KR102133201B1

KR102133201B1 - 수평축 항력형 발전장치

Info

Publication number: KR102133201B1
Application number: KR1020200004135A
Authority: KR
Inventors: 한덕호
Original assignee: 한덕호
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2020-07-14

Abstract

본 발명은 수평축 항력형 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항력날개를 이용한 발전이 이루어질 수 있도록 하되, 네거티브 항력을 최소화하고 포지티브 항력을 극대화하여 발전 효율성을 극대화시킬 수 있도록 한 수평축 항력형 발전장치에 관한 것이다.
이를 위해, 회전체 허브와, 상기 회전체 허브의 둘레를 따라 복수로 설치되며, 회전체 허브의 회전 방향에 대향하는 항력면을 형성하는 항력날개를 포함하는 터빈부; 상기 터빈부의 일측에 설치되며, 상기 터빈부를 향해 불어오는 바람을 상기 터빈부 각각의 항력날개 항력면으로 가이드하는 복수의 가이드날개를 포함하는 변풍부; 및 상기 회전체 허브의 회전동력에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함하며, 상기 회전체 허브는 다각면체로 구성되고, 상기 항력날개는 다각면체의 각 면마다 설치되며, 상기 변풍부는, 상기 회전체 허브의 일측에 고정되되, 상기 회전체 허브와 동일한 다각면체로 구성된 고정체 허브를 포함하며, 상기 가이드날개는 상기 고정체 허브의 각 면마다 설치되고, 상기 회전체 허브 및 고정체 허브의 다각면은 짝수이고, 상기 고정체 허브의 중심을 기준으로 대칭에 위치한 가이드날개는 풍향이 서로 역방향이 되도록 설치되며, 상기 가이드날개에는 양측이 관통된 개폐공이 형성되고, 상기 개폐공에는 풍속에 따라 회전범위를 달리하면서 상기 개폐공의 개폐각을 가변시킬 수 있는 개폐날개가 더 설치되며, 상기 항력날개의 일단부는 상기 회전체 허브의 각 면에 대각선으로 고정되고, 상기 가이드날개의 일단부는 상기 고정체 허브의 각 면에 대각선으로 설치되되 가이드 날개의 대각선 설치 방향은 항력날개의 대각선 설치 방향과 반대이며, 상기 고정체 허브의 선단부에는 고정체 허브의 각 면에 대응되는 복수의 경사면을 갖는 각뿔 형태의 콘헤더가 설치되어, 상기 가이드 날개는 변풍부의 전면으로 들어온 모든 바람의 방향을 바꾸어 항력날개와 순방향으로 부딪히게 하여 포지티브 항력을 발생시키며, 상기 개폐날개는 개폐공의 중앙을 가로지는 축에 결합되어 그 축과 함께 회전되면서 개폐날개를 기준으로 개폐공의 양측을 통해 바람이 출입되도록 하되, 상기 축에는 탄성수단이 설치되어 개폐날개를 일방향으로 회동시키는 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수평축 항력형 발전장치를 제공한다.

Description

수평축 항력형 발전장치{Drag type wind generator with horizontal axis}

본 발명은 수평축 항력형 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변풍부를 통해 풍향이 변환된 바람이 터빈부의 모든 날개에 포지티브(positive) 항력만을 발생하게 하여 발전 효율성을 극대화시킨 수평축 항력형 발전장치에 관한 것이다.

기존의 화석에너지 자원은 점차 고갈 되어갈 뿐만 아니라 지구환경을 오염시키기 때문에 오래전부터 인류는 고갈되지 않고 환경을 오염시키지 않는 신재생 에너지 이용 장치 개발을 위하여 많은 노력을 기울여 왔다. 특히 가뭄과 홍수 혹한과 폭설 등 최근에 빈도를 더해 가고 있는 기상이변이 이산화탄소의 배출증가로 야기된 지구온난화가 원인인 것으로 알려지면서 세계 각국은 화석연료의 사용을 줄이고자 노력하고 있으며 장차 우리나라도 대폭적으로 탄소배출을 감축할 예정일 뿐만아니라 정부시책이 탈원전을 시도하고 있으므로 더 많은 신재생 에너지 확보가 요구되고 있는 상황이다.

