KR101227889B1 - 공중풍력발전용 회전체 및 그 날개구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부양체의 표면에 용이하게 날개체를 구성할 수 있고, 접합부를 형성하지 않아 내구성이 뛰어나며, 날개구조물의 교체 및 보수가 용이한 구조의 공중풍력발전용 회전체를 제공하는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 회전축을 구비하고 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체와, 상기 부양체의 외주면 둘레에 설치되어 풍력에 의해 상기 부양체가 상기 회전축을 중심축으로 회전되도록 하는 날개구조체를 포함하는 공중풍력발전용 회전체에 있어서, 상기 날개구조체는 상기 회전축을 중심으로 상기 부양체의 둘레에 감기는 벨트형상으로 형성되고, 상기 날개구조체가 상기 부양체에 고정되고 해체될 수 있도록 상기 회전축 양단에 결합 및 분리될 수 있는 고정수단이 상기 날개구조체의 양측에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체를 제공한다.

Description

공중풍력발전용 회전체 및 그 날개구조체{Rotating device for aerial wind power generating system and blade structure for the same}

본 발명은 공중에서 풍력발전하는 회전체에 관한 것으로, 구체적으로는 부양체의 둘레에 풍력을 받아 회전하는 날개구조체를 벨트형상으로 감아 설치하고, 풍력을 받아 공중에서 부양체가 회전되어 전기를 생산하는 공중풍력발전용 회전체와 그 날개구조체에 관한 것이다.

풍력발전은 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 그 기계적 에너지를 이용하여 전력을 얻어내는 시스템이다. 따라서, 풍력발전의 효율성을 높이기 위하여 지속적으로 일정속도 이상의 풍력이 발생하는 영역에 풍력발전기를 설치할 필요가 있다.

이와 같은 관점에서, 최근 풍력발전장치를 지상으로부터 수십 내지 수백미터 이상 높은 공중에 설치하여 발전하고자 하는 시도가 있어 왔다. 그와 같은 높이에서는 지상보다 품질 좋은 풍력을 활용할 수 있으므로 기구를 이용하여 발전기를 고공에 체류시키면서 풍력발전을 하도록 구성하고 있다.

도 1은 종래 공중풍력발전을 위한 회전체의 일례를 도시하고 있다. 도 1에서 도시하고 있는 종래의 공중풍력발전용 회전체는 부양체(1)의 중심부를 지나는 중심축(7)이 설치되고, 상기 중심축의 단부에는 발전기(4)가 설치되어 중심축(7)의 회전에 따라 발전이 이루어진다.

한편, 상기 부양체(1)의 중간부에는 날개형성을 위하여 상기 중심축(7)을 중심으로 한 돌출테(3)가 부양체(1)의 둘레를 따라 방사방향으로 설치되어 있고, 상기 돌출테(3)와 부양체(10)의 표면에 부착된 날개체(2)가 부양체의 둘레를 따라 한방향으로 경사지도록 형성되어 있다.

따라서, 상기 날개체(2)가 풍력을 받음으로써 부양체(1)는 일방향으로 회전하게 되고 그 회전력이 발전기(4)에 전달됨으로써 발전이 이루어진다. 상기 발전기(4)에서 발전한 전기는 케이블(6)을 따라 설치된 송전선을 통하여 지상으로 송전되게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 공중풍력발전용 회전체는 상기 날개체(2)를 부양체(1)의 표면에 직접 부착하는 구조이므로 날개 부착부위가 지속적으로 동적부하를 받게 되어 피로에 의한 파손 등으로 내구성이 약한 문제가 있다. 또한, 날개체(2)를 부양체(1)의 표면에 부착하는 작업도 제작상 어려움이 있다.

