KR20080033476A - 동축의 블레이드들 세트들을 구비하는 터빈 - Google Patents

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Abstract

적어도 두 개의 동축 장착되고, 회전 블레이드들의 세트들(10,15)을 갖는 터빈(5)은 하나의 세트가 다른 세트를 가리지 않도록 배열된다. 바람직하게는, 상기 블레이드들 세트들(10,15)은 반대로 회전 가능하다. 각각의 블레이드들 세트들(10,15)은 비슷한 양의 에너지를 추출하도록 작동할 수 있어, 알짜 반응 토크를 최소화할 수 있다.

Description

동축의 블레이드들 세트들을 구비하는 터빈{TURBINE WITH COAXIAL SETS OF BLADES}
본 발명은 터빈에 관한 것으로서, 특히, 조수 흐름으로부터 동력을 생성하도록 사용되는 터빈에 관한 것이다.
석유 자원의 고갈, 정부의 장려 및 환경 문제에 대한 증대된 인식으로 인해 풍력, 태양 및 수력 에너지와 같은 재생 가능한 에너지원으로부터 동력을 생산하는 용도 및 욕구가 증대되어왔다. 그러나, 재생 에너지원들이 지속성 및 환경적 충격 면에서 장점이 있지만, 많은 경우, 이들은 공급 예측 불가능과 같은 문제를 겪게 된다. 예를 들면, 풍력 및 태양 에너지를 이용하여 생성되는 에너지는 바람이 불거나 태양이 밝게 비치는 때로 제한된다. 이러한 상황은, 특히, 주 단위 또는 그 이상의 시간 척도에 있어서, 높은 정도의 불확실성하에 놓이게 된다. 이는 전기 격자에 일정한 공급을 유지하는 것을 어렵게 하며, 동력 생산 자원 계획 수립 및 대기(standby) 생산 용량의 수요에 있어 어려움을 초래할 수 있다.
최근, 재생 에너지의 가장 두드러진 방식 중 하나는 풍력이었다. 풍력 터빈들은 풍력을 활용하여 전기를 생산하도록 사용된다. 풍력 터빈들은 일반적으로 둘 또는 그 이상의 개방 블레이드를 갖는바, 이들은 바람에 의한 회전에 최적화되며 기어 박스를 통해 발전기를 구동하는 축에 장착된다. 통상적으로, 상기 블레이드들은 지지대 위에 높이 장착된다. 유용한 수준의 동력을 얻기 위해, 몇 개의 터빈이 함께 그룹지어지는 경우도 많다. 따라서, 대량의 동력 생산에 사용되는 풍력 터빈들은 일반적으로 대형이며, 가시적으로 침입적인(intrusive) 구조물로서 자연 경관이 아름다운 지역에 위치되는 경우가 많다. 이로 인해, 풍력 터빈 단지는 지역 거주자, 환경운동가 및 자연 보호 단체에 의한 반대에 종종 부딪히게 된다.
수력발전 전기는 재생 에너지의 다른 공지된 형태이다. 이는 일정 범위의 기술을 통해 얻어질 수 있다. 이러한 기술로는 터빈들을 통한 물의 제어된 방출을 허용하는 강들의 댐과, 밀물 중에 수문을 거쳐 댐을 통과하는 물의 흐름 및 썰물 중에 터빈들을 통해 저장된 물의 흐름을 허용하는 조수 간만 댐들을 사용하는 것이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 높은 건설 비용, 적절한 장소의 부족, 상당한 크기의 구조물의 필요 및 육지의 홍수로 인한 역 환경적 충격과 같은 문제로 어려움을 겪게 된다.
