KR101642259B1 - 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈 - Google Patents

가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR101642259B1
KR101642259B1 KR1020150108445A KR20150108445A KR101642259B1 KR 101642259 B1 KR101642259 B1 KR 101642259B1 KR 1020150108445 A KR1020150108445 A KR 1020150108445A KR 20150108445 A KR20150108445 A KR 20150108445A KR 101642259 B1 KR101642259 B1 KR 101642259B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frame
blade
eccentric
eccentric rotation
water turbine
Prior art date
Application number
KR1020150108445A
Other languages
English (en)
Inventor
안병권
Original Assignee
충남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교 산학협력단 filed Critical 충남대학교 산학협력단
Priority to KR1020150108445A priority Critical patent/KR101642259B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101642259B1 publication Critical patent/KR101642259B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • F03B3/123—Blades, their form or construction specially designed as adjustable blades, e.g. for Kaplan-type turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/14—Rotors having adjustable blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/30—Application in turbines
    • F05B2220/32—Application in turbines in water turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y02E10/223—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

본 발명은 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 관한 것으로서, 상세하게는 대부분의 방수로에 적합한 고효율 터빈을 제공하고자 하며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도에 맞추어 고효율 수류 터빈을 제공하면서, 동시에 조류 발전에도 직접 적용이 가능한 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 관한 것이다.

Description

가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈{High Efficiency Water Turbine with Variable Dual Blades}
본 발명은 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 관한 것으로서, 상세하게는 대부분의 방수로에 적합한 고효율 터빈을 제공하고자 하며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도에 맞추어 고효율 수류 터빈을 제공하면서, 동시에 조류 발전에도 직접 적용이 가능한 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 관한 것이다.
수직축 풍력발전기는 수직으로 세워진 축에 나란한 방향으로 다수개의 날개판이 구비되어 바람의 방향에 관계없이 풍력 발전이 이루어질 수 있도록 구성된 발전기이다.
도 1은 수직축 풍력발전기를 보인 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 1에 종래 수직축 풍력발전기의 날개를 보인 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 종래 수직축 풍력발전기는, 베이스(12)에 수직으로 세워진 회전축(11)에 지지대(13)들이 수평 방향으로 방사형 구조로 연결되고, 지지대(13)의 끝단에 다수의 날개판(15)들이 구비된 구성으로 이루어진다.
특히 날개판(15)은 에어포일 형상으로 이루어져서 바람이 불게 되면, 유동 저항에 의해 회전할 수 있도록 구성된다.
그러나, 상기한 바와 같은 수직축 풍력발전기는, 날개판(15)의 곡률 또는 크기 등을 변화시킬 수 없도록 구성되기 때문에 풍속이 낮을 경우에는 초기 기동이 불가능하여 풍력발전이 이루어지지 않고, 반대로 풍속이 너무 높을 경우에는 지나치게 고속으로 회전하기 때문에 구조적으로 불안정해질 수 있는 문제가 있다.
따라서 종래 수직축 풍력발전기는 풍속 변화에 적절하게 대응하면서 지속적이고 안정적인 풍력 발전을 실현하는데 한계가 있는 문제점이 있다.
한편, 유시한 원리로 동작하는 풍차 또는 수차는 회전축이 유체흐름에 대해서 수평으로 설치되는 수평축형 터빈과, 회전축이 유체흐름에 대해서 수직으로 설치되는 수직축형 터빈으로 나눌 수 있다.
유체의 흐름을 이용하는 풍차와 수차의 터빈원리는 기본적으로 같기 때문에 풍차의 터빈에 대해서만 설명한다.
수평축형 풍차의 터빈은 공기역학적으로 프로펠러의 양력을 이용하는 블레이드로 구성된 로터를 사용하고 있으며, 로터의 주속비와 효율이 비교적 높아서 대형 풍력발전장치에 주로 많이 채용하고 있으나, 풍향에 따라 로터의 방향을 바꿔줘야 하며, 풍속에 따라 블레이드 각도(받음각)를 바꿔주어야 하는 제어장치가 필요하다.
