KR20140012275A - 풍력 발전 장치 및 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 블레이드 및 이를 이용한 풍력 발전 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블레이드의 토크(torque)를 증가시켜 풍력 발전장치의 효율을 높이기 위한 풍력 발전 구조 및 풍력 발전 장치 동작 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 발전 장치 및 동작 방법{WIND TURBINE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고효율의 블레이드를 포함한 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 동작방법에 관한 것이다.

20세기 말에 지구 온난화 문제 및 화석 연료, 특히 석유의 가격 상승과 점진적 고갈 문제가 제기됨에 따라, 앞으로 30~40년 후의 "후 석유시대(post-petroleum era)"에 대한 대처 수단으로 재생 에너지가 다시 각광받고 있다.

풍력 에너지, 즉, 바람의 운동 에너지를 회전자(rotor)를 이용하여 회전동력으로 변환하고, 이 동력을 이용하여 발전기 축을 회전시켜 전기 에너지를 얻는 장치를 통상적으로 풍력발전기(wind turbine)라고 부른다.

일반적으로 널리 쓰이는 용어인 풍차는 회전동력을 직접 기계동력으로 활용하는 장치를 지칭한다. 즉, 풍력을 이용하여 곡식을 찧는 맷돌을 돌리거나, 물을 지하로부터 퍼올리는 펌프를 직접 구동하는 경우 등이 풍차에 해당된다.

회전자는 동력 발생 원리에 따라 양력형과 항력형 회전자로 구분할 수 있다.

양력형에서는 회전자가 에어포일(airfoil) 형상의 단면을 갖는 날개인 블레이드로 구성되며, 이 블레이드의 주변을 흐르는 공기유동에 의하여 블레이드에 발생하는 공기역학적 힘 중에서 양력을 이용하여 회전동력을 얻는다.

항력형 회전자에서는 날개에 작용하는 공기역학적 힘 중에서 주로 저항(또는 항력)을 회전력으로 변환하여 동력을 발생시킨다.

항력형 풍력발전기의 대표적인 것이 사보니우스(Savonius)형으로 불리는 풍력발전기이다. 항력형은 양력형에 비해 회전자의 형상이 단순하여 판재 등으로 제작이 매우 쉽고 따라서 제작 비용이 저렴하나, 에너지 효율이 양력형에 비해 낮으므로, 근래의 대형 풍력발전기에서는 대부분 양력형을 채택하고 있다.

도 1 은 3-블레이드 상류형 수평축 풍력발전기의 기본 구조를 보여주고 있다.

상류형 풍력 발전 장치는 3개의 블레이드(110,110-1,110-2)와 블레이드가 연결되는 허브(130)와 허브가 회전 가능하게 연결되어 회전동력으로부터 전력을 얻는 발전기 본체 및 낫셀(120)과 발전기 본체를 지면에 대하여 지지하는 타워(140)가 구비된다.

복수의 블레이드는 허브(130)를 중심으로 배치되어, 블레이드 몸체에 풍력이 작용하게 되면, 일방향으로 회전됨으로써 발전기 몸체에서 전기가 생산될 수 있도록 한다.

도 2 는 도 1의 풍력 발전기의 주요 부품 구성을 보여주는 도면이다.

풍력 발전기는 기계시스템, 전기 시스템, 그리고 풍력발전기를 제어하는 제어시스템으로 나눌 수 있다.

또 한편으로는 날개를 포함한 허브 시스템, 각종기계, 전기, 제어장치를 탑재시킨 낫셀(nacelle), 그리고 이들 상부 중량물을 지상으로부터 받쳐주는 타워시스템으로도 구분할 수 있다.

바람에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 회전날개(blade)(230)와 이를 주축과 연결시켜 주는 허브(hub) 시스템, 날개의 회전력을 증속기 또는 발전기에 전달하여 회전축 또는 주축(280), 회전속도를 올려 주는 증속기, 증속기로부터 전달받은 기계적에너지를 전기적에너지로 변환시키는 발전기(generator)(291), 제동장치인 브레이크(brake)(270), 날개의 각도를 조절하는 피치시스템(210), 날개를 바람 방향에 맞추기 위하여 낫셀(293)을 회전시켜 주는 요잉시스템(yawing system)(250,260), 그리고 풍력발전기를 지지하는 타워시스템(240) 등으로 구성되어 있다.

