KR102085485B1 - 다층 구조의 회전차 어셈블리를 갖는 수력 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 일측의 고압부로부터 유입된 후 타측의 저압부로 배출되는 유체에 의해 회전하는 회전차 어셈블리가 장치되어 있는 터빈부와; 일단은 상기 회전차 어셈블리의 회전 중심에 연결되며, 타단은 발전기에 연결되는 터빈축이 장치되어 있는 기어부를 포함하고, 상기 회전차 어셈블리는, 소정 두께의 회전축과 나란한 로브 면을 가지는 복수개의 회전차 세그먼트를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되는 형태로 결합한 것을 특징으로 하는 수력 터빈이 개시된다.
이상과 같은 본 발명에서 회전차 어셈블리는 복수개의 회전차 세그먼트를 회전축 방향을 따라 트위스트된 형태로 적층하여 형성함으로써 난방수의 흐름을 휘어지도록 변경하여 회전차 어셈블리 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 한다.

Description

다층 구조의 회전차 어셈블리를 갖는 수력 터빈{Hydraulic turbine with multi-layered lobe assembly}

본 발명은 수력 터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 다층 구조의 회전차 어셈블리를 갖는 수력 터빈에 관한 것이다.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.

수력 터빈(hydraulic turbine)은 구동 에너지원으로써 물의 역학적 에너지를 이용하여 회전 날개인 회전차(runner)를 작동시키는 원동기의 일종으로, 통상 수차(水車)라고도 한다.

이러한 수력 터빈은 통상적으로는 상온의 물을 이용하여 회전차를 구동시키므로 발열 현상이 적고, 수력 터빈을 발전기에 연결시키기 위한 기어박스까지 고온의 열이 전달되지 않는 것이 보통이다.

그러나, 수력 터빈의 에너지원으로 고온의 물을 이용하는 경우에는 회전차를 비롯하여 그 주변의 기어박스까지 열이 전달됨에 따라 기어 고장이나 윤활유와 같은 오일에 고열이 전달되는 문제가 있다.

특히, 지역난방 시스템에서 수용가에 난방이나 급탕을 공급하기 위한 열수송망으로 사용되는 배관에는 열생산시설(열병합 발전소)에서 생성된 약 110℃의 물이 공급된다.

이때, 고지대에 열원을 공급하기 위해 가압장 설비에서 수압을 높여 송출하면 저지대에서는 그 만큼의 차압(differential pressure)이 발생하고, 그 외 열원시설로부터 먼 수용가와 가까운 수용가 사이에도 차압이 발생한다.

따라서, 차압으로 수력 터빈을 가동시켜 재생 에너지를 발전하는 경우, 난방이나 급탕 등을 위한 약 110℃의 물이 수력 터빈에 가해지면 고열이 인가되어 설비의 고장이나 파손이 발생한다.

한편, 종래의 터빈에 사용되는 회전차(Lobe)의 경우, 직선형 구조를 가져 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1852023호 대한민국 등록특허 제10-0781296호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 다층 구조의 회전차 어셈블리를 갖는 수력 터빈을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수력 터빈의 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 할 수 있는 다층 구조의 회전차 어셈블리를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 수력 터빈은,

일측의 고압부로부터 유입된 후 타측의 저압부로 배출되는 유체에 의해 회전하는 회전차 어셈블리가 장치되어 있는 터빈부와;

일단은 상기 회전차 어셈블리의 회전 중심에 연결되며, 타단은 발전기에 연결되는 터빈축이 장치되어 있는 기어부를 포함하고,

상기 회전차 어셈블리는,

소정 두께의 회전축과 나란한 로브 면을 가지는 복수개의 회전차 세그먼트를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되는 형태로 결합한 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 세그먼트는,

회전축과 나란한 로브 면을 가지는 박판인 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 세그먼트는,

이웃하여 결합할 세그먼트와 일정 각도로 틀어져 결합하도록 하는 결합부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 어셈블리의 회전차 세그먼트들의 회전축 방향 일단에서 타단까지의 최종 트위스트된 각도는 45±10도인 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 회전차 어셈블리는,

수력 터빈에 사용되는 회전차 어셈블리로서,

소정 두께 이하인 복수개의 회전차 세그먼트를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되는 형태로 결합한 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에서 회전차 어셈블리는 복수개의 회전차 세그먼트를 회전축 방향을 따라 트위스트된 형태로 적층하여 형성함으로써 난방수의 흐름을 휘어지도록 변경하여 회전차 어셈블리 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 한다.

또한, 트위스트된 회전차 어셈블리를 일체형으로 제작하는 경우에는 가공이 어려워 가공비가 증가하고 대형 자재를 한번에 가공하여야 하나 직선형 세그먼트는 이에 비하여 가공비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 소형 자재를 활용할 수 있으므로 제조 비용 절감 및 불량 발생시 문제를 줄일 수 있다.

또한, 적층 개수를 조절하여 회전차의 길이를 조절할 수 있어서 수요자의 요구에 따른 수차의 용량 조절을 용이하게 할 수 있다.

이외에 적층시의 비틀림 각도의 조절을 통하여 전체 회전차의 트위스트 각도를 필요에 따라 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자체 수력 터빈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 정면도이다.
도 3은 상기 도 1의 정단면도이다.
도 4는 본 발명에 실시예에 따른 수력 터빈을 일 방향에서 바라본 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자체 냉각 기능을 갖는 수력 터빈을 다른 방향에서 바라본 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈을 일 방향에서 바라본 분해 사시도이다.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈을 다른 방향에서 바라본 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈에 적용되는 회전차 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명이 적용되는 열수송망을 나타낸 제1실시예이다.
도 9b는 본 발명이 적용되는 열수송망을 나타낸 제2실시예이다.
도 10은 본 발명에 따른 수력식 재생 발전장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 상기 도 7의 듀얼 발전기를 나타낸 분해 사시도이다.
도 12는 상기 도 7의 듀얼 발전기를 나타낸 조립 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 수력식 재생 발전장치의 배관 계통도이다.
도 14는 본 발명에 따른 수력식 재생 발전장치의 제어부를 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력 터빈에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수력 터빈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수력 터빈의 정면도이다.