또한, 상기 날개체(2)를 견고하게 부착하기 위하여 부양체(1)도 견고하게 제작되어야 하나, 그 경우 부양체의 자중이 증가하게 되므로 고가의 부양가스를 더 많이 주입해야 하고, 부양체(1) 자체의 제조비용도 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 부양체의 표면에 용이하게 날개체를 구성할 수 있고, 접합부를 형성하지 않아 내구성이 뛰어나며, 부양체에 형성되는 날개구조물의 교체 및 보수가 용이한 구조의 공중풍력발전용 회전체 및 그 날개구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 풍력발전효율이 우수한 공중풍력발전용 회전체 및 그 날개구조체를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회전축을 구비하고 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체와, 상기 부양체의 외주면 둘레에 설치되어 풍력에 의해 상기 부양체가 상기 회전축을 중심축으로 회전되도록 하는 날개구조체를 포함하는 공중풍력발전용 회전체에 있어서, 상기 날개구조체는 상기 회전축을 중심으로 상기 부양체의 둘레에 감기는 벨트형상으로 형성되고, 상기 날개구조체가 상기 부양체에 고정되고 해체될 수 있도록 상기 회전축 양단과 연결 및 분리될 수 있는 고정수단이 상기 날개구조체의 양측에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체를 제공한다.

상기 날개구조체는 상기 부양체의 둘레에 감기는 한 쌍의 평행한 날개설치케이블이 설치되고, 상기 한쌍의 평행한 날개설치케이블의 사이에 풍력을 받는 날개체가 사다리모양으로 다수개 고정되어 상기 벨트형상을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 한편으로, 상기 날개구조체는 상기 부양체의 둘레에 감기는 날개설치패드가 설치되고, 상기 날개설치패드의 길이방향을 따라 날개체가 다수개 고정되어 상기 벨트형상을 구성하는 것을 다른 특징으로 한다.

상기 고정수단은 상기 회전축의 양단에 고정된 날개지지체와, 상기 날개지지체와 상기 날개구조체를 연결하는 날개고정케이블을 포함하는 것을 또한 특징으로 한다.

상기 날개구조체에는 상기 부양체 둘레를 따라 등간격으로 상기 날개고정케이블과 연결되는 복수의 연결지점이 형성되고, 상기 날개고정케이블은 각각 상기 연결지점을 꼭지점으로 하는 이등변삼각형의 동일한 양쪽 변을 이루도록 2가닥으로 상기 연결지점과 상기 날개지지체를 연결하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 날개지지체는 십자형태로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 날개구조체는 일단에서 "ㄷ"자 형상의 모서리를 가지고 타단에서 직선의 모서리만을 형성하는 안착프레임과; 상기 일단에서 개방부를 가지도록 상기 안착프레임과 접합되어 포켓형상을 형성하는 유연성날개막;을 구비하는 다수의 날개체를 포함하고, 상기 다수의 날개체는 상기 벨트형상의 길이방향을 따라 상기 개방부가 모두 동일한 길이방향을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 안착프레임의 상기 타단이 풍향을 향하면, 상기 유연성날개막은 상기 안착프레임의 표면에 밀착되는 것이 바람직하다.

다른 관점에서 본 발명은 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체와, 풍력을 이용하여 상기 부양체를 회전축을 중심으로 회전시키기 위하여 상기 부양체의 둘레에 감아 설치하기 위한 벨트형상의 날개구조체로서, 상기 날개구조체는 일단에서 "ㄷ"자 형상의 모서리를 가지고, 타단에서 직선의 모서리만을 형성하는 안착프레임과, 상기 일단에서 개방부를 가지도록 상기 안착프레임과 접합되어 포켓형상을 형성하는 유연성날개막을 포함하는 다수의 날개체를 포함하되, 상기 다수의 날개체는 상기 벨트형상의 길이방향을 따라 상기 개방부가 모두 동일한 길이방향을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 날개구조체를 제공한다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명은 날개구조체를 부양체에 직접 부착하지 않고 지지하는 구성이므로 접합부위의 파손 등의 문제가 발생하지 않고, 내구성을 높일 수 있다.

둘째, 본 발명은 날개구조체를 부양체로부터 쉽게 분리할 수 있는 구조이므로 파손이 쉬운 날개체 부분을 용이하게 교체 및 보수할 수 있다.

