KR102485675B1 - 발전터빈의 효율 개선장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전터빈의 효율 개선장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 구성은 수직 배치되는 회전축(112)에 회전 추진부재(114)가 결합되어 이루어진 터빈장치(110); 상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)에 힌지에 의해 결합된 상부 지지체(122) 및 하부 지지체(124); 상기 상부 지지체(122)와 상기 하부 지지체(124)의 일단부에 결합되며 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)을 구비한 제1회전 가이더(130); 상기 상부 지지체(122)와 상기 하부 지지체(124)의 타단부에 결합되며 플로우 가이드 곡면(142)을 구비한 제2회전 가이더(140);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 발전터빈의 수직 회전축에 장착된 복수개의 회전 추진부재의 회전에서의 순풍을 제대로 효율적으로 이용하고 이에 더해서 역풍이 작용하는 경우에도 역풍을 순풍으로 바뀌도록 효율적으로 이용함으로써 발전기의 발전 효율을 높일 수 있다는 것이다.

Description

발전터빈의 효율 개선장치{Electricity generation turbine efficiency increaing apparatus}
본 발명은 풍력이나 수력 또는 조수간만의 차로 발생되는 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 터빈(turbine) 발전시스템의 효율 개선장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 발전터빈의 수직 회전축에 장착된 복수개의 회전 추진부재의 회전에서의 순풍 뿐만 아니라 역풍도 효율적으로 이용함으로써 발전기의 발전 효율을 높일 수 있는 새로운 구성의 발전터빈의 효율 개선장치에 관한 것이다.
생활에 필요한 전기는 화력, 수력, 원자력, 풍력, 조력 등을 등을 이용한 여러가지의 발전 방식을 통해서 생산되고 있다.
그러나, 상기와 같은 전기를 얻기 위한 많은 방식이 있음에도 불구하고, 대부분의 전기는 아직까지 가장 오래된발전 방법인 화석연료를 이용한 화력 발전을 통해서 주로 얻어지고 있다.
따라서, 현재에는 화석 연료를 대체할 에너지원의 개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 대체 에너지 중에는 풍력, 수력, 조력 등이 많이 거론되고 있다.
특히, 비용 및 성능적인 측면에서 풍력이나 수력이나 조력이 상대적으로 효율적인 것으로 판단되고 있으며, 풍력 발전은 초기에 발전 설비만 설치하고 나면 전기 생산을 위한 에너지원의 수송이 필요하지 않기 때문에, 산간 벽지나 섬지역과 같이 외부 접근이 용이하지 못한 지역에 적합한 발전 방식으로도 인식되고 있다.
그러나, 종래의 풍력 발전을 위한 시스템은 저속으로 회전하는 대형의 블레이드(blade)가 증속기를 거쳐 고속으로 발전기의 회전자를 돌려서 발전을 유도하는 방식으로서, 그 문제점으로는 모든 풍력 발전 시스템은 블레이드가 충분한 풍력을 받지 못하면 초기에 자기 기동을 하지 못하므로 외부의 인위적인 보조 발전의 도움 없이는 자가 발전이 어려워서 한정된 조건에서만 작동이 가능하며, 특히 간헐적인 바람의 특성 때문에 풍력 에너지의 이용 효율이 대부분 매우 낮다는 점과 충분한 풍력을 위한 많은 양의 바람을 받기 위해서 큰 블레이드를 사용해야 하는 문제점이 있었다.
그리고, 종래의 풍력발전시스템에 이용된 블레이드는 그 전방에서 불어오는 바람에만 대응하여 회전할 수 있도록 설계되어져 있으므로 블레이드의 회전에서의 역풍과 저항 및 블레이드 사이에서 형성되는 공기압과 삼차원 와류현상을 제대로 방지하지 못하여 블레이드들의 회전량이 작아서 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1079773호(2011년10월28일 등록) 한국공개특허 제10-2015-0018338호(2015년02월23일 공개)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 풍력이나 수력 또는 조수간만의 차로 발생되는 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 발전하는 터빈(turbine) 발전시스템의 효율 개선장치를 제공하고자 한다. 본 발명의 주요 목적은 발전터빈의 수직 회전축에 장착된 복수개의 회전 추진부재의 회전에서의 순풍 뿐만 아니라 역풍도 효율적으로 이용함으로써 발전기의 발전 효율을 높일 수 있는 새로운 구성의 발전터빈의 효율 개선장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 수직 배치되는 회전축에 회전 추진부재가 결합되어 이루어진 터빈장치; 상기 터빈장치의 상기 회전축에 힌지에 의해 결합된 상부 지지체 및 하부 지지체; 상기 상부 지지체와 상기 하부 지지체의 일단부에 결합되며 외측 회전 가이드 곡면과 내측 회전 가이드 곡면을 구비한 제1회전 가이더; 상기 상부 지지체와 상기 하부 지지체의 타단부에 결합되며 플로우 가이드 곡면을 구비한 제2회전 가이더;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치가 제공된다.