도 1 및 도 2와 같이, 본 발명에 따른 수력 터빈은 크게 터빈부(110), 기어부(120) 및 냉각부(130)로 구분되며, 이들 터빈부(110), 기어부(120) 및 냉각부(130)가 서로 조립되어 본 발명의 수력 터빈을 구성한다.

이때, 터빈부(110)는 일측으로 유입된 후 타측으로 배출되는 고온의 난방수에 의해 회전하는 회전차(runner: 114)가 장치되어 있어서 난방수의 흐름을 유체 에너지로 이용하여 발전에 필요한 동력을 제공한다.

난방수는 일예로 지역난방을 제공하는 열수송망 배관을 통해 공급중인 것으로 난방, 급탕 및 온수 공급 등 다양한 목적의 고온수를 포함하는 것으로 정의하며, 통상적으로 열병합 발전소에서는 약 110℃ 고온의 물을 공급한다.

기어부(120)는 발전기에 동력을 전달하기 위한 기어박스에 해당하는 것으로, 일단은 상기한 회전차(114)의 회전 중심에 연결되며, 타단은 발전기에 연결되는 터빈축(122)이 장치되어 있다.

아래에서 구체적인 실시예를 들어 다시 설명하지만 수력 터빈(100)은 수용가에 필요한 수압을 초과하는 차압(differential pressure)을 이용하여 회전차(114)를 가동시키고, 그에 따라 회전차(114)에 연결된 터빈축(122)이 축 회전된다.

나아가, 기어부(120)의 터빈축(122)이 축 회전을 하면, 축 커플러를 통해 연결된 발전기의 발전축 역시 회전을 하면서 수력 발전을 한다. 특히 지역난방 시스템에서 발생한 폐 차압을 이용하여 재생 에너지를 생산한다.

냉각부(130)는 약 110℃ 가량의 난방수를 구동 에너지원으로 하여 터빈을 가동시 고온의 열이 전달되는 것을 방지하는 것으로, 터빈축(122)에 의해 회전되는 냉각 팬(133)이 장착되어 있어서 공기 냉각방식으로 터빈부(110)를 냉각시킨다.

냉각 팬(133)은 수력에 의해 회전하는 회전차(114)에 의해 구동되므로 별도의 구동원이 필요 없이 자체 구동되며, 공기 유동공(132)을 통해 유입된 외기로 터빈부(110) 자체를 냉각시킴은 물론 터빈축(122)을 포함하는 기어부(120)로 고열이 전달되는 것을 방지한다.

특히 냉각부(130)는 터빈부(110)와 기어부(120) 사이에 설치되어 터빈부(110)와 기어부(120)를 분리하고, 그 대신 기어부(120)의 터빈축(122)은 냉각팬(133)의 회전 중심을 관통하여 터빈부(110)의 회전차(114)에 연결된다.

이하, 본 발명을 구성하는 터빈부(110), 기어부(120) 및 냉각부(130)에 대해 구체적인 실시예를 들어 좀 더 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일측 방향 전개 사시도이다. 도 5는 본 발명의 타측 방향 전개 사시도이다.

도 3 내지 도 5와 같이, 터빈부(110)는 몸체를 구성하는 터빈 케이싱(111)과, 난방수가 유입되는 유입구(112)와, 유입된 난방수가 배출되는 배출구(113) 및 유동중인 난방수에 의해 회전하는 회전차(114: 114-1, 114-2)를 포함한다.

이때, 터빈 케이싱(111)은 기어부(120)는 물론 그 사이의 냉각부(130)에 고온의 열이 직접 전도되는 것을 방지하도록 단열 처리된다. 단열은 터빈 케이싱(111) 내부에 단열재를 삽입하거나 외표면에 단열층을 부착 또는 도포하여 구성한다.

터빈 케이싱(111) 중 후방부에는 터빈축(122)이 관통 조립되는 제1 조립공(111a)이 형성된다. 제1 조립공(111a)은 일예로 단턱 내에 형성되며, 단턱에는 냉각부(130) 측으로 난방수가 누설되는 것을 방지하도록 수밀링(115)이 끼워진다. 수밀링(115)으로는 메카니컬씰, 립씰 혹은 O-링 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 조립공(111a)은 터빈축(122)의 단면 형상과 동일하게 둥근 원형으로 형성되며, 일예로 효율을 위해 터빈축(122)이 주 터빈축(122-1) 및 보조 터빈축(122-2)을 포함하는 경우 2개의 제1 조립공(111a)이 구비된다.

제1 조립공(111a) 주변부에 돌출된 단턱 내에 수밀링(115)을 끼운 후에는 상기 단턱이 끼워지는 구멍이 형성된 보호판(116)을 터빈 케이싱(111)의 내측 후면에 부착함으로써 수밀링(115)을 밀착시키고, 마찰로 인한 마모시 교환품인 보호판(116)의 교체를 통해 터빈 케이싱(111) 전체의 교체를 방지한다.

반면, 터빈 케이싱(111)의 전방부는 회전차(114) 등의 조립을 쉽게하도록 개방되어 있으며, 개방된 전방부는 전방 커버(117)를 덮은 후 볼트 등으로 조립한다. 전방 커버(117)의 후면에는 일예로 보조판(117a)이 부착된다.

유입구(112) 및 배출구(113)는 난방수의 유동을 위한 유로를 형성하는 것으로, 유입구(112)는 터빈 케이싱(111)의 일측에 관통 형성되어 난방수가 유입되고, 배출구(113)는 터빈 케이싱(111)의 타측에 관통 형성되어 난방수가 배출된다.

바람직하기로 유입구(112) 및 배출구(113)는 터빈 케이싱(111)의 좌우측에서 서로 마주보게 형성되어 직선 방향으로 유로를 형성한다. 반면 터빈 케이싱(111)의 전후 방향을 따라 설치된 터빈축(122) 및 그에 연결된 회전차(114)는 유로에 직교한 방향으로 배치된다.

회전차(114)는 터빈 케이싱(111)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 난방수의 역학적 에너지를 기계적 회전력으로 전환시키는 것으로, 터빈 케이싱(111) 내부에서 유입구(112)와 배출구(113)를 따라 유동하는 난방수 유로상에 노출 설치된다.

