KR102234895B1 - 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치 및 그 설치방법 - Google Patents

스크류형 블레이드를 이용한 발전장치 및 그 설치방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 지지면에 설치되는 지지 구조체에 적어도 하나의 회전축이 회전 가능하도록 구비되고, 상기 회전축에는 유체에 의하여 일체로 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드가 구비되며, 회전축 기준으로 일측과 타측의 유체 저항 편차에 의해 회전력이 구현되도록 회전축을 유속 흐름 방향으로 경사지게 설치하여 발전한다.
또한, 유속의 방향 변화에도 자동 대응이 가능하여 발전 효율은 극대화할 수 있도록 하였다.
이로써, 스크류형 블레이드를 회전축에 구비하여 유체의 흐름 방향에 유연하게 적용이 가능하도록 하여 발전 효율을 도모할 수 있다.

Description

스크류형 블레이드를 이용한 발전장치 및 그 설치방법{Generator using Screwed Blade and its Installation Method}
본 발명은 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치 및 그 설치방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나의 회전축에 유체에 의하여 일체로 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드가 구비되고, 상기 회전축의 회전력을 동력전달수단을 바탕으로 발전장치에 전달하여 발전하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법에 관한 것이다.
최근 친환경 산업에 대한 관심이 증대됨에 따라 종래의 화석연료에서 벗어나 태양광이나 바람, 해수 등을 이용한 신재생 에너지의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 그러나, 바람이나 해수와 같은 유체를 이용하여 에너지를 생산함에 있어서는 환경의 영향을 크게 받고, 와류와 같은 불규칙적인 흐름이 발생함에 따라 균질한 동력원의 확보가 곤란한 한계가 있었으며, 이는 곧 발전 효율의 저하로 직결되었다. 따라서, 소음, 진동, 효율 등의 문제를 해결하기 위한 연구를 하고 있으나, 방법을 찾는데 어려움을 겪고 있다.
특히, 해수의 경우에는 수중에 설치되는 시설물의 특성상 설치는 물론 유지 보수에 많은 어려움이 있었으며, 어폐류의 점착이나 염분에 의한 부식과 같은 추가적인 한계가 동반되어 발전 효율은 물론 시설물의 내구성도 담보하기 어려운 문제점이 있었다.
출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위해 공개특허 제10-2015-0071901호 "자유 조절 발전 장치"(2015. 12. 23. 공개) 및 등록특허 제10-1548527호 "교각과 스크루형 수차를 이용한 소수력 발전장치"(2015. 08. 25. 등록) 등 다수의 특허출원을 바탕으로, 바람이나 해수와 같은 유체를 이용한 발전장치를 개발함에 있어서 상술한 바와 같은 유체의 특수성을 인식하고, 안정적인 발전효율을 확보할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다.
또한, 출원인이 발명한 등록특허 제 10-1868973 수력발전장치(2018.06.12)에서는 설치, 보수의 용이성과 어폐류 번식 문제를 해결하기 위해 가변형 블레이드 발전기술을 제한하였다.
구체적으로 상기 선행기술문헌들은 유체의 흐름을 이용하여 에너지를 생산함에 있어서 스크류형 수차를 이용함으로써, 유체의 흐름 방향의 변화와 무관하게 안정적으로 에너지를 생산할 수 있는 방안을 고안하였다.
그러나, 스크류형 수차를 회전시키기 위하여 수차의 회전축을 유속의 방향과 나란하게 배치함에 따라 수차의 길이를 일정 길이 이상으로 형성할 수 없는 한계가 있었으며, 스크류 날개 간에는 유체의 흐름 방향을 기준으로 전방 날개에 의하여 발생되는 와류에 의하여 후방 날개는 효율이 현저하게 저하되고, 오히려 흐름에 방해가 되는 문제점이 있었다.
또한, 스크류를 설치하기 위한 구조체가 복잡해, 부유물의 걸림이나 충격 등에 취약함은 물론, 낮은 수심과 깊은 수심에 적절한 대응 설치가 어려웠다. 그리고 가변식 블레이드 발전기술은 회전 간 진동과 충격, 원심력의 불균형으로 기계부의 마모가 빈번하였다.
