KR102459163B1 - Tilted generating device using screw blades - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 유체 속에 구비되도록 회전축을 중심으로 스크류형 블레이드가 방사상으로 형성되는 발전장치에 관한 것으로, 상기 회전축은 소정의 경사 각도를 지니도록 구비되고, 상기 스크류형 블레이드는 스크류 날개가 일정한 날개각으로 적어도 2 피치를 지니도록 형성되어 유체에 의한 스크류형 블레이드의 회전력을 이용하여 발전하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 회전축의 경사 각도를 바탕으로 항력과 양력의 조합에 의한 회전력이 증대되도록 가변적으로 적용할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a power generator (SG) using a screw-type blade with improved efficiency.
To this end, the present invention relates to a power generation device in which a screw-type blade is radially formed around a rotational shaft so as to be provided in a fluid, the rotational shaft being provided to have a predetermined inclination angle, and the screw-type blade having a constant screw blade. It is formed to have at least two pitches as a blade angle, and is characterized in that power is generated using the rotational force of the screw-type blade by a fluid.
Accordingly, there is an advantage that can be variably applied to increase the rotational force by the combination of drag and lift based on the inclination angle of the rotation shaft.

Figure 112020138374675-pat00007
Figure 112020138374675-pat00007

Description

스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치{Tilted generating device using screw blades}Inclined generating device using screw blades

본 발명은 스크류형 블레이드의 유체운동에 대한 작용형태를 분석한 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 흐름 방향으로부터 소정의 경사 각도를 지니는 회전축을 중심으로 스크류형 블레이드가 유체 속에 구비되도록 형성되며, 상기 스크류형 블레이드는 스크류 날개가 일정한 헬릭스 각과 날개 각을 지니도록 형성되고 회전축을 경사지게 구비하여 발생하는 스크류형 블레이드의 회전력을 이용하여 발전하는 효율과 기능을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation device that analyzes the action of the screw-type blade on the fluid motion, and more particularly, it is formed such that the screw-type blade is provided in the fluid about a rotational shaft having a predetermined inclination angle from the flow direction of the fluid. The screw-type blade is formed so that the screw blade has a constant helix angle and a blade angle, and the rotation shaft is inclined to use the rotational force of the screw-type blade generated to improve the efficiency and function of generating electricity using a screw-type blade. It is about the generator.

최근 친환경 산업에 대한 관심이 증대됨에 따라 종래의 화석연료에서 벗어나 태양광이나 바람, 유수 등을 이용한 신재생 에너지의 연구 개발이 각광받고 있다. 그러나, 바람이나 유수와 같은 유체를 이용한 신재생 에너지의 경우에는 환경의 영향을 크게 받고, 와류와 같은 불규칙적인 흐름이 발생함에 따라 균질한 동력원의 확보가 어려운 한계가 있었다.Recently, as interest in eco-friendly industries increases, research and development of new and renewable energy using sunlight, wind, running water, etc., away from conventional fossil fuels, is in the spotlight. However, in the case of renewable energy using a fluid such as wind or running water, it is greatly affected by the environment, and there is a limitation in that it is difficult to secure a homogeneous power source as irregular flow such as a vortex occurs.

특히, 수중에 설치되는 발전장치의 경우에는 수중에 구비되는 장소의 특수성에 기인하여 설치과정에서는 물론 설치 이후에도 유지 보수에 많은 어려움이 있었으며, 각종 수중생물의 점착에 의하여 효율이 낮아지고, 어선의 충돌이나 그물걸림 및 기타 부식에 의하여 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.In particular, in the case of a power plant installed underwater, there were many difficulties in maintenance during the installation process as well as after installation due to the specificity of the place provided in the water. However, there was a problem in that durability was lowered due to net jamming and other corrosion.

무엇보다 수중 발전장치의 경우에는 대부분 프로펠러와 같은 수평축 터빈을 이용하여 유체의 흐름을 회전력으로 전환하게 되나, 유속 방향 변화, 낮은 수심, 좁은 폭, 느린 유속 등 다양한 유체 환경에 적합한 터빈을 설계하기 어려움이 있었다.Above all, in the case of underwater power generation devices, most of them use a horizontal shaft turbine such as a propeller to convert the flow of fluid into rotational force. there was

또한, 터빈은 프로펠러처럼 수평축 터빈 아니면 시보니우식 수직축 터빈 등 고유의 터빈 블레이드를 선택해야만 하는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that the turbine has to select a unique turbine blade such as a horizontal shaft turbine or a shiboniou type vertical shaft turbine like a propeller.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 10-1907221 "유체의 유동하는 조류로부터 전력을 발생하기 위한 시스템 및 방법"을 개시하고 있다.In order to solve this problem, Patent Registration No. 10-1907221 discloses "System and method for generating electric power from a flowing current of a fluid".

개시된 내용에 의하면 스크류형 블레이드를 이용한 회전축을 경사지게 설치함으로써, 회전 동력을 얻는 시스템을 설명하고 있다.According to the disclosure, a system for obtaining rotational power by installing a rotational shaft using a screw-type blade to be inclined is described.

설명에 의하여 피치비를 통하여 실험하고 스크류의 회전속도는 피치비에 무관하게 약 29도 내지 약 32도의 범위에서 최고라고 설명하고 있다.Experiments are conducted through the pitch ratio by explanation, and the rotational speed of the screw is explained to be the best in the range of about 29 degrees to about 32 degrees regardless of the pitch ratio.

또한, 물의 유동으로부터 전력을 발생하기 위한 나선형 표면을 갖는 회전자가 공지되어 있다. 앤츠(Antz)의 미국 특허 제 1,371,836호는 유동의 방향과 관련하여 경사진 위치를 취하도록 스트림 내에 위치된 회전자를 개시하고 있다. 회전자는 샤프트를 따라 서로로부터 이격된 복수의 베인 또는 블레이드를 가져, 물이 회전형 샤프트 주위로 유동할 수 있게 하기 위해 이들 각각 사이에 복수의 통로를 제공한다. 아이엘젠(Eielsen)의 국제 공개 특허 출원 ㅉ0 2004/067957 A1호(아이엘젠'957)는 중심축을 중심으로 회전 가능한 한줄(single start) 나선형 블레이드를 갖는 스크류 터빈 디바이스를 개시하고 있다. 아이엘젠 '957은 중심축(또는 터빈의 회전축)에 대한 조류의 운동의 방향 사이의 각도가 중심축에 대한 나선형 블레이드의 회부 에지의 각도인 피치 각도의 것에 대략적으로 동일해야 한다는 것을 교시하고 있다.Also known are rotors having a helical surface for generating electric power from a flow of water. U.S. Patent No. 1,371,836 to Antz discloses a rotor positioned within a stream to assume an inclined position with respect to the direction of flow. The rotor has a plurality of vanes or blades spaced apart from each other along the shaft, providing a plurality of passageways between each to allow water to flow around the rotating shaft. International Published Patent Application No. 0 2004/067957 A1 (Eielsen'957) of Eielsen discloses a screw turbine device having a single start helical blade rotatable about a central axis. Iergen '957 teaches that the angle between the direction of motion of the tidal current with respect to the central axis (or the axis of rotation of the turbine) should be approximately equal to that of the pitch angle, which is the angle of the leading edge of the helical blade with respect to the central axis.