이를 위해 회전차(114)의 전면에는 볼트가 삽입되는 전방 삽입공이 형성되어 있고, 후면에는 터빈축(122)이 끼워지는 후방 삽입공이 형성되어 있으며 이들 삽입공은 서로 연결된다. 또한 터빈축(122)의 전방부에는 볼트공이 형성되어 있다.

따라서, 터빈 케이싱(111)의 제1 조립공(111a)을 관통하여 끼워진 터빈축(122)은 회전차(114)의 후방 삽입공에 끼워지고, 그 상태에서 회전차(114)의 전방 삽입공을 통해 와셔(118a) 및 볼트(118b)를 체결하면 터빈축(122)과 회전차(114)가 결합된다.

다만, 회전차(114)는 서로 나란히 배치된 주 회전차(114-1) 및 보조회전차(114-2)를 포함하는 것이 바람직한데, 주 회전차(114-1)와 보조 회전차(114-2)는 일예로 동일한 직경 및 형상으로 이루어지며, 서로 간 회전을 방해하지 않는 한도에서 나란히 인접 배치되어 동시에 수력을 전달받는다.

다음, 기어부(120)는 몸체를 구성하는 기어 케이싱(121)과, 회전차(114)의 동력을 발전기에 전달하는 터빈축(122: 122-1, 122-2) 및 상기 기어 케이싱(121) 내에서 터빈축(122)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(123, 124)을 포함한다.

이때, 기어 케이싱(121)은 터빈부(110)에 고온의 난방수가 통과하면서 발생된 열이 전달되는 것을 최소화하도록 후술하는 냉각부(130)를 사이에 두고 터빈부(110)로부터 일정 간격 이격 설치된다.

이러한 기어 케이싱(121)은 일예로 그 내부에 각종 부품의 설치를 쉽게 하도록 전방부는 개방되어 있으며, 후방부에는 발전기(도 7의 '200' 참조)에 연결되도록 터빈축(122)이 인출되는 제2 조립공(121a)이 형성되어 있다.

제2 조립공(121a) 역시 터빈축(122)의 단면 형상과 동일하게 둥근 원형으로 형성된다. 다만, 제2 조립공(121a)은 보조 터빈축(122-2)에 기어 결합되어 주 터빈축(122-1)으로 통합하여 동력을 전달하므로 주 터빈축(122-1)의 인출을 위한 1개의 제2 조립공(121a)만 구비되어도 된다.

터빈축(122)은 회전차(114)의 동력을 발전기에 전달하는 것으로, 전방 단부는 터빈 케이싱(111)에 관통 형성된 제1 조립공(111a)을 통과하여 회전차(114)에 체결되고, 후방 단부는 기어 케이싱(121)에 관통 형성된 제2 조립공(121a)을 통과하여 외부로 돌출된다.

또한, 아래에서 다시 설명하겠지만 터빈부(110)와 기어부(120) 사이에는 냉각부(130)가 배치되어 있으므로, 터빈축(122)은 냉각부(130)를 통과하여 회전차(114)에 연결되며, 이때 냉각부(130)에 설치되는 냉각 팬(133)에 조립되어 냉각 팬(133)을 회전시킨다.

바람직한 실시예로, 상술한 터빈부(110)의 회전차(114)가 2개인 경우 그에 각각 연결되도록 터빈축(122) 역시 2개가 구비되며, 2개의 터빈축(122)은 주 터빈축(122-1) 및 보조 터빈축(122-2)으로 구성된다.

이때, 주 회전차(114-1)에는 주 터빈축(122-1)이 연결되고, 보조 회전차(114-2)에는 보조 터빈축(122-2)이 연결되며, 주 터빈축(122-1)은 보조 터빈축(122-2)의 동력을 전달받아 통합하여 외부의 발전기에 동력을 전달한다.

이를 위해 주 터빈축(122-1)은 기어 케이싱(121)의 외부로 돌출되어 발전기에 연결되고, 보조 터빈축(122-2)에 끼워진 보조 기어(125-2)는 주 터빈축(122-1)에 끼워진 주 기어(125-1)에 맞물려 보조 회전차(114-2)의 동력을 전달한다.

더욱 구체적으로, 주 터빈축(122-1)은 전체적으로 길이가 축 형상으로 이루어지되 전방측부터 제1 축부(P1) 내지 제5 축부(P5)로 구획되며, 보조 터빈축(122-2)은 제5 축부(P5)를 제외한 제1 축부(P1) 내지 제4 축부(P4)로 구획된다.

도 3과 같이, 제1 축부(P1)는 회전차(114) 내부로 삽입 고정되고, 제2 축부(P2) 및 제4 축부(P4)에는 각각 후술하는 베어링(123, 124)(예: 볼 베어링(123, 124))이 끼워진다. 제2 축부(P2)와 제4 축부(P4) 사이의 제3 축부(P3)에는 기어(125-1, 125-2)가 끼워진다.

즉, 주 터빈축(122-1)의 제3 축부(P3)에는 주 기어(125-1)가 끼워지고, 보조 터빈축(122-2)의 제3 축부(P3)에는 보조 기어(125-2)가 끼워지며, 주 기어(125-1)와 보조 기어(125-2)는 서로 맞물려 치차 결합된다.

베어링(123, 124)은 터빈축(122)을 회전 가능하게 지지하는 것으로 대표적으로 볼 베어링(123, 124)이 적용되며, 이와 같은 베어링(123, 124)은 제2 축부(P2) 및 제4 축부(P4)에 각각 조립되며, 기어 케이싱(121) 내면에 형성된 조립구에 고정 설치된다.

다음, 냉각부(130)는 몸체를 구성하는 냉각 케이싱(131)과, 외기의 유입 및 배출을 가능하게 하는 공기 유동공(132) 및 터빈축(122)에 의해 자체로 회전하여 공기식 냉각을 하는 냉각 팬(133: 133-1, 133-2)을 포함한다. 이때 냉각 케이싱(131)의 전방부는 개방된 상태에서 터빈 케이싱(111)의 후방부에 밀착 결합된다. 또한 냉각 케이싱(131)의 후방부에는 기어 케이싱(121)이 결합되며, 터빈축(122)이 관통 조립되는 제3 조립공(131a)이 형성되어 있다.