또한, 항력식 회전으로 회전속도가 너무 느린 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스크류형 블레이드를 이용하여 유체의 흐름 방향에 유연하게 적용이 가능하도록 하여 발전 효율을 도모하면서도, 스크류형 날개에 의한 와류 현상을 방지할 수 있고, 스크류형 블레이드의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있으며, 좁은 수심과 낮은 수심에도 설치 가능하고 고정형의 대칭적 스크류가 형성 되었음에도 유체저항을 회피와 저항을 반복하도록 함으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치는 지지면(B)에 대하여 지지 구조체(S)에 적어도 하나의 회전축(10)이 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 회전축 기준 일측과 타측의 스크류형 블레이드 (20)의 유체저항 편차에 의해 회전하도록 회전축은 경사지게 설치되고, 상기 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전장치(40)로 전달되며, 상기 지지 구조체(S)는 내부가 비어있어 지지 기둥(M)을 삽입 가능하여 지지 구조체(S)가 회전 가능하게 구성되고, 회전축(10)을 지지하도록 적어도 하나의 보강 로드(50)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되어 상기 회전축(10)이 슬리브(21)를 관통하도록 결합되고, 상기 스크류 날개(22)는 일정한 헬릭스 각(HA)으로 적어도 1 피치를 지니도록 형성될 수 있다.
또한, 관통가능하도록 구성된 슬리브(21)는 기어뭉치(G)와 블레이드(20)와의 거리를 길게하여 동력전달수단(30)을 수면으로부터 충분히 이격 설치할 수 있다.
또한, 상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되는 단위 블레이드(20c)가 상기 회전축(10)에 복수 개 삽입되어 형성될 수 있다.
이때, 회전축(10)은 지지구조체(S)와 보강로드(50)와 삼각구조 결합을 하여 슬리브(21) 축으로 구성된 스크류형 블레이드(20)의 대형화가 가능하다.
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또한, 보강로드(50)의 반대 방향으로 유체 흐름 방향을 감지하는 방향타(51)를 구비할 수 있다.
이때, 방향타(51)는 발전 용량에 대한 유체 수용부(20a)의 유체 저항력(Fa)을 반영하여 크기와 방향각(52)을 선정하여 경사 각도(A)가 유지 되도록 한다.
또한, 상기 회전축(10)은 일정한 경사 각도(A)로 경사지게 구비되어 상기 스크류형 블레이드(20)는 특정한 유체의 흐름 방향을 기준으로 일측에 유체 수용부(20a)가 마련되고, 타측에 유체 회피부(20b)가 마련될 수 있다.
또한, 경사 각도(A) 지면으로부터 수직 또는 수평 그리고 사선 방향으로 가능하며 수심과 지면의 조건에 따라 선택 적용 가능하다.
또한, 상기 스크류형 블레이드(20)는 일정한 헬릭스 각(HA)을 지니도록 형성되고, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 상기 헬릭스 각(HA)과 동일하게 형성될 수 있다.
이때, 헬릭스 각(HA)은 회전축으로부터 멀어질수록 작아지며 블레이드(20)의 원주 끝 단에서 형성되는 각으로 적용한다.
또한, 상기 스크류형 블레이드(20)는 일정한 헬릭스 각(HA)을 지니도록 형성되고, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 평탄한 지지면(B)에 대한 유체 흐름각(FA)과 헬릭스 각(HA)을 합한거나 뺀 것과 동일하게 형성될 수 있다.
이때, 기울어진 방향에서 유속이 마주올 때, 수평보다 밑에서 위로 흐르면 빼고, 수평보다 위에서 아래로 흐르면 더해서 경사 각도(A)를 설정한다.
그리고 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류형 블레이드(20)의 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차가 최대치가 되도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치의 설치방법(M)은, 헬릭스 각(HA)과 유체 흐름 각(FA)을 고려한 경사 각도(A)를 구성한 지지 구조체 제작단계(S10); 지지 구조체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 형성된 회전축(10)을 구비하는 회전축 구비단계(S20); 회전축이 구비된 지지 구조체를 유체가 흐르는 곳에 현장 설치하는 단계(S30); 동력 전달 수단(30)과 스크류형 블레이드(20)의 회전축과 동력 전달 장치 결속 단계(S40); 를 포함한다.
