WO2020218710A1 - 고출력 발전 와류풍차날개 - Google Patents

고출력 발전 와류풍차날개 Download PDF

Info

Publication number
WO2020218710A1
WO2020218710A1 PCT/KR2020/000106 KR2020000106W WO2020218710A1 WO 2020218710 A1 WO2020218710 A1 WO 2020218710A1 KR 2020000106 W KR2020000106 W KR 2020000106W WO 2020218710 A1 WO2020218710 A1 WO 2020218710A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wake
circumferential
ring
blade
windmill
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/000106
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
배헌민
배정호
Original Assignee
배헌민
배정호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배헌민, 배정호 filed Critical 배헌민
Publication of WO2020218710A1 publication Critical patent/WO2020218710A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F03D1/025—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors coaxially arranged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05B2240/122—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention is a high-power structure in the form of an integrated rotating body installed in multiple stages in the front of the multi-stage structure of the wake fixed by the excitation force of the three-dimensional three-dimensional vortex flow outflow between two structures crossing at a certain interval. It relates to power generation vortex windmill blades.
  • wind power generation is a technology that converts kinetic energy from air into mechanical energy by rotating a windmill using aerodynamic properties, and uses this mechanical energy to generate electricity, in the form of a horizontal axis depending on the direction of the rotation axis relative to the ground.
  • Propeller type windmills (Wind Power Generator: Patent Registration No. 10-1027055, registered on March 29, 2011) are mainly used, and are widely used from those connected to large-scale power systems to independent small power sources such as remote islands and mountainous areas. Since wind power varies greatly over time, when used as an independent power source, it is used in combination with a storage device such as charging using a storage battery or other power generation methods.
  • propeller type windmills which are currently known as the best windmills, have a propeller blade length of 10m to 50m in large-sized cases, and if the length of the chord at the tip of the propeller blade is increased widely, Since the air resistance increases and the rotational speed decreases, the form of increasing the rotational speed by making the tip of the blade thinner in terms of rotational efficiency is becoming the mainstream, and three or four blades are operated in the form of radial coupling at the tip of the power generation unit.
  • the windmill does not rotate smoothly due to the resistance force, and does not rotate at all below about 3m/s.
  • the present invention solves the problems of the existing propeller windmill, and in a vortex windmill having a ring on the wake of the circumferential wing, the wake ring and the circumferential wing are installed in multiple stages in consideration of the range of influence of the three-dimensional vortex generation. It is intended to provide a multi-stage vortex windmill blade of high power generation that increases the generation of eddy currents so that the excitation force is as large as possible.
  • the circumferential blade and the wake ring are installed to cross 90° in multiple stages (hereinafter referred to as'cross crossing') to increase the occurrence of eddy currents flowing out between the circumferential blade and the wake ring, and to increase the corresponding excitation force. It is to provide multi-stage vortex windmill blades for high power generation.
  • the rotational speed of the circumferential blade increases in linear proportion to the wind speed, whereas the propeller windmill stops the operation of the windmill at a wind speed of 25m/s or more, whereas the vortex windmill increases the rotational speed even at 30m/s or more (Fig. 3, 4), to allow the windmill to rotate at all wind speeds.
  • the high-power generation vortex windmill blade for generating high-power generation with the one-stage vortex windmill blade of the present invention, includes a tip portion that is the tip of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of tip supporters formed on the edge surface of the tip portion.
  • a front end boundary film rim fence formed at the ends of the plurality of tip supporters, a plurality of circumferential blades formed on the tip boundary film rim fence, and a first boundary film rim formed at the ends of the plurality of circumferential blades Including; a rotation blade portion as a fence, a wake ring disposed on the rear surface of the rotation blade portion, and a wake ring portion configured as a plurality of wake ring supporters supporting the wake ring,
  • the plurality of circumferential blades are formed between the front boundary film rim fence and the boundary film rim fence to increase the generation of eddy currents flowing out between the rotating blades and the wake ring part to maximize the excitation force to generate high power. It is characterized by that.
  • the high-power generation vortex windmill blade for generating high-power generation with the multi-stage vortex windmill blade of the present invention, includes a tip portion that is a tip of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of tip supporters formed on the edge surface of the tip portion.
  • a front end boundary film rim fence formed at the ends of the plurality of tip supporters, a plurality of circumferential blades formed on the front end boundary film rim fence, and a boundary film rim fence formed at the ends of the plurality of circumferential blades, A plurality of circumferential blades on the boundary film rim fence, and a rotation blade portion in which a boundary film rim fence is alternately formed on the plurality of circumferential blades so that the circumferential blades and the boundary film rim fence are formed in multiple stages;
  • a wake ring disposed on the rear surface of the rotary blade; A plurality of wake ring supports for supporting the wake ring; Including; a wake ring disposed on the outer circumference of the wake ring and a plurality of wake ring supports for supporting the wake ring are alternately further disposed to form a wake ring and a wake ring support in multiple stages; and
  • the circumferential blade and a rotation blade portion in which a boundary film rim fence is alternately formed on the circumferential blade so that the circumferential blade and the boundary film rim fence are formed in multiple stages; and a wake ring disposed on the rear side of the rotation blade unit, and a wake thereof
  • a wake ring portion in which wake ring supports for supporting the ring are alternately further disposed so that the wake ring and wake ring supports are formed in multiple stages; It is characterized by high-power power generation by increasing the generation of eddy currents flowing out between them to maximize the excitation force.
  • the proper spacing between the circumferential blades and the circumferential blades in the plurality of circumferential blades is 3 to 7 times the diameter of the circumferential blades.
  • the arrangement of the circumferential blades in the rotating blade portion is to be symmetrically or asymmetrically arranged with each other.
  • the one-stage or multi-stage vortex windmill blade it is characterized in that it is possible to stop or operate the rotating vortex windmill by a wake ring moving sliding device that moves the wake ring part to the gap between the rotating blade part and the wake ring part.
  • a plurality of holes are formed in the inner and outer cylinders of the boundary membrane fence to absorb the pressure of the boundary layer when the wind flows to the inner and outer surfaces of the boundary film rim fence to minimize the influence of the boundary layer. It is characterized by.
  • the force is dispersed throughout the circumferential or rectangular columnar body, thereby reducing damage.
  • the one-stage or multi-stage vortex windmill blade further comprises a rotation direction propeller for determining the rotation direction of the vortex windmill so as to have a certain angle to the edge fence at the outermost end of the end.
  • the large-sized propeller windmills that do not rotate at low speeds of 3m/s or less are saved by combining and installing the high-power generation vortex windmill blades to the front or rear of the existing large-sized propeller windmills. It is characterized by being used as a starting windmill that can rotate even in the middle.
  • the propeller pitch angle of the large-sized propeller windmill is set horizontally in the wind direction in a strong wind of 25m/s or more to stop rotation. It is characterized in that the combined vortex windmill can rotate and generate electricity alone.
  • the high-power multi-stage vortex windmill blade of the present invention has the disadvantage that the conventional large-sized propeller windmill cannot rotate at a low speed wind speed and does not rotate due to a propeller breakage problem at a high speed of about 25 m/s.
  • High-power generation multi-stage vortex windmills rotate at all wind speeds from low to high speed while the rotation speed is low, and power generation is possible accordingly, and high-power generation multi-stage vortex windmill blades with multi-stage circumferential blades While having a high rotational force equivalent to at least 10 times the amount of generation of large propeller windmills (the difference is determined by the number of circumferential blades installed), the noise caused by high-speed rotation of the propeller windmill is significantly reduced in high-power generation multi-stage vortex windmills. There is a great effect that can also reduce damage.
  • FIG. 1 is a view of a vortex windmill during rotation of two circumferential blades according to the present invention.
  • Figure 2 is a vortex windmill during rotation of four circumferential blades according to the present invention
  • Figure 3 is a relationship between the wind speed and the number of revolutions and the number of circumferential blades according to the present invention
  • Figure 4 is a comparison diagram of the power generation amount of a single-stage vortex windmill (one wake ring) according to the present invention and a conventional propeller windmill
  • FIG. 5 is a visualization photograph of the three-dimensional vortex flow occurring near the intersection of the circumferential blade and the wake ring according to the present invention and the surface flow of the circumferential blade by the oil film method.
  • FIG. 6 is an average velocity distribution diagram of a wake in a state in which the circumferential blade and the wake ring according to the present invention cross and are fixed.
  • Figure 8 is a high-power generation multi-stage vortex windmill according to the present invention
  • FIG. 11 is a front view and a partial view of a high-power generation multi-stage vortex windmill according to the present invention
  • Figure 12 is a high-power generation multi-stage vortex windmill rotation blades related to the present invention
  • Figure 13 is a high-power generation multi-stage vortex windmill rotary blade portion and shaft related diagram according to the present invention
  • Figure 14 is a high-power generation multi-stage vortex windmill rotary blade portion and shaft, wake ring and support according to the present invention
  • Fig. 15 is a diagram of a boundary membrane rim fence according to the present invention
  • Figure 16 is a wake ring, wake ring support, and wake ring support support shaft sliding device
  • Figure 17 is a high-power generation multi-stage vortex windmill rotating blades in which the circumferential blades according to the present invention are arranged symmetrically
  • Figure 18 is a combination of high-power generation multi-stage vortex windmill installation on the front of the propeller windmill according to the present invention
  • Figure 19 is a combination of high-power generation multi-stage vortex windmill installation on the front of the propeller windmill wing according to the present invention
  • Figure 20 is a high-power generation multi-stage vortex windmill installation combination on the front of the propeller windmill according to the present invention
  • a propeller windmill rotates a windmill blade having an illusion angle (inclination angle) in the wind direction, and generates electricity using this rotational force.
  • a circumference without an illusion angle in the wind direction as a wing (hereinafter referred to as'circumferential wing') (e.g., circumferential wing in Fig.
  • Karman Vortex is generated in the wake of the circumferential wing, and the circumferential wing is in a direction perpendicular to the flow It vibrates and does not rotate, but a structure (hereinafter referred to as a'wake ring' in the form of a ring such as a circumference, square, polygon, etc.) is cross-intersected as shown in FIG. It can be seen that the circumferential blade rotates at a specific interval when the interval is adjusted. This is because the excitation force of the vortex flowing out between the circumferential blade and the wake ring acts oppositely on both sides of the rotating blade, resulting in a rotational force.
  • FIG. 1 is a diagram of a vortex windmill in the case of two rotating circumferential blades according to the present invention.
  • W width of wake ring
  • D diameter of ring center
  • s distance between circumferential blade and wake ring
  • d diameter of circumferential blade.
  • Fig. 2 is a diagram of a vortex windmill in the case of four rotating circumferential blades according to the present invention.
  • Fig. 3 is a diagram comparing the number of rotations at the same wind speed when the circumferential blades are 2, 4, and 8 sheets.
  • the wing length: L 60mm
  • the gap ratio: s/d 0.35
  • the ring width ratio: W/d 1.0.
  • FIG. 4 is a diagram comparing the amount of power generation between a first-stage vortex windmill (one circumferential wing and one wake ring) and a conventional propeller windmill.
  • the vortex windmill having one ring in the wake of the circumferential wing shows that the total power generation is larger than that of the small and medium-sized propeller windmill, but it is less than that of the large propeller windmill under 25m/s.
  • the circumferential wing rotates, so the total power generation cannot be said to be less than that of a large windmill.
  • the wind speed stops at 13m/s and stops at 25m/s or more in large-sized propeller windmills. This is called cut off wind speed.
  • the number of rotations of the circumferential blade increases in proportion to the wind speed, and the large propeller windmill stops the operation of the windmill due to the damage of the propeller at a high speed of 25m/s or more, whereas the vortex windmill is 30m/s. Even above s, the excitation forces of the eddy current flowing out between the circumferential blade and the wake ring structure act symmetrically to each other and have a large rotational force.
  • the thin part of the propeller blade cannot withstand wind power and is damaged, whereas when the windmill blade is circumferential, the power is distributed throughout the circumference even if strong wind power acts on the blade, reducing the risk of damage and high power generation.
  • the vortex windmill blade has a low frequency of eddy current generated in the circumferential wake, and the experimental result is less than 1/6 of the conventional propeller windmill in the circumferential speed ratio, which is the ratio between the wind speed and the rotational speed of the blade.
  • the circumferential wing is a columnar body (a polygonal column shape including a square).
  • the vortex windmill blade of the present invention solves the problem of noise caused by high-speed rotation, which is a problem of the conventional propeller windmill blades, while the torque is 10 times stronger than that of the existing propeller, so the power generation is very large. It is to provide a high-efficiency energy means in the era of post-nuclear power plants.
  • Fig. 3 which investigated the number of rotations when the number of circumferential blades is 2 and 4 and 8 circumferential blades in the case of a single wake ring, when there are 2 circumferential blades, the circumferential blade and the wake ring are There are 2 intersections, and if there are 4 circumferential wings, it becomes 8, and when there are 8 circumferential wings, it becomes 16. Therefore, the number of revolutions is 1.6 times more for 4 blades than for 2 circumferential blades, and 2.2 times more for 8 circumferential blades.
  • a three-dimensional eddy current is generated and the range that influences each other is investigated, and the circumferential blades are spaced out of the range of adverse effects.
  • the eddy currents affected by other currents are not regular and cause a distorted eddy current, thereby weakening the excitation force, so this badly affected range must be considered.
  • the flow was first visualized to investigate the size of the flow field, and the flow velocity of the entire wake flow field was measured with a velocimetry.
  • FIG. 5(a) is a visualized photograph of a three-dimensional vortex flow occurring near the intersection of the circumferential wing crossing the cross and a sketch thereof.
  • oil is applied to the circumferential blade. This is a visualized photo of the oil film attached to the flow field and unfolded after a certain period of time.
  • 5(b) is a visualization photograph of the flow of vortex generation on the surface of the circumferential blade by the oil film method.
  • ⁇ the spread angle of the oil film
  • s the distance between the circumferential blade and the wake ring
  • d the diameter of the circumferential blade.