공기 유동공(132)은 외기의 유입을 안내하여 고온의 난방수가 흐르는 터빈부(110)를 냉각시키는 것으로, 냉각 케이싱(131)에 측부을 따라 적어도 하나 이상 형성된다. 일예로 냉각 케이싱(131)에는 4개의 공기 유동공(132)이 형성되어 공기가 원활하게 유입 및 유출되게 한다.

냉각 팬(133)은 냉각 케이싱(131) 내에 설치되되, 회전 중심부에 형성된 축공에는 터빈축(122)이 관통 조립된다. 따라서, 본 발명은 별도의 동력이나 구동원을 구비할 필요 없이 터빈축(122) 자체에 의해 냉각 팬(133)이 회전한다.

또한 냉각 케이싱(131)의 제3 조립공(131a) 주변부에는 단턱이 형성되고, 단턱 내에는 마찰 베어링(134)이 설치되어 냉각 팬(133)의 회전시 마찰에 의한 마모나 소음을 저감시킨다.

다만, 냉각 팬(133)은 고온의 난방수가 유동하는 터빈부(110)를 향해 공기 유동공(132)을 통해 유입된 공기를 송풍하도록 설치되는 것이 바람직하다.

예컨대, 냉각 팬(133)에 형성된 팬 날개가 터빈부(110)를 바라보도록 설치하여 터빈부(110)로 냉각용 외기를 공급한다.

또한, 2개의 회전차(114)에 대응하여 터빈축(122) 역시 2개인 경우 냉각 팬(133) 역시 2개 구비하여 냉풍량을 증가시킨다. 즉, 주 터빈축(122-1)에 끼워지는 주 냉각 팬(133-1) 및 보조 터빈축(122-2)에 끼워지는 보조 냉각 팬(1332)을 포함한다.

상기 구조에서 필요에 따라 냉각부(130)는 미적용 하는 것도 가능하다.

그리고 상기 구조에서 회전차(114-1, 114-2)는 유로가 직선형 구조를 가질 경우 후류에서 펄세이션(pulsation)이 생길 수 있다.

따라서 이를 개량한 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈을 일 방향에서 바라본 분해 사시도이다.

도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈을 다른 방향에서 바라본 분해 사시도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈에 적용되는 회전차 어셈블리를 나타낸 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈은,

일측의 고압부로부터 유입된 후 타측의 저압부로 배출되는 유체에 의해 회전하는 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)가 장치되어 있는 터빈부(110)와;

일단은 상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 회전 중심에 연결되며, 타단은 발전기에 연결되는 터빈축이 장치되어 있는 기어부(120)를 포함하고,

상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는,

소정 두께의 회전축과 나란한 로브면을 가지는 복수개의 회전차 세그먼트(143)를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되는 형태로 결합한 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 세그먼트(143)는,

회전축과 나란한 로브 면을 가지는 박판인 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 회전차 세그먼트(143)들의 회전축 방향 일단에서 타단까지의 최종 트위스트된 각도는 45±10도인 것을 특징으로 한다.

상기 회전차 세그먼트(143)는,

중앙에 유로(147)가 형성되고, 사방에 날개(145)가 형성되는 것일 수 있다.

상기 회전차 세그먼트(143)는,

이웃하여 결합할 세그먼트와 일정 각도로 틀어져 결합하도록 하는 결합부를 가지는 것을 특징으로 한다.

결합부는 공지의 수단이 적용될 수 있으며, 구체적인 예로 세그먼트 일면에 형성된 홈(146)과 상기 일면에 결합되는 다음 세그먼트의 결합면에 형성된 돌기로 구성될 수 있다. 상기 돌기는 회전축을 기준으로 상기 홈과 소정의 각도로 틀어져 형성된다. 이를 통하여 상기 홈에 상기 돌기가 끼워지면 각각의 세그먼트가 소정의 각도로 트위스트 되는 형태로 조립될 수 있다. 필요에 따라 상기 홈(146)은 복수 개 구비되어 원하는 홈에 돌기를 결합하여 트위스트 각도를 조절할 수 있다.

각각의 상기 회전차 세그먼트(143)의 두께는 임의로 조정할 수 있으며, 구체적인 예로 0.1mm 내지 10cm일 수 있다. 두께가 충분히 얇은 시트의 경우에는 금형을 활용한 펀칭 또는 와이어 커팅을 통하여 박판 형태로 각 세그먼트를 제작할 수 있다. 이를 트위스트 형태로 적층하여 조립체를 제작할 수 있다.

상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)를 구성하는 상기 회전차 세그먼트(143)의 개수는 임의로 조정할 수 있으며, 구체적인 예로 3 내지 100개 일 수 있다. 복수개의 상기 회전차 세그먼트(143)는 동일한 두께를 가질 수도 있고, 서로 다른 두께를 가질 수도 있다. 본 발명의 경우 회전차 세그먼트(143)를 대량생산하여 수력 터빈의 용량에 맞도록 최종 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)를 구성하는 것이 가능하며, 이상이 있는 회전차 세그먼트(143) 만을 교체하여 유지관리에 유리하다.

상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는 복수개의 회전차 세그먼트(143)를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되도록 적층하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

인접한 상기 회전차 세그먼트(143)들의 트위스트 각도는 임의로 조정이 가능하며, 구체적인 예로는 1도 내지 15도일 수 있으며, 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는 인접한 상기 회전차 세그먼트(143)들의 트위스트 각도가 동일하거나 다를 수 있으며, 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 최종 트위스트 각도도 같거나 서로 다를 수 있다.

상기 회전차 어셈블리의 회전차 세그먼트들의 회전축 방향 일단에서 타단까지의 최종 트위스트된 각도는 45±10도인 것을 특징으로 한다. 이 경우 더욱 우수한 펄세이션(pulsation) 방지 효과를 가질 수 있다.

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수력 터빈은, 회전차(114-1, 114-2) 대신 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)를 적용하되, 복수개의 회전차 세그먼트(143)를 회전축 방향을 따라 최종 45±10도로 트위스트된 형태로 적층하여 형성함으로써, 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 후류에서 펄세이션(pulsation)이 발생하지 않도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 위와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 자체 냉각 기능을 갖는 수력 터빈의 적용예에 대해 설명한다. 적용예는 본 발명이 지역난방의 열수송망 중 차압이 발생한 부분에 설치된 것이다.

