KR20100062305A - Wind-collecting type wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력발전용 집풍형 풍차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람을 블레이드 방향으로 유도하여 풍량을 증대시킴으로써 발전효율을 향상시킬 수 있 는 집풍형 풍차에 관한 것이다. The present invention relates to a windmill for wind power generation, and more particularly, to a windmill that can improve the power generation efficiency by guiding the wind in the direction of the blade to increase the amount of wind.
일반적으로 풍차는 바람의 운동에너지를 회전에너지로 변환시켜 발전할 수 있는 것으로, 네덜란드형 풍차로 대표되는 바람에 대해 회전축이 수평으로 되어 있는 수평축형 풍차와, 바람에 대해 회전축이 수직으로 되어 있는 수직축형 풍차가 알려져 있다.In general, windmills can be developed by converting wind kinetic energy into rotational energy. Horizontal windmills whose rotation axis is horizontal with respect to the wind represented by Dutch windmills, and vertical axes whose rotation axis is perpendicular to the wind Type windmills are known.
이 중 수직축형 풍차에는 패들형이나 사보니우스형 등과 같이 블레이드에 발생되는 항력으로 풍차를 회전시키는 항력형과, 다리우스형이나 샤일로밀형 등과 같이 블레이드에 발생되는 양력으로 풍차를 회전시키는 양력형이 일본 특허 공개 소54-153944호 공보에 알려져 있다.Among them, vertical axis windmills are drag type that rotates the windmill by drag generated on the blade such as paddle type or savonius type, and lift type that rotates the windmill by lifting force generated on the blade such as Darius type or Shilomill type. It is known from Japanese Patent Laid-Open No. 54-153944.
즉, 전자는 불어 올리는 측을 향하는 블레이드의 저항을 작게 하여 항력차에 의해 풍차를 회전시키는데 반해, 후자는 블레이드에 발생되는 양력에 의해 풍차를 회전시키도록 되어 있다.That is, the former rotates the windmill by the drag difference while reducing the resistance of the blade toward the blow-up side, while the latter rotates the windmill by the lift force generated in the blade.
그러나 수직축형인 전자(항력형)의 경우, 주속비(블레이드의 에어 포일 단부 속도/풍속)가 1이 되면 풍차를 그 이상으로 회전시키는 모멘트가 발생되지 않아, 풍속이 올라가도 그 이상의 회전수를 얻을 수도 없고 발전 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있었다. However, in the case of the vertical (electron type), when the main speed ratio (blade's air foil end speed / wind speed) is 1, there is no moment to rotate the windmill further, so even if the wind speed rises, the rotation speed may be higher. There was a problem that the power generation efficiency was poor.
한편, 후자(양력형)의 경우 주속비가 1 이상에서는, 풍차의 공력 특성이 좋아져 풍차를 효율적으로 회전시키는 것이 가능하지만, 주속비가 1 이하에서는 풍차의 공력 특성이 나빠져 풍차를 회전시키는 모멘트가 작아진다. 또한, 기동 모멘트 가 작아 정지 상태로부터의 기동이 매우 곤란해지는 결점이 있었다.On the other hand, in the latter case (lift type), the aerodynamic characteristics of the windmill are improved and the windmill can be efficiently rotated when the circumferential ratio is 1 or more, but the aerodynamic characteristics of the windmill are deteriorated when the circumferential ratio is 1 or less, and the moment of rotating the windmill becomes small. . In addition, there was a drawback that the starting moment was small and the starting from the stationary state was very difficult.
따라서 풍차의 발전 효율을 높이기 위해 강한 바람을 필요로 하게 되는데 이러한 이유로 인해 종래의 풍차는 해안선을 따라 설치되거나 산이나 대지 등의 높은 지형을 이용해야 하는 등 바람을 많이 받을 수 있는 곳에 설치된다. 게다가 이러한 풍차는 얻고자 하는 발전용량에 비례하여 몸체의 크기가 대형으로 형성되는데, 이에 따라 상기 풍차의 프로펠라 커지면 몸체 전체의 높이가 바람을 많이 받기 위해 지면으로부터 높이 형성된다.Therefore, a strong wind is required to increase the power generation efficiency of the windmill. For this reason, a conventional windmill is installed along a coastline or a place where a lot of wind is required, such as using a high terrain such as a mountain or a ground. In addition, such a windmill has a large body size in proportion to the power generation capacity to be obtained. Accordingly, as the propeller of the windmill grows, the height of the whole body is formed high from the ground to receive a lot of wind.