상기 신재생 에너지는 태양에너지(solar energy), 풍력에너지(wind energy), 조류에너지(current energy), 조력에너지(tidal energy), 지열에너지(geo-thermal energy), 생화학에너지(bio-thermal energy) 등이 있다.

이중 상기 풍력에너지를 이용하여 전기를 발생하기 위한 수평축 프로펠러형 풍력발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 고지대에 설치된 기둥(10)과, 기둥(10)의 상단에 결합된 커버(20)의 전면에 설치된 날개(30)와, 상기 날개(30)의 후방측에 설치된 커버(20)와, 상기 커버(20)의 내부에 설치되어 날개(30)의 회전속도를 증가시기는 기어박스(40)와, 상기 기어박스(40)에 연결되어 회전되면서 전력을 생산하는 발전기(50)로 구성된다. 이와 같은 구성의 풍력발전장치는 날개(30)에서 회전되는 동력에 의해 발전기(50)를 통해 발전이 이루어진다.

하지만, 상기한 종래의 수평축 프로펠러형 풍력발전장치는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 수평축 프로펠러형 풍력발전장치는 풍력을 이용한 날개(30)의 회전을 통해 풍력을 기계적 힘으로 전환한 후 발전기의 회전자(미도시)를 회전시켜서 발전을 실시하는데, 우리나라는 풍력자원(풍속)이 적어서 풍속이 빠른 일부 지역에서만 풍력발전을 하고 있으나 실제 가동율은 낮은 문제점이 있다.(30% 미만)

둘째, 종래의 수평축 프로펠러형 풍력 발전장치들은 경제성을 높이기 위하여, 프로펠러의 길이(크기)를 크게 하는 추세에 있으나, 우리나라의 발전기 제작회사들은 외국 제작사들에 비해서 경쟁력이 낮거나 또는 운전 경력이 짧아서 외국 풍력발전기가 주로 설치되고 있다.

셋째, 발전량을 크게 하기 위하여 프로펠러의 크기가 크게 제작된 풍력발전장치는 설치시에 자연을 훼손하거나 프로펠러의 끝 부위의 속도가 증가하고 그에 따라서 발생하는 소음때문에 민원이 발생하는바, 발전장치 설치 장소 선정에 제약이 많은 문제가 있다.

대한민국 등록번호 10-1434656

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 풍향을 변환하여 회전면을 지나가는 바람을 각 항력날개에 대응되는 가이드날개를 통해 항력날개의 회전방향으로 가이드하여 네거티브(negative)항력을 포지티브(positive)항력으로 변환함으로써 포지티브 항력이 배가되어 발전 효율성을 극대화시킬 수 있고 날개의 선단 속도가 적어서 소음을 줄일 수 있고 설치 장소를 확대할 수 있는 수평축 항력형 발전장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 회전체 허브와, 상기 회전체 허브의 둘레를 따라 복수로 설치되며, 회전체 허브의 회전 방향에 대향하는 항력면을 형성하는 항력날개를 포함하는 터빈부; 상기 터빈부의 일측에 설치되며, 상기 터빈부를 향해 불어오는 바람을 상기 터빈부 각각의 항력날개 항력면으로 가이드하는 복수의 가이드날개를 포함하는 변풍부; 및 상기 회전체 허브의 회전동력에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함하며, 상기 회전체 허브는 다각면체로 구성되고, 상기 항력날개는 다각면체의 각 면마다 설치되며, 상기 변풍부는, 상기 회전체 허브의 일측에 고정되되, 상기 회전체 허브와 동일한 다각면체로 구성된 고정체 허브를 포함하며, 상기 가이드날개는 상기 고정체 허브의 각 면마다 설치되고, 상기 회전체 허브 및 고정체 허브의 다각면은 짝수이고, 상기 고정체 허브의 중심을 기준으로 대칭에 위치한 가이드날개는 풍향이 서로 역방향이 되도록 설치되며, 상기 가이드날개에는 양측이 관통된 개폐공이 형성되고, 상기 개폐공에는 풍속에 따라 회전범위를 달리하면서 상기 개폐공의 개폐각을 가변시킬 수 있는 개폐날개가 더 설치되며, 상기 항력날개의 일단부는 상기 회전체 허브의 각 면에 대각선으로 고정되고, 상기 가이드날개의 일단부는 상기 고정체 허브의 각 면에 대각선으로 설치되되 가이드 날개의 대각선 설치 방향은 항력날개의 대각선 설치 방향과 반대이며, 상기 고정체 허브의 선단부에는 고정체 허브의 각 면에 대응되는 복수의 경사면을 갖는 각뿔 형태의 콘헤더가 설치되어, 상기 가이드 날개는 변풍부의 전면으로 들어온 모든 바람의 방향을 바꾸어 항력날개와 순방향으로 부딪히게 하여 포지티브 항력을 발생시키며, 상기 개폐날개는 개폐공의 중앙을 가로지는 축에 결합되어 그 축과 함께 회전되면서 개폐날개를 기준으로 개폐공의 양측을 통해 바람이 출입되도록 하되, 상기 축에는 탄성수단이 설치되어 개폐날개를 일방향으로 회동시키는 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수평축 항력형 발전장치를 제공한다.

