WO2012033255A1 - 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치 - Google Patents

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WO2012033255A1
WO2012033255A1 PCT/KR2010/008132 KR2010008132W WO2012033255A1 WO 2012033255 A1 WO2012033255 A1 WO 2012033255A1 KR 2010008132 W KR2010008132 W KR 2010008132W WO 2012033255 A1 WO2012033255 A1 WO 2012033255A1
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blade device
renewable energy
fluid
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PCT/KR2010/008132
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김용문
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Kim Yong-Moon
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a blade device for the generation of renewable energy, more specifically, in the power generation using the flow energy of the fluid, including wind, hydropower, tidal flow, while being less affected by the flow direction and size of the fluid effectively It relates to a blade device for the generation of renewable energy to be power generation.
  • the power generation equipment using the flow energy of the fluid such as wind power, hydropower, tidal power generation is provided with a blade device for power generation that rotates in accordance with the flow of the fluid.
  • the blade is a propeller type, Darius type, Savoni type and various modifications or modifications thereof
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0005556 "Savonius windmill rotary wing with a ventilation groove”
  • registration Patent Publication No. 10-0637297 “Windmill for Wind Power Generation”
  • Registered Patent Publication No. 10-0654246 “Windmill for Wind Power Generator”
  • Publication No. 10-2006-0082794 “Windmill”
  • the blade device according to the prior art has a problem that it is difficult to effectively overcome the noise and vibration problems. That is, the blade device according to the prior art has a structure for fixing the blade fixed to the shaft using a bolt or by welding, in which case the blade device is difficult to reliably eliminate vibration and noise, ultimately commercial There is a problem that is difficult to use. In particular, due to such noise and vibration problems, the blade device according to the prior art has a limitation in applying the above-described blade for large power generation, and has a limitation in that it cannot be applied to commercial power generation using high speed rotation.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, so that the flow energy of the fluid is effectively collected and rotated, and the rotational direction corresponding to the various flow directions of the fluid relatively freely can perform the power generation function
  • the present invention makes it possible to easily couple the blade to the generator while the blade device for the development of a new type of renewable energy to minimize the vibration and noise while supporting the blade stably in the flow direction of various fluids
  • the purpose is to provide.
  • the connection surface 24 between the lower surface 22 and the upper surface 26 is integral It is formed by having a plurality of blades 20 so that the flow path 21 is opened in the front and rear direction to be formed horizontally, the flow path 21 of one wing (20a) of the wing 20 adjacent to each other is the other wing 20b Blade unit (12) for allowing fluid to flow into the other wing (20b) through the flow path (21) of the one wing (20a);
  • the lower surface 22 and the upper surface 26 of the blade 20 of the blade unit 12 are fixed so that the blade unit 12 has a first restraint on the lower surface 22 of the blade 20.
  • a restraining unit 40 connected to the generator 1 such that a second restraint is made on the upper surface 26 of the blade 20.
  • the restraining unit 40 is the front bracket 42 to be supported by being fixed to the lower surface 22 of the blade 20 of the blade unit 12. And, integrally formed with the front bracket 42, protruded from the central axis of the front bracket 42, and inserted and positioned on the central axis of the blade unit 12, and the blade unit 12
  • the upper surface 26 of the blade 20 may be provided with a hub 44 to be supported by being fixed.
  • the hub 44 of the restraining unit 40 has a hollow 41 penetrating in the vertical direction, the flange forming the upper surface 26 It is provided with a 46, the flange 46 is formed by being arranged around the upper side of the hollow 41 to form a space by the hollow 41 on the lower surface of the flange 46, the blade unit
  • Each wing 20 of 12 may further include a locking projection 27 folded at the end of the upper surface 26 to the lower surface of the flange 46.
  • Such a blade device for the generation of renewable energy according to the present invention is fixed to the front bracket 42 of the restraining unit 40 is coupled to the rear bracket 52, the hollow 41 of the hub 44 It may be further provided with a rear unit 50 made of a rear hub 54 is inserted into and coupled to, the fixing hole 51 to which the rotating shaft 2 of the generator 1 is fixed and coupled.
  • the blade device of the present invention effectively collects the flow energy of the fluid, the rotational direction of the blade corresponding to the flow direction of the various fluids relatively freely correspond to the windmill-type blade And as compared with the conventional three blades to implement a significantly higher rotational speed and high rotational force can be expected high power generation efficiency.
  • the blade unit 20, which is a combination of a plurality of blades 20 is directly coupled to the rotation shaft 2 of the generator 1 and is not fixed to the restraint unit 40.
  • the upper surface 26 and the lower surface 22 of the blade 20 forming the blade unit 12 is constrained to have a structure that is coupled to the rotary shaft 2 of the generator 1 by the restraining unit 40 In addition, it is easy to assemble and reduce the noise and vibration can be expected to the effect that the size of the blade device with high power generation efficiency is possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a blade device for the generation of renewable energy according to the technical idea of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a blade device for generating renewable energy shown in FIG. 1;
  • FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a blade device for generating renewable energy shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a blade device for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows an example of the use of a blade device for the generation of renewable energy shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a blade device for generating renewable energy shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a blade device for generating renewable energy shown in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a view for explaining a coupling relationship between a blade unit and a restraint unit in a blade device for generating renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation of the blade device for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 to 7, and like reference numerals denote like elements for performing the same function in FIGS. 3 to 7.
  • the illustration of the reinforcing ribs (plates), bolts and screws, holes, washers, nuts, etc. for the fastening of the main elements in each drawing is briefly or omitted, and is generally referred to
  • the illustration of parts commonly known by those skilled in the art, such as configuration and operation, is omitted, and the parts related to the present invention are shown.
  • there are parts where the size ratio between the elements is somewhat different or the sizes between the components coupled to each other are different, but the difference in representation of the drawings is easily understood by those skilled in the art. A separate description is omitted.
