KR200352241Y1 - 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차 - Google Patents

Abstract

본 고안은 해양이나 하천의 조류력에너지(current energy)를 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치의 원통형 수차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축의 굵기를 대폭 축소하여 조류저항을 감소시키는 동시에 수차의 회전 효율을 향상시켜 동일한 조건에서의 회전출력을 대폭 향상시킬 수 있는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 해양이나 하천의 조류에너지를 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치에 설치되는 수차에 있어서;

일정 간격을 두어 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며, 대향하는 내면 테두리부의 원주방향에 대해 등간격 설치되어 날개군을 형성하는 각각의 회전날개(51)의 양단부가 고정된 원판림들(54,55)을 구성하고, 상기 원판림들(54,55)의 사이구간에 위치하여 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며 테두리부로 회전날개가 관통 설치되는 보강판(52)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 날개군은 반경방향에 대해 회전반경을 달리하는 다수의 날개군으로 구성하고, 상기 각각의 날개군을 이루면 반경방향으로 서로 인접된 회전날개가 회전중심을 지나는 동일직선상에 위치하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 다수의 날개군은 반경방향으로 서로 인접된 각각의 회전날개가 서로 엇갈리게 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차{Cylindrical Water Mill With Double-Rows Blade System}

본 고안은 해양이나 하천의 조류력에너지(current energy)를 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치의 원통형 수차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축의 굵기를 대폭 축소하여 조류저항을 감소시키는 동시에 수차의 회전 효율을 향상시켜 동일한 조건에서의 회전출력을 대폭 향상시킬 수 있는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차에 관한 것이다.

이는 대체에너지 이용장치의 하나로서, 기존의 화석에너지 자원은 점차 고갈되어갈 뿐만 아니라 지구환경을 오염시키기 때문에 오래전부터 인류는 환경을 오염시키지 않는 청정대체에너지 이용 장치개발을 위하여 많은 연구와 노력을 기울여 왔다.

이러한 청정대체에너지는 태양에너지(solar energy), 풍력에너지(windenergy), 조류력에너지(current energy), 조력에너지(tidal energy), 지열에너지(geo-thermal energy), 생화학에너지(bio-chemical energy) 등이 있으며 본 고안은 조류력에너지를 이용하여 발전을 하는 장치에 관한 것으로, 세계 곳곳에는 상당히 빠른 해류가 발생하는 지역을 중심으로 활발한 개발과 함께 현재 널리 사용중이며, 우리나라 남해안에도 10놋트 이상의 고속 조류지역이 있어 이 조류에너지를 이용하여 대용량의 발전장치를 구동할 수 있다.

일반적으로 수직원통형 수차를 이용한 발전장치에서는 수차의 구조를 어떻게 제작하느냐에 따라 수차를 달고 있는 고정구조물의 하중조건이 변하여 구조물 제작이 필요 없이 커지게 되는 경우가 있다.

즉, 수차의 날개를 지지하는 회전축의 형상에 따라 조류에 의한 힘을 적게 받을 수도 있고 또는 크게 받을 수도 있기 때문에 고정구조물이 힘을 크게 받게 되면 구조를 튼튼하게 해야 하므로 발전장치 제작에 많은 비용이 소요되게 된다.

또한 수차는 주어진 조류의 상태에서 가능한 만은 전력이 생산되도록 큰 회전력(Torque)을 발생해야 하는데 수차의 크기가 일정할 때 수차가 발생하는 회전력은 날개의 단면 형상 및 배치(날개수)와 깊은 관계를 가지고 있다.

날개수가 너무 많으면, 즉 날개를 촘촘하게 배치하면 수차가 회전할 때 날개로 흘러들어가는 조류가 원활하지 못하고 오히려 큰 저항이 발생하게 되며 반대로 날개수가 너무 적으면 날개로 흘러들어가는 조류의 상태는 좋아지나 전체적인 회전력이 감소하게 된다.

도 1 은 종래의 수직원통형의 수차가 설치된 조류발전장치를 도시한 것이고, 도 2 는 조류발전장치에 설치되는 종래의 수직 원통형 수차를 도시한 것이다.

상기 도 1 과 도 2에서 보는바와 같이 조류발전장치는 수면의 바닥면에 고정 지지된 수차 고정식구조물(11)을 설치하고, 상기 고정식구조물(11)의 상측에 설치된 증속기(12)를 거쳐 발전기(10)를 회전시켜 발전되는 방식을 취하며, 특히 조류의 힘을 직접 받게 되어 회전축의 회전을 가하게 되는 수차날개(22)를 고정하기 위해 상기 회전축에 별도의 원통(21)을 설치하여 볼트(23)로 체결하여 구성된다.

