KR20240122489A - Wind induction device for obtaining wind power and wind power generation device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낭비되는 바람을 없애 풍력 이용 효율을 최대로 높일 수 있고, 블레이드에 가해지는 풍력을 높일 수 있어 낮은 풍압하에서도 발전이 가능하며, 바람 방향의 변동에 즉시 추종하여 정렬됨으로써 발전 효율을 크게 높일 수 있도록 한 풍력발전장치 및 풍력 획득을 위한 바람 유도기구를 제공하는데 목적이 있다. 이를 위해 원추형의 확산기 몸체와, 상기 확산기 몸체의 진출단부 측의 외주에 복수의 삼각뿔이 주름 형상으로 돌출하고 있는 바람 유도집중부를 포함하고 있으며, 상기 돌출된 삼각뿔과 삼각뿔 사이에는 바람의 유도 및 집중을 위한 협곡부가 형성되며, 상기 협곡부는 바람이 진입하는 상류는 폭이 넓고 바람이 배출되는 하류는 점차 폭이 좁아지게 형성되는 풍력 획득을 위한 바람 유도기구 및 그것을 이용한 풍력발전장치가 제공된다.The present invention aims to provide a wind power generation device and a wind induction mechanism for obtaining wind power, which can eliminate wasted wind to maximize the efficiency of wind power utilization, increase the wind power applied to the blades to enable power generation even under low wind pressure, and immediately follow and align with changes in the wind direction to greatly increase the power generation efficiency. To this end, a wind induction mechanism for obtaining wind power and a wind power generation device using the same are provided, which include a conical diffuser body, and a wind induction and concentration section in which a plurality of triangular pyramids protrude in a wrinkled shape on the outer periphery of the exit end side of the diffuser body, and a valley section for inducing and concentrating wind is formed between the protruding triangular pyramids, and the valley section is formed so that the width is wide at the upstream where the wind enters and gradually narrows at the downstream where the wind is discharged.
Description
본 발명은 풍력 획득을 위한 바람 유도기구 및 그것을 이용한 풍력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 육상 또는 해상에 설치하거나 또는 다리 난간이나 건물 지붕 또는 선상 등의 이동수단에 설치되어 풍력에 의해 회전되면서 전기를 생산하는 풍력발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wind induction device for obtaining wind power and a wind power generation device using the same, and more specifically, to a wind power generation device installed on land or at sea or installed on a means of transportation such as a bridge railing, a building roof, or a ship, and which produces electricity while being rotated by wind power.
풍력을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전장치는 산업의 발달과 인구 증가에 의한 석유, 석탄, 천연가스 등의 천연자원의 고갈에 따라 대체 에너지원으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 특히 풍력발전은 지구 온난화의 주요인인 CO2 등 발전 과정에서 배출되는 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없는 장점으로 인해 석유 자원을 대체할 에너지로 각광받고 있다.Wind power generators that generate electric energy using wind power are being studied extensively as an alternative energy source due to the depletion of natural resources such as oil, coal, and natural gas caused by industrial development and population growth. In particular, wind power generation is receiving attention as an energy source that can replace oil resources because it does not emit any pollutants such as CO2 , a major cause of global warming, during the power generation process and there is no concern about damaging the environment.
풍력 발전을 위한 풍력발전장치는 블레이드의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기와, 발전기로부터 생산된 전력을 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하는 전력변환기를 가진다. 따라서 블레이드를 이용하여 풍력 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 생산된 전력을 전력변환기에 의하여 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환한다.A wind power generator for wind power generation has a generator that produces electricity from the rotation of blades, and a power converter that converts the electricity produced by the generator into electricity to be supplied to the grid. Therefore, wind energy is converted into mechanical energy such as rotational energy using blades, and the converted mechanical energy is used to drive the generator to produce electricity, and the generated electricity is converted into electricity to be supplied to the grid by the power converter.
풍력발전장치는 전력 생산에서 차지하는 비중이 커짐에 따라 더 큰 발전용량이 요구되고 있으며, 설치 지역이 풍력 에너지가 지속적으로 공급됨과 동시에, 환경적 제약이 적은 해상으로 옮겨지면서, 발전 용량에 큰 역할을 차지하는 블레이드의 크기도 함께 커지고 있다. 이와 같이 풍력 발전기에서 가장 중요한 부분 중 하나는 블레이드라고 할 수 있는데, 블레이드는 그 성능이 발전 용량을 크게 좌우할 뿐만 아니라, 전체 시스템 비용에서도 많은 부분을 차지한다.As wind power generation devices account for a larger portion of power generation, larger power generation capacities are required, and as installation areas move to the sea where wind energy is continuously supplied and environmental restrictions are less severe, the size of blades, which play a large role in power generation capacity, is also increasing. As such, blades can be said to be one of the most important parts of wind power generators, and blade performance not only greatly affects power generation capacity, but also accounts for a large portion of the overall system cost.
풍력발전장치는 크게 지면과 회전축의 설치 방향에 따라 수직형과 수평형으로 구분되는데, 수평형 풍력발전장치는 설치가 용이하고 동력손실이 적은 장점이 있지만 바람의 방향에 영향을 많이 받으며 요잉시스템 및 블레이드 크기에 따른 내부 구성이 복잡해지고 설치규모가 커지는 문제점이 있다. 반면 수직형 풍력발전장치는 동력효율은 떨어지지만 풍향에 관계없이 설치 가능하고 설치면적을 작게 차지하며 다단으로도 설치할 수 있는 장점이 있다.Wind turbines are largely divided into vertical and horizontal types according to the installation direction of the ground and the rotation axis. Horizontal wind turbines have the advantages of being easy to install and having less power loss, but they are greatly affected by the wind direction, and their internal configuration is complicated due to the yaw system and blade size, and their installation scale increases. On the other hand, vertical wind turbines have lower power efficiency, but they can be installed regardless of the wind direction, take up a small installation area, and can be installed in multiple stages.
일반적인 풍력 발전 장치의 일례가 도 1 내지 도 2에 도시되어 있다(공개특허공보 제10-2011-0136296호).An example of a typical wind power generation device is illustrated in FIGS. 1 and 2 (Patent Publication No. 10-2011-0136296).
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 풍력 발전 장치(200)에는 복수의 블레이드(155)와, 복수의 블레이드(155)가 연결되는 허브(160)와, 허브(160)가 회전 가능하게 연결되는 발전기 본체(210)와, 발전기 본체(210)를 바닥면에 대하여 지지하는 지주부(220)가 구비된다.Referring to FIGS. 1 and 2, a typical wind power generation device (200) is provided with a plurality of blades (155), a hub (160) to which the plurality of blades (155) are connected, a generator body (210) to which the hub (160) is rotatably connected, and a support member (220) that supports the generator body (210) against a floor surface.
복수의 블레이드(155)는 허브(160)를 중심으로 배치되어, 작용되는 풍력에 의하여 블레이드 몸체(150)를 회전시킬 수 있는 양력이 발생될 수 있도록, 가압면(Pressure surface,153) 및 부압면(Suction surface,154)이 형성되어 블레이드 몸체(150)에 풍력이 작용하게 되면, 일방향으로 회전됨으로써, 발전기 본체(210)에서 전기가 생산될 수 있도록 한다.A plurality of blades (155) are arranged around a hub (160), and a pressure surface (153) and a suction surface (154) are formed so that a lifting force that can rotate the blade body (150) can be generated by the applied wind force. When the wind force is applied to the blade body (150), it rotates in one direction, thereby allowing electricity to be generated in the generator body (210).
그러나 이 같은 전통적인 형태의 풍력발전장치는 큰 힘을 얻기 위해 풍압을 받는 표면적을 키울 수 있게 거대한 크기의 블레이드(155)를 필요로 하고, 특히 중심의 허브(160) 측 가까이는 회전 모우먼트가 작게 발생하기 때문에 바람을 받는 표면적을 방사상으로 먼 거리에 배치하기 위하여 블레이드 날개 길이가 과도하게 커지고, 베어링의 지지구조 상 허용 하중의 한계로 인해 바람을 받는 블레이드의 갯수를 증대시키기가 어려워 통상 3~4개(대다수는 3개) 정도를 설치하고 있다.However, such a traditional type of wind power generator requires a large blade (155) to increase the surface area receiving wind pressure in order to obtain a large power, and especially, since the rotational moment is small near the center hub (160), the blade length becomes excessively large in order to place the surface area receiving the wind at a long radial distance, and due to the limit of the allowable load on the support structure of the bearing, it is difficult to increase the number of blades receiving the wind, so usually 3 to 4 (most are 3) are installed.
