KR20140003413A

KR20140003413A - 하나 이상의 모듈형 날개를 구비한 수직 축 풍력 터빈

Info

Publication number: KR20140003413A
Application number: KR1020137010873A
Authority: KR
Inventors: 프레드릭 실베르트; 샤를르 스마자
Original assignee: 네뉘파르
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2014-01-09
Also published as: AU2011310536A1; EP2622212B1; GB201016392D0; GB2484109A; EP2622212A1; JP5806319B2; WO2012041991A8; US20130183164A1; DK2622212T3; WO2012041991A1; JP2013542361A

Abstract

수직 축 풍력 터빈(10)은 실질적으로 수직형 중앙 기둥(12)과, 하나 이상의 날개(14)와, 중앙 기둥(12)으로부터 외측으로 뻗은 적어도 하나의 지지 암(16)을 포함하며, 각 날개는 상측 첨단부와 하측 첨단부를 구비하고, 종방향 축 및 횡방향 날개 단면에 의해 규정된 2개 이상의 연결된 날개 분할편(14a, 14b, 14c)을 포함하고, 인접한 날개 분할편들의 단부들은 인접한 날개 분할편들 사이에 제공된 연결 장치(22a, 22b)에 의해 서로 연결되며, 각 지지 암(16)의 말단부는 날개의 연결 장치(22a, 22b)에 의하여 날개(14)들 중 하나에 연결되어 있다. 각 날개(14)는 상측 및 하측 단부들이 중앙 기둥을 중심으로 각도 방향으로 서로로부터 변위되도록 중앙 기둥 주위에 뻗어 있다.

Description

하나 이상의 모듈형 날개를 구비한 수직 축 풍력 터빈{VERTICAL AXIS WIND TURBINE HAVING ONE OR MORE MODULAR BLADES}

본 발명은 인접한 날개 분할편(blade segment)들을 연결하기 위한 신규 수단을 구비하는 하나 이상의 모듈형 날개를 포함하는 수직 축 풍력 터빈에 관한 것이다.

바람으로부터 에너지를 이용하기 위하여 수세기 동안 터빈과 풍차가 사용되어 왔다. 전형적으로, 종래의 풍력 터빈은 수평 샤프트 주위에 날개가 배치된 수평 축 유형의 구조를 갖는다. 그러나, 수직 축 풍력 터빈(VAWT)도 공지되어 있다. 수직 축 구조의 풍력 터빈에 있어서, 날개는 전형적으로 중앙 수직 기둥(mast) 주위에 배치되고 하나 이상의 지지 암에 의하여 기둥에 연결된다.

날개의 다양한 배치 및 형상을 갖는 다수의 여러 유형의 VAWT가 존재한다. 예를 들면, H-형 VAWT에 있어서, 날개는 전형적으로 중앙 기둥으로부터 대략 일정한 거리에 실질적으로 수직형으로 배치되고, 공기역학적 유동 및 관련 받음각(angle of attack)은 날개의 길이를 따라 거의 일정하다. 따라서, 수평 축 풍력 터빈(HAWT)의 경우와는 달리, 날개의 길이를 따라서 실질적으로 일정한 단면 형상 및 치수를 갖는 H-형 VAWT용 날개를 사용하는 것이 가능하다.

다른 유형의 VAWT는 곡선형 날개를 포함한다. 예를 들면, '계란 교반기(egg-beater)' 또는 트로포스케인(troposkein) 구조에 있어서, 각 날개의 단부들은 중앙 기둥에 장착되고, 단부들 사이에서 날개는 기둥으로부터 외측으로 만곡된다. 그와 같은 날개는 통상적으로 압출 알루미늄으로 형성되고, 날개의 형상은 날개 내의 원심 부하(centrifugal load)가 날개의 압출 알루미늄 심재(core) 내의 인장 응력을 통하여 중앙 기둥으로 전달될 수 있게 한다. 그러나 수직 축 풍력 터빈 내의 날개의 계란 교반기 구조는, 동일 회전 표면적(swept surface area)을 나타내는 다른 유형의 VAWT에 비하여, 비교적 낮은 공기역학적 효율을 갖는다.

최근에, 소형의 도시 터빈용으로 나선형 날개도 개발되어 왔다. 중앙 기둥 주위에 뻗어 있는 그와 같은 나선형 날개는 날개 1회전(full blade revolution) 동안에 상당히 더 작은 변동 진폭을 나타내는 공기역학적 부하를 받으며, 따라서 소음 방출 수준을 최소화한다는 장점이 있다. 그러나, 나선형 날개의 형상은 전술한 대안에 비하여 비교적 복잡하다. 소규모 터빈에 있어서, 나선형 날개는 알루미늄 또는 플라스틱과 같은 중공형 압출 재료로 형성될 수 있지만, 사용 중에 더 큰 공기역학적 부하를 받는 대규모 날개에 대해서는, 성형 복합 재료를 사용할 필요가 있게 된다.

더욱 대형의 풍력 터빈의 개발에 있어서는, 크기가 증가된 풍력 터빈 구성품이 요구된다. 특히, 풍력 에너지의 전기 에너지로의 변환이 최적화되도록, 날개의 크기와 길이를 계속 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 풍력 터빈 날개의 크기가 증가함에 따라, 단일 제품으로 날개를 제조하여 운송하는 것이 더욱 어려워지고, 관련 비용이 상당히 증가한다. 특히, 공기역학적 회전자(rotor) 부하의 최적화 및 소음 방출의 최소화를 위하여 나선형 날개가 요망되지만, 날개 제조에 필요한 주형의 복잡한 형상과 큰 치수로 인하여, 생산될 수 있는 나선형 날개의 전체 크기는 제한된다.

따라서, 성형 및 날개 운송에 필요한 장치의 크기 또는 비용을 상당히 증가시키지 않고 대형 날개의 효율적 제조를 가능하게 하는 새로운 날개 조립체를 구비한 수직 축 풍력 터빈을 제공하는 것이 바람직하다. 실질적으로 나선형 구조를 갖는 날개뿐만 아니라 다른 곡선형 및 직선형 날개를 제조하기 위하여 그와 같은 날개 조립체가 적용될 수 있다면, 특히 바람직할 것이다.

본 발명에 따르면, 실질적으로 수직형 중앙 기둥과, 상측 첨단부(tip end)와 하측 첨단부를 각각 구비하고 2개 이상의 연결된 날개 분할편을 포함하는 하나 이상의 모듈형 날개와, 중앙 기둥으로부터 외측으로 뻗은 적어도 하나의 지지 암(support arm)을 포함하는 수직 축 풍력 터빈이 제공된다. 각 날개 분할편은 종방향 축과 횡방향 에어포일(airfoil) 단면에 의해 규정되고, 인접한 날개 분할편들의 단부들은 인접한 날개 분할편들 사이에 제공된 연결 장치(connection arrangement)에 의해 서로 연결된다. 각 지지 암의 말단부(peripheral end)는 날개의 연결 장치를 통하여 날개들 중 하나에 연결된다. 각 날개는, 날개의 상측 및 하측 첨단부가 중앙 기둥을 중심으로 0도보다 큰 α도의 각도만큼 서로로부터 각도 방향으로 변위되도록, 중앙 기둥 주위에 뻗어 있다.

용어 "수직 축 풍력 터빈"(VAWT)은, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위하여, 풍력 터빈 날개가 중앙 수직 축을 중심으로 회전하도록 장착되어 있는 풍력 터빈을 지칭하기 위하여 사용된다. 이러한 유형의 풍력 터빈은 당업자에게 공지되어 있다. 주지의 VAWT 구조는 중앙 샤프트 주위에 장착된 수직 날개를 구비하는 H-형 또는 "다리우스(Darrieus)" VAWT를 포함한다. 공지된 다른 유형의 VAWT는 나선 날개 형상 또는 트로포스케인("계란 교반기") 날개 형상을 포함한다.

본 발명의 수직 축 풍력 터빈은 지상에서의 사용을 위한 육상 풍력 터빈뿐만 아니라 해상 풍력 터빈으로서도 적용될 수 있다. 예를 들면, 특정 실시 형태에서 본 발명에 따른 풍력 터빈은 근해에서의 사용을 위한 부유형 풍력 터빈(floating wind turbine)일 수 있다.

본 발명은 수직 축 풍력 터빈의 각 날개가 2개 이상의 연결 날개 분할편 또는 모듈로 형성된 모듈형 날개 구조를 제공한다. 인접 날개 분할편들은 날개 분할편들 사이에 제공된 별도의 연결 장치에 의해 연결되며, 연결 장치는 날개를 지지 암에 또한 연결한다.

날개가 중앙 기둥 주위에 뻗어 있고 날개의 상측 및 하측 단부들이 중앙 기둥을 중심으로 0도보다 큰 α도의 각도로 서로로부터 각도 방향으로 변위되도록, 각 모듈형 날개를 형성하는 2개 이상의 날개 분할편들이 서로 연결된다. 각도 α는 날개의 상측 및 하측 단부들 사이의 방위 각도(azimuthal angle)에 해당한다. 이를 측정하기 위하여, 중앙 기둥 상의 한 지점과 각 첨단부들 사이를 연결하는 2개의 벡터를 취하고, 중앙 기둥 상의 지점이 위치하는 실질적인 수평 평면 상으로 벡터들을 투영하고, 수평 평면 내의 투영 벡터들 사이의 각도를 측정하여 방위 각도를 제공할 수 있다.

