KR101871248B1

KR101871248B1 - 플라이 휠 효과를 이용한 터빈

Info

Publication number: KR101871248B1
Application number: KR1020170041909A
Authority: KR
Inventors: 홍기용; 김길원; 김경환; 박세완; 김영덕; 남보우; 임창혁
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-06-27

Abstract

플라이 휠 효과를 이용한 터빈이 개시된다. 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈은, 해상에서 발생되는 파랑에 의해 공기가 유동되어 전력을 생산하는 파력발전장치의 발전터빈에 회전력을 전달하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 있어서, 상기 발전터빈의 일측 단부와 이격되어 상기 발전터빈과 연결되는 지지부에 의해 지지되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 전자석베어링과, 상기 전자석베어링의 전방에 배치되어 상기 전자석베어링의 일측을 관통하는 상기 발전터빈의 회전축에 결합되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 상기 발전터빈으로 회전력을 전달하는 터빈날개와, 상기 터빈날개의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링의 자기력 또는 상기 터빈날개의 원심력에 의해 고정위치가 가변되면서 상기 터빈날개의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 자성유체를 포함하여 구성된다.
이에 따르면, 파력발전장치의 발전터빈에 설치되는 터빈날개에 액체자석이 구비되어 터빈날개가 회전됨에 따라 자기력으로 인해 액체자석이 고정되는 위치가 변화되며, 액체자석의 위치 변화로 인해 터빈날개의 무게중심이 변화되어 관성으로 인한 터빈날개의 운동량이 증가됨으로 터빈날개의 회전수 변동율이 감소되어 동일한 환경에서도 파력발전장치에 설치되는 발전터빈의 발전효율이 증가되며, 터빈날개의 단순한 교체만으로 다양한 발전장치에 적용 가능함으로 경제적인 효과가 있다.

Description

플라이 휠 효과를 이용한 터빈{Turbines Using Flywheel Effect}

본 발명은 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파력발전장치의 발전터빈에 설치되는 터빈날개에 액체자석이 구비되며, 터빈날개가 회전됨에 따라 액체자석이 이동되면서 무게 중심이 이동되어 터빈의 자기기동 특성을 만족함과 동시에 관성으로 인한 터빈날개의 회전수 변동율을 감소시켜 발전터빈의 발전 효율을 증가시키는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 관한 것이다.

일반적으로 파력발전장치는 해상에서 발생되는 파랑에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산하는 것으로, 환경친화적인 에너지 사용의 필요성이 부각되면서 기존의 에너지 생산 발전장치들을 대체할 수 있는 청정에너지 생산장치로 주목받고 있다.

또한, 환경친화적인 파력발전장치는 청정에너지인 파랑운동에너지를 변환하여 발생되는 공기의 흐름을 통해 터빈을 회전시켜 발전기를 가동시키는 것으로, 터빈의 회전수가 발전기의 발전효율에 직접적 영향을 미침으로 발전 효율을 증가시키기 위해서는 터빈의 회전율 증가가 필요하다.

그러나 종래의 파력발전장치는 외부환경 변화가 발전 효율에 큰 영향을 미치며, 파랑운동에너지로 인해 발생되는 공기의 흐름이 파력발전장치의 발전터빈을 지속적으로 회전시키지 않으면 전력 생산이 중단되고, 발전터빈의 회전수가 파력발전장치의 전력 생산에 직접적 영향을 미치고 있으나 공기의 흐름으로 회전되는 발전터빈의 회전이 오래 지속되지 못하는 문제를 두고 고심하고 있는 실정이다.