삭제

이때, 지면에서 터빈부 및 변풍부를 공중에 지지하는 지지축을 포함하되, 상기 터빈부 및 변풍부는 지지축에서 지면을 기준으로 수평하게 회전될 수 있도록 설치되고, 상기 변풍부에는 바람을 가이드날개측으로 모으는 관(管) 형태의 모집관이 설치되고, 상기 모집관에는 외측으로 연장된 꼬리날개가 설치되어, 풍향을 따라 모집관이 회전되면서 바람을 모집할 수 있도록 한 것이 바람직하다.

삭제

본 발명에 따른 수평축 항력형 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 풍력에 따른 발전 효율성을 높이기 위해, 바람을 안고 날개가 회전될 수 있도록 항력날개를 구성하되, 각 항력날개마다 바람의 방향을 항력날개로 가이드할 수 있는 가이드날개(변풍판)를 구성함으로써 바람 손실(loss)를 최소화고 회전날개의 positive 항력이 극대화되고, 증가된 항력으로 회전축의 토크가 증가하여 항력날개의 회전효율성을 높여 결국 발전 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 손실되는 네거티브(negative) 항력을 포지티브(positive) 항력으로 전환시킬 수 있으므로 발전 효율성을 극대화시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 발전 효율성을 높일 수 있으므로, 발전장치의 설비를 줄여 소형화할 수 있는 효과가 있고, 풍속이 낮은 지역에서도 발전이 가능하며 소음이 적어서 민원이 감소함에 따라, 본 발명은 산업 설비 뿐만아니라, 가정용이나 소형 설비에 적용될 수 있어 경제성을 높일 수 있는 효과가 있으며 수요처를 다양화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 항력형 발전장치이지만, 회전축은 지면에 대하여 수평인 수평축으로 제공됨에 따라 지지축을 높이 설계하여 고공의 고속풍속을 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수평축 발전장치를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 고정체 허브 내부를 나타낸 요부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 터빈부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 변풍부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 변풍부를 통해 바람이 가이드되는 상태를 정면에서 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 터빈부 및 변풍부를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치에 모집관이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치의 변풍부를 나타낸 사시도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 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, 첨부된 도 2a 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수평축 항력형 발전장치에 대하여 설명하도록 한다.

수평축 항력형 발전장치는 풍력이 작용하는 방향을 변환하여 항력날개에 항력이 작용하도록 함으로써 발전 효율성을 높일 수 있도록 하되, 각 항력날개마다 대응되는 위치에 가이드날개를 설치하여 회전면을 통과하는 바람은 최대로 항력날개에 부딪히되 종래의 항력형 발전기에서 발생하는 네거티브 항력을 포지티브 항력으로 변환하여 회전력(positive 항력)이 증대되도록 함으로서 발전 효율성을 극대화 시킬 수 있도록 하였다.