  • Fig. 5(b) which investigates how far the vortex generated periodically as shown in Fig. 5(a) is affected in the y-axis direction, which is the direction of the circumferential wing, by the wake ring cross-installed on the wake of the circumferential wing.
  • the circumferential blade diameter d and the wake ring width W are 26 mm
  • the circumferential blade and wake ring spacing s/d 0.35
  • the flow rate U is 0.5 m/s
  • the x-axis direction is the flow direction of the wake of the circumferential blade.
  • a hot wire velocimetry was installed in the wake of about twice the diameter of the circumferential wing, and the distribution of the average flow velocity in the y-axis and z-axis directions was investigated.
  • x is the distance in the flow direction
  • y the distance in the axial direction of the circumferential blade
  • z the distance in the vertical direction with respect to the flow
  • d the diameter of the circumferential blade
  • W the width of the wake ring.
  • the vortex generated between the two structures is the circumferential blade diameter 1.5 in the direction of the circumferential blade axis y in the left and right direction of the flow. It can be concluded that it affects between 1.5 times and 3.5 times, and between 1.5 times and 3.5 times the diameter of the circumferential blade in the z-axis direction in the vertical direction of the flow. From the above conclusion, the proper spacing to install the circumferential blades and circumferential blades at each stage of the vortex windmill blade in parallel is 1.5 times the minimum range for vortex effect (1.0 times to add 0.5 times the diameter radius of the circumferential blade) and vortex effect. The maximum range is 3.5 times (3.0 times plus 0.5 times the diameter radius of the circumferential blade).
  • the eddy current has a large effect within 1.5 times the diameter of the circumference, and gradually decreases over the range, and has no effect over 3.5 times. Therefore, it should be installed at intervals to deviate from this section to obtain the greatest possible excitation force due to eddy currents.
  • a border fence that can absorb or block the effect of vortex even between these sections, it is possible to install more circumferential blades by narrowing it to around 1.5 times the maximum circumferential blade diameter.
  • the wake ring is a structure of wake crossing the circumferential wing, so in Figs. 5 and 6, it can be seen that the distance between the wake ring and the wake ring affects between 1.5 and 3.5 times the width of the wake ring. . Therefore, considering this range, the wake rings are concentric It must be installed.
  • the circumferential wing and wake ring are not the surface of the circumferential wing
  • the flow velocity distribution of the flow field around the two structures is measured while moving In the vertical z-axis direction (although there are slight differences each), the effect is large at 1.5 times or less of the diameter of the circumferential blade, but the effect is small between 1.5 and 3.5 times. Therefore, the circumferential blades are arranged in consideration of minimizing the mutual interference of eddy currents. Therefore, the distance between the circumferential wing and the wake ring should be arranged so that the distance between the minimum circumferential wing or the wake ring is 1.5 times the diameter of the wake ring and the maximum 3.5 times.
  • the maximum circumferential wing and wake ring should be installed with an interval of 3.0 times (not described below) or more, and the gap between the border fence and the border fence (2 in Fig. 11) is similarly applied to block the effect of vortex. It can maximize the rotational force by installing it with an interval of 3.0 to 7 times in consideration of both directions of the intersection.
  • FIG. 7 is a high-power power generation first-stage vortex windmill diagram (vortex windmill in which the circumferential blade is one-stage) according to the present invention (the invention of claim 1).
  • the high-power generation vortex windmill blades in FIG. 7 are formed at the end of the front end 3, which is the front end of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of end supports 4 formed on the rim surface of the front end, and the plurality of end supports.
  • a plurality of circumferential blades are formed between the front end boundary film rim fence 5 and the first boundary film rim fence 5-1 to flow out between the rotation blade part 1 and the wake ring part 8 It is characterized in that high-output power generation is achieved by increasing the generation and increasing the excitation force to the maximum.
  • the rotation shaft distal end support 4 connected with a length of about 1 times the distal diameter of the rotation shaft distal end 3 (the rotation shaft distal end support includes the distal end 3 and the distal end
  • the flow generated in the space between the boundary fences (5) does not affect the flow field of the rotating blade so that eddy currents are smoothly generated.
  • the number of supports has an effect on the structural strength of the entire vortex windmill, so it is installed in consideration of this.
  • the front end support needs to be streamlined in the flow direction) by installing a border fence (5) at the end of the end to block the flow and pressure in the direction of the circumferential blade caused by the flow hitting the tip, thereby affecting the occurrence of vortex. Try not to go crazy.
  • the first boundary film rim fence (5) is provided with an interval of 3 to 7 times the diameter of the circumferential blade including the diameter of the circumferential blade and the width of the wake ring. 1) is installed, and the circumferential blade (6) is another circumferential blade (6) with a distance between 3 and 7 times the diameter of the circumferential blade on both sides at the intersection of the circumferential blade (6) and the wake ring (7).
  • the number of circumferential blades 6 can be installed as much as the number divided by 7 times (minimum number of installation) from 3 times the diameter of the circumferential blade (maximum installation number) to the central circumference length of the wake ring.
  • the space between the circumferential blades is 5 times including the diameter of the circumferential blades. However, it can be installed at three times the interval or seven times the interval.
  • the circumferential wings installed in the first stage will be referred to as circumferential wings as they are.
  • the front part of the border fence 5 at the front end is made in a streamlined shape, and the thickness of the fence is made as thin as possible so that there is little difficulty in flow. However, since it plays the role of supporting the tip support and affects the structural strength of the entire vortex windmill, it is manufactured in response to the capacity when designing the vortex windmill.
  • the number of circumferential blades is proportional to the size of the circumferential diameter, but the number that can be installed is limited to one stage.
  • Vortex windmills generate more eddy currents as the number of circumferential blades increases, and as the excitation and rotational power increase, the amount of power generation increases. Therefore, a method of installing more circumferential blades is required to generate a large amount of generation like a large windmill.
  • Figure 8 is a high-power power generation two-stage vortex windmill diagram (vortex windmill with two circumferential blades) according to the present invention.
  • the high-power generation vortex windmill blade for generating high-power generation with the two-stage vortex windmill blade of the present invention, the high-power generation vortex windmill blade includes a tip portion 3 that is a tip of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of edges formed on the edge surface of the tip portion.
  • a plurality of circumferential blades are formed in multiple stages like a second circumferential blade (6-2) on the outer circumference of the first circumferential blade (6-1), and a second circumferential blade is formed on the outer circumference of the first wake ring (7-1).
  • High output power generation by increasing the excitation force to the maximum by forming a plurality of wake rings in multiple stages like the wake ring (7-2) to increase the generation of eddy currents flowing out between the rotary blade (1) and the wake ring (8) It is characterized by that.
  • FIG. 8 is 3 of the circumferential diameter (including the diameter of the circumferential blade) on both sides in the same way as the first-stage vortex windmill on the outside of the first boundary membrane rim fence 5-1 at the end of the first-stage vortex windmill as shown in FIG. Install another 2nd circumferential wing (6-2) between the ship and the ship. It is a two-stage vortex windmill consisting of two columns of circumferential blades by installing a second boundary membrane rim fence (5-2) with another larger diameter at intervals between 3 and 7 times the diameter of the circumferential blade at the outer end. .
  • the second boundary film rim fence 5-2 has the same shape as the first boundary film rim fence, but the diameter is increased by the length into which the second circumferential wing enters.
  • the 8 is a high-power generation 2-stage vortex windmill further comprising a second wake ring installed at a predetermined interval on the outer circumference of the first wake ring in the wake of the circumferential wing, and a plurality of second circumferential wings (6-2) Field, the second wake ring (7-2), the second wake ring support (9-2), and the first and second boundary barrier fences (5-1) and (5-2) are installed at both ends. It is a two-stage vortex windmill.
  • the boundary membrane rim fence serves to connect the circumferential blades of each stage and the circumferential blades and strengthens the overall structure of the second-stage rotary blade of the vortex windmill.
  • the high-power generation vortex windmill blade for high-power generation with the three-stage vortex windmill blade of the present invention, the high-power generation vortex windmill blade includes a tip portion 3 that is a tip of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of formed on the edge surface of the tip portion.
  • a plurality of circumferential blades are formed in multiple stages, such as the second circumferential blade (6-2) and the third circumferential blade (6-3), on the outer circumference of the first circumferential blade (6-1), and the first wake ring (
  • a plurality of wake rings are formed in multiple stages, such as the second wake ring (7-2) and the third wake ring (7-3), on the outer circumference of 7-1), so that the rotary blade portion (1) and the wake ring portion ( 8) It is characterized in that it generates high-power power generation by increasing the generation of eddy currents flowing out between them to maximize the excitation force.
  • FIG. 9 shows the third circumferential wing (6-3) outside the second boundary membrane edge fence (5-2) at the end of the second-stage vortex windmill as shown in FIG. 8 in the same manner as the first-stage vortex windmill and the second-stage vortex windmill.
  • Multiple vortex windmills made in three stages by installing at intervals and installing a third boundary membrane rim fence (5-3) with another larger diameter at intervals of 3 to 7 times the diameter of the circumferential blade at the outer end to be.
  • This third boundary film rim fence (5-3) has the same shape as the second boundary film rim fence, but its diameter is increased by the length into which the third circumferential wing enters.
  • (1) is the three-stage rotary blade of the vortex windmill.
  • a high-power generation three-stage vortex windmill a number of third circumferential blades 6-3 and a third wake ring consisting of one third wake ring installed at a predetermined interval as in the first stage on the wake of the circumferential blade ( 7-3), 3rd wake ring support (9-3), wake ring support shaft (10), and 2nd and 3rd boundary membrane rim fences (5-2) and (5-3) are installed at both ends. It is a three-stage vortex windmill.
  • the outermost boundary membrane edge fence In the plurality of circumferential blades and the boundary film rim fences are alternately formed on the plurality of circumferential blades, the circumferential blades and the boundary film rim fences are formed in multiple stages;
  • a wake ring disposed on the outer circumference of the outermost wake ring and a plurality of wake ring supports for supporting the wake ring are alternately further arranged to form a wake ring portion in which the wake ring and the wake ring support are formed in multiple stages; will be.
  • the present invention is a high-power generation vortex windmill blade for high-power generation with a four-stage vortex windmill blade (a vortex windmill diagram with a four-stage circumference blade).
  • the high-power generation eddy current windmill blade includes a front end (3) that is a tip of the rotation shaft of the windmill, a plurality of tip supporters (4) formed on the rim surface of the tip, and a tip boundary formed at the ends of the plurality of tip supporters.
  • -2 a plurality of third circumferential blades (6-3) formed on the second boundary film rim fence, and a third boundary film rim fence (5-) formed on the ends of the plurality of third circumferential blades.
  • the outer circumference of the first circumferential wing (6-1) has a plurality of circumferences in multiple stages, such as the second circumferential wing (6-2), the third circumferential wing (6-3), and the fourth circumferential wing (6-4). Wings are formed and multi-stage like the second wake ring (7-2), the third wake ring (7-3) and the fourth wake ring (7-4) around the outer circumference of the first wake ring (7-1). A plurality of wake rings are formed to increase the generation of eddy currents flowing out between the rotary blade unit 1 and the wake ring unit 8 to maximize the excitation force, thereby generating high output power.
  • 10 to 14 are four-stage vortex windmills manufactured with three or more circumferential blades in the same manner as in the third stage of FIG. 9.
  • the fourth circumferential blades (6-4) are installed at intervals in the same manner as the first, second, and third vortex windmills outside the third boundary membrane rim fence at the end of the third vortex windmill.
  • it is a multi-vortex windmill made in four stages by installing another fourth boundary membrane rim fence (5-4) with another larger diameter at intervals between 3 and 7 times the diameter of the circumferential wing.
  • This fourth boundary membrane rim fence (5-4) has the same shape as the third rim fence, but its diameter is increased by the length into which the fourth circumferential wing enters.
  • (1) is the four-stage rotary blade of the vortex windmill.
  • the method of manufacturing a multi-stage vortex windmill with more stages is also carried out in the same order.
  • a plurality of circumferential blades on the fourth boundary rim fence and a boundary film rim fence are alternately formed on the plurality of circumferential blades. Rotating blades in which circumferential blades and border fences are formed in multiple stages; And
  • a wake ring disposed on the outer circumference of the fourth wake ring and a plurality of wake ring supporters supporting the wake ring are alternately further arranged to form a wake ring portion in which the wake ring and the wake ring support are formed in multiple stages; Is to do.
  • the vortex windmill blades of the 1st to 3rd stages can be configured in multiple stages in the same way as the circumferential wing and the wake ring are alternately additionally configured to the 4-stage vortex windmill wing. have.
  • the first boundary film rim fence and the second boundary film rim A plurality of circumferential blades and boundary fences are alternately formed on any one of the fences and the third boundary rim fence, so that the circumferential blades and the boundary rim fence are multi-stage. Rotating blades formed;
  • a wake ring disposed on the outer circumference of any one of the first wake ring, the second wake ring, or the third wake ring, and a plurality of wake ring supports supporting the wake ring are alternately further arranged to provide a wake ring and It is characterized in that it becomes; a wake ring part in which the wake ring support is formed in multiple stages.
  • the multi-stage vortex windmill blade (invention of claim 2) according to the present invention further comprises a circumferential wing and a wake ring alternately on the one-stage vortex windmill wing consisting of one circumferential wing, and the circumferential wing and wake ring are composed of multiple stages. It is a vortex windmill wing.
  • the high-power generation vortex windmill blade for generating high-power generation with the multi-stage vortex windmill blade according to the present invention, includes a tip portion 3 that is a tip of the rotation shaft of the windmill, and a plurality of edges formed on the edge surface of the tip portion.
  • the plurality of tip supports (4), the front boundary film rim fence (5) formed at the ends of the plurality of tip support, the plurality of circumferential blades (6) formed on the boundary film rim fence of the tip, and the plurality of A boundary film rim fence (5-1) formed at the end of the circumferential blade, a plurality of circumferential blades on the boundary film rim fence, and a boundary film rim fence are alternately formed on the plurality of circumferential blades.
