KR20130142264A - Vertical axis type aerogenerator with dimple - Google Patents

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KR20130142264A
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양현대
강옥례
신명진
신명철
박성훈
김지호
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신중호
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Abstract

The present invention relates to a wind power generator and, more specifically, to the vertical type wind power generator which blades are rotated around a vertical shaft and which produces electricity by rotating a vertical shaft. Air flows smoothly as dimples are formed on the front surfaces or the rear surfaces of the blades so that the efficiency of the power generation is improved.

Description

풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기{vertical axis type aerogenerator with dimple}Vertical wind turbine generator with dimples on windmill wings {vertical axis type aerogenerator with dimple}

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 수직형 풍력발전기 즉, 수직축이 날개의 회전중심축이 되며 상기 날개에 의해 수직축을 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서, 상기 날개의 전면이나 후면에 딤플을 형성하여 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 발전효율을 높인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기이다.
The present invention relates to a wind power generator, and more particularly, a vertical wind power generator, that is, a vertical axis is a rotational axis of a wing, and a wind power generator producing electricity by rotating a vertical axis by the wing, wherein the front or rear of the wing. It is a vertical wind power generator with dimples formed on the blades of windmills that increase power generation efficiency by forming dimples in the air stream.

일반적으로 풍력발전기는 날개의 회전축이 지면과 평행한 수평형 풍력발전기와, 이러한 수평형 풍력발전기와 대응되는 것으로서 본 출원인이 선출원한 특허 제10-2010-0109606호에 개시되어 있는 것과 같은 수직형 풍력발전기가 있다.
In general, a wind power generator is a horizontal wind power generator whose axis of rotation is parallel to the ground, and a vertical wind power such as that disclosed in Patent Application No. 10-2010-0109606 filed by the applicant as a counterpart to such a horizontal wind power generator. There is a generator.

이러한 수평형 및 수직형 풍력발전기는 어떠한 형태이던지 풍력을 이용해 복수의 날개를 회전시키고, 이러한 날개의 중심에 회전축을 설치하여 상기 회전축의 회전을 이용해 전기를 유도하여 생산하게 된다.
The horizontal and vertical wind generators rotate the plurality of blades using wind in any form, and install a rotating shaft at the center of the blade to induce electricity using the rotation of the rotating shaft.

수직형 풍력발전기 중 상기 특허출원 제10-2010-0109606호에 개시된 풍력발전기의 경우 도 6과 7에 도시되어 있으며, 날개(400)는 그 형상이 전체적으로 아크 형상이며 바람을 받아 풍력을 모으는 포집부(420)와 상기 포집부(420)의 반대쪽에서 바람을 가르며 회전되는 회피부(410)로 구성된다. 이러한 날개의 경우 포집부(420)와 회피부(410)는 포집부(420)에서 받는 공기의 압력이 회피부(410)에서 받는 공기의 압력보다 상대적으로 높아야만 회전이 이루어지는데, 날개가 빠른 속도로 회전하게 되면 날개의 회전에 따라 포집부(420) 쪽에 와류가 생겨 압력이 낮아지게 되므로 회피부(410)와 포집부(420) 간의 압력차가 적어져 회전속도가 낮아지게 되고 이로써 발전량이 저하되게 된다.
In the case of the wind turbine disclosed in the patent application No. 10-2010-0109606 of the vertical wind turbine is shown in Figures 6 and 7, the wing 400 is an arc shape as a whole, the collecting portion for collecting wind by receiving wind 420 and the avoiding portion 410 is rotated while cutting the wind on the opposite side of the collecting portion 420. In the case of such a wing, the collecting part 420 and the evacuation part 410 rotate only when the pressure of the air received by the collecting part 420 is higher than the pressure of the air received by the avoiding part 410. When rotated at a speed, the vortex is generated on the collecting part 420 side according to the rotation of the blade, the pressure is lowered, so the pressure difference between the avoiding part 410 and the collecting part 420 is reduced, thereby reducing the rotational speed, thereby reducing the amount of power generation. Will be.

결국 회전속도에 비해 상대적으로 적은 압력차는 날개의 회전속도를 감소시키는 저항으로 작용하게 되며, 이러한 압력차와는 별개로 회피부(410)에 부딪히는 공기가 회피부(410)에서 원활히 흘러가지 않을 경우 마찰저항의 발생이 증가하여 이 역시 날개의 회전속도를 저하시키는 원인이 된다.
As a result, a pressure difference relatively smaller than the rotational speed acts as a resistance to reduce the rotational speed of the blade, and in addition to the pressure difference, when the air that hits the avoidance 410 does not flow smoothly in the avoidance 410. The occurrence of frictional resistance increases, which also causes the rotational speed of the blade to decrease.

