WO2010008206A2 - 수직축형 부력풍차 - Google Patents

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Definitions

  • FIG. 6 is a plan view of a vertical axis buoyancy windmill according to another embodiment of the present invention.
  • main body housing 1a fluid
  • the drive frame 8 is formed by stacking two rectangular frames up and down to form an upper opening portion 8a and a lower opening portion 8b, and one end portion is fixed to the lower center of the installation frame 4.
  • the support bar 8c is disposed to extend outwards between the crosshairs of the lower end of the installation frame 4, and the support bar 8c is connected between the lower ends of the installation frame 4 for more secure fixing. It will be fixed at.
  • auxiliary windmill 16 is connected to the auxiliary windmill support 16a perpendicularly up and down the support 15a of the wind guide 15, and the auxiliary windmill support bearing 16a is mounted on the auxiliary windmill support bearing 16a up and down.
  • the secondary windmill rotary shaft 16b rotatable by the 50b is vertically connected, and the semi-cylindrical auxiliary windmill vanes 16c are alternately installed on the auxiliary windmill rotary shaft 16b to be staggered from each other at regular intervals up and down.
  • the auxiliary windmill generator 18 is connected to the bevel gear 19, the rotation transmission means 17 consisting of the connecting shaft 14b and the gearbox 20, respectively.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing that the vertical axis buoyancy windmill and the auxiliary windmill according to the present invention are connected to each other by a rotation transmission means.

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Abstract

본 발명은 수직축형 부력풍차에 관한 것으로서, 유체가 담겨 있는 본체하우징; 상기 본체하우징의 유체 위에 떠있는 부력체; 상기 본체하우징과 부력체의 중심부에 세워지는 회전샤프트; 상기 회전샤프트에 걸쳐 다각틀이 서로 교차하듯이 결합되는 설치프레임; 상기 회전샤프트에 각각 결합되는 회전베어링; 상기 설치프레임 내에서 회전샤프트의 상부에 다각틀이 서로 교차하듯이 연결되어 상기 부력체와 함께 회전하는 날개프레임과, 상기 날개프레임의 다각틀 내에서 상기 날개프레임과 함께 회전하는 반원통형의 다수개의 날개각체로 이루어진 풍차날개; 발전기; 및 상기 회전샤프트와 상기 발전기를 연결하여 상기 풍차날개의 회전에 의해 전기를 발생시키는 구동수단, 그리고 풍차날개 쪽으로 바람을 유도하는 바람유도체와 상기 바람유도체의 주변에 설치되는 보조풍차로 이루어져, 중력이 아닌 부력에 의해 풍차를 떠받쳐 대형화가 용이하며, 풍차의 효율을 증대시키는 효과가 있다.

Description

수직축형 부력풍차
본 발명은 수직축형 부력풍차에 관한 것으로서, 상세히는 부력체 상에서 바람을 받아 회전샤프트가 떠서 상기 부력체와 함께 돌아가는 풍차날개와 상기 풍차날개 쪽으로 바람을 유도하는 바람유도체 및 상기 바람유도체의 근처에 세워져 주풍차의 회전력을 배가시키는 보조풍차로 이루어진 수직축형 부력풍차에 관한 것이다.
본 발명은 본 출원인이 출원하여 대한민국 특허등록을 받은「횡으로 회전하는 풍차」(특허 제096425호, 1996년 3월 2일 등록)와 관련이 있는 바, 상기 횡으로 회전하는 풍차는 환형(環形)의 수로(水路) 위에 떠있는 부력체 상에 부착되어 있는 풍차 회전체(풍차 날개)가 상기 수로 상에서 회전하는 형식의 풍차이다.
즉, 풍차회전체의 회전이 횡방향으로 이루어지도록 하고 풍차 회전체의 하부 가장자리부에 그 회전체를 떠받칠 수 있으며, 또한 지지부의 마찰저항을 줄임과 동시에 물의 관성력을 이용할 수 있도록 환형수조에 담긴 물에 떠 있는 형태의 환형 공기튜브(부력체)를 부착하고, 또한 상기 환형 공기튜브 외측에는 중심부에 충격흡수장치가 장치되고 하단부에는 롤러가 부착된 충격흡수체가 원주상 등거리로 다수개 부착되며 지지부에 롤러가 회전이동할 수 있는 환형홈이 형성되어, 상기 충격흡수체에 의해 외부의 충격을 흡수할 수 있도록 한 구성으로 이루어져 있다.
그런데, 상기한 풍차의 구성에 의해 발휘되는 풍차의 회전력을 더욱 증대하기 위해서는 이러한 구성에 부가하여 좀 더 개선된 부력체와 풍차 날개의 구성과, 상기 풍차 날개가 불어오는 바람을 최대한 받아 회전력을 배가시킬 수 있도록 하는 장치를 필요로 하였으며, 이에 본 출원인은 상기「횡으로 회전하는 풍차」의 효율성을 개선한「바람유도체가 부착되어 횡 또는 종으로 회전하는 수직축형 부력풍차」를 출원하여 대한민국 특허등록(특허 제0381614호, 2003년 4월 11일)을 받았다
그러나, 상기「횡으로 회전하는 풍차」및「바람유도체가 부착되어 횡 또는 종으로 회전하는 수직축형 부력풍차」는 부력체와 풍차 날개를 회전시키는 회전사프트가 지면에 고정되어 고정틀이 설치되지 않는 구조이므로, 일정 크기 이상은 제작할 수 없어 대형화를 이룰 수 없다는 문제가 있다.
