特開 2024-76374 垂直軸風力発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024076374

(43)【公開日】2024-06-05

(54)【発明の名称】垂直軸風力発電機

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/04 20060101AFI20240529BHJP

   F03D 3/06 20060101ALI20240529BHJP

【ＦＩ】

F03D3/04 B

F03D3/06 C

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023198711

(22)【出願日】2023-11-23

(31)【優先権主張番号】10-2022-0158851

(32)【優先日】2022-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】519379097

【氏名又は名称】アメイジング サン カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110003801

【氏名又は名称】ＫＥＹ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ハン キョンヒ

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA13

3H178AA22

3H178AA43

3H178AA53

3H178BB31

3H178CC03

3H178CC05

3H178DD03X

3H178DD12X

3H178DD28X

(57)【要約】      （修正有）

【課題】回転翼が風に逆らって回転する際に発生する逆回転風圧を最小化し、風力発電機を多段に設置しても強風に十分に耐えられる構造的に安定した垂直軸風力発電機を提供する。
【解決手段】層状に形成されて内部が空間に形成される少なくとも２つ以上の円錐フレームと、前記円錐フレームと前記円錐フレームとの間に垂直に設置されて回転する回転翼回転軸１１０と、前記回転翼回転軸１１０に固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに分離形成される回転翼１２０を連結して、回転翼１２０の順風力を最大に強化し逆風力は最小化して高効率発電を可能にした垂直軸風力発電機に関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸が地面と垂直に形成される垂直軸風力発電機において、
層状に形成されて内部が空間に形成される少なくとも２つ以上の円錐フレーム（１３０）と、
前記円錐フレーム（１３０）の外周に垂直に貫通して地上に固定される少なくとも３つ以上の支柱（１４０）と、
前記円錐フレーム（１３０）と前記円錐フレーム（１３０）との間に垂直に設置されて回転する回転翼回転軸（１１０）と、
固定翼（１２０ａ）と可変翼（１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）とに区分形成され、中心に円形の風口（１２０ｅ）が形成されて前記回転翼回転軸（１１０）に等間隔で連結される少なくとも３つ以上の回転翼（１２０）と、
前記円錐フレーム（１３０）の内部に設置され、前記回転翼回転軸（１１０）の上下端に連結される加速ギア（１５０）と、
前記加速ギア（１５０）に連結されて電気を生産する発電装置（Ｍ）と、を含んでなることを特徴とする垂直軸風力発電機。

【請求項2】

前記回転翼（１２０）は、第１可変翼（１２０ｂ）、第２可変翼（１２０ｃ）および第３可変翼（１２０ｄ）が内側にそれぞれ連結形成され、前記可変翼が風圧によって移動しながら風口（１２０ｅ）が開閉される前記固定翼（１２０ａ）と、
前記第２可変翼（１２０ｃ）、前記第３可変翼（１２０ｄ）が内側にそれぞれ連結形成され、前記可変翼が風圧によって移動しながら風口（１２０ｅ）が開閉される前記第１可変翼（１２０ｂ）と、
前記第３可変翼（１２０ｄ）が内側に連結形成され、前記可変翼が風圧によって移動しながら風口（１２０ｅ）が開閉される前記第２可変翼（１２０ｃ）と、
前記第２可変翼（１２０ｃ）の内側に連結形成され、風圧によって移動しながら前記可変翼の風口（１２０ｅ）を開閉する前記第３可変翼（１２０ｄ）と、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸風力発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は風力発電機に関し、より詳しくは、回転翼が取り付けられて回転される回転軸が垂直に形成されて発電される垂直軸風力発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

大規模に設置される殆どの風力発電機は水平軸で形成され、水平軸の一側に大型翼が取り付けられている水平軸風力発電機が殆どである。水平軸風力発電機は翼が水平軸の一側に取り付けられて風を受けながら回転されるため発電効率はよいが、回転翼の長さが長く、回転半径が大きく、長い回転翼が回転するため騒音が大きくて、近隣生活空間には設置するのに不適合である。

【0003】

これに対し、垂直軸風力発電機は相対的に小規模であって建物の屋上などに設置して使用することができる。

【0004】

また、水平軸風力発電機は一つで形成される水平軸に一つの発電機のみ取り付けられるが、垂直軸風力発電機は多段に設置して複数個の発電機を同時に取り付けることができるため、相対的に大量の電気を生産することができる。

【0005】

但し、垂直軸風力発電機は、垂直軸に取り付けられる回転翼が回転軸を中心に回転しながら風から受ける逆回転風圧が発生し、回転力が低減するという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】韓国登録特許第１０－２４４８９２５号公報

