KR101034924B1 - 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치 - Google Patents

경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101034924B1
KR101034924B1 KR1020100113441A KR20100113441A KR101034924B1 KR 101034924 B1 KR101034924 B1 KR 101034924B1 KR 1020100113441 A KR1020100113441 A KR 1020100113441A KR 20100113441 A KR20100113441 A KR 20100113441A KR 101034924 B1 KR101034924 B1 KR 101034924B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wing
rotary shaft
shaft
wing support
support
Prior art date
Application number
KR1020100113441A
Other languages
English (en)
Inventor
우정택
Original Assignee
우정택
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 우정택 filed Critical 우정택
Priority to KR1020100113441A priority Critical patent/KR101034924B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101034924B1 publication Critical patent/KR101034924B1/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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D3/066—Rotors characterised by their construction elements the wind engaging parts being movable relative to the rotor
    • F03D3/067—Cyclic movements
    • F03D3/068—Cyclic movements mechanically controlled by the rotor structure
    • 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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/002—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being horizontal
    • 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
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • 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
    • F05B2240/221—Rotors for wind turbines with horizontal axis
    • F05B2240/2212—Rotors for wind turbines with horizontal axis perpendicular to wind direction
    • 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
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/31—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape
    • 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
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

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)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 간단한 구조를 가지면서도 작은 풍력이 작용하는 환경에서 큰 출력의 회전력을 발생시킬 수 있는 풍력회전장치를 제공하는 것이다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 둔각인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)과, 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 단부가 서로 만나는 지점에 설치되는 축연결구(20)와, 상기 제1회전축(11)의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제1회전축(11)을 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되는 다수의 제1날개지지대(31)와, 상기 제2회전축(12)의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제2회전축(12)를 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되고 상기 다수의 제1날개지지대(31)와 동일한 수로 서로 대향하도록 설치된 제2날개지지대(32)와, 서로 대향하고 있는 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 각각에서 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 사이를 연결하는 면을 이루면서 상기 방사상 외측방향으로 연장되는 날개(33)를 포함하는 풍력회전장치를 제공한다.

Description

경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치{Rotation apparatus for wind power generator having inclined two rotation axes}
본 발명은 풍력발전을 위한 풍력회전장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 경사진 두 회전축이 서로 교차하도록 구성함으로써 상기 두 회전축으로부터 방사방향으로 펼쳐지는 날개구조체가 풍력에너지를 보다 효과적으로 흡수할 수 있도록 구성한 풍력회전장치에 관한 것이다.
최근, 화석에너지를 대체할 수 있는 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라, 풍력에너지에 대한 관심이 높다.
풍력은 친환경적이고 지역에 따라 풍부하게 존재하는 것이므로, 미래의 에너지원으로 활용가치가 높은 것으로 평가받고 있으며, 그것을 활용하기 위한 다양한 방식의 풍력발전장치가 개발되고 있거나 실제 가동 중에 있다.
상기와 같은 풍력발전에 대한 대부분의 연구는 풍력을 회전력으로 전환시키는 풍력회전장치를 중심으로 이루어지고 있으며, 그러한 회전장치를 도 1 및 도 2에 예시하고 있다.
도 1은 종래 많이 설치되고 있는 블레이드형의 수평축 임펠러를 도시하는 것으로, 지상 또는 해상에서 설치되는 높은 타워(4)의 상측에 발전장치(2)가 설치되고, 그 발전장치의 전단에 블레이드(1)가 설치되어 회전력을 발생시키고 있다.
상기와 같이 블레이드(1)에 의한 회전장치는 그 최대 회전수에 한계가 있으므로 유효한 발전이 가능한 범위가 한정되고, 그 제작 및 설치를 위해 고가의 비용이 요구된다. 또한 블레이드(1)의 각도가 15°전후의 각도를 이루게 되는 데, 풍속이 5m/sec 에 미치지 못하면 회전이 어려워 유효토크를 발생시킬 수 없는 문제점이 있다. 또한, 발전용량을 높이기 위하여 블레이드의 크기를 증가시키면 그 무게 중심이 과도하게 높아지게 되므로 견고한 지지체를 형성하지 않는 한, 해상에 부유하는 상태로 설치하기 곤란한 문제점이 있다.