셋째, 본 발명의 날개구조체를 고정하는 구조는 날개고정케이블이 날개구조체의 일지점과 회전축의 날개지지체를 이등변삼각형의 형상이 되도록 고정하고 있으므로 부양체 표면에서 날개구조체의 미끄럼 등 유동이 발생하지 않는다 또한, 다수의 연결지점을 통해서 상기와 같은 고정구조가 형성되므로 어느 하나의 날개고정케이블이 끊어지더라도 고정상태가 견고히 유지될 수 있다.

넷째, 본 발명의 포켓형상의 날개체는 회전축 주위를 선회하면서 풍력에 의하여 회전저항을 발생시키는 영역에서는 날개를 접어 회전저항을 최소한도로 줄이고, 풍력에 의해 회전력을 발생시키는 영역에 진입하면 풍력에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 신속하게 최대범위까지 날개를 펼칠 수 있다. 이에 따라, 발전효율을 증대시키는 구조이다. 또한, 날개막의 자중이 크지 않고 안착프레임도 얇게 구성할 수 있으므로, 날개막의 크기 조절이 비교적 용이하여 날개를 크게 형성하기 쉽다.

도 1은 종래 공중풍력발전용 회전체의 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중풍력발전용 회전체을 도시하는 측면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중풍력발전용 회전체를 풍력을 받는 정면에서 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 날개구조체의 구성도
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 날개체의 작용설명도

본 발명에 따른 공중풍력발전용 회전체의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공중풍력발전용 회전체을 도시하는 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공중풍력발전용 회전체를 풍력을 받는 정면에서 도시한 단면도이다. 참고로, 도 3은 구성에 대한 이해를 돕기 위하여 날개구조체(20)와 날개고정케이블(32)이 함께 나타나도록 도시한 것이므로 도 2와 상기 구성요소의 위치에 다소 차이가 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 공중풍력발전용 회전체는 회전축(15)을 구비하고 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체(10)와, 상기 부양체(10)의 외주면 둘레에 설치되어 풍력에 의해 상기 부양체(10)가 상기 회전축(15)을 중심축으로 회전되도록 하는 날개구조체(20)를 포함한다.

상기 부양체(10)는 통상의 기구(氣球)의 구조를 가지는 것으로, 속이 빈 공모양의 표피가 형성되고, 그 내부에 대기중에서 부양력을 가지는 가스 예컨대, 헬륨이 충진되어 있는 구조이다. 부양체(10)의 전체적인 형상은 구형상이 바람직하나, 상기 회전축(15)을 가지고 회전할 수 있는 형상이라면 원기둥 형상 등으로 변형할 수 있음은 물론이다.

상기 회전축(15)은 부양체(10)의 중심부를 가로지르도록 설치되어 있고, 상기 부양체(10)와 함께 회전하도록 결합되어 있다. 부양체(10)의 회전에 따라, 상기 회전축(15)이 회전하게 되므로 회전하지 않고 자세를 유지하는 발전기(40)에 회전력을 전달하게 된다.

도 3에는 상기 회전축(15)이 중심을 가로지르는 긴 봉체의 형상으로 구성되어 있으나, 공중에 부양되는 부양체(10)는 통상 수십m의 크기를 가지므로, 그 회전축(15)의 중량이 부양체(10)에 부담이 될 수 있고, 부양체(10) 내부에서 회전축(15)을 지지하기 위해 별도의 지지부재가 필요하게 되는 문제가 있다. 따라서, 도 3에 도시된 회전축(15)에서 중간부분을 제거하고 회전축(15)의 양단부만이 부양체(10)에 고정되어 발전기(40)와 회전축지지체(50)에 연결되는 것도 가능하다.