또한, 풍차날개를 떠받쳐 회전시키는 부력체를 본 출원인의 상기 등록특허에서는 환형의 공기튜브로 구성하고 있는바, 이와 같은 환형의 공기튜브는 튜브자체가 그다지 강하지 않은 재질로 이루어져 있기 때문에 수명이 짧아 장기간 사용하게 되면 손상이 일어나기 쉽고, 더욱이 교체하는 것도 용이하지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 주목적은, 부력체와 풍차날개를 지지하는 회전샤프트가 지면으로부터 떨어져 상기 부력체와 풍차날개를 부력으로 떠받치도록 함으로써 풍차의 대형화를 이룰 수 있으며, 상기 풍차날개를 반원통형의 날개각체로의 조합으로 구성함으로써 풍차의 회전효율성을 극대화시켜 전기를 더욱 많이 발생시키도록 한 수직축형 부력풍차를 제공함에 있다.
다른 목적은, 상기 부력체 등의 구성요소들을 금속재의 재질로 구성함으로써 상기 부력체가 더욱 튼튼하고 오래가도록 한 수직축형 부력풍차를 제공함에 있다.
또 다른 목적은, 상기 풍차날개와 근접하여 설치되는 바람유도체에 의해 다소 강하지 않은 바람이 불어도 주위의 바람을 상기 풍차날개 쪽으로 유도하여 풍차의 회전력을 배가시킨 수직축형 부력풍차를 제공함에 있다.
또 다른 목적은, 상기 바람유도체의 전방에 보조풍차를 설치하여 상기 보조풍차에 의해 발생되는 전기를 주풍차의 회전력을 더욱 배가시키는데 사용함으로써 전기를 더욱더 많이 발생시키도록 한 수직축형 부력풍차를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직축형 부력풍차는, 유체가 담겨 있는 통형상의 본체하우징; 상기 본체하우징의 유체 위에 떠있으며, 상면은 상기 본체하우징을 덮는 덮개로 형성되는 부력체; 상기 본체하우징과 부력체의 중심부를 관통하여 세워지는 회전샤프트; 상기 회전샤프트의 상단부와 하단부에 걸쳐 다각틀이 서로 교차하듯이 고정되어 결합되고, 상기 회전샤프트 반대쪽의 상기 다각틀의 각 끝단부는 지면에 세워지는 지지축으로 형성되며, 상기 다각틀의 하단부가 상기 본체하우징을 떠받치는 적어도 하나 이상의 설치프레임; 상기 설치프레임의 상단 위 및 하단 아래의 상기 회전샤프트의 샤프트축에 각각 결합되어 상기 본체하우징 내에서 상기 부력체의 중심을 유지하는 기능을 하는 회전베어링; 상기 설치프레임 내에서 회전샤프트의 상부에 다각틀이 서로 교차하듯이 연결되고, 상기 부력체 상에 결합되어 회전샤프트를 축으로 하여 상기 부력체와 함께 회전하는 적어도 하나 이상의 날개프레임과, 상기 날개프레임의 다각틀 내에서 상기 회전샤프트와 떨어져서 일정한 간격을 두고 나란히 결합되어 상기 날개프레임과 함께 회전하는 반원통형의 다수개의 날개각체로 이루어진 풍차날개; 발전기; 및 상기 회전샤프트의 하단부와 상기 발전기의 축 사이를 연결하여 상기 풍차날개의 회전에 의해 전기를 발생시키도록 한 구동수단;으로 구성한 것을 특징으로 하고 있다.
또, 상기 회전샤프트 또는 회전샤프트와 연결되는 회전축에 설치되어, 회전샤프트의 회전과 함께 회전함으로써 회전샤프트의 회전력을 배가시키는 회전관성체를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 날개프레임의 끝단부와 근접하여 상기 날개프레임의 상하 폭에 맞추어서 지지대 상에 판형상으로 세워지는 적어도 하나 이상의 바람유도체를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 바람유도체는 세로방향을 향해 골과 산이 반복되는 주름진 판인 것이 바람직하다.