도 9a 및 도 9b와 같이 본 발명에 따른 수력 터빈은 열병합 발전설비와 같은 열원시설로부터 공급되는 열원(온수, 난방수 등)을 수송하기 위한 열수송망(유체 수송망)에서 전력을 생산하는데 적용된다.

이때, 본 발명은 열수송망을 구성하는 수송배관에 설치되는 것으로, 수송배관 중 차압이 없는 일반적인 구간에 설치될 수도 있지만, 바람직하게는 차압발생 구간에 설치되어 폐 차압으로 전력을 생산한다.

차압은 도 9a와 같이 고지대의 수용가에 지역난방을 공급하기 위해서 가압장 설비에서 열공급관의 지역난방수 압력을 일정 크기 이상으로 높여 열공급을 한 후 저지대에서 회수시 발생할 수 있다.

또한, 도 9b와 같이 열원시설로부터 먼 지역과 가까운 지역으로 동시에 열공급을 하는 경우 가까운 지역을 위한 열수송망에서 차압이 발생할 수 있으며, 그 외 겨울철보다 수용가의 난방부하가 작은 여름철에도 차압이 발생할 수 있다.

압력은 열원시설로부터의 거리가 멀어질수록 점차 작아지게 되며, 이때 어느 한 지점에서 차압 발전을 수행할 수 있지만, 필요시에는 각각의 차압 발생지점마다 차압 발전을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명은 수송배관에 재생 에너지 생산용 발전 장치를 설치하므로, 차압밸브와 같은 압력조절밸브를 대체하면서도 유체 수송망에서 발생한 폐 차압을 전력 생산에 재활용할 수 있게 한다.

즉, 본 발명의 자체 냉각 기능을 갖는 수력 터빈은 압력조절 밸브(PDCV 및 TCV의 외산수입품)를 대체하여 미활용되고 있는 차압 에너지를 회수 및 활용하여 전력을 생산하며 외산 차압밸브 대체의 경제성을 확보할 수 있게 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 자체 냉각 기능을 갖는 수력 터빈(이하, '수력 터빈'이라 함)이 적용되는 수력식 재생 발전시스템은 수력 터빈(100), 발전기(200) 및 축 커플러(300)를 포함한다.

이때, 수력식 재생 발전시스템은 하나의 발전기(200)에 하나의 본 발명에 따른 수력 터빈(100)이 연결되어 사용되도록 이들 사이의 축 커플러(300)를 포함하는 방식으로 구성될 수 있음은 자명할 것이다.

그러나, 재생 전력의 생산성 향상을 위해 듀얼 발전 방식이 적용되는 것이 바람직하다. 이를 위해 수력식 재생 발전시스템은 제1 수력 터빈(100-1), 제2 수력 터빈(100-2), 듀얼 발전기(200), 제1 축 커플러(300-1), 제2 축 커플러(300-2) 및 브레이크(BRK)를 포함한다.

또한, 바람직한 실시예로써 지역난방의 열수송망을 구성하는 수송배관(HT-P)과의 연결 및 발전량 제어를 위해 제1 분기관(410), 제1 제어밸브(411), 제2 분기관(420) 및 제2 제어밸브(421)를 더 포함한다.

또한, 차압 재생 발전의 지능형 제어를 위해 제어부(430)를 비롯하여, 제1 수압센서(WS1), 제2 수압센서(WS2), 차압 산출부(431), 발전량 산출부(432), 부하량 산출부(433) 및 통신인터페이스(434) 등을 더 포함한다.

도 10과 같이 듀얼 발전기(200)는 발전기 하우징(210)의 양측부에 각각 독립적으로 회전하도록 설치된 제1 발전기축(GX-1) 및 제2 발전기축(GX-2)을 구비한다. 따라서, 제1 발전기축(GX-1) 및 제2 발전기축(GX-2) 중 어느 하나 이상의 회전에 의해 전력을 생산한다. 즉, 제1 발전기축(GX-1)으로 재생 에너지를 생산하거나, 제2 발전기축(GX-2)으로 재생 에너지를 생산하거나, 혹은 제1 발전기축(GX-1)과 제2 발전기축(GX-2)을 동시에 회전(서로 반대 방향)시켜 재생 에너지를 생산한다.

이러한 듀얼 발전기(200)는 그 좌우측에 각각 배치된 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2)에 연결되며, 차압의 크기에 따라 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2) 중 어느 하나 또는 둘 모두로 듀얼 발전기(200)를 가동시킴에 따라 재생 에너지가 생산된다.

이때, 듀얼 발전기(200)의 제1 발전기축(GX-1)은 제1 축 커플러(300-1)에 의해 제1 수력 터빈(100-1)과 연결되고, 제2 발전기축(GX-2)은 제2 축 커플러(300-2)에 의해 제2 수력 터빈(100-2)에 연결되어 각각 동력이 전달된다.

도 11 및 도 12와 같이, 듀얼 발전기(200)는 일 실시예로써 발전기 하우징(210), 하우징 커버(211, 212), 회전링(220), 회전링 커버(221, 222), 회전자(223), 정류자(230), 볼 베어링(123, 124)(241 내지 244) 및 브러쉬(250)를 포함한다.

이때, 발전기 하우징(210)에는 영구자석이 설치되며, 발전기 하우징(210)의 양측 개구부는 하우징 커버(211, 212)가 조립된다. 또한, 발전기 하우징(210)의 중공부에는 제1 방향(예: 시계 방향)으로 회전하는 원통 형상의 회전링(220)이 설치된다.

회전링(220)은 일예로 그 중공부에 끼워지는 회전자(223)와 결합된 상태로 함께 회전을 하는데, 회전자(223)는 전기강판(라미네이트판)을 다수개 적층한 것으로 그 권선홈에는 코일이 다수회 감겨 있다.

따라서, 회전링(220)과 함께 회전자(223)가 회전하면, 하우징 커버(211, 212)의 영구자석이나 정류자(230)의 영구자석에 의해 코일에 유도 기전력이 유도됨에 따라 발전이 이루어지게 된다. 즉, 지역난방시 발생한 폐차압으로 에너지를 재생한다.

