KR101062084B1 - 헬리컬 터빈 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬리컬 터빈의 설치 및 교체가 용이하고 유속을 자유자재로 조절하면서 성능을 테스트할 수 있는 헬리컬 터빈 실험장치를 개시한다. 수면 위로 부유된 상태를 유지하고 중앙영역에 관통공이 형성된 부유부재와, 상기 부유부재의 저면에 형성되어 수면 아래로 연장된 하단지지부재와, 상기 하단지지부재에 일측 끝단이 지지되는 기둥부재와, 상기 부유부재의 상면에 형성되어 상기 기둥부재의 타측 끝단부를 지지하는 상단지지부재 및 상기 기둥부재를 따라 슬라이딩 될 수 있도록 장착되어 교체가 가능하고 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전력을 발생시키는 헬리컬 터빈으로 구성되어 부유부재의 이동과 헬리컬 터빈의 설치가 용이하게 이루어진다.

부유부재, 하단지지부재, 기둥부재, 상단지지부재, 헬리컬 터빈

Description

헬리컬 터빈 실험장치 {TESTING DEVICE FOR HELICAL TURBINE}

본 발명은 헬리컬 터빈 테스트장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헬리컬 터빈의 설치 및 이동이 용이하고, 현장 유속에 관계없이 저유속에서 고유속까지 실험할 수 있는 헬리컬 터빈 테스트장치에 관한 것이다.

일반적으로 터빈은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계 또는 장치를 의미한다. 이러한 터빈이 사용되어 에너지를 생성하는 장치로는 조력발전이 많이 사용된다.

종래의 조력발전은 조석간만차가 큰 내만에 조력댐을 설치하여 해수의 이동을 차단한 후, 조석 간만 차에 의해 발생하는 조력댐 내/외측의 수위차를 이용하여 발전하는 것으로 수력발전방식과 유사하다.

그러나 조력발전을 구동하기 위해서는 위치에너지의 이용이 필요하므로 일정높이 이상의 수위차가 필요하다. 이를 해결하기위해 필수적으로 방조제를 조성해야 하고 이에 따라 해수가 오염되는 등의 환경문제가 수반되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 현재 헬리컬 터빈이 개발되어 사용중에 있다. 헬리컬 터빈은 미국의 노쓰이스턴(Northeastern) 대학의 고를로프(Gorlov) 교수에 의해 유체 의 일방향 흐름 뿐만 아니라 다중방향 흐름에 대해서도 회전을 제공할 수 있도록 하는 장치이다. 이러한 헬리컬 터빈은 도 1에 도시한 바와 같이 상부와 하부에 블레이드(2)를 지지하는 지지부재(3)가 회전축(1)에 방사형을 이루도록 층을 이루어 장착되고 상부에 위치한 지지부재(3)의 말단 단부와 하부에 위치하는 지지부재(3)의 말단 단부간에 유선형 단면의 블레이드(2)가 헬리컬 형상으로 연장된다. 이러한 구조의 헬리컬 터빈은 유체가 어느 방향에서 유동하여도 일방향으로 회전할 수 있다.

이러한 헬리컬 터빈은 상기 블레이드의 단면형상이나, 꼬임형상 및 장착위치에 따라 상기 헬리컬 터빈에 의해 생성되는 출력에너지가 바뀌게 되므로 높은 효율을 얻기 위해서는 다양한 형상의 블레이드가 구비된 헬리컬 터빈을 테스트할 필요가 있다. 그러나, 유속의 변화에 따라 나타나는 헬리컬 터빈의 성능을 실험할 수 있도록 하는 헬리컬 터빈 실험장치가 없는 실정이다.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 헬리컬 터빈의 설치 및 교체가 간단하게 이루어져 헬리컬 터빈의 테스트가 용이하고 유속을 자유롭게 변화시킬 수 있는 헬리컬 터빈 실험장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 헬리컬 터빈 실험장치는 수면 위로 부유된 상태를 유지하고 중앙영역에 관통공이 형성된 부유부재; 상기 부유부 재의 저면에 형성되어 수면 아래로 연장된 하단지지부재; 상기 하단지지부재에 일측 끝단이 지지되는 기둥부재; 상기 부유부재의 상면에 형성되어 상기 기둥부재의 타측 끝단부를 지지하는 상단지지부재; 및 상기 기둥부재를 따라 슬라이딩 될 수 있도록 장착되어 교체가 가능하고 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전력을 발생시키는 헬리컬 터빈으로 구성된다.