또한, 공기의 흐름이 원활히 이루어지지 못할 경우 소음이 발생하게 되고 이러한 소음은 풍력발전기의 설치에 대한 제한적 요소가 된다.
In addition, when the air flow is not made smoothly, noise is generated, which is a limiting factor for the installation of the wind turbine.

이러한 수직형 날개가 아닌 수평형 날개를 사용하는 대형 풍력발전기의 경우 날개의 형상이 프로펠러 형상을 가지게 되고 이러한 프로펠러 형상의 날개는 그 단부로 빠져나가는 공기의 압력이 급격히 변화됨으로써 상당히 심한 소음이 발생되며, 이러한 소음은 날개의 회전속도를 떨어뜨리는 원인이 된다.
In the case of a large wind power generator using a horizontal wing instead of a vertical wing, the shape of the wing has a propeller shape, and the wing of the propeller shape has a considerable noise due to the rapid change in the pressure of the air exiting the end. These noises cause the blades to slow down.

따라서, 본 발명은 날개의 회전에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기의 날개에 둘 이상의 딤플을 형성하여 날개의 회전방향 반대쪽에 압력저하를 방지하며 공기와 날개의 마찰을 줄이고 공기의 흐름을 원활히 하여 발전효율을 높인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention forms two or more dimples on the blades of the wind turbine to produce electricity by the rotation of the blade to prevent pressure drop on the opposite side of the rotation direction of the blade, reduce friction between the air and the blades and smoothly flow the air The purpose of the present invention is to provide a vertical wind turbine with dimples formed on the windmill blades.

또한, 상기 딤플은 날개를 따라 흐르는 공기의 유속에 따라 분포밀도 및 크기를 최적화한 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, the dimple is another object of the present invention to provide a vertical wind power generator with dimples formed on the windmill blades with optimized distribution density and size according to the flow velocity of air flowing along the wing.

본 발명에 의한 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기는 수직형 또는 수평형 날개에 의해 축을 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서, 상기 날개의 전면이나 후면 중 적어도 한 면 이상에는 둘 이상의 딤플을 형성한다.
Vertical wind turbines having dimples formed on the windmill blades according to the present invention are wind turbines that produce electricity by rotating their shafts by vertical or horizontal blades, wherein at least one of the front or rear surfaces of the blades has two or more dimples. To form.

본 발명에 의한 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기는 날개의 회전에 의해 전기를 생산하는 풍력발전기의 날개에 둘 이상의 딤플을 형성하여 날개의 회전방향 반대쪽에 압력저하를 방지하며 공기와 날개의 마찰을 줄이고 공기의 흐름을 원활히 하여 발전효율을 높일 수 있으며, 상기 딤플은 날개를 따라 흐르는 공기의 유속에 따라 분포밀도 및 크기를 최적화하여 딤플에 의한 효과를 더욱 높일 수 있다.
Vertical wind turbines with dimples formed on the windmill blades according to the present invention form two or more dimples on the blades of the wind turbine that produce electricity by the rotation of the blades to prevent pressure drop on the opposite side of the blade rotation direction, It is possible to increase the power generation efficiency by reducing friction and smoothing the flow of air, and the dimple may further increase the effect of the dimple by optimizing the distribution density and size according to the flow velocity of air flowing along the wing.

도 1은 본 발명의 일실시 예시도
도 2는 본 발명의 일부분 구성도
도 3은 본 발명의 작용 예시도
도 4는 본 발명의 타실시 예시도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예시도
도 6과 7은 종래 수직축 풍력발전기의 구성예시도1 is a perspective view of an embodiment of the present invention
2 is a partial schematic view of the present invention
Figure 3 illustrates the operation of the present invention
Fig. 4 is a cross-sectional view
5 is another exemplary embodiment of the present invention
6 and 7 is an example of the configuration of a conventional vertical axis wind power generator

