KR101038436B1 - 발전기용 풍차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전되는 방향으로 날개에서 양력이 발생될 수 있도록 날개의 대응되는 양면을 비대칭 유선형으로 형성하여 날개 표면을 따라 유체가 흐를 때 곡률이 더 크게 형성된 일면방향으로 양력이 발생되도록 함으로써, 회전력을 향상시킬 수 있는 발전기용 풍차에 관한 것으로, 발전기의 회전축에 결합되는 허브 및 표면을 흐르는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 양력 발생부와, 상기 양력 발생부에서 연장되어 상기 허브에 접합되며 상기 양력 발생부로 유입되는 유체가 통과되도록 유체관통구멍이 형성되는 유체관통부로 구성되는 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

풍차, 바람, 유체흐름, 유도, 양력

Description

발전기용 풍차{WINDMILL FOR A POWER GENERATOR}

본 발명은 발전기용 풍차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전되는 방향으로 날개에서 양력이 발생될 수 있도록 날개의 대응되는 양면을 비대칭 유선형으로 형성하여 날개 표면을 따라 유체가 흐를 때 곡률이 더 크게 형성된 일면방향으로 양력이 발생되도록 함으로써, 회전력을 향상시킬 수 있는 발전기용 풍차에 관한 것이다.

현재 사용되는 발전방법으로는 대규모의 화석연료를 사용하는 화력발전, 우라늄을 사용하는 원자력발전, 대규모의 담수설비가 필요한 수력발전 등이 많이 이용되고 있다. 화력발전은 석탄 또는 석유 등과 같은 연료를 연소시켜 발전을 해야 하므로, 연소가스가 많이 발생되어 대기오염을 가중시키고, 원자력발전은 대기를 오염시키는 연소가스는 배출되지 않으나 인체에 치명적인 방사선폐기물이 다량으로 배출되며, 수력발전은 연소가스나 방사선폐기물 등이 배출되지 않고 별도의 연료를 필요로 하지 않는 반면에 환경을 파괴시키므로 친환경적이지 못한 문제가 있다.

이에 최근에는 친환경적이면서도 연료를 영구히 사용할 수 있는 태양열발전 및 풍력발전의 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이중 유체의 힘을 이용한 풍력발전은 공기의 유동을 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시켜서 전력을 얻는 발전이다. 또한 풍력발전은 어느 곳에나 산재 되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 비용도 기존의 발전 방식과 경쟁이 가능한 수준의 신에너지 발전기술이다.

풍력발전에 의한 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개와 허브로 구성된 회전자와, 상기 회전자의 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치, 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성된다.

위의 풍력발전기 중 수직형 풍력발전기는 통상 발전기와, 이 발전기의 회전자를 회전시키는 풍차로 이루어져 있으며, 풍차는 지면과 수직을 이루도록 발전기의 회전축에 설치되어 있다. 풍차의 외면에는 바람에 의하여 풍차가 원활하게 회전되도록 날개들이 부착되어 있다.

상기와 같은 종래의 수직형 풍력발전기는 풍차가 회전될 때 유체의 운동에너지에 의해서만 회전력이 발생될 뿐만 아니라, 풍차의 회전중심을 기준으로 양측에 마련되는 날개 모두에 유체가 부딪치게 되므로, 풍차가 회전되는 반대방향의 공기 저항이 커져 회전력이 저하되는 문제가 발생된다.