도 2는 풍력발전을 위한 다른 형태로서 수직형 회전체를 도시하고 있다. 상기 수직형 회전체는 중심날개(13)의 상하부에 상부날개(14)와 하부날개(15)가 설치된 회전체가 지지대(12)에 의해 회전축(11)에 설치되어 있다. 상기 날개들(13,14,15)은 유연성 있는 재질로 형성됨으로써 굽혀지는 작용이 가능하다.
따라서, 전방에서 풍력을 받아 회전축(11)을 회전시키는 위치에서 상부날개(14) 및 하부날개(15)가 펼쳐짐으로써 풍력에너지를 최대한으로 흡수하고, 회전축(11) 주위를 돌아 풍력을 등지는 구간에 진입하면 유연성이 있는 상부날개(14) 및 하부날개(15)가 움츠려듦으로써 회전저항을 최소화시킨다.
그러나, 상기 회전장치는 풍력을 등지는 구간에서 날개들(13,14,15)이 충분히 접혀지는 것이 아니므로 회전에 대한 저항을 여전히 크게 받게 되어 효율적으로 회전력을 발생시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조를 가지면서도 작은 풍력이 작용하는 환경에서 큰 출력의 회전력을 발생시킬 수 있는 풍력회전장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 둔각인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축 및 제2회전축과, 상기 제1회전축과 상기 제2회전축의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축과 상기 제2회전축의 단부가 서로 만나는 지점에 설치되는 축연결구와, 상기 제1회전축의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제1회전축을 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되는 다수의 제1날개지지대와, 상기 제2회전축의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제2회전축를 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되고 상기 다수의 제1날개지지대와 동일한 수로 서로 대향하도록 설치된 제2날개지지대와, 서로 대향하고 있는 상기 제1날개지지대와 상기 제2날개지지대 각각에서 상기 제1날개지지대와 상기 제2날개지지대 사이를 연결하는 면을 이루면서 상기 방사상 외측방향으로 연장되는 날개를 포함하는 풍력회전장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 제1날개지지대 및 상기 제2날개지지대는 상기 축연결구가 위치하는 측의 반대측으로 각각 기울어지도록 상기 제1회전축 및 상기 제2회전축과 각각 예각을 이루고 있다.
상기 구성에서, 상기 서로 대향하고 있는 각각의 상기 제1날개지지대와 상기 제2날개지지대는, 상기 제1회전축과 상기 제2회전축의 회전 시 상기 제1날개지지대와 상기 제2날개지지대 사이의 간격이 가장 좁을 위치에서 서로 나란히 배열되도록 상기 예각이 설정된 것이 바람직하다.
상기 축연결구는 유니버셜죠인트인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1회전축과 상기 제2회전축은 수평면을 기준으로 각각 기울어진 경사각이 서로 동일하도록 설치되고, 상기 예각은 90°에서 상기 경사각을 뺀 각인 것이 바람직하다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은, 둔각인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축 및 제2회전축과, 상기 제1회전축과 상기 제2회전축의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축과 상기 제2회전축이 서로 교차하는 지점에 설치되는 축연결구와, 상기 축연결구를 중심으로 둘레에 일정간격으로 다수개가 방사상 외측방향으로 연장되도록 설치되어 상기 제1회전축 및 제2회전축에 수직인 방향의 풍력을 받는 날개구조체를 포함하되, 상기 날개구조체는 상기 제1회전축의 둘레에 동일 간격으로 고정된 다수의 제1날개지지대와, 상기 제2회전축의 둘레에 동일 간격으로 고정되고 상기 다수의 제1날개지지대와 동일한 수로 서로 대향하도록 설치된 제2날개지지대와, 상기 제1날개지지대와 상기 제2날개지지대에 의해 지지되어 면을 이루는 날개를 포함하는 풍력회전장치를 제공한다.
전술하고 있는 풍력회전장치의 날개의 재질은 천 또는 유연성 합성수지인 것이 바람직하다.
