KR20180116613A - 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타워 상단에 설치되는 회동체와; 상기 회동체 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축; 상기 회전축 후단에 결합된 허브에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 다수의 블레이드; 및 상기 회동체 내부의 회전축 전단에 설치되는 발전기;를 포함하되, 상기 회동체의 전단이 원뿔 형상으로 이루어지며, 상기 블레이드는, 단면이 익형으로 전단에 상기 허브와 체결되는 허브 연결부가 구비되고, 블레이드의 폭이 중앙부분까지 전단에서 후단 방향으로 점차 넓어지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하고, 상기 블레이드는, 적어도 둘 이상 구성되며, 바람의 저항이 발생하는 블레이드의 한쪽 면에는 바람의 저항을 증폭시키기 위한 일정한 간격으로 형성된 격자 모양의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기{Wind Power Generator Having Back Blade}

본 발명은 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 블레이드를 회전체의 후방에 위치시키고 블레이드의 길이는 줄임과 동시에 폭을 넓힘으로써 풍력발전기의 전체 무게를 경량화하여 풍력발전기의 설치 및 유지 관리가 편리하도록 하는 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다.

또한, 풍력발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다.

이와 같은 풍력발전기는 일반적으로 소정 높이를 갖는 타워 상부에 회전 가능한 회동체를 구비하고, 상기 회동체에 풍력에 의해 회전되는 적어도 2개 이상의 블레이드를 등 간격으로 구비하며, 상기 블레이드의 회전력이 전기에너지를 얻기 위한 회전속도를 갖추게 하는 증속기를 포함하고, 상기 증속기를 통한 회전력을 전기에너지로 전환시키는 발전기로 구성된다.

그러나 풍력발전기를 건설하기 위해서는 단일 구조물로 블레이드의 길이가 90m이고, 그 중심을 80m 높이로 끌어올려야 하는데, 무게가 대략 35톤(ton)으로 초대형 크레인을 이용하여 산꼭대기나 해상의 아주 열악한 조건에서 건설하여야 하는 어려움이 있다.

이와 같이, 풍력발전기를 제조하여 설치 공간으로 이동하는 것도 매우 어렵지만 이동된 풍력발전기를 설치하는 과정은 더욱 어렵고 설치 기간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

또한, 외국에서 제작된 풍력발전기를 수입하므로 막대한 외화가 낭비되며, 설치되는 풍력발전기에서 소음이 크게 발생하므로 사람들의 주거 공간으로부터 멀리 떨어져 있는 곳에 설치하게 된다.