그리고 보위(Bowie)의 국제 공개 특허 출원 W0 2006/059094 A1호는 물 또는 바람과 같은 유동하는 유체로부터 전력을 발생하기 위한 장치를 개시하고 있다. 보위의 장치는 케이블 또는 다른 고정 수단에 의해 조류 내의 적소에 유지되고 나선형 블레이드의 회전축과 유체의 유동의 방향 사이의 각도가 바람직하게는 30도 미안으로 유지되도록 배향된 하나 이상의 나선형 블레이드 섹션을 갖는다. 아이엘젠의 국제 공개 특허 출원 W0 2009/093909 A1호(아이엘젠 '909)는 유동하는 물의 햐앙된 이용을 위해 서로 인접한 2개의 나선형 스크류를 갖는 것을 제외하고는, 아이엘젠 '957의 터빈 스크류 디바이스를 교시하고 있다.And International Published Patent Application WO 2006/059094 A1 to Bowie discloses a device for generating electric power from a flowing fluid such as water or wind. Bowie's device has one or more helical blade sections held in place within the tidal current by cables or other fastening means and oriented such that the angle between the axis of rotation of the helical blades and the direction of flow of the fluid is preferably maintained within 30 degrees. International Published Patent Application No. W0 2009/093909 A1 (ILgen '909) of ielgen discloses a turbine screw device of ielgen '957, except that it has two helical screws adjacent to each other for improved use of flowing water. is teaching

나아가 뷰르그도르프(Burgdorf)의 영국 특허 출원 GB 2,057,584호는 적어도 하나의 이중 시작 나선형 터빈을 갖는 트위스트형 사보니우스 윈드밀의 변형예를 개시하고 있다.뷰르그도르프는 나선형 터빈의 회전축이 45도 만큼 바람에 eoggo 각도를 이루고 피치각이 약 45도 인 것이 중요하다고 교시하고 있다. 뷰르그도르프는 중심축에 대한 조류의 유동의 방향이 아이엘젠 '957에 의해 교시된 바와 같이, 피치각의 방향과 대략적으로 동일해야 한다고 교시하고 있다.Furthermore, British patent application GB 2,057,584 to Burgdorf discloses a variant of a twisted Savonius windmill with at least one double start helical turbine. It is taught that it is important to have an eoggo angle to the wind and to have a pitch angle of about 45 degrees. Burgdorf teaches that the direction of flow of the current about the central axis should be approximately equal to the direction of the pitch angle, as taught by Iergen '957.

상기 4건의 공개 기술 설명으로 보면 스크류 블레이드의 기술 설명에 있어 실험 상의 예시에 의한 개략적 각도 범위 선정을 하거나 날개의 엣지각으로 설치함이 바람직하다 등 유체 흐름으로부터 어떠한 작용과 어떠한 변화가 발생하여 회전력이 발생하는지의 연구 없이 추측에 의한 바람직한 값을 제공하기에 주어진 조건별로 서로 다른 각도를 제시하고 있으며, 또한 각도 선정의 기준이 서로 달라 스크류의 날개 수, 날개 전력, 엣지각의 변화에 따라 서로 다른 경사 기울기 값이 산정되는 문제점이 있다.Looking at the four published technical descriptions, in the technical description of the screw blade, it is preferable to select a rough angle range by an experimental example or install it at the edge angle of the blade. Different angles are suggested for each given condition to provide a desirable value by guessing without research on whether it occurs, and different inclinations are provided depending on the number of blades of the screw, blade power, and edge angle change due to different angle selection criteria. There is a problem in that the slope value is calculated.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 나선형 블레이드의 설치 시 회전축 경사각 기울기의 선정에 있어 동일한 기준 적용의 기준을 마련하고 기준적용의 원리를 연구,설명함으로써 정확한 기준 제공과 활용성을 극대화 하고자 한다. The present invention was devised to solve the above problems, and it provides an accurate standard and maximizes the utility by preparing a standard for applying the same standard in selecting the inclination angle of the rotation shaft when installing a spiral blade, and studying and explaining the principle of applying the standard want to

또한 이를 이용한 환경조건 별로 적합한 발전 장치를 해결하고자 한다.In addition, it is intended to solve a power generation device suitable for each environmental condition using this.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)는, 지지단(S)에 적어도 하나의 회적축(10)이 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전기(40)로 전달하는 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 있어서, 상기 회전축(10)은 공기 또는 유체의 운동방향으로부터 전,후 방향으로 경사각도(A)를 지니도록 구비되고, 회전축(10)에는 스크류 날개(22)가 방사상으로 무게중심을 이루며 형성되고, 스크류 반경(r)보다 날개간의 간격(PD)이 더 크게 형성되며, 상기 회전축(10)은 토목 구조물의 구조 기둥으로서 스크류형 블레이드(20)의 회전축 중심을 형성하며, 상기 회전축(10)을 감싸도록 회전기둥(80)이 구비되되, 상기 회전 기둥(80)은 스크류형 블레이드(20)의 슬리브(21) 길이보다 2배 이상으로 길게 형성되고, 상기 회전기둥(80)의 외측에는 중심에 슬리브(21)가 형성된 스크류형 블레이드(20)가 결합되어 회전기둥(80)이 회전 가능하게 구현되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the power generation device (SG) using a screw-type blade with improved efficiency of the present invention is provided with at least one rotating shaft (10) at the support end (S), and the rotating shaft (10) has A screw-type blade 20 is provided radially to rotate by a fluid, and the rotational force of the rotating shaft 10 or the screw-type blade 20 is transmitted to the generator 40 by the power transmission means 30. In the power generator SG used, the rotating shaft 10 is provided to have an inclination angle A in the forward and backward directions from the movement direction of air or fluid, and the screw blade 22 is radially provided on the rotating shaft 10 is formed to form a center of gravity, and the interval between the blades (PD) is larger than the screw radius (r), and the rotation shaft 10 forms the rotation axis center of the screw-type blade 20 as a structural pillar of the civil structure, , A rotating pillar 80 is provided so as to surround the rotating shaft 10, the rotating pillar 80 is formed to be longer than the sleeve 21 of the screw-type blade 20 by more than twice the length, and the rotating pillar ( A screw-type blade 20 having a sleeve 21 formed in the center is coupled to the outside of the 80 , so that the rotating column 80 is rotatably implemented.

또한, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류 날개(22)의 날개각(BA)과 동일하게 형성될 수 있다.In addition, the inclination angle A of the rotation shaft 10 may be formed to be the same as the blade angle BA of the screw blade 22 .

또한, 상기 스크류 날개(22)는 일정한 반경을 지니도록 형성될 수 있다.In addition, the screw blade 22 may be formed to have a constant radius.

또한, 상기 회전기둥(80)의 외주면에는 돌부(81)가 형성되고, 슬리브(21)의 내주면에는 상기 돌부(81)가 구비되는 홈부(23)가 마련될 수 있다.In addition, a protrusion 81 may be formed on an outer circumferential surface of the rotational column 80 , and a groove portion 23 provided with the protrusion 81 may be provided on an inner circumferential surface of the sleeve 21 .

또한, 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류 날개(22)의 날개각(BA) 이상 원v피치각(PA) 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발전장치(SG)는 유속의 방향 변화에 대응하여 스크류형 블레이드(20)의 회전이 안정적으로 이루어지도록 회전축(10)과 연결된 회전대(53)가 지지단(S)을 중심으로 회전 가능하도록 구현될 수 있다.
구체적으로, 상기 회전대(53)는 지지단(S)을 감싸도록 구비되되, 회전대(53)의 내측으로 돌부(52)가 형성되어 지지단(S)에 외주면에 형성된 걸림턱(51a)(51b)에 의하여 회전 반경이 제한되며, 유속의 방향 변화각에 대응하여 회전될 수 있다.In addition, the inclination angle A of the rotation shaft 10 may be formed to be greater than or equal to the blade angle BA of the screw blade 22 or less than the circular pitch angle PA.
In addition, in the power generation device SG, the rotation table 53 connected to the rotation shaft 10 can rotate around the support end S so that the rotation of the screw-type blade 20 is stably made in response to a change in the direction of the flow velocity. can be implemented to do so.
Specifically, the rotary table 53 is provided so as to surround the support end (S), the protrusion 52 is formed on the inside of the rotary table 53, the locking projections 51a and 51b formed on the outer peripheral surface of the support end (S). ), the radius of rotation is limited, and it can be rotated corresponding to the angle of change in the direction of the flow velocity.

그리고 상기 회전축(10)은 유체의 흐름에 따라 경사 각도(A)의 조절이 가능하도록 형성될 수 있다.In addition, the rotation shaft 10 may be formed so that the inclination angle A can be adjusted according to the flow of the fluid.