  • the blade and the boundary membrane rim fence is formed in a multi-stage rotation blade portion (1);
  • a rotation blade portion (1) in which the circumferential blades and boundary film rim fences are alternately formed on the circumferential blades so that the circumferential blades and boundary film rim fences are formed in multiple stages;
  • a wake ring portion (8) in which a wake ring disposed on the rear surface of the rotation blade and a wake ring support for supporting the wake ring are alternately further arranged to form a wake ring and a wake ring support in multiple stages; It is characterized in that high output power generation is achieved by increasing the generation of eddy currents flowing out between them to maximize the excitation force.
  • Vortex windmills can also have a maximum size that can be done in multiple stages. Vortex windmills, like propeller windmills, have a single wing length of 70m, and the number of stages of the vortex windmill is at least 70m/(7 ⁇ d+the thickness of the border fence) at a maximum of 70m (3 ⁇ d + thickness of the border fence). Can be installed.
  • the diameter of the central part of the border fence of the edge of the front end is 0.5m, the radius value of 0.25m is also considered.
  • the maximum can be about 107 stages, and the minimum about 48 stages of the vortex windmill can be manufactured. This differs by determining the diameter of the circumferential wing when designing a vortex windmill.
  • the present invention relates to a large-sized high-power power generation multi-stage vortex windmill blade in which the number of cross-crossing of the circumferential blades and the wake rings is installed within a range in which the eddy current does not affect the flow field around the circumferential blade.
  • the spacing between the circumferential blades, the gap between the wake ring and the wake ring, and the installation positions of the boundary fences are the range of influence on the flow field by the occurrence of one three-dimensional vortex of the vortex windmill. Since it is between 3.5 times maximum, install it considering this distance.
  • the maximum number of circumferential blades that can be installed can be installed from 3.0 times the circumference diameter to the maximum number at 7.0 times the circumferential diameter in consideration of the effect of both sides of the circumferential blade due to vortex generation.
  • the s/d ratio (the invention of claim 3) will be described.
  • the diameter of the circumferential blade is d and the distance between the rotary blade and the wake ring part is s
  • s/d 0.35 to 0.5
  • the excitation force is the largest at 0.35 to 0.5 in s/d
  • the circumferential wing is used as a square pillar columnar wing and the wake ring is used as a plate material.
  • the excitation force was greatest between 1.0 and 3.0 (d 1 : the length of one side of the rectangular columnar body).
  • the present invention looks at the proper spacing between the circumferential blade and the circumferential blade (invention of claim 4).
  • the present invention is a high power generation vortex windmill blade, characterized in that the proper spacing between the circumferential blade and the circumferential blade in the plurality of circumferential blades is 3 to 7 times the diameter of the circumferential blade.
  • the high-power generation vortex windmill rotation blade unit is installed so as not to interfere with the surrounding flow of the first boundary membrane rim fence or more with the rotation shaft tip end support 4 around the inner tip part 3 as shown in Fig. 12(a). , At the same time, it plays a role of supporting the structural strength of the entire vortex windmill blade, so it is installed in consideration of this, and the desired distance is about 3 to 7 times the diameter of the circumferential blade (6) on the boundary membrane rim fence (5) at the tip (1) of FIG.
  • the high-power generation vortex windmill blade rotation shaft end portion 3 is preferably a streamlined shape such as the propeller tip of the aircraft in order to minimize the occurrence of turbulence as shown in Fig. 12 (b).
  • the present invention further comprises a rotation direction propeller 11 that determines the rotation direction of the vortex windmill so as to have a certain angle to the edge fence at the outermost edge of the high-power generation vortex windmill blade (the invention of claim 9). do.
  • the rotational direction propeller 11 serves to determine the rotational direction of the vortex windmill by installing it at an angle outside the boundary membrane rim fence 5-4 at the end. In the absence of the propeller 11 for determining the direction of rotation, since the windmill rotates arbitrarily in either direction, it is fixed in one direction by the propeller 11 for determining the direction of rotation. Rotation direction determination The propeller 11 can also change the rotation direction of the windmill by adjusting the angle of the propeller as shown in (11) shown in FIG.
  • the rotating shaft 2 of the rotating blade part is a rotating shaft that transmits the rotational force of the vortex windmill, and the rotating shaft support 12 supports the rotating shaft, while also supporting the wake ring support support shaft 10 of Figs. It is the axis that does.
  • (13) is a generator, and (14) is a rotating shaft support bearing case, which is connected to the generator by supporting the rotating shaft coupled to the inner bearing to rotate the rotor inside the generator to generate power.
  • the wake rings 7-1 to (7) are spaced apart from the rotating blades, which are a rotating body composed of circumferential blades, boundary membrane rim fences, and rotating shaft tip 3 and rotating propellers 11. -4) and the wake ring supports (9-1) to (9-4) that support the wake rings (7-1) to (7-4), and the wake ring support support shaft (10) is fixed to support the rotating shaft. Connected to (12). The rotational force of the blade of the vortex windmill, which is a rotating body, is transmitted to the bearings of the rotating shaft support between them to rotate the rotor of the generator.
  • vortex windmill blades and supports are connected to the vortex windmill support post 23 and the vortex windmill post support 24 by a vortex windmill support shaft bearing 22, and the direction in which the vortex windmill rudder 21 blows by this bearing It is smoothly directed, and the vortex windmill blades are directed to the wind and rotates to generate power.
  • the present invention forms a plurality of holes in the inner and outer cylinders of the boundary film rim fence in the high-power eddy current windmill blade to absorb the pressure of the boundary layer when the wind flows to the inner and outer surfaces of the boundary film rim fence, thereby exerting the influence of the boundary layer. It is a high-power generation vortex windmill blade characterized by minimization (invention of claim 7).
  • the boundary membrane rim fence used in each stage is manufactured by combining the circumferential wings by installing two thin cylinders to have concentric circles as shown in FIG. 15(d) so that air passes through the inside.
  • the shape of the front end of the boundary membrane rim fence facing the wind is streamlined as in the upper end of the cross-sectional view of Fig. 15(d) so that turbulence is not possible due to the flow, and the end of the lower end of the boundary film rim fence is shown in Fig. 15(d).
  • the inside is cut and the outside is smooth and the air passing through the inside flows so that it diffuses from the end, reducing the pressure applied to the inside of the cylindrical border fence to smooth the flow.
  • a hole with a certain distance and diameter is drilled inside and outside the cylinder of the boundary film rim fence to reduce the occurrence of boundary layer caused by flow inside and outside the boundary film rim fence, thereby preventing the occurrence of vortex between the circumferential wing and wake ring Make it smooth.
  • Boundary film A boundary layer is generated in the flow flowing through the surface of the boundary fence and there is little flow velocity on the surface. At this time, a new flow is created between the surfaces from the flow flowing inside the boundary film rim fence to relieve the boundary layer to reduce the thickness of the boundary layer. This action reduces the distance between the boundary film rim fences, thereby reducing more circumferential wings. Make it installable. Holes can be drilled up and down inside and outside the border fence, or can be drilled at the top or bottom so as to be offset from each other.
  • the present invention is characterized in that it is possible to stop or operate a rotating vortex windmill by a wake ring moving sliding device that moves the wake ring part to a gap between the rotating blade part and the wake ring part (the invention of claim 6). It is a high-power generation vortex windmill blade.
  • the wake ring moving and sliding device 15 is a sliding device that moves the wake ring back and forth
  • the moving sliding motor 16 is a sliding motor that makes it move.
  • the geared sliding guide 17 is a guide made of a gear type. In the wake ring, the moving sliding motor 16 is operated by inputting or subtracting electricity from the space between the circumferential blade and controlling the rotation of the rotary blade by finely adjusting the gap between the rotary blade and the wake ring part.
  • the present invention is a high-power generation vortex windmill blade, characterized in that the circumferential blades are arranged symmetrically or asymmetrically to each other (the invention of claim 5).
  • the circumferential blades have been arranged with an emphasis on the spacing of the circumferential blades, and have been partially symmetrical or asymmetric, but may include a high-power generation vortex windmill blade, characterized in that the entire circumferential blades are arranged in a complete symmetry as shown in FIG. .
  • the rotation shaft tip insertion hole 3-1 is a space for the rotation shaft tip 3 and the rotation shaft tip support 4.
  • This vortex windmill is installed in front of the existing large propeller windmill as shown in FIGS. 18, 19, and 20, so that the existing propeller windmill that does not rotate at low speed can be used as a starting windmill capable of rotating at low speed. That is, a vortex windmill is installed in an appropriate place in the front of the propeller or behind the propeller as shown in Figs. 18, 19, 20, and the propeller that does not rotate at a low speed of 3m/s or less is started to rotate, and the propeller in strong winds of 25m/s or more. Even when rotation is stopped by setting the pitch angle horizontally to the wind direction, the combined vortex windmill can be rotated alone to generate power.
  • Adapters can be manufactured in various ways. This follows the usual method.
  • the present invention is a starting windmill capable of rotating the large propeller windmill that does not rotate at a low speed of 3m/s or less by combining and installing the high-power generation vortex windmill blades at the front or the rear of the existing large propeller windmill. It is a high-power generation vortex windmill blade characterized by being used as (invention of claim 10).
  • the propeller pitch angle of the large-sized propeller windmill is set horizontally in the wind direction in a strong wind of 25m/s or more to stop rotation. It is a high-power generation vortex windmill blade characterized in that the combined vortex windmill can rotate and generate electricity alone (the invention of claim 11).
  • the number of revolutions of a vortex windmill varies according to the number of blades.
  • the rotational speed of a propeller windmill is about 5 to 10 times faster than a vortex windmill with two circumferential wings.
  • the number of rotations is increased in linear proportion to about twice as much as two. Therefore, compared to the case where the number of blades of a vortex windmill is two, the rotational speed of the conventional propeller windmill is 5 to 10 times faster. If the number of circumferential blades is adjusted to 10 to 20, the rotational speed is estimated to be similar.
  • the present invention is a high-power generation vortex, characterized in that the damage is reduced by distributing the force to the entire circumference or square column even though the circumferential wing is formed into a circumferential or rectangular columnar body, even if strong wind power acts on the wing (the invention of claim 8). It is a windmill wing.
  • the eddy current windmill of the present invention does not rotate at a low wind speed of 3 m/s or less, and in a strong wind of 25 m/s or more, the problems pointed out in the conventional propeller windmill that stop power generation due to the problem of propeller blade breakage, are 3 m in the vortex windmill.
  • Rotation occurs due to eddy currents that occur regularly even at low wind speeds of less than /s, and rotation occurs even in strong winds of 25m/s or more, but the rotating blades are formed in a circumferential or square columnar body, so even if strong wind power acts on the blades, It is possible to solve the problem of damage to the rotating blades by evenly acting on the entire square columnar body, and also to solve the noise problem that occurs when the propeller windmill rotates due to low rotation.
  • the rotational force of the vortex windmill in the cases of FIGS. 7 and 10 is increased from a minimum of 10 times to a maximum of about 80 times compared to the rotational force of a conventional propeller windmill of the same size, and a remarkable increase in power generation is expected.
  • the vortex windmill rotates lower than the high-rotation propeller windmill of the same size, thereby reducing the risk accordingly.
  • propeller windmills which occupy most of the current windmills, are mostly profits paid to foreign countries due to lack of domestic technology, whereas high-power multi-stage multi-stage vortex windmills are 100% domestic technology, securing all the profitability of windmills in Korea and exporting them to foreign countries. It is a high-efficiency windmill of domestic technology.
  • it is expected to increase profits by expansion and installation at a price less than 1/10 of the existing propeller windmills, and due to the increase in power generation due to the remarkable increase in the rotational power, the same power generation is achieved in small and medium-sized multi-stage vortex windmills with a diameter of 10m compared to the existing 50m class large propeller windmill. Is expected.
  • the rotary wing can be used as a columnar wing of various shapes in addition to a columnar wing or a square columnar wing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 일정 간격에서 복수로 다단 크로스 교차한 2 구조물들 사이에서 유출하는 입체적 3차원 와류에 의해 발생하는 여진력으로 고정되어있는 후류의 다단 구조물 전반부에 다단으로 설치된 일체형 회전체 형태의 구조물의 강한 토크를 가지는 회전으로 발전기에서 전기를 발생시키는 고출력 발전 다단 와류풍차 회전날개에 관한 것이다.

Description

고출력 발전 와류풍차날개
본 발명은 일정 간격에서 크로스 교차한 2 구조물들 사이에서 유출하는 입체적 3차원 와류 유출의 여진력에 의해 고정되어있는 후류의 다단 구조물 전반부에 다단으로 설치된 일체형 회전체 형태의 구조물이 강한 회전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전은 공기에 의한 운동 에너지를 공기 역학적 특성을 이용하여 풍차를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술로서, 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평축 형태의 프로펠러형 풍차(풍력발전기:특허등록 제10-1027055호, 2011.3.29 등록)가 주로 사용되고 있으며, 대규모의 전력 계통에 접속되는 것부터 외딴섬이나 산간벽지 등의 독립 소전원까지 광범위하게 이용되고 있으며, 풍력은 시간적 변동이 크므로 독립전원으로 사용되는 경우에는 축전지를 이용하여 충전하는 등의 저장장치나 다른 발전 방식과 조합하여 사용되고 있다. 이와 같은 풍력 발전기에 적용되는 풍차 중 현재 가장 우수한 풍차로 알려진 프로펠러식 풍차는 대형의 경우는 프로펠러 날개의 길이가 10m, 내지 50m인 것이 사용되고 있으며, 프로펠러 날개의 선단부의 현의 길이를 넓게 증대시키면, 공기 저항이 커지고 회전속도가 저하되기 때문에 회전 효율 면에서 날개 선단부를 가늘게 하여 회전속도를 높이는 형태가 주류로 되고 있고, 발전부의 선단에 3개 또는 4개의 날개를 방사상 결합 형태로 운용되고 있다. 그러나 이는 풍속이 작은 미풍일 경우에는 저항력에 의해 풍차의 회전이 원활하지 않게 되며 약 3m/s 이하에서는 아예 회전하지 않는다. 그리고 약 25m/s 이상의 강풍일 때는 프로펠러의 파손이 발생하므로 프로펠러의 날개 각도를 틀어서 회전력이 발생하지 않도록 하여 아예 회전을 중지시킨다. 그리고 이런 구조로 된 프로펠러 날개의 회전 시에는 많은 소음이 발생하며, 발전량 대비 설치에 따른 대규모 기반 건설로 인한 환경파괴 문제 등이 큰 문제점으로 나타나고 있다.
