KR101740712B1 - 수류 발전장치의 수차용 블레이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수류 발전장치의 수차용 블레이드에 관한 것으로서, 일정 두께의 반원형 또는 원호형상의 원주면으로 이루어지고, 주면을 따라 일정 길이와 간격으로 판면이 관통되도록 하여 통수홀을 형성하는 날개 바디; 상기 날개 바디의 내주면 양단부에 각각 부착되는 부력체; 상기 날개 바디의 통수홀측 양측 부력체의 단부에는 각각의 일단이 부착되도록 하고, 내경의 중심측으로 구비되는 타단간 밀착되며, 내부에는 심재가 매설되도록 하여 복원력을 갖도록 하는 탄성체 판막의 결합으로 이루어지도록 함으로써 날개 바디의 내주면과 외주면으로 가해지는 조류의 유동압 차에 따라 회전하는 각 수차 날개에서의 회전력이 보다 증강되도록 하는데 특징이 있다.

Description

수류 발전장치의 수차용 블레이드{Blade for hydraulic turbine of electrical generating device using flow water}

본 발명은 수류 발전장치의 수차용 블레이드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유선형의 곡면으로 이루어지는 수차날개의 원주면에 형성한 복수의 홀을 수류의 이동 방향에 따라 개폐되게 함으로써 수류의 이동 방향에 역행하는 수차날개에서의 부하를 저감시켜 수차의 회전력과 발전 효율이 향상되도록 하는 수류 발전장치의 수차용 블레이드에 관한 것이다.

일반적으로 수류 발전은 조류발전, 해류발전, 하천발전 등 물의 자연적인 흐름을 이용하여 발전을 하도록 하는 것으로서, 수위차를 이용하는 수력이나 조력과는 다른 차이가 있다.

화석 연료의 고갈과 함께 친환경 에너지의 요구가 거세어지면서 태양이나 바람 또는 지열 또는 조류 등의 다양한 천연의 자연을 이용하는 발전이 급격하게 증가하고 있는 추세이다.

다만, 이들 친환경 에너지는 설비에 드는 비용이 막대하고, 그에 비하여 출력되는 에너지량은 크지 않아 경제성에서 아직도 해결해야 할 과제가 많이 남아 있다.

이와 같은 친환경 에너지를 이용한 발전은 앞으로도 해결해야 할 문제가 많이 있음에도 불구하고 친환경 에너지에 의한 발전은 반드시 현재의 발전 방식을 대체하게 될 것이다.

이러한 차원에서 본 출원인은 등록특허 제1261780호(2013.04.30.명칭:조류추동형 발전모듈 및 이를 포함하는 발전장치)를 통하여 조류를 이용한 발전모듈 및 발전장치를 제안한 바 있다.

본 출원인의 선등록 종래기술에서는 지지대 중심축으로부터 일정 각도로 상호 대칭되는 방향으로 형성되는 호형상의 좌변과 우변, 이 좌변과 우변의 단부간을 연결하는 밑변 및 좌변과 우변의 상하단을 밀폐되도록 하는 상하면으로 수차지지대가 이루어지도록 하고, 이 수차지지대에서 상하면을 연장시킨 부위에는 회전 가능하게 일정 간격을 이격하여 한 쌍의 회전축이 축지지되도록 하며, 각 회전축에는 방사상으로 복수의 수차날개가 설치되도록 하고 있다.

이때, 수차날개의 날개판은 내부가 빈 반원통 형상으로 형성되도록 하고, 수차지지대 일측면을 통해 흐르는 조류가 날개판의 내주면측으로 유도되면서 회전하도록 하는 구조이다.

하지만, 조류가 유도되는 내주면이 회전하게 되면 날개판의 외주면이 조류와 만나게 되므로 비록 원호형상의 원주면이기는 하나 조류와의 충돌에 의해 수차의 회전에 부하로 작용하게 되는 문제점이 있다.

등록특허 제1261780호(2013.04.30.)

