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KR20150097351A - Vertical axis wind turbine - Google Patents

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KR20150097351A
KR20150097351A KR1020140018769A KR20140018769A KR20150097351A KR 20150097351 A KR20150097351 A KR 20150097351A KR 1020140018769 A KR1020140018769 A KR 1020140018769A KR 20140018769 A KR20140018769 A KR 20140018769A KR 20150097351 A KR20150097351 A KR 20150097351A
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Abstract

한 실시예에 따른 풍차는, 연직형 지지대, 상기 지지대 위에 수평 방향으로 설치되어 있고, 수평면 상에서 회전 가능하며, 공기가 유입 및 배출되는 가이드, 그리고 상기 가이드 내부에 설치되어 있는 회전 부재를 포함한다.The windmill according to an embodiment includes a vertical support, a guide horizontally installed on the support, rotatable on a horizontal plane, a guide through which air flows in and out, and a rotary member installed inside the guide.

Description

연직축 풍차 {VERTICAL AXIS WIND TURBINE}Vertical Windmill {VERTICAL AXIS WIND TURBINE}

본 발명은 풍차에 관한 것이다.The present invention relates to windmills.

지구 온난화 현상은 환경 문제 중에서도 시급하게 해결해야 할 최우선 문제 중 하나로 UN을 위시하여 전 세계 국가들이 다각도로 노력하고 있다. 이를 위하여 자연 에너지 중에서 현재까지 효율이 가장 높고 공해가 적은 것으로 알려진 풍력 에너지를 사용하는 방법이 가장 많이 연구되고 있다. 현재 발전용으로 사용되는 풍차는 그 효율 면에서 우수한 수평축 풍차가 대부분이다. 그러나 수평축 풍차는 소음 문제와 강한 3차원 난류의 문제가 있다.The global warming phenomenon is one of the most urgent problems to be solved among environmental problems. For this purpose, the most efficient method of using wind energy, which is known to have the highest efficiency and low pollution, is currently being studied. Most of the windmills currently used for power generation are horizontal windmills with excellent efficiency. However, the horizontal axis windmill has a problem of noise and strong three - dimensional turbulence.

이러한 문제를 해결하기 위하여 연직축 풍차, 예를 들면 사보니우스 풍차가 제시되었다. 그러나 사보니우스 풍차는 효율이 상대적으로 낮다.To solve this problem, a vertical axis windmill, for example a Samboni windmill, was proposed. However, the efficiency of the Savonius windmill is relatively low.

발전 효율이 높은 연직축 풍차를 제공하고자 한다.And to provide a vertical axis windmill with high power generating efficiency.

한 실시예에 따른 풍차는, 연직형 지지대, 상기 지지대 위에 수평 방향으로 설치되어 있고, 수평면 상에서 회전 가능하며, 공기가 유입 및 배출되는 가이드, 그리고 상기 가이드 내부에 설치되어 있는 회전 부재를 포함한다.The windmill according to an embodiment includes a vertical support, a guide horizontally installed on the support, rotatable on a horizontal plane, a guide through which air flows in and out, and a rotary member installed inside the guide.

상기 가이드는, 유체가 통과할 수 있는 수평 관, 그리고 상기 수평관의 한 쪽 끝에 연결되어 있고, 상기 수평관으로부터 멀어질수록 폭이 넓어지며, 상기 회전 부재가 내부에 설치되어 있는 외부 가이드 베인을 포함할 수 있다.The guide is connected to a horizontal pipe through which the fluid can pass and to one end of the horizontal pipe and to an outer guide vane in which the rotary member is widened as it moves away from the horizontal pipe, .

상기 가이드는 상기 수평 관과 상기 외부 가이드 베인의 경계에 위치하는 내부 가이드 베인을 더 포함할 수 있다.The guide may further include an inner guide vane positioned at a boundary between the horizontal tube and the outer guide vane.

실시예에 따른 풍차는 외부 가이드 베인을 둠으로써 발전 효율이 높다.The wind turbine according to the embodiment has an outer guide vane, so that the power generation efficiency is high.

