KR20180083193A - 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치 - Google Patents

다중 블레이드 수직형 풍력발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치는, 풍력을 이용하여 회전할 수 있도록 설치되는 메인 블레이드와, 상기 메인 블레이드에 의한 기류가 집중되는 상기 메인 블레이드의 일측에 설치되어, 상기 메인 블레이드가 회전하기 위한 최소 풍속보다 적은 풍속에서도 회전할 수 있는 저풍속 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 강한 바람이 부는 경우에는 메인 블레이드가 회전하여 발전하고 약한 바람이 부는 경우에는 저풍속 블레이드가 회전하여 발전할 수 있도록 하여 모든 풍속 구간에서 작동할 수 있는 유리한 효과가 있다.

Description

다중 블레이드 수직형 풍력발전장치{Vertical wind power generator with multi blade}
본 발명은 높은 풍속에서는 메인 블레이드가 직접적으로 바람을 받아 에너지 생산을 하고, 낮은 풍속에서는 메인 블레이드가 바람을 모아주어 저풍속 블레이드가 작동하도록 도와줌으로써 넓은 범위의 풍속에서 에너지를 얻을 수 있도록 도와주는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치에 관한 것이다.
환경문제와 자원고갈 등의 이유로 인해 태양광이나 풍력 등과 같은 청정 에너지원을 이용한 발전장치가 주목받는 추세이다. 특히, 이 중에서도 풍력발전장치는 설치비용이 비교적 저렴하고 바람만 불어준다면 비교적 쉽게 전기를 얻을 수 있기 때문에 해안가 마을 등에서 많이 이용하고 있다.
현재 풍력발전설비는 해상풍력과 대형풍력 발전에 치중되어있다. 상기 발전기들은 설치 및 유지보수 비용이 비싸며, 태풍 등과 같은 강풍 발생 시 화재가 발생하거나 고장이 발생하기 쉬웠다. 그리고 규모가 크고 소음과 위험성, 자연경관을 훼손하는 문제로 인하여 주거지역에 설치하는데 어려움을 겪었다.
이런 문제점을 보완하기 위하여 한국 등록 특허 제10-1037831호와 같이 소형풍력 발전기들이 나오기 시작하였다. 그러나 상기 발전기와 같은 소형발전기의 문제점은 바람의 반응성이 떨어지고 작동이 되지 않거나 과속방지시스템이 없어 화재가 발생하기 쉬웠다.
한국등록특허 제10-1037831호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 메인 블레이드와 저풍속 블레이드를 각각 구비하여, 강풍과 약풍에 따라 블레이드가 각각 또는 함께 작동함으로써 발전효과를 증가하는 것을 목적으로 한다.
강풍이 불 때 메인/저풍속 블레이드는 상호 보완적으로 바람에 대응할 수 있고 과부하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
자연경관을 해치지 않으며, 고장 시 수리함에 편리성을 갖추는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치는, 풍력을 이용하여 회전할 수 있도록 설치되는 메인 블레이드와, 상기 메인 블레이드에 의한 기류가 집중되는 상기 메인 블레이드의 일측에 설치되어, 상기 메인 블레이드가 회전하기 위한 최소 풍속보다 적은 풍속에서도 회전할 수 있는 저풍속 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
메인 블레이드 샤프트에 구비되어 바람을 받아 상기 메인 블레이드 샤프트에 회전운동력을 부여하는 메인 블레이드; 발전장치의 중앙에서 수직으로 설치되어 있고, 상기 메인 블레이드와 함께 회전하는 메인 블레이드 샤프트; 저풍속 블레이드 샤프트에 구비되어 바람을 받아 상기 저풍속 블레이드 샤프트가 회전운동력을 부여하는 저풍속 블레이드; 상기 메인 블레이드 샤프트와 함께 상기 발전장치의 중앙에서 수직으로 설치되어 있으며, 저풍속 블레이드와 함께 회전하는 저풍속 블레이드 샤프트; 상기 발전장치의 저풍속에 구비되어 상기 메인 블레이드 샤프트의 회전운동에너지를 전기에너지화 전환 시키는 메인 발전장치; 상기 발전장치의 저풍속에 구비되어 상기 저풍속 블레이드 샤프트의 회전운동에너지를 전기에너지로 전환 시키는 저풍속 블레이드 발전장치; 상기 발전장치 저풍속에서 상기 메인 블레이드 샤프트과 상기 메인 발전장치 사이에 구비되어 있으며, 상기 메인 블레이드 샤프트의 회전운동에너지를 상기 메인 발전장치로 전달하는 메인 블레이드 기어;를 포함하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 첫째, 수직형 풍력발전장치에서 다중 블레이드 구조를 통해, 강한 바람이 부는 경우에는 메인 블레이드가 회전하여 발전하고 약한 바람이 부는 경우에는 저풍속 블레이드가 회전하여 발전할 수 있도록 하여 모든 풍속 구간에서 작동할 수 있는 유리한 효과가 있다.