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 조류에 따라 이동하는 탄성체 판막에 의해 원주면에 형성한 통수홀이 개폐되도록 함으로써 조류의 유동이 단속되도록 하는 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 원주면 양단부에 부착되도록 한 부력체에 의해 수차날개의 하중이 경감되도록 함으로써 조류에 의한 수차 회전력을 증강시키도록 하는 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 수류 발전장치의 수차용 블레이드는, 일정 두께의 반원형 또는 원호형상의 원주면으로 이루어지고, 원주면을 따라 일정 길이와 간격으로 원주면이 관통되도록 하여 통수홀을 형성하는 날개 바디; 상기 날개 바디의 내주면 양단부에 각각 부착되는 부력체; 상기 날개 바디의 통수홀측 양측 부력체의 단부에는 각각의 일단이 부착되도록 하고, 내경의 중심측으로 구비되는 타단간 밀착되며, 내부에는 심재가 매설되도록 하여 복원력을 갖도록 하는 탄성체 판막으로 이루어지는 구성이다.

상기의 구성에 따라 수류 발전장치의 수차용 블레이드에 의하여 날개 바디의 내주면과 외주면에 가해지는 조류의 유동압 차이에 따라 내주면으로의 유동압이 크면 탄성체 판막에 의해서 날개 바디의 통수홀을 통한 조류의 유동이 차단되게 함으로써 수차의 회전력이 극대화되도록 하고, 날개 바디의 내주면보다 외주면측으로 가해지는 조류의 유동압이 크게 되면 통수홀을 통해 유입되는 조류에 의해 탄성체 판막을 휨변형시켜 날개 바디를 관통해서 유동되게 함으로서 회전 부하가 최소화되도록 하여 안정적인 수차 회전이 이루어질 수가 있도록 한다.

따라서, 회전 부하의 감쇄로 더욱 큰 회전력으로 발전 효율을 향상되게 할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 결합 사시도
도 3은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 평단면도
도 4는 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드에서 탄성체 판막의 다른 실시예를 도시한 평단면도
도 5는 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 적용한 수차를 예시한 사시도
도 6은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 조류 발전장치에 적용한 구성을 예시한 평단면도
도 7은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드에서 탄성체 판막의 작동 구조를 예시한 평단면도

이하, 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 결합 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 예시한 평단면도이다.

예시한 바와 같이 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드는 크게 날개 바디(10)와 부력체(20)와 탄성체 판막(30)으로 이루어지는 구성이다.

본 발명의 구성에서 날개 바디(10)는 일정 두께의 반원형 또는 원호형상의 원주면으로 이루어지는 구성이고, 주면의 일정 폭에는 원주면이 관통되도록 하여 통수홀(11)이 형성되도록 한다.

통수홀(11)은 반원형 또는 원호형상의 원주면에서 일정 폭으로 일정 높이의 판면이 절개되도록 하여 관통되게 하거나 일정한 간격이 이격되도록 하면서 원주면을 따라 일정 폭으로 관통되게 형성되도록 한다.

이러한 날개 바디(10)는 회전축에 방사상으로 구비되는 구성이다.

그리고 본 발명의 부력체(20)는 반원형 또는 원호형상의 원주면에서 내주면의 양단부에 부착되도록 하는 구성으로서, 부력체(20)는 그 자체가 부력을 갖는 스티로폼이나 고무 등과 같은 재질로서 이루어지게 하거나 공기가 채워지도록 하여 부력을 갖게 되는 튜브를 사용할 수도 있다.

부력체(20)는 날개 바디(10)에서 통수홀(11)과는 교차되지 않도록 하는 것이 보다 바람직하다.

특히 부력체(20)는 날개 바디(10)의 내주면에 밀착되어 부착되도록 하고, 날개 바디(10)에 부착되는 내주면과 대칭되는 외주면이 외측으로 만곡지게 형성되도록 한다.

한편, 본 발명은 날개 바디(10)에 형성한 통수홀(11)을 통한 조류의 유동은 탄성체 판막(30)에 의해서 단속되도록 한다.

본 발명의 탄성체 판막(30)는 고무와 같은 탄성체 재질로 이루어지도록 하며, 이때 탄성체 판막(30)은 내부에 심재(31)가 매설되게 함으로써 복원력을 갖도록 한다.

다시 말해 고무와 같은 탄성체는 자체 복원력이 있기는 하나 고유 특성만으로는 복원력이 미미하고, 장시간을 사용하다보면 복원력이 저하되므로 내부에는 복원력 유지를 위하여 탄성을 갖는 금속의 심재(31)가 매설되도록 한다.

심재(31)는 탄성체 판막(30)의 전면에 걸쳐 형성되도록 하되 격자형으로 배설되게 할 수도 있고, 그 외의 다양한 형상으로 배열되게 할 수도 있다.

심재(31)가 매설되는 탄성체 판막(30)은 도 3에서와 같이 양측 부력체(20)의 통수홀(11)측 날개 바디(10)의 내주면에 각각의 일단이 고정되도록 하고, 날개 바디(10)의 내경 중심측으로 구비되는 타단간은 상호 밀착되도록 하는 구성으로 형성되게 할 수도 있고, 도 4에서와 같이 일측의 부력체(20)에서 통수홀(11)측 날개 바디(10)의 내주면에 일단이 고정되도록 하고, 타단은 타측의 부력체(20) 외주면에 밀착되는 구성으로 형성되게 할 수도 있다.

이러한 탄성체 판막(30)은 날개 바디(10)에 접착제를 사용하여 접합되게 할 수도 있고, 복수의 볼트에 의해 볼팅 체결되게 할 수도 있다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 수류 발전장치의 수차용 블레이드에 의한 작용에 대해서 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 적용한 수차를 예시한 사시도이다.

예시한 바와 같이 본 발명은 수차지지대(100)의 상부면과 하부면을 연장시킨 수차 지지면(110)에 일정 간격을 이격하여 각각 회전 가능하게 병렬로 나란하게 축고정되도록 형성한 한 쌍의 수차(200)에 구비되는 구성이다.

즉, 한 쌍의 수차(200)는 각각 회전축(210)과 이 회전축(210)에서 방사상으로 본 발명의 블레이드가 구비되도록 하고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 수류 발전장치의 수차용 블레이드를 조류 발전장치에 적용한 구성을 예시한 평단면도이다.

예시한 바와 같이 본 발명의 블레이드는 종전과 마찬가지로 수차지지대(100)의 선단으로부터 후방으로 상호 대칭되도록 일정 각도로 경사지도록 하거나 원호형상으로 요입되도록 양측면을 통해 유도되는 조류에 탄성체 판막(30)이 직접 충돌하도록 하되 탄성체 판막(30)과의 충돌 각도는 수직의 각도가 되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

따라서, 양측의 각 수차에서 본 발명의 블레이드는 수차지지대(100)의 양측으로부터 연장선상에 있는 날개 바디(10)의 내주면으로 형성한 탄성체 판막(30)이 구비되도록 함으로써 한 쌍의 수차에서 블레이드는 상호 대칭이 되는 형상으로 구비된다.

이와 같은 구성으로 구비되는 본 발명의 블레이드에 조류가 충돌하면서 조류가 탄성체 판막(30)에 충돌하게 되면 탄성체 판막(30)들간 더욱 밀착되도록 하면서 날개 바디(10)에 형성한 통수홀(11)로의 조류 유동이 차단되도록 한다.

탄성체 판막(30)에 의하여 통수홀(11)측으로의 조류 유동이 차단되도록 하면 조류에 의하여 블레이드를 밀게 되는 힘을 극대화시킬 수가 있으므로 회전력이 증강되도록 한다.

이렇게 해서 본 발명의 블레이드가 회전하게 되면 조류와 충돌하는 탄성체 판막(30)에서의 충돌 압력은 점차 작아지게 되고, 반대로 날개 바디(10)의 외주면에 가해지게 되는 충돌 압력은 점차 증가하게 된다.

블레이드의 회전에 의해 날개 바디(10)의 외주면으로 가해지는 충돌 압력이 내주면에 가해지는 충돌 압력보다 커지게 되면 통수홀(11)을 통해 날개 바디(10)의 내부로 유입되는 조류에 의해 탄성체 판막(30)을 도 7에서와 같이 밀어내게 된다.

다만, 도 4에서와 같이 날개 바디(10)에 구비되는 탄성체 판막(31)을 하나로만 형성하는 구성에서는 날개 바디(10)에 고정되는 탄성체 판막(31)의 일단과 대응하는 타단이 탄성체 판막(31)이 고정되는 방향과 반대에 위치의 부력체(20)의 외주면에 밀착되어 있다 통수홀(11)을 통해 유입되는 조류에 의해 부력체(20)로부터 이격되도록 한다.

통수홀(11)을 통해서 날개 바디(10)의 내부로 유입되는 조류의 충돌 압력이 반대측에서 탄성체 판막(30)(31)에 가하게 되는 충돌 압력보다 커지게 되면 탄성체 판막(30)(31)은 날개 바디(10)에 고정된 일단을 축으로 상호 밀착되어 있던 탄성체 판막(30)간 또는 부력체(20)의 외주면으로부터 점차 이격되면서 이 이격된 공간을 통해 통수홀(11)을 통해 유입되는 조류가 반대측으로 통과하도록 한다.

통수홀(11)을 통해 날개 바디(10)의 내부로 유입되는 조류가 한 쌍의 탄성체 판막(30)간 또는 부력체(20)의 외주면과 이격되도록 한 공간을 통해 반대로 유동되도록 하면 날개 바디(10)의 외주면에서의 조류에 의한 회전력 감쇄는 최소화시킬 수가 있게 된다.

즉, 수차에 방사상으로 구비되는 복수의 블레이드들 중 일부의 블레이드에서 날개 바디(10)의 외주면에 가해지는 조류의 충돌 강도가 점차 커지게 되면 다른 일부의 블레이드들에 의해 발생되는 수차의 회전력을 반대로 감쇄시키는 작용을 하게 되나, 이러한 날개 바디(10)의 외주면에 가해지는 조류가 탄성체 판막(30)(31)을 통해 블레이드를 관통하도록 하면 회전력을 감쇄시키게 되는 부하가 대폭 줄어들면서 좀더 강한 회전력을 얻을 수가 있게 된다.

또한, 본 발명에서 부력체(20)는 회전하는 블레이드의 하중이 경감되게 함으로서 블레이드가 보다 쉬운 회전을 할 수 있도록 한다.

따라서, 수차지지대(100)에서 측방으로 돌출되는 블레이드들을 통해서는 조류와의 충돌을 통해 회전력이 극대화되도록 하고, 회전에 의해 수차지지대(100)의 후방으로 이동하는 블레이드들을 통해서는 조류에 의한 부하를 최소화되게 함으로써 좀더 빠른 회전력을 얻을 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명의 블레이드 작용에 의해 보다 안정적이면서 증강된 발전 효율을 구현할 수 있도록 한다.

10 : 날개 바디 11 : 통수홀
20 : 부력체 30 : 탄성체 판막
100 : 수차지지대 200 : 수차

Claims (5)

1. 일정 두께의 반원형 또는 원호형상의 원주면으로 이루어지고, 원주면을 따라 일정 길이와 간격으로 원주면이 관통되도록 하여 통수홀을 형성하는 날개 바디;
   상기 날개 바디의 내주면 양단부에 각각 부착되는 부력체;
   상기 날개 바디의 통수홀측 양측 부력체의 단부에는 각각의 일단이 부착되도록 하고, 내경의 중심측으로 구비되는 타단간 밀착되며, 내부에는 심재가 매설되도록 하여 복원력을 갖도록 하는 탄성체 판막;
   으로 이루어지는 수류 발전장치의 수차용 블레이드.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 날개 바디의 통수홀과 상기 부력체는 교차하지 않도록 하는 수류 발전장치의 수차용 블레이드.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 부력체는 스티로폼이나 고무로서 이루어지는 수류 발전장치의 수차용 블레이드.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 부력체는 내부에 공기를 채운 튜브로 이루어지는 수류 발전장치의 수차용 블레이드.
   
5. 일정 두께의 반원형 또는 원호형상의 내주면으로 이루어지고, 내주면을 따라 일정 길이와 간격으로 내주면이 관통되도록 하여 통수홀을 형성하는 날개 바디;
   상기 날개 바디의 내주면 양단부에 각각 부착되는 부력체;
   상기 날개 바디의 통수홀측 일측 부력체의 단부에 일단이 부착되고, 타단은 타측의 부력체 외주면에 밀착되며, 내부에는 심재가 매설되도록 하여 복원력을 갖도록 하는 탄성체 판막;
   으로 이루어지는 수류 발전장치의 수차용 블레이드.

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