또한, 태풍과 같이 강한 유체가 불게 되면 풍차가 필요 이상의 회전력으로 고속 회전되면서 변형되거나 파손되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 풍차가 회전되는 방향으로 날개에서 양력이 발생될 수 있도록 날개를 비대칭 유선형 단면으로 타면에 비하여 곡이 많이 진 일면으로 형성하여 날개의 표면을 따라 흐르는 유체에 의하여 날개에서 양력이 발생되어 풍차의 회전력을 증가시킬 수 있는 발전기용 풍차를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 유체가 부딪치는 방향에 따라 날개에 전달되는 유체의 저항이 증감되도록 날개가 고정되는 프레임에 유체관통구멍을 형성하고 이 유체관통구멍에 유체에 의하여 회동되면서 유체관통구멍을 개폐하는 회동날개를 설치함으로써, 풍차의 회전중심을 기준으로 일측의 회동날개는 유체관통구멍을 밀폐시키고 타측의 회동날개는 유체관통구멍을 개방시켜 풍차의 회전력을 증가시킬 수 있는 발전기용 풍차를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 풍차로 유입되는 유체의 양을 조절할 수 있도록 하여 고속회전에 의하여 풍차가 파손되거나 변형되는 것을 방지할 수 있는 발전기용 풍차를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 발전기용 풍차는 발전기의 회전축에 결합되는 허브 및 표면을 흐르는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발 생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 양력 발생부와, 상기 양력 발생부에서 연장되어 상기 허브에 접합되며 상기 양력 발생부로 유입되는 유체가 통과되도록 유체관통구멍이 형성되는 유체관통부로 구성되는 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 발전기용 풍차는 발전기의 회전축에 결합되는 허브; 중앙부가 길이방향을 따라 절곡되어 절곡부위를 기준으로 일측부 및 타측부에 유체가 관통되도록 유체관통구멍이 각각 형성되며, 상기 일측부의 단부가 상기 허브의 외면에 결합되도록 상기 허브의 원주방향을 따라 일정간격으로 결합되는 복수개의 프레임 및 상기 프레임으로 유체가 유입될 때 유체가 유입되는 방향에 따라 상기 프레임의 타측부의 유체관통구멍이 일측 방향으로만 개폐되도록 상기 프레임의 타단부에 회동가능하게 설치되며, 표면을 흐르는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 회동날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 날개는 상기 트레일링 에지와 상기 유체관통구멍 사이에 상기 트레일링 에지에서 절곡된 직선부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직선부에는 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과할 수 있도록 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 지지부재 및 하부 지지부재 사이로 유입되는 유체의 양을 감소 및 증가시킬 수 있도록 상부 지지부재 및 하부 지지부재의 외측에 마련되는 유체유도기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체유도기는 상기 허브의 상측에 마련되는 상판; 상기 허브의 하측에 마련되는 하판; 및 상기 상판과 하판 사이에 회동가능하게 마련되어 상기 상판과 상기 하판 사이를 통해 상기 상부 지지부재 및 하부 지지부재 사이로 유입되는 유체를 감소 및 증가시키는 유체유도판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체유도기는 상기 유체유도판을 회동시키는 제1 구동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 구동부재는 상기 유체유도판의 상단 및 하단에 마련되어 상기 상판 및 하판에 회전가능하게 결합되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축에 결합되는 제1 종동기어; 상기 제1 종동기어를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 종동기어에 치합되는 제1 원동기어; 및 상기 하판에 마련되어 있으며, 상기 제1 원동기어가 정/역 회전되도록 결합되어 있는 제1 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체유도기를 회전시킬 수 있도록 상기 발전기에 마련되는 제2 구동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 구동부재는 상기 하판의 외주면에 형성되는 랙(Rack); 상기 하판을 회동시킬 수 있도록 상기 랙과 맞물리는 피니언기어; 및 상기 피니언기어를 회전시키는 제2 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체유도판의 상단 및 하단에는 상기 상판 및 하판에 접촉되는 롤러가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상판 및 하판에는 상기 롤러가 가이드되도록 상기 롤러가 회동되는 궤적을 따라 가이드 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임에는 상기 회동날개가 장착되도록 관통구멍이 형성된 결합리브가 돌출 형성되고, 상기 회동날개의 상단에는 상기 관통구멍에 정렬되는 결합구멍이 형성된 결합부가 형성되며, 상기 결합부는 상기 관통구멍 및 결합구멍에 삽입되는 힌지축에 의하여 상기 결합리브에 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회동날개가 유체에 의하여 상기 프레임에서 원활하게 회동될 수 있도록 상기 회동날개를 상기 회동날개의 타면방향으로 탄성지지하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성부재는 상기 회동날개의 회전중심에 결합되어 상기 회동날개와 함께 회전되는 구동판; 상기 프레임에 마련되는 고정판; 상기 고정판에 이동가능하게 체결되는 조절볼트; 및 일단은 상기 구동판에 연결되고 타단은 상기 조절볼트에 연결되며 상기 조절볼트의 이동을 통해 장력이 조절되는 인장스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 날개의 상단 및 하단에 각각 부착되는 상부 지지부재 및 하부 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임의 상단 및 하단에 각각 부착되는 상부 지지부재 및 하부 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 발전기용 풍차에 의하면, 날개의 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되므로, 유체의 흐름에 의하여 날개가 회전될 때 타면에 비 하여 곡률이 큰 일면방향으로 양력이 발생됨으로 인하여 회전력이 증가되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 풍차로 유입되는 유체의 양이 조절되므로, 고속회전에 의하여 풍차가 파손되거나 변형되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기용 풍차에 의하면, 유체가 부딪치는 방향에 따라 날개에 전달되는 유체의 저항이 증감되도록 날개가 고정되는 프레임에 유체관통구멍이 형성되어 있으므로, 유체에 의하여 풍차가 회전될 때 풍차의 회전중심을 기준으로 일측의 회동날개는 유체관통구멍을 밀폐시키고 타측의 회동날개는 유체관통구멍을 개방시켜 풍차의 회전력이 증가되는 효과가 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 발전기용 풍차를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차가 설치된 상태를 나타낸 동력발생장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차의 구성을 나타낸 평면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 유체의 흐름을 이용하여 전력을 발생하는 동력발생장치는 로터의 회전축(11)이 지면에 수직을 이루도록 설치되어 있는 발전기(10)와, 이 발전기(10)의 회전축(11)이 유체에 의하여 회전될 수 있도록 회전축(11)에 설치되어 있는 풍차(100)를 포함한다.