수력 전기의 다른 형태는 파력(wave power)이다. 이는 다양한 수단에 의해 활용될 수 있는데, 터빈을 직접 구동하거나 터빈을 구동하는 공기 흐름을 유발하는 챔버 내로 파도를 유도하는 수로를 내는 깔때기 장치를 포함한다. 다른 접근 방식은 발전기를 구동하는 피스톤을 작동하도록 파도에 의해 유발되는 분절들 사이의 상대 운동을 사용하는 다중-분절 부유 구조물을 전개하는 것이다. 이러한 방식들 또한 낮은 수집 효율, 및 태풍 및 극한의 바다 조건의 잠재적 위험에 대한 노출을 포함하는 결함을 갖게 된다.
수력 전기 추출의 하나의 유망한 수단은 수력 터빈들을 사용하는 것이다. 이들은 물의 흐름, 예를 들면, 강 또는 조수 흐름으로 인해 돌아가는 블레이드들을 사용하는 장치이다. 이러한 접근 방식의 장점은 동력 생성 장치가 종종 바다로 잠기거나 바다에서 멀리 떨어지므로, 거주지로부터의 시각적 충격이 없도록 할 수 있다는 것이다. 이로 인해, 조수 흐름 형태의 물의 이동은 이상적이며 개발 중인 재생 에너지원이다.
종래의 수력 터빈 기술은 통상 단일 로터를 갖는 터빈을 사용하며, 각각의 로터는 둘 또는 그 이상의 블레이드를 가지며, 이들은 물 흐름의 작용 하에서 회전하도록 정렬된다. 상기 로터는 개방되거나 갓(cowl) 내에 둘러 싸일 수 있다. 동력의 분기(power take-off)는 종래의 발전기를 구동하는 로터에 결합되는 축에 의해 이루어지는 것이 일반적이다. 다르게는, 상기 터빈은 전기 발전기를 교대로 작동하도록 유압 모터를 구동하는 유압 유체를 가압하도록 사용될 수 있다. 로터 축의 회전 속도는 상기 로터 및 상기 발전기 사이에 기어 박스를 제공함으로써 최적의 발전기 속도에 대해 제어될 수 있다. 터빈들은 부교(floating pontoons) 아래에 매달리거나 바다 바닥이나 강바닥에 고정될 수 있다.
조수 및 강물 동력을 사용하는 이점에도 불구하고, 이러한 에너지원을 개발하는데에는 극복해야만 하는 몇 가지 과제가 있다. 물은 공기보다 밀도가 높으므로, 수력 터빈은 일반적으로 늦게 돌아가는 경향이 있으며, 균등한 풍력 터빈들 보다 높은 토크를 겪게 된다. 효율적인 속도로 발전기를 작동시키기 위해, 수력 터빈의 회전 속도는 일반적으로 기어 장치의 사용을 통해 증가될 필요가 있다. 높은 토 크로 인해, 요구되는 기어 장치는 일반적으로 무겁고 비효율적이다. 또한, 이들은 시스템에 과도한 무게 및 복잡성을 부가하며 유지 비용을 증가시킨다. 또한, 통상의 수력 터빈들의 작동은, 배가 지나간 자국과 유사한, 물의 다운스트림(downstream) 난류 흐름을 생성할 수 있다. 이는 상기 터빈의 다운스트림으로의 바다 바닥 또는 강바닥의 스코어링(scouring)을 유발할 수 있다.
수력 터빈의 유지보수는 또한 상기 시스템 상의 수상 유기물의 성장 및 소금물의 부식 효과로 인해 유발되는 부착물(fouling)의 불리한 효과로 인한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제들은 터빈 접근의 어려움에 의해 더욱 복합화된다. 이들 장치의 설치 및 제거 또한 문제가 될 수 있다. 수력 터빈들에 의해 겪게 되는 높은 토크로 인해, 말뚝 박기와 같은 견고한 고정 수단이 일반적으로 사용된다. 이들은 상당 수준의 설치 시간을 필요로 하고 비용이 소모되며, 불리한 환경적 충격을 가진다. 다른 접근 방식은 무거운 베이스를 사용하는 것이다. 그러나, 높은 반응성 토크를 갖는 시스템에는 적절하지 않으며, 터빈 설치의 이동을 초래할 수도 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점 중 적어도 하나에 대한 해결 방안을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 하나의 세트가 다른 세트를 가리지 않도록 배열되는 적어도 두개의 동축 회전 블레이드들 세트들을 갖는 터빈을 제공된다.
