KR20230024693A - 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈 - Google Patents

틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블레이드유닛의 상단부 및 하단부에 틸팅각도 조절용 가변블레이드를 설치함으로써, 낮은 컷인 풍속에서도 시동토크가 구현될 수 있는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 회전축; 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축의 둘레부에 배치되는 블레이드유닛; 및 상기 회전축과 상기 블레이드유닛을 연결하는 연결부재;를 포함하고, 상기 블레이드유닛은, 상기 회전축과 평행하게 상기 연결부재에 연결되는 메인블레이드와, 상기 메인블레이드에 결합되며, 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 가변블레이드를 포함하는 특징을 개시한다.

Description

틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈{VERTICLE AXIS WIND TURBINE INCLUDING VARIABLE CONFIGURATION BLADE FOR TILT ANGLE ADJUSTMENT}
본 발명은 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 관한 것으로, 상세하게는 블레이드유닛의 상단부 및 하단부에 틸팅각도 조절용 가변블레이드를 설치함으로써 낮은 풍속에서도 풍력발전을 위해 요구되는 시동토크를 구현할 수 있는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 관한 것이다.
풍력터빈은 회전축을 통한 기계적인 힘을 이용해 전력을 생산하기 위해 사용되는 장치이다.
풍력터빈은 수평형 풍력터빈(horizontal axis wind turbine)과 수직형 풍력터빈(vertical axis wind turbine)으로 구분할 수 있다.
수평형 풍력터빈은 프로펠러 방식으로서 공기 역학적으로 바람의 양력(lift force)을 이용한 블레이드로 구성된 로터를 사용하게 된다. 그러나, 수평형 풍력터빈은 발전 효율은 비교적 높고, 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 바꾸어 주지 않아도 되는 장점이 있으나, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 바꾸어 주어야 하는 장치가 필요하다.
수직형 풍력터빈은 바람의 양력을 이용하는 방식인 다리우스식(Darrius Rotor)과 바람의 항력을 이용하는 사보니우스식(Savonius Rotor)이 있다.
다리우스식의 경우는 발전기의 출력이 약하고 초기에 스스로 기동하지 못하여 보조적인 동력장치가 필요하다는 문제가 있고, 사보니우스식의 경우는 바람의 항력을 이용하므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없으므로 회전축의 회전수에 제한을 받으므로 회전수가 낮은 풍력동력기로 주로 사용되고 있다.
한편, 현재까지 대부분의 풍력발전은 바람의 자원이 풍부한 해안지대나 고지대 등을 중심으로 대형 시스템으로 편중되어 있다. 이런 추세에서 도시 그린화와 제로에너지 빌딩의 구축 일환으로 주거 공간이나 도심 공간에 적합한 이른바 도시형 풍력발전 시스템을 도입하려는 시도가 있다.
도시형 풍력발전 시스템은 비교적 소형이여야 하고, 저속에서도 발전이 가능해야 하기 때문에, 수직형 풍력터빈이 많이 적용되고 있다.
이처럼 도시형 풍력발전 시스템에 수직형 풍력터빈을 적용하기 위해서는 무엇보다 수직형 풍력터빈의 낮은 효율성이 약점으로 작용한다.
전술한 바와 같이, 수직형 풍력터빈은 바람의 세기가 약한 환경에서는 초기에 스스로 기동하지 못하여 별도의 보조 동력장치가 필요한 문제가 있다.
즉, 수직형 풍력터빈은 풍력터빈을 발전시킬 수 있는 최소 풍속에 해당하는 컷인(Cut-in) 풍속이 상대적으로 높기 때문에, 효율이 떨어지는 문제가 있다.
비록, 종래 블레이드의 피치각을 조절하는 피치각 조절장치를 가지는 풍력터빈들이 사용되고 있지만, 종래 피치각 조절장치는 바람의 방향에 따라 블레이드의 피치각을 조절하여 발전의 효율을 높이는 것에 불과하여, 바람의 세기가 약한 지역에서는 그 활용도가 떨어지는 문제가 있다.