수평 축 풍력 터빈(HAWT)에 비하여 WAWT에서는 날개의 기계적 부하가 날개를 따라 더욱 균일하게 분포하므로, 모듈형 날개의 사용은 풍력 터빈의 수직 축 구조에 특히 적합하다. 이는 적어도 부분적으로는 유형이 다른 풍력 터빈 내에서 날개의 장착 구성이 다르기 때문이다.

HAWT에서, 날개는 날개 근저부(blade root)에서 주 회전자 샤프트에 연결되고, 날개는 회전자 샤프트로부터 뻗어 있다. 근저부는 최대 원심력 및 굽힘력을 받고 날개의 중량뿐만 아니라 전체 날개에 걸쳐 인가된 공기역학적 부하도 지지하여야 하므로, 기계적 부하는 날개 근저부에서 최대이다.

반면에, 본 발명에서와 같은 VAWT에서는, 날개는 하나 이상의 지지 암에 의하여 중앙 회전 샤프트 또는 기둥에 연결된다. 지지 암은 토크를 날개로부터 중앙 기둥에 전달하고, 날개의 중량뿐만 아니라 원심 부하와 발전기를 구동하는 공기역학적 토크도 지지하여야 한다.

그러나, 지지 암의 배치는 기계적 하중이 날개를 따라서 더욱 균일하게 분포한다는 것을 의미하며, 모듈형 HAWT 날개와는 달리, VAWT 날개 내의 각 날개 분할편의 원심 및 공기역학적 부하는 인접 날개 분할편의 부하를 증가시키기 않고 지지 암을 통하여 중앙 기둥에 직접 전달된다. 따라서, 작은 응력 수준에 견디는 여러 날개 분할편으로 VAWT 날개를 제조하고 날개의 전체 중량을 감소시키는 것이 가능하다.

날개로의 지지 암의 부착 및 인접 날개 분할편들의 연결을 연결 장치에 의해 통합함으로써, 날개 분할편들 사이의 전제적인 연결 강도는 상당히 향상되고, 특히 연결 장치 상의 부하가 최소화된다. 더욱이, 지지 암은 날개 분할편의 기계적 일체성(mechanical integrity)에 악영향을 미치지 않고 날개의 공기역학적 효율을 상당히 손상시키지 않으면서 날개에 연결될 수 있다.

바람직하게는, 날개가 길이를 따라 분할되도록, 날개의 분할편들은 서로 종방향으로 연결된다. 날개가 실질적으로 직선형인 경우에, 그에 따라 날개 분할편들은 서로 상하로 직선형으로 조립된다. 대안적으로, 날개가 곡선형 날개이거나 날개의 전체 형상이 곡선형에 근사할 경우(날개가 곡선 형상을 따르도록 조정된 직선형 분할편으로 이루어진 경우)에, 날개 분할편은 곡선의 길이를 따라서 서로 조립된다. 바람직하게는, 단지 필요한 연결이 날개 분할편들 사이의 종방향으로의 연결이도록, 서로 연결되는 인접 날개 분할편들의 단부의 단면은 유사하거나, 바람직하게는 실질적으로 동일하다.

본 발명에 따른 날개의 각 날개 분할편들은 별도로 제조될 수 있고, 전형적으로 날개 분할편들은 전체 날개보다도 길이가 상당히 짧기 때문에, 날개 분할편을 제조하기 위한 제조 설비와 특히 주형은 비교적 짧게 유지될 수 있다. 이는 일체형 날개의 제조보다도 날개 분할편들의 제조가 더욱 간단하고 비용 효과적이게 한다.

또한, 날개 분할편은 개별적으로 운송되어 현장에서 조립될 수 있다. 바람직하게는, 이는 보다 소형이고 비용 효과적인 운송 수단이 사용될 수 있다는 것과, 소형의 저용량 설비 및 크레인과 같은 취급 장비가 적절하다는 것을 의미한다.

모듈형 날개를 사용하면, 날개 파손 또는 손상 시에, 결함이 있거나 손상된 날개 분할편만을 교체하고 나머지 날개 분할편들을 계속 사용하는 것이 가능하므로, 날개의 효율과 보전 비용을 향상시킬 수 있다. 대체 분할편을 공급하는 데에 필요한 재료 및 부품이 최소화될 뿐만 아니라, 폐기되는 재료의 양도 최소화되므로, 금전 손실뿐만 아니라 폐기 처리와 관련된 시간과 재료 손실도 감소한다.

모듈형 날개 구조는, 환경 및 터빈의 에너지 요건에 따라서 날개가 구성될 수 있도록, 날개의 전체 길이에 있어서 더욱 큰 융통성을 또한 제공한다. 여러 길이의 날개 분할편들이 미리 제조될 수 있고, 날개의 길이가 달라지고 이음부의 위치가 달라지도록 여러 형상으로 조립될 수 있다.

각 날개는, 날개의 상측 첨단부를 제공하는 상단부에 적어도 상측 날개 분할편과, 날개의 하측 첨단부를 제공하는 하단부에 하측 날개 분할편을 포함한다. 바람직하게는 상측 및 하측 날개 분할편들 사이에 하나 이상의 부가적인 중간 날개 분할편(intermediate blade segment)들이 제공된다.

하나 이상의 중간 날개 분할편의 사용은, 바람직하게는 공기역학적 관점에서 최적화된 날개의 형상을 가능하게 한다. 이하에 더욱 상세히 기재되어 있는 바와 같이, 날개는 직선 형상으로 개별적으로 각각 형성된 다수의 날개 분할편들로 구성되지만, 분할편들은 날개의 공기역학적 성능을 향상시키기 위하여 곡선 형상에 근사하도록 조립될 수 있다.

직선형 날개 분할편을 사용하여, 종방향 축을 중심으로 날개를 비틀어 최적의 곡선 형상을 달성하는 것이 가능하며, 비틀림 각도는 날개 분할편을 따라서 비선형적으로 변화한다. 그러나, 비틀림 각도가 비선형적으로 변화하는 날개의 제조는, 비틀림 각도가 선형적으로 변화하는 날개 분할편의 제조에 비하여 더욱 복잡하다. 소정 각도(α)의 날개를 형성하는 다수의 직선형 날개 분할편의 개수를 증가시킴으로써, 비틀림 각도의 변화가 선형적일 수 있는 날개 분할편을 사용하여, 날개 분할편을 따라 소정 위치에서 최적의 비선형 비틀림 각도로부터 크게 벗어나지 않고 날개의 곡선 형상에 근사시키는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 중간 날개 분할편들을 사용하면, 더욱 간단하고 저비용의 제조 기술에 의하여, 공기역학적으로 효율적인 날개를 형성할 수 있다.

곡선 형상에 근사한 날개를 형성하기 위한 더 많은 개수의 날개 분할편의 사용은, 날개 분할편을 형성하는 데에 필요한 주형의 제조를 단순화하는 또 다른 장점을 제공할 수 있다. 곡선 형상의 날개를 형성하는 각 날개 분할편은 2개의 수평 축을 중심으로 기울어진다. 이는, 날개 분할편의 종방향 비틀림 축(twist axis)에 수직한 방향으로의 날개 분할편의 단면(기하학적 단면)과, 터빈 회전 축이 수직일 때에 수평 방향으로의 날개 분할편의 단면(공기역학적 단면)이 서로 다르다는 것을 의미한다. 그 결과, 하나의 단면은 대칭이고, 나머지 하나는 비대칭이다.

날개 분할편의 최적의 공기역학적 단면은 실질적으로 대칭이다. 그러나, 날개 분할편을 형성하기 위한 주형의 제조 중에, 대칭의 기하학적 단면을 가진 주형을 사용하면, 주형의 상측 및 하측 부분이 동일 모형(pattern)으로 구성될 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 제조된 날개 분할편은 기하학적 단면이 대칭이지만, 공기역학적 단면은 비대칭이다.

소정 범위의 각도(α)의 날개를 형성하는 날개 분할편의 개수를 증가시킴으로써, 실제의 비대칭 공기역학적 단면과 최적의 대칭 공기역학적 단면 사이의 차이를 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 날개의 공기역학적 특성에 상당한 영향을 미치지 않고 대칭의 기하학적 단면을 가진 주형을 사용하는 것이 가능하다.

각 날개는 2개 이상의 날개 분할편으로 형성될 수 있고, 날개 분할편의 개수는 날개의 소망 크기 및 형상에 따라 선택될 수 있다. 인접하는 날개 분할편들 사이의 각 이음부에는 연결 장치(connection arrangement)가 제공되고, 따라서 'n'개의 분할편을 가진 날개는 'n-1'개의 연결 장치를 포함한다. 'n-1'개의 연결 장치는 서로 동일할 수 있거나 다를 수도 있다. 지지 암은 각 연결 장치에 연결되고, 따라서 날개는 최소 'n-1'개의 지지 암들에 의해 기둥에 연결된다. 이하에 더욱 상세히 기재되어 있는 바와 같이, 연결 장치로부터 이격된 하나 이상의 위치에 추가 지지 암들이 제공될 수 있다.

