KR101466419B1 - 수력 터빈 - Google Patents

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Abstract

축에 대하여 회전가능하게 장착되는 로터를 포함하는 수력 터빈이 제안되어 있다. 상기 로터는 블레이드가 용수의 흐름에 위치되는 경우에 상기 축에 대하여 로터가 회전할 수 있게 적어도 3개의 블레이드를 포함한다. 상기 로터는 3각형 구조 형태의 복수 부재를 포함하고, 상기 부재 중 적어도 하나는 상기 블레이드 중 하나를 포함한다.
수력 터빈, 로터, 블레이드

Description

수력 터빈{WATER TURBINE}
본 발명은, 예를 들면 전기에너지를 발생시키기 위하여 용수의 흐름으로부터 일을 추출하도록 설계된 수력 터빈에 관한 것이다.
용수의 조수 흐름으로부터 에너지를 추출하기 위하여, 현재 다수의 장치가 이용되거나 제안되고 있다. 하나의 극단적인 것으로는 어귀를 가로지르는 고정된 장애물이고, 이는 시각적 및 환경적으로 거슬린다. 다른 극단적인 것으로는 높은 조수 흐름의 지역에 배치되도록 설계된 "포인트 추출(point extraction)"이다. 후자로는 연속적인 장애물을 형성함으로써 상기 흐름을 방해하지 않는 "자유 류(free stream)"장치이다. 이들은 이러한 개발을 위한 출발점이다.
대부분의 포인트 추출 장치는 피상적으로 "수중 풍차"같고, 즉 이들은 축방향 흐름 터빈이다(터빈의 회전축은 평행하거나 또는 자유-류 흐름의 방향에 대해 거의 평행하다). 전형적으로 각 터빈은 두개 또는 3개의 블레이드와 대개 가변 피치를 갖는다. 변형으로는 덕트 터빈 및 축으로부터 보다는 주변의 주위에서 지지되는 터빈을 포함한다. 통상적으로 각 지지구조에 하나 또는 두개의 터빈이 장착된다.
연안 개발의 경제적인 면은 각 설치와 관련된 상당한 고정 비용이 있어서, 그 결과 대형 장치가 더 경제적일 수 있다. 윈드 터빈(풍력발전용 터빈)의 경우, 대형 장치가 로터의 직경 (및 지지구조의 높이)를 조정함으로써 간단히 달성될 수 있다. 그러나, 조수용 터빈은 용수의 이용가능한 깊이로 인해 제한되기 때문에, 조수용 터빈의 직경을 조정하는 것은 엄격한 한계로 인해 가능하지 않다. 축방향 흐름 장치로부터 큰 동력을 발생시킬 수 있는 주요 수단은 장치의 크기를 조정하기보다 다수의 장치 (및 이에 대한 비용)를 증가시키는 것이다. 따라서, 다음과 같은 문제점이 있다. 규모의 경제성은 달성하기 어렵고; 유지 비용은 증가되고; 축방향 흐름 터빈은 가변 피치 블레이드와 같은 특성으로 인하여 제작 및 유지하는데 본질적으로 비싸다.
상기 축방향 흐름 터빈에 대한 제안된 대안 중 하나는 횡방향 흐름 터빈이다(회전축은 흐름 방향에 실질적으로 수직하거나, 또는 상기 흐름 방향의 적어도 주요 구성요소는 회전축에 대해 수직하다).
횡방향 흐름 윈드 터빈은 공지되어 있다. 통상적으로 알려진 가장 간단한 것으로는 사보니어스 로터(Savonius Rotor)이다. 더 효율적인 장치로는 도 1에 도시된 다리우스 터빈(Dattieus Turbine)(1931년에 특허됨)이다. 이는 윈드 터빈으로서 이용되고, 넓은 범위의 규모로 항상 수직축을 갖고 있고, 여러 변형 형태가 있다.
상기 다리우스 터빈과 같은 원리에 기초한 장치가 약 1980년 경의 데이비스 터빈(Davis Turbine)으로 알려져 있지만, 이는 용수에 수직축을 갖게 배치된다. 그러나, 수직축을 갖게 배치된 경우, 횡방향 흐름 터빈은 여전히 조정될 수 없다.