또한, 대형 프로펠러 로터와 발전장치, 증속기 등이 필요하며, 이들을 지지하는 거대한 타워 구조물이 필수적이다.
따라서, 설치비가 고가이고, 유지 보수가 용이하지 않다는 문제점과, 거대한 중량물인 프로펠러를 풍향에 따라 자세를 제어하는데 에너지 손실과 진동 등이 일어나는 문제점이 있다.
또한, 높은 주속비 때문에 소음이 일어나 환경공해가 되고 있는 문제점도 있다.
수직축형 풍차는 수평축 풍차에 비교해 풍향에 의존하지 않기 때문에, 풍향에 따라 자세를 제어할 필요가 없고, 또 수평축 풍차만큼 회전수가 높지 않기 때문에 저소음이라는 특징을 가지고 있다.
또한, 수직축형 풍차는 바람 에너지에 의해서 날개(Blade)에 양력이나 항력이 발생하는데, 어느 쪽 힘을 주로 이용하느냐에 따라 양력형과 항력형으로 나눌 수 있다. 항력형으로 대표적인 것은 사보니우스(Savonious) 타입이 있으며, 항력형
은 구조가 간단하지만 원리적으로 주속비(TSR, Tip Speed Ratio)가 1보다 작기 때문에 효율이 나쁘다는 단점이 있어 오늘날 거의 사용되지 않고 있다. 양력형은 공기역학적으로 비행날개 단면(Airfoil)으로 된 블레이드의 양력을 이용하는데, 다리우스(Darius Rotor)타입이 대표적이며, 다리우스형의 변형인 직선형 고정날개방식과, 자이로 밀(Giromill), 싸이클로이드 터빈(Cycloidturbine) 방식 등이 있다.
그리고, 국내 삼천포, 보령, 당진 등 화력발전소 및 원자력발전소에서 냉각수로사용되고 방류되는 방수로에는 약 6,000kw 이상의 수력에너지를 보유하고 있고 유속 이상의 고유량, 고유속의 흐름에너지가 존재하여 수력 발전이 가능하다.
해당 방수로는방류량이 일정하여 연중 균일한 전력 생산이 가능한 신재생 에너지원이다.
그러나, 대부분의 방수로에 적합한 고효율 터빈과 발전시스템이 개발되지 않아 활용되지 못하고 있는 실정이며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도(RPS, 2024년까지 10%)달성을 위해서도 고효율 수류 터빈 개발이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 현재 상용화 진입단계인 조류 발전에도 직접 적용이 가능한 터빈을 개발할 필요성도 대두되고 있는 실정이다.
대한민국공개특허공보 10-2011-0030015호
본 발명의 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈는 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로,
대부분의 방수로에 적합하며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도에 맞추어 고효율 에너지를 제공할 수 있는 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 제공하고자 한다.
다른 목적은 조류 발전에도 직접 적용이 가능한 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 제공하고자 한다.
본 발명의 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
수직으로 배치된 회전축(100)과;
상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지프레임(200)과;
상기 각각의 지지프레임의 끝단에 상기 회전축과 평행한 방향으로 길게 설치되어 수류와의 항력을 발생시키는 다수의 블레이드(300)와;
상기 다수의 블레이드와 평행하게 블레이드 내측에 이격되게 형성되며, 양단이 지지프레임에 회동 가능하도록 결합되는 다수의 내부 가변블레이드(400);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 대부분의 방수로에 적용이 가능하여 범용성이 뛰어나며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도에 맞추어 고효율 에너지를 제공할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.
또한, 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 제공할 수 있으므로 조류 발전에도 적용이 가능한 확장성을 제공하게 된다.
도 1은 종래 수직축 풍력발전기를 보인 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 1에 종래 수직축 풍력발전기의 날개를 나타낸 사시도이다.