그런데 이 같은 블레이드의 설치 갯수의 제한으로 한해 블레이드와 블레이드 사이의 넓은 빈 공간을 통과하는 풍압은 발전에 아무런 기여를 하지 못할뿐 아니라, 자연 상태에서 부는 바람의 방향이 일정하지 않고 자주 바뀌게 되는 데 비하여 풍력발전장치의 거대한 블레이드 구조물은 바람 방향으로 추종하여 정렬되는 배향 반응속도가 크게 늦어 풍압의 효율적 이용이 저하되어 전력 생산성을 낮추게 되는 문제가 있어왔다.However, due to the limitation on the number of blades installed, the wind pressure passing through the wide space between the blades does not contribute to power generation at all, and while the direction of the wind in nature is not constant and changes frequently, the large blade structure of a wind power generator has a significantly slow orientation response speed to align itself in the direction of the wind, which reduces the efficient use of wind pressure and lowers power productivity.
한편, 풍압은 전력 생산에 기여도가 낮은 중심부 측이나 블레이드 끝단부 측이나 동일하게 영향을 미치고, 또 자연적으로 부는 풍속에 못미치는 힘을 블레이드에 가할 뿐이어서, 풍속이 낮아지는 경우 블레이드를 회전시킬 수 있는 힘이 부족하여 발전기 가동이 중단될 수밖에 없어 안정적인 전기 생산이 어렵다는 문제가 지적되고 있다.Meanwhile, the wind pressure equally affects the center and blade tips, which have a low contribution to power generation, and it only applies a force to the blades that is lower than the natural wind speed. Therefore, when the wind speed decreases, there is not enough power to rotate the blades, so the generator has no choice but to stop operating, making it difficult to produce stable electricity.
이처럼 자연에서 불어오는 바람은 항상 일정하지 않아 종래 풍력발전장치의 경우 바람의 방향이나 강도의 변화에 효율적으로 대응하기 어려우며, 따라서 바람의 방향에 따라 최대의 풍력을 받는 위치로 자유로이 변화 가능하면서도 바람의 강도가 작거나 큰 경우에도 유연하게 대처할 수 있으며, 낮은 풍압과 풍속하에서도 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 효율성 높은 풍력발전장치를 필요로 하고 있다.As the wind blowing in nature is not always constant, it is difficult for existing wind power generators to efficiently respond to changes in wind direction or strength. Therefore, there is a need for highly efficient wind power generators that can freely change to a position that receives maximum wind power depending on the wind direction, while also being able to flexibly respond to wind strengths of both small and large, and stably produce electricity even under low wind pressure and wind speed.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 낭비되는 바람을 없애 풍력 이용 효율을 최대로 높일 수 있고, 블레이드에 가해지는 풍력을 높일 수 있어 낮은 풍압하에서도 발전이 가능하며, 바람 방향의 변동에 즉시 추종하여 정렬됨으로써 발전 효율을 크게 높일 수 있도록 한 풍력발전장치 및 풍력 획득을 위한 바람 유도기구를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the above-mentioned prior art, and the purpose of the present invention is to provide a wind power generation device and a wind induction mechanism for obtaining wind power which can maximize the efficiency of wind power utilization by eliminating wasted wind, increase the wind power applied to the blades so that power generation is possible even under low wind pressure, and greatly increase the power generation efficiency by immediately following and aligning with changes in wind direction.
본 발명의 다른 목적은 소형 및 대형을 포함하여 장치 규모를 자유롭게 설계할 수 있고 외관이 아름답고 설치가 쉬우므로 별도의 동력의 투입 없이 다리와 건물 및 가로등 등의 조명과 장식용으로 사용 가능한 풍력발전장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a wind power generation device that can be freely designed in device size including small and large, has a beautiful appearance, is easy to install, and can be used for lighting and decoration of bridges, buildings, streetlights, etc. without separate power input.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 풍력 획득을 위한 바람 유도(집중)기구는, 풍력발전장치의 회전부재(블레이드 기구)에 바람을 유도 및 집중시키는 기구로서, 바람이 진입하는 진입단부에서 상기 블레이드에 바람을 공급하는 진출단부 측으로 갈수록 점차 직경이 증가하며, 내측에 공간을 형성하는 원추형의 확산기 몸체와, 상기 확산기 몸체의 진출단부 측의 외주에 연속하여 배열되는 복수의 삼각뿔들이 주름 형상으로 돌출하고 있는 바람 유도집중부를 포함하고 있으며, 상기 돌출된 삼각뿔과 삼각뿔 사이에는 바람의 유도 및 집중을 위한 협곡부가 형성되며, 상기 협곡부는 바람이 진입하는 상류는 폭이 넓고 바람이 배출되는 하류는 점차 폭이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-mentioned problem, the wind induction (concentration) mechanism for obtaining wind power of the present invention is a mechanism that induces and concentrates wind on a rotating member (blade mechanism) of a wind power generator, and includes a conical diffuser body whose diameter gradually increases from an entry end where the wind enters toward an exit end where wind is supplied to the blades, and forms a space on the inside, and a wind induction and concentration part in which a plurality of triangular pyramids are arranged continuously on the outer periphery of the exit end side of the diffuser body and protrude in a wrinkled shape, and a valley part for inducing and concentrating the wind is formed between the protruding triangular pyramids, and the valley part is characterized in that it is formed so as to be wide on the upstream side where the wind enters and gradually narrower on the downstream side where the wind is discharged.
본 발명에 의하면, 상기 원추형의 확산기 몸체는 바람이 진입하는 상류측 단부가 끝이 뾰족한 원뿔 또는 원형 단면을 가진 원뿔대인 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the conical diffuser body is characterized in that the upstream end through which the wind enters is a truncated cone having a pointed end or a circular cross-section.
본 발명에 의하면 상기 주름을 형성하는 삼각뿔들은 양측 경사 측벽면을 형성하도록 상부 모서리선을 중심으로 소정 각을 이루도록 V자 형상으로 절곡한 판재를 상기 원추형의 확산기 몸체 외주에 용접하여 부착하거나 또는 상기 주름을 형성하는 삼각뿔들은 원추형의 확산기 몸체와 단일체로 주조하거나 또는 단일체로 사출하거나 또는 단일체로 프레스 가공하여 형성하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the triangular pyramids forming the wrinkles are characterized in that they are formed by welding a plate material bent into a V shape to form a predetermined angle centered on an upper edge line to form inclined side walls on both sides to the outer periphery of the conical diffuser body, or the triangular pyramids forming the wrinkles are formed by casting as a single piece with the conical diffuser body, or by injection molding as a single piece, or by press-working as a single piece.
본 발명에 의한 풍력발전장치는, 풍력 획득을 위한 상기 바람 유도 및 집중기구와, 상기 바람 유도 및 집중기구의 바람이 배출되는 원추형의 확산기 몸체의 하류에 상기 협곡부를 통해 유도 배출되는 바람에 의해 회전하도록 설치되는 회전부재와, 상기 회전부재를 회전 가능하게 지지하도록 상기 원추형의 확산기 몸체 내에 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하여 출력하는 발전기를 포함하여 구성된다.A wind power generator according to the present invention comprises: a wind induction and concentration mechanism for obtaining wind power; a rotating member installed to rotate by wind induced and discharged through the valley section downstream of a conical diffuser body through which wind of the wind induction and concentration mechanism is discharged; a rotating shaft installed within the conical diffuser body to rotatably support the rotating member; and a generator that produces and outputs electricity by rotation of the rotating shaft.
