KR20230128015A - 이동체로의 설치 가능하게 하는 풍력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 이동체에 부착한 상황과, 이동체가 정지한 상황의 양쪽에서, 발전을 안전하게 효율 좋게 행한다.
(해결 수단) 다음의 (A)∼(F)를 포함하는 풍력 발전 기구와, 다음의 (G)∼(H)를 포함하는 본체 지지 기구를 포함하는 풍력 발전 장치로서, 상기 풍력 발전 기구에는, (A) 집풍부, (B) 복수의 날개를 구비한 풍차, (C) 풍차 회전축 및, (D) 발전기를 포함하고, (E) 상기 (A) 집풍부가, 상기 날개의 외주를 둘러싸고 형성되어 있고, (F) 상기 발전기가 상기 풍차 회전축에 직결하고 있고, 그리고, 상기 본체 지지 기구에는, (G) 가대와, (H) 자세 제어 수단을 포함하는, 정치하여 발전 가능한 또는 이동체에 고정 설치하여 발전 가능한 풍력 발전 장치. 풍력 발전 기구가, 수직축형 풍차 기구의 후단부와 수평축형 풍차 기구의 하단부를 착탈 가능하게 연결하고, 수직축형 풍력 발전 기구(11)와 수평축형 풍차 기구가 착탈 가능하게 일체화된 일체형 풍력 발전 기구(13)의 풍력 발전 장치.

Description

이동체로의 설치 가능하게 하는 풍력 발전 장치
본 발명은, 소형 풍력 발전 장치에 따른 것으로, 특히, 이동체로의 설치 가능하게 하는 풍력 발전 장치의 풍차의 외주부에 풍속을 증가할 수 있는 장치를 설치하여, 바람의 이용도를 올려, 보다 큰 출력이 얻어지도록 한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
1. 풍력 발전 장치의 종류
바람은 태양 에너지가 지구상에서 변화한 형태라고 할 수 있다. 이 바람의 에너지를 이용하는 방법은, 풍차에 의해 기계적 운동의 회전 토크로 바꾸어 취출하는 것이 기본으로 되어 있다. 그리고, 이 회전 토크로 발전기를 돌려 발전하는데, 화력 발전이나 수력 발전에서는 터빈이 밀폐 용기 중에서 고속으로 도는 것에 대하여, 풍력 발전에서는 풍력 터빈이 바람을 받아 대기 중에서 드러내어 천천히 돌게 된다.
풍력 발전 장치에는 여러 가지 종류가 있다. 날개의 형상으로 나누면, 프로펠러형, 멀티 블레이드형, 다리우스형(Darrieus type), 사보니우스형(Savonius type) 등이 있다. 또한, 풍차의 종류는, 풍차의 회전축이 수평으로 놓여져 있는지, 수직으로 놓여져 있는지에 따라, 수평축형 풍차와 수직축형 풍차로 크게 분류된다. 수직축형 풍차는, 풍차의 회전면을 풍향에 추종시키는 방향 제어 기구가 불필요해지는 점과 중량이 큰 발전기를 지면 가까이에 둘 수 있는 점이 특징이라고 할 수 있다.
(수평축형 풍차)
(A) 프로펠러형
프로펠러형은, 날개의 회전축이 수평이 되기 때문에 수평축형 풍차라고 칭해지지만, 날개는 비행기의 프로펠러와 동일한 단면을 갖고 있어 고속 회전을 한다. 유체 역학적으로는 풍차의 날개수가 적을수록 고속 회전한다고 여겨지고, 그 중에는 고속으로 회전시키기 위해 1매 날개나 2매 날개의 풍차도 있지만, 일반적으로 밸런스가 우수한 3매 날개가 압도적으로 많이 사용되고 있다. 회전수보다, 오히려 회전 토크를 크게하기 위해 5∼6매 날개가 사용되는 경우도 있다.
프로펠러형은 고속 회전이 우수한 특성을 갖고 있지만, 반면에 소음이 크다거나, 수진(首振) 운동에 의한 효율 로스를 안고 있어, 발전 개시 풍속(3∼4m/s)이 약간 높아진다는 문제가 있다. 그러나, 프로펠러형 풍차는, 풍력 발전 장치에 있어서 가장 포퓰러한 존재로, 마이크로 풍차에서 대형 풍차까지 다용되고 있다.
(B) 멀티 블레이드형 풍차
멀티 블레이드형 풍차는 날개가 수많이(예를 들면, 약 20매) 부착되어 있고, 이 풍차는 날개가 많기 때문에 회전수는 낮아지지만, 비교적 토크가 커진다는 특징이 있다. 멀티 블레이드형 풍차는, 회전 토크가 강하고, 소리는 조용하여, 용이하게 풍차를 부착할 수 있고, 수리도 용이하게 할 수 있는 점에서, 중소형의 양수(揚水) 동력원 등에도 활용되고 있다.
(수직축형 풍차)
(C) 사보니우스형 풍차
수직축형 풍차의 대표로서 사보니우스형 풍차가 있다. 반원통형의 날개 2매로 구성되고, 좌우의 날개를 서로 다르게 원주 방향으로 다소 서로 겹치는 부분을 남기고, 어긋나게 하여 조합한 것이다. 따라서, 2개의 버킷(반분할된 원통)의 사이를 빠져나가는 바람이, 반대측 버킷의 이면에 유입되도록 함으로써, 회전 방향으로 미는 작용과 맞바람의 저항을 억제하는 힘이 되어, 회전 효율을 올리고 있다. 이 풍차는 프로펠러형 등의 바람의 「양력(揚力)」을 이용하는 것과 달리 「항력」이 주체가 되고 있는 점이 크게 상위하다. 따라서, 주속비는 거의 1이 되고, 회전수는 낮아지고, 소리는 조용하고, 회전 토크가 비교적 크다. 풍향에 관계 없이 회전된다는 특징이 있다.
(D) 다리우스형 풍차
동일하게 수직축형 풍차로서 다리우스형 풍차가 있다. 날개는 2∼3매가 사용되고, 사보니우스형의 항력을 이용하는 것과 달리 양력형이기 때문에, 회전수가 매우 커진다는 특징이 있다. 또한, 풍향에 관계 없기 때문에 방향타가 불필요하지만, 정지 상태에서 바람으로부터 얻어지는 회전 토크(기동 토크)는 매우 작기 때문에, 자력으로의 회전 개시가 어렵다는 문제가 있다. 그 때문에 모터로 기동하거나, 사보니우스형 풍차와 조합하거나 하여 기동 성능을 향상시키는 등, 다양한 고안이 시도되고 있다.
(E) 크로스 플로우형 풍차
가늘고 긴 만곡 형상의 날개를, 상하의 원판 외주연부에 적당한 각도를 부여하여 등간격으로 다수 형성하고, 외부의 바람이 날개의 간극으로부터 내부 공동부를 관류하여, 반대측(풍하)의 날개의 간극으로부터 외부로 배출하면서, 일정 방향으로 회전하는 풍차이다. 바람에 대해서는 무지향성이고, 전(全)방위로부터의 바람을 받아 회전한다. 전방으로부터 바람이 왔을 때, 왼쪽 절반분의 바람은 풍차를 회전하는 방향으로 유효 작용하지만, 오른쪽 절반분의 바람은 회전 방향 운동에 저항 작용이 되어, 기동 토크가 크다는 특징을 갖지만, 회전 속도는 커지지 않는다. 회전 속도가 낮기 때문에, 회전 토크는 높고, 소음은 매우 조용하여, 에어컨 등의 송풍용으로 다용되고 있다.
2. 풍력 발전에는 어느 풍차가 적합한가
프로펠러형 풍차는 토크 계수가 낮지만, 파워 계수가 높고, 주속비도 높기 때문에 풍력 발전에 많이 이용되고 있다. 풍력 발전 시스템은, 자연풍으로부터 기계적인 회전력으로의 풍차에 의한 에너지 변환의 과정에서의 손실이 가장 큰 점에서, 조금이라도 효율, 즉 파워 계수가 높은 풍차가 요망된다. 또한, 항력형 풍차와 비교하여 증속 톱니바퀴의 비를 작게 할 수 있는 것도 이점이라고 할 수 있다. 이러한 이유로, 프로펠러형이나 다리우스형 풍차가 풍력 발전에서 압도적으로 많이 사용되고 있다.
한편, 독립 전원으로서의 소형 풍차에서는, 프로펠러형 풍차 이외에도, 항력형의 사보니우스형 풍차 등이 이용되는 경우도 있다. 이 경우에는 풍차 본래의 파워 계수가 낮은 데다가, 톱니바퀴나 벨트 등에서 상당히 큰 증속비로 증속하여 발전기를 구동하기 때문에, 추가로 손실이 더해지게 되어, 시스템 전체적으로의 효율은 매우 낮아져 버려, 풍력 발전에는 부적합하다고 할 수 있다.
3. 풍력 발전의 메커니즘
바람의 힘으로 풍차를 돌리고, 그 회전 운동을 발전기에 전하여 전기를 일으킨다.