또, 상기 풍차날개 쪽의 바람유도체의 한쪽 끝단부에서 상하로 각각 연결되는 보조풍차 지지대; 상기 보조풍차 지지대에 연결되어 세워지는 보조풍차 회전샤프트; 및 상기 보조풍차 회전샤프트의 상하로 일정한 간격을 두고 방향을 달리하면서 부착되어 바람에 의해 상기 보조풍차 회전샤프트와 함께 회전하는 반원통 형상의 다수개의 보조풍차날개;로 이루어진 적어도 하나 이상의 보조풍차를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 풍차날개 쪽의 바람유도체의 한쪽 끝단부에서 상하로 각각 연결되는 보조풍차 지지대; 상기 보조풍차 지지대에 연결되어 세워지는 보조풍차 회전샤프트; 및 상기 보조풍차 회전샤프트 상의 일지점에서 삼각방향으로 뻗도록 3개의 조합으로 부착되면서 상기 조합이 상하로 일정한 간격을 두고 연속되도록 부착되어, 바람에 의해 상기 보조풍차 회전샤프트와 함께 회전하는 반원통 형상의 다수개의 보조풍차 날개세트;로 이루어진 적어도 하나 이상의 보조풍차를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 보조풍차의 보조풍차 회전샤프트와 회전전달수단으로 연결되어 상기 보조풍차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 보조풍차 발전기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또, 상기 보조풍차는 상기 풍차날개 쪽의 바람유도체의 다른 쪽 끝단부에 근접하여 설치되는 것이 바람직하다.
또, 상기 날개프레임의 끝단부와 근접하여 바깥쪽을 향해 비스듬히 다수개의 조합으로 나란히 배치되며, 상기 다수개의 조합이 적어도 하나 이상으로 배치되어, 상기 부력풍차에서 바람을 받는 풍차날개 반대방향에서 불어오는 바람의 저항을 일부 막아주면서 에너지도 생산하는 보조풍차를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 수직축형 부력풍차에 의하면, 부력체와 풍차날개를 회전시키는 회전샤프트가 공중에 떠서 돌면서 상기 부력체와 풍차날개를 부력으로 떠받치고 있으므로, 상기 풍차날개를 가능한 한 크게 할 수 있어 풍차의 대형화를 용이하게 이룰 수 있는 효과가 있다.
또, 상기 부력체 등의 구성요소들이 스테인리스 스틸의 금속재로 제작되기 때문에 장기간 사용하여도 손상이 없어 풍차를 오랫동안 안정적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 바람유도체 및 보조풍차에 의해 다소 강하지 않은 바람이 불어도 풍차의 회전력을 크게 할 수 있는 효과가 있다.
결국, 상기한 바와 같은 풍차의 회전효율성을 종래보다 더욱더 극대화시킴으로써 상기 풍차의 운용으로부터 발생되는 전기를 더욱더 많이 생산할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 사시도
도 2는 상기 도 1의 평면도
도 3은 상기 도 1의 일부 종단면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 일예의 구동수단 부분의 정면사시도
도 5는 상기 구동수단의 다른 예를 보여주는 개념도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 평면도
도 7은 상기 도 6의 다른 실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 사시도
도 8은 상기 도 5의 바람유도체를 더 많이 설치한 상태에서의 수직축형 부력풍차의 평면도
도 9는 일예에 따른 보조풍차가 설치되는 본 발명의 수직축형 부력풍차의 사시도 및 일부확대도
도 10은 상기 도 9의 수직축형 부력풍차의 평면도
도 11은 다른 예에 따른 보조풍차가 설치되는 본 발명의 수직축형 부력풍차의 사시도
도 12는 본 발명에 따른 수직축형 부력풍차와 보조풍차가 회전전달수단에 의해 서로 연결됨을 보여주는 개념도
도 13은 상기 도 9a 또는 도 9b의 수직축형 부력풍차에서 보조풍차의 위치를 변경한 상태에서의 평면도
도 14는 다수개의 보조풍차 세트를 바람유도체의 설치위치에 배치한 수직축형 부력풍차의 평면도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 본체하우징 1a : 유체
2 : 부력체 2a : 부력체의 덮개
3 : 회전샤프트 4 : 설치프레임
4a : 지지축 5a,5b : 회전베어링
6 : 풍차날개 6a : 날개프레임
6b : 날개각체 7 : 구동수단
8 : 구동프레임 8a : 상부 개방부
8b : 하부 개방부 8c : 지지바
9 :회전축 스프로켓 10a : 제 1 구동체인
10b : 제 2 구동체인 11 : 중간연결축
12a : 상부 연결스프로켓 12b : 하부 연결스프로켓
13 : 회전관성체 13a : 회전바
13b : 중량체 14 : 발전기
14a : 축스프로켓 14b,140b : 연결축
15,150 : 바람유도체 15a : 지지대
