KR101078312B1 - 배관을 흐르는 유체를 이용한 동력발생장치 및 이를 이용한 발전 장치 - Google Patents

Abstract

배관과 이 배관 내에 설치되며, 배관 내를 흐르는 유체에 의해 회전되는 회전장치를 구비하는 동력발생장치와 이 동력발생장치에 전기자와 계자를 추가하여 여 이루어지는 발전장치가 개시된다. 회전장치를 이루는 회전체는 배관 방향과 마주보는 방향으로 설치된 원판과, 이 원판에 원주상으로 복수 개가 배열되는 핀(fin)을 구비하며, 핀은 배관 방향과 동일한 길이 방향과 배관 중심에서 배관 벽을 향하는 방사 방향과 전체적으로 볼 때 경사를 이루는 폭방향을 가지는 면상구조를 가진다. 회전장치 설치부는 회전체와의 사이에 공간을 가져, 배관 일측에서 회전체의 열린부분을 통해 내부 공간으로 유입되어 핀들 사이로 회전체 밖으로 유출된 유체가 배관의 타측으로 흐르도록 이루어진다. 인접한 복수개의 회전체에서 서로 대향된 두 원판에 전기자와 계자를 설치하여 발전장치를 구성하고, 두 회전체의 회전방향을 반대가 되도록 핀의 형성방향을 조절할 수 있다.
따라서, 배관의 형태와 회전장치의 형태를 통해 배관 내부에 설치되는 회전장치의 유체압 이용 효율을 높일 수 있고, 동력발생장치 및 이를 이용한 발전 장치의 효율을 높일 수 있다.

Description

배관을 흐르는 유체를 이용한 동력발생장치 및 이를 이용한 발전 장치{apparatus for power generation using flowing fluid in piping and elelctric power generator using the same}

본 발명은 동력발생장치 구조 및 이를 이용한 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관을 흐르는 유체를 이용하여 가동되는 동력발생장치 및 발전 장치의 구조에 관한 것이다.

유체의 흐름 혹은 유체의 압력을 이용하여 기계적인 움직임을 만드는 장치로는 풍차나 수차와 같은 동력발생장치가 있고, 이들 회전 장치의 움직임은 발전기에 연결되어 발전에 이용될 수 있다.

이렇게 발전 등에 이용되는 동력발생장치의 구조에 대해서는 기존에 많은 유형이 알려져 있다.

풍차는 공기의 흐름 즉 바람에 의해 회전력을 발생시키는 장치의 일반적 명칭으로 풍력 터어빈 등으로 지칭될 수 있다. 공기의 흐름은 위치에 따라 공기의 압력의 차이가 생겨 발생하는 것으로 풍차는 공압을 이용한 회전장치, 즉, 공압 회전장치라고 할 수 있다.

풍차는 크게 회전 가능하게 고정된 축부분과 축 주변에 바람을 잘 받도록 형성된 날개 혹은 핀(fin: 이하 날개와 핀은 서로 혼용하여 사용하기로 함) 부분을 구비하여 이루어진다. 풍차의 날개는 대개 크고 형태를 잘 유지하게 만들 수 있도록 가볍고 강한 재질을 사용할 필요가 있고, 동시에 전체 무게를 가볍게 하기 위해 얇은 두께를 가지도록 한다. 또한, 날개가 공기의 흐름 가운데 있으면 바람을 잘 받을 수 있도록 날개면은 얇고 넓게 만들어진다. 그러나, 매우 강한 바람에 의해 풍차가 훼손될 수 있으므로 최대 한계치를 고려하여 날개 면의 넓이와 두께등이 제한될 필요가 있다.

풍력 발전에 많이 사용되는 수평축 풍차를 예로 들면, 날개면은 바람이 불어오는 정면을 기준으로 할 때 전체적으로는 정면을 향하지만 정확하게는 정면에 대해 다소 틀어진 사면 혹은 뒤틀림면을 이루게 된다. 따라서, 날개가 바람을 받으면 공기가 날개의 면을 따라 미끄러지면서 공기 흐름의 방향을 바꾸어 측방향 성분을 가지도록 한다. 그리고 그 반작용으로 날개는 그 측방향과 반대편으로 이동하게 되고 이러한 이동이 날개를 날개가 붙어있는 축을 중심으로 회전하도록 한다.

이러한 통상의 풍차는 대기중에 노출되어 바람을 받아 회전하도록 이루어지나, 특정한 상황, 특정한 주변 구조에서는 바람의 방향이나 바람의 패턴이 정하여져 그에 적합한 구조의 풍차를 제작할 필요가 있다.

