WO2022149710A1 - 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치 - Google Patents

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blade
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guide
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황금천
최승일
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주식회사 파미르
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a vertical wind power generator that follows a wind direction by itself.
  • a wind power generator converts natural wind energy into mechanical energy to generate power, and such a wind power generator is installed in a windy place to introduce wind as well as rotate a turbine with the power of the introduced wind. generate electricity.
  • the wind power generator is composed of a rotary blade rotated by wind introduced from the outside, a rotary shaft that transmits the rotational force of the rotary blade, and a generator driven by the rotary shaft to generate power and electricity.
  • the wind power generator is divided into a horizontal type and a vertical type according to the arrangement direction of the above-described rotation shaft.
  • a vertical wind power generator has a structure in which a rotating shaft for driving a generator is vertically disposed with respect to the ground.
  • a rotating shaft for driving a generator is vertically disposed with respect to the ground.
  • a semi-cylindrical rotating blade that rotates with the rotating shaft is disposed around the rotating shaft.
  • Bonius type wind turbine There is a Bonius type wind turbine.
  • the conventional vertical wind power generator is designed so that the semi-cylindrical rotor blades are exposed to the external space and are affected by the wind from all directions, the wind direction changes frequently, or in the area where the wind speed is slow, in the vicinity of the rotor blades. Since the wind is dispersed, the wind cannot be accurately transmitted to the front side of the rotor blades, and accordingly, the rotor blades do not rotate sufficiently, which makes it difficult to produce continuous and stable power.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to follow the direction of the wind by itself while rotating in all directions, so that the wind direction is frequently changed or the accurate fluid pressure on the blades even in an environment where the wind speed is slow. It is to provide a vertical wind power generator that self-follows the direction of the wind, which can continuously and stably produce electric power by providing sufficient rotational force of the blades.
  • another object of the present invention is to provide a vertical wind power generator that self-follows the wind direction that minimizes various noises that may be generated in the process of wind power generation by applying the housing concept of a semi-opening type to the wind power generator.
  • a vertical wind power generator for self-following a wind direction for solving the above problems includes a housing disposed vertically with respect to the ground and provided with a flow path through which wind can pass therein, the housing comprising: , while rotating along the circumferential direction by the wind blowing from the outside, it follows the direction in which the wind blows by itself, so that the inlet of the flow path always faces the direction in which the wind blows.
  • At least one blade rotatably coupled to the housing and disposed on the flow path, configured to be rotated by being pressed by the wind passing through the flow path; a generator configured to generate electricity by receiving the rotational force of the at least one blade; a base installed on the ground to rotatably support the housing, and configured to protect the generator from the outside; and a drive system accommodated in the housing and configured to connect the at least one blade and the generator to transmit the rotational force of the at least one blade to the generator.
  • the housing may include: a vertical shaft portion rotatably coupled to the base in a circumferential direction; a lower plate coupled to a lower side of the vertical shaft and rotated by the vertical shaft, rotatably supporting a lower end of the at least one blade; an upper plate coupled to an upper portion of the vertical shaft to rotate the vertical shaft and rotatably support an upper end of the at least one blade; a fluid guide part disposed between the lower plate and the upper plate to form the flow path and configured to be rotated by the lower plate and the upper plate; a rotating cover coupled to the upper plate and configured to rotate the upper plate; and a wind vane coupled to the upper end of the rotary cover and configured to rotate the housing in the same direction while being pressed by the wind blowing from the outside and rotating along the circumferential direction, and to indicate the direction in which the wind blows. have.
  • the fluid guide unit is communicated with the external space therein, the guide forming the flow path configured to allow the wind to pass; and a wind direction control plate disposed in front of the guide and configured to control the direction of the wind flowing into the flow path.
  • the inlet of the channel may be formed to have a wider width than the outlet of the channel.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and may have an opposite structure if necessary.
  • the wind direction control plate guides the wind flowing into the flow path from the outside toward the front side of the at least one blade, and the guide converts the direction of the wind moved toward the front side of the at least one blade by the wind direction control panel. , may guide the wind to the front of the at least one blade.
  • the guide may include: a first guide assembly disposed on one side along a second direction crossing the first direction through which the flow passage is passed; and a second guide assembly disposed on the other side along the second direction, wherein the first guide assembly and the second guide assembly may have a symmetrical structure along the second direction.
  • the first guide assembly and the second guide assembly are applied in an arc shape along the first direction to change the direction of the wind moved to the front side of the at least one blade, and guide the wind toward the outlet side of the flow path.
  • a guide body configured to do so; and an auxiliary guide member extending from one end of the guide body and inclined toward the outer space with respect to the first direction to guide the wind introduced from the outside toward the at least one blade.
  • the first guide assembly and the second guide assembly extend from the other end of the guide body, are inclined to face the flow path with respect to the first direction, and direct the wind guided through the guide body to the outlet of the flow path. It may further include an exhaust nozzle configured to guide to the side.
  • the guide body may be configured to selectively open between the guide body and the exhaust nozzle to discharge a portion of the wind flowing through the flow path to the external space.
  • the guide body may include: a fixing part in which the auxiliary guide member is provided at one end; a hinge part coupled to the fixing part; and an opening and closing part rotatably coupled to the hinge part to be in contact with an end of the exhaust nozzle or to be spaced apart from an end of the exhaust nozzle.
  • the wind direction control plate may be arranged in plurality in front of the guide and configured to change the direction of the wind flowing into the flow path at a plurality of positions.
  • the wind direction regulating plate may include: a first wind direction regulating plate disposed parallel to the first direction; and a second wind direction control plate spaced apart from the first wind direction control plate and inclined with respect to the first wind direction control plate to guide the wind flowing into the flow path toward the front side of the at least one blade.
  • the wind direction regulating plate may further include a third wind direction regulating plate spaced apart from the second wind direction regulating plate and inclined with respect to the second wind direction regulating plate to guide the wind flowing into the flow path toward the front side of the at least one blade.
  • the wind introduced into the flow path includes an auxiliary guide member of the first guide assembly, the first wind direction regulating plate, the first wind direction regulating plate and the second wind direction regulating plate, the second wind direction regulating plate and the third wind direction regulating plate, and the A direction may be switched at a plurality of positions by the third wind direction regulating plate and the auxiliary guide member of the second guide assembly.
  • the wind vane includes: a support shaft coupled to the upper end of the rotary cover, disposed perpendicular to the ground, and configured to rotate together with the rotary cover; a wind direction indicator coupled to the support shaft and arranged parallel to the ground, one side facing the inlet of the flow path, and the other side facing the outlet of the flow path; and a wind direction wing portion disposed on the other side of the wind direction indicating unit and configured to transmit a wind direction to the wind direction indicating unit by contact with the wind blowing from the outside and receiving pressure applied from the wind.
  • the at least one blade may include a shaft portion rotatably disposed in the flow path; and a wing portion coupled to the shaft portion and configured to be rotated together with the shaft portion by being pressed by the wind moving the flow path, wherein the wing portion guides the wind in contact with the central portion to apply pressure from the wind to the central portion.
  • It may further include at least one auxiliary blade rotatably disposed behind the at least one blade along the moving direction of the wind.
  • One or more of the at least one blade and the at least one auxiliary blade may be disposed in the flow path.
  • the base may include a fixing bracket installed on the ground; a vibration-proof sphere disposed on the upper surface of the fixing bracket and configured to absorb and mitigate vibration and shock transmitted through the wind vane, the rotating cover, the housing, the protective case, and the fixing bracket; a base plate supported on the upper surface of the vibration-proof sphere and arranged parallel to the ground, the generator is disposed on the upper surface, and configured to rotatably support the drive system; and a protective case coupled to the base plate to protect the generator from the outside, and to rotatably support the vertical shaft.
  • the drive system may include: a first driving member accommodated in the rotation cover, coupled to an upper end of the blade and configured to be rotated by the blade; a drive shaft accommodated in the vertical shaft portion, one side is rotatably coupled to the upper plate, and the other side is rotatably coupled to the base; a second driving member coupled to one side of the driving shaft and configured to rotate the driving shaft; A power transmission member having a closed-loop structure configured to connect the first driving member and the second driving member to each other, and transmit a rotational force of the first driving member to the second driving member to rotate the second driving member ; and a third driving member coupled to the driving shaft and accommodated in the base and configured to drive the generator while being rotated by the driving shaft.
  • a flow path is formed inside which a fluid can move in one direction, and the housing rotates along the circumferential direction by the external wind and follows the direction in which the wind blows indicated by the wind vane by itself, so that the flow path is always
  • the entrance to face the direction in which the wind blows, it is possible to continuously rotate at least one blade disposed in the flow path even in an environment where the wind direction is frequently changed or the wind speed is low, and through this, the rotational force of the at least one blade enough to ensure stable power generation.
