수직축 풍력터빈의 집풍·차풍장치
专利汇可以提供수직축 풍력터빈의 집풍·차풍장치专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且본 고안은 항력을 이용한 수직축 풍력터빈의 회전토크를 높이기 위하여 수직축 풍력터빈의 회전원 주위에 설치하여, 바람의 방향이 바뀜에 따라 바람을 모으기도 하고, 바람을 차단하기도 하는 4개의 측판세트를 다층으로 구성한 집풍·차풍장치에 관한 것이다.
본 고안에 따르면 항력을 이용한 수직축 풍력터빈의 회전원 주위에 도 1의 실시예와 같이 축을 향하여 45°경사진 측판 4개를 90°간격으로 설치하여 바람의 방향이 터빈의 회전방향과 순방향인 터빈의 회전반원(순반원)에서는 바람이 모이게 하고, 바람의 방향이 터빈의 회전방향과 역방향인 터빈의 회전반원(역반원)에서는 바람을 차단하게 구성하므로써 회전날개에 작용하는 회전 유효 풍량을 증가시켜 회전축을 중심으로 양쪽에 있는 회전날개의 회전토크를 증가시키는 기능과 4개의 측판세트는 축방향으로 2배수 다층으로 구성하고 인접한 각층의 측판은 45°씩 간격을 두고 서로 엇갈리게 설치하므로 풍향의 변화에 따른 회전 유효 풍량을 상호 가감시켜 집풍·차풍효과를 균등배분하는 기능과 45°경사진 측판을 따라 바람이 흘러들어 가므로 생기는 � ��전방향으로의 유도현상으로 풍력터빈의 회전토크를 높여주는 기능들을 특징으로 하는 수직축 풍력터빈의 집풍·차풍장치를 제공한다.，下面是수직축 풍력터빈의 집풍·차풍장치专利的具体信息内容。
수직축 풍력터빈의 집풍·차풍 장치 {Funneling and Shielding Device around Virtical Axis Wind Turbine}
본 고안은 항력을 이용한 수직축 풍력터빈의 회전원 주위에 설치하여 바람을 모으기도 하고 차단하기도 하여 터빈의 회전토크를 높일 수 있는 집풍·차풍장치에 관한 것이다. 일반적으로 항력을 이용한 수직축 풍력회전 장치는 물체를 바람의 흐름 방향으로 떠밀어 보내려는 힘(항력)의 차이로 인해 회전한다. 이러한 항력을 이용한 수직축 풍력터빈은 사보니우스 회전자(Savonius Rotor), 반관형 회전날개 (Half-tube Shaped Turbine Blade), 컵형풍속계(Cup Anemometer), 기타 유사한 형상의 회전장치가 있는데 회전속도가 바람의 속도보다 빠를 수는 없으므로 주로 회전수가 낮은 펌프와 같은 풍력 동력기로 일부 활용되고 있고, 변속기로 회전수를 높이는데도 한계가 있으므로 소형 풍력발전기에 일부 적용되고 있으나 풍력발전기로서의 상용화는 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
본 고안의 목적은 회전효율이 낮아 발전용으로 실용화가 제대로 이루어지지 못하고 있는 항력을 이용한 수직축 풍력터빈을 회전토크를 최대한 증가시켜 변속기로 회전수를 충분히 높임으로 풍력발전기로서의 상용화가 가능하도록 터빈의 회전원 주위에 별도 설치할 수 있게 구성한 집풍·차풍장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 고안의 실시 예를 도시한 사시도
도 2는 본 고안에 따른 집풍·차풍 장치의 부분 평면도 및 입면도
도 3은 수직축 풍력터빈의 회전날개가 받는 순방향 풍량과 역방향 풍량을
도시한 예시도
도 4는 수직축 풍력터빈의 역반원에 차풍판을 설치했을 경우 회전날개가
받는 풍량을 도시한 예시도
도 5a는 본 고안의 장치 설치시 회전날개가 받는 순방향 풍량과
역방향 풍량을 도시한 에시도
도 5b는 도 5a의 풍향이 시계방향으로 22.5°이동시의 예시도
도 5c는 도 5a의 풍향이 시계방향으로 45°이동시의 예시도
도 5d는 도 5a의 풍향이 시계방향으로 67.5°이동시의 예시도
도 6은 풍향의 변화에 따른 수직축 풍력터빈의 회전날개가 받는
풍량의 변화를 도시한 도표 (본 고안의 장치 미설치 경우)
도 7은 본 고안의 장치 설치시 풍향의 변화에 따른 회전날개가 받는
풍량의 변화를 도시한 도표
도 8은 본 고안의 장치 설치시 인접한 2개층의 회전유효풍량의 평균치를
도시한 도표
도 9는 수직축 풍력터빈의 역반원에 차풍판 설치시(도 4의 경우)의
회전유효 풍량을 도시한 도표
<도면의 중요부분에 대한 부호의 설명>
(11), (12), (13), (14) : 상층부의 측판세트
(21), (22), (23), (24) : 하층부의 측판세트
(5) : 수직축 풍력터빈의 회전날개의 회전원
(6) : 바람의 방향
(7) : 풍력터빈의 회전방향(시계방향)
