KR20020035703A - 터빈과 압축기를 이용한 동력 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈과 유체압축기를 결합한 장치로써, 압축기에 의해 상온 상태의 유체에 속도 및 압력이 발생토록 하고, 또한 유체에 의해 터빈을 작동시켜서 동력이 발생토록 하는 과정에서, 사용된 동력보다 더 큰 동력을 얻을 수 있는 장치이며, 따라서 비용이 들어가지 않고 무공해의 에너지를 얻을 수 있는 것이다.

기존의 동력 또는 전력 발생장치는 작동과정에서 공해를 유발하거나 많은 비용이 들어가며, 에너지원의 이송과정의 불편 및 화재나 폭발 및 오염 등의 단점이 많았으며, 본 발명은 상기한 여러 가지 문제점을 해결할 수 있는 것으로, 장치에서 얻어진 동력으로 장치 자체의 작동에 필요한 동력을 공급하고, 남는 여분의 동력을 이용할 수 있는 것이며, 본 장치는 자동차, 항공기, 선박 등의 동력원 및 휴대용 전기, 전자 장치는 물론, 공장과 가정 등에서 기존의 모든 에너지원을 대신 할 수 있는 이상적인 발명이다.

Description

터빈과 압축기를 이용한 동력 발생장치{.}

본 발명은 터빈과 압축기를 결합한 구조에 의해 동력을 얻을 수 있는 장치이며, 연료 또는 에너지원을 사용하지 않고 장치 자체에서 발생된 동력 또는 전력으로 기존의 동력 또는 전력 발생장치를 대신 할 수 있도록 된 것이며, 따라서 에너지 비용 뿐 아니라, 연료의 사용으로 인해 발생되는 공해를 획기적으로 줄일 수 있는 것이다.

현재 주로 사용되는 동력원, 또는 에너지원은 작동과정에서 주로 연료를 연소하여, 동력 또는 전력을 얻으며, 따라서 연료를 연소하는 과정에서 발생되는 배기가스가 대기오염, 또는 환경공해의 주요 원인이 되었으며, 아직까지 상기한 문제점들을 해결하기 위한 효과적인 방법이 없었다.

본 발명의 목적은 연료를 사용하지 않고 동력을 얻는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료의 사용으로 인한 환경공해를 줄이는데 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 구조를 보인 제1실시예의 장치도로써, 밀폐된 원통(10)내부에 구심식 터빈익(1)을 설치하고, 또한 인접하여 원심식 압축익(2)을 설치한 구조와, 상기 터빈익의 회전축(7)과 압축익의 회전축(8)을 동력전달장치(9)에 의해 서로 연결하되 {압축익의 회전축(8)과 터빈회전축(7)을 연결하지 않고 압축기 회전축(8)에 별도의 전동기를 설치한 구조로 할 수도 있으나, 본 실시예에서는 효율을 높이기 위해 서로 연결함}, 압축익(2)의 회전속도가 터빈익(1)의 회전속도보다 빠르게 한 구조이며, 내부의 유체(물 등의 액체 또는 기체)는 터빈익(1)을 통과하여 구심방향으로 유입한 후, 나선 방향으로 선회하면서 압축익(2)에 유입되어, 원심방향으로 향하고, 다시 터빈익(1)으로 재유입되는 순환을 한다.

터빈회전축(7)에는 D.C발전기 겸 전동기(6)를 설치하거나, 도2에서 보이는 바와 같이 A.C발전기 (6a)와 D.C전동기(6b)를 공통회전축으로 설치한 구조로 할 수도 있다.

본 발명은 터빈익(1)에서 유체로부터 얻어지는 동력이 압축익(2)이 유체에 가해주는 동력보다 크기 때문에, 상기의 장치에서 동력을 얻어 이용할 수 있는 것이며, 그 이유는 다음과 같다.

터빈익(1)의 구조는, 도3에서 보이는 바와 같이 기존의 터빈익 구조와는 다르다. 회전원판에 3개의 긴 나선의 익(41a∼41c)을 촘촘히 설치하되, (도면에는 3개의 익을 설치한 구조를 도시하였으나, 익매수가 더 적거나 많은 구조로 할 수도 있다.) 유로폭은 일정하게 하고, 나선의 곡률반경은 점차적으로 감소하면서 구심방향으로 향하며, 익의 설치각과 원주의 각도 차이가 매우 적게 하여, 회전축(7)의 중심을 구심점으로 한 수많은 동심원의 외접선과 나선익의 설치각이 거의 일치되도록 한 것이며, 익의 선단부(47a∼47c)와 말단부(48a∼48c)는 얇게 (뾰족하게) 한 것이다.

상기와 같은 구조적인 특징으로 인해, 유체는 터빈익 내부의 유로를 선회한후, 구심부로 유입되며, 터빈익 출구(45a∼45c) 유체의 방향은 터빈익(1)의 회전방향과 거의 일치한다.

따라서, 출구 유체의 방향과 터빈익의 회전방향간의 각도차이에 의한 유체의 운동에너지 손실이 매우 적으며, 유체는 익 사이 유로를 진행하는 동안 터빈익과 거의 같은 방향으로 운동하며, 유체가 선회하므로써 발생하는 원심력이 익의 안쪽에 압력을 가해 주므로, 터빈익(1)은 유체의 압력으로 인해 회전토크를 얻으며, 토크의 크기는 익의 길이에 비례한다.

따라서, 익의 길이가 길수록 더욱 큰 토크를 얻을 수 있는 것이며, 유로폭을 좁게 하고, 익의 표면을 일정하고 매끄럽게 하여, 마찰손실을 최소화하면, 효율을 더욱 높게 할 수 있는 것이다.

또한, 익의 말단부(48a∼48c)와 선단부(47a∼47c)의 회전반경 차이가 적을 수록 유체의 속도 감소가 적으며, 따라서 흡입구(42a∼42c)와 출구(45a∼45c)유체의 속도 차이가 적으므로, 유체에너지의 감소가 매우 적으면서 큰 토크를 얻을 수 있다.

상기와 같이, 유체가 나선의 긴 터빈익(1) 사이를 통과하면서 나선으로 회전하므로, 각변위가 매우 크고, 따라서 각변위에 상응하는 원심력이 발생하며, 원심력에 의해 회전토크가 발생되는 것이다.

만약, 터빈익(1)과 원주와의 각도 차이가 없다면 토크가 발생하지 않지만, 익사이 유로의 어느 지점에서도 유체의 방향은 항상 원주와의 각도 차이가 있으며, 따라서 유체의 선회에 의해 터빈익(1)의 안쪽면에 발생한 압력에 의해, 원주 방향으로 토크가 발생한다.

상기와 같이, 본 장치는 터빈익(1)의 길이에 비례한 토크가 발생하며, 따라서 터빈익(1)의 길이를 길게 하면, 터빈익의 토크가 압축익(2)의 부하(역토크)보다 크게 할 수 가 있으므로, 터빈익(1)의 회전력의 일부로 압축익(2)을 회전시키고, 남는 여분의 동력으로 발전기(6)를 작동하여 전력을 얻을 수 있는 것이다.

발전기는 전력의 용도에 따라 D.C또는 A.C발전기를 설치할 수 있으며, 자석식 D.C전동기는 발전기로도 사용할 수 있으므로, 최초 작동시에는 축전지(21)에 의해 D.C전동기(6)를 작동하여, 터빈익(1) 및 터빈익과 연결된 압축익(2)을 회전시켜 주고, 정상작동이 되면, 상기 D.C전동기(6)가 발전기로써 작동하므로, 얻어지는 전력을 축전지(21)에 충전시키거나 직접 사용할 수 있다.

상기에서 발전기 겸 전동기(6)는 발전기로서의 효율이 낮으므로, 효율을 높게 하기 위해서는 회전축에 기동용 D.C전동기를 설치하고, 전용 발전기를 공통회전축으로 설치하는 것이 바람직하다.

