KR20180061619A - 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수직축 풍력발전기의 블레이드를 외측에서 감싸며 바람을 모아 블레이드를 회전시킬 수 있는 사다리꼴 사면체 형상의 집풍장치를 설치하여 과도한 바람으로부터 풍력발전기의 블레이드를 보호하고, 블레이드에 작용할 수 있는 바람을 집중시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 양측 면이 관통된 사다리꼴 사면체 형상으로 외측 면에 바람이 들어올 수 있는 유입부가 형성되고, 내측 방향으로 갈수록 단면적이 좁아지며, 내측 면에 유입부에 비해 단면적이 작은 유출부가 형성된 집풍막; 및 집풍막의 유출부 내측에 위치하며, 종방향의 곡면 기울기를 가진 다수의 날개를 구비하고, 회전축에 연결되는 수직형 블레이드를 포함하는 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기를 제공한다.

Description

집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기 {Vertical-axix wind power generator having a wind collecting device}

본 발명은 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수직축 풍력발전기의 블레이드를 외측에서 감싸며 바람을 모아 블레이드를 회전시킬 수 있는 사다리꼴 사면체 형상의 집풍장치를 설치하여 과도한 바람으로부터 풍력발전기의 블레이드를 보호하고, 블레이드에 작용할 수 있는 바람을 집중시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전은 공기 유동 에너지를 기계적 에너지 및 전기적 에너지로 변환하여 발전하는 신재생 에너지 발전 장치의 일종이다.

풍력발전에 사용되는 발전기는 지면과 블레이드 회전축의 상대적인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 풍력 발전기로 분류된다.

수평축 발전기는 블레이드가 부착된 회전축이 지면과 수평 상태로 있으며, 블레이드는 바람이 불어오는 방향을 향하도록 위치하여 수평축의 회전력을 발전모듈에 전달하는 방식을 취하고 있다.

현재 수평축 발전기는 수직축 발전기에 비해 발전 효율이 높아 많은 지역에서 사용되고 있다.

그러나 수평축 발전기는 블레이드가 바람이 불어오는 방향을 향해야 하므로 풍향이 변할 경우 블레이드가 부착된 회전축을 회전시켜야 하는 어려움이 있으며, 수평축이 상시 중력을 받는 관계로 베어링 등 관련 부재의 심한 마모가 유발되어 고장이 발생할 가능성이 높다.

반면, 수직축 풍력 발전기는 블레이드가 부착된 회전축이 지면에 수직한 상태로 위치하여 풍향에 관계없이 회전력을 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히 우리나라와 같이 산지 및 해양에 인접한 지형이 많은 장소에서는 지역별로 계절풍 및 국지적인 지역풍에 의해 풍향과 풍속이 일정하지 않아 수직축 풍력 발전기가 수평축 풍력 발전기에 비해 유리한 측면이 있다.

그러나 대부분의 수직축 풍력 발전장치에는 풍속에 따라 블레이드에 작용하는 바람의 양의 조절할 수 있거나, 과도한 바람이 불어올 경우 블레이드 및 회전축을 보호할 수 있는 장치가 마련되어 있지 않아 블레이드 및 회전축이 파손될 염려가 있다.

따라서, 과도한 바람으로부터 풍력발전기의 블레이드를 보호하고, 블레이드에 작용할 수 있는 바람을 모아 집중시킴으로써 발전효율을 향상시킬 수 있는 새로운 수단이 필요한 실정이다.

선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-0818161호(2008.03.31. 공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수직축 풍력발전기의 블레이드를 외측에서 감싸며 바람을 모아 블레이드를 회전시킬 수 있는 사다리꼴 사면체 형상의 집풍장치를 설치하여 과도한 바람으로부터 풍력발전기의 블레이드를 보호하고, 블레이드에 작용할 수 있는 바람을 집중시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기는 양측 면이 관통된 사다리꼴 사면체 형상으로 외측 면에 바람이 들어올 수 있는 유입부가 형성되고, 내측 방향으로 갈수록 단면적이 좁아지며, 내측 면에 유입부에 비해 단면적이 작은 유출부가 형성된 집풍막; 및 집풍막의 유출부 내측에 위치하며, 종방향의 곡면 기울기를 가진 다수의 날개를 구비하고, 회전축에 연결되는 수직형 블레이드를 포함한다.

또한, 집풍막은 수직형 블레이드를 중심으로 마주보는 집풍막이 상호 대칭되게 사면을 감싸며 설치되며, 각 집풍막의 유출부는 수직형 블레이드의 전방부에 수직형 블레이드를 감싸며 위치하는 것을 더 포함할 수 있다.