본 발명의 터빈에 있어서 날개의 모듈형 구조는 상당히 다양한 날개 형상에 용이하게 적용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시 형태에서는, 각 날개 분할편의 종방향 축은 실질적으로 직선형이다. 이러한 점이 바람직한 이유는, 복잡한 제조 도구를 필요로 하지 않고, 특히 복잡한 주형 형상을 필요로 하지 않고, 직선형 분할편이 더욱 효율적으로 제조될 수 있기 때문이다. 직선형 분할편은 각 분할편의 전체 치수가 곡선형 날개의 치수보다 상당히 작기 때문에 더욱 효율적으로 운송될 수도 있는데, 곡선형 날개에 있어서는 곡률이 날개의 전체 폭을 증가시킨다.

본 발명의 대안적 실시 형태에서, 날개 분할편들이 서로 연결되어 연속 곡률을 가진 날개를 형성하도록, 각 날개 분할편은 곡선형 종방향 축을 가질 수도 있다. 이러한 유형의 곡선형 날개 형상은 예를 들면 계란 교반기 형태 또는 나선형 날개를 가진 터빈을 형성하는 데에 적합할 수 있다.

각각의 날개는 각도(α)가 360도보다 작도록 기둥 주위에 일부에만 뻗어 있을 수 있다. 이는 예를 들면 2개 이상의 날개가 제공되는 경우에 바람직할 수 있다. 대안적으로, 각각의 날개는 각도(α)가 대략 360도이도록 기둥 주위를 1회전할 수도 있다. 또 다른 대안으로서, 각각의 날개는, 각도(α)가 360도보다 크도록, 기둥 주위에 1회전을 초과할 수도 있다. 이는 예를 들면 단지 하나의 날개만이 제공된 경우에 바람직할 수 있다.

바람직하게는, 각 날개가 중앙 기둥 주위에 1회전의 1/6과 1/2 사이에 뻗어 있도록, 각도(α)는 60도와 180도 사이이다. 본 발명의 특히 바람직한 일례에서, 각도(α)는 대략 120도이다.

수직 중앙 기둥에 실질적으로 평행하지 않고 소정 각도를 이루는 직선형 날개를 제공하기 위하여, 2개 이상의 날개 분할편은 각도 방향으로 변위된 상측 및 하측 첨단부들 사이에 단일 직선형으로 뻗을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 날개가 중앙 기둥 주위에 각도 방향으로 변위된 상측 및 하측 첨단부들 사이에 곡선형이거나 만곡형이도록, 각 날개의 2개 이상의 날개 분할편들이 연결된다.

특정 실시 형태에 있어서, 각 지지 암의 길이는 날개와 중앙 기둥 사이의 거리와 실질적으로 동일하고 날개의 길이를 따라서 비교적 일정하며, 따라서 날개와 각 날개 분할편들은 지지 암의 길이와 실질적으로 동일한 반경을 가지는 원통의 표면 또는 나선을 가능한 한 근접하게 따른다. 그러나, 대안적 실시 형태에 있어서, 날개와 중앙 기둥 사이의 거리가 날개의 길이를 따라서 변화하도록, 날개를 중앙 기둥에 연결하는 지지 암들의 길이는 서로 다를 수도 있다. 이 경우에, 각 날개 및 날개 분할편들은, 날개의 연속적인 지지 암들 사이에 획정된 원추대(truncated cone)의 표면이나, 날개의 연속적인 지지 암들에 의해 그려지는 원을 절단하는 포물선에 의해 그려지는 표면을 가능한 한 근접하게 따른다.

특히 바람직한 실시 형태에 있어서, 날개는 직선형 종방향 축을 각각 구비하는 2개 이상의 날개 분할편들로 형성되며, 인접하는 날개 분할편들의 종방향 축이 동일 직선을 따라 정렬되는 것이 아니라 수평 및 수직 평면들 중 적어도 하나의 평면에서 서로 소정 각도를 형성하도록, 날개 분할편들이 서로 연결된다. 바람직하게는, 인접하는 날개 분할편들의 종방향 축들 사이의 각도는 수평 평면과 수직 평면 모두에서 45도 미만이다. 이는 인접 날개 분할편의 종방향 축에 의해 규정된 직선으로부터 45도 미만의 각도로 날개 분할편이 경사져 있다는 것을 의미한다. 이 각도는 각도(α)의 크기, 날개의 전체 높이 및/또는 지지 암의 반경에 따라서 선택될 수 있다.

하나 이상의 날개 각각을 형성하는 날개 분할편은 실질적으로 직선형 종방향 축 또는 곡선형 종방향 축을 각각 구비하거나, 직선형과 곡선형 날개 분할편들의 조합이 사용될 수 있다.

이러한 배치를 이용하면, 중앙 기둥 주위에 뻗어 있는 날개를 나선형 날개 형상에 근사시키는 것이 가능하다는 장점이 있으며, 이러한 형상에 있어서 날개는 실질적으로 직선형 종방향 축을 각각 구비하는 다수의 연결 분할편들로 형성된다. 따라서, 나선형 날개의 사용과 관련된 장점은 전술한 바와 같이 제공될 수 있으며, 직선형 날개 분할편의 모듈형 배치는 비교적 단순한 주형의 사용을 가능하게 한다. 이는 나선형 날개의 생산을 위한 경쟁력 있는 대규모 제조 공정의 개발을 또한 가능하게 한다. 또한, 본 발명은, 제조 또는 운송 장비의 크기를 증가시킬 필요 없이, 이전에 가능하였던 날개보다도 상당히 더욱 대형의 나선형(또는 대략 나선형) 날개의 제조를 가능하게 한다. 더욱 대형의 나선형 날개에 가해지는 부하 증가와 관련된 이전의 문제점들은, 날개 분할편들 사이의 연결 장치에 지지 암들을 연결함으로써 방지될 수 있다.

대략 나선형 형상을 가진 본 발명에 따른 터빈의 회전 면적은, 직선형 수직 날개를 구비한 동일 풍력 터빈에 의한 회전 면적과 거의 동등할 수 있다. 따라서, 전체적인 공기역학적 성능은 두 형상에 대하여 대략 동일하다. 그러나, 직선형 날개와는 달리, 나선형에 근사한 날개 구성을 이용하였을 때에, 동일 모멘트에서 날개의 전체 길이를 따라서 동적 실속(dynamic stall)은 발생하지 않으며, 날개의 제한된 부분을 따라서만 발생한다. 따라서, 동적 실속의 기생 효과(parasitic effect)는 큰 공기역학적 받음각을 겪는 날개 부분에 제한되기 때문에, 동적 실속은 동적 부하의 크고 갑작스러운 변동을 생성하는 돌발적인 현상이 아니라, 그 대신에 날개 1회전 동안에 연속적으로 일어난다.

대략 나선형 날개 형상의 공기역학적 토크는, 회전자 회전 면적이 유사한 대응 직선형 수직 날개 형상과 비교하여 유사하거나 실질적으로 동일한 평균 값을 또한 나타내지만, 대략 나선형 형상에 있어서는, 이 평균 값 근방의 토크의 최대 및 최소 값들 사이의 변동의 크기는 상당히 최소화된다. 따라서, 날개 1회전에 걸쳐서 풍력 터빈의 기계적 토크의 변동은 상당히 감소하고, 이는 전기 발전기의 작동 요건을 완화한다. 하나 이상의 날개의 각도 범위가 360도 미만인 날개 형상에 있어서, 각도(α)가 높은 값일수록, 날개에 의해 생성된 기계적 토크의 평균 값 근방의 변동은 작아진다. 하나 이상의 날개들 모두의 각도 범위의 합인 전체 각도 범위가 360도보다 큰 날개 형상에 있어서는, 전체 각도 범위가 360도의 정수배(integer multiple)인 경우에, 즉 하나 이상의 날개들이 중앙 기둥 주위에 총계로 정수 'm'배만큼 뻗어 있는 경우에, 기계적 토크의 변동은 최소화된다.

본 발명에 따른 수직 풍력 터빈 및 날개 조립체는 단지 하나의 날개를 포함할 수 있거나, 중앙 기둥 주위에 이격되고 중앙 기둥 주위에 각각 뻗어 있는 2개 이상의 날개들을 포함할 수 있다. 2개 이상의 날개가 제공된 경우에, 날개들은 바람직하게는 서로 크기와 형상이 동일하고, 동일 개수의 연결 날개 분할편들로 형성된다. 그러나, 서로 형상이 다른 2개의 날개들이 제공된 터빈을 제공하는 것도 가능할 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시 형태에서, 3개의 모듈형 날개가 제공되고, 바람직하게는 3개의 모듈형 날개가 실질적으로 형상에 있어서 동일하다. 바람직하게는, 2개 이상의 날개들이 제공된 경우에, 각 날개는 기둥 주의에 동일한 각도(α)만큼 동일한 방향으로, 즉 시계 방향으로 또는 반시계 방향으로 뻗어 있다. 2개 이상의 날개들이 제공된 경우에, 각도(α)는 날개들이 조합되어 중앙 기둥 주위에 실질적으로 1회전만큼 뻗어 있도록 선택되는 것이 바람직하다.