수평축 항력형 발전장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 터빈부(100)와, 변풍부(200)와, 발전부(300)와, 지지축(400)과, 모집관(500)을 포함한다.

터빈부(100)는 발전장치의 일측을 구성하며, 바람의 항력에 의해 회전동력을 발생하는 역할을 한다. 터빈부(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전체 허브(110)와 항력날개(120)를 포함한다. 회전체 허브(110)는 항력날개(120)에 의해 회전되는 구성이며, 다각면체로 구성됨이 바람직하다. 회전체 허브(110)에는 발전부(300)의 동력축(300a)이 결합되며, 회전체 허브(110)의 회전을 통해 동력축(300a)이 회전됨으로써 전기를 생산할 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 회전체 허브(110)가 팔각면체인 것을 예로 하여 설명하기로 한다. 회전체 허브(110)의 팔각면 각각에는 항력날개(120)가 설치된다.

터빈부(100)의 항력날개(120)는 풍력에 의해 회전체 허브(110)를 회전시키는 회전 동력을 발생한다. 항력날개(120)는 회전체 허브(110)의 둘레면에 설치된다. 회전체 허브(110)가 팔각면체이므로, 항력날개(120)는 8개로 제공되어 회전체 허브(110)의 각 둘레면에 설치된다. 항력날개(120)는 사각 또는 곡면의 형태로 이루어짐이 바람직하다. 항력날개(120)의 일단부는 회전체 허브(110)의 각 면에 고정되되, 회전체 허브(110)의 각면에 일정각(대각선)을 이루고 고정된다. 항력날개(120)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전체 허브(110)의 회전방향 반대측으로 휘어지게 형성된다. 이에 따라, 항력날개(120)는 바람에 대향될 수 있는 항력면(121)을 형성한다.

변풍부(200)는 발전장치의 타측을 구성하며, 바람을 각각의 항력날개(120)로 가이드하는 역할을 한다. 변풍부(200)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 고정체 허브(210)와 가이드날개(220)를 포함한다. 고정체 허브(210)는 가이드날개(220) 설치를 위한 구성이며, 회전체 허브(110)와 마찬가지로 다각면체로 구성된다. 고정체 허브(210) 역시 팔각면체로 제공된다. 고정체 허브(210)의 내부는 수용공간(211)을 형성하며, 수용공간(211)에는 후술하는 발전부(300)가 배치된다. 가이드날개(220)는 바람을 각각의 항력날개(120)로 가이드하며, 고정체 허브(210)의 각면마다 설치된다.