본 발명은 기존 프로펠러 풍차가 가지는 문제점을 해소하고, 원주날개의 후류에 링이 있는 와류풍차에서 후류링과 원주 날개를 3차원 와류발생의 영향 범위를 고려하여 원주날개와 후류링을 다단으로 설치하여 여진력이 최대한 크게 되도록 와류 발생을 많게 하는 고출력 발전의 복수 다단 와류풍차날개를 제공하려는 것이다.
본 발명은 원주날개와 후류링을 다단으로 90°교차(이하 '크로스 교차'라고 함)하도록 설치하여 원주날개와 후류링 사이에서 유출하는 와류의 발생을 많게 하고 이에 상응하는 여진력도 증가하도록 하는 고출력 발전 복수 다단 와류풍차날개를 제공하는 것이다.
본 발명은, 원주날개의 회전수는 풍속에 직선 비례하여 증가하고, 프로펠러 풍차가 풍속 25m/s 이상에서는 풍차 작동을 중지시키는 것에 반하여 와류풍차는 30m/s 이상에서도 회전수가 증가하여(도 3, 도 4), 모든 풍속에서 풍차가 회전할 수 있도록 하는 것이다.
기존의 대형프로펠러 풍차가 약 25m/s 이상에서는 풍차로서 역할을 하지 못하고 강풍에는 프로펠러 날개 등이 파괴되기 때문에 환영 각을 없애는 복잡한 피치 제어장치로 풍차 프로펠러 각도를 조절, 풍차의 회전을 중지시킨다. 고출력 발전 와류풍차의 경우에 있어서 날개 회전을 중지시키고 싶을 때는 원주날개와 후류링 사이의 간격을 조금 앞이나 뒤로 이동 조정하는 것에 의해 간단히 날개의 회전을 중지시킬 수 있다. 이는 후류링과 이를 지지하는 후류링 지지대 및 받침축을 이동시킬 수 있는 후류링 이동 슬라이딩 장치로 해결할 수 있다.
본 발명의 1단 와류풍차날개로 고출력 발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서, 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부와, 상기 선단부의 테두리표면상에 형성되는 복수개의 선단부지지대와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 원주날개와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스로 되는 회전날개부와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과, 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대로 되는 후류링부;를 포함하며,
상기 선단부 경계막 테두리펜스 및 상기 경계막 테두리펜스 사이에 상기 복수개의 원주날개가 형성되어 상기 회전날개부와 상기 후류링부 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 다단 와류풍차날개로 고출력 발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서, 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부와, 상기 선단부의 테두리표면상에 형성되는 복수개의 선단부지지대와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 원주날개와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 경계막 테두리펜스와, 상기 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와
상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과; 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링지지대와; 상기 후류링의 바깥둘레에 배치되는 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부;를 포함하며,
상기 원주날개 및 그 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과, 그 후류링을 지지하는 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부; 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 특징으로 하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서 원주날개의 직경을 d라 하고 상기 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 s라고 할 때 원주날개가 원주이고 후류링이 판재인 경우에 s/d=0.35∼0.5로 하며, 원주날개가 사각주상체이고 후류링이 판재인 경우, 사각주상체의 한 변의 길이를 d1이라고 할 때, s/d1=1.0∼3.0 인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 복수개의 원주날개에서 원주날개와 원주날개 사이의 적정 간격은 원주날개 직경의 3배 내지 7배인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 회전날개부에서 원주날개의 배치는 서로 대칭적 또는 비대칭적으로 배치하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 후류링부를 이동시켜주는 후류링 이동 슬라이딩 장치에 의해서 회전하고 있는 와류풍차를 중지 또는 가동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 고출력발전 와류풍차날개에서 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 원통에 복수개의 구멍을 형성하여 바람이 상기 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 표면으로 흐를 때 경계층의 압력을 흡수하도록 하여 경계층의 영향을 최소화하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 원주날개를 원주 또는 사각 주상체로 형성하여 날개에 강력한 풍력이 작용하더라도 원주 또는 사각 주상체 전체에 힘이 분산되어 파손이 감소되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 끝단 최 외곽의 테두리펜스에 일정한 각도를 가지도록 와류풍차의 회전방향을 정해주는 회전방향프로펠러를 더 포함하는 것이다. 상기 1단 또는 다단 와류풍차날개에서, 상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 3m/s 이하의 저속에서 회전하지 않는 상기 대형프로펠러 풍차를 저속에서도 회전시킬 수 있는 기동풍차로 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 25m/s 이상 강풍에서 상기 대형프로펠러 풍차의 프로펠러 피치각도를 바람방향으로 수평으로 하여 회전을 중지시킬 때에도 결합된 와류풍차 단독으로 회전하여 발전할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 고출력 발전 복수 다단 와류풍차날개는, 기존의 대형프로펠러 풍차가 저속의 풍속에서는 회전하지 못하고 약 25m/s 고속의 풍속에서는 프로펠러의 파손 문제로 회전하지 못하는 단점이 있는 데 반하여, 본 발명의 고출력 발전 복수 다단 와류풍차는 회전수가 저속이면서, 바람의 속도가 저속에서 고속까지 모든 풍속에서 회전하고 그에 따른 발전이 가능하며, 다단 형태의 원주날개를 가진 고출력 발전 복수 다단 와류풍차날개는 같은 풍속에서 대형프로펠러 풍차 발전량의 최소한 10배 이상(원주날개의 설치개수에 따라 차이가 정해짐)에 해당하는 높은 회전력을 가지면서, 프로펠러 풍차의 고속회전에 따른 소음이 고출력 발전 복수 다단 와류풍차에서는 현저히 줄어들어 소음 피해도 줄일 수 있는 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 원주날개 2매의 회전중의 와류풍차도
도 2는 본 발명에 따르는 원주날개 4매의 회전중의 와류풍차도
도 3은 본 발명에 따르는 풍속과 회전수와 원주날개 매수와의 관계도
도 4는 본 발명에 따르는 단수 1단 와류풍차(후류링 1개)와 기존 프로펠러 풍차와의 발전량 비교도
도 5는 본 발명에 따르는 원주날개와 후류링 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류 흐름과 유막법에 의한 원주날개 표면 흐름의 가시화 사진.
(a)크로스 교차한 원주날개와 후류링 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류 흐름의 가시화 사진과 스케치도(smoke wire method 사용)
(b)유막법에 의한 원주날개 표면 흐름의 가시화 사진
도 6은 본 발명에 따르는 원주날개와 후류링이 크로스 교차하여 고정된 상태에서 후류의 평균 속도 분포도
도 7은 본 발명에 따르는 고출력 발전 1단 와류풍차도
(a)정면도, (b)측면도, (c)사시도(정측면), (d)사시도(후측면)
도 8은 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 2단 와류풍차도
(a)정면도, (b)측면도, (c)사시도(정측면), (d)사시도(후측면)
도 9는 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 3단 와류풍차도
(a)정면도, (b)측면도, (c)사시도(정측면), (d)사시도(후측면)
도 10은 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 다단(4단) 와류풍차도
(a)측면도, (b)정면도, (c)사시도(정측면), (d)사시도(후측면)
도 11은 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 정면도 및 풍차 부분도
도 12는 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 관련도
(a)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 정면도
(b)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 측면도
(c)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 정측면 사시도
(d)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 후면 정면도
(e)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부 후측면 사시도
도 13은 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축관련도
(a)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축 후측면 사시도
(b)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축 정측면 사시도
도 14는 본 발명에 따르는 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축 및 후류링과 지지대 관련도
(a)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축 및 후류 링과 지지대 좌측 정측면 사시도
(b)고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부와 축 및 후류 링과 지지대 우측 후측면 사시도
도 15는 본 발명에 따르는 경계 막 테두리 펜스도
(a)경계 막 테두리 펜스 상부 사시도
(b)경계 막 테두리 펜스 하부 사시도
(c)경계 막 테두리 펜스 측면도
(d)경계 막 테두리 펜스 단면도
도 16은 후류링, 후류링 지지대 및 후류링 지지대 받침축 슬라이딩 장치도
도 17은 본 발명에 따르는 원주날개를 대칭형으로 배치한 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 회전날개부도
(a)원주날개를 대칭형으로 배치한 복수 다단 와류풍차 회전날개부 정면도
(b)원주날개를 대칭형으로 배치한 복수 다단 와류풍차 회전날개부 후면도
도 18는 본 발명에 따르는 프로펠러 풍차 전면에 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 설치 결합도
(a)정면, (b)측면
도 19는 본 발명에 따르는 프로펠러 풍차 날개 전면에 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 설치 결합도
(a)사시도, (b)측면도, (c)정면도, (d)후면도
도 20은 본 발명에 따르는 프로펠러 풍차 전면에 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 설치 결합도
(본 발명에 따르는 원주날개와 후류링의 관계)
일반적으로 프로펠러 풍차는 바람 방향으로 환영 각(경사 각)을 가진 풍차 날개가 회전하고, 이 회전력으로 전기를 발생시키는 발전을 한다. 그러나 바람 방향에 환영 각이 없는 원주를 날개(이하 '원주날개'라 한다)로 하여 설치할 경우(예, 도 1의 원주날개)는 원주날개 후류에는 Karman Vortex가 발생, 원주날개를 흐름에 직각 방향으로 진동시키며, 회전은 발생하지 않지만, 그러나 원주날개 후류에 구조물(원주, 사각, 다각형 등의 링 형태로서 이하 '후류링'이라 한다)을 도 1과 같이 크로스 교차 설치하여 원주날개와 후류링의 간격을 조정하면 특정 간격에서 상기 원주날개는 회전하는 것을 알 수가 있었다. 이는 원주날개와 후류링 사이에서 유출하는 와류의 여진력이 회전날개의 양쪽에서 반대로 작용하여 회전력이 생기기 때문이다.
이와 같은 환영 각이 전혀 없는 원주가 후류에 후류링을 크로스 교차 배치하는 것에 의해 원주가 날개가 되어 회전이 일어나는 것은, 도 5에서 교차부 부근에서 3차원 와류가 형성되면서, 3차원 와류에 흡입되는 흐름이 원주 익(날개)을 잡아당기는 인장력에 의한 것임을 알 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따르는 회전중인 원주날개를 2매로 한 경우의 와류풍차도이다. 여기서, W : 후류링 폭, D : 링 중심 직경, s : 원주날개와 후류링 사이의 간격, d : 원주날개 직경을 나타낸다. 도 2는 본 발명에 따르는 회전중인 원주날개를 4매로 한 경우의 와류풍차도이다. 그리고 도 3은 원주날개를 2매, 4매, 8매로 한 경우에 동일한 풍속에서의 회전수를 비교한 도이다. 여기서, 날개 길이: L=60mm, 간극비: s/d=0.35, 링폭비: W/d=1.0 이다. 도 3에서 풍속 7m/s일 때 원주날개 2매에서 회전수 106회, 4매에서 168회, 8매에서는 230회이며, 풍속 20m/s일 때는 원주날개 2매에서 회전수 370회, 4매에서는 588회, 8매에서는 806회의 결과가 나왔다. 이는 같은 풍속에서 원주날개가 많을수록 그 회전수도 증가한다.
도 4는 1단 와류풍차(원주날개 1단 및 후류 링 1개)와 기존 프로펠러 풍차와의 발전량을 비교한 도이다. 여기서, 원주날개의 후류에 링이 1개인 와류풍차에서는 중소형 프로펠러 풍차보다는 전체 발전량이 크다는 것을 보여주고 있으나, 25m/s 이하에서는 대형프로펠러 풍차보다는 적다. 그러나 25m/s 이상에서도 원주날개는 회전하기 때문에 전체 발전량은 결코 대형풍차보다 적다고 할 수 없다. 중소형 풍차에서는 경제성으로 피치 제어를 하지 않기 때문에 풍속이 13m/s 정도에서 발전을 멈추고 대형프로펠러 풍차에서는 25m/s 이상에서 멈춘다. 이를 cut off 풍속이라 한다.
(본 발명의 실시 예)
본 발명의 와류풍차날개에서 원주날개의 회전수는 풍속에 직선 비례하여 증가하고, 대형 프로펠러 풍차가 풍속 25m/s 이상의 고속에서는 프로펠러의 파손 문제로 풍차 작동을 중지시키는 것에 반하여, 와류풍차는 30m/s 이상에서도 원주날개와 후류링 구조물 사이에서 유출하는 와류의 여진력들이 서로 대칭적으로 작용하여 큰 회전력을 가진다. 강한 풍속에서 프로펠러 풍차의 경우 프로펠러 날개의 얇은 부분이 풍력을 견디지 못하고 파손되는 것에 비해, 풍차 날개가 원주인 경우는 날개에 강력한 풍력이 작용하더라도 원주 전체에 힘이 분산되여 파손의 염려는 줄어들고, 고출력 발전 와류풍차 날개는 원주 후류에 발생하는 와류의 주파수가 저주파수이며, 풍속과 날개의 회전속도와의 비를 나타내는 주속비에서 실험결과 기존의 프로펠러 풍차의 1/6 이하로 적어 그만큼 저속으로 회전하기 때문에 소음이 적고 저속회전에 따른 회전날개의 안정성에 대한 장점이 있다. 이는 원주날개를 주상체(사각형을 포함한 다각형의 기둥 형태)로 할 경우도 같은 결과를 보인다.