2개 이상의 날개들은, 날개들 사이에 각도 중첩이 존재하지 않도록, 충분히 작은 각도(α)를 갖고/갖거나 기둥 주위에서 충분히 이격될 수 있다. 대안적으로, 날개들은 상측 첨단부에서 날개의 일부가 또 다른 날개의 하측 첨단부에서 날개의 일부와 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 150도 각도(α)를 각각 갖는 3개의 동일하게 이격된 날개들을 구비하는 날개 조립체에 있어서, 인접 날개들 사이에는 30도의 중첩이 존재한다.

날개가 2개 이상의 연결된 날개 분할편으로 형성된 경우에, 날개는 다수의 연결 장치를 포함하고, 각 연결 장치는 중앙 기둥으로부터 뻗은 지지 암에 연결된다. 중앙 기둥 주위의 날개의 범위에 의하여, 지지 암은 기둥 주위에 각도 방향으로 이격될 뿐만 아니라 기둥의 길이를 따라서도 이격된다. 2개 이상의 실질적으로 동일한 날개가 중앙 기둥 주위에 뻗어 있는 경우에, 각 날개로부터의 지지 암은 동일 수직 높이에서 중앙 기둥에 연결되고 그 높이에서 다른 지지 암들로부터 이격된다.

날개가 3개 이상의 연결 날개 분할편으로 형성된 경우에, 각각의 중간 날개 분할편은 전술한 연결 장치에 의해 양단의 말단부(distal end)들에서 지지되고, 날개의 상단부와 하단부에서의 상측 및 하측 날개 분할편들은 전술한 연결 장치에 의해 한 단부에서 지지된다. 인접한 날개 분할편들 사이의 연결 장치를 통하여 날개에 부착된 지지 암 또는 암들뿐만 아니라, 하나 이상의 추가 지지 암들이 날개를 지지하기 위하여 제공되는 것이 바람직하다. 일부 실시 형태들에 있어서, 하나 이상의 추가 지지 암들이 각 날개의 첨단부를 지지하기 위하여 제공될 수 있으며, 각 추가 지지 암은 해당 날개의 첨단부에 연결된다. 그러나, 바람직하게는, 하나 이상의 추가 지지 암들은 중앙 기둥으로부터 외측으로 뻗도록 제공되고, 각각의 추가 지지 암은 날개에 추가 지지를 제공하도록 날개 분할편들 중 하나에 그 날개 분할편의 말단부들 사이의 소정 위치에 연결된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 상측 및 하측 날개 분할편은, 날개 분할편의 말단부들 사이의 소정 위치에서 날개 분할편에 연결된 추가 지지 암에 의해 지지된다. 이러한 배치는, 연결 장치로부터 이격되고 날개의 첨단부로부터 이격된 위치에서 각 추가 지지 암이 날개 분할편에 연결되어 날개가 자유 단부를 갖는다는 것을 의미한다.

바람직하게는, 추가 지지 암과 날개의 최근접 첨단부 사이의 거리는 전체 날개 길이의 1/4과 1/2 사이, 바람직하게는 전체 날개 길이의 대략 1/3일 수 있다.

바람직하게는, 추가 지지 암은 지지 암의 반류 효과(wake effect)를 최소화하고 그에 따라 풍력 터빈의 효율을 최적화하도록 기둥으로부터 실질적으로 수평으로 뻗는다.

바람직하게는, 상측 추가 지지 암은 상측 날개 분할편과 인접 날개 분할편들 사이의 연결 장치와 날개의 상측 첨단부 사이의 소정 위치에서 상측 날개 분할편에 연결되고, 하측 추가 지지 암은 하측 날개 분할편과 인접 날개 분할편 사이의 연결 장치와 날개의 하측 첨단부 사이의 소정 위치에서 하측 날개 분할편에 연결된다.

바람직하게는, 추가 지지 암을 날개의 첨단부에 연결하거나 인접 날개 분할편들 사이의 연결 지점에 연결하는 제한 조건이 해제되면, 추가 지지 암들의 위치 설정에 있어서 자유도와 융통성이 증가한다는 장점이 있다. 따라서, 추가 지지 암들의 위치는, 사용 중에 날개 내의 응력 수준 및 날개에 작용하는 굽힘 모멘트가 최소화되도록, 특정 풍력 터빈에 대하여 조정될 수 있다. 또한, 날개의 첨단부들로부터 이격된 추가 지지 암들의 배치는, 날개 첨단의 공기역학적 성능의 교란을 감소시키는 것을 보장한다.

하나 이상의 상측 추가 지지 암들을 날개의 상측 첨단부로부터 이격된 위치에 배치하면, 기둥이 최상측 지지 암의 높이를 향하여 연장될 필요가 있을 뿐이고 날개의 상측 첨단부까지 연장될 필요가 없으므로, 기둥의 전체 높이가 감소할 수 있게 되며, 만일 날개가 첨단부에서 지지된다면 기둥이 상측 첨단부까지 연장될 필요가 있을 것이다. 이는 풍력 터빈의 무게 중심의 위치를 낮추며, 특히 부유형 풍력 터빈과 같은 해상 풍력 터빈의 경우에는, 터빈의 안정성에 바람직할 수 있다.

또한, 하나 이상의 추가 하측 지지 암을 날개의 하측 첨단부로부터 이격된 위치에 배치하면, 기둥이 날개의 하측 첨단부가 아닌 최하측 지지 암의 높이(level)를 향하여 연장될 필요가 있을 뿐이므로, 기둥을 지지하는 기초부(base portion)의 높이가 증가할 수 있게 되며, 만일 날개가 첨단부에서 지지된다면 기둥이 날개의 하측 첨단부까지 연장될 필요가 있게 될 것이다. 이는, 선회 베어링(slewing bearing)(샤프트를 필요로 하지 않는 독특한 대좌 형상) 또는 2-대좌 형상이 고려되는 경우에 주 샤프트 상의 외팔보(cantilever) 및 베어링(들) 상의 경사 모멘트가 감소하도록, 터빈의 주 샤프트를 안내하는 베어링(들)의 위치가 또한 조정될 수 있게 한다. 특히, 상측 베어링의 위치는 터빈의 기초부에 대하여 상방으로 이동할 수 있다. 베어링의 위치에 있어서 이러한 조정은, 육상 및 해상 적용을 위하여 중요한 터빈의 동적 안정성을 또한 최적화한다.

추가 지지 암은, 이하에 기재되어 있는 바와 같이, 전형적으로 대안적 연결 장치에 의해 날개 분할편에 연결되는데, 그 이유는 연결 지점이 인접 날개 분할편들 사이의 연결부와 일치하지 않기 때문이다. 추가 지지 암들을 위한 적절한 부착 장치(attachment arrangement)가 당업자에게 공지되어 있으며, 날개 분할편이 대향 부착 판들 사이에 고정되는 바람직한 예가 이하에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 수직 축 풍력 터빈 내의 지지 암의 개수, 크기 및 단면은 터빈의 성능 및 효율의 최적화를 위하여 변경될 수 있다는 장점이 있다. 예를 들면, 사용 중에 지지 암들이 회전할 때에 지지 암의 바람직하지 않은 항력(drag)이 감소하도록, 바람 방향으로 투영된 지지 암의 표면 면적은 최소화될 수 있다. 각 지지 암은 실질적으로 수평으로 제공될 수 있으며, 이는 반류 효과를 최소화하는 장점이 있다. 대안적으로, 필요하다면 날개에 음향 동적 거동(sound dynamic behaviour)을 부여하기 위하여, 각 지지 암은 다른 각도로 제공될 수 있다. 날개가 2개 이상의 지지 암들에 의해 지지되는 경우에, 지지 암들은 수평 평면에 대하여 동일 각도로 또는 수평 평면에 대하여 다른 각도로 날개에 연결될 수 있다.

각 날개 분할편은 일반적으로 공기역학적 '눈물 방울(teardrop)' 또는 공기역학적 에어포일 윤곽(airfoil profile)의 형태를 가진 횡방향 단면을 구비한다. 이 단면은 날개에 둥근 전연(leading edge) 및 반대쪽의 후연(trailing edge)을 제공하며, 전연보다도 상당히 작은 표면 면적과 곡률을 가진 2개의 '평탄(flat)' 표면에 의해 전연과 후연이 연결된다. 종방향 축은 날개 단면이 회전하는 중심 축에 해당하는 횡방향 단면 상의 지점을 통과하며, 따라서 날개 형상은 비틀리게 된다.

바람직하게는, 단면 형태는 날개 분할편의 길이를 따라서 실질적으로 일정하다. 본 발명의 바람직한 특정 실시 형태에 있어서, 날개 분할편의 전연과 후연이 실질적으로 직선형이고 종방향 축에 실질적으로 평행하도록, 분할편을 따라서 모든 지점에서의 단면 형태는 실질적으로 정렬될 수 있다.

대안적으로, 날개 분할편의 길이를 따라서 소정 지점에서, 횡방향 에어포일 단면 내의 전연과 후연을 연결하는 선이, 중앙 기둥을 중심으로 날개의 회전 중에, 그 횡방향 에어포일 단면에 의해 그려지는 궤적에 접선 방향이도록, 각 날개 분할편은 횡방향 비틀림 축을 중심으로 비틀릴 수 있다. 이러한 배치는 날개 분할편을 따라 모든 지점에서 날개 단면에 대하여 유사한 받음각을 제공하며, 풍력 터빈 회전자 공기역학적 효율을 또한 최대화한다. 종방향 비틀림 축은 실질적으로 직선형이거나 곡선형일 수 있다.