바람 에너지는, 바람을 받는 면적과 공기의 밀도와 풍속의 3승에 비례한다. 바람을 받는 면적이나 공기의 밀도를 일정하게 하면, 풍속이 2배가 되면 바람 에너지는 8배가 된다.
그 때문에, 풍차는 바람이 불어오는 방향으로 방향을 바꾸어, 항상 바람의 힘을 최대한으로 받아 들이는 구조로 되어 있다.
또한, 태풍 등으로 바람이 지나치게 강할 때는, 풍차가 고장나지 않도록 가변 피치가 작용하여, 바람을 받아도 풍차가 돌지 않도록 한다.
이와 같이 풍력 발전은, 바람의 운동 에너지의 약 40％를 전기 에너지로 변환할 수 있기 때문에 효율성도 우수하다.
수평축형 풍차(프로펠러형)와 수직축형 풍차의 양 풍차 타입 모두 풍력 중, 양력을 이용하는 타입과 항력을 이용하는 타입이 있다.
양력형에서는 합성 속도에 의한 양력을 이용하여 풍차 회전 주위의 회전 토크를 발생시키고 있다.
(수평축형 풍차)
수평축형 풍차에는, 로터의 회전면이 타워의 풍상(風上)측에 위치하는 업 윈도우 방식과 풍하측에 위치하는 다운 윈도우 방식이 있다.
업 윈도우 방식은, 로터가 타워의 풍상측에 있기 때문에 타워에 의한 바람의 흐트러짐의 영향을 받지 않는다는 특징을 갖고, 현재의 풍차에서는 업 윈도우 방식이 주류가 되고 있다.
한편, 다운 윈도우 방식은, 프로펠러 방향을 자동적으로 풍향에 맞추기 위한 요(yaw) 구동 장치가 불필요하다는 특징을 갖고, 소형 풍차로의 적용예는 적지 않지만, 대형기에서의 다운 윈도우 방식의 풍차도 최근들어 개발되고 있다.
수평축형 풍차의 특징으로서, 다음의 5개를 들 수 있다.
(1) 효율이 높고, 대형화가 용이하다.
(2) 수평축형 풍차는 발전용으로 적합하다.
(3) 업 윈도우 방식의 경우는 풍차의 회전면을 바람에 향하게 할 필요가 있다(요 제어).
(4) 중량물(발전기, 전달 기구, 제어 기구 등)은 나셀(nacelle) 내에 설치할 필요가 있다.
(5) 구조가 비교적 간단하다.
(수직축형 풍차)
수직축형 풍차의 특징으로서, 다음의 5개를 들 수 있다.
(1) 어느 방향의 바람도 이용 가능하여 풍향의 의존성이 없다.
(2) 중량물은 지상에 설치할 수 있다.
(3) 날개(블레이드)의 제조가 프로펠러식에 비해 용이하다.
(4) 자기 기동 시에 큰 회전 토크가 필요하여 회전수 제어가 어렵다.
(5) 수평축형 풍차와 비교하여 효율이 뒤떨어지고, 설치 면적도 크다.
이상과 같이, 현행의 소형 풍력 발전 장치는, 전력량이 적어 교재나 모뉴먼트 정도의 취급이고, 발전기로서는 거의 보급되어 있지 않다.
본 발명자는, 지금까지 약 10년간, 고안전·소면적·고효율 발전을 목적으로 한 소형 풍력 발전 장치의 고안과, 류큐대학·중화과기대학(대만) 등과의 제휴에 의해 많은 시작기의 제작을 행해 왔다.
한편, 탈탄소 사회의 중요성이 인지되어, 환경 등의 대처를 중시하는 ESG 투자가 세계적으로 확산되는 가운데, 일본 정부에 있어서도 온실 효과 가스 배출량을 2050년까지 실질 제로로 하는 목표를 선언했다.
2018년, 세계의 온실 효과 가스의 대부분을 차지하는 것은, 에너지, 연소를 기원으로 하는 이산화탄소 배출이며, 그 양은 335억 톤이었다.
그 중, 발전 부문이 최대의 약 40％의 배출량을 차지하고, 다음으로 수송 부문이 약 25％의 배출량을 차지했다. 또한 자동차 부문의 배출량은, 제조 부문의 배출량 62억톤으로 거의 동일했다.
풍력 발전 장치에 있어서도, 탈탄소라는 사회의 변화에 대응하기 위해, 다양한 분야에서 사용 가능한 새로운 발상이 중요하다.
하기의 특허문헌은, 본 발명자의 발명으로서, 센서·브레이크 등을 사용하지 않고, 흡인력과 원심력을 이용하는 자동 제어에 의해, 블레이드의 자동 개폐를 행하는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
즉, 구체∼원기둥을 기본 형상으로 하여, 중심축과 각 블레이드를 추·스프링·유압 실린더·가스 실린더 등으로 접속하고, 무풍 시는 추·스프링·자석 등의 흡인력에 의해, 블레이드 선단은 풍차 내부에 기울어 용이하게 바람을 받는 형상이 된다. 강풍에 의해 풍차 회전수가 증가하면, 회전의 원심력에 의해 블레이드의 선단은 외측으로 되돌아와 구체 형상이 되고, 풍차는 수풍(受風)하지 않는 형상이 된다. 회전수가 저하하면 흡인력에 의해, 풍차는 다시 수풍 형상이 되고, 강풍 시에 있어서도 풍차는 안전하게 회전하여 발전을 계속하는 것이다.
일본실용신안등록 3172061호 공보 일본실용신안등록 3204736호 공보 WO2019/153103 A1호 공보 일본특허출원 2020-103982호
(소형화의 필요성)
현재, 실제로 운용되고 있는 메가·솔러 발전 및 대형 풍력 발전기는, 출력이 기후에 좌우되기 때문에 발전이 안정적이지 않아 계통 연계가 어렵고, 또한 발전 환경이 갖추어지면 발전이 집중되기 때문에 출력 제한 등도 실시되도록 되어 있다.
또한 원거리 송전망의 고액의 건설·메인터넌스 비용, 송전·변전 로스에 더하여, 대규모 정전의 리스크도 갖고 있다.
그래서, 지역 분산형 발전·독립 전원으로서, 환경이 갖추어지면 24시간 발전이 가능한 고효율 소형 풍력 발전기의 개발은 유의미하다.
(수풍 면적)
풍력 발전 장치, 특히 수직축형 풍력 발전기는, 풍향에 좌우되지 않고 발전이 가능하고, 소음이 적고, 소형화가 가능 등의 메리트를 갖기 때문에 소형 풍력 발전 장치의 유력 주자가 될 수 있을 가능성을 갖고 있다.
그러나, 풍차의 수풍 부분이 작아 발전량이 적다는 디메리트도 겸비한다.
또한, 수직축형 풍차에 있어서는 순풍(順風)을 수풍하는 면적은, 풍차의 4분의 1(90도)만이 순풍을 받는다. 마찬가지로, 역풍(逆風)을 수풍하는 면적도 4분의 1(90도)이고, 그리고 후방 부분은 수풍하지 않는다(도 4를 참조).
따라서, 발전에 필요 불가결한 풍차의 고속 회전은 어렵다는 문제점이 있다. 이 대책을 위해서는, 수직축형 풍력 발전기에서는 순풍을 수풍하는 면적을 확대하여, 어떻게 풍차의 고속 회전을 실현하는지가 필수의 과제이다.
(무풍 대책)
또한, 풍력 발전 장치의 최대의 과제는, 바람이 없으면 블레이드는 회전할 수 없어, 발전 불능이 되는 것이다. 종래의 해결 수단은, 풍력 발전 장치를 풍황이 좋은 장소에 설치하는 것이었지만, 이것으로는 완벽한 해결책이 될 수는 없다.
확실하게 수풍하여, 발전을 가능하게 하는 것이 최대의 과제이다. 이 최대의 과제를 해결하려면, 풍차를 이동체에 부착하는 것이다.
그러나, 이와 같이 이동체에 부착한 경우에는, 이동체가 이동하고 있는 도중에는 문제 없이 수평축형 풍력 발전 장치를 선택하면 발전을 행할 수 있지만, 이동체가 정지한 상황에서는 수평축형 풍력 발전 장치에 의한 풍력 발전을 효율 좋게 행할 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 경우에는, 어느 풍향으로부터도 풍차 회전이 용이한 수직축형 풍차의 쪽이 효율적이다.
(안전성)
또한, 안전성의 확보도 가장 중요한 과제이다. 특히 소형 풍력 발전 장치의 경우에는, 손가락의 끼임 등의 사고를 방지하여, 풍력 발전 장치를 손으로 만질 수 있을 정도의 고안전성을 확보하는 것이 중요한 과제이다.
이상과 같이, 본 발명의 과제는, 이동체에 부착한 상황과, 이동체가 정지한 상황의 양쪽에서, 발전을 안전하게 효율 좋게 행할 수 있는 풍력 발전 장치를 제공하는 것이다.
