KR101239625B1 - 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 개의 발전기상에 복수의 수직축 블레이드 결합단을 적층하여 제작함으로써, 편심되지 않은 회전축 제작은 물론 풍력발전장치의 설치와 운반이 용이하고 회전 직경을 줄여서 협소한 장소에도 설치할 수 있으며, 회전 직경이 줄어들더라도 높이를 높여서 높은 출력을 얻을 수 있는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치는, 회전축의 상부와 하부에 각각 설치되는 블레이드 아암의 블레이드 삽입홀에 수직방향으로 블레이드를 삽입 고정시킨 블레이드 결합단; 상기 상부와 하부 블레이드 아암의 중심부 사이에 위치하게 되고, 상단부와 하단부에 각각 결합판이 부착되어 있는 회전축; 상기 블레이드 결합단을 적층시키고, 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축 사이를 결합 고정시키는 연결축 및 최상단 회전축의 상단에 결합되는 상단연결축; 상기 연결축 및 상단연결축에 설치되는 베어링; 상기 적층된 블레이드 결합단의 최하단 회전축의 하단에 부착된 결합판에 결합되어 설치되는 발전기; 상기 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축의 중심축을 상단과 하단에서 각각 고정시키며, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 지지대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 적층식 수칙축 풍력발전장치{Vertical type windpower generation apparatus having plural layer}

본 발명은 수칙축 풍력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 한 개의 발전기상에 복수의 수직축 블레이드 결합단을 적층하여 제작함으로써, 편심되지 않은 회전축 제작은 물론 풍력발전장치의 설치와 운반이 용이하고 회전 직경이 줄어들더라도 높이를 높여서 높은 출력을 얻을 수 있는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치에 관한 것이다.

현대사회는 정보화 사회라고 할 수 있으며 이에 따라 신속하고 빈번한 정보 교환의 필요성이 대두되었고, 이로 인해 이동통신 시스템이 매우 활발하게 개발되어 왔으며, 가장 대표적인 방식이 셀룰러(cellular) 통신방식이라 하겠다. 셀룰러 통신방식은 일정 지역을 소정 개수의 셀로 구분한 후 각 셀마다 해당 영역 내의 통신중계를 위한 기지국을 설치하는 방식이다.

그러나, 이러한 셀룰러 시스템의 경우 셀의 설계방식 및 장애물(산, 건물 등)의 존재 여부에 따라 통화 품질의 차이가 크기 때문에 셀 설계자는 이런 점을 감안하여 최소의 기지국으로 통화 불능지역을 최소화할 수 있도록 셀을 설계하여야 한다. 더군다나, 단말기 사용자들은 언제 어디서나 누구와도 중단없이 통신하기를 원하는데, 기지국의 설치만으로는 이러한 사용자들의 욕구를 완전하게 충족시키기에 한계가 있다. 따라서, 기지국이 커버하는 영역 내의 약신호지역 또는 통화 불능지역에 중계기를 설치하여 통화 품질의 개선을 추구하고 있는 실정이다.