비틀린 날개 분할편 내에서, 날개 분할편을 따라 소정 지점에서의 횡방향 에어포일 형상은 인접 지점에서의 대응 횡방향 에어포일 형상에 대하여 회전한다. 따라서, 날개 분할편의 전연과 후연은 날개 분할편의 종방향 축 주위에 뻗어 있다. 날개의 전체 비틀림 각도는 각도(α)에 대응한다. 서로 대략 동일한 길이를 갖는 날개 분할편들로 형성된 날개에 있어서, 각 날개 분할편의 비틀림 각도는 전형적으로 각도(α)를 날개 분할편의 개수로 나눈 값에 대략 해당한다. 날개 분할편들의 길이가 다른 경우에, 긴 날개 분할편은 짧은 날개 분할편보다도 큰 비틀림 각도를 필요로 한다.

바람직하게는, 각 날개 분할편은 동일한 비틀림 형상을 가지며, 모든 날개 분할편을 제조하기 위하여 동일한 주형이 사용될 수 있다. 비틀림 각도는 날개 분할편의 길이를 따라 연속적으로 그리고 선형적으로 변화할 수 있거나, 대안적으로 날개 분할편의 특정 부분이 나머지 부분보다 상당히 비틀리도록, 비틀림 각도는 날개 분할편의 길이를 따라 비선형적으로 변화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 다수의 직선형 날개 분할편들이 서로 연결되어 곡선 형상에 근사한 날개에 있어서, 비선형적으로 변화하는 비틀림 각도는 이상적인 날개 곡률의 근사를 최적화하기 때문에 유리할 수 있다. 그러나, 또한 전술한 바와 같이, 제조 관점에서, 가능한 한 선형에 가까운 비틀림 각도의 변화를 가진 날개 분할편을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 비틀림 각도가 선형적으로 변화하는 날개 분할편은, 이하에 기재된 바와 같이, 인발성형(pultrusion) 기술에 의하여 더욱 용이하게 제조될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 날개는, 외측 쉘과, 외측 쉘의 내측 표면에 연결된 내측 종방향 빔(beam) 또는 스파(spar)를 포함하는 공지의 구조일 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 각 날개 분할편의 외측 쉘은, 전형적으로 별도로 형성되고 그 후에 서로 연결되어 완전한 외측 쉘을 형성하는 2개의 쉘 부재로 형성된다. 외측 쉘 부재들은 일반적으로 적절한 접착제에 의하여 날개의 전연과 후연을 따라서 연결된다. 대안적으로, 날개는 단일품으로 성형된 일체형 구조로 형성될 수도 있다.

외측 쉘은 바람직하게는 에폭시와 같은 수지 모재로 함침된 글라스 섬유와 같은 보강 섬유를 포함하는 복합 재료로 형성된다. 바람직하게는, 외측 쉘은 미리 함침된 복합 재료(pre-impregnated composite material)로 형성된다. 다른 적절한 복합 재료의 예는 카본 섬유 및/또는 폴리에스테르 수지를 복합한 재료를 포함한다. 바람직하게는, 10m 내지 15m의 길이를 갖는 날개에 있어서, 외측 쉘은 3층 내지 6층의 복합 재료로 형성되며, 더욱 대형의 날개에 대해서는 층이 더 많을 수도 있다. 사용 중에 날개 또는 날개 분할편의 길이와 현(chord)을 따라서 여러 부분에서의 여러 변형을 감당하도록, 외측 쉘의 층의 개수는 날개 또는 날개 분할편의 길이뿐만 아니라 가능하다면 날개의 현을 따라서 변화한다. 이는 보다 긴 날개 또는 날개 분할편에 있어서 특히 바람직할 수 있다.

대안적으로, 본 발명의 하나 이상의 날개는 외측 쉘을 형성하는 한 층 이상의 복합 재료로 싸이거나 덮인 내측 심재(inner core)로 형성될 수 있다.

하나 이상의 날개가 내측 심재를 포함하는 경우에, 내측 심재는 적절한 밀도와 압축 특성을 가진 재료로 형성될 수 있지만, 바람직하게는 발포 재료(foam material)로 형성된다. 내측 심재를 형성하기 위한 적절한 재료는 폴리우레탄 발포체 또는 유사한 밀도와 압축성 범위 및 비율을 나타내는 다른 폴리머 발포체를 포함한다. 발포 재료는, 혼합 시에 발포체를 형성하는 2개의 모노머 전구체(monomer precursor)로부터 얻어질 수 있다. 이 경우에, 발포 혼합물은 폐쇄 주형(closed mould) 내에 주입됨으로써, 발포체는 형성될 때에 주형의 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 심재는 프리폼 발포 블록(pre-formed foam block)으로부터 조립될 수 있다.

내측 심재는 단일품의 심재 재료를 포함할 수 있거나, 예를 들면 날개 제조 공정 중에 외측 층의 복합 재료로부터의 수지에 의하여 압축되어 서로 접착된 다수의 심재로 형성될 수 있다.

내측 심재를 둘러싼 외측 쉘은, 내측 스파를 구비하는 날개와 관련하여 전술한 바와 동일한 재료와 구조로 형성될 수 있다.

내측 심재를 포함하는 날개 분할편의 제조 중에, 한 층 이상의 복합 재료는 전형적으로 강성 내측 심재 재료 주위에 덮이고, 조합된 재료들은 주형 내에 배치되어 가열된다. 가열 중에, 예를 들어 발포 재료가 사용된 경우에, 강성 심재는 팽창하여 주형을 채우며, 그에 따라 외측 층의 복합 재료를 압축하고 바람직한 에어포일 형태의 날개 또는 날개 분할편을 형성한다. 또한, 외측 층의 복합 재료는 경화되고, 층 내의 수지는 내측 심재 내로 침투하여 외측 층과 심재를 결합시킬 뿐만 아니라, 존재할 수도 있는 심재의 분리 영역을 결합시킨다.

대안적으로, 본 발명의 하나 이상의 날개는 인발성형 방법에 의해 형성될 수 있다. 그러한 방법은 내측 림(rim)이 날개 구조 내에 포함될 수 있게 하여, 날개 강성을 증가시키고 전체적 또는 국소적 좌굴(buckling)을 방지한다는 장점이 있다. 또한, 인발성형 방법은 날개 분할편이 비선형적으로 변하는 비틀림 각도를 갖도록 제조될 수 있게 한다. 또한, 기하학적 단면이 비대칭일지라도, 대칭 공기역학적 단면을 갖는 날개 분할편을 용이하게 형성하기 위하여, 인발성형 공정 중에 비대칭 모재가 사용될 수도 있다.

인접한 날개 분할편들 사이의 연결 장치는, 날개 분할편들의 상호 연결뿐만 아니라 지지 암의 말단부의 결합을 가능하게 하는 적절한 구조일 수 있다. 연결 장치는 인접 날개 분할편들의 단부들이 서로 접촉하도록 구성될 수 있고, 연결 장치는 날개 분할편 주위 및/또는 내에 제공된다. 대안적으로, 날개 분할편들은 서로로부터 이격될 수 있고, 연결 장치의 적어도 일부는 인접 날개 분할편들의 단부들 사이 또는 주위에 제공된다.

바람직하게는, 연결 장치는, 인접 날개 분할편들의 단부를 서로 고정하고 부가적으로 지지 암의 말단부를 적소에 고정하기 위한 고정 장치(clamping arrangement)를 포함한다. 고정 장치는 날개 분할편을 직접 고정하기 위하여 날개 분할편의 단부 주위에 설치될 수 있다.

예를 들면, 바람직한 실시 형태에 있어서, 연결 장치는 한 쌍의 대향 부착 판들을 포함하며, 부착 판들의 배치에 있어서 그 사이에는 각각의 인접 날개 분할편의 적어도 일부가 고정된다. 대향 부착 판들은 날개의 각 측면에 제공된 하나 이상의 볼트와 같은 체결구(fastener)에 의해 서로 연결될 수 있다. 대안적으로 판들은 고정 판들 사이의 날개 분할편의 일부를 관통하는 하나 이상의 체결구에 의해 연결될 수 있다. 이러한 배치는 전술한 바와 같은 내측 심재를 구비하는 날개 분할편에 있어서 특히 적합한데, 내측 심재는 구조적 약화를 수반하지 않고 날개 분할편을 통해 구멍이 천공될 수 있게 하는 일체적 보강 구조를 제공하기 때문이다. 내측 심재는 부착 판들의 고정력에 의하여 날개가 압입(crushing)되는 것을 또한 방지한다. 사용 중에, 내측 심재는 외측 쉘의 한쪽에서 내측 심재를 통하여 반대쪽으로 응력 전달을 가능하게 하고 외측 쉘이 내측으로 압괴(collapsing)되는 것을 방지함으로써, 날개 굽힘 중에 날개의 외측 쉘의 국소 좌굴을 부수적으로 방지할 수 있다.

또한, 날개가 외측 쉘을 포함하는 경우에, 외측 쉘 내의 복합 재료의 층들은 날개에 부가적 보강을 제공한다. 내측 심재와 외측 쉘을 형성하기 위하여 사용된 재료는, 이하에 더욱 상세히 기재된 바와 같이, 연결 장치의 영역 내에서 보강 효과를 증가시키도록 구성될 수 있다는 장점이 있다. 다른 장점은 날개 내에 추가 보강 구조가 필요하지 않다는 점이다.

