WO2012105759A2 - 바람가이드가 구비된 풍력발전장치 - Google Patents

바람가이드가 구비된 풍력발전장치 Download PDF

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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a wind power generator having a wind guide, and more particularly, by forming a wind guide in the form of a trumpet-shaped tunnel at the wind inlet through which wind is introduced, and providing a wind guide on the inner surface of the wind inlet, thereby improving wind power generation efficiency. It relates to a wind turbine with a wind guide that can be improved.
  • the wind power generator has been developed and used for a long time as being able to produce electricity by using the power of the wind that exists indefinitely in nature.
  • Wind turbines are an example of wind power devices in the past.
  • the wind turbine generator is a device that generates electric power from a generator connected to the generator blade by the blowing wind.
  • such a wind power generator is a power generation wing installed horizontally with respect to the ground, a generator for producing electricity in conjunction with the rotation of the power generation blade, a power generation support for supporting the power generation wing is installed upward from the ground, and power generation It includes a rotational binding member that enables the rotation of the blade.
  • the conventional wind power generator has a structure in which only a single power generation wing is installed in each power plant, in this case, compared to the input cost required to install the device, there is a problem that the production efficiency is lowered due to the small amount of power actually produced there was.
  • the illustrated wind power generator includes a power generation tower 10 having a power generation space therein, a power generation wing 20 that is constructed along the center of the power generation tower 10, and a power generation wing 20 that penetrates the outer wall of the power generation tower 10.
  • Wall through hole (14) for introducing wind to the wind) windshields for collecting wind flowing freely around the power generation tower (10) toward the wall through hole (14) to concentrate the wind pressure (reference numeral 12 in FIG. 2)
  • Power generating blades 20 includes a generator 50 connected concentrically via the power generating shaft 30 connected to the central axis of each.
  • the outer periphery of the power generation tower 10 is further provided with a horizontal projection plate 13 for limiting the vertical flow of the wind blowing toward the power generation tower 10.
  • such a wind power generator is provided with a plurality of power generation spaces as one power generation tower 10 is divided into two layers (eg, three floors), and a power generation space for each floor is described above. It is divided by the horizontal protrusion plate (13).
  • the power generation wing 20, the wall through-hole 14, the windshield (reference numeral 12 of FIG. 2) and the generator 50 are provided at least one.
  • the windshield (reference numeral 12 of FIG. 2) has a shape extending from the point provided with the wall through hole 14 in the tangential direction of the power generating tower 10 protruding outward, accordingly, along the windshield
  • the strength of the wind flowing into the relatively large space is the wind pressure and wind speed increases in the process of flowing through the narrow wall through hole (14).
  • the rotational speed of the power generation wing 20 is accelerated. As a result, the efficiency of wind power generation can be improved.
  • Such a conventional wind power generator has an advantage that it can be used even in a small installation area, and because it was made of a structure that accelerates and rotates the power generation wings after increasing the wind pressure and wind speed, even if the wind strength is not relatively large There was an advantage to use. And in response to unexpected weather changes, such as typhoons, it is possible to prevent damage and damage to the device, there is an advantage in continuing to perform wind power generation.
  • the conventional wind power generator introduced above was merely a simple structure that induces the wind flowing around the power tower to guide the inside of the power tower to introduce the wind toward the power generation wing.
  • the wind blowing toward the power tower flows through the wind inlet, there is no suggestion to increase the wind strength further or to increase the wind power efficiency by effectively hitting the power vane. I could't.
  • the present invention forms a diamond-shaped wind guide in the fallopian tubular tunnel shape through the inner wall of the wind inlet, the wind guide is provided that can greatly improve the rotational force of the power generation wing as the wind flowing into the wind inlet is compressed and accelerated To provide a wind turbine.
  • the present invention is provided with a wind contact hole of the shape of the opening of the triangular pyramid box at the end of the power generation wing, to increase the rotational force of the power generation wing by increasing the contact area pressurized by the incoming wind to further improve the power generation effect It provides a wind power generator equipped with a wind guide.
  • the wind power generator having a wind guide includes a power generation tower having a plurality of through-holes for introducing wind into the wall, a wind inlet wall protruding outward from each through-hole to guide the inflow of wind, and
  • the wind power generator including a power generating wing that rotates by the wind introduced into the power generation tower, and a generator for generating power in conjunction with the rotation of the power generation blade, it is formed through each through-hole provided on the wall surface of the power generation tower,
  • a plurality of wind guides are disposed along the inner surface of the tunnel in a longitudinal direction, and are connected to a wind inlet formed in a tunnel shape in which the diameter of the outlet is smaller than the inlet of the overall shape, and connected to the end of the power generation wing, and is introduced through the wind inlet.
  • the wind turbine generator is provided with a wind guide including a wind contact hole having a control to accelerate the wind inflow.
  • each cross-sectional phenomenon is a fan-shaped both sides of the straight inclined toward the center of the wind inlet This can be formed.
  • the flow path dividing member may have a vertical inclined surface protruding forward in a direction opposite to a direction in which the wind flows.