또한, A.C전류가 필요한 경우에는, 회전축(7)에 A.C발전기(도2의 6a)와 D.C전동기를 공통회전축으로 하여 설치한다.

본 장치는, 터빈익(1)에서 얻은 동력의 일부로 압축익(2)을 회전시키도록 된 구조로 인해, 사용하는 동력의 부하의 강약에 따라 장치의 회전속도가 변할 수 있다.

즉, 발전기(6) 출력전류 사용량의 크기에 따라 속도가 변할 수 있으며, 또한, 동력축(6)에 설치된 동력전달장치(13)에서 동력을 직접 사용할 경우, 동력사용량에 따라 회전속도가 변할 수 있으므로, 적당한 속도를 유지토록 하기 위한 장치로써, 출력도선(11)을 연결한 전자석(31) 및, 상기 전자석의 자기력의 강, 약에 따라 좌우로 이동토록 된 자석(31a)과 축봉(33), 및 축봉에 설치된 자석(31a, 34b)과 홀소자(36)에 의해, 상기 홀소자(36)를 통과하는 전류량에 따라 장치의 회전축(7)에 설치된 와전류 브레이크(12)가 작동되도록 하므로써, 장치(100)의 회전속도를 제어할 수 있으며, 또한 홀소자(36)를 통과하는 전류가 가변저항(37)을 통과하도록 하여, 가변저항을 임의 조절하여 속도제어를 할 수도 있으며, 또한 상기의 제어 장치 대신, 일정전압이상이 되면 전류가 흐르도록 된 반도체 소자(23)를 도선(24)에 설치하여, 장치(100)의 속도가 일정한계 이상이 되면, 상기 반도체소자(23)의 작용에 의해 많은 전류가 와전류 브레이크(12)에 흐르도록 하므로써, 자동제어토록 할 수도 있으며, 또한 기존의 다른 방법으로 작동되는 장치에 의해서 상기와 같이 속도를 조절토록 할 수도 있다.

상기에서 출력전류(11a)가 교류(A,C)인 경우에는 도선에 다이오드(27)를 설치하여 전류가 한쪽 방향으로 흐르도록 하여, 축전지(21) 및 제어장치에 연결토록 한다. 장치(100) 내부의 유체는 작동시 마찰로 인해 열이 발생하거나, 외부의 온도변화에 따라 유체의 압력과 부피가 변할 수 있으며, 따라서 통(10) 내부의 압력을 일정하게 조절하기 위한 자동 압력조절장치(19)를 설치하여, 압력이 높은 경우에는 내부유체가 배출되도록 하고, 통(10)내부의 압력이 낮은 경우, 압력 센서에 의해 콤프레서가 작동토록 하여, 통(10)내부의 액체 또는 기체가 압력 차이에 의해 장치(19)로 주입 또는 배출되도록 할 수 있으며, 또한 기존의 다른 방법으로 작동되는 압력자동조절장치에 의해, 내부 유체의 압력을 조절토록 할 수도 효율이 높다.

상기에서 터빈익 선단부(47a∼47c)와 압축익 말단부(53)간의 회전속도차이는 약 1:1.5∼2정도로 할 수도 있으나, 더 큰 차이(약 1:3∼6 또는 그 이상의 비율)로 하는 것이 좋다.

압축익(2)의 구조는 (도4 참조)익의 선단부(54)와 말단부(53)간의 회전반경의 차이가 적게 하고, 원주(55)와의 각도차이가 적게 한 곡선의 익(50)을 설치하되, 익 선단부(54)의 유로폭(52)이 익 말단부(53)의 유로폭보다 좁게 하며, 익사이 유로폭이 점차적으로 일정하게 확대되도록 한 것이며, 유체는 압축익(2)에서 속도와 압력이 증가하여 안내익(3)에 유입되며, 안내익(3)사이 유로(51)폭은 일정하게 하거나, 점차 약간 좁아지도록 하여, 유체의 속도가 증가하도록 하며, 압축익(2)의 속도는 터빈익(1)의 회전속도보다 1.5∼6배, 또는 그 이상의 속도가 되도록 한다.

상기에서 익의 선단부(54)와 말단부(53)는 얇게 하여 유체와의 마찰이 적게하며, 익 설치각이 매우 적게 하므로써, 원주와 익의 설치각의 차이가 적게 한다.

또한, 안내익(3)이 없는 구조로 하고, 그 대신 터빈익(1)의 익선단부(47a∼47c)에서 일정거리까지의 유로폭이 점차 좁아지도록 된 구조(도5의 56a에서 56b까지)로 할 수도 있다. 또한, 상기의 장치내부 유체에는 마찰로 인해 열이 발행하므로, 냉각시켜 주기 위해 통(10) 외부의 표면적이 넓게 해주거나, 송풍기 또는 냉각관 등에 의해 냉각시켜주도록 하여, 온도가 높아지지않토록 한다.

도6은 본 발명의 제2실시예를 도시한 장치도로써, 다른 구조는 제1실시예와 같으나, 압축익(2)의 구조가 다르며, 또한 원심 방향의 유로에 안내익을 설치한 구조이다. (도7, 도8 참조)

유체가 구심 방향으로 유입되도록 한 구조의 압축익(3)으로써, 원주와의 각도차이가 매우 적게 하여 곡선의 긴 익(2a∼2c)을 설치하되, 익사이 유로(75)폭 및 단면적이 일정하게 한 구조이며(익사이 유로폭 및 유로 단면적을 점차 확대한 구조로 할 수도 있다), 내부의 익면(70)이 곡선이므로, 곡선을 따라 유입되면서 압력 및 속도가 증가하도록 된 것이다.

유체는 내부에 유입된 후 압력 및 속도가 증가하며, 내부의 유체는 압축익(2)의 회전 방향으로 운동한다.

상기와 같은 구조로 인해, 유체와 압축익(2)간의 진행방향에 따른 각도차이가 매우 적으며, 마찰손실이 적기 때문에 높은 효율을 얻을 수 있는 것이다.

익의 양끝(71a, 71b)은 얇게 (뾰족하게)하여 유체와의 마찰이 적게 하며, 회전익의 안쪽에는 안내익(61)을 설치하되, 유체의 압력이 감소하고 속도가 증가토록 하기 위해, 안내익 사이 유로(73) 단면이 점차 축소되도록 한 구조에 의해, 속도가 증가한 유체가 터빈익(1)으로 유입되도록 한 것이다.

원심방향 안내익(65)의 구조는, 도8에 도시한 바와 같이 3개의 나선유로(76a∼76c, 도면에는 3개의 유로를 도시하였으나 유로가 더 많거나 적어도 되며, 터빈익, 또는 압축익과 안내익의 개수는, 도면에는 실제와 다를 수 있으나, 항상 서로 소가 되도록 설치하여, 작동시 공진이 발생하지 않도록 한다)를 형성한 구조로써, 유체의 속도가 원심력으로 인해 감소하지 않도록 하기 위해 안내익(65)을 설치 한 것이며, 익사이 유로(76a∼76c)의 폭은 일정하게 하며, 흡입구 유로(77a) 및 출구유로(77b)가 원주의 외접선과 거의 일치하도록 한 것이다.

도9는 본 발병의 제3실시예를 도시한 장치도로써, 원통(10) 및 내부의 터빈익(1)의 구조는 제1실시예와 같으나. 압축익(2)외곽에 안내익이 없는 구조이며(안내익을 설치한 구조로 할 수도 있다), 압축익(2)의 회전축(7b)과 터빈익(1)의 회전축(7a)을 서로 연결하지 않고, 전동기(80)의 회전축(7b)에 압축익(2)을 설치하여, 외부의 전류에 의해 회전시키도록 하며, 또한 터빈익(1)은 원통(10)에 고정시킨 구조로 하고, 상기 원통의 구심부에 위치한 회전축(7a)에 발전기(6)를 설치한 구조와, 전동기(80) 몸체에도 회전축(82)을 설치하여, 장치 전체가 회전 되도록 한 구조이며, 전동기(80)에 공급되는 전원은, 회전축(82)에 설치된 슬립링(81)을 통해 외부에서 공급토록 한 것이다.