  • a guide in the form of a bell mouth is provided in the housing to form a flow path through which the fluid can move in one direction, and by arranging at least one blade in the flow path, accurate pressure of the fluid can be transmitted to the at least one blade.
  • the at least one blade disposed in the flow path is affected by the fluid only in one direction, it is possible to concentrate the pressure of the fluid on the front portion of the at least one blade without loss of pressure of the fluid, through which the at least one blade can improve rotational force.
  • the gap between the guide and the at least one blade for guiding the fluid toward the front side of the at least one blade is minimized, the loss of flow rate passing through the at least one blade without pressing the at least one blade is reduced, and through this, at least Power generation efficiency can be improved by increasing the pressure of the fluid acting on one blade.
  • the at least one blade can be rotated in a specified direction, thereby continuously generating electric power.
  • the effect according to the present invention is not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present invention.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a drive system and an upper plate of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view schematically showing a fluid guide of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a path through which a fluid flows along a flow path by a fluid guide of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the arrangement structure of the guide and the wind direction control plate of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a process in which the fluid passing through the fluid guide of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention is discharged to the external space by the guide.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a wind vane of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view schematically showing at least one blade of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view schematically showing the base of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 schematically shows a state in which the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention follows the direction in which the wind blows indicated by the wind vane, and is always arranged so that the inlet of the flow path faces the direction in which the wind blows. It is a drawing.
  • a “module” or “unit” for a component performs at least one function or operation.
  • module or “unit” may perform a function or operation by hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • a plurality of “modules” or a plurality of “units” other than a “module” or “unit” that must be performed in specific hardware or are executed in at least one processor may be integrated into at least one module.
  • the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing a drive system and an upper plate of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a state in which the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention follows the direction in which the wind blows indicated by the wind vane, and is always arranged so that the inlet of the flow path faces the direction in which the wind blows. to be.
  • the vertical wind power generator 1 (hereinafter referred to as 'wind power generator 1') that follows the wind direction by itself according to an embodiment of the present invention is a housing 10 , including at least one blade 20 , a generator 30 , a base 40 and a drive system 50 .
  • the housing 10 is disposed vertically with respect to the ground, and a flow path F through which the wind can pass is provided therein.
  • the housing 10 is configured to follow the direction in which the wind blows while rotating along the circumferential direction by the wind blowing from the outside.
  • the housing 10 is disposed so that the inlet of the flow path (F) is continuously directed toward the blowing direction.
  • the housing 10 may include a vertical shaft portion 11 , a lower plate 12 , an upper plate 13 , a fluid guide 14 , a rotating cover 15 , and a weather vane 16 .
  • the vertical shaft portion 11 may be rotatably coupled to the base 40 in the circumferential direction so as to have the same central axis as the base 40 and is formed in a hollow tubular shape.
  • the lower plate 12 is coupled to the lower side of the vertical shaft portion 11 , and may be rotated by the vertical shaft portion 11 .
  • the lower plate 12 may be disposed to be spaced apart from the upper surface of the base 40 by a predetermined distance so as not to interfere with the base 40 during rotation.
  • the lower plate 12 may rotatably support the lower end of the at least one blade 20 .
  • the upper plate 13 is coupled to the upper portion of the vertical shaft portion 11, and rotates together by the rotating cover 15 rotated in the circumferential direction to rotate the interlocked vertical shaft portion 11 .
  • the upper plate 13 may rotatably support the upper end of the at least one blade 20 .
  • Figure 3 is a plan view schematically showing the fluid guide of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a fluid flow path by the fluid guide of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention It is a diagram schematically showing a flow path along the
  • the fluid guide portion 14 is disposed between the lower plate 12 and the upper plate 13 to form a flow path F, and includes at least one of the lower plate 12 and the upper plate 13 . It is fixed to one and can be rotated by the lower plate 12 and the upper plate 13 .
  • the fluid guide unit 14 may include a guide 141 and a wind direction control plate 142 .
  • the guide 141 is communicated with the external space therein to form a flow path F configured to allow the wind WIND to pass through in one direction.
  • the guide 141 may have an inlet in the form of a bell mouth to facilitate the inflow of wind.
  • the width w1 of the inlet of the flow path F through which the wind flows may be formed to be wider than the width w2 of the outlet of the flow path F through which the wind flows.
  • the present invention is not necessarily limited thereto and may have an opposite structure if necessary.
  • the inlet of the flow path F may be disposed in front FRONT in the first direction D1
  • the outlet of the flow path F may be disposed in the back side in the first direction D1 .
  • the wind direction control plate 142 is disposed in front of the guide 141 along the first direction D1 and is configured to control the direction of the wind flowing into the flow path F.
  • the wind direction control plate 142 may guide the wind flowing into the flow path F from the outside toward the front side of the at least one blade 20 disposed inside the guide 141 .
  • the guide 141 may change the direction of the wind moved to the front side of the at least one blade 20 by the wind direction control plate 142 to guide the wind toward the front side of the at least one blade 20 . .
  • FIG. 5 is a view showing the arrangement structure of the guide and the wind direction control plate of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • the guide 141 may include a first guide assembly 1411 and a second guide assembly 1412 .
  • the first guide assembly 1411 is disposed on one side along the second direction D2 intersecting the first direction D1 through which the flow path F passes, and the second guide assembly 1412 is disposed on one side in the second direction. It can be arranged on the other side along (D2).
  • the first guide assembly 1411 and the second guide assembly 1412 may have a symmetrical structure along the second direction D2 .
  • the first guide assembly 1411 and the second guide assembly 1412 may each include a guide body GB and an auxiliary guide member SG.
  • the guide body GB is configured in an arc shape along the first direction D1 to change the direction of the wind moved to the front side of the at least one blade 20, and to guide the wind toward the outlet side of the flow path F can be
  • the auxiliary guide member SG may extend from one end of the guide body GB and be disposed in front of the guide body GB.
  • the auxiliary guide member SG may be inclined toward the outer space with respect to the first direction D1 to guide the wind introduced from the outside toward the at least one blade 20 .
  • Each of the first guide assembly 1411 and the second guide assembly 1412 may further include an exhaust nozzle EN.
  • the exhaust nozzle EN may extend from the other end of the guide body GB and be disposed at the rear of the guide body GB.
  • the exhaust nozzle EN may be inclined toward the flow path F with respect to the first direction D1 to guide the wind guided through the guide body GB toward the outlet side of the flow path F.
  • auxiliary guide member SG and the exhaust nozzle EN may be disposed to be inclined at an angle ⁇ 1 of 0 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the first direction D1, respectively.
  • FIG. 6 is a view showing a process in which the fluid passing through the fluid guide of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention is discharged to the external space by the guide.
  • the guide body GB may be configured to selectively open between the guide body GB and the exhaust nozzle EN to discharge a portion of the wind flowing through the flow path F to the outside space.
  • the guide body GB includes a fixing part G1 having an auxiliary guide member SG provided at one end, a hinge part G2 coupled to the fixing part G1, and rotatably on the hinge part G2. It may include an opening/closing part G3 which is coupled to be in contact with the end of the exhaust nozzle EN or is configured to be spaced apart from the end of the exhaust nozzle EN.
  • an elastic pressure member (not shown) may be provided in the hinge part G2 to press the opening/closing part G3 with a set pressure to keep the opening/closing part G3 in contact with the end of the exhaust nozzle EN.
  • the elastic pressing member may be applied as a return spring, an electric/electronic device, a hydraulic/pneumatic device, or the like.
  • the opening/closing part G3 is opened by the exhaust nozzle by the pressure of the wind. As it is spaced apart from the end of the guide body (GB) and the exhaust nozzle (EN) is opened, and through this, a part of the wind flowing through the flow path (F) is discharged to the external space and the internal pressure of the flow path (F) This can be stabilized.
  • the opening/closing unit G3 may be applied in plurality according to changes in the required output, size, type, etc. of the vertical wind power generator.
  • a plurality of wind direction control plates 142 may be disposed in front of the guide 141 and configured to change the direction of the wind flowing into the flow path F at a plurality of positions.
  • the wind direction regulating plate 142 may include a first wind direction regulating plate 1421 disposed parallel to the first direction D1 and a second wind direction regulating plate 1422 disposed apart from the first wind direction regulating plate 1421. .
  • the second wind direction control plate 1422 may be inclined with respect to the first wind direction control plate 1421 to guide the wind flowing into the flow path F toward the front side of the blade 20 .
  • the second wind direction control plate 1422 may be disposed to be inclined at an angle ⁇ 2 of 0 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the first wind direction control plate 1421 .