16,160 : 보조풍차 16a,160a : 보조풍차 지지대
16b,160b : 보조풍차 회전샤프트 16c,160c : 보조풍차날개
17 : 회전전달수단 18 : 보조풍차 발전기
본 발명은, 유체가 담겨 있는 통형상의 본체하우징; 상기 본체하우징의 유체 위에 떠있으며, 상면은 상기 본체하우징을 덮는 덮개로 형성되는 부력체; 상기 본체하우징과 부력체의 중심부를 관통하여 세워지는 회전샤프트; 상기 회전샤프트의 상단부와 하단부에 걸쳐 다각틀이 서로 교차하듯이 고정되어 결합되고, 상기 회전샤프트 반대쪽의 상기 다각틀의 각 끝단부는 지면에 세워지는 지지축으로 형성되며, 상기 다각틀의 하단부가 상기 본체하우징을 떠받치는 적어도 하나 이상의 설치프레임; 상기 설치프레임의 상단 위 및 하단 아래의 상기 회전샤프트의 샤프트축에 각각 결합되어 상기 본체하우징 내에서 상기 부력체의 중심을 유지하는 기능을 하는 회전베어링; 상기 설치프레임 내에서 회전샤프트의 상부에 직사각틀이 서로 교차하듯이 연결되고, 상기 부력체 상에 결합되어 회전샤프트를 축으로 하여 상기 부력체와 함께 회전하는 적어도 하나 이상의 날개프레임과, 상기 날개프레임의 직사각틀 내에서 상기 회전샤프트와 떨어져서 일정한 간격을 두고 나란히 결합되어 상기 날개프레임과 함께 회전하는 반원통형의 다수개의 날개각체로 이루어진 풍차날개; 발전기; 및 상기 회전샤프트의 하단부와 상기 발전기의 축 사이를 연결하여 상기 풍차날개의 회전에 의해 전기를 발생시키도록 한 구동수단;으로 구성된 것을 최선의 실시 형태로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직축형 부력풍차를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 사시도이고, 도 2는 상기 도 1의 평면도이며, 도 3은 상기 도 1의 일부 종단면도를 도시한 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 수직축형 부력풍차는, 본체하우징(1), 부력체(2), 회전샤프트(3), 설치프레임(4), 회전베어링(5a)(5b), 날개프레임(6a)과 날개각체(6b)로 이루어진 풍차날개(6), 구동수단(7) 및, 발전기(14)로 구성된다.
상기 본체하우징(1)은 통형상을 이루면서 관통되는 중심부가 관형상으로 솟아올라 있으며, 내부의 중심부 둘레에는 물 또는 기름과 같은 유체(1a)가 담겨져 있다.
상기 부력체(2)는 속이 빈 도넛 형상으로 이루어져 관통된 중심부가 상기 본체하우징(1)의 관형상으로 솟아오른 중심부에 맞추어지면서 본체하우징(1) 내의 유체(1a)에 일부가 잠겨 떠있는 상태에 있으며, 상면은 상기 본체하우징(1)에 빗물이 유입되는 등의 오염을 방지하기 위해 본체하우징(1)을 덮는 덮개(2a)로 형성된다.
상기 회전샤프트(3)는 상기 본체하우징(1)과 부력체(2)의 중심부를 관통하여 설치되며, 상세히 후술하는 풍차날개(6)가 연결되어 이 풍차날개(6)에 의해 상기 부력체(2)와 결합된다.
상기 설치프레임(4)은 다각틀 바람직하게는 사각틀이 서로 교차하는 것과 같은 형상으로 구성되어 교차되는 부분이 상기 회전샤프트(3)의 상단부 및 하단부에 고정되어 결합되고, 상기 회전샤프트(3) 반대쪽의 상기 사각틀의 각 끝단부는 지면으로 이어져 풍차를 지지하는 지지축(4a)으로 형성되며, 상기 설치프레임(4)의 하단부는 상기 본체하우징(1)의 하부면을 떠받치고 있다.
상기 회전베어링(5a)(5b)은 상기 설치프레임(4)의 상단 위 및 하단 아래의 회전샤프트(3)에 각각 결합되어 상기 회전샤프트(3)의 회전이 원활하게 이루어지도록 하면서, 상기 부력체(2)가 본체하우징(1)의 중심부에서 벗어나지 않도록 잡아주는 역할을 하게 된다.
상기 풍차날개(6)는 상기 설치프레임(4) 내에서 상기 날개프레임(6a)과 같이 직사각틀이 교차하는 것과 같은 형상으로 구성되어 교차되는 부분이 상기 회전샤프트(3)의 상단부 및 하단부에 각각 고정되어 결합되는 날개프레임(6a)과, 상기 날개프레임(6a)의 상기 직사각틀 내의 상단부 및 하단부에 각각 연결되어 다수개가 일정한 간격을 두고 상기 날개프레임(6a) 내의 길이방향을 따라 나란히 설치되는 날개각체(6b)로 이루어지고, 상기 날개각체(6b)는 반원통형으로 구성되며, 이와 같은 날개프레임(6a)의 하단부는 상기 부력체(2)와 결합된다.
또, 상기 풍차날개(6)는 본체하우징(1)과 부력체(2) 및 회전샤프트(3) 등이 더욱 크게 대형으로 이루어지면, 그에 맞추어 상기 날개프레임(6a)도 대형으로 구성하여 상기 날개프레임(6a) 내에서 상하로 날개각체(6b)를 층층이 설치하거나, 상기 날개프레임(6a) 내에서 좌우의 길이방향으로 날개각체(6b)가 계속해서 배치되어 길게 이루어지거나, 상기 두 가지 형태가 동시에 이루어지도록 함으로써 허용할 수 있는 범위 내에서 본 발명에 따른 수직축형 부력풍차를 얼마든지 크게 설치할 수 있다.