한 쌍의 대향 부착 판들 중 하나는 용접, 접착 또는 기계적 체결구에 의하여 지지 암의 말단부에 부착된다. 나머지 하나의 대향 부착 판은 날개 분할편의 반대쪽에 제공될 수 있거나, 날개 분할편 내부에 내부 날개 삽입체(internal blade insert)로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 체결구가 날개 단면의 일부만을 통과하도록, 대향 부착 판은 날개의 내측 심재 내에 제공될 수 있다.

단지 한 쌍의 대향 부착 판들이 인접 날개 분할편들을 고정하기 위하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 각 날개 분할편에 한 쌍의 대향 부착 판들이 제공될 수 있고, 날개 분할편의 한쪽의 2개의 부착 판들 모두는 지지 암에 고정된다.

부착 판들 중 하나 또는 모두가 날개의 외측 표면과 접촉하는 경우에, 날개와 접촉하는 부착 판의 표면은 바람직하게는 날개의 표면과 실질적으로 정합되는 형태를 갖는다. 이는 날개의 외측 쉘 내의 응력 수준을 최소화하고 응력 집중을 감소시킨다.

이러한 유형의 연결 장치는 하나 이상의 추가 지지 암을 날개에 연결하는 부착 장치로서 사용하는 데에 또한 적합하며, 추가 지지 암은 인접 날개 분할편들 사이의 연결부로부터 이격된 위치에서 날개에 연결된다.

대안적 실시 형태에서, 날개 분할편은 단부에 추가 삽입체들을 포함할 수 있으며, 삽입체들은 서로 고정될 수 있거나 인접 날개 분할편의 일부에 고정될 수 있다. 예를 들면, 바람직한 실시 형태에 있어서, 각 날개의 인접 날개 분할편들 사이의 연결 장치는, 각각의 날개 분할편들의 내부에 지지되고 날개 분할편의 단부로부터 외측으로 인접 날개 분할편의 단부를 향하여 연장된 부분을 각각 구비하는 하나 이상의 강성 삽입체와, 인접 날개 분할편들 사이에서 하나 이상의 강성 삽입체의 외측으로 연장된 부분과 지지 암의 말단부에 연결된 적어도 하나의 연결 부재(connecting member)를 포함한다.

인접 날개 분할편들 사이의 이러한 유형의 연결 장치는 사용 중에 날개가 받게 되는 부하게 견딜 수 있는 강하고 안정적인 연결부를 제공한다. 강성 삽입체와 날개 분할편의 일부 사이에 고정적인 강한 연결부가 존재하도록, 하나 이상의 강성 삽입체는 날개 분할편 내에 지지된다. 연결부의 형상은 날개 분할편의 구조에 의존한다.

바람직한 실시 형태에 있어서, 날개 분할편은 한 층 이상의 복합 재료로 형성된 외측 쉘을 포함하고, 날개 분할편 내의 하나 이상의 강성 삽입체는 하나 이상의 강성 삽입체와 외측 쉘의 내부 표면 사이에 뻗은 하나 이상의 복합 재료의 보강 림(rim) 또는 웹(web)에 의하여 외측 쉘에 연결된다. 그에 따라, 하나 이상의 강성 삽입체는 하나 이상의 보강 림에 의해 제공된 내부 보강 구조체에 의해 지지된다.

바람직하게는, 하나 이상의 강성 삽입체들 각각은 복합 재료의 외측 층을 포함한다. 예를 들면, 복합 재료의 층은 각각의 강성 삽입체들 주위에 덮일 수 있다. 강성 삽입체가 금속과 같은 비-복합 재료로 형성된 경우에, 삽입체 주위에 외측 복합재 층을 덮는 것이 용이하도록, 그리고 보강 림이 존재한다면 보강 림에 강성 삽입체를 결합하는 것이 용이하도록, 강성 삽입체의 표면에는 바람직하게는 치형부(teeth) 또는 홈(groove)이 제공된다. 또한, 강성 삽입체의 외측 표면 내에 치형부 또는 홈의 존재는, 강성 삽입체에 의해 날개 분할편의 구조 내로 전달되는 응력 수준이 점진적으로 감소될 수 있게 한다.

전술한 바와 같은 외측 쉘 및 내측 스파의 구조를 갖는 날개에 있어서, 날개 분할편 내의 하나 이상의 강성 삽입체는, 강성 삽입체와 외측 쉘의 내측 표면 사이에 뻗은 전술한 구조 복합재 보강 림에 의하여, 각 날개 분할편의 외측 쉘에 연결되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 내측 심재를 구비하는 날개에 있어서, 하나 이상의 강성 삽입체는 조립 날개 내의 인접 날개 분할편에 연결될 날개 분할편의 각 단부에서 내부 심재 내에 삽입되는 것이 바람직하다. 강성 삽입체는 내측 심재 재료 내에 삽입됨으로써 날개 분할편 내에 지지된다. 또한, 내측 심재 내에 포함되고 하나 이상의 강성 삽입체와 외측 쉘의 내측 표면 사이에서 내측 심재를 통과하는 하나 이상의 복합재 보강 리브(rib)에 의하여, 강성 삽입체는 외측 쉘에 연결될 수 있다.

삽입체가 날개 분할편의 단부보다 외측으로 연장되기 위하여 필요한 범위는, 삽입체가 연결되는 적어도 하나의 연결 부재의 구조에 의존한다. 적어도 하나의 연결 부재로 확고한 연결을 이룰 수 있도록, 날개 분할편의 단부를 지나 충분한 길이가 제공되어야 한다.

강성 삽입체는 사용 중에 삽입체가 받는 부하를 견딜 수 있고 적어도 하나의 연결 부재에 확고한 연결을 제공할 수 있는 적절한 강성 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 강성 재료는 금속 재료로 형성된다.

강성 삽입체는 그 형상이 봉 또는 빔과 같은 세장형일 수 있거나, 판의 형상일 수 있다. 삽입체의 단면 형상 및 크기는 적어도 하나의 연결 부재 및 삽입체와 적어도 하나의 연결 부재 사이의 연결부의 특성에 의존한다. 강성 빔의 적절한 단면 형상은 I-형 또는 H-형 빔을 포함한다.

2개 이상의 강성 삽입체가 연결 장치 내에 포함되는 경우에, 강성 삽입체는 서로 동일한 형상일 수 있거나, 여러 삽입체 형상들의 조합이 사용될 수 있다.

바람직하게는, 각 삽입체들의 두께는 외측 가장자리들 중 적어도 하나를 향하여 감소한다. 이는 날개 분할편 내에 지지되거나 결합된 삽입체의 일부의 외측 가장자리 및 적어도 하나의 연결 부재와 접촉하는 삽입체의 일부의 외측 가장자리에서 특히 바람직하다.

날개 분할편 내에 지지되는 삽입체의 일부의 외측 가장자리에서 삽입체의 두께가 감소하는 구성에 부가적으로 또는 대안적으로, 삽입체의 일부는 적어도 하나의 가장자리로부터 뻗은 다수의 치형부 또는 돌기(lug)를 포함할 수 있다.

본 발명의 날개의 적어도 하나의 연결 부재는 인접 날개 분할편들 사이에 제공되고, 인접 분할편들의 단부로부터 뻗은 강성 삽입체에 접촉하거나 그 주위에 연결된다. 적어도 하나의 연결 부재를 위한 적절한 구조는 당업자에게 공지되어 있다. 바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 연결 부재는, 서로 연결된 날개 분할편들의 단부로부터 뻗은 강성 삽입체뿐만 아니라 지지 암의 말단부에 고정되거나 부착된 적어도 하나의 연결 판을 포함한다. 특히 바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 연결 부재는 적어도 하나의 금속 이음판(fishplate)을 포함한다.

적어도 하나의 연결 부재와 강성 삽입체 사이의 연결은 종래의 수단에 의해 달성될 수도 있다. 예를 들면, 강성 삽입체는 적어도 하나의 연결 부재에 용접될 수 있거나, 더욱 바람직하게는 연결 장치는 강성 삽입체를 지지 암에 연결하거나 고정하기 위한 너트 및 볼트 체결구와 같은 하나 이상의 기계적 체결구를 또한 포함할 수 있다. 이는 날개 분할편들이 설치, 보수 및 유지 작업을 위하여 용이하게 조립 및 해체될 수 있게 한다.

적어도 하나의 연결 부재와 지지 암의 말단부 사이의 연결은 종래 수단에 의하여 또한 달성될 수도 있다. 바람직한 일례에서, 지지 암의 말단부는 적어도 하나의 연결 부재에 용접되어, 지지 암과 적어도 하나의 연결 부재는 함께 단일품 구조를 형성한다. 그러나, 대안적으로 연결부를 형성하기 위하여 하나 이상의 기계적 체결구가 사용될 수도 있다.

바람직한 특정 실시 형태에서, 연결 장치는 강성 삽입체의 대향 측면들에 연결되는 한 쌍의 대향 연결 부재들을 포함한다. 이러한 배치에 있어서, 강성 삽입체는 대향 연결 부재들 사이에 안정적으로 고정된다. 특정 경우에는, 더 많은 개수의 연결 부재, 예를 들면 3개 또는 4개의 연결 부재를 사용하여 그 사이에 강성 삽입체를 고정하는 것이 적절할 수도 있다.