하지만, 중계기는 약신호지역 또는 통화 불능지역에 설치되는 장치이기 때문에 주로 지하상가, 지하철, 산간 도서지역 등에 설치하고 있는데, 이런 중계기가 지하상가나 지하철 등의 지역에 설치되는 경우에는 상용전원의 공급이 원활하게 이루어질 수 있으나, 특히 산간 도서지역에 설치되는 경우에는 중계기의 동작을 위한 구동전원의 공급에 어려움이 많다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 중계기의 전원공급장치로 충전용 배터리를 이용하고는 있으나, 이 경우 해당 중계기를 지속적으로 관리하는 인력이 필요하기 때문에 소비자에게 부과되는 서비스 요금이 상승할 수밖에 없다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 실용신안등록 제419966호 "무급전 중계기의 운용시스템", 특허등록 제791600호 "태양에너지를 이용한 신호 중계시스템 및 중계시스템 제어방법" 등과 같이 중계기에 태양광 집열판을 설치하여 여기서 생산되는 전력을 이용하는 기술이 출현하였으나, 태양에너지를 이용한 중계기의 경우 태양광이 없는 밤이나 흐린 날씨에는 전력을 얻을 수 없어서 안정적으로 전원을 공급하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 중계기에 풍력발전장치를 설치할 경우에는 중계기에 요구되는 출력을 얻으려면 풍력발전장치의 블레이드 직경을 크게 하거나, 직경을 작게 하려면 높이 즉 블레이드의 길이를 크게 해야 한다. 그러나, 블레이드의 길이가 길어지면 설치작업이 매우 불편할 뿐만 아니라 블레이드의 길이가 커짐에 따라 풍력발전기의 편심되지 않은 회전축을 제작하는데 어려움이 있고, 회전시 편심도가 높아져서 심한 진동이 발생하게 되며 수직축 블레이드의 구조적 취약성으로 인해 풍력발전장치의 구조물이 파손되어 발전이 중단될 뿐만 아니라 블레이드가 설치된 회전축이 날아가거나 낙하하여 또 다른 위험과 피해를 야기하는 심각한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 한 개의 발전기상에 복수의 수직축 블레이드 결합단을 적층하여 제작함으로써, 편심되지 않은 회전축 제작은 물론 풍력발전장치의 설치와 운반이 용이하고 회전 직경을 줄여서 협소한 장소에도 설치할 수 있으며, 회전 직경이 줄어들더라도 높이를 높여서 높은 출력을 얻을 수 있는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치는, 회전축의 상부와 하부에 각각 설치되는 블레이드 아암의 블레이드 삽입홀에 수직방향으로 블레이드를 삽입 고정시킨 블레이드 결합단; 상기 상부와 하부 블레이드 아암의 중심부 사이에 위치하게 되고, 상단부와 하단부에 각각 결합판이 부착되어 있는 회전축; 상기 블레이드 결합단을 적층시키고, 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축 사이를 결합 고정시키는 연결축 및 최상단 회전축의 상단에 결합되는 상단연결축; 상기 연결축 및 상단연결축에 설치되는 베어링; 상기 적층된 블레이드 결합단의 최하단 회전축의 하단에 부착된 결합판에 결합되어 설치되는 발전기; 상기 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축의 중심축을 상단과 하단에서 각각 고정시키며, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 지지대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 지지대는, 상기 적층된 블레이드 결합단의 길이보다 길고, 수직방향으로 위치하게 되는 수직부; 상기 수직부의 상단에 위치하는 상단수평부; 상기 수직부의 하단에 위치하는 하단수평부; 상기 수직부의 상단과 하단 사이에서 상기 연결축이 위치하는 높이에 위치하는 중간수평부; 상기 상단수평부의 일단(一端)과, 상단연결축에 설치된 베어링 사이에 체결되어 위치를 고정시키는 상단고정축; 상기 하단수평부의 일단에 상향으로 고정 설치되어, 상기 발전기의 고정축이 관통 삽입되게 되는 하단고정축; 상기 상단수평부와 하단수평부의 타단(他端)에 고정 부착되어, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 결합부재를 구비한다.

바람직하게는, 연결축은 중간에 단(段)이 구비되어 있어서 베어링이 단에 앉혀져 장착되며, 연결축의 상단부와 하단부의 외주에는 나사산이 형성되고 회전축의 상단부와 하단부의 내주면에도 나사산이 형성되어 있어서, 이들 나사산끼리 나사결합하여 연결된다.

바람직하게는, 블레이드 결합단의 최하단 회전축의 하단에 부착된 결합판의 하부에는 상기 발전기 상부와의 결합을 위해 결합홈이 형성되어 있다.