  • the wind direction control plate 142 may further include a third wind direction control plate 1423 .
  • the third wind direction control plate 1423 is spaced apart from the second wind direction control plate 1422 and is inclined with respect to the second wind direction control plate 1422 to prevent the wind flowing into the flow path F in front of at least one blade 20 . can guide you to the side.
  • the third wind direction control plate 1423 may be disposed to be inclined at an angle ⁇ 3 of 0 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the second wind direction control plate 1422 .
  • the wind flowing into the flow path F is the auxiliary guide member SG of the first guide assembly 1411 and the first wind direction control plate 1421, the first wind direction control plate 1421 and the second wind direction control plate 1422,
  • the direction can be switched at a plurality of positions.
  • the rotating cover 15 is coupled to the upper plate 13 , and rotates by the wind vane 16 coupled to the upper part to rotate the upper plate 13 . That is, the rotating cover 15 is coupled to the upper plate 13 and is interlocked with the rotation of the wind vane 16 coupled to the upper end to rotate the upper plate 13 .
  • the rotating cover 15 may be formed in a conical shape to minimize wind resistance, but is not limited thereto and may be changed to various shapes according to the field of application of the present vertical wind power generator.
  • the wind vane 16 is coupled to the upper end of the rotary cover 15 and rotates together with the rotary cover 15 to indicate the direction in which the wind blows.
  • the wind vane 16 is pressed by the wind blowing from the outside and rotates along the circumferential direction to indicate the direction in which the wind blows, and at the same time, the housing 10 coupled to the lower end can be rotated in the same direction.
  • the inlet of the flow path (F) of the housing 10 is always arranged to face the direction in which the wind blows.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a wind vane of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • the wind vane 16 may include a support shaft portion 161 , a wind direction indicating portion 162 , and a wind direction wing portion 163 .
  • the support shaft portion 161 is coupled to the upper end of the rotary cover 15 , is vertically disposed with respect to the ground, and can be rotated together with the rotary cover 15 .
  • the wind direction indicator 162 is coupled to the support shaft 161 and disposed parallel to the ground, one side is disposed to face the entrance of the flow path (F), and the other side is disposed to face the outlet of the flow path (F). have.
  • the wind direction wing unit 163 is disposed on the other side of the wind direction indicating unit 162, and is in contact with the wind blowing from the outside and may be configured to transmit the pressure applied from the wind to the wind direction indicating unit 162 and the support shaft unit 161.
  • the wind direction wing portion 163 may be formed in the form of a plate having a predetermined area to sufficiently receive the pressure of the wind.
  • At least one blade 20 may be rotatably coupled to the lower plate 12 and the upper plate 13 of the housing 10 to be disposed in the flow path F.
  • At least one blade 20 may be rotated by being pressed by the wind passing through the flow path (F).
  • FIG. 8 is a view showing a blade of a vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • At least one blade 20 includes a shaft portion 21 rotatably disposed on the flow path F, coupled to the shaft portion 21 , and pressed by the wind to move the flow path F, so that the shaft portion It may include a wing portion 22 configured to rotate together with the 21 .
  • the wing portion 22 may be formed in a streamlined structure so that the pressure of the wind can be concentrated in a specific section of the at least one blade 20 .
  • the wing portion 22 may include a first contact surface 22A and a second contact surface 22B.
  • the first contact surface 22A may be formed in a concave streamline shape for guiding the contacting wind to the central portion of the first contact surface 22A and concentrating the pressure applied from the wind to the central portion of the first contact surface 22A.
  • the second contact surface 22B may be formed in a convex streamline shape that extends from the first contact surface 22A and distributes pressure applied from the wind by guiding the contacting wind to the outside of the second contact surface 22B.
  • the fluid moved to the front surface of the at least one blade 20 is concentrated on the first contact surface 22A of the wing portion 22, through which the at least one blade 20 is continuously rotated in one direction.
  • a plurality of contact surfaces 22A and 22B provided on the at least one blade 20 may be provided, respectively.
  • the present wind power generator 100 may further include at least one auxiliary blade 60 .
  • At least one auxiliary blade 60 is rotatably disposed at the rear of the at least one blade 20 along the flow direction of the wind, that is, the first direction D1, and the wind guided by the guide 141 It can be rotated under pressure.
  • At least one blade 20 and at least one auxiliary blade 60 may be disposed in the flow path (F).
  • the generator 30 is accommodated in the base 40, and receives the rotational force of at least one blade 20 and at least one auxiliary blade 60 through the drive system 50 to generate electricity. It can be configured to
  • the base 40 may be installed on the ground to rotatably support the vertical shaft portion 11 of the housing 10 .
  • the generator 30 may be accommodated in the base 40 . Through this, the base 40 can protect the generator 30 from the outside.
  • FIG. 9 is a view schematically showing the base of the vertical wind power generator according to an embodiment of the present invention.
  • the base 40 includes a plurality of fixing brackets 41 installed on the ground, and a plurality of fixing brackets 41 respectively disposed on the upper surfaces of the wind vane 16, the rotating cover 15, the housing ( 10), the protective case 44 and a plurality of vibration-proof spheres 42 configured to absorb and mitigate vibration and shock transmitted through the fixing bracket 41 may be included.
  • the base 40 may include a base plate 43 and a protective case 44 .
  • the base plate 43 may be seated and supported on the upper surface of the plurality of vibration-proof spheres 42 to be disposed parallel to the ground.
  • the generator 30 may be disposed on the upper surface of the base plate 43 .
  • the base plate 43 may rotatably support one end of the drive system 50 disposed in the vertical shaft portion 11 .
  • the protective case 44 may be coupled to the upper surface of the base plate 43 to protect the generator 30 disposed on the upper surface of the base plate 43 from the outside.
  • the protective case 44 may rotatably support one end of the vertical shaft portion 11 .
  • the drive system 50 is accommodated in the housing 10 , and connects at least one blade 20 and the generator 30 to at least one blade 20 and at least one auxiliary blade. It may be configured to transmit the rotational force of (60) to the generator (30).
  • the driving system 50 may include a first driving member 51 , a driving shaft 52 , a second driving member 53 , a power transmission member 54 , and a third driving member 55 .
  • the first driving member 51 is accommodated in the rotation cover 15 , and is coupled to the upper end of the at least one blade 20 and the upper end of the at least one auxiliary blade 60 , respectively, to the at least one blade 20 . and at least one auxiliary blade 60 .
  • the plurality of first driving members 51 may be implemented in the form of coupling various power transmission elements, such as pulleys, gears, and bearings.
  • the driving shaft 52 may be rotatably disposed inside the vertical shaft part 11 .
  • One side of the driving shaft 52 may be rotatably coupled to the base 40 , and the other side of the driving shaft 52 may be rotatably coupled to the upper plate 13 . That is, the driving shaft 52 may be disposed in a rotatable state in the vertical shaft portion 11 separately from the upper plate 13 and the lower plate 12 .
  • the second driving member 53 is accommodated in the rotation cover 15 and coupled to the other end of the driving shaft 52 , and receives the rotational force of the first driving members 51 through the power transmission member 54 .
  • the drive shaft 52 may be rotated while being rotated.
  • the second driving member 53 may be implemented in the form of coupling various power transmission elements, such as a pulley, a gear, and a bearing.
  • the power transmission member 54 connects the first driving member 51 and the second driving member 53 to each other, and transmits the rotational force of the first driving member 51 to the second driving member 53 to drive the second driving member.
  • the member 53 may be rotated.
  • the power transmission member 54 may include a first transmission member connecting the first driving members 51 to each other, and any one of the first driving members 51 and the second driving member 53 . It may include a second transmission member connected to each other.
  • the first transmission member and the second transmission member may be implemented in the form of coupling various power transmission elements such as a belt, a chain, a gear, and a bearing having a closed loop structure.
  • the third driving member 55 may be coupled to one side of the driving shaft 52 to be accommodated in the base 40 .
  • the third driving member 55 may be gear-coupled to one end of the generator 30 to transmit the rotational force of the driving shaft 52 to the generator 30 . Accordingly, while the third driving member 55 is rotated by the driving shaft 52 , a rotational force may be transmitted to one end of the generator 30 engaged with the third driving member 55 to drive the generator 30 .
  • a flow path F in which the fluid can move in one direction is formed inside the housing 10, and while the housing 10 is rotated in the circumferential direction by external wind, At least one blade ( 20) can be continuously rotated, and through this, the rotational force of at least one blade 20 can be sufficiently secured to stably produce electric power.
  • the pressure of the fluid can be concentrated on the front part of the at least one blade 20 without loss of pressure of the fluid. It is possible, through this, it is possible to improve the rotational force of the at least one blade (20).