도 1은 한 실시예에 따른 풍차의 개략적인 사시도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 회전 부재의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 회전 부재의 평면도이다.
도 4는 실험예에 따른 풍차에서 풍속에 따른 회전수를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic perspective view of a windmill according to one embodiment.
2 is a perspective view of a rotating member according to one embodiment.
3 is a plan view of the rotating member shown in Fig.
4 is a graph showing the number of revolutions according to the wind speed in the wind turbine according to the experimental example.

첨부한 도면을 참고로 하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1 내지 도 3을 참고하여 한 실시예에 따른 풍차에 대하여 상세하게 설명한다.The windmill according to the embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.

도 1은 한 실시예에 따른 풍차의 개략적인 사시도이고, 도 2는 한 실시예에 따른 회전 부재의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 회전 부재의 평면도이다.FIG. 1 is a schematic perspective view of a windmill according to an embodiment, FIG. 2 is a perspective view of a rotary member according to an embodiment, and FIG. 3 is a plan view of a rotary member shown in FIG.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 풍차(100)는 연직 방향으로 길게 뻗은 지지대(110), 지지대(110)에 수평 방향으로 설치되어 있으며 수평면 상에서 회전 가능한 가이드(120), 그리고 가이드(120)의 내부에 설치되어 있는 한 쌍의 회전 부재(130)를 포함한다.1, the windmill 100 according to the present embodiment includes a support 110 extending vertically in a vertical direction, a guide 120 installed horizontally on the support 110 and rotatable on a horizontal plane, And a pair of rotary members 130 installed inside the rotary member 130.

가이드(110)는 위에서 볼 때 대칭인 형태를 가질 수 있으며, 서로 대칭인 두 개의 구조물이 결합된 형태일 수 있다. 가이드(110)는 유체가 통과할 수 있는 긴 수평 관(112), 수평 관(112)의 한쪽 끝에 연결되어 있는 외부 가이드 베인(guide vane)(114), 그리고 외부 가이드 베인(114)의 내부에 설치되어 있는 내부 가이드 베인(116)을 포함한다. 가이드(110)는 바람의 방향에 따라 회전할 수 있으며, 공기가 유입 및 배출될 수 있다.The guide 110 may have a symmetrical shape as viewed from above, or two structures symmetrical to each other may be combined. The guide 110 includes a long horizontal tube 112 through which the fluid can pass, an outer guide vane 114 connected to one end of the horizontal tube 112, And an inner guide vane 116 installed therein. The guide 110 can rotate in the direction of the wind, and air can flow in and out.

수평 관(112)은 지지대(110) 위에 위치하며, 외부 가이드 베인(114)의 반대 쪽 끝(공기 유입부)(113)은 공기가 쉽게 들어올 수 있도록 끝 부분이 약간 벌어져 있을 수 있다.The horizontal tube 112 is positioned on the support 110. The opposite end (air inlet) 113 of the outer guide vane 114 may have a slightly open end so that air can easily enter.

외부 가이드 베인(114)은 수평 관(112)에서부터 바깥 쪽으로 갈수록 폭이 넓어진다. 외부 가이드 베인(114)은, 예를 들면, 위에서 볼 때 대략 사다리꼴의 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The width of the outer guide vane 114 increases from the horizontal tube 112 toward the outer side. The outer guide vanes 114 may, for example, be of a generally trapezoidal shape as viewed from above, but are not limited thereto.