(1)
상기 목적을 달성하는 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치는,
다음의 (A)∼(D)를 포함하는 수직축형 풍력 발전 기구와, 다음의 (G)∼(H)를 포함하는 지지 기구를 포함하는 풍력 발전 장치로서, 상기 수직축형 풍력 발전 기구에는, (A) 집풍부, (B) 복수의 날개를 구비한 풍차, (C) 풍차 회전축 및, (D) 발전기를 포함하고, 상기 집풍부가, 상기 날개의 외주를 둘러싸고 형성되어 있고, 상기 발전기가 상기 풍차 회전축에 직결하고 있고, 그리고, 상기 지지 기구에는, (G) 가대(架臺)와, (H) 자세 제어 수단을 포함하는,
정치하여 발전 가능한 또는 이동체에 고정 설치하여 발전 가능한 풍력 발전 장치로서,
상기 집풍부가, 상기 풍차의 외주를 둘러싸는 연설(連設)된 복수의 집풍 덕트로 형성되어 있고, 상기 복수의 날개를 구비한 풍차가, 수직축형 풍차인
것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
이 구성에 의해, 풍차 전체를 덮어, 수풍 면적의 확대와 역풍을 차단하여 순풍만이 블레이드에 닿는 구조로 하여, 바람의 기세를 증가하고, 풍력을 증강하여, 역풍을 차단한다.
(2)
상기 목적을 달성하는 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치는,
다음의 (A)∼(D)를 포함하는 풍력 발전 기구와, 다음의 (G)∼(H)를 포함하는 지지 기구를 포함하는 풍력 발전 장치로서, 상기 풍력 발전 기구에는,
(A) 집풍부,
(B) 복수의 날개를 구비한 풍차,
(C) 풍차 회전축 및,
(D) 발전기를 포함하고,
상기 풍력 발전 기구는, 수직축형 풍력 발전 기구이고,
상기 집풍부는, 상기 풍차의 외주를 둘러싸는 복수의 집풍 덕트로 형성되고, 또한,
상기 집풍 덕트는, 상기 집풍 덕트의 토출구로부터 토출하는 바람이 상기 풍차의 날개에 항상 순풍이 되어 닿도록 형성됨과 함께, 상기 날개에 있어서의 역풍을 상기 집풍 덕트의 관벽에 의해 유입하지 않도록 할 수 있고,
상기 발전기가 상기 풍차 회전축에 직결하고 있고,
그리고, 상기 지지 기구에는,
(G) 가대와,
(H) 자세 제어 수단을 포함하고,
상기 자세 제어 수단이, 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 수직 방향으로 풍차 및 집풍부의 방향 조정을 가능하게 하는 자세 제어 수단이고,
정치하여 발전 가능한 또는 이동체에 고정 설치하여 발전 가능한 풍력 발전 장치를 제공한다.
이 구성에 의해, 복수의 집풍 덕트에 의해, 풍차에 닿는 역풍을 차단함과 함께 수풍 면적을 확대하고, 추가로 날개에 닿는 바람의 기세를 증강시켜, 풍차속 회전수를 증가할 수 있다.
(3)
또한, 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 집풍 덕트는, 상기 집풍 덕트의 흡입구보다도 상기 집풍 덕트의 토출구에 진행됨에 따라 상기 집풍 덕트의 내경이 작아지도록 형성된, 상기 (1)에 기재된 풍력 발전 장치로 해도 좋다.
이 구성에 의해, 집풍 덕트에 의해, 추가로 블레이드에 닿는 바람의 기세를 증강시켜, 풍차속 회전수를 증가할 수 있다.
(4)
또한, 상기 풍력 발전 장치에서는 상기 날개는, 윙릿(winglets)과 안날개를 형성한 날개로 해도 좋다.
이 구성에 의해, 익단 와류의 발생을 저감하여, 효율적인 회전과 소음의 방지를 실현할 수 있다.
(5)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 풍차 회전축과 상기 날개를 연결하는 봉 형상 아암의 형상을 회전익(回轉翼)형상으로 형성하거나, 또는, 상기 풍차 회전축과 상기 날개를 연결하는 상기 봉 형상 아암에 회전익 형상의 부재를 형성해도 좋다.
이 구성에 의해, 수풍을 용이하게 함과 함께, 항력과 양력의 효과를 활용할 수 있어, 날개의 회전수가 향상한다.
(6)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 수직축형 풍차가 세로로 연결 설치되어도 좋다. 이 구성에 의해, 발전량을 증가할 수 있다.
(7)
또한 본 발명의 풍력 발전 장치에서는, 다음의 (A)∼(D)를 포함하는 수평축형 풍력 발전 기구와, 다음의 (G)∼(H)를 포함하는 지지 기구를 포함하는 풍력 발전 장치로서, 상기 수평축형 풍력 발전 기구에는, (A) 집풍부, (B) 복수의 날개를 구비한 풍차, (C) 풍차 회전축 및, (D) 발전기를 포함하고,
상기 집풍부가, 상기 날개의 외주를 둘러싸고 형성되어 있고, 상기 발전기가 상기 풍차 회전축에 직결하고 있고, 그리고, 상기 지지 기구에는, (G) 가대와, (H) 자세 제어 수단을 포함하는,
정치하여 발전 가능한 또는 이동체에 고정 설치하여 발전 가능한 풍력 발전 장치로서,
상기 집풍부가, 벨 마우스 덕트(bell mouth duct)이고,
상기 복수의 날개를 구비한 풍차가, 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차이고,
상기 발전기가, 상기 수평축형 풍력 발전 기구의 풍차 회전축과 직결하고 있는
것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
이 구성에 의해, 풍차를 소형화할 수 있어, 발전기와 풍차 회전축의 직결을 가능하게 했다.
(8)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 (B) 복수의 날개를 구비한 풍차가, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개끼리가 서로 겹쳐 수풍 부분의 거의 전부를 덮도록 하고 및, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개와 벨 마우스 덕트의 극간이 거의 없도록 날개가 형성되어 수평축형 풍차의 수풍부의 거의 모든 면적을 날개에 의해 차지되도록 해도 좋다.
이 구성에 의해, 수풍 면적을 크게 하여 최대한의 수풍이 가능해지고, 수평축형 풍차의 수풍 부분의 거의 전부가 블레이드 팬이 되고, 최대한으로 효율적인 수풍이 가능해져, 고속 회전을 실현할 수 있다.
(9)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 복수의 날개를 구비한 풍차가 상기 날개의 중앙부에 스피너를 형성하고 있고, 상기 집풍부가 집풍구에 가드를 형성하고 있고, 상기 풍력 발전 기구가 수직 안정판을 형성한 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 수평축형 풍차를 풍향에 정면 대향시킬 수 있어, 손가락의 끼임 방지 및 버드 스트라이크를 방지할 수 있다.
(10)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 수평축형 풍력 발전 기구(12)가 수평으로 연결 설치되어도 좋다.
이 구성에 의해, 발전량을 증가할 수 있다.
(11)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는,
집풍부가 벨 마우스 덕트이고 풍차가 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차인 수평축형 풍력 발전 기구를 추가로 구비한, 상기 (1)에 기재된 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 이동체가 주행 중인 경우뿐만 아니라, 정지 상태에서도 풍력 발전 장치가 가능해진다.
(12)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는,
상기 수직축형 풍력 발전 기구의 하단부에 청구항 3에 기재된 수평축형 풍력 발전 기구의 후단부를 착탈 가능하게 연결한, 상기 (1)에 기재된 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 이동체가 주행 중인 경우뿐만 아니라, 정지 상태에서도 풍력 발전 장치가 가능해진다.
(13)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는, 상기 풍력 발전 장치가 이동체에 설치되어 상기 이동체가 주행할 때에는, 상기 수평축형 풍력 발전 기구를 풍향에 정면 대향시키고, 상기 이동체가 정지하고 있을 때에는, 상기 수직축형 풍력 발전 기구를 풍향에 수직의 상태가 되도록 상기 (1) 기재의 자세 제어 수단에 의해 방향 조정하는, 상기 (3)에 기재된 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 이동체가 주행 중인 경우뿐만 아니라, 정지 상태에서도 풍력 발전 장치가 가능해질 뿐만 아니라, 그들의 전환이 용이해진다.
(14)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는,
상기 풍력 발전 장치에 의해 발전된 전기를 상기 이동체에 탑재된 배터리에 충전하는 충전 제어 기구를 추가로 구비한, 상기 (5)에 기재된 풍력 발전 장치로 해도 좋다.
이 구성에 의해, 이동체에 구비된 축전지뿐만 아니라, 예비의 축전지에도 충전이 가능해져, 예비의 축전지를 자가 사용할 뿐만 아니라, 다른 이동체 등에도 양도 제공할 수 있다.
(15)
상기 수직축형 풍력 발전 기구는, 청구항 2에 기재된 수직축형 풍력 발전 기구이고, 그리고,
상기 수평축형 풍력 발전 기구는, 상기 청구항 7에 기재된 수평축형 풍력 발전 기구이고,
풍력 발전 기구가, 상기 수평축형 풍력 발전 기구의 후단부와 상기 수직축형 풍력 발전 기구의 하단부를 착탈 가능하게 연결하여 일체화된 일체형 풍력 발전 기구이고, 상기 자세 제어 수단이, 상기 일체형 풍력 발전 기구의 방향을 상하 좌우 방향으로 조정 가능한 자세 제어 수단으로 한, 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 부품 점수가 감소하여, 풍력 발전 장치를 소형, 경량화가 가능해져, 일체형 풍차의 각도를 임의로 변경하여 가장 효율적인 발전을 실현할 수 있다.