본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치에 의하면, 스크류형 블레이드가 방사상으로 형성된 회전축이 소정의 경사 각도를 지니도록 구비되어 인접 스크류형 날개에 의한 와류 현상과 유체의 흐름 차단을 방지할 수 있어 스크류를 길게 할 수 있다.According to the power generation device using the screw-type blade with improved efficiency of the present invention, the rotation shaft on which the screw-type blade is radially formed has a predetermined inclination angle to prevent the vortex phenomenon and the blockage of the fluid flow by the adjacent screw-type blades You can make the screw longer.

나아가, 스크류형 블레이드의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있으므로, 현장 여건에 따라 블레이드의 길이를 유연하게 설계함으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있다.Furthermore, since the amount of power generation can be secured in proportion to the length of the screw-type blade, the power generation efficiency can be increased by flexibly designing the length of the blade according to the site conditions.

또한, 상기 회전축의 경사 각도를 개별 스크류 날개의 날개각(BA)과 동일하게 형성함으로써 회전축 기준 일측과 타측의 최대 유체 저항력 편차를 확보할 수 있다.In addition, by forming the inclination angle of the rotation shaft to be the same as the blade angle (BA) of the individual screw blades, it is possible to secure the maximum difference in fluid resistance between the one side and the other side of the rotation shaft reference.

최대 항력 편차는 회전축 기준 일측은 유체 저항을 회피하고 타측은 유체 저항을 증대 함으로써 블레이드의 항력식 작용으로 어폐류 번식의 발전 효율 감소를 최소화 가능하다.As for the maximum drag deviation, one side of the rotation axis avoids the fluid resistance and the other side increases the fluid resistance, so it is possible to minimize the reduction in the power generation efficiency of fish and shellfish breeding by the drag action of the blade.

또한, 상기 회전축의 경사 각도를 스크류 날개의 피치각(PA)과 동일하게 형성함으로써 최대치의 양력(揚力)이 유도되어 특정방향으로의 회전력을 증대시킬 수 있다.In addition, by forming the inclination angle of the rotation shaft to be the same as the pitch angle PA of the screw blades, the maximum lift force is induced to increase the rotational force in a specific direction.

뿐만 아니라, 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치는 회전축의 경사 각도를 바탕으로 항력과 양력의 합력에 의한 회전력이 증대되거나, 어페류 번식, 유속에 의한 구조물의 유속저항, 지형적 조건 등을 고려하여 가변적으로 적용할 수 있다.In addition, in the power generation device using the screw-type blade of the present invention, the rotational force due to the result of drag and lift is increased based on the inclination angle of the rotation shaft, fish breeding, flow resistance of the structure due to the flow rate, topographical conditions, etc. so it can be applied variably.

특히, 수심이 얕거나 좁은 폭의 수심, 경사진 수심 등 공간적 제약이 큰 경우에도 회전축의 경사 각도를 3차원적 적정 범위로 설계할 수 있으므로 공간 활용도가 향상되는 이점이 있다.In particular, there is an advantage in that space utilization is improved because the inclination angle of the rotation shaft can be designed in a three-dimensional appropriate range even when there are large spatial constraints such as shallow or narrow water depth or inclined water depth.

또한, 스크류가 받는 전체적인 유체저항과 회전력, 유체 사용 면적과 상호 비교 분석할 수 있어, 유속, 지형, 공간 등의 조건별 회전축 경사각(A)의 선택이 용이하다.In addition, it is possible to compare and analyze the overall fluid resistance and rotational force received by the screw, and the area of fluid used, so it is easy to select the rotation axis inclination angle (A) for each condition such as flow velocity, topography, and space.

도 1은 종래기술에 따른 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치의 배치방식을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 발전장치의 구성을 설명하기 위한 스크류 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전장치에 가해지는 항력의 원리를 도시한 개념도.
도 6는 본 발명의 경사 각도를 달리함에 따른 양력의 정도를 도시한 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치의 사용 상태도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유속 변화에 대응하는 발전 장치의 상태도와 단면도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유속변화에 대응하는 발전장치 상태도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 상태도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 관리성을 설명하기 위한 상태도와 단면도.
도 12는 본 발명의 설치방법 순서도.1 is a conceptual diagram illustrating an arrangement method of a power generation device using a screw-type blade according to the prior art.
Figure 2 is a perspective view showing a power generation device using a screw-type blade according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing a power generation device using a screw-type blade according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a side view of the screw for explaining the configuration of the power generation device of the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram showing the principle of the drag applied to the power generation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a conceptual view showing the degree of lift according to the different inclination angle of the present invention.
7 is a state diagram of a power generation device using a screw-type blade according to an embodiment of the present invention.
8 is a state diagram and a cross-sectional view of a power generation device corresponding to a change in flow rate according to an embodiment of the present invention.
9 is a state diagram of a power generation device corresponding to a change in flow rate according to another embodiment of the present invention.
10 is a state diagram showing another embodiment of the present invention.
11 is a state diagram and cross-sectional view for explaining manageability according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart of an installation method of the present invention.

이하에서는 도면에 도시된 사항을 바탕으로 본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 대하여 바람직한 실시예를 바탕으로 상세하게 설명한다.Hereinafter, a power generation device (SG) using a screw-type blade having improved efficiency of the present invention based on the details shown in the drawings will be described in detail based on a preferred embodiment.

본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 유체 속에 구비되도록 회전축(10)을 중심으로 스크류형 블레이드(20)가 방사상으로 형성되는 것으로, 상기 회전축(10)이 유체의 흐름 방향(유속)과 평행하게 배치되는 종래의 스크류형 블레이트(20)의 사용 형태에서 벗어난 새로운 배치방식을 제안한 것이다.The power generation device SG using a screw-type blade with improved efficiency of the present invention is a screw-type blade 20 radially formed around a rotation shaft 10 so as to be provided in a fluid as shown in FIGS. 2 and 3 . As a result, a new arrangement method is proposed in which the rotation shaft 10 is deviated from the use form of the conventional screw-type blade 20 in which the rotational shaft 10 is arranged parallel to the flow direction (flow velocity) of the fluid.

본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)가 구비되는 유체는 공기(바람) 또는 물(해수, 하수)일 수 있으며, 적어도 회전축(10)의 일단은 지지단(S)에 의하여 안정적으로 고정되도록 구현됨이 바람직하다. 상기 지지단(S)은 강재를 이용한 프레임 구조나 콘크리트 블록, 기타 부력체를 이용한 와이어 결속 구조 등 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 회전축(10)의 양단이 모두 지지단(S)에 의하여 지지되도록 형성될 수 있다. 다만, 상기 지지단(S)은 회전축(10)을 특정한 위치에 구속시키기 위한 목적은 아니며, 상기 회전축(10)이 특정한 형상으로 배치될 수 있도록 지지력을 제공하되, 후술할 경사 각도(A)를 설치할 수 있도록 자유단으로 형성됨이 바람직하다.The fluid provided with the generator SG using the screw-type blade of the present invention may be air (wind) or water (seawater, sewage), and at least one end of the rotating shaft 10 is stably supported by the support end (S). It is preferably implemented to be fixed. The support end (S) may be formed in various structures such as a frame structure using a steel material, a concrete block, or a wire binding structure using other buoyancy bodies, so that both ends of the rotating shaft 10 are supported by the support end (S). can be formed. However, the support end (S) is not for the purpose of constraining the rotation shaft 10 to a specific position, but provides a supporting force so that the rotation shaft 10 can be arranged in a specific shape, the inclination angle (A) to be described later It is preferable to form a free end so that it can be installed.

한편, 본 발명은 상기 회전축(10)이 소정의 경사 각도(A)를 지니도록 구비되는 것에 특징이 있다. 이때, 상기 경사 각도(A)란 벡터값인 유체의 흐름 방향(유속)과 회전축(10)이 형성하는 가상의 평면상에서 상기 유체의 흐름 방향과 직교하도록 배치되는 회전축(10)을 기준축으로 설정한 후, 상기 평면상에서 회전축이 기준축보다 일측으로 경사진 각도를 경사 각도(A)로 정의한다.On the other hand, the present invention is characterized in that the rotation shaft 10 is provided to have a predetermined inclination angle (A). At this time, the inclination angle (A) is a vector value of the flow direction (flow velocity) of the fluid and the rotation shaft 10 arranged to be perpendicular to the flow direction of the fluid on a virtual plane formed by the rotation shaft 10 as a reference axis. After that, an angle at which the rotation axis is inclined to one side from the reference axis on the plane is defined as an inclination angle (A).