둘째, 메인 블레이드를 'S'자 형상으로 설치하여 약한 바람이 불 때 바람을 모아주는 역할을 할 수 있어 저풍속 블레이드의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 강한 바람이 불 때 메인 블레이드와 저풍속블레이드는 상호 보완적으로 바람에 대응할 수 있어 과부하를 방지할 수 있다.
넷째, 종래의 풍력발전장치가 도심 및 자연경관을 크게 훼손하는 문제가 있었지만, 본 발명은 블레이드의 형상을 여러 가지 형태로 제작하여 조경효과를 얻을 수 있다.
다섯째, 소음이 적어 주거지 근처에 설치할 수 있고, 섬이나 오지 등에서 독립전원으로 활용할 수 있다.
여섯째, 블레이드에 장착된 풍력 발전기의 용량에 따라 다수 연결하여 전극이 직렬 접속되도록 구성함으로써 대용량 발전이 가능하고 필요한 전력만큼 소형발전기를 연결할 수 있는 장점이 있다.
일곱째, 고장 시에 수리가 힘든 종래의 대형풍력 발전장치에 비해, 규모가 작고 분리와 수리 및 교체가 용이하여 유지비용이 저렴한 장점을 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 측면도이다.
도 3는 본 발명인 다중 블레이드 수직형 풍력발전기의 메인 샤프트 중심부에서 c-c'의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 메인 블레이드 단면도이다.
도 5는 본 발명의 저풍속 블레이드 단면도이다.
도 6은 본 발명의 메인 블레이드를 설치시 샤프트 수직 방향인 a-a' 단면으로 봤을 때, 'S'자 형상으로 설치하는 방법으로써 저풍속 블레이드의 높이 중심에서의 샤프트로부터 수직한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 메인 블레이드 샤프트와 저풍속 블레이드 샤프트 사이의 상부측에 볼베어링이 구비된 곳의 b-b' 단면도이다.
도 8은 본 발명의 메인 블레이드를 다수개 설치했을 때의 a-a' 단면도이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명인 다중 블레이드 수직형 풍력발전기의 사시도로써 메인 블레이드(10)와 메인 블레이드 샤프트(20) 및 발전장치(100)를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명인 다중 블레이드 수직형 풍력발전기의 정면도로써 하기에 나타내는 도 3 내지 도 7의 단면방향을 나타내고 있다.
도 3는 본 발명인 다중 블레이드 수직형 풍력발전기의 상기 메인 블레이드 샤프트(20) 중심부에서의 단면도이다.
본 발명에 의한 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치는 도 3에 나타난 바와 같이, 풍력을 이용하여 회전할 수 있도록 설치되는 상기 메인 블레이드(10)와, 상기 메인 블레이드(10)에 의한 기류가 집중되는 상기 메인 블레이드(10)의 일측에 설치되어, 상기 메인 블레이드(10)가 회전하기 위한 최소 풍속보다 적은 풍속에서도 회전할 수 있는 저풍속 블레이드(30)와, 상기 메인 블레이드(10)의 중심에 설치되어 메인 블레이드(10)가 회전할 수 있도록 설치된 메인 블레이드 샤프트(20), 상기 메인 블레이드 샤프트(20)에 연결되어 상기 메인 블레이드 샤프트(20)로부터 동력을 전달받아 전기를 발생시키는 메인 발전장치(110)와, 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)에 연결되어 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)로부터 동력을 전달받아 전기를 발생시키는 저풍속 블레이드 발전장치(120)를 포함한다.