하나의 블레이드들 세트는 다른 것보다 많은 블레이드들을 가질 수 있다. 하나의 블레이드들 세트는 짝수개의 블레이드들을 가질 수 있으며, 다른 블레이드들 세트는 홀수개의 블레이드들을 가질 수 있다. 상기 블레이드들 세트들은 서로 거의 인접하여 장착될 수 있다. 적어도 하나의 블레이드들 세트는 적어도 하나의 다른 블레이드들 세트의 업스트림(upstream)이 되도록 배열될 수 있다. 적어도 하나의 블레이드들 세트는 적어도 하나의 다른 블레이드들 세트에 대해 반대로 회전하도록 배열될 수 있다.
적어도 하나의 상기 블레이드들 세트는 제 1 축에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 다른 블레이드들 세트는 제 2 축에 장착될 수 있다.
상기 터빈은 로터 또는 로터들 및 스테이터(stator)를 갖는 전기 발전기를 작동하도록 사용될 수 있다. 상기 스테이터는 회전 가능할 수 있다. 상기 발전기의 로터는 상기 제 1 축과 결합할 수 있으며, 상기 발전기의 스테이터는 상기 제 2 축과 결합할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 축은 동축 관계일 수 있다. 상기 스테이터 및 로터는 사용 시에 그들이 서로에 대해 반대로 회전하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 다른 블레이드 숫자로 이루어지는 적어도 두 개의 인접한, 동축 장착되고, 다른 블레이드 수의 반대 회전 가능한 블레이드들 세트들을 구비하는 터빈이 제공된다. 상기 블레이드들의 수는 사용시에 알짜(net) 반응 토크가 소정의 범위 내로 최소화 또는 감소하도록 선택된다.
하나의 세트 내의 상기 블레이드들은 다른 세트의 블레이드들과 다른 프로파일을 가질 수 있다. 적어도 두 개의 블레이드들 세트들은 하나의 세트가 다른 인접한 세트를 가릴 수 없도록 배열될 수 있다. 하나의 블레이드들 세트는 다른 세트보다 많은 블레이드들을 가질 수 있다. 하나의 블레이드들 세트는 짝수개의 블레이드들을 가질 수 있으며, 다른 블레이드들 세트는 홀수개의 블레이드들을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 동축 장착되고, 반대-회전 가능한 적어도 두 개의 블레이드들 세트들을 갖는 터빈이 제공되며, 하나는 작동시에 유체 흐름의 업스트림이며 다른 하나는 다운스트림(downstream)이고, 상기 다운스트림 블레이드들은 상기 업스트림 블레이드들에 의해 유발되는 소용돌이(swirl)에 반대작용하도록 배열되어 전체 다운스트림 소용돌이를 최소화한다.
상기 터빈은 조수 흐름에 의해 구동되도록 배열될 수 있다.
본 발명의 다양한 양태들이 단지 예로서 이하의 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 반대 회전 터빈 및 발전기 유닛의 사시도로서, 발전기 하우징은 단면으로 절단된 도면이다.
도 2는 도 1의 발전기를 정면에서 본 사시도로서, 블레이드들 세트들이 제거된 상태를 도시한다.
도 3은 도 1의 발전기를 후면에서 본 사시도로서, 블레이드들 세트들이 제거된 상태를 도시한다.
도 4는 도 1의 터빈의 제 1 최전방 블레이드들 세트 중 하나의 블레이드의 단면의 속도 벡터 다이어그램을 도시한다.
