KR101509497B1 - 디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전방법 - Google Patents

디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스크를 이용한 터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법과 디스크터빈을 이용한 발전장치에 대한 발명이다. 구체적으로 회전축, 중심이 회전축의 일단에 결합되고, 공기를 유입하는 흡기홀을 포함하며, 유입된 공기를 회전에 의해 측면으로 방출하는 제 1 회전부, 중심이 회전축의 타단에 결합되는 제 2 회전부, 일단이 제 1 회전부의 일측에 위치되고, 타단은 제 2 회전부의 일측에 위치되도록 구성되며, 제 1 회전부에서 방출된 공기가 수용되서 제 2 회전부로 배출되는 송기관 및 송기관 내부에 위치되며, 송기관내로 연료를 공급하여 연소시키는 연소부를 포함하되, 제 1 회전부는 디스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈에 관한 발명이다.

Description

디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전방법{A DISC TURBINE, GENERATOR WITH THE DISC TURBINE, CONTORL METHOD THEREOF AND METHOD OF GENERATING THEREOF}
본 발명은 디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법과 디스크터빈을 이용한 발전방법에 대한 것이다.
내연기관은 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관을 의미한다. 가스터빈, 제트기관, 로켓 등도 내연기관의 하나이며, 사용하는 연료에 의해 가스기관, 가솔린기관, 디젤기관 등으로 분류된다.
터빈은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계를 의미한다, 즉, 회전체의 원주에 여러 개의 깃(blade) 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다. 증기터빈, 수력터빈, 가스터빈 등으로 분류가 되고 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 터빈에 이용되는 유체는 물리법칙을 따르므로, 원심력을 받을 수 있다. 한편, 이런 터빈을 발전기에 연결하는 경우, 발전을 할 수 있고, 대용량 발전기는 증기터빈을 이용하며, 소용량 발전기는 가스터빈을 이용하고 있다.
그러나, 가스터빈의 경우 종래에 블레이드 또는 임펠러를 사용하여 회전축을 구동하므로 소음이 발생되었고, 효율이 떨어지고 날개의 손상이 발생한다는 문제점이 발생되었다.
또한, 제트기관(예 : 비행기 엔진)의 경우, 연료의 연소에 따라 발생하는 운동에너지가 대부분 추력으로 사용하게 된다. 이로 인해 발전기와 같이 회전에너지가 필요한 분야에서 사용되는 터빈 또는 제트기관은 저효율을 감수할 수밖에 없는 실정이다.
따라서, 종래의 블레이드 또는 임펠러를 사용하는 터빈을 대체하는 새로운 방식의 연소기관이 요구되는 실정이다.
대한민국 특허청 공개특허공보 KR1020100131847 A
본 발명의 목적은 저소음 및 고효율을 갖는 디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 소형화가 가능한 디스크터빈, 디스크터빈을 이용한 발전장치, 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 실현하기 위한, 디스크터빈에 있어서, 회전축, 중심이 회전축의 일단에 결합되고, 공기를 유입하는 흡기홀을 포함하며, 유입된 공기를 회전에 의해 측면으로 방출하는 제 1 회전부, 중심이 회전축의 타단에 결합되는 제 2 회전부. 일단이 제 1 회전부의 일측에 위치되고, 타단은 제 2 회전부의 일측에 위치되도록 구성되며, 제 1 회전부에서 방출된 공기가 수용되서 상기 제 2 회전부로 배출되는 송기관 및 상기 송기관 내부에 위치되며, 송기관내로 연료를 공급하여 연소시키는 연소부를 포함하되, 제 1 회전부는 디스크로 구성될 수 있다.
또한, 제 1 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성될 수 있다.
또한, 흡기홀은 회전중심의 인근에 위치되고, 복수로 구성될 수 있다.
또한, 연소부는, 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 송기관의 타단은 제 2 회전부의 법선방향을 향하도록 구성될 수 있다.
또한, 제 2 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성될 수 있다.
또한, 제 2 회전부는 임펠러로 구성될 수 있다.
또한, 제 2 회전부는 내부에 유입된 공기를 외부로 배출하는 배기홀이 구비되고, 하나 또는 복수일 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 디스크터빈을 이용하는 발전장치에 있어서 회전축, 중심이 회전축의 일단에 결합되고, 공기를 유입하는 흡기홀을 포함하며, 유입된 공기를 회전에 의해 측면으로 방출하는 제 1 회전부, 중심이 회전축의 타단에 결합되는 제 2 회전부, 일단이 제 1 회전부의 일측에 위치되고, 타단은 제 2 회전부의 일측에 위치되도록 구성되며, 제 1 회전부에서 방출된 공기가 수용되서 제 2 회전부로 배출되는 송기관, 송기관 내부에 위치되며, 송기관내로 연료를 공급하여 연소시키는 연소부 및 회전축의 일단에 연결되는 발전기를 포함하되, 제 1 회전부는 디스크로 구성될 수 있다.