도 4에 나타난 바와 같이, 상기 메인 블레이드(10)는 설치시 샤프트 수직 방향의 단면으로 봤을 때, 'S'자 형태로 구비되어 있고, 상기 메인 블레이드 샤프트(20)에 설치되기 위한 결합부와 상기 저풍속 블레이드(30)의 회전 반경에 있는 홈으로 이루어져 있다. 상기 메인 블레이드(10)는 상기 메인 블레이드 샤프트(20)를 중심으로 'S'자의 형태로 설치하여준다. 상기 메인 블레이드(10)와 상기 메인 블레이드 샤프트(20)의 결합부측에 상기 저풍속 블레이드(30)가 지나가는 홈이 구비되어있다.
상기 메인 블레이드 샤프트(20)는 상기 발전장치(100)의 중심부에서 수직으로 설치되어 있다. 상기 발정장치(100)의 상측으로 돌출된 상기 메인 블레이드 샤프트(20) 일부에는 회전할 수 있도록 상기 메인 블레이드(10)와 결합 되어있고, 상기 발전장치(100)의 내부에는 하기에 설명할 메인 블레이드 기어(130)가 상기 메인 블레이드 샤프트(20)와 수직으로 구비되어있다. 또한 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)가 설치되기 위하여 상기 메인 블레이드 샤프트(20)는 중공형의 형태를 갖는 것을 특징으로 하고있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 상기 저풍속 블레이드(30)는 설치시 샤프트 수직 방향의 단면으로 봤을 때, 'S'자 형태가 되도록 하는 형태를 갖고, 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)에 설치되기 위한 결합부로 이루어져 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)는 상기 발전장치(100)의 중심부에 설치되어 있는 상기 메인 블레이드 샤프트(20)의 내부에 구비되어 있다. 상기 저풍속 블레이드(30)는 결합부가 있고, 최하측의 중심에는 상기 저풍속 블레이드 발전장치(120)와 직접적으로 연결되기 위한 홈이 있는 구조로 되어있다.
도 7에 나타난 바와 같이, 상기 메인 블레이드 샤프트(20)와 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40) 사이의 최상층과 최하측에 볼베어링(50)을 구비하고 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 상기 메인 블레이드 기어(130)는 상기 발전장치(100)의 내부에서 상기 메인 블레이드 샤프트(20)를 중심에 두고 수직으로 설치되며, 상기 메인 발전장치(110)와 연결되어있다.
도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 상기 메인 블레이드(10)는 사용하는 환경 및 사용자의 요구에 따라서 상기 메인 블레이드(10)와 상기 저풍속 블레이드(30)의 개수와 규격, 각도를 달리하여 설치할 수 있다. 그리고 상기 메인 블레이드(10)와 상기 저풍속 블레이드(30)는 서로 다른 개수로 설치될 수도 있다.
상기 메인 블레이드(10)의 설치시 폭은 상기 저풍속 블레이드(30)가 차지하는 폭의 4배, 높이는 5배로 구비되는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 사용되는 장소의 환경적 특성에 따라서 그 크기, 폭과 높이의 비율은 변화 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 의한 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치의 작동방법과 효과에 대하여 자세히 설명한다.
종래기술에 의하면 최소 풍력 발전의 풍속은 4m/s의 바람을 기준으로 하여 풍력발전장치가 전기에너지를 생산하고 있다.
그러나 본 발명은 4~25m/s의 강한 바람이 불어오면 상기 메인 블레이드(10)가 영향을 받아서 상기 메인 블레이드(10)가 상기 메인 블레이드 샤프트(20)와 결합 되어 상기 메인 블레이드 샤프트(20)를 중심으로 회전을 하게 된다. 상기 메인 블레이드 샤프트(20)의 회전운동에너지는 상기 발전장치의 내부에서 상기 메인 블레이드 샤프트(20)의 하측에 수직으로 설치되어 있는 상기 메인 블레이드 기어(130)를 통하여 상기 메인 블레이드 기어(130)와 맞닿아 있는 곳에 상기 메인 발전장치(110)가 연결되어 있는데 이를 통하여 전기에너지를 생산하는 형식이다.
