KR20190007192A - 소형풍력발전기용 가변날개 및 보조날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형풍력발전기용의 블레이드에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)에 관한 것으로서;
풍속이 약할 때 바람의 양을 최대한 모으도록 모멘트가 가장 큰 위치로 집중되게 하여 블레이드(30)의 회전력을 높이는 가변날개(10)와, 상기 가변날개 뒤쪽으로 흐르는 바람의 저항에 의해 회전하는 보조날개(20)로 인해 상기 두 날개가 구비된 블레이드(30)의 배가된 회전력이 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)에 전해지는 토오크를 높혀, 지속적이고 안정적인 발전이 가능해지는 것과;
풍속이 강할 때 상기 두 날개 중 가변날개(10)는 바람이 부는 반대방향으로 그 날개 자체의 기울기가 소정의 각도로 기우러지며 날개에 접촉되는 바람의 저항이 감소되어, 상기 가변날개(10)가 구비된 블레이드(30)의 회전력이 감소됨으로써 나셀(70) 내부의 발전기에 전해지는 토오크가 낮아지며 발전기의 발전 상태가 안정적으로 유지되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 구성은, 횡방향의 거치대((40)와, 사선방향의 지지대(50)를 포함하여; 'T'자 형의 타워(60)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

소형풍력발전기용 가변날개 및 보조날개{omitted}

본 발명은 소형 풍력발전기용의 블레이드에 구비된 이중날개에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바람의 세기에 따라 유동적으로 변하는 가변날개 및 가변날개 뒤쪽으로 흐르는 바람에 접촉되어 이중으로 회전되는 보조날개로 인하여 결과적으로 상기 두 날개가 구비된 블레이드의 회전력이 나셀 내부에 비치된 발전기에 연계되어 안정적인 발전이 유지되는 것에 관한 것이다.

최근 대기오염 및 미세먼지 등으로 친환경 신재생에너지의 중요성이 부각되고 있다. 태양광, 조력, 풍력 등과 같은 청정 에너지원을 통한 공급 및 발전 설비가 날로 그 중요성을 더해가고 있는 추세다.

풍력발전은 바람의 의해 로터와 결합된 블레이드를 회전시키고, 상기 블레이드와 결합된 회전축의 바람에너지를 회전에너지로 변환시키며, 이러한 회전에너지를 풍력발전기의 나셀 내부에 구비된 다수의 기계부품들을 통하여 전기에너지로 전환하는 것이다.

풍력발전기는 대체로 회전 날개, 변속 장치. 발전기의 세 부분으로 구성된다.

종래의 풍력발전 장치는 수평형과 수직형으로 대별되는데, 본 발명은 수평형의 업 윈드 방식이라고 할 수 있다.

업 윈드 방식은 블레이드가 바람이 불어오는 방향을 기준으로 전단에 설치되는 구조로, 블레이드에 가장 먼저 입수되는 바람이 날개에 부딪히기 때문에 회전력이 좋고, 따라서 로터의 회전축과 결합된 발전기의 구동이 용이해서 발전의 효율성이 다른 신재생에너지의 설비보다 뛰어나다는 장점을 가진다.

그러나 업 윈드 방식은 바람이 불어오는 방향에 대한 나셀의 적응성이 떨어지고, 바람이 너무 강할 경우 블레이드가 휘어져 타워와 충돌할 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기 업 윈드 방식은 블레이드의 회전에 따른 소음이 지나치게 크다는 문제점이 있다. 그 결과, 산지나 농촌, 어촌 등 주민이 인접한 지역에서는 설치 및 가동상의 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 풍력발전기의 핵심이랄 수 있는 종래의 블레이드와는 차별화되도록 바람의 세기에 따라 유동적으로 대응할 수 있는 이중날개(가변날개 및 보조날개)를 안출하여 최적의 발전 상태를 유지할 수 있도록 함은 물론, 종래의 풍력발전장치에 제공되는 날개를 대폭 짧게 구성함으로써 저주파의 소음까지 저감시키는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바람의 세기에 따라 대응되도록 이중날개를 제공하여 미풍 및 강풍에서도 전력생산을 최적의 상태로 유지할 수 있는, 차별화된 날개를 제공할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 블레이드의 회전에 따른 소음 및 나셀 내부의 기계적인 소음을 저감할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 종래의 회전날개는 일반적으로 바람의 세기에 따라 최적화되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 바람이 약할 때는 바람을 모으고, 바람이 강할 때는 반대로 회전되는 날개에 부딪히는 바람의 저항을 분산시키는 가변날개와, 그리고 상기 가변날개 뒤쪽으로 흐르는 바람의 접촉에 의해 회전되는 보조날개로 인하여 상기 두 날개가 구비된 블레이드에 이중의 회전력을 전달함으로써 로터의 회전축과 결합된 발전기의 구동 상태가 정격으로 유지될 수 있어 안정적인 발전이 가능하게 되는 것이다.