본 발명의 스크류형 블레이드를 구비한 유체 발전장치 및 그 설치방법에 의하면, 유체에 의하여 회전하는 스크류형 블레이드를 회전축에 구비하여 유체의 흐름 방향에 유연하게 적용이 가능하도록 하여 발전 효율을 도모할 수 있다.
특히, 상기 회전축을 일정 각도로 경사지게 구비함으로써, 유체의 흐름 방향을 기준으로 상기 스크류형 블레이드의 일측과 타측에 작용되는 유체 저항력의 차가 최대치가 되도록 유도하여 유체의 흐름 방향에 유연하게 적용이 가능하며, 유체의 흐름을 고려하여 보다 효율적인 회전력을 확보함으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 프로펠러나 헬리컬 블레이드처럼 날개가 단절되어 있지 않고 연속되어 있어 부유물 충격이나 고물 등의 걸림을 최소화 할 수 있다.
나아가, 상기 회전축을 일정 각도로 경사지게 구비함으로써, 입접된 스크류형 날개에 의한 와류 현상을 방지할 수 있고, 스크류형 블레이드의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있다.
그리고 좁고 깊은 수심에 대한 발전과 넓고 낮은 수심에 대한 광역 발전이 가능하다.
또한, 슬리브에 스크류 날개가 일체로 형성되는 단위 블레이드를 상기 회전축에 복수 개 삽입함으로써 현장의 가변적용이 가능함은 물론 설치 효율이 향상될 수 있다.
또한, 슬리브 내부로 구조 역할을 하는 회전축을 삽입함으로써 지지 구조체와 회전축 그리고 보강로드가 삼각 트라스구조로 결합되어 견고한 안전성 확보가 가능하기 때문에 슬리브와 스크류 날개의 대형화가 가능하여 안정적인 대규모 발전이 가능하다.
뿐만 아니라, 상기 지지 구조체에는 회전축을 지지하도록 적어도 하나의 보강 로드가 형성되어 회전축을 경사지게 설치하면서도 구조적으로 안정적인 지지력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 유체 발전장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 에에 따른 유체 발전장치를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 발전장치의 작동원리를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명의 유체의 흐름이 지지면과 나란하지 않은 경우의 유체 발전장치의 작동원리를 도시한 개념도,
도 5는 본 발명의 유체 방향 변화에 따른 실시 예를 도시한 도시한 개념도,
도 6은 본 발명의 유체 방향 변화에 따른 또 다른 실시 예를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 도 6에 대한 단면(D)을 도시한 단면도,
도 8은 본 발명의 부유체를 활용한 또 다른 실시예를 도시한 개념도,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 발전장치의 설치방법을 도시한 블록도.
이하에서는 도면에 도시된 사항을 바탕으로 본 발명의 스크류형 블레이드를 구비한 유체 발전장치(GD) 및 그 설치방법(M)에 대하여 바람직한 실시예를 바탕으로 상세하게 설명한다.
종래의 유체 발전장치는 다양한 형상의 블레이드를 이용하여 발전하나, 통상적인 블레이드는 회전 중심축이 유체의 흐름방향에 나란하게 배치되어 블레이드에 정면으로 가해지는 유체의 흐름을 바탕으로 저항력을 수용하여 발전하는 형태가 일반적이었다.