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 수직형 풍력발전기 즉, 수직축이 날개의 회전중심축이 되며 상기 날개에 의해 수직축을 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서, 상기 날개의 전면이나 후면에 딤플을 형성하여 공기의 흐름을 원활하게 함으로써 발전효율을 높인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기이다.
The present invention relates to a wind power generator, and more particularly, a vertical wind power generator, that is, a vertical axis is a rotational axis of a wing, and a wind power generator producing electricity by rotating a vertical axis by the wing, wherein the front or rear of the wing. It is a vertical wind power generator with dimples formed on the blades of windmills that increase power generation efficiency by forming dimples in the air stream.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일부분 구성도이며, 도 3은 본 발명의 작용 예시도로서 본 발명에 의한 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기는 수직형 날개(400)에 의해 회전축(700)을 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서, 상기 날개(400)의 전면이나 후면 중 적어도 한 면 이상에는 둘 이상의 딤플(800)이 형성되어 있다.
Figure 1 is an exemplary view of the present invention, Figure 2 is a partial configuration diagram of the present invention, Figure 3 is an exemplary view of the operation of the present invention is a vertical wind turbine is a vertical wind power generator is formed dimple in the windmill wing In the wind turbine to produce electricity by rotating the rotary shaft 700 by the blade 400, at least one or more dimples 800 are formed on at least one surface of the front or rear of the blade 400.

먼저, 대부분의 수직형 풍력발전기는 수직축인 회전축(700)을 중심으로 방사상으로 다수의 날개(400)가 등간격으로 배치되며 이러한 날개(400)들은 하나의 회전축(700)에 결합되어 풍력에 의한 날개(400)의 회전력을 회전축(700)으로 전달하게 된다. 상기 회전축(700)은 커플링 등의 축결합 구성에 의해 발전기의 축에 직접적으로 연결되거나 날개의 회전속도가 충분하지 않아 증속이 필요할 경우 증속기 등의 구성에 의해 연결되고 상기 증속기의 출력축이 발전기의 축과 연결되어 전기를 생산하게 된다.
First, most of the vertical wind power generators are radially centered around the rotation axis 700, which is a vertical axis, the plurality of wings 400 are arranged at equal intervals, and these wings 400 are coupled to one rotation shaft 700 by the wind The rotational force of the blade 400 is transmitted to the rotation shaft 700. The rotary shaft 700 is directly connected to the shaft of the generator by a shaft coupling configuration such as a coupling, or when the speed of rotation is not sufficient because of the rotation speed of the blade is connected by a configuration such as a speed increaser and the output shaft of the speed increaser is It is connected to the shaft of the generator to produce electricity.

이러한 풍력발전기는 도 1에 도시된 수직형 풍력발전기와, 날개의 회전중심축이 수평축인 수평형 풍력발전기로 구분할 수 있는데, 수직형이든지 수평형이든지 풍력에 의해 회전이 이루어진다.
Such a wind power generator can be classified into a vertical wind power generator shown in FIG. 1 and a horizontal wind power generator whose central axis of rotation is a horizontal axis. The vertical wind power generator is rotated by wind.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 수직형 풍력발전기의 경우 포집부(420)와 회피부(410)의 형상적 차이와 요동운동장치(600)로 인해 풍력은 상대적으로 포집부(420)에 강한 압력을 가하게 되고 이로써 포집부(420)와 회피부(410)는 압력차가 발생하여 날개(400)가 회전하게 된다.First, in the case of the vertical wind power generator shown in FIGS. 1 to 3, the wind is relatively collected at the collecting part 420 due to the shape difference between the collecting part 420 and the avoiding part 410 and the rocking motion device 600. A strong pressure is applied, whereby the pressure difference between the collecting part 420 and the avoiding part 410 is caused to rotate the blade 400.

즉, 요동운동장치(600)는 날개(400)가 풍향에 따라 소정각도로 회전하도록 함으로써 회피부(410)에 작용하는 공기의 압력을 줄여 줌으로써 날개(400)의 회전속도를 증속시켜주는 역할을 한다. That is, the swinging motion device 600 serves to increase the rotational speed of the blade 400 by reducing the pressure of the air acting on the evacuation portion 410 by allowing the blade 400 to rotate at a predetermined angle according to the wind direction. do.