다수개의 블레이드(30)에 구비된 상태로 풍력에 의해 회전되며 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)의 구동을 정격으로 유지되도록 한 가변날개(10) 및 보조날개(20)에 있어서,

일정 방향으로 비틀어져 경사진 블레이드(30)의 배면 일측 단부와 타측 단부에 길이부의 가변날개(10) 및 보조날개(20)가 구비되고;

상기 일정 방향으로 비틀어져 경사진 블레이드의 배면 일측 단부와 타측 단부에 이중의 날개가 구비되되, 상기 이중날개는 블레이드(30)의 상면과 하면에 위치되도록 구비되며;

바람직하게, 날개에 접촉하는 바람이 약한 경우에는 바람의 양을 모멘트가 가장 큰 위치로 집중되게 하여 블레이드(30)의 회전력을 증가시킴과 아울러, 바람이 강할 때는 바람이 부는 반대방향으로 날개의 기울기가 소정의 각도로 기우러져 그 저항을 감소시키는 역할의 가변날개(10)와;

상기 가변날개(10) 뒤쪽으로 흐르는 바람의 접촉에 의한 회전으로 블레이드(30)의 회전력을 증가시키는 역할의 보조날개(20)를 포함하여;

바람직하게, 상기와 같은 구성의 업 윈드 방식인 본 발명은 블레이드를 포함한 이중의 날개가 길지 않아, 종래 날개가 길어 필연적으로 발생되는 풍력발전장치의 최대의 단점이랄 수 있는 소음을 대폭 저감할 수 있는 수단까지 강구되는 것이다.

본 발명은 소형 풍력발전기의 블레이드(30)에 구비되는 이중날개에 관한 것으로서, 바람의 세기에 따라 상기 블레이드에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)에 의해 미풍 및 강풍에서도 정격의 발전 상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.

상기와 같은 구성으로 인해, 본 발명은 종래 해상 및 해안가, 높은 산지 등에 주로 설치되는 풍력발전기의 설치 저변을 넓힐 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 소형의 풍력발전 장치는 종래의 대형 및 소형발전기보다 날개의 길이가 더욱 짧아지는 특성으로 인하여 설치 후의 유지 관리 및 소음이 감소되는 효과를 아울러 가지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 다수개로 이루어지는 소형의 풍력발전 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 풍력발전 장치를 나타낸 부분별 사시도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 블레이드에 구비된 가변날개 및 보조날개에 대한 정면도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 가변날개를 나타낸 측면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 'T'자형 타워로 구성된 다수개의 소형 풍력발전 장치의 사시도이고, 도 2는 일실시 예에 따른 소형 풍력발전 장치에 대한 부분별 사시도이며, 도 3은 일실시 예에 따른 블레이드에 구비된 가변날개 및 보조날개에 대한 정면도이고, 도 4는 일실시 예에 따른 가변날개에 대한 측면도이다.

본 발명에 따른 소형의 풍력발전 장치는 블레이드(30)에 구비되는 가변날개(10) 및 보조날개(20)를 근간으로 로터(90)와 결합하는 나셀(70), 나셀을 지면으로부터 지지하는 'T'자 형의 타워(60)로 구분된다.

또한, 상기 타워(60)에는 가로방향의 거치대(40)와, 거치대를 지탱하는 사선방향의 지지대(50)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 가로방향의 거치대 상단부에 예정된 다수개 또는 그 이상의 발전장치가 더 구성될 수 있다.

본 발명은 소형의 풍력발전기용 블레이드(30)에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)에 관한 것으로, 가변날개는 날개에 접촉하는 바람의 양을 모아지게 유도하여 모멘트가 가장 큰 위치로 집중되게 함으로써 블레이드의 회전력을 높이는 한편, '베츠의 법칙'에 따라 회전하는 블레이드 뒤쪽으로 흐르는 바람에 의한 보조날개의 회전은 상기 두 날개가 구비된 블레이드(30)의 회전력을 이중으로 배가시키는 역할을 하게 되는 것이다.