【特許文献2】韓国登録特許第１０－１４９８７８５号公報

【特許文献3】韓国登録特許第１０－１４８３４６１号公報

【特許文献4】韓国登録特許第１０－１５５４３０７号公報

【特許文献5】韓国登録特許第１０－１３２５７５２号公報

【特許文献6】韓国登録特許第１０－１７２２６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上述したような問題点を解決するためのものであって、回転翼が風に逆らって回転する際に発生する逆回転風圧を最小化し、風力発電機を多段に設置しても強風に十分に耐えられる構造的に安定した垂直軸風力発電機を提供しようとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の風力発電機に取り付けられる回転翼が回転しながら受けるしかない逆回転風圧を最小化するために、回転翼１２０を中心に、風口１２０ｅが形成される固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとに区分形成することで、順風時には可変翼が、固定翼１２０ａの風口１２０ｅを塞ぎ、逆風時には、固定翼１２０ａの風口を開けて逆風の風圧を最小化する。

【0009】

風力発電機が多段に形成される場合、各段の間に発電装置Ｍと加速ギア１５０が内蔵されるように、空間に形成された円錐フレーム１３０が層状に形成され、円錐フレーム１３０の外周に少なくとも３つ以上の支柱１４０を地上まで垂直に延長固定し、強風にも十分に耐えるようにする。

【発明の効果】

【0010】

本発明による垂直軸風力発電機は、回転翼１２０を、固定翼１２０ａと可変翼とに区分し、固定翼１２０ａの内側に風圧によって移動する可変翼を連結し、中心に形成された風口１２０ｅを開閉することで、順風時には翼の風圧が最大に発生するようにし、逆風時には翼の風圧を最小化して回転翼１２０の回転力を強化する。

【0011】

また、垂直軸風力発電機は、小型１段で形成する場合は狭い空間に設置することができるため、田園住宅、建物の屋上、街灯の上端に設置して近隣生活に必要な電気を生産することができる。

【0012】

また、垂直軸風力発電機は、多段に形成する場合は一つの発電施設に多数個の発電装置Ｍを設置することができるため、空間利用率を上げることができる。

【0013】

更に、垂直軸風力発電機は、多段塔状に形成する場合は各段の間に内部が空間に形成される円錐フレーム１３０が層状に形成され、円錐フレーム１３０の外周に少なくとも３つ以上の支柱１４０を地上まで延長固定して強風にも十分に耐えるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の回転翼回転軸１１０に連結される４つの回転翼１２０の側面図である。

【図2】本発明の回転翼１２０が一つの固定翼１２０ａと２つの可変翼１２０ｃ、１２０ｄとに分離されることを示す図である。

【図3】本発明の回転翼１２０が一つの固定翼１２０ａと３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとに分離されることを示す図である。

【図4】本発明の２つの可変翼１２０ｃ、１２０ｄが、風口が閉まっているボウル状に結合されている形態と、固定翼１２０ａとが分離されていることを示す図である。

【図5】本発明の２つの可変翼がボウル状に結合されている形態と、固定翼１２０ａとが結合されて完成された回転翼を示す図である。

【図6】本発明のボウル状に完成された回転翼１２０の断面図である。

【図7】本発明の３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが、風口１２０ｅが閉まっているボウル状に結合されている形態と、固定翼１２０ａとが分離されていることを示す図である。

【図8】本発明の風口が閉まっているボウル状に結合されている３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが、固定翼１２０ａの風口を塞ぐ形態で固定翼１２０ａと結合されて全体的にボウル状の回転翼１２０を示す図である。

【図9】本発明のボウル状に完成された回転翼１２０の断面図である。

【図10】本発明の弾力バンド１２０ｆによって連結される２つの可変翼１２０ｃ、１２０ｄが、間隔が維持された形態に形成されるために、風口１２０ｅが開いている形態を示す図である。

【図11】本発明の風口１２０ｅが開いている形態で連結されている２つの可変翼１２０ｃ、１２０ｄが、固定翼１２０ａに連結されて風口が開いている状態の完成された回転翼１２０を示す図である。

【図12】本発明の風口が空いている状態で完成された回転翼１２０の断面図である。

【図13】本発明の弾力バンド１２０ｆによって連結される３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが、間隔が維持された形態に連結形成されて風口１２０ｅが空いている形態を示す図である。

【図14】本発明の風口１２０ｅが開いている形態で連結形成されている３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが固定翼１２０ａに間隔が維持されたまま連結されて風口１２０ｅが開いている状態の完成された回転翼１２０を示す図である。

【図15】本発明の風口が開いている状態の完成された回転翼１２０の断面図である。

【図16】本発明の垂直軸風力発電機が多段に形成される場合、各段に設置されて発電装置Ｍと加速ギア１５０とが内部に取り付けられる空間が形成された円錐フレーム１３０の内部図である。