특히, 바람의 세기가 약한 환경에서는 풍력발전을 위해 요구되는 시동토크에 쉽게 도달하지 못해 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0046200호(2016.04.28. 공개)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 블레이드유닛의 상단부 및 하단부에 틸팅각도 조절용 가변블레이드를 설치함으로써, 낮은 풍속에서도 풍력발전을 위해 요구되는 시동토크가 구현될 수 있는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈을 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈은, 회전축; 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축의 둘레부에 배치되는 블레이드유닛; 및 상기 회전축과 상기 블레이드유닛을 연결하는 연결부재;를 포함할 수 있고, 이 경우 상기 블레이드유닛은, 상기 회전축과 평행하게 상기 연결부재에 연결되는 메인블레이드와, 상기 메인블레이드에 결합되며, 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 가변블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 있어서, 상기 가변블레이드는, 하단부가 상기 메인블레이드의 상단부에 결합되며, 상단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 상부 가변블레이드와, 상단부가 상기 메인블레이드의 하단부에 결합되며, 하단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 하부 가변블레이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 있어서, 상기 상부 가변블레이드는, 상기 메인블레이드의 상단부에 결합되며, 상기 메인블레이드와 평행하게 배치되는 상부 결합부와, 상기 상부 결합부의 상단부에서 연장 형성되며, 회전반경 방향에 대해 외측으로 밴딩되는 상부 밴딩부와, 상기 상부 밴딩부의 상단부에서 연장 형성되며, 회전반경 방향에 대해 외측 상부방향으로 연장되는 상부 연장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 있어서, 상기 메인블레이드와 상기 가변블레이드를 결합하기 위한 결합부재;를 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 결합부재는, 상기 메인블레이드와 상기 상부 가변블레이드를 탈부착 가능하게 결합하는 상부 결합부재와, 상기 메인블레이드와 상기 하부 가변블레이드를 탈부착 가능하게 결합하는 하부 결합부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈에 있어서, 상기 가변블레이드의 틸팅각도를 조절하기 위한 구동부; 및 유입풍속에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 블레이드유닛의 상단부 및 하단부에 틸팅각도가 조절된 가변블레이드를 배치함으로써, 발전할 수 있는 최소 풍속에 해당하는 컷인 풍속을 낮출 수 있고, 낮은 유입풍속에서도 초기 시동토크가 구현되어 전기 생산의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 유입풍속에 따라 메인블레이드의 상단부 및 하단부에 배치되는 가변블레이드의 틸팅각도를 변경함으로써, 유입풍속 조건에 따라 최적의 토크를 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 낮은 유입풍속에서도 적정의 토크가 구현되므로, 도시형 풍력발전 장치에 적합한 소형 풍력터빈의 효율을 크게 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드유닛을 나타낸 부분 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 틸팅각도를 가지는 가변블레이드를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변블레이드를 나타낸 예시도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력터빈의 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드유닛을 나타낸 부분 예시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 틸팅각도를 가지는 가변블레이드를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 틸팅각도 조절용 가변 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈은 회전축(10), 블레이드유닛(20), 연결부재(50)를 포함할 수 있다.
회전축(10)은 상하방향으로 연장 형성될 수 있으며, 지지대(11)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 회전축(10)에서 발생되는 회전력은 발전기를 거치면서 전기 에너지로 변환될 수 있다.
블레이드유닛(20)은 회전축(10)을 중심으로 회전축(10)의 둘레부에 배치될 수 있다.
블레이드유닛(20)은 복수개가 구비될 수 있으며, 복수개의 블레이드유닛(20)은 회전축(10)으로부터 일정 거리 이격하여 배치된 상태에서 회전 방향에 대해 균일한 간격으로 이격하여 배치될 수 있다. 블레이드유닛(20)은 기본적으로 2개 이상의 수량으로 배치될 수 있다.