회전링(220)의 양측 개구부에는 회전링 커버(221, 222)가 조립된다.

그 중 일측(도면상 좌측)의 회전링 커버(221)에는 제1 발전기축(GX-1)이 구비된다.

제1 발전기축(GX-1)은 하우징 커버(211)를 통해 외부로 노출된다. 따라서 제1 축 커플러(300-1)를 통해 제1 수력 터빈(100-1)과 연결된다.

제1 수력 터빈(100-1)에 연결된 제1 발전기축(GX-1)은 상술한 바와 같이 회전링(220)에 결합되어 있으며 권선이 감겨있는 회전자(223)를 회전시키므로, 제1 발전기축(GX-1)의 회전에 의해 권선으로 유도 기전력이 유도된다.

한편, 정류자(230)는 회전자(223) 내에서 제1 발전기축(GX-1)이 회전하는 제1 방향과 반대인 제2 방향(예: 반시계 방향)으로 회전하도록 설치된다.

이러한 정류자(230)에는 영구자석이 구비되고 외측으로는 제2 발전기축(GX-2)이 구비되어 있다.

제2 발전기축(GX-2)은 제1 발전기축(GX-1)의 반대 방향(도면상 우측)으로 배치되며, 일측의 하우징 커버(212)를 통과하여 외부로 노출된 제2 발전기축(GX-2)은 제2 축 커플러(300-2)를 통해 제2 수력 터빈(100-2)에 연결된다.

발전기 하우징(210)의 양측에 조립되는 하우징 커버(211, 212)에는 제1 베어링(123, 124)(241) 및 제2 베어링(123, 124)(242)이 각각 조립되고, 좌측의 제1 베어링(123, 124)(241)에는 제1 발전기축(GX-1)이 지지되며, 우측의 제2 베어링(123, 124)(242)에는 제2 발전기축(GX-2)이 지지된다.

또한, 회전링(220)의 양측에 조립되는 회전링 커버(221, 222)에는 제3 베어링(123, 124)(243) 및 제4 베어링(123, 124)(244)이 각각 조립되고, 좌측의 제3 베어링(123, 124)(243)에는 정류자(230)의 일측으로 돌출된 축이 지지되고, 우측의 제4 베어링(123, 124)(243)에는 제2 발전기축(GX-2)이 지지된다.

위에서 설명을 생략한 브러쉬(250)는 제1 발전기축(GX-1)이 돌출 형성된 일측의 회전링 커버(221)에 끼워지며, 공지된 바와 같이 브러쉬(250)를 통해 회전자(223)의 권선홈에 감긴 권선을 외부 장치와 연결시킨다.

이상 본 발명에 적용 가능한 듀얼 발전기(200)에 대해 설명하였다.

그러나, 위에서 설명한 듀얼 발전기(200)는 일예에 해당하는 것으로, 본 발명의 듀얼 발전기(200)는 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2) 중 어느 하나 이상에 의해 발전되는 것을 의미한다.

따라서, 제1 발전기축(GX-1) 및 제2 발전기축(GX-2)이 각각 독립적으로 작동하면서 개별적으로 전력을 생산하거나 함께 전력을 생산할 수만 있다면, 그 외 다른 듀얼 발전기 역시 본 발명에 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

다음, 제1 축 커플러(300-1)는 제1 발전기축(GX-1)과 제1 터빈축 (122)(122-L) 사이에서 제1 발전기축(GX-1)과 제1 터빈축(122)(122-L)을 서로 연결시키는 것으로, 일예로써 좌우 양측에 각각 축 물림구를 구비한 것이 사용될 수 있다.

따라서, 일측(도면 기준 좌측)의 제1 축 물림구에 제1 터빈축(122)(122-L)을 삽입한 후 조이고, 타측(도면 기준 우측)의 제2 축 물림구에 제1 발전기축(GX-1)을 삽입한 후 조임으로써, 제1 발전기축(GX-1)과 제1 터빈축(122)(122-L)을 서로 연결한다.

다만, 제1 축 커플러(300-1)는 상술한 조임 방식의 축 물림구 이외에 제1 발전기축(GX-1)과 제1 터빈축(122)(122-L)에 잠금키를 돌출 형성시키고, 제1 축 커플러(300-1)의 양측에 잠금키의 형상에 대응하는 끼움홈을 형성하는 등 그외 다양한 방식의 커플러 역시 적용될 수 있음은 자명할 것이다.

유사하게, 제2 축 커플러(300-2)는 제2 발전기축(GX-2)과 제2 터빈축(122)(122-R) 사이에서 제2 발전기축(GX-2)과 제2 터빈축(122)(122-R)을 서로 연결시키는 것으로, 일예로써 좌우 양측에 각각 축 물림구를 구비한 것이나, 끼움홈이 형성된 것 등이 적용될 수 있다.

브레이크(BRK)는 전자기적으로 커플링된 제1 발전기축(GX-1)과 제2 발전기축(GX-2)이 같은 방향으로 회전하는 것을 방지하기 위한 것으로, 제1 축 커플러(300-1) 또는 제2 축 커플러(300-2)에 설치된다. 물론, 제1 축 커플러(3001)와 제2 축 커플러(300-2) 모두에 설치한 후 선택적으로 작동시킬 수도 있다.

이러한 브레이크(BRK)는 듀얼 발전기(200)의 초기 구동시 제1 발전기축(GX-1) 또는 제2 발전기축(GX-2) 중 어느 하나의 회전을 설정된 시간 동안 제한(멈춤)하기 위한 것으로, 제1 발전기축(GX-1)과 제2 발전기축(GX-2)이 커플링되어 같은 방향으로 회전하고 그에 따라 발전 효율이 낮아지는 것을 방지한다.

따라서, 브레이크(BRK)는 제1 축 커플러(300-1)에 설치되거나, 제2축 커플러(300-2)에 설치되거나, 혹은 제1 축 커플러(300-1) 및 제2 축 커플러(300-2) 모두에 구비된 상태에서 선택적으로 사용할 수 있다.

즉, 브레이크(BRK)는 제1 발전기축(GX-1) 또는 제2 발전기축(GX-2)중 일정 시간 멈추고자 하는 측에 설치되거나 혹은 작동된다.