(16)
상기 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차의 날개의 폭과 길이가, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개끼리가 서로 겹쳐 수풍 부분의 거의 전부를 덮는 바와 같은 날개폭으로 형성하고 및, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개의 선단과 벨 마우스 덕트의 간극이 거의 없도록 날개의 길이를 형성한,
상기 (3)에 기재된 풍력 발전 장치로 해도 좋다.
이 구성에 의해, 최대한으로 효율적인 수풍이 가능해져, 고속 회전을 실현할 수 있다. 또한, 짧은 날개 지름과, 날개와 벨 마우스 덕트의 좁은 간극에 의해 소음을 적게 할 수 있다.
(17)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는,
상기 (1)에 기재된 수직축형 풍력 발전 기구의 풍차 회전축과 날개를 연결하는 봉 형상 아암에, 회전익 형상의 부재를 형성한, 상기 (4)에 기재된 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 수평축형 풍력 발전 기구를 통과한 바람의 전체량이 수직축형 풍력 발전 기구의 내부를 통과하고, 수직축형 풍력 발전 기구에 형성된 스포크 블레이드(38)를 회전하여 발전할 수 있다.
(18)
또한 상기 풍력 발전 장치에서는,
상기 집풍부의 집풍구에, 손가락의 끼임을 방지하고 및 버드 스트라이크를 방지하는 방호 커버를 형성한, 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 손가락의 끼임을 방지하고 및 버드 스트라이크도 방지할 수 있다.
(19)
또한, 가스 댐퍼, 가스 스프링 또는 오일 댐퍼의 어느 것을 상기 가대와 상기 일체형 풍력 발전 기구의 사이에 부착한
것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치라도 좋다.
이 구성에 의해, 풍력의 강약에 따라서 수직형 풍력 발전 기구와 수평형 풍력 발전 기구의 전환을 자동적으로 실현할 수 있다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 「바람이 불지 않으면 발전할 수 없다」라는 풍력 발전 장치의 치명적 결함을 해결할 수 있다.
즉, 일체형 풍력 발전 장치를 선박 등에 부착한 경우, 어장으로 이동할 때에는 수평축형 풍차에 의해 확실하게 발전하여 축전지 등으로 충전함으로써, 집어등(集魚燈) 등에 사용하는 연료를 삭감할 수 있다.
또한, 정선(停船) 중에는 수직축형 풍차에 의해 축전지 등으로의 충전을 행함과 함께, 정박 중에 사용하는 전원으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 풍력 발전 장치는, 소형 경량이기 때문에, 장거리 트럭 등의 차량(철도를 포함함)에 부착하는 경우에는, 운전석 상부의 풍방(風方)에 2기 정도의 풍차를 설치하는 것이 가능하고, 자동차의 풍방의 형상을 수평축형 풍차의 집풍이 용이한 형상(집풍 덕트로의 송풍)으로 함으로써, 더욱 효율적인 발전이 가능해진다.
특히, 냉동차·냉장차 등의 발전원으로 하는 것이 유효하지만, EV 자동차나 연료 전지 자동차로의 부착도 가능하다. 이 결과, 트럭 등에 탑재되는 축전지의 삭감 및 주행 거리의 연장 효과를 기대할 수 있다.
한편, 선박·트럭 등에 풍력 발전 장치를 탑재하면 공기 저항이 증대한다는 디메리트가 발생하지만, 주행에 수반하는 관성력에 의해 연비의 악화를 최소한으로 머무르게 할 수 있다.
또한, 사회 정세로서, 공기 저항의 증대에 의한 디메리트보다도 자연 에너지의 활용을 우선하는 시대가 도래하고 있다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 종래의 고정 설치에 더하여, 이동체로도 풍력 발전 장치를 부착함으로써, 발전 부문에 더하여, 수송 부문의 이산화탄소의 배출량도 삭감 가능해진다.
또한, 본 발명의 수직축형 풍차에 있어서는, 블레이드의 회전수에 한계가 있기 때문에, 폭풍이라도 풍차 회전수는 제한 없이 계속 증가하는 일은 없다. 따라서, 3상 모터의 전자 브레이크에 의한 제동과, 강도가 있는 재질을 사용함으로써 높은 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 풍차 외부의 집풍부(20)는 회전하지 않기 때문에, 날개가 회전 중이라도 풍차에 접촉할 수 있을 만큼 안전한 형상이다.
수평축형 풍차에 있어서는, 본래 고속 회전이 가능한 멀티 블레이드 팬의 블레이드 지름을 짧게 함으로써, 강도가 증대하여 높은 안전성을 확보할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 3상 모터의 전자 브레이크에 의해 회전의 제어를 행할 수 있다.
벨 마우스 덕트 자체는 회전하지 않기 때문에 안전하지만, 벨 마우스 덕트의 흡입구에 망 등의 방호 커버를 부착함으로써, 손가락의 끼임 및 버드 스트라이크도 방지할 수 있다.
또한, 일체형의 경우, 폭풍 시에 가로 방향(수평축형이 지면과 평행) 설치로 함으로써, 수직축형 풍차로는 폭풍은 침입하지 않는 매우 안전한 형상이다.
본 발명의 풍력 발전 장치는, 부품 점수가 적은 단순 구조이기 때문에, 제조 비용이 염가이고, 메인터넌스도 경감되고, 또한 용이하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치의 일 실시예의 집풍부의 사시도이다.
도 3(a)는, 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치의 날개부를 확대한 사시도이고, 도 3(b)는 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치의 풍차부의 사시도이다.
도 4는 수직축형 풍차의 수풍 상태를 설명하는 참고도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 태양의 풍력 발전 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 태양의 일체형 풍력 발전 장치의 수평으로 설치된 상태를 나타내고, 그의 내부를 나타내는 단면 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 태양의 일체형 풍력 발전 장치의 절반분을 내부 설명도로 한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 태양의 일체형 풍력 발전 장치의 배면을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 태양의 일체형 풍력 발전 장치의 정면을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 태양의 일체형 풍력 발전 장치의 수직으로 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 고안의 목적, 특징 및 효과를 나타내는 실시 형태를 설명한다.
(1) 제1 실시 태양(수직축형 풍력 발전 기구(11))
이하, 본 발명의 제1 실시 태양에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 이하, 명세서에 있어서 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)를 「수직축형」이라고 기재하는 경우가 있다. 본 발명의 제1 실시 태양에 따른 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 구성을 도 1 및 도 2에 나타낸다.
(전체 구성)
도 1은, 본 발명의 제1 실시 태양에 따른 수직축형 풍력 발전 기구(11)를 나타내는 사시도이다. 도 1에 있어서, 수직축형 풍력 발전 기구(11)는, 가대(51), 풍차(30)와, 바람을 모음 날개(32)를 향하여 진행하는 바람을 가속시키는 집풍부(20) 및 발전기 A(40a)를 갖고 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 태양의 풍력 발전 장치는, 수직축형 풍력 발전 기구(11)인 크로스 플로우형 풍차(30)의 외주 전체가 집풍부(20)로 둘러싸여지는 형상으로 되어 있다.
(풍차(30))
도 1에 있어서, 풍차(30)는, 가대(51)에 대하여 회전이 자유롭게 지지됨과 함께, 발전기(40a)의 입력축에 연결되고, 바람의 진행 방향에 대하여 수직 방향으로 입설된 풍차 회전축(31)과, 이 풍차 회전축(31)의 주위를 따라 배치되고, 바람을 받음으로써 풍차 회전축(31)에 회전 토크를 부여하는 복수의 날개(32)를 구비하고 있다.
(집풍부(20))
도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 집풍부(20)는, 외관이 대략 삼각 기둥 형상의 복수의 집풍 덕트가 외주 전체를 둘러싸고 있다. 이 집풍 덕트에 의하면, 바람(W)은, 풍차의 외주를 둘러싸는 복수의 집풍 덕트의 흡입구로부터 유입하여 토출구로부터 풍차 내에 흘러든다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 풍차 내에 흘러드는 바람(W)의 방향은, 위로부터 보아 시계 방향의 바람이 되어, 풍차의 날개에는 항상 순풍이 되어 닿는다. 풍차의 날개에 있어서의 역풍은, 집풍 덕트의 관벽으로 방어되어 풍차 내에 유입하지 않도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 집풍 덕트에서는, 바람의 입구인 흡입구(22)가 넓어져 있어, 수풍 면적을 크게 하고, 선단으로 진행됨에 따라 내경을 가늘게 드로잉한 관 형상의 입체 형상을 하고 있다. 이 형상에 의해, 흡입구(22)보다도 토출구로 진행됨에 따라 집풍 덕트의 내경이 작아지도록 형성되어 있기 때문에, 풍차(30)로의 바람이 가속된다.