가령, 배관 내의 공기 흐름 혹은 공압을 이용하는 풍차의 경우, 배관의 직경에는 제한이 있고, 배관에 풍차를 설치하는 것도 그 구조가 번거로울 수 있으므로 배관 내의 공기 흐름을 충분히 이용할 수 있도록 기존의 구조와 구조를 달리하는 풍차 구조가 필요하게 된다.

또한, 유체 내에서도 물과 같은 액체는 공기와 특성의 차이가 있으므로 팬(fan)의 형태와 구조는 달라질 수 있지만 이러한 풍차에 대한 논의는 수차에 있어서도 마찬가지로 적용될 수 있을 것이다.

본 발명은 배관에 흐르는 유체를 이용하여 동력을 인출함에 있어서 유체 흐름 혹은 유체 압력을 기계적 동작으로 변환시키는 효율을 높일 수 있는 동력발생장치 및 이러한 동력발생장치를 구비한 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 회전체와 이 회전체 주위 배관을 포함하며, 배관 내를 흐르는 유체의 흐름을 적절히 이용하면서 그 내부에 설치되어 회전력을 얻어내는 효율을 높일 수 있는 구조를 가지는 동력발생장치 및 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 배관내의 유체 흐름을 이용할 수 있도록 통상의 배관에 비해 배관 자체의 구성을 변화시키고, 이런 변화된 구성의 배관에 설치하기에 적절한 구조를 가지는 동력발생장치 및 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 동력발생장치는 배관과 이 배관 내에 설치되며, 배관 내를 흐르는 유체에 의해 회전되는 회전장치를 구비하여 이루어진다.

본 발명에 의하면, 배관은 유체가 흐르는 순서 및 회전장치의 설치 위치를 기준으로 전방 배관, 회전장치 설치부, 후방 배관으로 구분될 수 있고, 회전장치 설치부는 전, 후단은 각각 전방 배관과 후방 배관에 연결된다.

본 발명에서 회전장치를 이루는 회전체는 상기 배관 방향과 마주보는 방향으로 설치된 원판과, 이 원판에 원주상으로 복수 개가 배열되는 핀(fin)을 구비하며, 상기 핀은 배관 방향과 동일한 길이 방향과 배관 중심에서 배관 벽을 향하는 방사 방향과 전체적으로 볼 때 경사를 이루는 폭방향을 가지는 면상구조체일 수 있다.

본 발명에서 회전장치 설치부는 회전체(특히 핀)와의 사이에 공간을 가져, 배관 일측에서 회전체 내부 공간으로 유입되어 핀들 사이로 회전체 밖으로 유출된 유체가 배관의 타측(후방 배관이나 전방 배관)으로 흐르도록 이루어진다.

본 발명에서, 회전장치는 회전체쌍으로 설치될 수 있다. 이 회전체쌍은 외측 회전체와 외측 회전체 내측에 있는 내측 회전체를 구비하며, 외측 회전체의 핀과 내측 회전체의 핀은 방사 방향을 기준으로 서로 반대편으로 경사지게 설계되어 외측 회전체가 가령, 시계방향으로 회전할 때 내측 회전체는 반시계방향으로 회전하도록 이루어진다.

회전체는 배관 방향으로 이격된 두 원판 사이에 복수의 핀을 원주방향으로 배열하여 이루어지고, 두 원판 가운데 하나에는 배관을 흐르는 유체가 회전체 내로 유입되거나 혹은 회전체에서 배출되도록 연결구가 형성되어 이루어질 수 있다. 혹은 하나의 원판과 복수의 핀으로만 이루어지고, 연결구가 형성된 원판이 없이 이루어질 수도 있다.

또한 회전장치는 배관 방향으로 개별 회전체나 회전체쌍이 회전장치 설치부에 직렬로 두 개 혹은 그 이상의 복수 개가 배치될 수 있다. 배관 방향으로 개별 회전체가 직렬로 두 개 설치된 경우, 전방 배관에는 전방측 회전체의 열린부분이 맞추어지도록 하고 후방 배관에는 후방측 회전체의 열린부분이 맞추어지도록 한다. 이때, 열린부분은 연결구가 형성된 원판이나, 핀의 길이 방향 양쪽 가운데 한쪽에만 원판이 설치되도록 형성된 회전체에서는 회전체에서 원판이 설치되지 않은 쪽과 같이 이를 통해 배관을 흐르는 유체가 회전체 내부 공간으로 유입되거나 내부 공간에서 유출되는 부분을 의미한다.