그런대 현재 임펠러의 터빈날개에 구비되는 액체자석이 자기력으로 인해 위치가 변화되어 임펠러의 무게중심이 변화되면서 관성으로 인한 임펠러의 운동량이 증가됨으로 동일한 환경에서도 파력발전장치의 발전효율이 증가되며, 임펠러의 단순한 교체만으로 다양한 발전기에 적용가능한 플라이 휠 효과를 이용한 터빈의 필요성이 대두하여, 이에대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

기존 플라이 휠 효과를 이용한 터빈의 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 10-2007-0042046호(2007.04.20)를 통해 플라이 휠에는 영구자석형 마그넷이 다수 설치되어 있으며, 다수의 기어 중에는 축이 진동하는 기어가 플라이 휠의 효과를 가능하게 하여 마그넷이 설치된 회전자가 플라이 휠 효과를 발생하며, 한번 가해진 외부력에 대해 지속적인 회전을 유지시킴으로 발전의 효율성을 도모하는 마그넷 플라이 휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템이 제안된바 있다.

그러나 이러한 마그넷 플라이 휠과 진동축 기어방식을 이용한 발전 시스템은 발전기에 적용될 경우 회전운동을 전달해주는 추가 구성부가 필요하며, 다수의 기어 구조로 인해 그 구조가 복잡하여 유지보수가 어렵고, 대형화될 경우 부피와 무게로 인해 비효율적이며, 공기의 유동에 의해 회전되는 파력발전장치의 임펠러에 적용하기 어려운 문제로 인해 비효율 적이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 파력발전장치의 발전터빈에 설치되는 터빈날개의 단순한 교체만으로 적용할 수 있어 경제적이며, 터빈날개에 구비되는 액체자석이 자기력으로 인해 고정위치가 변화되면서 터빈날개의 무게중심이 변화되어 터빈의 자기기동 특성을 만족함과 동시에 관성으로 인한 터빈날개의 운동량이 증가됨으로 동일한 환경에서도 파력발전장치의 발전터빈이 생산하는 전력량이 증가되는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 해상에서 발생되는 파랑에 의해 공기가 유동되어 전력을 생산하는 파력발전장치의 발전터빈에 회전력을 전달하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 있어서, 상기 발전터빈의 일측 단부와 이격되어 상기 발전터빈과 연결되는 지지부에 의해 지지되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 전자석베어링과, 상기 전자석베어링의 전방에 배치되어 상기 전자석베어링의 일측을 관통하는 상기 발전터빈의 회전축에 결합되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 상기 발전터빈으로 회전력을 전달하는 터빈날개와, 상기 터빈날개의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링의 자기력 또는 상기 터빈날개의 원심력에 의해 고정위치가 가변되면서 상기 터빈날개의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 자성유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 발전터빈의 일측에 구비되며, 상기 터빈날개의 회전속도에 따라 전류의 흐름을 차단하여 상기 전자석베어링의 자기력을 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 일측에 구비되어 상기 터빈날개의 회전속도를 측정하며, 측정된 상기 터빈날개의 회전속도를 상기 제어부로 전달하는 회전속도계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 전자석베어링의 자기력이 해제되도록 상기 제어부는 상기 회전속도계에서 측정되는 상기 터빈날개의 회전속도가 10rps이상에서 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 터빈날개는, 상기 전자석베어링이 일측 내부로 삽입되어 상기 전자석베어링의 일측 및 외주면을 커버하면서 상호 이격된 상태를 유지하고, 상기 전자석베어링의 일측을 관통하여 연장되는 상기 발전터빈의 회전축에 결합되어 상기 발전터빈으로 회전력을 전달하는 회전축결합부와, 상기 회전축결합부의 외주면에 방사상으로 복수 개가 고정되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 상기 회전축결합부로 회전력을 전달하는 날개부와, 상기 날개부의 길이방향을 따라 내측에 구비되며, 상기 자성유체의 이동경로를 제공하는 유체수용부를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 날개부는, 상기 전자석베어링의 자기력에 의해 상기 자성유체가 상기 회전축결합부와 인접한 상기 유체수용부의 일측에 모여 고정되도록 구비되는 제1무게중심부와, 상기 제1무게중심부와 연통되어 상기 자성유체의 이동경로를 제공하는 이동로와, 상기 이동로를 따라 상기 자성유체가 이동되도록 연통되며, 상기 전자석베어링의 자기력이 해제되면서 상기 터빈날개가 회전되어 발생되는 원심력에 의해 상기 자성유체가 상기 유체수용부의 타측으로 이동되어 상기 터빈날개의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 제2무게중심부를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 상기 자성유체는, 상기 유체수용부의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링의 자기력에 의해 자화되며, 상기 전자석베어링의 자기력 또는 상기 터빈날개의 원심력에 의해 상기 제1무게중심부 또는 제2무게중심부로 위치가 이동되는 자성체입자와, 상기 자성체입자를 수용하여 상기 유체수용부의 내측에 구비되며, 상기 자성체입자가 상기 유체수용부의 내측에서 유동적으로 이동되도록 구비되는 수용용액을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 파력발전장치의 발전터빈에 설치되는 터빈날개에 액체자석이 구비되어 터빈날개가 회전됨에 따라 자기력으로 인해 액체자석이 고정되는 위치가 변화되며, 액체자석의 위치 변화로 인해 터빈날개의 무게중심이 변화되어 터빈의 자기기동 특성을 만족함과 동시에 관성으로 인한 터빈날개의 운동량이 증가됨으로 터빈날개의 회전수 변동율이 감소되어 동일한 환경에서도 파력발전장치에 설치되는 발전터빈의 발전효율이 증가되며, 터빈날개의 단순한 교체만으로 다양한 발전장치에 적용 가능함으로 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 나타낸 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 나타낸 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈을 나타낸 사용상태도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며 이는 해당 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 하기에서 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈(1)은, 해상에서 발생되는 파랑에 의해 공기가 유동되어 전력을 생산하는 파력발전장치(3)의 발전터빈(4)에 회전력을 전달하는 것으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발전터빈(4)의 일측 단부와 이격되어 상기 발전터빈(4)과 연결되는 지지부(110)에 의해 지지되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 전자석베어링(100)과, 상기 전자석베어링(100)의 전방에 배치되어 상기 전자석베어링(100)의 일측을 관통하는 상기 발전터빈(4)의 회전축(5)에 결합되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 상기 발전터빈(4)으로 회전력을 전달하는 터빈날개(200)와, 상기 터빈날개(200)의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링(100)의 자기력 또는 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 고정위치가 가변되면서 상기 터빈날개(200)의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 자성유체(300)를 포함한다.