내부 가이드 베인(116)은 대략 판형으로서 수평 관(112)과 외부 가이드 베인(114)의 경계 부근에 고정될 수 있으며, 외부 가이드 베인(114) 내에 위치하여 공기의 유입 통로를 좁히는 역할을 할 수 있다. 내부 가이드 베인((116)이 수평 관(112)의 측면으로부터 이루는 각도는 약 90 도 내지 약 180도, 특히 약 150도 내지 약 180도일 수 있다. 내부 가이드 베인(116)은 생략 가능하다.The inner guide vane 116 is substantially plate-shaped and can be fixed in the vicinity of the boundary between the horizontal tube 112 and the outer guide vane 114 and can be positioned in the outer guide vane 114 to narrow the inflow passage have. The angle formed by the inner guide vane 116 from the side surface of the horizontal tube 112 may be about 90 degrees to about 180 degrees, particularly about 150 degrees to about 180 degrees. The inner guide vane 116 may be omitted.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 회전 부재(130)는 외부 가이드 베인(114) 내에 설치되어 있으며 원통형 사보니우스 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 회전 부재(130)는 2개의 반원통을 서로 어긋나게 붙여 놓은 것으로 위에서 볼 때 회전 부재(130)의 중심은 수평 관(112)의 측벽과 일직선 상에 있거나 측벽보다 바깥 쪽에 위치할 수 있다. 중첩도[반원 지름의 중첩 부분의 길이(a)/반원의 지름(c)]는 약 0에서 약 0.75일 수 있으며, 예를 들면, 약 0.25 내지 약 0.75일 수 있다. 회전 부재(130)에는 발전 장치가 연결되어 회전에 의하여 전력을 생산할 수 있다.1 to 3, the rotary member 130 is installed in the outer guide vane 114 and may have a cylindrical sambucus structure. For example, the rotating member 130 may have two semicylinders staggered with respect to each other. When viewed from above, the center of the rotating member 130 may be either straight on the outer side of the horizontal tube 112, have. The overlap (the length (a) of the overlapping part of the semicircle / the diameter (c) of the semicircle) can be from about zero to about 0.75, for example from about 0.25 to about 0.75. The rotating member 130 may be connected to a generator to generate electric power by rotation.

이와 같은 구조의 풍차(100)에서는 외부 가이드 베인(114)의 반대쪽에서 수평 관(112)을 따라 공기가 유입되어 외부 가이드 베인(114) 내에 설치된 회전 부재(130)를 회전시킨다. 이때, 수평 관(112)으로 유입되어 회전 부재(130)의 한쪽면을 회전시킨 공기가 와류가 되어 외부 가이드 베인(114)의 내측면을 타고 안쪽으로 흐르면서 회전 부재(130)의 반대면을 회전시킴으로써 효율을 높일 수 있다. 또한 외부 가이드 베인(114)은 가이드(120) 내로 유입된 공기가 분산되지 않고 회전 부재(130)를 회전시킬 수 있도록 함으로써 효율이 더욱 높아질 수 있다.In the windmill 100 having such a structure, air flows along the horizontal tube 112 on the opposite side of the outer guide vane 114 to rotate the rotary member 130 installed in the outer guide vane 114. At this time, the air that has flowed into the horizontal tube 112 and rotated on one side of the rotary member 130 is vortexed, flows on the inner side of the outer guide vane 114, flows inward, and rotates the opposite surface of the rotary member 130 The efficiency can be increased. Also, the efficiency of the outer guide vane 114 can be further increased by allowing the rotating member 130 to rotate without the air flowing into the guide 120 being dispersed.

또한 내부 가이드 베인(116)은 기류가 흐르는 통로를 좁혀 줌으로써 효율을 더욱 높여줄 수 있다.Further, the inner guide vane 116 can further increase the efficiency by narrowing the passage through which the airflow flows.

그러면 도 4 및 표 1를 참고하여 본 발명의 실험예에 대하여 상세하게 설명한다.An experimental example of the present invention will now be described in detail with reference to FIG. 4 and Table 1.

도 4는 실험예에 따른 풍차의 풍속에 따른 회전 부재의 회전 속도를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the rotation speed of the rotary member according to the wind speed of the windmill according to the experimental example.