또한, 상기 회전샤프트(3)와 풍차날개(6)의 날개각체(6b) 사이가 일정한 간격을 이루고 있고 상기 날개각체(6b) 사이도 일정한 간격을 이루고 있으므로, 그 사이로 불어오는 바람이 저항 없이 빠져 나갈 수 있게 되어, 뒤이어서 불어오는 바람이 상하좌우로 분산되지 않고 계속해서 상기 풍차날개(6)의 날개각체(6b)를 밀게 됨으로써 풍차날개(6)의 회전력을 더욱 배가시키게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 수직축형 부력풍차는 풍차날개(6)의 날개각체(6b)가 불어오는 바람을 받게 되면, 상기 바람의 힘에 의해 부력체(2)와 상기 풍차날개(6)가 본체하우징(1) 내에 담겨져 있는 물과 같은 유체(1a) 상에서 회전하게 되고, 상기 풍차날개(6)에 결합된 회전샤프트(3)도 동시에 회전한다.
이때, 상기 날개각체(6b)는 반원통형으로 구성하여 오목한 부분의 안쪽을 향해 바람이 불기 때문에 바람의 저항을 더욱 많이 받게 되어 풍차날개(6)의 회전력을 더욱 크게 증대시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 일예의 구동수단 부분의 정면사시도를 도시한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구동수단(7)은 구동프레임(8), 회전축 스프로켓(9), 제 1 구동체인(10a)과 제 2 구동체인(10b), 상기 구동프레임(8)에 설치되는 중간연결축(11), 상기 중간연결축(11)에 설치되는 상부 연결스프로켓(12a)과 하부 연결스프로켓(12b) 및, 회전관성체(13)로 이루어진다.
상기 구동프레임(8)은 대략 직사각형틀 2개를 상하로 적층시켜 상부 개방부(8a)와 하부 개방부(8b)가 형성되고, 상기 설치프레임(4)의 하단 중심부에 한쪽 끝단부가 고정되면서 상기 설치프레임(4) 하단부의 열십자형 사이에서 바깥쪽으로 길게 배치되며, 더욱 확실한 고정을 위해 상기 설치프레임(4)의 하단부 사이를 연결하고 있는 지지바(8c)를 상기 구동프레임(8) 중간의 상단부에 고정하게 된다.
상기 회전축 스프로켓(9)은 회전샤프트(3)의 하단부에 끼워지고, 상기 중간연결축(11)은 상기 구동프레임(8)의 중간에서 수직으로 세워지며, 상기 구동프레임(8)의 하부 개방부(8b)의 중간연결축(11)에는 상하로 상부 연결스프로켓(12a)과 하부 연결스프로켓(12b)이 끼워져, 상기 회전축 스프로켓(9)과 상기 하부 연결스프로켓(12b) 사이는 제 1 구동체인(10a)가 연결됨과 동시에 상기 상부 연결스프로켓(12b)과 후술하는 발전기의 축스프로켓(14a)과 제 2 구동체인(10b)으로 연결된다.
상기 회전관성체(13)는 구동프레임(8)의 상부 개방부(8a)의 중간연결축(11)에 회전바(13a)가 직교하여 연결되고, 상기 연결바(13a)의 양쪽 끝단부에는 원반형태의 중량체(13b)가 부착된다.
상기 발전기(14)는 일반적인 형태를 이루면서 상기 풍차날개(6)의 회전에 의해 전기를 발생시키게 되며, 상기한 바와 같이 발전기(4)의 축에는 축스프로켓(14a)이 연결되어 중간연결축(11)의 상부 연결스프로켓(12a)과 제 2 구동체인(10b)으로 연결된다.
상기 회전샤프트(3)가 회전하면 상기 스프로켓 및 구동체인의 연결에 의해 중간연결축(11)가 발전기(14)의 축스프로켓(14a)이 동시에 회전하면서, 이 회전력에 의해 상기 발전기(14)로 전기를 발생시키게 되고 발생된 전기는 발전기(14)와 연결된 축전지(미도시)에 축전된다.
이때, 상기 중간연결축(11)이 회전하게 되면 중간연결축(11)에 연결된 회전관성체(13)도 회전하면서 관성력에 의해 회전샤프트(3)의 회전이 더욱 원활하게 안정적으로 이루어지게 된다.
도 5는 상기 구동수단의 다른 예를 보여주는 개념도를 도시한 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 구동수단(7)은 하단부에 회전베어링(5b)이 장착된 상기 회전샤프트(3)와 연결축(14b)이 베벨기어(19)로 연결되고 상기 연결축(14b)에는 기어박스(20)와 발전기(14)가 연결되어, 본 발명에 따른 수직축형 부력풍차의 작동으로 상기 회전샤프트(3)의 회전에 따라 상기 베벨기어(19)와 기어박스(20)의 기어운동에 의해 연결축(14b)도 동시에 회전하여 발생되는 회전력을 발전기(14)가 받아 전기를 발생시키게 되고, 상기한 바와 같이 발생된 전기는 상기 발전기(14)와 연결된 축전지(미도시)에 축전된다.