【図17】本発明の多段塔状に形成される本発明の垂直軸風力発電機の内部断面図である。

【図18】本発明の垂直軸風力発電機が小型１段に形成されて街灯のポールの上端に設置されることを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

添付した図面を参照して本発明を詳細に説明すると以下のようである。

【0016】

図１は、本発明の垂直に形成される回転翼回転軸１１０に連結される円形の４つの回転翼１２０の側面図である。

【0017】

垂直軸に連結される回転翼１２０は、発電の便宜上、一方向にのみ回転されるように設置される。

【0018】

垂直軸に連結される回転翼１２０は、垂直軸の特性上、風の方向を基準に左側に位置する回転翼１２０は順風を受け、右側に位置する回転翼１２０は逆風を受けることを、回転しながら繰り返す。

【0019】

本発明は前記のように回転翼１２０が回転する際に受ける順風の風圧を最大に増加させ、逆風の風圧を最小化する機能を備えるために、回転翼１２０を固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとに区分して形成する。

【0020】

固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとには、中心に円形の風口１２０ｅが形成される。但し、可変翼が数個結合される場合、最後の位置で結合される可変翼には風口１２０ｅが形成されない。

【0021】

回転翼１２０は固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとが結合して形成される。回転翼１２０が、固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとによって形成される過程を説明すると以下のようである。

【0022】

固定翼１２０ａは固定翼連結フレーム１２０ｇによって回転翼回転軸１１０に連結される。固定翼１２０ａの内側に第１可変翼１２０ｂが４つの弾力バンド１２０ｆによって連結される。

【0023】

４つの弾力バンドのうち２つの弾力バンドは、固定翼１２０ａの内側上部の左右部分と第１可変翼１２０ｂの上部の左右側面とに連結され、残りの２つの弾力バンドは同じ方法で下部の左右部分に連結される。

【0024】

前記のように固定翼１２０ａと第１可変翼１２０ｂとが連結された後、順風による風圧が発生したら、第１可変翼１２０ｂの直径が小さい部分は固定翼１２０ａの風口の中に挿入突出され、直径が大きい部分は固定翼１２０ａの風口にかかった状態となる。

【0025】

次に、第１可変翼１２０ｂの内側に第２可変翼１２０ｃが４つの弾力バンド１２０ｆによって固定翼１２０ａと第１可変翼１２０ｂと同じ方法で連結され、順風による風圧が発生したら、第２可変翼１２０ｃの直径が小さい部分は第１可変翼１２０ｂの風口の中に挿入突出され、直径が大きい部分は第１可変翼１２０ｂの風口にかかった状態となる。

【0026】

第２可変翼１２０ｃの内側に第３可変翼１２０ｄが４つの弾力バンド１２０ｆによって前記のような方法で連結され、順風による風圧が発生したら、第３可変翼１２０ｄの直径が小さい部分は第２可変翼１２０ｃの風口の中に挿入突出され、直径が大きい部分は第２可変翼１２０ｃの風口にかかった状態となって回転翼が完成されるが、前記のように順風の風圧を受けたら回転翼１２０の全体の様子がボウル状に形成されて、順風の風圧を最大限発生する。

【0027】

図２、図３は、固定翼１２０ａと第１、２、３可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとが分離された形態を示す図である。

【0028】

回転翼１２０は多段塔状の大型に形成する場合は３つの可変翼を取り付け、近隣生活用の小型１段に形成する場合は一つまたは２つの可変翼を取り付けるように区分されて形成される。

【0029】

一つの可変翼のみを取り付ける場合は、風口のない第３可変翼１２０ｄの形態の可変翼を取り付ける。

【0030】

図４は、２つの可変翼がボウル状に結合されている形態と固定翼１２０ａが分離されている形態とを示す図である。

【0031】

図５は、前記ボウル状に結合されている２つの可変翼が固定翼１２０ａと結合されて風口が塞がっているボウル状の完成した回転翼１２０を示す図である。

【0032】

図６は前記のように完成された回転翼１２０のボウル状の断面図である。

【0033】

図７、図８は３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄがボウル状に結合されている形態と固定翼１２０ａが分離されている形態とを示すが、前記ボウル状に結合されている３つの可変翼が固定翼１２０ａと結合されて風口が塞がっているボウル状の完成された回転翼１２０を示す。

【0034】

図９は、前記のように完成された回転翼１２０のボウル状の断面図である。

【0035】

図１０、図１１は２つの可変翼が逆風圧を受けて互いに間隔が維持されて風口１２０ｅが開いている状態で連結形成されており、前記２つの可変翼が固定翼１２０ａに連結されて風口が開いている状態の回転翼１２０を示す。