여기서 파력발전장치(3)에 구비되어 전력을 생산하는 발전터빈(4)의 일측에는 전자석베어링(100)이 구비되는데, 이 전자석베어링(100)은 상기 발전터빈(4)의 일측 단부와 이격되어 상기 발전터빈(4)과 연결되는 지지부(110)에 의해 지지되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 것으로, 상기 전자석베어링(100)은 전류의 흐름에 의해 자기력이 제어되어 상기 자성유체(300)의 고정위치를 제어하도록 구비된다.

상기 전자석베어링(100)에 공급되는 전류의 흐름을 제어하도록 제어부(400)가 구비되는데, 이 제어부(400)는 상기 발전터빈(4)의 일측에 구비되며, 상기 터빈날개(200)의 회전속도에 따라 전류의 흐름을 차단하여 상기 전자석베어링(100)의 자기력을 제어하는 것으로, 상기 제어부(400)가 전류의 흐름을 제어하여 상기 전자석베어링(100)의 자기력을 제어함으로 상기 자성유체(300)가 상기 터빈날개(200)의 내측에서 고정되는 위치가 가변되도록 구비된다.

상기 제어부(400)의 일측에는 회전속도계(410)가 구비되는데, 이 회전속도계(410)는 상기 제어부(400)의 일측에 구비되어 상기 터빈날개(200)의 회전속도를 측정하며, 측정된 상기 터빈날개(200)의 회전속도를 상기 제어부(400)로 전달하는 것으로, 상기 제어부(400)에서 상기 전자석베어링(100)의 자기력을 제어하기 위해 상기 터빈날개(200)의 회전속도를 측정하여 상기 제어부(400)로 측정된 회전속도를 전달하도록 구비된다.

