KR100870634B1

KR100870634B1 - 풍력 발전기

Info

Publication number: KR100870634B1
Application number: KR1020080074944A
Authority: KR
Inventors: 김범수; 권상우
Original assignee: 주식회사 미지에너텍
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2008-11-26

Abstract

본 발명은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지상으로부터 적정 높이에 설치되는 풍력 발전기에 있어서, 바람의 수용방향을 달리하는 블레이드를 다수 구비함으로써 모든 방향에서 불어오는 바람에 의해 회전될 수 있고, 어느 하나의 블레이드를 통과한 바람을 다른 블레이드에 유도함으로써 풍력에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 풍력 발전기에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명의 풍력 발전기는 지상으로부터 적정 높이를 갖는 지주대(10)와; 상기 지주대(10)에 설치되어 내측에 발전기(22)를 구비하는 발전장치(20)와; 상기 발전장치(20)로부터 수직으로 길이를 가지며 내측에 관통홀(31)이 형성되는 1차 회전축(30)과; 상기 1차 회전축(30)에 삽입되어 개별 회전되고 발전장치(20) 내측으로 길이를 갖는 2차 회전축(40)과; 상기 1차 회전축(30)의 외주면에 구비되고, 블레이드를 통과하는 바람을 2차 블레이드(60)로 유도하는 1차 블레이드(50) 및; 상기 1차 회전축(30)의 상부에 위치하며 2차 회전축(40)의 외주면에 구비되는 2차 블레이드(60)로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

풍력, 풍력 발전기, 블레이드

Description

풍력 발전기{WIND POWER GENERATER}

일반적으로 풍력 발전기의 블레이드는 바람개비 형상과 같이 어느 하나의 방향에서 불어오는 바람에 의해 회전될 수 있는 구조를 취하고 있고, 바람의 방향으로 블레이드를 맞출 수 있는 방향타 역할의 꼬리날개가 함께 구성되고 있다.

상기와 같은 종래의 풍력 발전기는 어느 하나의 방향의 바람만을 수용할 수 있고, 또한 블레이드를 통과한 바람을 그대로 배출해 버리는 구조로 되어 있어 필요한 양의 전기에너지를 얻기 위해서는 블레이드를 크게 만들거나, 다수의 풍력 발 전기를 설치할 수밖에 없다. 이에 따라 발전기를 지지하기 위한 구조물이 필요 이상으로 커지게 되고, 발전기를 설치하는 비용 및 유지보수에 따른 비용이 대폭 증가하는 문제점이 있다.

또한 블레이드가 고장나는 경우 발전기 자체가 중지되어 전기를 생산할 수 없어 갑작스런 전기 공급 중단에 따른 대책이 없는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명은 바람의 방향에 따라 다수의 블레이드를 장착함으로써 바람의 방향에 관계없이 회전할 수 있고, 어느 하나의 블레이드를 통과한 바람을 다른 블레이드로 유도함으로써 풍력에너지를 효율적으로 이용할 수 있으며, 다수의 블레이드가 장착됨으로서 어느 하나의 블레이드가 고장 나더라도 지속적으로 발전할 수 있는 풍력 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 풍력 발전기는 지상으로부터 적정 높이를 갖는 지주대(10)와; 상기 지주대(10)에 설치되어 내측에 발전기(22)를 구비하는 발전장치(20)와; 상기 발전장치(20)로부터 수직으로 길이를 가지며 내측에 관통홀(31)이 형성되는 1차 회전축(30)과; 상기 1차 회전축(30)에 삽입되어 개 별 회전되고 발전장치(20) 내측으로 길이를 갖는 2차 회전축(40)과; 상기 1차 회전축(30)의 외주면에 구비되고, 블레이드를 통과하는 바람을 2차 블레이드(60)로 유도하는 1차 블레이드(50) 및; 상기 1차 회전축(30)의 상부에 위치하며 2차 회전축(40)의 외주면에 구비되는 2차 블레이드(60)로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한 1차 블레이드(50)의 외주에 위치하며 1차 회전축(30)에 고정되는 3차 블레이드(70)가 더 구비된 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 과제 해결 수단을 통해 본 발명은 바람의 방향에 관계없이 지속적으로 발전하여 전기를 생산할 수 있고, 또한 동일한 풍량에 의하여 보다 많은 전기를 생산함으로써 풍력에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 또한 이로 인하여 장치를 소형화할 수 있고, 발전기 설치 및 보수비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 일부 블레이드가 고장 나더라도 지속적으로 전기를 생산할 수 있어 갑작스런 전기 공급 중단을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도로서, 본 발명은 지상으 로부터 적정 높이를 갖는 지주대(10)와; 상기 지주대(10)에 설치되어 내측에 발전기(22)를 구비하는 발전장치(20)와; 상기 발전장치(20)의 상부에 설치되고 수직으로 길이를 가지며 내측에 관통홀(31)이 형성되는 1차 회전축(30)과; 상기 1차 회전축(30)에 내삽되어 개별 회전되고 발전장치(20) 내측으로 연장되는 길이를 갖는 2차 회전축(40)과; 상기 1차 회전축(30)의 외주면에 구비되고, 블레이드를 통과하는 바람을 2차 블레이드(60)로 유도하는 1차 블레이드(50) 및; 상기 1차 회전축(30)의 상부에 위치하며 2차 회전축(40)의 외주면에 구비되는 2차 블레이드(60)로 구성된다.