도 5는 도 1의 터빈의 최후방 블레이드들 세트 중 하나의 블레이드의 단면의 속도 벡터 다이어그램을 도시한다.
도 1은 두 개의 인접한 블레이드들 세트들을 갖는 터빈(5)을 도시하며, 제 1 세트(10)는 제 1 축(20)과 결합되며, 제 2 축(25)과 결합하는 제 2 세트(15)와 동축 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 축(20)은 상기 제 2 축(25)의 내부에 축방향을 따르는 중공부(30) 내에 회전가능하게 위치되며, 상기 제 2 축은 베어링 유닛들(35,40)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 제 1 축(20)은 발전기(50)의 로터(45)와 직접 결합하며, 상기 제 2 축(25)은 회전 가능한 스테이터(55)와 직접 결합한다. 각각의 세트들(10,15)에 있어서, 블레이드들(65)의 프로파일 및 배향(背向, orientation)은 유체 흐름 작용 하에서 상기 제 1 블레이드들 세트(10)가 상기 제 2 세트(15)에 대해 반대로 회전하도록 되어 있다. 이는 각각의 축들(20,25) 및 그에 따른 상기 발전기(50)의 상기 로터(45) 및 스테이터(55)의 반대 회전을 야기한다.
상기 발전기(50)는, 이러한 예에 있어서, 그것이 직류 유닛이라 하더라도, 어떤 공지된 형태일 수 있으며, 상기 로터(45)는 복수개의 금속 케이블 권선(57)을 가지며, 상기 스테이터(55)는 회전 가능한 스테이터 하우징(75) 상에 장착되는 영구 자석들(60, 폴)의 형태이며 상기 로터(45) 둘레에 배열된다. 동력 전자기기들은 상기 로터(10)의 권선(57)에 전기적으로 연결되어 공지된 기술에서와 같이 전압 공급을 조절하고 반전시킨다. 이들 동력 전자기기들(90)은 상기 로터 축(20) 상의 회전 하우징(95) 내에 수용된다. 상기 동력 전자기기들(90)로부터의 전기 동력 출력 은 후방에 있는 한 쌍의 슬립 링들(80, slip rings)로 공급된다. 상기 슬립 링들(80)은 브러시 기어(85)를 통해 전기 동력 테이크오프(take-off)를 가능하게 한다. 이들은 상기 발전기(50)를 연결하는 정적 동력 테이크오프 케이블(도시하지 않음)을 전기 공급 네트웍으로 공급한다. 상기 발전기는, 예를 들면, 이를 밀봉된 발전기 케이싱(casing) 내에 밀폐함으로써 물의 침입을 방지하도록 적용된다.
발전기 성능을 최적화하기 위해, 상기 블레이드들(10,15)은 하나의 세트가 발전 사이클 내의 어떤 지점에서도 다른 조합에 의해 완전히 가려지지 않도록 배열된다. 이러한 배열은 하나 또는 그 이상의 블레이드 세트가 실속(stalling)하는 것을 방지한다. 이는, 예를 들면, 짝수의 동일 이격 블레이드들을 갖는 하나의 세트 및 홀수의 균등 이격 블레이드들을 갖는 다른 세트를 구비함으로써 달성될 수 있다. 실제로, 에너지가 상기 제 1 블레이드들 세트(10)에 의한 조수 흐름으로부터 추출됨에 따라, 상기 제 2 블레이드들 세트(15) 상으로의 흐름의 에너지 함량은 감소된다. 양 로터들 세트들이 균형을 이루어 비슷한 양의 에너지 (바람직하게는 거의 동일한 에너지)를 추출하기 위해, 상기 제 2 블레이드들 세트(15)는 상기 제 1 블레이드들 세트(10) 보다 많은 블레이드들을 갖는다. 이러한 방식에 있어서, 알짜 반응 토크는 최소화된다. 구체적인 예로서, 상기 제 1 세트(10)는 세 개의 동일 이격된 블레이드들을 가질 수 있으며, 상기 제 2 세트(15)는 네 개의 블레이드들을 가질 수 있다.