상기의 장치는, 유체가 압축익(2)으로부터 얻은 속도, 또는 압력으로 터빈익(1)에 토크를 발생시키며, 터빈익은 원통(10)에 고정되어 있으므로, 터빈익(1)의 회전력은 원통 전체에 토크를 가해 주게 된다. 최초에 압축익(2)을 회전시키면, 유체에 속도와 압력이 발생하여 터빈익(1)에 유입되며, 따라서 터빈익(1)이 회전 토크를 얻으므로, 원통(10)이 회전한다.

원통(10)이 계속해서 회전하면, 전동기(80) 몸체도 원통과 같이 회전하게 되므로, 압축익(2)은 원통의 회전 방향과 같은 방향으로 원통보다 빠르게 (절대속도) 회전한다. 압축익(2)의 구조는 제1, 제2실시예의 압축익(2)과 같은 구조로 할 수도 있으나, 본 실시예에서는 도11∼도13의 여러 가지 구조의 압축익을 설치 할 수도 있으며, 각각의 압축익의 구조 및 작동 원리는 다음과 같다.

도11은 도4와 같은 구조의 압축익을 도시한 것이며, 익의 설치각이 적게 하므로써 회전 부하가 (회전속도에 비해) 적도록 한 것이며, 출구 유체의 방향은 익의 회전 방향과 같다.

도12는 방사 방향의 짧은 익을, 익사이의 거리가 크게 하여 설치한 것으로, 회전 부하가 적도록 하기 위해, 익 매수를 적게 하고 익을 짧게 하여 설치한 것이며, 출구 유체의 방향은 익의 회전 방향과 같다.

도13은 2개의 곡선익을 원주와의 각도가 적게 하여 겹으로 설치하되, 2개의 익사이 공간(86)이 점차 넓어지도록 하며, 안쪽의 익(87)은 원주와 평행하게 설치하고, 바깥쪽 익(88)은 원주의 안쪽에서 원주쪽으로 점차 가까워지도록 하여, 원주와 각도 차이가 나도록 하며, 인접한 익과의 간격이 크게 한 구조로써, 익이 회전하면 익사이 공간(86)으로 유입되는 유체가 익의 진행방향으로 속도를 얻도록 된 것이다.

유속에 비해 압력은 적게 증가하므로, 압축익(2)의 회전 부하가 적다.

상기에서, 터빈익(1)의 구조는 제1실시예와 같은 구조의 나선형 터빈익(도10참조)으로 하거나, 또한 도18과 같은 구조의 익을 설치 할 수도 있으며, 도18의 구조는 효율은 높지 않다.

익 구조는, 도면(도18)에서 보이는 바와 같이 반동식터빈익을 반대로 설치한 구조와 유사하며, 익 선단(96)은 원주와의 각도 차이가 적게 하고, 유로(96)폭이 좁게 하며, 구심 쪽으로 유로 폭이 확대 된 구조에 의해, 유입되는 유체의 속도가 감소하고 압력이 증가하도록 된 것이며, 터빈익(1)에서는 유체의 진행 방향과 같은방향으로 회전 토크가 발생하며, 유체는 익 사이 유로에서 속도가 감소하여 구심 방향으로 진행한다.

상기와 같이, 본 실시예의 장치는, 압축익(2)의 부하보다 터빈익(1)의 회전토크가 크도록 하여, 압축익(2)의 회전력으로 인해, 전동기(80) 몸체에 발생하는 반동력(역토크)을 터빈익(1)의 회전력이 상쇄하고, 남는 힘으로 장치를 회전시켜 주므로써, 매우 빠른 속도로 회전 할 수 있는 것이며, 회전 속도가 빠르더라도 토크가 감소하지 않는다.

즉, 마찰 손실 이외에는 회전속도와 토크는 서로 상관이 없으며, 따라서 그 동력에 의해 발전기(6)를 작동 시켜서 전력을 얻거나, 동력을 직접 이용 할 수 있는 것이며, 압축익(2)을 회전시키기 위해 전동기(80)가 사용한 전력은, 터빈익(1)의 회전으로 얻은 전력 보다 작다.

그 이유는, 터빈익(1)의 회전 속도가 압축익(2)의 회전 속도 (상대속도)보다 크고, 터빈익(1)의 회전 토크가, 압축익(2)의 부하보다 월등히 크도록 할 수가 있기 때문이며, 따라서 장치 자체에서 얻어진 동력으로 전동기(80)를 작동시켜주고, 남는 동력을 이용할 수 있는 것이다.

도14는 본 발명의 제4실시예를 도시한 장치도이며, 제3실시예와 작동 원리는 거의 같으나, 압축익(2) 외곽에 안내익(91)이 설치된 구조이며, 압축익(2)은 도11, 도12, 도13과 같은 여러 가지 구조의 익을 설치 할 수도 있으나, 도 15 또는 도 16과 같은 구조로 하는 것이 효율이 높다.

상기의 익 구조는, 기존의 풍차, 선풍기, 또는 항공기의 프로펠러와 같은 원리로써, 익의 회전 속도에 비해 유속이 느리며, 그대신 유량이 많다.

따라서, 압축익의 회전 부하가 매우 적으며, 고속으로 회전 시켜 주게 된다. 익의 설치각이 작을수록 압축익의 부하는 작으며, 또한 도15의 구조보다 도16의 구조가 부하량이 작다.(익 설치각이 같은 경우)

도16의 익 구조는 익과 익 사이의 간격이 매우 크며, 따라서 고속 회전이 가능하다. 도면에는 익 매수를 2∼3개를 도시하였으나, 4∼5개, 또는 더 많은 수를 설치 할 수도 있다.

안내익(91)은, 도17에서 보이는 바와 같이 유체의 진행 방향을 수정하여, 터빈익(1)의 회전 방향과 같은 방향으로 회전토록 한다.

압축익(2)에 의해, 유체는 방사 방향으로의 속도 성분이 발생하지만, 장치 자체의 회전으로 인해 유체는 회전하므로, 유체의 절대 속도는 상기한 두가지의 속도 성분을 합성한 속도가 되며, 따라서 유체의 방향이 압축익(2)의 익면과 수직 방향이 되지 않고, 압축익(2)의 회전 방향으로 비스듬한 방향이 된다.

만약에, 안내익이 장치와 같이 회전한다면, 안내익(91)의 유로를 압축익(2)과 수직 방향으로 설치하여야 되지만, 안내익은 고정되어 있으므로, 그림과 같이 비스듬한 방향이 된다.

따라서, 익의 말단부(91a)에서 원주와의 각도 차이를 더욱 적게 해 주면서, 동시에 유로(91b) 폭을 축소 한 것이다.

그러나, 압축익(2)의 구조를 도11, 도12, 도13의 구조로 하거나, 터빈익(1)의 구조를 도18과 같은 구조로 하는 경우에는, 안내익 말단부(91a, 91b)의 유로 단면적을 축소하며, 터빈익(1)을 도10과 같은 나선익 구조로 하고, 압축익(2)을 도15, 도16의 구조로 하는 경우에는 유로 단면적을 축소하지 않는 것이 좋다.

그런데, 유로의 방향이 휘어지면 유로 폭이 좁아지므로, 익(91)의 길이를 익의 말단부 족으로 점차 길게 하여, 익(91)사이 유로의 단면적이 일정하게 할 수 있다. 또한, 도15, 도16의 압축익 구조는 유량이 매우 많으며, 나선 터빈익의 흡입구 유로 쪽이 좁으므로, 터빈익(1)의 유로 단면적이 같도록 하기 위해서는, 도19와 같이 터빈익(1)의 길이를 길게 하여, 안내익(91) 출구의 유로 단면적과 터빈(1) 흡입구의 유로 단면적이 같도록 한다.