  • a rear surface of the wind contact opening a slit portion open in the longitudinal direction of the wing may be formed.
  • the present invention is to maximize the wind power in the state of the wind power generation facilities, wind power inlet that can be neglected and can be maximized by varying the shape of the end of the power generation wing can obtain the power generation effect by the wind.
  • the shape of the wind inlet may be formed in the form of a fallopian tube tunnel whose outlet is smaller than the inlet, so that the inflow of the wind is strongly compressed to act on the power generation wing in a state where the wind speed is enhanced.
  • the inner surface of the wind inlet can form a diamond-shaped wind guide in the longitudinal direction of the tunnel can be delivered to the power generation blades in the wind flows rapidly, it is possible to greatly improve the power generation function due to the increase in the rotational force of the power generation blades. .
  • the wind flow introduced into the wind contact port is divided up and down, and the divided winds are then joined at the rear side of the wind contact port again to form a V-shaped inner surface.
  • the winds gathered into the narrow space have strong wind energy. As a result, it is possible to maximize the rotational force of the power generating blade.
  • the wind contact hole of the present invention has a triangular pyramid shape with the front open, and by forming a slit part in the longitudinal direction of the triangular pyramid box at the rear, it can reduce the resistance of the wake wind through a narrow open space, It can improve the efficiency of power generation.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a conventional wind guide.
  • Figure 2 is a plan view showing the configuration of a conventional wind guide.
  • Figure 3 is a plan view showing the configuration of a wind power generator having a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a plan view showing a modification of the wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view briefly showing a wind inlet of the wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view briefly showing a cross-sectional structure to explain the operation and effect of the wind inlet shown in FIG.
  • Figure 7 is a simplified perspective view of the wind guide of the wind turbine generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a front view briefly showing a wind contact hole of the wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a rear view showing various examples of the wind contact hole of the wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated wind power generator includes a power generation tower 10 having a power generation space therein, a power generation wing 20 that is constructed along the center of the power generation tower 10, and a power generation wing 20 that penetrates the outer wall of the power generation tower 10.
  • Wall through hole (14) for introducing wind to the wind) windshields for collecting wind flowing freely around the power generation tower (10) toward the wall through hole (14) to concentrate the wind pressure (reference numeral 12 in FIG. 2)
  • Power generating blades 20 includes a generator 50 connected concentrically via the power generating shaft 30 connected to the central axis of each.
  • the outer periphery of the power generation tower 10 is further provided with a horizontal projection plate 13 for limiting the vertical flow of the wind blowing toward the power generation tower 10.
  • such a wind power generator is provided with a plurality of power generation spaces as one power generation tower 10 is divided into two layers (eg, three floors), and a power generation space for each floor is described above. It is divided by the horizontal protrusion plate (13).
  • the power generation wing 20 In the power generation space for each floor, it can be seen that the power generation wing 20, the wall through-hole 14, the windshield (reference numeral 12 of FIG. 2) and the generator 50 are provided at least one.
  • the windshield (reference numeral 12 of FIG. 2) has a shape extending from the point provided with the wall through hole 14 in the tangential direction of the power generating tower 10 protruding outward, accordingly, along the windshield
  • the strength of the wind flowing into the relatively large space is the wind pressure and wind speed increases in the process of flowing through the narrow wall through hole (14).
  • the rotational speed of the power generation wing 20 is accelerated.
  • the wind guide of the present invention for the purpose of inducing the action of increasing the wind speed of the wind flowing through the wall through hole 14, and further increase the rotational force of the power generation wing 20 with respect to the incoming wind. It provides a wind power generator provided.
  • Figure 3 is a plan view showing the configuration of a wind turbine with a wind guide according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 shows a modification of the wind turbine with a wind guide according to an embodiment of the present invention It is a plan view.
  • the wind power generator having a wind guide includes a power generation tower (reference numeral 10 of FIG. 1) provided on a wall with a plurality of through holes for introducing wind therein, and respective through holes (of FIG. 1).
  • Wind inlet wall 110 protruding outward from the reference numeral 14 to guide the inflow of wind, the power generation wing 120 to be rotated by the wind introduced into the power generation tower, and in conjunction with the rotation of the power generation blade
  • the wind inlet 130 is formed through each through-hole provided on the wall surface of the power tower, and connected to the end of the power generation wing 120 It includes the configuration of the wind contact hole 140.
  • the power generating wing 120 is formed symmetrically with respect to the center of rotation, by way of example shows a form of the pinned angle between the wings 180 °, in the case of Figure 4, the power generation wing 120 Although symmetrically formed with respect to the center of rotation, the angle between the angle between the wings is shown by 45 ° for example.
  • the wind inlet 130 refers to a tunnel area formed to flow the wind (F) to the inside of the power generation tower after the wind (F) flows around by the wind inlet wall 110 is collected, this In order to penetrate the wall of the power generation tower. And also serves to guide the wind (F) introduced into the wind contact portion 140 provided at the end of the power generation wing (120).