  • FIG 3 is a perspective view of a blade device for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing an example of the use of the blade device for the generation of renewable energy shown in Figure 3
  • Figure 7 Is a view for explaining the operation of the blade device for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy includes a blade unit 12 and the restraining unit 40, blade unit Wings 20 having flow paths 21 around the central axis of 12 constitute wind power generation using natural wind flow, and algae power generation using natural seawater flow. It is configured to be suitable.
  • the wings 20 may be made of 3 to 20 depending on the design conditions or functions, it is preferable that the wings 20 made of four wings 20 to form a.
  • the blade 20 of the blade unit 12 is rolled outward so that the flow path 21 opening in the front-rear direction is formed horizontally, so that both ends of the rear side are guide holes 60.
  • Is coupled to the central axis (of course, both ends of the rear side of each blade 20, that is, the lower surface 22 and the upper surface 26 is fixedly coupled to the restraint unit 40). That is, as shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6, the connecting surface 24 is integrally formed between the lower surface 22 and the upper surface 26, which are fixed and restrained by the restraining unit 40, to form the flow path 21. ).
  • the blades 20 adjacent to each other is formed by the flow path 21 of one wing 20a in the other wing 20b direction, as shown in FIG.
  • the fluid including is formed to flow into the other wing 20b through the flow path 21 of the one wing (20a).
  • the blade 20 of the blade unit 12 has a triangular plate body constituting the lower surface 22 is bent upward and the upper surface 26 ) And the connecting surface 24 is formed in a convex shape in the outward direction on the central axis. Accordingly, even if the fluid flows in a direction parallel to the rotation axis 2 of the generator 1 as shown in (b) of FIG. 7, the convex curved surface of the upper surface 26 and the connecting surface 24 of the blade 20 is taken. Due to the flow characteristics of the flowing fluid, the blade 20 is rotated even in the fluid flow in a direction parallel to the rotation axis (2).
  • the blade device 10 according to the preferred embodiment of the present invention As well as the fluid flowing in the direction perpendicular to the rotation axis 2, as shown in Figure 7 (a), Figure 7 (b) As in the rotation of the fluid flowing in a direction parallel to the axis of rotation (2). Therefore, the blade device 10 for the generation of renewable energy according to the present embodiment can be provided with a rotational force for each flow direction while receiving the multi-directional flow of the fluid corresponding to the fluid flowing in various directions.
  • the plurality of blades 20 forming the blade unit 12 of the blade device 10 for the generation of renewable energy is cut into a plurality of divided regions of a flat plate of a predetermined size It is made to be bent, in particular, the wing 20 according to a preferred embodiment of the present invention is made of four is formed so that each wing 20 has an angle of 90 degrees to each other.
  • FIG 5 is an exploded perspective view of a blade device for the generation of renewable energy shown in Figure 3
  • Figure 6 is a coupling relationship between the blade unit and restraint unit in the blade device for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention A diagram for explaining.
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy uses the restraint unit 40 to generate the aforementioned blade unit 12 using the generator 1. It is characterized in that the blade device 10 can be easily assembled to the generator 1, and the coupling and assembly accuracy can be increased at the same time.
  • the restraining unit 40 is the lower surface 22 and the upper surface of the blade 20 of the blade unit 12 By fixing the 26, the blade unit 12 allows the first restraint to be made on the lower surface 22 of the blade 20 and the second restraint on the upper surface 26 of the blade 20. Is connected to 1).
  • the constraining unit 40 is composed of the front bracket 42 and the hub 44 to increase the convenience of configuration (manufacturing) and to more stably fix and support the blade unit 12 described above.
  • the front bracket 42 is supported by being placed and fixed on the lower surface 22 of the blade 20 of the blade unit 12.
  • the front bracket 42 has holes 43b for fixing the rear unit 50, which will be described later.
  • a hole 43a for fixing (in this embodiment, riveting) the lower surface 22 of the blade 20 of the blade unit 12 is formed.
  • the hub 44 is integrally formed with the front bracket 42, is formed to protrude from the central axis of the front bracket 42, is inserted and positioned on the central axis of the blade unit 12, and the wing of the blade unit 12 is provided.
  • the upper surface 26 of 20 is placed and supported to be supported. At this time, the hub 44 is inserted into the center hole 29 formed on the central axis of the blade unit 12 to be positioned.
  • the hub 44 has a flange 46 penetrating in the up and down direction, and has a flange 46 forming the upper surface 26, which flange 46 is above the hollow 41.
  • the space formed by the hollow 41 is formed on the lower surface of the flange 46 by being arranged around the periphery.
  • each blade 20 of the blade unit 12 is provided with a locking projection 27 is folded to the lower surface of the flange 46 at the end of the upper surface 26, the fixing of each blade 20 is stable To be done.
  • the blade device 10 is such that the flange 46 of the hub 44 is formed of the groove 46a and the protrusion 46b, the hole 47 for riveting the groove 46a To form the upper surface 26 of each blade 20 in the groove portion 46a, and then the riveting operation to ensure that the blade 20 is more stably fixed to the flange 46 of the hub 44 Be sure to
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy according to a preferred embodiment of the present invention by applying a rear unit 50 coupled to the generator 1 is a combination of the generator 1 and the blade device 10 To make it more convenient. That is, after the basic assembly of the blade device 10 is completed through the combination of the blade unit 12 and the restraint unit 40 described above, the rear unit 50 is coupled to the rotary shaft 2 of the generator 1 By combining the rear unit 50 and the restraining unit 40, the installation and dismantling of the blade device 10 in the generator 1 is facilitated.
  • the rear unit 50 for this purpose consists of a rear bracket 52 and a rear hub 54.
  • the rear bracket 52 is fixedly coupled to the front bracket 42 of the restraining unit 40.
  • a hole 53 corresponding to the hole 43b formed in the front bracket 42 is formed.
  • the rear bracket 52 is formed to lose weight in a form for reducing the weight.
  • the rear hub 54 is inserted into and coupled to the hollow 41 of the hub 44, and a fixing hole 51 to which the rotating shaft 2 of the generator 1 is fixed and coupled is formed.