상기 전자석베어링(100)의 자기력이 해제되도록 상기 제어부(400)는 상기 회전속도계(410)에서 측정되는 상기 터빈날개(200)의 회전속도가 10rps이상에서 전류의 흐름을 차단하는 것으로, 상기 터빈날개(200)의 회전속도가 10rps이하 일시 상기 터빈날개(200)의 초기 회전속도가 충분히 발휘되도록 상기 자성유체(300)가 상기 전자석베어링(100)의 자기력에 의해 상기 터빈날개(200)가 회전되는 중심방향으로 각각 모여 고정되도록 구비된다.

또한, 상기 터빈날개(200)의 회전속도가 10rps이상 일시 상기 제어부(400)에서 전류의 흐름을 차단하여 상기 전자석베어링(100)의 자기력이 해제되면서 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 상기 자성유체(300)가 상기 터빈날개(200)의 단부 방향으로 각각 이동되며, 상기 터빈날개(200)의 무게 중심이 변화되면서 플라이 휠 효과가 발휘되어 관성에 의한 상기 터빈날개(200)의 회전수 변동율이 감소하도록 구비된다.

상기 전자석베어링(100)은 상기 발전터빈(4)의 회전축(5)이 통과되어 상기 터빈날개(200)의 일측과 결합되도록 일측에 관통공(120)이 구비되며, 상기 회전축(5)보다 큰 관경으로 구비되어 상기 회전축(5)의 회전시 마찰력이 발생되지 않도록 구비된다.

전술한 전자석베어링(100)의 전방에는 터빈날개(200)가 구비되는데, 이 터빈날개(200)는 상기 전자석베어링(100)의 전방에 배치되어 상기 전자석베어링(100)의 일측을 관통하는 상기 발전터빈(4)의 회전축(5)에 결합되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 상기 발전터빈(4)으로 회전력을 전달하는 것으로, 상기 파랑에 의해 유동되는 공기의 운동에너지를 회전운동으로 변환시켜 기계적인 동력으로 변환되도록 구비된다.

상기 터빈날개(200)는 상기 파랑에 의해 유동되는 공기에 의해 회전되도록 회전축결합부(210), 날개부(220) 및 유체수용부(230)로 구성된다.

상기 발전터빈(4)의 회전축(5)에 회전축결합부(210)가 결합되는데, 이 회전축결합부(210)는 상기 전자석베어링(100)이 일측 내부로 삽입되어 상기 전자석베어링(100)의 일측 및 외주면을 커버하면서 상호 이격된 상태를 유지하고, 상기 전자석베어링(100)의 일측을 관통하여 연장되는 상기 발전터빈(4)의 회전축(5)에 결합되어 상기 발전터빈(4)으로 회전력을 전달하는 것으로, 상기 발전터빈(4)의 회전축(5)과 견고하게 결합되며, 상기 터빈날개(200)가 회전되는 중심이 되도록 구비된다.

상기 회전축결합부(210)의 외주면에는 날개부(220)가 구비되는데, 이 날개부(220)는 상기 회전축결합부(210)의 외주면에 방사상으로 복수 개가 고정되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 상기 회전축결합부(210)로 회전력을 전달하는 것으로, 상기 파랑에 의해 유동되는 공기가 부딪혀 유체가 갖는 운동에너지를 회전운동으로 바꿔주는 역할을 하도록 구비된다.

상기 날개부(220)의 내측에는 유체수용부(230)가 구비되는데, 이 유체수용부(230)는 상기 날개부(220)의 길이방향을 따라 내측에 구비되며, 상기 자성유체(300)의 이동경로를 제공하는 것으로, 상기 자성유체(300)가 상기 전자석베어링(100)의 자기력 또는 터빈날개(200)의 원심력에 의해 상기 날개부(220)의 내측에서 이동되도록 구비된다.