상기 날개구조체(20)는 풍력을 받아 부양체(10)가 회전하도록 한다. 상기 날개구조체(20)는 통상의 풍력발전용 날개구조와 같이 풍력에 대하여 회전축(15)을 중심으로 일측에서 항력을 많이 받고, 180도 회전한 위치인 타측에서는 항력을 상대적으로 작게 받아 회전축(15)이 일방향으로 회전하도록 날개를 형성한다. 본 실시예에서 상기 날개구조는 상기 양측에서의 항력의 차이가 보다 크게 발생하여 동일 풍력에 대한 발전효율이 매우 높은 날개구조를 채용하고 있고, 그 구체적인 날개체(21)의 구조는 후술한다.

상기 날개구조체(20)는 상기 회전축(15)을 중심으로 하는 상기 부양체(10)의 둘레에 감길 수 있는 벨트형상이다. 벨트형상의 날개구조체(20)는 부양체(10)의 둘레에 감긴 후 양 끝단을 서로 연결하여 체결함으로써 환형의 벨트형상을 구성한다. 그리고, 상기 날개구조체(20)는 부양체(10)의 표면에 접착되지 않고, 별도의 고정수단(30)에 의해 부양체(10)에 고정되고, 고정수단(30)을 해체함으로서 부양체(10)로부터 분리된다. 즉, 벨트형상으로 구성된 날개구조체(20)를 부양체(10)의 표면에 감은 후 회전축(15)의 양단에 고정된 날개지지체(31)와, 그 날개지지체(31)와 상기 날개구조체(20)를 연결하는 날개고정케이블(32)을 고정수단(30)으로 이용하고 있다. 상기 날개지지체(31)는 회전축(15)에 고정 및 이탈될 수 있고, 그 형상은 십자형으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 날개지지체(31)와 날개고정케이블(32)은 서로 연결 및 분리가 자유로운 공지된 체결수단(볼트 및 너트의 결합 등)을 이용하여 결합된다.

도 4는 본 실시예의 날개구조체(20)의 구성을 구체적으로 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 날개구조체(20)는 상기 부양체(10)의 둘레에 감길 수 있는 한 쌍의 평행한 날개설치케이블(24)이 설치되고, 상기 한 쌍의 평행한 날개설치케이블(24)의 사이에 날개체(21)가 사다리모양으로 다수개 고정되어 상기 벨트형상을 구성한다. 상기 날개체(21)는 안착프레임(23)이 포함되어 있으므로 마찰에 의한 부양체(10) 표면의 손상을 방지하기 위하여 하면에 탄성고무 재질의 날개설치패드(26)를 설치하고 그 상면에 날개체(21)를 부착하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 날개설치케이블(24)과 날개설치패드(26)는 동시에 구비되어야 하는 것은 아니고, 한 쌍의 평행한 날개설치케이블(24)만을 설치하고 그 사이에 날개체(21)를 길이방향을 따라 배열하거나, 날개설치케이블(24)이 없이 날개설치패드(26)만을 길게 설치하고 그 상면에 날개체(21)를 고정하여 날개구조체(20)를 구성하는 것도 가능하다. 상기 날개설치케이블(24) 또는 날개설치패드(26)는 다수의 날개체(21)를 연결하여 벨트형상을 형성하기 위해 필요한 연결수단이 된다.

도 4의 X-X단면의 확대도에서는 2개의 날개체(21)가 병렬된 형태를 도시하고 있으나, 하나의 날개체(21)로 구성하는 것도 가능하다.

한편, 벨트형상의 날개구조체(20)의 양측면에는 날개구조체(20)를 부양체(10) 표면에서 고정하기 위하여 날개고정케이블(32)이 설치된다. 상기 날개고정케이블(32)은 양측에 각각 복수개의 연결지점(28)에 설치되는 것으로, 부양체(10)의 둘레에서 90도 간격으로 설치되도록, 날개구조체(20)의 양측의 각각 4개 연결지점(28)에 설치되는 것이 바람직하다. 날개고정케이블(32)은 회전축(15)의 양측에 고정되는 날개지지체(31)에 팽팽하게 연결됨으로써 날개구조체(20)가 부양체(10)에 고정된다. 날개지지체(31)는 회전축(15)에 대하여 회전하지 않고 회전축(15)과 함께 고정된다.