  • the restraining unit 40 and the rear unit 50 have a precise connection between the blade unit 12 and the generator 1. To reduce vacuum and noise. Therefore, it is preferable that the restraining unit 40 and the rear unit 50 are integrally formed by precision or general casting method, respectively, and formed through precision machining.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a blade device for the generation of renewable energy according to the technical idea of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view for explaining the blade device for the generation of renewable energy shown in FIG.
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy according to the present invention is rotated by effectively collecting and compressing the flow energy of the fluid, the direction of rotation relative to the flow direction of the various fluids relatively free Correspondingly, it has the feature to perform the power generation function.
  • the blade device 10 according to the present invention is characterized in that it can be easily coupled to the generator and at the same time to stably support the blade in the flow direction of various fluids while minimizing vibration and noise.
  • the blade device 10 for this purpose is provided with a blade unit 12 and the restraining unit 40 to enable the power generation using the flow energy of the fluid.
  • the blade unit 12 has a plurality of blades 20 so that the flow path 21 opening in the front-rear direction is horizontally formed by forming the connecting surface 24 integrally between the lower surface 22 and the upper surface 26.
  • the flow path 21 of one wing 20a is formed in the direction of the other wing 20b among the blades 20 adjacent to each other in the blade unit 12, so that the fluid is one wing 20a. It is to be introduced into the other wing (20b) through the flow path (21) of.
  • one wing 20a and the other wing 20b are terms applied to distinguish two blades to be given rotational force by the flow of the fluid based on a direction in which the fluid including wind and algae is introduced.
  • the terminology does not limit the components of the present invention. That is, the wing in which the flow path is located in the flow direction of the fluid in FIG. 7 (a) was referred to as one wing 20a, and the wing receiving the fluid introduced through the flow path 21 of the one wing 20a is the other side.
  • the blade 20b when viewed as a whole of the blade unit 12, each blade 20 is in a rotational state, the position of the one wing and the front wing will be changed later.
  • the restraining unit 40 fixes the lower surface 22 and the upper surface 26 of the blade 20 of the blade unit 12 so that the blade unit 12 is removed from the lower surface 22 of the blade 20. It is connected to the generator 1 (see FIG. 4) so that the first restraint is made and the second restraint is made on the upper surface 26 of the blade 20.
  • the constraining unit 40 as described above inserts the hub 44 formed on the central axis of the front bracket 42 on the central axis of the blade unit 12, as in the preferred embodiment of the present invention. You can make it fixed.
  • the center of the restraint unit 40 is formed with a hollow 41 to which the rotating shaft of the generator 1 is coupled, and the inlet 60 is attached to the front center of the blade unit 12 to the blade unit 12. Inflow of fluid flows naturally in the direction of each wing (20).
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy is omnidirectionally through the configuration of the blade unit 12 having the blades 20 so that the flow path 21 opening in the front-rear direction is formed horizontally.
  • Fluid such as seawater and wind flowing into the other wing 20b through the flow path 21 of one wing 20a, so that the blade device 10 is rotated by collecting the flow energy of the fluid to a high torque value This allows the generator to rotate even at low fluid flow rates, thus enabling effective power generation.
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy is a prior art that the blade unit 20 made of a combination of a plurality of blades 20 is directly coupled to the rotating shaft (2) of the generator (1) Unlike the rotary shaft 2 of the generator 1 by the restraining unit 40 in a state where the upper surface 26 and the lower surface 22 of the blade 20 forming the blade unit 12 are restrained by the restraining unit 40. Since the structure is coupled to), the solid support of the blade unit 12 is made. Therefore, vibration and noise generated when the blade rotates can be minimized, and assembly can be made convenient, thereby enabling a large size of the blade device having high power generation efficiency.
  • the operation capability of the blade device 10 for the generation of renewable energy according to the present invention is the blade device 10 according to a preferred embodiment of the present invention described below, and Japanese Patent Laid-Open No. 59 mentioned in the prior art.
  • first contrast technology wind blade type blade
  • second contrast technology Republic of Korea Patent Publication No. 10-0812796
  • the blade device 10 and the first contrast technology according to the present invention has a total diameter of 450mm
  • the portion corresponding to the hub is made of wood
  • the portion corresponding to the wing was made of aluminum material
  • the second contrast The technique used was made of wood with a total diameter of 450 mm.
  • Each blade device made in this way is mounted on a simple wind tunnel tester, which is usually used for wind tunnel testing of the blade device, and is supplied with wind by a blower installed at a position spaced apart from the simple wind tunnel tester.
  • the wind speed is supplied from the blower under the conditions of a breeze of 4.0 m / s, a weak wind of 4.8 m / s, and a strong wind of 6.2 m / s at the central position of each blade device, and 4.8 m at the position outside the edge of each blade device. It is supplied from the blower with a breeze of / s, a mild wind of 6.3m / s, and a strong wind of 8.3m / s.
  • an anemometer a stopwatch, a tachometer, a digital thermometer, a digital tester, and the like are used as measuring instruments for measuring various data in the wind tunnel test.
  • the wind tunnel test is performed separately for each blade unit under the same conditions, and the rotation of each blade unit under the breeze, weak wind, and strong wind conditions (unit: rpm), power generation voltage (unit: V), and short voltage Number (rpm), initial driving wind speed (unit: m / s), loading time (unit: sec), and maximum loading value (unit: number of reference weights) are measured.
  • each blade device has a horizontal wind tunnel test (result data in Table 1) in which the direction of wind supplied from the blower is horizontal to the axis of rotation of the blade device, and the direction of wind supplied from the blower is perpendicular to the axis of rotation of the blade device.
  • Wind tunnel test in the direction ⁇ result data of Table 2 ⁇ for each measurement (speed, power, voltage, speed under short voltage, initial driving wind speed, loading time, maximum loading) Will perform the value.