또한, 여기에서도 회전샤프트(3)에는 상기한 바와 같은 회전관성체(13)가 설치되어 있어, 상기 회전관성체(13)에 의해 회전샤프트(3)의 회전이 더욱 원활하게 안정적으로 이루어지게 된다.
상기 구동수단(7)의 스프로켓과 구동체인의 연결 또는 베벨기어(19)와 기어박스(20) 및 연결축(14b)은 회전샤프트(3)의 회전력을 전달하기 위한 회전전달수단의 하나의 예일 뿐, 예컨대 주풍차의 회전샤프트(3)와 발전기(14)의 사이에서 도시하지 않았지만 휠과 구동벨트의 연결 등과 같은 다양한 회전전달수단을 적용할 수도 있다.
한편, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 일실시예의 수직축형 부력풍차는 본 발명에서 주풍차의 개념으로 사용하게 되며, 상기 구성요소들 중 해당되는 부분의 재질들은 부식을 방지하고 강성을 유지하기 위해 스테인리스 스틸을 사용하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 평면도이고, 도 7은 상기 도 6의 다른 실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 사시도를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 풍차날개(6) 쪽으로 더 많은 바람을 유도하여 불도록 하기 위해 각 풍차날개(6)의 폭에 맞추어 판형상으로 이루어진 4개의 바람유도체(15)를 각각 설치하게 되고, 상기 각 바람유도체(15)는 지면에 일정한 간격으로 각각 세워지는 지지대(15a)에 각각 부착되어 상기 각 풍차날개의 각 끝단부에서 약간 거리를 두고 비스듬히 예컨대, 상기 풍차날개(6)와 안쪽으로 135도, 바깥쪽으로는 45도의 각도를 이루도록 각각 방사상으로 배치되며, 상기 각 바람유도체(15)의 판상의 면은 세로방향을 따라 골과 산이 반복되는 주름진 형태를 이루고 있어, 상기 골을 따라 골짜기의 골바람과 같이 상기 풍차날개(6) 쪽으로 더 강하게 바람이 불도록 유도함으로써 주풍차의 회전력을 더욱 증대시켜 출력에 도움을 주는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 바람유도체(15)는 회전하는 반대방향의 풍차날개(6)로 바람이 부는 것을 완전히 막아주어 상기 바람유도체(15) 사이로 불어오는 바람을 받는 풍차날개(6)의 회전력을 더욱 증대시키게 된다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 바람유도체(15)에 의해 A구역의 바람이 다른 풍차날개 쪽으로 가지 않고 B구역으로 모이게 되고, C구역의 바람도 B구역을 모이도록 함으로써, 상기 B구역으로 3배 이상의 바람을 모아 이 바람을 받는 풍차날개(6)의 회전력을 더욱 증대시키게 되며, 다른 쪽의 바람유도체도 마찬가지의 작용을 하게 된다.
이때, 상기 바람유도체(15)는 풍차날개(6)의 크기에 맞추어 허용하는 한도 범위 내에서 보다 길게 제작할 수도 있고, 이에 따라 넓은 범위에서 불어오는 바람을 더 많이 모아 상기 풍차날개(6) 쪽으로 유도하여 불도록 함으로써 주풍차의 회전력을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직축형 부력풍차의 평면도를 도시한 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 도 6 및 도 7의 바람유도체(15)에 비해 더욱 세밀하게 바람을 모아 풍차날개(6) 쪽으로 유도하기 위해, 상기 바람유도체(15)의 사이마다 동일한 구조의 또 다른 바람유도체(150)를 설치하여 모두 8개로 함으로써 주풍차의 회전효율을 향상시킬 수 있으며, 이도 역시 상기한 바와 같이 필요에 따라 길이를 더욱 길게 하여 설치할 수도 있다.
도 9는 일예에 따른 보조풍차가 설치되는 본 발명의 수직축형 부력풍차의 사시도 및 일부확대도이고, 도 10은 상기 도 9의 수직축형 부력풍차의 평면도를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 각 바람유도체(15)의 풍차날개(6) 반대쪽에는 주풍차의 풍차날개(6)보다는 소형의 보조풍차(16)를 각각 설치하게 되는데, 상기 각 보조풍차(16)는 바람유도체(15)의 지지대(15a)의 상하로 보조풍차 지지대(16a)를 직교하여 연결하고, 상기 보조풍차 지지대(16a)에는 상하로 장착된 보조풍차 회전베어링(50a)(50b)에 의해 회전가능한 보조풍차 회전샤프트(16b)가 수직으로 연결되며, 상기 보조풍차 회전샤프트(16b) 상에는 상하로 일정한 간격을 두고 서로 엇갈리게 반원통형의 보조풍차날개(16c)가 연속하여 설치되고, 상기 보조풍차 회전샤프트(16b)의 하단부에는 보조풍차 발전기(18)가 베벨기어(19)와 연결축(14b) 및 기어박스(20)로 이루어진 회전전달수단(17)으로 각각 연결된다.