이러한 실시형태 중 하나로서 스크류형 블레이드가 있으며, 스크류형 블레이드는 연속적인 날개 구조를 바탕으로 저항력을 최대화할 수 있고, 회전축의 길이방향으로 연속적으로 날개 구조가 형성됨에 따라 현장여건에 따라 회전축의 길이를 달리함으로써 블레이드 길이에 비례하여 발전 효율을 득할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 스크류형 블레이드를 사용하더라도 대부분의 발전장치는 유체의 흐름방향에 나란하도록 회전축을 배치함에 따라 유체의 흐름방향이 변화하면 발전효율이 저하되었으며, 실질적으로 스크류 날개 간에는 유체의 흐름 방향을 기준으로 전방 날개에 의하여 발생되는 와류에 의하여 후방 날개는 효율이 현저하게 저하되고, 오히려 흐름에 방해가 되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 회전축(10)이 유체의 흐름 방향을 기준으로 나란하게 배치되는 종래의 스크류형 블레이드(20)의 사용 형태에서 벗어난 새로운 배치방식을 제안한 것으로, 동일한 비중의 공기 또는 유체에 잠기는 블레이드(20)가 잠기는 조건에서 지지 구조체(S)에 적어도 하나의 회전축(10)이 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 특히 상기 회전축(10)은 유체의 흐름 방향을 기준으로 일정한 각도를 지니도록 배치되는 것에 특징이 있다.
본 발명이 저항력을 수용하는 동력 전달 유체는 공기 또는 물일 수 있으며, 각 유체의 특성에 대응되도록 지지 구조체(S)를 설치한다. 상기 지지 구조체(S)는 강재를 이용한 프레임 구조나 콘크리트 블록, 가타 부력체를 이용한 와이어 결속 구조 등 다양한 형상으로 제작될 수 있으나, 적어도 일측에는 상기 회전축(10)이 거치되며, 상기 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력을 발전장치(40)로 전달하는 동력전달수단(30)과 전달된 동력을 바탕으로 전력을 생산하는 의하여 발전장치(40)가 구비되는 것이 바람직하다.
이때, 지지구조체(S)를 설치하는 지지면(B)은 지면 또는 [도 7]과 같이 부력체의 하부에 설치 가능하다. 부력체 하부 설치 시에는 동력전달부와 발전장치를 부력체 내부 또는 상부로 위치시켜 관리의 효율성을 높여주는 것이 바람직하다.
특히, 상기 지지 구조체(S)가 수중에 구비되는 경우에는 상기 동력전달수단(30)이나 발전장치(40)는 수중으로부터 노출되도록 배치하여, 부식이나 염해로부터 보호되도록 이격시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 회전축(10)을 유체의 흐름 방향을 기준으로 일정한 각도로 배치함에 있어서, 상기 회전축(10)은 지지면(B)으로부터 일정한 경사 각도(A)로 경사지게 구비되어 상기 스크류형 블레이드(20)는 특정한 유체의 흐름 방향을 기준으로 일측에 유체 수용부(20a)가 마련되고, 타측에 유체 회피부(20b)가 마련될 수 있다.
이때, 지지면으로부터 일정한 경사 각도(A)를 갖는 것은 수직적 경사 각도(A) 뿐만 아니라 지지면에 수평적 경사 각도(A) 또는 사선형 경사 각도(A) 설치가 가능하다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 회전축(10)에는 길이방향을 따라 일정한 형상과 일정한 헬릭스 각(HA)으로 스크류형 블레이드(20)가 연속 형성되나, 상기 회전축(10)을 일정한 경사 각도(A)로 기울어지도록 설치하면, 유체의 흐름방향을 기준으로 일측에는 상대적으로 유체의 흐름으로부터 저항력을 많이 수용하는 유체 수용부(20a)가 마련되고(도 3의 (a)), 타측에는 상대적으로 저항력을 적게 수용하는 유체 회피부(20b)가 마련된다(도 3의 (b)).
이때, 헬릭스 각(HA)은 회전축으로부터 멀어직수록 작아지며 블레이드(20)의 원주 끝 단에 형성되는 각을 회전축에 적용하는 경사 각도(A)로 적용한다.
이로써, 상기 스크류형 블레이드(20)는 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차이에 해당하는 값만큼 저항력을 수용함으로써 회전하게 된다. 단, 본 발명에서는 상기 유체 저항력(Fa, Fb)은 방향과 무관하게 양의 값으로 정의한다(상기 유체 저항력을 벡터값으로 정의하는 경우에, 상기 스크류형 블레이드는 유체 저항력의 합에 해당하는 저항력을 수용하게 됨은 자명하다).