본 실시예의 집풍부(20)를 이용하면, 역풍을 저지하면서, 전방 각도 대략 120도 내지 대략 180도로부터의 바람을 풍차 내부의 날개(32)에 순풍으로서 보낼 수 있다.
이 결과, 본 실시예의 집풍부(20)를 이용함으로써, 수풍 면적의 확대와 역풍의 차단, 풍력의 증강에 의해, 풍차 회전수를 증가할 수 있다.
또한, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 집풍부(20)에서는, 서로 이웃하는 집풍 덕트의 부분이 일부 겹쳐 풍차(30)의 외주 전체를 덮도록 부착되어 있고, 바람을 최대한 활용하는 입체 형상으로 되어 있지만, 서로 이웃하는 집풍 덕트끼리가 일부 겹치는 일 없이 떨어진 상태로 풍차(30)의 외주 전체를 덮도록 부착되어 있어도 좋다.
(아암)
도 1에 있어서, 풍차 회전축(31)과 날개(32)를 연결하는 아암으로서, 본 실시예에서는 날개(32)의 상하 부분을 원판으로 고정하는 타입의 원판형 아암(35)으로 하고 있다. 이는, 수직축형 풍력 발전 기구(11)는, 바람의 강약에 의해 회전수가 변화하여 관성력에 의한 날개 프레임 근원의 피로 부하가 생긴다는 문제를 해결하기 위해서이다.
그러나, 원판형 아암 이외에도 예를 들면, 다른 타입의 아암도 채용할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 날개(321)의 상하의 선단을 윙릿(33)으로 하는 경우에는, 원판형 아암(35)이 아니라 봉 형상 아암(36)으로 하여 날개(321)를 지지할 수 있다.
또한, 다른 실시예에서는, 풍차 회전축(31)과 날개를 연결하는 아암의 형상을 회전익 형상으로 하거나, 또는, 도시하지 않지만, 풍차 회전축(31)과 날개를 연결하는 아암에 회전익 형상의 스포크 블레이드(38)를 형성해도 좋다.
(날개(321))
도 1에 있어서, 본 실시예에서는 날개(32)는 복수매의 세로형의 날개(32)를 채용하고 있다. 본 실시예에서는 직선적인 형상을 채용하고 있지만, 곡면 형상의 형상이라도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 풍차(30)의 날개끼리의 간격을 비교적 크게 하고 있다. 이에 따라, 고속 회전이 가능한 형상이 되어 있다.
(윙릿(33))
도 3에 나타내는 실시예에서는, 날개(321)의 상하의 선단을 윙릿(33)으로 하고 있다. 이에 따라, 익단(翼端) 와류의 발생을 저감하여, 효율적인 회전과 소음의 방지를 실현하고 있다. 종래의 스트레이트 날개에서는 선단으로부터 바람을 놓쳐 버려, 익단 실속(失速)을 일으켜 버린다. 익단 실속을 없애기 위해 날개는 익단을 내측으로 굽힌 윙릿(33)으로 했다. 크로스 플로우형 풍차(30)의 날개 선단을 윙릿(33)으로 함으로써, 풍차 회전수가 대략 25％ 향상하는 것을 회전 시험에 의해 확인하고 있다.
윙릿 형상에 의해 풍차 회전수가 향상하는 이유는, 날개 선단의 윙릿(33) 및 날개(32)에 안날개(54)를 부착함으로써, 바람을 최대한 효과적으로 수풍할 수 있어, 양력과 효력을 활용할 수 있고, 마이너스 요인인 익단 와류의 발생을 저감하는 것에 의한 것이라고 생각된다.
(안날개(54))
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 날개(32)의 회전 방향(진행)측의 선단에, 안날개(54)를 부착함으로써, 수풍을 용이하게 함과 함께, 항력과 양력의 효과를 활용할 수 있어, 날개(32)의 회전수가 향상한다. 즉, 안날개(54)를 부착한 경우, 풍차 회전수를 약 20％ 향상하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 안날개(54)의 부착 각도는, 45도∼90도의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 이 범위의 각도가, 가장 효과적인 것을 회전 시험에 의해 확인했다.
본 실시 태양의 수직축형 풍차를 단독으로 사용하는 경우, 풍차를 세로로 2단·3단으로 빗살형으로 연결할 수 있다. 본 발명의 수직축형 풍력 발전 기구(11)에서 이용하는 풍차는, 블레이드 면적이 넓고, 토크도 크기 때문에, 복수의 풍차를 세로로 빗살형으로 연결하여, 1개의 발전기에 연결한다는 형상이 가능해진다. 이에 따라, 발전량을 증대시킬 수 있다.
(발전기(40a))
발전기 A(40a)는, 풍차(30)의 하부의 발전기 지지 수단(도시하지 않음)에 의해, 풍차 회전축(31)에 직결되어 있다. 본 실시예에서는, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 동일 회전축으로 형성되어 있지만, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 축 조인트로 접합되어 있는 바와 같은 경우라도 좋다.
(지지 기구)
본 실시예에서는, 지지 기구는, 가대(51)와, 자세 제어 수단(53)을 포함하고 있다. 풍차(30) 및 집풍부(20)의 자세는, 가대(51)에 형성한 턴 테이블(도시하지 않음)에 의해 수평 방향으로 조정이 가능하다. 또한, 자세 제어축(53)에 의해 수직 방향으로 풍차(30) 및 집풍부(20)의 방향 조정이 가능하다. 본 명세서에 있어서, 자세 제어란, 풍차 및 집풍부의 자세를 수평 방향, 수직 방향으로 방향 조정하는 것이다.
(작용 효과)
제1 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)의 작용 효과에 대해서 설명한다.
풍력에 의한 발전량은 풍속의 3승에 비례하는 것에 착안하여, 약 삼각 기둥 형상의 입체 형상의 집풍부(20)를 풍차 주위에 부착함으로써 풍차(30)에 닿는 바람을 가속시켜, 대폭적인 출력 증가를 달성할 수 있다. 바람을 모아, 바람 에너지를 집중시켜 바람을 가속시키는 이 집풍부(20)를 수직축형 풍력 발전 기구(11)에 적용하여, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 과제인 기동 특성을 개선함과 함께, 대폭적인 발전 출력을 증가하는 것이 가능해진다.
(2) 제2 실시 태양(수평축형 풍력 발전 기구(12))
다음으로 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 태양인 수평축형 풍력 발전 기구(12)에 대해서 설명한다. 제2 실시 태양에서는, 제1 실시 태양과 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다. 이하, 명세서에 있어서 제2 실시 태양의 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 「수평축형」이라고 기재하는 경우가 있다. 제2 실시 태양에서는, 풍력 발전 기구로서 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 사용하고 있는 점이 제1 실시 태양과 상이하다.
(전체 형상)
도 5에 있어서, 제2 실시 태양인 수평축형 풍력 발전 기구(12)는, 가대(51), 풍차(30), 날개(322), 집풍부(20) 및 발전기 A(40b)를 구비하고 있다.
(집풍부(20))　
제2 실시 태양에 있어서, 집풍부(20)는, 바람을 모아 그 바람을 풍차로 유도할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예에서는, 집풍이 용이한 벨 마우스 덕트를 채용하고 있다.
(스피너(21))
본 실시예에서는, 멀티 블레이드 팬(322)의 중앙부에, 원추 형상의 스피너(21)가 부착되어 있다. 이에 따라, 저항이나 난류를 경감할 수 있어 효율적으로 집풍할 수 있다.
(날개(322))
본 제2 실시 태양에서는, 벨 마우스 덕트의 내측에는, 날개(322)로서, 멀티 블레이드 팬(322)을 이용하고 있다. 일반적으로는, 멀티 블레이드 팬은 6,000회전 이상의 회전 능력을 갖지만, 풍력 발전에 사용하는 경우는 1,000회전 정도에서도 충분한 발전이 가능하다. 또한 통상, 멀티 블레이드 팬은 송풍에 사용되고 있지만, 풍력 발전의 경우는 수풍을 위해 사용(역피치)하기 때문에 소음은 적다는 이점이 있다.
멀티 블레이드 팬(322)의 날개의 수의 한정은 특별히 없지만, 본 발명자에 의한 실증 실험에서는, 날개(322)의 매수는, 3매 날개와 9매 날개의 비교 검증 시험에 있어서, 9매 날개의 회전수는 3매 날개의 회전수의 약 2배를 달성할 수 있었기 때문에, 본 실시예에서는 9매 날개를 사용했다.
또한, 풍차의 고속 회전에 있어서 가장 중요한 것은, 풍차 내부를 빠져나가 버리는 바람을 최소로 하여, 바람을 최대한 활용하는 것이다. 풍차가 수풍하는 바람의 에너지는 동일하기 때문에, 공기 손실을 감소하여, 수풍에 대한 효율을 향상하는 것이 중요하다.
본 실시예에서는, 날개(322)의 형상은, 수풍 면적을 크게 하여 최대한의 수풍이 가능해지도록 날개의 형상이 고안되어 있다.