이에 따라, 다리우스 (또는 데이비스) 타입의 터빈이지만 수평축을 갖게 배 치되는 것이 제안되어 있다. 3-블레이드(3개의 블레이드) 다리우스 터빈 로터의 기본 형태가 도 2에 도시되어 있다. 수평-축 다리우스 터빈이 흐름을 가로질러 펼쳐지면, 상기 블레이드는 길고 (길이에 비해) 좁게 된다. 각 블레이드는 터빈이 회전함으로서 극적으로 변화하는 큰 수평력에 영향을 받는다. 이러한 형태의 상기 다리우스 터빈은 본질적으로 매우 유연한 구조이다. 상기 블레이드의 굽힘모멘트 및 전단력을 발달시킴으로써 가해진 하중에 저항한다. 그 결과, 긴 다리우스 터빈은 지나치게 큰 디플렉션에 영향을 받을 수 있다.
이하, 다리우스 구조의 변형 모드 및 디플렉션 문제에 대해 서술한다. 도 3은 2-블레이드 다리우스 터빈을 나타낸 평면도이다. 수동력학적 힘으로부터 측방향 하중 하에서, 단부에 지지되는 블레이드(11)는 점선(12)에 의해 도면에 도시된 바처럼 변형될 수 있다(변형의 크기는 목적을 보여주기 위해 과장되어 있음).
상기 디플렉션은 도 4에 도시된 바와 같이 터빈을 따르는 부분에 견고한 강화 평면부(13)를 도입함으로써 감소될 수 있다. 이는 전체 구조의 "굽힘 디플렉션(bending deflection)"을 저지하지만, "전단 디플렉션(shear deflection)"을 저지하지 못한다. 전체의 변형은 도 4에 도시된 바와 같이 여전히 클 수 있다.
전술한 디플렉션의 크기 문제와 마찬가지로, 다음과 같은 문제가 있다. 터빈이 회전함에 따라 디플렉션이 변화하기 때문에, 재료가 극단적인 피로 하중(fatigue loading)을 받을 수 있다. 따라서, 만족스럽게 큰 수평축 터빈을 설계해야 하는 문제가 있다.
다른 제안된 구조는 다리우스 터빈의 변형이지만 헬리컬 블레이드를 갖는 고 로브 터빈(Gorlov Turbine)이다(이는 보다 연속적인 동력 생산의 이점을 제공한다). 고로브 터빈 로터의 예가 도 5에 도시되어 있다. 고로브 장치는 수직 및 수평축을 갖고 바람과 물의 구동 터빈으로서 제안되었다. 또 다른 정보는, 예를 들면 US 5,642,984호로부터 얻을 수 있다. (도 5에 도시된 바와 같이) 몇가지 경우에서, 블레이드(11)는 단부판(13)에 의해 지지되고, 다른 경우에서 중앙 샤프트로부터 스포크(spoke)에 의해 지지된다. 그러나, 헬리컬 블레이드는 본질적으로 견고한 구조를 형성하지는 않지만, 구조적으로 완전하기 위하여 굽힘의 견고함에 의지한다. 이는 블레이드가 전술한 디플렉션 문제를 극복하지 않고서는 특히 긴 구조로 펼쳐질 수 없다는 것을 의미한다. 또한, 헬리컬 블레이드는 본질적으로 제조하기 어렵고 비싼 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 하나 이상의 문제를 적어도 부분적으로 완화시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 축에 대하여 회전가능하게 장착되는 로터를 포함하는 횡방향 흐름 수력 터빈을 제공하고, 상기 로터는 블레이드가 용수의 흐름에 위치되는 경우에 상기 축에 대하여 로터가 회전할 수 있게 적어도 3-블레이드를 포함하고, 상기 로터는 3차원으로 3각형 구조 형태의 복수 부재를 포함하고, 상기 블레이드 중 적어도 하나는 상기 부재 중 하나이고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 길며 실질적으로 일직서인 라인을 갖고, 상기 적어도 하나의 블레이드의 라인은 상기 축에 대하여 평행하지 않게 배치되어, 상기 블레이드와 축의 라인은 공통 평면에 놓여있지 않다.
본 발명에 따른 터빈은 수평방향으로 펼쳐지게 함으로써 장치를 조정할 수 있는 이점을 갖는다.
