专利名称：用于新型可再生能源发电的扇叶装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于新型可再生能源发电的扇叶装置，尤其涉及一种利用风能、水能、潮汐能等流体的动能进行发电时，受流体的流动方向及大小的影响较少而能够有效进行发电的用于新型可再生能源发电的扇叶装置。
背景技术：
作为应对地球变暖的对策，对太阳能、风能、水能、潮汐能等新型可再生能源的理论研究和实验研究正在活跃的进行之中。此时，如风力发电、水力发电、潮汐发电等利用流体的流动能量的发电设备将具备随着流体的流动而旋转的发电用扇叶装置。在此，扇叶(blade)可具有螺旋桨式、大流士式、萨沃纽斯式以及将这些进行变形或改善的多种形态，例如被提出的有韩国公开专利公报公开号为特2002-0005556号的“附有通风槽的萨沃纽斯风车旋转翼”、授权专利公报专利号为第10-0637297号的“风力发电用风车”、授权专利公报专利号为第10-0654246号的“风力发电机用风车”、公开专利公报公开号为第10-2006-0082794号的“风车”、授权实用新型公报专利号为第20-0352241号的“双重复合翼圆盘边缘支撑结构的圆筒形水车”、日本公开实用新型公报的昭55-110786号“风车”、昭58-092474号“风车”、昭61-151080号“箱型垂直轴风车”、日本公开专利公报的昭59-180076号“主轴并列风车”等。然而，由于这种根据现有技术的扇叶多为对应于单一方向(Ι-way)的流体流动而进行设计的，因此设置并固定于预定位置的扇叶在将朝多种方向流动的流体的能量转换为旋转能的方面具有限度。尤其因为风力发电或潮汐发电中的风或潮汐的流动方向通常为沿着多种方向，因此在应用这种基于现有技术的扇叶进行风力发电时存在发电效率低下的问题，而为了适用于潮汐发电，则有需要通过设置专门的装置(偏航(yaw)系统)而根据潮汐的方向变换扇叶角度的问题。 另一方面，韩国授权专利公报专利号为第10-0848385号的“对玩耍用扇叶结构进行改善的风力发电机”和日本公开实用新型公报的平04-049521号“汽车用风力发电装置”等提出了可根据流体的流动方向相对自由地调整扇叶的旋转方向而执行发电功能的扇叶
>j-U ρ α装直。然而，这种根据现有技术的扇叶装置存在难以有效克服噪音和振动问题的困扰。即，根据现有技术的扇叶装置采用一种通过轴上的螺栓或焊接而将扇叶予以固定的结构，在此情况下，扇叶装置难以稳定地消除振动和噪音，归根结底则难以作为商业用途使用。尤其地，这种噪音和振动问题导致根据现有技术的扇叶装置在将所述扇叶作为大型发电用途使用时存在限度，并有不能适用于利用高速旋转的商用发电的局限性。
发明内容
技术问题因此，本发明是为了解决如上一些现有技术下的问题而提出的，目的在于提供一种可以有效地收集流体流动能量而旋转，并对于流体的多种流动方向能够相对自由地调整旋转方向而执行发电功能的新型的用于新型可再生能源发电的扇叶装置。本发明的目的尤其是在于提供一种既能轻易地将扇叶结合于发电机，又能对多种流体流动方向均可稳定地支撑扇叶，同时使振动和噪音最小化的新形态的用于新型可再生能源发电的扇叶装置。技术方案为了达到上述目的，本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置，利用流体的流动能量进行发电，其特征在于，包括:扇叶单元12，具有多个以上的翼部20，该翼部20上通过在下面22与上面26之间一体地形成连接面24而使朝前后方向开口的通道21成为水平，而且，通过使相邻翼部20中的一侧翼部20a的通道21朝另一侧翼部20b方向形成，从而使流体通过所述一侧翼部20a的通道21朝所述另一侧翼部20b流入；束缚单元40，通过固定所述扇叶单元12的翼部20的下面22和上面26，以使所述扇叶单元12在所述翼部20的下面22得到第一束缚而在所述翼部20的上面26得到第二束缚，从而连接于发电机I。在这种根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置中，所述束缚单元40可包括:前支架42，用于将所述扇叶单元12的翼部20的下面22放置并固定，从而予以支撑；中心架44，与所述前支架42 —体地形成，从所述前支架42的中心轴上突出而向所述扇叶单元12的中心轴插入并位于其中，并用于将所述扇叶单元12的翼部20的上面26放置并固定，从而予以支撑。在这种根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置中，所述束缚单元40的中心架44上可形成朝上下方向贯通的中孔41，并可以具有用于设置所述上面26的法兰46，而可以通过将所述法兰46在所述中孔41的上侧沿周围布置，从而在所述法兰46的下面形成基于所述中孔41的空间，而且，所述扇叶单元12的各翼部20的上面26末端还可以具有向所述法兰46的下面弯折而折叠的挂接突起27。