【0036】

図１２は、前記のように風口が開いている状態で完成された回転翼１２０の断面図である。

【0037】

図１３、図１４は３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが逆風を受けて互いに間隔が維持されて風口１２０ｅが開いている状態で連結形成されており、前記３つの可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが固定翼１２０ａに連結されて風口が開いている状態の完成された回転翼１２０を示す。

【0038】

図１５は、前記のように完成された回転翼１２０の断面図である。

【0039】

これまで回転翼１２０は固定翼１２０ａと可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとに区分されて形成され、回転翼１２０が回転しながら風の方向を基準に左側に位置する際には順風を受け、右側に位置する際には逆風を受けると説明したが、順風を受ける回転翼１２０は可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが固定翼１２０ａの内側で風口１２０ｅを塞いだ状態で結合されるため回転翼１２０全体がボウル状に形成され、逆風を受ける回転翼１２０は可変翼が固定翼１２０ａの内側で間隔が維持されたまま連結されて風口１２０ｅが開く形状に形成されることを説明した。

【0040】

本発明の垂直軸風力発電機は少なくとも３つ以上の回転翼１２０が一定間隔で垂直に形成される回転翼回転軸１１０に連結されて回転することで発電することを基本原理としている。

【0041】

この際、回転翼１２０は垂直に形成される回転翼回転軸１１０に連結されて回転するため、風向を基準に順風の位置にくる際には順風を受けながら回転し、逆風の位置にくる際には逆風を受けながら回転を繰り返す。

【0042】

そのため、本発明の垂直軸風力発電機が高効率の発電を維持するためには、回転翼１２０の順風の風圧を最大に維持するようにし、逆風の風圧を最小化する必要がある。

【0043】

順風の回転翼１２０が風圧を最大に受けるためには、上述したように可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが固定翼１２０ａの内側で連接されて、入口が広く風口１２０ｅが塞がって内部が密閉されたボウル状に形成されて風が抜けずにボウルの内部に集中される際に風圧が最も大きく形成され、逆風の回転翼１２０が風圧を最小化するためには、可変翼１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが固定翼１２０ａで間隔を維持した状態になり、可変翼相互間にも間隔が維持されるようにして風口１２０ｅが開くようにすることで、風が最小抵抗で抜けられる際に風圧が最も小さく形成される。

【0044】

可変翼は小さい風圧でも迅速に移動して風口を開閉するように軽い素材で製作され、固定翼は強風にも耐えるように堅固な素材で製作されることが好ましい。

【0045】

前記のように、順風の際には回転翼１２０が最大の風圧を受けるようになり、逆風の際には最小の風圧を受けるようになるため、最大の回転力が発生して最大の発電が可能になる。

【0046】

図１６は、本発明の垂直軸風力発電機を多段塔状に形成する場合、各段の間に設置されて内部に発電装置Ｍと加速ギア１５０が取り付けられる空間を提供し、外周には支柱孔１３０ａが形成されて少なくとも３つ以上の支柱１４０が垂直に貫通されて地面まで延長固定されるため、強風にも安定性を維持するようにする円錐フレーム１３０を示す図である。

【0047】

図１７は、本発明の垂直軸風力発電機を多段塔状に形成した内部断面図である。

【0048】

前記塔状に形成した垂直軸風力発電機は、各段の間に円錐フレーム１３０が形成されて内部に２つの発電装置Ｍと加速ギア１５０が取り付けられ、円錐フレーム１３０の外周には４つの支柱１４０が垂直に貫通されて地面まで延長固定される。

【0049】

図１８は、本発明の垂直軸風力発電機が小型１段に形成されて街灯のポールの上端に設置されている側面図である。

【0050】

小型１段に形成されるため近隣地域に設置することができ、街灯以外に田園住宅や近隣建物の屋上に設置して生活に必要な電気を生産することができる。街灯に設置する場合、発電機の上部に太陽光電池板１６０を設置してもよい。

【0051】

本発明の垂直軸風力発電機は回転翼回転軸１１０の上下端に各発電装置を取り付けているが、図１８のように街灯のポールの上端に設置される発電装置Ｍは下端にのみ取り付けられる。

【符号の説明】

【0052】

１１０：回転翼回転軸 １２０：回転翼
１２０ａ：固定翼 １２０ｂ：第１可変翼
１２０ｃ：第２可変翼 １２０ｄ：第３可変翼
１２０ｅ：風口 １２０ｆ：弾力バンド
１２０ｇ：固定翼連結フレーム １２０ｈ：連結フレーム固定孔
１３０：円錐フレーム １３０ａ：支柱孔
１３０ｂ：回転軸孔 １４０：支柱
１５０：加速ギア １６０：太陽電池板
Ｍ：発電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】