KR20080046773A - 헬리컬 터빈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헬리컬 터빈에 관한 것으로, 그 목적은 유체흐름을 이용한 발전용 터빈으로 나선형상의 다수의 블레이드를 설치하여 더 많은 유체의 저항을 받아 회전속도를 높이고, 상기 블레이드들의 측면들을 서로 다수의 지지부재로 보강하여 연결한 헬리컬 터빈을 제공함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 회전 가능한 구동축; 상기 구동축에 고정되는 제 1 고정판; 상기 제 1 고정판과 소정거리 이격되어 상기 구동축에 고정되는 제 2 고정판; 나선형상을 갖고, 상기 제 1 고정판과 제 2 고정판 사이에 장착되는 다수의 블레이드와, 상기 다수의 블레이드 각 측면들을 서로 연결하여 지지하는 적어도 하나의 지지부재가 설치된 적어도 하나의 터빈날개;를 포함하는 헬리컬 터빈에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
헬리컬 터빈, 조력발전, 블레이드, 나선형 터빈.

Description

헬리컬 터빈{HELICAL TURBINE}
도 1 은 종래 기술에 따른 예시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예시도,
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 사용 예의 단면 예시도,
도 4 는 종래 기술에 따른 블레이드의 양력실험 유효해석도,
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 양력실험 유효해석도,
도 6 은 종래 기술에 따른 헬리컬 터빈의 양력실험 유효해석도,.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 터빈의 양력실험 유효해석도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 구동축
(2) : 제 1 고정판
(3) : 제 2 고정판
(4) : 터빈날개
(40) : 블레이드
(41) : 지지부재
본 발명은 헬리컬 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체흐름을 이용한 발전용 터빈으로 나선형상의 다수의 블레이드를 설치하고, 상기 블레이드들의 측면들을 서로 다수의 지지부재로 연결한 헬리컬 터빈에 관한 것이다.
일반적으로, 터빈은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계 또는 장치를 의미한다. 특히, 본 발명의 기술 분야와 관련된 터빈은 바람, 유수 등과 같은 유체의 흐름 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위한 장치와 관련된다.
이와 관계된 터빈은 현재 풍력 발전뿐만 아니라 조수 간만의 차를 이용한 조력 발전, 조류를 이용한 조류 발전 등에 이용되고 있다.
그동안, 터빈은 소정의 유체 유량 및 속도에 대하여 최대한의 전기 에너지를 발생시킬 수 있는 방향으로 연구되어 왔으며, 현재에도 이러한 방향으로 연구되고 있다.
이러한 에너지를 전력으로 전환하기 위해서는 풍력의 경우 프로펠러형을 많이 사용하고 있지만 해양의 조류에너지는 흐름의 방향이 수시로 변하기 때문에 프로펠러형은 적당하지 않다.
따라서 유체 흐름의 수직 축을 갖는 형태(cross-flow type)의 터빈이 개발되었다. 이러한 형태는 유체의 흐름에 상관없이 일정한 방향으로 회전할 수 있다. 이 러한 수직 축 형태의 터빈은 도 1에 도시된 바와 같이, 다리우스(Darrieus)에 의해 공기역학적 날개단면을 갖는 터빈이 제작되었다. 그러나 다리우스 터빈(a)은 프로펠러형보다 효율은 좋으나 멈추어 있던 터빈을 돌리기 위해서는 추가적인 동력이 필요하였다. 이를 개선한 것이 고를로프(Gorlov)에 의해 개발된 나선형 터빈(Helical Tubine)이다. 나선형구조로 인해 다리우스 터빈(a)의 단점을 개선하고 터빈의 회전으로 인한 토크의 변화량을 줄일 수 있었으며 효율도 크게 개선하였다. 그러나 이 나선형 터빈(b)은 나선형구조를 갖기 때문에 구조적으로 지지력 및 내구성 등의 취약한 단점을 가지고 있다. 따라서 터빈의 크기에 제한을 갖기 때문에 대형화에 적당하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 나선형상의 다수의 블레이드를 설치하여 더 많은 유체의 저항을 받아 회전속도를 높이고, 구조적으로 취약한 단점을 보완하고자 상기 블레이드들의 측면들을 서로 다수의 지지부재로 보강하여 연결한 헬리컬 터빈을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 회전 가능한 구동축; 상기 구동축에 고정되는 제 1 고정판; 상기 제 1 고정판과 소정거리 이격되어 상기 구동축에 고정되는 제 2 고정판; 나선형상 을 갖고, 상기 제 1 고정판과 제 2 고정판 사이에 장착되는 다수의 블레이드와, 상기 다수의 블레이드 각 측면들을 서로 연결하여 지지하는 적어도 하나의 지지부재가 설치된 적어도 하나의 터빈날개;를 포함한다.