연결부재(50)는 회전축(10)과 블레이드유닛(20)을 연결할 수 있으며, 연결부재(50)는 블레이드유닛(20)의 수량만큼 회전축(10)의 둘레에 방사상으로 배치될 수 있다.
바람의 양력 또는 항력에 의해 회전축(10)을 중심으로 블레이드유닛(20)이 회전하면 연결부재(50) 역시 블레이드유닛(20)과 함께 회전될 수 있다.
본 발명은 풍력터빈을 발전시킬 수 있는 최소 풍속에 해당하는 컷인(Cut-in) 풍속이 낮은 환경에서도 전기 에너지를 생산할 수 있는 시동토크가 발생될 수 있도록 탈팅각도 조절용 블레이드를 가지는 수직형 풍력터빈을 제공한다.
이를 위해 본 실시예에 따른 블레이드유닛(20)은 메인블레이드(30) 및 가변블레이드(40)를 포함할 수 있다.
메인블레이드(30)는 블레이드유닛(20)의 일부를 형성하며, 연결부재(50)에 의해 회전축(10)에 연결될 수 있다.
메인블레이드(30)는 회전축(10)과 평행하게 상하방향으로 연장 형성될 수 있다.
메인블레이드(30)는 틸팅각도의 조절이 불가하며, 상하방향으로 연장된 상태에서 틸팅각도(θ)가 제로(0)를 가질 수 있다.
가변블레이드(40)는 블레이드유닛(20)의 나머지 일부를 형성하며, 메인블레이드(30)에 결합될 수 있고, 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도(θ)를 가지도록 배치될 수 있다.
가변블레이드(40)는 상부 가변블레이드(41) 및 하부 가변블레이드(43)를 포함할 수 있다.
상부 가변블레이드(41)는 하단부가 메인블레이드(30)의 상단부에 결합될 수 있고, 상단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도(θ)를 가지면서 경사지게 배치될 수 있다.
상부 가변블레이드(41)는 상부 결합부(41a), 상부 밴딩부(41b), 상부 연장부(41c)를 포함할 수 있다.
상부 결합부(41a)는 메인블레이드(30)의 상단부에 결합될 수 있고, 메인블레이드(30)와 평행하게 배치될 수 있다.
상부 밴딩부(41b)는 상부 결합부(41a)의 상단부에서 연장 형성될 수 있고, 회전반경 방향에 대해 외측으로 밴딩 형성될 수 있다.
상부 연장부(41c)는 상부 밴딩부(41b)의 상단부에서 연장 형성될 수 있고, 회전반경 방향에 대해 외측 상부방향으로 연장될 수 있다.
하부 가변블레이드(43)는 상단부가 메인블레이드(30)의 하단부에 결합될 수 있고, 하단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도(θ)를 가지면서 경사지게 배치될 수 있다.
하부 가변블레이드(43)는 하부 결합부, 하부 밴딩부, 하부 연장부를 포함할 수 있다.
상부 가변블레이드(41) 및 하부 가변블레이드(43)는 메인블레이드(30)를 중심으로 상측 및 하측에 배치되는 것에 차이가 있을 뿐, 하부 결합부, 하부 밴딩부, 하부 연장부는 상부 결합부(41a), 상부 밴딩부(41b), 상부 연장부(41c)와 각각 동일하게 구성될 수 있다.
결과적으로, 블레이드유닛(20)은 상단부 및 하단부에 배치되는 팁(Tip) 부분만이 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도(θ)를 가지도록 배치될 수 있다.
여기서, 메인블레이드(30)를 중심으로 상부 가변블레이드(41) 및 하부 가변블레이드(43)는 동일한 틸팅각도(θ)를 가질 수 있고, 혹은 서로 다른 틸팅각도(θ)를 가질 수도 있다.
또한, 상부 가변블레이드(41) 및 하부 가변블레이드(43)는 각각 복수개가 결합되어 구비될 수도 있다. 즉, 하나의 메인블레이드(30)의 상단부에는 복수개의 상부 가변블레이드(41)가 결합될 수 있다.