그와 같은 고정구조는 도 2에 보다 구체적으로 도시되어 있다.

상기 날개구조체(20)는 부양체(10)에 감긴상태에서 90도간격으로 4개의 연결지점(28)에서 날개고정케이블(32)이 날개지지체(31)에 연결되되, 각 연결지점(28)에서는 각각 2가닥의 날개고정케이블(32)이 연결되어 있다.

상기 날개고정케이블(32)은 상기 연결지점(28)을 꼭지점으로 하는 이등변삼각형의 동일한 양쪽 변을 이루고 있다.

한편, 상기 날개지지체(31)는 십자형태로 구성되고, 상기 십자형태의 4개의 가지 중 서로 반대로 뻗어 있은 양쪽 가지가 상기 이등변삼각형의 밑변을 이루도록 날개고정케이블(32)이 연결된다. 예컨대, 상기 이등변삼각형은 2개의 날개고정케이블(32a,32b)과 십자형태의 4개 가지 중 2개의 가지(31a,31b)에 의해 이루어진다.

상기 날개지지체(31)는 십자형태에 한정되는 것은 아니고, 원판형상 등의 형상이라 하더라도 날개고정케이블(32)의 연결위치는 십자형태의 경우와 동일한 위치에 설치할 수 있으므로 상기와 같은 날개고정케이블(32)의 연결구조가 형성될 수 있다.

상기와 같은 이등변삼각형을 이루는 연결구조는 날개구조체(20)의 하나의 연결지점(28)을 2개의 날개고정케이블(32a,32b)이 소정의 각도(α)를 가지고 다른 방향으로 당기고 있는 상태이다. 따라서, 상기 연결지점(28)이 부양체(10)의 표면에서 이동되기 위해서는 어느 한쪽 날개고정케이블(32a 또는 32b)의 길이가 더 늘어나야 할 것이나, 양쪽의 날개고정케이블(32a,32b)이 팽팽하게 당겨져 고정되어 있으므로 상기 연결지점(28)이 부양체(10)의 표면을 따라 이동할 수 없다. 따라서, 상기 날개구조체(20)는 부양체(10)의 표면에서 움직임없이 고정된 상태가 될 수 있다. 또한, 상기와 같은 이등변삼각형을 이루는 날개구조체(20)의 고정구조는 다수의 연결지점(28)에서 상기와 같은 고정구조를 이루고 있으므로, 어느 하나의 날개고정케이블(32)이 끊어지더라도 고정상태가 견고히 유지될 수 있다.

상기에서 날개고정케이블(32)은 분해를 위해 제거가능하도록 체결되어 있고, 날개고정케이블(32)이 제거된다면 벨트형상의 날개구조체(20)는 부양체(10)의 표면에서 미끄러질 수 있는 상태이다. 날개고정케이블(32)을 제거하고 날개구조체(20)의 양끝단의 체결을 풀게 되면, 날개구조체(20)는 부양체(10)의 표면에서 분리될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 날개체(21)가 부양체(10)에 접합되지 않으므로 접합부에서의 피로파괴 등의 염려가 없고, 수십m에 이르는 날개체(21)와 부양체(10)를 분리하여 제작할 수 있어 그 제작과정도 용이해 질 수 있다. 또한, 장기적인 사용에 따라 자주 손상될 수 있는 날개구조물을 용이하게 교체할 수 있으며, 부양체(10)를 통상의 기구형상인 구(球)형상으로 구성할 수 있으므로 제작이 매우 간단하고 제작비용도 줄일 수 있다.

참고로, 본 발명의 공중풍력발전용 회전체에는 상기 회전축(15)의 양단을 지지하는 회전축지지체(50)와, 그 지지체(50)와 지상의 고정구조물이 연결되는 지상연결케이블(60)이 설치된다.