이러한 브레이크(BRK)는 도시된 바와 같이 판형 브레이크(BRK)가 사용될 수 있으나, 이에 한정하는 것이 아니고 여러 가지 다른 타입의 브레이크(BRK) 역시 사용될 수 있다. 또한, 축 커플러의 외부에 별도로 설치된 것은 물론 축 커플러의 내부에 일체로 구비된 것도 적용 가능하다.

도 13의 배관 계통도와 같이, 시스템은 수송배관(HT-P)으로부터 분기된 제1 분기관(410)과, 제1 분기관(410)에 설치된 제1 제어밸브(411)와, 수송배관(HT-P)으로부터 분기된 제2 분기관(420)과, 제2 분기관(420)에 설치된 제2 제어밸브(421)를 포함한다.

제1 분기관(410)과 제2 분기관(420)은 서로 일정 거리 이격된 상태에서 각각 수송배관(HT-P)에 직접 연결되며, 이때 제1 수력 터빈(100-1)의 입수측은 제1 분기관(410)에 연결되고, 제2 수력 터빈(100-2)의 입수측은 제2 분기관(420)에 연결된다.

따라서, 제1 분기관(410)을 통해 제1 수력 터빈(100-1)으로 공급된 유압에 의해 제1 수력 터빈(100-1)의 제1 터빈축(122)(122-L)이 회전하고, 제1 축 커플러(300-1)에 의해 연결된 제1 발전기축(GX-1)이 회전하며 전력을 생산하게 된다.

유사하게, 제2 분기관(420)을 통해 제2 수력 터빈(100-2)으로 공급된 유압에 의해 제2 수력 터빈(100-2)의 제2 터빈축(122)(122-R)이 회전하고, 제2축 커플러(300-2)에 의해 연결된 제2 발전기축(GX-2)이 회전하며 전력을 생산하게 된다.

이때, 제1 제어밸브(411)를 개방하면 제1 분기관(410)을 통해 유체가 공급되고, 제2 제어밸브(421)를 개방하면 제2 분기관(420)을 통해 유체가 공급되므로 제1 수력 터빈(100-1)과 제2 수력 터빈(100-2)를 선택적으로 구동시킬 수 있다. 즉, 다양한 운전 모드로 발전할 수 있게 한다.

또한, 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421)를 모두 폐쇄하는 경우에는 유체 공급이 없으므로 발전이 이루어지지 않으며, 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421) 모두를 개방하는 경우에는 제1 발전기축(GX-1) 및 제2 발전기축(GX-2) 모두에 의해 동시에 전력이 생산된다.

또한, 위와 같이 각각 독립적으로 작동하는 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421)를 개폐시킴에 있어서, 밸브의 개도율(valve opening rate)를 조절하면, 수송배관(HT-P)으로부터 공급되는 유량 역시 조절할 수 있게 된다.

다만, 위와 같이 제1 분기관(410)과 제2 분기관(420)을 각각 수송배관(HT-P)에 연결하면 상류측에 연결된 제1 분기관(410)과 하류측에 연결된 제2 분기관(420)을 통해 유입되는 유량에 차이가 발생한다.

즉, 제1 분기관(410)을 통해 차압에 해당하는 유량을 대부분 소모하면 인접 설치된 제2 분기관(420)을 통해 공급되는 유량이 매우 적어 그 차이가 심하므로, 제1 발전기축(GX-1)과 제2 발전기축(GX-2)을 통해 균등한 발전이 어렵게 된다.

이에, 도시된 바와 같이, 제1 분기관(410)은 수송배관(HT-P)으로부터 분기되도록 연결된 메인 분기관이고, 제1 제어밸브(411)는 메인 분기관에 설치된 메인 제어밸브인 것이 바람직하다.

더불어 제2 분기관(420)은 메인 제어밸브의 하류측에서 메인 분기관으로부터 분기되도록 연결된 서브 분기관이며, 제2 제어밸브(421)는 서브 분기관에 설치된 서브 제어밸브인 것이 바람직하다.

따라서, 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2)에 공통 연결된 메인 분기관의 제1 제어밸브(411)를 개폐하여 수송배관(HT-P)으로부터의 유체공급을 결정할 수 있게 된다. 이때 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(1002)은 모두 메인 분기관을 통해 유체를 공급받으므로 동일한 유량을 공급받게 된다.

또한, 제1 제어밸브(411)를 개방한 상태에서 제2 수력 터빈(100-2)과 연결된 서브 분기관의 제2 제어밸브(421)를 닫아 제1 수력 터빈(100-1)만 가동시키거나 혹은 제2 제어밸브(421)를 열어 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2) 모두 가동시킬 수 있게 한다.

이러한 경우 제1 수력 터빈(100-1)에 연결된 제1 발전기축(GX-1)을 기본으로 하여 전력을 생산하고, 차압이 더 큰 경우에 대비하는 제2 수력 터빈(100-2)은 선택적으로 작동된다. 따라서 상술한 브레이크(BRK)는 제2 축 커플러(300-2)에 설치된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다만, 도시는 생략하였지만 제2 제어밸브(421) 이외에 제1 수력 터빈(100-1)에 연결된 배관에도 제어밸브를 설치할 수 있으며, 이러한 경우에는 제1수력 터빈(100-1)에 공급되는 유량 역시 미세하게 조절할 수 있을 것이다.

다음, 제어부(430)는 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421)를 제어하는 것으로, 시스템이 설치된 로컬에 구비되거나 혹은 원격의 관리소에 설치되어 통신인터페이스(434)를 통해 무선 통신으로 명령을 전달한다.

이러한 제어부(430)는 일예로 제1 제어밸브(411)를 열고 제2 제어밸브(421)를 닫아 제1 수력 터빈(100-1)에 의해서만 듀얼 발전기(200)를 가동시키거나 혹은 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421)를 열어 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2) 모두에 의해서 듀얼 발전기(200)를 가동시킨다.

특히, 제어부(430)는 수송배관(HT-P) 전체 중 특정 구역에서의 압력이 유체 순환에 필요한 설계 압력을 초과하는 경우, 검출압력과 설계압력의 차압에 해당하는 양의 유체를 제1 수력 터빈(100-1) 및 제2 수력 터빈(100-2) 중 어느 하나 이상에 공급하여 발전하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명은 폐 차압이 발생시에만 작동되는 것이 바람직하다.