즉, 본 실시 태양의 수평축형 풍력 발전 기구(12)에 있어서는, 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 복수의 날개(322)의 서로 이웃하는 날개(322)끼리가 서로 겹쳐 극간이 없도록 하여 수평형 풍차의 수풍 부분의 거의 전부를 덮도록 하는 것이 바람직하고, 또한, 날개(322)의 선단과 벨 마우스 덕트의 간극도 거의 없도록 날개를 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 복수의 날개(322)의 투영 면적이 수평축형 풍차의 수풍 부분의 거의 전부를 덮도록 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차의 날개의 폭과 길이는, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개끼리가 서로 겹쳐 수풍 부분의 거의 전부를 덮는 바와 같은 날개폭으로 형성하고, 및, 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개의 선단과 벨 마우스 덕트의 극간이 거의 없도록 날개의 길이를 형성하는 것이 바람직하다.
(2중의 날개(32))
또한, 멀티 블레이드 팬을 동축에 겹쳐 부착하여 2연장(連裝) 이상의 날개 구조로 할 수도 있다. 이에 따라, 발전량을 더욱 증대할 수 있다.
(발전기)
본 실시 태양에서는, 풍차 회전축(31)이 발전기(40)에 직결하는 기구로 하고 있다. 이 때문에, 풍력 발전 장치의 소형화를 가능하게 했다. 본 실시예에서는, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 동일 회전축으로 형성되고 있지만, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 축 조인트로 접합되어 있는 바와 같은 경우라도 좋다.
(스태빌라이저)
또한, 벨 마우스 덕트의 상부에는, 방향을 제어하는 수직 안정판을 부착할 수도 있다. 수직 안정판을 부착함으로써 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 풍향에 정면 대향시켜 효율적으로 발전할 수 있다.
(방호 커버)
또한, 벨 마우스 덕트의 집풍구에는 망 등의 방호 커버를 부착할 수도 있다. 방호 커버를 부착함으로써, 손가락의 끼임 방지 및 버드 스트라이크를 방지할 수 있다.
(안전성)
또한, 날개(322)의 지름은 짧은 형상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 날개(322)의 지름이 짧으면, 날개(322)의 강도가 높아져, 높은 안전성의 확보를 할 수 있고, 또한, 날개(322)의 근본 부분과 선단 부분의 주속비는 변하지 않기 때문에, 짧은 지름의 날개(322)에서도 효율적인 회전을 실현할 수 있기 때문이다. 그리고, 강도의 증대에 의한 높은 안전성의 확보와 고속 회전을 실현할 수 있다.
(작용)
수평축형 풍력 발전 기구(12)의 고속 회전에 있어서 가장 중요한 것은, 풍차 내부를 빠져나가 버리는 바람을 최소로 하여, 바람을 최대한 활용하는 것이다. 즉, 풍차(30)가 수풍하는 바람의 에너지는 동일하기 때문에, 공기 손실을 감소하여, 수풍에 대한 효율을 향상할 필요가 있다.
본 실시예의 수평축형 풍력 발전 기구(12)에서는, 벨 마우스 덕트와 스피너(21)를 갖고, 날개(322)의 지름이 짧고, 날개끼리가 서로 겹치는 형상으로 하고 있다. 벨 마우스 덕트(23)와 날개(322)의 간격을 좁게 한 것에 의해, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 수풍 면적의 거의 전부가 날개(32)의 면적이 되어, 최대한으로 효율적인 수풍이 가능해져, 고속 회전을 실현할 수 있다. 또한, 날개의 짧은 지름과 좁은 벨 마우스 덕트(23)의 간극에 의해 소음을 적게 할 수 있다.
(3) 제3 실시 태양(일체형 풍력 발전 기구(13))
도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제3 실시 태양인 일체형 풍력 발전 기구(13)에 대해서 설명한다. 제3 실시 태양에서는, 제1 실시 태양, 제2 실시 태양과 마찬가지의 구성 요소에는 원칙으로서 동일한 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 10에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 태양에서는, 풍력 발전 기구가, 제1 실시 태양의 수직축형 풍력 발전 기구(11)와 제2 실시 태양의 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 결합하여 일체화한 풍력 발전 기구인 것이 상이하다.
이하, 명세서에 있어서 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)를 「일체형」, 「일체형 풍력 발전 기구(13)」 또는 「일체형 풍력 발전 기구(13)」라고 기재하는 경우가 있다.
그리고, 일체형 풍력 발전 기구(13)에서는, 수직축형 풍력 발전 기구(11) 및 수평축형 풍력 발전 기구(12) 각각의 설명은 상기한 바와 같기 때문에 중복을 피하기 위해 생략하고, 필요한 설명을 이하 상세하게 설명한다.
또한, 제1 실시 태양의 수직축형 풍력 발전 기구(11)에서는, 실시예로서는, 풍차부에 있어서, 원판형 아암(35)이 채용되고 있지만, 이하에 설명하는 일체형 풍력 발전 기구(13)의 수직축 풍력 발전 기구(11)의 부분에서는, 실시예로서, 풍차부에 있어서, 봉 형상 아암이 이용되고 있는 점이 상위하다.
(전체 형상)
도 6은, 일체형 풍력 발전 기구(13)가 수평으로 설치된 상태를 가로측으로부터 본 상태를 나타내고, 그의 내부 구조를 나타내는 단면 설명도이다.
도 7은, 절반분을 내부 설명도로 한 평면도이다.
도 8은, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 배면도이고,
도 9는, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 정면도이고,
도 10은, 일체형 풍력 발전 기구(13)가 수직으로 설치된 상태의 측면도이다.
본 발명의 일체형 풍력 발전 기구(13)는, 가대(51), 수직축형 풍력 발전 기구(11), 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 포함한다. 일체형 풍력 발전 기구(13)는, 풍력 발전 기구로서, 상기한 수직축형 풍력 발전 기구(11) 및 수평축형 풍력 발전 기구(12)가 일체화한 풍력 발전 기구가 이용되고 있다.
즉, 도 6에 나타내는 바와 같이, 일체형 풍력 발전 기구(13)는, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 수평축형 풍차 후단부(26)와, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 수직축형 풍차 하단부(25)가 연결 부재(27)에 의해 연결되어 일체화되어 있다.
일체형 풍력 발전 기구(13)는, 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 전방에, 수직축형 풍력 발전 기구(11)를 후방에 배치하는 형태로 일체화되어, 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 이동체의 진행 방향을 향하여 이동체에 탑재하여 사용할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 일체형 풍력 발전 기구(13)는, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 방향을 상하 좌우 방향으로 조정 가능한 자세 제어 수단인 자세 제어축(53)에 의해 가대(51)에 부착되어 있다.
도 6 및 도 7에 있어서는, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 풍력 발전 장치(1)는, 수평축형 풍력 발전 기구(12) 부분이 바람(W)을 받도록 수평 상태로 설치되어 있는 상태를 나타내고, 도 10에서는, 일체형 풍력 발전 기구(13)에 있어서 수직축형 풍력 발전 기구(11) 부분이 바람(W)을 받도록 수직 상태로 설치된 상태를 나타낸다.
도 6에 나타내는 일체형 풍력 발전 기구(13)에서는, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 풍차(30)에는 스포크(39)에 지지된 날개(321)가 채용되어 있다.
또한, 수직축형 풍력 발전 기구(11)도 수평축형 풍력 발전 기구(12)도, 발전기 A(40a), 발전기 A(40b)는, 각각 풍차 회전축(31a, 31b)에 직접 결합되어 있다.
본 실시예에서는, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 동일 회전축으로 형성되어 있지만, 풍차 회전축(31)이 발전기(40a)의 회전축과 축 조인트로 접합되어 있는 바와 같은 경우라도 좋다.
(가대(51)-좌우)
일체형 풍력 발전 기구(13)는, 가대(51)에 의해, 수평 방향의 방향을 임의로 변경하여 가장 효율적인 발전을 실현할 수 있다. 즉, 가대(51)에 턴 테이블(도시하지 않음)을 설치하는 등 하여, 턴 테이블의 회전에 의해 수평 방향의 방향을 임의로 변경하여 풍향에 정면 대향하는 것이 가능하다. 아울러, 본 발명의 일체형 풍력 발전 장치는, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 상부에 수직 안정판(스태빌라이저)(도시하지 않음)을 부착함으로써, 일체형 풍력 발전 기구(13)가 바람에 대하여 자동적으로 정면 대향하여, 효율적인 발전을 할 수 있다.
(가대(51)-상하)
또한, 일체형 풍력 발전 기구(13)는, 가대(51)의 자세 제어축(53)에 의해, 수직 방향의 설치 각도의 변경이 가능하고, 일체형 풍력 발전 기구(13)를 지면과 평행한 방향으로 하거나, 수평으로부터 각도를 부여하여 설치하거나 하는 것이 가능하다.