또한, 유입부로 통해 유입되는 바람이 일정한 경로를 따라 유동할 수 있도록 집풍막의 내면에는 나선형의 공기유로가 형성되는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 과도한 바람으로부터 풍력발전기의 블레이드를 보호하고, 블레이드에 작용할 수 있는 바람을 집중시켜 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기를 도시한 사시도,
도 2는 도 의 정면도,
도 3은 집풍막의 유출부 및 유출부 내측에 구비된 수직형 블레이드를 확대 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기를 도시한 사시도, 도 2는 도 의 정면도, 도 3은 집풍막의 유출부 및 유출부 내측에 구비된 수직형 블레이드를 확대 도시한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기는, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 집풍막(10), 하우징(20), 지지프레임(30), 수직형 블레이드(40)를 포함하여 이루어진다.

먼저, 본 발명에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기는 바람을 모을 수 있는 집풍막과 집풍막의 내측에 구비된 수직형 블레이드에 그 특징이 있으므로 회전축과 연결되어 발전하기 위한 기어박스, 인버터, 변압기 등을 포함한 통상적인 발전장치에 관한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기의 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.

집풍막(10)은 도 1 및 도 2를 참조하면, 양측이 관통된 사다리꼴 사면체 형상으로 수직형 블레이드(40)가 설치된 내측 방향으로 갈수록 단면적이 좁아지게 구현되며, 외측 면에 바람이 들어올 수 있는 유입부가 형성되고, 블레이드가 위치하는 내측 면에 유입부에 비해 단면적이 작은 유출부(14)가 형성된다.

집풍막(10)은 유입부를 통해 유입된 바람이 단면적이 점진적으로 좁아지는 집풍막(10)의 내부를 유동하며 속도 에너지가 증가하게 되고, 증가된 속도로 집풍막의 유출부(14)를 통과한 공기는 블레이드에 집중적으로 작용하여 블레이드의 회전속도를 높이게 된다.

또한, 집풍막(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 수직형 블레이드(40)가 설치된 회전축을 중심으로 마주보는 집풍막(10)이 상호 대칭되게 사면을 감싸는 형태로 수직형 블레이드(40)를 보호하며 설치된다. 이때 각 집풍막(10)의 유출부(14)는 수직형 블레이드(40)의 전방부에 수직형 블레이드(40)를 감싸며 위치한다.

한편, 집풍막(10)의 내면에는 유입부로 통해 유입되는 바람이 다른 방향으로 분산되지 않고 집풍막(10) 내부에서 일정한 경로를 따라 안정적으로 유동할 수 있도록 집풍막(10)의 내면에는 나선형의 공기유로(미도시)가 형성된다.

공기유로는 집풍막(10)의 내면에 나선형의 홈을 생성하여 형성하거나, 집풍막(10)의 내면에 나선형의 돌기를 생성하여 형성할 수 있다.

하우징(20)은 도 1 및 도 2를 참조하면, 내측에 회전축과 회전축에 결합한 수직형 블레이드(40)를 수용하고 있으며, 도 3에 도시한 바와 같이 수직형 블레이드(40)가 위치한 부분은 사방으로 관통되어 수직형 블레이드(40)를 외부로 노출되게 하여 집풍막의 유출부(14)를 통과한 바람이 수직형 블레이드에 작용할 수 있도록 한다.

지지프레임(30)은 도 1 및 도 2를 참조하면, 회전축의 하우징(20)과 집풍막(10)을 상호 연결하여 집풍막(10)을 지지한다.

수직형 블레이드(40)는 도 2를 참조하면, 집풍막(10)의 유출부(14)롤 통과한 바람이 수직형 블레이드(40)에 집중될 수 있도록 집풍막(10)의 유출부(14) 내측에 위치하며, 회전축에 연결된다.

수직형 블레이드(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 종방향(길이방향)의 곡면 기울기를 가진 다수의 날개를 구비하고 있으며, 집풍막(10)의 유출부(14)를 통과하여 수직형 브레이드로 유입된 바람이 수직형 블레이드(40)의 곡면을 타고 유동하면서 풍압이 작용할 수 있는 시간을 길게 유지할 수 있도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 - 집풍막 20 - 하우징
30 - 지지프레임 40 - 수직형 블레이드

Claims (3)

1. 양측 면이 관통된 사다리꼴 사면체 형상으로 외측 면에 바람이 들어올 수 있는 유입부가 형성되고, 내측 방향으로 갈수록 단면적이 좁아지며, 내측 면에 유입부에 비해 단면적이 작은 유출부가 형성된 집풍막; 및
   집풍막의 유출부 내측에 위치하며, 종방향의 곡면 기울기를 가진 다수의 날개를 구비하고, 회전축에 연결되는 수직형 블레이드
   를 포함하는, 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기.
2. 제1항에 있어서,
   집풍막은 수직형 블레이드를 중심으로 마주보는 집풍막이 상호 대칭되게 사면을 감싸며 설치되며, 각 집풍막의 유출부는 수직형 블레이드의 전방부에 수직형 블레이드를 감싸며 위치하는 것
   을 더 포함하는, 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기.
3. 제1항에 있어서,
   집풍막의 유입부로 통해 유입되는 바람이 일정한 경로를 따라 유동할 수 있도록 집풍막의 내면에는 나선형의 공기유로가 형성되는 것
   을 더 포함하는, 집풍장치가 구비된 수직축 풍력발전기.

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