상기와 같은 구성적 특징을 갖는 본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치는, 한 개의 발전기상에 복수의 수직축 블레이드 결합단을 적층하여 제작한 것이기 때문에 회전축의 길이가 짧아서 편심되지 않은 회전축을 제작할 수 있으며, 풍력발전장치를 건물의 옥상이나 길거리에 설치된 중계기 통신탑이나 구조물에 부착할 경우에도 수직으로 설치된 블레이드의 회전 직경이 작기 때문에 부착물(풍력발전장치)이 거리방향으로 돌출되지 않아 설치장소에 제약받지 않으며, 회전 직경이 작더라도 높이(즉, 복수의 수직축 블레이드 결합단의 총 길이)를 높여서 회전 직경이 클 때와 동등한 출력을 얻을 수 있다. 또한, 회전 직경이 작고 수직축 블레이드 결합단 각각의 길이가 길지 않기 때문에 걸이식 수직축 풍력발전장치의 설치와 운반이 매우 편리하다.

도 1은 중계기 통신탑에 본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치를 장착한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3a와 3b ⒜ 내지 ⒟는 적층된 수직축 풍력발전장치의 회전축 연결을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치의 기술적 특징은, 수직축 풍력발전장치에서 블레이드를 블레이드 아암에 형성한 삽입홀에 삽입하여 고정함으로써 블레이드와 블레이드 아암의 결합구조를 개선한 점과, 1개의 발전기상에 복수의 수직축 블레이드 결합단을 적층하여 제작함으로써 회전 직경이 작더라도 높이(즉, 복수의 수직축 블레이드 결합단의 총 길이)를 높여서 회전 직경이 클 때와 동등한 출력을 얻을 수 있다는 점이며, 본 발명의 적층식 수직축 풍력발전장치는 중계기 통신탑 뿐만 아니라 설치장소에 제약을 받을 수 있는 어떤 구조물에도 설치 가능하다.

본 발명의 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치는 기본적으로 복수의 블레이드 결합단(21, 22, 23), 회전축(261, 262, 263), 연결축(264) 및 상단연결축(265), 베어링(27), 발전기(25), 지지대(24) 및 전체를 제어하기 위한 제어부를 구비한다.

제1·2·3단 블레이드 결합단(21, 22, 23)은, 블레이드(29)의 개수에 맞게 방사상으로 형성―블레이드 아암의 형상은 원판 등 다양한 형상으로 해도 상관없음―된 블레이드 아암(28)이 상부와 하부에 배치되고, 각 블레이드 아암(28)의 끝부분에 형성된 블레이드 결합홀에 블레이드(29)를 관통 삽입시켜 고정하며, 상부와 하부 블레이드 아암(28) 사이에는 중공(中空)의 회전축(26)이 구비되어 구성되어 있으며, 블레이드(29)의 개수는 특별히 한정하는 것은 아니며 2∼8개 범위 내에서 필요에 따라 설정한다.

블레이드 아암(28)은 회전축의 상부와 하부에 쌍을 이뤄 설치되며, 블레이드 삽입홀에는 블레이드(29)가 삽입되어 수직방향으로 고정되게 된다. 종래에는 대부분이 블레이드를 블레이드 아암의 단부(端部) 외측면에 부착하여 결합시켜 설치했기 때문에 진동이나 강풍 등에 의해 블레이드가 탈락하는 경우도 있었으나, 본 발명에서는 블레이드(29)를 블레이드 아암(28)에 형성한 블레이드 삽입홀에 삽입한 후에 다시 볼트와 같은 체결수단으로 체결하여 고정시켰기 때문에 어떤 상황에서도 블레이드가 탈락하는 사고가 일어나지 않게 된다.

제1·2·3단 회전축(261, 262, 263)은 중공(中空)의 축으로, 쌍을 이루는 상부와 하부 블레이드 아암의 중심부 사이에 위치하게 되고, 상단부와 하단부에 각각 결합판(261a, 261b, 262a, 262b, 263a, 263b)이 구비되어 있다.