본 발명에 의하면, 상기 회전부재는 원통체 또는 원추대(圓錐臺) 몸체 외주에 상기 협곡부를 통해 분사되는 축방향의 풍압에 의해 축과 직각 방향의 회전분력으로 변환시켜 회전하도록 만드는 경사를 가지는 복수의 블레이드를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the rotating member is characterized in that it has a plurality of blades having an inclination that converts axial wind pressure sprayed through the valley portion on the outer periphery of a cylindrical or truncated cone body into a rotational component in a direction perpendicular to the axis to rotate.
본 발명에 의하면, 상기 블레이드는 바람이 진입하는 상류측은 45°경사각을 가지도록 형성하되, 하류측으로 갈수록 커지는 경사각을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the blade is characterized in that it is formed to have a 45° inclination angle on the upstream side where the wind enters, but has a greater inclination angle toward the downstream side.
본 발명에 의하면, 상기 블레이드는 상류측의 하단부 일부가 상기 원추대의 외표면에 고정되고 나머지 부분은 상기 원추대와 분리되며, 상기 블레이드는 탄성체로 형성되어 풍압 또는 풍속이 설정치 이상에서는 풍압에 의해 후퇴 변형되어 풍압의 일부를 바이패스시키므로써 회전부재의 과속 회전을 방지하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the blade is characterized in that a portion of the lower portion on the upstream side is fixed to the outer surface of the cone and the remaining portion is separated from the cone, and the blade is formed of an elastic body so that when the wind pressure or wind speed exceeds a set value, it is deformed backward by the wind pressure to bypass a portion of the wind pressure, thereby preventing excessive rotation of the rotating member.
본 발명에 의하면, 상기 발전기는 상기 회전축에 직결되도록 설치되거나 또는 상기 회전축으로부터 방향전환기구를 개재하여 회전력을 전달받는 수직 회전축에 설치된 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the generator is characterized in that it is installed so as to be directly connected to the rotational shaft or is installed on a vertical rotational shaft that receives rotational power from the rotational shaft through a direction changing mechanism.
본 발명에 의하면, 상기 원추형의 확산기 몸체는 지지기둥부재에 의해 지지되며, 또한 수평베어링을 개재하여 지지기둥부재에 대해 수평면 상에서 360°회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the conical diffuser body is supported by a support column member, and is supported so as to be rotatable 360° on a horizontal plane with respect to the support column member through a horizontal bearing.
본 발명에 의하면, 상기 지지기둥부재의 외부에 반원 단면 형상의 바람받이 정렬부재가 상기 회전축의 중심축선과 나란한 방향이 되도록 양측으로 대칭을 이루어 설치되어, 상기 바람받이 정렬부재에 의해 상기 회전축의 중심축선이 항시 바람의 방향에 일치하도록 정렬되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a wind receiving alignment member having a semicircular cross-section is installed symmetrically on both sides on the outside of the support pillar member so as to be in a direction parallel to the central axis of the rotation axis, and the central axis of the rotation axis is always aligned to the direction of the wind by the wind receiving alignment member.
본 발명에 의하면, 상기 원추형의 확산기 몸체 상류측 일부는 투명 또는 반투명의 빛투과 몸체로 형성되며, 상기 빛투과 몸체 내에는 LED 발광체가 설치되어 상기 발전기에 의해 생산된 전기를 동력원으로 빛을 발산하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, a portion of the upstream side of the conical diffuser body is formed as a transparent or translucent light-transmitting body, and an LED light-emitting body is installed within the light-transmitting body to emit light using electricity produced by the generator as a power source.
본 발명에 의하면, 상기 발전기로부터 생산된 전기를 축전하는 축전기를 구비한 것을 특징으로 한다.According to the present invention, it is characterized by having a capacitor that stores electricity produced from the generator.
이와 같은 본 발명에 따르면, 바람 유도(집중)기구의 원추형의 확산기 몸체가 상류측에서 진입하는 바람을 원추형 몸체의 하류 측 외부로 몰아 링상으로 집중시키게 되며, 더욱이 주름을 형성하는 삼각뿔들 사이로 바람이 집중되도록 유도되어 양측의 경사벽면들 사이의 협곡부를 통과하게 되는 공기가 점차 좁은 공간으로 몰려들면서 풍압이 증대되어 좁은 출구단을 통해 고속으로 분사되듯이 회전부재의 블레이드에 부딛히게 되므로, 통상적인 풍력발전장치에 비해 크게 강화된 및 낭비없는 고압 고속의 풍속 작용으로 발전효율이 크게 증대되는 효과가 있어, 발전에 부적합한 낮은 풍속하에서도 소규모 장치 규모로도 경제성이 큰 발전효율을 얻는 것이 가능하여 해안가나 산정상부가 아닌 어디라도 설치가 가능하며, 또한 미관이 아름다워 설치의 자유도가 크게 증가하는 효과가 기대된다.According to the present invention, the conical diffuser body of the wind induction (concentration) mechanism drives the wind entering from the upstream side to the outside of the downstream side of the conical body and concentrates it in a ring shape, and furthermore, the wind is induced to be concentrated between the triangular pyramids forming the wrinkles, so that the air passing through the valley between the inclined wall surfaces on both sides gradually rushes into the narrow space, and the wind pressure increases, and as it is sprayed at high speed through the narrow exit, it collides with the blades of the rotating member, so that the power generation efficiency is greatly increased due to the high-pressure, high-speed wind speed action that is greatly enhanced and wasteless compared to conventional wind power generation devices, so that even under low wind speeds that are not suitable for power generation, it is possible to obtain economical power generation efficiency even with a small-scale device, so that it can be installed anywhere, not just on a coast or a mountaintop, and the freedom of installation is expected to greatly increase due to the beautiful appearance.
또한 원추형의 확산기 몸체는 상류 측이 뾰족하게 형성되고 점차 직경이 커지는 형태라서, 바람의 방향이 변동될 때마다 재빠르게 그것에 추종하여 바람방향으로 정렬됨으로써, 방향이 수시로 변동하는 바람에 상관없이 이용효율을 최상으로 유지할 수 있다.In addition, the conical diffuser body is formed with the upstream side being sharp and the diameter gradually increasing, so that whenever the wind direction changes, it quickly follows it and aligns itself with the wind direction, thereby maintaining the highest utilization efficiency regardless of the wind direction that changes frequently.
또 원추형의 확산기 몸체 상류측을 투명 또는 반투명 몸체로 형성하고 그 내부에 발광수단을 배치하여 발전기 구동을 통해 얻어진 전기를 이용하여 발광수단을 발광시키게 되면, 다리(또는 건물이나 가로등) 등의 장식 수단으로서 사용할 경우 별도 전기의 공급없이 장식조명이 가능함과 함께, 바람 방향에 추종하여 일치 정렬되는 원추형의 확산기 몸체의 수평면상에서의 회전에 연동하여 빛이 이리저리 흔들리면서 사방으로 발산하게 되어 더욱 아름다운 장식 효과를 얻을 수 있다.In addition, if the upstream side of the conical diffuser body is formed as a transparent or translucent body and a light-emitting means is placed inside the body and the light-emitting means is made to emit light using the electricity obtained by driving the generator, when used as a decorative means for a bridge (or building or streetlight), decorative lighting is possible without a separate electricity supply, and as the conical diffuser body rotates on the horizontal plane in accordance with the wind direction, the light sways back and forth and is emitted in all directions, so a more beautiful decorative effect can be obtained.
도 1 및 도 2는 종래 풍력발전장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 정면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 좌측면도이며,
도 6은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 평면도이다.
도 7 내지 도 10은 각기 본 발명의 요지 구성인 바람 유도기구를 나타낸 사시도, 정면도, 우측면도 및 A-A 단면도이다.
도 11은 본 발명의 삼각뿔 사이에 형성되는 협곡부를 보여주기 위하여 이웃하는 2개의 삼각뿔을 평면에 펼쳐놓은 도면이다.
도 12는 본 발명의 삼각뿔을 형성하기 위한 기초 소재인 평판재의 전개도 형상을 보여주는 도면이다.