상기 블레이드들(65,66)은 통상의 작동 조건에서 효율을 최대화하도록 일반적인 수중익(水中翼) 프로파일을 갖는다. 상기 프로파일은 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 완만한 실속 프로파일 및 표면 결함에 대한 민감성을 제공하도록 최적화될 수 있다. 블레이드 팁 프로파일은 블레이드 팁 소용돌이를 최소화하도록 변화하는 곡률 반경을 가질 수 있다. 이상적인 블레이드 디자인은, 본 발명의 각각의 블레이드들 세트들(10,15)이 동력의 대략 절반 정도만을 추출하므로, 단일한 블레이드들 세트를 갖는 유사하게 정격 터빈에 사용되는 블레이드의 디자인과는 다르다. 본 발명의 블레이드들(65,66)은 따라서 비교적 가벼운 부하를 가지며, 높은 회전 속도로 작동한다. 따라서, 본 발명에 대해 최적화되는 블레이드들(65 또는 66)은, 단지 하나의 블레이드들 세트만을 갖는 터빈에 사용되도록 최적화되는 블레이드와 비교하여, 코드(chord) 길이, 블레이드 각도, 비틀림 및 테이퍼와 같은 특징들이 다를 수 있다.
사용시에, 상기 제 1 블레이드들 세트(10)는 상기 제 2 블레이드들 세트(15)에 충돌하는 유체의 흐름을 왜곡시킨다. 따라서, 상기 제 2 블레이드들 세트(15)에 의해 겪게 되는 흐름 조건은 상기 제 1 세트(10)에 의해 겪게 되는 것과는 다르다. 이로 인해, 최적 블레이드 형상 또한 변화할 것이다. 상기 터빈에 의해 생성되는 전체 합성 소용돌이를 최소화하기 위해, 상기 제 2 터빈의 블레이드들(66)은 생성된 소용돌이가 상기 제 1 블레이드들 세트에 의해 생성되는 소용돌이에 반대로 작용하도록 하는 곡률 반경 및 팁 프로파일을 가진다. 업스트림 블레이드(65) 및 다운스트림 블레이드(66)에 대한 최적의 블레이드 형상은 블레이드 요소 이론(blade element theory)을 사용하여 계산될 수 있다.
단일한 블레이드들 세트를 갖는 종래의 터빈의 블레이드들에 적용되는 경우 의 블레이드 요소 이론은, 다음의 식을 통해, 상기 블레이드 및 축방향과 접선 방향의 유체 흐름 상의 힘을 나타낸다.
dF = 4πrρV∞ 2α(1-α)dr = πρσW[CLΩr(1+α')+CDV∞(1-α)]rㆍdr (축방향) 및
dS = 4πr2ρV∞(1-α)α'Ωㆍdr = ρWσ[CLV∞(1-α)-CDΩr(1+α')]rㆍdr (접선 방향)
여기서, dF는 뉴튼 단위로서 블레이드 요소 상에 작용하는 축방향 힘이며, dS는 뉴튼 단위로서 블레이드 요소 상에 작용하는 접선방향 힘이며, r은 미터 단위로서 블레이드 요소의 중심 및 로터 중심 사이의 거리이며, ρ는 흐름의 kg/m3 단위로서 유체 밀도이며, V∞는 m/s 단위로서 흐름 속도이며, W는 m/s 단위로서 상기 블레이드에 대한 흐름의 속도이며, Ω는 rad/s 단위로서 상기 로터의 각속도이며, a 및 a'는 각각 축방향 및 접선방향 유동(flow) 변수(parameter)이며, σ는 반경 r에서의 로터 고형성(solidity)이며, R은 미터 단위로서 로터 반경이며, CL 및 CD는 각각 블레이드 양력 및 항력 계수(lift and drag coefficients)이다.
