KR102274159B1 - 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법 - Google Patents

스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 지지 구조체에 적어도 하나의 회전축이 회전 가능하도록 에너지원의 흐름 방향에 대하여 경사지게 구비되고, 상기 회전축에는 유체에 의하여 일체로 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드가 구비되며, 상기 회전축의 회전력은 동력전달수단에 의하여 발전장치로 전달된다.
이로써, 스크류형 블레이드를 회전축에 구비하여 유체의 흐름 방향에 유연하게 적용이 가능하도록 하여 발전 효율을 도모할 수 있다.

Description

스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법{Fluid Generator using Screwed Blade and its Installation Method}
본 발명은 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치 및 그 설치방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나의 회전축에 유체에 의하여 일체로 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드가 구비되고, 유체 및 공기의 흐름에 대하여 회전축을 경사지게 설치하여 얻어진 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.
그 대표적인 방법의 하나로 프로펠러 방식은 프로펠러 작동의 수심과 넓이가 수반되는 문제점이 있었다. 또한, 자연환경의 공간에 효과적으로 적용하기 위한 기술이 부족하였다.
특히, 해수의 경우에는 수중에 설치되는 시설물의 특성상 설치는 물론 유지 보수에 많은 어려움이 있었으며, 양력 방식은 어폐류의 점착이나 염분에 의한 부식과 같은 추가적인 한계가 동반되어 발전 효율은 물론 시설물의 내구성도 담보하기 어려운 문제점이 있었다.
출원인은 공개특허 제10-2015-0143301호 "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.
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, 스크류 날개는 양력 방식으로 작용하기에 하나의 회전체로 발전하기 위해서는 발전 용량에 비례한 수심과 폭이 필요하기에 낮은 수심이나 좁은 공간에서는 설치가 어려웠다.
이러한 문제점을 해결하고자 출원인은 어폐류 번식에 영향을 받지 않고 낮은 수심에도 발전 가능한 공개특허 제 10-2016-0182333 "수력발전장치"를 개발하였다.
그러나 이 또한 느린 회전력으로 발전을 위한 변속과정에 많은 에너지 손실과 항력식으로 발전효율이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스크류형 블레이드를 이용하여 유체의 흐름 방향과 공간적 환경에 유연하게 적용이 가능하도록 하여 발전 효율을 도모하면서도, 스크류형 날개에 의한 와류 현상을 최소화 함으로써 그 길이를 임의 선택 가능하고, 스크류형 블레이드의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있으며, 수심이나 넓이의 공간적 환경에 맞게 제작 가능하고, 유체의 흐름을 고려하여 보다 효율적인 회전력을 확보함으로써 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 지지 구조체(S)에 적어도 하나의 회전축(10)이 수중에 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 상기 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전장치(40)로 전달되는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치에 있어서, 받침부에는 일단이 고정된 회전축(10)과 지지대(11)가 형성되고, 고정된 회전축(10)과 지지대(11)의 타단에는 거치부가 형성되어 지지 구조체(S)가 형성되며, 상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 적어도 1 피치 이상을 지니도록 한 쌍의 스크류 날개(22)가 일체로 형성되어 상기 회전축(10)이 슬리브(21)를 관통하도록 결합되며, 상기 스크류 날개(22)는 외측단에 형성되는 날개 각(HB)과 인접 스크류 날개(22) 사이의 날개 간격(28)과 날개 폭(27)이 동일하게 반복 형성되고, 상기 회전축(10)은 유체의 운동 방향과는 경사지게 설치되되, 상기 회전축(10)은 유체 흐름 방향 기준으로 스크류 날개(22)의 외측단에 형성되는 날개 각(HB)보다 크고, 스크류 날개(22)의 외측단(25)에서 회전축 중심을 지나 인접 날개의 대각선 방향 외측단(26)을 연결하여 형성되는 간극 각(HD)보다 작은 기울기 내에서 경사지게 설치되며, 상기 동력전달수단(30)과 발전장치(40)는 상기 거치부에 구비되어 수중으로부터 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
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 형성된다.
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본 발명의 스크류형 블레이드를 구비한 유체 발전장치 및 그 설치방법에 의하면, 유체 또는 공기에 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, 낮은 수심과 좁은 폭의 깊은 수심, 경사 진 수심에도 효과적으로 설치가 가능하여 하나의 회전체로 대규모 발전기 가능하다.
나아가, 상기 회전축을 일정 각도로 경사지게 구비함으로써, 입접된 스크류형 날개에 의한 와류 현상을 방지할 수 있고, 스크류형 블레이드의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있다.
또한, 바다와 같은 어폐류 번식문제 해결을 위해 항력방식 설치와 스크류형 블레이드의 회전비에 따라 양력 방식 적용으로 구조적 공간적 요소에 맞게 활용이 가능하여 환경적 설치적용이 용이하다.
또한, 슬리브에 스크류 날개가 일체로 형성되는 단위 블레이드를 상기 회전축에 복수 개 삽입함으로써 현장의 가변적용이 가능함은 물론 설치 효율이 향상될 수 있다.
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 실시에에 따른 유체 발전장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 실시에에 따른 유체 발전장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설치 기울기 각도를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전장치의 작동원리를 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 유체의 흐름이 지지면과 나란하지 않은 경우의 유체 발전장치의 작동원리를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명을 활용한 일 실시예를 도시한 투시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 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 균형된 저항력과 양력을 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 발전 효율을 조절할 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 있어 수면의 표면에서만 길이 방식의 스크류를 활용하였다.
또한, 수중에서는 스크류 날개 간의 와류현상으로 길게 설치하지 못하는 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, 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 발명의 저항력을 수용하는 동력 전달 유체는 공기 또는 물일 수 있으며, 각 유체의 특성과 지형적 환경에 대응되도록 지지 구조체(S)를 설치한다. 상기 지지 구조체(S)는 강재를 이용한 프레임 구조나 탄소섬유, FRP, 콘크리트 블록, 가타 부력체를 이용한 와이어 결속 구조 등 다양한 소재와 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.