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Abstract

스스로 바람의 방향을 추종하여 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 블레이드에 지속적으로 바람의 압력을 전달할 수 있는 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치는, 지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 바람이 통과 가능한 유로가 마련되는 하우징을 포함하고, 하우징은, 외부로부터 불어오는 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로의 입구를 바람이 불어오는 정방향을 향하도록 배치시킨다.

Description

풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치
본 발명은 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전장치는 자연의 바람 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 것으로, 이와 같은 풍력발전장치는 바람이 많이 부는 장소에 설치하여 바람을 유입함은 물론 유입된 바람의 힘으로 터빈을 회전시켜 전기를 발생시킨다.
풍력발전장치는 외부에서 유입되는 바람에 의해 회전되는 회전날개와, 회전날개의 회전력을 전달하는 회전축과, 회전축에 의해 구동되어 동력 및 전기를 발생시키는 발전기로 구성된다.
풍력발전장치는 상술한 회전축의 배치 방향에 따라 수평형과 수직형으로 구분된다.
수직형 풍력발전장치는 발전기를 구동시키는 회전축이 지면에 대하여 수직으로 배치되는 구조로서, 대표적인 수직형 풍력발전장치로는, 회전축의 둘레에 회전축과 함께 회전되는 반원통 형상의 회전날개가 배치되는 사보니우스형 풍력발전장치가 있다.
그러나, 종래의 수직형 풍력발전장치는 반원통 형상의 회전날개가 외부공간에 노출되어 전 방향에서 바람의 영향을 받도록 설계됨에 따라, 풍향이 수시로 변화하거나, 풍속이 느린 지역에서는 회전날개의 주변에서 바람이 분산되어 회전날개의 전면으로 바람이 정확히 전달되지 못하고, 이에 따라 회전날개가 충분히 회전되지 못하여 지속적이고 안정적인 전력 생산이 어려운 문제점이 있었다.
또한, 풍력발전 과정에서 블레이드, 회전부품, 발전기 모터 등에서 발생하는 다양한 소음이 너무 커서, 주거밀집지역에 설치운영이 어렵고, 폭넓은 상업적 용도로 풍력발전기를 활용하는 것에 대한 제약이 많았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전 방향으로 회전되면서 스스로 바람의 방향을 추종하여 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 블레이드에 정확한 유체의 압력을 전달하고, 이를 통해 블레이드의 회전력을 충분히 확보하여 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 풍력발전기에 반개폐 방식의 하우징 개념을 적용함으로써, 풍력발전 과정에서 발생할 수 있는 다양한 소음을 최소화한 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치는 지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 바람이 통과 가능한 유로가 마련되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 외부로부터 불어오는 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 상기 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 상기 유로의 입구를 상기 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치시킨다.
상기 하우징에 회전 가능하게 결합되어 상기 유로에 배치되고, 상기 유로를 통과하는 바람에 가압되어 회전되도록 구성되는 적어도 하나의 블레이드; 상기 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키도록 구성되는 발전기; 상기 지면에 설치되어 상기 하우징을 회전 가능하게 지지하고, 상기 발전기를 외부로부터 보호하도록 구성되는 베이스; 및 상기 하우징에 수용되고, 상기 적어도 하나의 블레이드와 상기 발전기를 연결하여 상기 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 상기 발전기에 전달하도록 구성되는 구동계를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 베이스에 원주방향을 따라 회전 가능하게 결합되는 수직 축부; 상기 수직 축부의 하측에 결합되어 상기 수직 축부에 의해 회전되고, 상기 적어도 하나의 블레이드의 하단부를 회전 가능하게 지지하는 하부판; 상기 수직 축부의 상부에 결합되어 상기 수직 축부를 회전시키고, 상기 적어도 하나의 블레이드의 상단부를 회전 가능하게 지지하는 상부판; 상기 하부판과 상기 상부판 사이에 배치되어 상기 유로를 형성하고, 상기 하부판 및 상기 상부판에 의해 회전되도록 구성되는 유체 안내부; 상기 상부판에 결합되어 상기 상부판을 회전시키도록 구성되는 회전 커버; 및 상기 회전 커버의 상단부에 결합되고, 외부로부터 불어오는 바람에 가압되어 상기 원주방향을 따라 회전하면서 상기 하우징을 동일방향으로 회전시키고, 상기 바람이 불어오는 방향을 지시하도록 구성되는 풍향계를 포함할 수 있다.
상기 유체 안내부는, 내부에 외부공간과 연통되어 바람이 통과 가능하도록 구성되는 상기 유로를 형성하는 가이드; 및 상기 가이드의 전방에 배치되어 상기 유로로 유입되는 바람의 방향을 제어하도록 구성되는 풍향 조절판을 포함할 수 있다.
상기 유로의 입구는 상기 유로의 출구에 비하여 더 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 반대의 구조를 가질 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 외부에서 상기 유로로 유입되는 바람을 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하고, 상기 가이드는, 상기 풍향 조절판에 의해 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 이동된 바람의 방향을 전환하여, 상기 바람을 상기 적어도 하나의 블레이드의 전면으로 안내할 수 있다.
상기 가이드는, 상기 유로가 관통된 제1 방향에 대하여 교차되는 제2 방향을 따라서 일 측에 배치되는 제1 가이드 조립체; 및 상기 제2 방향을 따라서 타 측에 배치되는 제2 가이드 조립체를 포함하고, 상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는 상기 제2 방향을 따라 대칭 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는, 상기 제1 방향을 따라 원호 형상으로 적용되어 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 이동된 바람의 방향을 전환하고, 상기 바람을 상기 유로의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 가이드 바디; 및 상기 가이드 바디의 일단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향에 대하여 상기 외부공간을 향하도록 경사지게 배치되어 외부로부터 유입된 바람을 상기 적어도 하나의 블레이드 측으로 안내하도록 구성되는 보조 가이드 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드 조립체와 상기 제2 가이드 조립체는, 상기 가이드 바디의 타단부로부터 연장되고, 상기 제1 방향에 대하여 상기 유로를 향하도록 경사지게 배치되어 상기 가이드 바디를 통해 안내된 바람을 상기 유로의 출구 측으로 안내하도록 구성되는 배기노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 바디는, 상기 가이드 바디와 상기 배기노즐 사이를 선택적으로 개방하여 상기 유로를 유동중인 바람의 일부를 상기 외부공간으로 배출시키도록 구성될 수 있다.
상기 가이드 바디는, 일단부에 상기 보조 가이드 부재가 마련되는 고정부; 상기 고정부에 결합되는 힌지부; 및 상기 힌지부에 회전 가능하게 결합되어 상기 배기노즐의 단부에 접하거나, 상기 배기노즐의 단부로부터 이격 배치되도록 구성되는 개폐부를 포함할 수 있다.
상기 풍향 조절판은 상기 가이드의 전방에 복수로 배치되어 복수의 위치에서 상기 유로로 유입되는 바람의 방향을 전환하도록 구성될 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 상기 제1 방향에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판; 및 상기 제1 풍향 조절판으로부터 이격 배치되고, 상기 제1 풍향 조절판에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로로 유입되는 바람을 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하는 제2 풍향 조절판을 포함할 수 있다.
상기 풍향 조절판은, 상기 제2 풍향 조절판으로부터 이격 배치되고, 상기 제2 풍향 조절판에 대하여 경사지게 배치되어 상기 유로로 유입되는 바람을 상기 적어도 하나의 블레이드의 전방 측으로 안내하는 제3 풍향 조절판을 더 포함할 수 있다.
상기 유로로 유입되는 바람은, 상기 제1 가이드 조립체의 보조 가이드 부재 와 상기 제1 풍향 조절판, 상기 제1 풍향 조절판과 상기 제2 풍향 조절판, 상기 제2 풍향 조절판과 상기 제3 풍향 조절판, 및 상기 제3 풍향 조절판과 상기 제2 가이드 조립체의 보조 가이드 부재에 의해, 복수의 위치에서 방향이 전환될 수 있다.
상기 풍향계는, 상기 회전 커버의 상단부에 결합되어 지면에 대하여 수직하게 배치되고, 상기 회전 커버와 함께 회전되도록 구성되는 지지축부; 상기 지지축부에 결합되어 상기 지면에 대하여 평행하게 배치되고, 일 측은 상기 유로의 입구를 향하도록 배치되고, 타 측은 상기 유로의 출구를 향하도록 배치되는 풍향 지시부; 및 상기 풍향 지시부의 타 측에 배치되고, 외부로부터 불어오는 바람에 접촉되어 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 받아 풍향을 상기 풍향 지시부에 전달하도록 구성되는 풍향 날개부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 블레이드는, 상기 유로에 회전 가능하게 배치되는 축부; 및 상기 축부에 결합되고, 상기 유로를 이동하는 바람에 가압되어 상기 축부와 함께 회전되도록 구성되는 날개부를 포함하고, 상기 날개부는, 접촉되는 바람을 중심부로 안내하여 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 상기 중심부에 집중시키는 오목한 유선형의 제1 접촉면; 및 상기 제1 접촉면으로부터 연장되고, 접촉되는 바람을 외측으로 안내하여 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형의 제2 접촉면을 포함할 수 있다.