이러한 방정식들은 반복 과정에 의해 풀려져서 유동 변수 a 및 a'의 수렴값들을 제공하며, 그 후, 도 2에 도시된 바와 같은 속도 벡터 값이 구해질 수 있다. 완성 블레이드들 세트에 대한 성능 예측은 모든 블레이드 요소들에 대한 합으로부터 얻어지며, 블레이드 팁 손실에 대한 적절한 허용을 만든다.
두 개의 반대-회전하는 블레이드들 세트들(10,15)의 성능을 예측하는데 있어서, 어떤 가정이 충족되어야만 한다. 상기 블레이드들 세트들(10,15)이 인접하게 위치되며, 터빈 성능이 관련되는 한, 단일 작동기 디스크로서의 기능을 수행한다고 가정한다. 두번째로, 업스트림 블레이드들 세트(10)에 의한 유동에 가해지는 소용돌이는 다운스트림 블레이드들 세트(15)에 의해 제거되며, 즉, 상기 블레이드들 세트들을 지지하는 구조물에 전달되는 최소 반응 토크가 제공된다. 따라서, 이러한 방법을 사용하여 계산된 블레이드 형상은 반응 토크를 거의 또는 전혀 초래하지 않는 블레이드 디자인을 제공한다.
본 발명의 터빈의 블레이드 설계 절차는 업스트림 블레이드들 세트(10)에 대한 기하학적 구조를 정하고, a 및 a'에 대한 수렴된 솔루션들을 획득하고, 및 이들을 사용하여 상기 다운스트림 블레이드들 세트(15)에 대한 적절한 기하학적 구조를 특정하는 것을 포함한다. 상기 업스트림 블레이드들 세트(10)에 대한 모멘텀 방정식에 대한 폐쇄 솔루션(closed solution)을 구하기 위해, 추가의 가정이 필요하다. dF에 대한 전술한 방정식은 상류 블레이드들(10)에 유효하게 적용되지 않으며, 이는 상류 블레이드들 세트(10)가 상기 유체 흐름 상의 전체 지연 힘의 일부 비율만을 겪게 될 것이기 때문임이 명백하다. 그러나, 풀려질 방정식에 대한 이러한 일부 비율을 특정하는 것이 필요하다. 실제로, 넓은 범위의 조건이 발생할 수 있으며, 이들은 조사될 필요가 있다. 실제의 경우에도 불구하고, 하나의 블레이드들 세트는 특정화된 유동 조건에 있어서의 최적 성능을 위해 설계될 수 있을 것이다.
이들 계산에 있어서, "대칭" 케이스가 사용되며, 상기 블레이드들 세트들은 동일한 팁 속도 비율로 작동하고, 각각은 동일한 축방향 스러스트(thrust) 부하를 겪고, 이는 상기 유체 흐름에 의해 겪게 되는 것의 1/2의 경로와 동일하다. 따라서,
λ1 = λ2, dF1 = dF2, 및 dS1 = dS2
여기서, λ는 블레이드 팁 속도 비율이며, λ = ΩR/V∞(-)에 의해 정의된다.
이를 각각의 블레이드 요소에 연장하면, 상류 블레이드들 세트의 dF에 대한 방정식은 다음과 같이 수정된다.
dF = 2πrρV∞ 2α(1-α)dr = πρσW[CLΩr(1+α')+CDV∞(1-α)]rㆍdr
상기 방정식들은 풀려 a 및 a'의 값을 제공하게 된다. 전체로서의 상기 블레이드들 세트들에 대해, 축방향 스러스트, 토크 및 동력 출력과 같은 변수들은 이러한 단계에서 계산될 수 있다.