풍력의 제어시스템은 풍속에 따른 출력, 피치각, 로터와 발전기의 회전수를 조절하는 속도 및 출력 제어 시스템, 풍향과 제동장치, 회전방식에 대한 제어를 담당하는 운전 상황 및 운전 모드 제어 시스템, 전력 계통과의 병렬운전을 제어하는 계통연계 제어 시스템, 풍력 발전기의 운전 상태를 실시간으로 감시하고 모니터링 하는 운전 및 모니터링 시스템으로 구성되어 있다.

여러 다른 에너지(특히 화석연료 및 원자력)와 비교하여 경쟁력 있는 발전단가 목표(약 4.0 US Cent/kWh)를 달성하기 위하여 풍력 발전기에서는 고효율 블레이드의 공기 역학적 설계가 매우 중요하다.

고효율 블레이드 설계의 첫 단계는 에어포일의 선택이다. 우선 양항비(양력/항력)가 높은 에어포일을 선택하는 것으로 시작된다. 이 이외에도 추가적으로 풍력 블레이드에 고려되어야 하는 에어포일의 특성은 에어포일의 표면거칠기(roughness) 증가에 따른 양항비의 감소가 작아야 한다는 것이다.

풍력발전기는 보통 20년 정도의 수명으로 운전되는데 운전 중에 곤충의 부착, 모래 바람 등으로 인하여 블레이드 표면이 거칠어지게 된다. 따라서 표면이 거칠어져도 양항비의 감소가 작은 에어포일을 사용해야 풍력 발전기의 출력 감소를 최소화할 수 있다.

도 3은 풍력 발전 장치의 블레이드 효율을 높이기 위한 종래의 일 실시예를 보여주는 도면이다.

블레이드 몸체(110)에는, 작용되는 풍력에 의하여 블레이드 몸체를 회전시킬 수 있는 양력이 발생될 수 있도록 가압면 및 부압면이 형성된다.

이때, 블레이드가 양력에 의하여 회전되면 블레이드 몸체를 따라서 흐르는 기류와 블레이드 몸체의 표면 사이의 마찰에 의하여, 블레이드 몸체의 표면 부근에서의 기류의 속도는 0으로 수렴하게 된다.

또한 블레이드 몸체의 일측 단부에 형성되어 허브에 연결되는 루트부는 일반적으로 기류에 대하여 기울어지는 각도, 즉 받음각이 상대적으로 블레이드 몸체의 타측 단부에 형성되는 팁부에 비하여 매우 크게 형성된다.

따라서, 루트부에 인접되는 블레이드 몸체의 일부 영역을 따라 흐르는 기류의 속도는 상대적으로 팁부에 인접되는 영역을 따라 흐르는 기류의 속도에 비하여 매우 작다.

따라서, 블레이드가 회전되는 과정에서 루트부에 인접되는 블레이드 몸체의 일부 영역에서는 기류의 속도가 0 인 유동 박리층(S)이 일정 크기로 형성되며, 유동 박리층(S)에 의하여, 블레이드 주위의 난류 천이 및 와류 진동이 발생하게 된다. 또한 이에 의하여 블레이드에서 진동이 발생하게 되며 풍력 발전 장치의 발전 효율이 저하된다.

이를 해결하기 위해 블레이드 몸체의 일부 영역에 유입홀(310)을 만들고, 블레이드의 팁부에 유출홀(330)을 형성하고, 블레이드 몸체 내부에 유입홀과 유출홀을 연통시키는 공기 유로(320)를 형성하는 방법이 있다.

종래의 블레이드의 유출홀(330)은 블레이드의 원주 방향과 평행하게 형성되어, 유입홀(310)로 유입된 바람이 평행하게 나온다.

이때 유입홀(310)에서 받는 공기의 운동에너지가 블레이드를 추가적으로 회전시키는 역할을 할 뿐 유출홀(330)에서는 회전력을 추가할 수 있는 별다른 토크를 발생시키기 어려운 구조를 가진다.

즉, 유입홀(310)과 유출홀(330)에서 유입되고 유출되는 바람이 서로 상관관계를 가지도록 유입홀과 유출홀의 개구가 형성되지 않아서, 블레이드를 효율을 높이고자 하는 목적을 달성하기 어렵다.