아울러, 수입한 풍력발전기의 주요 부품이 고장이 발생하는 경우, 외국에서 엔지니어가 직접 와서 수리를 하므로 시간과 경비가 많이 발생하고, 이에 따라 고장이 발생한 풍력발전기를 정지 상태로 장시간 방치하여 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1528500호(등록일자 2015.06.08.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 타워 상단에 설치된 회동체 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축과 회전축 후단에 구비된 허브에 결합되어 회전축을 회전시키는 다수의 블레이드 및 회전축 전단에 설치되는 발전기를 포함하고, 블레이드는 단면이 익형으로 전단에 상기 허브와 체결되는 허브 연결부가 구비되며, 블레이드의 폭이 중앙부분까지 전단에서 후단 방향으로 점차 넓어지는 형상으로 이루어진 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회동체 후단에 설치되는 블레이드는 적어도 둘 이상 구성되며, 바람의 저항이 발생하는 블레이드의 한쪽 면에는 바람의 저항을 증폭시키기 위한 일정한 간격으로 형성된 격자 모양의 돌출부가 형성된 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회동체 후단에 설치되는 블레이드는 적어도 둘 이상 구성되며, 바람에 의해 블레이드가 바람의 반대 방향으로 움직이려는 성질을 가지고 있다. 기존의 전 방향 블레이드도 바람의 반대 방향으로 움직이려는 성질이 있는데 이런 힘에 반하여 블레이드를 전반부로 회전시켜야 한다. 본 발명에서는 이런 성질로 인해 에 블레이드가 후반부로 가려는 경향이 있으므로 바람의 반대 방향으로 바꾸는데 적은 힘으로 가능하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기는 타워 상단에 설치되는 회동체와; 상기 회동체 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축; 상기 회전축 후단에 결합된 허브에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 다수의 블레이드; 및 상기 회동체 내부의 회전축 전단에 설치되는 발전기;를 포함하되, 상기 회동체의 전단이 원뿔 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 블레이드는, 단면이 익형으로 전단에 상기 허브와 체결되는 허브 연결부가 구비되고, 블레이드의 폭이 중앙부분까지 전단에서 후단 방향으로 점차 넓어지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 블레이드는, 적어도 둘 이상 구성되며, 바람의 저항이 발생하는 블레이드의 한쪽 면에는 바람의 저항을 증폭시키기 위한 일정한 간격으로 형성된 격자 모양의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 회동체는, 원뿔 모양의 전단 끝 부분이 상기 회동체의 하단부 방향으로 기울어져 회동체 전단에 바람의 저항이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 타워 상단에 설치된 회동체 내부에 설치되는 회전축 후단에 다수의 블레이드를 설치함으로써, 강한 바람에 의해 블레이드가 후방으로 휨으로 타워와 충돌하는 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 블레이드의 단면이 익형으로 블레이드가 회동체 후방에 위치함으로써, 충돌의 위험이 없으므로 블레이드의 길이를 줄이고 블레이드의 넓이가 바깥으로 가면서 넓어지도록 설계할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 블레이드의 길이를 줄임으로써, 풍력발전기의 전체 크기와 무게를 줄일 수 있기 때문에 제조 기간 및 단가, 운반 및 설치하는 건설비를 크게 줄일 수 있고, 설치된 풍력발전기를 유지 관리하는 비용 또한 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기의 외관 형상을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기의 외관 형상을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 형상을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 A-A선 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 B-B선 단면 형상을 나타낸 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 이하에 설명되는 본 발명의 특정한 구조 또는 기능들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위해 예시된 것으로서, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기의 외관 형상을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드의 형상을 나타낸 예시도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기(100)는, 블레이드(40)가 회동체(20) 후방에 위치하도록 설치되어 타워(10)에 충돌의 위험이 없기 때문에 블레이드(40)의 길이를 줄이고, 블레이드(40)의 넓이가 바깥으로 가면서 넓어지도록 설계할 수 있다. 여기서, 일반적인 풍력발전기는 타워의 높이가 대략 82m이고, 무게는 대략 180톤이며, 회동체의 무게는 대략 80톤이고, 블레이드의 총 무게는 대략 35톤이며, 개별 블레이드는 11톤이며, 블레이드의 길이는 대략 46.2m이고, 풍력발전기의 총 무게는 대략 300톤으로 설계된다.

본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기(100)는 타워(10) 상단에 설치되는 회동체(20)와, 상기 회동체(20) 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축(30), 상기 회전축(30) 후단에 결합된 허브(42)에 결합되어 상기 회전축(30)을 회전시키는 다수의 블레이드(40), 및 상기 회동체(20) 내부의 회전축(30) 전단에 설치되는 발전기(50)를 포함한다. 여기서, 상기 회동체(20)의 전단이 바람의 저항을 최소화시킬 수 있도록 원뿔 형상으로 예를 들어 유선형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 풍력발전기(100)는 타워(10)의 높이가 대략 42m이고, 무게는 대략 70톤으로 일단 또는 삼단으로 설계되며, 블레이드(40)의 길이는 대략 24m이고, 무게는 대략 17톤으로 개당 무게는 5톤으로 설계된다.

상기 블레이드(40)는, 적어도 둘 이상 구성되며, 그 단면이 익형으로 전단에 상기 허브(42)와 체결되는 허브 연결부(44)가 구비되고, 블레이드(40)의 폭이 중앙부분까지 전단에서 후단 방향으로 점차 넓어지는 형상으로 이루어진다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기의 외관 형상을 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 형상을 나타낸 예시도이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기(100)는 타워(10) 상단에 설치되는 회동체(20)와, 상기 회동체(20) 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축(30), 상기 회전축(30) 후단에 결합된 허브(42)에 결합되어 상기 회전축(30)을 회전시키는 다수의 블레이드(40), 및 상기 회동체(20) 내부의 회전축(30) 전단에 설치되는 발전기(50)를 포함한다.

여기서, 상기 회동체(20)는 원뿔 모양의 전단 끝 부분이 상기 회동체의 하단부 방향으로 기울어져 회동체(20) 전단에 바람의 저항이 발생하도록 하여 풍력발전기(100)의 무게 중심을 회동체(20)의 전단으로 분산시킬 수 있게 된다.