상기 날개부(220)에는 상기 유체수용부(230)에서 이동되는 상기 자성유체(300)가 외력에 의해 이동되는 위치가 유지되어 상기 날개부(220)의 무게중심이 가변되도록 제1무게중심부(231), 이동로(232) 및 제2무게중심부(233)로 구성된다.

상기 날개부(220)의 내측에 구비되는 상기 유체수용부(230)의 일측에는 제1무게중심부(231)가 구비되는데, 이 제1무게중심부(231)는 상기 전자석베어링(100)의 자기력에 의해 상기 자성유체(300)가 상기 회전축결합부(210)와 인접한 상기 유체수용부(230)의 일측에 모여 고정되도록 구비되는 것으로, 상기 자성유체(300)가 자기력이 발휘되는 상기 전자석베어링(100)과 인접한 상기 유체수용부(230)의 일측으로 모여 무게중심이 상기 터빈날개(200)가 회전되는 원심력의 중심으로 유지되면서 상기 터빈날개(200)의 초기 회전력이 충분하게 발휘 되도록 구비된다.

상기 제1무게중심부(231)와 연통되도록 이동로(232)가 구비되는데, 이 이동로(232)는 상기 제1무게중심부(231)와 연통되어 상기 자성유체(300)의 이동경로를 제공하는 것으로, 상기 전자석베어링(100)의 자기력 또는 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 상기 자성유체(300)의 이동이 원활하도록 구비된다.

상기 이동로(232)와 연통되도록 제2무게중심부(233)가 구비되는데, 이 제2무게중심부(233)는 상기 이동로(232)를 따라 상기 자성유체(300)가 이동되도록 연통되며, 상기 터빈날개(200)가 회전되어 발생되는 원심력에 의해 상기 자성유체(300)가 상기 전자석베어링(100)의 자기력이 해제되면서 상기 유체수용부(230)의 타측으로 이동되어 플라이 휠 효과를 발생시키도록 구비되는 것으로, 상기 제2무게중심부(233)로 이동되는 상기 자성유체(300)가 상기 터빈날개(200)의 무게중심을 변화시키면서 상기 터빈날개(200)에 플라이 휠 효과가 발생되도록 구비된다.

전술한 터빈날개(200)의 내측에는 자성유체(300)가 구비되는데, 이 자성유체(300)는 상기 터빈날개(200)의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링(100)의 자기력 또는 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 고정위치가 가변되면서 상기 터빈날개(200)의 무게중심을 변화시켜 플라이 휠 효과를 발생시키는 것으로, 자기력에 의해 자화되는 자성체입자(320)로 구비되며, 소정의 무게를 가지고 있어 위치 이동에 의한 상기 터빈날개(200)의 무게중심을 가변시키도록 구비된다.

상기 자성유체(300)는 상기 유체수용부(230)의 내측에서 자기력에 의해 자화되며, 위치이동이 원활하도록 자성체입자(320) 및 수용용액(310)으로 구성된다.

상기 자성유체(300)를 구성하며 자기력에 의해 자화되도록 자성체입자(320)가 구비되는데, 이 자성체입자(320)는 상기 유체수용부(230)의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링(100)의 자기력에 의해 자화되며, 상기 전자석베어링(100)의 자기력 또는 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 상기 유체수용부(230)의 상기 제1무게중심부(231) 또는 제2무게중심부(233)로 위치가 이동되는 것으로, 자기력에 의해 자화되며, 자기력이 해제되면 자체 무게와 상기 터빈날개(200)의 원심력에 의해 위치가 이동되도록 구비된다.

상기 자성체입자(320)를 수용하며, 상기 유체수용부(230)의 내측에 수용용액(310)이 구비되는데, 이 수용용액(310)은 상기 자성체입자(320)를 수용하여 상기 유체수용부(230)의 내측에 구비되며, 상기 자성체입자(320)가 상기 유체수용부(230)의 내측에서 유동적으로 이동되도록 구비되는 것으로, 상기 자성체입자(320)가 이동되면서 상기 유체수용부(230)의 내측에서 발생되는 충격을 완화시키며, 상기 자성체입자(320)의 이동이 원활하도록 구비된다.