도 13은 도 12의 평판재를 V자 형상으로 절곡시켜 형성한 V자형 절곡판재를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 회전부재의 사시도이고,
도 15는 본 발명의 회전부재의 측면도이며,
도 16은 본 발명의 회전부재의 측단면 형상을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 블레이드 형상의 일시예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 풍력발전장치의 전체 단면도이고,
도 19는 본 발명의 풍력발전장치의 바람 유도기구 부위의 요부 확대단면도이며,
도 20은 본 발명의 풍력발전장치의 발전기 부위의 요부 확대단면도이다.
도 21은 휴대가 가능하면서 자유롭게 설치할 수 있는 소형의 풍력발전장치의 일실시예를 나타낸 사시도이고,
도 22는 휴대가 가능하면서 자유롭게 설치할 수 있는 소형의 풍력발전장치의 단면도이다.Figures 1 and 2 are drawings showing a conventional wind power generation device.
Figure 3 is a perspective view showing the appearance of a wind power generator according to the present invention.
Figure 4 is a front view showing the appearance of a wind power generator according to the present invention.
Figure 5 is a left side view showing the exterior of a wind power generator according to the present invention.
Figure 6 is a plan view showing the appearance of a wind power generator according to the present invention.
Figures 7 to 10 are a perspective view, a front view, a right side view, and an AA cross-sectional view, respectively, showing a wind induction mechanism, which is the main component of the present invention.
FIG. 11 is a drawing of two neighboring triangular pyramids spread out on a plane to show a valley formed between the triangular pyramids of the present invention.
Figure 12 is a drawing showing the development shape of a flat plate, which is a basic material for forming a triangular pyramid of the present invention.
Figure 13 is a drawing showing a V-shaped folded plate formed by folding the flat plate of Figure 12 into a V shape.
Fig. 14 is a perspective view of the rotating member of the present invention.
Fig. 15 is a side view of the rotating member of the present invention.
Figure 16 is a drawing showing a cross-sectional shape of a rotating member of the present invention.
Figure 17 is a drawing showing a temporary example of the blade shape of the present invention.
Figure 18 is a cross-sectional view of the entire wind power generator of the present invention.
Figure 19 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a wind induction mechanism of a wind power generator of the present invention.
Figure 20 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the generator section of the wind power generator of the present invention.
Figure 21 is a perspective view showing an example of a small wind power generator that is portable and can be installed freely.
Figure 22 is a cross-sectional view of a small wind turbine that is portable and can be freely installed.
이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to fully understand the present invention. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings may be exaggerated in order to emphasize a clearer description. It should be noted that in each drawing, the same parts are sometimes depicted with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Also, the terminology used herein is used to describe particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, when used herein, the words "comprise" and/or "comprising" specify the presence of stated features, numbers, steps, operations, elements, elements and/or groups thereof, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, operations, elements, elements and/or groups thereof.
또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 용어의 정의에 있어 "상류" 또는 "진입단부(또는 진입부)"는 바람이 불어오는 쪽, 즉 바람이 진입하는 쪽을 지칭하며, "하류" 또는 "배출단부(또는 배출부 또는 진출단부)"는 유동하는 바람이 배출되는 쪽을 의미한다.In addition, the thickness of lines depicted in the drawings or the sizes of components may be exaggerated for the sake of clarity and convenience of explanation. In addition, since the terms described below may vary depending on the intention or custom of the user or operator, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification. In the definition of terms, "upstream" or "entry end (or entry end)" refers to the side from which the wind blows, that is, the side where the wind enters, and "downstream" or "discharge end (or discharge end or exit end)" refers to the side from which the flowing wind is discharged.
이하, 본 발명의 각 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명한다.Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 3은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 정면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 좌측면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 풍력발전장치의 외관을 나타낸 평면도이다.FIG. 3 is a perspective view showing the exterior of a wind power generator according to the present invention, FIG. 4 is a front view showing the exterior of a wind power generator according to the present invention, FIG. 5 is a left side view showing the exterior of a wind power generator according to the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing the exterior of a wind power generator according to the present invention.
전체를 부호 10으로 나타낸 풍력발전장치는 크게 대별하면 불어오는 바람을 유도하여 바람을 집중시킨 상태에서 분사하는 바람 유도기구(12)와, 그 바람 유도기구에 의해 유도 및 집중되어 분사되는 바람에 의해 회전하는 회전부재(14) 및 바람 유도기구(12)를 지지하는 지지기둥부재(16)를 포함하고 있다.The wind power generator, which is represented by
도 7 내지 도 10은 각기 본 발명의 요지 구성인 바람 유도기구를 나타낸 사시도, 정면도, 우측면도 및 A-A 단면도이다.Figures 7 to 10 are a perspective view, a front view, a right side view, and an A-A cross-sectional view, respectively, showing a wind induction mechanism, which is the main component of the present invention.
바람 유도기구(12)는 풍력발전장치(10)의 회전부재(블레이드 기구)에 바람을 유도 및 집중시키는 기구로서, 바람이 진입하는 진입단부(18)에서 상기 회전부재(14)에 바람을 공급하도록 배출하는 진출단부(배출단부)(20) 측으로 갈수록 점차 직경이 증가하며, 내측에 공간(22)을 형성하는 원추형의 확산기 몸체(24)와, 상기 확산기 몸체(24)의 대략 중반부에서 시작하여 진출단부(20)까지에, 즉 하류 측의 외주에 복수의 삼각뿔(사면체)(26)이 주름(28) 형상으로 돌출하여 바람 유도집중부를 형성하고 있으며, 상기 이웃하여 돌출된 삼각뿔(26)과 삼각뿔(26) 사이에는 바람 유도를 위한 협곡부(30)가 형성되며, 상기 협곡부(30)는 바람이 진입하는 상류는 폭(b1)이 넓고 바람이 배출되는 하류는 점차 폭이 좁아지게 형성되어 있다(도 11 참조).The wind induction mechanism (12) is a mechanism that induces and concentrates wind to the rotating member (blade mechanism) of the wind power generator (10), and has a conical diffuser body (24) that gradually increases in diameter from the entry end (18) where the wind enters toward the exit end (exhaust end) (20) where the wind is discharged to supply the wind to the rotating member (14), and forms a space (22) on the inside, and a plurality of triangular pyramids (tetrahedrons) (26) protrude in the shape of wrinkles (28) on the outer periphery of the downstream side starting from approximately the middle of the diffuser body (24) to the exit end (20), that is, to form a wind induction and concentration part, and a valley part (30) for wind induction is formed between the adjacent protruding triangular pyramids (26) and the triangular pyramids (26), and the valley part (30) is formed so that the width (b1) is wide on the upstream side where the wind enters and the width gradually narrows on the downstream side where the wind is discharged (Fig. (See 11).
상기 원추형의 확산기 몸체(24)는 바람이 진입하는 상류측 단부(18)가 끝이 뾰족한 원뿔로 형성하거나 또는 도시를 생략하였으나 쪽지점으로부터 소정 거리만큼을 수직으로 단면한 형태로서 상류의 단부가 원형 단면을 가진 원뿔대로 형성한다.The above conical diffuser body (24) is formed as a cone with a pointed end at the upstream end (18) through which the wind enters, or, although not shown, is formed as a cone with a cross-section formed vertically at a predetermined distance from a pivot point, with the upstream end having a circular cross-section.