도20은 본 발명의 제5실시예를 도시한 장치도로써, 상기 제3, 제4실시예와 작동원리는 같으나, 압축익(2)의 회전 반경이 작으며, 유체가 익의 회전 방향과 같은 방향으로 회전하는 도11, 도12, 도13, 도21의 익 구조뿐만 아니라, 도15, 도16의 익 구조로 할 수도 있다.

상기한 도11, 도12, 도13, 도21의 구조로 하는 경우에는, 유체는 선회하면서 안내익(98)에 들어가므로, 유체는 공간(99)에서 원심력에 의해 압력이 증가하며, 또한 회전 방향으로의 속도 성분도 포함된다.

안내익(98)에서는 익 사이 유로 단면적이 축소하므로, 유체의 압력이 감소하고 속도가 증가 한 후 터빈익(1)으로 향한다.

또한, 압축익(2)을 도15, 도16의 익 구조로 할 경우에는, 회전 방향으로의 속도 성분이 적으며, 압축익(2)에 의해 방사 방향으로의 속도를 얻으므로, 유체의 방향은 곡률 반경이 급격히 확대되는 나선이 되며, 안내익(95, 도22 참조)에서 익선단부의 유로(98a)와 익 말단부 유로(99a)의 단면적 차이가 크지 않게 한다.(제4실시예의 안내익 구조와 유사함)

압축익(2)에서는 유체 압력의 증가가 매우 적으므로, 안내익(98)에서도 유체의 팽창이 거의 안되기 때문이다.

또한, 나선형 터빈익(1)의 유로 단면적이, 안내익(98) 출구의 유로 단면적과 같게 하기 위해, 도19와 같이 터빈익(1) 길이를 길게 한다.

상기와 같이, 압축익(2)의 회전 반경이 작기 때문에 부하가 크지 않으며, 따라서 압축익(2)의 회전 속도가 크게 해야 된다.

또한, 나선의 터빈익(1)은 익 사이 유로가 매우 길기 때문에, 매우 큰 토크를 얻을 수 있다.

도23은 본 발명의 제6실시예를 도시한 장치도 로써, 상기 제3∼제5실시예와 작동원리가 유사하나, 안내익이 없고 압축익(2)의 회전 반경이 작으며, 터빈익(1)의 외곽에 구심 방향의 유로(101)가 형성된 구조이며, 압축익(2) 외곽의 유로(102)는 유로 단면적이 일정하게 한 구조이다.

압축익(2)의 구조는 도11, 되12, 도13, 도21의 구조로 하거나, 도15, 도16의 구조로도 할 수 있으며, 유체는 압축익 외곽의 유로(102)에서 선회하면서 원심 방향으로 향한 후, 구심 방향 유로(101)를 통해 나선의 터빈익(1)에 유입된다.

그런데, 압축익의 구조를 도15, 도16의 구조로 할 경우에는, 압축익(2) 외곽유로 (102)의 단면적이 점차 증가하는 구조로 하여, 유체의 속도가 감소하고 압력이 증가하도록 하는 것이 좋다.

따라서, 유체는 익면과 수직 방향(방사방향)으로 진행하면서 압력이 증가하며, 구심 방향유로(101)에서 압력이 감소하면서 회전 방향으로의 속도를 얻게 되며, 속도가 증가하여 터빈익(1) 으로 유입된다.

도24는, 본 발명의 제7실시예를 도시한 장치도 로써, 상기 제4∼제6실시예와 작동원리가 유사하나, 회전 반경이 작은 압축익(2)의 외곽에 안내익(105)을 설치한 구조이며, 유로의 길이가 매우 길게 한 나선의 터빈익이 설치된다. 안내익(105)의 구조는 압축익(2)의 구조에 따라 다르며, 도11, 도12, 도13, 도21의 압축익 구조로 할 경우에는, 도25에 도시한 바와 같이, 3개의 유로(106∼108, 도면에는 3개의 유로를 도시하였으나, 더 많거나 더 적게 할 수도 있다)를 형성하고, 유로입구(110)와 유로 출구(111)의 방향이 원주의 접선과 거의 일치 되도록 하며, 유로 출구(111)의 유로 단면적을 약간 축소(112)한 구조로 하는 것이 좋다.

압축익(2)을 도15, 도16의 구조로 할 경우에는, 도26과 같은 구조의 안내익(105)을 설치하되, 안내익(105)의 익 사이 유로입구(114)는, 방사 방향보다 압축익(2)의 회전 방향으로 약간 비스듬히 기울어지도록 하고, 출구(115)는 회전 방향과의 각도가 최소가 되게 한 구조이며, 익 사이 유로 폭은 거의 일정하게 하거나, 출구(114) 쪽을 약간 축소한 구조로 하며, 압축익(2)의 회전 속도를 크게 하면, 압축익의 부하가 터빈익(1) 토크에 비해 극히 작기 때문에 매우 큰 동력을 얻을 수 있다.

도27은 본 발명의 제8실시예를 도시한 장치도 로써, 제7실시예와 유사한 구조이나, 터빈익(1)의 회전 반경이 크며, 터빈익(1)의 안쪽에 안내익(120)을 설치한구조이며, 안내익(120)의 구조는 도8과 같은 형상으로 하되, 도8에서는 유체의 방향이 구심부에서 외곽으로 향하지만, 본 실시예에서는 반대 방향이 되며, 안내익 사이 유로 단면적은 일정하게 한다.

본 실시예에서는 압축익(2)에 유입되는 유체의 속도가 크며, 따라서 압축익의 부하가 크지 않아도 된다.

따라서, 압축익(2)을 회전시키기 위해 설치되는 전동기(80)의 크기가 작은 것을 사용 하므로써, 장치의 부피 및 중량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도28은 본 발명의 제9실시예를 도시한 장치도로써, 제7실시예와 유사한 구조이나, 압축익(2)이 별도의 회전축(8)에 의해 회전토록 하되, 터빈익(1)의 회전축(7)과 동력 전달장치 (기어)에 의해 연결된 구조이다.

압축익(2)의 회전 반경이 작고, 압축익(2)과 안내익(124)의 구조는 도25 또는 도26과 같이 할 수 있다.

도29는 본 발명의 제10실시예를 도시한 장치도 로써, 터빈익(1)과 압축익(2)을 공통 회전축(7)에 설치한 구조로써, 압축익(2)의 회전 반경이 터빈익(1)의 회전 반경보다 크다.

유체의 속도가 터빈의 속도보다 커야 장치가 작동 될 수 있기 때문이며, 압축익(2)은 여러 가지 익 구조로 할 수 있으며, 도11, 도12, 도13, 도21과 같은 구조로 할 경우에는, 안내익(126)의 구조를 도30과 같이 하며, 익 구조를 도15, 도16과 같은 구조로 할 경우에는, 유체가 구심 방향으로 향하면서, 유로 단면적이 점차 좁아지기 때문에, 속도가 증가하면서 회전하게 되며, 따라서 터빈익(1)과 같은 방향으로 회전하면서 터빈익에 유입되는 것이다.

또한, 압축익(2)의 안쪽에 설치하는 안내익(127)의 구조는, 도8의 안내익(65)과 같은 구조로 하거나, 안내익이 없는 구조로 할 수도 있으며, 압축익(2)의 구조를 도11, 도12, 도13, 도21과 같은 구조로 할 경우에는, 안내익(126)의 입구 유로(126a, 126b)의 단면적을 축소하는 것이 좋다.(유속을 증가하기 위함)

도31과 도32는 축류식 다단락 압축기의 익 단면 구조를 설명하기 위한 그림이며, 상기11의 압축기익과 같은 구조를 축류식으로 설치한 것이다.