저풍속 발전은 1~4m/s의 약한 바람이 불어오게 되면 상기 메인 블레이드(10)로 바람이 불어오게 되고 상기 메인 블레이드(10)의 라운드를 따라서 상기 메인 블레이드(10)의 중앙부로 바람을 모아주게 된다. 그러면 상기 저풍속 블레이드(30)는 상기 메인 블레이드(10)를 통해 들어오는 바람과 상기 저풍속 블레이드(30)에 직접적으로 들어오는 바람을 통하여 상기 저풍속 블레이드(30)가 회전하게 된다. 상기 저풍속 블레이드(30)는 바람이 불어오게 되면 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)와 결합 되어있기 때문에 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)를 기준으로 회전을 하게 된다. 그러면 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)가 회전함에 따라서 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)의 상기 발전장치 내부에 있는 상기 저풍속 블레이드 발전장치(120)가 같이 작동하게 되어 전기에너지를 생산되는 형식이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 메인 블레이드(10)를 설치하는 것이 기본 형태로써 1~4m/s의 약한 바람은 상기 저풍속 블레이드(30)는 표면적이 작은 만큼 바람의 영향도 적게 받게 된다. 1~4m/s의 약한 바람이 불게 되면 상기 메인 블레이(10)드가 바람을 받아 상기 메인 블레이드 샤프트(20)가 있는 쪽으로 바람을 모아주는 역할을 하고 상기 저풍속 블레이드(30)가 바람을 받아 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)가 회전운동을 할 수 있도록 도와 준다. 또한, 4~25m/s의 강한 바람에서는 상기 메인 블레이드(10)가 직접 영향을 받아 상기 메인 블레이드 발전장치(110)가 작동하도록 하는 역할을 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 메인 블레이드(10)와 상기 저풍속 블레이드(30)를 다수개 설치함으로써 도 5에 도시된 바와 같은 기본형의 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치보다 상기 메인 블레이드(10)와 상기 저풍속 블레이드(30)의 바람을 받는 표면적이 증가 된다. 상기 메인 블레이드(10)와 상기 저풍속 블레이드(30)를 통하여 상기 메인 블레이드 발전장치(110)와 상기 저풍속 블레이드 발전장치(120)에서 전기에너지를 생산하기 위한 상기 메인 블레이드 샤프트(20)와 상기 저풍속 블레이드 샤프트(40)의 회전운동을 증가시켜준다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 메인 블레이드
20 : 메인 블레이드 샤프트
30 : 저풍속 블레이드
40 : 저풍속 블레이드 샤프트
50 : 볼베어링
100 : 발전장치
110 : 메인 발전장치
120 : 저풍속 블레이드 발전장치
130 : 메인 블레이드 기어

Claims (5)

  1. 풍력을 이용하여 회전할 수 있도록 설치되는 메인 블레이드; 및
    상기 메인 블레이드에 의한 기류가 집중되는 상기 메인 블레이드의 일측에 설치되어, 상기 메인 블레이드가 회전하기 위한 최소 풍속보다 적은 풍속에서도 회전할 수 있는 저풍속 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 블레이드는 샤프트의 수직 방향 단면이 'S' 형상을 가지도록 형성되고,
    상기 저풍속 블레이드는 상기 메인 블레이드의 샤프트에 인접한 지점에 설치되며, 상기 메인 블레이드와 동일한 방향으로 라운드지는 'S' 단면 형상으로 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저풍속 블레이드는 상기 메인 블레이드의 샤프트 상에서 중간 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 블레이드의 중심에 설치되어 샤프트을 이루는 샤프트;를 더 포함하고,
    상기 샤프트는,
    상기 메인 블레이드가 연결되어 상기 메인 블레이드와 함께 회전하는 메인 샤프트; 및
    상기 저풍속 블레이드가 연결되어 상기 저풍속 블레이드와 함께 회전하면서, 상기 메인 샤프트에 상대 운동할 수 있도록 연결되는 저풍속 블레이드 샤프트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인 샤프트에 연결되어, 상기 메인 샤프트로부터 동력을 전달받아 전기를 발생시키는 메인 발전장치; 및
    상기 저풍속 블레이드 샤프트에 연결되어, 상기 저풍속 블레이드 샤프트로부터 동력을 전달받아 전기를 발생시키는 저풍속 블레이드 발전장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 블레이드 수직형 풍력발전장치.
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