KR102244783B1 - 수직축 풍력 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증설 및 확장이 용이하고, 경사면에서의 설치를 용이하게 하도록 하기 위해, 다수의 관이 확장클램프에 의해 연결 결합되어 형성된 단위 프레임부가 수직 적층 및 수평 방향 확장되어 형성되는 프레임부; 및 풍력에 의해 회전되는 블레이드부와 상기 블레이드부의 회전에 의해 발전을 수행하는 발전기부를 포함하여 상기 프레임부의 각각의 단위 프레임부에 수직축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 수직축 풍력 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 수직축 풍력 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 증설 및 확장이 용이하고, 경사면에서의 설치를 용이하게 하는 수직축 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
수직축 풍력 발전기는 수평축과 다르게 요잉 제어(바람 방향에 맞추어 회전축의 중심을 움직이는 제어)를 필요로 하지 않는 것이 특징인데, 회전력을 발생시키는 원리에 따라 항력형, 양력형, 그리고 혼합형으로 구분될 수 있다.
수직축 항력형의 대표적 블레이드 형태는 사보니우스형으로 기동 토크는 크지만 회전수가 낮고 유체가 흐르는 속도에 대한 로터 블레이드 끝단의 회전에 의한 선속도 비인 끝단속도비 1 전후 영역에서 15∼20%정도의 출력계수를 갖는다.
수직축 양력형의 대표적 블레이드 형태는 다리우스형이 있으며, 초기 기동토크가 작아 일정 회전속도까지 도달하는데 시간이 걸리긴 하지만, 끝단속도비 5 전후 영역에서 30%이상의 출력계수를 갖는다.
이에 따라, 혼합형 블레이드는 양력형의 높은 출력계수와 항력형의 우수한 기동특성을 동시에 구현할 목적으로 고안된 방식으로 최근 응용사례가 증가되고 있다.
이러한 수직축 풍력발전장치는 최근 가로등, 건물 옥상 등 그 설치 장소나 용도가 다양하게 적용되어 활용되고 있다 이는 대형 풍력터빈과는 다르게 내부 구조나 제품의 설치가 간단하기 때문인데, 최근에는 수직형 풍력 터빈이 도심 환경이나 건물의 구조와 조화롭게 디자인되어 설치되는 사례가 증가하고 있다
그러나 상술한 바와 같이, 현재 수직축 풍력발전장치는 가로등, 건물 옥상 등에 적용되고 있어 발전전력이 작고 확장설치가 용이하지 않은 문제점을 갖는다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증설 및 확장이 용이하고, 경사면에서의 설치를 용이하게 하는 수직축 풍력 발전 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 다수의 관이 확장클램프에 의해 연결 결합되어 형성된 단위 프레임부가 수직 적층 및 수평 방향 확장되어 형성되는 프레임부; 및 풍력에 의해 회전되는 블레이드부와 상기 블레이드부의 회전에 의해 발전을 수행하는 발전기부를 포함하여 상기 프레임부의 각각의 단위 프레임부에 수직축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 수직축 풍력 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치를 제공한다.