도 4는 종래 터빈의 장단점을 간략히 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 초기 모델을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 확정 모델을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 최적 블레이드를 선정하기 위한 시뮬레이션이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 전체 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 최소 항력을 제공하는 경우의 내부가변블레이드의 동작 예를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 최대 항력을 제공하는 경우의 가변형 듀얼 블레이드의 동작 예를 나타낸 예시도이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈은,
수직으로 배치된 회전축(100)과;
회전축의 상측과 하측에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지프레임(200)과;
상기 각각의 지지프레임의 끝단에 상기 회전축과 평행한 방향으로 길게 설치되어 수류와의 항력을 발생시키는 메인 블레이드(300)와;
상기 메인 블레이드 내측에 이격되게 형성되며, 메인 블레이드에 대한 상대각도가 가변 되도록 일측이 지지프레임에 회동 가능하도록 결합되는 보조블레이드
(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보조 블레이드를 메인 블레이드에 대해 상대각도가 가변 되도록 하기 위하여,
상기 회전축의 상측과 하측에 각각 형성되며 상측면에 편심원이 형성되어 있는 편심회전판(600)과;
지지프레임과 평행하게 형성되며, 일측이 상기 편심회전판에 형성된 편심원상에서 편심운동을 하고, 타측이 보조블레이드용 제2 수평프레임과 결합되는 편심회전용 제1프레임(700)과;
일측이 편심회전용 제1프레임(700)과 결합하고, 타측이 보조 블레이드와 결합되는 편심회전용 제2프레임(800)을 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 편심회전용 제2프레임(800)과 보조 블레이드(400)의 결합구조를 설명한다.
지지프레임의 끝단(보조블레이드가 형성되는 지점)에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 관통하여 제1 결합수단(830)이 형성된다.
이때, 상기 제1 결합수단의 일측이 보조 블레이드와 고정 결합되고, 타측은 편심회전용 제2프레임(800)과 고정 결합된다
이러한 결합구조상에서는, 편심회전용 제2프레임(800)이 지지프레임에 대해 회전하게 되면, 그 회전력은 그대로 보조 블레이드에 전달되어 보조 블레이드 역시지지 프레임에 대해 회전운동 하게 된다. 보조 블레이드가 지지프레임에 대해 회전운동한다는 것은 결국, 메인 블레이드와 일정한 상대 각도를 갖도록 가변되는 것을 의미한다.
또한, 편심회전용 제2프레임(800)의 지지프레임에 대한 회전력은 편심회전용 제1프레임(700)의 편심회전에 의해 제공된다.
편심회전용 제1프레임(700)의 일측은 상기 편심회전판(600)상에 형성된 편심원상을 따라 편심회전 운동을 하고, 타측은 제2 결합수단(850)에 의해 편심회전용 제2프레임(800)과 상호 회전 가능하도록 힌지 결합된다.
즉, 편심회전용 제1프레임(700) 일측의 편심 회전운동의 회전력은 편심회전용 제1프레임(700)의 타측에 힌지 결합된 편심회전용 제2 프레임(800)에 전달되어 편심회전용 제2 프레임(800)은 지지프레임에 대해 일정 각도의 회전 운동을 하게 된다. 그 결과, 편심회전용 제2 프레임(800)과 제1 결합수단(830)에 의해 고정 결합된 보조 블레이드 역시 지지프레임에 대해 일정 각도의 회전 운동을 하게 되는 것이고, 이것은 결국, 보조 블레이드가 메인블레이드에 대해 일정 각도를 갖으며 상대 운동하게 하는 결과를 가져오게 되는 것이다.
상기의 일정 각도는 편심회전판에 형성된 편심원의 형태, 편심회전용 제1 프레임(700)의 길이등에 의해 결정되는데, 본원 발명에서는 상기 일정 각도의 범위가 0~90 도인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 종래 터빈의 장단점을 간략히 나타낸 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 항력을 이용한 터빈의 경우에는 저속에서 자기기동이 가능하지만, 고속에서는 저항 증가에 따른 효율이 감소하는 단점이 존재한다.