풍차(100)는 회전축(11)에 결합되어 유체에 의하여 회전되는 회전체(110)와, 이 회전체(110)로 유입되는 유체의 양이 감소 및 증가되도록 회전체(110)의 외측에 마련되어 있는 유체유도기(130)를 포함한다. 유체유도기(130)는 회전체(110)가 내측에 위치되도록 발전기(10)에 설치되어 있으며, 회전체(110)를 중심으로 하여 회전된다.

도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 회전체 및 날개의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개의 구성을 나타낸 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 회전체(110)는 발전기(10)의 회전축(11)에 결합되는 허브(111)와, 유체의 흐름에 의하여 회전축(11)이 회전되도록 허브(111)에 결합되는 복수개의 날개(120)와, 태풍과 같은 강한 유체에 의하여 날개(120)가 파손되는 것이 방지되도록 날개(120)의 상단 및 하단에 각각 결합되는 상부 지지부재(115) 및 하부 지지부재(117)을 포함한다.

날개(120)는 유체의 운동에너지에 의하여 회전체(110)가 보다 원활하게 회전되도록 허브(111)의 원주방향을 따라 일정간격으로 설치된다. 허브(111)와 근접되는 날개(120)의 내측부위에는 유체흐름이 통과되도록 유체관통구멍(120a)이 길이방향으로 형성되어 있다.

날개(120)에 유체관통구멍(120a)을 형성하는 것은 상호 이웃하는 날개(120) 사이로 유입되는 유체가 날개(120)에 부딪쳐 날개(120)를 회전시킨 후, 유체관통구멍(120a)을 통해 흘러나가게 하기 위한 것이다. 이는 유체흐름이 날개(120)에 부딪친 후, 날개(120)의 내측에서 외측으로 역류되면서 발생되는 역류유체에 의하여 날개(120)로 유입되는 유체의 세기가 저하되는 것을 방지하여 회전체(110)의 회전력을 향상시키기 위함이다. 이와 같이 날개(120)에 의하여 회전체(110)에서 발생되는 유체역류 현상이 저하되면 회전체(110)의 회전력이 더욱 향상되므로, 발전기(10)의 발전효율이 향상된다.

본 실시예에 따른 날개(120)는 유체관통구멍(120a)이 형성되는 폭이 날개(120)의 전체 폭에 대하여 1/2 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 유체관통구멍(120a)의 폭이 날개(120)의 전체 폭에 대하여 1/2이 초과되도록 그 폭이 넓게 형성되면 유체관통구멍(120a)을 통과하는 유체의 양이 너무 많아져 오히려 날개(120)에 작용하는 유체의 힘이 급격하게 저하되어 회전체(110)의 회전력이 저하되는 현상이 발생하게 된다.