또한, 상기 부유부재에는 상기 부유부재의 이동시켜 상대적으로 해류의 유속을 상승시킬 수 있도록 추진력을 발생시키는 프로펠러가 장착된다.

또한, 상기 상단지지부재는 상기 기둥부재의 타측 끝단을 지지하는 제1상단지지축; 및 상기 기둥부재의 중간부를 지지하며 조립 및 분해가 가능하도록 중심을 따라 절개되고 중심부에는 상기 기둥부재를 고정할 수 있도록 각각 반원형상으로 요입된 지지홈이 형성된 제2상단지지축으로 구성된다.

또한, 상기 기둥부재의 타측 끝단부에는 직각 방향으로 절곡이 가능하도록 힌지 결합된 절곡부가 구비된다.

또한, 상기 부유부재에는 상기 부유부재가 흘러가지 않도록 해저면에 고정시키거나 배에 연결하여 이동시킬 수 있도록 적어도 하나의 계류라인이 설치된다.

또한, 상기 헬리컬 터빈은 상기 기둥부재에 회전가능하게 끼워질 수 있도록 삽입공이 형성된 관 형상으로 이루어진 샤프트; 상기 샤프트에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 돌출되는 다수개의 지지부재; 및 상기 지지부재의 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 상기 샤프트의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 블레이드로 구성된다.

이와 같이 본 발명에 의한 헬리컬 터빈 실험장치는 수면 위로 부유된 상태를 유지하는 부유부재에 헬리컬 터빈을 설치하는 구조로 이루어져 장소의 이동이 용이하고, 부유부재를 이동시켜 유속의 속도를 조절할 수 있어 장비 사용의 편의성이 증가되는 효과가 있다.

또한, 부유부재에 설치되는 헬리컬 터빈의 교체가 용이하게 이루어져 다양한 형태를 갖는 헬리컬 터빈의 성능실험을 신속하고 쉽게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 헬리컬 터빈 실험장치를 도시한 평면도이고, 도 4 내지 도 6은 헬리컬터빈이 장착되는 과정을 도시한 상태도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치는 수면 위로 부유된 상태를 유지하는 부유부재(10)와, 상기 부유부재(10)에 설치되며 상단지지부재(30)와 하단지지부재(40)에 의해 지지되는 기둥부재(20)와, 상기 기둥부재(20)에 끼워지고 수면 아래로 잠기도록 설치되는 헬리컬 터빈(50)으로 이루어진다.

부유부재(10)는 수면 위에 뜬 상태를 유지하는 부유물질로 이루어지고 중앙영역에 관통공(11)이 형성된다. 부유부재(10)를 해저면이나 주변 구조물에 고정시 키거나 배에 연결할 수 있도록 계류라인(12)이 설치된다. 계류라인(12)은 네 모서리부에 형성되는 것이 바람직하다.

기둥부재(20)는 헬리컬 터빈(50)이 끼워지는 기둥 형상으로 이루어지고 일측은 수면 아래로 잠긴 상태를 유지하고 타측 끝단은 관통공(11)을 관통하여 부유부재(10) 상단으로 돌출된 상태를 유지한다. 기둥부재(20)의 타측 끝단부에는 직각 방향으로 절곡이 가능하도록 힌지 결합된 절곡부(21)가 형성된다.

하단지지부재(40)는 기둥부재(20)를 따라 해저면을 향해 돌출된 하단연장축(41)과 하단연장축(41)을 서로 연결하며 중간부에 상기 기둥부재(20)의 일측 끝단이 지지되는 하단지지축(42)으로 이루어진다. 하단지지축(42)에는 상기 기둥부재(20)가 고정된 상태를 유지하는 구조로 이루어지거나 회전가능하게 지지되는 구조로 이루어질 수 있다.