또한, 발전기는 정지된 회전축을 회전시키도록 전력을 공급받는 입력전원부를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 디스크터빈의 제어방법에 있어서, 제 1 회전부가 회전함에 따라 외부공기가 흡기홀을 통해 제 1 회전부로 유입되는 단계, 유입된 공기가 원심력에 의해 제 1 회전부에서 방출되는 단계, 방출된 공기가 송기관의 일단을 통해 송기관으로 수용되는 단계, 수용된 공기가 연소부를 통해 외부에서 공급된 연료와 혼합되는 단계, 연소부가 상기 혼합된 공기와 연료를 점화에 의해 연소시키는 단계 및 연소된 공기가 송기관의 타단으로 배출되어 제 2 회전부와 회전축을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성되고, 방출되는 공기는 복수의 디스크 사이에 위치되는 공기일 수 있다.
또한, 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부가 제 2 회전부의 회전속도를 감지하고, 회전속도에 기초하여 연료의 공급 또는 점화시기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법에 있어서, 외부 전력을 발전기에 연결하여 발전기에 전력을 공급하는 단계, 발전기가 회전축과 제 1 회전부를 회전시키는 단계, 제 1 회전부가 회전함에 따라 외부공기가 흡기홀을 통해 상기 제 1 회전부로 유입되는 단계, 유입된 공기가 원심력에 의해 제 1 회전부에서 방출되는 단계, 방출된 공기가 송기관의 일단을 통해 상기 송기관으로 수용되는 단계, 수용된 공기가 연소부을 통해 외부에서 공급된 연료와 혼합되는 단계, 연소부가 혼합된 공기와 연료를 점화에 의해 연소시키는 단계, 연소된 공기가 송기관의 타단으로 배출되어 제 2 회전부와 회전축을 회전시키는 단계 및 회전축의 회전으로 발전기가 전력을 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부가 제 2 회전부의 회전속도를 감지하고, 회전속도에 기초하여 연료의 공급 또는 점화시기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
우선, 연료의 연소로 인한 운동에너지 대부분이 회전에 사용되고, 배출되는 배기가스의 추력이 작기 때문에 효율이 높다. 아울러, 블레이드나 임펠러가 없기 때문에 소음이 작은 효과가 있다.
연료로 가스를 사용할 수 있고, 보다 구체적으로는 예를 들어 생활속에서 쉽게 구입할 수 있는 부탄가스를 사용할 수 있다. 따라서, 별도의 부가장치 없이 손쉽게 생활속에서 사용할 수 있고, 소형화도 가능하다.
따라서, 캠핑, 아웃도어, 레저 등에서 부탄가스의 구입만으로 손쉽게 고효율 소형 발전기를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 결합상태를 나타내기 위한 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명과 관련된 디스크의 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 부분단면도이다.
도 8은 본 발명과 관련된 제 2 회전부의 회전에 관한 디스크터빈의 동작상태도이다.
도 9는 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 제 1 회전부의 부분확대도이다.
도 10은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 제 2 회전부의 부분확대도이다.
도 11은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 저면도이다.
도 12는 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<구 성>
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 디스크터빈 및 디스크터빈을 이용한 발전장치의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 결합상태를 나타내기 위한 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명과 관련된 디스크의 사시도이다.
도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명과 관련된 디스크터빈(100)은 회전축(110), 제 1 회전부(120), 제 2 회전부(130), 송기관(140) 및 연소부(150)을 포함하는 것을 주요 구성으로 한다.
회전축(110)의 일단에는 제 1 회전부(120)이 위치되고, 회전축(110)의 타단에는 제 2 회전부(130)이 위치되는 구성이다. 제 1 회전부(120)는 디스크로 구성될 수 있고, 특히 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성될 수 있으며, 일정간격은 0.1 ~ 0.3 mm 로 구성됨이 바람직하다. 간격이 너무 크면 간격 사이의 공기에 회전에 따른 원심력이 작게 작용하고, 간격이 너무 좁으면 공기의 유동마찰이 커서 공기의 배출이 방해받기 때문이다.
