KR20220019987A

KR20220019987A - 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈

Info

Publication number: KR20220019987A
Application number: KR1020200100356A
Authority: KR
Inventors: 안강선; 임석택; 이인천
Original assignee: 글로벌피어스 주식회사
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2022-02-18

Abstract

본 발명은 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈에 관한 것으로, 터빈 날개가 중공구조를 가지며, 외부에 그루브(groove)가 형성되고 내부에 보강리브(reinforced rib)가 형성됨으로써, 경량화를 구현하고 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있으며, 가이드 베인에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어 로터부의 회전력을 향상시킬 수 있다.

Description

상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈{GROOVE TYPE WIND TURBINE WITH CONTRA-ROTATING}

본 발명은 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 터빈 날개(turbine blade)가 중공구조를 가지며, 그 터빈 날개 외부에 그루브(groove)가 형성되고 내부에 보강리브(reinforced rib)가 형성됨으로써, 경량화를 구현하고 더욱 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜서 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있으며, 가이드 베인(guide vane)에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어 로터부의 회전력을 향상시킴으로써, 발전 효율을 높일 수 있는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈에 관한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 풍력에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말한다.

풍력발전기는 보통 설치대에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 회전되게 장착되어 외력에 의해 회전하는 회전축과, 그 회전축과 함께 회전하는 회전자로 구성된다.

고정자와 회전자는 발전코일 혹은 영구자석으로 이루어지고, 발전코일과 영구자석은 각각 다수의 권선으로 이루어지는 코일과, 다수의 영구자석 조각이 일정한 피치로 배열되도록 구성된다.

상기 회전축이 풍력에 의해 회전하면, 상기 회전축에 결합된 발전코일 또는 영구자석이 회전하면서, 상기 영구자석에서 발생하는 자기장에 의해 상기 코일 내부에 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 법칙을 플레밍의 오른손 법칙이라 한다.

풍력발전기는 발전기를 구동하는 회전축의 방향에 따라 크게 수평으로 설치되는 수평축 풍력발전기와, 수직으로 설치되는 수직축 풍력발전기로 분류될 수 있는데, 풍력을 회전력으로 변환시키는 풍력 터빈 날개의 형상에 따라 항력을 이용하는 사보니우스형(savonius type)과, 양력을 주로 이용하는 다리우스형(darrieus type)과, 항력과 양력을 동시에 이용하는 에어로 포일(aerofoil type)로 구분된다.

이 중 사보니우스형은 네덜란드 사람 사보니우스의 이름을 딴 것으로서, 반 원통형인 2장 날개로 구성되며, 마주보는 날개에 서로 다르게 원주 방향으로 다소 중첩되는 부분을 남겨서 엇갈리게 조합한 구성이다.

이러한 구성에 따라 두 날개 사이를 빠져나가는 바람을 반대쪽 날개 뒷면에 흘러들어가게 함으로써, 회전 방향으로 작용하는 항력을 발생시킴과 동시에 전연부의 마찰저항을 감소시켜 회전력을 향상시킨다.

그리고 다리우스형은 프랑스인 다리우스에 의해 발명된 풍력 터빈이며, 터빈 날개의 수는 2~3개가 일반적이고, 항력을 이용하는 사보니우스형과 달리 양력을 이용하기 때문에 회전수가 매우 큰 것이 특징이다.

그러나 상기와 같이 항력이나 양력 어느 한 가지만을 이용하는 풍력발전기는, 풍력이 비교적 약한 지역에 속하는 우리나라에 설치될 경우, 최저 기동속도(stall speed)가 상대적으로 높을 뿐만 아니라, 발전 효율이 매우 낮기 때문에, 이들 항력과 양력을 동시에 이용하고, 회전력을 발생시키는 터빈 날개 회전각을 증가시킬 뿐만 아니라, 풍력 터빈 배기 영역에서 발생하는 와류를 신속하게 제거시키는 구조의 터빈 날개를 선택해야 한다.

종래 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈은, 터빈 날개가 중량(重量) 구조로 형성되고 직립도를 유지하지 못하여 회전 편심을 유발함으로써, 발전 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.

이에 따라, 항력과 양력을 복합한 회전력을 이용하는 에어로 포일형 등의 풍력발전기도 제안되었지만, 이 또한 미미하여, 우리나라와 같이 풍력이 비교적 약한 지역에서 기존 에어로 포일형 더욱더 많은 항력을 발생시키기 위한 터빈 날개를 구비하는 풍력발전기의 필요가 절실히 요구되고 있다.