본 발명에서는 3개의 블레이드 결합단이 적층되어 있는 예를 들었는데―적층 수를 특별히 한정하는 것은 아니다― 각 블레이드 결합단의 회전축 사이는 연결축(264)으로 결합 고정되어 있으며, 각 연결축(264)의 상단부와 하단부의 외주면에는 나사산이 형성되고, 각 회전축의 상단부와 하단부―회전축의 상단부와 하단부에 구비된 결합판 외측으로 돌출된 부분―의 내주면에도 나사산이 형성되어 있어서, 이들 나사산끼리 나사결합하여 연결시키며 체결 후 핀을 관통시켜 체결을 보강할 수도 있으며, 또는 회전축과 연결축 자체를 볼트로 관통시켜 결합 고정할 수도 있다. 여기서 회전축이 회전하는 방향과 반대방향으로 나사산을 형성하여 회전축이 회전함에 따라 회전축과 연결축의 조임이 더 강하게 조여지도록 하는 것이 바람직하다.

또한 최상단에 위치하는 회전축(본 발명의 예에서는 3단 회전축인 263을 지칭함)의 상단부에 있는 결합판(263b)에는 상단연결축(265)이 결합되는데, 상단연결축(265)의 하단에도 결합판(265a)을 구비하고 있어서 두 결합판(263b, 265a)끼리 결합 고정한다.

연결축(264)은 중간에 단(段)을 형성해 둠으로써, 베어링(27)을 연결축(264)에 삽입하여 설치할 때 편리하게 할 수 있으며, 상단연결축(265)에도 베어링(27)을 삽입하기 때문에 단을 설치할 수도 있다.

발전기(25)는 수직방향으로 설치되는 1단회전축(261)의 하단에 부착된 결합판(261a)과 그 하부에 있는 블레이드 아암의 중심부 사이에 설치되며, 발전기(25)는 통상적으로 사용되는 것이므로 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다. 또, 1단블레이드 결합단(21)에 구비된 1단회전축(261)의 하단에 부착된 결합판(261a)의 하부에는 발전기(25) 상부와의 결합을 위해 결합홈(도면부호 미지정)을 형성해 두는 것이 바람직한데(도 3a의 ⒜ 참조), 이와 같이 결합홈을 형성해 두면 회전축과 발전기 상부 결합시 중심축 정렬(alignment)작업을 쉽고 정확하게 할 수 있다.

지지대(24)는 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축의 중심축을 상단과 하단 및 중간 부분에서 각각 고정시키며, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 기능을 하는데, 지지대(24)는 수직부(241), 하단 및 상단수평부(242, 243), 중간수평부(244), 하단 및 상단고정축(242a, 243a), 결합부재(245)를 구비한다.

수직부(241)는 적층된 블레이드 결합단의 총 길이보다 길게 형성되어 수직방향으로 위치하게 되는 부분이고, 하단수평부(242)와 상단수평부(243)는 수평부(241)의 하단과 상단에 각각 위치하는 부분이며, 중간수평부(244)는 수직부(241)의 상단과 하단 사이에서 연결축(264)이 위치하는 높이에 위치하는 부분으로, 중간수평부(244)의 단부(端部)에는 연결축(264)에 설치된 베어링의 하우징이 결합 고정되며, 이들 각 수평부는 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축의 중심축을 고정하여 다단 적층식 수직축 풍력발전장치를 고정시키는 역할을 한다.

상단고정축(243a)은 상단수평부(243)의 일단(一端, 회전축이 위치하는 쪽을 지칭함)과 상단연결축(265)에 설치된 베어링 사이를 체결하여 고정시키는 기능을 하고, 하단고정축(242a)은 하단수평부(242)의 일단부(一端部)에 상향으로 고정 설치되는 중공(中空)의 축인데, 하단고정축(242a)으로는 발전기(25)의 고정축이 관통되어 발전기 고정축의 단부(端部)가 하단수평부(242)의 측면에 형성된 볼트구멍을 통해 볼트로 체결되어 고정되게 된다.

결합부재(245)는 상단수평부(243)와 하단수평부(242)의 타단(他端, 회전축이 위치하는 반대쪽을 지칭함)에 각각 고정 부착되어, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 역할을 하는데, 구조물의 형상에 따라 결합부재(245)의 형상도 밴드, 평판 등 다양하게 할 수 있다.