흡기홀(121)은 제 1 회전부(120)의 회전 중심 주변에 등간격으로 관통 형성되어 있다. 흡기홀(121)의 위치가 회전중심에 가까울수록 커진 압력차로 공기 유동량이 많아진다. 복수개의 디스크가 적층된 경우 흡기홀(121)은 각 디스크마다 형성된다.
제 2 회전부(130)은 임펠러 또는 디스크로 구성될 수 있고, 본 실시예에서는 제 1 회전부(120)와 같은 디스크로 구성한다. 제 2 회전부(130)는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크이고, 일정간격은 0.1 mm ~ 0.3 mm 로 구성됨이 바람직하다. 이는 회전축(110) 양단의 회전 균형을 맞추기 위함이나 압축비 등을 고려하여 조정할 수 있다.
제 2 회전부(130)는 임펠러보다 복수로 구성된 디스크로 구성됨이 바람직하다. 그리고, 제 2 회전부(130)를 구성하는 디스크는 제 1 회전부(120)를 구성하는 디스크와 동일한 디스크인 경우 제작비용을 절감할 수도 있다. 또한, 제 2 회전부(130)의 내부로 들어오는 연소가스를 외부로 배출하기 위해 각 디시크에는 배기홀(131)이 관통 형성되어 있다. 이 경우, 제 2 회전부(130) 내부의 연소가스를 효율적으로 배출하기 위해, 배기홀(131)은 복수로 구성됨이 바람직하다.
송기관(140)은 일단이 제 1 회전부(120)의 측면에 위치되고, 타단은 제 2 회전부(130)의 측면에 위치되며, 가능한 많은 공기를 수용하기 위해 제 1 회전부(120) 및 제 2 회전부(130)의 둘레를 따라 복수로 구성된다. 또한, 송기관(140)의 일단은 공기를 수용하기 위한 흡기구(141)를 포함하고, 송기관(140)의 타단은 공기를 배출하기 위해서 배기구(142)를 포함한다.
흡기구(141)의 단면적은 최대한 많은 양의 공기를 수용하기 위해 최대한 넓게 구성되고, 배기구(142)는 제 2 회전부(130)를 효율적으로 회전시키기 위해 제 2 회전부(130)의 접선 방향을 향하도록 구성됨이 바람직하다. 배출되는 공기의 속도를 높이기 위해 연속의 법칙에 따라 단면적이 작게 구성됨이 바람직하다.
연소부(150)는 송기관(140)의 내부에 위치되고, 송기관(140)의 외부에서 내부로 연료를 공급하는 연료공급관(151)과 연결되며, 연료의 점화를 위한 점화플러그(미도시)를 포함한다. 또한, 연소부(150)는 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하기 위한 제어부(160)를 포함할 수 있다. 연료는 LPG, 부탄가스 등이 대표적이나 액체연료(가솔린, 디젤, 알콜 등)도 별도의 변환장치(기화장치)나 공급장치(인젝션 펌프)를 통해 사용 가능하다.
연료공급관(151)은 복수의 송기관(140)의 내부에 위치된 각각의 연소부(150)에 연료를 공급하기 위해 복수로 구성될 수 있고, 연료(300)와 연결된다.
발전기(200)는 전력을 공급받기 위해 입력전원부(210)를 포함할 수 있으며, 회전축(110)의 일단에 회전자를 통해 연결되서 디스크터빈(100)과 함께 발전장치를 구성한다. 이러한 발전기(200)는 외부 전원이 인가될 경우 초기 점화를 위한 구동모터로서 사용될 수 있다.
<동 작>
한편, 이하에서는 도 5 내지 도 13을 참조하여 상기와 같은 구성을 갖는 디스크터빈의 제어방법 및 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법을 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 부분단면도이고, 도 8은 본 발명과 관련된 제 2 회전부의 회전에 관한 디스크터빈의 동작상태도이며, 도 9는 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 제 1 회전부의 부분확대도이고, 도 10은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 제 2 회전부의 부분확대도이며, 도 11은 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작상태를 나타내기 위한 저면도이고, 도 12는 본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작을 설명하기 위한 순서도이며, 도 13은 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명과 관련된 디스크터빈의 동작방법을 설명하기 위해 도 5 내지 도 12를 참조하면, 발전기(200)가 외부전원에 의해 구동모터로서 제 1 회전부(120)를 회전시킨다(S110). 제 1 회전부(120)가 회전함에 따라 외부 공기가 흡기홀(121)을 통해 각각의 디스크 사이로 유입된다(S120).