그러면, 전방 배관에서 전방측 회전체의 열린부분으로 전방측 회전체 내로 유입된 유체는 전방측 회전체의 핀 사이로 빠져나가면서 전방측 회전체를 돌리고, 유체는 배럴형의 회전장치 설치부의 내벽을 따라 벽체측에서 중심쪽으로 유도되어 후방측 회전체의 핀 사이로 유입되면서 핀에 압력을 가하여 후방측 회전체를 전방측 회전체와 반대 방향으로 회전시키고, 후방측 회전체 내로 유입된 유체는 후방측 회전체의 열린부분을 통해 후방 배관으로 흐르게 된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발전장치는 이상의 본 발명의 동력발생장치 구성에 전기자와 계자가 더 구비되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 발전장치에서, 동력발생장치의 회전체에는 전기자와 계자 가운데 적어도 하나가 설치되도록 한다. 이때, 회전체의 열린부분과 반대편의 원판의 원판면에 전기자와 계자 가운데 하나가 설치되면, 나머지 하나는 인접한 다른 회전체의 원판의 원판면에 설치되거나, 회전체를 배관 내에서 회전 가능하게 지지하는 회전중심축에 고정된 별도의 원판의 원판면에 설치될 수도 있다.

회전체의 핀이나 원판의 원주 부분에 자석들을 배관 벽체를 면하도록 배열하여 계자가 설치된다면 배관벽체에는 코일을 자석과 면하도록 설치하고 결선하여 전기자를 설치할 수도 있다. 전기자와 계자의 위치를 서로 바꾸는 것도 가능하며, 회전장치의 설치부가 밴튜리 구조를 형성할 때 벽체에 설치되는 계자 혹은 전기자는 이 목부를 이루는 부분에 상하 배관 벽체에 비해 돌출되게 형성될 수 있다.

본 발명 발전장치에서 동력발생장치가 회전체쌍을 이루는 경우, 회전체쌍을 이루는 외부 회전체의 열린부분과 반대편인 닫힌 원판면에는 전기자가 설치되고, 내부 회전체의 닫힌 원판면에는 계자가 설치되어(반대 구성도 가능함), 계자와 전기자의 상대적인 이동에 따라 전기자에는 기전력이 유기될 수 있다. 특히, 외부 회전체와 내부 회전체의 회전 방향이 서로 반대되는 경우, 계자와 전기자의 상대적 회전속도를 높여 기전력을 증가시킬 수 있으므로 유리하다.

복수의 회전체쌍이 배관 방향으로 직렬로 배치되는 경우에는, 가령, 전방측 회전체쌍의 내측 회전체의 닫힌 원판면, 전방측 회전체쌍의 외측 회전체의 닫힌 원판면, 후방측 회전체쌍의 외측 회전체의 닫힌 원판면, 후방측 회전체쌍의 내측 회전체의 닫힌 원판면에 계자와 전기자가 번갈아가면서 혹은 대칭적으로 설치되어 회전체가 각각 회전하면서 전기자에는 기전력이 유기되도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면 유체가 흐르는 배관 내에 유체압을 이용한 회전장치를 설치함으로써 배관 내의 유체 흐름을 적절히 이용할 수 있고, 배관의 형태와 회전장치의 형태를 통해 배관 내부에 설치되는 회전장치의 유체압 이용 효율을 높일 수 있으므로, 배관이라는 특정한 환경에서 동력발생장치 및 이를 이용한 발전 장치의 효율을 높일 수 있다.

도 1 은 본 발명 동력발생장치의 회전장치 구성에 사용될 수 있는 회전체 형태를 나타내는 사시도,
도2는 도1의 회전체를 배관에 설치하여 이루어지는 본 발명의 동력발생장치의 하나의 실시예를 나타내는 정단면도,
도3은 본 발명 발전장치의 일 실시예를 이루는 회전체의 원판면에 전기자와 계자가 설치된 형태를 나타내는 사시도,
도4 및 도5는 본 발명 동력발생장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도 및 정단면도,
도6은 본 발명 동력발생장치의 또 다른 실시예에서 공기 흐름을 유도하는 유도체와 유도핀이 설치된 형태를 나타내는 사시도,
도7은 본 발명 발전장치의 다른 한 실시예에서 전기자와 계자가 설치된 형태를 나타내는 사시도,
도8은 본 발명 발전장치의 또 다른 실시예에서 배관을 제거한 상태로 정면쪽에서 바라본 사시도,
도9는 도8의 발전장치를 이루는 회전장치를 나타내는 사시도이다.
도10은 상하 두 회전체쌍의 일체로 형성된 외측 회전체를 나타내는 사시도,
도11은 도 10의 외측회전체와 조합되어 상하 두 회전체쌍을 이루는 두 내측 회전체를 나타내는 사시도,
도12는 본 발명 발전장치의 또 다른 실시예에서 배관을 제거한 상태로 정면쪽에서 바라본 사시도이다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명 동력발생장치의 회전장치 구성에 사용될 수 있는 회전체 형태를 나타내는 사시도이다.