이와 같이 구성된 플라이 휠 효과를 이용한 터빈(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예에 따른 전자석베어링(100)은 발전터빈(4)의 일측 단부와 이격되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 것으로, 발전터빈(4)과 연결되는 지지부(110)에 의해 발전터빈(4)과 이격된 거리가 유지되며, 제어부(400)가 전류의 흐름을 제어하면서 전자석베어링(100)의 자기력이 제어되어 자성유체(300)의 고정위치를 가변시키는 효과가 있다.

상기 전자석베어링(100)에 공급되는 전류의 흐름을 제어하는 제어부(400)는 발전터빈(4)의 일측에 구비되어 터빈날개(200)의 회전속도에 따라 전류의 흐름을 차단하는 것으로, 터빈날개(200)의 회전속도에 따라 전류의 흐름을 차단하여 자성유체(300)가 이동 가능하게 함으로 플라이 휠 효과를 발생시키면서 터빈날개(200)의 회전효율이 증가되는 효과가 있다.

상기 제어부(400)의 일측에 구비되는 회전속도계(410)는 터빈날계의 초당 회전속도를 측정하여 제어부(400)로 전달한다.

상기 제어부(400)는 회전속도계(410)에서 전달되는 터빈날개(200)의 초당 회전 속도가 10rps이상일 경우 전류의 흐름을 차단하며, 10rps이하일 경우 전류의 흐름이 유지되도록 한다.

상기 회전속도계(410)에서 전달되는 터빈날개(200)의 초당 회전 속도가 10rps이하일 경우 제어부(400)에서는 전류의 흐름을 유지시켜 전자석베어링(100)이 자기력을 발휘하도록 하며, 자성유체(300)는 자기력에 의해 터빈날개(200)가 회전되는 웜심력의 중심에 모여 고정됨으로 터빈날개(200)의 초기 회전속도가 충분히 발휘되는 효과가 있다.

또한, 회전속도계(410)에서 전달되는 터빈날개(200)의 초당 회전 속도가 10rps이상일 경우 제어부(400)에서는 전류의 흐름을 차단하여 전자석베어링(100)이 자기력을 발휘하지 못하도록 하며, 자성유체(300)는 터빈날개(200)가 회전되는 원심력에 의해 터빈날개(200)의 외측 단부 방향으로 모여 고정됨으로 관성으로 인한 플라이 휠 효과가 발생되어 터빈날개(200)의 회전수의 변동율을 감소시키는 효과가 있다.

상기 전자석베어링(100)의 일측에는 발전터빈(4)의 회전축(5)보다 큰 관경으로 형성되는 관통공(120)이 구비되어 발전터빈(4)의 회전축(5)이 통과되며, 상호 인접되지 않아 마찰력이 발생되지 않음으로 터빈날개(200)에서 발전터빈(4)으로 전달되는 회전력을 저해하지 않는다.

본 발명의 일실시예에 따른 터빈날개(200)는 전자석베어링(100)의 전방에 배치되어 발전터빈(4)의 회전축(5)과 결합되며, 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 발전터빈(4)으로 회전력을 전달하는 것으로, 파랑에 의해 유동되는 공기의 운동에너지를 회전운동으로 변환시켜 전력을 생산하는 기계적인 동력으로 변환시키는 효과가 있다.

상기 터빈날개(200)를 구성하는 회전축결합부(210)는 전자석베어링(100)이 일측 내부로 삽입되어 상호 이격된 상태를 유지하며, 발전터빈(4)의 회전축(5)에 결합되어 회전력을 전달하는 것으로, 발전터빈(4)의 회전축(5)과 견고하게 결합되어 터빈날개(200)가 회전되는 중심이 되면서 이탈을 방지하고, 발전터빈(4)으로 전달되는 회전력의 손실을 방지하는 효과가 있다.