또한, 도 3 에서와 같이 유입된 바람이 블레이드 팁부에 형성된 유출홀(330)에서 유출될 경우에 유출홀(330)에서 분사되면서 전달되는 반동에 의해 반지름(radial) 방향으로 하중이 형성되어 베어링(bearing)에 걸리는 하중이 증가될 수 있는 문제점이 있다.

그리고 허브(130) 중앙부를 통과하는 바람은 블레이드의 회전에 전혀 관여하지 않는 구조로 블레이드 효율을 높이는데 기여하지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 블레이드 및 이를 이용한 풍력 발전 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 블레이드의 토크(torque)를 증가시켜 풍력 발전장치의 효율을 높이기 위한 풍력 발전 구조 및 풍력 발전 장치 동작 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 일 실시예에 의하면, 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브를 포함하는 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 허브의 일부 영역에 형성되어 상기 허브로 유입되는 바람을 수용하는 적어도 하나 이상의 유입부; 상기 블레이드의 일부 영역에 형성되어 상기 유입된 바람을 유출하는 적어도 하나 이상의 유출부; 및 상기 유입부와 상기 유출부를 연통시켜 상기 유입부로 유입된 바람을 상기 유출부로 흐르게 하는 적어도 하나 이상의 공기 유로(air track);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 형상은 상기 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부는 방사 방향(radial direction)을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부는 상기 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부는 방사 방향(radial direction)을 따라 형성되는 제 1 영역과 상기 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성되는 제 2 영역의 조합 인것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 전면에 상기 유입부로의 조류(birds)의 유입을 막는 차단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부에 유입되는 바람의 방향은 상기 블레이드의 회전 방향에 수직(perpendicular)이며 상기 유출부로부터 유출되는 바람의 방향은 상기 블레이드의 회전 방향에 반대 방향인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 개구는 소정의 폭과 길이를 갖는 연속 형상이거나 복수개의 동일한 형상의 개구가 일정한 간격으로 분포되는 형상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 공기 유로는 상기 유입된 바람과의 마찰 계수가 기준값보다 적은 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 상기 공기 유로에 마찰 계수가 작도록 표면을 특수 처리한 얇은 필름(film)등으로 코팅 할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 공기 유로는 소정의 지름을 가지는 원형 구조이며, 상기 지름은 레이놀드 수(Reynolds Number)가 층류 (laminar flow) 범위를 유지하게 하는 값인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 블레이드의 회전 방향을 제어하는 복수개의 중공기어(hollow gear);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 수는 상기 블레이드의 수와 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 동작방법의 일 실시예에 의하면, 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브를 포함하는 풍력 발전 장치의 동작 방법에 있어서, 상기 허브를 회전시키는 요잉 시스템(yawing system)을 이용하여 상기 허브를 유입되는 바람의 방향에 대응하도록 조정하는 요잉 시스템(yawing system) 제어 단계; 복수개의 중공기어를 이용하여 상기 블레이드의 회전 방향을 제어하는 블레이드 방향 제어 단계; 및 상기 허브의 일부 영역에 형성된 복수개의 유입부를 통하여 상기 허브로 유입되는 바람을 수용하고 상기 블레이드의 일부 영역에 형성된 복수개의 유출부를 통하여 상기 유입된 바람을 유출하는 블레이드 통과 바람 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 수는 상기 블레이드의 수와 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유입부의 형상은 상기 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 블레이드는 상기 유입부와 상기 유출부를 연통시켜 상기 유입부로 유입된 바람을 상기 유출부로 흐르게 하는 공기 유로(air track)를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치 및 동작 방법에 의하면, 블레이드의 토크를 증가시켜 풍력 발전 장치의 출력과 효율을 올리는 효과가 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치 및 동작 방법에 의하면, 허브 중앙부로 유입되는 바람을 이용하여 블레이드의 토크를 증가시킴으로써 풍력 발전 장치의 효율을 상승시키는 효과가 있다.