또한, 상기 둔각은 135°~175° 사이의 각인 것이 바람직하다.
본 발명의 풍력회전장치는 풍력을 흡수하여 회전력을 발생시키는 영역에서는 날개를 넓게 펼침으로써 풍력을 최대한도로 흡수할 수 있고, 회전축의 회전에 저항을 발생시키는 영역에서는 날개를 최대한도로 접어 풍력에 의한 저항을 최소화함으로써, 종래의 타 풍력회전장치와 비교할 때, 동일한 풍력에 대하여 더 큰 회전력 발생이 가능하다.
또한, 본 발명의 풍력회전장치는 풍력을 흡수하는 영역에서 날개(날개구조체)를 펼칠 때, 제1 및 제2회전축으로부터 외측방향으로 갈수록 날개의 폭이 더 증가하여 항력면이 커지는 형상이므로 상기 회전축에서 멀리 떨어진 영역에서 풍력을 더 크게 받는다. 이에 따라, 제1 및 제2회전축에 보다 큰 토크를 발생시킬 수 있고, 타 풍력회전장치보다 높은 효율을 가질 수 있다.
도 1은 종래 풍력회전장치의 일예에 대한 구성도
도 2는 종래 풍력회전장치의 다른 예에 대한 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치가 설치된 해상발전장치를 정면에서 도시하는 구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치가 설치된 해상발전장치를 측면에서 도시하는 구성도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력회전장치에서 날개구조체의 구성도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력회전장치에서 날개구조체의 작용설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치를 설치한 다양한 해상발전장치의 구성도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치를 수직축 형태로 설치한 발전장치의 구성도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 한쌍의 풍력회전장치가 서로 반대방향으로 회전하여 발전기를 구동시키도록 구성된 설치상태도
본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치를 도시하고 있고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치가 설치된 상태의 정면도를 도시하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 풍력회전장치는 둔각(α)인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)과, 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 단부가 서로 만나는 지점에 설치되는 축연결구(20)와, 상기 축연결구(20)를 중심으로 둘레에 일정간격으로 다수개가 방사상 외측방향으로 연장되도록 설치되어 상기 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)에 수직인 방향의 풍력을 받는 날개구조체(30)를 포함한다.
상기 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)은 수평면을 기준으로 각각 기울어지게 설치되고, 그 기울어진 경사각(γ)은 수평면을 기준으로 서로 동일하게 기울어진다. 그 기울어진 경사각은 서로 동일한 것이 가장 바람직하나, 반드시 서로 동일해야 하는 것은 아니고 약간의 차이를 허용할 수 있다.
상기 각각 기울어진 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)은 각 단부가 서로 만나면서 둔각을 이루게 된다. 상기 둔각(α)은 135°~ 175° 사이의 각인 것이 바람직하다.
제1회전축(11)과 제2회전축(12)이 서로 만나는 위치에는 축연결구(20)가 설치된다. 상기 축연결구(20)는 서로 경사져 교차하고 있는 제1회전축(11)과 제2회전축(12)의 회전이 서로 간에 전달될 수 있도록 하기 위하여 설치된다. 따라서, 상기 축연결구(20)는 유니버셜죠인트 등 경사교차축의 회전을 전달하는 공지된 축이음장치가 설치될 수 있다.
상기 날개구조체(30)는 상기 축연결구(20)의 주변에 일정한 간격으로 다수개가 설치된다. 도 3을 참조하면, 축연결구(20)의 주위에 90°간격으로 4개가 축연결구(20)를 중심으로 방사방향 외측으로 연장된 상태에서 날개(33)를 펼치거나 접도록 설치되어 있다. 상기 날개구조체(30)는 제1날개지지대(31)와, 제2날개지지대(32)와, 그 사이에서 지지되는 날개(33)를 포함한다.
상기 제1날개지지대(31)는 상기 제1회전축(11)의 둘레에 일정 간격으로 설치되되 상기 제1회전축(11)을 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되도록 형성된다
제1회전축(11)에는 제1허브(115)(hub)가 제1회전축(11)을 중심으로 형성되고 제1허브(115)를 중심으로 다수의 제1날개지지대(31)가 서로 동일한 간격으로 고정된다.