국내 공개특허 제10-2011-0069938호

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터빈 날개가 중공(中空) 구조를 가지며, 외부에 그루브(groove)가 형성되고 내부에 보강리브(reinforced rib)가 형성됨으로써, 경량화를 구현하고 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있으며, 가이드 베인에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어, 로터부의 회전력을 향상시킬 수 있는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈은 수직으로 설치되어 풍력에 의해 한 방향으로 회전력을 발생시키는 제1 풍력 터빈유닛; 상기 제1 풍력 터빈유닛과 동일 회전축 상에 배열되며, 상기 제1 풍력 터빈유닛과 반대로 설치되어 역방향으로 회전력을 발생시키는 제2 풍력 터빈유닛; 및 상기 제1 및 제2 풍력 터빈유닛 사이에 마련되며, 상기 회전축과 연결되어 전기를 생산하는 발전부를 포함하며, 상기 제1 풍력 터빈유닛은, 풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인과, 상기 다수의 가이드 베인을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판을 구비하는 루버부(원통 프레임); 및 상기 루버부 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개와, 상기 터빈 날개를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판을 구비하는 로터부; 를 포함하며,

상기 제2 풍력 터빈유닛은, 풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인과, 상기 다수의 가이드 베인을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판을 구비하는 루버부(원통 프레임); 및 상기 루버부 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개와, 상기 터빈 날개를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판을 구비하는 로터부; 를 포함하되,

상기 회전축의 중간에는 타이어 커플링이 설치되어 상기 회전축의 회전 중심이 일치하도록 하며,

상기 터빈 날개는 중공구조를 가지며, 외부에 그루브가 형성되고 내부에 보강리브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부 사이에 연결 지지대가 설치되어, 상기 루버부 간의 동심을 일치시키고 기울어짐을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부는 수직 폴대에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부의 상하면에는 회전축 지지 브래킷이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터빈 날개는 중공구조 및 상기 보강리브에 의해서, 경량화와 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 루버부는 상기 가이드 베인을 통해서 내측으로 풍력을 유도하며, 상기 로터부는 중심에 상기 발전부와 연결되는 회전축이 결합되어, 상기 루버부로부터 유도되는 풍력에 의해 발생하는 양력과 항력 및 와류를 동시에 받아 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 베인은 풍력 유입방향을 기준으로 하여, 상기 터빈 날개의 회전방향으로 43°내지 47°의 각도로 만곡되어 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터빈 날개는 중간 부분에서 양쪽부분으로 갈수록 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 터빈 날개가 중공구조를 가지며, 외부에 그루브(groove)가 형성되고 내부에 보강리브(reinforced rib)가 형성됨으로써, 경량화를 구현하고 더욱 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있으며, 가이드 베인에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어, 로터부의 회전력을 향상시킴으로써, 발전 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 터빈 날개가 알루미늄 압출이나 FRP로 제작될 수 있으므로, Al 60 계열, 아노다이징 표면 처리하여 강성을 향상시키고, 생산성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 타이어 커플링을 채용함으로써, 회전축 중심이 정확히 일치하지 않는 경우에도 회전축의 편심을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 결합 사시도
도 2는 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 분리 사시도
도 3은 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 측면도
도 4는 도 3의 A-A선 단면도
도 5는 본 발명의 터빈 날개를 도시한 단면도

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써, 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시 한다.

또한, 각 구성 요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)") 등과 같은 용어들에 관하여 본원 발명에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 결합 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 분리 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈을 도시한 측면도, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도, 그리고 도 5는 본 발명의 터빈 날개를 도시한 단면도이다.

위 도면을 참조하면, 본 실시 예의 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈(1)은 수직으로 설치되어 풍력에 의해 한 방향으로 회전력을 발생시키는 제1 풍력 터빈유닛(100); 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)과 동일 회전축(S) 상에 배열되며, 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)과 반대로 설치되어 역방향으로 회전력을 발생시키는 제2 풍력 터빈유닛(200); 및 상기 제1 및 제2 풍력 터빈유닛(100)(200) 사이에 마련되며, 상기 회전축(S)과 연결되어 전기를 생산하는 발전부(300)를 포함한다.

상기 제2 풍력 터빈유닛(200)의 하부에는 제2 풍력 터빈유닛(200)을 지지하기 위한 받침대(600)가 설치된다.