상기 제1회전 가이더는 선형의 좌측면과 우측면에 순풍이 들어오는 상기 외측 회전 가이드 곡면과 상기 터빈장치 쪽으로 향하고 있는 상기 내측 회전 가이드 곡면을 구비한 블록 형상으로 구성되고, 상기 제2회전 가이더는 상기 터빈장치 쪽으로 향하고 있는 내측 플로우 가이드 곡면에 좌측 플로우 가이드 곡면과 우측 플로우 가이드 곡면이 이어진 유선형 블록 형상으로 구성되며, 상기 발전터빈의 상기 회전축이 지주에 회전 가능하게 지지되어, 상기 제1회전 가이더와 상기 제2회전 가이더 사이의 내부에 영역에서 상기 지주를 기준으로 상기 발전터빈의 상기 회전축과 상기 회전 추진부재가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 회전 추진부재는 수직 배치되는 회전축에 결합됨과 동시에 상기 회전축을 기준으로 방사 방향으로 복수개로 배치되어, 상기 발전터빈이 수직 배치된 회전축에 복수개의 회전 추진부재가 결합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 터빈장치의 상기 회전 추진부재는 상판과 하판에 곡선형 회전 추진판이 결합되어, 상기 회전 추진부재의 전단부에는 개방부가 구비되고, 상기 회전 추진부재의 내부에는 상기 개방부와 연통된 회전 추진 중공부가 구비되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 회전 추진부재의 상기 상판과 상기 하판은 각각 하부 연결바아와 상부 연결바아에 의해 상기 터빈장치의 회전축에 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 발전터빈의 상기 회전축은 지주에 회전 가능하게 결합되어, 상기 지주를 기준으로 상기 발전터빈이 회전 가능하도록 구성되고, 상기 발전터빈의 상기 회전축에는 발전기가 연결되어, 상기 발전터빈이 상기 지주에서 회전함에 따라 상기 발전기의 발전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1회전 가이더와 상기 제2회전 가이더에는 방향타가 연결되어, 상기 방향타에 의해 풍향에 따라 상기 제1회전 가이더와 상기 제2회전 가이더를 진행 방향으로 전환시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제2회전 가이더는 상기 발전터빈을 기준으로 외부로 에어포일 형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1회전 가이더를 위에서 볼 때에 제1측면과 제2측면이 외측 회전 가이드 곡면과 내측 회전 가이드 곡면에 이어지도록 구성되고, 순풍이 불어오는 방향과 직교하는 가상선을 기준으로 할 때에 상기 제1측면이 순풍 쪽으로 돌출된 높이는 상기 제2측면이 순풍 쪽으로 돌출된 높이보다 더 높도록 구성되어, 상기 외측 회전 가이드 곡면으로 불어오는 순풍은 외측 회전 가이드 곡면에서부터 상기 제1측면 옆으로 빠지고, 상기 제1측면으로 빠지는 순풍은 상기 회전 추진부재 방향으로 전진하여 상기 회전 추진부재를 회전시키는 추진력을 가하는 한편 상기 제2측면 옆으로 순풍의 일부가 빠지게 되는데, 상기 제2측면 옆으로 빠지는 순풍의 각도는 제1측면의 옆으로 빠지는 순풍의 각도에 비하여 더 크고, 상기 제1회전 가이더의 내측 회전 가이드 곡면 앞쪽의 영역은 상대적인 음압이 생겨서 상기 내측 회전 가이드 곡면 쪽으로 공기의 흐름이 생기면서 이러한 공기의 흐름이 상기 회전 추진부재를 회전시키는 힘으로 작용하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치는 발전터빈의 수직 회전축에 장착된 복수개의 회전 추진부재의 회전에서의 순풍을 제대로 효율적으로 이용하고 이에 더해서 역풍이 작용하는 경우에도 역풍을 순풍으로 바뀌도록 효율적으로 이용함으로써 발전기의 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 주요부인 제1회전 가이더와 제2회전 가이더의 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 다른 주요부인 발전터빈의 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 제1회전 가이더와 제2회전 가이더 및 순풍과 공기 흐름 상태를 개략적으로 보여주는 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치에서 순풍과 공기의 흐름을 이용하여 발전터빈을 회전시키는 상태를 개략적으로 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 주요부의 사시도,
도 7은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 측면도,