  • the rotational speed means the rotational value per minute of the blade device
  • the power generation voltage means the voltage value generated according to the rotation of the blade device when no load of the generator connected to the blade device
  • the rotational speed under the short voltage means that the blade device It means the number of revolutions under the condition that the output terminal of the generator is connected to apply electrical load (resistance)
  • the initial driving wind speed means the average value of the wind speed at which the blade device starts to rotate. It means the time it takes for three 350g weights connected to the blade device to rise to the set height (the distance from the bottom dead center to the top dead center-600mm) during the rotation of the gear. It means the maximum number of reference weight (350g) that is connected to the blade device is pulled up when the rotation of each blade device .
  • the rotation speed, the power generation voltage, and the rotation speed under the short voltage are for detecting the rotational capacity of the blade device, and the initial driving wind speed is for detecting the performance of the blade device in response to the breeze.
  • the maximum loading value is for detecting the torque of the blade device.
  • the blade device 10 for the development of renewable energy according to the present invention is a breeze, weak wind, strong wind conditions of the horizontal wind tunnel test
  • the highest rotational speed and the highest rotational force loading time is 5.66 seconds under the breeze conditions and the maximum time with the shortest time / eight loading values are 8).
  • the blade device 10 for the generation of renewable energy implements a high rotational speed and a high rotational force together with the first contrast technology even in the vertical wind tunnel test.
  • the blade device 10 for the development of renewable energy according to the present invention implements significantly higher rotational speed and higher rotational force than the first and second contrast technology in the breeze conditions of the horizontal wind tunnel test.
  • high rotational speed and high rotational force are implemented similarly to the first contrast technology.
  • Blade device for the generation of renewable energy is to be able to effectively generate power while being less affected by the flow direction and size of the fluid in power generation using the flow energy of the fluid, including wind, hydropower, tidal current.

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Abstract

본 발명은 풍력, 수력, 조류를 포함하여 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전에 있어서 유체의 유동 방향 및 크기에 영향을 덜 받으면서 효과적으로 발전가능하도록 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 블레이드 장치는 복수개 이상의 날개(20)의 조합으로 이루어지는 블레이드 유니트(20)가 직접 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되어 고정되지 않고, 구속 유니트(40)에 의해 블레이드 유니트(12)를 이루는 날개(20)의 상면(26)과 하면(22)이 구속된 상태에서 구속 유니트(40)에 의해 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되도록 한다. 따라서, 조립을 용이하게 함과 아울러 소음 및 진동을 줄일 수 있도록 하여 발전 효율이 높은 블레이드 장치의 대형화가 가능하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치
본 발명은 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 풍력, 수력, 조류를 포함하여 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전에 있어서 유체의 유동 방향 및 크기에 영향을 덜 받으면서 효과적으로 발전가능하도록 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에 관한 것이다.
지구 온난화에 대한 대응으로 태양력, 풍력, 수력, 조력 및 조류력 등의 신재생 에너지에 관한 이론적 연구 및 실험적 연구가 활발히 수행되고 있다.
이때, 풍력, 수력, 조류 발전과 같은 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전 설비는 유체의 유동에 따라 회전하게 되는 발전용 블레이드 장치를 구비하게 된다. 여기서, 블레이드(blade)는 프로펠러식, 다리우스식, 사보니우식과 이들의 변형 또는 개량한 다양한 형태로 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2002-0005556호 "통풍홈 부착 사보니우스풍차 회전날개", 등록특허공보 등록번호 제10-0637297호 "풍력 발전용 풍차", 등록특허공보 등록번호 제10-0654246호 "풍력발전기용 풍차", 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0082794호 "풍차", 등록실용신안공보 등록번호 제20-0352241호 "이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차", 일본공개실용신안공보 소55-110786호 "풍차", 소58-092474호 "풍차", 소61-151080호 "상자형수직축풍차" 및 일본공개특허공보 소59-180076호 "주축병렬풍차" 등을 통해 제안되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 블레이드는 단방향(1-way)의 유체 흐름에 대응하도록 설계되는 것이 대부분이어서 정해진 위치에 설치고정되는 블레이드가 다양한 방향으로 유동하는 유체의 에너지를 회전에너지로 변환시키는데 한계가 있었다. 특히, 풍력이나 조류 발전에서는 통상 바람이나 조류의 흐름방향이 여러 방향으로 이루어지게 되므로 이와 같은 종래기술에 따른 블레이드가 적용되는 풍력 발전의 경우 발전효율이 낮아지는 문제점이 있었고, 조류 발전에 적용하기 위해서는 별도의 장치{요(yaw) 시스템}를 설치하여 조류의 방향에 따라 블레이드의 각도를 변환시켜야 하는 문제점이 있었다.
한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0848385호 "놀이용 바람개비 구조를 개선한 풍력 발전기" 및 일본공개실용신안공보 평04-049521호 "자동차용풍력발전장치" 등은 유체의 유동 방향에 대하여 블레이드의 회전 방향이 비교적 자유롭게 대응되어 발전기능을 수행하도록 하는 블레이드 장치를 제안하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래기술에 따른 블레이드 장치는 소음과 진동 문제를 효과적으로 극복하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 종래기술에 따른 블레이드 장치는 블레이드의 고정을 축상에 볼트를 사용하여 고정하거나 용접을 통해 고정하는 구조를 취하고 있는데, 이 경우 블레이드 장치는 진동과 소음을 안정적으로 해소하기 어렵고, 궁극적으로는 상업용으로 사용하기 어려운 문제점이 있다. 특히, 이와 같은 소음과 진동 문제점으로 인해 종래기술에 따른 블레이드 장치는 상술한 블레이드를 대형 발전용으로 적용하는데 한계를 가져왔고, 고속 회전을 적용한 상업용 발전에 적용하지 못하는 한계를 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유체의 유동 에너지를 효과적으로 모아 회전되도록 하고, 유체의 다양한 유동 방향에 대하여 회전 방향이 비교적 자유롭게 대응되어 발전기능을 수행할 수 있도록 하는 새로운 형태의 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 블레이드를 발전기에 용이하게 결합시킬 수 있도록 하면서도 다양한 유체의 유동 방향에 대하여 블레이드를 안정적으로 지지하면서 진동 및 소음을 최소화시킬 수 있도록 하는 새로운 형태의 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전을 위한 블레이드 장치에 있어서, 하면(22)과 상면(26) 사이에 연결면(24)이 일체를 이루어 형성됨으로써 전후방향으로 개구되는 유로(21)가 수평되게 형성되도록 하는 복수개 이상의 날개(20)를 갖고, 서로 이웃하는 날개(20) 중에서 일측 날개(20a)의 유로(21)가 타측 날개(20b) 방향으로 형성되므로써, 유체가 상기 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 상기 타측 날개(20b)로 유입되도록 하는 블레이드 유니트(12) 및; 상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)과 상면(26)이 고정되도록 함으로써, 상기 블레이드 유니트(12)가 상기 날개(20)의 하면(22)에서 제 1 구속이 이루어지도록 하고 상기 날개(20)의 상면(26)에서 제 2 구속이 이루어지도록 하여 발전기(1)에 접속되는 구속 유니트(40)를 구비한다.