이 때, 유체방향으로부터 직각의 회전축을 전, 후면으로 경사지게 설치하면 회전축 기준 좌측과 우측의 스크류 날개의 유체 저항은 편차를 일으켜 발전하게 된다.At this time, if the rotation shaft at right angles from the fluid direction is inclined forward and backward, the fluid resistance of the screw blades on the left and right side of the rotation shaft will be generated by deviation.

이 때, 회전축 기준 좌측과 우측의 스크류의 저항값 편차를 항력이라 하고 날개 고유의 유체 각도에 의해 발생하는 회전력을 양력이라고 정의한다.At this time, the deviation of the resistance value of the screw on the left and right sides of the rotation axis is referred to as drag force, and the rotational force generated by the inherent fluid angle of the blade is defined as lift force.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 스크류형 블레이드(20)는 일정한 헬릭스 각(HA)을 지니도록 형성된 스크류 날개(22)를 포함하도록 형성된다. 이때, 상기 헬릭스 각(Helix Angle, HA)이란 스크류형 블레이드(20)를 구성하는 스크류 날개(22)의 회전축 또는 회전축 슬리브(21)에 접선하는 각도로 정의하고, 피치각(PA)은 하나의 스크류 날개 엣지(23)으로부터 인접 날개(24)의 멀어지는 대각선 방향의 엣지(23)의 날개가 겹치지 않도록 보이는 직선과 회전축(10)의 직각과 이루는 각도를 말하며, 날개각(BA)는 스크류 날개의 가장 외각의 엣지에 형성되는 접선과 회전축(10)과 직교하는 선과 이루어지는 각도를 의미한다.In addition, as shown in FIG. 4 , the screw-type blade 20 is formed to include a screw blade 22 formed to have a constant helix angle HA. In this case, the helix angle (HA) is defined as an angle tangent to the rotation shaft or rotation shaft sleeve 21 of the screw blade 22 constituting the screw-type blade 20, and the pitch angle PA is one Refers to the angle formed by a straight line and a right angle of the rotation shaft 10 that do not overlap the blades of the edge 23 in the diagonal direction away from the screw blade edge 23 of the adjacent blade 24, and the blade angle (BA) is the angle formed by the screw blade. It means an angle formed between a tangent line formed at the outermost edge and a line orthogonal to the rotation axis 10 .

상기 스크류형 블레이드(20)의 스크류 날개(22)는 후술할 소정의 항력과 양력(揚力)이 형성되도록 적어도 3 피치(pitch) 이상으로 형성되거나 직경(R)의 3배 이상 길이로 형성되며, 상기 스크류 날개(22)는 일체로 형성될 수도 있으나, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 피치로 형성된 단위 날개를 복수로 조합하여 형성하는 것도 가능하다. 여기서 피치(P)는 회전축(10)의 방향에서 스크류날개를 볼때, 직경의 시각적 공간을 채우는 것을 말하며, 이것을 스크류 날개 갯수별 회전각으로 표시하면 날개가 하나일 때, 스크류 회전각은 360도, 날개가 2개이면 180도, 3개이면 120도, 4개이면 90도 만큼 회전할 때, 1피치라고 정의한다.The screw blades 22 of the screw-type blade 20 are formed at least 3 pitches or more or are formed with a length of 3 times or more of the diameter R so that predetermined drag and lift force to be described later are formed, The screw blades 22 may be integrally formed, but as shown in FIGS. 2 to 3 , it is also possible to form by combining a plurality of unit blades formed with a plurality of pitches. Here, the pitch (P) refers to filling the visual space of the diameter when looking at the screw blade in the direction of the rotation axis 10, and if this is expressed as the rotation angle by the number of screw blades, when there is one blade, the screw rotation angle is 360 degrees, If there are two blades, it is defined as 180 degrees, if there are three wings, it rotates by 120 degrees, if there are four wings, it rotates by 90 degrees, it is defined as 1 pitch.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 회전축(10)과 스크류형 블레이드(20)는 분리되도록 형성되어 스크류형 블레이드(20)에 회전축(10)이 삽입될 수 있는 슬리브(21)가 형성되고, 상기 슬리브(21)의 외주면에 스크류 날개(22)가 일체로 형성되도록 제작할 수 있다. 또한, 슬리브(21)없이 회전축(10)을 스크류 날개(22)와 일체형으로도 가능하다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 회전축을 토목 구조의 기둥처럼 대형화 하고, 기둥화된 회전축(10)을 중심축으로 하는 스크류 날개(22)의 길이보다 긴 슬리브(21)를 갖는 스크류형 브레이드(20)를 결합하고, 슬리브(21)의 상부에는 기어(G)를 구성함으로써 기어(G)의 크기차에 의한 변속장치를 최소화 할 수 있다. 또한, 회전축(10)의 경사각도와 길이에 따라 회전대(53)를 설치할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the rotating shaft 10 and the screw-type blade 20 are formed to be separated to form a sleeve 21 into which the rotating shaft 10 can be inserted into the screw-type blade 20, the sleeve It can be manufactured so that the screw blade 22 is integrally formed on the outer peripheral surface of (21). In addition, the rotation shaft 10 without the sleeve 21 can be integrally formed with the screw blade 22 . And as shown in FIG. 3, a screw-type braid 20 having a longer sleeve 21 than the length of the screw blade 22 having the rotation shaft as a pillar of a civil engineering structure as a central axis and the rotation shaft 10 as a central axis. ), and by configuring the gear (G) on the upper part of the sleeve (21), it is possible to minimize the transmission due to the size difference of the gear (G). In addition, according to the inclination angle and length of the rotating shaft 10, the rotating table 53 may be installed.

한편, 유체의 흐름에 의하여 회전축(10)을 중심으로 형성된 스크류형 블레이드(20)가 회전하여 회전력을 발생시키고, 발생된 회전력은 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)에 의하여 동력전달수단(30)을 바탕으로 발전장치(40)로 전달됨으로써 전력을 생산하게 된다. 상기 동력전달수단(30)은 복수의 기어로 구성되는 기어뭉치나, 벨트와 풀리의 결속구조로 형성될 수 있으며, 현장여건에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있지만 슬리브(21)의 외경에 발전기의 발전축보다 5배속 이상 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이유는 유속의 경우 흐르는 속도가 느려 변속장치를 별도로 사용해야하므로 변속 과정에 발전 효율이 떨어지기 때문이다.On the other hand, the screw-type blade 20 formed around the rotary shaft 10 by the flow of the fluid rotates to generate a rotational force, and the generated rotational force is a power transmission means ( 30) is transmitted to the power generator 40 based on the power is produced. The power transmission means 30 may be formed of a gear bundle composed of a plurality of gears or a binding structure of a belt and a pulley, and may be implemented in various ways depending on the field conditions, but the outer diameter of the sleeve 21 may It is preferable to configure it to be formed at 5 times or more speed than the power generation shaft. The reason is that, in the case of the flow rate, the speed of flow is slow and a transmission device must be used separately, so the power generation efficiency during the shifting process is reduced.

따라서, 본 발명에 의하면, 스크류형 블레이드(20)가 방사상으로 형성된 회전축(10)이 소정의 경사 각도(A)를 지니도록 구비됨에 따라 인접 스크류형 날개(22)에 의한 와류 현상과 유체의 흐름 차단을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 스크류형 블레이드(20)의 길이에 비례하여 발전량을 확보할 수 있으므로, 현장 여건에 따라 블레이드(20)의 길이를 유연하게 설계함으로써 발전 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, as the rotation shaft 10 on which the screw-type blade 20 is radially formed has a predetermined inclination angle A, the vortex phenomenon and the flow of fluid by the adjacent screw-type blade 22 It has the effect of preventing blockage. In addition, since the amount of power generation can be secured in proportion to the length of the screw-type blade 20, there is an effect of increasing the power generation efficiency by flexibly designing the length of the blade 20 according to the field conditions.

