KR20180120869A - 수직축 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 수직축 풍력 발전기, 특히 부메랑 형태의 회전날개를 가지는 풍력발전기에 관한 것이다. 본 발명은 회전날개, 아암, 발전기, 발전기축, 지지대를 포함하여 구성되고, 회전날개에 상,하판이 구성되고, 몸체는 오목한 활 형태, 뾰족한 활 형태, 빗면을 포함하여 구성되는 부메랑 형태의 풍력발전기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 부메랑 형태의 회전날개에 항력, 양력, 바람의 압축과 같은 원리가 적용되어 회전효율을 극대화 시킬 수 있고, 구조가 간단하여 조립, 설치가 간단하여 경제가 효과가 있다.

Description

수직축 풍력발전기{vertical axis wind turbine}

본 발명은 수직축 풍력발전기, 특히 부메랑 형태의 회전날개를 가지는 풍력발전기에 관한 것이다.

풍력발전기는 바람에 의해 회전날개를 회전시켜 전기에너지를 생산하는 장치이다.

풍력발전기는, 대개의 경우, 날개의 회전축 방향에 따라 지면에 대하여 수직인 수직축 풍력발전기(vertical axis wind turbine)와 지면에 대하여 수평으로 설치된 수평축 풍력발전기(horizontal axis wind turbine)로 구분된다.

수평축 풍력발전기는 바람의 방향에 영향을 받기 때문에 일정한 방향의 바람이 꾸준히 불어올 때 가장 높은 효율을 얻을 수 있다. 그렇게 때문에

장소적 제약이 많은 단점이 있다.

이에 비해 수직축 풍력발전기는 바람이 불어오는 방향 어디든 상관 없이 발전

가능하기 때문에 바람의 방향이 수시로 바뀌는 지역에서도 가동율이 길어져

가장 많은 형태의 회전날개 형상을 변형하는 기술이 지속적으로 연구되고 있다.

상기와 같이 바람의 방향에 대응하기 위한 수직축 풍력발전기는 발전 효율을 높이기 위해 회전날개의 형상에 따라 항력형, 양력형 또는 하이브리드 형태를 적용하거나 바람안내장치 또는 바람 집진 장치를 별도로 설치한다.

그렇기 때문에 장소적 제약 없이 설치 가능한 장점에도 불구하고, 수직축 풍력발전기는 구조가 복잡하고, 이에 따라 제품 단가가 높고, 설치 비용이 커서 경제성이 낮은 문제가 있다.

따라서 경제성 있는 발전시스템으로 활용하기 위해서는 바람을 최대한 활용하고, 구조적으로 설치,조립이 간단할 뿐만 아니라 회전효율이 높은 형태의 풍력발전기 개발이 요구된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 풍향에 관계없이 기동되는 것으로 부메랑 형태의 회전날개에 항력과 양력의 힘이 작용하여 회전력을 향상 시키고, 구조가 간단한 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,상하 길이방향으로 형성되는 축(151)이 삽입된 발전기(150);상기 발전기에서 일정거리 이격 되며, 상하 길이 방향으로 형성되는 적어도 1개 이상의 회전날개(110,120,130); 상기 회전날개의 회전력을 발전기에 전달하는 복수개의 아암(140); 상기 발전기 축 및 회전날개가 지면으로부터 일정 높이 이상 위치되도록 지지하는 지면으로부터 수직인 지지대(160)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 회전날개(110)는 삼각 형태의 상판(111)과 하판(112)이 형성되고, 몸체(113)는 바람을 처음 맞이하는 측을 외측, 즉 외측에서 내측으로 오목한 활 형태(113a)가 형성되고, 상기 복수개의 암(140)과 결합되는 측을 내측, 즉 내측에서 외측으로 뾰족한 활 형태(113b)가 형성되고, 상기 각각의 활 형태의 끝점을 내측에서 외측방향 대각선으로 연결하면 빗면(113c)이 형성되어 부메랑 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부메랑 형태의 회전날개에

항력, 양력, 바람의 압축과 같은 원리가 적용되기 때문에 회전효율을 높이기 위해 별도의 장치를 구비하지 않아도 발전 효율을 극대화 할 뿐만 아니라 구조가 단순하고, 조립, 설치가 간단하여 설치 비용이 절감되는 경제적 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수직축 풍력발전기 사시도
도 2는 본 발명의 수직축 풍력발전기 정면도
도 3은 본 발명의 회전날개 분해도
도 4은 본 발명의 수직축 풍력발전기 평면도
도 5내지 7은 본 발명의 작용을 설명하기 위한 참조도

본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 형태로 실시 될 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하면 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 은 본 발명의 실시 예에 따른 수직축 풍력발전기에 대한 사시도와 정면도이다.

도 1내지 도 2에서 참조되는 바와 같이, 본 실시 예에 따른 풍력발전기는

회전날개(110,120,130) 아암(140), 발전기(150), 발전기 축(151), 지지대(160)등을 포함하여 구성된다.

지지대(160)는 본 발명의 수직축 풍력발전기를 지지하기 위한 구성으로 지면에 대하여 수직으로 하측이 고정되며, 상측에 상,하 길이방향으로 발전기 축(151)이 결합 된다.

상기 지지대와 축으로 결합된 발전기 하우징 상,하부면(152)에는 아암(140)이 복수 개 결합된다.