더욱 상세하게, 상기와 같이 안출된 이중의 날개는, 날개에 접촉되는 바람이 약하면 블레이드(30)의 회전속도가 낮게 되어 로터(90)의 회전축(미도시)과 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)의 구동력이 떨어져 발전의 최적 상태를 유지하기가 어렵고, 그 반대의 경우 즉, 바람이 강하게 불면 블레이드의 원심력이 너무 강해 회전하는 블레이드 자체는 물론 로터의 회전축과 결합된 나셀 내부의 기계적 부품들의 마모에 대한 안전성의 확보가 필요해진다.

이를 위해, 일정 방향으로 비틀며 경사지게 형성된 블레이드(30)의 배면 일단부에 가변날개(10)가 구비되고, 타단부에 보조날개(20)가 구비되어 날개에 접촉하는 바람의 양이 적은 경우에 모멘트가 가장 큰 위치로 바람을 유도하여 집중되게 하는 역할의 가변날개(10)와, 가변날개 뒤쪽으로 흐르는 바람의 접촉을 받는 보조날개(20)에 의해 상기 두 날개가 구비된 블레이드(30)의 회전력이 배가되는 것이다.

바람직하게, 또한 상기 두 날개 중 가변날개(10)는 태풍 및 강풍 등 바람의 세기가 너무 강한 경우에 가변날개에 접촉하는 바람의 반대 방향으로 날개의 기울기가 비스듬하게 기울어지는 작용으로 인해 바람의 저항이 최소화되어 블레이드(30)의 안정적인 회전뿐만 아니라 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시) 및 기계적 부품들의 안전성도 유지되는 것이다.

바람직하게, 또한 상기 가변날개(10)의 뒤쪽으로 흐르는 바람의 접촉을 받아 회전하는 보조날개(20)의 회전은, 블레이드(30)의 회전을 증가시킴은 물론, 타워(60)에 부딪혀 나셀(70) 후방에서 발생하는 와류의 중심을 가로지르면서 그 저항을 분산시켜, 블레이드(30) 자체뿐만 아니라 로터(90)와 결합된 나셀(70)내부의 발전기 및 기계적 부품들을 아울러 보호하는 역할을 하게 된다.

바람직하게, 상기 블레이드(30)의 재질은 강도가 인성이 우수하고, 가벼운 강화플라스틱(FRP)이나 테트론과 같은 합성 섬유 등을 이용하여 바람의 저항을 충분히 받아 회전 날개에 대한 회전력이 증가될 수 있도록 제작됨이 요구된다.

바람직하게, 상기 블레이드(30)에 구비되는 이중의 날개 중 가변날개(10)는, 입수되는 바람이 미풍일 때와 강풍일 때에 자체적인 유동성을 확보하기 위하여 특별히 탄성부의 소재로 형성함이 타당하다.

상기의 탄성부재(폴리프로필렌수지)는 재질이 강도가 인성이 우수하고, 표면적이 매끄러운 소재로서, 예정된 소정의 평판을 블레이드(30)의 길이부로 절단하고, 그리고 소정의 높이로 재단한 다음, 일정 방향으로 접은 뒤 펼치면, 그 접힌 방향으로 바람의 세기에 따라 유동성이 예정되는 파단선(10-1)이 형성된다

따라서, 상기 파단선(l0-1)이 형성된 가변날개(10)를 일정 방향으로 비틀어져 경사진 블레이드의 배면 일측 단부에 구비하면, 바람이 강하게 불면 바람이 부는 반대편 방향으로 가변날개의 기울기가 비스듬하게 기우러지며 바람의 저항이 최소화 되고, 반대로 바람이 약하게 불면 가변날개(10)는 기울기가 파단선(10-1) 방향으로 원위치 되면서 바람의 저항을 많이 받아 블레이드의 회전력이 회복되는 것이다.

여기서, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 사시도로서, 타워(60), 거치대(40), 지지대(50)로 구성될 수 있다.

타워(60)는 통상적으로 한 개의 나셀(70)을 지면으로부터 지지하는 구성이나, 본 발명에서는 다수개의 나셀로 구성될 수 있는 'T'자 형의 타워(60)를 특징으로 한다.

즉, 상기의 같은 구성을 위해 수직의 타워(60)를 축으로 가로 방향의 거치대(40)와, 사선 방향의 지지대(50)로 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 부분별 사시도로서, 허브(80), 로터(90), 로터 외면의 블레이드(30) 및, 블레이드에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)로 구성될 수 있다.