한편, 본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 의하면, 상기 회전축(10)을 유체의 흐름 방향을 기준으로 일정한 각도로 배치함에 있어서, 상기 회전축(10)은 소정의 경사 각도(A)도 경사지게 구비됨에 따라 유체의 흐름 방향과 동일한 벡터 방향으로 항력(抗力)이 발생된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(10)에는 길이방향을 따라 일정한 직경과 일정한 날개각(BA)으로 스크류형 블레이드(20)가 연속 형성되나, 경사 각도(A)에 의하여 유체의 흐름 방향을 기준으로 (a)에 도시된 바와 같이 일측에 상대적으로 유체의 흐름에 따른 저항력을 많이 수용받는 유체 수용부(20a)가 마련되고, (b)에 도시된 바와 같이 타측에 상대적으로 저항력을 적게 수용받는 유체 회피부(20b)가 마련된다.On the other hand, according to the power generation device (SG) using a screw-type blade with improved efficiency of the present invention, in disposing the rotation shaft 10 at a predetermined angle based on the flow direction of the fluid, the rotation shaft 10 is a predetermined As the inclination angle (A) is also inclined, a drag force is generated in the same vector direction as the flow direction of the fluid. That is, as shown in FIG. 5 , the screw-type blade 20 is continuously formed on the rotating shaft 10 with a constant diameter and a constant blade angle BA along the longitudinal direction, but the flow direction of the fluid by the inclination angle A As shown in (a) on the basis of the fluid receiving portion (20a) that receives a relatively large amount of resistance according to the flow of the fluid is provided on one side, as shown in (b), a relatively small resistance force on the other side as shown in (b) A receiving fluid avoiding portion 20b is provided.

이와 같이 저항 편차에 의한 항력식 같은 기울기적용은 어패류 번식 등의 양력 작용의 효율을 떨어리는 환경 조건에 적합하다.As such, the application of a gradient such as a drag equation due to resistance deviation is suitable for environmental conditions that decrease the efficiency of lift action such as fish and shellfish breeding.

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 값 만큼의 항력을 수용함으로써 회전하게 된다. 이를 바탕으로 경사 각도(A)에 따라 스크류형 블레이드(20)에 작용되는 항력의 값을 그래프로 나타내면 다음의 표 1과 같이 정리된다.Accordingly, the screw-type blade 20 receives a drag force equal to a value corresponding to the difference between the fluid resistance force Fa applied to the fluid receiving portion 20a and the fluid resistance force Fb applied to the fluid avoiding portion 20b. by doing so will rotate. Based on this, when the value of the drag applied to the screw-type blade 20 according to the inclination angle A is expressed as a graph, it is summarized in Table 1 below.

Figure 112020138374675-pat00001
Figure 112020138374675-pat00001

즉, 스크류형 블레이드(20)를 형성하는 스크류 날개(22)의 구체적인 형상으로서, 피치(pitch)와 직경 날개의 단면 곡률에 따라 항력의 구체적인 값은 달라질 수 있으나, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)가 스크류 날개(22)의 날개각(BA)과 동일하게 형성되는 경우에 항력이 최대값을 지니게 되며, 상기 표에서 나타내지 않은 경사 각도(A)의 범위로서 -180°에서 0°에서는 이와 원점 대칭인 형상을 나타낸다. 즉, 회전 방향이 달라지도록 (-)의 항력값을 지니며, 마찬가지로 최대값의 항력은 (-)BA에서 형성된다.That is, as a specific shape of the screw blade 22 forming the screw-type blade 20 , the specific value of the drag force may vary depending on the cross-sectional curvature of the pitch and diameter blades, but the inclination angle of the rotation shaft 10 . When (A) is formed to be the same as the blade angle (BA) of the screw blade 22, the drag force has a maximum value, and in the range of the inclination angle (A) not shown in the table above, -180° to 0° A shape symmetrical to the origin is shown. That is, it has a drag force value of (-) so that the direction of rotation is changed, and similarly, the drag force of the maximum value is formed at (-)BA.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류 날개(22)의 헬릭스 각(BA)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the inclination angle A of the rotation shaft 10 according to an embodiment of the present invention is formed to be the same as the helix angle BA of the screw blade 22 .

한편, 본 발명의 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 의하면, 상기 회전축(10)을 유체의 흐름 방향을 기준으로 일정한 각도로 배치함에 있어서, 상기 회전축(10)은 소정의 경사 각도(A)도 경사지게 구비됨에 따라 유체의 흐름 방향과 회전축(10)이 형성하는 가상의 평면상에 존재하는 벡터 방향으로서 항력과 수직된 방향으로는 양력(揚力)이 발생된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 유체의 흐름 방향(도면의 법선 방향)에서 회전축(10)에 형성된 스크류형 블레이드(20)를 바라보면, 도 6의 (a)와 같이 경사 각도(A)가 날개각(BA)만큼 기울 경우에는 항력과 양력이 점차 증가하고, 날개각(BA)보다 더 기울일 경우에는 항력은 줄고 양력은 계속 증가하다가, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 경사 각도(A)가 피치각(PA)만큼 형성된 경우에는 유체가 스크류 날개(22)와 맞닿는 면적이 상대적으로 최대치를 형성함에 따라 양력이 최대값을 지니게 된다.On the other hand, according to the power generation device (SG) using a screw-type blade with improved efficiency of the present invention, in disposing the rotation shaft 10 at a predetermined angle based on the flow direction of the fluid, the rotation shaft 10 is a predetermined As the inclination angle (A) is also provided to be inclined, a lift force is generated in a direction perpendicular to the drag force as a vector direction existing on an imaginary plane formed by the flow direction of the fluid and the rotation shaft 10 . That is, when looking at the screw-type blade 20 formed on the rotation shaft 10 in the flow direction of the fluid (normal line direction in the drawing) as shown in FIG. 6 , the inclination angle A is When the wing angle BA is inclined, the drag and lift gradually increase, and when the wing angle is more inclined than the wing angle BA, the drag decreases and the lift continues to increase, and then the inclination angle ( When A) is formed as much as the pitch angle PA, the lift force has a maximum value as the area in which the fluid contacts the screw blade 22 forms a relatively maximum value.

한편, 상기 피치각(PA)이란, 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 스크류 날개 엣지(23)로부터 인접날개(24)의 멀어지는 후면 방향의 날개 끝단 엣지(23)가 겹치지 않도록 보이는 직선과 회전축(10)의 직각선이 이루는 각도를 말하며, 피치각(PA)은 회전축(10)기준으로 반경(r)이 갖는 날개의 수가 많을수록 좁아진다.On the other hand, the pitch angle PA is a straight line and the axis of rotation ( 10) refers to the angle formed by the right angle line, and the pitch angle PA becomes narrower as the number of blades having a radius r with respect to the rotation axis 10 increases.

이를 바탕으로 경사 각도(A)에 따라 스크류형 블레이드(20)에 작용되는 양력의 값을 그래프로 나타내면 다음의 표 2와 같이 정리된다.Based on this, when the value of the lift applied to the screw-type blade 20 according to the inclination angle A is expressed as a graph, it is summarized as in Table 2 below.