상기 받침대(600)의 내부에는 2개 이상의 보강바(601)가 경사지게 설치되어 제2 풍력 터빈유닛(200)을 안정적으로 받쳐주도록 한다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)은, 풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인(guide vane)(113)과, 상기 다수의 가이드 베인(113)을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판(111)(112)을 구비하는 루버부(원통 프레임)(110); 및 상기 루버부(110) 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개(123)와, 상기 터빈 날개(123)를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판(121)(122)을 구비하는 로터부(120);를 포함한다.

또한, 상기 제2 풍력 터빈유닛(200)은, 풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인(213)과, 상기 다수의 가이드 베인(213)을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판(211)(212)을 구비하는 루버부(원통 프레임)(210); 및 상기 루버부(210) 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개(223)와, 상기 터빈 날개(223)를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판(221)(222)을 구비하는 로터부(220);를 포함한다.

또한, 상기 회전축(S)의 중간에는 타이어 커플링(C)이 설치되어 상기 회전축(S)의 회전 중심이 일치하도록 한다.

타이어 커플링(C)은 고무로 피복된 타이어 코트(tire coat)로 동력을 전달하는데, 충격을 완화하고 진동을 감소시키므로 회전중 소음이 전혀 없으며 가볍고 내구성도 뛰어나고 분해 조립이 편리하므로 어떠한 커플링 보다도 우수하다.

특히, 2축 간의 중심이 다소 달라도 사용이 가능하며, 허용 편심은 각 커플링 외경의 1% 이내이고, 허용 편각은 2°까지 허용하며, 허용 신축은 커플링의 폭에 대하여 -10% ~+3% 이내이다.

또한, 상기 터빈 날개(123)(223)는 중공구조를 가지며, 외부에 그루브(123a)(223a)가 형성되고 내부에 보강리브(123b)(223b)가 형성될 수 있다. 그루브(123a)(223a)는 터빈 날개 외면에 다수로 형성될 수 있다.

본 실시예에서 터빈 날개 외면에 그루브(123a)(223a)가 형성되는 것을 일예로 설명하고 있으나, 이에 국한되지 않으며, 터빈 날개 외면에 엠보싱이 형성되는 것도 가능하다.

상기 터빈 날개(123)(223)는 중공구조 및 상기 보강리브(123b)(223b)에 의해서, 경량화를 구현하고 더욱 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 터빈 날개(123)(223)는 그 외부에 적어도 하나 이상의 그루브(123a)(223a)가 형성됨으로써, 가이드 베인(113)(213)에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어 로터부(120)(220)의 회전력을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 터빈 날개(123)(223)는 알루미늄 압출이나 FRP 또는 PPR로 제작할 수 있는데, FRP란 Fiber Reinforced Plastics의 약자로 섬유(fiber)로 강화된(reinforced) 수지(plastics), 즉「섬유강화수지(섬유강화 플라스틱)」로 섬유와 수지의 복합재료(composite materials)이다. 상기 터빈 날개(123)(223)는 Al 60 계열, 아노다이징 표면 처리하여 강성을 향상시키고, 생산성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)의 루버부(110)와 상기 제2 풍력 터빈유닛(200)의 루버부(210) 사이에 연결 지지대(400)가 설치되어, 상기 루버부(110)(210) 간의 동심을 일치시키고 기울어짐을 방지할 수 있다.

상기 연결 지지대(400)는 하부 베인 지지판(112)과 상부 베인 지지판(211)을 서로 연결하도록 한다. 상기 연결 지지대(400)의 양끝단에는 조임너트(401)가 체결되어 상기 제1 풍력 터빈유닛(100) 및 상기 제2 풍력 터빈유닛(200)의 편심을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)의 루버부(110)와 상기 제2 풍력 터빈유닛(200)의 루버부(210)는 수직 폴대(500)에 의해 서로 연결될 수 있다.

상기 수직 폴대(500)는 상 하부 베인 지지판(111)(112)과 상 하부 베인 지지판(211)(212)을 수직으로 관통하여 상기 루버부(110)와 루버부(120)를 안정적으로 연결하도록 구성된다.

또한, 상기 제1 풍력 터빈유닛(100)의 루버부(110)와 상기 제2 풍력 터빈유닛(200)의 루버부(210)의 상하면에는 회전축 지지 브래킷(115)(215)이 설치될 수 있다.

회전축 지지 브래킷(115)(215)은 십자형으로 구성되고, 그 중심부분에 회전축(S)이 결합하도록 구성된다. 회전축(S)의 주변에는 베어링(미도시)이 설치되도록 한다.

