; 및
   상기 나셀을 지지하는 타워
   를 포함하는 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬랫의 크기는,
   상기 블레이드의 외주연과 연결되는 위치에 따라 가변적인, 풍력발전기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 슬랫의 외형은,
   반원, 타원형 또는 접시형 중 어느 하나로 형성되는, 풍력발전기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 블레이드의 외주연과 상기 슬랫을 연결하는 연결부재
   를 더 포함하는 풍력발전기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 슬랫은,
   상기 연결부재의 단부와 연결되고, 상기 연결부재의 위치에 대응하여 상기 블레이드의 외주연을 따라 움직이는, 풍력발전기.

Images