제2회전축(12)에는 제2허브(125)가 제2회전축(12)을 중심으로 형성되고, 제2허브(125)를 중심으로 다수의 제2날개지지대(32)가 동일 간격으로 고정되고, 방사상 외측방향으로 연장되어 있다. 이 때, 제2날개지지대(32)는 제1날개지지대(31)와 동일한 수로 형성됨과 함께, 제1날개지지대(31)와 대향하는 위치에 설치된다. 이에 따라, 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)가 날개(33)의 양측에서 날개(33)를 지지할 수 있고, 제1회전축 및 제2회전축의 회전시 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)의 상대적인 위치변화에 의해 날개(33)가 펼쳐지고 접힐 수 있다.
상기 제1날개지지대(31) 및 상기 제2날개지지대(32)는 상기 축연결구(20)가 위치하는 측의 반대측으로 각각 기울어지도록 상기 제1회전축(11) 및 상기 제2회전축(12)과 각각 예각(β)을 이루고 있다. 그와 같이 예각(β)을 이루어 축연결구(20)의 외측방향으로 기울어짐에 따라, 도 4와 같이, 풍력을 흡수하는 위치에서 날개(33)를 넓게 펼칠 수 있고, 풍력이 회전을 방해하게 되는 아래 측에서는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)의 사이 간격이 좁혀지더라도 서로 부딪히지 않게 된다.
상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 사이의 간격이 가장 좁아져 날개(33)가 최대한 움츠려든 위치에서는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)는 서로 나란히 배열되는 것이 가장 바람직하다. 그와 같이 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)가 수직으로 서로 나란히 배열되도록 구성하고, 도 3 및 도 4와 같이 제1회전축(11)과 제2회전축(12)의 경사각(γ)이 동일한 경우, 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)를 각각 제1회전축(11)과 제2회전축(12)에 대하여 기울인 예각(β)은 90°에서 수평면을 기준으로 한 제1회전축(11) 또는 제2회전축(12)의 경사각(γ)을 뺀 각이 된다.
제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)는 제1 및 제2회전축(11,12)을 중심으로 외측으로 뻗은 직선상으로 형성될 수도 있으나, 날개구조체(30)가 풍향에 대하여 오목한 형상으로 구성되어 보다 큰 항력을 가지도록 도 3과 같이 풍향을 향하는 측으로 굴곡져 있다.
상기 날개(33)는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)에 의해 지지되고, 그 사이에서 면을 형성하여 풍력에 대한 항력면이 생성된다. 날개(33)의 재질은 직조되어 유연성을 가지는 천이 바람직하고, 유연한 재질의 합성수지막이나 필름도 가능하다.
또한, 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)가 굴곡짐에 따라 그 각각의 양단부를 각각 연결하는 연결지지대(315,325)를 설치하고, 측면날개(371,372)를 각각 형성한다. 이에 따라, 날개구조체(30)의 전체적인 형상이 오목한 용기의 형상이 됨으로써 항력계수가 증가하고 보다 큰 풍력에너지의 흡수가 가능하다.
한편, 도 4 및 도 5는 해상에 부유한 상태의 프레임(60)에 본 실시예의 풍력회전장치가 설치된 상태를 도시하고 있다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 실시예의 풍력회전장치의 제1 및 제2 회전축(11,12)은 프레임(60)의 지지대(61,64)에 의해 베어링을 매개로 지지되며, 지지대(61,64)의 일측에 증속기(51)와 발전기(50)가 설치되어 있다. 상기 증속기(51) 및 발전기(50)는 제1 및 제2 회전축(11,12) 중 어느 하나에 연결된다.
한편, 프레임(60)의 하부에는 양측에 부력구(70)가 설치됨으로써 본 실시예의 풍력회전장치가 설치된 해상발전장치(100)가 균형을 유지한 상태에서 부유할 수 있으며, 프레임(60)의 하부에는 고정케이블(65)이 설치되어 해저에 투하할 수 있는 중량구조물(90)에 연결된다. 이에 따라, 해상 및 해저에 별도의 고정시설물이 건설되지 않더라도 해상의 소정영역에서 안정적으로 그 위치가 고정될 수 있다.