또한, 본 실시 예의 루버부(110)(210)는 가이드 베인(113)(213)을 통해서 내측으로 풍력을 유도하며, 상기 로터부(120)(220)는 중심에 상기 발전부(300)와 연결되는 회전축(S)이 결합되어, 상기 루버부(110)(210)로부터 유도되는 풍력에 의해 발생하는 양력과 항력 및 와류를 동시에 받아 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드 베인(113)(213)은 풍력 유입방향을 기준으로 하여, 상기 터빈 날개(123)(223)의 회전방향으로 43° 내지 47°의 각도로 만곡되어 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터빈 날개(123)(223)는 중간 부분에서 양쪽부분으로 갈수록 점차 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.

부연 설명하면, 제1 풍력 터빈유닛(100)은 수직으로 설치될 수 있으며, 외부로부터 불어오는 풍력에 의해 한 방향으로 회전력을 발생시킬 수 있다.

또한, 제2 풍력 터빈유닛(200)은 제1 풍력 터빈유닛(100)과 동일 중심선상에 배열될 수 있다. 여기서, 제2 풍력 터빈유닛(200)은 제1 풍력 터빈유닛(100)과 구조적으로는 동일하나, 회전방향이 제1 풍력 터빈유닛(100)과 역방향으로 형성될 수 있도록 설치된다.

즉, 제2 풍력 터빈유닛(200)은 동일한 구조를 형성하여 제1 풍력 터빈유닛(100)과 동일 중심선상에 배열되나, 반대로 설치되어 제1 풍력 터빈유닛(100)과 다른 방향으로 회전력을 발생시키는 구조이다.

이에 따라, 제1 풍력 터빈유닛(100) 및 제2 풍력 터빈유닛(200) 사이에서 연결되는 발전부(300)는 동일 중심선 상에서 상호 반대방향 회전(contra-rotating)에 의해 발전할 수 있으며, 이는 2개의 풍력 터빈(100, 200)이 회전력을 발생시킴으로써, 종래의 일측을 고정하고 타측만 회전시키는 풍력발전 방식에 비해 발전효율이 배가될 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기의 이중반전 회전(contra-rotating)구조는, 각 풍력 터빈(100, 200) 회전방향이 반대이므로, 발전부(300)에 전기를 공급하여 발전부(300) 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 전동기로 전환시켜서 비상정지를 위한 전자기적 제동장치로 사용할 수 있으며, 기동 또는 정지시킬 때 급격한 부하변동에 따른 지지구조물의 비틀림이나 흔들림을 최소화할 수 있으므로, 안정적인 운전이 가능할 수도 있다.

본 실시 예의 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈(1)은 각 풍력 터빈(100, 200)이 풍력을 최대한으로 활용하여 회전력을 상승시키며, 풍력 흐름이 원활하도록 하여 난류를 최소화하며 와류 발생을 방지하는 구조로 형성되어 발전 효율이 현저히 상승할 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈의 동작에 대해서 자세히 설명하기로 한다.

본 실시 예에서 루버부(110)(210)는 가이드 베인(113)(213)을 통해서 내측으로 풍력을 유도하며, 상기 로터부(120)(220)는 중심에 상기 발전부(300)와 연결되는 회전축(S)이 결합되어, 상기 루버부(110)(210)로부터 유도되는 풍력에 의해 발생하는 양력과 항력 및 와류를 동시에 받아 회전하도록 한다.

또한, 상기 가이드 베인(113)(213)은 풍력 유입방향을 기준으로 하여 상기 터빈 날개(123)(223)의 회전방향으로 43° 내지 47°의 각도로 만곡되어 배열되는바, 상기 가이드 베인(113)(123)을 통해 터빈 날개(123)(223)로 유입된 풍력은 양력발생 영역에서 양력과 와류로 인한 회전력을 발생시키고, 더욱 회전하면 항력과 와류로 인한 회전력을 발생시키며, 루버부(110)(120)의 풍력 유입구와 배출구의 압력차와 터빈 날개(123)(223)의 와류에 의한 유입공기 배출촉진 등의 효과로 인해 최저 기동속도(stall speed)를 저감시킴으로써, 동일한 풍력조건에서도 출력량을 증가시킬 수 있다.

이에 따라, 터빈 날개(123)(223)의 외측에서 터빈 날개(123)(223)의 회전방향으로 만곡된 다수의 가이드 베인(113)(123)이 터빈 날개(123)(223)와 대향 배열되도록 고정 설치될 때에는, 가이드 베인(113)(123)으로 유입되는 풍력의 흐름이 가이드 베인(113)(123)의 곡면을 따라 유연하게 터빈 날개(123)(223)에 유도되고, 터빈 날개(123)(223)로부터 양력과 항력 및 와류를 동시에 발생시켜 더 큰 회전이 가능하도록 한다.