도 8은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 주요부인 제1회전 가이더에 의한 순풍과 공기의 흐름에 의해 발전터빈을 회전시키는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도,
도 9는 도 8에 도시된 제1회전 가이더와 발전터빈과 제2회전 가이더 사이에서 순풍과 공기 흐름이 작용하는 상태와 제2회전 가이더 쪽으로 순풍이 원활하게 빠지는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도,
도 10은 본 발명의 주요부인 제1회전 가이더와 제2회전 가이더의 변형된 구조를 보여주는 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되고나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 주요부인 제1회전 가이더와 제2회전 가이더의 사시도, 도 3은 도 1에 도시된 다른 주요부인 발전터빈의 사시도, 도 4는 도 2에 도시된 제1회전 가이더와 제2회전 가이더 및 순풍과 공기 흐름 상태를 개략적으로 보여주는 사시도, 도 5는 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치에서 순풍과 공기의 흐름을 이용하여 발전터빈을 회전시키는 상태를 개략적으로 보여주는 도면, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 주요부의 사시도, 도 7은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 측면도, 도 8은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 주요부인 제1회전 가이더에 의한 순풍과 공기의 흐름에 의해 발전터빈을 회전시키는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도, 도 9는 도 8에 도시된 제1회전 가이더와 발전터빈과 제2회전 가이더 사이에서 순풍과 공기 흐름이 작용하는 상태와 제2회전 가이더 쪽으로 순풍이 원활하게 빠지는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도, 도 10은 본 발명의 주요부인 제1회전 가이더와 제2회전 가이더의 변형된 구조를 보여주는 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발전터빈의 효율 개선장치는 수직 배치되는 회전축(112)에 회전 추진부재(114)가 결합되어 이루어진 터빈장치(110)와, 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)에 힌지에 의해 결합된 상부 지지체(122) 및 하부 지지체(124)와, 상기 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 일단부에 결합되며 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)을 구비한 제1회전 가이더(130)와, 상기 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 타단부에 결합되며 플로우 가이드 곡면(142)을 구비한 제2회전 가이더(140)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)은 지면에 수직 설치된 지주(150)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서, 터빈장치(110)이 지주(150)를 기준으로 회전할 수 있도록 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 터빈장치(110)의 회전 추진부재(114)는 회전축(112)에 결합된다. 회전 추진부재(114)는 상판(114UP)과 하판(114LP)에 곡선형 회전 추진판(114CP)이 결합된 통형상으로 구성된다. 상기 회전 추진부재(114)의 전단부에는 개방부가 구비되고, 상기 회전 추진부재(114)의 내부에는 개방부와 연통된 회전 추진 중공부가 구비된다. 따라서, 회전 추진부재(114)가 전단부에 개방부가 구비되고 내부에는 중공부가 있는 통형상으로 구성된다. 본 발명에서 회전 추진부재(114)는 반원통 형상으로 구성했으나 사보니우스 또는 다리우스 형상으로 변경이 가능하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 회전 추진부재(114)의 상판(114UP)과 하판(114LP)은 각각 상부 연결바아(114UB)와 하부 연결바아(114LB)에 의해 터빈장치(110)의 회전축(112)에 결합된다. 상부 연결바아(114UB)와 하부 연결바아(114LB)의 기단부가 회전축(112)에 연결되고, 상부 연결바아(114UB)와 하부 연결바아(114LB)의 타단부가 회전 추진부재(114)의 상판과 하판에 연결되어, 상기 회전 추진부재(114)가 터빈장치(110)의 회전축(112)에 결합된 구조가 된다.