상기 프레임부는, 다른 수직관의 단부에 삽입 결합되도록 일단부가 외경이 좁은 삽입관으로 형성되는 수직관; 및 상기 수직관의 삽입관이 결합된 위치에서 수평으로 결합되고 서로 대향하는 중심부에 상기 발전기부가 고정설치되는 수평관; 및 상기 수직관의 상기 삽입관이 결합되는 위치에서 상기 수직관과 수평관을 교차되도록 결합시키는 확장클램프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 확장클램프는, 상기 수직관의 상기 삽입관이 결합되는 위치에 결합되는 수직클램프; 및 상기 수평관을 수평방향으로 상기 수직클램프에 체결하는 수평클램프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수평클램프는; 상기 수직관에 결합되는 수평관의 개수에 의해 분할된 사잇각을 가지도록 상기 수직클램프의 외주면에 방사상으로 하나 이상이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수직축 풍력발전 장치는, 상기 발전기부에서 발전된 교류전력을 계통의 교류 전력으로 변환하여 출력하는 전력변환부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 발전기부와 상기 전력변환부는, 상기 블레이드부의 상하 단부 각각에 한 쌍으로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 수직축 풍력 발전 장치는, 적층 및 확장을 위한 프레임부를 개재하여 단위 프레임부를 수직 방향으로 적층 형성하고, 수평방향으로 확장설치하는 것에 의해 다수의 수직축 풍력 발전장치의 증설 및 확장을 현저히 용이하게 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 수직축 풍력 발전 장치는, 높이 조절과 경사조절 기능을 구비하여 수평면뿐만 아니라 경사면에서의 설치를 현저히 용이하게 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 수직축 풍력 발전 장치는, 발열부에 방열도료층을 적용하는 것에 의해 효과적으로 열을 발산시켜, 발열에 의한 장치의 고장을 최소화시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 수직축 풍력 발전 장치는, 수직축 풍력 발전부의 상하부에 발전기부와 전력변환부가 설치되는 것에 의해 발전 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력 발전 장치의 도면.
도 2는 도 1의 프레임부(100)의 결합 구성을 나타내는 분해도.
도 3은 도 1의 높이조절관(150)과 경사조절부(200)의 분해 사시도.
도 4는 도1의 높이조절부(300)의 분해사시도.
도 5는 도 1의 전력변환부(600)와 방열도료층(610)을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 장치의 도면.
도 2는 도 1의 프레임부(100)의 결합 구성을 나타내는 분해도.
도 3은 도 1의 높이조절관(150)과 경사조절부(200)의 분해 사시도.
도 4는 도1의 높이조절부(300)의 분해사시도.
도 5는 도 1의 전력변환부(600)와 방열도료층(610)을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 장치의 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 통해 본 발명에 따른 수직축 풍력 발전 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력 발전 장치(1)(이하, 풍력 발전 장치(1)‘라 함)의 도면이고, 도 2는 도 1의 프레임부(100)의 결합 구성을 나타내는 분해도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 풍력 발전 장치(1)는, 다수의 관이 확장클램프(140)에 의해 연결 결합되어 형성된 단위 프레임부(101)가 수직 적층 및 수평 방향 확장되는 프레임부(100), 및 풍력에 의해 회전되는 블레이드부(500)와 상기 블레이드부(500)의 회전에 의해 발전을 수행하는 발전기부(530)를 포함하여 상기 프레임부(100)의 각각의 단위 프레임부(101)에 수직축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 수직축 풍력 발전부(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 프레임부(100)는, 다른 수직관(110)의 단부에 삽입 결합되도록 일단부가 외경이 좁은 삽입관(111)으로 형성되는 수직관(110) 및 상기 수직관(110)의 삽입관(111)이 결합된 위치에서 수평으로 결합되고 서로 대향하는 중심부에 상기 발전기부(530)가 고정설치되는 수평관(130) 및 상기 수직관(110)의 상기 삽입관이 결합되는 위치에서 상기 수직관(110)과 수평관(130)을 교차되도록 결합시키는 확장클램프(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 확장클램프(140)는, 상기 수직관(110)의 상기 삽입관(111)이 결합되는 위치에 결합되는 수직클램프(141) 및 상기 수평관(130)을 수평방향으로 상기 수직클램프(141)에 체결하는 수평클램프(143)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수평클램프(143)는 상기 수직관(110)에 결합되는 수평관(130)의 개수에 의해 분할된 사잇각을 가지도록 상기 수직클램프(141)의 외주면에 방사상으로 하나 이상이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위 프레임부(101)는 하나의 수직축 풍력 발전부(500)가 설치될 수 있도록 수직관(110)과 수평관(130)을 확장클램프(140)로 결합한 단위 프레임 구조를 의미한다. 상기 단위 프레임부(101)는 설치될 수직축 풍력 발전부(500)의 개수에 대응하여 적층되거나 수평 방향으로 확장설치될 수 있다.