바람의 이동방향을 따라 상기 적어도 하나의 블레이드의 후방에 회전 가능하게 배치되는 적어도 하나의 보조 블레이드를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 블레이드와 상기 적어도 하나의 보조 블레이드는 상기 유로에 하나 이상 배치될 수 있다.
상기 베이스는, 상기 지면에 설치되는 고정 브라켓; 상기 고정 브라켓의 상면에 배치되어 상기 풍향계, 회전커버, 하우징, 보호케이스 및 고정 브라켓을 통해 전달되는 진동 및 충격을 흡수 및 완화하도록 구성되는 방진구; 상기 방진구의 상면에 지지되어 상기 지면에 대하여 평행하게 배치되고, 상면에 상기 발전기가 배치되며, 상기 구동계를 회전 가능하게 지지하도록 구성되는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 결합되어 상기 발전기를 외부로부터 보호하고, 상기 수직 축부를 회전 가능하게 지지하도록 구성되는 보호 케이스를 포함할 수 있다.
상기 구동계는, 상기 회전 커버의 내부에 수용되고, 상기 블레이드의 상단부에 결합되어 상기 블레이드에 의해 회전되도록 구성되는 제1 구동 부재; 상기 수직 축부의 내부에 수용되어 일 측은 상기 상부판에 회전 가능하게 결합되고, 타 측은 상기 베이스에 회전 가능하게 결합되는 구동축; 상기 구동축의 일 측에 결합되고, 상기 구동축을 회전시키도록 구성되는 제2 구동 부재; 상기 제1 구동 부재와 상기 제2 구동 부재를 서로 연결하고, 상기 제1 구동 부재의 회전력을 상기 제2 구동 부재에 전달하여 상기 제2 구동 부재를 회전시키도록 구성되는 폐루프 구조의 동력 전달 부재; 및 상기 구동축에 결합되어 상기 베이스에 수용되고, 상기 구동축에 의해 회전되면서 상기 발전기를 구동시키도록 구성되는 제3 구동 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내부에 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로를 형성하고, 하우징이 외부 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 풍향계에서 지시된 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로의 입구를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치함으로써, 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 유로에 배치된 적어도 하나의 블레이드를 지속적으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 충분히 확보하여 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 하우징 내에 벨 마우스 형태의 가이드를 구비하여 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로를 형성하고, 유로 내에 적어도 하나의 블레이드를 배치함으로써, 적어도 하나의 블레이드에 정확한 유체의 압력을 전달할 수 있다.
또한, 유로에 배치된 적어도 하나의 블레이드는 일 방향에서만 유체의 영향을 받음에 따라, 유체의 압력 손실 없이 적어도 하나의 블레이드의 전면부에 유체의 압력을 집중시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드의 회전력을 향상시킬 수 있다.
또한, 유체를 적어도 하나의 블레이드의 전면 측으로 안내하는 가이드와 적어도 하나의 블레이드 사이의 간격을 최소화하므로, 적어도 하나의 블레이드를 가압하지 않고 적어도 하나의 블레이드를 통과하는 유량손실을 감소시키고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드에 작용하는 유체의 압력을 상승시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 풍향 조절판을 통하여 외부로부터 유로로 유입되는 유체를 특정 방향으로 유도함으로써, 적어도 하나의 블레이드를 지정된 방향으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 지속적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 벨 마우스 형태의 가이드에 유로를 외부공간과 선택적으로 연통시키는 배기 구조를 적용하므로, 유로 내부의 압력이 상승될 경우 유로 내부에 흐르는 유체를 외부공간으로 배출시켜 유로의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 과도한 압력과 과속으로 인한 회전부품들의 손상을 예방할 수 있다.
또한, 회전커버 안에 구동계를 배치하여 구동에 따른 소음이 외부로 누설되는 것을 방지하고, 발전기를 베이스 안에 배치시켜 발전기 모터작동에 따른 소음을 방지하며, 적어도 하나의 블레이드의 회전에 따른 풍절소음을 발전장치 외부와 차단하기 위하여 반개폐 형태의 하우징을 채택하여, 주거밀집지역에 사용 가능함은 물론 다양한 상업용도로 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 구동계 및 상부판을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부에 의해 유체가 유로를 따라 유동되는 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 가이드 및 풍향 조절판의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부를 통과하는 유체가 가이드에 의해 외부공간으로 배출되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 풍향계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 적어도 하나의 블레이드를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 베이스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치가 풍향계에서 지시된 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로의 입구를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치시킨 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
*부호의 설명*
1. 수직형 풍력발전장치
10. 하우징 F. 유로
11. 수직 축부 12. 하부판
13. 상부판 14. 유체 안내부
141. 가이드
1411. 제1 가이드 조립체 1412. 제2 가이드 조립체
GB. 가이드 바디 G1. 고정부
G2. 힌지부 G3. 개폐부
SG. 보조 가이드 부재 EN. 배기노즐
142. 풍향 조절판
1421. 제1 풍향 조절판 1422. 제2 풍향 조절판
1423. 제3 풍향 조절판
15. 회전 커버
16. 풍향계
161. 지지축부 162. 풍향 지시부
163. 풍향 날개부
20. 블레이드
21. 축부 22. 날개부
22A. 제1 접촉면 22B. 제2 접촉면
30. 발전기
40. 베이스
41. 고정 브라켓 42. 방진구
43. 베이스 플레이트 44. 보호 케이스
50. 구동계
51. 제1 구동 부재 52. 구동축
53. 제2 구동 부재 54. 동력 전달 부재
55. 제3 구동 부재
60. 보조 블레이드
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치를 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 구동계 및 상부판을 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치가 풍향계에서 지시된 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로의 입구를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치시킨 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치(1)(이하 '풍력발전장치(1)'라 함)는 하우징(10), 적어도 하나의 블레이드(20), 발전기(30), 베이스(40) 및 구동계(50)를 포함한다.
하우징(10)은 지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 바람이 통과 가능한 유로(F)가 마련된다.
하우징(10)은 외부로부터 불어오는 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 바람이 불어오는 방향을 추종하도록 구성된다.
이에, 하우징(10)은 유로(F)의 입구를 지속적으로 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치시킨다.
하우징(10)은 수직 축부(11), 하부판(12), 상부판(13), 유체 안내부(14), 회전 커버(15) 및 풍향계(16)를 포함할 수 있다.
수직 축부(11)는 내부가 중공된 관형상으로 형성되고, 베이스(40)와 동일한 중심축을 가지도록 베이스(40)에 원주방향을 따라 회전 가능하게 결합될 수 있다.
하부판(12)은 수직 축부(11)의 하측에 결합되고, 수직 축부(11)에 의해 회전될 수 있다. 하부판(12)은 회전 시 베이스(40)와 간섭되지 않도록 베이스(40)의 상부면으로부터 소정 간격 이격 배치될 수 있다. 하부판(12)은 적어도 하나의 블레이드(20)의 하단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
상부판(13)은 수직 축부(11)의 상부에 결합되고, 원주방향으로 회전되는 회전 커버(15)에 의해 함께 회전되면서 연동된 수직 축부(11)를 회전시킬 수 있다. 상부판(13)은 적어도 하나의 블레이드(20)의 상단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부에 의해 유체가 유로를 따라 유동되는 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 유체 안내부(14)는 하부판(12)과 상부판(13) 사이에 배치되어 유로(F)를 형성하고, 하부판(12) 및 상부판(13) 중 적어도 하나에 고정되어 하부판(12) 및 상부판(13)에 의해 회전될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유체 안내부(14)는 가이드(141) 및 풍향 조절판(142)을 포함할 수 있다.
가이드(141)는 내부에 외부공간과 연통되어 바람(WIND)이 일 방향으로 통과 가능하도록 구성되는 유로(F)를 형성한다.
가이드(141)는 바람의 유입이 용이하도록 입구부가 벨 마우스(bell mouth)의 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 바람이 유입되는 유로(F)의 입구의 폭(w1)이, 바람이 유출되는 유로(F)의 출구의 폭(w2)에 비하여 더 넓게 형성될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 반대의 구조를 가질 수 있다. 여기서, 유로(F)의 입구는 제1 방향(D1)의 전방(FRONT)에 배치되고, 유로(F)의 출구는 제1 방향(D1)의 후방(BACK)에 배치될 수 있다.