기존의 축류식 압축기익도 구조는 비슷하나, 회전익이 직선이 아니고 익의 말단부가 익의 진행 방향으로 굽은 구조이며, 또한 안내익 구조가 상이하다.

본 실시예에서는, 안내익(33)의 입구(133a)의 방향이, 회전익(131)의 진행방향과의 각도차이가 매우 적게 설치되며, 익 사이 유로는 입구(133a)에서는 비스듬하고, 출구(133b)에서는 축방향과의 각도차이가 적다.

상기에서, 회전익(131)의 설치각이 매우 작으며, 익의 폭이 매우 넓고 익사이 유로(131a, 131b)가 직선이며, 입구(131a)에서 출구(131b) 쪽으로 유로 단면적이 점차 증가하는 구조이며, 익의 진행 방향과 입구 유로(131a) 및 출구 유로 (131b)의 각도 차이가 매우 적다.

유체는 회전익 사이유로 (131a, 131b)에서 익의 진행 방향으로의 속도와 압력이 발생하며, 따라서 출구(131b)에서 배출되는 유체의 방향은, 회전익(131)의 진행 방향과 거의 같은 방향이 되며, 안내익(133)의 입구 유로(133a)의 방향도 유체의 방향과 같도록 설치한 것이며, 익의 선단(135)은 유선형으로 하여 마찰 손실이 적게 한 구조로써, 다수 단락으로 하여 높은 압력, 또는 속도를 얻을 수 있는 것이며, 또한, 안내익(133, 134)을 터빈익으로 사용 할 수도 있다.

즉, 도18의 터빈익과 같은 구조이므로, 축류식터빈익으로 이용할 수 있는 것이며, 상기의 여러 가지 실시예의 터빈익 대신 설치 할 수가 있다. 예를 들면, 상기 제3∼8실시예와 같은 방법으로, 압축익(131)에 전동기를 설치하고, 전동기 몸체와 내부 유체 및 터빈익(133)을 일체로 고정시켜서, 발전기 회전축에 설치한 구조로 하여, 전동기를 회전시키면, 터빈익(133)의 토크가 압축익(131)의 부하보다 월등히 크므로, 상기한 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 또한, 압축익을 도15, 도16의 구조로 한 축류식으로 하고, 압축익의 회전에 의해 유체에 축 방향의 속도를 갖도록 하며, 안내익에 의해 축 방향의 유체를 선회하도록 방향을 수정해 주고, 상기의 터빈익(133) 구조를 축류식으로 하여 설치하면, 익의 설치각과 익 매수에 따라, 압축익을 회전시키는 전동기의 토크가 작아도 되며, 따라서 터빈 익의 토크가 상대적으로 크다.

따라서, 전동기 몸체와 터빈익(133)을 일체로 장착하여, 전동기에 의해 압축익을 회전시켜 유체를 이송하고, 유체에 의해 터빈익(133)에 발생한 토크에 의해 고속 회전토록 하면 큰 동력을 얻을 수 있는 것이다.

도33은, 본 발명의 제11실시예를 도시한 장치도 로써, 여러 단락의 구심식 터빈익(138a∼138c) 및 안내익(139a∼139c)을 설치한 회전축(7)과, 한 개의 압축익(2)이 설치된 회전 축(8)을 동력전달장치(9)에 의해 서로 연결한 구조이며,터빈익(1)의 구조는 (도34, 도35 참조) 원주와 각도차이가 적게 설치된, 완만한 곡선의 긴 회전익(138a∼138c)을 설치하되, 익의 선단부가 굵고 둥글게 한 구조와, 익 사이 유로(141)의 단면적이 일정하게 하며, 안내익(139a∼139c)의 구조는 도18의 터빈익(1)과 같은 구조, 즉 기존의 반동식터빈익을 반대로 설치한 구조로 하여, 안내익에서 유체의 속도가 압력으로 변환 되도록 한 것이다.

터빈익(138a∼138c)의 길이가 길고 각도가 작게 설치하면, 터빈익 사이유로(141)에서 팽창하여 배출되는 유체 에너지가 효율적으로 변환된다.

즉, 압력에서 속도로의 변환이 효율적으로 이루어지며, 터빈익의 회전으로 인한 유체의 속도 감소는 적다.

그 이유는, 터빈익의 회전으로 인해 유체는 터빈익 상면(142)의 수직 하방으로 향하는 속도 성분이 발생하며, 또한 유체의 팽창으로 인한 속도 성분도 발생하므로, 두가지 속도 성분을 합성한 것이 유체의 실제 속도(절대 속도)이며, 터빈익의 수직 하방으로 향하는 속도의 크기는, 터빈익 상면(142)과 회전 방향간의 각도 차이가 작을수록, 터빈익의 진행 거리에 비해서 작다.

즉, 익 설치각이 작을수록 손실이 적으며, 따라서, 유체에너지의 손실이 매우 적으면서도, 터빈익의 회전으로 인한 동력을 얻을 수 있는 것이다.

팽창한 유체는, 안내익(139a∼139c)에서 속도에너지가 압력에너지로 변환하며, 변환 과정에서 손실이 적도록 하면, 유체에너지에 비해 큰 동력을 얻을 수 있는 것이다.

최종 단락의 안내익(139c)에서는, 유체의 속도를 압력으로 변환시키지 않고배출되며, 압축익(2)으로 향하는 유체는 선회하면서 원심 방향으로 향한다. 상기의 원심 방향유로(143)의 단면적은 거의 일정하게 하여, 유체의 속도 감소가 적게 하며, 압축익(2)에서 속도가 증가하도록 하되, 압축익(2)의 구조는 상기한 여러 가지 실시예의 구조를 설치 할 수 있으며, 안내익(3)의 구조도, 압축익(2)의 구조에 따라 적합한 구조로 하여(상기의 여러 가지 실시예와 같은 방법으로 함) 안내익(3) 출구 유체의 방향이 터빈익(138a∼138c)의 회전방향과 일치하도록 한다.

또한, 압축익(2)의 회전 반경을 작게 하고, 안내익(3)의 구조를 도25의 안내익(105) 구조와 같도록 할 수도 있다.

도35는 직선의 터빈익(138a∼138c)과 안내익(139a∼139c)을 도시한 것으로, 축류식의 구조를 보인 것이며, 따라서, 장치의 구조를 축류식으로 할 수도 있다.

즉, 터빈익 및 터빈 안내익을 축류식으로 할 수도 있으며, 또한 압축익과 압축익의 안내익도 축류식으로 할 수 있으므로, 장치 전체를 축류식으로 제작 할 수도 있다.

본 실시예에서는 유체가 터빈익에서 열에너지를 잃으며, 따라서 유체의 온도가 내려가므로, 외부에서 열을 공급해 주어야 되며, 열을 공급해주는 열매체에 의해 냉각 효과도 겸해서 얻을 수 있으므로, 냉각 장치 겸용으로 활용할 수 있다.

도36은 본 발명의 제12실시예를 도시한 장치도이며, 제11실시예와 같은 구조의 터빈회전익(146a, 146b)을 설치하되, 유체의 방향이 반대가 되게한 구조, 즉 구심부(149)에서 원심 방향으로 향하도록 된 것이며, 터빈 안내익(147)의 구조는, 상기 실시예의 압축익(도4의2)과 같은 구조로 한 것이며, 안내익(147)에서 유체의 속도에너지가 압력에너지로 변환되도록 한 것이다. 또한, 압축익(2)의 구조는, 도7과 같은 구조의 구심식 압축익(2) 구조로 한 것이며, 압축익 외곽에 설치되는 안내익(148)의 구조는 도8과 같은 구조로 하되, 유체의 방향이 반대가 되게 한 구조, 즉 구심 방향으로 유입되도록 한 구조이다. 또한, 압축익(2)의 회전 반경이 크게 하여 설치하고, 압축익의 안쪽에 안내익을 설치한 구조로 할 수도 있다.