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.
또한, 지지 구조체(S)의 지지대(11)는 필요에 따라 길이조절이 가능하도록 암 지지대(11a)와 숫 지지대(11b)로 구성 가능하다.
한편, 상기 회전축(10)을 유체의 흐름 방향을 기준으로 일정한 각도로 배치함에 있어서, 상기 회전축(10)은 지지면(S)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.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(10)과 접촉하는 스크류 날개의 헬릭스 각(HA)과 스크류 날개의 넓이에 의해 결정되는 날개 외측단에 형성되는 날개각(HB)과 스크류 날개(22)의 밀착 정도에 따라 결정되며 두 간의 날개를 대각선으로 연결지어 형성되는 간극 각(HD)을 이용하면 항력 방식과 양력 방식을 동시에 적용할 수 있다.
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 형성되고, 스크류형 날개(22)는 회전축(10)으로부터 멀어질수록 작아지는 날개각(HB)이 구성된다.
이 때, 회전축(10)의 경사각도(A)를 날개각(HB)만큼 기울어지도록 설치하면, 유체의 흐름방향을 기준으로 일측에는 상대적으로 유체의 흐름으로부터 저항력을 많이 수용하는 유체 수용부(20a)가 마련되고(도 4의 (a)), 타측에는 상대적으로 저항력을 적게 수용하는 유체 회피부(20b)가 마련되어(도 4의 (b)) 회전축(10) 기준 좌측과 우측의 항력 편차에 의해 발전하게 된다.
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, 항력 편차식 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 날개각(HB)을 지니도록 형성되고, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 상기 날개각(HB)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 날개각(HB)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 날개각(HB)과 동일하게 형성함으로써, 최대 저항 차를 이용한 항력식 발전이 가능해진다.
또한, 도 3에 도시된 스크류 날개(22)의 날개 폭(27)과 날개의 간격(28)에 의해 결정되는 간극 각(HD)을 이용하여 회전축(10)의 기울기를 결정하면 스크류 날개(22)의 갯수와 날개폭(27)과 날개의 간격(28)에 따라 발전 방법의 선택이 보다 효율적이다.
즉, 바다 속처럼 어폐류의 번식이 심각한 환경 속에서는 앞에서 설명한 것처럼 회전축(10)의 기울기를 날개각(HB)과 동일하게 기울여 항력의 편차를 극대화하는 방법이 효과적이나, 공기와 같은 환경 속에서는 양력의 값을 극대화하는것이 효과적이다. 이는 회전축(10)의 기울기를 간극 각(HD)에 근접하게 기울일수록 양력식 발전효율을 극대화 할 수 있다.
따라서 회전축(10)의 발전을 위한 기울기는 스크류 블레이드의 날개각
(HB)보다 크고 간극 각(HD)보다 작은각 범위에서 선택 적용하는 것이 바람직하다. 이는 설치하고자 하는 곳의 자연적 환경이나 스크류 날개(22)의 구조에 EK라 스크류 날개(22)간의 영향에 의한 와류현상을 최소화하면서 항력식 회전과 양력식 회전을 보다 효율적으로 선택 적용할 수 있는 방법이다.
즉, 회전축(10)의 기울기를 날개각(HB) 만큼 기울이면 유체의 흐름 방향은 날개각선(B)와 평행하게 흐르고, 간극 각(HD)만큼 기울이면 유체의 흐름 방향은 간극선(D)와 평행하게 흐른다.
이는 에너지 흐름의 방향에 대한 직각 방향을 회전축(10)의 기준 각도로 기준하여 설정하며 회전축(10)의 경사각도(A)가 결정된다.
또한, 회전축(10)의 경사각도(A)의 기울기는 도 1 과 도 2 처럼 수직적 기울기 적용과 도 6처럼 수평적 기울기 적용 등 유체 흐름 방향에 대한 입체적 선택 적용이 가능함은 자명하다.
또한, 경사 각도(A)의 기울기 방향은 유체 흐름의 방향에서 볼 때, 스크류 블레이드(20)의 상부가 멀어지도록 설치하는 방법과 스크류 블레이드(20)의 상부가 가까워지도록 설치하는 방법이 있다.
이 경우, 회전축(10)의 회전방향은 서로 반대 방향으로 회전한다.
한편, 도 5에 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 합한 것과 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 나란하지 않은 경우에는 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 상기 유체 흐름각(FA)과 날개 각(HB)을 합한 것과 동일하게 형성함으로써, 최대 효율의 항력 편차 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)과 날개 각(HB)이 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 회전 간 발생하는 무게 중심을 유지할 수 있도록 하고, 복수의 단위 블레이드(20c)를 상호 조합하여 다양한 규격의 스크류형 블레이드(20)를 형성할 수 있다.
또한, 스크류의 날개(22)의 갯수 또한 회전축(10)을 기준으로 다수개 형성할 수 있으며, 그 형성의 기준은 원심력의 무게 중심으로 형성한다.
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, 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.
또한, 도 6에서와 같이 인위적인 수로공간에는 단순한 지지구조체(S)와 유체 흐름으로부터 경사 설치된 스크류형 블레이드(20)와 동력 전달 수단(30)을 통한 발전 장치(40)의 가동이 가능하다. 이는 낮은 수심에 폭 넓게 설치가 가능해 많은 장점이 있다.
한편, 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치의 설치방법(M)은, 도 5에 도시된 바와 같이 지지 구조체 설치단계(S10), 회전축 구비단계(S20) 및 경사 구비단계(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 설치단계(S10)는 유체의 흐름이 발생되는 위치에 동력전달수단(30)에 의하여 발전장치(40)를 구비한 지지 구조체(S)를 설치하는 단계이다. 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, 회전력을 발전장치(40)로 전달하는 동력전달수단(30)과 전달된 동력을 바탕으로 전력을 생산하는 의하여 발전장치(40)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 회전축 구비단계(S20)는 상기 지지 구조체(S)에 유체에 의하여 일체로 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 형성된 회전축(10)을 회전 가능하도록 구비하는 단계이다.
이후에 진행되는 경사 구비단계(S30)는 상기 상기 회전축(10)을 일정한 경사 각도(A)로 경사지게 구비하는 단계이다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)를 날개각(HB)보다 크고 간극 각(HD)보다 작은 범위 내에서 자연 환경적 용인과 구조적 요인을 고려하여 결정하고, 기울어지도록 설치한다.
그러면 스크류 날개(22)에 가해지는 스크류 날개 간의 간섭을 최소화하여 와류를 최소화 할 수 있으며, 스크류 날개(22)에 가해지는 항력과 양력을 효율적으로 선택 이용하여 발전이 가능하다.
이 때, 경사각 구비단계(S30)은 경사각의 조절 단계를 거치는데 이는 지지대(11)의 길이조절을 통하여 스크류형 블레이드(20)의 회전축(10)이 최대 회전력을 발휘할 때 고정한다.
또한, 상기 경사 구비단계(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
11:지지대 20:스크류형 블레이드
20a:유체 수용부 20b:유체 회피부
20c:단위 블레이드 21:슬리브
22:스크류 날개 25:날개 외측단
26:외측단 지점 27:날개 폭
28:날개 간격 30:동력전달수단
40:발전장치 50:보강 로드
A:경사 각도 S:지지면
HA:헬릭스 각 HB:날개 각
HD:간극 각 FA:유체 흐름각
G:기어 뭉치 P:풀리
B:날개각 선 D:간극선
M:유체 발전장치의 설치방법
S10:지지 구조체 설치단계 S20:회전축 구비단계
S30:경사 구비단계 S40:동력전달장치 결속단계
S50:보강 로드 구비단계