바람 유도집중부를 형성하고 있는 상기 주름(28)은 정면도에서 보면 산과 골이 반복하여 연속하는 형태로서(마치 해바라기 형상처럼 보임), 주름(28)을 형성하는 복수의 삼각뿔(26)들은 판재(32)(도 11의 전개도 판재 형상 참조)를 가공하여 형성되며, 상기 판재(32)를 삼각뿔(26)의 양측 경사 측벽면(26a,26b)을 형성하도록 상부 모서리선(34)을 중심으로 소정 각(θ)을 이루도록 V자 형상으로 절곡하여 얻은 V자 형상의 절곡판재(32a)(도 13 참조)를 상기 원추형의 확산기 몸체(24) 외주에 용접하여 부착하거나 또는 상기 주름(28)을 형성하는 삼각뿔들(26)은 원추형의 확산기 몸체(24)와 단일체로 주조하거나 또는 단일체로 사출성형하거나 또는 단일체로 프레스 가공하여 형성한다.The above-described wrinkles (28) forming the wind induction focus are in the form of mountains and valleys that are repeated and continuous when viewed from the front view (looking like a sunflower shape), and the plurality of triangular pyramids (26) forming the wrinkles (28) are formed by processing a plate (32) (see the plate shape of the developed view in FIG. 11), and the V-shaped folded plate (32a) (see FIG. 13) obtained by folding the plate (32) into a V shape to form a predetermined angle (θ) centered on the upper edge line (34) to form the inclined side walls (26a, 26b) on both sides of the triangular pyramid (26) is welded and attached to the outer periphery of the conical diffuser body (24), or the triangular pyramids (26) forming the wrinkles (28) are formed by casting as a single body with the conical diffuser body (24), injection molding as a single body, or press-processing as a single body.
이 같은 구조의 바람 유도기구(12)는 바람이 불면 바람방향을 따라 원추형의 꼭지점, 즉 진입단부(18) 측이 바람 방향을 향하도록 정렬되는데, 이때 원추형의 확산기 몸체(24)에 부딪히는 모든 바람은 원추형의 표면을 따라 확산하면서 주름(28) 측으로 유도 이동하게 되므로, 바람은 바람 유도집중부인 주름(28) 부위에서 링상으로 집중되는 현상이 일어난다. 이 같이 집중된 바람은 다시 삼각뿔(26)이 시작되는 진입 측 꼭지점(26c)에서 각기 양측으로 분할되어 유동하기 시작하며, 계속하여 협곡부(30)의 진입부 폭(b1)을 통과하여 유동하는 바람은 양측의 측벽면(26a, 26b) 사이에서의 유도 작용에 의해 점차 좁아지는 협곡부(30)를 통과하게 되며, 좁아지는 협곡부(30)를 통과하는 바람의 압력(풍압)은 점차 증가하면서 유속이 빨라지기 시작한다. 즉 협곡부(30)의 구조로 인해 바람의 진입부 측과 배출단 사이에 압력차가 발생한게 된다. 이에 따라 협곡부(30)의 출구단을 통해 배출되는 공기는 후방으로부터 큰 압력을 받게 되어 배출 속도가 크게 증가하여 마치 노즐을 통해 분사되듯이 고속으로 분사 배출되며, 이 같이 고속으로 분사되는 바람이 상기 회전부재(14)에 공급되어 회전부재(14)를 회전시키게 되는 것이다.The wind induction device (12) of this structure is aligned so that the cone-shaped apex, i.e., the entry end (18) side faces the wind direction when the wind blows. At this time, all the wind that hits the cone-shaped diffuser body (24) is guided toward the wrinkle (28) side while being diffused along the cone-shaped surface, so that the wind is concentrated in a ring shape at the wrinkle (28) part, which is the wind induction concentration part. The concentrated wind is divided into two sides again at the entry-side apex (26c) where the triangle (26) begins and begins to flow, and the wind that continues to flow through the entry width (b1) of the valley (30) gradually narrows due to the induction action between the side walls (26a, 26b) on both sides, and the pressure (wind pressure) of the wind passing through the narrowing valley (30) gradually increases and the flow speed begins to increase. That is, due to the structure of the valley section (30), a pressure difference occurs between the wind inlet side and the discharge side. Accordingly, the air discharged through the outlet side of the valley section (30) receives a large pressure from the rear, so that the discharge speed increases significantly and is discharged at a high speed as if being sprayed through a nozzle, and the wind sprayed at a high speed in this way is supplied to the rotating member (14) to rotate the rotating member (14).
도 14는 본 발명의 회전부재의 사시도이고, 도 15는 회전부재의 측면도 및 도 16은 회전부재의 측단면 형상을 나타내는 도면이다.FIG. 14 is a perspective view of the rotating member of the present invention, FIG. 15 is a side view of the rotating member, and FIG. 16 is a drawing showing a side cross-sectional shape of the rotating member.
회전부재(14)는 바람 유도기구(12)의 출구단부 측에 설치되며, 원통 몸체 또는 바람작하기로는 바람이 인입되는 부위에서 배출되는 측을 향해 점차 직경이 증가하는 원추대 몸체의 허브(36)를 구비하고 있으며, 원통 몸체 또는 원추대 몸체의 허브(36) 외부에는 소정을 간격을 두고 방사상으로 복수의 블레이드(38)가 구비되어 있다.The rotating member (14) is installed at the outlet end of the wind induction device (12), and has a hub (36) of a cylindrical body or a cone-shaped body whose diameter gradually increases from the side where the wind is drawn in to the side where it is discharged, and a plurality of blades (38) are provided radially at a predetermined interval on the outside of the hub (36) of the cylindrical body or the cone-shaped body.
허브를 형성하는 원추대 몸체(36)의 바람의 진입단부, 즉 소직경부는 지지원판부재(40)로 막혀 있으며, 지지원판부재(40)의 중심부에는 회전축(42)을 중심구멍에 끼워 키이에 의해 고정시켜 회전축(42)을 지지하는 보스(44)가 구비되어 있다.The wind entry end of the cone body (36) forming the hub, i.e., the small diameter portion, is blocked by a support plate member (40), and a boss (44) is provided at the center of the support plate member (40) to support the rotation shaft (42) by inserting the rotation shaft (42) into the center hole and fixing it with a key.
상기 블레이드(38)는 바람의 방향에 대해 대략 45°의 비틀림각(α)을 가지도록 형성할 수 있으나, 바람의 힘을 최적으로 받아내어 회전력을 증대시킬 수 있는 프로파일을 가지도록 설계하는 것이 바람직하다.The above blade (38) can be formed to have a twist angle (α) of approximately 45° with respect to the direction of the wind, but it is preferable to design it to have a profile that can optimally receive the force of the wind and increase the rotational force.
이를 위해 상기 블레이드(38)들은 나선형 구조를 가지도록 설계되며, 배출단(하류)에서 진입단(상류) 측으로 갈수록 날개의 높이 방향의 폭(t1, t2)이 점차 넓어지게 디자인(t2<t1)되어 있어 체적 차이가 크게 나서 효과적으로 기압차가 발생한다(도 16 참조).To this end, the blades (38) are designed to have a spiral structure, and the width (t1, t2) in the height direction of the blades is designed to gradually increase from the discharge end (downstream) to the inlet end (upstream) (t2<t1), so that the volume difference is large and an air pressure difference is effectively generated (see Fig. 16).
그리고 상기 원추대 몸체(36)의 원추각은 상기 원추형 확산기 몸체(24)의 원추각보다 큰 각도를 가지도록 형성하는 것이 주름(28)의 협곡부(30)에서 분사 배출되는 바람을 상기 블레이드(38)에 더욱 집중시킬 수 있게 유도한다는 점에서 바람직하다.And it is preferable that the cone angle of the conical body (36) be formed to have a larger angle than the cone angle of the conical diffuser body (24), as this induces the wind ejected from the valley portion (30) of the wrinkle (28) to be more concentrated on the blade (38).
상기 블레이드(38)는 도 17에 도시된 것과 같이, 바람의 진입단부에서는 소정의 각도(α1), 예를 들면 45°를 가지도록 설계하고, 바람이 빠져나가는 하류측으로 갈수록 각도가 점차 증가(α1 < α2 < α3)하도록 하여 마치 배출단부 측이 진입단부 측으로 굽혀져 만곡진 곡면을 형성하고 있는바, 이 같은 형상에 따르면 블레이드(38) 상류인 지점 A에 먼저 협곡부(30)의 출구단부(배출단부)를 통해 고속으로 분출되는 바람이 부딛혀게 되면 회전부재(14)는 회전하기 시작하며, 이때 지점 A부위의 블레이드(38)의 비틀림각 α1이 대략 45°를 가지고 있어 블레이드(38)의 회전 방향으로의 회전력이 가장 효율적으로 작용하게 된다.The above blade (38), as illustrated in FIG. 17, is designed to have a predetermined angle (α1), for example, 45°, at the wind entry end, and the angle gradually increases (α1 < α2 < α3) toward the downstream side where the wind exits, so that the discharge end side is bent toward the entry end side to form a curved surface. According to this shape, when the wind blowing out at high speed through the exit end (discharge end) of the valley section (30) first collides with point A, which is upstream of the blade (38), the rotating member (14) begins to rotate. At this time, the twist angle α1 of the blade (38) at point A is approximately 45°, so that the rotational force in the rotational direction of the blade (38) is most efficiently applied.