변풍부(200)의 가이드날개(220)는 변풍부(200)의 전면으로 들어온 모든 바람의 방향을 바꿔서 터빈부(100)의 항력날개(120)와 순방향으로 부딪히게 하여 네거티브 항력이 발생하지 않고 포지티브 항력만 발생하도록 한다. 8개의 항력날개(120) 각각에 포지티브 항력이 발생하도록 하기 위해서는, 항력날개(120)를 향해 불어오는 바람이 8방향으로 가변되어 각 항력날개(120)를 작용시켜야 하는데, 이러한 풍향 변화는 자연상태에서 불가능하다. 예컨대 회전체 허브(110)의 중심을 기준으로 대칭 위치에 있는 각 항력날개(120)에는 바람의 방향이 서로 반대 방향이어야 하는데, 이는 자연 상태에서 불가능한 것이다. 즉, 자연의 바람은 지면에 대하여 평행하게 진행함으로써 지면에 대하여 수평한 동력축(수평축)(300a)에 대하여 역방향으로 진행하는 바람은 없지만, 가이드날개(220)를 활용하면 도 5에 도시된 바와 같이 지면에 대하여 수평으로 진행하는 바람을 다양한 방향으로 가변시킬 수 있는 것이다. 이에 따라, 변풍부(200)의 가이드날개(220)는 풍향을 임의로 가변시켜 각 항력날개(120)마다 포지티브 항력이 작용하도록 할 수 있다. 가이드날개(220)의 일단부는 고정체 허브(210)의 각면에 대각선 또는 일정각으로 설치된다. 상기 가이드날개(220)의 설치각도는 고정체 허브(210)를 평면에서 봤을 때 45도임이 바람직하나, 설치각도가 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 구성에 의해, 바람이 가이드날개(220)를 정면으로 통과할 때, 각각의 가이드날개(220)를 통과하는 바람은 도 5에 도시된 바와 같이 8방향으로 나누어지고, 8방향의 바람 방향은 점진적으로 가이드방향(220)으로 틀어지면서 결국에는, 고정체 허브(210)를 중심으로 대칭지점의 풍향은 서로 역방향이 되는 것이다. 한편 변풍부(200)의 선단부 즉, 바람이 불어오는 부위에는 고깔 형태의 콘헤더(230)가 설치됨이 바람직하다. 콘헤더(230)는 바람을 각 가이드날개(220)로 가이드해주는 역할을 하며, 도 2에 도시된 바와 같이 고정체 허브(210)에 설치된다. 콘헤더(230)는 팔각뿔 형태로 이루어짐으로써, 중심부를 지나갈 바람도 효율적으로 항력을 발생시킬 수 있다.

발전부(300)는 터빈부(100)의 회전동력에 의해 전기를 생산하며, 동력축(300a)을 포함한다. 발전부(300)는 동력축(300a)의 회전에 의해 전기를 생산하며 발전 원리는 공지된 기술과 동일하다. 동력축(300a)은 지면에 대하여 수평한 방향으로 설치되며, 상기 동력축(300a)에는 터빈부(100)의 회전체 허브(110)가 결합된다. 발전부(300)는 변풍부(200) 고정체 허브(210)의 수용공간(211)에 배치됨이 바람직하다. 이에 따라, 동력축(300a)은 고정체 허브(210)측으로부터 회전체 허브(110) 측을 향해 돌출된다.

지지축(400)은 발전장치의 상부 즉, 터빈부(100)와 변풍부(200)를 지면에 지지하는 역할을 한다. 지지축(400)은 지면에 대하여 수직한 방향으로 제공되며, 그의 높이는 제한되지 않는다. 풍력 발전은 고공(高空)에서 효율성이 높은 것을 감안할 때 지지축(400)의 높이는 높게 제공됨이 바람직하다. 지지축(400)의 상단부는 터빈부(100)와 변풍부(200) 사이에 설치됨이 바람직하며, 고정체 허브(210)의 수용공간(211)에 배치된 발전부(300)에 설치됨이 더욱 바람직하다. 이때 지지축(400)의 상단부와 발전부(300) 사이에는 도 2b에 도시된 바와 같이 베어링(410)이 설치됨이 바람직하다. 베어링(410)은 지지축(400)을 중심으로 터빈부(100)와 변풍부(200)의 회전작용을 제공한다. 즉, 베어링(410)은 바람의 방향에 따라 터빈부(100) 및 변풍부(200)의 방향이 자유롭게 회전될 수 있도록 한 것이다.

모집관(500)은 바람을 변풍부(200)로 모으는 역할을 하며, 변풍부(200)의 고정체 허브(210)에 설치된다. 모집관(500)은 도 7에 도시된 바와 같이 변풍부(200)로부터 외측으로 설치되며, 관체로 제공된다. 모집관(500)은 변풍부(200)의 고정체 허브(210)에 설치되며, 고정체 허브(210)로부터 외측으로 갈수록 확관의 형태로 이루어짐이 바람직하다. 모집관(500)에는 도 7에 도시된 바와 같이 꼬리날개(510)가 설치됨이 바람직하다. 꼬리날개(510)는 풍향을 따라 발전장치 즉, 변풍부(200)가 바람을 향하게 하며, 모집관(500)의 양측으로부터 외향 돌출 형성된다. 꼬리날개(510)는 모집관(500)의 후방으로 라운드지게 형성됨이 바람직하다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 수평축 항력형 발전장치의 작용에 대하여 살펴보도록 한다.