도 1 및 도 2의 경우, 상기 구성에서, 3개의 수직관(110)들을 6개의 수평관(130)들과 확장클램프(140)를 이용하여 연결 구성하는 것에 의해 하나의 단위 프레임부(101)를 구성하여 수직축 풍력 발전장부(500)의 설치를 위한 수직 타워를 형성한 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발전기부(530)는 브라켓 및 볼트와 너트 등의 체결구 또는 용접 등에 의해 상기 수평관(130)들이 서로 대향하는 단부에 고정 설치된다. 그리고 상기 수직축 풍력 발전부(500)의 블레이드부(510)는 상기 발전기부(530)의 축에 축결합되어 회전 가능하도록 상기 발전기부(530)의 상부에 설치된다. 이와 같은 방식에 의해 수직 타워 형의 단위 프레임부(101)에 수직축 풍력 발전부(500)가 설치되는 것에 의해 단위 수직축 풍력 발전 장치가 설치된다.
도 3은 도 1의 높이조절관(150)과 경사조절부(200)의 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예의 풍력 발전 장치(1)는 경사면에의 설치를 용이하게 하도록 하는 경사조절부(200)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 3과 같이, 상기 경사조절부(200)는 호형의 장공 형태인 복수개 이상의 호형장공(221a)을 갖고 경사로의 설치 바닥면과 동일하게 기울어지게 설치되는 경사조절용 경사조절판(221), 경사조절용 경사조절판(221)에 수직으로 입설되어 동일 높이에 위치하는 복수개의 하부고정공(222a)을 갖는 고정판(222), 일단에 하부고정공(222a)과 동일 높이에 위치하는 경사조절장공(223a)을 갖고 타단에 긴 수직장공(223b)을 각기 갖는 2쌍의 연결플레이트(223), 상기 하부고정공(222a)과 경사조절장공(223a)에 삽입되어 2쌍의 연결플레이트(223)를 고정측 힌지판(222)에 힌지 연결하는 한 쌍의 하부 경사조절볼트(224), 및 상기 수직장공(223b) 및 원통단면을 갖고 하부에 상기 수직장공(223b)의 구간에 위치하는 상부결합공(154)을 갖는 높이조절관(150)의 하부관(153)의 상부결합공(154)에 삽입되어 하부관(153)을 한 쌍의 연결플레이트(223)에 힌지 연결하는 한 쌍의 상부 경사조절볼트(226)를 포함하여 구성된다.
경사조절용 경사조절판(221)은 복수개 이상의 호형장공(221a)을 갖고 설치 바닥면과 동일하게 기울어지게 설치된다. 경사조절용 경사조절판(221)은 원형 또는 사각 등의 다각 판상형을 이룬다. 호형장공(221a)은 경사조절용 경사조절판(221)의 중심을 기준으로 한 일정한 반경을 갖는 원주상에 원호상태의 장공 형태가 바람직하다. 앵커조립공(221a)에는 예로 기초 콘크리트에 하부가 매설된 앵커 볼트(도시안됨)가 삽입되게 되어 있고, 앵커 볼트는 너트와 체결되어 경사조절용 경사조절판(221)을 설치면에 고정시킨다. 호형장공(221a)은 호형의 장공 형태로 구성되어 기초(10)에 형성된 앵커 볼트가 결합되어 고정 설치되는 것이 가능해지는 이점을 갖게 된다.
한 쌍의 고정측 고정판(222)은 경사조절용 경사조절판(221)에 수직으로 입설되어 동일 높이에 위치하는 복수개의 하부고정공(222a)을 갖는다. 2쌍의 연결플레이트(223)는 일단(하단)에 하부고정공(222a)과 동일 높이에 위치하는 경사조절장공(223a)을 갖고 타단(상단)에 긴 수직장공(223b)을 각기 갖는다. 하부 경사조절볼트(224)는 하부고정공(222a)과 경사조절장공(223a)에 삽입되어 2쌍의 연결플레이트(223)를 고정측 고정판(222)에 힌지 연결시킨다.