풍향 조절판(142)은 제1 방향(D1)을 따라 가이드(141)의 전방에 배치되어 유로(F)로 유입되는 바람의 방향을 제어하도록 구성된다.
이를 통해, 풍향 조절판(142)은 외부에서 유로(F)로 유입되는 바람을 가이드(141)의 내부에 배치된 적어도 하나의 블레이드(20)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
따라서, 가이드(141)는, 풍향 조절판(142)에 의해 적어도 하나의 블레이드(20)의 전방 측으로 이동된 바람의 방향을 전환하여, 바람을 적어도 하나의 블레이드(20)의 전면으로 안내할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 가이드 및 풍향 조절판의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 가이드(141)는 제1 가이드 조립체(1411)와, 제2 가이드 조립체(1412)를 포함할 수 있다.
제1 가이드 조립체(1411)는 유로(F)가 관통된 제1 방향(D1)에 대하여 교차되는 제2 방향(D2)을 따라서 일 측에 배치되고, 제2 가이드 조립체(1412)는 제2 방향(D2)을 따라서 타 측에 배치될 수 있다.
제1 가이드 조립체(1411)와, 제2 가이드 조립체(1412)는 제2 방향(D2)을 따라 대칭 구조를 가질 수 있다.
제1 가이드 조립체(1411)와 제2 가이드 조립체(1412)는 각각, 가이드 바디(GB)와, 보조 가이드 부재(SG)를 포함할 수 있다.
가이드 바디(GB)는 제1 방향(D1)을 따라 원호 형상으로 구성되어 적어도 하나의 블레이드(20)의 전방 측으로 이동된 바람의 방향을 전환하고, 바람을 유로(F)의 출구 측으로 안내하도록 구성될 수 있다.
보조 가이드 부재(SG)는 가이드 바디(GB)의 일단부로부터 연장되어 가이드 바디(GB)의 전방에 배치될 수 있다. 그리고, 보조 가이드 부재(SG)는 제1 방향(D1)에 대하여 외부공간을 향하도록 경사지게 배치되어 외부로부터 유입된 바람을 적어도 하나의 블레이드(20) 측으로 안내할 수 있다.
제1 가이드 조립체(1411)와 제2 가이드 조립체(1412)는 각각, 배기노즐(EN)을 더 포함할 수 있다.
배기노즐(EN)은 가이드 바디(GB)의 타단부로부터 연장되어 가이드 바디(GB)의 후방에 배치될 수 있다. 그리고, 배기노즐(EN)은 제1 방향(D1)에 대하여 유로(F)를 향하도록 경사지게 배치되어 가이드 바디(GB)를 통해 안내된 바람을 유로(F)의 출구 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 보조 가이드 부재(SG)와 배기노즐(EN)은 각각 제1 방향(D1)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ1)로 경사지게 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 유체 안내부를 통과하는 유체가 가이드에 의해 외부공간으로 배출되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 가이드 바디(GB)는 가이드 바디(GB)와 배기노즐(EN) 사이를 선택적으로 개방하여 유로(F)를 유동중인 바람의 일부를 외부공간으로 배출시키도록 구성될 수 있다.
가이드 바디(GB)는, 일단부에 보조 가이드 부재(SG)가 마련되는 고정부(G1)와, 고정부(G1)에 결합되는 힌지부(G2)와, 힌지부(G2)에 회전 가능하게 결합되어 배기노즐(EN)의 단부에 접하거나, 배기노즐(EN)의 단부로부터 이격 배치되도록 구성되는 개폐부(G3)를 포함할 수 있다. 이때, 힌지부(G2)에는 설정 압력으로 개폐부(G3)를 가압하여 개폐부(G3)를 배기노즐(EN)의 단부에 접촉된 상태로 유지시키는 탄성 가압 부재(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 탄성 가압 부재는 리턴 스프링 혹은 전기전자식 장치, 유공압 장치 등으로 적용될 수 있다.
따라서, 유로(F)를 유동 중인 바람에 의해 유로(F)의 내부 압력이 개폐부(G3)를 가압하고 있는 탄성 가압 부재의 설정 압력보다 높아질 경우, 개폐부(G3)가 바람의 압력에 의해 배기노즐(EN)의 단부로부터 이격되면서 가이드 바디(GB)와 배기노즐(EN) 사이를 개방하게 되고, 이를 통해 유로(F)를 유동중인 바람의 일부가 외부공간으로 배출되어 유로(F)의 내부 압력이 안정화될 수 있다. 이 개폐부(G3)는 수직형 풍력발전장치의 요구출력, 크기, 형식 등의 변경에 따라 복수로 적용될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 풍향 조절판(142)은 가이드(141)의 전방에 복수로 배치되어 복수의 위치에서 유로(F)로 유입되는 바람의 방향을 전환하도록 구성될 수 있다.
풍향 조절판(142)은 제1 방향(D1)에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판(1421)과, 제1 풍향 조절판(1421)으로부터 이격 배치되는 제2 풍향 조절판(1422)을 포함할 수 있다.
제2 풍향 조절판(1422)은 제1 풍향 조절판(1421)에 대하여 경사지게 배치되어 유로(F)로 유입되는 바람을 블레이드(20)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 제2 풍향 조절판(1422)은 제1 풍향 조절판(1421)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ2)로 경사지게 배치될 수 있다.
풍향 조절판(142)은 제3 풍향 조절판(1423)을 더 포함할 수 있다.
제3 풍향 조절판(1423)은 제2 풍향 조절판(1422)으로부터 이격 배치되고, 제2 풍향 조절판(1422)에 대하여 경사지게 배치되어 유로(F)로 유입되는 바람을 적어도 하나의 블레이드(20)의 전방 측으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 제3 풍향 조절판(1423)은 제2 풍향 조절판(1422)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ3)로 경사지게 배치될 수 있다.
따라서, 유로(F)로 유입되는 바람은 제1 가이드 조립체(1411)의 보조 가이드 부재(SG)와 제1 풍향 조절판(1421), 제1 풍향 조절판(1421)과 제2 풍향 조절판(1422), 제2 풍향 조절판(1422)과 제3 풍향 조절판(1423), 및 제3 풍향 조절판(1423)과 제2 가이드 조립체(1412)의 보조 가이드 부재(SG)에 의해, 복수의 위치에서 방향이 전환될 수 있다.
도 1을 참조하면, 회전 커버(15)는 상부판(13)에 결합되고, 상단부에 결합된 풍향계(16)에 의해 회전되면서 상부판(13)을 회전시킬 수 있다. 즉, 회전 커버(15)는 상부판(13)과 결합되고, 상단에 결합된 풍향계(16)의 회전을 따라 연동되어 상부판(13)을 회전시키게 된다.
회전 커버(15)는 바람의 저항을 최소화할 수 있도록 원추 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 본 수직형 풍력발전장치의 적용분야에 따라 다양한 형상으로 변경될 수 있다.
풍향계(16)는 회전 커버(15)의 상단부에 결합되어 회전 커버(15)와 함께 회전되면서 바람이 불어오는 방향을 지시할 수 있다.
즉, 풍향계(16)는 외부로부터 불어오는 바람에 가압되어 원주방향을 따라 회전하면서 바람이 불어오는 방향을 지시함과 동시에, 하단에 결합된 하우징(10)을 동일방향으로 회전시킬 수 있다.
이를 통하여, 하우징(10)의 유로(F) 입구는 항상 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 풍향계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 풍향계(16)는 지지축부(161), 풍향 지시부(162) 및 풍향 날개부(163)를 포함할 수 있다.
지지축부(161)는 회전 커버(15)의 상단부에 결합되어 지면에 대하여 수직하게 배치되고, 회전 커버(15)와 함께 회전될 수 있다.
풍향 지시부(162)는 지지축부(161)에 결합되어 지면에 대하여 평행하게 배치되고, 일 측은 유로(F)의 입구를 향하도록 배치되고, 타 측은 유로(F)의 출구를 향하도록 배치될 수 있다.
풍향 날개부(163)는 풍향 지시부(162)의 타 측에 배치되고, 외부로부터 불어오는 바람에 접촉되어 바람으로부터 가해지는 압력을 풍향 지시부(162) 및 지지축부(161)에 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 풍향 날개부(163)는 바람의 압력을 충분히 전달 받을 수 있도록 소정의 면적을 가지는 판 등의 형태로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 적어도 하나의 블레이드(20)는 하우징(10)의 하부판(12)과 상부판(13)에 회전 가능하게 결합되어 유로(F)에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 블레이드(20)는 유로(F)를 통과하는 바람에 가압되어 회전될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 블레이드를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 적어도 하나의 블레이드(20)는 유로(F)에 회전 가능하게 배치되는 축부(21)와, 축부(21)에 결합되고, 유로(F)를 이동하는 바람에 가압되어 축부(21)와 함께 회전되도록 구성되는 날개부(22)를 포함할 수 있다.