상기 프레임(60)의 후측에는 연결프레임(67)에 의해 고정된 꼬리날개(80) 및 부력구(82)가 설치된다. 상기 꼬리날개(80)는 풍향타의 역할을 함으로써 날개구조체(30)가 풍향을 향하도록 유도하고 있고, 상기 부력구(82)는 본 실시예의 풍력회전장치에 의해 항력을 크게 받는 방향의 후측에서 프레임(60)을 지지하여 해상발전장치의 기울어짐을 방지한다.
이상에서 본 실시예의 풍력회전장치가 해상에 설치된 경우를 설명하고 있으나, 육상의 풍력발전장치에 설치되는 것도 가능함은 전술한 기재로부터 당업자라면 자명하게 이해될 것이다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치의 작용을 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 날개구조체(30)가 “A”위치에 도달한 경우에는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 사이의 간격이 최대로 벌어진 상태이므로 그 사이에서 지지받는 날개(33)는 최대로 펼쳐지게 되어 풍력을 최대한도로 흡수한다.
“A”위치 근방에서 최대의 풍력을 흡수함으로써 제1회전축(11)와 제2회전축(12)은 회전이 발생한다. 이 때, 제1회전축(11)와 제2회전축(12)이 서로 경사져 있지만, 축연결구(20)에 의해 일체로 회전하고 있다.
한편, 상기 날개구조체(30)가“A”위치로부터 “B”위치를 거쳐 “C”위치로 이동하는 과정에서 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 사이의 간격은 서서히 좁혀져 “C”위치에서 그 간격이 최소가 된다. 이에 따라, “C”위치에서 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)가 나란히 배열되고, 도 4에도 도시(“C”위치)된 바와 같이, 풍향을 직접 받는 항력면적이 최소화되면서 날개(33)가 접혀진다.
상기와 같은 작용은 본 실시예의 제1회전체 및 제2회전체가 서로 둔각(α)을 이루며 같이 회전함으로써 제1회전축(11)와 제2회전축(12)으로부터 방사방향으로 각각 뻗어 나온 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)의 사이 간격이 회전된 위치에 따라 달라짐으로써 발생한다.
결국, 본 실시예의 풍력회전장치는 풍력을 흡수하는 위치에서 날개구조체(30)의 항력면이 최대가 되고, 풍력이 제1 및 제2회전축(11,12)의 회전에 저항으로 작용하는 위치에서는 항력면이 최소가 되고 있다.
특히, 풍력을 최대로 흡수하고 있는 “A"위치에서 날개구조체(30)의 날개(33)는 제1 및 제2회전축(11,12)으로부터 멀어질수록 그 항력면이 점점 커지는 형상이므로 제1 및 제2회전축(11,12)으로부터 먼 위치에서 보다 큰 힘을 받아 큰 토크를 발생시킬 수 있는 구조이다.
이는 본 실시예의 풍력회전장치가 약한 풍력에서도 기동이 가능하고, 종래의 풍력회전장치와 비교하여 동일한 풍력에 대하여 더 큰 회전력을 발생시킬 수 있는 구조임을 의미한다.
다음은 본 발명의 풍력회전장치의 다른 실시예를 설명한다.
본 실시예에서는 전술한 풍력발전장치의 날개구조체(30)의 구성이 변경되어 있다.
도 6을 참고하면, 날개구조체(30′)는 전술한 실시예와 같이 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)가 설치되고, 상기 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)에는 각각 다수의 힌지(311,321,...)가 설치된다. 상기 힌지(311,321,...)는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 각각을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다.
또한, 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 사이의 중간부에는 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)와 같이 굴곡진 중간지지대(36)가 설치되고, 상기 중간지지대(36)에도 다수의 힌지(316,326,...)가 설치된다.
상기 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 각각에 설치된 힌지(311,321,...)와 중간지지대(36)에 설치된 힌지(316,326,...)는 서로 대응하도록 설치되어 다수의 연결지지대(351,352,..)가 각각 연결된다.