이때, 상기 회전 추진부재(114)는 수직 배치되는 회전축(112)에 결합됨과 동시에 회전축(112)을 기준으로 방사 방향으로 복수개로 배치된다. 상기 터빈장치(110)이 수직 배치된 회전축(112)에 복수개의 회전 추진부재(114)가 결합되도록 구성된다. 본 발명에서 회전 추진부재(114)는 회전축(112)에 세 개가 구비된 것이 도시되어 있으나, 상기 회전 추진부재(114)의 갯수를 2개 또는 4개와 같이 가감될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)은 지주(150)에 회전 가능하게 결합되어, 상기 지주(150)를 기준으로 터빈장치(110)이 회전 가능하도록 구성되는데, 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)에는 발전기(153)가 연결되어, 상기 터빈장치(110)이 지주(150)에서 회전함에 따라 발전기(153)의 발전이 이루어지게 된다. 지주(150)에는 하우징(152)이 구비되어, 터빈장치(110)의 회전축(112)이 하우징(152)에 회전 가능하게 결합되고, 상기 하우징(152)에는 발전기(153)가 내장되고, 발전기(153)의 발전축은 기어와 같은 회전력 전달수단에 의해 터빈장치(110)의 회전축(112)에 연결된다. 따라서, 상기 터빈장치(110)이 지주(150)를 기준을 회전함에 따라 발전기(153)의 발전축이 회전하면서 발전이 이루어지게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)는 일정 길이의 바아 형상으로 구성된다. 터빈장치(110)의 회전축(112)에 힌지(HG)에 의해 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)가 결합된다. 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 중간 부분이 힌지(HG)에 의해 터빈장치(110)의 회전축(112)에 결합된다. 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)는 상하 방향으로 나란한 위치에 배치된다. 이때, 힌지(HG)는 관형상의 힌지 허브로 구성되어, 상기 힌지 허브가 터빈장치(110)의 회전축(112)에 상대 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)에 힌지(HG)에 의해 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)가 결합된 구조가 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1회전 가이더(130)는 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 일단부에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1회전 가이더(130)는 제1가이드 상면(131UF)과 제1가이드 하면(131LF)과 제1측면(131FS)과 제2측면(131SS)과 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)을 구비한 블록 형상으로 구성되는데, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1회전 가이더(130)의 제1가이드 상면(131UF)과 제1가이드 하면(131LF)은 각각 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 일단부에 연결된다. 상기 외측 회전 가이드 곡면(132)은 바람이 들어오는 방향과 마주하도록 배치되고, 상기 내측 회전 가이드 곡면(134)은 터빈장치(110)과 마주하는 위치에 배치된다.
상기 제2회전 가이더(140)는 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 타단부에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2회전 가이더(140)는 제2가이드 상면(141UF)과 제2가이드 하면(141LF)에 터빈장치(110) 쪽을 바라보고 있는 내측 플로우 가이드 곡면(142A)과 플로우 가이드 곡면(142)을 구비한 유선형 블록 형상으로 구성되는데, 제2회전 가이더(140)의 제2가이드 상면(141UF)과 제2가이드 하면(141LF)이 각각 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124)의 타단부에 연결된다. 이때, 상기 플로우 가이드 곡면(142)은 상기 내측 플로우 가이드 곡면(142A)에 좌측 플로우 가이드 곡면(142B)과 우측 플로우 가이드 곡면(142C)이 이어진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2회전 가이더(140)는 제2가이드 상면(141UF)과 제2가이드 하면(141LF)과 내측 플로우 가이드 곡면(142A)과 좌측 플로우 가이드 곡면(142B)과 우측 플로우 가이드 곡면(142C)을 구비한 유선형 블록 형상으로 구성된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)에는 방향타(160)가 연결된다. 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)에 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)를 연결하는 상부 지지체(122)와 하부 지지체(124) 중에서 적어도 상부 지지체(122)에 연결 바아(CB)의 기단부가 연결되고, 상기 연결 바아(CB)의 선단부에 상기 방향타(160)가 연결되어, 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)에는 방향타(160)가 연결된 구조가 된다. 이때, 방향타(160)는 브이자 형상으로 구성된다. 방향타(160)는 좌측 방향편과 우측 방향편을 구비하는데, 좌측 방향편과 우측 방향편이 상기 연결 바아의 선단부에서 멀어지는 방향으로 갈수록 점점 벌어지기 때문에, 상기 방향타(160)가 브이자 형상으로 구성된 것이다.
상기 방향타(160)에 의해 풍향에 따라 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)를 진행 방향으로 전환시키도록 구성된다.
상기한 구성의 본 발명에 의해 발전기(153)를 가동시켜서 발전하는 원리를 설명하면 다음과 같다.