날개부(22)는 바람의 압력이 적어도 하나의 블레이드(20)의 특정 구간에 집중될 수 있도록 유선형 구조로 형성될 수 있다.
날개부(22)는 제1 접촉면(22A)과, 제2 접촉면(22B)을 포함할 수 있다.
제1 접촉면(22A)은 접촉되는 바람을 제1 접촉면(22A)의 중심부로 안내하여 바람으로부터 가해지는 압력을 제1 접촉면(22A)의 중심부에 집중시키는 오목한 유선형상으로 형성될 수 있다.
제2 접촉면(22B)은 제1 접촉면(22A)으로부터 연장되고, 접촉되는 바람을 제2 접촉면(22B)의 외측으로 안내하여 바람으로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형상으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 적어도 하나의 블레이드(20)의 전면으로 이동된 유체는 날개부(22)의 제1 접촉면(22A)에 집중되고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(20)는 일 방향으로 연속적으로 회전될 수 있다.
적어도 하나의 블레이드(20)에 마련된 접촉면들(22A, 22B)은 각각 복수로 마련될 수도 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 풍력발전장치(100)는 적어도 하나의 보조 블레이드(60)를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 보조 블레이드(60)는 바람의 유동방향, 즉, 제1 방향(D1)을 따라 적어도 하나의 블레이드(20)의 후방에 회전 가능하게 배치되고, 가이드(141)에 의해 안내된 바람에 가압되어 회전될 수 있다.
적어도 하나의 블레이드(20)와 적어도 하나의 보조 블레이드(60)는 유로(F)에 하나 이상 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 발전기(30)는 베이스(40)에 수용되고, 구동계(50)를 통해 적어도 하나의 블레이드(20) 및 적어도 하나의 보조 블레이드(60)의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키도록 구성될 수 있다.
베이스(40)는 지면에 설치되어 하우징(10)의 수직 축부(11)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 베이스(40)의 내부에는 발전기(30)가 수용될 수 있다. 이를 통해, 베이스(40)는 발전기(30)를 외부로부터 보호할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 풍력발전장치의 베이스를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 베이스(40)는 지면에 설치되는 복수의 고정 브라켓(41)과, 복수의 고정 브라켓(41)의 상면에 각각 배치되고 풍향계(16), 회전커버(15), 하우징(10), 보호케이스(44) 및 고정 브라켓(41)을 통해 전달되는 진동 및 충격을 흡수 및 완화하도록 구성되는 복수의 방진구(42)를 포함할 수 있다.
또한, 베이스(40)는 베이스 플레이트(43)와, 보호 케이스(44)를 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(43)는 복수의 방진구(42)의 상면에 안착 및 지지되어 지면에 대하여 평행하게 배치될 수 있다. 베이스 플레이트(43)의 상면에는 발전기(30)가 배치될 수 있다. 베이스 플레이트(43)는 수직 축부(11) 내에 배치되는 구동계(50)의 일단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
보호 케이스(44)는 베이스 플레이트(43)의 상면에 결합되어 베이스 플레이트(43)의 상면에 배치된 발전기(30)를 외부로부터 보호할 수 있다. 보호 케이스(44)는 수직 축부(11)의 일단부를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 구동계(50)는 하우징(10)에 수용되고, 적어도 하나의 블레이드(20)와 발전기(30)를 연결하여 적어도 하나의 블레이드(20) 및 적어도 하나의 보조 블레이드(60)의 회전력을 발전기(30)에 전달하도록 구성될 수 있다.
구동계(50)는 제1 구동 부재(51), 구동축(52), 제2 구동 부재(53), 동력 전달 부재(54) 및 제3 구동 부재(55)를 포함할 수 있다.
제1 구동 부재(51)는 회전 커버(15)의 내부에 수용되고, 적어도 하나의 블레이드(20)의 상단부 및 적어도 하나의 보조 블레이드(60)의 상단부에 각각 결합되어 적어도 하나의 블레이드(20) 및 적어도 하나의 보조 블레이드(60)에 의해 회전될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 구동 부재(51)는 풀리, 기어 및 베어링 등 다양한 동력 전달 요소를 결합하는 형태로 구현될 수 있다.
구동축(52)은 수직 축부(11)의 내부에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 구동축(52)의 일 측은 베이스(40)에 회전 가능하게 결합되고, 구동축(52)의 타 측은 상부판(13)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 구동축(52)은 상부판(13) 및 하부판(12)과 별개로 수직 축부(11) 내에서 회전 가능한 상태로 배치될 수 있다.
제2 구동 부재(53)는 회전 커버(15)의 내부에 수용되어 구동축(52)의 타단부에 결합되고, 동력 전달 부재(54)를 통해 제1 구동 부재들(51)의 회전력을 전달받아 회전되면서 구동축(52)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 부재(53)는 풀리, 기어 및 베어링 등 다양한 동력 전달 요소를 결합하는 형태로 구현될 수 있다.
동력 전달 부재(54)는 제1 구동 부재(51)와 제2 구동 부재(53)를 서로 연결하고, 제1 구동 부재(51)의 회전력을 제2 구동 부재(53)에 전달하여 제2 구동 부재(53)를 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 동력 전달 부재(54)는, 제1 구동 부재들(51)을 서로 연결하는 제1 전달 부재와, 제1 구동 부재들(51) 중 어느 하나와 제2 구동 부재(53)를 서로 연결하는 제2 전달 부재를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전달 부재와, 제2 전달 부재는 폐루프 구조를 가지는 벨트, 체인, 기어 및 베어링 등의 다양한 동력 전달 요소를 결합하는 형태로 구현될 수 있다.
제3 구동 부재(55)는 구동축(52)의 일 측에 결합되어 베이스(40)에 수용될 수 있다. 제3 구동 부재(55)는 발전기(30)에 구동축(52)의 회전력을 전달할 수 있도록 발전기(30)의 일단부에 기어 결합될 수 있다. 이에, 제3 구동 부재(55)는 구동축(52)에 의해 회전되면서, 제3 구동 부재(55)에 맞물린 발전기(30)의 일단부에 회전력을 전달하여 발전기(30)를 구동시킬 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 하우징(10) 내부에 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로(F)를 형성하고, 하우징(10)이 외부 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서, 풍향계에서 지시된 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 유로(F)의 입구를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치함으로써, 풍향의 변화가 잦거나, 풍속이 느린 환경에서도 유로에 배치된 적어도 하나의 블레이드(20)를 지속적으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(20)의 회전력을 충분히 확보하여 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 하우징(10) 내에 벨 마우스 형태의 가이드(141)를 구비하여 유체가 일 방향으로 이동 가능한 유로를 형성하고, 유로(F) 내에 적어도 하나의 블레이드(20)를 배치함으로써, 적어도 하나의 블레이드(20)에 정확한 유체의 압력을 전달할 수 있다.
또한, 유로(F)에 배치된 적어도 하나의 블레이드(20)는 일 방향에서만 유체의 영향을 받음에 따라, 유체의 압력 손실 없이 적어도 하나의 블레이드(20)의 전면부에 유체의 압력을 집중시킬 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(20)의 회전력을 향상시킬 수 있다.
또한, 유체를 적어도 하나의 블레이드(20)의 전면 측으로 안내하는 가이드(141)와 적어도 하나의 블레이드(20) 사이의 간격을 최소화하므로, 적어도 하나의 블레이드(20)를 가압하지 않고 적어도 하나의 블레이드(20)를 통과하는 유체량을 감소시키고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(20)에 작용하는 유체의 압력을 상승시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 풍향 조절판(142)을 통하여 외부로부터 유로(F)로 유입되는 유체를 특정 방향으로 유도함으로써, 적어도 하나의 블레이드(20)를 지정된 방향으로 회전시킬 수 있고, 이를 통해 지속적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 벨 마우스 형태의 입구부를 갖는 가이드(141)에 유로(F)를 외부공간과 선택적으로 연통키는 배기 구조를 적용하므로, 유로(F) 내부의 압력이 상승될 경우 유로(F)의 내부에 흐르는 유체를 외부공간으로 배출시켜 유로(F)의 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 적어도 하나의 블레이드(20)에 가해지는 과도한 압력과 과속으로 인한 회전부품들의 손상을 예방할 수 있다.