한편, 수직형 풍력터빈은 결합부재를 더 포함할 수 있다.
결합부재는 메인블레이드(30)와 가변블레이드(40)를 탈부착 가능하게 결합할 수 있다.
결합부재는 상부 결합부재(61) 및 하부 결합부재(63)를 포함할 수 있다.
상부 결합부재(61)는 메인블레이드(30)와 상부 가변블레이드(41)를 탈부착 가능하게 결합할 수 있다.
메인블레이드(30)의 상단부에는 제1돌출부(311)가 형성될 수 있고, 제1돌출부(311)에는 회전반경 방향으로 제1관통홀이 형성될 수 있다.
이때, 상부 가변블레이드(41)의 상부 결합부(41a)의 하단부에는 제1돌출부(311)가 삽입되는 제1삽입홈(412)이 형성되는 제2돌출부(411)가 형성될 수 있고, 제2돌출부(411)에는 제1관통홀과 일치되게 회전반경 방향으로 제2관통홀이 형성될 수 있다.
따라서, 제1돌출부(311)를 제1삽입홈(412)에 삽입한 상태에서, 제1관통홀 및 제2관통홀에 상부 결합부재(61)를 관통하여 결합함으로써, 메인블레이드(30)에 상부 가변블레이드(41)를 결합할 수 있다. 상부 결합부재(61)로는 볼트 및 너트가 사용될 수 있다.
하부 결합부재(63)는 메인블레이드(30)와 하부 가변블레이드(43)를 탈부착 가능하게 결합할 수 있다.
하부 결합부재(63)는 상부 결합부재(61)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
한편, 도 3에서와 같이, 가변블레이드(40)는 서로 다른 틸팅각도(θ)를 가지는 복수개가 구비될 수 있다. 즉, 유입풍속의 세기에 따라, 가장 높은 시동토크를 구현할 수 있는 최적의 틸팅각도(θ)를 가지는 가변블레이드(40)를 선택적으로 사용할 수 있다.
아래 [표 1]은 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)가 0도 및 45도 일 때, 주속비(TSR)에 따른 시동토크(T)를 비교하여 보인 표이다.
TSR 틸팅각도(θ) = 0,
T(Nm)		 틸팅각도(θ) = 45,
T(Nm)
0.2 0.9595 1.025
0.4 0.5792 0.6408
0.6 0.5463 0.6986
0.8 0.3212 0.5527
1 0.1155 0.5879
1.2 0.3987 0.9963
1.4 0.3995 1.365
1.6 0.3125 1.765
1.8 1.073 3.197
2 1.819 5.559
기본적으로 풍력터빈의 성능 지표로 주속비(TSR: tip-speed-ratio)가 사용될 수 있다.
주속비(TSR)는 유입풍속과 팁속도(Tip speed)의 비로 정의될 수 있다. 유입풍속은 블레이드로 유입되는 풍속을 말하며, 팁속도는 풍력터빈이 가동되어 블레이드가 회전할 때 블레이드 팁(Tip) 부분인 가변블레이드(40)에서의 속도를 말한다.
즉, 유입풍속과 동일한 속도로 블레이드 팁 부분이 회전하면 주속비(TSR)는 1과 같고, 유입풍속보다 작은 속도로 블레이드 팁 부분이 회전하면 주속비(TSR)는 1보다 작으며, 유입풍속보다 큰 속도로 블레이드 팁 부분이 회전하면 주속비(TSR)는 1보다 크다.
[표 1]에 나타난 바와 같이, 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)가 0도 일때보다, 45도 일 때, 모든 주속비(TSR) 조건에서 시동토크(T)가 높은 것을 확인할 수 있다.
특히, 주속비(TSR)가 1과 같거나 1보다 큰 조건 즉, 유입풍속과 동일한 속도로 가변블레이드(40)가 회전하거나 유입풍속보다 큰 속도로 가변블레이드(40)가 회전하는 조건에서는 시동토크(T)를 더욱 높일 수 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 유입풍속이 상대적으로 높은 조건에서는 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)를 상대적으로 작게 설정함으로써 시동토크를 상대적으로 높일 수 있다.