상기 회전축결합부(210)의 외주면에 방사상으로 고정되는 복수 개의 날개부(220)는 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 상기 회전축결합부(210)로 회전력을 전달하는 것으로, 파랑에 의해 유동되는 공기가 날개부(220)의 전면부에 부딪혀 유체가 갖는 운동에너지를 회전운동으로 바꿔주는 역할을 한다.

상기 날개부(220)의 내측에 구비되는 유체수용부(230)는 자성유체(300)의 이동경로를 제공하는 것으로, 날개부(220)의 길이방향으로 구비되어 자성유체(300)가 전자석베어링(100)의 자기력 또는 터빈날개(200)의 원심력에 의해 날개부(220) 양측의 각 단부 방향으로 원활하게 이동할 수 있는 경로를 제공한다.

상기 유체수용부(230)의 일측에 구비되는 제1무게중심부(231)는 자성유체(300)가 회전축결합부(210)와 인접한 유체수용부(230)의 일측에 모여 고정되도록 구비되는 것으로, 전자석베어링(100)의 자기력이 발휘되면 자성유체(300)가 자화되며, 유체수용부(230)의 내측에서 전자석베어링(100)과 인접한 회전축결합부(210)의 방향으로 각각 이동되어 모이는 자성유체(300)를 수용한다.

이때, 터빈날개(200)는 원심력의 중심인 회전축결합부(210)와 인접한 유체수용부의 제1무게중심부(231)에 자성유체(300)가 모여 자기력에 의해 고정됨으로 충분한 초기 회전력을 발휘한다.

상기 제1무게중심부(231)와 연통되는 이동로(232)는 전자석베어링(100)의 자기력 또는 터빈날개(200)의 원심력에 의해 자성유체(300)가 유체수용부(230)의 내측에서 원활하게 이동 가능하도록 이동경로 역활을 한다.

상기 제1무게중심부(231)와 이격되어 이동로(232)와 연통되는 제2무게중심부(233)는 전자석베어링(100)의 자기력이 해제되면서 자성유체(300)가 터빈날개(200)의 원심력에 의해 유체수용부(230)의 타측으로 이동되어 플라이휠 효과를 발생시키는 것으로, 자성유체(300)의 이동에 의해 터빈날개(200)의 무게 중심이 원심력이 발생되는 중심에서 외측 방향으로 변화됨으로 터빈날개(200)의 플라이 휠 효과가 발생되면서 터빈날개(200)의 초당 회전수의 변동율이 감소되는 효과가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 자성유체(300)는 유체수용부(230)의 내측에 구비되어 전자석베어링(100)의 자기력 또는 터빈날개(200)의 원심력에 의해 고정위치가 가변되어 터빈날개(200)의 무개 중심이 변화되면서 플라이휠 효과를 발생시키는 것으로, 자성유체(300)가 전자석베어링(100)의 자기력에 의해 자화되는 특징과 자체 무게로 인해 터빈날개(200)에서 고정되는 위치가 가변되면서 무게중심이 변화되는 효과가 있다.

상기 자성유체(300)를 구성하는 자성체입자(320)는 전자석베어링(100)의 자기력에 의해 자화되며, 유체수용부(230)의 제1무게중심부(231) 또는 제2무게중심부(233)로 고정위치가 이동되는 것으로, 자기력에 의해 자화되는 성질을 가지며, 자기력이 해제되는 경우 자체 무게와 터빈날개(200)의 원심력에 의해 고정위치가 변화되어 터빈날개(200)에 플라이휠 효과를 발생시킨다.