본 발명은 3차원의 3각형 구조, 즉 주로 압축 및 인장에 의한 하중을 전달하는 비-평형 견고 구조(비-평형 강성 구조)를 제공함으로써 디플렉션 문제를 해결한다. 3각형 구조는 실질적으로 일직선 부재의 어셈블리인 것이 바람직하고; 이들이 "핀고정(pinned)" 조인트(즉, 모멘트에 저항하지 않는 조인트)에 의해 단부에 결합되는 부재로 대체된다면, 이 경우 동등 구조는 정적으로 결정되거나 또는 과잉될 것이다. 이는 메커니즘을 형성하지 않는다. 상기 조인트가 모멘트를 전달하는 실제 구조에서, 상기 구조에서의 하중은 주요 축이 될 것이고, 상기 구조는 3각형 형태의 본질적인 브레이싱(bracing)으로 인하여 견고하게 될 것이다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 블레이드의 수는 6개이고, 상기 블레이드는 회전축에 대하여 기울어져 있다. 반면 다리우스 타입의 터빈은 통상 3각형이 아닌 둘 또는 세개의 평형 블레이드(데이비스 터빈은 통상 4 블레이드)로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 블레이드 그 자체는 견고한 구조의 구성요소를 형성하는데 이용되고, 주요부재의 억압은 측방향 하중 하에서 구조의 변형을 발생시킨다.
실질적으로 일자형의 터빈 블레이드의 라인 및 터빈의 회전축이 공통 평면에 있지 않도록 이들을 배열함으로써, 본 발명의 실시예는 하나 이상의 블레이드 터빈이 3차원 3각형 구조의 일체 구조 부재로 제작되게 하여 부가적인 브레이싱이 필요하지 않게 된다.
이하, 다음의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 예를 통해 실시예를 설명한다.
도 1은 다리우스 윈드 터빈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르지 않는 3-블레이드 수평축 다리우스 터빈을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르지 않는 긴 2-블레이드 다리우스 터빈의 디플렉션을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따르지 않는 견고부를 갖는 긴 2-블레이드 다리우스 터빈의 디플렉션을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르지 않는 고로브 헬리컬 터빈을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼각구조를 형성한 블레이드를 갖는 6-블레이드 터빈을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수-유닛 6-블레이드 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 접선방향으로 오프셋된 블레이드를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 6-블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 반경방향으로 오프셋된 블레이드를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 6-블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 접선방향으로 오프셋된 블레이드와 삼각형 단부를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 6-블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 11은 축에 평행한 3-블레이드를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적인 6-블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따르지 않는 길며 브레이스된 2-블레이드 다리우스 터빈의 디플렉션을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 설치의 정면도이다.
도 14는 도 13의 터빈 설치의 단면도이다.
도 15는 도 13의 터빈 설치의 평면도이다.
도 16은 본 발명에 따르지 않는 축방향 흐름 터빈과 비교할 수 있는 설치를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴 터빈 설치를 나타낸 도면이다.
도 18은 액티브 위어로서 터빈 설치를 나타낸 단면도이다.
도면에서 동일한 부품은 동일한 도면부호로 나타낸다.
본 발명의 실시를 위해 예견된 주요 원리는 조수 흐름으로부터 에너지를 추출하는 것이지만, 장치는 다른 흐름 타입, 예를 들면 강이나 대양의 유동에 의해 발생되는 흐름에 동등하게 배치될 수 있다. 이하, 일 예로서 조수 흐름에 대해 설명하겠지만, 이는 단지 바람직한 배치에 지나지 않고 다른 흐름의 위치에 배치되는 것을 저해하지 않는다.
제1실시예
본 발명의 제1실시예의 터빈이 도 6에 도시되어 있다. 도 2의 터빈 로터와 비교하면, 블레이드의 개수가 6개로 증가되었고 3각형 구조를 형성하도록 블레이드(11)가 재정렬되어 있다. 도 6은 하나의 구조 유닛을 도시하고 있다. 블레이드(11) 자체는 3각형 구조를 형성하는 데에 사용되는 신장형 부재라는 것을 유념하라. 이 경우에, 블레이드는 로터의 회전축(14)에 평행하지 않다. 더욱이, 블레이드(11)는 회전축(14)에 대해 반경 방향으로 경사지지 않지만, 블레이드(11)의 길이 방향 라인과 로터의 회전축(14)이 공통의 평면을 공유하지 않도록 접선 방향으로 경사져 있다. 이 방식에서, 블레이드(11)는 3차원으로 3각형 구조의 부재를 구성한다. 물론, 블레이드는, 예를 들면 로터가 단부에서 테이퍼지면 추가적으로 반경 방향으로 경사질 수 있다. 도 7에서 3개의 유닛에 대해 도시된 바와 같이, 여러 개의 유닛이 함께 부착되어 연속적인 구조를 형성할 수 있다. 유닛들은 직경과 길이가 동일한 것으로 도시되어 있지만, 이것은 중요하지 않다. 예를 들면, 직경은 보다 깊은 물의 영역에서 더 클 수 있다. 터빈의 직경에 대해 특별한 제약은 없지만, 통상적으로 60 내지 80 m 깊이의 물에서 사용하는 경우에 20 m일 수 있다. 훨씬 작은 버전이 가능함은 물론이다.