경우에 따라서는, 연결 장치의 특성과 위치에 의하여, 인접 날개 분할편들의 외측 표면 층의 단부들 사이에 간극이 존재하고 그에 따라 날개의 에어포일 표면 내에 불연속이 존재한다. 특정 경우에는, VAWT에 날개를 사용하는 중에, 이러한 불연속은 유도 항력 부하(induced drag load) 및 반류와 같은 공기역학적 섭동(aerodynamic perturbation)을 일으키고, 이는 터빈의 공기역학적 성능을 감소시킬 가능성이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 수직 축 풍력 터빈은, 날개 분할편의 외측 표면과 조합된 실질적 연속 에어포일 표면을 유지하도록, 하나 이상의 연결 장치 상방 및 주위에 배치된 공기역학적 덮개를 선택적으로 또한 포함한다.

덮개는 연결 장치 상방에 배치되고 날개의 연속적 에어포일 표면을 가능한 한 넓게 유지하도록 구성되어 연결 장치의 공기역학적 충격(impact)을 방지하거나 감소시키므로, 공기역학적 덮개의 포함은 터빈의 성능에 유리할 수도 있다. 공기역학적 덮개는 외부 환경으로부터 연결 장치를 보호하는 부가적 기능을 또한 제공할 수 있다.

공기역학적 덮개는 연결 장치 또는 연결된 날개 분할편의 단부에서의 외측 표면 층에 고정될 수 있거나, 이들 모두에 고정될 수 있다. 공기역학적 덮개는 날개 분할편의 외측 표면 층과 유사한 표면 마무리를 제공하는 복합 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 공기역학적 덮개는 연결 장치 주위에 맞추어진 형상을 가진 금속 판으로 형성될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시 형태에 있어서, 전술한 바와 같이 강성 삽입체와 적어도 하나의 연결 부재를 포함하는 연결 장치는 인접 날개 분할편들을 연결하기 위하여 사용되며, 대향 부착 판들을 포함하는 전술한 연결 장치는 하나 이상의 추가 지지 암을 날개에 연결하기 위하여 사용된다.

본 발명에 따른 수직 축 풍력 터빈의 사용 중에, 입사되는 바람(incident wind)은 중앙 기둥을 중심으로 날개를 회전시키고, 그에 따른 공기역학적 토크는 지지 암을 통하여 중앙 기둥으로 전달된다. 중앙 기둥은 전형적으로 각 지지 암의 단부에 고정되고, 따라서 하나 이상의 날개의 회전 시에 중앙 기둥도 회전하게 된다. 중앙 기둥의 회전은 일련의 베어링을 통하여 발전기의 회전자 샤프트에 전달된다. 발전기와 베어링 장치는 풍력 터빈의 기초부 내에 제공되며, 적절한 장치가 당업자에게 공지되어 있다.

바람직하게는, 중앙 기둥의 직경은 중앙 기둥의 하부에서 상부까지 감소한다. 따라서, 기둥의 직경은 높이가 증가함에 따라 감소하고, 이는 기둥의 반류 효과에 의해 일어나는 공기역학적 손실을 최소화한다. 기둥에 의해 전달되는 기계적 토크와 기둥이 겪는 굽힘 모멘트 모두는 높이 증가에 따라 감소하므로, 기둥 직경의 감소가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 수직 축 풍력 터빈의 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 수직 축 풍력 터빈의 평면도를 나타낸다.
도 3a는 도 1과 도 2의 수직 축 풍력 터빈 내의 인접 날개 분할편들 사이의 날개 연결 장치와 지지 암의 개략적 종방향 부분 단면도를 나타낸다.
도 3b는 도 1과 도 2의 수직 축 풍력 터빈 내의 날개에 추가 지지 암을 연결하기 위한 날개 부착 장치의 개략적 종방향 부분 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4d는, 본 발명에 따른 수직 축 풍력 터빈을 위한 4개의 대안적 날개 형상의 개략도를 가상적인 x-축, y-축 및 z-축과 관련하여 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 날개 형상의 평면도를 각각 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 풍력 터빈의 날개들 중 하나를 형성하기 위하여 사용되는 비틀린 날개 분할편의 개략도를 나타낸다.
도 7은 도 1의 풍력 터빈의 기초부를 절단한 개략적 확대 단면도를 나타낸다.

첨부 도면과 관련하여 예시적으로 본 발명을 추가로 설명하기로 한다.

도 1에 개략적으로 도시된 풍력 터빈(10)은 중앙 회전 기둥(12) 및 3개의 동일한 날개(14)들을 포함하는 수직 축 풍력 터빈이며, 각 날개의 첨단부들이 각도 방향으로 120도(α)만큼 이격되도록, 각 날개는 중앙 기둥 주위에 120도만큼 뻗어 있다. 이는 나선 형태에 가까운 날개 형상을 제공한다. 날개(14)들은 조합되어 중앙 기둥(12) 주위에 360도에 걸쳐 존재하도록 동일하게 이격되어 있다. 각 날개(14)의 상측 첨단부는 이웃하는 날개의 하측 첨단부의 각도 위치와 대략 일치하는 각도 위치를 가지며, 따라서 날개(14)들 사이에는 첨단부를 제외하면 중첩이 존재하지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 중앙 기둥은 연결된 기둥 부분체(mast portion)들로 형성된다. 각 기둥 부분체는 실질적으로 일정한 직경을 갖지만, 기둥 부분체가 그 아래의 기둥 부분체보다 작은 직경을 갖도록, 기둥 부분체들의 직경은 높이 증가에 따라 감소한다. 인접한 기둥 부분체들의 직경들 사이에서 직경이 변하는 원추대 형상을 갖는 연결 링 부재에 의하여, 인접 기둥 부분체들이 서로 연결되어 기둥의 연속 외측 윤곽이 유지된다. 이는 응력 집중을 최소화하고, 기둥의 길이를 따라서 기둥의 관성 및 단면적과 같은 기계적 특성의 갑작스러운 변화를 방지한다.

각 날개(14)는 4개의 이격된 지지 암(16)에 의하여 중앙 회전 기둥(12)에 연결된다. 지지 암(16)은 중앙 회전 기둥으로부터 실질적으로 수평으로 뻗으며, 날개는 지지 암의 말단부에 장착된다. 중앙 기둥(12) 주위의 날개(14)의 형상에 의하여, 각 날개(14)를 위한 지지 암(16)들은 수직 방향뿐만 아니라, 중앙 기둥을 중심으로 각도 방향으로도 대략 40도만큼 이격되어 있다. 중앙 기둥의 각 수직 높이(level)에서, 각 날개로부터 하나씩 3개의 지지 암들이 존재하고, 120도만큼 균일하게 이격되어 있다. 도 2는 지지 암들의 배치가 도시된 터빈(10)의 평면도를 나타낸다.

각 날개(14)는 3개의 연결된 날개 분할편인 상측 날개 분할편(14a), 중간 날개 분할편(14b) 및 하측 날개 분할편(14c)으로 형성된다. 날개 분할편(14a, 14b, 14c)들은 서로 길이와 단면적이 유사하고, 폴리우레탄 발포체로 형성된 내측 발포 심재(24) 및 카본 섬유를 포함할 수 있는 글라스 강화 에폭시 수지 복합 재료의 다수의 피복 외측 층(overlying, outer layer)(26)으로 각각 형성되어, 날개 분할편에 높은 기계적 특성이 부여되고 전체 중량이 최소화된다.

각 날개 분할편(14a, 14b, 14c)은 일반적으로 공기역학적 '눈물 방울' 또는 공기역학적 에어포일 윤곽의 형태인 실질적으로 일정한 단면 형상을 갖는다. 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각 날개 분할편은 전체적으로는 실질적으로 직선형이지만, 중앙 기둥(12)을 중심으로 날개(14)의 회전 중에 횡방향 날개 단면이 그리는 궤적에 대하여, 날개 분할편의 길이를 따라 소정 지점에서의 횡방향 날개 단면 내에서 전연과 후연을 연결하는 선이 접선 방향이 되도록, 각 날개 분할편은 직선의 종방향 비틀림 축을 중심으로 약 40도 비틀려 있다.

날개(14)들이 도 1에 도시된 바와 같이 중앙 기둥(12)의 주위에 120도만큼 뻗도록, 날개 분할편들은 각각의 종방향 축이 서로 소정 각도를 이룬 상태로 연결된다.

인접한 날개 분할편들은 연결 장치(22a, 22b)에 의해 서로 연결된다. 상측 날개 분할편(14a)과 중간 날개 분할편(14b)의 단부들 사이에는 제1 연결 장치(22a)가 제공되고, 중간 날개 분할편(14b)과 하측 날개 분할편(14c)들 사이에는 제2 연결 장치(14b)가 제공된다. 제1 및 제2 연결 장치(22a, 22b)는 서로 구조가 동일하고, 이하의 연결 장치(22a)의 설명은 연결 장치(22b)에 동일하게 적용된다.