상기 자성유체(300)를 수용하여 유체수용부(230)의 내측에 구비되는 수용용액(310)은 유체수용부(230)의 내측에서 자성체입와 함께 구비되는 것으로, 자성체입자(320)와 수용용액(310)이 혼합되어 유체수용부(230)의 내측에서 유동적으로 이동가능하게 하며, 자성체입자(320)가 유체수용부(230)의 내측에서 이동되면서 발생되는 충격을 완화시키는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 플라이 휠 효과를 이용한 터빈(1)을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

3 : 파력발전장치 4 : 발전터빈
5 : 회전축 100 : 전자석베어링
110 : 지지부 120 : 관통공
200 : 터빈날개 210 : 회전축결합부
220 : 날개부 230 : 유체수용부
231 : 제1무게중심부 232 : 이동로
233 : 제2무게중심부 300 : 자성유체
310 : 수용용액 320 : 자성체입자
400 : 제어부 410 : 회전속도계

Claims

해상에서 발생되는 파랑에 의해 공기가 유동되어 전력을 생산하는 파력발전장치의 발전터빈에 회전력을 전달하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈에 있어서,
상기 발전터빈의 일측 단부와 이격되어 상기 발전터빈과 연결되는 지지부에 의해 지지되며, 전류의 흐름에 의해 자기력을 발휘하는 전자석베어링;
상기 전자석베어링의 전방에 배치되어 상기 전자석베어링의 일측을 관통하는 상기 발전터빈의 회전축에 결합되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 회전되어 상기 발전터빈으로 회전력을 전달하는 터빈날개; 및
상기 터빈날개의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링의 자기력 또는 상기 터빈날개의 원심력에 의해 고정위치가 가변되면서 상기 터빈날개의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 자성유체;를 포함하고,
상기 발전터빈의 일측에 구비되며, 상기 터빈날개의 회전속도에 따라 전류의 흐름을 차단하여 상기 전자석베어링의 자기력을 제어하는 제어부; 및
상기 제어부의 일측에 구비되어 상기 터빈날개의 회전속도를 측정하며, 측정된 상기 터빈날개의 회전속도를 상기 제어부로 전달하는 회전속도계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈.
삭제
청구항 1에 있어서
상기 전자석베어링의 자기력이 해제되도록 상기 제어부는 상기 회전속도계에서 측정되는 상기 터빈날개의 회전속도가 10rps이상에서 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈날개는,
상기 전자석베어링이 일측 내부로 삽입되어 상기 전자석베어링의 일측 및 외주면을 커버하면서 상호 이격된 상태를 유지하고, 상기 전자석베어링의 일측을 관통하여 연장되는 상기 발전터빈의 회전축에 결합되어 상기 발전터빈으로 회전력을 전달하는 회전축결합부;
상기 회전축결합부의 외주면에 방사상으로 복수 개가 고정되며, 상기 파랑으로 인한 공기의 유동에 의해 상기 회전축결합부로 회전력을 전달하는 날개부; 및
상기 날개부의 길이방향을 따라 내측에 구비되며, 상기 자성유체의 이동경로를 제공하는 유체수용부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈.
청구항 4에 있어서,
상기 날개부는,
상기 전자석베어링의 자기력에 의해 상기 자성유체가 상기 회전축결합부와 인접한 상기 유체수용부의 일측에 모여 고정되도록 구비되는 제1무게중심부;
상기 제1무게중심부와 연통되어 상기 자성유체의 이동경로를 제공하는 이동로; 및
상기 이동로를 따라 상기 자성유체가 이동되도록 연통되며, 상기 전자석베어링의 자기력이 해제되면서 상기 터빈날개가 회전되어 발생되는 원심력에 의해 상기 자성유체가 상기 유체수용부의 타측으로 이동되어 상기 터빈날개의 무게중심을 변화시키도록 구비되는 제2무게중심부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈.
청구항 5에 있어서,
상기 자성유체는,
상기 유체수용부의 내측에 구비되어 상기 전자석베어링의 자기력에 의해 자화되며, 상기 전자석베어링의 자기력 또는 상기 터빈날개의 원심력에 의해 상기 제1무게중심부 또는 제2무게중심부로 위치가 이동되는 자성체입자; 및
상기 자성체입자를 수용하여 상기 유체수용부의 내측에 구비되며, 상기 자성체입자가 상기 유체수용부의 내측에서 유동적으로 이동되도록 구비되는 수용용액;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 효과를 이용한 터빈.