  • Wind contact unit 140 is a member connected to the end of each of the power generating wing 120, as described above to be rotated to receive the force more effectively against the wind introduced through the wind inlet 130 So that the area in contact with the flow of the wind is made to expand the shape. Detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 5 is a perspective view briefly showing a wind inlet of the wind power generator having a wind guide according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a cross-sectional structure to explain the effect of the wind inlet shown in FIG. Figure is a simplified view.
  • the wind inlet 130 has a tunnel shape in which the diameter of the outlet 130b is smaller than that of the inlet 130a, which is referred to as a fallopian tunnel (or a solid tunnel).
  • a plurality of wind guides 133 are disposed in the longitudinal direction of the wind inlet 130, and each wind guide 133 is spaced apart from each other at intervals set along the inner wall 131 of the wind inlet 130.
  • the inside of the illustrated wind inlet 130 has a shape of a normal light down strait, in the process of the wind flowing toward the inlet 130a, which is upward in the drawing, passes through the wind inlet 130 and flows out toward the outlet 130b that is downward. The wind speed will increase dramatically. As a result, the wind power applied to the power generation wing is enhanced to improve the wind power generation efficiency.
  • FIG. 6 is an enlarged view of the PP ′ cross-section of FIG. 5, and as shown, the wind F1 introduced toward the inlet 130a of the wind inlet 130 may include a fallopian tunnel-shaped structure and a plurality of wind guides ( Due to the cross-sectional structure of 133, the strength is increased at the outlet 130a and flows out as the wind F2 having the faster wind speed.
  • the outlet cross section 133b of each wind guide 133 has a shape orthogonal to the flow direction of the wind, whereas the inlet cross section 133a is inclined inwardly so that the inflow of wind can be made more smoothly.
  • Has The three-dimensional shape of the wind guide 133 can be confirmed through FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing the wind guide 133 of the present invention.
  • the outlet cross section 133b of the wind guide 133 has a shape orthogonal to the longitudinal direction, but the wind guide 133 is shown.
  • the inlet end surface 133a of) is inclined inward by a °.
  • the inlet end surface 133a may be formed to be inclined at a predetermined angle on both sides from the center line (for example, diamond square). This shape is to reduce the loss of energy of the wind by the wind flowing through the wind inlet hit the shape of the inlet end surface 133a of the wind guide 133.
  • both side surfaces 133c and 133d are formed as pointed straight surfaces toward the center of the wind inlet, which is a shape for reducing friction of wind flowing along the wind guide 133.
  • FIG 8 is a front view briefly showing a wind contact hole of the wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • the wind contact hole 140 is connected through an end of the power generating wing 120.
  • Wind contact hole 140 is provided with a receiving space for accommodating the wind introduced through the above-described wind inlet 130, for this purpose is opened in front so that the area acting in contact with the wind can be expanded as possible It has a triangular pyramid box-shaped structure. And it is provided across the open front surface, and is provided with the flow path division member (141 of FIG. 9).
  • the flow path dividing member divides the flow path of the wind flowing toward the wind contact hole 140 up and down, and temporarily accelerates the wind speed in front of the wind contact hole 140, and then joins the divided winds again. It increases the wind speed of the wind acting on the wind contact 140.
  • the flow path dividing member (141 of FIG. 9) is installed across the front of the receiving space of the wind contact hole 140 in the direction in which the wind flows, as can be seen through FIG. 8, the power generation wing 120 ) Is installed extending in a straight line with respect to the longitudinal direction of.
  • the flow path dividing member is provided with upward and downward inclined surfaces 141a and 141b to face the wind inflow direction. These up and down inclined surfaces 141a and 141b are collected at the ends and protrude in a pointed shape, and the flow direction of the wind flowing in between the upper inclined surface 141a and the lower inclined surface 141b is divided into an upper direction and a lower direction, respectively, to accelerate each other. do.
  • the wind divided in the upper and lower directions, respectively, acts as the second surface 141b and the third surface 141c of the wind contact hole, which are blocked at the upper and lower sides, respectively, so that strong wind can be applied to the wind contact hole 140. have.
  • the first surface 141a of the wind contact hole is a bottom portion of the triangular pyramid that connects and seals the second surface 141b and the third surface 141c.
  • the slit part opened in the longitudinal direction is formed in the back of this wind contact hole.
  • the slit means a long hole having a narrow width and a relatively long length of the open area. This will be described with reference to FIG. 9.
  • FIG. 9 is a rear view illustrating various examples of a wind contact hole of a wind power generator with a wind guide according to an embodiment of the present invention.
  • the wind contact tool 140 which has is disclosed (t1 ⁇ t2).
  • the slit portion is not formed on the rear surface of the wind contact hole 140, and the first surface 141a, the second surface 141b, and the third surface 141c of the wind contact hole 140 are not formed. It is disclosed that all are in contact with each other.