(31) : 사보니우스 회전자(수직축 풍력터빈의 일반적 예)
(32) : 사보니우스 회전자의 회전원
(41) : 차풍판
(61) : 수직축 풍력터빈의 회전날개가 받는 순방향 풍량
(62) : 수직축 풍력터빈의 회전날개가 받는 역방향 풍량
(63) : 수직축 풍력터빈의 회전날개가 받는 회전 유효 풍량 (V c = V a - V b )
(71) : 본 고안 실시시 회전날개가 받는 순방향 풍량
(72) : 본 고안 실시시 회전날개가 받는 역방향 풍량
(73) : 본 고안 실시시 회전날개가 받는 회전 유효 풍량
(81) : 본 고안 실시시 상층부의 회전 유효 풍량
(82) : 본 고안 실시시 하층부의 회전 유효 풍량
(83) : 본 고안 실시시 회전날개 전체가 받는 회전 유효 풍량
(93) : 역반원에 차풍판을 설치했을 경우의 회전 유효 풍량
(V a ) : 터빈의 회전날개에 회전방향과 순방향으로 작용하는 풍량
(V b ) : 터빈의 회전날개에 회전방향과 역방향으로 작용하는 풍량
(V c ) : 터빈의 회전날개가 받는 회전 유효 풍량 (V c = V a - V b )
본 고안에 따르면 항력을 이용한 풍력터빈의 회전원 주위에 축을 향하여 45°경사진 4개의 측판을 설치하여 바람의 방향이 바뀜에 따라 바람을 모으기도 하고 차단하기도 함으로, 회전날개에 작용하는 회전 유효 풍량 증가와 회전방향으로의 유도현상에 의해 풍력터빈의 회전토크를 증가시키는 기능을 특징으로 하는 집풍·차풍장치가 제공된다. 이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 사보니우스 회전자(31)와 같은 항력을 이용한 수직축 풍력터빈은 도 3과 같이 회전날개의 회전방향과 순방향으로 작용하는 풍량(V a )과 회전날개의 회전방향과 역방향으로 작용하는 공기량(V b )은 같으므로 양 회전날개는 동일한 풍압을 받지만 바람을 받는 면의 항력계수(C d )의 차이로 인한 항력의 차이에 의해 회전토크가 발생하므로 풍력터빈으로 이용되는데 이러한 수직축 풍력터빈의 회전원(5) 주위에 도 2와 같이 축을 향하여 경사진 측판을 90°간격으로 4개 (11), (12), (13), (14)를 설치하여 회전날개가 순반원 영역에서는 측판(11)과 측판(12)사이로 바람이 흘러들어가 본 고안의 장치가 없을 경우보다 2배이상의 풍량을 받게하고, 역반원 영역에서는 측판(12)이 바람을 거의 대부분 차단하므로, 회전 유효 풍량(순반원에서 받는 풍량과 역반원에서 받는 풍 량의 차이)이 본 고안의 장치가 없을 경우보다 2배이상 증가하여 양회전날개가 받는 항력의 차이는 더욱 증가하여 회전토크를 2배 이상 증가시키는 효과가 있다.
물론 바람의 방향이 바뀌면 각 측판이 받는 바람의 각도도 바뀌어 순방향의 풍량과 역방향의 풍량은 도 5b, 도 5c, 도 5d와 같이 각각 달라지지만 측판 4개는 90°간격으로 설치되어 있으므로 90°주기로 각 측판과 풍향과의 상대위치는 동일조건이 되고 회전날개에 작용하는 회전 유효 풍량은 (73)과 같이 본 고안의 장치 설치전보다 약 1.2~2배 이상 증가하므로 회전토크를 적어도 50 % 이상 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.
그리고 4개의 측판세트는 축방향으로 2배수 다층으로 구성하는데 도 2와 같이 2층 구성의 경우 인접한 각 층의 측판을 45°씩 간격을 두고 서로 엇갈리게 설치하므로 풍향의 변화에 따른 회전 유효 풍량을 상호 가감시켜 집풍·차풍효과를 균등배분하므로 상·하층부의 회전날개 전체가 받는 회전 유효 풍량은 (83)과 같이 거의 일정하게 유지되므로 원활한 회전운동을 하게 한다.
이상에서와 같이 본 고안에 의하면, 항력을 이용한 수직축 풍력터빈의 회전원 주위에 본 고안의 장치를 설치하여 순반원에서는 바람이 모이게 하고 역반원에서는바람을 차단하게 하므로 회전날개에 작용하는 회전유효풍량을, 도 4와같이 역방향의 바람은 차풍판(10)에 의해 완전 차단되고 순방향의 풍량만 받는 경우의 회전유효풍량(93) 이상으로 대폭 증가시켜 풍력터빈의 회전토크를 최대한 증가시킬 수 있다. 그리고 본 고안의 장치는 제작이 간단하고, 설치가 용이하며, 제작설치 비용도 저렴하고 반영구적으로 사용할 수 있으므로 항력을 이용한 수직축 풍력터빈을 풍력발전기로서의 상용화를 활성화시킬 수 있는 항력을 이용한 수직축 풍력터빈의 집풍·차풍장치를 제공할 수있다.
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