반대로, 유입풍속이 상대적으로 낮은 조건에서는 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)를 상대적으로 크게 설정함으로써 시동토크를 상대적으로 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 수직형 풍력터빈은 구동부 및 제어부를 더 포함할 수 있다.
구동부는 가변블레이드의 틸팅각도를 조절할 수 있고, 제어부는 유입풍속에 따라 구동부를 제어할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 가변블레이드는 구동부의 구동력에 의해 틸팅각도(θ)가 조절될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 블레이드유닛(20)은 메인블레이드(30)에 대해 서로 다른 틸팅각도(θ)를 가지는 가변블레이드(40)를 선택적으로 결합하여 사용하는 것이 아니라, 메인블레이드(30)에 결합된 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)를 임의로 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변블레이드를 나타낸 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 상부 가변블레이드(410)는 상부 결합부(410a), 상부 밴딩부(410b), 상부 연장부(410c)를 포함할 수 있다.
상부 결합부(410a)는 메인블레이드(30)의 상단부에 결합될 수 있고, 도 3에 도시된 상부 결합부(41a)와 동일한 구성을 가질 수 있다.
상부 밴딩부(410b)는 상부 결합부(410a)의 상단부에서 연장 형성될 수 있다.
상부 밴딩부(410b)는 열팽창부재를 가질 수 있고, 상부 밴딩부(410b)에는 서로 다른 열팽창율을 가지는 복수개의 열팽창부재가 회전반경 방향으로 적층될 수 있다.
즉, 복수개의 열팽창부재에 열이 가해지면, 회전반경 방향으로 적층된 각각의 열팽창부재는 길이방향(상하방향)으로 서로 다른 열팽창율을 가지기 때문에, 상부 밴딩부(410b)는 회전반경 방향에 대해 내측 또는 외측으로 밴딩될 수 있다. 이때, 구동부로는 히터가 사용될 수 있으며, 히터는 상부 밴딩부(410b)를 가열할 수 있다.
상부 연장부(410c)는 상부 밴딩부(410b)의 상단부에서 연장 형성될 수 있다.
상부 밴딩부(410b)가 밴딩되면, 상부 연장부(410c)는 상부 밴딩부(410b)와 연동하여 회전반경 방향에 대해 내측 상부방향 또는 외측 상부방향으로 틸팅각도(θ)를 가지면서 경사지게 배치될 수 있다.
결과적으로, 제어부는 구동부를 제어하여 상부 밴딩부(410b)의 밴딩 정도를 가변시킬 수 있기 때문에, 유입풍속에 따라 가장 높은 시동토크를 구현할 수 있는 최적의 틸팅각도(θ)를 갖는 가변블레이드(410)를 형성할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 수직형 풍력터빈은 풍력발전을 위해 요구되는 초기 시동토크가 회전축(10)에 발생된 후, 미리 설정된 시간이 경과된 이후에는 가변블레이드(40)의 틸팅각도(θ)는 다시 제로(0) 상태로 복귀될 수 있다.