상기 다운스트림 블레이드들 세트(15)에 대해, 속도 및 힘 벡터 다이어그램들(도 5)은 상기 업스트림 블레이드들(10)과 유사하지만, 동일하지는 않다. 도(degree) 단위의 명백한 흐름 벡터와 관련한 각도(Φ)는 다음으로부터 구해진다.
tanΦ = (V∞(1-α))/Ωr
따라서, Φ는 a가 이미 결정됨에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 모멘텀 방정 식은 다음과 같이 감소한다.
σCN/2 = (α/(1-α))sin2ψ 및 σCT/4 = α'sinψ.cosψ
여기서, CN = CLcosψ + CDsinψ은 축방향 또는 법선 힘 계수이며,
CT = CLsinψ - CDcosψ는 접선 힘 계수이다.
이들은 σ를 소거하여 결합되어, 다음과 같이 된다.
(CT/CN)tanψ = 2α'(1-α)/α
이러한 방정식은, 솔루션이 구해질 때까지, 블레이드 피치 각도 β의 값들을 보여주는 단계를 포함하는 반복 과정에 의해 구해지는바, 여기서, β = Φ-α이다. 상기 과정은 이러한 방정식 내의 불균형이 최소화될 때 까지 작은 증분으로 β를 증가시키는 것이다. 이것이 달성되는 경우, 고형성 σ가 계산되며, 블레이드 코드 길이가 결정된다.
본 명세서에 설명되는 바와 같은 터빈(5) 및 발전기(50)는 종래 기술에 비해 많은 장점을 갖는다. 다중 터빈 블레이드들 세트들(10,15)을 제공하면, 에너지 포획 효율은 증가한다. 또한, 두 개의 반대-회전 블레이드들 세트들(10,15)을 인접하배치하는 것은 상기 시스템 상에 거의 영(zero)인 반응 토크를 이끌어낸다. 이는, 상기 지지 구조물의 설계에 있어서의 더 큰 유연성을 가능하는 것, 바다 및 강 바닥에 위치될 말뚝에 대한 필요성을 제거할 수 있을 수 있는 것을 포함하는 많은 장점을 갖는다. 나아가, 구성요소들은 더 가볍고 더 쌀 수 있는바, 이들은 높은 정도 의 반응 토크를 지지할 정도의 강도를 필요로하지 않는다. 상기 로터 및 스테이터의 더 큰 상대 회전 속도는 동일 등급의 표준 기계와 비교하여 기계 전기 폴(pole)의 숫자를 50%까지 감소시킬 수 있다. 이는 더욱 가볍고, 단순하며, 소형인 기어 메커니즘의 사용하거나 또는 기어 장치를 전혀 사용하지 않아 발전기가 직접 구동되도록 하는 것을 허용한다. 상기 다운스트림 블레이드들에 의해 생성되는 소용돌이가 상기 업스트림 블레이드들에 의해 생성되는 소용돌이를 거의 제거하도록 배열될 수 있으므로, 소용돌이에 의한 바다 바닥의 스코어링(scouring)과 관련된 환경적 충격이 현저하게 감소할 수 있다. 그에 더해, 반대-회전하는 로터들의 상대 이동은 해양 유기물들이 상기 로터들 상에 정착되기 어렵게 함으로써 상기 블레이드들의 생화학적 퇴적의 감소를 유도한다.
본 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 개시된 장치의 변형예들이 본 발명으로부터 벗어나지 않고도 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 명세서에 설명된 터빈에 있어서, 상기 발전기의 상기 로터 및 스테이터가 각각 대응하는 조합의 터빈 블레이드들에 직접 결합하더라도, 적어도 하나의 터빈 블레이드들 세트들 및 발전기 사이의 적어도 하나의 기어 메커니즘을 통하여 간접 결합을 포함하는 다른 장치가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 두 개의 축을 갖는 시스템의 특정 예로서, 각각의 터빈 블레이드 세트들과 관련된 하나가 설명되었더라도, 단지 하나의 축 및 양 터빈 블레이드들 세트들을 결합하는 적절한 수단이, 예를 들면, 궤도 기어 시스템으로서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 전술한 상기 터빈은 일 방향으로 최적의 성능을 얻도록 배열되었지만, 상기 블레이드 형상 및 발전기 하우징의 변형예가 두-방향 사용에 적절하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에서 설명된 블레이드들이 개방되지만, 수집 구역을 증가시키고 흐름의 스피드를 높이도록 카울링(cowling)이 사용될 수 있다. 따라서, 특정 실시예에 대한 전술한 설명은 단지 예로서 제공되어질 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 사소한 변경은 전술한 작동에 현저한 변화 없이 이루어질 수 있다.