수직축 풍력발전장치에서 기술적으로 중요한 사항은, 조립시 수직으로 설치된 회전축의 중심축 정렬(alignment)이 잘 맞아야 한다는 점과, 블레이드의 회전에 의한 진동이나 강풍 등에 의해 회전축의 중심축이 변위되거나 흔들려서는 안 된다는 것인데, 본 발명에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 회전축 하단과 발전기의 상부를 결합시키면서 결합홈에 의해 중심축 정렬(alignment)을 쉽게 하고, 중간수평부(244)와 상단수평부(243) 등 다수 개소에서 회전축을 고정시킴으로써 회전축의 중심축을 지지대(24)로 확고하게 고정하여 적층된 회전축의 중심축 정렬작업을 쉽게 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 통신탑
20 : 풍력발전장치 21 : 1단블레이드 결합단
22 : 2단블레이드 결합단 23 : 3단블레이드 결합단
24 : 지지대 241 : 수직부
242 : 하단수평부 243 : 상단수평부
244 : 중간수평부 245 : 결합부재
25 : 발전기
26 : 회전축 261 : 1단회전축
262 : 2단회전축 263 : 3단회전축
264 : 연결축 265 : 상단연결축
27 : 베어링
28 : 블레이드 아암 29 : 블레이드

Claims (6)

1. 바람에 의해 블레이드를 회전시켜 발전하는 풍력발전장치를 적층시킨 수직축 풍력발전장치에 있어서, 상기 적층식 수직축 풍력발전장치는,
   회전축의 상부와 하부에 각각 설치되는 방사상으로 형성된 블레이드 아암의 블레이드 삽입홀에 수직방향으로 블레이드를 삽입 고정시킨 블레이드 결합단;
   상기 상부와 하부 블레이드 아암의 중심부 사이에 위치하게 되고, 상단부와 하단부에 각각 결합판이 부착되어 있는 회전축;
   상기 블레이드 결합단을 적층시키고, 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축 사이를 결합 고정시키는 연결축 및 최상단 회전축의 상단에 결합되는 상단연결축;
   상기 연결축 및 상단연결축에 설치되는 베어링;
   상기 적층된 블레이드 결합단의 최하단 회전축의 하단에 부착된 결합판에 결합되어 설치되는 발전기;
   상기 적층된 각 블레이드 결합단의 회전축과 연결축 및 상단연결축을 각각 고정시키며, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 지지대;
   를 포함하여 구성되고, 상기 지지대는,
   상기 적층된 블레이드 결합단의 총 길이보다 길고, 수직방향으로 위치하게 되는 수직부;
   상기 수직부의 상단에 위치하는 상단수평부;
   상기 수직부의 하단에 위치하는 하단수평부;
   상기 수직부의 상단과 하단 사이에서 상기 연결축이 위치하는 높이에 위치하는 중간수평부;
   상기 상단수평부의 일단(一端)과, 상단연결축에 설치된 베어링 사이에 체결되어 위치를 고정시키는 상단고정축;
   상기 하단수평부의 일단에 상향으로 고정 설치되어, 상기 발전기의 고정축이 관통 삽입되게 되는 하단고정축;
   상기 상단수평부와 하단수평부의 타단(他端)에 고정 부착되어, 풍력발전장치를 구조물에 부착 고정시키는 결합부재;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 중간수평부의 단부(端部)에는, 상기 연결축에 설치된 베어링의 하우징이 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연결축의 상단부와 하단부의 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 회전축의 상단부와 하단부의 내주면에도 나사산이 형성되어 있어서, 이들 나사산끼리 나사결합하여 연결되는 것을 특징으로 하는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결축은 중간에 단(段)이 구비되어 있어서, 상기 베어링이 상기 단에 앉혀져 장착되는 것을 특징으로 하는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   블레이드 결합단의 최하단 회전축의 하단에 부착된 결합판의 하부에는 상기 발전기 상부와의 결합을 위해 결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 적층식 수칙축 풍력발전장치.

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