터빈의 블레이드의 개수는 가장 큰 개수의 블레이드가 터빈 로터의 축에 관련되는 것을 저지하는 터빈 로터의 축에 수직인 평면을 고려하여 정해진다. 그 개수가 블레이드의 개수이다. 따라서, 도 7은 6개 블레이드 터빈 로터 구성을 고찰하고 있지만, 그 구성은 별개의 6개의 블레이드를 각각 갖는 3개의 유닛으로 구성된다. 바람직하게는, 모든 블레이드는 또한 3각형 구조의 적어도 일부를 구성하는 부 재이다. 그러나, 3각형 구조의 모든 부재가 블레이드일 필요는 없다.
블레이드의 프로파일은 다리우스 터빈에 대해 공지된 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 블레이드는 횡단면이 날개(aerofoil) 형태인데, 날개는 대칭적이고, 즉 반대면의 프로파일이 동일하다.
본 실시예에서, 블레이드는 실질적으로 직선형이고, 그 길이를 따라 직선형 라인을 형성한다. 선택적으로, 블레이드의 날개 프로파일(aerofoil profile)은 회전축으로부터의 반경 방향이 그 길이를 따라 블레이드의 평면에 대해 수직이 되도록, 최적의 유체 역학 효율을 위해 비틀릴 수 있다(하지만, 블레이드의 길이 방향 라인은 실질적으로 직선형을 유지한다). 그러나, 이 경우라도, 각 블레이드의 라인은 직선형이다. 한가지 형태의 구성에 있어서, 각 블레이드는 중앙에 강제의 직선형 스파를 갖는데, 외측 셸은 비틀릴 수 있는 날개 프로파일을 형성한다. 셸은 유리 섬유 또는 다른 복합 재료와 같은 경량 재료로 이루어질 수 있다.
부가 실시예들
본 발명의 중요한 부분은 구조 요소로서 블레이드를 이용하여 강성 구조를 형성하도록 설계가 3각형으로 된다는 것이다. 이는 터빈이 흐름을 가로질러 연장되게 할 수 있어 필요한 지지부의 개수를 감소시킬 수 있다. 도 6과 도 7은 각 유닛의 단부가 디스크에서 교차하고 면적이 동일하고 축에 대해 동일하게 경사진 직선형의 비틀린 블레이드를 도시하고 있는데, 이들 요부 중 어떤 것도 본 발명에 중요하지 않다. 본 발명의 제1실시예에 대한 변경 및 다른 변형예는 이하를 포함한다.
(a)블레이드는 약간 만곡될 수 있다. 블레이드는 코드 폭이 일정해서는 않된 다. 그러나, 블레이드는 트러스 구조(실질적으로 3각형 구조)용 압축 및 인장 부재로서 작용하게 된다.
(b)블레이드는 도 8(접선 방향 오프셋)과 도 9(반경 방향 오프셋)에 도시된 바와 같이 블레이드들이 만나는 지점에서 약간 오프셋될 수 있다. 이들 구성은 견고(강성) 구조의 기본적인 요건을 달성하지만, 유체 역학적 이유에도 바람직할 수 있다.
(c)블레이드는 디스크에서 만날 필요는 없지만, 도 10에 도시된 바와 같이 3각형 단부에서 만날 수 있다.
(d)블레이드는 흐름에 대해 크기 및 각도가 변동될 수 있다. 일례가 도 11에 도시되어 있는데, 3개의 블레이드가 회전축에 대해 평행하고 3개의 작은 블레이드가 경사져 있다. 블레이드는 여전히 강성의 3각형 구조를 형성한다.