배관 길이 방향과 같은 방향의 가상의 회전중심축을 가지는 회전체(100)는 배관의 길이 방향으로 서로 이격되면서 이 방향과 수직한 2개의 원판(10A, 10B)을 구비하고, 이들 원판(10A, 10B) 사이에 복수 개의 핀(22)이 원판의 원주를 따라 배열된다. 핀(22)의 면은 대략 직사각형 형태로 이루어지며, 곡면이나 평면을 포함할 수 있다. 배관 길이 방향과 핀(22)의 길이 방향을 같게 할 때, 핀(22)의 길이 방향 양단이 2개의 원판(10A, 10B)에 각각 고정된다. 핀(22)의 폭 방향은 대략 원판면에서 중심과 원주를 잇는 방사 방향에서 어느 정도 틀어져 방사 방향과의 사이에 각도를 가진다. 이때, 복수 개의 핀은 모두 같은 방향으로 틀어져 있다.

핀(22)은 폭방향으로 직선을 이룰 수도 있지만 바람을 받아 회전하는 효율을 높이기 위해 중심에서 외측으로 갈수록 그 위치에서의 접선 방향이 방사 방향과 이루는 각도가 커지도록 이루어진 곡선일 수 있다.

2개의 원판(10A, 10B) 가운데 하나(10B)는 배관으로부터 두 원판과 핀(fin)들로 둘러싸인 공간으로 공기(유체)를 유입시키기 위해 혹은 이 공간으로부터 공기를 배출시키기 위해 연결구(15)를 가진다.

도2는 도1의 회전체를 배관에 설치한 본 발명 동력발생장치의 하나의 실시예를 나타내는 정단면도이다.

배관은 유체의 흐르는 순서와 회전장치의 설치 위치를 기준으로 전방 배관(210), 회전장치 설치부(220), 회전장치 설치부 후방의 후방 배관으로 구분될 수 있다. 회전장치 설치부에서 전방 부분(도면에서는 하부)에 2개의 회전체가 회전체쌍을 이루는 회전장치가 설치되어 있다. 여기서 회전체쌍은 내측 회전체와 내측 회전체를 전체적으로 둘러싸도록 형성된 외측 회전체로 이루어지나, 내, 외측으로 회전체쌍을 이루는 회전체는 3개 이상이 될 수도 있다. 각각의 회전체는 도1의 회전체 구조와 같은 구조를 가지지만 핀의 폭방향이 원판면에서의 방사 방향과 이루는 각도가 서로 다르며, 가령, 핀의 폭방향이 방사 방향을 기준으로 서로 반대가 될 수 있다.

전방 배관(210)의 내측면 상단은 관경이 줄어들어 목부를 형성한다. 이 목부의 크기는 내측 회전체에 있는 전방측 원판(10B)의 최외곽 원주나 전방측 원판(10B)의 연결구(15)의 크기에 맞추어진다. 전방 배관(210) 후단은 회전장치 설치부(220) 전단(전부)과 이어진다. 회전장치 설치부(220)는 가운데 부분이 불룩하여 단면도 상에서 바깥쪽으로 볼록한 곡선을 형성하는 배럴 형태로 후단(후부)은 후방 배관과 연결된다.

따라서, 전방 배관(210)을 따라 상향하던 공기는 전방 배관(210) 후단에서 목부에 의해 중심으로 집속된 뒤 내측 회전체의 전방측 원판(10B)에 형성된 연결구(15)를 통해 내측 회전체 내부 공간에 유입되고, 전방측 원판(10B)과 후방측 원판(10A) 사이에 원주 방향으로 배열된 핀(22) 사이의 틈을 통해 배관 중심에서 외측(벽체쪽)으로 빠져나간다. 그 과정에서 공기는 내측 회전체의 핀에 작용하여 내측 회전체를 회전시키고, 다음으로 외측 회전체의 후방측 원판(310A)과 전방측 원판(310B) 사이에 설치된 핀에 작용하여 외측 회전체를 회전시킨다. 이때, 외측 회전체의 핀의 폭방향을 조절하여 내측 회전체의 회전 방향과 외측 회전체의 회전 방향이 서로 반대가 되도록 할 수 한다.

외측 회전체의 외측이면서 회전장치 설치부(220)의 벽체 내측인 사이 공간으로 빠져나온 공기는 이번에는 회전장치 설치부(220)의 벽체를 따라 위로 흐르면서 후방 배관을 통해 배출된다.

외측 회전체의 후방측 원판(310A)과 내측 회전체의 후방측 원판(10A)의 중심에는 미도시된 베어링이 설치되어 회전장치 중심축(147)과 회전 가능하게 고정되어 있다. 회전중심축(147)은 전, 후단이 전방 배관 및 후방 배관에 설치된 지지대(336)에 의해 지지된다.