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 회전축(10)이 수중에 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 상기 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전장치(40)로 전달되는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치에 있어서,
    받침부에는 일단이 고정된 회전축(10)과 지지대(11)가 형성되고, 고정된 회전축(10)과 지지대(11)의 타단에는 거치부가 형성되어 지지 구조체(S)가 형성되며,
    상기 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)에 적어도 1 피치 이상을 지니도록 한 쌍의 스크류 날개(22)가 일체로 형성되어 상기 회전축(10)이 슬리브(21)를 관통하도록 결합되며, 상기 스크류 날개(22)는 외측단에 형성되는 날개 각(HB)과 인접 스크류 날개(22) 사이의 날개 간격(28)과 날개 폭(27)이 동일하게 반복 형성되고,
    상기 회전축(10)은 유체의 운동 방향과는 경사지게 설치되되, 상기 회전축(10)은 유체 흐름 방향 기준으로 스크류 날개(22)의 외측단에 형성되는 날개 각(HB)보다 크고, 스크류 날개(22)의 외측단(25)에서 회전축 중심을 지나 인접 날개의 대각선 방향 외측단(26)을 연결하여 형성되는 간극 각(HD)보다 작은 기울기 내에서 경사지게 설치되며, 상기 동력전달수단(30)과 발전장치(40)는 상기 거치부에 구비되어 수중으로부터 노출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 유체 발전장치.
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  7. 제1항에 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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170018303A (ko) * 2014-03-21 2017-02-17 플루밀 에이에스 유체 동력학 에너지 변환 시스템 및 그의 용도

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