这种根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置还可以包括:后部支架52，固定而结合于所述束缚单元40的前支架42上；后部单元50，由后部中心架54构成，该后部中心架54被插入而结合于所述中心架44的中孔41内，且形成有用于固定并结合所述发电机I的旋转轴2的固定孔51。有益效果由于根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置能够有效地收集流体流动能量，且应对多种流体流动方向可相对自由地调整扇叶的旋转方向，因此相比于风车型扇叶及通常的三片扇叶可显著地提高转数和旋转力，从而可以期待较高的发电效率。并且，由于本发明的扇叶装置10具有在构成扇叶单元12的翼部20的上面26和下面22被束缚单元40所约束的状态下通过束缚单元40而结合于发电机I的旋转轴2上的结构(而不是由多个以上的翼部20组合而成的扇叶单元12直接结合而固定于发电机I的旋转轴2上的结构)，因此易于组装的同时可减少噪音和振动，从而可以期待实现发电效率较高的扇叶装置大型化的效果。
图1为用于说明根据本发明技术思想的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的剖面图。
图2为用于说明图1所示的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的分解立体图。图3为根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置立体图。图4为表示图3所示用于新型可再生能源发电的扇叶装置的一示例的图。图5为图3所示的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的分解立体图。图6为用于说明根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置中的扇叶单元与束缚单元的结合关系的图。图7为用于说明根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置作用的图。
具体实施例方式以下根据附图的图3 图7详细说明本发明的优选实施例，在图3 图7中对执行相同功能的构成要素标注相同的附图标记。另外，在各附图中简略或省去了用于结合固定各主要素的加强肋部(板)、螺栓和螺丝、孔、垫圈、螺母等，并省略普通的潮汐发电系统、风力发电系统或一般性发电系统的构成及作用等本领域技术人员公知的部分，而只对有关本发明的部分作为重点进行图示。尤其地，虽然有一些要素之间的大小比例多少有些不符，或者相结合的部件之间的大小不符，然而由于这种附图上的表现差异是为了能使本领域的技术人员容易理解，故省略另行的说明。图3为根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置立体图，图4为表示图3所示用于新型可再生能源发电的扇叶装置的一个示例的图，图7为用于说明根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置作用的图。如图3、图4、图7所示，根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10包括扇叶单元12和束缚单元40，且通过构成具有围绕扇叶单元12的中心轴的通道21的翼部20，从而适应利用自然气流的风力发电、利用自然潮流的潮汐发电等利用流体流动能量的发电。此时，可根据设计条件或功能而设置3 20个翼部20，然而优选为设置形成90度的四个翼部20。正如这样，在根据本实施例的扇叶装置10中，为了使朝前后方向开口的通道21成为水平，将扇叶单元12的翼部20向外侧方向卷曲，以使后侧两端在结合有导流口 60的中心轴上结合(自然，各翼部20的后侧两端，即下面22和上面26被固定结合于束缚单元40)。SP，如图6所示，翼部20在固定于束缚单元40而被束缚的下面22与上面26之间一体地形成连接面24，以使该连接面24围绕通道21。此时，相邻翼部20的形成如图7的(a)所示，即通过使一侧翼部20a的通道21朝另一侧翼部20b方向形成，以使从前方流入的包含风、潮汐的流体通过一侧翼部20a的通道21流向另一侧翼部20b。在根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10中，扇叶单元12的翼部20形成为构成下面22的三角形形状的板材向上侧弯折，从而使上面26与连接面24具有朝中心轴上的外侧方向鼓起的形状。由此，如图7的(b)所示，即使流体沿平行于发电机I的旋转轴2的方向流动，翼部20也能凭借沿着翼部20的上面26和连接面24的鼓起的曲面流动的流体的流动特性而旋转(即，翼部20也能够凭借平行于旋转轴2的方向的流体的流动而旋转)。