이에 따라, 도 6에 나타내는 바와 같은 수평 상태의 일체형 풍력 발전 기구(13)를 후측으로 90도 넘어뜨려, 도 10에 나타내는 바와 같은 수직 상태로 방향을 변경하는 것이 가능하고, 가대에 턴 테이블을 설치함으로써, 180도의 회전도 가능해져, 일체형 풍력 발전 기구(13)를 풍향에 정면 대향시킬 수 있다.
이상과 같이 구성한 본 발명의 풍력 발전 장치(1)는, 치수, 중량에 엄밀한 한정은 없지만, 바람직하게는, 세로, 가로 및 높이가 대체로 1미터 미만, 중량은 대체로 30∼50킬로그램 정도 미만인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 소형 풍력 발전 장치는 정치하여 풍력 발전할 뿐만 아니라, 자동차, 선박, 항공기 등의 이동체에 탑재 설치하여 풍력 발전 가능하다.
(이동체로 탑재하여 이동 시)
일체형 풍력 발전 기구(13)를 자동차, 선박, 항공기 등의 이동체에 부착하여 주행한 경우, 풍향은 진행 방향으로부터만 일정하다. 이 경우에는, 풍차 전체가 수풍하여 발전하는 수평축형 풍력 발전 기구(12)가 효율적으로 작동한다. 그래서, 이동체가 전진할 때에는, 일체형 풍력 발전 기구(13)를 수평 상태로 하여 수평축형 풍력 발전 기구(12)가 지면과 평행한 방향이 되도록 한다. 이에 따라, 이동체에 설치하여 주행 시에, 본 실시 태양의 일체형 풍력 발전 기구(13)는 효율적인 발전을 행할 수 있다.
(스포크 블레이드(38) 회전익)
또한, 본 실시 태양의 일체형 풍력 발전 기구(13)에는, 도 6의 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 부분에 나타내는 바와 같이, 풍차 회전축(31)과 날개(321)를 연결하는 아암에 회전익 형상의 스포크 블레이드(38)를 형성해도 좋고, 또는, 풍차 회전축(31a)과 날개(321)를 연결하는 아암의 형상을 회전익 형상의 스포크 블레이드(38)에 형성할 수도 있다.
이에 따라, 본 실시 태양의 일체형 풍력 발전 기구(13)에서는, 바람(W)이 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 내부를 통과하여 그대로 수직축형 풍력 발전 기구(11)에 유입하여, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 스포크 블레이드(38)에 회전력을 부여할 수 있다.
이 때문에, 일체형 풍력 발전 기구(13)를 자동차 등의 이동체로 탑재하여 주행 시에도, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 수직축형 풍력 발전 기구(11)가 쉬는 일 없이 발전하는 것이 가능해져, 양호한 발전 효율이 얻어진다.
(이동체 정지 시)
그리고, 목적지에 도착한 경우와 같이 이동체가 정지한 경우, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 부착 각도의 변경을 행하여, 수평 상태였던 일체형 풍력 발전 기구(13)를 후측으로 90도 넘어뜨려, 도 10에 나타내는 바와 같은 수직 상태로 방향을 변경하고, 일체형 풍력 발전 기구(13)를 수직으로 하여 수직축형 풍력 발전 기구(11)가 바람(W)을 효율 좋게 받을 수 있도록 하여, 일체형 풍력 발전 기구(13)가 효율적인 발전이 가능하다.
따라서, 본 발명의 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)에서는, 이동체가 정지한 경우와 같은 풍향이 일정하지 않는 경우에도, 유효한 발전이 가능하다.
본 발명의 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 하부에 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 연결하고 있지만, 상하 반대로, 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 위로 하고 수직축형 풍력 발전 기구(11)를 아래로 할 수도 있다. 이 경우, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 멀티 블레이드 팬은 상방을 향하고 있다.
(동시 발전)
전술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)에서는, 자동차 등의 이동체가 이동 중에, 수평축형 풍력 발전 기구(12)가 발전할 때에, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 후방에 위치하는 수직축형 풍력 발전 기구(11)도 동시에 발전이 가능하다.
즉, 본 실시예에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 풍차 회전축(31)과 날개(321)를 연결하는 봉 형상 아암에 스포크 블레이드(38)를 형성하여, 스포크 블레이드(38)의 형상을 회전익 형상으로 하고 있다. 이 때문에, 수평축형 풍력 발전 기구(12)를 통과한 바람의 전량이 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 내부를 통과하여, 수직축형 풍력 발전 기구(11)에 형성된 스포크 블레이드(38)를 회전하여 발전이 가능하다.
(그 외의 설비)
이들 기구를 확실하게 기능시키기 위해, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 벨 마우스 덕트(23)의 상부에 방향을 제어하는 수직 안정판을 부착할 수도 있다. 즉, 가대(51)에 턴 테이블(도시하지 않음)을 설치하고 있는 경우에는, 일체형 풍력 발전 기구의 상부에 스태빌라이저(도시하지 않음)를 부착함으로써, 턴 테이블의 회전에 의해 수평 방향의 방향을 지도적으로 변경하여 풍향에 정면 대향하는 것이 가능하다. 이 때문에, 효율적인 발전을 할 수 있다.
(발전기)
본 발명의 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)에서는, 발전기 A(40a), 발전기 A(40b)는 각각 수직축형 풍력 발전 기구(11), 수평축형 풍력 발전 기구(12) 내에 발전기 지지 수단을 이용하여 고정되어 있다. 그리고, 발전기 A(40a), 발전기 A(40b)는 각각, 풍차 회전축(31a), 풍차 회전축(31b)에 직결되고, 날개(321), 날개(322)로 생긴 회전력에 의해 각각 독립적으로 발전을 행할 수 있다.
이 때에, 본 실시예와 같이, 풍차 회전축(31a)은, 발전기(40a)의 회전축(41a)과 일체가 되어 있어 직결되어 있는 것이 적합하다. 예를 들면, 상기 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 풍차 회전축(31b) 및 상기 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 풍차 회전축(31a) 각각이, 상기 발전기(40b), 발전기(40a) 각각의 회전축(41b), 회전축(41a)과 동일 회전축으로 형성되어 있거나, 또는, 풍차 회전축(31b), 풍차 회전축(31a)이, 각각 발전기의 회전축(41b), 발전기의 회전축(41a)과 축 조인트로 접합되어 있는 것이 적합하다. 축 조인트로 접합함으로써, 축 어긋남을 흡수하여 모터나 풍차에 불필요한 부하가 걸리지 않도록 하여 동력을 전달할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 태양의 풍력 발전 장치(1)에서는, 여러 가지의 발전기를 사용할 수 있지만, 수직축형 풍력 발전 기구(11)에는 저풍속용 발전기를 사용하고, 수평축형 풍력 발전 기구(12)에는 고풍속용 발전기를 사용하도록 풍차(30)의 특성에 따른 발전기(40)를 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 수평축형 풍력 발전 기구(12)에 부착하는 발전기는, 차량용의 교류 발전기인 얼터네이터를 사용하는 것이 바람직하다. 얼터네이터는, 차량·선박 등에 많이 사용되고 있는 점에서, 취급 및 메인터넌스가 용이하고, 리빌드품도 다수 있는 점에서 순환형 사회로의 공헌도 가능해진다.
또한, 도 6에 나타내는 실시예에서는 2개의 발전기(40)가 설치되어 있지만, 이하에 서술하는 바와 같이 어느 1개만을 설치하여, 풍차 회전축(31a) 및 풍차 회전축(31b)과 직결하는 것도 가능하다.
(풍차 회전축(31))
본 발명의 제3 실시 태양에 있어서는, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 풍차 회전축(31b), 발전기(40b), 발전기(40a) 및, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 풍차 회전축(31a)이 동일축선 상에 형성되어 있고, 발전기는 발전기(40b)와 발전기(40a)의 2개가 설치되어 있다.
본 발명의 다른 제3 실시 태양의 다른 실시예로서는, 1개의 발전기로 하는 것이 가능하다. 즉, 발전기(40b)와 발전기(40a)의 어느 하나를 생략하여, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 풍차 회전축(31b), 발전기의 회전축 및 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 풍차 회전축(31a)을, 단일의 회전축으로 하는 것이 가능하다. 이에 따라, 비용의 저감과 경량화가 가능해진다.
(독립 사용)
본 발명의 풍력 발전 장치(1)는, 일체형 풍력 발전 기구(13)에서 사용하는 경우에 한정하지 않고, 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 부분과, 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 부분을 분리하여, 각각 단체(單體)로 독립적으로 사용할 수도 있다. 그러나, 보다 염가에 제품을 제공하기 위해서는, 일체형 풍력 발전 기구(13), 수직축형 풍력 발전 기구(11), 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 3타입을 준비하고, 용도에 따라서 몇 가지의 타입을 선택 가능하게 하는 것이 편리하다.
(그 외)
본 발명의 풍력 발전 장치(1)는 매우 단순한 구조이고, 또한, 브레이크·센서 등의 부품도 필요로 하지 않기 때문에, 부품 점수를 줄일 수 있기 때문에 저비용으로의 제조가 가능하다.