수평축 항력형 발전장치는 바람이 많은 지역에 설치되고, 모집관(500)은 바람이 불어오는 방향을 따라 지지축(400)을 중심으로 회전된다. 모집관(500)의 꼬리날개(510)는 바람에 의한 모집관(500)의 회전작용을 더욱 원활하게 할 수 있다.

바람은 모집관(500)을 통해 변풍부(200)의 가이드날개(220)로 유입된다. 바람은 8개의 가이드날개(220) 각각에 유입되며, 가이드날개(220)를 따라 터빈부(100)의 항력날개(120)로 향한다. 바람의 방향은 도 5에 도시된 바와 같이 각기 다른 8방향으로 가변되며, 각 바람은 8개의 항력날개(120)에 곧바로 전달될 수 있다. 즉, 바람은 각 항력날개(120)의 항력면을 향해 작용하여 항력날개(120)를 회전시키는 것이다.

항력날개(120)에는 가이드날개(220)를 통해 바람 손실이 없는 포지티브 항력이 발생함에 따라, 항력날개(120)의 회전효율성은 극대화될 수 있다. 항력날개(120)가 회전하여 회전체 허브(110)를 회전시키고, 회전체 허브(110)는 발전부(300)의 동력축(300a)을 회전시킨다. 동력축(300a)의 회전은 발전부(300)를 통해 전기를 생산한다. 이로써, 변풍부(200) 및 터빈부(100)를 통한 발전 작용이 왼료된다.

한편 태풍 및 돌풍 등의 자연환경 요인으로 인해 풍압이 과하게 발생할 경우, 항력날개(120) 및 항력날개(120)의 고속 회전으로 인한 발전부(300)에 과부하가 발생하여 발전장치를 손상시킬 수 있는바, 본 발명은 풍압을 자동으로 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 본 발명의 다른 실시예로 제시하며 첨부된 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.

설명하기에 앞서 바람직한 실시예와 동일한 구성은 부호를 병기하도록 한다. 도 8에 도시된 바와 같이 가이드날개(220)에는 각각 개폐공(221) 및 개폐날개(222)가 설치된다.

개폐공(221)은 가이드날개(220)의 양측을 관통하여 형성된다. 개폐날개(222)는 개폐공(221)에 축 결합되며, 개폐공(221)을 개폐시키는 역할을 한다. 이때, 축은 도 8에 도시된 바와 같이 개폐공(221)의 중앙을 가로지르도록 설치되고, 개폐날개(222)는 축과 함께 개폐공(221)에서 회전될 수 있도록 설치된다. 개폐날개(222)는 개폐공(221)의 개폐각을 제어하여 가이드날개(220)에 작용하는 풍량을 제어하여 발생하는 항력 즉, 회전력을 제어하는 역할을 한다. 이와 같은 구성에 의해 바람은 개폐날개(222)를 기준으로 양측의 개폐공(221)으로 출입되면서 풍량이 조절될 수 있다. 특히, 개폐날개(222)가 개폐공(221)의 중앙에 설치되어 회전됨에 따라, 풍량 조절이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다. 개폐날개(222)의 축에는 개폐날개(222)의 회동에 탄성력을 제공하는 탄성수단(223)이 설치된다. 탄성수단(223)은 코일스프링임이 바람직하다. 탄성수단(223)은 개폐날개(222)에 탄성력을 제공하여 개폐공(221)을 항상 폐쇄시키는 구성이다.