또한, 회전 커버(15) 안에 구동계(50)를 배치하여 구동에 따른 소음이 외부로 누설되는 것을 방지하고, 발전기(30)를 베이스(40) 안에 배치시켜 발전기(30) 모터작동에 따른 소음을 방지하며, 적어도 하나의 블레이드(20)의 회전에 따른 풍절소음을 발전장치 외부와 차단하기 위하여 반개폐 형태의 하우징(10)을 채택하여, 주거밀집지역에서 사용 가능함은 물론 다양한 상업용도로 사용할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 지면에 대하여 수직으로 배치되고, 내부에 바람이 통과 가능한 유로(F)가 마련되는 하우징(10)을 포함하고,
    상기 하우징(10)은,
    외부로부터 불어오는 바람에 의해 원주방향을 따라 회전하면서 상기 바람이 불어오는 방향을 스스로 추종하여, 항상 상기 유로(F)의 입구를 상기 바람이 불어오는 방향을 향하도록 배치시키며,
    상기 하우징(10)에 회전 가능하게 결합되어 상기 유로(F)에 배치되고, 상기 유로(F)를 통과하는 바람에 가압되어 회전되도록 구성되는 적어도 하나의 블레이드(20),
    상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 회전력을 전달받아 전기를 발생시키도록 구성되는 발전기(30),
    상기 지면에 설치되어 상기 하우징(10)을 회전 가능하게 지지하고, 상기 발전기(30)를 외부로부터 보호하도록 구성되는 베이스(40), 및
    상기 하우징(10)에 수용되고, 상기 적어도 하나의 블레이드(20)와 상기 발전기(30)를 연결하여 상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 회전력을 상기 발전기(30)에 전달하도록 구성되는 구동계(50)를 더 포함하고,
    상기 하우징(10)은,
    상기 베이스(40)에 원주방향을 따라 회전 가능하게 결합되는 수직 축부(11),
    상기 수직 축부(11)의 하측에 결합되어 상기 수직 축부(11)에 의해 회전되고, 상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 하단부를 회전 가능하게 지지하는 하부판(12),
    상기 수직 축부(11)의 상부에 결합되어 상기 수직 축부(11)를 회전시키고, 상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 상단부를 회전 가능하게 지지하는 상부판(13),
    상기 하부판(12)과 상기 상부판(13) 사이에 배치되어 상기 유로(F)를 형성하고, 상기 하부판(12) 및 상기 상부판(13)에 의해 회전되도록 구성되는 유체 안내부(14),
    상기 상부판(13)에 결합되어 상기 상부판(13)을 회전시키도록 구성되는 회전 커버(15), 및
    상기 회전 커버(15)의 상단부에 결합되고, 외부로부터 불어오는 바람에 가압되어 상기 원주방향을 따라 회전하면서 상기 하우징(10)을 동일방향으로 회전시키고, 상기 바람이 불어오는 방향을 지시하도록 구성되는 풍향계(16)를 포함하며,
    상기 유체 안내부(14)는,
    내부에 외부공간과 연통되어 바람이 통과 가능하도록 구성되는 상기 유로(F)를 형성하는 가이드(141), 및
    상기 가이드(141)의 전방에 배치되어 상기 유로(F)로 유입되는 바람의 방향을 제어하도록 구성되는 풍향 조절판(142)을 포함하고,
    바람의 이동방향을 따라 상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 후방에 회전 가능하게 배치되는 적어도 하나의 보조 블레이드(60)를 더 포함하며,
    상기 베이스(40)는,
    상기 지면에 설치되는 복수의 고정 브라켓(41),
    상기 복수의 고정 브라켓(41)의 상면에 각각 배치되고 상기 풍향계(16) 회전커버(15) 하우징(10) 보호케이스(44) 및 고정 브라켓(41)을 통해 전달되는 진동 및 충격을 흡수 및 완화하도록 구성되는 방진구(42),
    상기 복수의 방진구(42)의 상면에 지지되어 상기 지면에 대하여 평행하게 배치되고, 상면에 상기 발전기(30)가 배치되며, 상기 구동계(50)를 회전 가능하게 지지하도록 구성되는 베이스 플레이트(43), 및
    상기 베이스 플레이트(43)에 결합되어 상기 발전기(30)를 외부로부터 보호하고, 상기 수직 축부(11)를 회전 가능하게 지지하도록 구성되는 보호 케이스(44)를 포함하고,
    상기 구동계(50)는,
    상기 회전 커버(15)의 내부에 수용되고, 상기 적어도 하나의 블레이드(20)의 상단부에 결합되어 상기 적어도 하나의 블레이드(20)에 의해 회전되도록 구성되는 제1 구동 부재(51),
    상기 수직 축부(11)의 내부에 수용되어 일 측은 상기 상부판(13)에 회전 가능하게 결합되고, 타 측은 상기 베이스(40)에 회전 가능하게 결합되는 구동축(52),
    상기 구동축(52)의 일 측에 결합되고, 상기 구동축(52)을 회전시키도록 구성되는 제2 구동 부재(53),
    상기 제1 구동 부재(51)와 상기 제2 구동 부재(53)를 서로 연결하고, 상기 제1 구동 부재(51)의 회전력을 상기 제2 구동 부재(53)에 전달하여 상기 제2 구동 부재(53)를 회전시키도록 구성되는 폐루프 구조의 동력 전달 부재(54), 및
    상기 구동축(52)에 결합되어 상기 베이스(40)에 수용되고, 상기 구동축(52)에 의해 회전되면서 상기 발전기(30)를 구동시키도록 구성되는 제3 구동 부재(55)를 포함하며,
    상기 가이드(141)는 유로(F)가 관통된 제1 방향(D1)에 대하여 교차되는 제2 방향(D2)을 따라서 일 측에 배치된 제1 가이드 조립체(1411)와,
    제2 방향(D2)을 따라서 타 측에 배치된 제2 가이드 조립체(1412)를 포함하고,
    상기 제1 가이드 조립체(1411)와 제2 가이드 조립체(1412)는 제1 방향(D1)을 따라 원호 형상으로 구성된 가이드 바디(GB)와,
    상기 가이드 바디(GB)의 일단부로부터 연장되되 가이드 바디(GB)의 전방에 배치된 보조 가이드 부재(SG),
    상기 가이드 바디(GB)의 타단부로부터 연장되되 가이드 바디(GB)의 후방에 배치되는 배기노즐(EN)을 포함하고,
    상기 보조 가이드 부재(SG)와 배기노즐(EN)은 각각 제1 방향(D1)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ1)로 경사지게 배치되며,
    상기 풍향 조절판(142)은 제1 방향(D1)에 대하여 평행하게 배치되는 제1 풍향 조절판(1421)과,
    상기 제1 풍향 조절판(1421)으로부터 이격 배치되는 제2 풍향 조절판(1422),
    상기 제2 풍향 조절판(1422)으로부터 이격 배치되는 제3 풍향 조절판(1423)을 포함하고,
    상기 제2 풍향 조절판(1422)은 제1 풍향 조절판(1421)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ2)로 배치되며,
    상기 제3 풍향 조절판(1423)은 제2 풍향 조절판(1422)에 대하여 0도 이상 60도 이하의 각도(θ3)로 배치되는 것을 특징으로 하는 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍향계(16)는,
    상기 회전 커버(15)의 상단부에 결합되어 상기 지면에 대하여 수직하게 배치되고, 상기 회전 커버(15)와 함께 회전되도록 구성되는 지지축부(161);
    상기 지지축부(161)에 결합되어 상기 지면에 대하여 평행하게 배치되고, 일 측은 상기 유로(F)의 입구를 향하도록 배치되고, 타 측은 상기 유로(F)의 출구를 향하도록 배치되는 풍향 지시부(162); 및
    상기 풍향 지시부(162)의 타 측에 배치되고, 외부로부터 불어오는 바람에 접촉되어 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 상기 풍향 지시부(162) 및 상기 지지축부(161)에 전달하도록 구성되는 풍향 날개부(163)를 포함하는, 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 블레이드(20)는,
    상기 유로(F)에 회전 가능하게 배치되는 축부(21); 및
    상기 축부(21)에 결합되고, 상기 유로(F)를 이동하는 바람에 가압되어 상기 축부(21)와 함께 회전되도록 구성되는 날개부(22)를 포함하고,
    상기 날개부(22)는,
    접촉되는 바람을 중심부로 안내하여 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 상기 중심부에 집중시키는 오목한 유선형의 제1 접촉면(22A); 및
    상기 제1 접촉면(22A)으로부터 연장되고, 접촉되는 바람을 외측으로 안내하여 상기 바람으로부터 가해지는 압력을 분산시키는 볼록한 유선형의 제2 접촉면(22B)을 포함하는, 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 블레이드(20)와 상기 적어도 하나의 보조 블레이드(60)는 상기 유로(F)에 하나 이상 배치되는, 풍향을 스스로 추종하는 수직형 풍력발전장치(1).
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