상단지지부재(30)는 기둥부재(20)를 따라 부유부재(10) 상단을 향해 돌출된 상단연장축(31)과, 상단연장축(31)의 상측 끝단에 설치되어 기둥부재(20)의 타측 끝단을 지지하는 제1상단지지축(32)과 상단연장축(31)의 하측 끝단에 설치되어 기둥부재(20)의 중간부를 지지하는 제2상단지지축(33)로 이루어진다. 제2상단지지축(33)은 조립 및 분해가 가능하도록 반으로 절개된 형상으로 이루어지고, 중심부에는 기둥부재(20)를 고정할 수 있도록 반원형상으로 요입된 지지홈(33a)이 각각 형성되며 양 끝단은 상단연장축(31)에 탈부착 가능하게 장착된다. 제1상단지지축(32)과 제2상단지지축(33)은 하단지지축(42)과 마찬가지로 기둥부재(20)가 고정된 상태를 유지하는 구조로 이루어지거나 회전가능하게 지지되는 구조로 이루어질 수 있다.

헬리컬 터빈(50)은 기둥부재(20)가 끼워질 수 있도록 삽입공(51a)이 형성된 관 형상으로 이루어진 샤프트(51)와, 샤프트(51)에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 이루어 돌출되는 다수개의 지지부재(52)와, 지지부재(52)의 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 샤프트(51)의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 블레이드(53)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬터빈 실험장치는 헬리컬 터빈을 설치하고자 하는 경우에는 우선 도 4에 도시된 바와 같이 절곡부(21)를 직각방향으로 절곡시킨 후, 헬리컬 터빈(50)의 샤프트(51)에 형성된 삽입공(51a)에 절곡부(21)를 끼운다.

그 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이 절곡부(21)를 세우고 절곡부(21)의 끝단을 제1상단지지축(32)을 장착하여 고정한 후에 기둥부재(20)를 지지하던 제2상단지지축(33)을 제거한다.

제2상단지지축(33)을 제거한 후에 도 6에 도시된 바와 같이 헬리컬 터빈(50)은 하단 방향으로 이동시켜 수면 아래로 입수시킨다. 헬리컬 터빈(50)의 이동이 완료되면 다시 제2상단지지축(33)을 장착하여 기둥부재(20)를 지지한다.

상기와 같이 설치가 완료된 헬리컬 터빈 실험장치는 사용자가 원하는 장소로의 이동과 설치가 용이한 특징이 있다. 그리고 경우에 따라서 헬리컬 터빈에 작용되는 유속을 임의로 상승시키기고자 하는 경우에는 계류라인(12)을 배에 연결하여 부유부재(10)를 빠른 속도로 이동시킨다. 즉, 부유부재(10)의 이동속도가 증가되면 상대적으로 헬리컬 터빈(50)에 작용되는 유속이 증가하게 되므로 부유부재(10)의 이동속도를 조절하여 원하는 유속에서 헬리컬 터빈(50)의 성능 시험이 가능하게 되는 것이다.

마찬가지로 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치는 도 7에 도시된 바와 같이 부유부재(10)의 저면측에 추진력을 발생시키는 프로펠러(60)를 장착한다. 프로펠러(60)가 작동되면 유체의 흐름을 강제적으로 발생시켜 헬리컬 터빈(50)에 작용되는 유속을 자유롭게 조절할 수 있게 된다.

상기와 같이 부유부재(10)가 정지된 상태에서 프로펠러(60)를 작동시켜 유속을 강제적으로 증가시킬 수도 있지만, 부유부재(10)를 고정하던 계류라인(12)을 해지하고 프로펠러(60)를 작동시키면 부유부재(10)가 이동되면서 상대적으로 헬리컬 터빈(50)에 작용되는 해수의 속도를 향상시키는 방법을 사용할 수도 있다.

그 외의 구조 및 작동은 본 발명의 바람직한 제1 실시예와 동일하다.

이와 같이 본 발명에 의한 헬리컬 터빈 실험장치는 헬리컬 터빈(50)의 설치 및 분해가 용이하고, 부유부재(10)의 이동이 용이한 특징이 있다.