이에 따라, 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32) 사이에는 1개의 중간지지대(36)와 다수의 연결지지대(351,352,..)가 설치되어 있고, 제1날개지지대(31), 제2날개지지대(32), 중간지지대(36) 및 연결지지대(351,352,...)에 의해 둘러싸인 각각의 면에 날개(331,332,..)가 설치된다.
다음은 상기 실시예의 작용을 설명한다.
도 7의 (a)는 상기 실시예의 측면의 상태도이고, (b)는 상기 실시예의 정면(풍향방향)의 상태도이다.
도 7을 참고하면, 상기 실시예의 날개구조체(30′)는 풍력이 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)에 저항으로 작용하는 영역, 즉 도 5의 “C”부근의 영역에서는 도 7의 (a) 및 (b)와 같이 날개(33)가 접혀진 상태가 된다. 즉, 도 5의 “A”위치에서 날개구조체(30)가 활짝 펼쳐진 상태이나, “B”위치에서 “C”로 이동하는 과정에서 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)의 간격이 점차 좁혀지게 된다. 이것은 도 3의 날개구조체(30)의 “A”,“B”,“C”위치의 상태로부터 이해될 수 있다.
그와 같이 제1날개지지대(31)와 제2날개지지대(32)의 간격이 점차 좁혀지게 되면, 그 사이에 위치하는 연결지지대(351,352,...)가 양측의 힌지(311,321,316,326,...)를 중심으로 자유롭게 선회하면서 날개(331,332,...)는 접혀지게 된다. 결국, 날개구조체(30′)가 도 5의 “C” 위치로 이동한 상태에서 도 7의 (a) 및 (b)와 같이 최대로 접혀진 상태가 된다.
상기 접혀진 상태에서도 날개(331,332,...)는 중간지지대(36)와 연결지지대(351,352,...)에 의해 지지되고 있으므로 바람에 펄럭이지 않고, 도 7의 (b)와 같이 풍력방향에서 볼 때 매우 좁은 항력면적을 형성하여 풍력에 의한 회전저항이 최소화된다. 이는 전술한 실시예에 비하여 도 5의 “C” 위치에서 날개(331,332,...)의 펄럭임을 방지하여 풍력에 의한 회전저항을 더 감소시킬 수 있다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치가 설치된 발전장치의 다양한 구성을 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치가 설치된 해상발전장치의 설치상태를 도시하고 있다.
도 8의 (a)는 도 5에서 도시한 꼬리날개(80)를 설치하지 않고, 상기 해상발전장치를 2개(100a,100b) 설치하고, 연결프레임(68)에 의해 서로 연결한 상태를 도시하고 있다. 상기 연결프레임(68)은 그 연결방향이 2개의 해상발전장치(100a,100b)에서 풍력회전장치가 모두 풍력을 받는 방향이 되도록 한다. 또한, 일측 해상발전장치(100a)와 해저의 중량구조물(90)을 고정케이블(65)로 연결하고 있다.
이에 따라, 중량구조물(90)과 연결되지 않은 나머지 해상발전장치(100b)는 풍력을 받아 해수면에서 뒤쪽으로 밀려나면서 상기 일측의 해상발전장치(100a)의 후측에 위치하여 자연스럽게 풍향타의 역할을 하게 된다.
도 8의 (b)는 (a)에서 후측에 위치하는 해상발전장치를 2개(100b,100c)로 구성함으로써 전체적으로 삼각형 배열을 이루고 있다. 이에 따라, 큰 풍랑에 의한 전복위험이 크게 감소된다. 후측 2개의 해상발전장치(100b,100c)가 풍향타의 역할을 하는 것은 전술한 바와 동일하다.
도 9는 본 실시예의 풍력회전장치가 수직축의 형태로 설치된 상태를 도시하고 있다.
풍력회전장치의 구성은 전술한 바와 큰 차이가 없으며, 다만 프레임(60′)에 설치되어 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)을 지지하는 베어링이 수직방향에 대하여 지지할 수 있도록 드러스트 베어링(thrust bearing)이나, 원뿔 형태의 베어링으로 선택될 필요가 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 풍력회전장치(30)를 서로 반대방향으로 회전하도록 발전기(50)의 양측에 설치하고, 발전기(50)에 회전력을 전달하도록 구성된 설치상태도이다.