회전하는 디스크 사이로 유입된 공기는 디스크의 회전과 함께 회전하면서 원심력이 발생된다. 원심력은 회전반경에 반비례하기 때문에 회전중심 근처의 흡기홀(121)로 유입된 공기는 큰 원심력을 받게 되고, 원주 둘레의 공기는 상대적으로 작은 원심력을 받게 된다. 이러한 반경 차이로 인한 원심력의 차이는 압력차로 이어지고 이로 인해 디스크 사이의 공기는 빠른 속도로 측면방향으로 배출된다. 즉, 디스크의 회전속도가 빠를 수록, 디스크의 적층수가 많을 수록, 흡기홀(121)의 총면적이 클수록 흡입되어 배출되는 공기량이 증가한다.
각 디스크 사이로 유입된 공기는 제 1 회전부(120)의 회전 속도에 관계되어 다음의 [수학식 1]에 따라 흐름의 형태가 변화될 수 있다.
Figure 112013099607829-pat00001
여기서, v는 흐름의 속도, S는 이동거리인 디스크의 반경, d는 흐름의 특성인 디스크 간격, r는 유체의 동점성계수이다.
[수학식 1]은 레이놀드의 수를 표현하기 위한 수식이며, 레이놀드의 수가 2100 이하인 경우 각각의 디스크 사이로 유입된 공기는 층류가 되고, 레이놀드의 수가 4000 이상이면 난류가 된다. 그리고 층류는 소음이 적으며, 난류는 소음이 심하다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 제 1 회전부(120)와 같은 디스크 사이의 공기흐름을 층류로 설계할 경우 소음발생이 적은 터빈을 만들 수 있다.
제 1 회전부(120)의 측면을 통해 방출된 공기는 송기관(140)의 흡기구(141)를 통해 송기관(140)의 내부에 수용된다(S130). 이때, 제 1 회전부(120)가 고속으로 회전될수록 더 많은 양의 공기가 송기관(140)의 내부로 수용됨을 자명하다. 그리고, 제 1 회전부(120)에서 방출되는 공기가 흡기구(141)을 통해 지속적으로 수용되므로, 송기관(140)내부의 공기는 타단방향으로 흘러가게 된다.
이후, 송기관 내부에 수용된 공기가 연소부(150)를 통해 공급되는 연료와 혼합된다(S140). 초기 점화단계에서는 별도의 점화장치(예 : 점화 플러그)에 의해 연소가 일어나고, 이후에는 연소중인 화염에 지속적으로 공기와 연료가 공급되게 된다(S150). 이때, 연소로 인해 발생되는 연소가스는 고온 및 큰 점화 팽창력을 갖게 된다.
연소가스는 송기관(140)의 배기구(142)를 통해 배출된다(S160). 이때 배기구(142)의 배기 속도를 높이는 것이 운동에너지(예 : 회전에너지)로의 변환효율을 높이게 된다. 따라서, 배기구(142)의 단면적은 작게 구성하는 것이 바람직하다.
연소가스가 배기구(142)로 배출시 제 2 회전부(130)의 접선방향을 향하므로, 제 2 회전부(130)는 회전되고, 제어부(160)는 제 2 회전부(130)의 회전속도를 감지한다(S170). 이때, 제 2 회전부(130)는 복수의 디스크로 구성되어 있기 때문에 배기되는 연소가스가 디스크의 측면에 충돌하여 디스크를 회전시키는 구동력으로 작용하게 된다. 그 다음, 복수의 디스크 사이로 들어간 연소가스가 배기홀(142)을 통해 디스크터빈(100)의 외부로 배출된다. 이렇게 배출되는 가스는 추력이 거의 없기 때문에 터빈이 고휴율을 갖게 되는 것이다.
제어부(160)는 제 2 회전부(130)의 회전속도를 감지한 후, 감지된 속도를 통해 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하여 제 2 회전부(130)의 속도를 일정하게 유지한다(S180). 이때, 제어부(160)는 연료공급관(151)에서 연소부(150)로 들어오는 연료를 차단하거나, 점화시기를 조절하여 같은 속도로 회전하는 회전축(110), 제 1 회전부(120) 및 제 2 회전부(130)의 회전속도를 조정할 수 있다. 또한, 제어부(160)는 제 2 회전부(130)의 회전속도를 감지하고, 회전속도가 기 설정된 속도를 초과하는 경우 연료의 공급을 줄이고, 회전속도가 기 설정된 속도에 미달하는 경우 연료의 공급을 늘이도록 제어할 수 있다.