하부관(153)은 원통단면을 갖고 하부에 수직장공(223b)의 구간에 위치하는 상부결합공(154)을 갖는다. 하부관(153)은 알루미늄 또는 강관으로 제작될 수 있다. 한 쌍의 상부 경사조절볼트(226)는 수직장공(223b) 및 상부결합공(154)에 삽입되어 하부관(153)을 한 쌍의 연결플레이트(223)에 힌지 결합시킨다.
이와 같이 구성된 경사조절부(200)는 설치 지면이 수평을 이룰 때 하부관(153)이 수직으로 입설됨은 물론이고, 설치 지면의 경사도에 대응하여 경사조절용 경사조절판(221)이 기울어져 하부관(153)이 동일하게 수직으로 입설될 수 있다.
먼저, 한 쌍의 하부 경사조절볼트(224)의 체결력을 느슨한 상태로 한 후 경사조절용 경사조절판(221)을 경사면에 배치시킨다.
따라서 경사조절용 경사조절판(221)은 경사면에 대응하여 동일한 경사각도로 배치된다. 이 상태에서 한 쌍의 상부 경사조절볼트(226)에 체결된 체결너트(227)와의 조임력을 풀어 느슨하게 하고 하부관(153)을 수직(중력방향)으로 세운다. 이때 2쌍의 연결플레이트(223)중 한쪽은 하강하고 다른 한쪽은 상향 이동하게 되고, 이 상태에서 하부 경사조절볼트(224)와 상부 경사조절볼트(226)를 각기 너트(229)로 조임시켜 하부관(153)을 고정시킴으로써 경사조절부(200)의 설치가 완료된다.
이같이 하부관(153)은 연결플레이트(223)를 매개로 수직장공(223b)에 상부 경사조절볼트(226)를 통해 연결되어져 있어 경사조절용 경사조절판(221)의 기울기 설치에 관계없이 수직자세를 유지할 수 있게 된다.
본 발명의 풍력 발전 장치(1)는 프레임부(200)의 서로 연결된 수직관(110)의 높이를 조절하기 위한 높이조절관(150)과 높이조절부(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 4는 도1의 높이조절부(300)의 분해사시도이다.
도 4와 같이, 상기 높이조절부(300)는 저면에 너트관(313)을 구비하여 높이조절관(150)의 상부관(151)의 저면 단부에 결합되는 상부 고정구(310)와, 양단부에 각각 나사산이 형성되고 상측 단부의 나사산이 상기 상부 고정구(310)의 너트관(313)에 나사 결합되고 중심부에 스토퍼결합공(321)이 형성된 길이조절봉(320)과, 스토퍼홀(331)이 형성되어 길이조절봉(320)의 외주연에 삽입 결합된 후 스토퍼(333)가 스토퍼홀(331)을 관통하여 스토퍼결합공(321)에 삽입 결합되어 상기 길이조절봉(320)을 회전시킬 수 있도록 결합되는 높이조절연결관(330)과, 상부면에 너트관(413)을 구비하여 높이조절관(150)의 하부관(153)의 상부면 단부에 결합되고, 상기 너트관(413)은 상기 높이조절연결관(330)의 내부에 결합된 높이조절봉(320)의 하단부에 나사 결합되는 하부 고정구(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 구성의 상기 높이조절부(300)는 높이조절관(150)에 결합된 후 높이조절연결관(330)을 회전시키는 경우, 회전 방향에 따라 높이 조절봉(320)의 양단부가 상부고정구(310)와 하부고정구(340)의 너트관(313, 343)과 나사 운동하는 것에 의해 상부고정구(310)와 하부고정구(340)를 이격시키거나 근접시켜 높이조절관(150)의 길이를 일정 유격 범위 내에서 조절하여, 프레임부(100)를 구성하는 서로 연결된 수직관(110)의 높이를 개별적으로 조절할 수 있도록 한다.
도 5는 도 1의 전력변환부(600)와 방열도료층(610)을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예의 풍력 발전 장치(1)는 상기 발전기부(530)에서 발전된 교류전력을 계통의 교류 전력으로 변환하여 출력하는 전력변환부(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력변환부(600)는 상기 발전기부(530)에서 풍력에 의해 발전되어 생성된 교류전력을 계통의 그리드에서 요구하는 주파수, 위상 편이 및 파형을 가지는 교류전력으로 변환하여 출력하도록 구성된다.