도 3a는 상측 날개 분할편(14a)과 중간 날개 분할편(14b) 사이의 연결 장치(22a)의 개략적 종방향 단면도를 나타낸다. 연결 장치(22a)는, 상측 날개 분할편(20a)의 하측 단부로부터 뻗은 제1 금속 삽입체(28a)와, 중간 날개 분할편(20b)의 상측 단부로부터 뻗은 제2 금속 삽입체(28b)와, 세장형 금속 빔(28a, 28b)의 단부들을 연결하는 금속 이음판(fishplate)(30)을 포함한다. 각 금속 삽입체(28a, 28b)들은 해당 날개 분할편(14a 또는 14b)의 단부에서 발포 심재 내에 삽입된 금속 봉 또는 판의 형태이며, 날개 분할편의 단부보다 약간의 거리만큼 연장되어 있다. 금속 삽입체(28a, 28b)들의 연장 단부들은 이음판(30)에 볼트 체결된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 중간 날개 분할편(14b)과 하측 날개 분할편(14c) 사이의 지지 암은 추가 부착 볼트(도시 생략) 또는 용접 이음부(welded joint)에 의하여 이음판(30)에 또한 연결된다. 이 지지 암(16)은 연결 장치(22b) 내에서 이음판에 유사하게 연결된다.

상측 및 하측 지지 암(16)들은 인접 날개 분할편들 사이의 이음부로부터 이격된 위치에서 상측 및 하측 날개 분할편(14a, 14c)들에 연결되며, 이 지지 암들을 위하여 도 3b에 도시된 부착 장치(attachment arrangement)(122)가 사용된다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상측 및 하측 지지 암들은 날개(14)의 첨단부로부터 소정 거리에서 상측 및 하측 날개 분할편(14a, 14b)에 연결된다. 그러나, 상측 지지 암은 중앙 기둥(12)의 상측 단부에 제공되고, 따라서 각 날개(14)는 기둥 상방으로 약간의 거리만큼 연장되어 있다.

각각의 상측 및 하측 지지 암(16)들 위한 날개 부착 장치(122)는 지지 암(16)의 말단부에 부착된 제1 부착 판(128)을 포함한다. 제1 부착 판(128)은 금속 재료로 형성되고 지지 암(16)의 단부에 용접된다. 제1 부착 판(128)은 날개(14)의 외측 표면에 접촉하는데, 중앙 기둥(12)에 가장 가까이 위치하는 보다 평탄한 표면 상에 접촉한다.

날개 단면의 반대쪽에는 제2 부착 판(130)이 제공되며, 중앙 기둥(12)으로부터 가장 먼 날개(14)의 반대쪽 평탄 표면과 접촉한다. 제2 부착 판(130)은 제1 부착 판(128)과 동일하고 2개의 부착 판들이 실질적으로 평행하고 대향하도록 배치되며, 부착 판들의 내측 표면은 날개(14)를 향해 내측으로 향한다.

제1 및 제2 부착 판(128, 130)들은 형상이 직사각형이고, 판의 두께가 가장자리에서 감소하도록, 각 판의 외측 가장자리는 기울어져 있다. 각 판의 내측 표면이 날개(14)의 외측 표면을 실질적으로 따르도록, 2개의 부착 판들의 내측 표면은 형상이 곡선형이다. 이는 각 판과 날개 표면 사이의 접촉 면적을 최대화한다.

제1 및 제2 부착 판(128, 130)들 사이에는 한 쌍의 이격된 볼트 체결구(132)들이 뻗어 있고, 날개(14)에 천공되어 있는 구멍을 통과한다. 볼트 체결구(132)가 조여짐으로써, 제1 및 제2 부착 판(128, 130)들 사이에 날개(15)가 고정된다.

날개 부착 장치(122)의 영역에는, 날개에 추가 보강을 제공하도록 날개의 외측 쉘(26)의 대향 면들 사이에 뻗은 한 쌍의 림(rim)(124)들 사이에, 내측 발포 심재(24)가 고밀도 발포체(134)로 형성된다. 외측 쉘에는 보강 목적으로 날개의 다른 부분과는 달리 복합 재료의 추가 층이 또한 제공된다.

도 3b는 부분 단면도만을 나타내지만, 부착 판이 날개의 보다 평탄한 표면의 일부만을 덮고 전연과 후연이 완전히 덮여 있지 않다는 점은 명확하다.

도 4a 내지 도 4d는 중앙 기둥 주위의 날개의 각도 범위가 변경된 대안적 날개 형상을 나타낸다. 여러 형상들의 평면도가 도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있다. 각 경우에, 인접하는 날개 분할편들은 전술한 연결 장치에 의하여 연결될 수 있다.

도 4a와 도 5a에 있어서, 각도(α)는 0도이고, 따라서 날개가 중앙 기둥을 둘러싸도록 뻗어 있지 않고 실질적으로 수직형이다. 이 형상에 있어서는, 날개 분할편들이 전술한 바와 같이 비틀려 있을 필요가 없다.

도 4b와 도 5b에 있어서, 각도(α)는 60도이고, 각 날개의 첨단부는 60도만큼 각도 방향으로 이격되어 있다. 날개들은 중앙 기둥 또는 축 주위에 동일하게 이격되고 날개들 사이에는 중첩이 존재하지 않는다.

도 4c와 도 5c에 있어서, 각도(α)는 90도이고, 날개들은 동일하게 이격되어, 도 4b와 마찬가지로 날개들 사이에 중첩이 존재하지 않는다.

도 4d와 도 5d에 있어서, 각도(α)는 150도이고 날개들은 동일하게 이격되어, 하나의 날개의 상측 첨단부와 이웃하는 날개의 하측 첨단부 사이에 대략 30도의 중첩이 존재한다.

사용 중에, 입사되는 바람은 중앙 기둥(12)을 중심으로 날개(14)를 회전시키고, 지지 암(16)을 통하여 중앙 기둥(12)으로 공기역학적 토크가 전달된다. 중앙 기둥(12)은 도 7에 도시된 바와 같이 발전기(50)를 포함하는 터빈의 기초부(18)에 장착된다. 중앙 기둥(12)의 회전은, 도 7에 도시된 바와 같이, 상측 베어링 박스(54) 내에 레이디얼 베어링 및 스러스트 베어링을 포함하고 하측 베어링 박스(56) 내에 하측 레이디얼 베어링을 포함하는 베어링 장치에 의하여, 발전기(52)의 회전자로 직접 전달된다. 각 베어링 박스(54, 56)는 회전자와 고정자 사이에 전기 절연을 보장하는 복합재 또는 플라스틱 또는 절연 강성 층에 의해 분리된 내측 및 외측 케이스들을 포함한다.

Claims

실질적으로 수직형 중앙 기둥과, 하나 이상의 날개와, 중앙 기둥으로부터 외측으로 뻗은 적어도 하나의 지지 암을 포함하는 수직 축 풍력 터빈으로서,
각 날개는 상측 첨단부와 하측 첨단부를 구비하고 종방향 축 및 횡방향 에어포일 단면에 의해 규정된 2개 이상의 연결된 날개 분할편을 포함하며, 인접한 날개 분할편들의 단부들은 인접한 날개 분할편들 사이에 제공된 연결 장치에 의해 서로 연결되고, 각 날개는 날개의 상측 및 하측 첨단부들이 중앙 기둥을 중심으로 0도보다 큰 α도의 각도만큼 서로로부터 각도 방향으로 변위되도록 중앙 기둥 주위에 뻗어 있고,
각 지지 암의 말단부는 날개의 연결 장치에 의하여 날개들 중 하나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
각 날개 분할편의 종방향 축은 실질적으로 직선형인 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
제1항에 있어서,
각 날개 분할편의 종방향 축은 곡선형인 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
각도는 60도와 180도 사이인 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
인접하는 날개 분할편들은, 인접하는 날개 분할편들의 종방향 축들이 수평 평면과 수직 평면 모두에서 서로 45도 미만의 각도를 형성하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
날개 분할편들은 하나 이상의 날개 분할편이 나선형 날개 형상에 근사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
날개 분할편의 길이를 따라 소정 지점에서, 횡방향 날개 단면 내에서 전연과 후연을 연결하는 선이 중앙 기둥 주위의 날개의 회전 중에 횡방향 날개 단면에 의해 그려지는 궤적에 대략 접선 방향이 되도록, 각 날개 분할편은 종방향 비틀림 축을 중심으로 비틀어져 있는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
각 날개는 제1 및 제2 연결 장치에 의해 서로 연결된 3개의 연결 날개 분할편으로 형성되고, 터빈은 제1 및 제2 연결 장치에 각각 연결되고 중앙 기둥 주위에 각도 방향으로 이격된 적어도 제1 및 제2 지지 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
중앙 기둥으로부터 외측으로 뻗어 있고 날개 분할편의 말단부들 사이의 소정 지점에서 날개들 중 하나에 각각 연결된 하나 이상의 추가 암을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
제9항에 있어서,
각 날개는, 상측 날개 분할편의 말단부들 사이의 소정 지점에서 상측 날개 분할편에 각각 연결된 상측 추가 지지 암과, 하측 날개 분할편의 말단부들 사이의 소정 지점에서 하측 날개 분할편에 연결된 하측 추가 지지 암에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
중앙 기둥의 직경은 하부에서 상부까지 감소하는 것을 특징으로 하는 수직 축 풍력 터빈.