상기 지주대(10)는 옥외건물이나 지형에 의해 바람이 차단되어 적정 양의 바람이 불지 않는 것을 방지하기 위해 장해물이 없이 바람이 불 수 있는 정도의 높이를 갖게 하는 것이 바람직하다.

상기 발전장치(20)는 바람을 이용하여 회전 에너지를 만들고 이를 통해 발전기(22)를 회전시켜 전류를 만들기 위한 것이고, 발전기(22)와 연동되는 축전지와 변압기 등은 풍력 발전기에 있어서 지극히 일반적으로 사용하고 있는 기술로서, 당업자가 용이하게 실시하기 위해 변경 실시할 수 있는바 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 1차 회전축(30)은 발전장치(20)의 상부에 위치하여 수직 설치되는 것으로 1차 회전축(30)의 회전을 통해 1차적으로 전기 에너지가 생산된다.

상기 2차 회전축(40)은 1차 회전축(30)과 동일하게 발전장치(20)의 상부에 위치하여 수직 설치되는 것이나, 1차 회전축(30)의 관통홀(31)에 삽입되어 설치되 는 점에서 구조상 차이가 있다.

상기 1, 2차 회전축(30, 40)은 각각 1, 2차 블레이드(50, 60)가 외주면에 형성되어 1, 2차 회전축(30, 40)을 바람에 의해 회전시키게 된다.

여기서 본 발명은 1차 블레이드(50)를 통과하는 바람이 2차 블레이드(60)로 향하도록 유도하고, 유도된 바람을 이용하여 2차 블레이드(60)가 회전되어 발전되게 함으로써 사용된 바람을 이용해 추가 발전할 수 있게 한 것이다.

상기 1차 블레이드(50)는 도 1에 도시된 바와 같이 상하로 길이를 갖는 수직형 블레이드로서, 이는 1차 회전축(30)의 외주면을 따라 상하 폭을 갖게 구비되는 블레이드가 나선형으로 형성되어 수평 방향에서 불어오는 바람을 상부로 송풍시키게 된다.

이때 1차 블레이드(50)의 날개 수는 등간격으로 2개 장착될 수 있으며, 전 방향의 바람에 의해 지속적으로 공급되어 원활하게 회전될 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 사방으로 각각 날개가 형성되도록 4개의 날개가 장착된 1차 블레이드(50)로 구성할 수도 있다.

한편, 1차 블레이드(50) 외주에 1차 회전축(30)에 고정되는 3차 블레이드(70)를 추가적으로 구비할 수 있다. 이는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 3차 블레이드(70)는 비행기 날개 형상의 블레이드로서, 날개의 상하면을 따라 이동하는 공기의 흐름으로 인하여 날개에 양력(F)이 발생하고, 이러한 양력에 의하여 1차 회전축을 회전시키는 접선력(Ft)이 발생하여 회전력을 추가로 발생시키는 기능을 한다. 또한 상기 3차 블레이드(70)는 3차 블레이드(70)를 통과한 공기를 1차 블레이 드(50)에 유도하는 역할을 함으로써 1차 블레이드에 의한 회전력을 더욱 배가시킬 수 있는 효과도 있다.