더불어, 터빈 날개(123)(223)를 회전시킨 후 배출되는 풍력이 반대쪽 가이드 베인(113)(123)을 통과하게 되는데, 이때 풍력 흐름이 단절되지 않도록 함으로써, 소음발생도 최소로 유지될 수 있어 풍력단지 주변에서의 소음공해를 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 터빈 날개가 중공구조를 가지며, 외부에 그루브(groove)가 형성되고 내부에 보강리브(reinforced rib)가 형성됨으로써, 경량화를 구현하고 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 효과적으로 방지할 수 있으며, 가이드 베인에 의해 안내되는 바람에 대한 저항력이 커지게 되어 로터부의 회전력을 향상시킴으로써, 발전 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 타이어커플링을 채용함으로써, 회전축 중심이 정확히 일치하지 않는 경우에도 회전축의 편심을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체 물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1: 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈
100: 제1 풍력 터빈유닛
200: 제2 풍력 터빈유닛
111, 112: 상 하부 베인 지지판
113,213: 가이드 베인
110, 210: 루버부
115, 215: 회전축 지지 브래킷
120,220: 로터부
121, 122: 상 하부 터빈 날개 지지판
123,223: 터빈 날개
123a, 223a: 그루브
123b, 223b: 보강리브
300: 발전부
400: 연결 지지대
401: 조임너트
500: 수직 폴대
600: 받침대
C: 타이어 커플링
S: 회전축

Claims

수직으로 설치되어 풍력에 의해 한 방향으로 회전력을 발생시키는 제1 풍력 터빈유닛; 상기 제1 풍력 터빈유닛과 동일 회전축 상에 배열되며, 상기 제1 풍력 터빈유닛과 반대로 설치되어 역방향으로 회전력을 발생시키는 제2 풍력 터빈유닛; 및 상기 제1 및 제2 풍력 터빈유닛 사이에 마련되며, 상기 회전축과 연결되어 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈로서,
상기 제1 풍력 터빈유닛은,
풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인과, 상기 다수의 가이드 베인을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판을 구비하는 루버부; 및 상기 루버부 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개와, 상기 터빈 날개를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판을 구비하는 로터부;를 포함하며,
상기 제2 풍력 터빈유닛은,
풍력의 흐름을 안내하기 위한 다수의 가이드 베인과, 상기 다수의 가이드 베인을 지지하기 위한 상 하부 베인 지지판을 구비하는 루버부; 및 상기 루버부 내부에 소정 간격을 두고 회전 가능하게 설치되며, 다수의 터빈 날개와, 상기 터빈 날개를 지지하기 위한 상 하부 터빈 날개 지지판을 구비하는 로터부;를 포함하되,
상기 제2 풍력 터빈유닛의 하부에는 상기 제2 풍력 터빈유닛을 지지하기 위한 받침대가 설치되며,
상기 회전축의 중간에는 타이어 커플링이 설치되어 상기 회전축의 회전 중심이 일치하도록 하며,
상기 터빈 날개는 중공구조를 가지며, 외부에 그루브가 형성되고 내부에 보강리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부 사이에 연결 지지대가 설치되어, 상기 루버부 간의 동심(同心)을 일치시키고 기울어짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부는 수직 폴대에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 풍력 터빈유닛의 루버부와 상기 제2 풍력 터빈유닛의 루버부의 상하면에는 회전축 지지 브래킷이 설치되는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈 날개는 중공구조 및 상기 보강리브에 의해서, 경량화와 견고한 구조를 가지며, 직립도를 유지시켜 회전 편심을 방지하는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 루버부는 상기 가이드 베인을 통해서 내측으로 풍력을 유도하며,
상기 로터부는 중심에 상기 발전부와 연결되는 회전축이 결합되어, 상기 루버부로부터 유도되는 풍력에 의해 발생하는 양력과 항력 및 와류를 동시에 받아 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 가이드 베인은 풍력 유입방향을 기준으로 하여 상기 터빈 날개의 회전방향으로 43° 내지 47°의 각도로 만곡되어 배열되는 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 터빈 날개는 중간 부분에서 양쪽부분으로 갈수록 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 상하 역방향 회전 요홈형 풍력터빈.