이러한 종래의 풍력발전용 풍차는 크기를 대형화하여야만 대용량의 발전을 얻을 수 있어서 상기 풍차의 설치 시 장소의 구애를 많이 받아 설치작업이 까다롭고 이렇게 대형화 한 상기 풍차를 설치한다 해도 자체 중량에 의한 회전저항이 커지는 문제가 있다.Such a windmill for conventional wind power generation can obtain a large-capacity power generation only when the windmill is enlarged in size. Therefore, the installation work is difficult due to the location of the windmill. There is a growing problem.
한편, 대한민국 공개 특허 제 2004-0089850호에는 풍력 발전기가 개시되어 있다. 이 풍력 발전기는 메인 팬가 설치된 바람 안내통의 전단부에 집풍 가이드가 설치된 기술적 구성이 개시되어 있다. 이러한 종래의 풍력 발전기는 집풍 가이드에 의해 바람을 메인 팬 측으로 모아 발전효율을 증가시키고 있으나 바람의 방향과 일치하지 않은 경우 안내통의 단부에 설치되는 집풍 가이드가 측풍(국지풍의 경우 바람의 방향성이 일정하지 않음)의 영향을 받게되어 집풍이 원활하게 이루어지지 않게 될 뿐만아니라 바람 안내통이 바람이 부는 방향으로 회전하는 것을 방해하는 문제점이 있다. On the other hand, Korean Patent Publication No. 2004-0089850 discloses a wind generator. This wind generator discloses a technical configuration in which a wind collecting guide is installed at the front end of a wind guide tube provided with a main fan. The conventional wind generators increase the power generation efficiency by collecting the wind toward the main fan side by the wind collecting guide, but when the wind direction does not match the direction of the wind, the wind collecting guide installed at the end of the guide tube has a constant wind direction in the local wind. Not only) is affected by not only the wind is not made smoothly, but also prevents the wind guide tube from rotating in the wind blowing direction.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바람의 이용효율을 높이기 위해 프로펠라 측으로 바람을 유도하여 발전풍량을 증대시킴으로써 광범위한 풍속 영역에서 효율적으로 발전할 수 있는 집풍형 풍력 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems as described above, to increase the amount of wind generated by inducing the wind toward the propeller to increase the efficiency of the wind to provide a wind-type wind turbine generator that can efficiently generate power in a wide range of wind speed range There is a purpose.
본 발명의 다른 목적은 작은 풍속에서도 발전효율을 향상시킬 수 있으며, 바람의 방향성의 영향을 최소화 할 수 있는 집풍형 풍력 발전장치를 제공함에 있다. Another object of the present invention to improve the power generation efficiency even at a small wind speed, to provide a wind-type wind power generator that can minimize the influence of the direction of the wind.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 집풍형 풍력 발전장치는 Wind turbine of the present invention for achieving the above object is
유로를 형성하는 하우징과, 상기 하우징에 설치되는 스테이터에 의해 지지되는 보수부에 회전가능하게 설치되는 프로펠러와, 상기 플로펠러의 회전축의 회전력을 이용하여 발전하는 발전기를 구비하며,It comprises a housing for forming a flow path, a propeller rotatably installed in the maintenance portion supported by the stator installed in the housing, and a generator for generating power using the rotational force of the rotating shaft of the flopper,
상기 하우징의 외주면에 상기 하우징의 입구측을 통하여 유입되는 공기의 저항을 발생시켜 상기 하우징의 입구측으로 유도하는 공기 유도수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다. Characterized in that the air guide means for generating a resistance of the air flowing through the inlet side of the housing on the outer peripheral surface of the housing to guide the inlet side of the housing.
본 발명에 있어서, 상기 공기 유도수단은 상기 하우징의 후단부측의 외주면에 방사상으로 설치되는 복수개의 깃을 구비한다. In the present invention, the air inducing means has a plurality of vanes radially installed on the outer peripheral surface of the rear end side of the housing.
그리고 상기 하우징은 프레임에 설치되는 지지부에 의해 바람이 부는 측으로 회전가능하게 설치된다. And the housing is rotatably installed to the windy side by the support portion installed in the frame.
상술한 바와 같이 본 발명의 집풍형 풍력 발전장치는 하우징의 외주면을 따라 흐르는 바람의 저항을 하우징의 출구측 외주면에서 증가시켜 하우징의 외주면 측을 따라 흐르는 바람을 하우징의 유입구 측으로 가이드 할 수 있으므로 발전효율을 극대화 시킬 수 있다.As described above, the wind turbine type wind turbine generator of the present invention increases the resistance of the wind flowing along the outer circumferential surface of the housing at the outlet outer peripheral surface of the housing to guide the wind flowing along the outer circumferential surface of the housing toward the inlet side of the housing. Can be maximized.