상기 회전축지지체(50)는 회전축(15)의 양단을 지지하고 있다. 회전축지지체(50)는 베어링에 의해 회전축(15)을 지지함으로써 회전축(15)이 자유롭게 회전가능하도록 설치되며, 발전기(40)가 회전축지지체(50)에 고정되어 회전축(15)의 회전력을 전달받고 있다.

상기 회전축지지체(50)는 지상연결케이블(60)에 고정됨으로써 회전축(15)과 함께 회전하지 않고 자세가 유지되고 있다.

상기 지상연결케이블(60)은 회전축지지체(50)와 지상의 고정구조물을 연결함으로써 부양체(10)가 바람에 의해 흘러가지 않고 공중의 소정영역에 위치를 유지할 수 있도록 고정하고 있다. 지상연결케이블(60)에는 송전선이 함께 배치됨으로써 발전기(40)로부터 발전된 전기가 지상으로 송전된다.

한편, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 채용되는 날개체(21)의 구조 및 작용을 도시하는 설명도이다.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예의 날개체(21)는 일단에서 오목한 안착공간을 형성하는 단면형상이고, 타단으로 갈수록 상기 오목한 안착공간의 깊이가 점점 얕아져 상기 타단에서 직선의 모서리만을 형성하는 안착프레임(23)과, 상기 일단을 제외한 모든 모서리에서 상기 안착프레임(23)과 접합되어 상기 일단에서 개방부를 가지도록 포켓형상을 형성하는 유연성날개막(22)을 포함하는 포켓형상의 날개체(21)로 구성된다.

상기 안착프레임(23)은 일단에서 오목한 안착공간을 형성하는 단면형상이고, 타단으로 갈수록 상기 오목한 안착공간의 깊이가 점점 얕아져 타단에서 직선의 모서리만을 형성하도록 구성된다. 따라서, 일단(도 5(a)의 전방측)에서의 단면형상은 "ㄷ"자 형상으로 오목하게 들어간 공간이 형성되고, 타단(도 5(a)의 후방측)에서는 오목한 안착공간이 사라지고 평판의 모서리가 남게 된다. 전체적으로는 “ㄷ”자형상의 오목한 안착공간의 깊이가 점점 얕아져 타측의 끝단부에서 오목한 안착공간이 사라지는 형상이다. 상기 안착프레임(23)은 합성수지나 경량의 금속으로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 유연성날개막(22)은 포켓모양의 개방부(27)가 형성된 일단을 제외하고는 유연성날개막(22)의 테두리와 안착프레임(23)의 모서리가 접합되어 있다.

상기 유연성날개막(22)과 상기 안착프레임(23)의 접합은 리벳이나 체결용 끈 등을 활용할 수 있다. 또한, 상기 유연성날개막(22)은 직물, 얇은 고무막 또는 합성수지의 얇은 필름막 등으로 구성되고, 안착프레임(23)으로부터 출몰이 부드럽게 이루어질 수 있도록 매우 유연한 재질을 선택한다.

상기와 같은 다수의 포켓형상의 날개체는 날개구조체(20)의 벨트형상의 길이방향을 따라 개방부(27)가 모두 길이방향의 동일방향을 향하도록 배치된다.

한편, 상기 유연성날개막(22)은 상기 오목한 공간이 가지는 내면의 전체 넓이와 같거나, 그보다 약간 넓게 형성되어 프레임의 안착면에 전체적으로 밀착될 수 있도록 구성한다. 이는 상기 유연성날개막(22)이 풍력을 등지는 경우에는 상기 안착프레임(23)의 내면에 충분히 밀착되도록 하기 위함이다. 만일, 상기 유연성날개막(22)의 넓이가 안착프레임(23)의 오목한 공간의 내면넓이에 미치지 못하면 유연성날개막(22)이 배면에서 풍압을 받더라도 안착프레임(23)과 완전히 밀착된 상태가 될 수 없다. 이에 따라 풍압에 대해 항력을 더 받게 되어 회전에 대한 저항을 유발한다.

도 5(b)는 유연성날개막(22)이 풍압을 받아 안착프레임(23)에 밀착된 상태를 도시하고 있다.