도 10을 참고하면, 양측의 상기 풍력회전장치(30)는 동일한 풍향에 대하여 서로 반대방향으로 회전하도록 하나의 지지프레임(60″)에 의해 발전기(50)의 양측에 배치된다.
또한, 양측 풍력회전장치(30) 사이에는 증속기(51) 및 발전기(50)가 설치되고, 한 쌍의 풍력회전장치(30)에서 전달되는 서로 반대방향의 회전력은 발전기(50)의 회전자와 고정자를 각각 구동시킴으로써 회전자만을 회전시키는 통상의 발전장치와 비교하여 증속된 효과를 얻을 수 있다.
상기 지지프레임(60″)은 하부고정체(60″a)에 회전가능하도록 지지되고 있으며, 지지프레임(60″)의 후방에는 꼬리날개(80′)가 설치됨으로써 한 쌍의 풍력회전장치가 항상 풍향을 향할 수 있도록 유도하고 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
11; 제1회전축 115; 제1허브
12; 제2회전축 125; 제2허브
20; 축연결구 30,30′; 날개구조체
31; 제1날개지지대 311; 힌지
315; 연결지지대 316; 힌지
32; 제2날개지지대 321; 힌지
325; 연결지지대 326; 힌지
33; 날개 331; 날개
332; 날개 351; 연결지지대
352; 연결지지대 36; 중간지지대
371; 측면날개 372; 측면날개
50; 발전기 51; 증속기
60,60′,60″; 프레임 60″a; 하부고정체
61; 지지대 65; 고정케이블
67; 연결프레임 68; 연결프레임
69; 연결프레임 70; 부력구
80,80′; 꼬리날개 82; 부력구
90; 중량구조물 100,100a,100b,100c; 해상발전장치

Claims (8)

  1. 둔각인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)과,
    상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 단부가 서로 만나는 지점에 설치되는 축연결구(20)와,
    상기 제1회전축(11)의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제1회전축(11)을 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되는 다수의 제1날개지지대(31)와,
    상기 제2회전축(12)의 둘레에 동일 간격으로 설치되되 상기 제2회전축(12)를 중심으로 방사상 외측방향으로 연장되고 상기 다수의 제1날개지지대(31)와 동일한 수로 서로 대향하도록 설치된 제2날개지지대(32)와,
    서로 대향하고 있는 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 각각에서 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 사이를 연결하는 면을 이루면서 상기 방사상 외측방향으로 연장되는 날개(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1날개지지대(31) 및 상기 제2날개지지대(32)는 상기 축연결구(20)가 위치하는 측의 반대측으로 각각 기울어지도록 상기 제1회전축(11) 및 상기 제2회전축(12)과 각각 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서로 대향하고 있는 각각의 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32)는,
    상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 회전 시 상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32) 사이의 간격이 가장 좁은 위치에서 서로 나란히 배열되도록 상기 예각이 설정된 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축연결구(20)는 유니버셜죠인트인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)은 수평면을 기준으로 각각 기울어진 경사각이 서로 동일하도록 설치되고,
    상기 예각은 90°에서 상기 경사각을 뺀 각인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  6. 둔각인 소정의 각도로 서로 교차하는 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)과,
    상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)의 회전이 서로 전달되도록 상기 제1회전축(11)과 상기 제2회전축(12)이 서로 교차하는 지점에 설치되는 축연결구(20)와,
    상기 축연결구(20)를 중심으로 둘레에 일정간격으로 다수개가 방사상 외측방향으로 연장되도록 설치되어 상기 제1회전축(11) 및 제2회전축(12)에 수직인 방향의 풍력을 받는 날개구조체(30)를 포함하되,
    상기 날개구조체(30)는
    상기 제1회전축(11)의 둘레에 동일 간격으로 고정된 다수의 제1날개지지대(31)와,
    상기 제2회전축(12)의 둘레에 동일 간격으로 고정되고 상기 다수의 제1날개지지대(31)와 동일한 수로 서로 대향하도록 설치된 제2날개지지대(32)와,
    상기 제1날개지지대(31)와 상기 제2날개지지대(32)에 의해 지지되어 면을 이루는 날개(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 날개(33)의 재질은 천 또는 유연성 합성수지인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
  8. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 둔각은 135°~ 175° 사이의 각인 것을 특징으로 하는 풍력회전장치