  • the reverse wind acting as a resistance in the rear of the rotating wind contact hole 140 to reduce some of the air resistance or of the wind contact hole 140
  • the size of the open width (t1, t2) is too large, the energy loss of the wind acting in front of the wind contact hole 140 can be increased, so that the power generation wing 120 and the wind contact hole 140

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Abstract

바람이 유입되는 바람유입구에 바람가이드를 나팔관형 터널로 형성하고 바람유입구의 내면에 바람가이드를 구비함으로써,풍력발전 효율을 향상시킬 수 있는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치에 관하여 개시한다. 본 발명인 바람가이드가 구비된 풍력발전장치는, 바람을 내부로 유입시키는 다수의 통공이 벽면상에 마련된 발전탑과, 각각의 통공으로부터 외측으로 돌출되어 바람의 유입을 안내하는 바람유입벽과, 발전탑 내부로 유입된 바람에 의해 회전하는 발전날개와, 발전날개의 회전에 연동하여 발전하는 발전기를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 발전탑의 벽면상에 마련된 각각의 통공을 통해 형성되되, 내면을 따라 다수의 바람가이드가 길이 방향으로 배치되며, 전체적인 형상인 입구보다 출구의 직경이 축소되는 터널 형태로 이루어지는 바람유입구와, 발전날개의 끝단에 연결되되, 바람유입구를 통해 유입된 바람이 가압하는 면적이 확장되도록 전면이 개방된 삼각뿔 형상을 가지며, 개방된 전면을 가로질러 설치되어 유입되는 바람을 가속 유동시키는 유로분할 부재를 구비하는 바람접촉구를 포함한다.

Description

바람가이드가 구비된 풍력발전장치
본 발명은 바람가이드가 구비된 풍력발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람이 유입되는 바람유입구에 바람가이드를 나팔관형 터널로 형성하고 바람유입구의 내면에 바람가이드를 구비함으로써,풍력발전 효율을 향상시킬 수 있는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 발전장치는 자연에 무한하게 존재하는 바람의 힘을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 것으로서 오래전부터 개발되어 사용되고 있다. 과거 풍력을 이용한 장치의 일 예로서 풍차가 있으며, 최근에는 전 세계적으로 환경오염에 대한 관심이 고조됨에 따라 친환경적인 풍력발전에 많은 투자와 노력을 기울이고 있다.
풍력발전장치는, 불어오는 바람에 의해 발전날개가 회전하여, 이와 연결된 발전기로부터 전력을 생산하는 장치이다.
이러한 풍력발전장치는 주지된 바와 같이, 지면에 대하여 수평으로 설치되는 발전날개와, 발전날개의 회전에 연동하여 전기를 생산하는 발전기와, 발전날개가 지면으로부터 상향 설치되도록 지지하는 발전지주와, 발전날개의 회전을 가능하게 해주는 회전 결속 부재를 포함하여 이루어졌다.
다만, 종래의 풍력발전장치는 설계 시 고려되었던 풍속을 초과한 바람이 불어올 경우, 발전날개가 과도하게 회전함에 따라 발전날개를 비롯한 기타 각종 부속품에 손상 및 파손이 야기됨으로써, 풍력발전장치의 정상적인 운용에 어려움이 따랐다.
또한, 종래의 풍력발전장치는 발전지주마다 단일의 발전날개만이 설치되는 구조를 가졌는데, 이 경우 장치를 시공하는데 소요되는 투입비용에 비하여, 실제 생산되는 전력량이 적어 생산효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 출원인은, 등록특허 제10-0984702호인 풍력 발전장치를 출원하여 등록받은 바 있다. 이를 간략하게 소개하기 위하여, 도 1 및 도 2를 병행 참조하기로 한다. 도시된 풍력 발전장치는 내부에 발전공간이 형성된 발전탑(10)과, 발전탑(10)의 중심을 따라 축설되는 발전날개(20)와, 발전탑(10) 외벽에 관통되어 발전날개(20) 쪽으로 바람을 유입시키는 벽면통공(14)과, 발전탑(10) 주변으로 자유 유동하는 바람을 벽면통공(14) 쪽으로 모아서 풍압을 집중시키는 바람막이판(도 2의 도면부호 12)과, 다수의 발전날개(20) 각각의 중심축과 연결된 발전축(30)을 매개로 동심 상에 연결된 발전기(50)를 포함한다.
이에 더하여, 발전탑(10)의 외측 둘레에는 발전탑(10) 쪽으로 불어오는 바람의 상하 유동을 제한하는 수평돌출판(13)이 더 구비된다.
이러한 풍력발전장치는 도 1을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 하나의 발전탑(10)이 복층(예: 3층)으로 구획됨에 따라 다수 개의 발전공간이 마련되며, 각 층마다의 발전공간은 상기 수평돌출판(13)에 의해 구분된다. 그리고 각 층마다의 발전공간 내에는 발전날개(20)와 벽면통공(14)과 바람막이판(도 2의 도면부호 12) 및 발전기(50)가 적어도 하나씩 구비됨을 확인할 수 있다.