(e)블레이드는 6개일 필요는 없다. 예를 들면, 상이한 개수(예를 들면, 8개)의 블레이드가 사용될 수 있고, 터빈이 3각형 구조를 구비한다는 것을 필요로 한다.
(f)강성의 3각형 구조를 달성하는 다른 방법은 선택적으로 유선형 단면 바아로 가느다란 인장 부재에 의해 크로스 지지되는 적어도 3개의 블레이드를 사용하는 것이다. 추가의 지지 부재의 효과의 예시는 도 12에 제공되어 있다. 이 도면은 2개 블레이드 터빈에 대한 것이고 명확도를 기하기 위해 한 평면에서만의 지지를 도시하고 있기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 것이 아니지만, 도 3 및 도 4와의 비교를 위해 제공한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 전체 구조의 전단 디플렉션이 훨씬 작게 되고, 대응하는 변형이 억제된다. 개별적인 블레이드(11)는 도 12에 도시된 바와 같이 여전히 변형되지만(12), 그 디플렉션은 도 3 및 도 4에 도시된 구조의 이전의 전체 변형보다 훨씬 작다.
본 발명을 구현하는 터빈의 배치
도 13은 본 발명을 구현하는 터빈의 통상적으로 가능한 배치를 도시하고 있다. 해저(2)에 고정되는 3개의 구조(3, 4)에 의해 지지되는 2개의 터빈 로터(5)가 도시되어 있는데, 2개의 구조(3)는 수면(1)을 관통하고 1개의 구조(4)는 관통하지 않는다. 선적, 파도 부하 및 환경의 이유로, 수면을 관통하지 않는 지지구조를 갖는 것이 유리할 수 있다. 터빈 로터는 별개의 발전기(도시 생략)에 연결되거나 지지구조(3) 중 하나에 있는 단일의 발전기(6)와 함께 결합될 수 있다. 지지구조에 인가되는 토크를 감소시키기 위하여, 인접한 터빈 로터가 반대로 회전될 수 있다. 다시 말하지만, 터빈 로터(5)는 모두 서로 동일한 직경을 가질 필요가 없고, 그 길이를 따라 균일한 직경을 가질 필요도 없다.
도 14는 본 발명을 구현하는 터빈의 축을 통과하는 단면을 도시하는데, 터빈(5)에 대해 횡방향인 수류(7)를 도시하고 있다. 조수 시스템에서 흐름이 역전되는 경우에, 터빈(5)은 이전과 동일한 관점에서 회전한다. 터빈(5)은 현재의 방향과 상관없이 동일한 방식으로 회전한다.
도 15는 동일한 설계를 평면도로 도시하는데, 터빈(5)에 대해 횡방향인 수류(7)를 도시하고 있다. 수류는 정확하게 횡방향일 필요는 없다. 그러나, 경사류는 효율에 있어서 약간의 손실을 유발한다.
도 13과 비교하기 위해, 도 16은 수류를 가로질러 유사한 폭을 차지하는 축류 터빈(8)의 통상적인 배치를 도시하고 있다. 본 발명을 구현하는 터빈과 비교하면, 축류 설계는,
(a)보다 작은 단면의 수류를 차단하고,
(b)보다 많은 지지구조를 필요로 하는데, 모든 지지구조는 발전기에 접근하도록 수면을 관통할 필요가 있으며,
(c)보다 많은 발전기를 필요로 하고,
(d)베어링 등을 위해 보다 많은 일차 시일을 필요로 한다.
얕은 강의 어귀에서는, 도 17에 도시된 바와 같이 본 발명을 구현하는 일련의 터빈들이 함께 결합되어 하나 이상의 발전기(6)를 갖는 긴 어레이를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명을 구현한 터빈은 빠른 속도 흐름, 예를 들면 강에 배치될 수 있다. 적절한 경우, 상기 터빈(5)은 도 18에 도시된 "액티브 위어(active weir)"로서 작용할 수 있다. 상기 위어의 하류에서, 흐름은 서브-임계 흐름에 대하여 수력 점프 백에 의해 수반되는 임계초과로 될 수 있다.
지지구조(3, 4)는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 지지구조는 모노파일, 복수 파일, 중력 베이스, 또는 케이슨(caisson)에 기초한 토대를 갖는 고정 구조일 수 있다. 상기 지지구조는 스틸 또는 콘크리이트로 이루어질 수 있다. 테더드 부양성 구조(tethered buoyant structure)는 임의의 어플리케이션(예를 들면, 매우 깊은 물)에 적용될 수 있다.