따라서, 최대의 회전력을 발휘하기 위해서는 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류형 블레이드(20)의 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차가 최대치가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 스크류형 블레이드(20)는 일정한 헬릭스 각(Helix Angle, HA)을 지니도록 형성되고, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 상기 헬릭스 각(HA)과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 유체의 흐름방향이 지지면(B)과 나란한 경우에 있어서, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 헬릭스 각(HA)과 동일하게 배치하게 되면, 이상적으로 상기 유체 수용부(20a)에는 최대치의 유체 저항력(Fa)이 가해지고, 유체 회피부(20b)에는 최소치의 유체 저항력(Fb)이 가해진다.
따라서, 유체의 흐름방향이 지지면(B)과 나란한 경우에는 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 상기 헬릭스 각(HA)과 동일하게 형성함으로써, 최대 효율의 발전이 가능해진다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 유체의 흐름방향이 지지면(B)과 나란하지 않아 지지면(B)과의 사이에 유체 흐름각(FA)이 형성되는 경우에는, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 유체 흐름각(FA)과 헬릭스 각(HA)을 합하거나 빼서 동일하게 배치하게 되면, 이상적으로 상기 유체 수용부(20a)에는 최대치의 유체 저항력(Fa)이 가해지고, 유체 회피부(20b)에는 최소치의 유체 저항력(Fb)이 가해진다.
한 예로, 회전축이 기울어진 방향에서 볼 때, 유속이 마주올 때 수평보다 밑에서 위로 흐르면 빼고, 수평보다 위에서 아래로 흐르면 더해서 경사 각도(A)를 선정한다.
따라서, 유체의 흐름방향이 지지면(B)과 나란하지 않은 경우에는 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 상기 유체 흐름각(FA)과 헬릭스 각(HA)을 합한 것과 동일하게 형성함으로써, 최대 효율의 발전이 가능해진다.
한편, 상기 스크류형 블레이드(20)는 회전축(10)에 일체로 형성되도록 하여 회전축도 함께 회전하는 것도 가능하나, 시공성과 현장에의 적용성을 확보하기 위하여 회전축(10)과 별개로 스크류형 블레이드(20)를 구비하고 이들을 상호 결속하여 형성하는 것도 가능하다.
일 실시예로, 상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되어 상기 회전축(10)이 슬리브(21)를 관통하도록 결합될 수 있다. 이때, 상기 스크류 날개(22)는 일정한 헬릭스 각(HA)으로 적어도 1 피치를 지니도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 회전축(10)과 스크류형 블레이드(20)의 체결 방식에 따라서는 회전축(10)은 고정된 상태로 스크류형 블레이드(20)만 회전하도록 제작하거나, 회전축(10)과 스크류형 블레이드(20)를 고정 결합함으로써 일체로 회전하도록 제작하는 것도 가능하다.
또한, 상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되도록 단위 블레이드(20c)를 구비하되, 상기 단위 블레이드(20c)를 상기 회전축(10)에 복수 개 삽입하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 단위 블레이드(20c)를 구성하는 스크류 날개(22)는 적어도 1 피치를 지니도록 형성하는 것이 바람직하며, 피치의 배수단위로 형성함으로써 복수의 단위 블레이드(20c)를 상호 조합하여 다양한 규격의 스크류형 블레이드(20)를 형성할 수 있다.
한편, 상기 지지 구조체(S)에는 회전축(10)을 지지하도록 적어도 하나의 보강 로드(50)가 형성될 수 있다. 상기 회전축(10)은 일정한 경사 각도(A)를 지니도록 배치되므로, 구조적인 불안정이 해소되도록 적어도 하나의 보강 로드(50)를 형성함으로써 안정적인 지지력을 확보할 수 있다.
또한, 지지 구조체(S) 내부가 비어있어 지지 기둥(M)을 삽입 또는 관통하여 지지 구조체(S)가 유속의 흐름 방향 변화에 자동 회전되어 항상 발전 모터의 일방향 회전이 가능하다.