이상의 특징을 가진 본 발명의 와류풍차 날개는 기존 프로펠러 풍차 날개의 문제점인 고속회전에 의한 소음 문제점을 해결하면서 토크가 기존 프로펠러보다 10배 이상 강하여 발전량도 매우 큰 친환경 풍차로 기존 풍차의 단점을 해결한 탈 원전시대 고효율 에너지 수단을 제공하려는데 있다. 후류링이 1개인 단수일 경우에 있어서, 원주날개가 2매일 때와 4매 및 8매일 때의 회전수를 조사한 도 3에서 관계를 비교해 보면, 원주날개가 2매인 경우는 원주날개와 후류링이 교차하는 곳이 2곳이며, 원주날개가 4매인 경우는 8곳이 되며, 원주날개가 8매인 경우는 16곳이 된다. 그러므로 회전수도 원주날개가 2매인 경우보다 4매인 경우가 1.6배가 많으며, 원주날개가 8매인 경우는 2.2배 많다.
원주날개의 매수가 많을수록 회전력이 더 증가하며, 여진력이 많아져 토크가 세어지고 발전량도 많아진다. 그러므로 원주날개는 필요에 따라 더 많이 설치하여야 발전량이 그만큼 증가한다는 것을 알 수 있다. 그러나 후류링을 1개 설치하고 그에 따라 원주날개를 배치하는 경우는 교차부에서 발생하는 3차원 와류의 상호 영향에 의한 원주날개 사이의 적정 간격으로 인해 원주날개 설치 개수에는 한계가 있다.
본 발명에서는 이 한계를 극복하여 원주날개를 보다 더 많이 설치할 수 있는 방법을 구하기 위해서, 먼저 3차원 와류가 발생하여 와류 상호간 영향을 미치는 범위를 조사하여, 나쁜 영향을 미치는 범위를 벗어나는 간격으로 원주날개를 설치하도록 하였다. 다른 흐름에 의해 영향을 받은 와류는 규칙적이지 못하고 찌그러진 와류가 발생하고 이에 의해 여진력이 약해지기 때문에 이 나쁜 영향을 받는 범위를 고려하여야 한다. 크로스 교차한 원주날개 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류의 흐름에 대한 영향 범위를 알아보기 위하여 먼저 흐름을 가시화하여 흐름장의 크기를 조사하고, 유속계로 후류 흐름장 전체의 유속을 측정하였다.
먼저 원주날개의 상류에 스모크를 발생시켜 흐름을 눈으로 볼 수 있게 하는 연기 발생 가시화법(smoke wire visualization method)을 사용하였다. 도 5(a)는 크로스 교차한 원주날개 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류 흐름의 가시화 사진과 이를 스케치한 것이다. 그리고 원주날개의 표면에 작용하는 와류의 영향 범위 즉, 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류 흐름이 원주날개 축(y축) 방향으로 영향 범위를 측정하기 위하여 얇은 유막지에 기름을 칠하고 이를 원주날개에 부착하여 흐름장에 놓고 일정 시간 후 유막지를 펼친 가시화 사진이다. 도 5(b)는 유막법에 의한 원주날개 표면 와류 발생 흐름의 가시화 사진이다. 여기서, α : 유막지의 펼친 각도, s: 원주날개와 후류링 사이의 간격, d : 원주날개 직경이다.
이와 같은 원주날개 후류에 크로스 설치된 후류 링에 의해 도 5의 (a)와 같이 주기적으로 발생하는 와류가 원주날개 방향인 y축 방향으로 어디까지 영향이 미칠까를 조사한 도 5의 (b)의 가시화한 사진에서, 두 구조물이 서로 붙어있는 경우 i)s/d=0에 있어서 원주날개의 표면 흐름을 보면 ①에 해당되는 y/d=0에서 ②에 해당되는 약 y/d=1.7 정도의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수가 있으며, ②y/d=1.7와 ③y/d=3.5 사이는 거의 영향이 없다고 할 수 있으나, ③y/d=3.5 이상에서는 전혀 영향이 없이 일정한 폭을 가지며, y/d=0을 중심으로 양쪽에 대칭적인 모습을 보인다.
이는 와류가 y/d=0을 중심으로 양쪽으로 대칭적인 형태로 주기적으로 발생한다는 것을 나타낸다. 상류의 원주날개 후류의 구조물을 간격을 조금 띄워서 ii)s/d=0.35에 있어서는 i)s/d=0과는 다른 모습을 보여준다. 원주날개의 표면 흐름을 보면 ④에 해당되는 y/d=0에서 ⑤에 해당되는 약 y/d=1.5 정도의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수가 있으며, ⑤와 ⑥ 사이에 해당되는 y/d=1.5∼3.5 사이에는 적게나마 영향이 있음을 보여주고 있다. y/d=3.5 이후부터는 전혀 영향이 없는 상태로서 일정한 같은 폭을 가진다.
iii)s/d=∞인 원주날개 후류에 후류링이 없이 원주날개 단독으로 있을 경우는 원주날개 전체의 흐름은 ⑦과 같이 일정한 같은 폭을 가진다. 이는 ③, ⑥과 같이 후류링에 의해 발생하는 와류의 영향을 완전히 벗어나는 위치의 흐름과 같은 형태로 같은 폭을 가진다. 이상의 결과에서 원주날개 후류에 후류링을 크로스 교차하여 설치할 경우 크로스 교차부 부근에서 발생하는 와류의 영향 범위는 s/d=0.35에서는 최소 y/d=1.5에서 최대 y/d=3.5 정도까지 일부 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다. 본 발명에 보여주는 원주날개와 후류링 간격 s/d=0.35∼0.5에서 s/d=0.5 인 경우도 이와 유사한 경향을 보여주고 있다.
상기와 같이 원주날개와 후류링이 크로스 교차하여 고정시킨 상태에서 원주날개 후류의 와류 흐름의 영향 범위에 대하여 열선 유속계로 원주날개 후류 흐름장 전체의 유속을 조사하였다. 도 6은 후류 흐름 방향에 대하여 상하 직각 방향인 z축 방향과 흐름 방향에 좌우 수평 직각 방향(원주날개 축방향인 y축 방향)에 대한 흐름 공간장의 평균 속도 분포도를 보여주고 있다. 즉, 원주날개와 후류링이 서로 크로스 교차한 상태에서 교차부 부근에서 발생하는 3차원 와류가 z축 방향과 y축 방향으로 흐름에 영향을 미치는 범위를 나타낸 것이다.
도 6에서 원주날개 및 후류링은 크로스 교차한 상태에서 원주날개 직경 d와 후류링 폭 W는 26mm, 원주날개와 후류링 간격 s/d=0.35, 유속 U는 0.5m/s, 흐름장의 유속을 측정하는 probe의 위치는 x/d=2.0, y/d=1.0∼6.0, z/d=+4.0∼-4.0이다. 여기서 x축 방향은 원주날개 후류의 흐름 방향이다. 즉 원주날개의 직경 2배 정도의 후류에 열선 유속계를 설치하고 y축 방향과 z축 방향의 평균유속 분포를 조사한 것이다. 여기서 x는 흐름방향 거리, y : 원주날개 축 방향 거리, z : 흐름에 대해 상하 직각 방향 거리, d : 원주날개 직경, W : 후류링 폭이다.
먼저 y/d=1.0인 경우 원주날개와 후류링 후류의 흐름을 보면 z/d=4.0에서 z/d=-4.0 사이의 평균 유속 값인 ㎀/U는 1.0∼1.5 사이의 값을 보이고 있으며, z/d가 ±1.5 이내인 ②, ③의 안쪽에서는 비교적 영향을 많이 받는 것으로 나타난다. 그 후에도 z/d의 값이 ±3.5 까지인 ①, ④ 범위에는 약간의 경사 값을 보이면서 그 영향이 점점 약해지는 것을 알 수가 있다. 이는 와류발생의 영향 범위 밖인 y/d=4.0, y/d=6.0과 비교해 보면 알 수가 있다. 이는 y/d=1.5, y/d=2.0에서도 유사한 경향을 보인다. y/d=3.0에서는 와류발생의 영향이 적어져 y/d=4.0, y/d=6.0의 ⑤,⑥,⑦,⑧ 범위 내에서 비교해 보면 유사한 경향을 보이나, z/d=1.0에서 z/d=1.5 사이의 평균 유속 값을 비교해 보면 약간의 차이를 알 수 있다. 본 실험 조사 결과의 도면에서는 y/d=3.5가 빠져 있으나 y/d=3.0과 비슷한 경향을 보였다.
3차원 와류가 전체 흐름장에 영향을 미치는 범위를 면밀히 조사한 상기의 도 5, 6의 결과에서, 두 구조물 사이에서 발생하는 와류가 흐름의 좌우 직각 방향인 원주날개 축 y 방향으로는 원주날개 직경 1.5배∼3.5배 사이에서 영향을 미치고, 흐름의 상하 직각 방향 z축 방향에서도 원주날개 직경 1.5배∼3.5배 사이에 영향을 미치는 것으로 결론 지을 수 있다. 이상의 결론에서, 와류풍차 날개의 각 단별 원주날개와 원주날개를 병렬로 설치할 수 있는 적정 간격은 와류 영향이 미치는 최소범위 1.5배(1.0배에서 원주날개 직경 반지름 0.5배를 더함), 와류 영향이 미치는 최대 범위 3.5배(3.0배에 원주날개 직경 반지름 0.5배를 더함)가 된다.
즉, 와류발생은 원주 직경 1.5배 내에서는 영향이 크고, 그 범위 이상에서는 영향이 점점 줄어들면서 3.5배 이상에서는 영향이 없음을 알 수 있다. 그러므로 이 구간을 벗어나도록 간격을 두고 설치하여야 와류 발생에 의한 여진력을 최대한 크게 얻을 수 있다. 그러나 이 구간 사이에서도 와류의 영향을 흡수 또는 차단시킬 수 있는 경계막 테두리 펜스를 설치할 경우는 최대 원주날개 직경 1.5배 근처까지 좁혀 원주날개를 설치할 수 있어 보다 더 많은 원주날개를 설치할 수 있다. 그리고 후류링에 있어서도 후류링은 원주날개와 크로스 교차한 후류의 구조물이므로 도 5, 6에서 후류링과 후류링 사이의 간격은 후류링의 폭 1.5배∼3.5배 사이에 영향을 미치는 것을 알 수가 있다. 그러므로 이 범위를 고려하여 후류링들을 동심원 형태로 설치하여야 한다.
보다 상세히 언급하면 원주날개와 후류링 구조물 사이에서 발생하는 이 3차원 와류가 원주날개 축 방향으로 미치는 범위 y/d(y : 원주날개 축 방향 거리, d : 원주날개 직경)를 측정한 결과 도 5와 같이 구조물 직경의 1.5배 이하에서는 그 영향이 크게 미치며, 그 이상에서는 영향이 미미하나 3.5배 정도까지 일부 영향을 미치는 것을 알 수가 있다.
동시에 원주날개 표면이 아닌 원주날개와 후류링 사이의 흐름의 공간 장에서의 영향을 보면, 원주날개와 후류링 사이 간격 s/d=0.35(s=원주날개와 후류링 사이의 간격, d : 원주날개 직경)로 고정하고 열선 유속계(probe)를 이동시키면서 두 구조물 주변 흐름장의 유속분포를 측정한 도 6에서, 흐름의 상하 직각 방향 z축 방향에서는 (각각 조금씩 차이가 있으나) 원주날개 직경의 1.5배 이하에서는 그 영향이 크나, 1.5배 이상 3.5배 범위 사이에는 영향이 적게 미치는 것을 알 수가 있고, 그 이상의 범위에서는 영향이 없으므로 와류의 상호 간섭을 최소화 하는 것을 고려하여 원주날개를 배치한다. 그러므로 원주날개와 후류링 사이의 간격은 최소 원주날개 또는 후류링의 직경 1.5배에서 최대 3.5배의 간격을 가지도록 배치한다.
후류링을 다단으로 설치할 때에도 마찬가지로 1단 후류링과 2단 후류링 사이에도 와류의 영향이 있으므로, 이를 차단하기 위하여 경계 막 테두리 펜스들을 설치하여 와류의 영향을 차단할 수 있다.
이상에서 원주날개와 원주날개 사이의 거리(도 11의 ①)는 2개 원주날개 양방향을 고려하면 원주날개 직경의 최대 7.0배(와류 영향이 미치는 최대 범위 3.0배×2(양쪽)=6.0배에 원주날개 직경 1배(0.5×2)를 더하여 7배, 이하 설명 생략) 이하에서 적어도 3.0배(와류 영향이 미치는 최소범위 1.0배×2(양쪽)=2.0배에서 원주날개 직경 1배(0.5×2)를 더하여 3.0배, 이하 설명 생략) 이상의 간격을 두고 설치하여야 하고, 경계 막 테두리 펜스와 테두리 펜스 사이의 간격(도 11의 ②)도 마찬가지로 와류의 영향을 차단하기 위해서 최대 원주날개와 후류링의 교차부 양방향을 고려하여 3.0배에서 7배 사이의 간격을 두고 설치하여 회전력을 극대화할 수 있다.
회전력을 극대화하기 위해 원주날개와 원주날개 및 후류링과 후류링 사이의 간격을 정하는 것도 중요하나, 원주날개와 후류링 사이의 간격을 정하는 것도 매우 중요하다.
도 7은 본 발명(청구항 1의 발명)에 따른 고출력 발전 1단 와류풍차도(원주날개가 1단인 와류풍차도)이다. 도 7에서의 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부(3)와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대(4)와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스(5)와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스에 형성되는 복수개의 원주날개(6)와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스(5-1)로 되는 회전날개부(1); 와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링(7)과, 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대(9)로 되는 후류링부(8); 를 포함하며,
상기 선단부 경계막 테두리펜스(5) 및 상기 제1 경계막 테두리펜스(5-1)사이에 복수개의 원주날개가 형성되어 상기 회전날개부(1)과 상기 후류링부(8) 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게 설명하면, 도 7(a)의 정면도와 같이 회전축 선단부(3)에서 선단부 직경의 1배 정도의 길이를 가지고 연결되는 회전축 선단부 지지대(4)(회전축 선단부 지지대는 선단부(3)과 선단부 경계막 테두리 펜스(5) 사이 공간에서 생기는 흐름이 회전날개부의 흐름 장에 영향이 없도록 하여 와류발생이 원활하도록 하는 것이며, 특히 지지대 개수는 와류풍차 전체의 구조적 강도와 영향이 있으므로 이를 고려하여 설치하고, 선단부 지지대는 흐름 방향으로 유선형일 필요가 있음)의 끝부분에 선단부 경계막 테두리 펜스(5)를 설치하여 선단부에 부딪혀 생기는 흐름에 의한 원주날개 방향 흐름과 압력을 차단하여, 와류 발생에 영향을 미치지 않도록 한다.