이때 포집부(420)와 회피부(410)의 압력차가 크면 클수록 날개(400)의 회전속도는 빨라지게 되는데, 날개(400)가 빠른 속도로 회전하면 할수록 포집부(420)에는 와류(900)가 발생되고 이러한 와류(900)는 포집부(420)의 압력을 상대적으로 저하시켜 포집부(420)와 회피부(410)의 압력차를 줄이게 되어 날개(400)의 회전에 대한 저항으로 작용하게 된다. 이러한 저항은 날개(400)의 회전속도를 떨어뜨리게 됨은 당연한데, 본 발명은 상기 회피부(410)에 다수의 딤플(800)을 형성하여 상기 딤플(800)로 인해 소형 와류(901) 즉, 난류를 만들어 이러한 난류가 공기의 섞임을 활발히 하도록 하여 포집부(420)에서 발생하는 와류(900)로 인한 압력저하를 완화시켜 포집부(420)와 회피부(410)의 압력차를 높게 유지해줌으로써 날개(400)의 회전속도 저하를 방지한다.
At this time, the larger the pressure difference between the collecting unit 420 and the avoiding unit 410, the faster the rotational speed of the blade 400, the more the blade 400 rotates at a higher speed, the vortex 900 in the collecting unit 420 Is generated and the vortex 900 relatively decreases the pressure in the collecting part 420 to reduce the pressure difference between the collecting part 420 and the evacuation part 410, thereby acting as a resistance to the rotation of the blade 400. do. Naturally, such a resistance lowers the rotational speed of the blade 400. The present invention forms a plurality of dimples 800 in the avoiding part 410, so that the small eddy currents 901 due to the dimples 800 are turbulent. By making the turbulent flow of the air to make active by reducing the pressure drop caused by the vortex (900) generated in the collecting portion 420 by maintaining a high pressure difference between the collecting portion 420 and the avoiding portion 410 wings Prevent the rotational speed of the 400.

도 4는 본 발명의 타실시 예시도로서, 날개(400) 전체에 동일한 형상과 간격으로 딤플(800)을 형성하는 것이 아닌, 회전축(700)에서 멀어질수록 그 수를 증가하도록 형성한 것이다. 즉, 회전축(700)에 대해 상대적으로 먼 쪽의 날개부위의 회전속도가 높음은 당연하고 이로써 포집부(420)와 회피부(410)의 압력차가 높아지게 되고, 공기가 부딪히는 압력 또한 높을 수밖에 없어 상기 딤플(800)의 배치 밀도를 회전축(700)에 대하여 날개(400)의 먼 쪽으로 갈수록 높여주어 날개 전체에 동일한 효과가 생기도록 구성할 수도 있다.
4 is an exemplary view of another embodiment of the present invention, rather than forming the dimples 800 at the same shape and spacing on the entire blade 400, the number is formed as the distance from the rotation axis 700 increases. That is, it is natural that the rotational speed of the wing portion relatively far with respect to the rotation shaft 700 is high, thereby increasing the pressure difference between the collecting portion 420 and the avoiding portion 410, and the pressure that the air collides with the air must be high. The arrangement density of the dimples 800 may be increased to the farther side of the wing 400 with respect to the rotational axis 700 so as to produce the same effect on the entire wing.

상기 딤플(800)의 크기와 깊이 또한 회전축(700)에서 멀어질수록 증가하도록 날개(400)에 형성하여도 딤플(800)의 밀도를 증가시키는 것과 유사한 효과를 볼 수 있다.
The size and depth of the dimple 800 may also be similar to that of increasing the density of the dimple 800 even when formed on the wing 400 to increase as the distance from the rotation axis 700 increases.

상기 딤플(800)의 깊이는 날개(400)의 곡률과 동일하게 형성하여 깊이가 일정하도록 형성하는 것이 바람직한데, 딤플(800)의 효과 즉, 작은 와류(901)의 발생효과와 날개(400)의 내구성을 고려하여 통상 날개(400) 두께의 1/10~1/3 사이로 형성하는 것이 바람직하다.The depth of the dimple 800 is preferably formed to be the same as the curvature of the blade 400, so that the depth is constant, the effect of the dimple 800, that is, the effect of generating a small vortex 901 and the blade 400 In consideration of the durability of the blade 400 is preferably formed between 1/10 to 1/3 of the thickness.

즉, 딤플(800)의 깊이가 날개(400) 두께에 비해 1/10 이하게 되면 소망하는 와류발생의 효과를 기대하기 어려우며, 1/3 이상이 되면 다수의 딤플(800)로 인해 날개(400)의 내구성이 감소될 수 있으므로 위 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
That is, when the depth of the dimple 800 becomes less than 1/10 of the thickness of the blade 400, it is difficult to expect the effect of the desired vortex generation, and when more than 1/3, the blade 400 due to the plurality of dimples 800. It is desirable to maintain the above range because the durability of the c) may be reduced.

상술한 실시예들에서는 딤플(800)을 수직형 날개의 경우 포집부(420)와 회피부(410) 중 회피부(410)에 형성하는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라 포집부(420)에도 형성할 수 있다.In the above-described embodiments, the dimple 800 is illustrated as being formed in the avoiding part 410 of the collecting part 420 and the avoiding part 410 in the case of the vertical wing. Can be formed.