상기 제1회전 가이더(130)의 외측 회전 가이드 곡면(132)으로 순풍이 들어오면, 순풍의 일부는 외측 회전 가이드 곡면(132)을 타고 A 방향(도 8과 도 9에 도시됨)으로 넘어가서 진행하여 순풍이 상기 터빈장치(110) 쪽으로 플로우되도록 함으로써 상기 터빈장치(110)의 회전 추진부재(114)에 순풍이 터빈장치(110)가 회전하면서 터빈장치(110)의 회전축(112)에 연결된 발전기(153)의 발전축이 돌아가서 발전이 이루어지는 한편, 순풍의 일부는 외측 회전 가이드 곡면(132)을 타고 B 방향(도 8과 도 9에 도시됨)으로 넘어가는데, B 방향으로 넘어가서 순풍의 일부가 터빈장치(110)의 회전 추진부재(114) 쪽으로 흘러서 역풍으로 작용할 여지는 있으나, 이러한 순풍에서 바뀐 역풍은 상기 터빈장치(110)의 회전 추진부재(114) 쪽으로 거의 작용하지 않거나 회전 추진부재(114)에 역풍의 영향을 미치지 않도록 회전 추진부재(114)의 회전 영역 바깥으로 빠지게 되는 한편, 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134) 앞쪽의 영역(VS)에서는 내측 회전 가이드 곡면(134) 쪽으로 공기의 흐름(FLA)이 생기면서 이러한 공기의 흐름이 회전 추진부재(114)를 회전시키는 힘으로 작용하게 되어서 상기 터빈장치(110)이 원활하게 회전되면서 발전기(153)의 발전이 이루어진다.
또한, 순풍이 터빈장치(110)를 돌려준 다음에 터빈장치(110)의 회전 추진부재(114)에서 계속 제2회전 가이더(140) 쪽으로 흘러서 넘어가게 되는데, 상기 제2회전 가이더(140)는 내측 플로우 가이드 곡면(142A)과 좌측 플로우 가이드 곡면(142B)과 우측 플로우 가이드 곡면(142C)을 구비한 유선형 블록 형상으로 구성되어, 상기 터빈장치(110)를 돌려준 순풍이 내측 플로우 가이드 곡면(142A)과 좌측 플로우 가이드 곡면(142B)과 우측 플로우 가이드 곡면(142C)을 타고 넘어가면서 순풍의 흐름이 자연스럽게 이루어지도록 하므로, 터빈장치(110)의 회전 효율을 더 높여주고, 이로 인하여 발전 효율을 더 높여주게 된다.
한편, 터빈장치(110) 쪽으로 혹시라도 역풍이 들어올 때에 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134)이 역풍을 순풍으로 작용하도록 하는 중요한 기능을 하게 된다.
상기 터빈장치(110) 쪽으로 혹시라도 역풍이 들어오는 경우, 역풍이 들어오는 방향에 배치된 회전 추진부재(114)(도 8과 도 9에서 A로 표시됨)는 역풍에 의해 회전하는 회전력이 작용하여 터빈장치(110)를 회전시키는데 도움이 되지만 나머지 회전 추진부재(114)(도 8과 도 9에서 B와 C로 표시됨)는 역풍에 의해 순풍으로 회전하는 힘이 감쇄될 수 있는데, 이때에 상기 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134)으로 들어온 역풍이 상기 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134)을 타고 흐르면서 나머지 회전 추진부재(114)를 회전시키는 순풍으로 작용하기 때문에, 역풍에 의해 터빈장치(110)이 제대로 회전되지 못하는 것이 아니라 역풍을 이용하여 순풍으로 작용되도록 하기 때문에, 오히려 터빈장치(110)이 역풍에 의해서도 더 잘 회전될 수 있도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치는 터빈장치(110)의 수직 회전축(112)에 장착된 복수개의 회전 추진부재(114)의 회전에서의 순풍을 제대로 효율적으로 이용하고 이에 더해서 혹시라도 역풍이 작용하는 경우에도 역풍을 순풍으로 바뀌도록 효율적으로 이용함으로써 발전기(153)의 발전 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명에 의한 발전터빈의 효율 개선장치의 주요부인 제1회전 가이더에 의한 순풍과 공기의 흐름에 의해 발전터빈을 회전시키는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도, 도 9는 도 8에 도시된 제1회전 가이더와 발전터빈과 제2회전 가이더 사이에서 순풍과 공기 흐름이 작용하는 상태와 제2회전 가이더 쪽으로 순풍이 원활하게 빠지는 상태를 개략적으로 보여주는 평면도, 도 10은 본 발명의 주요부인 제1회전 가이더와 제2회전 가이더의 변형된 구조를 보여주는 측면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제1회전 가이더(130)를 위에서 볼 때에 제1측면(131FS)과 제2측면(131SS)이 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)에 이어지도록 구성되고 순풍이 불어오는 방향과 직교하는 가상선(VL)을 기준으로 할 때에 제1측면(131FS)이 순풍이 불어오는 쪽으로 돌출된 높이는 제2측면(131SS)이 순풍이 불어오는 쪽으로 돌출된 높이보다 더 높다. 도 8에 도시된 평면도로 볼 때에 가상선(VL)을 기준으로 상기 제1측면(131FS)이 순풍이 불어오는 쪽으로 돌출된 높이가 제2측면(131SS)이 순풍이 불어오는 쪽으로 돌출된 높이보다 더 높도록 구성된 것이다.