본 실시예에 따른 날개(120)는 회전체(110)가 회전되는 방향으로 양력이 발생되도록 형성되는데, 이를 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 날개(120)는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되는 양력 발생부(121)와, 이 양력 발생부(121)의 드레일링 에지(Trailing Edge)(T)에서 절곡되며 유체관통구멍(120a)이 형성되는 유체관통부(123)로 이루어져 있다. 양력 발생부(121)는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되며, 그 일면(121a)이 타면(123b)에 비하여 더 큰 곡률을 가지도록 형성된다. 양력 발생부(121)는 일면(121a)이 타면(121b)에 비하여 더 큰 곡률을 가지므로, 리딩 에지(Leading Edge)(L)측으로 유체가 유입되면, 곡률이 더 크게 형성된 일면(121a)측의 유체 흐름이 타면(121b)측보다 빨라짐으로 인하여 발생되는 일면(121a)측과 타면(121b)측의 압력차에 의하여 일면(121a)방향으로 양력이 발생된다.

이때, 양력 발생부(121)의 트레일링 에지(T)에서 유체관통부(123)를 절곡시키는 것은 유체관통부(123)가 양력 발생부(121)의 타면(121b)으로 흐르는 유체의 방향을 바꾸어 양력 발생부(121)에서 발생되는 양력이 증가되도록 하기 위함이다. 이를 위하여 유체관통부(123)에는 트레일링 에지(T)와 유체관통구멍(120a) 사이에 트레일링 에지(T)에서 절곡된 직선부(123b)가 형성된다. 즉, 유체관통부(123)의 직선부(123b)가 양력 발생부(121)의 고양력발생용 플랩(Flap) 역할을 수행하게 되어 양력 발생부(121)에서 발생되는 양력이 증가된다.

또한, 날개(120)는 양력 발생부(121)의 트레일링 에지(T)에서 절곡된 직선부(123b)로 인하여 양력 발생부(121)의 트레일링 에지(T) 부위에서 발생되는 박리현상(Separation)이 저하되도록 트레일링 에지(T)에서 절곡되는 직선부(123b)에 유 체가 통과되는 슬롯(123a)이 형성된다. 이에 따라, 양력 발생부(121)의 타면(121b)을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체가 슬롯(123a)을 통한 후, 양력 발생부(121)의 일면(121a)을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체와 합류되므로, 박리현상이 저하되어 양력 발생부(121)의 양력이 증가된다.

다음으로, 회전체(110)로 유입되는 유체를 감소 및 증가시키는 유체유도기(130)를 도 2, 도 7 및 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체유도기의 요부확대 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체유도판 및 제1 구동부재의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 2, 도 7 및 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 유체유도기(130)는 회전체(110)의 상측 및 하측에 각각 위치되는 상/하판(131, 133)과, 이 상/하판(131, 133) 사이에 마련되는 유체유도판(135) 및 이 유체유도판(135)을 회동시키는 제1 구동부재(137)를 포함한다.

유체유도기(130)의 상판(131)은 발전기(10)의 회전축(11)에 지지되도록 중앙부에 회전축(11)이 베어링을 통해 결합되는 결합구멍(131a)이 형성되고, 하판(133)은 중앙부에 회전체(100)의 하단부가 위치되도록 수용구멍(133a)이 형성된다. 즉, 유체유도기(130)는 수용구멍(133a)의 내측에 회전체(110)가 위치되도록 상판(131)이 발전기의 회전축(11)에 회전가능하게 결합되고, 하판(133)이 발전기(10)의 상단부에 설치된다.

유체유도판(135)은 상판(131)과 하판(133) 사이를 통해 회전체(110)로 유입 되는 유체를 감소 및 증가시킬 수 있도록 상판(131)과 하판(133) 사이에 회동가능하게 설치된다. 유체유도판(135)은 일측이 상/하판(131, 133)의 중심부에 근접되는 부위에 위치되고 타측이 상/하판(131, 133)의 외주연과 근접되는 부위에 위치되도록 상/하판(131, 133) 사이에 설치된다. 그리고 유체유도판(135)의 일측 상단 및 하단은 상판(131) 및 하판(133)에 각각 회동가능하게 결합되어 있다.