또한, 바람막이판(도 2의 도면부호 12)은 벽면통공(14)이 구비된 지점으로부터 발전탑(10)의 접선 방향으로 연장되어 외측으로 돌출된 형상을 가지는데, 이에 따라, 바람막이판을 따라 비교적 넓은 공간으로 유입되는 바람의 세기는 협소한 벽면통공(14)을 통해 유입되는 과정에서 그 풍압 및 풍속이 커지게 된다. 이와 동시에, 이와 같이 풍압 및 풍속이 커지게 된 바람이 벽면통공(14)을 통과하여 발전날개(20)의 가장자리 끝단 부위를 타격함에 따라 발전날개(20)의 회전속도는 가속된다. 그 결과 풍력발전의 효율이 향상될 수 있다.
이와 같은 종래의 풍력 발전장치는, 설치 면적이 협소한 장소에서도 활용 가능한 장점이 있으며, 상대적으로 풍압 및 풍속을 키운 후에 발전날개를 가속 회전시키는 구조로 이루어져 있었기에, 바람의 세기가 비교적 크지 않을 경우에도 활용할 수 있는 장점이 있었다. 그리고 태풍 등과 같이 예기치 못한 기상변화에 대응하여, 장치의 손상 및 파손을 방지할 수 있기에, 풍력발전을 지속적으로 수행하는 데에도 유리한 면이 있다..
다만, 앞서 소개한 종래의 풍력 발전장치는, 발전탑 주변으로 유동하는 바람을 발전탑 내부로 안내하도록 유도하여 발전날개 쪽으로 바람을 유입시키는 단순 구조에 그칠 뿐이었다. 다시 말해서, 발전탑 쪽으로 불어오는 바람이 바람유입구를 경유하여 유동함에 따라 바람의 세기가 더욱 강화되거나 또는 세기가 강화된 바람이 효과적으로 발전날개를 타격하여 풍력발전 효율을 증대시킬 수 있는 방안은 제시되지 못하였다.
본 발명은 바람유입구의 내부 벽면을 통한 나팔관형 터널 형상에 다이아몬드각형의 바람가이드를 형성하여, 바람유입구로 유입되는 바람이 압축되어 가속됨에 따라 발전날개의 회전력을 크게 향상시킬 수 있는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 발전날개의 끝단에 삼각뿔 상자의 입구가 개방된 형상의 바람접촉구를 구비함으로써, 유입된 바람이 가압하는 접촉 면적을 확대하여 발전날개의 회전력을 증대하여 발전효과를 더욱 향상시킬 수 있는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치를 제공한다.
본 발명인 바람가이드가 구비된 풍력발전장치는, 바람을 내부로 유입시키는 다수의 통공이 벽면상에 마련된 발전탑과, 각각의 통공으로부터 외측으로 돌출되어 바람의 유입을 안내하는 바람유입벽과, 상기 발전탑 내부로 유입된 바람에 의해 회전하는 발전날개와, 상기 발전날개의 회전에 연동하여 발전하는 발전기를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 상기 발전탑의 벽면상에 마련된 각각의 통공을 통해 형성되되, 내면을 따라 다수의 바람가이드가 터널 길이 방향으로 배치되며, 전체적인 형상인 입구보다 출구의 직경이 축소되는 터널 형태로 이루어지는 바람유입구와, 상기 발전날개의 끝단에 연결되되, 상기 바람유입구를 통해 유입된 바람이 가압하는 면적이 확장되도록 전면이 개방된 삼각뿔 형상을 가지며, 상기 개방된 전면을 가로질러 설치되어 유입되는 바람을 가속 유동시키는 유로분할 부재를 구비하는 바람접촉구를 포함하는 바람가이드가 구비되는 풍력발전장치를 제공한다.
이때, 상기 다수의 바람가이드는,상기 바람유입구의 내면을 따라 설정된 중심각을 따라 이격하여 터널 길이 방향으로 배치되며, 각각의 단면 현상은 부채꼴을 이루어 양측 빗면이 상기 바람유입구의 중심을 향하여 뾰족한 직선면이 형성될 수 있다.
그리고 상기 유로분할 부재는, 바람이 유입되는 방향에 대향하여 전방으로 돌출된 상하 경사면을 구비할 수 있다.
또한, 상기 바람접촉구의 후면에는, 날개 길이 방향으로 개방된 슬릿부가 형성될 수 있다.
본 발명은, 풍력발전의 시설물이 있는 상태에서 풍력을 극대화한 것으로, 자칫 소홀하게 처리할 수 있는 바람유입구와 발전날개의 끝단 형상을 달리함으로써 풍력에 의한 발전효과를 최대로 얻을 수 있다.
즉, 바람유입구의 형상을 입구보다 출구가 축소된 나팔관형 터널 형태로 형성하여, 유입된 바람이 강하게 압축되어 풍속이 강화된 상태로 발전날개에 작용 되도록 할 수 있다.