이와 같은 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에서 상기 구속 유니트(40)는 상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 하는 프론트 브라켓(42) 및, 상기 프론트 브라켓(42)과 일체로 형성되고, 상기 프론트 브라켓(42)의 중심축상에서 돌출되도록 형성되어 상기 블레이드 유니트(12)의 중심축상으로 삽입되어 위치되고, 상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 상면(26)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 하는 허브(44)를 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에서 상기 구속 유니트(40)의 허브(44)는 상하방향으로 관통되는 중공(41)이 형성되고, 상기 상면(26)을 형성하는 플랜지(46)를 구비하되, 상기 플랜지(46)는 상기 중공(41)의 상측에서 둘레로 배치되어 형성됨으로써 상기 플랜지(46)의 하면에 상기 중공(41)에 의한 공간이 형성되고, 상기 블레이드 유니트(12)의 각 날개(20)는 상기 상면(26)의 끝단에 상기 플랜지(46)의 하면으로 꺾이어 접혀지는 걸림 돌기(27)를 더 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치는 상기 구속 유니트(40)의 프론트 브라켓(42)에 고정되어 결합되는 리어 브라켓(52) 및, 상기 허브(44)의 중공(41)에 삽입되어 결합되고, 상기 발전기(1)의 회전축(2)이 고정되어 결합되는 고정홀(51)이 형성되는 리어 허브(54)로 이루어지는 리어 유니트(50)를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에 따르면, 본 발명의 블레이드 장치는 유체의 유동 에너지를 효과적으로 모으고, 다양한 유체의 유동 방향에 대하여 블레이드의 회전 방향이 비교적 자유롭게 대응되므로, 풍차형 블레이드 및 통상의 3블레이드와 대비할 때 현저하게 높은 회전수와 높은 회전력을 구현하게 되어 높은 발전 효율을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 블레이드 장치(10)는 복수개 이상의 날개(20)의 조합으로 이루어지는 블레이드 유니트(20)가 직접 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되어 고정되지 않고, 구속 유니트(40)에 의해 블레이드 유니트(12)를 이루는 날개(20)의 상면(26)과 하면(22)이 구속된 상태에서 구속 유니트(40)에 의해 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되는 구조를 가지게 되므로, 조립을 용이하게 함과 아울러 소음 및 진동을 줄일 수 있도록 하여 발전 효율이 높은 블레이드 장치의 대형화가 가능하도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 설명하기 위한 단면도;
도 2는 도 1에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 설명하기 위한 분해 사시도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 사시도;
도 4는 도 3에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 사용 일례를 보여주는 도면;
도 5는 도 3에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 분해 사시도;
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에서 블레이드 유니트와 구속 유니트의 결합관계를 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명하며, 도 3 내지 도 7에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 주 요소들의 결합고정을 위한 보강 리브(판), 볼트 및 나사, 홀, 와셔, 너트 등의 도시는 간략히 하거나 생략하였으며, 통상 조류 발전 시스템, 풍력 발전 시스템 또는 일반적인 발전 시스템에 대한 구성 및 작용 등 이 분야의 종사자들이 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시는 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 특히, 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 사시도이고, 도 4는 도 3에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 사용 일례를 보여주는 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 블레이드 유니트(12) 및 구속 유니트(40)를 구비하되, 블레이드 유니트(12)의 중심축을 둘레로 유로(21)를 갖는 날개(20)를 구성하여 자연적인 바람의 흐름을 이용하는 풍력 발전, 자연적인 해수의 흐름을 이용하는 조류 발전 등의 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전에 적합하도록 구성된다. 이때, 날개(20)는 설계조건이나 기능에 따라 3~20개로 이루어질 수 있으나, 90도를 이루는 4개의 날개(20)로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시예에 따른 블레이드 장치(10)에서 블레이드 유니트(12)의 날개(20)는 전후방향으로 개구되는 유로(21)가 수평되게 형성되도록 외측 방향으로 말려서 후측의 양단이 유도구(60)가 결합되는 중심축상{물론, 각 날개(20)의 후측의 양단 즉, 하면(22)과 상면(26)은 구속 유니트(40)에 고정 결합된다}에서 결합된다. 즉, 날개(20)는, 도 6에서 보는 바와 같이, 구속 유니트(40)에 고정되어 구속되는 하면(22)과 상면(26) 사이에 연결면(24)이 일체를 이루며 형성되어 유로(21)를 둘러싸도록 한다.