그리고, 선단부 경계막 테두리 펜스(5) 바깥에 와류 발생의 양쪽 상호 영향 범위 원주날개 직경과 후류링 폭 포함 원주날개 직경의 3배에서 7배 이내의 간격을 주면서 제1 경계막 테두리 펜스(5-1)을 설치하고, 원주날개(6)은 원주날개(6)과 후류링(7)이 교차하는 중심 부분에서 양쪽으로 원주날개 직경의 3배에서 7배 사이를 두고 또 다른 원주날개(6)을 순차적으로 설치한다. 그러므로 원주날개(6)이 설치되는 개수는 후류링의 중심 원주 길이에 원주날개 직경의 3배(설치 최대 개수)에서 7배(설치 최소 개수)로 나눈 개수만큼 설치할 수 있다.
도 10∼14에서는 원주날개들의 간격을 원주날개 직경 포함 5배로 두고 설치한 경우이다. 그러나 이는 3배의 간격으로 설치할 수도 있고 7배의 간격을 두고 설치할 수도 있다. 1단에 설치되는 원주날개들을 그대로 원주날개라 칭하기로 한다.
선단부 경계막 테두리 펜스(5)의 앞부분은 유선형으로 만들며 펜스의 두께는 최대한 얇게 하여 흐름에 지장이 적도록 한다. 그러나 선단부 지지대를 받혀주는 역할을 하면서 와류풍차 전체의 구조적 강도에 영향을 주기 때문에 와류풍차 설계 시 용량에 따라 대응하여 제작한다.
도 7은 고출력 발전 1단 와류풍차로 원주날개 후류에 일정 간격(s/d=0.35)을 주고 설치하는 후류링이 한 개로 구성되는 복수개의 원주날개(6)과 후류링(7), 후류링 지지대(9), 후류링 지지대 축(10), 회전축(2) 및 선단부 경계막 테두리 펜스(5)와 제1 경계막 테두리펜스(5-1)이 양단 끝에 설치되어 원주날개 1단으로 구성되는 1단 와류풍차이다.
원주날개를 도 7과 같이 1단으로 설치할 경우는 원주날개의 설치개수는 원주 직경의 크기와 비례하나 설치할 수 있는 개수는 1단으로 한정된다. 와류풍차는 원주날개가 많을수록 와류가 많이 발생, 여진력과 회전력이 증가하여 발전량이 많아지므로 대형풍차와 같이 발전량을 많이 발생시키기 위해서는 원주날개를 많이 설치하는 방법이 필요하다.
도 8은 본 발명에 따르는 고출력 발전 2단 와류풍차도(원주날개가 2단인 와류풍차도)이다. 본 발명의 2단 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서, 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부(3)와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대(4)와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스(5)와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제1 원주날개(6-1)와, 상기 복수개의 제1 원주날개 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스(5-1)와, 상기 제1 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제2 원주날개(6-2)와 상기 복수개의 제2 원주날개의 단부에 형성되는 제2 경계막 테두리펜스(5-2)가 더 형성되는 회전날개부(1);와
상기 회전날개부(1)의 후면에 배치되는 제1 후류링(7-1)과, 상기 제1 후류링을 지지하는 복수개의 제1 후류링 지지대(9-1)와, 상기 제1 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제2 후류링(7-2)과 상기 제2 후류링을 지지하는 복수개의 제2 후류링 지지대(9-2)가 더 형성되어서 되는 후류링부(8);를 포함하며,
상기 제1 원주날개(6-1)의 바깥둘레에 제2 원주날개(6-2)와 같이 다단으로 복수개의 원주날개가 형성되고 상기 제1 후류링(7-1)의 바깥둘레에 제2 후류링(7-2)와 같이 다단으로 복수개의 후류링이 형성되어 상기 회전날개부(1)과 상기 후류링부(8) 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 8은 도 7과 같은 1단의 와류풍차 끝의 제1 경계 막 테두리 펜스(5-1) 외부에 원주날개 들을 1단 와류 풍차와 같은 방법으로 양쪽으로 원주 직경(원주날개 직경 포함)의 3배에서 7배 사이를 두고 또 다른 제2 원주날개(6-2)를 설치한다. 그 외부 끝으로 원주날개 직경 3배에서 7배 사이의 간격으로 다른 또 하나의 직경이 더 큰 제2 경계 막 테두리 펜스(5-2)를 설치하여 원주날개 2단으로 구성되는 2단 와류풍차이다. 이 제2 경계 막 테두리 펜스(5-2)도 제1 경계막 테두리 펜스와 형상은 같으나 직경은 제2 원주날개가 들어가는 길이만큼 늘어난다.
도 8은 고출력 발전 2단 와류풍차로 원주날개 후류에 제1 후류링의 바깥둘레에 일정 간격을 두고 설치하는 제2 후류링이 추가로 더 구성되며, 다수의 제2 원주날개(6-2) 들과 제2 후류링(7-2), 제2 후류링 지지대(9-2) 및 제1, 제2 경계막 테두리 펜스(5-1)과 (5-2)가 양단 끝에 설치되어 구성되는 2단 와류풍차이다. 경계막 테두리 펜스는 각단별 원주날개들과 원주날개들을 이어 주는 역할을 하면서 와류풍차 2단 회전날개부(1)의 전체 구조를 튼튼하게 해준다.
도 9은 본 발명에 따른 고출력 발전 3단 와류풍차도(원주날개가 3단인 와류풍차도)이다. 본 발명의 3단 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서, 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부(3)와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대(4)와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스(5)와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제1 원주날개(6-1)와, 상기 복수개의 제1 원주날개의 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스(5-1)와, 상기 제1 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제2 원주날개(6-2)와, 상기 복수개의 제2 원주날개의 단부에 형성되는 제2 경계막 테두리펜스(5-2)와, 상기 제2 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제3 원주날개(6-3)와, 상기 복수개의 제3 원주날개의 단부에 형성되는 제3 경계막 테두리펜스가 더 형성되는 회전날개부(1);와
상기 회전날개부의 후면에 배치되는 제1 후류링(7-1)과, 상기 제1 후류링을 지지하는 복수개의 제1 후류링 지지대(9-1)와, 상기 제1 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제2 후류링(7-2)과, 상기 제2 후류링을 지지하는 복수개의 제2 후류링 지지대(9-2)와, 상기 제2 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제3 후류링(7-3)과, 제3 후류링을 지지하는 복수개의 제3 후류링 지지대(9-3)가 더 형성되어서 이루어지는 후류링부(8);를 포함하며,
상기 제1 원주날개(6-1)의 바깥둘레에 제2 원주날개(6-2) 및 제3 원주날개(6-3)과 같이 다단으로 복수개의 원주날개가 형성되고 상기 제1 후류링(7-1)의 바깥둘레에 제2 후류링(7-2) 및 제3 후류링(7-3)과 같이 다단으로 복수개의 후류링이 형성되어 상기 회전날개부(1)과 상기 후류링부(8) 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 9는 도 8과 같이 2단의 와류풍차 끝의 제2 경계 막 테두리 펜스(5-2) 외부에 제3 원주날개(6-3) 들을 1단 와류풍차와 2단 와류 풍차와 같은 방법으로 간격을 두고 설치하고 그 외부 끝으로 원주날개 직경 3배에서 7배 사이의 간격으로 다른 또 하나의 직경이 더 큰 제3 경계 막 테두리 펜스(5-3)을 설치하여 3단으로 만든 복수 와류풍차이다. 이 제3 경계 막 테두리 펜스(5-3)도 제2 경계막 테두리 펜스와 형상은 같으나 직경은 제3 원주날개가 들어가는 길이만큼 늘어난다. 여기서 (1)은 와류풍차 3단 회전날개부이다.
도 9는 고출력 발전 3단 와류풍차로 원주날개 후류에 1단과 같이 일정 간격을 주고 설치하는 제3 후류링이 1개로 구성되는 다수의 제3 원주날개(6-3) 들과 제3 후류링(7-3), 제3 후류링 지지대(9-3), 후류링 지지대 축(10) 및 제2, 제3 경계 막 테두리 펜스(5-2)와 (5-3)이 양단 끝에 설치되어 구성되는 3단 와류풍차이다.
본 발명의 상기 1단 와류풍차날개, 상기 2단 와류풍차날개 또는 상기 3단 와류풍차날개중 어느 하나의 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 다단 고출력 발전 와류풍차에 있어서, 최외곽 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와
최외곽 후류링의 바깥둘레에 배치되는 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부;가 되는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 10∼14는 원주날개를 4단으로 설치한 고출력 발전 와류풍차 경우의 예이다. 도 10∼14에서 본 발명은 4단 와류풍차날개(원주날개가 4단인 와류풍차도)로 고출력발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개이다. 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부(3)와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대(4)와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스(5)와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제1 원주날개(6-1)와, 상기 복수개의 제1 원주날개의 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스(5-1)와, 상기 제1 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제2 원주날개(6-2)와, 상기 복수개의 제2 원주날개의 단부에 형성되는 제2 경계막 테두리펜스(5-2)와, 상기 제2 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제3 원주날개(6-3)와, 상기 복수개의 제3 원주날개의 단부에 형성되는 제3 경계막 테두리펜스(5-3)와, 상기 제3 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 제4 원주날개(6-4)와, 상기 복수개의 제4 원주날개의 단부에 형성되는 제4 경계막 테두리펜스(5-4)가 더 형성되는 회전날개부(1);와
상기 회전날개부의 후면에 배치되는 제1 후류링(7-1)과, 상기 제1 후류링을 지지하는 복수개의 제1 후류링지지대(9-1)와, 상기 제1 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제2 후류링(7-2)과, 제2 후류링을 지지하는 복수개의 제2 후류링 지지대(9-2)와, 상기 제2 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제3 후류링(7-3), 제3 후류링을 지지하는 복수개의 제3 후류링 지지대(9-3)가 더 형성되어서 되는 후류링부(8)와, 상기 제3 후류링의 바깥둘레에 배치되는 제4 후류링(7-4)과, 제4 후류링을 지지하는 복수개의 제4 후류링 지지대(9-4)로 더 형성되어서 되는 후류링부(8)를 포함하며,
상기 제1 원주날개(6-1)의 바깥둘레에 제2 원주날개(6-2), 제3 원주날개(6-3) 및 제4 원주날개(6-4)와 같이 다단으로 복수개의 원주날개가 형성되고 상기 제1 후류링(7-1)의 바깥둘레에 제2 후류링(7-2), 제3 후류링(7-3) 및 제4 후류링(7-4)와 같이 다단으로 복수개의 후류링이 형성되어 상기 회전날개부(1)과 상기 후류링부(8) 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 도 10∼14는 도 9의 3단과 같은 방법으로 원주날개를 3단 이상으로 제작한 4단의 와류풍차이다. 도 9와 같이 3단의 와류풍차 끝의 제3 경계 막 테두리 펜스 외부에 제4 원주날개(6-4) 들을 1단, 2단, 3단 와류풍차와 같은 방법으로 간격을 두고 설치하고 그 외부 끝으로 원주날개 직경 3배에서 7배 사이의 간격으로 다른 또 하나의 직경이 더 큰 제4 경계 막 테두리 펜스(5-4)를 설치하여 4단으로 만든 복수 와류풍차이다. 이 제4 경계 막 테두리 펜스(5-4)도 제3 테두리 펜스와 형상은 같으나 직경은 제 4 원주 날개가 들어가는 길이만큼 늘어난다.
고출력 발전 4단 와류풍차 도 10∼14도 원주날개 후류에 1단과 같이 일정 간격을 주고 설치하는 제4 후류링이 1개로 구성되는 다수의 제4 원주날개(6-4) 들과 제4 후류링(7-4), 제4 후류링 지지대(9-4), 후류링 지지대 축(10) 및 제3, 제4 경계 막 테두리 펜스(5-3), (5-4)가 양단 끝에 설치되어 구성되는 4단 와류풍차이다. 여기서 (1)은 와류풍차 4단 회전날개부 이다. 더 이상의 단을 가진 복수 다단 와류풍차 제작 방법도 마찬가지 순서로 이루어진다.
본 발명의 4단 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 다단 고출력 발전 와류풍차에서 상기 제4 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와
상기 제4 후류링의 바깥둘레에 배치되는 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부;가 되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 4단 와류풍차날개에 원주날개와 후류링를 교대로 더 추가로 구성하여 원주날개와 후류링이 다단으로 구성하는 것과 동일한 방법으로 상기 1단 내지 상기 3단의 와류풍차날개를 다단으로 구성할 수 있다.
본 발명의 1단 와류풍차날개, 2단 와류풍차날개 또는 3단 와류풍차날개 중 어느 하나의 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 고출력 발전 와류풍차에서 상기 제1 경계막 테두리펜스, 제2 경계막 테두리펜스, 제3 경계막 테두리펜스 중의 어느 하나의 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와
상기 제1 후류링, 제2 후류링 또는 제3 후류링 중의 어느 하나의 후류링의 바깥둘레에 배치되는 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부;가 되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 다단 와류풍차날개(청구항 2의 발명)는 원주날개가 1단으로 구성되는 1단 와류풍차날개에 원주날개와 후류링를 교대로 더 추가로 구성하여 원주날개와 후류링이 다단으로 구성되는 와류풍차날개이다.