상기 외측 회전 가이드 곡면(132)으로 불어오는 순풍은 외측 회전 가이드 곡면(132)에서부터 제1측면(131FS) 옆쪽(도 8과 도 9에 A로 표시됨)으로 빠지고, 상기 제1측면(131FS) 옆쪽으로 빠지는 순풍은 상기 회전 추진부재(114) 방향으로 전진하여 상기 회전 추진부재(114)를 회전시키는 추진력을 가하는 한편 상기 제2측면(131SS) 옆쪽(도 8과 도 9에 B로 표시됨)으로 순풍의 일부가 빠지게 되는데, 상기 제2측면(131SS) 옆으로 빠지는 순풍의 각도(AL2)은 제1측면(131FS)의 옆으로 빠지는 순풍의 각도(AL1)에 비하여 더 크고, 상기 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134) 앞쪽의 영역(VS)은 상대적인 음압이 생겨서 상기 내측 회전 가이드 곡면(134) 쪽으로 공기의 흐름(FLA)이 생기면서 이러한 공기의 흐름도 회전 추진부재(114)를 회전시키는 힘으로 작용하게 되면서 더 신속하고 더 강한 힘으로 상기 회전 추진부재(114)를 회전시키기 때문에 회전 추진부재(114)를 더 효율적으로 회전시켜서 발전기의 발전 효율을 더 높이게 된다.
한편, 상기 제2회전 가이더(140)는 에어포일 형상으로 구성되어, 상기 제1회전 가이더(130)의 제1측면(131FS) 옆쪽(A)으로 빠져나와서 회전 추진부재(114)를 순방향으로 돌려주는 순풍은 에어포일 형상의 제2회전 가이더(140)의 양면 곡면부를 타고 흐르게 되면서 보다 빠른 속도로 흐름이 생기기 때문에 회전 추진부재(114)를 돌려주는 추진력을 제2회전 가이더(140) 부분에서 더욱 높여주게되는 한편, 제2회전 가이더(140)의 전면과 회전 추진부재(114)가 회전하는 회전 궤적 사이의 영역(AR2)에서 와류가 생기는 경우가 없기 때문에 반발 와류에 의해 회전 추진부재(114)의 회전이 저하되는 경우도 방지될 수 있다
또한, 본 발명은 터빈장치(110)에서 주요부인 회전 추진부재(114)는 내부에 중공부가 있는 통형상으로 구성되어 보다 더 경량화고 간소화된 터빈장치(110) 회전 구조와 보다 경량화된 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)의 구조를 구비함으로써 회전 추진부재(114)에 연속적이고 가속된 풍향을 보다 효율적으로 제공함과 더불어 터빈장치(110)의 회전방향으로의 순풍 형성이 보다 더 원활하여 회전 회전력 가속으로 터빈장치(110)의 효율을 더욱더 증대시킬 수 있으며, 이러한 경량화 및 간소화된 터빈장치(110) 구조와 나아가 보다 경량화된 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)의 구조로 인하여 발전기(153)의 발전 효율을 더욱더 높일 수 있는 효과를 가진다.
한편, 본 발명에서 방향타(160)가 풍향에 따라 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)를 풍향의 진행방향으로 전환시켜 항상 풍향과 일직선상에 위치되도록 함으로 풍향을 적절히 이용할 수 있게 되는데, 상기 방향타(160)가 브이자 형상으로 구성되어 있어서, 제1회전 가이더(130)와 제2회전 가이더(140)를 풍향과 더 확실하고 원활하게 풍향과 일직선상에 위치되도록 하기 때문에, 발전 효율을 더 확실하고 원활하게 높일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제2회전 가이더(140)는 에어포일 형상으로 구성된다. 상기 제2회전 가이더(140)가 터빈장치(110)의 바깥쪽으로 볼록한 곡선형상으로 구성된 것이다.