그런데 블레이드(38)가 회전하게 되면 회전 관성력이 생기게 되고, 블레이드(38)의 회전에 따른 위치 이동으로 블레이드의 지점 B가 협곡부(30)의 출구단부(배출단부)에 대향하는 위치에 오게되는데, 지점 B에서의 비틀림각 α2가 α1보다 더 크기 때문에 블레이드(38)의 지점 B에는 더 강한 바람의 힘을 받게 되어 블레이드(38)의 회전 속도를 증가시키게 되며, 이 같은 현상은 지점 C에서 더 크게 발생한다. 이 같은 이유는 블레이드(38)의 초기 비틀림각이 45°보다 더 크거나 작은 비틀림각을 갖는 경우 어느 경우이든 회전방향으로 작용하는 분력이 작아지기 때문에 충분한 회전 관성력의 확보가 어려워 블레이드(38)의 초기 바람 진입시에는 가능한한 회전을 용이하게 하도록 비틀림각을 45°정도로 설계하고, 회전 관성력이 생긴 상태에서는 블레이드(38)에 가해지는 축방향의 풍압을 높여 그 풍압이 회전력으로 나타나도록 하류측으로 갈수록 α2, α3를 점차 증가시켜 블레이드(38)가 받는 풍압을 증대토록 디자인한 것이다.However, when the blade (38) rotates, a rotational inertial force is generated, and as the position of the blade (38) moves due to the rotation, point B of the blade comes to a position facing the exit end (discharge end) of the valley section (30). Since the twist angle α2 at point B is greater than α1, point B of the blade (38) receives a stronger wind force, which increases the rotational speed of the blade (38), and this phenomenon occurs more significantly at point C. The reason for this is that when the initial twist angle of the blade (38) is greater or less than 45°, the force acting in the rotational direction becomes small in either case, making it difficult to secure sufficient rotational inertial force. Therefore, when the blade (38) initially enters the wind, the twist angle is designed to be approximately 45° to facilitate rotation as much as possible, and when the rotational inertial force is generated, the axial wind pressure applied to the blade (38) is increased so that the wind pressure is expressed as rotational force, and α2 and α3 are gradually increased toward the downstream side to increase the wind pressure received by the blade (38).
한편, 상기 블레이드(38)는 도시는 하지 않았으나 상류측의 하단부 일부가 상기 원추대의 외표면에 고정되고 나머지 부분은 상기 원추대(38)와 분리되며, 상기 블레이드는 탄성체로 형성되어 풍압 또는 풍속이 설정치 이상에서는 풍압에 의해 후퇴 변형되어 풍압의 일부를 바이패스시키므로써 회전부재(14)의 과속 회전을 방지하도록 구성할 수 있다.Meanwhile, the blade (38) is not shown, but a part of the lower part on the upstream side is fixed to the outer surface of the cone and the remaining part is separated from the cone (38). The blade is formed of an elastic body, so that when the wind pressure or wind speed exceeds a set value, it is deformed backwards by the wind pressure to bypass a part of the wind pressure, thereby preventing excessive rotation of the rotating member (14).
도 18은 본 발명의 풍력발전장치(10)의 전체 단면도이고, 도 19는 풍력발전장치(10)의 바람유도기구(12) 부위의 요부 확대단면도이며, 도 20은 풍력발전장치의 발전기 부위의 요부 확대단면도이다.Figure 18 is a cross-sectional view of the entire wind power generator (10) of the present invention, Figure 19 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a wind induction mechanism (12) portion of the wind power generator (10), and Figure 20 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a generator portion of the wind power generator.
회전부재(14)를 구비한 바람 유도기구(12)는 수직 방향으로 입설되는 기둥지지부재(16)에 의해 지지되고 있으며, 이를 위해 기둥지지부재(16)의 상부지지부재(16a)가 원추형 확산기 몸체(22)의 저면에 접속되어 지지하게 되며, 원추형 확산기 몸체(22)의 저면에는 상부지지부재(16a)의 접속을 위한 접속공(46)이 형성되어 있다.The wind induction device (12) equipped with a rotating member (14) is supported by a vertically installed column support member (16). To this end, the upper support member (16a) of the column support member (16) is connected to and supported by the bottom surface of the conical diffuser body (22), and a connection hole (46) for connecting the upper support member (16a) is formed on the bottom surface of the conical diffuser body (22).
상기 상부지지부재(16a)의 내부에는 회전축 지지틀부재(48)가 설치되며, 상기 회전축 지지틀부재(48)는 파이프 형상으로 상기 원추형 확산기 몸체(22)의 공간(22)으로 연장하고 있으며, 상기 회전부재(14)를 회전 가능하게 장착하고 있는 회전축(42)이 회전축 지지틀부재(48)를 가로로 가로질러 관통하고 있어, 상기 회전축(42)은 회전축 지지틀부재(48)에 의해 회전 가능하게 지지되어진다.A rotational shaft support member (48) is installed inside the upper support member (16a), and the rotational shaft support member (48) is in a pipe shape and extends into the space (22) of the conical diffuser body (22), and a rotational shaft (42) on which the rotational member (14) is rotatably mounted passes horizontally across the rotational shaft support member (48), so that the rotational shaft (42) is rotatably supported by the rotational shaft support member (48).
상기 회전축 지지틀부재(48)의 양측에는, 원추형 확산기 몸체(22)의 내경면에 밀착하여 복수의 브라켓(50)들을 통해 원추형 확산기 몸체(22)에 볼트, 또는 리벳팅 또는 스폿 용접 등에 의해 고정되는 전후 원판지지체(52)(54)가 볼트(56)로 고정되어 있어, 회전축(42)은 원추형 확산기 몸체(22) 내에 흔들림 없이 견고하게 지지되며, 이때 전후 지지판부재(52,54)와 회전축 지지틀부재(48) 및 회전축 지지틀부재(48)의 개방된 상부를 덮는 상부덮개(58)를 볼트(56)로 다 함께 체결하여 고정한다.On both sides of the above-mentioned rotation shaft support member (48), front and rear plate support members (52)(54) are fixed to the conical diffuser body (22) by bolts, riveting, spot welding, etc. through a plurality of brackets (50) in close contact with the inner surface of the conical diffuser body (22) with bolts (56), so that the rotation shaft (42) is firmly supported without shaking within the conical diffuser body (22). At this time, the front and rear support plate members (52, 54), the rotation shaft support member (48), and the upper cover (58) covering the open upper part of the rotation shaft support member (48) are all fastened together with bolts (56) and fixed.
상기 회전축 지지틀부재(48)는 상기 회전축(42)을 지지함에 있어서, 볼베어링 또는 롤러베어링 등의 베어링지지수단(60)을 개재하여 회전 가능하게 지지하며, 회전축 지지틀부재(48)의 내부로 회전축(42)에는 동력방향전환기구(62)가 설치되어 있다.The above-mentioned rotary shaft support member (48) supports the rotary shaft (42) so as to be rotatably supported by interposing a bearing support means (60) such as a ball bearing or roller bearing, and a power direction change mechanism (62) is installed on the rotary shaft (42) inside the rotary shaft support member (48).