通过这样的构成，根据本发明优选实施例的扇叶装置10不仅可以在如图7的(a)所示的沿垂直于旋转轴2的方向流动的流体下旋转，也可以在如图7的(b)所示的沿平行于旋转轴2的方向流动的流体下旋转。因此，根据本实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10可应对朝多种方向流动的流体，兼容流体的多方向流动并提供对应于各流动方向的旋转力。另一方面，构成根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10的扇叶单元12的多个以上的翼部20为预定大小的平板材被划分为多个分割区域并切割之后弯折而形成的，特别地，根据本发明优选实施例的翼部20由4片构成，并使翼部20的各片具有90度交角。图5为图3所示的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的分解立体图，图6为用于说明根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置中的扇叶单元与束缚单元的结合关系的图。参照图5和图6，根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10的特征在于，通过利用束缚单元40将前述扇叶单元12连接于发电机I，从而使扇叶装置10容易被组装于发电机I的同时，可以提高结合与组装的精确度。更加具体而言，根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10中，通过用束缚单元40固定扇叶单元12的翼部20的下面22和上面26，从而使扇叶单元12在翼部20的下面22得到第一束缚而在翼部20的上面26得到第二束缚，由此连接于发电机I。而且，束缚单元40由前支架42和中心架44所构成，从而提高构成(制造)的方便性，并更加稳定地固定而支撑前述扇叶单元12。前支架42上放置并固定扇叶单元12的翼部20的下面22，由此予以支撑，而该前支架42上形成用于固定后述后部单元50的孔43b和用于固定(在本实施例中使用铆接)扇叶单元12的翼部20的下面22的孔43a。中心架44与前支架42形成为一体，并在前支架42的中心轴上突出形成而插入到扇叶单元12的中心轴内并位于其中，且通过放置并固定扇叶单元12的翼部20的上面26而予以支撑。此时，中心架44插入于形成于扇叶单元12的中心轴上的中心孔29而位于其中。另一方面，本实施例中的中心架44形成上下方向贯通的中孔41，并具有用于形成上面26的法兰46，通过将该法兰46在中孔41的上侧沿周围布置，从而在法兰46的下面形成基于中孔41的空间。并且，扇叶单元12的各翼部20在上面26末端具备向法兰46的下面弯折而折叠的挂接突起27，以实现各翼部20的稳定固定。此时，根据本实施例的扇叶装置10通过将中心架44的法兰46构成为包括凹部46a和凸部46b，并在凹部46a上形成用于铆接作业的孔47，以使各翼部20的上面26位于凹部46a之后执行铆接作业，从而使翼部20更加稳定地固定于中心架44的法兰46上。而且，根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10通过使用结合于发电机I的后部单元50而使发电机I与扇叶装置10的结合更为方便。即，通过前述扇叶单元12与束缚单元40的结合而完成扇叶装置10的基本组装，并将后部单元50结合于发电机I的旋转轴2之后，使该后部单元50与束缚单元40结合，从而使扇叶装置10便于在发电机I上进行安装并卸载。为此，后部单元50由后部支架52和后部中心架54构成。在此，后部支架52固定而结合于束缚单元40的前支架42上，为此形成与形成于前支架42上的孔43b对应的孔53。并且，该后部支架52形成为有利于减轻重量的形态。并且，后部中心架54被插入中心架44的中孔41而结合，且形成用于将发电机I的旋转轴2固定而结合的固定孔51。在这种根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10中，束缚单元40和后部单元50使扇叶单元12与发电机I之间形成精确的连接而减轻振动和噪音。因此，优选地，束缚单元40和后部单元50通过精密铸造法或普通铸造法等分别形成为一体并通过精密机械加工而形成。如上所述，已将根据本发明优选实施例的用于新型可再生能源发电的扇叶装置参照文字和附图进行了说明，然而这仅仅是举例说明，本领域的普通技术人员应该很清楚在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行多种变形和变更。