이와 같은 구성에 의해, 가이드날개(220)에 과압이 발생할 경우, 개폐날개(222)는 회동하여 일정양의 바람을 개폐공(221)으로 토출시킨 후, 나머지 바람만 항력날개(120)로 가이드함으로써 항력날개(120)에 작용하는 항력을 제어할 수 있다. 이에 따라 과부하에 따른 발전장치 손상을 방지할 수 있다. 상기 탄성수단(223)의 텐션은 발전장치의 제원을 고려하여 설계될 수 있음은 당연하다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수평축 항력형 발전장치는 항력날개(120)를 구성하되 항력날개(120)의 일측에 바람을 가이드하는 가이드날개(220)를 구성함으로써 네거티브 항력을 최소화하고 포지티브 항력을 극대화시킬 수 있도록 하였다. 이에 따라, 본 발명은 포지티브 항력에 따른 발전 효율성을 극대화할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 터빈부 110 : 회전체 허브
120 : 항력날개 121 : 항력면
200 : 변풍부 210 : 고정체 허브
211 : 수용공간 220 : 가이드날개
221 : 개폐공 222 : 개폐날개
223 : 탄성수단 230 : 콘헤더
300 : 발전부 300a : 동력축
400 : 지지축 410 : 베어링
500 : 모집관 510 : 꼬리날개

Claims

회전체 허브와, 상기 회전체 허브의 둘레를 따라 복수로 설치되며, 회전체 허브의 회전 방향에 대향하는 항력면을 형성하는 항력날개를 포함하는 터빈부;
상기 터빈부의 일측에 설치되며, 상기 터빈부를 향해 불어오는 바람을 상기 터빈부 각각의 항력날개 항력면으로 가이드하는 복수의 가이드날개를 포함하는 변풍부; 및 상기 회전체 허브의 회전동력에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 회전체 허브는 다각면체로 구성되고, 상기 항력날개는 다각면체의 각 면마다 설치되며,
상기 변풍부는,
상기 회전체 허브의 일측에 고정되되, 상기 회전체 허브와 동일한 다각면체로 구성된 고정체 허브를 포함하며, 상기 가이드날개는 상기 고정체 허브의 각 면마다 설치되고,
상기 회전체 허브 및 고정체 허브의 다각면은 짝수이고, 상기 고정체 허브의 중심을 기준으로 대칭에 위치한 가이드날개는 풍향이 서로 역방향이 되도록 설치되며,
상기 가이드날개에는 양측이 관통된 개폐공이 형성되고, 상기 개폐공에는 풍속에 따라 회전범위를 달리하면서 상기 개폐공의 개폐각을 가변시킬 수 있는 개폐날개가 더 설치되며,
상기 항력날개의 일단부는 상기 회전체 허브의 각 면에 대각선으로 고정되고, 상기 가이드날개의 일단부는 상기 고정체 허브의 각 면에 대각선으로 설치되되 가이드 날개의 대각선 설치 방향은 항력날개의 대각선 설치 방향과 반대이며,
상기 고정체 허브의 선단부에는 고정체 허브의 각 면에 대응되는 복수의 경사면을 갖는 각뿔 형태의 콘헤더가 설치되어,
상기 가이드 날개는 변풍부의 전면으로 들어온 모든 바람의 방향을 바꾸어 항력날개와 순방향으로 부딪히게 하여 포지티브 항력을 발생시키며,
상기 개폐날개는 개폐공의 중앙을 가로지는 축에 결합되어 그 축과 함께 회전되면서 개폐날개를 기준으로 개폐공의 양측을 통해 바람이 출입되도록 하되, 상기 축에는 탄성수단이 설치되어 개폐날개를 일방향으로 회동시키는 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 수평축 항력형 발전장치.
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제1항에 있어서,
지면에서 터빈부 및 변풍부를 공중에 지지하는 지지축을 포함하되, 상기 터빈부 및 변풍부는 지지축에서 지면을 기준으로 수평하게 회전될 수 있도록 설치되고,
상기 변풍부에는 바람을 가이드날개측으로 모으는 관(管) 형태의 모집관이 설치되고, 상기 모집관에는 외측으로 연장된 꼬리날개가 설치되어,
풍향을 따라 모집관이 회전되면서 바람을 모집할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수평축 항력형 발전장치.
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