또한, 상기 전력변환부(600)는 도 1과 같이, 외부면에는 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 방열도료층(610)이 형성될 수 있다.
상기 방열도료층(610)은 바인더 수지(611), 자기조립입자(613) 및 방열입자(615)를 포함하여 구성된다.
상기 바인더 수지(611)는 부식 등의 방지를 위해 일반적으로 사용되는 유기바인더, 락카계 수지, 희석제 등이 혼합된 내습성, 내열성, 난연성, 내화성, 절연성 등의 특징을 가지는 도료용 고분자를 사용할 수 있으며, 에폭시 수지, 알키드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르-폴리우레탄 공중합체, 폴리우레탄-에폭시 공중합체, 폴리에스테르-폴리우레탄-실리콘 공중합체, 폴리에스테르-에폭시 공중합체 또는 이들의 혼합물을 대표적인 예로 들 수 있으며, 바람직하게는, 폴리에스테르 수지 50 중량부 및 이소시아네이트 경화 수지 5 중량부를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 자기조립입자(613)는 자기장에 의해 일 방향으로 정렬되어 성장하는 자성체분말, 인상흑연 분말 또는 가열 또는 가압에 의해 자기 조립되는 높은 열전도성을 가지는 주석, 인듐, 비스무트, 은, 구리 및 이들의 합금으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 자기조립금속입자로 구성될 수 있다. 상기 자기조립금속입자는 표면에 산화막이 형성되어 도료 내에서 균일하게 분산된 상태를 유지하게 되고, 자기조립입자(615) 및 방열입자(615)가 혼합된 바인더 수지(611)를 도포한 후 120℃ 내지 250℃ 의 온도로 열처리되는 경우 자기 조립되어 성장하는 것에 의해 경화된 바인더 수지(611)와 함께 돌기(612)들을 형성하게 되어 표면적을 현저히 넓히며, 동시에 자체의 열전도성에 의해 전력변환부(600) 내부의 열을 외부로 방출하는 방열 기능을 수행한다.
상기 자기조립입자(613)는 자기장의 인가, 가열 또는 가압되는 경우 인접되어 성장하는 것에 의해 덮개(601)의 표면에 미세한 돌기들을 형성하는 것에 의해 방열도료층(610)의 전체 표면적을 현저히 증가시켜 방열 효율을 현저히 향상시키게 된다.
또한, 상기 방열입자(615)는 필라이트(phyllite), 모데나이트(mordenite), 순기트(shungit)등의 방열소재를 포함할 수 있다. 상기 구성의 방열소재들은 필라이트 80 내지 120 중량부에 대해서 모데나이트 5 내지 15중량부, 순기트 10 내지 20중량부가 혼합 방열입자를 형성할 수 있다. 이때, 상기 방열입자(615)는 를 가지도록 혼합될 수 있다. 필라이트는 판상(5㎛ 정도)의 입자조직으로 이루어지는 것이며, 게르마늄과 셀레늄 등을 포함하는 것으로 복사에너지인 원적외선을 다량 방출함은 물론 열전도율이 우수한 특성을 갖는다. 모데나이트는 구형상(1~3㎛ 정도)의 입자조직으로 이루어진 광물로서, 열을 흡수하는 기능이 뛰어나 원적외선 방사에 의한 복사에너지의 방출기능, 축열 및 열감량을 위한 기능을 수행한다. 상기 순기트는 원기둥형상(20㎛ 정도)의 입자조직으로 이루어진 광물로서 이 순기트 내 존재하는 60개 이상의 탄소원자가 결합된 구상(공모양)의 풀러렌(fullerene) 물질에 의해 복사에너지인 원적외선을 방사하며 우수한 열전도특성을 갖는다. 또한, 순기트는 풀러렌이 전자파를 차폐하는 특성을 갖는 것으로 방열기능을 제공함과 더불어 전자파 차폐기능을 더 구현할 수 있도록 한다. 