반면에 양력을 이용한 터빈의 경우에는 고속에서 효율이 좋지만, 저속에서는 자기 기동능력이 없는 단점이 존재한다.
따라서, 본 발명에서는 항력과 양력을 동시에 발생시킬 수 있는 터빈을 제안하게 된 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 나타낸 도면이다.
도 5의 경우에는 측면에서 본 도면으로서, 상대속도(Relative Velocity)의 평행한 방향으로 항력(Drag)이 발생하며, 수직한 방향으로 양력(Lift)가 발생하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 것처럼, 상대속도(Relative Velocity)의 평행한 방향으로 항력(Drag)이 발생하며, 수직한 방향으로 양력(Lift)가 발생한다. 특히 수류터빈의 회전력에 결정적 영향을 끼치는 항력의 경우, 위치별 그 크기가 가변적인데, 도6에 도시된 것처럼 a지점에서 최소가 되고, b지점에서 최대가 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 회전하는 수류터빈의 블레이드에서 발생하는 항력은 위치에 따라 그 크기가 가변적인데, 본 발명의 보조 블레이드는 발생되는 항력의 크기에 따라 메인 블레이드에 대해 상대 각도가 가변이 가능하도록 설치 구성되는 점에서 특징이 있다 할 것이다.
즉, 최대항력 지점(도6의 b지점)에서는 보조 블레이드는 메인 블레이드와 90도 각도를 이루게 되고, 최소항력 지점(도6의 a지점)에서는 보조 블레이드는 메인블레이드와 0도 각도를 이루게 되도록 구성할 수 있다.
이때, 최대항력 지점(도6의 b지점)에서는 보조 블레이드는 메인 블레이드와 90도 각도를, 최소항력 지점(도6의 a지점)에서는 보조 블레이드는 메인블레이드와 0도 각도를 이룰 수 있도록 편심회전판의 편심원 모양을 설계함으로 가능하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 최적 블레이드를 선정하기 위한 시뮬레이션이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 메인 블레이드(300) 주변에 보조적으로 설치 구성되는 보조 블레이드들의 항력 발생시 메인 블레이드에 대해 상대 각도가 가변이 가능하도록 구성하되, 그 각도를 0 내지 90도 범위내에서 움직일 수 있도록 구성 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈의 전체 사시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈은, 회전축(100), 복수의 지지프레임(200), 복수의 메인 블레이드(300), 복수의 보조 블레이드(400)를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 회전축(100)은 수직으로 배치되며, 상기 회전축의 둘레에 방사형 구조로 복수의 지지프레임(200)들이 설치 구성되게 된다.
또한, 상기 각각의 지지프레임의 끝단에는 상기 회전축과 평행한 방향으로 길게 설치된 메인 블레이드(300)들을 구성하게 되는 것이다.
물론, 상기 길게 설치 구성된 메인 블레이드를 하측에서 지지하기 위하여 하측에도 지지프레임이 설치 구성되는 것은 당연한 것이다.
한편, 보조 블레이드(400)를 메인 블레이드가 형성된 지지프레임에 형성하되, 메인 블레이드에 대해 상대각도가 가변되도록 형성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예의 경우에는 3개의 지지프레임이 구성되는 것으로 설명되나 필요에 따라 지지프레임의 수는 3개 이상으로도 설치 가능함을 알아야 한다. 또한 3개의 지지프레임마다 상기 보조 블레이드(400)를 대응되게 구성할 수 있다.
이하에서는 보조 블레이드를 메인 블레이드에 대해 상대각도가 가변 되도록 하기 위한 구성적 특징에 대해 설명하기로 한다.