实验例图1为用于说明根据本发明技术思想的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的剖面图，图2为用于说明图1所示的用于新型可再生能源发电的扇叶装置的分解立体图。参照图1和图2，根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10的特征在于，有效地收集并压缩流体的流动能量而旋转，并可以对多种流体流动方向相对自由地调整旋转方向而执行发电功能。并且，根据本发明的扇叶装置10的特征在于，容易结合于发电机的同时，应对多种流体流动方向均可稳定支撑扇叶，并使振动和噪音最小化。为此，根据本发明的扇叶装置10具有扇叶单元12和束缚单元40，以使能够利用流体的流动能量进行发电。其中，扇叶单元12具有多个以上的翼部20，该翼部20通过使下面22与上面26之间一体地形成连接面24，从而使朝前后方向开口的通道21成为水平。并且，如图2所示，在扇叶单元12中通过使相邻翼部20中的一侧翼部20a的通道21向另一侧翼部20b方向形成，从而使流体通过一侧翼部20a的通道21向另一侧翼部20b流入。另一方面，本发明中的术语一侧翼部20a和另一侧翼部20b是为了以包含气流、潮汐的流体流入的方向为基准而对凭借流体的流动获得旋转力的两个翼部加以区分而采用的，该术语并不限制本发明的构成要素。即，虽然在图7的(a)中将通道沿着流体流动方向的翼部称为一侧翼部20a,而将接收通过该一侧翼部20a的通道21流入的流体的翼部称为另一侧翼部20b，然而由于从扇叶单元12的整体上看来各翼部20将处于旋转状态，因此一侧翼部和另一侧翼部的位置将在此后发生变化。而且，束缚单元40通过固定扇叶单元12的翼部20的下面22和上面26，以使扇叶单元12在翼部20的下面22得到第一束缚而在翼部20的上面26得到第二束缚，从而连接于发电机I (参照图4)。这种束缚单元40如在本发明的优选实施例中所述，可将形成于前支架42的中心轴上的中心架44朝扇叶单元12的中心轴插入而能够固定扇叶单元12。另一方面，束缚单元40的中心处形成用于结合发电机I的旋转轴的中孔41，而在扇叶单元12的前侧中心部贴附导流口 60，以使从扇叶单元12流入的流体的流动朝各翼部20的方向自然进行。正如这样，由于根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10的扇叶单元12具有使前后方向开口的通道21成为水平的翼部20，以使从前方流入的海水、风等流体通过一侧翼部20a的通道21向另一侧翼部20b流入，因此可将流体的流动能量收集而用于使扇叶装置10旋转，从而可得到较高的扭矩值，并且在低速的流体流动下也能旋转发电机，从而可以实现高效的发电。而且，由于根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10具有在构成扇叶单元12的翼部20的上面26和下面22被束缚于束缚单元40的状态下通过束缚单元40结合于发电机I的旋转轴2的结构(现有技术下则为由多个以上的翼部20组合而成的扇叶单元12直接结合于发电机I的旋转轴2上)，因此能够形成针对扇叶单元12的牢固的支撑。因而可使扇叶旋转时所发生的振动和噪音最小化，并能有利于组装，从而能够实现发电效率高的扇叶装置的大型化。这种根据本发明的用于新型可再生能源发电的扇叶装置10的工作能力可通过后述对比性风洞试验进行确认，即以根据本发明优选实施例的扇叶装置10与现有技术中所涉及的日本公开专利公报的昭59-180076号“风车型扇叶”中公开的扇叶装置(以下称为“第一对比技术”)、韩国授权专利公报的专利号为10-0812796的“风力发电装置用转子扇叶”所公开的风力发电中普遍使用的三片扇叶(以下称为“第二对比技术”)进行对比。此时，根据本发明的扇叶装置10与第一对比技术中整体直径为450mm，且相当于中心架的部位由木材制成而相当于翼部的部位由铝材制成，而第二对比技术中整个直径为450mm,并全部使用由木材制成的材料。如此构成的各扇叶装置通常被安装于用在扇叶装置风洞试验的简易风洞试验仪，以通过设置于从所述简易风洞试验仪隔离的位置的风机得到风的供应。在此，风机供应的风速条件为在各扇叶装置的中心部位置得到4.0m/s的微风供应、4.8m/s的弱风供应、