한편, 이와 같이 2중의 구조로 이루어진 1, 2차 블레이드(50, 60)를 통해 얻어지는 회전력은 발전장치(20)의 발전기(22)를 가동시킨다.

이를 위해 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 1, 2차 회전축(30, 40)의 하단에 각각 기어(G1, G2)를 장착하고 상기 기어(G1, G2)가 발전기(22)의 축(23)단에 구비되는 기어(G1', G2')와 서로 맞물리게 설치함으로써 1, 2차 회전축(30, 40)의 회전력을 발전기(22)에 전달되게 한다.

상기 1, 2차 회전축(30, 40)은 서로 다른 회전속도를 갖는 것이므로 이에 맞춰 독립적인 발전이 가능하도록 개별 구비되는 2개의 발전기(22)에 각각 연결 설치됨이 바람직하다.

여기서 상기 기어(G1, G2)와 축(23) 및 1, 2차 회전축(30, 40)의 위치를 고정하기 위한 고정판(21)이 발전장치(20) 내측에 더 설치될 수 있다.

한편, 상기 1, 2차 회전축(30, 40)은 각각 회전이 가능하면서도 축방향 하중을 지지할 수 있도록 스러스트 베어링(B')이 각 단부(32, 41)에 설치되며 2차 회전축(40)은 1차 회전축(30)의 외벽과 충돌이 발생하지 않도록 위치를 고정해주는 베어링(B)이 더 설치된다.

또한, 2차 회전축(40)의 단부(41)는 지주대(10) 내측으로 연장되는 길이를 갖게 실시될 수 있는 것으로, 이는 1, 2차 블레이드(50, 60)가 바람에 의해 회전되기 이전에 바람에 대항하면서 일시적으로 무게 중심이 이동되어 지주대(10) 또는 발전장치(20)에 외부적 변형이 발생하거나 1, 2차 회전축(30, 40)이 쓰러지는 것을 방지하고자 1, 2차 회전축(30, 40)과 1, 2차 블레이드(50, 60)의 무게 중심을 낮추는 역할을 한다.

이때 상기 단부(41)는 지주대(10) 내측에서 흔들림 없이 위치 고정될 수 있도록 다수의 베어링과 하우징이 외삽 설치됨이 바람직하다.

상기 단부(41)를 이용해 1, 2차 회전축(30,40)을 지지하는 방법은 본 발명의 일 실시예로 이는 당업자가 용이하게 실시하기 위한 다양한 방법으로 변경 실시될 수 있는 것이다.

한편, 상기 2차 블레이드(60)는 사방에서 비스듬하게 불어오는 바람에도 회전될 수 있는 구조의 날개로써 이를 통해 다양한 각도로 불어오는 바람을 모두 수용하여 회전될 수 있다.

특히, 상기 1, 2차 블레이드(50, 60)는 서로 독립적으로 발전하는 구조이므로 1, 2차 블레이드(50, 60) 어느 한쪽이 회전되지 않더라도 발전을 지속할 수 있는 장점이 있어 하나의 블레이드(50, 60)가 고장나더라도 급작스럽게 단전되지 않으므로 지속적으로 전기를 사용할 수 있고, 사용자가 어느 하나의 블레이드가 장기적으로 정지되어 있으면 이를 보고 유지보수시기를 적절히 대응할 수 있게 된다.

한편, 2차 블레이드(60)가 수평 바람에 의해 간섭이 발생하여 회전 효율이 낮아지는 것을 방지하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 2차 블레이드(60) 외주면을 감싸는 덕트(80)를 더 구비하여 실시될 수 있다.

덕트(80)를 포함하는 구성은 2차 블레이드(60)가 수평으로 불어오는 바람이 작용하지 않도록 측면을 차단하는 구조로 상하측이 개방되어 상하 방향에서 유입되는 바람만으로 회전될 수 있는 구조이다.