도3은 본 발명의 발전장치를 형성하기 위해 도2와 유사한 동력발생장치에 전기자와 계자가 설치되는 구성의 예를 나타낸다. 즉, 도2의 내측 회전체의 상부 원판(10A)에는 도시된 것과 같이 계자가 설치될 수 있다. 계자는 부채꼴로 나뉘어져 극성을 번갈아 가면서 원주 방향으로 원판에 고정 설치된 자석(103)들로 이루어진다. (여기서는 기존의 원판면에 전자석을 붙이는 것이나, 전자석이 부착되어 비로소 원판을 구성하는 경우도 포함된다) 계자는 전자석에 의해 이루어질 수도 있지만 영구자석으로 이루어지는 것이 구조상 간편하다. 외측 회전체의 상부 원판(310A)에는 전기자가 설치된다. 전기자는 부채꼴로 감긴 다수의 코일(305)을 서로 결선하여 이루어질 수 있다. 가령, 3상 유도 발전기의 경우, 결선 방법으로 Y형 스타 결선, Δ결선 등을 사용할 수 있다. 원판은 전기자와 계자의 설치위치에 따라 자성체 혹은 비자성체로 이루어질 수 있다. 통상적으로는 전기자와 계자 사이에는 자성체 원판이 개재되어 쉴드 역할을 하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

내측 회전체와 외측 회전체가 서로 반대 방향으로 회전하면 이들의 후방측 원판에서 서로 인접하여 있는 계자와 전기자는 서로간에 상대적으로 더 높은 회전 속도를 가지고 회전하게 되므로 전기자에는 더 높은 기전력이 발생된다.

3상 유도 발전의 경우, 전기자의 서로 다른 3 단자에 걸리는 기전력은 중심축(147)과 지지대(336)를 통해 외부로 인출될 수 있다. 가령, 도2에서는 도시되지 않지만, 중심축 내에는 동심축 상의 세 도전체 실린더 부분이 있어서 이들이 절연체에 의해 서로 이격되고, 지지대와 중심축이 서로 연결된 부분에서는 이들 세 도전체 부분이 단을 달리하면서 부분적으로 노출된다(가령, 제일 외측 도체 실린더가 제일 아래쪽에, 제일 내측 도체 실린더가 제일 위쪽에 중심축을 두르는 링 형태로 노출된다). 지지대에도 노출된 세 도전체 실린더 부분을 각각 슬라이드 가능하게 감싸는 3개의 링과 이들 링에 연결되며 서로 절연된 세 도선이 있다. 세 도선은 배관 외부의 3개의 접속 단자와 각각 연결된다.

전기자의 3 단자(도3의 305)와 중심축을 연결하면서 전기자와 함께 회전하는 브릿지 막대가 있다면 브릿지 막대와 중심축의 세 도전체 실린더 부분도 중심축과 지지대가 만나는 형태와 동일한 방식으로 연결될 수 있다. 이로써 전기자의 3 단자에 인가되는 기전력은 브릿지, 3 도전체 실린더, 지지대, 외부 단자의 순서로 외부로 인출될 수 있다.

단순한 직류 발전의 경우, 전기자의 두 단자에 걸리는 기전력은 중심축에 설치된 두 도체 부분과 중심축이 지지대와 연결된 부분에 설치된 브러쉬 구조를 통해 외부 단자로 인가될 수 있다.

이상과 같이 전기자의 각 단자의 전압을 외부로 인출하는 인출구조는 주로 중심축의 구조와 지지대의 구조를 이용하여 이루어질 수 있지만 이상의 실시예는 본원 발명의 구성을 제한하는 것이 아니며, 별도의 인출구조를 가질 수도 있다. 이러한 발전기의 단자 전압의 인출 구조는 기존의 발전 구조에서 다양하게 이루어지고 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도4 및 도5는 본 발명 동력발생장치의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도 및 정단면도이다.

이 실시예에서도 도2의 실시예와 유사하게 회전체쌍을 회전장치 구성에 사용한다. 단, 도2와 달리 회전체쌍 2개가 사용되어 도1과 같은 회전체는 모두 4개가 설치된다. 즉, 전방측 회전체쌍의 내측 회전체(100)와 전방측 회전체쌍의 외측 회전체(300), 후방측 회전체쌍의 외측 회전체(200), 후방측 회전체상의 내측 회전체(400)가 설치된다. 회전체쌍은 두 개가 연속하여 배관 방향으로 설치되고, 회전체쌍을 통과하는 공기(유체)의 흐름은 후방측 회전체쌍에서는 외측에서 내측으로, 전방측 회전체 쌍에서는 내측에서 외측으로 이루어지나, 그 반대로도 이루어질 수 있다.