나아가, 도 10에서 살펴본 바와 같이 지역난방을 위한 유체 수송망의 수송배관(HT-P)에는 제1 지점에 설치된 제1 수압센서(WS1) 및 상기 제1 지점으로부터 이격된 제2 지점에 설치된 제2 수압센서(WS2)를 포함한다.

이러한 수압센서는 차압이 발생하는 전후 구간에 각각 설치되는 것이 바람직하므로, 제1 수압센서(WS1) 및 제2 수압센서(WS2)가 설치되는 제1 지점과 제2 지점은 각각 차압 발생 구간의 전후 지점이 된다.

도 14와 같이, 차압 산출부(431)는 제1 수압센서(WS1)와 제2 수압센서(WS2)로부터 각각 수송배관(HT-P) 내의 압력값을 입력받아 그 차이에 해당하는 차압을 산출한다. 즉, 제1 지점과 제2 지점 사이의 차압을 산출한다.

발전량 산출부(432)는 차압 산출부(431)에서 제공된 차압에 따라 듀얼 발전기(200)에 의한 발전량을 산출하고 이를 제어부(430)에 제공한다. 제어부(430)는 산출된 발전량에 따라 제1 제어밸브(411) 및 제2 제어밸브(421)를 개도율을 제어한다.

이때, 발전량 산출부(432)는 최소 회수레벨 제공부(432a)를 참조하여 발전량을 산출할 수 있는데, 발전량 산출부(432)는 열병합발전설비와 같은 열원시설로 회수되는데 필요합 압력값을 제공한다. 따라서, 필요 이상의 발전량이 산출되는 것을 방지한다.

이를 통해 열수송망의 수송배관(HT-P)을 따라 흐르는 유체의 현재 유압을 실시간으로 정확히 측정하고 시시각각 변화하는 수용가측의 부하량이나 지역적 특성에 의한 유압 변동에 대응하여 적응적으로 차압을 산출하고 발전할 수 있게 한다.

다만, 본 발명은 부하량 산출부(433)를 더 포함하는 것이 바람직한데, 부하량 산출부(433)는 위에서 설명한 제1 수압센서(WS1)나 제2 수압센서(WS2)와 다르게 직접 차압을 측정한는 것이 아니라 차압 발생량을 예측하는 것이다.

이러한 부하량 산출부(433)는 단독으로 프로세스를 처리함에 따라 발전량을 산출할 수 있으며, 필요시에는 상술한 발전량 산출부(432)와 함께 발전량을 산출할 수도 있다. 이 경우 각각에서 산출된 발전량을 평균하여 최종값을 결정할 수 있다.

이를 위해 부하량 산출부(433)는 지역난방을 위한 유체 수송망의 설계 정보 또는 수용가의 부하 사용량 정보를 이용하여 듀얼 발전기(200)의 발전량을 산출하고, 산출된 발전량을 제어부(430)에 제공한다.

예컨대, 열병합 발전소가 열원을 공급하는 특정 지역의 이전 년도 사용량을 평균하여 계절별, 월별, 일별로 미리 차압 발생량을 산출하거나, 혹은 유체 수송망(즉, 수송배관으로 구성된 열수송망)의 설계도를 참고하여 각 구역별 고도나 지형에 따라 차압 발생량을 산출하여 제어부(430)에 제공한다.

특정 지역의 이전 년도 사용량 및 유체 수송망의 설계도 등은 데이터베이스(433a)에 저장된 후 부하량 산출부(433)로 제공될 수 있으며, 데이터베이스(433a)에 저장된 데이터는 실시간으로 업데이트되는 것이 바람직할 것이다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였는바, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

Claims (5)

1. 일측의 고압부로부터 유입된 후 타측의 저압부로 배출되는 유체에 의해 회전하는 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)가 장치되어 있는 터빈부(110)와;
   일단은 상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 회전 중심에 연결되며, 타단은 발전기에 연결되는 터빈축이 장치되어 있는 기어부(120)를 포함하고,
   상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는,
   소정 두께의 회전축과 나란한 로브면을 가지는 복수개의 회전차 세그먼트(143)를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되는 형태로 결합한 것을 특징으로 하고,
   상기 회전차 세그먼트(143)는,
   회전축과 나란한 로브 면을 가지는 박판인 것을 특징으로 하고,
   상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 회전차 세그먼트(143)들의 회전축 방향 일단에서 타단까지의 최종 트위스트된 각도는 45±10도인 것을 특징으로 하고,
   상기 회전차 세그먼트(143)는,
   중앙에 유로(147)가 형성되고, 사방에 날개(145)가 형성되는 것을 특징으로 하고,
   상기 회전차 세그먼트(143)는,
   이웃하여 결합할 세그먼트와 일정 각도로 틀어져 결합하도록 하는 결합부를 가지는 것을 특징으로 하고,
   상기 결합부는 상기 세그먼트 일면에 형성된 홈(146)과 상기 일면에 결합되는 다음 세그먼트의 결합면에 형성된 돌기로 구성되며,
   상기 홈(146)은 복수 개 구비되어 원하는 홈에 돌기를 결합하여 트위스트 각도를 조절할 수 있고,
   상기 회전차 세그먼트(143)의 두께는 0.1mm 내지 10cm이고,
   상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)를 구성하는 상기 회전차 세그먼트(143)의 개수는 3 내지 100개이고,
   상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는 복수개의 회전차 세그먼트(143)를 회전축 방향을 따라 소정각도로 트위스트 되도록 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하고,
   인접한 상기 회전차 세그먼트(143)들의 트위스트 각도는 1도 내지 15도이고,
   상기 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)는 인접한 상기 회전차 세그먼트(143)들의 트위스트 각도가 동일하거나 다를 수 있으며, 회전차 어셈블리(140-1, 140-2)의 최종 트위스트 각도도 같거나 서로 다를 수 있고,
   상기 회전차 어셈블리의 회전차 세그먼트들의 회전축 방향 일단에서 타단까지의 최종 트위스트된 각도는 45±10도인 것을 특징으로 하는 수력 터빈.
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