상기 회전날개(110,120,130)는 풍력을 회전력으로 전환시키는 역할을 수행하며, 3개로 구성되고, 상,하 길이 방향으로 형성되며, 상기 발전기(150)와 일정 거리 이격 되고, 상기 회전날개의 내측 면에서 발전기 방향으로 수직하게 복수개의 아암(140)이 결합되고, 상기 아암은 회전날개의 회전력을 발전기에 전달하는 역할을 수행한다.

물론, 회전날개의 개수는 실시하기에 따라 1개 이상이 될 수 있다.

또한, 상기 아암(140)은 회전날개(110,120,130)와 발전기(150)를 서로 일정하게 이격 된 상태로 회전 가능하게 연결시키면 구체적인 형태는 어떤 식으로 형성되어도 무방하다. 다만, 바람의 저항을 최소화 하기 위해 원형 파이프를 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 발전기(150)에 상,하 길이 방향으로 형성된 중심축(151)이 수직축 풍력발전기의 기준 축이 되며, 발전기 축(151)은 지면에 대하여 수직인 상기 지지대(160)와 결합하여 고정되고, 상기 아암(140)과 결합된 발전기의 하우징(152)이 회전하여 전력을 발생시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 회전날개 분해도이다.

상기 회전날개는(110,120,130)는 형태가 동일하다.

회전날개(110)는 상판(111),하판(112), 몸체(113)로 구성되며, 상,하판은 삼각 형태이고, 몸체는 바람을 처음 맞이하는 측을 외측이라 하고, 즉 외측에서 내측방향으로 오목하게 형성되는 활 형태(113a)와 아암(140)과 결합되는 측을 외측이라하고, 즉 내측에서 외측방향으로 뾰족하게 형성되는 활 형태(113b)와 내측에서 외측으로 빗면(113c)이 형성되어 부메랑 형태가 되는 특징이 있다.

도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 수직축 풍력발전기에 대한 평면도이고,

도 5내지 7은 본 발명의 작용을 설명하기 위한 참조도이다.

도 4에서 참조되는 바와 같이, 바람이 A방향에서 불어오다 B또는 C방향으로 바뀌어도 회전날개의 형태가 같으므로 방향의 전환 없이 회전하게 된다.

한편, 바람이 A방향에서 불어온다고 했을 때, 시차에 의해 제 1회전날개(110)가 회전을 시작하면, 제 2회전날개(120)와 제3회전날개(130)에 바람의 항력과 양력이 다르게 적용된다.

이하에서 회전날개에 적용되는 항력과 양력의 원리를 설명하면 다음과 같다.

제 1회전날개(110)에 있어서, 오목한 활 형태(113a)의 각도는 가상의 중심선을 기준으로 했을때, 기준선 좌측 오목한 부분과 우측 끝점의 각도는 42도 내지 82도로 중심선의 왼쪽에 치우쳐 형성되며, 항력이 적용되고, 반시계방향(일방향) 으로 회전하게 한다. 또한 상,하판이 바람을 압축하여 적은 에너지로 시동이 가능하게 되고,바람을 맞이하는 빗면(113c)도 항력이 적용되고, 뾰족한 활 형태(113b)은 바람의 반대방향에 형성되어 빠르게 지나가는 바람에 의해 양력이 발생되어 회전력을 높이게 된다.

회전하고 있는 제 2회전날개(120)에 있어서, 뾰족한 활 형태의 내측면(123b)은 항력이 적용되고, 오목한 활 형태의 면(123a)을 지나는 바람과 뾰족한 활 형태의 면을 지나오는 바람의 속도가 달라 바람의 반대 방향에 형성된 빗면(123c)은 압력차이로 양력이 적용된다.

회전하고 있는 제 3회전날개(130)에 있어서, 뾰족한 활 형태의 내측면(133c)에 흐르는 바람과 빗면(133b)을 통해 흐르는 바람의 속도가 다르기 때문에 바람의 반대 방향에 있는 오목한 활 형태의 면은 압력차이로 양력이 적용되고, 회전이 빠를수록 양력의 힘은 더욱 커지게 된다.

상기와 같은 본 고안은 효율을 극대화 했을 뿐 아니라 구조가 단순하고, 조립 및 설치가 간단한 특징이 있다.

100 : 부메랑 풍력발전기
110,120,130,: 회전날개
111 : 회전날개 상판,
112 : 회전날개 하판
113a,123a,133a : 오목한 활 형태
113b,123b,133b : 뾰족한 활 형태
113c,123c,133c : 빗면
140 : 아암
150 : 발전기
151 : 발전기 축
152 : 발전기 하우징
160 : 지지대

Claims (4)

1. 풍력을 회전력으로 전환시키는 부메랑 형태의 복수의 회전날개;
   상기 회전날개 내측 면에 구비되며, 상기 회전날개의 회전력을 발전기에
   전달하는 아암;
   상기 회전날개의 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전기;
   상기 발전기에 수직하게 구비되는 발전기 축;을 포함하며,
   상기 발전기 축은 지면에 수직하게 구비되는 지지대와 결합되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전날개에 삼각형의 상,하판이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 회전날개의 몸체는 상,하 길이방향으로 오목한 활 형태;
   상,하 길이방향으로 뾰족한 활 형태;
   상,하 길이방향으로 빗면;을 포함하여 부메랑의 형태가 되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기
4. 제 3항에 있어서, 상기 회전날개의 오목한 활 형태의 각도는 42도 내지 82도가
   되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전기

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