또한, 바람유입구의 내면에는 터널 길이방향으로 다이아몬드각형의 바람가이드를 형성하여 뭉쳐서 유입된 바람이 빠른속도로 발전날개까지 전달될 수 있어, 발전날개의 회전력 상승으로 인해 발전기능을 크게 향상시킬 수 있다.
나아가, 바람접촉구의 전면을 가로질러 유로분할 부재를 마련해 둠으로써, 바람접촉구로 도입되는 바람의 유동을 상, 하로 분할시킨 다음, 다시 바람접촉구의 후면 쪽에서 분할된 바람이 합류하게 되어, V자형 내면 좁은 공간으로 뭉쳐진 바람이 강한 풍력 에너지를 가지게 된다. 이로써, 발전날개의 회전력을 극대화시킬 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 바람접촉구는 전면이 개방된 삼각뿔 형상을 가지는 한편, 후면에 삼각뿔 상자 길이 방향으로 슬릿부를 개방시켜 형성해 둠으로써, 좁은 열린공간을 통해 후류 바람의 저항을 저감시킬 수 있어, 풍력발전의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 바람가이드의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 종래의 바람가이드의 구성을 나타낸 평면구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 구성을 나타낸 평면 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 변형예를 나타낸 평면 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람유입구를 간략히 도시한 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 바람유입구의 작용 효과를 설명하기 위해 단면 구조를 간략히 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람가이드를 간략히 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람접촉구를 간략히 도시한 정면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람접촉구의 다양한 예를 도시한 후면도.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 출원이 기 출원하여 등록받은 풍력 발전장치에 대해서 간략히 설명하고자 한다.
도시된 풍력 발전장치는 내부에 발전공간이 형성된 발전탑(10)과, 발전탑(10)의 중심을 따라 축설되는 발전날개(20)와, 발전탑(10) 외벽에 관통되어 발전날개(20) 쪽으로 바람을 유입시키는 벽면통공(14)과, 발전탑(10) 주변으로 자유 유동하는 바람을 벽면통공(14) 쪽으로 모아서 풍압을 집중시키는 바람막이판(도 2의 도면부호 12)과, 다수의 발전날개(20) 각각의 중심축과 연결된 발전축(30)을 매개로 동심 상에 연결된 발전기(50)를 포함한다. 이에 더하여, 발전탑(10)의 외측 둘레에는 발전탑(10) 쪽으로 불어오는 바람의 상하 유동을 제한하는 수평돌출판(13)이 더 구비된다.
이러한 풍력발전장치는 도 1을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 하나의 발전탑(10)이 복층(예: 3층)으로 구획됨에 따라 다수 개의 발전공간이 마련되며, 각 층마다의 발전공간은 상기 수평돌출판(13)에 의해 구분된다.
그리고 각 층마다의 발전공간 내에는 발전날개(20)와 벽면통공(14)과 바람막이판(도 2의 도면부호 12) 및 발전기(50)가 적어도 하나씩 구비됨을 확인할 수 있다.
또한, 바람막이판(도 2의 도면부호 12)은 벽면통공(14)이 구비된 지점으로부터 발전탑(10)의 접선 방향으로 연장되어 외측으로 돌출된 형상을 가지는데, 이에 따라, 바람막이판을 따라 비교적 넓은 공간으로 유입되는 바람의 세기는 협소한 벽면통공(14)을 통해 유입되는 과정에서 그 풍압 및 풍속이 커지게 된다. 이와 동시에, 이와 같이 풍압 및 풍속이 커지게 된 바람이 벽면통공(14)을 통과하여 발전날개(20)의 가장자리 끝단 부위를 타격함에 따라 발전날개(20)의 회전속도는 가속된다.
여기서, 벽면통공(14)을 통해 유입되는 바람의 풍속을 증가시키는 작용을 이끌어내며, 나아가 유입되는 바람에 대해 발전날개(20)의 회전력이 더 증가될 수 있도록 하기 위한 목적으로 본 발명인 바람가이드를 구비한 풍력발전장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 구성을 나타낸 평면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 변형예를 나타낸 평면 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명인 바람가이드가 구비된 풍력발전장치는, 바람을 내부로 유입시키는 다수의 통공이 벽면상에 마련된 발전탑(도 1의 도면부호 10)과, 각각의 통공(도 1의 도면부호 14)으로부터 외측으로 돌출되어 바람의 유입을 안내하는 바람유입벽(110)과, 상기 발전탑 내부로 유입된 바람에 의해 회전하는 발전날개(120)와, 상기 발전날개의 회전에 연동하여 발전하는 발전기(도 1의 도면부호 50)를 포함하는 풍력발전장치에 있어서, 발전탑의 벽면상에 마련된 각각의 통공을 통해 형성되는 바람유입구(130)와, 발전날개(120)의 끝단에 연결되는 바람접촉구(140)의 구성을 포함한다.
다만, 도 3의 경우, 발전날개(120)가 회전 중심을 기준으로 대칭되어 형성되며, 날개 간의 끼인각이 180°인 형태를 예시적으로 도시하고 있으며, 도 4의 경우, 발전날개(120)가 회전 중심을 기준으로 대칭되게 형성되나 각 날개 간의 끼인각이 45°인 형태를 예시적으로 도시하고 있다.