4개의 회전체는 도시되지 않지만 도2의 것과 같은 공통의 회전중심축에 두 개의 구성 원판 가운데 하나가 회전가능하게 고정되어 그 위치를 지키면서 회전할 수 있게 이루어진다. 회전중심축의 전, 후단은 역시 도2의 것과 같은 지지체에 의해 고정, 지지될 수 있다.

이하 도2의 실시예와 비교할 때 차이가 나는 부분을 중심으로 좀 더 설명하면, 배관은 회전체 설치 위치를 기준으로 전방 배관(210), 회전장치 설치부(220), 후방 배관(230)으로 구분되고, 전방 배관 상단과 유사하게 후방 배관(230)의 하단은 관경이 줄어들어 목부를 형성한다. 이 목부의 크기는 후방측 회전체쌍의 내측 회전체(400)에 있는 후방측 원판의 최외곽 원주나 후방측 원판의 연결구(15)의 크기에 맞추어져 있다. 결국, 회전체 및 상, 하부 배관은 회전장치 설치부(220)의 중간부분에서의 종단면을 기준으로 상하가 대칭적으로 설치된다고 볼 수 있다. (혹은, 상기 두 개의 회전체쌍은 중간의 경계면을 기준으로 상기 경계면에 대칭적으로 설치되어, 일측 회전체쌍의 회전체의 연결구가 전방 배관과 통하면 다른 일측 회전체쌍의 회전체의 연결구는 후방 배관과 통하도록 이루어진다.)

따라서, 도2의 실시예에서는 전방측 회전체상의 외측 회전체의 핀 사이를 빠져나가 회전장치 설치부 벽체 및 후방 배관을 따라 직접 위쪽으로 이동하던 공기가 도3의 실시예에서는 회전장치 설치부(220)의 벽체를 따라 위로 흐르면서 방향이 반전되어 이번에는 후방측 회전체쌍에서 동심축상에 겹쳐 설치된 두 회전체의 내부 공간으로 유입된다. 이때, 공기는 각 회전체의 날개 틈새를 통해 유입된다. 후방측 회전체쌍도 전방측 회전체쌍 같은 형태의 설치 구조를 가지므로 공기가 흐르는 과정에서 유사한 방법으로 후방측 회전체상의 외측 회전체가 반시계 방향으로 회전하면 그 내측 회전체는 시계방향으로 회전하게 된다. 그리고, 후방측 회전체쌍의 내측 공간으로 유입된 공기는 후방측 회전체쌍의 내측 회전체의 후방측 원판면에 뚫린 구멍(연결구)을 통해 후방 배관으로 흘러나가게 된다.

전방측 회전체쌍에서 후방측 회전체쌍으로 기류의 흐름을 유도하기 위해 이들 사이의 해당 부분에는 기류 유도를 위해 도6의 것과 같은 유도핀(223)이 더 설치될 수도 있다. 각각의 회전체쌍에서 내측 회전체에는 홀을 통해 내부로 유입된 유체가 회전체의 핀을 향하여 이동하도록 유도하는 꼬깔형태의 유도체(13)가 더 설치될 수도 있다. 도시된 굵은 화살표는 모두 배관과 회전체 내외부 공간으로 흐르는 공기의 흐름 방향을 도시하고 있다.

두 회전체쌍이 배관 방향으로 직렬로 배치되는 경우에는, 본 발명의 발전장치를 이루기 위해, 가령, 전방측 회전체쌍의 내측 회전체의 후방측 원판, 그 외측 회전체의 후방측 원판, 후방측 회전체쌍의 외측 회전체의 전방측 원판, 그 내측 회전체의 전방측 원판 순으로 올라가면서 도 7과 같이 자석((103)들로 이루어진 계자와 코일(306)들이 결속된 전기자가 번갈아가면서 설치되거나(여기서는 코일과 자석이 보이도록 하기 위해 회전체의 원판은 제거된 상태로 도시하고 있으며, 제일 상층의 코일은 자석에 가려 보이지 않는 것으로 도시됨), 혹은 전기자 - 계자 - 계자 - 전기자와 같이 상하 대칭적으로 설치된다. 따라서, 회전체가 각각 회전하면서 여기에 설치된 전기자에는 기전력이 유기되도록 할 수 있다.