또한, 유체유도판(135)은 제1 구동부재(137)에 의하여 회동되며, 제1 구동부재(137)에 의하여 원활하게 회전될 수 있도록 상단 및 하단에 상판(131) 및 하판(133)에 접촉되는 롤러(139)가 각각 마련된다. 그리고 롤러(139)가 접촉되는 상판(131) 및 하판(133)에는 가이드 홈(131b, 133b)이 각각 형성되며, 가이드 홈(131b, 133b)은 롤러(139)가 상판(131) 및 하판(133)에서 접촉되어 회동되는 궤적을 따라 형성된다.

제1 구동부재(137)는 유체유도판(135)의 회동중심인 일측 상단 및 하단에 각각 마련되어 있는 제1 회전축(137a)과, 유체유도판(135)의 하단에 마련된 제1 회전축(137a)에 축결합되는 제1 종동기어(137b)와, 이 제1 종동기어(137b)에 치합되며 제1 구동모터(137c)에 의하여 정/역회전되는 제1 원동기어(137d)를 포함한다. 이때, 제1 회전축(137a)이 결합되는 유체유도판(135)의 하단부에는 제1 종동기어(137b)가 설치되도록 공간부가 형성된다.

제1 구동부재(137)의 제1 종동기어(137b)는 하판(133)의 상측에 위치되도록 제1 회전축(137a)에 축결합되며, 제1 구동모터(137c)는 하판(133)의 하면에 장착되어 그 구동축이 하판(133)에 관통되어 제1 원동기어(137d)에 축결합된다.

본 실시예에 따른 유체유도기(130)는 제2 구동부재(140)에 의하여 회전체(110)를 중심으로 회전된다. 제2 구동부재(140)는 유체유도기(130)의 하판(133) 외주면에 형성되는 랙(Rack)(141)과, 하판(133)을 회동시킬 수 있도록 랙(141)에 맞물리는 피니언기어(143) 및 이 피니언기어(143)를 정/역 회전시키는 제2 구동모터(145)를 포함한다. 제2 구동모터(145)는 발전기(10)에 장착된다.

한편, 본 실시예에서는 유체유도기(130)의 유체유도판(135)이 회전체(110)의 외측을 따라 일정간격으로 6개 형성되는 것이 도시되어 있지만, 도 12에 도시된 것과 같이 일측방향으로 3개가만 형성할 수도 있다. 그리고 어느 하나의 유체유도판(135)의 길이를 다른 유체유도판(135)의 길이보다 길게 형성할 수도 있다.

지금부터는 상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차로 유도되는 유체의 흐름을 나타낸 유체흐름도이다.

먼저, 도 3, 도 7 및 도 9를 참조하면, 유체유도판(135)을 통해 회전체(110)로 유입되는 유체가 증가되도록 제1 구동모터(137)를 정회전시키면, 상호 이웃하는 유체유도판(135)의 사이가 넓어지면서 회전체(110)로 유입될 수 있는 유체의 유입면적이 넓어져 회전체(110)로 유도되는 유체의 양이 증가된다.

그리고 유체유도판(135)을 거쳐 회전체로 유입되는 유체가 날개(120)에 부딪치면서 유체의 운동에너지가 회전체(110)로 전달된다. 이때, 유체가 날개(120)에 부딪친 후, 유체관통구멍(120a)을 통해 흘러나가게 되므로, 흐르는 방향이 전환되 어 날개(120)의 외측으로 유도되는 역류유체가 감소하게 된다. 또한, 유체관통구멍(120a)을 통해 흘러나간 유체는 그 다음에 위치되는 날개(120)에 운동에너지를 전달하게 되므로, 회전체(110)의 회전력이 더욱 증가하게 된다.

즉, 날개(120)의 유체관통구멍(120a)에 의하여 회전체(110)의 외측으로 발생되는 역체역류는 감소되고, 날개(120)로 유도 되는 유체가 증가하게 되어 날개(120)에 전달되는 유체의 운동에너지가 증가되는 것이다.