6.2m/s的强风供应，而在各扇叶装置的边缘外侧位置得到4.8m/s的微风供应、6.3m/s的弱风供应、8.3m/s的强风供应。另一方面，为了在风洞试验中测量各种数据而使用风速计、计时表、转速计、数字温度计、数字测试仪等测量器具。风洞试验是在相同条件下对各扇叶装置单独地执行，对各扇叶装置测量微风、弱风、强风条件下的旋转数(单位:rpm)、发电电压(单位:V)、短路电压下的旋转数(单位:rpm)、初始驱动风速(单位:m/s)、加载时间(单位:sec)、最大加载值(单位:基准锤的个数)。并且，分别针对由风机供应的风向与扇叶装置的旋转轴形成水平的水平方向风洞试验(表I的结果数据)和由风机供应的风向与扇叶装置的旋转轴形成垂直的垂直方向风洞试验(表2的结果数据)，对各扇叶装置进行上述条件(微风、弱风、强风)下的各项测量(旋转数、发电电压、短路电压下的旋转数、初始驱动风速、加载时间、最大加载值)。在此，旋转数表示扇叶装置的每分钟旋转值，发电电压表示连接有扇叶装置的发电机在无负荷时随着扇叶装置的旋转而发生的电压值，短路电压下的旋转数表示将连接有扇叶装置的发电机的输出端予以短路而施加电负荷(电阻)的状态下的旋转数，初始驱动风速表示使扇叶装置开始旋转所需风速的平均值，加载时间表示微风条件下旋转时连接于扇叶装置的350g重量的三个基准锤上升至被设置的高度(下止点至上止点的距离为-600mm)所需的时间，最大加载值表示在相同条件(微风条件)下各扇叶装置旋转时可被扇叶装置牵连而拉上的基准锤(350g)的最大个数。所述旋转数、发电电压、短路电压下的旋转数为用于检测扇叶装置旋转能力的指标，所述初始驱动风速为用于检测扇叶装置对微风的反应性能的指标，所述加载时间和最大加载值为用于检测扇叶装置旋转力(torque)的指标。下列表I和表2是将水平方向的风洞试验结果(为水平轴测试结果值，其中水平轴的含义为流体的流动方向与扇叶的旋转轴形成水平)和垂直方向的风洞试验结果(为垂直轴测试结果值，其中垂直轴的含义为流体的流动方向与扇叶的旋转轴垂直)进行整理的表格。表1
权利要求
1.一种用于新型可再生能源发电的扇叶装置，利用流体的流动能量进行发电，其特征在于，包括: 扇叶单元(12)，具有多个以上的翼部(20)，该翼部(20)上通过在下面(22)与上面(26)之间一体地形成连接面(24)而使朝前后方向开口的通道(21)成为水平，且通过使相邻翼部(20)中的一侧翼部(20a)的通道(21)朝另一侧翼部(20b)方向形成，从而使流体通过所述一侧翼部(20a)的通道(21)朝所述另一侧翼部(20b)流入； 束缚单元(40)，通过固定所述扇叶单元(12)的翼部(20)的下面(22)和上面(26)，以使所述扇叶单元(12)在所述翼部(20)的下面(22)得到第一束缚而在所述翼部(20)的上面(26)得到第二束缚，从而连接于发电机(I)。
2.按权利要求1所述的用于新型可再生能源发电的扇叶装置，其特征在于，所述束缚单元(40)包括: 前支架(42)，用于将所述扇叶单元(12)的翼部(20)的下面(22)放置并固定，从而予以支撑； 中心架(44)，与所述前支架(42) —体地形成，从所述前支架(42)的中心轴上突出而向所述扇叶单元(12)的中心轴插入并位于其中，并用于将所述扇叶单元(12)的翼部(20)的上面(26)放置并固定，从而予以支撑。
3.按权利要求2所述的用于新型可再生能源发电的扇叶装置，其特征在于，所述束缚单元(40)的中心架(44)上形成朝上下方向贯通的中孔(41)，并具有用于形成所述上面(26)的法兰(46)，而通过将所述法兰(46)在所述中孔(41)的上侧沿周围布置，从而在所述法兰(46)的下面形成基于所述中孔(41)的空间，且所述扇叶单元(12)的各翼部(20)的上面(26)末端还具有向所述法兰(46)的下面弯折而折叠的挂接突起(27)。
4.按权利要求2或3所述的用于新型可再生能源发电的扇叶装置，其特征在于，还包括: 后部支架(52)，固定而结合于所述束缚单元(40)的前支架(42)上； 后部单元(50)，由后部中心架(54)构成，该后部中心架(54)被插入而结合于所述中心架(44)的中孔(41)内，且形成有用于固定并结合所述发电机(I)的旋转轴(2)的固定孔(51)。
全文摘要
本发明提供一种用于新型可再生能源发电的扇叶装置，该扇叶装置可在包含风力发电、水力发电、潮汐发电的利用流体流动能量的发电中，受流体的流动方向及流速大小的影响较少却能有效进行发电。根据本发明的扇叶装置并不是多个翼部(20)组合而成的扇叶单元(12)直接结合而固定于发电机(1)的旋转轴(2)上，而是在构成扇叶单元(12)的翼部(20)的上面(26)和下面(22)被束缚单元(40)所约束的状态下通过束缚单元(40)而结合于发电机(1)的旋转轴(2)上。因此，易于组装的同时可减少噪音和振动，从而可以期待实现发电效率较高的扇叶装置大型化的效果。
文档编号F03D1/06GK103097727SQ201080069058
公开日2013年5月8日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年9月10日
发明者金容文 申请人:金容文