Figure 112020138374675-pat00002
Figure 112020138374675-pat00002

즉, 스크류형 블레이드(20)를 형성하는 스크류 날개(22)의 구체적인 형상으로서, 피치(pitch)와 직경 날개의 단면 곡률에 따라 항력의 구체적인 값은 달라질 수 있으나, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)가 스크류 날개(22)의 피치각(PA)과 동일하게 형성되는 경우에 양력이 최대값을 지니게 되며, 상기 표에서 나타내지 않은 경사 각도(A)의 범위로서 -180°에서 0°에서는 이와 원점 대칭인 형상을 나타낸다. 즉, 회전 방향이 달라지도록 (-)의 양력값을 지니며, 마찬가지로 최대값의 양력은 (-)PA에서 형성된다.따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류 날개(22)의 피치각(PA)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.That is, as a specific shape of the screw blade 22 forming the screw-type blade 20 , the specific value of the drag force may vary depending on the cross-sectional curvature of the pitch and diameter blades, but the inclination angle of the rotation shaft 10 . When (A) is formed to be the same as the pitch angle (PA) of the screw blade 22, the lift force has a maximum value, and as a range of the inclination angle (A) not shown in the table above, from -180° to 0° A shape symmetrical to the origin is shown. That is, it has a lift value of (-) so that the direction of rotation is changed, and similarly, the lift force of the maximum value is formed at (-)PA. Accordingly, the inclination angle ( A) is preferably formed to be the same as the pitch angle PA of the screw blade 22 .

한편, 본 발명의 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)는 스크류형 블레이드(20)에 가해지는 상술한 항력(抗力)과 양력(揚力)의 합력에 의하여 결정된다. 다만, 상기 항력과 양력은 동일 평면상에서 방향을 달리하는 벡터값이므로 항력과 양력의 합에 의한 벡터값의 합에 의하여 정의될 수 있으며, 스크류형 블레이드(20)를 형성하는 스크류 날개(22)의 구체적인 형상으로서, 피치(pitch)와 직경(R) 날개의 단면 곡률에 따라 항력의 구체적인 값은 달라질 수 있으나, 대략적으로 아래의 표 3과 같은 결과값이 도출된다.On the other hand, the power generator SG using the screw-type blade of the present invention is determined by the resultant force of the above-described drag and lift force applied to the screw-type blade 20 . However, since the drag force and the lift force are vector values having different directions on the same plane, they can be defined by the sum of vector values by the sum of the drag force and the lift force. As a specific shape, the specific value of the drag force may vary depending on the cross-sectional curvature of the pitch and diameter (R) blades, but the results shown in Table 3 below are roughly derived.

Figure 112020138374675-pat00003
Figure 112020138374675-pat00003

결과적으로, 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)는 스크류 날개(22)의 날개각(BA) 이상 피치각(PA) 이하로 형성되는 것이 바람직함이 도출되어 지며, 회전축(10)의 경사 각도(A)가 날개각(BA)과 피치각(PA) 사이에서 최대치의 회전력이 확보되어짐을 확인할 수 있다. As a result, it is derived that the inclination angle (A) of the rotary shaft (10) is preferably formed to be greater than or equal to the blade angle (BA) of the screw blade (22) and less than or equal to the pitch angle (PA), and the inclination of the rotary shaft (10) It can be seen that the angle (A) ensures that the maximum rotational force is secured between the blade angle (BA) and the pitch angle (PA).

또한, 자연적 조건에 따라 발전의 효율보다 관리 비용도 고려하여야 하므로 어폐류 번식의 문제를 최소화 할 수 있는 항력각 HA 부터 설치공간 최소화 효과의 PA각 범위에서 선택 적용이 가능하다.In addition, depending on the natural conditions, management cost should be considered rather than the efficiency of power generation, so it is possible to select and apply it from the drag angle HA, which can minimize the problem of fish and fish breeding, to the PA angle, which has the effect of minimizing the installation space.

즉, 날개각(BA)의 항력식 설치각도는 어폐류 번식 등의 문제를 해결하기에 적합한 각도이며 피치각(PA)의 양력식 설치각도는 발전효율을 극대화 하기에 적합한 각도이다.That is, the drag-type installation angle of the wing angle (BA) is an angle suitable for solving problems such as fish and fish breeding, and the lift-type installation angle of the pitch angle (PA) is an angle suitable for maximizing power generation efficiency.

그리고 날개각(BA)과 피치각(PA)의 혼합에 의한 발전각(TA)은 최대 회전 동력을 얻기 위한 각으로 설치장소의 공간적으로 충분할 경우에 적용함이 적합하다.And the power generation angle (TA) by the mixture of the blade angle (BA) and the pitch angle (PA) is an angle for obtaining the maximum rotational power, and it is suitable to apply when the space of the installation place is sufficient.

한편, 본 발명의 발전 효율을 향상시킨 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)는 유체의 흐름에 따라 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)가 유연하게 도출함으로써, 현장의 여건에 부합하는 경사 각도(A)로 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 유체의 흐름이 시시각각 변화될 수 있으며, 기성품화된 경우에는 현장의 여건에 따라 각도를 조절할 필요가 있으므로 상기 회전축(10)의 경사 각도(A)가 조절이 가능하도록 지지단(S)에 지지되면서도 가변성이 확보되도록 제작하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the power generation device (SG) using a screw-type blade with improved power generation efficiency of the present invention, the inclination angle (A) of the rotary shaft 10 is flexibly derived according to the flow of the fluid, so that the inclination conforming to the conditions of the field It is preferable to install at an angle (A). However, the flow of the fluid can be changed every moment, and when it is ready-made, it is necessary to adjust the angle according to the conditions of the site. It is preferable to manufacture it so that variability is ensured while being supported.

즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전축(10)의 경사 각도(A)가 날개각(BA)과 피치각(PA) 사이에서 발전장치(SG)의 전체적인 유체저항을 최소화 하거나 어폐류 번식 등으로 발전의 효율이 떨어지는 환경조건에서는 회전축의 기울기를 날개각(BA)으로 경사지게 하며, 공간이 협소하여 발전효율을 극대화하고자 할 때는 피치각(PA)으로 경사지게 한다.That is, according to one embodiment of the present invention, the inclination angle (A) of the rotation shaft 10 minimizes the overall fluid resistance of the power generation device (SG) between the blade angle (BA) and the pitch angle (PA), or breeding fish and shellfish In environmental conditions where the efficiency of power generation is low due to the like, the inclination of the rotation shaft is inclined at the blade angle (BA), and when the space is narrow and the power generation efficiency is maximized, it is inclined at the pitch angle (PA).

그리고 본 발명의 보수와 관리성을 극대화하기 위한 방안으로 도 11을 예로 설명하면 스크류형 블레이드(20)는 슬리브(21)이 구성되고 슬리브(21)의 내부로 회전기둥(80)이 통과되고, 회전 기둥(80) 내부로 회전축(10)이 통과되어 기초부(B)와 상부 구조물에 고정 결합된다.And when explaining FIG. 11 as an example as a method for maximizing the maintenance and manageability of the present invention, the screw-type blade 20 is configured with a sleeve 21 and a rotating column 80 is passed into the sleeve 21, The rotating shaft 10 passes into the rotating column 80 and is fixedly coupled to the base B and the upper structure.

이 때, 회전축(10)과 회전기둥(80)은 항상 자유회전 되도록 구성되고, 슬리브(21)와 회전기둥(80)은 선택에 따라 회전 동력이 전달되도록 구성된다.At this time, the rotation shaft 10 and the rotation pillar 80 are configured to always rotate freely, and the sleeve 21 and the rotation pillar 80 are configured to transmit rotational power according to selection.

동력 전달 방법으로는 단면도 E에서와 같이 회전기둥(80)의 외부와 슬리브(21) 외부에서 나사못 등에 의한 결합 방법이 있다.As a power transmission method, there is a coupling method by screws or the like from the outside of the rotary column 80 and the sleeve 21 outside, as shown in section E.

상기 레일형의 경우에는 관리자가 수중에 들어가지 않고 스크류형 블레이드(20)를 수면 밖으로 인출하여 정비하기 위함이다.In the case of the rail type, the manager does not enter the water, and the screw type blade 20 is drawn out of the water for maintenance.

그러나 경제성을 고려하여 회전기둥(80)과 슬리브(21)의 결합 방법은 통상의 기술로 상황을 고려하여 선택할 수 있음이 지명하다.However, in consideration of economic feasibility, the coupling method of the rotary column 80 and the sleeve 21 may be selected in consideration of the situation in a conventional technique.