더하여, 날개(120)의 양력 발생부(121) 양면으로 유체가 유입되어 흐를 때 발생되는 일면(121a)과 타면(121b)의 압력차에 의하여 곡률이 큰 일면(121a)측 방향으로 양력이 발생되면서 회전체(110)의 회전방향으로 회전력이 더 증가하게 된다. 즉, 유체가 날개(120)에 부딪치면서 회전력이 발생될 때, 유체의 흐름에 의하여 날개(120)의 양력 발생부(121)에서도 회전체(110)의 회전방향으로 양력이 발생되므로, 회전체(110)의 회전력이 더욱 증가된다.

또한, 양력 발생부(121)의 타면(121b)을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체가 슬롯(123a)에 통된 후, 양력 발생부(121)의 일면(121a)을 거쳐 트레일링 에지(T)로 유도되는 유체와 합류되므로, 양력 발생부(121)에서 발생되는 박리현상이 저하되어 양력 발생부(121)의 양력이 증가된다.

한편, 태풍과 같이 유체의 속도가 지나치게 강한 경우에는 도 9의 이점쇄선으로 도시되어 있는 것과 같이, 제1 구동모터(137c)를 역회전시켜 유체유도판(135)을 회전체(110)측으로 회동시켜 유체가 회전체(110)로 유입될 수 있는 면적을 최소화 시킨다. 그러면, 유체가 회전체(110)로 유입될 수 있는 면적이 적어져 회전 체(110)로 유입되는 유체의 세기가 약해지게 되므로, 회전체(110)가 고속회전으로 인하여 파손되거나, 변형되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

다음으로 도 13 내지 15를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기용 풍차를 상세하게 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전기용 풍차를 설명함에 있어 일 실시예와 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 번호를 사용하며, 그 구체적인 설명은 생략한다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 및 회동날개의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회동날개가 프레임에서 회동된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부재의 구성을 나타낸 측면도이다.

도 13 내지 16을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체(200)는 발전기의 회전축(11)에 결합되는 허브(210)와, 허브(210)의 외면에 일정간격으로 결합되는 복수개의 프레임(220)과, 이 프레임(220)의 유체관통구멍(221)을 개폐시키는 회동날개(230)와, 유체에 의하여 프레임(220)및 회동날개(230)가 파손되는 것이 방지되도록 프레임(220)의 상단 및 하단에 각각 결합되는 상부 지지부재(240) 및 하부 지지부재(250)을 포함한다.

프레임(220)은 중앙부가 길이방향을 따라 절곡되어 절곡부위를 기준으로 일측부 및 타측부에 유체가 관통되도록 유체관통구멍(221)이 각각 형성되며, 상기 일 측부의 단부가 허브(210)에 접합된다.

회동날개(230)는 프레임(220)의 타단부에 형성되는 유체관통구멍(221)을 개폐할 수 있도록 상단부에 결합구멍(231a)이 형성되는 결합부(231)가 형성된다. 프레임(220)의 결합부(231)는 힌지축(225)을 통해 프레임(220)에 마련되는 결합리브(223)에 회동가능하게 결합된다. 결합리브(223)에는 결합부(231)의 결합구멍(231a)에 정렬되는 관통구멍(223a)이 형성된다.

또한, 회동날개(230)는 표면을 흐르는 유체에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되며, 그 일면이 타면에 비하여 더 큰 곡률을 가지도록 형성된다.

프레임(220)의 유체관통구멍(221)을 개폐시키는 회동날개(230)는 유체흐름에 의하여 원활하게 회동될 수 있도록 탄성부재(260)에 의하여 지지된다. 탄성부재(160)는 힌지축(225)의 일단에 마련되는 구동판(261)과, 이 구동판(261)을 탄성지지지하는 인장스프링(263)과, 인장스프링(263)이 연결되는 조절볼트(265)와, 조절볼트(265)가 설치되도록 프레임(220)에 마련되는 고정판(267)을 포함한다.

인장스프링(263)의 일단은 구동판(261)에 연결되고 타단은 조절볼트(265)에 연결된다. 조절볼트(265)는 인장스프링(263)의 탄성이 조절되도록 회전을 통해 고정판(267)에서 이동되면서 인장스프링(263)을 인장 또는 압축시킨다.