보조 블레이드를 메인 블레이드에 대해 상대각도가 가변 되도록 하기 위해,
상기 회전축(100)의 상측과 하측에 각각 형성되며 상측면에 편심원이 형성되어 있는 편심회전판(600)과;
지지프레임과 평행하게 형성되며, 일측이 상기 편심회전판에 형성된 편심원상에서 편심운동을 하고, 타측이 보조블레이드용 제2 수평프레임과 결합되는 편심회전용 제1프레임(700)과;
일측이 편심회전용 제1프레임(700)과 결합하고, 타측이 보조 블레이드와 결합되는 편심회전용 제2프레임(800)을 포함하여 구성할 수 있다.
편심회전용 제2프레임(800)과 보조 블레이드(400)의 결합구조를 도9,10을 참조하여 설명한다.
지지프레임의 끝단(보조블레이드가 형성되는 지점)에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 관통하여 제1 결합수단(830)이 형성된다.
이때, 상기 제1 결합수단의 일측이 보조 블레이드와 고정 결합되고, 타측은 편심회전용 제2프레임(800)과 고정 결합된다
이러한 결합구조상에서는, 편심회전용 제2프레임(800)이 지지프레임에 대해 회전하게 되면, 그 회전력은 그대로 보조 블레이드에 전달되어 보조 블레이드 역시지지 프레임에 대해 회전운동 하게 된다. 보조 블레이드가 지지프레임에 대해 회전운동한다는 것은 결국, 메인 블레이드와 일정한 상대 각도를 갖도록 가변되는 것을 의미한다.
또한, 편심회전용 제2프레임(800)의 지지프레임에 대한 회전력은 편심회전용 제1프레임(700)의 편심회전에 의해 제공된다.
편심회전용 제1프레임(700)의 일측은 상기 편심회전판(600)상에 형성된 편심원상을 따라 편심회전 운동을 하고, 타측은 제2 결합수단(850)에 의해 편심회전용 제2프레임(800)과 상호 회전 가능하도록 힌지 결합된다.
이때, 상기 제2 결합수단(850)은 편심회전용 제1프레임(700)과 편심회전용 제2프레임(800) 일측에 각각 형성된 결합홀에 끼워짐으로 제1프레임(700)과 편심회전용 제2프레임(800)이 상호 회동 가능하도록 힌지 결합 시킨다.
또한, 상기 제2결합수단은 핀 형상일 수도 있고, 그 외 제1프레임(700)과 편심회전용 제2프레임(800)이 상호 회동 가능하도록 힌지 결합시킬 수 있는 수단이면 어떠한 구성적 수단이라도 상관 없다.
즉, 편심회전용 제1프레임(700) 일측의 편심 회전운동의 회전력은 편심회전용 제1프레임(700)의 타측에 힌지 결합된 편심회전용 제2 프레임(800)에 전달되어 편심회전용 제2 프레임(800)은 지지프레임에 대해 일정 각도의 회전 운동을 하게 된다. 그 결과, 편심회전용 제2 프레임(800)과 제1 결합수단(830)에 의해 고정 결합된 보조 블레이드 역시 지지프레임에 대해 일정 각도의 회전 운동을 하게 되는 것이고, 이것은 결국, 보조 블레이드가 메인블레이드에 대해 일정 각도를 갖으며 상대 운동하게 하는 결과를 가져오게 되는 것이다.
상기의 일정 각도는 편심회전판에 형성된 편심원의 형태, 편심회전용 제1 프레임(700)의 길이등에 의해 결정되는데, 본원 발명에서는 상기 일정 각도의 범위가 0~90 도인 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 있어 보조 블레이드에 최소 항력이 발생하는 경우의 보조 블레이드의 동작 예를 나타낸 예시도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 편심회전용 제1프레임(700)은 지지프레임(200)과 평행하게 형성되게 되며, 편심회전판(600)에 일측이 결합되어 있다.
또한, 타측 끝단에 결합홀이 형성되어 있고, 결합홀을 관통하는 제2 결합수단(850)에 의해 편심회전용 제2 프레임(800)과 회동 가능하도록 힌지 결합된다.