도37은, 터빈 회전익(146a∼146b)과 터빈 안내익(147)의 익 단면 구조를 도시한 것이다. 또한, 본 실시예에서도 제11실시예와 같이, 유체의 열에너지가 감소하므로 외부에서 열을 공급해 주어야 되며, 따라서 냉각 장치로도 활용이 가능하다.

도38은 본 발명의 제13실시예를 도시한 장치도 이며, 장치의 구조 및 작동원리는 다음과 같다.

압력이 높은 유체가 원통의 외곽에서 구심 방향으로 팽창하는 과정에서 소용돌이 회전을 하게 되고, 그 과정에서 유체의 회전에 의한 원심력이 발생하며, 압력이 낮은 구심부의 주위를 회전하는 유체가, 구심부의 가장자리에 형성된 축 방향의 유로를 통해 배출되도록 하여, 그 유체의 속도에너지에 의해 터빈(1)을 회전시켜 동력을 얻도록 하며, 터빈익(1)에서 운동에너지가 감소한 유체는 냉각되므로, 냉각된 유체가 상온의 외부 유체로부터 열을 흡수하도록 하므로써, 열을 전달해 준 외부 유체는 냉각되며, 따라서 동력과 냉각 효과를 동시에 얻을 수 있는 것이다.

도면에서 보이는 바와 같이, 압축익(2)과 터빈익(1)이 동력전달장치(9)에 의해 연결되고, 터빈익(1)이 설치된 회전축(7)에 전동기 겸 발전기(6)가 설치된다.

터빈익(1)과 압축익(2)이 사이에, 유체가 구심 방향으로 팽창하면서 소용돌이 회전하도록 된, 원통형 구조의 소용돌이 발생장치(155, 도39 참조)가 연결된 구조로써, 최초에 외부의 전력으로 전동기(6)를 회전시켜주면, 압축익(2)이 회전하여 구심부(157) 유체의 압력이 낮아지며, 따라서, 소용돌이 발생장치의 안내익 (150)을 통해서 구심 방향으로 향하는 유체가 팽창하면서 회전하게 된다.

유체는, 회전에 의한 원심력으로 구심부(157) 주위를 회전하게 되며, 회전하는 유체는, 축 방향의 유로관에 설치된 안내익(151)에 의해 축 방향 유로에 유입하며, 유로 단면적이 일정한 유로관(158)을 직진하고, 안내익(152, 도44 참조)에 의해, 진직하던 유체가 터빈익(1)의 회전 방향과 같은 방향으로 선회하면서, 나선의 터빈익(1)에 유입되어 터빈을 회전 시킨 후, 원심 방향의 안내익(153)에서 여분의 속도에너지가 압력으로 변환되며, 압력이 높아진 유체는, 열 교환기(161)에서 외부로부터 열을 흡수하여 가열된 후, 소용돌이 발생장치(155)에 재 유입되는 순환을 한다. 또한, 압축익(2)에 의해 배출된 유체(162)는, 출구의 단면확대 유로(163)에서 속도가 줄고 압력이 높아지며, 상기 열 교환기(161)를 거쳐 유입되는 유체와 합해져서, 상기 소용돌이 발생장치에 유입된다.

상기와 같은 구조로 인해, 압축익(2)에서 사용하는 동력보다, 터빈익에서 얻어지는 동력이 더 크며, 최초에는, 발전기 겸 전동기(6)에 입력된 외부의 전력으로 작동시켜주고, 정상작동이 되면 외부의 전력 공급을 중단하며, 자체에서 발생된 동력으로 압축익(2)을 작동 시켜주고, 남는 동력으로 전동기겸 발전기(6)를 작동시켜서, 전력을 얻거나, 동력을 직접 이용 할 수 있는 것이다.

상기에서, 소용돌이 발생 장치의 구심 방향유로(156)는, 비스듬히 경사지게 하는 것이 좋으며, 구심부의 가장자리에 설치된 안내익(도46 참조)은, 익사이 유로 폭이 점차 넓어지지만, 유로관이 점차 좁아지는 구조(도47참조)로 인해, 유로 단면적은 일정하다.

또한, 유로관(158) 말단부에 설치된 안내익(152, 도44 참조)의 유로 폭이 점차 넓어지지만, 유로관이 점차 좁아지는 구조로 인해, 유로 단면적은 거의 일정하며, 따라서, 유체가 빠른 속도로 터빈익(1)에 유입되도록 한 것이다.

상기한 안내익(151,152)은 유체의 방향을 수정해 주기 위해 설치한 것이며, 그러나 안내익이 없는 구조로 할 수도 있다. 즉, 안내익(151, 152)이 없이 유로만 설치한 구조로 하여, 유체가 축 방향 유로에 유입된 후 터빈익(1)에 직접 유입되도록 할 수도 있다.

또한, 상기에서 압축익(2)의 구조를 구심식 압축익 구조(도4의 압축익과 같은 구조)로 할 수도 있으며, 구심식의 익 구조로 할 경우에는, 압축익(2)의 안쪽에 안내익을 설치한 구조(도41, 도42 참조)로 할 수도 있으며, 안내익(164)에서 유체는 선회 방향의 속도가 감소 하면서 구심쪽으로 직진하게 된다.

도48은 본 발명의 제 14실시예를 도시한 장치도이며, 본 실시에서는 상기 제11∼제13실시예와 같이 동력을 얻어서 이용하는 목적이외에도, 냉각 장치로도 활용이 가능하다. 터빈익(1)과 압축익(2)을 동력전달장치(9)에 의해 연결하되, 나선형 터빈익(1)의 유체입구(173)의 회전반경이 크게 하고, 출구(174)의 회전반경이 작게 한 구조와, 터빈익(1)의 유체입구와 출구(173, 174)에는 안내익 (167, 166)을설치하여, 유체의 압력을 속도로 변화(167)시켜 주거나, 속도를 압력으로 (166)변환시켜주도록 하며, 터빈 안내익(166)을 통해 배출된 유체는 1차 열교환기(171)에서 외부로부터 열을 흡수한 후, 압축익(2)에 유입된다.

압축익(2)의 출구에 도 안내익(168)을 설치하여, 유체의 속도를 압력으로 변화시켜 주며, 속도가 느려진 유체는 2차 열교환기(169)에서 열을 외부에 방출하고 냉각된 후, 터빈 안내익(167)에 재유입되는 순환을 하는 것이다.

상기와 같이, 터빈익(1)에서 터빈에 일을 하고 운동에너지가 감소한 유체를, 1차 열교환기(171)에서, 외부유체가 흐르는 유로관(172), 또는 다른 방법으로 외부로부터 열을 흡수하여 가열된 후 압축익(2)에 들어가며, 압축익(2) 및 안내익(168)에서 압력을 얻은 후, 열교환기(169)에 이송되어 외부에 열을 방출토록 하므로써, 내부의 작동 유체는 외부의 온도(상온)보다 낮은 온도로 냉각될 수가 있는 것이다.

그 이유는, 상기 압축익(2) 및 안내익(168)에서 압축된 유체(작동유체는 기체로 함)를 2차 열교환기(169)에서 상온의 외부유체(공기등)와 비슷한 온도로 냉각시켜주고, 터빈안내익(167)에서 팽창시켜서, 터빈익(1)에 유입되게 하여, 터빈익(1)에서 운동에너지가 감소하도록 하면, 유체의 온도가 낮아진다.

따라서, 상온보다 낮은 온도가 되어, 1차열교환기(171)에서 상온과 비슷한 온도의 열매체로부터 열을 흡수하여, 가열될 수 있는 것이다.