도 1 은 3-블레이드 상류형 수평축 풍력발전기의 기본 구조를 보여주고 있다.
도 2 는 도 1의 풍력 발전기의 주요 부품 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 풍력 발전 장치의 블레이드 효율을 높이기 위한 종래의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에서 허브 중앙부에 형성된 유입부의 여러가지 형상을 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 블레이드 회전 방향을 제어하기 위한 중공기어(hollow gear)의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 동작 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치 및 동작 방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 당업계에 공지 및 주지된 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 기술 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 당업자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 기초로 판단되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치(wind turbine)는 복수의 블레이드들이 기류에 의하여 회전되면 허브를 통하여 블레이드들의 회전력이 풍력 발전기의 본체에 전달되어, 풍력 발전기 본체 내부의 전자기 유도 등에 의하여 전력이 생산된다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 블레이드들의 회전력 즉 토크(torque)를 증가시키기 위해 허브를 통과하는 바람을 블레이드 회전에 이용하기 위한 구조를 가지는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 허브 또는 낫셀의 회전을 수행하는 요잉 시스템 뿐만 아니라 각각의 블레이드의 회전 방향을 제어하기 위한 중공기어를 더 포함하는 것이 특징이다.

도 4 는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 일 실시예를 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 복수개의 블레이드(110) 및 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브(130)를 포함한다.

블레이드는 풍력 발전 장치에서 회전 동력을 얻기 위한 것이고, 허브(130)는 획득된 회전 동력을 발전기등에 전달하는 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 블레이드들의 회전력 즉 토크(torque)를 증가시키기 위해 허브를 통과하는 바람을 블레이드 회전에 이용하기 위한 구조를 가지는 것이 특징으로, 허브(130)의 일부 영역에 형성되는 유입부(140)를 포함한다.

유입부(410)는 허브로 유입되는 바람을 수용한다. 즉, 종래의 풍력 발전 장치에서의 허브의 역할 뿐만 아니라 블레이드의 토크를 높이기 위한 바람의 수집 역할을 수행하는 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 블레이드의 일부 영역에 유출부(430)를 포함한다. 유출부(430)는 유입부(410)로 유입된 바람을 유출시킨다.

유입부(410)와 유출부(430)를 연통시키는 공기 유로(air track)(420)는 유입부(410)로 유입된 바람을 유출부로 흐르게 한다.

본 발명에 따른 일 실시예로서, 허브에 형성된 유입부(410)의 수는 블레이드의 수에 동일하게 구성할 수 있다.

유출부(430)는 블레이드 부압면(suction surface) 상에 형성되고, 각 블레이드마다 하나씩의 유출부를 포함하도록 할 수 있다. 그러나, 각 블레이드에 구성되는 유출부(430)의 수는 반드시 하나로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 여러 개로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 지면으로부터 상당한 높이에서 블레이드가 회전되기 때문에 허브 중앙부에 설치된 유입부(410)로 조류(bird)가 유입될 수 있다. 이를 막기 위해 유입부로의 조류(birds)의 유입을 막는 차단부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 유입부(410)에 유입되는 바람의 방향은 블레이드(110)의 회전 방향에 수직(perpendicular)이고 유출부(430)로부터 유출되는 바람의 방향은 블레이드의 회전 방향과 반대 방향이다.

유입부(410)는 허브(130)에 위치하나, 유입부(410) 개구면은 블레이드의 가압면(pressure surface)과 평행하게 형성되는 것이다.

유입부(410)의 개구로부터 공기 유로로 이어지는 부분은 유입되는 바람이 유동 과정 중 발생하는 유동 저항에 의한 에너지의 손실을 최소화하기 위해 유선형으로 형성할 수 있다.즉, 유입부 개구로부터 공기 유로로 이어지는 부분을 90도의 직각으로 꺽이는 형태로 구조를 가진다면 유입되는 바람이 공기 유로로 많이 유입되지 못하지 다시 유입부의 개구로 반출되게 됨으로 이를 막기 위해서 공기 유로로 이어지는 부분을 유선형으로 구성하여 최대한 많은 바람이 유입부로부터 공기 유로로 들어갈 수 있게 하는 것이다.

유입부(410)의 개구면은 블레이드의 회전 방향과 수직이 되도록 형성되며, 유출부(430)의 개구면에서는 블레이드의 회전방향과 반대방향으로 공기를 분출함으로써 블레이드의 토크를 증가시키게 된다.

또한 공기 유로의 재질과 관련하여, 공기 유로는 유입된 바람과의 마찰 계수가 기준값보다 적은 재질로 형성되도록 함이 블레이드 토크 증가에 유리하다.