또한, 편심회전용 제1프레임(700)과 일측이 힌지 결합되는 편심회전용 제2 프레임(800)의 타측은 제1 결합수단(830)에 의해 보조 블레이드와 고정 결합된다.
도9는 편심회전판상에서 편심운동하는 편심회전용 제1프레임(700)의 일측(편심회전판과 결합되어 있는 부분)이 블레이드에 가장 가깝게 근접한 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 보조 블레이드는 메인 블레이드에 대해 상대 각도가 0인 상태가 되며, 항력은 최소 상태가 되는 것이다. 즉, 최소 항력이 되는 위치에서는 보조 블레이드가 메인 블레이드에 대해 상대적으로 평행하게(상대각도가 0이 되게) 위치하게 되는 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈에 있어 보조 블레이드에 최대 항력이 발생하는 경우의 보조 블레이드의 동작 예를 나타낸 예시도이다.
도10은 편심회전판상에서 편심운동하는 편심회전용 제1프레임(700)의 일측(편심회전판과 결합되어 있는 부분)이 블레이드에 가장 멀게 위치한 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 보조 블레이드는 메인 블레이드에 대해 상대 각도가 0인 상태가 되며, 항력은 최대 상태가 되는 것이다. 즉, 최대 항력이 되는 위치에서는 보조 블레이드가 메인 블레이드에 대해 상대적으로 수직하게(상대각도가 90도가 되게) 위치하게 되는 것이다.
그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 지지프레임(200)이 연결되는 회전축의 바로 상측에는 편심회전판(600)이 형성되고, 편심회전판 상면에는 편심원이 형성되며상기 편심원을 따라 편심회전용 제1프레임(700)의 일측이 편심 회전 운동하도록 각각 결합되게 된다.
상기와 같은 구성 및 동작을 통해 대부분의 방수로에 적용이 가능하여 범용성이 뛰어나며, 발전사 신재생 에너지 공급의무화제도에 맞추어 고효율 에너지를 제공할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.
또한, 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈을 제공할 수 있으므로 조류 발전에도 적용이 가능한 확장성을 제공하게 된다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100 : 회전축
200 : 지지프레임
300 : 메인 블레이드
400 : 보조 블레이드
600 : 편심회전판
700 : 편심회전용 제1프레임
800 : 편심회전용 제2프레임

Claims (8)

  1. 수직으로 배치된 회전축(100)과;
    회전축의 상측과 하측에 방사형 구조로 배치된 복수의 지지프레임(200)과;
    상기 각각의 지지프레임의 끝단에 상기 회전축과 평행한 방향으로 길게 설치되어 수류와의 항력을 발생시키는 메인 블레이드(300)와;
    상기 메인 블레이드 내측에 이격되게 형성되며, 메인 블레이드에 대한 상대각도가 가변 되도록 일측이 지지프레임에 회동 가능하도록 결합되는 보조블레이드(400)와;
    상기 회전축의 상측과 하측에 각각 형성되며 상면에 편심원이 형성되어 있는 편심회전판(600)과;
    지지프레임과 평행하게 형성되며, 일측이 상기 편심회전판에 형성된 편심원상에서 편심운동을 하고, 타측이 보조블레이드용 제2 수평프레임과 결합되는 편심회전용 제1프레임(700)과;
    일측이 편심회전용 제1프레임(700)과 결합하고, 타측이 보조 블레이드와 결합되는 편심회전용 제2프레임(800)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.