또한 본 발명의 집풍형 풍력 발전장치는 하우징의 외주면을 흐르는 바람의 저항을 상대적으로 키울 수 있으므로 하우징의 바람에 대한 바람의 지향성을 향상시킬 수 있다. In addition, the wind-type wind power generator of the present invention can increase the resistance of the wind flowing through the outer circumferential surface of the housing relatively, it is possible to improve the directivity of the wind against the wind of the housing.
본 발명의 집풍형 풍력 발전장치는 하우징의 외주면을 따라 흐르는 바람을 하우징의 입구 측으로 유도하여 발전효율을 증대시킬 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 2에 나타내 보였다.In the wind-type wind turbine generator of the present invention, wind power flowing along the outer circumferential surface of the housing can be induced to the inlet side of the housing to increase power generation efficiency, and an embodiment thereof is illustrated in FIGS. 1 to 2.
도면을 참조하면, 집풍형 풍력 발전장치(10)는 유로(21)를 형성하는 하우징(20)과, 상기 하우징(20)의 내주면에 설치되는 스테이터(31)에 의해 지지되는 보스부(32)에 회전가능하게 설치되는 프로펠러(30)를 구비한다. 프로펠러(30)는 보스부(32)에 지지되는 회전축(33)의 단부에 허브(34)가 설치되고, 이 허브(34)로부터 방사상으로 설치되는 날개(35)들을 구비하는데, 이 날개(35)는 축방향에 대해 소정의 각도로 경사지게 설치된다. 그리고 날개(35)는 허브(34)에 고정된 기부로부터 단부측으로 갈수록 바람의 저항면적을 점차적으로 넓게 형성함이 바라직하다. 그러나 이에 한정되지 않고 상기 날개(35)의 단부측을 날개 면적을 넓게 형성할 수도 있다. 그리고 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 허브에 지지되는 날개의 경사 각도를 바람의 세기에 따라 조정될 수 있다. Referring to the drawings, the wind turbine-type
상기 프로펠러는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하우징에 의해 형성되는 유로 내에서 풍력에 의해 발전을 위한 회전력을 얻을 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. The propeller is not limited to the above-described embodiment and may be any structure as long as it can obtain a rotational force for power generation by wind power in the flow path formed by the housing.
그리고 상기 하우징에는 스테이터(31)에는 상기 회전축(33)과 연결되어 이의 구동력에 의해 발전하는 발전기(40)와, 상기 하우징에 외주면에 하우징을 바람이 부는 방향으로 회전될 수 있도록 지지하는 지지부(51)를 가지는 지주수단(50)을 구비하고, 상기 하우징(20)의 외주면에 상기 하우징의 입구측을 통하여 유입되는 공기의 저항을 발생시켜 상기 하우징의 입구측으로 유도하는 공기 유도수단(60)을 구비한다. In the housing, a
상기 하우징의 유로 내부에 설치되는 발전기(40)는 하우징(20) 내부의 유로(21) 상에 설치되어 있으므로 가능한 한 유로를 통과하는 바람의 저항을 최소로 받을 수 있도록 공기 저항을 최소화 시키는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 발전기를 반드시 하우징(20)의 유로 내에 설치할 필요는 없다. Since the
상기 지주수단(50)은 발전기가 설치된 하우징(20)을 바람의 영향을 상대적으로 많이 받을 수 있는 영역에 지지시킬 수 있는 것을 지상에 설치되는 지주(51)와, 이 지주(51)의 단부에 지지되어 지주(51)에 대해 회전가능하게 설치되는 제 1링크(52)와, 상기 제 1링크(52)의 단부에 제 1링크(52)에 대해 상대 회전가능하게 설치되는 제 2링크(53)와, 상기 제 2링크(53)의 단부는 하우징(20)의 무게중심부에 베어링 결합되어 프로펠러(30)의 축이 바람이 부는 방향과 수평을 이루도록 설치된 다. The strut means 50 is a
상기 지주수단의 지주는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 지상으로 소정의 높이로 설치되는 구조물로 이루어질 수 있으며, 이 구조물에 다수의 발전기가를 가진 상기 하우징이 설치될 수 있다. 그리고 상기 지지수단은 비행선등에 의해 부상되어 상기 복수개의 발전기가 설치된 하우징이 설치되는 프레임으로 이루어질 수 있다.The strut of the strut means is not limited to the above-described embodiment, and may be formed of a structure installed at a predetermined height to the ground, and the housing having a plurality of generators may be installed in the structure. The support means may be formed by a frame in which a housing in which the plurality of generators are installed is installed by the airship.