상기와 같이 구성되어 있는 탄성부재(260)에 의하여 회동날개(230)가 타면측으로 일정한 탄성을 받으면서 프레임(220)에서 용이하게 회동된다. 구체적으로, 회동날개(230)가 인장스프링(263)의 압축력에 의하여 타면측으로 일정한 탄성을 받으 므로, 유체가 회동날개(230)의 일면으로 유입될 때 회동날개(230)가 보다 용이하게 회동되면서 유체관통구멍(221)을 개방하게 된다. 또한, 조절볼트(265)에 의하여 인장스프링(263)의 장력이 조절되므로, 유체흐름의 세기에 따라 회동날개(130)의 프레임(220)에서 회동되는 것이 보다 세밀하게 조정된다.

즉, 유체의 흐름이 약하면 조절볼트(265)를 회전시켜 인장스프링(263)을 인장시켜 회동날개(230)에 인장스프링(263)의 인장력이 크게 작용되도록 하여 약한 유체의 흐름에도 회동날개(130)가 용이하게 개방되도록 한다. 그리고 유체의 흐름이 강해지면, 조절볼트(265)를 회전시켜 인장스프링(263)을 압축시킴으로써, 회동날개(230)에 작용하는 인장스프링(263)의 장력이 작아지게 하여 회동날개(230)가 보다 큰 힘을 받아야 회동될 수 있도록 한다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 회전체(200)는 유체가 회전체로 유입될 때 회전축(11)을 중심으로 대칭되는 위치의 회동날개(230) 중 일면에 유체가 부딪치는 어느 하나의 회동날개(230)는 프레임(220)의 유체관통구멍(221)을 밀폐시키고, 타면에 유체가 부딪치는 다른 하나의 회동날개(230)는 유체의 흐름에 의하여 회동되면서 프레임(220)의 유체관통공(221)을 개방시킨다. 이에 따라 유체의 흐름에 의하여 회전체(200)의 회전 반대 방향으로 힘을 받는 회동날개(230)가 회동되면서 유체관통구멍(121)이 개방되므로, 유체흐름에 대한 저항이 감소하게 되어 회전체(200)의 회전력이 더욱 증가하게 된다.

더하여, 유체가 회동날개(230)의 양면을 따라 흐를 때 회전체(200)의 회전방향으로 양력이 발생되어 회전체(200)의 회전력이 더욱 증가하게 된다.

본 실시예들에서는 풍차(100)가 유체의 흐름에 의하여 회전되는 것을 예를 들어 설명하고 있지만, 풍차(100)를 바다에 설치하면 조류의 힘으로도 풍차(100)를 작동시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차가 설치된 상태를 나타낸 풍력 발전기의 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차의 구성을 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 구성을 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개의 구성을 나타낸 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체유도기의 요부확대 평면도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체유도판 및 제1 구동부재의 구성을 보다 구체적으로 도시한 측면도이다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기용 풍차로 유도되는 유체의 흐름을 나타낸 유체흐름도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체유도기의 변형된 예를 나타낸 평면도이다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전체의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 및 회동날개의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회동날개가 프레임에서 회동된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄성부재의 구성을 나타낸 측면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ♠

100 : 풍차 110 : 회전체

111 : 허브 115 : 상부 지지부재

117 : 하부 지지부재 120 : 날개

121 : 양력 발생부 123 : 유체관통부

130 : 유체유도기 131 : 상판

133 : 하판 135 : 유체유도판

137 : 제1 구동부재 140 : 제2 구동부재

Claims (17)

1. 발전기의 회전축에 결합되는 허브; 및

   대응되는 양면이 비대칭 유선형을 가지도록 일면이 타면에 비해 큰 곡률을 가지며 상기 일면 및 상기 타면의 유체의 흐름에 의해 상기 일면에 양력이 발생되는 양력 발생부와, 상기 양력 발생부에서 연장되어 상기 허브에 접합되며 상기 양력 발생부로 유입되는 유체가 통과되도록 유체관통구멍이 형성되는 유체관통부로 구성되는 날개를 포함하며,