상기 동력방향전환기구(62)는 회전축(42)과 직각 방향인 수직으로 배설되는 수직 회전축(64)에 회전을 전달하기 위한 것으로, 도 19의 요부 확대도에서 보여지는 것과 같이, 90°회전방향 전환이 가능한 베벨기어들이 사용되며, 회전축(42)에 키이로 고정된 주동 베벨기어(66), 그 주동 베벨기어(66)와 치형이 맞물린 종동 베벨기어(68) 및 그 종동 베벨기어(68)와 맞물린채 회전축(42)에 설치되어지되, 회전축(42)에는 고정되지 않아 회전축(42)에 대해 슬립되는 아이들 베벨기어(70)로 구성되어 있다. 이에 따라 주동 베벨기어(66)가 회전축(42)과 함께 항시 같은 방향으로 회전하는 동안 그것과 동일 회전축(42) 상에서 마주 대향하고 있는 아이들 베벨기어(70)는 회전축 상에서 슬립되면서 종동 베벨기어(68)에 의해 반대 방향으로 회전이 일어나게 된다. 이 아이들 베벨기어(70)는 없어도 되기는 하나, 회전축(70)의 비틀림을 방지하고 장치의 균형을 잡아주는 기능을 한다.The above power direction conversion mechanism (62) is intended to transmit rotation to a vertical rotation axis (64) that is vertically disposed at a right angle to the rotation axis (42), and as shown in the enlarged view of the main part of FIG. 19, bevel gears capable of changing the rotation direction by 90° are used, and are composed of a main bevel gear (66) fixed to the rotation axis (42) with a key, a driven bevel gear (68) whose teeth are meshed with the driven bevel gear (66), and an idle bevel gear (70) that is installed on the rotation axis (42) while meshing with the driven bevel gear (68), but is not fixed to the rotation axis (42) and thus slips with respect to the rotation axis (42). Accordingly, while the driving bevel gear (66) always rotates in the same direction as the rotation axis (42), the idle bevel gear (70) facing it on the same rotation axis (42) slips on the rotation axis and rotates in the opposite direction by the driven bevel gear (68). Although this idle bevel gear (70) is not necessary, it serves the function of preventing twisting of the rotation axis (70) and maintaining the balance of the device.
상기 종동 베벨기어(68)는 수직 회전축(70)에 연결구(72)를 통해 연결되고 있으며, 이 연결구(72) 및 수직 회전축(70)은 각기 볼트(56)에 의해 회전축 지지틀부재(48)에 고정되는 지지원판부재(74)(76)를 관통하여 지지되고 있으며, 수직 회전축(76)의 원활한 회전을 위해 지지원판부재(76)는 베어링(78)을 개재하여 지지하고 있다.The above-mentioned driven bevel gear (68) is connected to a vertical rotation shaft (70) through a connecting hole (72), and the connecting hole (72) and the vertical rotation shaft (70) are supported by penetrating through support plate members (74)(76) which are each fixed to a rotation shaft support member (48) by bolts (56), and the support plate member (76) is supported by interposing a bearing (78) for smooth rotation of the vertical rotation shaft (76).
도 20은 발전기 설치 부위를 확대하여 나타낸 요부확대도로서, 상기 상부지지부재(16a)와 회전축 지지틀부재(48)의 하부에는 지지원판부재(80)가 지지하고 있고, 회전축 지지틀부재(48)는 볼트(82) 고정수단에 의해 지지원판부재(80)에 고정되어 있다.Figure 20 is an enlarged view showing the generator installation area, in which a support plate member (80) supports the lower portion of the upper support member (16a) and the rotation shaft support frame member (48), and the rotation shaft support frame member (48) is fixed to the support plate member (80) by a bolt (82) fixing means.
상기 지지원판부재(80)의 저면에는 발전기 하우징(84)이 마련되며, 이 발전기 하우징(84)은 지지원판부재(80)에 볼트(86) 고정수단을 통해 고정되어 있다.A generator housing (84) is provided on the bottom surface of the above-mentioned support plate member (80), and this generator housing (84) is fixed to the support plate member (80) using a bolt (86) fixing means.
상기 발전기 하우징(84)의 내부에는 수직 회전축(64)의 회전에 따라 전기를 생산하는 통상의 발전기(88)가 설치되며, 발전기(88)는 수직 회전축(64)에 고정되어 회전하는 회전자(90) 및 회전자(전자석)의 외부를 감싸는 고정자(철심)(92)에 의해 자기장을 형성하면서 전기를 생산한다.Inside the above generator housing (84), a conventional generator (88) that produces electricity by rotating a vertical rotation shaft (64) is installed, and the generator (88) produces electricity by forming a magnetic field by a rotor (90) that is fixed to the vertical rotation shaft (64) and rotates, and a stator (iron core) (92) that surrounds the outside of the rotor (electromagnet).
이 같이 생산한 전기는 자가 소비하거나 또는 발전회사에 판매할 수 있으며, 지지기둥부재 내에 축전기를 구비하여 축전시켰다가 필요한 경우에 꺼내어 사용토록 할 수 있다.The electricity produced in this way can be consumed by the user or sold to a power generation company, and can be stored in a capacitor installed inside the support pillar and taken out for use when needed.
상기 발전기 하우징(84)은 하부의 지지기둥부재(16)의 상단에 얹혀진채, 지면에 지지되도록 설치되는 지지기둥부재(16)에 대해 수평면상에서 360°의 회전이 가능하게 지지되며, 수직축 방향으로 작용하는 큰 하중에 견디고 또한 수평면 상에서의 원활한 회전을 위해 양측 부재 사이에 트러스트 베어링(94)을 개재하고 있으며, 회전 시 흔들림을 방지하고 안정적으로 회전을 지지하기 위해 지지기둥부재(16)의 상단은 발전기 하우징(84) 하부에 형성한 요홈수용부(96)에 수용된 형태로 구성되어 있어, 원통형의 스컷트부(98)가 지지기둥부재(16)의 외주를 감싸고 있기에 발전기 하우징(84)을 포함한 모든 상부 구조물의 안정적 회전 지지가 가능하다.The above generator housing (84) is supported so as to be able to rotate 360° on the horizontal plane with respect to the support pillar member (16) installed to be supported on the ground while being placed on the upper end of the lower support pillar member (16), and a thrust bearing (94) is interposed between the members on both sides to withstand a large load applied in the vertical axis direction and also to enable smooth rotation on the horizontal plane, and in order to prevent shaking during rotation and stably support rotation, the upper end of the support pillar member (16) is configured in a form accommodated in a grooved receiving portion (96) formed on the lower end of the generator housing (84), so that a cylindrical slit portion (98) surrounds the outer periphery of the support pillar member (16), thereby enabling stable rotation support of all upper structures including the generator housing (84).
그리고 상기 발전기 하우징(84)의 외부에는 파이프를 반으로 자른 것과 같은 형상의 반원 단면 형상을 가진 바람받이 정렬부재(100)(100)가 상기 회전축(42)의 중심축선과 나란한 방향이 되도록 양측으로 대칭을 이루어 설치되어 있어, 바람 방향이 상기 회전축(42)의 중심축선과 일치하지 않는 풍향각도를 가지는 경우 면압을 받게되는 바람받이 정렬부재(100)(100)가 회전을 하게 되면서 항시 바람의 방향에 일치하도록 정렬되어지게 되며, 이 같은 바람 방향으로의 정렬은 앞서 이미 설명한 것과 같이 원추형 확산기 몸체(24)에 의해서도 유도되는바, 이 같이 본 발명은 바람 정렬을 위한 2중의 기구를 가지고 있어 수시로 바뀌는 바람의 방향에 신속하게 대응하여 일치 정렬되는 효과가 있다.And, on the outside of the generator housing (84), a wind receiving alignment member (100)(100) having a semicircular cross-section shape similar to a pipe cut in half is installed symmetrically on both sides so as to be parallel to the central axis of the rotation shaft (42), so that when the wind direction has a wind angle that does not match the central axis of the rotation shaft (42), the wind receiving alignment member (100)(100) that receives surface pressure rotates to always be aligned to the direction of the wind, and this alignment to the wind direction is also induced by the conical diffuser body (24) as described above, so that the present invention has a double mechanism for wind alignment and thus has the effect of quickly responding to the wind direction that changes frequently and being aligned.