여기서도 각각의 회전체쌍에서 두 회전체 홀을 가지지 않는 인접한 원판(310A, 10A)에 도3와 같이 자계형성용 자석(103)과, 이 자석과 상대적으로 이동하는 코일(305)을 설치한다. 코일은 서로 마주보는 2개씩 연결되어 3개의 코일쌍을 형성하고, 각 코일쌍의 한 단자는 서로 접속되며(스타결선의 경우), 각 코일쌍의 다른 단자(306)는 외부 단자와 연결되도록 접속된다. 인접한 두 원판면이 서로 반대 방향으로 회전하게 되면 코일과 자석의 상호 움직임에 의해 전기자의 코일(305)에는 기전력이 발생하고, 코일의 단자를 앞서의 실시예에서 언급된 것과 같은 방법으로 외부 단자와 연결하면 외부 단자로 전류가 공급될 수 있다.

실시예에 따라서는 코일과 다르지만 전기가 흐르는 회로 일부를 구성하는 별도의 선로형성체가 원판(310A)에 구비될 수 있다. 인접한 두 원판이 상대적으로 반대방향으로 회전하면 선로 형성체와 전계 형성체 상대 속도를 높여 기전력을 향상시킬 수 있다. 선로 형성체에는 브러시의 두 접점이 접속되고, 브러시는 배관 내에 설치되어 배관 외부로 기전력을 인출시키는 역할을 할 수도 있다. 기전력의 인출에는 앞서의 실시예에서 언급되는 회전중심축(147) 및 지지체(336), 베어링(338) 등의 구조물이 이용될 수 있다.

도8은 본 발명 발전장치의 또 다른 실시예에서 배관을 제거한 상태로 정면쪽에서 바라본 사시도이다.

배관 방향으로 모두 4개의 회전체쌍이 배열되어 있다. 상단 회전체쌍을 이루는 회전체의 상부 원판의 홀 또는 연결구는 상부 배관을 향하고 있으며, 하단 회전체쌍을 이루는 회전체의 하부 원판의 홀 또는 연결구는 하부 배관을 향하고 있다. 이들 회전체쌍의 각각의 내측 회전체에는 유체의 흐름을 유도하기 위한 꼬깔모자 형태의 유도체가 있다.

원판에는 전기자 혹은 계자가 설치되어 회전체가 회전하면 인접한 전기자와 계자는 서로 상대속도를 가지고 움직이게 되어 전기자에 기전력이 유기된다.

배관은 도시되지 않지만, 회전장치 설치부는 배관 내의 유체의 흐름을 적절히 유도하기 위해서 배관방향으로 단순히 가운데가 불룩한 배럴형태가 아니고, 이런 배럴형태 2개를 연속하여 붙인 형태가 적합하게 된다.

도9는 도8의 발전장치를 이루는 회전장치를 나타내는 사시도이다. 여기서, 회전체쌍을 이루는 외측 회전체는 도10과 같이, 상하 두 회전체쌍의 외측 회전체가 핀의 형성 방향을 서로 반대로한 상태로 일체로 형성되어 있으며, 도11과 같이, 상하 두 회전체쌍의 내측 회전체는 서로 핀의 형성 방향은 달리하지만 외측 회전체와 달리 분리되어 있다. 이런 경우에도 각 쌍의 내측 회전체와 외측 회전체는 서로 다른 방향으로 회전하게 되므로 전기자와 계자를 각각 설치하여 발전이 가능하게 된다.

도12는 본 발명 발전장치의 또 다른 실시예에서 배관을 제거한 상태로 정면쪽에서 바라본 사시도이다. 여기서는 도8의 실시예와 달리 상하로 배열된 회전체쌍 각각은 3개의 회전체로 이루어져 내측의 회전체를 중간 회전체, 외측 회전체가 차례로 감싸는 형태를 이룬다. 이들 회전체에는 상하 방향으로 전기자와 계자가 서로 중복되지 않도록 전기자와 계자가 번갈아 설치되어 있다.

이상의 실시예에서 사용된 회전장치는 각 회전체를 이루는 두 원판의 이격거리를 늘려 핀의 길이를 길게 함으로써 배관의 관경이 좁아 핀의 폭이 제한된 상태에서도 핀의 면적을 증가시킬 수 있으므로 비교적 핀에 작용하는 압력이 낮은 곳에서도 사용할 수 있다.