또한, 발전기는 임의의 다수의 적절한 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 발전기는 기어가 없는 낮은 각속도 발전기일 수 있거나 또는 터빈과 발전기 사이에 스텝-업 기어박스를 갖는 높은 각속도 발전기일 수 있다. 각 지지구조에 하나(또는 심지어 둘) 발전기일 수 있거나, 또는 상기 터빈 로터(5)는 간단히 지지구조를 통해 함께 링크될 수 있고(예를 들면, 미세한 각 조정불량을 허용하는 커플링을 이용하여), 동력의 출발점은 라인을 따르는 하나의 포인트에서 될 수 있다. 기계적 전달 시스템이 전술한 용수 라인에 위치되게 이용되는 보다 복잡한 배치를 꾀할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 축에 대하여 회전가능하게 장착되는 로터를 포함하고, 상기 로터는 블레이드가 용수의 흐름에 위치되는 경우에 상기 축에 대하여 로터의 회전을 야기하는 적어도 3개의 블레이드를 포함하는 횡방향 흐름 수력 터빈으로서,
    상기 로터는 3차원으로 3각형 구조 형태의 복수 부재를 포함하고, 상기 블레이드 중 적어도 하나는 상기 부재 중 하나를 포함하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 길며 일직선의 라인을 갖고, 상기 적어도 하나의 블레이드의 라인은 상기 축에 대하여 평행하지 않게 배치되어, 상기 블레이드의 라인과 축은 공통 평면에 놓여있지 않고, 상기 축은 수평인 횡방향 흐름 수력 터빈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3각형 구조의 부재들을 형성하는 적어도 6개의 블레이드를 포함하는 횡방향 흐름 수력 터빈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 블레이드는 일직선인 횡방향 흐름 수력 터빈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 블레이드는 날개 프로파일(aerofoil profile)을 갖는 횡방향 흐름 수력 터빈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 블레이드는 그 길이를 따라 비틀린 날개(aerofoil)인 횡방향 흐름 수력 터빈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축을 따르는 적어도 하나의 위치에서, 상기 축에 수직한 평면은 상기 3각형 구조의 적어도 6 부재에 의해 차단되는 횡방향 흐름 수력 터빈.
  7. 삭제
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7948110B2 (en) * 2007-02-13 2011-05-24 Ken Morgan Wind-driven electricity generation device with Savonius rotor
EP2449255A2 (en) * 2009-04-01 2012-05-09 Edgeflow APS Windmill
AT510321B1 (de) 2010-08-24 2019-08-15 Hpsa Hydropower Systems Gmbh Wasserkraft-staudruckmaschine
US8905704B2 (en) 2010-11-15 2014-12-09 Sauer Energy, Inc. Wind sail turbine
US8864440B2 (en) 2010-11-15 2014-10-21 Sauer Energy, Incc. Wind sail turbine
GB2487404A (en) * 2011-01-20 2012-07-25 Sea Lix As Rotor for extracting energy from bidirectional fluid flows
JP5917816B2 (ja) * 2011-03-08 2016-05-18 株式会社ベルシオン 水車装置
CN102777416B (zh) * 2011-10-20 2014-10-22 中国科学院光电研究院 一种准分子激光器用贯流风机叶轮
TW201410969A (zh) * 2012-09-01 2014-03-16 Yin-Shang Soong 智慧型串連式洋流發電系統
US9309861B1 (en) * 2013-04-17 2016-04-12 Roy D. Gaul Ocean wave kinetic energy conversion method and system
BR112017005900A2 (pt) * 2014-09-25 2017-12-12 Winfoor Ab lâmina de rotor para turbina eólica
RU2658630C1 (ru) * 2017-09-27 2018-06-22 Владимир Эдуардович Егурнов Волновая установка для защиты побережья от штормов с одновременным производством электроэнергии

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000024044A (ko) * 2000-01-11 2000-05-06 황용안 톱니단면날개로 형성된 축차
KR20060014267A (ko) * 2004-08-10 2006-02-15 한국해양연구원 이중 블레이드 헬리컬 터빈

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US70084A (en) * 1867-10-22 Improved paddle-wheel
US1100332A (en) 1912-09-03 1914-06-16 James B Smith Windmill.