즉, 초기 시동토크를 발생하기 위해 요구되는 최초 컷인 풍속에 비해, 블레이드유닛이 회전 중인 풍력발전 과정에서 요구되는 컷인 풍속의 속도가 상대적으로 낮다. 때문에 초기 시동토크를 발생하기 위해 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅된 가변블레이드(40)는 미리 설정된 시간이 경과된 이후 메인블레이드(30)와 평행한 상태로 복귀되고, 이렇게 메인블레이드(30) 및 가변블레이드(40)가 평행한 상태에서 계속해서 풍력발전이 이루어질 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 수직형 풍력터빈은 블레이드유닛(20)의 상단부 및 하단부에 틸팅각도(θ)가 조절된 가변블레이드를 배치하므로 발전할 수 있는 최소 풍속에 해당하는 컷인 풍속을 낮출 수 있고, 낮은 유입풍속에서도 초기 시동토크가 구현됨으로써 전기 생산의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 풍력터빈은 유입풍속에 따라 메인블레이드(30)의 상단부 및 하단부에 배치되는 가변블레이드의 틸팅각도(θ)를 변경함으로써, 유입풍속 조건에 따라 최적의 토크를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직형 풍력터빈은 낮은 유입풍속에서도 적정의 토크가 구현되므로, 도시형 풍력발전 장치에 적합한 소형 풍력터빈의 효율을 크게 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 회전축
20: 블레이드유닛
30: 메인블레이드
40: 가변블레이드
41: 상부 가변블레이드
43: 하부 가변블레이드
50: 연결부재

Claims (5)

  1. 회전축;
    상기 회전축을 중심으로 상기 회전축의 둘레부에 배치되는 블레이드유닛; 및
    상기 회전축과 상기 블레이드유닛을 연결하는 연결부재;를 포함하고,
    상기 블레이드유닛은,
    상기 회전축과 평행하게 상기 연결부재에 연결되는 메인블레이드와,
    상기 메인블레이드에 결합되며, 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 가변블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변블레이드는,
    하단부가 상기 메인블레이드의 상단부에 결합되며, 상단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 상부 가변블레이드와,
    상단부가 상기 메인블레이드의 하단부에 결합되며, 하단부가 회전반경 방향에 대해 외측으로 틸팅각도를 가지면서 배치되는 하부 가변블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 가변블레이드는,
    상기 메인블레이드의 상단부에 결합되며, 상기 메인블레이드와 평행하게 배치되는 상부 결합부와,
    상기 상부 결합부의 상단부에서 연장 형성되며, 회전반경 방향에 대해 외측으로 밴딩되는 상부 밴딩부와,
    상기 상부 밴딩부의 상단부에서 연장 형성되며, 회전반경 방향에 대해 외측 상부방향으로 연장되는 상부 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 메인블레이드와 상기 가변블레이드를 결합하기 위한 결합부재;를 더 포함하고,
    상기 결합부재는,
    상기 메인블레이드와 상기 상부 가변블레이드를 탈부착 가능하게 결합하는 상부 결합부재와,
    상기 메인블레이드와 상기 하부 가변블레이드를 탈부착 가능하게 결합하는 하부 결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변블레이드의 틸팅각도를 조절하기 위한 구동부; 및
    유입풍속에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 틸팅각도 조절용 블레이드를 갖는 수직형 풍력터빈.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110030015A (ko) * 2009-09-17 2011-03-23 주식회사 이잰 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기
KR20110089952A (ko) * 2010-02-02 2011-08-10 섬테크 주식회사 풍력발전용 멀티 터빈
KR20160046200A (ko) 2014-10-20 2016-04-28 연세대학교 원주산학협력단 동시제어형 피치각 조절장치를 갖는 수직형 풍력터빈
KR20170129135A (ko) * 2015-03-16 2017-11-24 엔티엔 가부시키가이샤 날개차 및 이것을 구비하는 자연 에너지 발전 장치
KR20190126086A (ko) * 2017-03-16 2019-11-08 엔티엔 가부시키가이샤 수직축 풍차 및 풍력 발전 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110030015A (ko) * 2009-09-17 2011-03-23 주식회사 이잰 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기
KR20110089952A (ko) * 2010-02-02 2011-08-10 섬테크 주식회사 풍력발전용 멀티 터빈
KR20160046200A (ko) 2014-10-20 2016-04-28 연세대학교 원주산학협력단 동시제어형 피치각 조절장치를 갖는 수직형 풍력터빈
KR20170129135A (ko) * 2015-03-16 2017-11-24 엔티엔 가부시키가이샤 날개차 및 이것을 구비하는 자연 에너지 발전 장치
KR20190126086A (ko) * 2017-03-16 2019-11-08 엔티엔 가부시키가이샤 수직축 풍차 및 풍력 발전 장치

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