Claims (24)

  1. 하나의 세트가 다른 세트를 가리지 않도록 배열되는 적어도 두 개의 동축 회전 블레이드들 세트들을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 세트는 다른 하나의 세트보다 많은 블레이드들을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    하나의 세트는 짝수개의 블레이드들을 가지며, 다른 세트는 홀수개의 블레이드들을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드들 세트들 서로 거의 인접하여 장착되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 블레이드들 세트는 적어도 하나의 다른 블레이드들 세트의 업스트림(upstream)이 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드들 세트들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 블레이드들 조합에 대해 반대로 회전하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드들 세트들 중 적어도 하나는 제 1 축에 장착되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    적어도 하나의 다른 블레이드들 세트는 제 2 축에 장착되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈은 로터 또는 로터들 및 스테이터를 갖는 전기 발전기를 작동하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스테이터는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 터빈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발전기의 상기 로터는 상기 제 1 축과 연결되며, 상기 발전기의 상기 스테이터는 상기 제 2 축과 연결되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 축 및 제 2 축은 동축 관계(co-axial)를 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스테이터 및 로터 또는 로터들은 사용 시에 그들이 서로에 대해 반대로 회전하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  14. 동축 장착되고, 다른 블레이드 수의 블레이드들의, 적어도 두개의 세트들을 구비하되, 각각의 세트는 비슷한 양의 에너지를 추출하도록 작동됨으로써, 사용 시의 알짜 반응 토크를 최소화하는 것을 특징으로 하는 터빈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    하나의 세트의 상기 블레이드들은 다른 세트의 블레이드들과 다른 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    하나의 블레이드들 세트 내의 상기 블레이드들의 프로파일은 다른 블레이드들 세트의 블레이드에 대해 각각의 블레이드에 의해 생성되는 각기 다른 반응 토크가 존재하여 그들 사이에 반응 토크가 거의 없도록 하는 것을 특징으로 하는 터빈.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 블레이드들 세트들은 하나의 세트가 다른 세트를 가릴 수 없도록 배열되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    하나의 세트는 다른 세트보다 많은 블레이드를 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    하나의 세트는 짝수개의 블레이드들을 가지며, 다른 세트는 홀수개의 블레이드들을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈.
  20. 수중익 프로파일을 갖는 전술한 터빈들 중 하나의 터빈에 사용되는 터빈 블레이드.
  21. 가변 곡률 반경을 갖는 전술할 항들 중 어느 한 항의 터빈에 사용되는 터빈 블레이드.
  22. 적어도 두개의 동축 장착되며, 반대-회전 가능한 블레이드들의 세트를 포함하되, 하나는 사용 시에 유체 흐름의 업스트림이고, 다른 하나는 다운스트림이며, 상기 다운스트림 블레이드들은 전체 다운스트림 소용돌이를 최소화하거나 또는 줄이기 위하여 상기 업스트림 블레이드들에 의해 유발되는 소용되는에 대해 반대로 작용하도록 배열/형성되는 것을 특징으로 하는 터빈.
  23. 조수 흐름에 의해 구동되도록 배열되는 전술한 항 중 어느 항의 터빈.
  24. 전술한 항 중 어느 한 항의 터빈을 포함하는 발전기.
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