지금까지 본 발명 스크류형 블레이드(20)의 경사 설치 방법과 이를 이용한 발전장치의 실시 형태를 설명하였다.So far, the embodiment of the inclined installation method of the present invention screw-type blade 20 and a power generation device using the same has been described.

지금부터는 스크류형 블레이드(20)의 경사설치 경사각도(A)의 변화에 따른 유속으로부터 받는 스크류형 블레이드(20)의 유체저항력을 분석하여 유속의 속도에 대한 대응, 설치 장소의 공간적활용, 발전의 효율, 토목 구조물의 유체 저항 분석 등에 효율적 대응이 가능하다.From now on, by analyzing the fluid resistance of the screw-type blade 20 received from the flow rate according to the change in the inclination angle (A) of the inclination angle of the screw-type blade 20, response to the speed of the flow rate, spatial utilization of the installation site, and power generation It is possible to efficiently respond to efficiency and fluid resistance analysis of civil structures.

Figure 112020138374675-pat00004
Figure 112020138374675-pat00004

표 4는 하나의 스크류형 블레이드를 가지고 상대적 실험에 의한 비교성 그래프이며 y축은 비교크기만을 나타내며, y축은 경사각도(A)의 변화에 따른 0도, 날개각(BA), 피치각(PA), 90도 일 때의 물리적 변화값을 찾고 그 물리적 변화를 어떻게 활용할 수 있는지를 알 수 있다는데 의미가 있다.Table 4 is a graph of comparability by a relative experiment with one screw-type blade. The y-axis shows only the comparative size, and the y-axis shows 0 degrees, blade angle (BA), pitch angle (PA) according to change in inclination angle (A). , it is meaningful in that it is possible to find the physical change value at 90 degrees and to know how to utilize the physical change.

먼저 회전축(10)의 경사각도 0도는 유속의 방향으로부터 스크류의 회전축(10)이 직각을 이룰 때를 의미하며 스크류형 블레이드(20)는 최대의 유체저항과 최대의 유속 면적을 사용하며 스크류 날개(22)에 작용하는 항력과 양력은 회전축 기준으로 대칭을 이루어 회전하지 아니한다.First, the 0 degree angle of inclination of the rotation shaft 10 means when the rotation shaft 10 of the screw is at a right angle from the direction of the flow velocity, and the screw-type blade 20 uses the maximum fluid resistance and the maximum flow velocity area, and the screw blade ( 22), the drag and lift forces are symmetrical with respect to the axis of rotation and do not rotate.

그리고 회전축(10)의 경사각도가 날개각(BA)를 이룰 경우는 회전축(10)기준 일축의 스크류 날개는 유체를 가장 많이 회피하고 타축 스크류 날개는 유체를 가장 많이 접하게 되어 일축과 타축의 유체저항 차이가 가장 크다고 할 수 있다.And when the inclination angle of the rotating shaft 10 forms the blade angle BA, the uniaxial screw wing based on the rotating shaft 10 avoids the fluid the most, and the rudder screw wing comes into contact with the fluid the most, so that the fluid resistance of the uniaxial and the other shaft. The difference is arguably the biggest.

또한, 타축은 일축의 저항력과 대등한 저항만을 저항하고 남는 저항력은 유속 흐름에 동화되어 스크류 날개(22)의 유속 저항은 가장 적다.In addition, the rudder shaft resists only the resistance equivalent to the resistance of the uniaxial, and the remaining resistance is assimilated to the flow velocity, so that the flow velocity resistance of the screw blade 22 is the smallest.

따라서 유속이 빠른 곳에서 구조물의 안정화를 위해 효과적인 설치 각도이다.Therefore, it is an effective installation angle for the stabilization of structures at high flow rates.

그리고 회전축(10)의 경사각도가 피치각(PA)를 이룰 경우는 스크류형 블레이드(20)는 날개각(BA)보다 적은 유속면적을 사용하면서 스크류 날개(22)는 가장 넓은 유속 대응 면적을 사용하면서 스크류 날개(22)는 유속 방향에 노출되는 날개(22)는 전체적으로 비대칭의 양력 작용으로 회전력을 얻게되어 최소의 유속 면적을 사용하면서 최대 회전력을 발생시켜 최대의 발전효율을 얻을 수 있다.And when the inclination angle of the rotation shaft 10 forms the pitch angle PA, the screw-type blade 20 uses a flow rate area smaller than the blade angle BA, while the screw blade 22 uses the widest flow rate corresponding area. While the screw blades 22 are exposed to the flow direction, the blades 22 that are exposed to the flow direction as a whole obtain a rotational force due to an asymmetric lifting force, so that the maximum rotational force is generated while using the minimum flow velocity area to obtain the maximum power generation efficiency.

그러나 회전력은 양력의 효과로 발생함에 따라 스크류 날개(22)의 유속 저항 또한 최대가 된다. 따라서, 피치각(PA)은 토목 구조물의 안정성이 확보되거나 유속이 느린곳에 적합하다.However, as the rotational force is generated by the effect of the lift force, the flow resistance of the screw blade 22 is also maximized. Therefore, the pitch angle PA is suitable for a location where the stability of the civil structure is secured or the flow rate is slow.

그리고 회전축(10)의 경사각도가 90도 일때는, 유속 방향으로부터 회전축(10)이 평행할 때를 말하며 스크류 날개(22)가 앞, 뒤로 모두 겹쳐진 상태를 의미한다.And when the inclination angle of the rotating shaft 10 is 90 degrees, it means when the rotating shaft 10 is parallel from the flow velocity direction, and it means a state in which the screw blades 22 are overlapped in front and back.

상기 표 3의 그래프는 스크류 날개의 직경, 헬리스 각(HA), 스크류형 블레이드의 길이, 스크류 날개의 갯수 등에 따라 값의 변동이 있으므로 곡선 그래프 파동 형태만을 인지하여야 한다.In the graph of Table 3, only the wave shape of the curve graph should be recognized because the values vary depending on the diameter of the screw blade, the helix angle (HA), the length of the screw-type blade, the number of screw blades, and the like.

또한 발전장치(SG)를 현장 설치하기 위한 설치 방법은 다음과 같다.In addition, the installation method for field installation of the generator (SG) is as follows.

설치할 위치의 기초 토목 구비 단계(1단계)로써,As the basic civil engineering provision step (step 1) of the installation location,

유속, 유속방향, 바닥지형, 바닥지질, 수심 등 현장 조사 후 기초 토목 구조물을 제작하여 현장 설치한다.After field investigations such as flow velocity, flow direction, bottom topography, bottom geology, and water depth, the basic civil structures are manufactured and installed on site.

그리고 현장조사 내용을 반영한 스크류형 블레이드 제작단계(2단계)로써,And as the screw-type blade manufacturing stage (2nd stage) reflecting the field survey contents,

제작된 스크류 수차에 의한 날개각(BA)과 피치각(PA)을 고려한 구조체의 경사각을 선정하여 스크류를 제작하게 된다.The screw is manufactured by selecting the inclination angle of the structure in consideration of the blade angle (BA) and the pitch angle (PA) due to the manufactured screw aberration.

유체흐름에 경사진 회전축 설치용 구조체 설치단계(3단계)는,The installation step (step 3) of the structure for installing the rotating shaft inclined to the fluid flow,

회전축이 경사지게 이루어지도록 기초 토목 연결용 바닥 구조체와 회전축 설치용 구조체를 경사지게 제각하는 단계와, 제작된 경사 구조체를 유속방향으로부터 기초 토목위에 경사지게 현장 설치하는 단계로 나누어 진다.It is divided into a step of obliquely engraving the floor structure for connecting the foundation civil engineering and the structure for installing the rotation shaft so that the rotation axis is made inclined, and the step of installing the manufactured inclined structure on the ground civil works to be inclined from the flow velocity direction on site.