동작하는 디스크터빈(100)은 연료공급이 중단되는 경우, 연소부(150)에서 연료가 연소되지 않아 동작이 정지가 된다(S190). 즉 회전축(110), 제 1 회전부(120) 및 제 2 회전부(130)도 함께 회전되지 않는다.
한편, 본 발명과 관련된 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법을 설명하기 위해 도 5 내지 도 11 및 도 13을 참조하면, 발전기(200)는 외부에서 전력을 공급받는 경우 구동모터로서 작용하여 발전기(200)의 회전자에 연결된 디스크터빈(100)의 회전축과 제 1 회전부(120)가 회전하게 된다(S210). 제 1 회전부(120)가 회전함에 따라 디스크터빈(100)이 동작되며, 디스크터빈(100)의 동작은 위에서 살펴본 바와 동일하다.
디스크터빈(100)의 회전축(110)이 회전함에 따라 발전기(200)는 구동모터로서의 기능을 멈추고 발전기로서 기능하게 된다. 즉, 디스크터빈(100)의 동작으로 발전기(200)가 외부로 전력을 공급(S270)한다. 이후, 일정한 전력을 공급하기 위해 제어부(160)가 제 2 회전부(130)의 회전속도를 감지한다(S280). 이후, 제어부(160)가 감지된 속도를 통해 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하여 제 2 회전부(130)의 속도를 일정하게 유지하며(S290), 구체적인 방법은 앞서 기술한 바와 같다. 이때, 일정한 회전속도는 교류발전을 하는 경우 통상적으로 3600rpm으로 설정된다.
한편, 동작하는 디스크터빈(100)은 연료공급이 중단되는 경우, 연소부(150)에서 연료가 연소되지 않아 동작이 정지가 되고, 발전기도 발전을 정지한다(S300).
위에서 살펴본 바와 같이, 종래 가스터빈은 내부에 난류를 발생시켜 소음과 진동을 유발하였고, 연소로 발생되는 팽창력의 일부가 추진력으로 변경되어 효율이 떨어지는 문제점을 갖고 있었다. 그러나, 본 발명의 일실시예는 소음을 적게 발생하고 효율이 높은 터빈과 이를 이용한 발전기를 구현할 수 있다.
전술한 본 발명의 구성이 적용되는 경우, 디스크터빈의 내부에 층류를 발생시켜 소음을 적게 발생하고 효율이 높은 디스크터빈을 사용자에게 제공할 수 있고, 디스크터빈은 가스터빈이어서 소형화에 적합하므로 디스크터빈을 이용한 발전장치는 소형화된 저소음 발전장치가 될 수 있다.
한편, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 디스크터빈,
110 : 회전축,
120 : 제 1 회전부,
121 : 흡기홀,
130 : 제 2 회전부,
131 : 배기홀,
140 : 송기관,
141 : 흡기구,
142 : 배기구,
150 : 연소부,
151 : 연료공급관,
160 : 제어부,
200 : 발전기,
210 : 입력전원부,
300 : 연료.

Claims (15)

  1. 회전축;
    중심이 상기 회전축의 일단에 결합되고, 공기를 유입하는 흡기홀을 포함하며, 상기 유입된 공기를 회전에 의해 측면으로 방출하는 제 1 회전부;
    중심이 상기 회전축의 타단에 결합되는 제 2 회전부;
    일단이 상기 제 1 회전부의 일측에 위치되고, 타단은 상기 제 2 회전부의 일측에 위치되도록 구성되며, 상기 제 1 회전부에서 방출된 공기가 수용되서 상기 제 2 회전부로 배출되는 송기관; 및
    상기 송기관 내부에 위치되며, 상기 송기관내로 연료를 공급하여 연소시키는 연소부;를 포함하되,
    상기 제 1 회전부는 디스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 흡기홀은 회전중심의 인근에 위치되고, 복수로 구성된 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연소부는, 상기 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 송기관의 타단은 상기 제 2 회전부의 법선방향을 향하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 회전부는 임펠러로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  8. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 회전부는 내부에 유입된 공기를 외부로 배출하는 배기홀이 구비되고,
    상기 배기홀은 복수인 것을 특징으로 하는 디스크터빈.