즉, 유출부(430)에서 유출되는 바람에 의한 회전력이 클수록 당연히 블레이드의 토크가 증가될 것인바, 공기 유로에서의 마찰에 의해 손실되는 바람의 유동 에너지를 최소한으로 하기 위해 재질 선택에서 마찰 계수를 고려하는 것이다.

공기 유로에 마찰 계수가 적도록 표면을 특수 처리한 얇은 필름(film)등으로 코팅 할 수도 있다.

유동하는 유체는 층류층, 천이층, 난류층으로 구분할 수 있다. 이런 구분은 레이놀드 수(Reynolds Number)를 기준으로 이루어진다.

본 발명에서의 유로의 단면을 원형 구조로 가정한 경우 맞바람의 평균 속력, 점성계수, 밀도 그리고 유로의 지름을 고려하여 레이놀드 수를 구할 수 있다. 바람직하게는 원형 구조인 유로의 지름은 레이놀드 수(Reynolds Number)가 층류 (laminar flow) 범위를 유지하게 하는 값으로 정할 수 있다.

본 발명에 따른 허브 또는 낫셀의 회전 방향은 도 2 에서 요잉시스템(yawing)(250,260)을 이용하여 조절할 수 있다. 즉, 허브의 방향을 바람의 방향에 서로 대응하도록 낫셀의 방향을 조절하는 것이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 중공기어(hollow gear)를 더 포함할 수 있고, 중공기어는 유입부로 유입된 바람을 블레이드 내부로 이송할 수 있는 공간을 제공한다.

중공기어는 유입부로 유입된 바람에 의해 블레이드가 더 큰 토크가 생성되도록 하기 위해서 각 블레이드의 회전 방향을 조절하는 것이다.

중공기어는 각 블레이드마다 개별적으로 구성됨으로 각 블레이드의 회전 방향을 개별적으로 조절할 수도 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치에서 허브 중앙부에 형성된 유입부의 여러가지 형상을 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 허브 또는 허브 중앙부(130)에 형성된 유입부를 여러가지 형상으로 구성할 수 있다.

유입부(410)의 형상은 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정된다.

유입부는 도 5a 에 도시된 바와 같이 방사 방향(radial direction)을 따라 형성될 수도 있고, 도 5b 에 도시된 바와 같이 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성될 수도 있고, 도 5c 에 도시된 바와 같이 방사 방향(radial direction)을 따라 형성되는 제 1 영역과 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성되는 제 2 영역의 조합으로 형성될 수도 있다.

도 5c 에 도시된 유입부(410)는 개구의 모양이 제 1 영역이 원주 방향을 따라 형성되고, 제 2 영역이 방사방향을 따라 형성되는 조합으로 구성될 수 도 있다.

또한 유입부(410)의 개구는 도 5a, 5b, 5c에 도시된 바와 같이 소정의 폭과 길이를 갖는 연속 형상일 수 있고, 복수개의 동일한 형상의 개구가 일정한 간격으로 분포되는 형상일 수 있다.

도 5d 에 도시된 바와 같이 소정 직경을 갖는 원 형태의 개구가 일정 간격으로 균일하게 분포되는 개구를 포함할 수도 있다.

도 6 은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 블레이드 회전 방향을 제어하기 위한 중공기어(hollow gear)의 일 실시예를 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 풍력 발전 장치는 요잉시스템(yawing)(250,260)을 이용하여 허브 또는 낫셀의 방향을 조절하고, 중공기어(610,610-1,610-2)를 이용하여 허브(130)의 유입부(410)로 유입된 바람의 방향에 따라 각 블레이드의 회전 방향을 보다 섬세하게 조절할 수 있는 것이다.

중공기어는 유입부로 유입된 바람에 의해 블레이드가 더 큰 토크가 생성되도록 하기 위해서 각 블레이드의 회전 방향을 조절하는 것이다.

중공기어(610,610-1,610-2)는 각 블레이드마다 개별적으로 구성됨으로 각 블레이드의 회전 방향을 개별적으로 조절할 수도 있다.

도 7 은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 동작 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다.

복수개의 블레이드 및 상기 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브를 포함하는 본 발명에 따른 풍력 발전 장치의 동작 방법은 허브(130)를 회전시키는 요잉 시스템(yawing system)을 이용하여 허브를 유입되는 바람의 방향에 대응하도록 조정한다.(S710)

복수개의 중공기어(610,610-1,610-2)를 이용하여 블레이드의 회전 방향을 제어한다(S720).