이때, 서로 이웃하는 날개(20)는 일측 날개(20a)의 유로(21)가 타측 날개(20b) 방향으로 형성되므로써, 도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, 전방향으로 유입되는 바람, 조류를 포함하는 유체가 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 타측 날개(20b)로 유입되도록 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)에서 블레이드 유니트(12)의 날개(20)는 하면(22)을 이루는 삼각형 형상의 판체가 상측으로 절곡되어 상면(26)과 연결면(24)이 중심축상의 외측방향으로 볼록한 형상으로 이루어지도록 한다. 이에 따라, 도 7의 (b)에서와 같이 발전기(1)의 회전축(2)과 평행한 방향으로 유체가 유동하더라도 날개(20)의 상면(26)와 연결면(24)의 볼록한 곡면을 타고 유동하는 유체의 유동특성에 의해 회전축(2)과 평행한 방향의 유체 유동에도 날개(20)가 회전하게 된다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드 장치(10)는, 도 7의 (a)에서와 같이 회전축(2)에 수직인 방향으로 유동하는 유체뿐만 아니라, 도 7의 (b)에서와 같이 회전축(2)에 평행인 방향으로 유동하는 유체에도 회전하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 다양한 방향으로 유동하는 유체에 대응하여 유체의 다방향 유동을 수용하면서 각 유동 방향에 대한 회전력이 제공될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)의 블레이드 유니트(12)를 이루는 복수개 이상의 날개(20)는 정해진 크기의 평판체가 복수개의 분할영역으로 구획되어 절단된 것이 절곡되어 이루어진 것인데, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 날개(20)는 4개로 이루어져 각 날개(20)가 서로 90도의 각도를 갖도록 형성된다.
도 5는 도 3에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치에서 블레이드 유니트와 구속 유니트의 결합관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 구속 유니트(40)를 사용하여 전술한 블레이드 유니트(12)를 발전기(1)에 접속시키도록 함으로써, 블레이드 장치(10)를 발전기(1)에 용이하게 조립시킬 수 있도록 함과 동시에 결합 및 조립 정밀도를 높일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 구체적으로 보면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)에서 구속 유니트(40)는 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)과 상면(26)이 고정되도록 함으로써, 블레이드 유니트(12)가 날개(20)의 하면(22)에서 제 1 구속이 이루어지도록 하고 날개(20)의 상면(26)에서 제 2 구속이 이루어지도록 하여 발전기(1)에 접속된다.
또한, 구속 유니트(40)는 프론트 브라켓(42)과 허브(44)로 이루어져 구성(제조)의 편의성을 높이고 전술한 블레이드 유니트(12)를 더욱 안정적으로 고정하여 지지하도록 한다.
프론트 브라켓(42)은 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 하는데, 이 프론트 브라켓(42)에는 후술하는 리어 유니트(50)를 고정하기 위한 홀(43b)과 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)을 고정(본 실시예에서는 리벳팅 적용)하기 위한 홀(43a)이 형성된다.
허브(44)는 프론트 브라켓(42)과 일체로 형성되고, 프론트 브라켓(42)의 중심축상에서 돌출되도록 형성되어 블레이드 유니트(12)의 중심축상으로 삽입되어 위치되며, 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 상면(26)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 한다. 이때, 허브(44)는 블레이드 유니트(12)의 중심축상에 형성된 중심홀(29)로 삽입되어 위치되도록 한다.
한편, 본 실시예에서 허브(44)는 상하방향으로 관통되는 중공(41)이 형성되고, 상면(26)을 형성하는 플랜지(46)를 갖고, 이 플랜지(46)는 중공(41)의 상측에서 둘레로 배치되어 형성됨으로써 플랜지(46)의 하면에 중공(41)에 의한 공간이 형성된다. 그리고, 블레이드 유니트(12)의 각 날개(20)는 상면(26)의 끝단에 플랜지(46)의 하면으로 꺾이어 접혀지는 걸림 돌기(27)를 구비하여, 각 날개(20)의 고정이 안정적으로 이루어지도록 한다. 이때, 본 실시예에 따른 블레이드 장치(10)는 허브(44)의 플랜지(46)가 홈부(46a)와 돌출부(46b)로 형성되도록 하고, 홈부(46a)에 리벳작업을 위한 홀(47)을 형성하여, 홈부(46a)에 각 날개(20)의 상면(26)이 위치되도록 한 후, 리벳팅 작업을 수행함으로써 날개(20)가 허브(44)의 플랜지(46)에 더욱 안정적으로 고정되도록 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 발전기(1)에 결합되는 리어 유니트(50)를 적용하여 발전기(1)와 블레이드 장치(10)의 결합을 더욱 편리하게 한다. 즉, 전술한 블레이드 유니트(12)와 구속 유니트(40)의 결합을 통해 블레이드 장치(10)의 기본적인 조립을 완료하고, 리어 유니트(50)를 발전기(1)의 회전축(2)에 결합시킨 후, 이 리어 유니트(50)와 구속 유니트(40)를 결합시키도록 함으로써, 발전기(1)에 블레이드 장치(10)의 설치 및 해체를 편리하게 하도록 한다.
이를 위한 리어 유니트(50)는 리어 브라켓(52)와 리어 허브(54)로 이루어진다. 여기서, 리어 브라켓(52)은 구속 유니트(40)의 프론트 브라켓(42)에 고정되어 결합되는데, 이를 위해 프론트 브라켓(42)에 형성된 홀(43b)과 대응되는 홀(53)이 형성된다. 그리고, 이 리어 브라켓(52)은 그 무게를 줄이기 위한 형태로 살빼기되도록 형성된다. 또한, 리어 허브(54)는 허브(44)의 중공(41)에 삽입되어 결합되고, 발전기(1)의 회전축(2)이 고정되어 결합되는 고정홀(51)이 형성된다.
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)에서 구속 유니트(40)와 리어 유니트(50)는 블레이드 유니트(12)와 발전기(1)의 접속이 정밀하게 이루어져 진공 및 소음을 줄이도록 한다. 따라서, 구속 유니트(40)와 리어 유니트(50)는 정밀 또는 일반 주조법 등을 통해 각각 일체로 형성하여 정밀 기계가공을 통해 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 보인 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 유체의 유동 에너지를 효과적으로 모으고 압축하여 회전되고, 다양한 유체의 유동 방향에 대하여 회전 방향이 비교적 자유롭게 대응되어 발전기능을 수행할 수 있도록 하는 특징을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 블레이드 장치(10)는 발전기에 용이하게 결합시킬 수 있도록 함과 동시에 다양한 유체의 유동 방향에 대하여 블레이드를 안정적으로 지지하면서 진동 및 소음을 최소화시킬 수 있도록 하는 특징을 갖는다.