여기서는 회전장치에 직접 전기자와 계자가 설치되는 동력발생장치의 형태에 대해서 주로 설명하고 있으나, 이러한 회전장치에서 회전중심축에 기어나 풀리를 설치하고, 여기에 체인이나 벨트를 걸어 회전력을 외부로 인출하는 동력발생장치와, 그 회전력을 이용하여 발전기를 회전시킴으로써 발전을 하는 발전장치의 실시예도 생각할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한　것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

1. 배관과, 상기 배관 내에 설치되는 회전장치를 가지며,
   상기 배관을 상기 회전장치의 설치 위치 및 유체 흐름을 기준으로 전방 배관, 회전장치 설치부, 후방 배관으로 구분할 때, 상기 회전장치 설치부는 전, 후부는 각각 상기 전방 배관과 상기 후방 배관에 연결되며, 상기 회전장치와의 사이에 유체가 흐를 수 있는 공간을 가지고,
   상기 회전장치에 구비되는 회전체는 상기 배관 방향을 마주보며 설치되는 원판과, 상기 원판에 원주상으로 복수 개가 배열되는 핀(fin)을 구비하며,
   상기 핀은 상기 배관 방향과 동일한 길이 방향과, 상기 배관의 중심에서 배관벽체를 향하는 방사 방향과 경사를 이루는 폭방향을 가지는 면상구조를 가지는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전장치는 회전체쌍을 구비하며,
   상기 회전체쌍은 외측 회전체와 상기 외측 회전체 내측에 있는 내측 회전체를 구비하고,
   상기 외측 회전체의 핀과 상기 내측 회전체의 핀은 상기 방사 방향을 기준으로 서로 반대편으로 경사지게 이루어져 서로 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전체는 배관 방향으로 이격된 두 원판 사이에 복수의 핀을 원주방향으로 배열하여 이루어지고,
   상기 두 원판 가운데 하나에는 상기 배관을 흐르는 유체가 상기 회전체 내로 유입되거나 혹은 상기 회전체에서 배출되도록 하는 열린부분을 이루도록 연결구가 형성된 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 회전장치는 상기 회전체쌍 복수 개가 상기 배관 방향으로 배열되어 이루어지며,
   상기 복수 개의 회전체쌍은 중간의 경계면을 기준으로 상기 경계면에 대칭적으로 설치되어, 상기 배관을 흐르는 유체가 상기 회전체 내로 유입되거나 혹은 상기 회전체에서 배출되도록 하는 부분을 열린부분이라 할 때, 제일 전방의 회전체쌍의 회전체의 열린부분이 상기 전방 배관과 통하면 제일 후방의 회전체쌍의 회전체의 열린부분은 상기 후방 배관과 통하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
5. 배관과, 상기 배관 내에 설치되는 회전장치를 가지며,
   상기 배관을 상기 회전장치의 설치 위치 및 유체 흐름을 기준으로 전방 배관, 회전장치 설치부, 후방 배관으로 구분할 때, 상기 회전장치 설치부의 전, 후단은 각각 상기 전방 배관과 상기 후방 배관에 연결되며, 상기 회전장치와의 사이에 유체가 흐를 수 있는 공간을 가지고,
   상기 회전장치에 구비되는 회전체는 상기 배관 방향과 마주보는 원판과, 상기 원판에 원주상으로 복수 개가 배열되는 핀(fin)을 구비하며,
   상기 핀은 상기 배관 방향과 동일한 길이 방향과, 상기 배관의 중심에서 배관벽체를 향하는 방사 방향과 경사를 이루는 폭방향을 가지는 면상구조를 가지고,
   상기 회전체에는 전기자 혹은 계자가 구비되는 것을 특징으로 하는 발전장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 회전장치는 회전체쌍을 구비하며,
   상기 회전체쌍은 외측 회전체와 상기 외측 회전체 내측에 있는 내측 회전체를 구비하고,
   상기 외측 회전체의 핀과 상기 내측 회전체의 핀은 상기 방사 방향을 기준으로 서로 반대편으로 경사지게 이루어져 유체가 상기 배관을 흐를 때 서로 반대방향으로 회전하도록 이루어지며,
   상기 내측 회전체의 원판면에 전기자 및 계자 가운데 하나가 설치되면 대응되는 상기 외측 회전체의 원판면에는 전기자 및 계자 가운데 다른 하나가 설치되어 서로 대향되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 회전장치는 상기 회전체쌍 복수 개가 상기 배관 방향으로 배열되어 이루어지며,
   상기 복수 개의 회전체쌍은 중간의 경계면을 기준으로 상기 경계면에 대칭적으로 설치되어, 상기 배관을 흐르는 유체가 상기 회전체 내로 유입되거나 혹은 상기 회전체에서 배출되도록 하는 부분을 열린부분이라 할 때, 제일 전방의 회전체쌍의 회전체의 열린부분이 상기 전방 배관과 통하면 제일 후방의 회전체쌍의 회전체의 열린부분은 상기 후방 배관과 통하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 발전장치.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 원판의 원주부분이나 상기 핀 부분에 계자를 이루는 자석이 상기 배관의 벽면을 바라보도록 설치되고,
   상기 자석이 바라보는 배관의 벽면에는 코일을 설치하고 결선하여 이루어진 전기자가 구비되는 것을 특징으로 하는 발전장치.

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