KR1020100113441A 2010-11-15 2010-11-15 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치 KR101034924B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100113441A KR101034924B1 (ko) 2010-11-15 2010-11-15 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100113441A KR101034924B1 (ko) 2010-11-15 2010-11-15 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101034924B1 true KR101034924B1 (ko) 2011-05-17

Family

ID=44366115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100113441A KR101034924B1 (ko) 2010-11-15 2010-11-15 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101034924B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2993343A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-09 Subramanian Ramanathan Wind turbine system
WO2021157498A1 (ja) * 2020-02-06 2021-08-12 株式会社Okya 風車設備および風車ブレード
JP2021124068A (ja) * 2020-02-06 2021-08-30 株式会社Okya 浮体式風車設備

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57131873A (en) 1981-02-06 1982-08-14 Teruo Honami Liquid energy converting mechanism
WO1998013602A1 (en) * 1996-09-23 1998-04-02 Whelan Matthew P Vertical axis wind turbine with mutually hinged vanes
KR20050078802A (ko) * 2004-02-03 2005-08-08 조봉규 풍력발전기용 프로펠러
KR20090084066A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 노영환 바람과 수평으로 회전하는 가변날개가 장착된 풍력발전기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57131873A (en) 1981-02-06 1982-08-14 Teruo Honami Liquid energy converting mechanism
WO1998013602A1 (en) * 1996-09-23 1998-04-02 Whelan Matthew P Vertical axis wind turbine with mutually hinged vanes
KR20050078802A (ko) * 2004-02-03 2005-08-08 조봉규 풍력발전기용 프로펠러
KR20090084066A (ko) * 2008-01-31 2009-08-05 노영환 바람과 수평으로 회전하는 가변날개가 장착된 풍력발전기

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2993343A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-09 Subramanian Ramanathan Wind turbine system
WO2021157498A1 (ja) * 2020-02-06 2021-08-12 株式会社Okya 風車設備および風車ブレード
JP2021124068A (ja) * 2020-02-06 2021-08-30 株式会社Okya 浮体式風車設備

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101268466B1 (ko) 사축형 윈드 터빈
US8894348B2 (en) Wind turbine
JP6396427B2 (ja) 浮体式風力タービン構造体
US20150159628A1 (en) Offshore contra rotor wind turbine system
US11053919B2 (en) Vertical axis wind turbine with wind vanes
US10218246B2 (en) Variable diameter and angle vertical axis turbine
US20020015639A1 (en) Horizontal axis wind turbine
KR101034924B1 (ko) 경사진 두 회전축에 의해 회전효율을 높인 풍력회전장치
KR101360277B1 (ko) 수직형 풍력발전기
JP2005090332A (ja) ダリウス形風車
US8604635B2 (en) Vertical axis wind turbine for energy storage
JP3766845B2 (ja) 風力発電装置
US20100232960A1 (en) Variable geometry turbine
KR20140142500A (ko) 터빈 및 이를 구비한 터빈 발전기구
KR101406575B1 (ko) 풍력발전장치
JP2023530198A (ja) 自在プロペラ、操作方法、及びその好適な利用
KR20120105645A (ko) 절첩 날개를 구비한 풍력발전기
KR101552167B1 (ko) 회전날개를 구비하는 수직축 풍력발전장치
KR20120131333A (ko) 풍력발전장치
KR102474643B1 (ko) 효율이 개선된 수직축 풍력발전기
JPS5920870B2 (ja) 風力発電装置
KR102066031B1 (ko) 2축 수직형 풍력발전장치
CN216008752U (zh) Y形串列式双风轮发电装置
JP6398095B2 (ja) 動力装置
KR100308339B1 (ko) 풍력발전기의날개

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151105

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee