KR101755256B1

KR101755256B1 - 발전용 스크롤 터빈

Info

Publication number: KR101755256B1
Application number: KR1020160098836A
Authority: KR
Inventors: 이해자; 오영화
Original assignee: 이해자
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-07-10

Abstract

본 발명은 발전용 스크롤 터빈에 관한 것이다. 상기 발전용 스크롤 터빈은 유입구와 연통되는 수용 공간을 갖는 하부 케이스; 상기 하부 케이스의 상부에 배치되고, 중앙에 유입 개구가 형성된 고정판과, 상기 고정판으로부터 상향으로 나선형으로 돌출되어 유로를 형성하는 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤의 상부에 배치되고, 중앙에 밸런스 개구가 형성된 선회판과, 상기 선회판으로부터 하향으로 나선형으로 돌출되어 상기 고정랩과 함께 유로를 형성하는 선회랩을 갖는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤의 상부에 배치되고, 중앙에 축 개구가 형성되어 상기 고정 스크롤과 체결되는 고정 프레임; 상기 고정 스크롤과 상기 고정 프레임의 사이에 고정되고, 상기 고정랩과 상기 선회랩의 외측에 배치되는 원통형부와, 상기 원통형부로부터 돌출 형성되는 유출구를 갖는 중간 케이스; 축 베어링을 통해 상기 고정 프레임에 고정되어 회전 가능한 회전축; 일단은 밸런스 베어링에 의해 상기 회전축에 편심으로 고정되고, 타단은 하부 베어링을 통해 상기 하부 케이스에 고정되고, 상기 선회판과 체결되는 밸런스 축; 을 포함하고, 상기 유입구 및 상기 유입 개구를 통해 유입되는 수압은 상기 선회 스크롤을 선회시키면서 상기 유출구를 통해 빠져나가고, 상기 선회 스크롤의 선회 운동은 상기 밸런스 축의 회전을 유발하여 상기 회전축을 회전시킬 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 종래의 스크롤 팽창기의 구성을 소수력 발전이 가능한 형태로 변경하여 소수력 발전에 활용할 수 있는 발전용 스크롤 터빈을 제공할 수 있다.

Description

발전용 스크롤 터빈 {Scroll turbine for electricity generation}

본 발명은 발전용 스크롤 터빈에 관한 것이다.

전력의 생산 방법은 화력 발전, 원자력 발전, 수력 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 조력 발전 등이 있다. 화력 발전 및 원자력 발전은 열에 의해 발생된 증기로 발전기 내의 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 것이고, 수력 발전은 댐에 저수된 물의 낙차에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 발생하는 것이다.

수력 발전은 높은 위치에 있는 하천이나 저수지의 유량(Q)을 유도하여 위치에너지로서의 낙차(H)를 이용하여 수차에 회전력을 발생시키고, 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전 방식이다.

일반적으로 청정 대체 에너지는 소수력 에너지, 태양 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지, 파력 에너지, 지열 에너지 등이 있다. 이 중에서, 소수력 에너지는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 에너지를 이용하는 것으로, 발전원가가 저렴하고 대형의 수력에너지 시설에 비해 시설 비용이 적고 설치 지역의 한계가 없기 때문에 많은 관심이 집중되고 있다.

이전의 소수력 개발은 산과 계곡이 많은 지역적 특성을 이용하여 댐이나 소하천을 이용한 발전 방식이 주종을 이루었다. 그러나, 소수력 개발은 주변지역의 각종 민원과 강우량의 계절별 편중에 따라 가동율이 35％ 정도로 경제성이 부족하여 원활하게 이루어지지 않았다.

그러나, 최근에 정부의 신재생 에너지 보급정책에 따른 지역에너지 보급사업, 신재생 에너지 공급 의무화제도(RPS)로 소수력 개발의 필요성이 증가되면서 공공기관에서 민원발생 우려가 없는 기존 시설물인 조정지 댐이나 양수발전소의 하부댐, 농업용 저수지, 하수처리장, 수도용 관로, 하수종말처리장, 화력발전소의 냉각수 등을 이용한 소규모 소수력 발전 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

한편, 스크롤 팽창기는 랭킨 사이클 과정 중 단열팽창이 일어나는 곳으로 고압의 유체가 스크롤 팽창기에 유입되어 팽창함에 따라 스크롤 팽창기를 회전시키고, 스크롤 팽창기의 회전력으로부터 전력을 얻어서 발전용으로 주로 사용된다.

도 1은 종래의 스크롤 팽창기를 도시하는 도면이다.

이러한 스크롤 팽창기는 고정스크롤(1), 선회스크롤(2), 흡입부(3) 및 홀(4)로 구성된다.

스크롤 팽창기에서는 흡입부(3)로 유입되는 냉매의 양에 따라 고정스크롤(1)에 형성된 홀(4)이 선택적으로 개방된다. 냉매의 양이 많은 경우에는 홀(4)이 차단되어 팽창기로 유입되는 냉매의 양을 상대적으로 줄임으로써 이를 보완한다. 냉매의 양이 적은 경우에는 홀(4)을 개방하여 팽창기로 유입되는 냉매의 양을 증가시켜 과팽창이 발생하는 것을 막는다.

종래의 스크롤 팽창기는 냉매의 팽창 압력을 이용하여 발전을 하는데 특화된 구성을 갖는 것으로, 이러한 스크롤 팽창기의 구조를 변경하여 수력을 이용하는 소수력 발전에 활용할 필요성이 존재한다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0104296호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 종래의 스크롤 팽창기의 구성을 소수력 발전이 가능한 형태로 변경하여 소수력 발전에 활용할 수 있는 발전용 스크롤 터빈을 제공하고자 함에 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 발전용 스크롤 터빈은 유입구와 연통되는 수용 공간을 갖는 하부 케이스; 상기 하부 케이스의 상부에 배치되고, 중앙에 유입 개구가 형성된 고정판과, 상기 고정판으로부터 상향으로 나선형으로 돌출되어 유로를 형성하는 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤의 상부에 배치되고, 중앙에 밸런스 개구가 형성된 선회판과, 상기 선회판으로부터 하향으로 나선형으로 돌출되어 상기 고정랩과 함께 유로를 형성하는 선회랩을 갖는 선회 스크롤; 상기 선회 스크롤의 상부에 배치되고, 중앙에 축 개구가 형성되어 상기 고정 스크롤과 체결되는 고정 프레임; 상기 고정 스크롤과 상기 고정 프레임의 사이에 고정되고, 상기 고정랩과 상기 선회랩의 외측에 배치되는 원통형부와, 상기 원통형부로부터 돌출 형성되는 유출구를 갖는 중간 케이스; 축 베어링을 통해 상기 고정 프레임에 고정되어 회전 가능한 회전축; 일단은 밸런스 베어링에 의해 상기 회전축에 편심으로 고정되고, 타단은 하부 베어링을 통해 상기 하부 케이스에 고정되고, 상기 선회판과 체결되는 밸런스 축; 을 포함하고, 상기 유입구 및 상기 유입 개구를 통해 유입되는 수압은 상기 선회 스크롤을 선회시키면서 상기 유출구를 통해 빠져나가고, 상기 선회 스크롤의 선회 운동은 상기 밸런스 축의 회전을 유발하여 상기 회전축을 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 선회판과 상기 고정 프레임의 사이에 배치되고, 상기 고정 프레임 측으로 돌출되는 상향 돌출부와, 상기 선회판 측으로 돌출되는 하향 돌출부를 갖는 가이드 프레임; 을 더 포함하고, 상기 고정 프레임에는 상기 상향 돌출부와 대응되는 위치에 고정 홈이 형성되고, 상기 선회판에는 상기 하향 돌출부와 대응되는 위치에 선회 홈이 형성되고, 상기 고정 홈과 상기 선회 홈은 평면 상에서 소정의 간격으로 이격되게 배치되어, 상기 선회 스크롤의 선회 운동을 가이드한다.

또한, 상기 밸런스 축의 상부에 배치되는 스러스트 베어링; 상기 회전축과 상기 스러스트 베어링의 사이에 배치되어 상기 밸런스 축 쪽으로 가압력을 발생하는 탄성부재; 를 더 포함한다.

또한, 상기 축 베어링 및 상기 회전축을 지지하도록 상기 고정 프레임의 상부에 배치되어 상기 고정 프레임과 체결되는 상부 케이스; 를 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 발전기는 상기 발전용 스크롤 터빈; 상기 발전용 스크롤 터빈의 상기 회전축과 연결되는 발전기; 를 포함한다.

본 발명에 따르면, 종래의 스크롤 팽창기의 구성을 소수력 발전이 가능한 형태로 변경하여 소수력 발전에 활용할 수 있는 발전용 스크롤 터빈을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 스크롤 팽창기를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 스크롤 터빈의 구조를 상세히 도시하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 고정 스크롤의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 도 3에서 선회 스크롤의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 3에서 케이스 부재의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 3에서 가이드 프레임의 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대해 선회할 수 있게 하는 고정 프레임, 가이드 프레임 및 선회 스크롤의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대해 선회하는 과정을 순차적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2의 스크롤 터빈의 구조를 상세히 도시하는 도면이다. 도 4는 도 3에서 고정 스크롤의 구성을 도시하는 도면이다. 도 5는 도 3에서 선회 스크롤의 구성을 도시하는 도면이다. 도 6은 도 3에서 케이스 부재의 구성을 도시하는 도면이다. 도 7은 도 3에서 가이드 프레임의 구성을 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 선회 스크롤이 고정 스크롤에 대해 선회할 수 있게 하는 고정 프레임, 가이드 프레임 및 선회 스크롤의 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 수력 발전기(500)는 소수력을 이용해 발전을 하는 장치이다. 수력 발전기(500)는 조정지 댐이나 양수발전소의 하부댐, 농업용 저수지, 하수처리장, 수도용 관로, 하수처리장, 화력발전소의 냉각수 등을 이용하여 발전을 할 수 있다. 예를 들어, 수력 발전기(500)는 하수처리장의 반송 슬러지관을 이용하여 발전을 할 수 있다.

하수처리장의 반송 슬러지관을 이용하여 발전을 하면, 하수처리장의 시설을 변경하지 않고 하수처리장의 자원을 그대로 이용하여 발전을 할 수 있고, 발전된 전력을 하수처리장의 전력시설에 공급함으로써 비용을 절감함은 물론 하수처리장의 자가 발전율을 높일 수 있다.

그리고, 수차 등 발전장치의 보수가 필요한 경우 슬러지의 배출 경로를 전환하여, 하수처리장의 가동을 정지하지 않고 반송 슬러지관을 통해 슬러지를 지속적으로 최초 침전조에 반송하면서 발전장치의 보수가 가능하므로, 발전장치로 인한 하수처리효율의 저하를 막을 수 있다.

통상, 하수처리장에서 배출되는 방류수는 계획된 양과 일정 조건이 충분하게 갖추어진 에너지 자원으로서 여름, 겨울, 갈수기 등에도 거의 일정한 방류량을 유지하므로, 이를 이용한 발전은 방류량이 유지되는 한 거의 무한 기간 동안 사용될 수 있다는 경제적 유용성을 갖는다.

따라서, 하수처리장은 연중 무휴로 폐수의 양이 일정하므로, 시설용량에 맞는 발전설비만 구비하면 되는 것으로, 하수처리장의 폐수처리 방류수를 이용한 소수력 발전은 댐 조성에 따른 공사비를 현저히 절약할 수 있음과 동시에 소정의 발전 설비만 갖추면 되므로 경제적인 파급 효과가 매우 크게 된다.

본 실시예의 수력 발전기(500)는 발전용 스크롤 터빈(100), 커플링(10, 30), 증속기(20) 및 발전기(40)를 포함한다.

발전용 스크롤 터빈(이하, 스크롤 터빈)(100)을 통해 일정한 속도로 유입되는 물은 선회 스크롤(130)을 고정 스크롤(120)에 대해 선회시키며 빠져나가고, 그에 따라 스크롤 터빈(100)의 회전축(170)이 회전하게 된다. 회전축(170)은 커플링(10)을 통해 증속기(20)와 연결되고, 증속기(20)에서 증속된 회전력은 커플링(30)과 연결된 발전기(40)로 전달되어 발전을 하게 된다.

이하에서는, 물의 수압을 이용해서 회전축(170)을 회전시킬 수 있는 스크롤 터빈(100)의 구성을 상세히 살펴보기로 한다.

스크롤 터빈(100)은 하부 케이스(110), 고정 스크롤(120), 선회 스크롤(130), 고정 프레임(140), 중간 케이스(150), 상부 케이스(190), 회전축(170), 밸런스 축(180), 가이드 프레임(160) 등을 포함한다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 하부 케이스(110)는 물이 유입될 수 있는 유입구(111)를 가지며, 이러한 유입구(111)와 연통되는 수용 공간(113)을 갖는다.

고정 스크롤(120)은 하부 케이스(110)의 상부에 배치되고, 고정판(121)과 고정랩(122)을 갖는다.

고정판(121)은 편평한 판 형태를 갖고, 중앙에는 물이 유입될 수 있도록 유입 개구(121a)가 형성되고, 외곽으로는 체결 개구(121b)가 형성된다. 고정랩(122)은 유입 개구(121a)와 체결 개구(121b)의 사이 부분에서 고정판(121)으로부터 상향으로 나선형으로 돌출되어 유로를 형성한다. 고정판(121)은 체결 개구(121b)에서 내측으로 인접하여 삽입홈(122)을 갖는다.

선회 스크롤(130)은 고정 스크롤(120)의 상부에 배치되고, 선회판(131)과 선회랩(132)을 갖는다. 선회판(131)은 편평한 판 형태를 갖고, 중앙에는 밸런스 개구(131a)가 형성된다. 선회랩(132)은 선회판(131)으로부터 하향으로 나선형으로 돌출되어 고정랩(122)과 함께 유로를 형성한다. 선회랩(132)은 고정랩(122)과 소정의 위상차를 갖는다.

고정 프레임(140)은 선회 스크롤(130)의 상부에 배치되고, 중앙에는 축 개구(141)가 형성된다. 고정 프레임(140)은 고정 스크롤(120)과 체결된다. 고정 스크롤(120)의 하부에 배치되는 하부 케이스(110) 및 지지대(101)가 고정 프레임(140)과 함께 체결될 수 있다. 지지대(101)는 스크롤 터빈(100)의 하부를 지지하는 역할을 한다. 고정 프레임(140)은 고정 스크롤(120)의 삽입홈(122)과 대응되는 위치에 삽입홈(143)을 갖는다.

중간 케이스(150)는 고정 스크롤(120)과 고정 프레임(140)의 사이에 고정된다. 중간 케이스(150)는 고정랩(122)과 선회랩(132)의 외측의 삽입홈(122, 143)에 삽입되는 원통형부(151)와, 이러한 원통형부(151)로부터 돌출 형성되는 유출구(152)를 갖는다. 중간 케이스(150)는 유입 개구(121a)를 통해 유입된 물이 고정랩(122)과 선회랩(132) 사이의 유로를 통과한 후, 유출구(152)로 빠져나갈 수 있도록 한다.

상부 케이스(190)는 고정 프레임(140)의 상부에 배치되어 고정 프레임(140)과 체결된다. 상부 케이스(190)는 회전축(170)을 지지하는 역할을 한다.

회전축(170)은 축 베어링(191)을 통해 고정 프레임(140) 및 상부 케이스(190)에 회전 가능하게 고정된다. 회전축(170)은 발전기(40)와 동력 연결되어, 회전축(170)의 회전력이 발전기(40)로 전달될 수 있다.

밸런스 축(180)은 일단은 밸런스 베어링(171)에 의해 회전축(170)에 편심으로 고정되고, 타단은 하부 베어링(112)을 통해 하부 케이스(110)에 고정된다. 밸런스 축(180)의 일단부는 회전축(170)의 내측으로 삽입될 수 있다. 밸런스 축(180)은 선회판(151)과 체결되어, 선회판(151)의 회전이 밸런스 축(180)으로 전달될 수 있다.

도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 가이드 프레임(160)은 선회판(131)과 고정 프레임(140)의 사이에 배치된다. 가이드 프레임(160)은 링 형상을 가질 수 있다. 가이드 프레임(160)은 고정 프레임(140) 측으로 돌출되는 상향 돌출부(161)와, 선회판(131) 측으로 돌출되는 하향 돌출부(162)를 갖는다.

또한, 고정 프레임(140)에는 상향 돌출부(161)와 대응되는 위치에 고정 홈(142)이 형성되고, 선회판(131)에는 하향 돌출부(162)와 대응되는 위치에 선회 홈(131b)이 형성된다. 고정 홈(142)과 선회 홈(131b)은 평면 상에서 소정의 간격으로 이격되게 배치되어, 선회 스크롤(130)이 고정 스크롤(120)에 대해 선회하는 동안 가이드 프레임(160)과 협동하여 선회 운동을 안정적으로 가이드하게 된다.

도 7에서 위의 도면은 가이드 프레임(160)의 평면도를 나타내고, 아래 도면은 측면도를 나타낸다. 예를 들어, 가이드 프레임(160)에서 상향 돌출부(161)와 하향 돌출부(162)는 90도 정도로 이격되어 각각 2개씩 형성될 수 있고, 이와 대응되는 위치에 고정 홈(142)과 선회 홈(131b)이 형성된다.

고정 홈(142)과 선회 홈(131b)은 각각 상향 돌출부(161) 및 하향 돌출부(162)보다 더 크게 형성되어, 상향 돌출부(161)와 하향 돌출부(162)가 어느 정도 유격을 가지고 이동할 수 있게 한다.

가이드 프레임(160)은 선회 스크롤(130)과 직접 체결되지 않으면서, 선회 스크롤(130)이 고정 스크롤(120)에 대해 선회할 때, 원하는 범위 안에서 선회 동작이 안정적으로 일어날 수 있도록 한다. 이를 위해, 가이드 프레임(160)의 상향 돌출부(161)와 하향 돌출부(162)는 균일한 간격으로 이격되고, 고정 프레임(140)와 선회 스크롤(130)의 사이에 위치되어, 선회 스크롤(130)의 선회 동작을 원하는 범위로 제한하게 된다.

도 9는 선회 스크롤(130)이 고정 스크롤(120)에 대해 선회하는 과정을 순차적으로 도시하는 도면이다.

도 3과 도 9를 참조하면, 선회랩(132)은 물(1)의 수압에 의해 고정랩(122)에 대해 선회 동작을 반복적으로 하게 되고, 그에 따라 선회 스크롤(130)과 연결된 밸런스 축(180)을 회전시키게 된다. 밸런스 축(180)은 회전축(170)에 대해 편심으로 위치되어 자전 운동을 하면서 회전축(170)에 대한 공전 운동을 하게 된다. 밸런스 축(180)은 밸런스 베어링(171)에 의해 회전축(170)과 연결되어 있어, 밸런스 축(180)은 공전 운동을 하면서 회전축(170)을 회전시키게 된다.

물(1)이 고정 스크롤(120)의 유입 개구(121a)를 통해 유입되면, 수압은 선회랩(132)을 좌측 위로 이동시키면서 물(1)은 고정랩(122)와 선회랩(132)의 사이 공간으로 이동하게 된다.

다음에, 물(1)이 고정랩(122)와 선회랩(132)의 사이 공간으로 더 이동하게 되면서, 선회랩(132)은 가이드 프레임(160)의 가이드에 의해 우측 아래로 이동하게 된다.

물(1)이 더 진행함에 따라, 선회랩(132)은 다시 좌측 위로, 다음에 우측 아래로 이동하고, 물(1)은 중간 케이스(150)의 유출구(152)를 통해 빠져나가게 된다.

물(1)이 고정 스크롤(120)의 유입 개구(121a)를 통해 유입된 후, 중간 케이스(150)의 유출구(152)를 통해 빠져나가는 동안, 선회랩(132)은 고정랩(122)에 대해 선회하는 동작을 반복적으로 하게 된다.

이와 같이, 유입구(111) 및 유입 개구(121a)를 통해 유입되는 수압은 선회 스크롤(152)을 선회시키면서 유출구(132)를 통해 빠져나가고, 선회 스크롤(132)의 선회 운동은 밸런스 축(180)의 회전을 유발하여 회전축(170)을 회전시킬 수 있다.

본 실시예에서, 밸런스 축(180)과 회전축(170)의 사이에는 스러스트 베어링(172)과 탄성부재(173)가 더 배치될 수 있다.

스러스트 베어링(172)은 밸런스 축(180)의 상부에 배치되고, 탄성부재(173)(예를 들어, 스프링)는 회전축(170)과 스러스트 베어링(192)의 사이에 배치되어, 수압에 대하여 밸런스 축(180)을 하향으로 가압하는 가압력을 발생시키게 된다. 탄성부재(173)의 가압력은 가이드 프레임(160)의 상향 돌출부(161)가 고정 프레임(140)과 접촉되지 않도록 하여, 선회랩(132)이 고정랩(122)에 대해 선회하는 동안 발생될 수 있는 소음과 마모를 줄일 수 있게 한다.

상술한 본 실시예의 스크롤 터빈(100)에 따르면, 선회 스크롤(130)은 밸런스 축(180)에 의해 지지되어 선회 운동을 안정적으로 할 수 있다. 선회 스크롤(130)은 밸런스 축(180)의 지지에 의해 선회랩(132)의 길이를 더 길게 할 수 있고, 이는 더 많은 양의 물과 더 높은 수압을 수용할 수 있도록 하여 전력 생산량을 증가시킬 수 있게 한다.

또한, 가이드 프레임(160)은 선회랩(132)이 고정랩(122)에 대해 선회 운동을 하는 동안 선회랩(132)이 제 위치를 이탈하지 않도록 하여 안정적인 선회 운동을 가능하게 한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크롤 터빈을 이용한 수력 발전기의 구성을 도시하는 도면이다.

도 10을 참조하면, 스크롤 터빈(100)의 전단과 후단에는 각각 유입밸브(81)와 유출밸브(83)가 설치되고, 우회 라인에는 우회 밸브(82)가 설치된다. 물이 선회랩(132)과 고정랩(122) 사이의 유로를 통해 팽창되는 동안 기포가 발생될 수 있고, 이러한 기포는 유출밸브(83)의 후단에 설치되는 팽창탱크(84)를 통해 제거될 수 있다. 또한, 발전기(40)의 후단에는 인버터(50), 변압기(60), 보호계전기(70) 등이 설치될 수 있다.

도 11을 참조하면, 도 2에 도시된 스크롤 터빈(100)이 직렬로 연결된 형태의 스크롤 터빈(200)이 도시되고, 이러한 스크롤 터빈(200)의 회전력은 커플링(10, 30), 증속기(20)를 거쳐 발전기(40)로 전달된다.

도 12를 참조하면, 일측에는 도 10의 스크롤 터빈(200)과 동일한 형태의 스크롤 터빈(300)이 연결되어, 스크롤 터빈(300)의 회전력이 커플링(10, 30), 증속기(20)를 거쳐 발전기(40)로 전달된다. 발전기(40)의 타측에도 스크롤 터빈(400)이 연결되어, 스크롤 터빈(400)의 회전력이 커플링(11, 31), 증속기(21)를 거쳐 발전기(40)로 전달될 수 있다.

도 10과 도 11의 실시예는 물의 양과 위치에 따라 더 큰 회전력을 얻을 수 있을 경우 발전량을 증대시키기 위한 것이다. 이와 같이, 스크롤 터빈(100)을 다양한 형태로 배치함으로써, 현장의 수압과 사정에 맞게 발전량을 최대로 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

1 : 물
10, 30 : 커플링
20 : 증속기
40 : 발전기
100 : 스크롤 터빈
111 : 유입구
110 : 하부 케이스
120 : 고정 스크롤
121 : 고정판
121a : 유입 개구
122 : 고정랩
130 : 선회 스크롤
131 : 선회판
131a : 밸런스 개구
131b : 선회홈
132 : 선회랩
140 : 고정 프레임
141 : 축 개구
142 : 고정홈
150 : 중간 케이스
151 : 원통형부
152 : 유출구
160 : 가이드 프레임
161 : 상향 돌출부
162 : 하향 돌출부
170 : 회전축
171 : 밸런스 베어링
172 : 스러스트 베어링
173 : 탄성부재
180 : 밸런스 축
190 : 상부 케이스
191 : 축 베어링
200, 300, 400 : 스크롤 터빈
500, 600, 700 : 수력 발전기

Claims

발전용 스크롤 터빈에 있어서,
유입구(111)와 연통되는 수용 공간을 갖는 하부 케이스(110);
상기 하부 케이스(110)의 상부에 배치되고, 중앙에 유입 개구가 형성된 고정판(121)과, 상기 고정판(121)으로부터 상향으로 나선형으로 돌출되어 유로를 형성하는 고정랩(122)을 갖는 고정 스크롤(120);
상기 고정 스크롤(120)의 상부에 배치되고, 중앙에 밸런스 개구가 형성된 선회판(131)과, 상기 선회판(131)으로부터 하향으로 나선형으로 돌출되어 상기 고정랩(122)과 함께 유로를 형성하는 선회랩(132)을 갖는 선회 스크롤(130);
상기 선회 스크롤(130)의 상부에 배치되고, 중앙에 축 개구가 형성되어 상기 고정 스크롤과 체결되는 고정 프레임(140);
상기 고정 스크롤(120)과 상기 고정 프레임(140)의 사이에 고정되고, 상기 고정랩(122)과 상기 선회랩(132)의 외측에 배치되는 원통형부(151)와, 상기 원통형부(151)로부터 돌출 형성되는 유출구(152)를 갖는 중간 케이스(150);
축 베어링(191)을 통해 상기 고정 프레임(140)에 고정되어 회전 가능한 회전축(170);
일단은 밸런스 베어링(171)에 의해 상기 회전축(170)에 편심으로 고정되고, 타단은 하부 베어링(112)을 통해 상기 하부 케이스(110)에 고정되고, 상기 선회판(131)과 체결되는 밸런스 축(180);
상기 선회판(131)과 상기 고정 프레임(140)의 사이에 배치되고, 상기 고정 프레임(140) 측으로 돌출되는 상향 돌출부(161)와, 상기 선회판(131) 측으로 돌출되는 하향 돌출부(162)를 갖는 가이드 프레임(160);
상기 밸런스 축(180)의 상부에 배치되는 스러스트 베어링(172);
상기 회전축(170)과 상기 스러스트 베어링(172)의 사이에 배치되어 상기 밸런스 축(180) 쪽으로 가압력을 발생하는 탄성부재;
를 포함하고,
상기 유입구(111) 및 상기 유입 개구를 통해 유입되는 수압은 상기 선회 스크롤(130)을 선회시키면서 상기 유출구(152)를 통해 빠져나가고,
상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동은 상기 밸런스 축(180)의 회전을 유발하여 상기 회전축(170)을 회전시킬 수 있고,
상기 고정 프레임(140)에는 상기 상향 돌출부(161)와 대응되는 위치에 고정 홈(142)이 형성되고,
상기 선회판(131)에는 상기 하향 돌출부(162)와 대응되는 위치에 선회 홈(131b)이 형성되고,
상기 고정 홈(142)과 상기 선회 홈(131b)은 평면 상에서 소정의 간격으로 이격되게 배치되어, 상기 선회 스크롤(130)의 선회 운동을 가이드하는 발전용 스크롤 터빈.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 축 베어링(191) 및 상기 회전축(170)을 지지하도록 상기 고정 프레임(140)의 상부에 배치되어 상기 고정 프레임(140)과 체결되는 상부 케이스(190);
를 더 포함하는 발전용 스크롤 터빈.
제1항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 발전용 스크롤 터빈;
상기 발전용 스크롤 터빈의 상기 회전축과 연결되는 발전기;
를 포함하는 수력 발전기.