(적용예)
본 발명의 적용예로서, 선박 등에서는 정선 시에도 해풍을 기대할 수 있기 때문에 일체형이 적합하다. 또한, 장거리 트럭과 같은 자동차에 탑재하는 경우에는 수평축형이 바람직하다. 또한, 재해 시를 상정한 차량 및 캠프 등에서 사용하는 차량에는 일체형, 해안가 등의 풍황이 좋은 장소에 설치하는 경우에는 수직축형이 효과적으로 사용 가능하지만, 어느 경우에서도 각 타입의 풍력 발전 장치는 사용 가능하다.
각 타입을 독립적으로 사용하는 경우에는, 수직축형 풍력 발전 기구(11)와 수평축형 풍력 발전 기구(12)의 각각에 발전기(40)를 부착하는 기구가 된다.
또한, 고성능 발전기가 개발된 경우에는, 트럭 등에 있어서도 수직축형 풍력 발전 기구(11)만을 설치하여 사용하는 것도 가능하다.
(충전 제어 기구)
또한, 본 발명의 풍력 발전 장치에 의해 발전된 전기를, 이동체 탑재의 배터리나 교환용의 예비 배터리에 충전하는 충전 제어 기구를 추가로 구비할 수 있다. 그러한 충전 제어 기구에는, 예를 들면, 발전 제어 시스템 장치가 있다. 이는, 풍차의 회전수의 변화에 따라서 얼터네이터 전압을 제어하여, 배터리 충전을 제어하는 배터리값이다.
발전 제어 시스템 장치에서는, 마이크로 컴퓨터를 이용하여 이동체의 정속 이동 시에는 얼터네이터의 발전 전압을 내리고, 이동체가 감속 시에는 발전 전압을 올리는 제어를 함으로써, 얼터네이터의 발전에 의한 풍차의 부하를 저감하여, 효율적인 발전을 할 수 있다.
(풍차(30)의 세로 연결)
또한, 수직축형 풍력 발전 기구(11)를 단독으로 사용하는 경우, 발전량을 증대시키는 방책으로서, 수직축형 풍차(30)를 2단·3단으로 빗살형으로 연결하는 것이 효과적이다. 본 발명에서는, 풍차(30)는, 블레이드 면적이 넓고, 회전 토크도 크기 때문에, 복수의 풍차(30)에 1개의 발전기(40)라는 형태가 가능하다.
(일체형 풍력 발전 기구(13)의 자동 자세 제어)
또한, 본 발명의 일체형 풍력 발전 장치는, 가스 댐퍼나 가스 스프링을 가대(51)와 풍력 발전 장치에 부착함으로써, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 수직/수평 상태의 자세를 자동 제어하는 것이 가능하다.
예를 들면, 가스 댐퍼의 일단을 가대(51)에 부착하고, 그리고 댐퍼의 타단(로드 부분)을 일체형 풍력 발전 기구(13)에 부착함으로써, 이동체의 이동 시나 정지 시에 따라서, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 수직/수평 상태의 자세를 자동 제어하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 가스 댐퍼는, 가대(51)와 수직축형 풍력 발전 기구(11)의 사이에 부착하는 것이 바람직하다.
즉, 우선 이동체가 정지 상태인 경우에는, 가스 댐퍼의 로드가 전부 신장한 상태로 해 두고(이 상태에서는 일체형 풍력 발전 기구(13)는 도 6과 같은 수직 상태임), 그리고, 이동체가 주행하기 시작하면 일체형 풍력 발전 기구(13)에 닿는 풍압이 오르고, 이 풍압에 의해, 자동적으로 일체형 풍력 발전 기구(13)에 부착된 가스 댐퍼의 로드가 댐퍼의 통 내에 밀어넣어져 줄어든 상태가 된다(이 결과, 일체형 풍력 발전 기구(13)의 자세는 도 10과 같은 수평 상태가 됨).
그리고, 이동체의 주행이 정지하면, 풍압이 없어져 가스 댐퍼의 로트가 반발해 다시 신장하여 가스 댐퍼의 로드의 선단부에서 일체형 풍력 발전 기구(13)를 일으키도록 밀어올려, 일체형 풍력 발전 기구(13)는 도 6과 같은 수직 상태로 되돌아온다.
가스 댐퍼로서는, 예를 들면, 자동차의 해치백 등의 개폐에 이용되는 바와 같은 경량의 가스 댐퍼가 바람직하게 이용된다. 가스 댐퍼 이외에도 가스 스프링이나 오일 댐퍼 등도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.
1 : 풍력 발전 장치
11 : 수직축형 풍력 발전 기구(11)
12 : 수평축형 풍력 발전 기구(12)
13 : 일체형 풍력 발전 기구(13)
20 : 집풍부
21 : 스피너
22 : 흡입구
23 : 벨 마우스 덕트
24 : 가드
25 : 수직축형 풍차 하단부
26 : 수평축형 풍차 후단부
27 : 일체화 연결 부재
30 : 풍차부
31 : 풍차 회전축
31a : 수직축형 풍차의 풍차 회전축
31b : 수평축형 풍차의 풍차 회전축
32 : 날개
321 : 제1 실시 태양의 날개
322 : 제2 실시 태양의 날개
33 : 윙릿
34 : 안날개
35 : 원판형 아암
36 : 봉 형상 아암
37 : 스테이
38 : 스포크 블레이드
39 : 스포크
40 : 발전기
40a : 발전기 A
40b : 발전기 B
41 : 발전기 회전축
41a : 수직축형 풍차의 발전기 회전축
41b : 수평축형 풍차의 발전기 회전축
51 : 가대
53 : 자세 제어축
65 : 수풍부
66 : 역풍부
67 : 후방 부분
R : 회전 방향
W : 풍향

Claims (9)

  1. 다음의 (A)∼(D)를 포함하는 풍력 발전 기구와, 다음의 (G)∼(H)를 포함하는 지지 기구를 포함하는 풍력 발전 장치로서, 상기 풍력 발전 기구에는,
    (A) 집풍부,
    (B) 복수의 날개를 구비한 풍차,
    (C) 풍차 회전축 및,
    (D) 발전기를 포함하고,
    상기 풍력 발전 기구는, 수직축형 풍력 발전 기구이고,
    상기 집풍부는, 상기 풍차의 외주를 둘러싸는 복수의 집풍 덕트로 형성되고, 또한,
    상기 집풍 덕트는, 상기 집풍 덕트의 토출구로부터 토출하는 바람이 상기 풍차의 날개에 항상 순풍이 되어 닿도록 형성됨과 함께, 상기 날개에 있어서의 역풍을 상기 집풍 덕트의 관벽에 의해 방어되어 풍차 내에 유입하지 않도록 형성되고,
    상기 발전기가 상기 풍차 회전축에 직결하고 있고,
    그리고, 상기 지지 기구에는,
    (G) 가대와,
    (H) 상기 가대에 형성된 자세 제어 수단을 포함하고,
    상기 자세 제어 수단이, 수평 방향과 수직 방향 중 적어도 수직 방향으로 상기 풍차 및 상기 집풍부의 방향 조정을 가능하게 하는 자세 제어 수단이고,
    정치하여 발전 가능한 또는 이동체에 고정 설치하여 발전 가능한 풍력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집풍 덕트는, 상기 집풍 덕트의 흡입구보다도 상기 집풍 덕트의 상기 토출구로 진행됨에 따라 상기 집풍 덕트의 내경이 작아지도록 형성된,
    풍력 발전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    집풍부가 벨 마우스 덕트이고 풍차가 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차인 수평축형 풍력 발전 기구를 추가로 구비한,
    풍력 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직축형 풍력 발전 기구의 하단부에 제3항에 기재된 수평축형 풍력 발전 기구의 후단부를 착탈 가능하게 연결한,
    풍력 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치가 이동체에 설치되어 상기 이동체가 주행할 때에는, 상기 수평축형 풍력 발전 기구를 풍향에 정면 대향시키고, 상기 이동체가 정지하고 있을 때에는, 상기 수직축형 풍력 발전 기구를 풍향에 수직 상태가 되도록 제1항에 기재된 자세 제어 수단에 의해 상기 방향 조정을 가능하게 하는,
    풍력 발전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치에 의해 발전된 전기를 상기 이동체에 탑재된 배터리에 충전하는 충전 제어 기구를 추가로 구비한,
    풍력 발전 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 멀티 블레이드 팬 수평축형 풍차의 날개의 폭과 길이가, 상기 풍차를 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개끼리가 서로 겹쳐 수풍 부분의 거의 전부를 덮는 바와 같은 날개폭으로 형성하고, 및, 상기 풍차를 상기 풍차 회전축 방향으로부터 본 경우에, 날개의 선단과 상기 벨 마우스 덕트의 극간이 거의 없도록 날개의 길이를 형성한,
    풍력 발전 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    제1항에 기재된 수직축형 풍력 발전 기구의 풍차 회전축과 날개를 연결하는 봉 형상 아암에, 회전익 형상의 부재를 형성한,
    풍력 발전 장치.
  9. 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집풍부의 집풍구에, 손가락의 끼임을 방지하고 및 버드 스트라이크를 방지하는 방호 커버를 형성한,
    풍력 발전 장치.
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