이때, 구조 기둥은 관통형 지지 구조체(S1)을 관통하여 회전 유도하는 일자형 지지 기둥(M1)과 단절형 지지 구조체(S2)에 삽입, 회전 유도하는 단절형 지지 기둥(M2)을 선택 적용 가능하다.
또한, 회전형 지지 구조체(S)를 구성 할 경우, 발전에 필요한 유체 저항력에 의한 지지 구조체(S)의 회전을 방지하기 위한 방향타(R)를 구성하여 회전축의 경사 각도(A)가 유지되도록 한다.
또한, 지지 구조체(S)와 지지 기둥(M)을 회전 가능하게 결합 시 지지 구조체(S)의 회전 범위를 한계 지을 수 있는 지지 구조체(S)의 내부와 지지 기둥(M)의 외부에 암, 수로 구성된 각도 제한부를 둘 수 있다.
또한, 지지 기둥(M)은 수면 밖으로 길게 형성되어 있어 유체 발전 장치(GD)를 수면 밖으로 이동 후 고정 가능하여 보수가 용이함은 물론 풍력발전 복합 활용이 가능하다.
또한, 도면에 도시하지 않았으나, 본 발명의 유체 발전장치(GD)는 각각 스크류형 블레이드(20)를 구비한 회전체(10)가 복수 개 연속적으로 배치되고, 복수의 회전체(10) 또는 스크류형 블레이드(20)에 의하여 생산되는 회전력을 동력전달수단(30)을 바탕으로 하나로 모은 후, 집결된 회전력을 발전장치(40)에 전달하여 전력을 생산하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치의 설치방법(M)은, 도 8에 도시된 바와 같이 지지 구조체 제작단계(S10), 회전축 구비단계(S20), 현장 설치 단계(S30)를 포함할 수 있다. 상기 유체 발전장치의 설치방법(M)에 있어서, 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치(GD)와 기술적으로 중복되는 사항은 설명을 생략한다.
상기 지지 구조체 제작 단계(S10)는 블레이드의 헬릭스 각(HA)을 고려하여 회전축의 경사 각도(A)가 구현이 가능하도록 지지 구조체를 제작하는 단계이다.
상기 지지 구조체(S)는 강재를 이용한 프레임 구조나 콘크리트, 부유체를 이용한 와이어 결속 등 다양한 형상으로 제작될 수 있으나 적어도 일측에는 회전축(10)이 거치될 수 있어야하고 동력 전달 수단과 발전 장치의 결합이 가능하여야 하고, 지지면에 견고한 고정을 할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.
상기 회전축 구비단계(S20)는 스크류형 블레이드(20)를 탈부착 가능하도록 회전축(10)을 구현하는 단계이다.
이후에 진행되는 현장 설치 단계(S30)는 설치 위치의 지지면(B)을 지지 구조체(S)를 설치 가능하도록 준비한 후, 지지 구조체(S)를 고정하는 단계이다. 구체적으로, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 회전축(10)을 일정한 경사 각도(A)로 기울어지도록 설치하면, 유체의 흐름방향을 기준으로 일측에는 상대적으로 유체의 흐름으로부터 저항력을 많이 수용하는 유체 수용부(20a)가 마련되고(도 3의 (a)), 타측에는 상대적으로 저항력을 적게 수용하는 유체 회피부(20b)가 마련된다(도 3의 (b)).
이로써, 상기 스크류형 블레이드(20)는 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차이에 해당하는 값만큼 저항력을 수용함으로써 회전하게 된다. 이때, 최대의 회전력을 발휘하기 위해서는 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류형 블레이드(20)의 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차가 최대치가 되도록 확보하는 것이 바람직하다.
또한, 회전식 지지 구조체(S)를 적용할 경우에는 저항력 방향타(R) 구비 단계를 추가할 수 있으며, 이는 동력 전달 장치 결속(S40) 이후 발전장치의 발전 확일을 거치면서 방향타(R)의 저항각(RA)를 최종 확인, 고정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 현장 설치 단계(S30) 이후에는 추가적으로, 상기 회전축(10)의 단부와 동력전달장치(30)를 상호 동력전달이 가능하도록 결속하는 동력전달장치 결속단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 동력전달장치 결속단계(S40)는 회전축(10)이나 스크류형 블레이드(20)에 기어나 풀리를 형성하고, 연속적인 기어뭉치(G) 또는 벨트와 풀리(P)의 결속구조를 형성하여 최종적으로 발전장치(40)로 동력이 전달될 수 있도록 하는 단계이다.