허브(130)의 일부 영역에 형성된 복수개의 유입부(410)를 통하여 허브로 유입되는 바람을 수용하고 블레이드의 일부 영역에 형성된 복수개의 유출부(430)를 통하여 유입된 바람을 유출시킨다(S730).

유입부(410)의 수는 블레이드의 수와 동일하게 구성될 수 있고, 유입부의 개구 형상은 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정될 수 있다.

블레이드 내부에는 유입부와 유출부를 연통시켜 유입부로 유입된 바람을 유출부로 흐르게 하는 공기 유로(air track)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 동작 방법을 수행할 수 있는 컴퓨터 판독가능 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능 매체가 본 발명의 범위 내에서 제공될 수 있으며, 상기 컴퓨터 판독가능 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬(CD-R), 디브이디(DVD) 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자, 즉 당업자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110 : 블레이드 130 : 허브
410 : 유입부 430 : 유출부
420 : 공기 유로 610 : 중공기어

Claims (16)

1. 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브를 포함하는 풍력 발전 장치에 있어서,
   상기 허브의 일부 영역에 형성되어 상기 허브로 유입되는 바람을 수용하는 적어도 하나 이상의 유입부;
   상기 블레이드의 일부 영역에 형성되어 상기 유입된 바람을 유출하는 적어도 하나 이상의 유출부; 및
   상기 유입부와 상기 유출부를 연통시켜 상기 유입부로 유입된 바람을 상기 유출부로 흐르게 하는 적어도 하나 이상의 공기 유로(air track); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부의 형상은 상기 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부는 방사 방향(radial direction)을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
4. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부는 상기 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
5. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부는 방사 방향(radial direction)을 따라 형성되는 제 1 영역과
   상기 허브의 원주 방향(tangential direction)을 따라 형성되는 제 2 영역의 조합 인것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
6. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부의 전면에 상기 유입부로의 조류(birds)의 유입을 막는 차단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
7. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유입부에 유입되는 바람의 방향은 상기 블레이드의 회전 방향에 수직(perpendicular)이며 상기 유출부로부터 유출되는 바람의 방향은 상기 블레이드의 회전 방향에 반대 방향인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
8. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 유입부의 개구는 소정의 폭과 길이를 갖는 연속 형상이거나 복수개의 동일한 형상의 개구가 일정한 간격으로 분포되는 형상인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
9. 청구항 1 에 있어서,
   상기 공기 유로는 상기 유입된 바람과의 마찰 계수가 기준값보다 적은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
10. 청구항 1 에 있어서,
    상기 블레이드의 회전 방향을 제어하는 복수개의 중공기어(hollow gear);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
11. 청구항 1 에 있어서,
    상기 유입부의 수는 상기 블레이드의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
12. 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드를 일체로 체결하여 회전시키는 허브를 포함하는 풍력 발전 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 허브를 회전시키는 요잉 시스템(yawing system)을 이용하여 상기 허브를 유입되는 바람의 방향에 대응하도록 조정하는 요잉 시스템(yawing system) 제어 단계;
    복수개의 중공기어를 이용하여 상기 블레이드의 회전 방향을 제어하는 블레이드 방향 제어 단계; 및
    상기 허브의 일부 영역에 형성된 복수개의 유입부를 통하여 상기 허브로 유입되는 바람을 수용하고 상기 블레이드의 일부 영역에 형성된 복수개의 유출부를 통하여 상기 유입된 바람을 유출하는 블레이드 통과 바람 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치의 동작 방법.
13. 청구항 12 에 있어서,
    상기 유입부의 수는 상기 블레이드의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치의 동작 방법.
14. 청구항 12 에 있어서,
    상기 유입부의 형상은 상기 블레이드의 회전 속도 및 발전 용량(capacity)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치의 동작 방법.
15. 청구항 12 에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 유입부와 상기 유출부를 연통시켜 상기 유입부로 유입된 바람을 상기 유출부로 흐르게 하는 공기 유로(air track)를 가지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치의 동작 방법.
16. 청구항 15 에 있어서,
    상기 공기 유로는 소정의 지름을 가지는 원형 구조이며, 상기 지름은 레이놀드 수(Reynolds Number)가 층류 (laminar flow) 범위를 유지하게 하는 값인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치의 동작 방법.

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