도 21 및 도 22는 휴대가 가능하면서 자유롭게 설치할 수 있는 소형의 풍력발전장치의 일실시예를 나타낸 것으로서, 그의 기본적 구조는 도 3 실시예 구성과 대동소이하며, 다만 도 3 실시예에 의한 풍력발전장치(10)는 발전기(88)가 수직 회전축에 설치되는 반면, 동 실시예의 소형 풍력발전장치(10')는 바람 유도부재(12')의 원추형 확산기 몸체(24') 내에 소형 발전기, 예를 들면 자전거 바퀴의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 간단한 구조의 발전기(88')가 중심의 회전축(42')에 직결 설치되고 있다. 여기서 다이너모 발전기(88')는 회전축(42') 외주에 코일을 구비한 전기자가 장착되고, 그 전기자 외부를 감싸 자기장을 형성하는 전자석(고정자) 및 기타 베어링과 정류자, 브러시 등을 구비하고 있는 통상적으로 알려진 기구이어서, 그 구성들에 대한 구체적 설명은 생략하기로 한다.FIGS. 21 and 22 illustrate an embodiment of a small-sized wind power generator that is portable and can be freely installed, and its basic structure is largely the same as that of the embodiment of FIG. 3, except that the wind power generator (10) according to the embodiment of FIG. 3 has a generator (88) installed on a vertical rotational axis, whereas the small-sized wind power generator (10') of the same embodiment has a generator (88') of a simple structure that produces electricity by utilizing the rotational power of a small generator, for example, a bicycle wheel, installed directly connected to the central rotational axis (42') within the conical diffuser body (24') of the wind induction member (12'). Here, the dynamo generator (88') is a commonly known mechanism that has an armature equipped with a coil on the outer periphery of the rotational axis (42'), an electromagnet (stator) that wraps around the outside of the armature to form a magnetic field, and other bearings, commutators, brushes, etc., so a detailed description of its configurations will be omitted.
그리고 원추형 확산기 몸체(24')의 바람이 진입하는 진입단부(상류측), 즉 꼭지점 부위에는 소정 구간 크기의 몸체 일부를 투명 또는 반투명의 빛투과 몸체(24a)로 형성하여 본체(24')에 조립하고, 상기 빛투과 몸체(24a) 내에는 LED 발광체(102)를 설치하여 상기 발전기(88')에 의해 생산된 전기를 전선(104)을 통해 받아 LED 발광체(102)가 빛을 발산하도록 구성하고 있다.And, at the wind-inlet end (upstream side) of the cone-shaped diffuser body (24'), i.e., the top portion, a portion of the body having a predetermined section size is formed as a transparent or semitransparent light-transmitting body (24a) and assembled to the main body (24'), and an LED light-emitting body (102) is installed inside the light-transmitting body (24a) so that electricity produced by the generator (88') is received through a wire (104) and the LED light-emitting body (102) emits light.
이 같이 구성하면, 예를 들어 다리 난간 등에 설치하는 경우 강(river)바람에 의해 발전기(88')가 구동하면서 LED 발광체(102)가 빛을 확산기 몸체 외부로 발산하게 되므로 다리의 조명 및 미관을 향상시킬 수 있고, 특히 수시로 방향이 바뀌는 강바람에 대응하여 원추형 확산기 몸체(24')가 즉시 정렬되는 중에 불빛이 이리저리 흔들리게 되는 과정을 통하여 시선을 끌어 더욱 장식적 효과를 향상시킬 수 있다.With this configuration, for example, when installed on a bridge railing, the LED light source (102) emits light outside the diffuser body when the generator (88') is driven by the river wind, thereby improving the lighting and appearance of the bridge. In particular, the conical diffuser body (24') is instantly aligned in response to the river wind whose direction changes frequently, and the light sways back and forth, thereby attracting attention and further enhancing the decorative effect.
또한 기존의 풍력발전장치에 비해 동일 발전 설비에 비해 크기를 매우 작게 설계하는 것이 가능한 본 발명의 발전장치(10, 10')를 육상과 해상뿐만 아니라 운항 중인 선박이나 차량 또는 건물 지붕이나 가로등의 지주 상부에 설치하는 등 간편하게 설치하여 전기를 생산하여 즉시 사용할 수 있는 장점이 있으며, 도 21과 같은 소형 풍력발전기는 그 외관이 마치 닭과 같이 귀엽게 생긴 형상이어서 장식적 효과까지 추구할 수 있는 잇점을 가지고 있다.In addition, the power generation device (10, 10') of the present invention, which can be designed to be much smaller than existing wind power generation devices in terms of size compared to the same power generation facility, can be installed not only on land and sea but also on ships or vehicles in operation, or on the roofs of buildings or the upper parts of streetlights, and has the advantage of being able to produce electricity and use it immediately. In addition, a small wind power generator such as that of Fig. 21 has an advantage in that it can pursue a decorative effect because its appearance is cute like a chicken.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the technical configuration of the present invention described above may be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10, 10': 풍력발전장치 12, 12': 바람 유도부재
14, 14': 회전부재 16: 지지기둥부재
16a: 상부지지부재 18: 진입단부
20: 진출단부(배출단부) 22: 공간
24, 24': 원추형 확산기 몸체 24a: 빛투과 몸체
26: 삼각뿔(사면체) 26: 삼각뿔(사면체)
26a, 26b: 경사 측벽면 26c: 꼭지점
28: 주름(바람 유도집중부) 30: 협곡부
32: 판재 32a: V자형 절곡판재
34: 상부 모서리선 36: 원추대 몸체(허브)
38: 블레이드(날개) 40: 지지원판부재
42, 42': 회전축 44: 보스
46: 접속공 48: 회전축 지지틀부재
50: 브라켓 52, 54: 원판지지체
56: 볼트 58: 상부덮개
60: 베어링지지수단 62: 동력방향전환기구
64: 수직 회전축 66: 주동 베벨기어
68: 종동 베벨기어 70: 아이들 베벨기어
72: 연결구 74, 76: 지지원판부재
78: 베어링 80: 지지원판부재
82, 86: 볼트 84: 발전기 하우징
88, 88': 발전기 90: 회전자
92: 고정자 94: 트러스트 베어링
96: 요홈수용부 98: 스컷트부
100: 바람받이 정렬부재 102: LED 발광체
104: 전선
b1: 협곡부 진입부 측의 폭 α1,α2,α3: 블레이드의 비틀림각
t1, t2 : 블레이드의 폭(높이)10, 10':
14, 14': Rotating member 16: Supporting column member
16a: Upper support member 18: Entry end
20: Entry end (exit end) 22: Space
24, 24':
26: Triangular pyramid (tetrahedron) 26: Triangular pyramid (tetrahedron)
26a, 26b:
28: Wrinkle (wind induction concentration area) 30: Valley area
32:
34: Top edge 36: Cone body (hub)
38: Blade (wing) 40: Support plate member
42, 42': Rotation axis 44: Boss
46: Connection hole 48: Rotation shaft support member
50:
56: Bolt 58: Top cover
60: Bearing support means 62: Power direction change mechanism
64: Vertical rotation axis 66: Drive bevel gear
68: Driven bevel gear 70: Idle bevel gear
72:
78: Bearing 80: Supporting disc member
82, 86: Bolt 84: Generator Housing
88, 88': Generator 90: Rotor
92: Stator 94: Thrust bearing
96: Home receptacle 98: Scutt
100: Windshield alignment member 102: LED light
104: Frontline
b1: width of the entrance side of the canyon α1, α2, α3: twist angle of the blade
t1, t2: width (height) of the blade
Claims (12)
상기 바람 유도기구의 바람이 배출되는 원추형의 확산기 몸체의 하류에 상기 협곡부를 통해 유도 배출되는 바람에 의해 회전하도록 설치되는 회전부재와,
상기 회전부재를 회전 가능하게 지지하도록 상기 원추형의 확산기 몸체 내에 설치되는 회전축, 및
상기 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하여 출력하는 발전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치.A wind induction device as defined in any one of paragraphs 1 to 3, and
A rotating member installed downstream of the conical diffuser body through which the wind of the above wind induction device is discharged so as to rotate by the wind induced and discharged through the valley section,
A rotation shaft installed within the conical diffuser body to rotatably support the rotation member, and
A wind power generation device characterized by comprising a generator that produces and outputs electricity by rotation of the above-mentioned rotating shaft.
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