중첩도(OL)Overlap (OL) 회전 부재 중량Rotating member weight 회전 부재 길이(D)The length (D) 0.250.25 30g30g 10.5 cm10.5 cm 0.50.5  30g30g 9 cm9 cm 0.750.75  30g30g 7.5 cm7.5 cm

회전 부재(130)는 아크릴을 사용하였으며 작은 풍속의 변화에 빠르게 반응하도록 제작하였다. 실험풍속은 풍차가 회전을 시작한 풍속에서부터 모형이 심한 진동을 일으키지 않는 범위인 약 12m/s까지로 했다. 모형은 버켓의 높이를 약 7 cm로 일정하게 하였으며, 각각의 회전 부재의 중량은 약 30g으로 통일하였다. 회전 부재(130)의 각 반원통의 단면 지름은 약 6 cm로 하고, 중첩도는 0.25, 0.5, 0.75로 하였으며, 이에 따라 회전 부재(130)의 단면 길이(D)는 약 10.5 cm, 약 9 cm, 약 7.5 cm가 된다.The rotating member 130 is made of acrylic and is made to respond quickly to changes in small wind speeds. The experimental wind speed was set from the wind speed at which the windmill started rotating to about 12 m / s, which is the range where the model does not cause severe vibration. In the model, the height of the bucket was about 7 cm, and the weight of each rotating member was about 30g. The cross sectional length D of the rotating member 130 is about 10.5 cm and the cross sectional diameter of the semicylindrical member of the rotating member 130 is about 6 cm and the overlapping degree is 0.25, 0.5, cm, about 7.5 cm.

도 4를 참고하면, 본 실험예에 따른 풍차(100)는 외부 가이드 베인(114)이 없는 경우(G.V.무)에 비하여 회전 부재(130)의 회전수가 약 5 배 내지 약 6 배 높게 나타났으며, 내부 가이드 베인(116)의 각도에 거의 무관한 것으로 나타났다. 또한 전반적으로 풍속의 증가에 거의 비례하여 회전 부재(130)의 회전수가 증가하였다.  특히 회전수는 약 3 m/s 이하의 저풍속에서 그 두드러지게 높게 나타났다.4, the number of revolutions of the rotary member 130 is about 5 times to about 6 times higher than that in the case where the outer guide vane 114 is not provided (no GV) , And the inner guide vanes 116, respectively. In addition, the number of rotations of the rotating member 130 is increased almost in proportion to the increase of the wind speed as a whole. In particular, the number of revolutions was significantly higher at low wind speeds below about 3 m / s.

이와 같이 실시예에 따른 풍차는 와류를 이용함으로써 바람의 종류와 풍속, 풍향 등에 관계 없이 높은 효율로 발전이 가능하다.As described above, the windmill according to the embodiment can generate electricity with high efficiency regardless of the kind of wind, wind velocity, wind direction, etc. by using vortex.

이상에서 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It belongs.

Claims (3)

연직형 지지대,
상기 지지대 위에 수평 방향으로 설치되어 있고, 수평면 상에서 회전 가능하며, 공기가 유입 및 배출되는 가이드, 그리고
상기 가이드 내부에 설치되어 있는 회전 부재
를 포함하는 풍차.
Vertical support,
A guide installed horizontally on the support and rotatable on a horizontal plane,
And a rotation member
Including windmill.
제1항에서,
상기 가이드는,
유체가 통과할 수 있는 수평 관, 그리고
상기 수평관의 한 쪽 끝에 연결되어 있고, 상기 수평관으로부터 멀어질수록 폭이 넓어지며, 상기 회전 부재가 내부에 설치되어 있는 외부 가이드 베인
을 포함하는
풍차.
The method of claim 1,
The guide
A horizontal tube through which the fluid can pass, and
Wherein the outer guide vane is connected to one end of the horizontal tube and has a width wider as it moves away from the horizontal tube,
Containing
windmill.
제1항에서,
상기 가이드는 상기 수평 관과 상기 외부 가이드 베인의 경계에 위치하는 내부 가이드 베인을 더 포함하는 풍차.
The method of claim 1,
Wherein the guide further comprises an inner guide vane positioned at a boundary between the horizontal tube and the outer guide vane.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US20230024478A1 (en) * 2021-07-26 2023-01-26 Thusitha Kumarasena Wind Energy Apparatus

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