즉, 포집부(420)에 딤플(800)을 형성할 경우 포집부(420) 자체의 면적 증대효과와 함께 마찰저항을 상승시켜 공기에 의한 항력이 증가되어 날개(400)의 회전속도를 증가시켜 준다.
That is, when the dimple 800 is formed in the collecting part 420, the drag resistance is increased by increasing the frictional resistance along with the area increase effect of the collecting part 420 itself, thereby increasing the rotational speed of the blade 400. give.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예시도로서, 날개의 재질을 이종(異種)소재를 사용하여 형성한 것이다. 즉, 내부에 합성수지를 사용하여 심재층(401)으로 형성하고, 상기 심재층(401)의 외부를 감싸도록 카본시트로 형성된 외부층(402)으로 형성한 것이다.
Figure 5 is another embodiment of the present invention, the material of the wing is formed by using a different material (종). That is, it is formed of a core layer 401 using a synthetic resin inside, and formed of an outer layer 402 formed of a carbon sheet to surround the outside of the core layer 401.

이러한 날개는 기본적인 강성을 가진 심재층(401)에 카본시트에 의한 외부층(402)으로 인해 고강성과 함께 인장강도가 높아 내구성이 향상된다.
This wing has high rigidity and high tensile strength due to the outer layer 402 by the carbon sheet on the core layer 401 having basic rigidity, thereby improving durability.

100. 상판 200. 하판
310. 수평프레임 400. 날개
401. 심재층 402. 외부층
410. 회피부 420. 포집부
430. 힘살부 600. 요동운동장치
700. 회전축 800. 딤플
900. 와류 901. 소형 와류100. Top 200. Bottom
310.Horizontal Frame 400.Wings
401. Core layer 402. Outer layer
410. Evasion 420. Collection
430. Force spat 600. Oscillating device
700.Rotating shaft 800.Dimple
900. Vortex 901. Small Vortex

Claims (6)

수직형 날개(400)에 의해 회전축(700)을 회전시켜 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서,
상기 날개(400)의 전면이나 후면 중 적어도 한 면 이상에는 둘 이상의 딤플(800)이 형성되어 있는 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기.
In the wind turbine for producing electricity by rotating the rotary shaft 700 by the vertical blade 400,
At least one surface of the front or rear of the wing 400, at least one dimple (800) characterized in that the dimple is formed on the windmill wing, a vertical wind power generator.
제1항에 있어서,
상기 딤플(800)은 회전축(700)에서 멀어질수록 그 수가 증가하여 배열되는 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기.
The method of claim 1,
The dimple 800 is a vertical wind power generator having dimples formed on the windmill blades, characterized in that the number increases as the distance from the rotary shaft 700 increases.
제1항에 있어서,
상기 딤플(800)은 회전축(700)에서 멀어질수록 그 크기가 커지는 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기.
The method of claim 1,
The dimple 800 is a vertical wind power generator having a dimple formed on the windmill blade, the size of which increases as the distance from the rotary shaft 700.
제1항에 있어서,
상기 딤플(800)은 그 깊이가 날개(400) 두께의 1/10~1/3인 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기.
The method of claim 1,
The dimple 800 is a vertical wind power generator having a dimple formed on the windmill blade, the depth of which is 1/10 to 1/3 of the thickness of the blade 400.
제1항에 있어서,
상기 딤플(800)의 깊이는 날개의 곡률과 동일하게 형성되어 깊이가 일정하도록 형성된 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수직형 풍력발전기.
The method of claim 1,
The depth of the dimple 800 is a vertical wind power generator having a dimple formed on the windmill blade, characterized in that the depth is formed to be the same as the curvature of the blade.
제1항에 있어서,
상기 날개(400)는 이종소재에 의한 심재층(401)과 외부층(402)으로 형성되어 있는 것이 특징인 풍차 날개에 딤플이 형성된 수지형 풍력발전기.The method of claim 1,
The blade 400 is a resin-type wind power generator with dimples formed on the blades of the windmill, characterized in that the core layer 401 and the outer layer 402 formed of a dissimilar material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101685098B1 (en) * 2015-09-24 2016-12-09 정영춘 A Wind Turbine
KR102545919B1 (en) * 2022-03-21 2023-06-20 정노조 Wind turbine apparatus
GB2620192A (en) * 2022-07-01 2024-01-03 Flettner Ventilator Ltd Ventilation device

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