상기 블레이드(40)는, 적어도 둘 이상 구성되며, 그 단면이 익형으로 바람의 저항이 발생하는 블레이드(40)의 한쪽 면에는 바람의 저항을 증폭시키기 위한 일정한 간격으로 형성된 격자 모양의 돌출부(46)가 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기(100)는 블레이드(40)의 길이를 줄임으로써, 풍력발전기(100)의 전체 크기와 무게를 줄일 수 있기 때문에 제조 기간 및 단가, 운반 및 설치하는 건설비를 크게 줄일 수 있고, 설치된 풍력발전기를 유지 관리하는 비용 또한 줄일 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 A-A선 단면 형상을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드의 B-B선 단면 형상을 나타낸 단면도이다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드(40)는 A-A선 단면 형상에서 27도 기울어져 구성되고, B-B선 단면 형상에서 45도 기울어져 구성되며, 허브 연결부(44)의 전단(미도시)에서 대략 90도까지 기울어져 구성되는 것이 바람직하다.

상기 블레이드(40)의 바람에 의한 영향은 바람의 세기가 강해지면 블레이드(40)의 끝이 중심축에서 바깥 방향으로 멀어지므로 블레이드(40)의 충돌 가능성이 최소화되며, 그리고 바람의 속도가 너무 빠르면 블레이드(40)가 휘어져 중심축에서 멀어지고, 풍력효율이 떨어져서 안정적인 회전 운동을 유도하며, 바람의 속도가 감소하면 휘어진 것이 다시 돌아와 효율이 높아지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 풍력발전기의 문제점을 개선한 것으로, 종래의 블레이드는 그 길이가 대략 90m이며, 타워 전단에 설치되어 휨이 적어야 하므로 블레이드의 장력이 상당히 강하고, 탄성이 커서 무게가 대략 35톤으로 많이 나가게 된다.

또한, 자연적인 풍속에 의한 블레이드의 회전력은 그 속도가 일정치 않아 발전기에 과부하가 발생하기도 하는데, 이는 갑작스런 돌풍 또는 강풍이 발생하였을 시, 풍력발전기의 블레이드 회전속도가 증속되어 발전기에 과부하를 발생시키게 된다.

이로 인해, 발전기의 과열로 화재가 발생하는 등의 안전사고 위험이 있으며, 전체적인 풍력발전기의 수명을 단축시키게 되고, 풍력발전기의 교체를 위한 비용 및 인력이 소모되는 등의 문제점이 지속적으로 발생하고 있다.

따라서, 본 발명은 다수의 블레이드를 회전체의 후방에 위치시키고 블레이드의 길이는 줄임과 동시에 폭을 넓힘으로써, 풍력발전기의 전체 무게를 경량화하여 풍력발전기의 설치 및 유지 관리가 매우 편리하고, 소음이 감소되며 풍력발전기 출력 효율이 종래 풍력발전기와 동일하거나 증가 시킬 수 있다.

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. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 풍력발전기 10: 타워
20 : 회동체 30 : 회전축
40 : 블레이드 42 : 허브
44 : 허브 연결부 46 : 돌출부

Claims (4)

1. 타워 상단에 설치되는 회동체와;
   상기 회동체 내부에 수평 방향으로 설치되는 회전축;
   상기 회전축 후단에 결합된 허브에 결합되어 상기 회전축을 회전시키는 다수의 블레이드; 및
   상기 회동체 내부의 회전축 전단에 설치되는 발전기;를 포함하되,
   상기 회동체의 전단이 원뿔 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드는,
   단면이 익형으로 전단에 상기 허브와 체결되는 허브 연결부가 구비되고,
   블레이드의 폭이 중앙부분까지 전단에서 후단 방향으로 점차 넓어지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드는,
   적어도 둘 이상 구성되며,
   바람의 저항이 발생하는 블레이드의 한쪽 면에는 바람의 저항을 증폭시키기 위한 일정한 간격으로 형성된 격자 모양의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 회동체는,
   원뿔 모양의 전단 끝 부분이 상기 회동체의 하단부 방향으로 기울어져 회동체 전단에 바람의 저항이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 후방에 블레이드가 구비된 풍력발전기.

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