상기 1, 2차 블레이드(50, 60)는 역회전하여도 발전을 이룰 수 있는 것으로, 1차 블레이드(50)를 거쳐 바람이 유도되어 2차 블레이드(60)를 회전시키는 작용과 반대로 경사진 바람이 수평바람보다 강하게 작용할 때에는 2차 블레이드(60)가 먼저 역회전 되면서 바람을 1차 블레이드(50)로 유도하여 발전이 이루어질 수 있음은 물론이다.

한편 상기한 바와 같이 본 발명의 풍력 발전기는 1차, 2차 회전축(30, 40)이 수직으로 설치된 경우에 설명하였으나, 도 7에 도시된 바와 같이, 이를 수평으로 설치하는 경우도 가능하다. 즉 설치장소 및 공간 등에 따라 그 방향을 정할 수 있다.

따라서 본 발명은 수평 바람을 통과시켜 회전되는 블레이드 중 통과되는 바람의 방향을 유도하여 추가 장착된 블레이드를 회전시킴으로써 1차 발전에 사용된 바람의 남은 에너지를 그대로 사용하여 2차 발전을 이룰 수 있게 한 것에 그 기술적 특징이 있는 것이다.

미설명 부호 "H"는 상기 베어링과 스러스트 베어링을 수용하는 하우징이다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전기를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기 중 1차 및 3차 블레이드를 도시한 평단 면도.

도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기 중 1, 2차 회전축을 도시한 분리 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 사용형태를 도시한 사용상태도.

도 6은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 또 다른 실시형태를 도시한 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 또 다른 실시형태를 도시한 사시도.

[도면의 주요부위에 대한 부호의 설명]

10: 지주대 20: 발전장치

21: 고정판 22: 발전기

23: 축 30: 1차 회전축

31: 관통홀 32: 단부

40: 2차 회전축 41: 단부

50: 1차 블레이드 60: 2차 블레이드

70: 3차 블레이드 80: 덕트

B, B': 베어링 H: 하우징

G1, G1', G2, G2': 기어

Claims

바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기에 있어서,

지상으로부터 적정 높이를 갖는 지주대(10)와;

상기 지주대(10) 상단에 설치되어 내측에 발전기(22)를 구비하는 발전장치(20)와;

상기 발전장치(20)로부터 수직으로 길이를 가지며 내측에 관통홀(31)이 형성되는 1차 회전축(30)과;

상기 1차 회전축(30)에 삽입되어 개별 회전되고 발전장치(20) 내측으로 길이를 갖는 2차 회전축(40)과;

상기 1차 회전축(30)의 외주면에 구비되고, 블레이드를 통과하는 바람을 2차 블레이드(60)로 유도하는 1차 블레이드(50) 및;

상기 1차 회전축(30)의 상부에 위치하며 2차 회전축(40)의 외주면에 구비되는 2차 블레이드(60)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기에 있어서,

지상으로부터 적정 높이를 갖는 지주대(10)와;

상기 지주대(10) 상단에 설치되어 내측에 발전기(22)를 구비하는 발전장치(20)와;

상기 발전장치(20)로부터 수직으로 길이를 가지며 내측에 관통홀(31)이 형성되는 1차 회전축(30)과;

상기 1차 회전축(30)의 외주면에 구비되고, 통과하는 바람을 상단으로 유도하는 1차 블레이드(50) 및;

상기 1차 블레이드(50)의 외주에 위치하며 1차 회전축(30)에 부착되는 3차 블레이드(70)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 1차 블레이드(50)는 하단과 상단이 서로 비틀려 나선형으로 형성된 블레이드인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
청구항 3에 있어서,

상기 1차 블레이드(50)는 1차 회전축(30) 외주면에 2~4개 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
청구항 1에 있어서,

상기 2차 블레이드(60)는 수평으로 폭과 길이를 갖는 블레이드인 것을 특징 으로 하는 풍력 발전기.
청구항 4에 있어서,

상기 2차 블레이드(60) 외주면을 감싸는 덕트(80)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.
청구항 1에 있어서,

상기 1, 2차 회전축(30,40)의 회전을 통해 전기 에너지를 발생시킬 때에 1, 2차 회전축(30,40)은 서로 독립되어 발전을 이루도록 2개의 발전기(22)에 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기.