도49는 본 발명의 제15실시예를 도시한 장치도로써, 상기 제12실시예와 작동원리는 같으나, 본 실시예에서는 유체에 열을 공급해 주기 위해 별도의 열교환기(171)를 설치한 구조로써, 유체는 다수단락의 터빈익(177a∼177c) 및 안내익(176a∼176c)에서 터빈에 일을 하고 냉각되며, 냉각된 유체가 열교환기(171)에서 유로관, 또는 열전달물질(172)로부터 외부의 열을 공급받고, 가열되어 압축익(2)에 유입되며, 압축익(2) 및 안내익(168)으로부터 에너지를 얻어, 터빈익(177a∼177c)에 재유입된다.

상기와 같은 작동과정에서 동력을 얻어 이용할 뿐 아니라 열교환기(171)에 의해 냉각효과도 얻을 수 있는 것이다. 터빈익의 구조는 도37과 같은 구조에 의해, 유체가 구심부에서 원심방향으로 흐르면서 터빈익(177a∼177c)에 일을 한다.

그런데, 상기의 터빈익은 도34에서 보이는 바와 같이, 유체가 원심방향뿐 아니라, 구심 방향으로 흐르도록 하는 구조로 제작할 수도 있으며, 또한 터빈익을 축류식 구조(축류식은 도35와 같은 익단면 구조)로 할 수도 있다.

상기의 여러 가지 실시예에서 사용되는 회전식 압축익은 효율이 높고 제작이 용이하지만, 상기의 회전식 압축익 구조 분 아니라, 다른 구조 및 다른 방법으로 작동되는 기존의 여러 가지 압축장치, 즉 왕복 동 압축기, 기어식 압축기 블레이드식 압축기, 사판식 압축기 등의 압축장치를 이용할 수도 있다.

상기와 같이 본 발명은 유체에너지의 사용량보다 터빈이 얻은 일이 더 크기 때문에 동력을 얻을 수 있으며, 따라서 상기의 용적식 압축기 등 여러 가지 압축장치와 터빈을 결합한 구조로 하여, 작동 유체를 순환시켜서 (개방회로로 할 수도 있다)작동토록 할 수도 있는 것이다.

상기한 여러 가지 구조 및 작동방법에 의해, 본 발명은, 장치 자체에서 발생되는 동력에 의해 작동하면서, 계속해서 동력을 발생하기 때문에 외부의 동력, 또는 전력의 공급을 필요로 하지 않으며, 또한 에너지원을 별도로 투입하지 않고 동력이 발생되기 때문에, 공해를 전혀 유발하지 않을 뿐 아니라, 장치의 부피와 중량이 매우 작게 소형화할 수 있으며, 따라서 작은 크기의 장치에 의해서 매우 큰 동력, 또는 전력을 얻을 수 있는 것으로써 이상적인 발명인 것이다.

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도1은 본 발명의 구조를 보인 제1실시예의 장치도

도2는 도1의 6부분(발전기 겸 전동기) 및 전류회로의 다른 실시예를 보인 회로도

도3은 도1의 1부분(터빈익)의 구조를 보인 측단면도

도4는 도1의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도5는 도3의 47a부분(터빈익 선단부)의 구조를 보인 부분파단 확대 단면도

도6은 본 발명의 구조를 보인 제2실시예의 장치도

도7은 도6의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도8은 도6의 65부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도9는 본 발명의 구조를 보인 제3실시예의 장치도

도10은 도9의 1부분(터빈익)의 구조를 보인 측단면도

도11은 도9의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도12는 도9의 2부분(압축익)의 구조를 보인 다른 실시예의 측단면도

도13은 도9의 2부분(압축익)의 구조를 보인 또다른 실시예의 측단면도

도14는 본 발명의 구조를 보인 제4실시예의 장치도

도15는 도14의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도16은 도14의 2부분(압축익)의 구조를 보인 다른 실시예의 측단면도

도17은 도14의 2부분(압축익)과 91부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도18은 도14의 1부분(터빈익)의 구조를 보인 다른 실시예의 측단면도

도19는 도14의 1,2부분(터빈익 및 압축익)의 구조를 보인 다른 실시예의 부분파단 확대 단면도

도20은 본 발명의 구조를 보인 제5실시예의 장치도

도21은 도20의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도22는 도20의 2부분(압축익) 및 98부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도23은 본 발명의 구조를 보인 제6실시예의 장치도

도24는 본 발명의 구조를 보인 제7실시예의 장치도

도25는 도24의 2, 105부분(압축익 및 안내익)의 구조를 보인 측단면도

도26은 도24의 2, 105부분(압축익 및 안내익)의 다른 실시예를 보인 측단면도

도27은 본 발명의 구조를 보인 제8실시예의 장치도

도28은 본 발명의 구조를 보인 제9실시예의 장치도

도29는 본 발명의 구조를 보인 제10실시예의 장치도

도30은 도29의 1, 126부분(터빈익 및 안내익)의 구조를 보인 측단면도

도31은 압축익의 축류식 구조를 보인 익단면도

도32는 도31의 131,133부분(압축익 및 안내익)의 구조를 보인 익단면도

도33은 본 발명의 구조를 보인 제11실시예의 안내도

도34는 도33의 터빈익(138a∼138c) 및 안내익(139a∼139c)의 구조를 보인 측단면도

도35는 도33의 터빈익(138a∼138c) 및 안내익(139a∼139c)의 구조를 축류식 터빈에 설치한 경우의 실시예를 보인 익단면도

도36은 본 발명의 구조를 보인 제12실시예의 장치도

도37은 도36의 터빈익(146a, 146b) 및 안내익(147)의 구조를 보인 측단면도

도38은 본 발명의 구조를 보인 제13실시예의 장치도

도39는 도38의 155부분(소용돌이 발생장치)의 구조를 보인 측단면도

도40은 도38의 2부분(압축익)의 구조를 보인 측단면도

도41은 도38의 2부분(압축익)의 다른 실시예를 보인 측단면도

도42는 도41의 압축익(2) 및 안내익(164)을 설치한 구조의 압축장치의 구조를 보인 단면도

도43은 도38의 1부분(터빈익)의 구조를 보인 측단면도

도44는 도38의 152부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도45는 도38의 153부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도46은 도38의 151부분(안내익)의 구조를 보인 측단면도

도47은 도38의 151부분(측방향유로의 안내익)과 유로관의 외부구조를 보인 부분파단 사시도

도48은 본 발명의 구조를 보인 제14실시예의 장치도

도49는 본 발명의 구조를 보인 제15실시예의 장치도

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Claims (14)