나아가, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)가 특정된 경우에는 상기 지지 구조체(S)에 회전축(10)을 지지하도록 적어도 하나의 보강 로드(50)를 형성하는 보강 로드 구비단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 스크류형 블레이드를 구비한 유체 발전장치(GD) 및 그 설치방법(M)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
GD:유체 발전장치 S:지지 구조체
10:회전축 20:스크류형 블레이드
20a:유체 수용부 20b:유체 회피부
20c:단위 블레이드 21:슬리브
22:스크류 날개 30:동력전달수단
40:발전장치 50:보강 로드
A:경사 각도 B:지지면
HA:헬릭스 각 FA:유체 흐름각
G:기어 뭉치 P:풀리
M:유체 발전장치의 설치방법 M1:일자형 지지 기둥
M2:단절형 지지 기둥 R:방향타
RA:저항각
S10:지지 구조체 제작단계 S20:회전축 구비단계
S30:현장 설치 단계 S40:동력전달장치 결속단계

Claims (12)

  1. 지지면(B)에 대하여 지지 구조체(S)가 설치되고, 지지 구조체(S)에 적어도 하나의 회전축(10)이 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 유체 흐름으로부터 회전축(10) 기준으로 일측과 타측의 유체 저항 편차에 의해 회전이 구현하도록 회전축을 경사지게 설치하고, 상기 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전장치(40)로 전달되며,
    상기 지지 구조체(S)는 내부가 비어있어 지지 기둥(M)을 삽입 가능하여 지지 구조체(S)가 회전 가능하게 구성되고, 회전축(10)을 지지하도록 적어도 하나의 보강 로드(50)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되어 상기 회전축(10)이 슬리브(21)를 관통하도록 결합되고, 상기 스크류 날개(22)는 일정한 헬릭스 각(HA)으로 적어도 1 피치를 지니도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되는 단위 블레이드(20c)가 상기 회전축(10)에 복수 개 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    회전축(10)은 지지 구조체(S)와 보강로드(50)와 고정형으로 삼각 트라스구조로 결합되어 스크류형 블레이드(20)의 대형화가 가능한 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    지지 기둥(M)은 수면 밖으로 길게 형성되어 있어 유체 발전 장치(GD)의 수중 밖으로 이탈이 용이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전축(10)은 일정한 경사 각도(A)로 경사지게 구비되어 상기 스크류형 블레이드(20)는 특정한 유체의 흐름 방향을 기준으로 일측에 유체 수용부(20a)가 마련되고, 타측에 유체 회피부(20b)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스크류형 블레이드(20)는 회전축으로부터 멀어질수록 헬리스 각(HA)은 작아지며 회전축(10)의 경사 각도(A)는 블레이드 끝 단에 형성되는 헬릭스 각(HA)과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 스크류형 블레이드(20)는 일정한 헬릭스 각(HA)을 지니도록 형성되고, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 평탄한 지지면(B)에 대한 유체 흐름각(FA)과 헬릭스 각(HA)을 합하거나 뺀 것과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류형 블레이드(20)의 유체 수용부(20a)에 가해지는 유체 저항력(Fa)과 유체 회피부(20b)에 가해지는 유체 저항력(Fb)의 차가 최대치가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    지지면(B)은 유체 속에서 유체 발전 장치(GB) 적용 시, 유체 바닥 지면을 이용하거나 유체 상부의 수면에 부유된 부유체를 이용하는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
  12. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20130134715A1 (en) * 2010-08-11 2013-05-30 Jupiter Hydro Inc. System and method for generating electrical power from a flowing current of fluid
KR20170018303A (ko) * 2014-03-21 2017-02-17 플루밀 에이에스 유체 동력학 에너지 변환 시스템 및 그의 용도

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