본 발명에 따른 다단 와류풍차날개로 고출력발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서, 상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부(3)와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대(4)와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스(5)와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 원주날개(6)와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 경계막 테두리펜스(5-1)와, 상기 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 반복적으로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부(1);와
상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링(7)과, 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대(9)와, 상기 후류링의 바깥둘레에 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 더 배치되는 후류링부(8);를 포함하며,
상기 원주날개 및 그 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계 막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부(1)와; 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과, 그 후류링을 지지하는 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부(8); 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전하는 것을 특징으로 한다.
현재 설치되고 있는 최대 크기의 프로펠러 풍차는 풍차날개의 길이가 70m에 이르고 있다. 와류풍차도 복수다단으로 할 수 있는 최대 크기가 있을 수 있다. 와류풍차도 프로펠러 풍차와 같이 한 개 날개 길이가 70m급 풍차를 제작할 경우 와류풍차의 단수는 최대 70m(3×d+경계막 테두리 펜스 두께)에서 최소 70m/(7×d+경계막테두리 펜스 두께) 단수로 설치할 수 있다. 여기에는 선단부 경계 막 테두리 펜스 중앙부의 지름을 0.5m로 할 경우 반지름 값 0.25m도 고려한다. 예를 들어 원주날개의 직경 d를 20cm로 하고 경계막테두리 펜스 두께를 5cm로 할 경우 최대 약 107단으로 할 수가 있고 최소 약 48단인 와류 풍차를 제작할 수 가 있다. 이는 와류풍차 설계 시 원주날개의 직경을 정하는 것에 의해 차이가 난다.
본 발명의 예로든 도 7의 1단인 경우는 와류 발생이 8곳에서 발생하고, 도 8의 2단인 경우는 21곳, 도 9의 3단인 경우는 39곳이며, 도 10의 4단인 경우는 63곳이다. 그러므로 1단의 발전량을 1로 보면 2단의 발전량은 2.6배, 3단은 4.9배, 4단은 7.9배이다. 이는 원주날개를 원주 직경 포함 5배의 간격을 두고 설치한 경우이고 최대로 좁혀 설치하는 3배의 간격을 두고 설치할 경우는 이들 값의 수배가 된다.
도 7과 같이 1단으로 원주날개를 8개로 설치한 경우와 같은 직경의 프로펠러 풍차를 같은 풍속 조건 등에서 비교 측정한 결과 회전 토크가 10배 정도 강하게 나타났다. 그러므로 도 10의 4단으로 설치한 와류풍차는 프로펠러 풍차의 79배의 회전 토크를 가지는 것으로 계산된다. 물론 이 경우도 원주날개 간격을 최대로 좁혀 3배의 간격을 두고 설치할 경우는 이들 값의 수배가 된다.
이상과 같이 본 발명은 원주날개 들과 후류링 들이 크로스 교차하는 개수를 와류가 원주날개 주변의 흐름 장에 서로 영향을 미치지 않는 범위 내에 설치하는 대형 고출력 발전 복수 다단 와류풍차 날개에 관한 것으로, 원주날개와 원주날개 사이의 간격과 후류링과 후류링 사이의 간격, 그리고 경계막 테두리 펜스들의 각각의 설치 위치는 와류풍차의 3차원 와류 1개 발생이 흐름 장에 미치는 영향 범위는 최소 원주 직경 1.5배에서 최대 3.5배 사이이므로 이 거리를 고려해서 설치한다. 앞에서 언급한 것과 같이 최대 설치할 수 있는 원주날개의 개수는 와류 발생에 의한 원주날개 양쪽의 영향을 고려하여 원주 직경 3.0배에서 최대의 개수를 원주 직경 7.0배 거리에 최소의 개수를 설치할 수 있다.
본 발명에서 s/d 비(청구항 3의 발명)에 대하여 살펴본다. 본 발명은 상기 원주날개의 직경을 d라 하고 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 s라고 할 때 원주날개가 원주이고 후류링이 판재인 경우에는 s/d=0.35∼0.5로 하며, 원주날개가 사각주상체이고 후류링이 판재인 경우, 사각주상체의 한 변의 길이를 d1이라고 할 때, s/d1 = 1.0∼3.0 인 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
보다 상세히 언급하면, 원주날개(회전날개)가 원주이면서 후류링을 판재로 하였을 경우 s/d는 0.35∼0.5에서 여진력이 가장 크고, 원주날개를 사각기둥 주상체 날개로 하고 후류링을 판재로 할 경우에는 s/d1는 1.0∼3.0(d1 : 사각 주상체의 한변의 길이) 사이에서 여진력이 가장 크게 나타났다.
본 발명에서 원주날개와 원주날개 사이의 적정한 간격(청구항 4의 발명)에 대하여 살펴본다. 본 발명은 상기 복수개의 원주날개에서 원주날개와 원주날개 사이의 적정 간격은 상기 원주날개 직경의 3배 내지 7배인 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
달리 설명하면, 고출력 발전 와류풍차 회전날개부는, 도 12(a)와 같이 내부 선단부(3)의 둘레에 회전축 선단부 지지대(4)를 제1 경계 막 테두리 펜스 이상의 주변 흐름에 지장을 주지 않도록 설치하고, 동시에 와류풍차날개 전체의 구조적 강도를 지탱해주는 역할을 하므로 이를 고려하여 설치하며, 선단부 경계 막 테두리 펜스(5)에 원주날개(6)의 직경 3∼7배 정도에서 원하는 간격(도 11의 ①)으로 원주날개 (6)을 연속적으로 설치하고, 도 11의 ②와 같이 경계 막 테두리 펜스를 후류링의 직경 3∼7배(원주날개와 같은 방법으로 계산, 이하 설명생략) 정도의 간격으로 설치한 뒤 같은 방법으로 원주날개의 직경 3∼7배 정도에서 원하는 간격으로 원주날개를 설치하는 식으로 반복하여 방사선 방향으로 연속적으로 설치한다. 원주날개의 수와 경계 막 테두리의 간격 및 개수는 설계 발전량을 정한 뒤 그 발전량에 해당하는 만큼 개수의 원주날개와 후류링을 계산 설계하여 설치할 수 있다.
여기서 고출력 발전 와류풍차날개 회전축 선단부(3)은 도 12(b)와 같이 난류 발생이 최소화하기 위해 비행체의 프로펠러 선단부와 같은 유선형 형태를 취하는 게 좋다.
본 발명은 상기 고출력발전 와류풍차날개에서 끝단 최 외곽의 테두리펜스에 일정한 각도를 가지도록 와류풍차의 회전방향을 정해주는 회전 방향 프로펠러(11)를 더 포함하는 것(청구항 9의 발명)을 특징으로 한다.
도 11 내지 도 13에서, 회전 방향 프로펠러(11)은 끝단의 경계 막 테두리 펜스(5-4) 바깥 부분에 일정 각도를 가지도록 설치하여 와류풍차의 회전 방향을 정해주는 역할을 한다. 회전 방향 결정 프로펠러(11)이 없으면 풍차의 회전은 양쪽 어느 방향으로 임의로 회전하기 때문에 이를 회전 방향 결정 프로펠러(11)에 의해 한 방향으로 고정하도록 한다. 회전 방향 결정 프로펠러(11)은 도 11에 표시한 (11)과 같이 프로펠러의 각도를 조정하는 것에 의해 풍차의 회전 방향을 바꿀 수도 있다.
도 13에서 회전날개부 회전축(2)은 와류풍차의 회전력을 전달하는 회전축이며, 회전축 지지대(12)는 회전축을 지지해 주면서, 도 10∼도 14의 후류링 지지대 받침축(10)도 동시에 지지해 주는 축이다. (13)은 발전기이며, (14)는 회전축 지지대 베어링 케이스이며 내부의 베어링에 결합된 회전축을 지지하여 발전기에 연결되어 발전기 내부의 회전자를 회전시켜 발전한다.
도 14의 (9-1)∼(9-4)는 후류링을 지지해 주는 후류링 지지대들이며, (10)은 후류링 지지대 받침축이며, (7-1)∼(7-4)는 원주날개와는 일정한 간격을 두고 고정 설치되는 후류링들이다. 지금까지의 후류링의 폭은 원주날개 직경과 같은 경우에 대해 설명하였으나, 후류링의 폭은 원주날개 직경보다 클 수도 작을 수도 있다.
도 14에서 원주날개들과 경계 막 테두리 펜스들 및 회전축 선단부(3)과 회전 방향 프로펠러(11)들로 이루어지는 회전체인 회전날개부와는 일정 간격을 두고 후류링 (7-1)∼(7-4)와 그 후류링 (7-1)∼(7-4)를 지지해 주는 후류링 지지대 (9-1)∼(9-4), 후류링 지지대 받침축(10)이 고정되어 회전축 지지대(12)에 연결된다. 회전체인 와류풍차 날개부의 회전력은 이들 사이의 회전축 지지대 베어링으로 전달되어 발전기의 회전자를 회전시킨다.
이들 와류풍차날개 및 지지대들은 와류풍차지지 지주대(23)과 와류풍차 지주대 받침대(24)에 와류풍차 지지대 축 베어링(22)로 연결되어 이 베어링에 의해 와류풍차 방향타(21)가 바람 부는 방향으로 원활하게 향하게 되며, 와류풍차날개가 바람과 정면으로 향하게 되어 회전하면서 발전이 일어난다.
본 발명은 상기 고출력발전 와류풍차날개에서 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 원통에 복수개의 구멍을 형성하여 바람이 상기 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 표면으로 흐를 때 경계층의 압력을 흡수하도록 하여 경계층의 영향을 최소화하는 것(청구항 7의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
도 15에서, 각 단에 모두 사용되는 경계 막 테두리 펜스는 2개의 얇은 원통형이 내부는 공기가 통하도록 도 15(d)와 같이 서로 동심원을 가지도록 설치하여 원주날개들을 결합시켜 제작한다. 바람을 맞이하는 경계 막 테두리 펜스 선단부의 형태는 흐름에 의해 난류가 가능한 발생하지 않도록 도 15(d)의 단면도 위 끝부분과 같이 유선형으로 하고, 경계 막 테두리 펜스 하단부 끝은 도 15(d)의 단면도와 같이 내부가 깎인 형태로 외부는 미끈하게 하고 내부를 통하는 공기가 끝부분에서 확산되게 흐르게 하여 경계막 테두리 펜스의 원통형이 내부에 작용하는 압력을 줄여 흐름을 원활하게 해준다. 경계 막 테두리 펜스의 원통 내부와 외부에는 일정한 간격과 직경을 가진 구멍을 뚫어 경계 막 테두리 펜스 내 외부에 흐름에 의해 발생하는 경계층의 발생을 줄여 주도록 해주어 원주날개와 후류링 사이에서 발생하는 와류 발생을 원활하게 해주도록 한다.
경계 막 테두리 펜스 표면을 흐르는 흐름에는 경계층이 발생하며 표면에는 유속이 거의 없다. 이때 경계 막 테두리 펜스 내부를 흐르는 흐름으로부터 구멍으로 표면 사이에 새로운 흐름이 생겨 경계층을 완화시켜 경계층의 두께를 줄여 주고, 이와 같은 작용은 경계 막 테두리 펜스 사이의 거리를 줄여 주어, 보다 많은 원주날개들을 설치할 수 있도록 한다. 구멍은 경계 막 테두리 펜스 내부와 외부에 상하로 뚫을 수도 있고 상부나 하부에 서로 어긋나게 뚫어 설치할 수도 있다.
본 발명은 상기 회전날개부와 상기 후류링부 사이의 간격을 후류링부를 이동시켜주는 후류링 이동 슬라이딩 장치에 의해서 회전하고 있는 와류풍차를 중지 또는 가동시킬 수 있는 것(청구항 6의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
도 16에서, 회전하고 있는 와류풍차 날개, 즉 회전날개부를 멈추게 하고 싶을 때는 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 조정하는 것으로 가능하다. 즉 s/d가 0.35∼0.5의 범위를 벋어나면 회전날개부는 즉시 회전을 멈춘다. 후류링 이동 슬라이딩 장치(15)는 후류링을 앞뒤로 이동시켜주는 슬라이딩 장치이며, 이동 슬라이딩 모터(16)은 이를 움직이게 해주는 슬라이딩 모터이다. 기어식 슬라이딩 가이드(17)은 기어식으로 되어 있는 가이드이다. 후류링은 이들에 의해 원주날개와의 간격을 전기를 넣거나 빼는 것에 의해 이동 슬라이딩 모터(16)가 작동, 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 미세하게 조정하여 회전날개부의 회전을 제어한다.
본 발명은 상기 회전날개부에서 원주날개의 배치는 서로 대칭적 또는 비대칭적으로 배치하는 것(청구항 5의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
지금까지의 원주날개들은 원주날개들의 간격을 중시하여 배치, 일부 대칭 또는 비대칭으로 되었으나, 도 17과 같이 전체 원주날개를 완전한 대칭으로 하여 배치하는 것을 특징으로 하는 고출력 발전 와류 풍차 날개를 포함할 수 있다. 여기서 회전축 선단부 삽입홀(3-1)은 회전축 선단부(3) 및 회전축 선단부 지지대(4)가 들어갈 공간이다.
본 와류풍차를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분에, 도 18, 19, 20과 같이 설치하여, 저속에서 회전하지 않는 기존의 프로펠러 풍차를 저속에서도 회전시킬 수 있는 기동 풍차로 사용할 수가 있다. 즉, 와류풍차를 도 18, 19, 20과 같이 프로펠러 앞부분 또는 프로펠러 뒷부분 적당한 곳에 결합 설치하여 3m/s이하의 저속에서 회전하지 않는 프로펠러 풍차를 회전할 수 있도록 기동시키고, 25m/s 이상 강풍에서 프로펠러 피치 각도를 바람 방향으로 수평으로 하여 회전을 중지시킬 때에도 결합 된 와류풍차 단독으로 회전할 수 있도록 하여 발전을 할 수 있다.
프로펠러 풍차에 와류 풍차를 결합하는 하이브리드 풍차 제작 시에 와류풍차를 기존 프로펠러 풍차에 연결할 때는 도 14의 발전기(13)을 제거한 뒤 회전축 지지대 베어링 케이스(14)도 제거한 회전축을 발전기가 연결된 프로펠러 풍차 회전축 앞부분에 연결 어댑터를 제작하여 결합한다. 어댑터는 다양하게 제작할 수가 있다. 이는 일반적인 방법을 따른다.