US1897172A (en) * 1928-08-18 1933-02-14 Spontan Ab Vane rim for turbines
US1851680A (en) * 1930-06-23 1932-03-29 Robert H Morris Hydraulic water motor
US4004427A (en) 1975-08-28 1977-01-25 Butler Jr Tony W Energy conversion system
US4151424A (en) 1977-02-18 1979-04-24 Bailey David Z Apparatus for utilization of energy from fluids
AU526880B2 (en) * 1978-12-27 1983-02-03 Dyson Refractories Ltd. Runners etc for bottom pouring
DE2948060A1 (de) * 1979-11-29 1981-06-04 Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen Vorrichtung zur umwandlung von windenergie
US4377091A (en) 1981-03-02 1983-03-22 The Foxboro Company Vertical axis turbine flowmeter
US4377373A (en) * 1981-09-28 1983-03-22 Wonder Wind Enterprises, Inc. Windmill
DE4124983C2 (de) 1990-09-29 1994-02-17 Heinrich Schroeter Tragkonstruktion für Querstromläufer
US5642984A (en) 1994-01-11 1997-07-01 Northeastern University Helical turbine assembly operable under multidirectional fluid flow for power and propulsion systems
US5451137A (en) * 1994-01-11 1995-09-19 Northeastern University Unidirectional helical reaction turbine operable under reversible fluid flow for power systems
US5451138A (en) 1994-01-11 1995-09-19 Northeastern University Unidirecional reaction turbine operable under reversible fluid from flow
JP2000265936A (ja) * 1999-03-17 2000-09-26 Akaho Yoshio ダリウス形水車および潮流発電装置
CN100339592C (zh) * 2001-12-14 2007-09-26 环球能源株式会社 风力发电机
RU2240443C1 (ru) * 2003-05-05 2004-11-20 Лятхер Виктор Михайлович Ветроэнергетическая установка с вертикальной осью вращения
WO2005010357A1 (ja) * 2003-07-23 2005-02-03 Green Power Corporation 上面の流れまでも利用する風車・水車装置および方法
GB2404227B (en) 2003-07-24 2006-02-01 Xc02 Conisbee Ltd Vertical-axis wind turbine
NO320286B1 (no) 2003-11-19 2005-11-21 Dag Herman Zeiner-Gundersen Turbin for kraftproduksjon
EP1828597B1 (en) * 2004-11-18 2015-07-15 Wind Power Limited Vertical axis turbine apparatus
RU45787U1 (ru) * 2005-01-18 2005-05-27 Иванайский Алексей Васильевич Роторная ветроэлектростанция
FR2882109B1 (fr) * 2005-02-14 2010-09-03 Inst Nat Polytech Grenoble Dispositif de maintien d'une turbomachine hydraulique
RU2330791C2 (ru) * 2006-03-28 2008-08-10 Закрытое акционерное общество "Авиастроительная корпорация " Русич" Пропеллер шпади (варианты) и развертка его лопастей
GB0608603D0 (en) * 2006-05-02 2006-06-14 Mcsherry David Turbine for extracting energy from a flowing fluid
US8061993B2 (en) * 2009-05-04 2011-11-22 Seab Energy Ltd. Vertical axis turbine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000024044A (ko) * 2000-01-11 2000-05-06 황용안 톱니단면날개로 형성된 축차
KR20060014267A (ko) * 2004-08-10 2006-02-15 한국해양연구원 이중 블레이드 헬리컬 터빈

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008145991A3 (en) 2009-04-23
RU2461731C2 (ru) 2012-09-20
WO2008145991A2 (en) 2008-12-04
JP5548122B2 (ja) 2014-07-16
EP2171265A2 (en) 2010-04-07
KR20100027177A (ko) 2010-03-10
US8870540B2 (en) 2014-10-28
JP2010528225A (ja) 2010-08-19
GB0710318D0 (en) 2007-07-11
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CA2688384C (en) 2016-01-26
CA2688384A1 (en) 2008-12-04
NZ582318A (en) 2012-10-26
EP2171265B1 (en) 2019-07-31
CN101720385A (zh) 2010-06-02
ZA200909158B (en) 2011-02-23
CN101720385B (zh) 2013-01-16
AU2008257224A1 (en) 2008-12-04

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