따라서, 상기 각 보조풍차(16)는 서로 일정한 간격을 둔 각각의 보조풍차날개(16c)에 의해 주풍차를 향해 사방에서 불어오는 바람의 저항을 일부 막아주면서 상기 보조풍차날개(16c) 사이의 간격을 통과하여 계속해서 불고, 불어오는 바람을 받는 소형의 보조풍차날개(16c)에 의해 보조풍차 회전베어링(50a)(50b)을 장착하고 있는 보조풍차 회전샤프트(16b)가 중심을 유지하면서 회전하여 상기 보조풍차 회전샤프트(16b)와 회전전달수단(17)으로 연결된 보조풍차 발전기(18)에 의해 전기를 발생시키며, 상기 보조풍차 발전기(18)와 연결되어 발생되는 전기가 축전되는 축전지(미도시)로 도시하지는 않았지만 모터를 가동시킴으로써, 상기 모터의 동력을 활용하여 에너지를 생산하기도 하고 주풍차의 회전력을 더욱 크게 증대시키는 역할도 하게 된다.
도 11은 다른 예에 따른 보조풍차가 설치되는 본 발명의 수직축형 부력풍차의 사시도를 도시한 것이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 상기 다른 예의 보조풍차(160)는 바람유도체(15)의 지지대(15a)와 보조풍차 지지대(160a)로 연결되고 상하로 보조풍차 회전베어링(50a)(50b)을 장착하고 있는 보조풍차 회전샤프트(160b)와, 상기 보조풍차 회전샤프트(160b) 상의 일지점에서 반원통형의 3개의 보조풍차날개가 삼각방향으로 뻗어 조합을 이루면서 보조풍차 회전샤프트(160b)의 상하로 일정한 간격을 두고 연속되도록 부착되는 보조풍차 날개세트(160c)로 이루어지며, 이러한 다른 예의 보조풍차(160)는 본 발명의 수직축형 부력풍차의 바람유도체(15)의 한쪽 끝단부에서 근접하여 설치되어, 바람에 의해 상기 보조풍차 회전샤프트(160b)와 함께 보조풍차 날개세트(160c)도 동시에 회전하게 된다.
이와 같은 다른 예의 보조풍차(160)는 상기 일예의 보조풍차(16)에서 설명한 바와 같은 동일한 기능을 담당하게 되며, 상기 바람유도체(15)의 지지대(15a)와 보조풍차 지지대(160a)로 연결되고 상기 보조풍차 회전샤프트(160b)에 베벨기어(19) 등으로 이루어진 회전전달수단(17)이 연결되는 것도 상기 일예의 보조풍차와 동일하다.
상기 두가지 예의 보조풍차(16)(160)에서 보조풍차날개(16c) 또는 보조풍차 날개세트(160c)는 각 보조풍차 회전샤프트(16b)(160b)의 상하로 일정한 간격을 두고 설치되는 것으로 하였으나, 상기 보조풍차 회전샤프트(16b)(160b) 상에서 상하로 서로 간격을 두지 않고 설치하여 사용할 수도 있다.
도 9 내지 도 11의 보조풍차는 주풍차를 향해 불어오는 바람을 미리 받아 상기 주풍차의 회전이 더 빨리 이루어지도록 하는 역할도 하게 된다.
도 12는 본 발명에 따른 수직축형 부력풍차와 보조풍차가 회전전달수단에 의해 서로 연결됨을 보여주는 개념도를 도시한 것이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 주풍차의 회전샤프트(3)와 보조풍차(16)는 베벨기어(190)와 연결축(140b)으로 이루어지는 회전전달수단(17)에 의해 서로 연결되고, 상기 보조풍차(16)의 회전력을 상기 베벨기어(190)와 연결축(140b)에 의해 상기 회전샤프트(3)에 전달하여 회전력을 더욱 배가시킴으로써 주풍차의 풍차효율을 더욱 향상시킬 수 있으며, 그 외 구성들은 상기한 바와 같아 동일한 부호를 부여한다.
상기 회전전달수단(17)은 상기한 베벨기어(190)와 연결축(140b)의 조합뿐만 아니라, 상기한 주풍차에서와 같이 구동체인과 스프로켓 또는 구동벨트와 휠의 조합 등의 다양한 회전전달수단을 적용할 수 있을 것이다.
도 13은 상기 도 9a 또는 도 9b의 수직축형 부력풍차에서 보조풍차의 위치를 변경한 상태에서의 평면도를 도시한 것이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 보조풍차의 위치를 상기 각 바람유도체(15)의 풍차날개(6) 쪽에 설치함으로써, 상기 바람유도체(15)에 의해 풍차날개(6) 쪽으로 유도되는 바람을 받아 상기 보조풍차(16 또는 160)가 회전하도록 한 것이며, 상기 보조풍차(16 또는 160)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 것이나, 주풍차의 회전샤프트(3)와의 연결은 상기한 바와 동일하다.