상술한 바와 같은 종래의 수직원통형 수차에 의하면, 수차날개(22)를 지지하는 회전축의 형상에 따라 조류에 의한 저항을 받게 되는 정도가 달라짐으로 인해 상기와 같이 원통(21)에 의해 수차날개(22)가 결합된 수차는 고정지지물(11)의 제작비용 및 조류저항을 크게 하는 요인이 되었으며, 결과적으로 경제적인 면과 함께 수차의 회전효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 수차의 날개 배치를 최적화하여 날개로 흘러들어가는 조류의 상태를 원활하게 하면서 수차의 회전저항을 감소시키고 전체적인 회전력이 최대가 되도록 하는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차를 제공함을 목적으로 한다.

도 1 은 고정식 구조물에 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치의 구성도,

도 2 는 종래의 수직 원통형 수차를 나타낸 사시도,

도 3 는 본 고안인 이중복합날개 원판림 지지구조의 원통형 수차를 나타낸 측면도

도 4 는 중심축이 없는 이중복합날개 원판림 지지구조의 원통형 수차수차를 나타낸 측면도,

도 5 는 회전날개의 설치구조를 보여주는 원판림의 내면부를 나타낸 평면도,

도 6 은 회전날개의 또 다른 설치구조를 보여주는 원판림의 내면부를 나타낸 평면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10): 발전기 (11): 고정식 구조물

(12): 증속기 (20): 원통형 수차

(21): 종래 수차의 원통 (22): 종래 수차의 수차날개

(23): 볼트 (51): 회전날개

(52): 보강판 (53): 회전축

(54): 상부원판림 (54a): 상부원판림 외면부

(54b): 상부원판림 내면부 (55): 하부원판림

(55a): 하부원판림 외면부 (55b): 하부원판림 내면부

(56): 플랜지 (57): 제 1 날개군 홈

(58): 제 2 날개군 홈 (60): 플랜지 샤프트

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 해양이나 하천의 조류에너지를 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치에 설치되는 수차에 있어서;

일정 간격을 두어 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며, 대향하는 내면 테두리부의 원주방향에 대해 등간격 설치되어 날개군을 형성하는 각각의 회전날개(51)의 양단부가 고정된 원판림들(54,55)을 구성하고, 상기 원판림들(54,55)의 사이구간에 위치하여 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며 테두리부로 회전날개가 관통 설치되는 보강판(52)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 날개군은 반경방향에 대해 회전반경을 달리하는 다수의 날개군으로 구성하고, 상기 각각의 날개군을 이루면 반경방향으로 서로 인접된 회전날개가 회전중심을 지나는 동일직선상에 위치하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 다수의 날개군은 반경방향으로 서로 인접된 각각의 회전날개가 서로 엇갈리게 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 고안인 이중복합날개 원판 림 지지구조 날개의 수직 원통형 수차를 나타낸 측단면도를, 도 4 는 축을 제거한 이중복합날개 원판 림 지지구조의 날개의 수직 원통형 수차를, 도 5 는 일렬구조의 이중복합날개 배치구조를 나타내는 하부원판림의 내면부를 나타낸 것이고, 도 6 은 엇갈린 구조의 이중복합날개 배치구조를 나타내는 하부원판림의 내면부를 나타낸 것이다.

상기 도 3 에서 볼 수 있는 바와 같이 수차의 회전력을 증대시키며 조류저항이 적은 수차를 만들기 위하여 동심원상에 수차의 날개를 수차날개 지지구조에 이중(2열)복합 날개를 갖도록 하였다.

또한 도 5 에서 볼 수 있는 바와 같이 날개의 이중(2열)은 등간격으로 외부에 일렬배치된 날개군 사이의 내부 공간에 반경방향으로 엇갈리게 2열 날개군을 배치하는 방법이 있으며, 또 다른 방법으로는 도 6 에서 볼 수 있는 바와 같이 등간격으로 외부에 일렬배치된 날개군 사이의 내부 공간에 나란하게 2열 날개군을 배치하는 방법이 있다.