본 발명의 다른 실시예의 경우, 풍향이 시시때때로 변화되는 상황에서 바람이 제2회전 가이더(140)의 에어포일 형상의 볼록한 곡선면을 타고 보다 원활하게 흐르도록 함으로 인하여 터빈장치(110)의 회전방향으로의 순풍 형성이 보다 더 원활하여 회전 회전력 가속으로 터빈장치(110)의 회전 효율을 더욱더 증대시킬 수 있는 효과가 있고, 터빈장치(110)의 회전 효율을 더 높여줌으로 인하여 결과적으로 발전기(153)의 발전 효율을 최대한 높여줄 수 있다. 즉, 상기 제2회전 가이더(140)는 터빈장치(110)를 기준으로 외부로 볼록한 곡선형인 에어포일 형상으로 구성한 것은 풍향이 시시때때로 변화되는 상황에서 보다 더 효율적으로 발전 효율이 높게 할 수 있도록 한다는 것에 의미가 크다 하겠다.
한편, 본 발명에서는 제1회전 가이더(130)에서 외측 회전 가이드 곡면(132)으로 들어온 순풍이 외측 회전 가이드 곡면(132)과 이어진 제1측면(131FS)과 제2측면(131SS)으로 흘러나가는데, 제1측면(131FS) 쪽으로 넘어가는 순풍은 터빈장치(110)를 돌려주는 순풍으로 원활하게 작용하고, 상기 제2측면(131SS) 쪽으로 넘어가는 순풍은 터빈장치(110)의 바깥쪽으로 상대적으로 더 넓게 퍼진 상태로 빠지도록 구성되는데, 상기 제1회전 가이더(130)의 제2측면(131SS)에는 보조 가이드윙(136)이 더 구비되어 있다. 도 6 참조.
상기 제2측면(131SS) 쪽으로 넘어가는 순풍의 일부가 상기 보조 가이드윙(136)을 타고 터빈장치(110)의 바깥쪽으로 더 넓게 퍼져서 빠지게 되므로, 상기 제1측면(131SS) 쪽으로 넘어가는 순풍의 일부가 혹시라도 터빈장치(110)의 바깥쪽으로 들어가서 역풍으로 작용할 수도 있는 여지를 확실하게 방지하는 효과가 있고, 이로 인하여 역풍에 의한 터빈장치(110)의 회전 효율이 감쇄되는 경우를 확실하게 방지함으로써 발전 효율을 더 확실하게 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 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.
110. 터빈장치 112. 회전축
114. 회전 추진부재 122. 상부 지지체
124. 하부 지지체 130. 제1회전 가이더
132. 외측 회전 가이드 곡면 134. 내측 회전 가이드 곡면
136. 보조 가이드윙 140. 제2회전 가이더
142. 플로우 가이드 곡면 142A. 내측 플로우 가이드 곡면
142B. 좌측 플로우 가이드 곡면 142C. 우측 플로우 가이드 곡면
150. 지주 152. 하우징
160. 방향타

Claims (10)

  1. 수직 배치되는 회전축(112)에 회전 추진부재(114)가 결합되어 이루어진 터빈장치(110);
    상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)에 힌지에 의해 결합된 상부 지지체(122) 및 하부 지지체(124);
    상기 상부 지지체(122)와 상기 하부 지지체(124)의 일단부에 결합되며 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)을 구비한 제1회전 가이더(130);
    상기 상부 지지체(122)와 상기 하부 지지체(124)의 타단부에 결합되며 플로우 가이드 곡면(142)을 구비한 제2회전 가이더(140);를 포함하며,
    상기 제1회전 가이더(130)를 위에서 볼 때에 제1측면(131FS)과 제2측면(131SS)이 외측 회전 가이드 곡면(132)과 내측 회전 가이드 곡면(134)에 이어지도록 구성되고, 순풍이 불어오는 방향과 직교하는 가상선(VL)을 기준으로 할 때에 상기 제1측면(131FS)이 순풍 쪽으로 돌출된 높이는 상기 제2측면(131SS)의 순풍 쪽으로 돌출된 높이보다 더 높도록 구성되어, 상기 외측 회전 가이드 곡면(132)으로 불어오는 순풍은 외측 회전 가이드 곡면(132)에서부터 상기 제1측면(131FS)의 옆쪽(A)으로 빠지고, 상기 제1측면(131FS)으로 빠지는 순풍은 상기 회전 추진부재(114) 방향으로 전진하여 상기 회전 추진부재(114)를 회전시키는 추진력을 가하는 한편 상기 제2측면(131SS) 옆쪽(B)으로 순풍의 일부가 빠지게 되는데, 상기 제2측면(131SS) 옆쪽(B)으로 빠지는 순풍의 각도(AL2)는 상기 제1측면(131FS)의 옆쪽(A)으로 빠지는 순풍의 각도(AL1)에 비하여 상대적으로 더 크고, 상기 제1회전 가이더(130)의 내측 회전 가이드 곡면(134) 앞쪽의 영역(VS)은 상대적인 음압이 생겨서 상기 내측 회전 가이드 곡면(134) 쪽으로 공기의 흐름(FLA)이 생기면서 이러한 공기의 흐름(FLA)이 상기 회전 추진부재(114)를 회전시키는 힘으로 작용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전 가이더(130)는 선형의 좌측면과 우측면에 순풍이 들어오는 상기 외측 회전 가이드 곡면(132)과 상기 터빈장치(110) 쪽으로 향하고 있는 상기 내측 회전 가이드 곡면(134)을 구비한 블록 형상으로 구성되고, 상기 제2회전 가이더(140)는 상기 터빈장치(110) 쪽으로 향하고 있는 내측 플로우 가이드 곡면(142A)에 좌측 플로우 가이드 곡면(142B)과 우측 플로우 가이드 곡면(142C)이 이어진 유선형 블록 형상으로 구성되며,