1. 속도, 또는 압력이 가해진 유체에 의해 터빈익을 작동시켜서 동력을 얻되, 상기 터빈익에 일을 한 유체의 에너지 감소가 터빈익이 얻은 동력에 비해 적도록 된 구조를 특징으로 하는 터빈익과 상기 터빈익이 얻은 동력으로 작동하는 압축익에 의해, 상기 터빈익에서 일을 하고 배출된 유체에 에너지를 공급해 주되, 상기 유체가 터빈에 일을 하기전의 상태로 복원시켜 주므로써, 상기 압축장치가 유체에 사용한 동력이 상기 터빈익이 얻은 동력보다 적으며, 따라서 터빈이 얻은 동력의 일부를 상기 압축장치에 공급해 주어서 장치가 계속해서 작동토록 하고, 남은 여분의 동력으로 전력을 얻거나, 여분의 동력을 직접 이용토록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력 발생장치
2. 터빈익의 회전축에 전동기를 장착하고, 상기 전동기의 회전축에는 압축익을 설치한 구조에 의해, 상기 압축익이 설치된 전동기에 전력을 공급하므로써, 압축익을 회전시켜서 내부 유체에 에너지를 공급토록 하고, 상기에너지를 얻은 유체가 터빈에 이송되어 터빈에 일을 해주도록 하되, 상기 압축익이 설치된 전동기는 회전력(토크)이 작고 속도가 빠른 구조로 하며, 또한 압축익의 구조를 부하가 작거나 유체의 이송량이 많은 구조로 하므로써, 상기 터빈익의 회전토크가 상기 압축익의 부하보다 크도록 한 구조를 특징으로 하며, 상기 터빈에 일을 하고 배출된 유체에 상기 압축익이 에너지를 공급해 주되, 터빈에 일을 하기전의 상태로 복원시켜주도록 하므로써, 상기 터빈익이 유체로부터 받은 회전력(토크)이 상기 압축익을 회전시켜주기 위해 작동되는 전동기의 회전력(토크)으로 이한 반동력 보다 크므로, 터빈의 회전속도가 일정한계이상이 되면, 압축익을 회전시키기 위해 사용되는 동력보다 터빈이 얻은 동력이 더 크며, 따라서, 자체 발생된 동력의 일부를 상기 전동기에 공급해주고, 남는 여분의 동력을 이용토록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력 발생 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 터빈익의 구조는, 회전반경이 크고 원주와의 각도차이가 작게 설치되는 2매이상의 익을 나선형상으로 설치하되, 익의 길이가 길게 하여, 익사이유로의 각 변위가 크게 하므로써 토크가 크게 하고, 익사이 유로의 폭이 좁게 하여 익의 길이가 회전반경에 비해 길게 하며, 상기 터빈익 출구 유체의 방향과 거의 같은 방향이 되도록 하여, 출구 유체의 속도 성분의 손실이 적도록 하며, 유체가 외곽에서 유입하여 구심방향으로 배출되도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
4. 제2항에 있어서, 상기 터빈익의 구조는 기존의 반동식 터빈익을 반대로 설치한 구조와 유사한 형상으로 하여, 속도가 빠른 유체가 상기 터빈익의 익사이 유로를 통해 유입되면서, 유체의 속도 성분이 압력으로 변환되며, 그 과정에서 터빈익이 회전력을 얻도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
5. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 터빈익의 구조는, 기존의 반동식 터빈익 구조와 유사한 구조로 하되, 익의 길이가 길게 하고, 회전 방향과의 각도차이가 매우 적게 설치하며, 익의 선단은 둥글게 하여, 유체의 팽창효율이 높게 하며, 익을 직선(축류식 터빈으로 하는 경우), 또는 곡선(원심식 또는 구심식 터빈으로 하는 경우)으로 한 구조와, 익사이 유로의 단면적이 거의 일정하게 한 구조에 의해, 익사이 유로를 통해 팽창하여 배출되는 유체의 속도성분이, 익의 회전으로 인한 익면과 수직방향의 속도성분과, 익사이 유로의 방향으로 팽창하는 속도 성분과의 차이가 크도록 하므로써, 유체에너지의 감소가 적도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력 발생 장치
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축장치(또는 압축익)의 구조는, 회전익을 설치하되, 회전방향과의 각도가 적게 하고, 익의 길이가 길게 하고 곡선으로 하며, 익사이 유로단면적이 점차 증가하도록 된 구조와, 회전익이 외곽에 안내익을 설치하되, 회전익의 회전방향과의 각도차이가 적게 하여 설치하고, 안내익의 익사이 유로의 폭을 일정하게 하거나, 점차 축소하여 유속을 증가시켜 주도록 한 구조로 하여, 유체가 구심부로 유입하여 원심방향으로 배출되도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의해 동력발생장치
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축장치(또는 압축익)의 구조는, 회전방향과의 각도 차이가 적게 회전익을 설치하되, 익의 길이가 길게 하고 곡선으로 하여, 익사이 유로단면적이 일정하거나 점차 증가하도록 된 구조와, 회전익의 안쪽에 안내익을 설치하되, 회전익의 회전방향과의 각도차이가 적게 하여 설치하고, 안내익의 익사이 유로폭을 일정하게 하거나 점차 축소시켜, 유속을 증가시켜주도록 한 구조와, 유체가 원심방향에서 유입하여 구심부로 배출되도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축장치(또는 압축익)의 구조는, 회전익을 설치하되, 회전방향과의 각도차이가 적게 하고, 익사이의 공간이 크게 하여, 회전익의 회전으로 인해 발생되는 유체의 속도 성분이 익면과 수직 방향으로 향하도록 하므로써, 회전익의 회전으로 인해 발생되는 유체의 속도 크기 보다, 익의 회전속도가 크도록 하여, 압축익의 회전력(회전부하)이 작도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축장치(또는 압축익)의 구조는, 원심식 압축장치의 짧은 직선익을 방사상으로 설치하되, 익사이의 간격을 크게 하고 익매수가 적게 설치한 구조에 의해, 익의 회전력(부하)을 작게 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축장치(또는 압축익)의 구조는 원심식 구조로 하되, 원주와의 각도차이가 적게 하여 익을 설치하며, 길이가 긴 2개의 익을 이중으로 설치하되, 2개의 익사이 유로폭과 단면적이 점차 확대되도록 하며, 2개의 익 중에 바깥쪽의 익과 원주와의 각도차이가 크게 하고, 안쪽의 익은 원주와 평행하게 하며, 인접한 익과의 공간이 크게 하므로써 익매수가 적게 하며, 익의 회전으로 인해, 익의 회전방향으로 유체에 속도 성분이 발생토록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 터빈익과 압축익의 전후에 안내익을 설치하되, 유체의 방향을 수정해 주거나, 유체의 압력에너지를 속도에너지로 변환시켜 주거나, 또는 반대로 변환시켜주도록 하므로써, 유체에너지의 손실을 최소화함을 특징으로 하는 터빈과, 압축기에 의한 동력발생장치
12. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 압축 장치(또는 압축익)는 짧은 원판형 유로의 구심부 유체를 흡입토록 작동하므로써, 상기 구심부 유체의 압력이 낮아지도록 하여, 상기 원판형 유로의 외곽에서 구심부 쪽으로 유입되는 유체가 소용돌이 회전토록 하되, 안내익에 의해 소용돌이의 회전방향으로 유인해 주도록 하며, 가장자리 유로의 일측에 형성된 축방향 유로에 설치된 안내익에 의해, 상기 구심부의 가장자리를 회전하는 소용돌이 유체의 일부를 축방향으로 배출시키며, 배출된 유체를 터빈익에 유입시켜서, 유체에 의해 동력을 얻도록 하며, 터빈에서 일을 하고 냉각된 유체가 외부의 열을 흡수하도록 하므로써, 동력발생장치뿐 아니라, 냉각장치로도 활용할 수 있도록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
13. 제1항에 있어서, 상기 터빈 익과 압축장치를 연결한 구조의 동력발생장치에서 상기 터빈익을 나선의 익으로 하되, 익 설치각의 원주와의 각도차이가 적게 하며, 또한 익의 길이를 매우 길게 하므로써, 익의 출구 유로의 반경이 작게 한 구조에 의해, 유체가 터빈익을 통과하는 과정에서 유체의 운동에너지가 크게 감소하도록 하여, 상기의 출구 유체가 열교환기를 통과하면서 외부의 열을 흡수토록 하는 구조와, 상기 압축익에 의해 유체가 압력을 얻도록 한 후, 열교환기에 의해 유체의 열을 제거토록 하며, 상기 터빈익에서 얻은 동력의 일부로 압축익을 회전시켜주고, 남는 동력을 이용할 뿐 아니라, 상기 열 교환기는 냉각 장치로 활용토록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치
14. 제1항에 있어서, 상기 터빈익의 구조를 반동식 터빈익의 구조와 유사하게 하되, 익의 길이가 길게 하고, 익의 선단부가 둥글게 하며, 익의 설치각과 회전방향의 차이가 적게한 구조로 하므로써, 터빈익에 일을 한 유체가 냉각되게 하며, 상기 터빈익 출구의 냉각된 유체가 외부의 열을 흡수토록 하여, 상기 유체에 열을 공급해주는 열매체, 또는 열교환장치를 냉각 장치로도 활용토록 함을 특징으로 하는, 터빈과 압축기에 의한 동력발생장치