  9. 회전축;
    중심이 상기 회전축의 일단에 결합되고, 공기를 유입하는 흡기홀을 포함하며, 상기 유입된 공기를 회전에 의해 측면으로 방출하는 제 1 회전부;
    중심이 상기 회전축의 타단에 결합되는 제 2 회전부;
    일단이 상기 제 1 회전부의 일측에 위치되고, 타단은 상기 제 2 회전부의 일측에 위치되도록 구성되며, 상기 제 1 회전부에서 방출된 공기가 수용되서 상기 제 2 회전부로 배출되는 송기관;
    상기 송기관 내부에 위치되며, 상기 송기관내로 연료를 공급하여 연소시키는 연소부; 및
    상기 회전축의 일단에 연결되는 발전기;를 포함하되,
    상기 제 1 회전부는 디스크로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크터빈을 이용하는 발전장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 발전기는 정지된 상기 회전축을 회전시키도록 전력을 공급받는 입력전원부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크터빈을 이용하는 발전장치.
  11. 제 1 회전부가 회전함에 따라 외부공기가 흡기홀을 통해 상기 제 1 회전부로 유입되는 단계;
    상기 유입된 공기가 원심력에 의해 상기 제 1 회전부에서 방출되는 단계;
    상기 방출된 공기가 송기관의 일단을 통해 상기 송기관으로 수용되는 단계;
    상기 수용된 공기가 연소부를 통해 외부에서 공급된 연료와 혼합되는 단계;
    상기 연소부가 상기 혼합된 공기와 연료를 연소시키는 단계;
    상기 연소된 공기가 상기 송기관의 타단으로 배출되어 제 2 회전부와 회전축을 회전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크터빈의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 회전부는 일정간격으로 이격되어 적층된 복수의 디스크로 구성되고,
    상기 방출되는 공기는, 상기 복수의 디스크 사이에 위치되는 공기인 것을 특징으로 하는 디스크터빈의 제어방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부가 상기 제 2 회전부의 회전속도를 감지하고, 상기 회전속도에 기초하여 상기 연료의 공급 또는 점화시기를 조절하는 단계;를 더 포함하는 디스크터빈의 제어방법.
  14. 외부 전력을 발전기에 연결하여 상기 발전기에 점화용 전력을 공급하는 단계;
    상기 발전기가 회전축과 제 1 회전부를 회전시키는 단계;
    제 1 회전부가 회전함에 따라 외부공기가 흡기홀을 통해 상기 제 1 회전부로 유입되는 단계;
    상기 유입된 공기가 원심력에 의해 상기 제 1 회전부에서 방출되는 단계;
    상기 방출된 공기가 송기관의 일단을 통해 상기 송기관으로 수용되는 단계;
    상기 수용된 공기가 연소부을 통해 외부에서 공급된 연료와 혼합되는 단계;
    상기 연소부가 상기 혼합된 공기와 연료를 점화에 의해 연소시키는 단계;
    상기 연소된 공기가 상기 송기관의 타단으로 배출되어 제 2 회전부와 회전축을 회전시키는 단계; 및
    상기 회전축의 회전으로 상기 발전기가 전력을 생산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 연료의 공급 또는 점화시기를 제어하는 제어부가 상기 제 2 회전부의 회전속도를 감지하고, 상기 회전속도에 기초하여 상기 연료의 공급 또는 점화시기를 조절하는 단계;를 더 포함하는 디스크터빈을 이용한 발전장치의 발전방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000320302A (ja) 1999-05-12 2000-11-21 Kiyoshi Miyamoto 反動式ガスタービン
KR20010084726A (ko) * 2000-02-28 2001-09-06 변상복 가스터어빈 엔진
KR20110088527A (ko) * 2008-10-30 2011-08-03 파워 제네레이션 테크놀로지스 디베럽먼트 펀드 엘. 피. 환상면 경계층 가스 터빈
KR20120138731A (ko) * 2009-06-09 2012-12-26 씬갭 오토모티브 엘엘씨 배기 가스 터빈 발전기 시스템의 전기적 출력 전력을 증가시키는 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000320302A (ja) 1999-05-12 2000-11-21 Kiyoshi Miyamoto 反動式ガスタービン
KR20010084726A (ko) * 2000-02-28 2001-09-06 변상복 가스터어빈 엔진
KR20110088527A (ko) * 2008-10-30 2011-08-03 파워 제네레이션 테크놀로지스 디베럽먼트 펀드 엘. 피. 환상면 경계층 가스 터빈
KR20120138731A (ko) * 2009-06-09 2012-12-26 씬갭 오토모티브 엘엘씨 배기 가스 터빈 발전기 시스템의 전기적 출력 전력을 증가시키는 시스템

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