그리고 구조체에 스크류형 블레이드를 결합하는 단계(4단계)는 ,And the step of coupling the screw-type blade to the structure (step 4) is,

삽입된 스크류 수차의 회전축 슬리브(21)를 수면 상부 발전기에 동력 전달 하기위해 슬리브(21)를 연장하는 단계와, 삽입된 스크류형 블레이드 회전축 슬리브(21)와 상부에 회전 가능한 동력전달수단을 연결하는 단계로 나누어진다.Extending the sleeve 21 in order to transmit power to the generator above the surface of the rotating shaft sleeve 21 of the inserted screw water wheel, and connecting the inserted screw-type blade rotating shaft sleeve 21 and the rotatable power transmission means at the top divided into steps

다음 경사 구조체 상부에 발전 설비 구축을 위한 베이스판 설치단계(5단계)로써,As a base plate installation step (step 5) for building a power generation facility on the upper part of the next inclined structure,

회전축 구조체 상부에 베이스판을 결합하고 발전기를 비롯한 전자장치 설치준비를 하는 단계이다.It is a step of combining the base plate on the upper part of the rotating shaft structure and preparing for the installation of electronic devices including generators.

마지막으로 베이스판 상부에 발전설비 구축단계(6단계)는,Finally, the stage of constructing the power generation facility on the upper part of the base plate (step 6),

발전 설비 구축 후 발전 가동하게 하는 단계이다.This is the stage to start generating power after building the power plant.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 최대 항력식, 최대 양력식, 최대 복합식 회전축의 경사각도(A)를 이용한 스크류형 블레이드 발전장치(SG)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The screw-type blade power generation device (SG) using the inclination angle (A) of the maximum drag type, maximum lift type, and maximum combined rotational shaft according to the present invention described above is a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics of the .

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.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and the meaning and scope of the claims And all changes or modifications derived from the concept of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

SG:발전장치, S:지지단, B:기초
10:회전축, 20:스크류형 블레이드, 21:슬리브
22:스크류 날개, 23:날개 엣지, 24:인접날개
30:동력전달수단, 40:발전기,
A:경사각도, HA:헬릭스 각, BA:날개각
PA:피치각, PD:날개간격, P:피치,
R:스크류직경, r:스크류반경
50:유동공간, 51a,51b:걸림턱, 52:돌부, 53:회전대, 54:보강대, 56:결합홈
60:인출장치, 70:부력체, 80:회전기둥SG: Generator, S: Support, B: Foundation
10: rotation shaft, 20: screw-type blade, 21: sleeve
22: screw wing, 23: wing edge, 24: adjacent wing
30: power transmission means, 40: generator,
A: inclination angle, HA: helix angle, BA: wing angle
PA: pitch angle, PD: wing spacing, P: pitch,
R: screw diameter, r: screw radius
50: flow space, 51a, 51b: locking jaw, 52: protrusion, 53: swivel, 54: reinforcing bar, 56: coupling groove
60: withdrawal device, 70: buoyancy body, 80: rotating column

Claims (9)

지지단(S)에 적어도 하나의 회전축(10)이 구비되고, 상기 회전축(10)에는 유체에 의하여 회전하도록 방사상으로 스크류형 블레이드(20)가 구비되며, 회전축(10) 또는 스크류형 블레이드(20)의 회전력은 동력전달수단(30)에 의하여 발전기(40)로 전달하는 스크류형 블레이드를 이용한 발전장치(SG)에 있어서,
상기 회전축(10)은 공기 또는 유체의 운동방향으로부터 전,후 방향으로 경사각도(A)를 지니도록 구비되고, 회전축(10)에는 스크류 날개(22)가 방사상으로 무게중심을 이루며 형성되고, 스크류 반경(r)보다 날개간의 간격(PD)이 더 크게 형성되며,
상기 회전축(10)은 토목 구조물의 구조 기둥으로서 스크류형 블레이드(20)의 회전축 중심을 형성하며, 상기 회전축(10)을 감싸도록 회전기둥(80)이 구비되되, 상기 회전 기둥(80)은 스크류형 블레이드(20)의 슬리브(21) 길이보다 2배 이상으로 길게 형성되고,
상기 회전기둥(80)은 스크류형 블레이드(20)의 중심에 형성된 슬리브(21) 내부로 삽입된 상태로 상호 결합되어 회전기둥(80)이 회전 가능하게 구현되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치.At least one rotating shaft 10 is provided at the support end S, and the rotating shaft 10 is provided with a screw-type blade 20 radially to rotate by a fluid, the rotating shaft 10 or the screw-type blade 20 ) in the power generation device (SG) using a screw-type blade to transmit the rotational force to the generator 40 by the power transmission means 30,
The rotating shaft 10 is provided to have an inclination angle A in the forward and backward directions from the direction of movement of air or fluid, and the screw blade 22 is formed with a radial center of gravity on the rotating shaft 10, and the screw The gap (PD) between the blades is larger than the radius (r),
The rotation shaft 10 is a structural pillar of the civil structure and forms the center of the rotation axis of the screw-type blade 20 , and a rotation pillar 80 is provided to surround the rotation shaft 10 , and the rotation pillar 80 is a screw It is formed to be longer than twice the length of the sleeve 21 of the type blade 20,
The rotary column 80 is coupled to each other while being inserted into the sleeve 21 formed in the center of the screw-type blade 20 so that the rotary column 80 is rotatably implemented. Inclined generator. 제 1항에 있어서,
상기 스크류형 블레이드(20)는 회전 중심에 관통형의 슬리브(21)가 구성되어 있어 슬리브(21)내부로 고정형 회전축(10)을 삽입시키고 슬리브(21)의 상부 외부방향으로 동력전달수단(30)이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치.The method of claim 1,
The screw-type blade 20 has a through-type sleeve 21 in the center of rotation, so that the fixed rotation shaft 10 is inserted into the sleeve 21 and the power transmission means 30 is directed toward the upper and outer sides of the sleeve 21 . ) Inclined power generation device using a screw-type blade, characterized in that it is configured. 제 1항에 있어서,
상기 회전기둥(80)의 외주면에는 돌부(81)가 형성되고, 슬리브(21)의 내주면에는 상기 돌부(81)가 구비되는 홈부(23)가 마련되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치. The method of claim 1,
Inclined type using a screw-type blade, characterized in that a protrusion 81 is formed on the outer circumferential surface of the rotary column 80, and a groove 23 provided with the protrusion 81 is provided on the inner circumferential surface of the sleeve 21 power plant. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
회전축(10)의 경사각도(A)는 유체흐름 방향으로부터 전,후방 방향으로 경사지게 설치하며 경사의 방향은 수직 방향, 수평 방향, 사선 방향 등 3차원적 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치.The method of claim 1,
The inclination angle (A) of the rotating shaft 10 is installed to be inclined in the front and rear directions from the fluid flow direction, and the direction of the inclination is a screw-type blade, characterized in that it can be applied in three dimensions such as a vertical direction, a horizontal direction, and an oblique direction. Inclined power generation device used. 제 1항에 있어서,
상기 발전장치(SG)는 유속의 방향 변화에 대응하여 스크류형 블레이드(20)의 회전이 안정적으로 이루어지도록 회전축(10)과 연결된 회전대(53)가 지지단(S)을 중심으로 회전 가능하도록 구현되고,
상기 회전대(53)는 지지단(S)을 감싸도록 구비되되, 회전대(53)의 내측으로 돌부(52)가 형성되어 지지단(S)에 외주면에 형성된 걸림턱(51a)(51b)에 의하여 회전 반경이 제한되며, 유속의 방향 변화각에 대응하여 회전되는 것을 특징으로 하는 스크류형 블레이드를 이용한 경사식 발전장치.
The method of claim 1,
The power generation device (SG) is implemented so that the rotation table 53 connected to the rotation shaft 10 is rotatable around the support end S so that the rotation of the screw-type blade 20 is stably made in response to a change in the direction of the flow velocity. become,
The rotation table 53 is provided so as to surround the support end (S), the protrusion 52 is formed on the inside of the rotation table 53, the support end (S) by the locking projections (51a) and (51b) formed on the outer peripheral surface. Inclined power generation device using a screw-type blade, characterized in that the rotation radius is limited and is rotated in response to the change angle of the direction of the flow velocity.
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