    상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)이 지주(150)에 회전 가능하게 지지되어, 상기 제1회전 가이더(130)와 상기 제2회전 가이더(140) 사이의 내부에 영역에서 상기 지주(150)를 기준으로 상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)과 상기 회전 추진부재(114)가 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 추진부재(114)는 수직 배치되는 회전축(112)에 결합됨과 동시에 상기 회전축(112)을 기준으로 방사 방향으로 복수개로 배치되어, 상기 터빈장치(110)이 수직 배치된 회전축(112)에 복수개의 회전 추진부재(114)가 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터빈장치(110)의 상기 회전 추진부재(114)는 상판과 하판에 곡선형 회전 추진판이 결합되어, 상기 회전 추진부재(114)의 전단부에는 개방부가 구비되고, 상기 회전 추진부재(114)의 내부에는 상기 개방부와 연통된 회전 추진 중공부가 구비되도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전 추진부재(114)의 상기 상판과 상기 하판은 각각 하부 연결바아와 상부 연결바아에 의해 상기 터빈장치(110)의 회전축(112)에 결합된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)은 지주(150)에 회전 가능하게 결합되어, 상기 지주(150)를 기준으로 상기 터빈장치(110)이 회전 가능하도록 구성되고, 상기 터빈장치(110)의 상기 회전축(112)에는 발전기(153)가 연결되어, 상기 터빈장치(110)이 상기 지주(150)에서 회전함에 따라 상기 발전기(153)의 발전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전 가이더(130)와 상기 제2회전 가이더(140)에는 방향타(160)가 연결되어, 상기 방향타(160)에 의해 풍향에 따라 상기 제1회전 가이더(130)와 상기 제2회전 가이더(140)를 진행 방향으로 전환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1회전 가이더(130)와 상기 제2회전 가이더(140)는 상기 터빈장치(110)를 기준으로 외부로 볼록한 곡선형으로 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제2회전 가이더(140)는 에어포일 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 발전터빈의 효율 개선장치.
  10. 삭제
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KR1020210194278A KR102485675B1 (ko) 2021-12-31 2021-12-31 발전터빈의 효율 개선장치

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009293610A (ja) * 2008-05-02 2009-12-17 Seeds Design Office Co Ltd 低抵抗風力発電装置
KR20110003649A (ko) * 2009-07-06 2011-01-13 (주)대화유니텍 도로 설치형 수직축 풍력발전기
KR101079773B1 (ko) 2010-10-04 2011-11-03 주식회사 삼정이앤더블유 고리형 날개가 구비된 풍력발전장치
JP2013029028A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Junji Shimada 垂直軸風車
KR20150018338A (ko) 2013-11-21 2015-02-23 이레엔지니어링(주) 이동가능한 해상 풍력발전기 고정유닛 및 그를 구비한 해상풍력발전기 설치용 작업선

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