도 14는 다수개의 보조풍차 세트를 바람유도체의 설치위치에 배치한 수직축형 부력풍차의 평면도를 도시한 것이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 주풍차의 바람유도체(15)가 설치되는 위치에 상기 풍차날개(6)와 바람유도체(15) 사이의 각도와 동일하게 상기한 보조풍차보다는 다소 큰 보조풍차(16)를 일렬로 나란히 적어도 3개 이상 배치하며, 이와 같이 배치에 의해 상기 보조풍차(16)는 상기 바람유도체(15)와 같이 주풍차를 향해 사방에서 불어오는 바람 중 바람을 받는 풍차날개의 반대방향에서 불어오는 바람의 저항을 일부 막아주면서 자체적으로 회전하여 에너지를 생산하는 역할을 하게 된다.
상기 보조풍차(16)는 이보다 작은 상기 보조풍차(16 또는 160)와 크기만 서로 다를 뿐 그 형태와 설치방법은 유사하다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.
본 발명은 에너지 생산에 관련한 산업 분야에서 유용하게 활용될 수 있는 것으로, 산업상 이용 가능성이 있는 것이 자명하다 할 것이다.

Claims (9)

  1. 유체가 담겨 있는 통형상의 본체하우징;
    상기 본체하우징의 유체 위에 떠있으며, 상면은 상기 본체하우징을 덮는 덮개로 형성되는 부력체;
    상기 본체하우징과 부력체의 중심부를 관통하여 세워지는 회전샤프트;
    상기 회전샤프트의 상단부와 하단부에 걸쳐 다각틀이 서로 교차하듯이 고정되어 결합되고, 상기 회전샤프트 반대쪽의 상기 다각틀의 각 끝단부는 지면에 세워지는 지지축으로 형성되며, 상기 다각틀의 하단부가 상기 본체하우징을 떠받치는 적어도 하나 이상의 설치프레임;
    상기 설치프레임의 상단 위 및 하단 아래의 상기 회전샤프트의 샤프트축에 각각 결합되어 상기 본체하우징 내에서 상기 부력체의 중심을 유지하는 기능을 하는 회전베어링;
    상기 설치프레임 내에서 회전샤프트의 상부에 직사각틀이 서로 교차하듯이 연결되고, 상기 부력체 상에 결합되어 회전샤프트를 축으로 하여 상기 부력체와 함께 회전하는 적어도 하나 이상의 날개프레임과, 상기 날개프레임의 직사각틀 내에서 상기 회전샤프트와 떨어져서 일정한 간격을 두고 나란히 결합되어 상기 날개프레임과 함께 회전하는 반원통형의 다수개의 날개각체로 이루어진 풍차날개;
    발전기; 및
    상기 회전샤프트의 하단부와 상기 발전기의 축 사이를 연결하여 상기 풍차날개의 회전에 의해 전기를 발생시키도록 한 구동수단;
    으로 구성한 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전샤프트 또는 회전샤프트와 연결되는 회전축에 설치되어, 회전샤프트의 회전과 함께 회전함으로써 회전샤프트의 회전력을 배가시키는 회전관성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 날개프레임의 끝단부와 근접하여 상기 날개프레임의 상하 폭에 맞추어서 지지대 상에 판형상으로 세워지는 적어도 하나 이상의 바람유도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 바람유도체는 세로방향을 향해 골과 산이 반복되는 주름진 판인 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 풍차날개 반대쪽의 바람유도체의 한쪽 끝단부에서 상하로 각각 연결되는 보조풍차 지지대;
    상기 보조풍차 지지대에 연결되어 세워지는 보조풍차 회전샤프트; 및
    상기 보조풍차 회전샤프트의 상하로 일정한 간격을 두고 방향을 달리하면서 부착되어 바람에 의해 상기 보조풍차 회전샤프트와 함께 회전하는 반원통 형상의 다수개의 보조풍차날개;
    로 이루어진 적어도 하나 이상의 보조풍차를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 풍차날개 반대쪽의 바람유도체의 한쪽 끝단부에서 상하로 각각 연결되는 보조풍차 지지대;
    상기 보조풍차 지지대에 연결되어 세워지는 보조풍차 회전샤프트; 및
    상기 보조풍차 회전샤프트 상의 일지점에서 삼각방향으로 뻗도록 3개의 조합으로 부착되면서 상기 조합이 상하로 일정한 간격을 두고 연속되도록 부착되어, 바람에 의해 상기 보조풍차 회전샤프트와 함께 회전하는 반원통 형상의 다수개의 보조풍차 날개세트;
    로 이루어진 적어도 하나 이상의 보조풍차를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 보조풍차의 보조풍차 회전샤프트와 회전전달수단으로 연결되어 상기 보조풍차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 보조풍차 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 보조풍차는 풍차날개 쪽의 상기 바람유도체의 다른 쪽 끝단부에 근접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 날개프레임의 끝단부와 근접하여 방사상으로 비스듬히 다수개의 조합으로 나란히 배치되며, 상기 다수개의 조합이 적어도 하나 이상으로 배치되어, 상기 부력풍차에서 바람을 받는 풍차날개 반대방향에서 불어오는 바람의 저항을 일부 막아주면서 에너지도 생산하는 보조풍차를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직축형 부력풍차.
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