KR101325675B1 - 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이싱의 배출구 측 끝단부에 흐름 안정화장치가 연장 형성됨으로써, 물의 흐름을 일측으로 안정화시켜 회전차의 회전력이 증가하고, 그로 인해 발전장치의 발전량이 증가하며, 동시에 횡류형 수류수차의 효율이 증가하고, 유량의 변화에 최대 발전할 수 있고, 종래의 반동수차에서 흔히 발생도는 공동현상이 발생되지 않아 회전차 날개의 부식 및 케이싱에서의 진동 발생이 없어 정숙한 운전이 가능하여 수차의 사용수명이 길어지며, 상기 회전차를 지나면서 물과 공기의 혼합이 이루어지므로 물에 산소함유량이 증가하여서 수질을 개선시켜 공해방지의 측면에서 효과가 있는 특징이 있다.

Description

흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차{Cross Flow Turbine Having Flow Stabilizing Device}

본 발명은 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이싱의 배출구 측 끝단부에 흐름 안정화장치가 연장 형성됨으로써, 물의 흐름을 일측으로 안정화시켜 회전차의 회전력이 증가하고, 그로 인해 발전장치의 발전량이 증가하며, 동시에 횡류형 수류수차의 효율이 증가하고, 유량의 변화에 최대 발전할 수 있고, 종래의 반동수차에서 흔히 발생도는 공동현상이 발생되지 않아 회전차 날개의 부식 및 케이싱에서의 진동 발생이 없어 정숙한 운전이 가능하여 수차의 사용수명이 길어지며, 상기 회전차를 지나면서 물과 공기의 혼합이 이루어지므로 물에 산소함유량이 증가하여서 수질을 개선시켜 공해방지의 측면에서 효과가 있는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차에 관한 것이다.

지금까지는 물을 이용하여 전기를 발전하는 장치는 댐에 저장된 물이 갖는 위치 에너지를 이용하는데 치중하였으나, 믈의 위치에너지를 확보하기 위한 자연의 입지가 제한되어 있고, 댐의 건설로 인한 환경오염의 문제가 부각되어 수력에너지를 확보하기가 어려운 실정이다.

종래에는 강이나 연안해류 또는 대양의 해류 등 유속이 발생되는 곳에서 발전의 목적으로 수차를 이용하였으나 유속이 작아 수차 날개에서 발생하는 토크가 미미하여 대규모의 발전을 못 하였으며 바람개비 타입의 발전기가 이용되었으나 날개와 조류에 의해 발생되는 회전력이 작아 조류가 완만하거나 유속이 적을 때에는 발전을 못 하여 발전 효율성이 저하되었다.

그런 문제점을 해소하기 위해 수류수차가 설치되는데, 종래의 수류수차는 유체의 흐름에 충격이 발생하고, 관성의 법칙에 의해 조류의 흐름이 수평방향 즉, 조류가 흐르는 방향으로 배출되어 수류수차의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

케이싱의 배출구 측 끝단부에 흐름 안정화장치가 연장 형성됨으로써, 물의 흐름을 일측으로 안정화시켜 회전차의 회전력이 증가하고, 그로 인해 발전장치의 발전량이 증가하며, 동시에 횡류형 수류수차의 효율이 증가하는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 유량의 변화에 최대 발전할 수 있고, 종래의 반동수차에서 흔히 발생도는 공동현상이 발생되지 않아 회전차 날개의 부식 및 케이싱에서의 진동 발생이 없어 정숙한 운전이 가능하여 수차의 사용수명이 길어지며, 상기 회전차를 지나면서 물과 공기의 혼합이 이루어지므로 물에 산소함유량이 증가하여서 수질을 개선시켜 공해방지의 측면에서 효과가 있는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 수평으로 설치되어 물의 흐름에 의해 발전하는 횡류형 수류수차에 있어서,

상기 흐르는 물을 한 곳으로 모아 증속시켜 흐르게 하는 케이싱과;

상기 케이싱의 배출구 측에 횡류형으로 설치되고, 상기 케이싱에 의해 한 곳으로 모아서 흐르는 물에 의해 회전되는 회전차와;

상기 케이싱의 끝단부에 연장 형성되어 회전차를 통해 배출되는 물을 일측으로만 흐르게 하는 흐름 안정화장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차는 케이싱의 배출구 측 끝단부에 흐름 안정화장치가 연장 형성됨으로써, 물의 흐름을 일측으로 안정화시켜 회전차의 회전력이 증가하고, 그로 인해 발전장치의 발전량이 증가하며, 동시에 횡류형 수류수차의 효율이 증가하는 효과가 있다.