여기서, 바람유입구(130)는, 바람유입벽(110)에 의해 주변 유동하던 바람(F)이 모아진 후, 발전탑의 내부까지 바람(F)을 유동시키기 위해 형성되는 터널 영역을 의미하며, 이를 위해 발전탑의 벽면을 관통하여 형성된다. 그리고 내부로 유입된 바람(F)을 발전날개(120)의 끝단에 구비된 바람접촉부(140)까지 안내하는 역할도 담당한다.
바람접촉부(140)는, 도시된 바와 같이 각각의 발전날개(120)의 끝단에 연결되는 부재로서, 전술한 바와 같이 바람유입구(130)를 통해 유입된 바람에 대향하여 보다 효과적으로 힘을 받아 회전할 수 있도록, 바람의 유동에 접촉하는 면적이 확장되는 형상으로 이루어진다. 이에 대한 구체적인 설명은 해당 도면인 도 7 및 도 8을 통해 상술하기로 한다.
다음으로, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람유입구를 간략히 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 바람유입구의 작용 효과를 설명하기 위해 단면 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 바람유입구(130)는 입구(130a)보다 출구(130b)의 직경이 축소된 터널 형상으로 이루어지는데, 이를 나팔관형 터널(또는 고깔형 터널)이라고 지칭한다. 그리고 바람유입구(130)의 길이 방향으로 다수의 바람가이드(133)가 배치되는데, 각각의 바람가이드(133)는 바람유입구(130)의 내벽(131)을 따라 서로 설정된 간격마다 이격 배치된다. 이로써, 도시된 바람유입구(130)의 내부는 상광하협 형상으로 이루어져, 도면상에서 위쪽인 입구(130a) 쪽으로 유입된 바람이 바람유입구(130)을 통과하며 아래쪽인 출구(130b) 쪽으로 유출하는 과정 중 바람의 풍속을 급격하게 증가하게 된다. 이로써, 발전날개에 가해지는 풍력이 강화되어 풍력발전 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 도 5의 P-P′단면을 확대 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 바람유입구(130)의 입구(130a) 쪽으로 유입된 바람(F1)은 나팔관형 터널 형상 구조 및 다수의 바람가이드(133)의 단면 구조로 인하여 출구(130a) 쪽에서 강도가 세지고, 풍속이 빨라진 바람(F2)으로 유출된다. 특히, 각각의 바람가이드(133)의 출구 단면(133b)은 바람의 유동 방향에 대해 직교하는 형상을 가지나, 이와 달리 입구 단면(133a)은 바람의 유입이 더욱 원활히 이루어질 수 있도록 내측으로 경사진 형상을 가진다. 이러한 바람가이드(133)의 입체적인 형상은 도 7을 통해 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람가이드(133)를 개략적으로 도시한 사시도로서, 도시된 바와 같이, 바람가이드(133)의 출구 단면(133b)은 길이 방향에 대해 직교하는 형상을 가지나, 바람가이드(133)의 입구 단면(133a)은 a°만큼 내측으로 경사지게 형성된다. 아울러, 이러한 입구 단면(133a)은 중심선으로부터 양쪽 면이 일정한 각도로 경사지게 형성될 수도 있다(이를테면, 다이아몬드 각형). 이러한 형상은 바람유입구를 통해 유입되는 바람이 바람가이드(133)의 입구 단면(133a) 형상에 부딪혀 바람의 에너지가 손실되는 것을 감소시키기 위한 것이다.
아울러, 바람가이드(133) 몸체의 단면은 부채꼴 형상을 갖는다. 이에 따라, 양측 빗면(133c, 133d)은 바람유입구의 중심을 향하여 뾰족한 직선면으로 형성되는데, 이러한 형상은 바람가이드(133)를 따라 유동하는 바람의 마찰을 줄여주기 위한 형상이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람접촉구를 간략히 도시한 정면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 바람접촉구(140)는 발전날개(120)의 끝단을 통해 연결된다.
바람접촉구(140)는 전술한 바람유입구(130)를 통해 유입된 바람을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련되는데, 이를 위해 바람에 접촉되어 작용하는 면적이 가능한 한 확장될 수 있도록 전면이 개방된 삼각뿔 상자 형상의 구조를 갖는다. 그리고 개방된 전면을 가로질러 설치되어 유로분할 부재(도 9의 141)를 구비한다. 이러한 유로분할 부재는 바람접촉구(140)를 향하여 유입되는 바람의 유로를 상, 하로 분할하여, 바람접촉구(140)의 전방에서 풍속을 일시적으로 가속시킨 후, 다시 분할된 바람을 합류시켜 줌으로써 바람접촉구(140)에 작용하는 바람의 풍속을 증가시켜준다.