상기 원통형의 수차는 회전축(53)상에 일정 간격을 두어 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되는 원판림들(54,55)을 구성하고, 상기 각각의 원판림(54,55)에 원주방향으로 등간격 고정 설치되는 회전날개들(51)을 구성하고, 상기 원판림(54,55)의 사이구간에 위치되며 회전축에 플랜지에 의해 볼트 체결 구성되어 상기 회전날개가 관통되어 지지토록 하는 보강판(52)으로 구성된다.

상기 원판림(54,55)은 각각이 외면부(54a,55a)와 내면부(54b,55b)를 이루며, 이 내면부(54b,55b)에는 회전날개(51)의 만곡된 단면형상과 대응되는 홈이 테두리측을 따라 원주방향의 등간격으로 형성되어 있다.

즉, 상기 대향하고 있는 각각의 원판림의 내면부에 형성된 홈에 회전날개의 양단부가 끼워져 고정되도록 하고 있다.

또한 중심축(53)을 없애고 수차의 상판림(54)과 하판림(55)에 플랜지샤프트(60)만 취부하여 이중날개를 수차 고정구조물에 설치하도록 하여 조류저항을 줄일 수 있도록 할 수 있다.

상기 원판림의 테두리측을 따라 원주방향 등간격 고정된 다수의 회전날개를 구비하는 제 1 날개군을 구성하고, 상기 제 1 날개군의 내측 즉, 상기 제 1 날개군보다 회전반경이 작은 제 2 날개군을 더 설치하여 구성하고 있다.

한편 도 6 에 도시된 수차의 경우, 제 1 날개군을 이루는 각각의 회전날개가 결합되어 지는 제 1 날개군 홈(57)과, 그 내측에 설치된 제 2 날개군을 이루는 각각의 회전날개가 결합되어지는 제 2 날개군 홈(58)을 형성하되, 회전중심이 되는 회전축을 지나는 가상의 동일직선상에 위치되지 않고 엇갈리게 위치되어 구성된다.

도 5 에 도시된 수차의 경우, 제 1 날개군을 이루는 각각의 회전날개가 결합되어지는 제 1 날개군 홈(57)과, 그 내측에 설치된 제 2 날개군을 이루는 각각 회전날개가 결합되어지는 제 2 날개군 홈(58)을 형성하되, 회전중심이 되는 회전축을 지나는 가상의 동일직선상에 위치되어 구성된다.

즉, 회전반경을 달리하는 제 1 및 제 2 날개군 또는 다수의 날개군이 원판림에 설치 가능하며, 각각의 날개군을 이루며 반경방향에 대해 서로 인접하고 있는 각각의 회전날개가 회전중심을 지나는 동일직선상에 놓이게 설치되거나, 혹은 각각의 날개군을 이루며 반경방향에 대해 서로 인접하고 있는 각각의 회전날개가 엇갈리는 위치에 놓이도록 설치 가능하다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 고안의 효과는 다음과 같다.

수차의 날개를 지지하는 축의 굵기를 대폭 축소하여 조류저항을 감소시키는 동시에 회전반경을 달리하는 제 1 군 및 제 2 군의 날개군을 설치하여 수차의 회전 효율이 향상되어 동일한 조건에서 회전출력을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 조류력에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 종래의 조류력 발전장치에 설치되는 수차에 있어서;

   일정 간격을 두어 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며, 대향하는 내면 테두리부의 원주방향에 대해 등간격 설치되어 날개군을 형성하는 각각의 회전날개(51)의 양단부가 고정된 원판림들(54,55)을 구성하고, 상기 원판림들(54,44)의 사이구간에 위치하여 회전축(53)과 플랜지(56)에 의해 볼트 체결되며 테두리부로 회전날개가 관통 설치되는 보강판(52)으로 구성된 것을 특징으로 하는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원판림에 설치된 날개군은 반경방향에 대해 회전반경을 달리하는 제 1 및 제 2 날개군으로 구성하고, 상기 각각의 날개군을 이루며 반경방향으로 서로 인접된 회전날개가 회전중심을 지나는 동일직선상에 위치하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 원판림(54,55)에 설치된 제 1 및 제 2 날개군은 반경방향으로 서로 인접된 각각의 회전날개가 서로 엇갈리게 설치 구성된 것을 특징으로 하는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차.
4. 제 1 항에 있어서,

   중심축(53)을 없애고 수차의 상판림(54)과 하판림(55)에 플랜지 샤프트(60)만 취부하여 이중날개를 수차 고정구조물에 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 이중복합날개 원판 림 지지구조의 원통형 수차.