또한, 유량의 변화에 최대 발전할 수 있고, 종래의 반동수차에서 흔히 발생도는 공동현상이 발생되지 않아 회전차 날개의 부식 및 케이싱에서의 진동 발생이 없어 정숙한 운전이 가능하여 수차의 사용수명이 길어지며, 상기 회전차를 지나면서 물과 공기의 혼합이 이루어지므로 물에 산소함유량이 증가하여서 수질을 개선시켜 공해방지의 측면에서 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차를 나타낸 평면도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차의 흐름을 나타낸 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차의 효율을 나타낸 그래프도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 수평으로 설치되어 물의 흐름에 의해 발전하는 횡류형 수류수차에 있어서,

상기 흐르는 물을 한 곳으로 모아 증속시켜 흐르게 하는 케이싱과;

상기 케이싱의 배출구 측에 횡류형으로 설치되고, 상기 케이싱에 의해 한 곳으로 모아서 흐르는 물에 의해 회전되는 회전차와;

상기 케이싱의 끝단부에 연장 형성되어 회전차를 통해 배출되는 물을 일측으로만 흐르게 하는 흐름 안정화장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차의 흐름을 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 횡류형 수류수차의 효율을 나타낸 그래프도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차(50)는 개수로 및 농수로 등의 수로 내에 설치되어 물의 흐름에 의한 운동에너지를 효과적으로 획득할 수 있는 장치로써, 유속을 증가시키고 수류 방향에 적합한 형상을 갖는 케이싱(10)과, 횡류형 회전차(20)와, 흐름 안정화장치(40)를 결합하여 수류에너지를 효과적으로 추출하는 특징이 있다.

여기서, 수류에너지는 유속의 3승과 물이 통과하는 단면적에 비례하는 것으로 동일한 양의 흐름일지라도 유속을 증가시키고 단면적을 감소시키는 것이 수류에너지를 증가시키는 것이다. 이러한 과정을 통하여 증가된 수류에너지를 회수하기 위해서는 횡류형 회전차(20)를 사용하는 것이 적합하다.

이렇듯, 본 발명의 횡류형 수류수차(50)는 이러한 목적을 실현할 수 있는 구조를 갖는 것으로 흐름에 적합하게 보완된 입구와 유도장치를 기지고 있고 회전차(20)는 유도된 흐름을 효과적으로 활용할 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 케이싱(10)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 수로 등에 설치되어 흐르는 물을 한 곳으로 모아서 이송되게 하는 장치로써, 수로 등의 물이 흐르는 곳 폭과 동일한 크기로 형성되는 유입구(11)와; 상기 유입구(11)를 통해 유입된 물을 회전차(20)에 이송시키는 유로부(12)와; 상기 유로부(12)를 통해 이송된 물을 회전차(20)에 배출하고, 상기 회전차(20)의 일부를 감싸도록 형성되는 배출구(13)로 구성된다.

여기서, 상기 유로부(12) 내에는 회전차(20) 측으로 물이 모이면서 증속되도록 안내깃(14)이 더 설치되고, 상기 안내깃(14)은 도 2에서처럼, 유입구(11)를 통해 유입된 물을 한 곳으로 집중(노즐목)시켜 물의 흐름을 빠르게 하기 위해 굴곡지게 형성되고, 상기 유로부(12)에서 배출구(13)를 통해 배출된 물의 흐름에 의해 회전차(20)가 회전되는 것이다.

그리고, 상기 배출구(13)는 도 1에서처럼, 회전차(20)의 일부를 감싸도록 형성되는데, 즉, 케이싱(10)로 이루어진 벽체 중 하나의 벽체 케이싱(10)가 길이방향으로 길게 형성되면서 회전차(20)의 외주연을 감싸도록 굴곡지게 형성되며, 그로 인해, 상기 유로부(12)를 통해 이송된 물이 회전차에 형성된 날개 깃 중 많은 날개 깃에 충분히 전달되어 회전차(20)의 회전력이 증가된다.

상기 회전차(20)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)의 배출구(13) 측에 횡류형으로 설치되고, 상기 케이싱(10)에 의해 한 곳으로 모아서 흐르는 물에 의해 회전되는 것이다.

여기서, 상기 회전차(20)는 수로 내의 바닥면에 수직으로 형성되는 회전축(21)과; 상기 회전축(21)이 중앙부를 관통 연결되고, 상호 대응되게 형성되어 회전되는 회전판(22)과; 상기 회전판(22)의 상호 대응되는 일단면에 원주방향으로 상호 이격되어 다수개 형성되고, 상기 케이싱(10)의 배출구(13)를 통해 배출되는 물에 의해 회전판(22)과 회전축(21)을 회전시키는 날개 깃(23)으로 구성된다.

또한, 상기 날개 깃(23)은 2차원 원호 형태로 형성되는데, 즉, 만곡형(彎曲形) 날개로 일반적인 시로코 팬에 사용되는 날개와 유사하게 형성되는데, 본 발명의 날개 깃(23)은 회전판(22)에 연결되는 내경부가 반경 각도(β₁)로 형성되고, 외경부는 전향 각도(β₂)로 형성된다.