  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편심회전용 제1프레임(700)과 편심회전용 제2프레임(800)은 제2 결합수단(850)에 의해 상호 회동 가능하도록 힌지 결합하는 것에 특징이 있는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편심회전용 제2프레임(800)과 보조 블레이드(400)는 제1 결합수단(830)에 의해 상호 고정 결합되는 것에 특징이 있는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 결합수단(850)은 편심회전용 제1프레임(700)과 편심회전용 제2프레임(800) 일측에 각각 형성된 결합홀에 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 결합수단(830)은 지지프레임에 형성된 관통홀을 관통하여 형성되며 양단이 편심회전용 제2프레임(800)과 보조 블레이드(400)와 각각 고정 결합되는 것
    에 특징이 있는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 결합수단(850)은 핀 형상인것에 특징이 있는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
  8. 제1항에 있어서,
    메인 블레이드에 대한 보조 블레이드의 상대각도가 가변되는 범위는 0~90도인 것에 특징이 있는 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈.
KR1020150108445A 2015-07-31 2015-07-31 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈 KR101642259B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150108445A KR101642259B1 (ko) 2015-07-31 2015-07-31 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150108445A KR101642259B1 (ko) 2015-07-31 2015-07-31 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101642259B1 true KR101642259B1 (ko) 2016-07-25

Family

ID=56616846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150108445A KR101642259B1 (ko) 2015-07-31 2015-07-31 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101642259B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040020661A (ko) * 2002-08-31 2004-03-09 주장식 해수를 이용한 발전장치
KR20110030015A (ko) 2009-09-17 2011-03-23 주식회사 이잰 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기
KR200459427Y1 (ko) * 2010-12-16 2012-03-28 (주)케이비중공업 보조블레이드가 구비된 수직축 풍력발전기
KR20120111359A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한국해양대학교 산학협력단 조류 발전용 저진동 수직형 터빈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040020661A (ko) * 2002-08-31 2004-03-09 주장식 해수를 이용한 발전장치
KR20110030015A (ko) 2009-09-17 2011-03-23 주식회사 이잰 날개 형상 가변이 가능한 수직축 풍력발전기
KR200459427Y1 (ko) * 2010-12-16 2012-03-28 (주)케이비중공업 보조블레이드가 구비된 수직축 풍력발전기
KR20120111359A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한국해양대학교 산학협력단 조류 발전용 저진동 수직형 터빈

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017000555A1 (zh) 模块化双向潮流能发电装置
CN103321825B (zh) 一种叶片姿势可变的潮流能获能水轮机
WO2016086880A1 (zh) 风力发电机
US20060078416A1 (en) Vertical axis wind or water turbine
KR20120061264A (ko) 다중 종속 블레이드를 갖는 수직축형 터빈
CN205714570U (zh) 潮流能发电装置及其导流罩
CN105649871B (zh) 双叶片式垂直轴风力发电机
KR101111609B1 (ko) 건물 설치용 풍력발전 풍차
JP2006077684A (ja) 個々の羽根が回転する風車又は水車
CN104533706A (zh) 一种皮带传动的折叠叶片型垂直轴风机叶轮
CN101457738B (zh) 自适应柔性叶片转子
KR101642259B1 (ko) 가변형 듀얼 블레이드를 포함하고 있는 고효율 수류터빈
KR101236888B1 (ko) 익형 2중 블레이드를 갖는 풍력발전용 수직축 터빈
CN104481801A (zh) 一种基于皮带传动的可折叠叶片垂直轴叶轮
CN205669456U (zh) 一种叶片带襟翼的变桨垂直轴风力驱动装置及风力发电机
CN104500329A (zh) 一种基于卡块机构的可折叠叶片垂直轴叶轮
EP3147500B1 (en) Vertical axis wind machine having controllable output power
KR102028668B1 (ko) 무저항 풍력 또는 수력 발전장치
JPWO2018235220A1 (ja) 帆装置
US20170107972A1 (en) Vertical wind turbine
KR101310877B1 (ko) 에너지 샤프트, 이를 이용한 수력 발전장치 및 풍력 발전장치
CN114787501A (zh) 增强的风力涡轮机尾流混合
CN105508130A (zh) 集风式风力发电机
CN104595104A (zh) 一种具有柔性叶片的垂直轴风机叶轮
KR101697228B1 (ko) 블레이드 가변형 터빈

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190814

Year of fee payment: 4