상기 구성이 상기 방열입자(615)는 판상의 필라이트입자 위에 구형상의 모데나이트입자, 원기둥형상의 순기트입자, 다시 구형상의 모데나이트입자, 다시 판상의 필라이트입자가 연결되는 순서로 배열되어 입자형상의 다양성을 갖는 광물들이 열방출구조를 형성한다. 상술한 구조에서 판상의 필라이트입자가 열원으로부터 발생되는 열에 의해 원적외선을 방사 및 열을 흡수하여 열전도성에 의해 열원으로부터 발생된 열을 구형상의 모데나이트입자로 전달하고, 모데나이트입자는 전달된 열을 축열(복사에너지 방출효율을 높이는 효과를 제공하게 됨)함과 함께 원적외선 방사 및 열전도특성으로 원기둥형상의 순기트입자로 전달하며, 순기트입자는 원적외선 방사 및 열전도특성으로 위쪽에 위치된 구형상의 모데나이트입자로 전달하여 축열하고, 이때, 원기둥형상을 갖는 순기트입자 내의 공모양의 탄소결합을 갖는 속이 빈 형태의 풀러렌입자의 구조는 원자 진동에 공명하는 공명현상에 의해 풀러렌입자들 간에 에너지를 전달하게 되므로 더욱 빠른 에너지전달(열방출)을 수행할 수 있게 된다. 구형상의 모데나이트입자에서는 전달된 열에너지를 다시 축열함과 함께 역시 원적외선 방사 및 열전도특성으로 말단의 판상의 필라이트입자로 에너지를 최종 전달하게 되며, 판상의 필라이트입자에서 다시 넓은 방열면적을 확보 및 이를 이용하여 원적외선을 방사함으로써 기존 공기와의 계면접촉에 의한 흐름이 아닌 원적외선(복사에너지)의 투과성질을 이용한 계면투과를 통해 열을 외부로 방출한다. 즉, 본 발명의 방열도료층(610)의 자기조립입자(613)에 의해 형성되는 돌기 구조에 의해 표면적을 현저히 증가되고, 바인더 수지(611)의 내부에 구성되는 자기조립입자(613)와 방열입자(615)에 의해 열을 빠르게 외부로 방출하는 것에 의해 전력변환부(600) 내부의 열을 외부로 효율적으로 방출하게 된다.
상기 방열도료층(610)은 바인더 수지(611) 60 내지 80 중량부, 자기조립입자(613) 10 내지 30 중량부 및 방열입자(615) 5 내지 20 중량부를 포함하는 방열도료 혼합물을 이용해 형성시킬 수 있으며, 상기 방열도료 혼합물에 포함되는 바인더 수지(611)는 폴리에스테르 수지 50 중량부 및 이소시아네이트 경화 수지 5 중량부를 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 자기조립입자(613)는 인상흑연 분말을 포함하며, 상기 방열입자(615)는 필라이트 100 중량부, 모데나이트 10 중량부 및 순기트 15 중량부를 포함하는 혼합 방열입자를 사용할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 방열도료 혼합물은 바인더 수지(611) 70 중량부, 자기조립입자(613) 20 중량부 및 방열입자(615) 10 중량부를 포함하는 방열도료 혼합물을 이용해 형성시킬 수 있으며, 이와 같은 방열도료 혼합물은 열을 최대한 분산시켜서 열이 특정 지역에 집중되지 않게 하고, 열을 최대한 신속하게 외부로 방출할 수 있어 전력변환부(600)에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시켜 전력변환부(600)의 성능 저하를 방지할 수 있다.
특히, 상기 방열도료는 전력변환부(600)의 표면에 도포된 다음, 경화전 단계에서 표면의 상부 및 하부 방향으로 자기장을 걸어 자기조립입자가 표면에서 수직하는 방향으로 배열되도록 하여 방열도료층(610) 상에 돌출부를 형성시켜 표면적을 증가시키도록 함에 따라 열방출 효율이 우수한 방열도료층(610)을 형성시킬 수 있고, 이로 인해 전력변환부(600)의 전력 변환 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 시스템의 사시도이다.