도 3은 바람직한 일실시 예에 따른 블레이드(30)에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)가 도시된 정면도로서,

상기 가변날개(10) 및 보조날개(20)는 일정 방향으로 비틀어져 경사진 배면의 블레이드(30)를 중심으로 그 일단부와 타단부에 길이부로 구비되되, 블레이드(30)의 상면과 하면에 구성될 수 있다.

도 4는 바람직한 일실시 예에 따른 본 발명의 블레이드(30) 일측 단부에 구비될 가변날개(10)에 대한 측면도로서,

상기 가변날개(10)는 바람의 세기에 따라 유동적이 되도록 탄성부재로 형성될 수 있음은 전술한 바, 탄성부재의 일 단면을 기준으로 길이부의 파단선(10-1)이 형성될 수 있다.

즉, 상기의 파단선을 기준으로 바람의 세기에 따라 일정 방향(화살표)으로 유동적인 기울기를 반복한다.

바람직하게, 종래의 소형 풍력발전기용에 사용되는 블레이드는 대형의 풍력발전기에 사용되는 날개보다 그 길이가 짧게 구성된다는 것은 공지의 사실인바,

그러나 본 발명에서 구현하는 블레이드(30)는 상기 종래의 소형 풍력발전기에 사용되는 블레이드보다 그 길이가 더 짧게 구성된다는 점이 특성이라고 할 수 있다.

즉, 허브((80)를 중심으로 로터(90) 외면에 구비되는 각각의 날개 길이가 약 50센티미터 미만으로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기와 같은 안출은 본 발명이 업 윈드 방식의 풍력발전 장치로서, 전방에서 바람이 입수되면 블레이드(30)에 구비된 가변날개(10)에 가장 먼저 접촉하여 회전이 시작되고, 이 때 뒤쪽으로 통과하는 바람은 상기 가변날개(10) 뒤쪽의 보조날개(20)에 접촉하여 회전되면서 결과적으로 상기 두 날개가 구비된 블레이드(30)의 회전력이 증가되는 것이다.

따라서, 본 발명은 종래의 소형의 풍력발전기에 사용되는 날개보다 그 길이가 짧아지는 경우라도, 블레이드(30)에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)로 인하여 블레이드(30)의 회전력이 배가됨으로써 발전의 최적 상태를 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 블레이드(30)에 구비된 가변날개(10) 및 보조날개(20)의 길이가 대폭 짧아지는 것으로 인하여 종래 풍력발전 장치의 치명적인 단점이랄 수 있는 저주파 소음을 대폭 저감하는 효과도 아울러 가져올 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것으로서, 따라서 본 발명에 개시된 바람직한 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정한 것이 아니어서, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100; 소형 풍력발전기용 가변날개 및 보조날개
10; 가변날개, 10-1 파단선
20; 보조날개
30; 블레이드
40; 거치대
50; 지지대
60; 타워
70; 나셀
80; 허브
90; 로터

Claims (3)

1. 다수개의 블레이드(30)에 구비된 상태로 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)에 전해지는 토오크를 안정적으로 유지되도록 한 가변날개(10) 및 보조날개(20)에 있어서,
   상기 가변날개(10)는 미풍일 때는 입수되는 바람의 양을 최대한 모아지게 유도하여 블레이드(30)의 회전력을 높이는 것과 아울러, 가변날개(10) 뒤쪽으로 흐르는 바람의 저항으로 회전하는 보조날개(20)에 의해 상기 두 날개가 구비된 블레이드(30)에 이중의 회전력을 제공함으로써, 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)의 발전 상태가 정격으로 유지되고;
   그리고 풍속이 강풍일 경우에 가변날개(10)는 입수되는 바람의 반대 방향으로 그 날개 자체의 기울기가 소정의 각도로 기울어지며 바람의 저항을 적게 받아, 상기 가변날개가 구비된 블레이드(30)의 회전상태가 정격으로 유지되어 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기(미도시)의 발전 상태가 양호하게 유지되는 것을 특징으로 한다.
2. 제 1항에 있어서,
   다수개의 블레이드(30)에 구비된 상태로 로터(90)와 결합된 나셀(70) 내부의 발전기에 전해지는 토오크를 안정적으로 유지되도록 한 가변날개(100 및 보조날개(20)에 있어서,
   상기와 같은 구성은, 횡방향의 거치대(40)와, 사선방향의 지지대(50)를 포함하여; 'T'자 형의 타워(60)로 구성되는 것을 특징으로 하며,
3. 제 2항에 있어서,
   상기 'T'자 형의 타워(70)에는, 예정된 다수개 또는 그 이상의 다수개의 소형의 풍력발전장치가 더 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Images