이를 위한 본 발명에 따른 블레이드 장치(10)는 블레이드 유니트(12) 및 구속 유니트(40)를 구비하여 유체의 유동 에너지를 이용하여 발전할 수 있도록 한다.
이때, 블레이드 유니트(12)는 하면(22)과 상면(26) 사이에 연결면(24)이 일체를 이루어 형성됨으로써 전후방향으로 개구되는 유로(21)가 수평되게 형성되도록 하는 복수개 이상의 날개(20)를 갖는다. 그리고, 도 2에서 보는 바와 같이, 블레이드 유니트(12)에서 서로 이웃하는 날개(20) 중에서 일측 날개(20a)의 유로(21)가 타측 날개(20b) 방향으로 형성되므로써, 유체가 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 타측 날개(20b)로 유입되도록 한다.
한편, 본 발명에서 일측 날개(20a)와 타측 날개(20b)는 바람, 조류 포함하는 유체가 유입되는 방향을 기준으로 유체의 유동에 의해 회전력을 부여받도록 하는 두 날개를 구분짓기 위해 적용한 용어로서, 그 용어가 본 발명의 구성요소를 제한하는 것은 아니다. 즉, 도 7의 (a)에서 유체의 유동 방향으로 유로가 위치되는 날개를 일측 날개(20a)라고 지칭하였고, 이 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 유입된 유체를 받는 날개를 타측 날개(20b)로 표현하였는데, 블레이드 유니트(12)의 전체적으로 보았을 때, 각 날개(20)는 회전상태가 되므로, 차후에는 일측 날개와 전측 날개의 자리가 변경되게 된다.
또한, 구속 유니트(40)는 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)과 상면(26)이 고정되도록 함으로써, 블레이드 유니트(12)가 날개(20)의 하면(22)에서 제 1 구속이 이루어지도록 하고 날개(20)의 상면(26)에서 제 2 구속이 이루어지도록 하여 발전기(1, 도 4 참조)에 접속된다. 이와 같은 구속 유니트(40)는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 프론트 브라켓(42)의 중심축상에 형성되는 허브(44)를 블레이드 유니트(12)의 중심축상으로 삽입시켜 블레이드 유니트(12)를 고정할 수 있도록 할 수 있을 것이다.
한편, 구속 유니트(40)의 중심에는 발전기(1)의 회전축이 결합되는 중공(41)이 형성되고, 블레이드 유니트(12)의 앞측 중심부에는 유도구(60)를 부착시켜 블레이드 유니트(12)로 유입되는 유체의 흐름이 각 날개(20)의 방향으로 자연스럽게 흐르도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 전후방향으로 개구되는 유로(21)가 수평되게 형성되도록 날개(20)를 갖는 블레이드 유니트(12)의 구성을 통해 전방향으로 유입되는 해수, 바람과 같은 유체가 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 타측 날개(20b)로 유입되도록 하므로, 유체의 유동 에너지를 모아 블레이드 장치(10)가 회전되도록 하여 높은 토크 값을 가질 수 있고 이는 저속의 유체 유동에서도 발전기를 회전시킬 수 있어 효과적인 발전이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 복수개 이상의 날개(20)의 조합으로 이루어지는 블레이드 유니트(20)가 직접 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되는 종래기술과 달리 구속 유니트(40)에 의해 블레이드 유니트(12)를 이루는 날개(20)의 상면(26)과 하면(22)이 구속된 상태에서 구속 유니트(40)에 의해 발전기(1)의 회전축(2)에 결합되는 구조를 가지게 되므로, 블레이드 유니트(12)의 견고한 지지가 이루어지게 된다. 따라서, 블레이드 회전시 발생되는 진동 및 소음을 최소화시킬 수 있고, 조립을 편리하게 할 수 있어, 발전 효율이 높은 블레이드 장치의 대형화가 가능하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)의 작동 능력은 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드 장치(10)와, 종래기술에서 언급된 일본공개특허공보 소59-180076호 "풍차형 블레이드"에서 보인 블레이드 장치(이하, "제 1 대비기술"이라 한다) 및 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0812796 "풍력 발전 장치용 로터 블레이드"에서 보인 바와 같이 풍력발전에서 일반적으로 사용되고 있는 3블레이드(이하, "제 2 대비기술"이라 한다)와 비교하는 풍동시험을 통해 확인할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 블레이드 장치(10)와 제 1 대비기술은 전체 직경이 450mm로서 허브에 해당되는 부위는 목재로 이루어지고, 날개에 해당되는 부위는 알루미늄 소재로 이루어진 것이 사용되었고, 제 2 대비기술은 전체 직경이 450mm로서 목재로 이루어진 것이 사용되었다.
이와 같이 이루어진 각각의 블레이드 장치는 통상 블레이드 장치의 풍동시험에 사용되는 간이풍동시험기에 장착되어 상기 간이풍동시험기로부터 이격된 위치에 설치된 송풍기에 의해 바람을 공급받게 된다. 여기서, 바람의 풍속은 각 블레이드 장치의 중심부 위치에서 4.0m/s의 미풍, 4.8m/s의 약풍, 6.2m/s의 강풍 조건으로 송풍기로부터 공급되고, 각 블레이드 장치의 가장자리 외측 위치에서 4.8m/s의 미풍, 6.3m/s의 약풍, 8.3m/s의 강풍 조건으로 송풍기로부터 공급된다.
한편, 풍동시험에서 각종 데이터의 측정을 위하여 풍속계, 스톱워치, 타코미터, 디지털 온도계, 디지털 테스터기 등이 측정기구로 사용된다.
풍동시험은 각각의 블레이드 장치에 대하여 동일조건에서 개별적으로 수행되는데, 각 블레이드 장치에 대하여 미풍, 약풍, 강풍 조건에서의 회전수(단위:rpm), 발전전압(단위:V), 쇼트전압 하에서의 회전수(단위:rpm), 초기구동풍속(단위:m/s), 로딩시간(단위:sec), 최대로딩값(단위:기준추의 개수)을 측정하게 된다.