상기 공기 유도수단(60)은 하우징(20)의 외주면측에 공기의 저항을 발생시켜 상기 하우징(20)의 입구측으로 공기를 유도할 수 있는 것으로, 하우징(20)의 외주면이 유로(21)의 입구측으로부터 출구측으로 갈수록 확개되는 경사부(61)로 이루어질 수 있다. 여기에서 상기 경사부(61)의 외주면은 하우징 표면에서의 유체의 표면저항을 줄이기 위하여 유선형으로 형성함이 바람직하다. 여기에서 상기 경사부(61)은 상기 회전축을 지나는 기준선에 대해 10 내지 30도를 갖도록 함이 바람직하다. The air inducing means 60 may induce air to the inlet side of the
그리고 상기 경사부(61)의 단부측에는 하우징(20)의 반경방향으로 연장되는 가이드 깃(62)이 형성될 수 있는데, 이 가이드 깃(62)의 하우징(20)의 단부측 외주면을 따라 연속 또는 불연속적으로 형성될 수 있다.In addition, a guide collar 62 extending in the radial direction of the
상기 공기 유도수단(60)의 다른 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 하우징의 후단부측의 외주면에 방사상으로 설치되는 복수개의 깃(65)들이 형성될 수 있다. 상기 깃(65)은 금속판이 하우징에 고정되어 이루어질 수 있는데, 이 경우 상기 하우징의 외주면에 입구측으로부터 출구측으로 점차 반경방향으로 확개된 구조를 가질 수 있다. In another embodiment of the air inducing means 60, as shown in FIG. 3, a plurality of
그리고 상기 공기 유도수단(60)의 또 다른 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하우징(20)의 외주면 중앙부가 입구측 보다 돌출된 융기부(66)가 형성될 수 있는데, 이 융기는 상기 하우징의 유로 입구측으로부터 접차적으로 확개되는 방향으로 형성된다. In another embodiment of the air inducing means 60, as shown in FIG. 4, a ridge 66 may be formed in which a central portion of the outer circumferential surface of the
한편, 상기 프로펠러의 날개 단면적은 가능한 한 에어 포일형, RAF 에어 포일형, 게팅겐 에어 포일형 등으로 대표되는 비행기에 사용되는 유선형의 에어 포일형으로 형성함이 바람직하다. On the other hand, the wing cross-sectional area of the propeller is preferably formed as a streamlined air foil type used in the plane represented by air foil type, RAF air foil type, gettingen air foil type and the like as possible.
상술한 바와 같이 구성된 풍력 발전장치는 지지수단에 설치된 상태에서 국지풍 또는 계절풍 등에 의해 발전하게 된다. 즉, 상기 지지수단(50)에 의해 지지되는 하우징(20)의 외주면에 공기 유도수단(60)이 경사부(61)가 설치되어 있으므로 상기 하우징(20)은 바람이 부는 방향으로 향하게 된다. 바람은 하우징(20)의 유로(21)로 유입되고, 이 유입된 바람에 의해 플로펠러(30)가 회전하여 발전하게 된다. The wind power generator configured as described above is generated by local wind or seasonal wind in the state of being installed on the support means. That is, since the air induction means 60 is provided with the
이 과정에서 상기 하우징(20)에는 공기 유도수단(60)의 경사부가 설치되어 있으므로 이 경사부(61)에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 하우징(20)의 외주면에 저항이 발생된다. 즉, 하우징의 경사 높이 영역에 해당되는 부위에서 공기 흐름에 대한 저항이 발생되고 이 저항에 의해 유로(21) 입구측 하우징 주위에서 정압이 발생된다 이러한 정압의 발생은 상기 하우징(21) 외주면의 공기를 유로(21)측으로 유도하게 되어 유로를 통하여 유입되는 공기의 양 즉, 공기의 밀도를 높일 수 있게 되며, 나아가서는 프로펠러(30)의 구동효율을 높일 수 있게 된다. In this process, since the inclined portion of the air induction means 60 is installed in the
특히 하우징의 외주면에는 가이드 깃(62) 또는 깃(65)이 형성되어 있으므로 상술한 바와 같이 공기의 유도효과를 극대화 시킬 수 있다. 그리고 상기 프로펠러의 단부의 면적이 상대적으로 넓게 형성되어 있으므로 원심방향으로의 회전모멘트를 키울 수 있다. In particular, since the guide feather 62 or the
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments thereof are possible.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 사시도,1 is a perspective view of a wind turbine generator according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 단면도,2 is a cross-sectional view of the wind power generator according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,Figure 3 is a perspective view showing another embodiment of the wind power generator according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 또 다른 실시예를 나타내 보인 사시도,Figure 4 is a perspective view showing another embodiment of the wind power generator according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전장치의 작용을 나타내 보인 단면도.5 is a cross-sectional view showing the operation of the wind turbine generator according to the present invention.
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