   상기 날개는 상기 트레일링 에지와 상기 유체관통구멍 사이에 상기 트레일링 에지에서 절곡된 직선부가 형성되는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
2. 발전기의 회전축이 회전되도록 상기 회전축에 결합되는 허브;

   중앙부가 길이방향을 따라 절곡되어 절곡부위를 기준으로 일측부 및 타측부에 유체가 관통되도록 유체관통구멍이 각각 형성되며, 상기 일측부의 단부가 상기 허브의 외면에 결합되도록 상기 허브에 일정간격으로 결합되는 복수개의 프레임;

   상기 프레임으로 유체가 유입될 때 유체가 유입되는 방향에 따라 상기 프레임의 타단부의 유체관통구멍이 일측 방향으로만 개폐되도록 상기 프레임의 타측부에 회동가능하게 설치되며, 표면을 흐르는 유체의 흐름에 의하여 양력이 발생되도록 대응되는 양면이 비대칭 유선형으로 형성되는 회동날개; 및

   상기 회동날개가 유체에 의하여 상기 프레임에서 원활하게 회동될 수 있도록 상기 회동날개를 상기 회동날개의 타면방향으로 탄성지지하는 탄성부재;

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 직선부에는 상기 양력 발생부의 트레일링 에지로 유입되는 유체가 통과할 수 있도록 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 날개의 상단 및 하단에는 상부 지지부재 및 하부 지지부재가 각각 구비되며, 상기 상부 지지부재와 상기 하부 지지부재의 외측에는 상기 날개로 유입되는 유체의 양을 감소 및 증가시킬 수 있도록 유체유도기가 마련되는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 유체유도기는

   상기 허브의 상측에 마련되는 상판;

   상기 허브의 하측에 마련되는 하판; 및

   상기 상판과 하판 사이에 회동가능하게 마련되어 상기 상판과 상기 하판 사이를 통해 상기 상부 지지부재 및 하부 지지부재 사이로 유입되는 유체를 감소 및 증가시키는 유체유도판;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 유체유도기는 상기 유체유도판을 회동시키는 제1 구동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 구동부재는

   상기 유체유도판의 상단 및 하단에 마련되어 상기 상판 및 하판에 회전가능하게 결합되는 제1 회전축;

   상기 제1 회전축에 결합되는 제1 종동기어;

   상기 제1 종동기어를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 종동기어에 치합되는 제1 원동기어; 및

   상기 하판에 마련되어 있으며, 상기 제1 원동기어가 정/역 회전되도록 결합되어 있는 제1 구동모터;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 유체유도기를 회전시킬 수 있도록 상기 발전기에 마련되는 제2 구동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 구동부재는

    상기 하판의 외주면에 형성되는 랙(Rack);

    상기 하판을 회동시킬 수 있도록 상기 랙과 맞물리는 피니언기어; 및

    상기 피니언기어를 회전시키는 제2 구동모터;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
11. 제 6 항에 있어서,

    상기 유체유도판의 상단 및 하단에는 상기 상판 및 하판에 접촉되는 롤러가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 상판 및 하판에는 상기 롤러가 가이드되도록 상기 롤러가 회동되는 궤적을 따라 가이드 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
13. 제 2 항에 있어서,

    상기 프레임에는 상기 회동날개가 장착되도록 관통구멍이 형성된 결합리브가 돌출 형성되고, 상기 회동날개의 상단에는 상기 관통구멍에 정렬되는 결합구멍이 형성된 결합부가 형성되며, 상기 결합부는 상기 관통구멍 및 결합구멍에 삽입되는 힌지축에 의하여 상기 결합리브에 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
14. 삭제
15. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성부재는

    상기 회동날개의 회전중심에 결합되어 상기 회동날개와 함께 회전되는 구동판;

    상기 프레임에 마련되는 고정판;

    상기 고정판에 이동가능하게 체결되는 조절볼트; 및

    일단은 상기 구동판에 연결되고 타단은 상기 조절볼트에 연결되며 상기 조절볼트의 이동을 통해 장력이 조절되는 인장스프링;

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기용 풍차.
16. 삭제
17. 삭제

Images