또한 헬리컬 터빈(50)에 작용되는 유속을 자유롭게 조절하는 것이 가능하므로 다양한 환경에서 헬리컬 터빈의 성능 실험이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1은 종래 구조의 헬리컬 터빈을 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치를 도시한 단면도,

도 3은 헬리컬 터빈 실험장치를 도시한 평면도,

도 4 내지 도 6은 헬리컬터빈이 장착되는 과정을 도시한 상태도로서,

도 4는 절곡부에 헬리컬 터빈이 장착된 상태를 도시한 상태도,

도 5는 절곡부가 세워진 상태를 도시한 상태도,

도 6은 헬리컬 터빈이 수면 아래로 설치된 상태를 도시한 상태도,

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 헬리컬 터빈 실험장치를 도시한 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

10 : 부유부재 20 : 기둥부재

30 : 상단지지부재 40 : 하단지지부재

50 : 헬리컬 터빈

Claims (6)

1. 수면 위로 부유된 상태를 유지하고 중앙영역에 관통공이 형성된 부유부재;

   상기 부유부재의 저면에 형성되어 수면 아래로 연장된 하단지지부재;

   상기 하단지지부재에 일측 끝단이 지지되고, 타측 끝단부에는 직각 방향으로 절곡이 가능하도록 힌지 결합된 절곡부를 구비하는 기둥부재;

   상기 부유부재의 상면에 형성되어 상기 기둥부재의 타측 끝단부를 지지하는 상단지지부재; 및

   상기 기둥부재에 교체 가능하게 장착되며, 상기 수면 아래 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전운동을 하는 헬리컬 터빈;을 포함하되,

   상기 헬리컬 터빈은,

   상기 하단지지부재에 대응하는 위치에 상기 기둥부재에 고정되어 상기 수면 아래에서 회전운동에 대해 실험되는 제1 헬리컬 터빈과, 상기 부유부재의 상단면에 보관되며 상기 제1 헬리컬 터빈의 실험이 종료된 이후에 상기 제1 헬리컬 터빈과 교체되어 회전운동에 대한 실험이 실시될 제2 헬리컬 터빈으로 구성되되,

   실험이 종료된 상기 제1 헬리컬 터빈은, 상기 제2 헬리컬 터빈으로 교체될 수 있도록, 상기 하단지지부재에 대응하는 위치에서 상기 상단지지부재에 대응하는 위치로 상기 기둥부재를 따라 슬라이딩되고, 상기 상단지지부재에 대응하는 위치로 이동된 이후 절곡된 상기 절곡부를 따라 상기 부유부재의 상단면으로 인출되는 것을 특징으로 하는,

   헬리컬 터빈 실험장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상단지지부재는,

   상기 기둥부재의 타측 끝단을 지지하는 제1상단지지축; 및

   상기 기둥부재의 중간부를 지지하며 조립 및 분해가 가능하도록 중심을 따라 절개되고 중심부에는 상기 기둥부재를 고정할 수 있도록 각각 반원형상으로 요입된 지지홈이 형성된 제2상단지지축;을 포함하는 것을 특징으로 하는,

   헬리컬 터빈 실험장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 부유부재에는, 상기 부유부재의 이동시켜 상대적으로 해류의 유속을 상승시킬 수 있도록, 추진력을 발생시키는 프로펠러가 장착되는 것을 특징으로 하는,

   헬리컬 터빈 실험장치.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,

   상기 부유부재에는, 상기 부유부재가 흘러가지 않도록 해저면에 고정시키거나 배에 연결하여 이동시킬 수 있도록, 적어도 하나의 계류라인이 설치되는 것을 특징으로 하는,

   헬리컬 터빈 실험장치.
6. 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 헬리컬 터빈은,

   상기 기둥부재에 회전가능하게 끼워질 수 있도록 삽입공이 형성된 관 형상으로 이루어진 샤프트;

   상기 샤프트에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 돌출되는 다수개의 지지부재; 및

   상기 지지부재의 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 상기 샤프트의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   헬리컬 터빈 실험장치.

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