특히 이러한 유로분할 부재(도 9의 141)는 바람이 유입되는 방향에 대향하여 바람접촉구(140)의 수용 공간 앞쪽으로 가로질러 설치되는데, 도 8을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 발전날개(120)의 길이 방향에 대하여 직선으로 연장되어 설치된다. 또한, 이러한 유로분할 부재는 바람이 유입되는 방향에 대향하여 전방으로 상하 경사면(141a, 141b)을 구비한다. 이들 상하 경사면(141a, 141b)는 끝단에서 모아져 뾰족한 형상으로 돌출되며, 상부 경사면(141a)과 하부 경사면(141b)을 경계로 하여 유입되는 바람의 유동 방향은 상부 방향 그리고 하부 방향으로 분할되어 각각 가속된다. 상부 그리고 하부 방향으로 각각 분할된 바람은 상, 하부에 가로막힌 바람접촉구의 제2면(141b) 및 제3면(141c)로 각각 작용되어 바람접촉구(140)에 강한 풍력을 작용시켜 줄 수 있다. 이때, 바람접촉구의 제1면(141a)은 상기 제2면(141b) 및 상기 제3면(141c)를 연결하여 밀폐시켜주는 삼각뿔의 밑면 부위가 된다. 그리고 이러한 바람접촉구의 후면에는 길이 방향으로 개방된 슬릿부가 형성된다. 여기서, 슬릿부는 개방 영역의 폭은 가늘고 길이는 상대적으로 긴 장공을 의미한다. 이에 대한 설명을 위해서 도 9를 참조하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바람가이드가 구비된 풍력발전장치의 바람접촉구의 다양한 예를 도시한 후면도이다.
도시된 바와 같이, 바람접촉구(140)의 후면 형상은 3 가지 형태로 구분하여 설명할 수 있는데, 먼저, 도 9의 (a)에는 바람접촉구(140)의 길이 방향 양단에서 슬릿부의 폭이 동일한 바람접촉구(140)가 개시되어 있다(t1=t2). 그리고 도 9의 (b)에는 바람접촉구(140)의 제1면(140a) 쪽의 슬릿부의 폭(t2)이 발전날개(130) 쪽의 슬릿부의 폭(t1)에 비해 경사지게 확장된 형상을 갖는 바람접촉구가(140)가 개시되어 있다(t1＜t2). 그리고 도 9의 (c)에는 바람접촉구(140)의 후면에 슬릿부가 형성되지 않으며, 바람접촉구(140)의 제1면(141a), 제2면(141b) 및 제3면(141c)가 모두 접하여 연결된 모습이 개시되어 있다.
이들 바람접촉구(140)의 후면 형상을 적절히 이용함으로써, 회전하는 바람접촉구(140)의 후방에서 저항으로 작용하는 역바람을 일부 소통시켜 공기 저항을 감소시키거나 또는 바람접촉구(140)의 회전 시 후방의 공기 마찰로 인한 상하 진동 발생 문제 등을 다소 억제해 줄 수 있다. 다만, 그 개방된 폭(t1, t2)의 크기가 지나치게 커질 경우 바람접촉구(140)의 전방으로 작용하는 풍력의 에너지 손실이 커질 수 있으므로, 발전날개(120) 및 바람접촉구(140)의 설계치를 고려하여 개방 유무는 물론, 개방된 폭(t1, t2) 크기 역시 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 바람을 내부로 유입시키는 다수의 통공이 벽면상에 마련된 발전탑과, 각각의 통공으로부터 외측으로 돌출되어 바람의 유입을 안내하는 바람유입벽과, 상기 발전탑 내부로 유입된 바람에 의해 회전하는 발전날개와, 상기 발전날개의 회전에 연동하여 발전하는 발전기를 포함하는 풍력발전장치에 있어서,
    상기 발전탑의 벽면상에 마련된 각각의 통공을 통해 형성되되, 내면을 따라 다수의 바람가이드가 길이 방향으로 배치되며, 전체적인 형상인 입구보다 출구의 직경이 축소되는 터널 형태로 이루어지는 바람유입구와,
    상기 발전날개의 끝단에 연결되되, 상기 바람유입구를 통해 유입된 바람이 가압하는 면적이 확장되도록 전면이 개방된 삼각뿔 형상을 가지며, 상기 개방된 전면을 가로질러 설치되어 유입되는 바람을 가속 유동시키는 유로분할 부재를 구비하는 바람접촉구를 포함하는 바람가이드가 구비되는 풍력발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수의 바람가이드는,
    상기 바람유입구의 내면을 따라 설정된 중심각을 따라 이격하여 길이 방향으로 배치되며, 각각의 단면 현상은 부채꼴을 이루어 양측 빗면이 상기 바람유입구의 중심을 향하여 뾰족하게 형성되는 것을 특징으로 하는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로분할 부재는,
    바람이 유입되는 방향에 대향하여 전방으로 돌출된 상하 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바람접촉구의 후면에는,
    상기 발전날개의 길이 방향으로 개방된 슬릿부가 형성되는 것을 특징으로 하는 바람가이드가 구비된 풍력발전장치.
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