본 발명은 상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 3m/s이하의 저속에서 회전하지 않는 상기 대형프로펠러 풍차를 저속에서도 회전시킬 수 있는 기동풍차로 사용하는 것(청구항 10의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 25m/s 이상 강풍에서 상기 대형프로펠러 풍차의 프로펠러 피치각도를 바람방향으로 수평으로 하여 회전을 중지시킬 때에도 결합된 와류풍차 단독으로 회전하여 발전할 수 있는 것(청구항 11의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
이를 위해서는 프로펠러 풍차 회전수와 와류풍차의 회전수를 맞추도록 하여 결합할 필요가 있다. 와류풍차의 회전수는 날개 수에 따라 차이가 난다. 프로펠러 풍차의 회전속도는 원주날개가 2개인 와류풍차보다 약 5에서 10배 빠르다. 그런데 도 3에서 보면 와류풍차의 원주날개가 8개가 되면 2매에 비해 그 회전수가 약 2배 정도 직선 비례하여 빨라진다. 그러므로 와류풍차의 날개 수가 2매일 경우에 비해 기존 프로펠러 풍차 회전수가 5배에서 10배 빠른 것으로 보면 원주날개 수를 10매에서 20매 정도로 맞추면 회전수가 비슷하게 될 것으로 추정된다.
본 발명은 상기 원주날개를 원주 또는 사각 주상체로 형성하여 날개에 강력한 풍력이 작용하더라도 원주 또는 사각 주상체 전체에 힘이 분산되여 파손이 감소되는 것(청구항 8의 발명)을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개이다.
즉, 본 발명의 와류풍차는 3m/s 이하의 저 풍속에서 회전하지 않고, 25m/s 이상의 강풍에서는 프로펠러 날개 파손의 문제로 발전을 중지하는 기존의 프로펠러 풍차에서 지적되는 문제점들이, 와류풍차에서는 3m/s 이하의 저 풍속에서도 규칙적으로 발생하는 와류로 인하여 회전이 일어나고, 25m/s 이상의 강풍에서도 회전이 일어나지만, 회전날개가 원주 또는 사각 주상체로 형성되어있어, 날개에 강력한 풍력이 작용하더라도 원주 또는 사각 주상체 전체에 풍력의 힘이 골고루 작용하여 회전날개의 파손 문제를 해결할 수 있는 것과 더불어 저회전으로 인하여 프로펠러 풍차 회전 시 발생하는 소음 문제도 해결하는 효과를 얻을 수 있다.
도 7과 도 10 경우의 와류풍차 회전력은 같은 크기의 기존 프로펠러 풍차 회전력에 비해, 최소 10배에서 최대 약 80여배 증가로, 획기적인 발전량 증대가 기대된다. 그리고 와류풍차는 같은 크기의 고회전의 프로펠러 풍차에 비해 저회전하여 이에 따른 위험도 감소하는 효과를 준다.
현재 풍차의 대부분을 차지하는 프로펠러 풍차는 국내 기술력 부족으로 대부분 수익이 외국에 지불되는 것임에 반하여 고출력 발전 복수 다단 와류풍차는 100% 국내기술로 풍차의 수익성을 모두 국내에서 확보함과 동시에 외국 수출까지 기대되는 국내 기술의 고효율 풍차이다. 동시에 기존 프로펠러 풍차의 1/10 이하의 가격으로 확대 설치에 의한 수익 증대가 기대되며, 회전력의 획기적 증대에 의한 발전량 증가로 기존 50m급 대형 프로펠러 풍차 대비 직경 10m급 중소형 다단 와류 풍차에서 같은 발전량을 보일 것으로 기대된다. 이와 같이 기존의 프로펠러 풍차를 전면 대체하는 신개념의 고효율 새로운 주력 풍차로서 자리매김하고 기존 프로펠러 풍차에 하이브리드 형태로 결합하여 설치하는 기술 확보로 프로펠러 풍차의 단점 보완도 가능한 효과를 구할 수 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명하였지만, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당 업자에게 있어 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구 범위 내에 속함은 당연하다 할 것이다. 특히 회전날개를 원주날개 또는 사각주상체 날개 이외에도 다양한 형태의 주상체 날개로 사용할 수도 있다.
[부호의 설명]
1 : 회전날개부
2 : 회전날개부 회전축
3 : 회전축 선단부
3-1 : 회전축 선단부 삽입 홀
4 : 회전축 선단부 지지대
5 : 선단부 경계막 테두리 펜스
5-1 : 제 1 경계막 테두리 펜스
5-2 : 제 2 경계막 테두리 펜스
5-3 : 제 3 경계막 테두리 펜스
5-4 : 제 4 경계막 테두리 펜스
6 : 원주날개
6-1 : 제 1 원주날개
6-2 : 제 2 원주날개
6-3 : 제 3 원주날개
6-4 : 제 4 원주날개
7 : 후류링
7-1 : 제 1 후류링
7-2 : 제 2 후류링
7-3 : 제 3 후류링
7-4 : 제 4 후류링
8 : 후류링부
9 : 후류링 지지대
9-1 : 제 1 후류링 지지대
9-2 : 제 2 후류링 지지대
9-3 : 제 3 후류링 지지대
9-4 : 제 4 후류링 지지대
10 : 후류링 지지대 받침축
11 : 회전방향 결정 프로펠러
12 : 회전축 지지대
13 : 발전기
14 : 회전축 지지대 베어링 케이스
15 : 후류링 이동 슬라이딩 장치
16 : 이동 슬라이딩 모터
17 : 기어식 슬라이딩 가이드
21 : 와류풍차 방향타
22 : 와류풍차 지지대 축 베어링
23 : 와류풍차지지 지주대
24 : 와류풍차 지주대 받침대

Claims (11)

1단 와류풍차날개로 고출력 발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서,
상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 원주날개와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 제1 경계막 테두리펜스로 되는 회전날개부;와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과, 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대로 되는 후류링부;를 포함하며,
상기 선단부 경계막 테두리펜스 및 상기 경계막 테두리펜스 사이에 상기 원주날개가 형성되어 상기 회전날개부와 상기 후류링부 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 하는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
다단 와류풍차날개로 고출력 발전을 하는 고출력 발전 와류풍차날개에서,
상기 고출력 발전 와류풍차날개는, 풍차의 회전축의 선단인 선단부와, 상기 선단부의 테두리표면 상에 형성되는 복수개의 선단부지지대와, 상기 복수개의 선단부지지대의 단부에 형성되는 선단부 경계막 테두리펜스와, 상기 선단부 경계막 테두리펜스 상에 형성되는 복수개의 원주날개와, 상기 복수개의 원주날개의 단부에 형성되는 경계막 테두리펜스와, 상기 경계막 테두리펜스 상에 복수개의 원주날개와 그 복수개의 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과; 상기 후류링을 지지하는 복수개의 후류링지지대와; 상기 후류링의 바깥둘레에 배치되는 후류링과 그 후류링을 지지하는 복수개의 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부;를 포함하며,
상기 원주날개 및 그 원주날개 상에 경계막 테두리펜스가 교대로 더 형성되어 원주날개 및 경계막 테두리펜스가 다단으로 형성되는 회전날개부;와 상기 회전날개부의 후면에 배치되는 후류링과, 그 후류링을 지지하는 후류링 지지대가 교대로 더 배치되어 후류링 및 후류링 지지대가 다단으로 형성되는 후류링부; 사이에서 유출되는 와류 발생을 많게 하여 여진력을 최대로 크게 함으로써 고출력 발전을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원주날개의 직경을 d라 하고 상기 회전날개부와 후류링부 사이의 간격을 s라고 할 때 원주날개가 원주이고 후류링이 판재인 경우에 s/d=0.35∼0.5로 하며, 원주날개가 사각주상체이고 후류링이 판재인 경우, 사각주상체의 한 변의 길이를 d1이라고 할 때, s/d1=1.0∼3.0 인 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수개의 원주날개에서 원주날개와 원주날개 사이의 적정 간격은 상기 원주날개 직경의 3배 내지 7배인 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전날개부에서 상기 원주날개의 배치는 서로 대칭적 또는 비대칭적으로 배치하는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전날개부와 상기 후류링부 사이의 간격을 후류링부를 이동시켜주는 후류링 이동 슬라이딩 장치에 의해서 회전하고 있는 와류풍차를 중지 또는 가동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고출력발전 와류풍차날개에서 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 원통에 복수개의 구멍을 형성하여 바람이 상기 경계막 테두리펜스의 안과 밖의 표면으로 흐를 때 경계층의 압력을 흡수하도록 하여 경계층의 영향을 최소화하는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원주날개를 원주 또는 사각 주상체로 형성하여 날개에 강력한 풍력이 작용하더라도 원주 또는 사각 주상체 전체에 힘이 분산되어 파손이 감소되는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고출력발전 와류풍차날개에서 끝단 최 외곽의 테두리펜스에 일정한 각도를 가지도록 와류풍차의 회전방향을 정해주는 회전방향프로펠러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 3m/s 이하의 저속에서 회전하지 않는 상기 대형프로펠러 풍차를 저속에서도 회전시킬 수 있는 기동풍차로 사용하는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고출력발전 와류풍차날개를 기존의 대형프로펠러 풍차 앞부분 또는 뒷부분에 어댑터를 이용하는 방법으로 결합 설치하여 25m/s 이상 강풍에서 상기 대형프로펠러 풍차의 프로펠러 피치각도를 바람방향으로 수평으로 하여 회전을 중지시킬 때에도 결합된 와류풍차 단독으로 회전하여 발전할 수 있는 것을 특징으로 하는 고출력발전 와류풍차날개.
PCT/KR2020/000106 2019-04-26 2020-01-03 고출력 발전 와류풍차날개 WO2020218710A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0049342 2019-04-26
KR1020190049342A KR102039700B1 (ko) 2019-04-26 2019-04-26 고출력 발전 와류풍차날개

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020218710A1 true WO2020218710A1 (ko) 2020-10-29

Family

ID=68535525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/000106 WO2020218710A1 (ko) 2019-04-26 2020-01-03 고출력 발전 와류풍차날개

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102039700B1 (ko)
WO (1) WO2020218710A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102335566B1 (ko) * 2020-06-26 2021-12-07 주식회사 씨엔스카이텍 일체형 회전체의 고출력 발전 와류풍차장치
KR102701575B1 (ko) 2022-02-09 2024-09-02 주식회사 씨엔스카이텍 3차원 와류 발생의 여진력에 의한 진동 발전장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4366386A (en) * 1981-05-11 1982-12-28 Hanson Thomas F Magnus air turbine system
KR20040089850A (ko) * 2003-04-15 2004-10-22 최동민 풍력 발전기의 날개
KR200387389Y1 (ko) * 2005-03-23 2005-06-20 구덕 홍 풍력발전장치
US9273666B2 (en) * 2013-09-01 2016-03-01 Hamid Reza Kheirandish Magnus type wind power generator
JP6378366B2 (ja) * 2015-01-07 2018-08-22 国立大学法人長岡技術科学大学 流体発電用回転装置および流体発電装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB250636A (en) * 1924-12-15 1926-04-15 Victor Mann Wind turbine
JP2008175070A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Kansai Electric Power Co Inc:The 縦軸マグナス型風力発電機
KR101027055B1 (ko) 2009-12-30 2011-04-11 윤진목 풍력발전기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4366386A (en) * 1981-05-11 1982-12-28 Hanson Thomas F Magnus air turbine system
KR20040089850A (ko) * 2003-04-15 2004-10-22 최동민 풍력 발전기의 날개
KR200387389Y1 (ko) * 2005-03-23 2005-06-20 구덕 홍 풍력발전장치
US9273666B2 (en) * 2013-09-01 2016-03-01 Hamid Reza Kheirandish Magnus type wind power generator
JP6378366B2 (ja) * 2015-01-07 2018-08-22 国立大学法人長岡技術科学大学 流体発電用回転装置および流体発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR102039700B1 (ko) 2019-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020218710A1 (ko) 고출력 발전 와류풍차날개
WO2012046969A2 (ko) 풍력발전타워
WO2012072007A1 (zh) 多层叠加组合立式风力发电系统
WO2013073799A1 (en) Multi-type wind turbine
WO2012044089A2 (ko) 수직축 터빈 및 이를 구비하는 양방향 적층식 수직축 터빈
CN202533242U (zh) 一种多功能可移动式风蚀风洞
WO2013115441A1 (ko) 저풍속 풍력발전장치
CN101331316B (zh) 带有流动表面的风力涡轮机
WO2011078451A1 (ko) 풍력 발전용 로터 및 이를 구비한 풍력 발전장치
WO2012028042A1 (zh) 集风立式风力发电系统
WO2011047546A1 (zh) 水浮风帆风力发电机
WO2019088696A1 (ko) 추진 효율 향상 장치
WO2014051277A1 (ko) 가변 형 수평 날개를 갖는 소형 풍력발전기 및 이의 출력 제어방법
WO2017078330A1 (ko) 비행체
KR102170798B1 (ko) 고출력 발전 와류풍차날개
WO2010062018A1 (en) Vertical axis turbine
WO2019050289A1 (ko) 부유식 발전 시스템
WO2020180083A2 (ko) 유체발전기 및 이를 구비한 발전시스템
WO2024195964A1 (ko) 풍력 발전 장치
WO2015180095A1 (zh) 鼓状可伸缩风轮以及采用该风轮的水平轴风力发电机
WO2017082489A1 (en) Spiral blade unit and wind generator
WO2016085065A1 (ko) 부유식 해상 풍력발전설비
WO2011021733A1 (ko) 가변 풍속 터빈형 복합 풍력발전 장치 및 방법
WO2013065927A9 (ko) 저풍속 풍력발전장치 및 이를 이용한 저풍속 풍력발전시스템
WO2018174594A1 (ko) 유속 가중화 수차 발전 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20795259

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20795259

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1