상술한 단위 수직축 풍력 발전부(500)가 단위프레임부(101)와 일체로 구성되는 단위 수직축 풍력 발전 장치(501)는 수직 및 수평 방향으로 적층되고 확장될 수 있다. 이에 따라, 다수의 수직축 풍력 발전부(500)를 가지는 풍력발전 시스템의 설치, 확장 및 변경을 용이하게 수행할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 수직축 풍력 발전 장치(1)를 구성하는 단위 수직축 풍력발전부(500)들을 타워형 및 격자형으로 적층하고 수평으로 배열할 수 있도록 하는 것에 의해, 풍력발전기들의 수량을 효과적으로 가변시킬 수 있도록 하여 발전 용량의 변동에 효과적으로 대응할 수 있도록 한다.
일반적으로, 상기 수평클램프(143)는 수직관(110)이 하기에 설명될 수직축 풍력 발전 시스템의 최 외측에 위치되는 경우에는 하나만 형성될 수 있다. 그리고 상기 수직관(110)이 도 6과 같이, 육각형 격자를 형성하는 경우에는 상기 수평클램프(143)는 상기 수직클램프(141)의 둘레에 방사상으로 3개가 형성될 수 있다. 또한, 상기 수직관(110)이 도 7과 같이 사각형 격자를 형성하는 경우에는 상기 수평클램프(143)는 상기 수직클램프(141)의 둘레에 방사상으로 4개가 형성될 수도 있다.
상기 수직축 풍력 발전부(500)를 구성하는 상기 블레이드부(510)는 도면의 경우 다리우스형과 사보니우스형이 복합된 구조를 가지는 것으로 도시하였으나, 다리우스형, 사보니우스형, 자이로밀형 등과 이들의 조합 등으로 구성되는 항력형, 양력형 또는 혼합형 등의 다양한 구조를 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 수직축 풍력 발전 장치의 도면이다.
도 8의 수직축 풍력 발전 장치는 하나의 수직축 풍력 발전부에서 발전기부(530)와 전력변환부(600)가 블레이드부의 상하 단부 각각에 한 쌍으로 구성되어, 단일층 또는 도 9와 같이 다수의 층으로 적층되거나, 수평 방향으로 다수의 배열을 형성하도록 설치될 수 있다. 또한, 빌딩과 사이, 터널 등의 내부 공간에 수직축 풍력 발전부가 두 개의 발전기부(530)와 전력변환부(600)를 구비하도록 설치될 수도 있다. 따라서 하나의 수직축 풍력 발전부가 두 개의 발전기부(530)와 전력변환부(600)를 구비하는 것에 의해 발전 효율을 향상시키게 된다.
상술한 구성의 본원 발명의 수직축 풍력 발전장치는 수직축을 수평방향으로 회전시켜 수평축을 가지는 풍력 발전부가 단독층, 2개 이상의 적층 또는 다수의 배열을 가지도록 설치될 수도 있다.