그리고, 상기 날개 깃(23)의 내경부 각도(β₁)는 90°로 형성되고, 상기 외경부의 각도(β₂)는 20 ~ 40°로 형성된다. 이때, 상기 내경부 각도(β₁)와 외경부의 각도(β₂)는 회전차(20)의 크기 및 설치상황에 따라 달라질 수 있다.

한편, 상기 회전차(20)의 회전축(21)에는 케이싱(10)에서 배출된 물에 의해 회전차(20)가 회전되어 생성되는 회전(수류)에너지를 전달받아 발전하는 발전장치(30)가 연결되고, 상기 발전장치(30)는 도 2에서처럼 외부에 설치되는데, 회전차(20)의 상부측에 설치될 수도 있고, 수로의 근처에 별도로 설치될 수 있다.

상기 흐름 안정화장치(40)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)의 끝단부에 연장 형성되어 회전차(20)를 통해 배출되는 물을 일측으로만 흐르게 하여 물의 흐름을 안정화시킨다.

여기서, 상기 흐름 안정화장치(40)는 도 1에서처럼, 회전차(20)의 중앙부를 중심하여 케이싱(10)의 배출구(13) 측 끝단부에서부터 회전차(20)의 중심 수평선상까지 형성되는데, 도 1에서처럼, 상기 흐름 안정화장치(40)는 회전축(21)을 중심으로 θ₁각도로 형성되고, 상기 케이싱(10)의 끝단부는 θ₂각도로써 중심점이 흐름 안정화장치(40)와는 다르다.

그렇기에 상기 흐름 안정화장치(40)는 케이싱(10)의 끝단부와 동일한 호를 이루지 못하고, 그로 인해, 회전차(20)를 통해 배출되는 물이 충분히 회전차(20)의 날개 깃(23)을 회전시킨 후, 배출되는 것이다.

10 : 케이싱 11 : 유입구
12 : 유로부 13 : 배출구
14 : 안내깃 20 : 회전차
21 : 회전축 22 : 회전판
23 : 날개깃 30 : 발전장치
40 : 흐름 안정화장치 50 : 횡류형 수류수차

Claims (7)

1. 수평으로 설치되어 물의 흐름에 의해 발전하는 횡류형 수류수차(50)에 있어서,
   흐르는 상기 물을 한 곳으로 모아 증속시켜 흐르게 하는 케이싱(10)과;
   상기 케이싱(10)의 배출구(13) 측에 횡류형으로 설치되고, 상기 케이싱(10)에 의해 한 곳으로 모아서 흐르는 물에 의해 회전되는 회전차(20)와;
   상기 케이싱(10)의 끝단부에 연장 형성되어 회전차(20)를 통해 배출되는 물을 일측으로만 흐르게 하는 흐름 안정화장치(40);를 포함하여 구성되고,
   상기 케이싱(10) 내에는 회전차(20) 측으로 물이 모이면서 증속되도록 안내깃(14)이 더 설치되며,
   상기 회전차(20)는, 수로(1) 내의 바닥면에 수직으로 형성되는 회전축(21)과;
   상기 회전축(21)이 중앙부를 관통 연결되고, 상호 대응되게 형성되어 회전되는 회전판(22)과;
   상기 회전판(22)의 상호 대응되는 일단면에 원주방향으로 상호 이격되어 다수개 형성되고, 상기 케이싱(10)의 배출구(13)를 통해 배출되는 물에 의해 회전판(22)과 회전축(21)을 회전시키는 날개 깃(23);을 포함하여 구성되고,
   상기 날개 깃(23)은 2차원 원호 형태인 만곡형(彎曲形) 날개로 형성되는데, 상기 회전판(22)에 연결되는 내경부가 반경 각도(β₁)로 형성되고, 외경부는 전향 각도(β₂)로 형성되며, 상기 날개 깃(23)의 내경부 각도(β₁)는 90°로 형성되고, 상기 외경부의 각도(β₂)는 20 ~ 40°로 형성되고,
   상기 흐름 안정화장치(40)는 케이싱(10)의 배출구(13) 측 끝단부에 연장 형성되되, 상기 회전차(20)의 외주연에 맞는 호 형태로 형성되고, 상기 흐름 안정화장치(40)는 회전차(20)의 중앙부를 중심하여 케이싱(10)의 배출구(13) 측 끝단부에서부터 회전차(20)의 중심 수평선상까지 형성되는 것을 특징으로 하는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 회전차(20)에는 케이싱(10)에서 배출된 물에 의해 회전되어 생성되는 회전에너지를 전달받아 발전하는 발전장치(30)가 연결되는 것을 특징으로 하는 흐름 안정화장치가 부착된 횡류형 수류수차.
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