한편, 도 6은 유연성날개막(22)이 안착프레임(23)으로부터 펼쳐지는 작용을 설명하기 위한 작용도이다.

상기 유연성날개막(22)은 도 6에서 도시하는 바와 같이 안착프레임(23)에 밀착된 상태에서도 그 단부에는 "E”부분과 같이 약간의 굴곡이 존재하고, 이에 따라 안착프레임(23)과 유연성날개막(22) 사이에 미소한 공간들이 발생한다. 그러한 공간에 풍압이 작용하면 부풀어 오름으로써 유연성날개막(22)은 갑자기 팽창하고, 점선부분과 같은 상태로 완전히 펼치게 되는 것이다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 부양체(10)의 회전작용을 설명한다.

도 7은 하나의 포켓형상의 날개체(21)가 회전축(15)을 중심으로 회전함에 따라 변화하는 상태를 도시하고 있다.

도 7을 참고하면, "A”위치에 있는 날개체(21)는 바람을 받아 유연성날개막(22)을 완전히 펼친 상태이고, 풍력에너지를 흡수하여 회전축(15)의 회전을 발생시키고 있다.

“A”위치에서 “B”위치로 이동하는 과정에서는 풍향에 대하여 개방부(27)의 각도가 변하게 되고, 부양체(10)의 후면으로 점점 이동하므로 유연성날개막(22)이 받는 항력은 점차 줄어든다.

한편,“B”위치에서 “C”위치로 이동하는 과정에서는 날개체(21)가 부양체(10)의 후면에 위치하기 때문에 풍력을 받지 못하고 회전축(15)의 회전에 기여하지 못한다.

“C”위치에서 “D”위치로 이동하는 과정에서는 유연성날개막(22)의 배면을 타고 흐르는 바람이 유연성날개막(22)을 안착프레임(23) 쪽으로 밀어붙이게 되므로 안착프레임(23)의 내면에 밀착되게 된다. 그러한 밀착된 상태는 풍압이 유연성날개막(22)의 배면을 향해 직접적으로 작용하는 “D"위치까지 날개체(21)가 이동하는 동안 계속 유지된다.

따라서, 날개체(21)가 배면에서 풍력을 받게 됨으로써 회전축(15)에 회전저항을 발생시키는 영역, 즉 "C”에서“D”까지 이동하는 영역에서는 유연성날개막(22)이 최대한 움추려 듦으로써 바람에 대한 항력을 최소화시키고 있다.

특히, 풍력을 받아 부양체(10) 회전에 대한 저항이 가장 크게 발생할 수 있는 위치인 "C”에서“D”사이의 중간영역에서는, 풍향에 대하여 안착프레임(23)이 거의 수평이 되고 유연성날개막(22)은 안착프레임(23)에 밀착되어 있으므로, 바람에 대하여 안착프레임(23)의 두께만큼의 면적에 대하여만 항력을 받는 상태가 된다. 이는 도5의 (b)에 그 상태가 도시되어 있다.

한편, 도 7의 “D”위치에서 “A”위치로 이동하는 과정에서는 날개체(21)의 전면 즉, 개방부(27)가 점차 풍향을 향하여 돌아서게 된다. 이에 따라, 유연성날개막(22)은 순식간에 펼쳐지고 항력을 받는 면적이 돌연 증가하게 되므로 회전축(15)에 큰 회전토크를 발생시킬 수 있다.

상기와 같은 구성의 날개체(21)는 회전에 대한 저항을 발생시키는 영역에서는 유연성날개막(22)이 최대한 움추려듦으로써 저항을 최소화시키고, 풍력으로 회전축(15)에 토크를 발생시키는 영역에서는 신속하게 최대면적으로 유연성날개막(22)을 펼침으로써 발전효율을 높이는 구조이다.

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.