그리고, 각 블레이드 장치는 송풍기로부터 공급되는 바람의 방향이 블레이드장치의 회전축에 수평인 수평방향의 풍동시험{표 1의 결과 데이터}과 송풍기로부터 공급되는 바람의 방향이 블레이드 장치의 회전축에 수직인 수직방향의 풍동시험{표 2의 결과 데이터} 각각에 대하여 상기한 조건(미풍, 약풍, 강풍)에서의 각 측정(회전수, 발전전압, 쇼트전압 하에서의 회전수, 초기구동풍속, 로딩시간, 최대로딩값을 수행하게 된다.
여기서, 회전수는 블레이드 장치의 분당 회전값을 의미하고, 발전전압은 블레이드 장치가 연결되는 발전기의 무부하 시 블레이드 장치의 회전에 따라 발생되는 전압값을 의미하며, 쇼트전압 하에서의 회전수는 블레이드 장치가 연결되는 발전기의 출력단을 단락시켜 전기적 부하(저항)을 가한 상태에서의 회전수를 의미하고, 초기구동풍속은 블레이드 장치가 회전을 시작하게 되는 풍속의 평균값을 의미하는 것이며, 로딩시간은 미풍 조건에서의 회전시 블레이드 장치에 연결되는 350g 중량의 기준추 3개가 설정된 높이(하사점에서 상사점까지의 거리-600mm)까지 상승하는데 걸리는 시간을 의미하는 것이고, 최대로딩값은 동일한 조건(미풍 조건)에서 각 블레이드 장치의 회전시 블레이드 장치에 연결되어 끌어올려지는 기준추(350g)의 최대 개수를 의미한다.
상기의 회전수, 발전전압, 쇼트전압 하에서의 회전수는 블레이드 장치의 회전능력을 검출하기 위한 것이고, 상기의 초기구동풍속은 블레이드 장치가 미풍에 반응하는 성능을 검출하기 위한 것이며, 상기의 로딩시간과 최대로딩값은 블레이드장치의 회전력(torque)을 검출하기 위한 것이다.
다음은 수평방향의 풍동시험의 결과(수평축 테스트 결과치로서 수평축은 유체의 유동방향과 블레이드의 회전축이 수평일 때를 말함)와 수직방향의 풍동시험의 실험 결과(수직축 테스트 결과치로서 수직축은 유체의 유동방향과 블레이드의 회전축이 수직일 때를 말함)를 [표 1]과 [표 2]로 정리한 것이다.
표 1
Figure PCTKR2010008132-appb-T000001
표 2
Figure PCTKR2010008132-appb-T000002
이와 같은 [표 1], [표 2]의 실험결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 수평방향의 풍동시험의 미풍, 약풍, 강풍 조건 모두에서 가장 높은 회전수와 가장 높은 회전력(미풍 조건에서 로딩시간이 5.66초로 최단시간/최대로딩값이 8개로 최대값)을 구현하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 수직방향의 풍동시험에서도 제 1 대비기술과 함께 높은 회전수와 높은 회전력을 구현하고 있음을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치(10)는 수평방향의 풍동시험의 미풍 조건에서는 제 1 대비기술과 제 2 대비기술에 비해서 현저하게 높은 회전수와 높은 회전력을 구현하고 있으며, 수직방향 풍동시험의 미풍 조건에서도 제 1 대비기술과 유사하게 높은 회전수와 높은 회전력을 구현하고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치는 풍력, 수력, 조류를 포함하여 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전에 있어서 유체의 유동 방향 및 크기에 영향을 덜 받으면서 효과적으로 발전가능하도록 한다.

Claims (4)

  1. 유체의 유동 에너지를 이용하는 발전을 위한 블레이드 장치에 있어서,
    하면(22)과 상면(26) 사이에 연결면(24)이 일체를 이루어 형성됨으로써 전후방향으로 개구되는 유로(21)가 수평되게 형성되도록 하는 복수개 이상의 날개(20)를 갖고, 서로 이웃하는 날개(20) 중에서 일측 날개(20a)의 유로(21)가 타측 날개(20b) 방향으로 형성되므로써, 유체가 상기 일측 날개(20a)의 유로(21)를 통해 상기 타측 날개(20b)로 유입되도록 하는 블레이드 유니트(12) 및;
    상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)과 상면(26)이 고정되도록 함으로써, 상기 블레이드 유니트(12)가 상기 날개(20)의 하면(22)에서 제 1 구속이 이루어지도록 하고 상기 날개(20)의 상면(26)에서 제 2 구속이 이루어지도록 하여 발전기(1)에 접속되는 구속 유니트(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구속 유니트(40)는 상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 하면(22)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 하는 프론트 브라켓(42) 및,
    상기 프론트 브라켓(42)과 일체로 형성되고, 상기 프론트 브라켓(42)의 중심축상에서 돌출되도록 형성되어 상기 블레이드 유니트(12)의 중심축상으로 삽입되어 위치되고, 상기 블레이드 유니트(12)의 날개(20)의 상면(26)이 놓여 고정됨으로써 지지되도록 하는 허브(44)를 구비하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구속 유니트(40)의 허브(44)는 상하방향으로 관통되는 중공(41)이 형성되고, 상기 상면(26)을 형성하는 플랜지(46)를 구비하되, 상기 플랜지(46)는 상기 중공(41)의 상측에서 둘레로 배치되어 형성됨으로써 상기 플랜지(46)의 하면에 상기 중공(41)에 의한 공간이 형성되고,
    상기 블레이드 유니트(12)의 각 날개(20)는 상기 상면(26)의 끝단에 상기 플랜지(46)의 하면으로 꺾이어 접혀지는 걸림 돌기(27)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 구속 유니트(40)의 프론트 브라켓(42)에 고정되어 결합되는 리어 브라켓(52) 및,
    상기 허브(44)의 중공(41)에 삽입되어 결합되고, 상기 발전기(1)의 회전축(2)이 고정되어 결합되는 고정홀(51)이 형성되는 리어 허브(54)로 이루어지는 리어 유니트(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신재생 에너지의 발전을 위한 블레이드 장치.
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