이상 위에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 수직축 소형 풍력발전 장치
10: 기초
100: 프레임부 101: 단위 프레임부
110: 수직관 111: 삽입관
130: 수평관 140: 확장 클램프
141: 수직클램프 143: 수평클램프
150: 높이조절관 151: 상부관
153: 하부관 154: 상부결합공
200: 경사조절부 221: 경사조절판
221a: 호형장공 222: 고정판
222a: 하부고정공 223: 연결플레이트
223a: 경사조절장공 223b: 수직장공
224: 하부 경사조절볼트
226: 상부 경사조절볼트
227: 체결너트 229: 너트
300: 높이조절부 310: 상부고정구
311, 341: 수나사부 313, 343: 너트관
320: 길이조절봉 321: 스토퍼결합공
330: 높이조절연결관 331: 스토퍼홀
333: 스토퍼 34: 하부고정구
500: 수직축 풍력 발전부
501: 단위 수직축 풍력 발전 장치
510: 블레이드부 511: 다리우스 블레이드
513: 사보니우스 블레이드
530: 발전기부 600: 전력변환부
601: 표면 610: 방열도료층
611: 도료 612: 돌기
613: 자기조립입자 615: 방열입자
10: 기초
100: 프레임부 101: 단위 프레임부
110: 수직관 111: 삽입관
130: 수평관 140: 확장 클램프
141: 수직클램프 143: 수평클램프
150: 높이조절관 151: 상부관
153: 하부관 154: 상부결합공
200: 경사조절부 221: 경사조절판
221a: 호형장공 222: 고정판
222a: 하부고정공 223: 연결플레이트
223a: 경사조절장공 223b: 수직장공
224: 하부 경사조절볼트
226: 상부 경사조절볼트
227: 체결너트 229: 너트
300: 높이조절부 310: 상부고정구
311, 341: 수나사부 313, 343: 너트관
320: 길이조절봉 321: 스토퍼결합공
330: 높이조절연결관 331: 스토퍼홀
333: 스토퍼 34: 하부고정구
500: 수직축 풍력 발전부
501: 단위 수직축 풍력 발전 장치
510: 블레이드부 511: 다리우스 블레이드
513: 사보니우스 블레이드
530: 발전기부 600: 전력변환부
601: 표면 610: 방열도료층
611: 도료 612: 돌기
613: 자기조립입자 615: 방열입자
Claims (6)
- 다수의 관이 확장클램프에 의해 연결 결합되어 형성된 단위 프레임부가 수직 적층 및 수평 방향 확장되어 형성되는 프레임부;
풍력에 의해 회전되는 블레이드부와 상기 블레이드부의 회전에 의해 발전을 수행하는 발전기부를 포함하여 상기 프레임부의 각각의 단위 프레임부에 수직축을 중심으로 회전가능하게 설치되는 수직축 풍력 발전부;
상기 발전기부에서 발전된 교류전력을 계통의 교류 전력으로 변환하여 출력하는 전력변환부;를 포함하고,
상기 전력변환부는 외부면에 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 방열도료층이 형성되고,
상기 방열도료층은,
서로 인접되어 성장하는 자기조립입자들과 상기 성장된 자기조립입자들 외주면에 바인더수지에 의해 부착되는 방열입자들을 포함하는 다수의 돌기들을 포함하는 것에 의해 상기 전력변환부의 전체 표면적을 증가시켜 방열효율을 높이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치. - 제1항에 있어서, 상기 프레임부는,
다른 수직관의 단부에 삽입 결합되도록 일단부가 외경이 좁은 삽입관으로 형성되는 수직관; 및
상기 수직관의 삽입관이 결합된 위치에서 수평으로 결합되고 서로 대향하는 중심부에 상기 발전기부가 고정 설치되는 수평관; 및
상기 수직관의 상기 삽입관이 결합되는 위치에서 상기 수직관과 수평관을 교차되도록 결합시키는 확장클램프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치. - 제2항에 있어서, 상기 확장클램프는,
상기 수직관의 상기 삽입관이 결합되는 위치에 결합되는 수직클램프; 및
상기 수평관을 수평방향으로 상기 수직클램프에 체결하는 수평클램프;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치. - 제3항에 있어서, 상기 수평클램프는;
상기 수직관에 결합되는 수평관의 개수에 의해 분할된 사잇각을 가지도록 상기 수직클램프의 외주면에 방사상으로 하나 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 발전기부와 상기 전력변환부는,
상기 블레이드부의 상하 단부 각각에 한 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200149007A KR102244783B1 (ko) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | 수직축 풍력 발전 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020200149007A KR102244783B1 (ko) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | 수직축 풍력 발전 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102244783B1 true KR102244783B1 (ko) | 2021-04-27 |
Family
ID=75725628
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200149007A KR102244783B1 (ko) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | 수직축 풍력 발전 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102244783B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230025080A (ko) | 2021-08-13 | 2023-02-21 | 윤호 이 아놀드 | 수직축 풍력 터빈 발전기 |
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2020
- 2020-11-10 KR KR1020200149007A patent/KR102244783B1/ko active IP Right Grant
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