10; 부양체 15; 회전축
20; 날개구조체 21; 날개체
22; 유연성날개막 23; 안착프레임
24; 날개설치케이블 26; 날개설치패드
27; 개방부 28; 연결지점
30; 고정수단 31; 날개지지체
32,32a,32b; 날개고정케이블 40; 발전기
50; 회전축지지체 60; 지상연결케이블

Claims (10)

1. 회전축(15)을 구비하고 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체(10)와,
   상기 부양체(10)의 외주면 둘레에 설치되어 풍력에 의해 상기 부양체(10)가 상기 회전축(15)을 중심축으로 회전되도록 하는 날개구조체(20)를 포함하는 공중풍력발전용 회전체에 있어서,
   상기 날개구조체(20)는
   상기 회전축(15)을 중심으로 상기 부양체(10)의 둘레에 감기는 벨트형상으로 형성되고, 상기 날개구조체(20)가 상기 부양체(10)에 고정되고 해체될 수 있도록 상기 회전축(15) 양단과 연결 및 분리될 수 있는 고정수단(30)이 상기 날개구조체(20)의 양측에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
2. 제1항에 있어서,
   상기 날개구조체(20)는
   상기 부양체(10)의 둘레에 감기는 한 쌍의 평행한 날개설치케이블(24)이 설치되고, 상기 한쌍의 평행한 날개설치케이블(24)의 사이에 풍력을 받는 날개체(21)가 사다리모양으로 다수개 고정되어 상기 벨트형상을 구성하는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
3. 제1항에 있어서,
   상기 날개구조체(20)는
   상기 부양체(10)의 둘레에 감기는 날개설치패드(26)가 설치되고, 상기 날개설치패드(26)의 길이방향을 따라 날개체(21)가 다수개 고정되어 상기 벨트형상을 구성하는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정수단(30)은
   상기 회전축(15)의 양단에 고정된 날개지지체(31)와,
   상기 날개지지체(31)와 상기 날개구조체(20)를 연결하는 날개고정케이블(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
5. 제4항에 있어서,
   상기 날개구조체(20)에는 상기 부양체(10) 둘레를 따라 등간격으로 상기 날개고정케이블(32)과 연결되는 복수의 연결지점(28)이 형성되고, 상기 날개고정케이블(32)은 각각 상기 연결지점을 꼭지점으로 하는 이등변삼각형의 동일한 양쪽 변을 이루도록 2가닥으로 상기 연결지점(28)과 상기 날개지지체(31)를 연결하는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
6. 제5항에 있어서,
   상기 날개지지체(31)는 십자형태인 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 날개구조체(20)는
   일단에서 "ㄷ"자 형상의 모서리를 가지고 타단에서 직선의 모서리만을 형성하는 안착프레임(23)과; 상기 일단에서 개방부(27)를 가지도록 상기 안착프레임(23)과 접합되어 포켓형상을 형성하는 유연성날개막(22);을 구비하는 다수의 날개체(21)를 포함하고,
   상기 다수의 날개체(21)는 상기 벨트형상의 길이방향을 따라 상기 개방부(27)가 모두 동일한 길이방향을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 안착프레임(23)의 상기 타단이 풍향을 향하는 경우, 상기 유연성날개막(22)은 상기 안착프레임(23)의 표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 회전체
10. 대기 중에서 부양하는 기체가 내장된 부양체(10)와, 풍력을 이용하여 상기 부양체(10)를 회전축(15)을 중심으로 회전시키기 위하여 상기 부양체(10)의 둘레에 감아 설치하기 위한 벨트형상의 날개구조체(20)로서,
    상기 날개구조체(20)는
    일단에서 "ㄷ"자 형상의 모서리를 가지고, 타단에서 직선의 모서리만을 형성하는 안착프레임(23)과,
    상기 일단에서 개방부를 가지도록 상기 안착프레임(23)과 접합되어 포켓형상을 형성하는 유연성날개막(22)을 포함하는 다수의 날개체(21)를 포함하되,
    상기 다수의 날개체(21)는 상기 벨트형상의 길이방향을 따라 상기 개방부(27)가 모두 동일한 길이방향을 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공중풍력발전용 날개구조체

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