또, 상기 터빈날개는, 상기 다수의 블레이드가 상기 구동축의 반경방향으로 소정간격 배열될 수 있다.
또, 상기 블레이드는, 상기 블레이드의 가로 단면이 상기 제 1 고정판 회전방향을 따라 소정 곡률을 갖고 유선형으로 형성될 수 있다.
또, 상기 지지부재는, 상기 터빈날개 사이에 유체가 그 흐름에 방해받지 않고 많은 유량이 빠져나가게 하기 위해 유체 흐름과 수평을 이룰 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 헬리컬 터빈은 구동축(1)과, 제 1 고정판(2)과, 제 2 고정판(3)과, 터빈날개(4)를 포함한다.
구동축(1)은 발전기 등에 연결되어 회전력을 전달한다.
제 1 고정판(2)은 구동축(1)에 중심이 고정된다.
제 2 고정판(3)은 제 1 고정판(2)과 소정간격 이격되어 구동축(1)에 중심이 고정된다.
터빈날개(4)는 제 1 고정판(2)과 제 2 고정판(3) 사이에 설치된다.
또한, 터빈날개(4)는 제 1 고정판(2) 회전면을 따라 하나 이상이 설치된다.
터빈날개(4)는 다수의 블레이드(40)와 지지부재(41)를 포함한다.
블레이드(40)는 제 1 고정판(2)과 제 2 고정판(3) 사이에 수직 나선형으로 다수가 설치된다.
여기서, 블레이드(40)는 구동축(1)의 반경 방향으로 소정간격을 두고 배치된다.
한편, 블레이드(40)의 가로 단면은 제 1 고정판(2)의 회전방향을 따라 소정 곡률을 갖고 유선형으로 형성된다.
지지부재(41)는 다수의 블레이드(40) 사이에 적어도 하나가 설치되어 블레이드(40)들을 서로 연결하여 블레이드(40)의 강성을 높이도록 지지보강한다.
여기서, 지지부재(41)는 제 1 고정판과 평행하게 설치되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 실시 예에 의한 작용을 첨부도면과 연계하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 흐르는 강물이나 조류가 흐르는 해저에서 발전기를 돌리기 위해 유체 흐름에 반응하는 터빈을 설치하는데 있어서, 유체의 흐름에 따라 원활히 회전하며, 회전력의 효율을 높이고, 보강재를 설치하여 내구성을 높인 헬리컬 터빈에 관한 것이다.
도 2를 참조하면, 발전기로 연결된 구동축(1)과, 구동축(1)을 중심에 고정하 고, 제 1 고정판(2)과 제 2 고정판(3)은 유체 흐름에 영향을 받지 않도록 유체 흐름 방향에 평행하게 설치한다.
그리고, 제 1 고정판(2)과 제 2 고정판(3) 사이에 유체 흐름에 영향을 받도록 나선형으로 터빈날개(4)가 설치된다.
터빈날개(4)는 다수의 블레이드(40)가 나선형으로 설치되되 각 블레이드(40)들은 서로 지지부재(41)로 연결되어 유체의 흐름 에너지에 의해 블레이드(40)가 변형되는 것을 막아주고, 블레이드(40)의 강성을 높여 터빈날개(4)의 대형화를 가능하게 한다.
도 3을 참조하면, 블레이드(40)의 가로 단면이 제 1 고정판의 회전방향을 따라 곡선을 이루며 유선형으로 형성되어 유체 흐름에 대한 양력이 높아져 빠른 회전력을 갖는다.
또한, 층층이 설치된 다수의 블레이드(40)는 유선형의 단면으로 인해 유체 흐름에 의한 압력이 서로 중복되어 양력이 더욱 증가하여 회전력이 더 빨라진다.
이때, 블레이드(40)가 받는 유체 흐름의 압력은 지지부재(41)에 의해 분산되어 터빈날개(4)의 내구성이 높아진다.
여기서, 지지부재(41)는 유체 흐름과 수평을 이루어 터빈날개(4) 사이로 흐르는 유체 흐름을 방해하지 않도록 한다.
도 4 내지 도 7은 블레이드가 하나일 때의 종래기술과 블레이드가 둘 이상으로 이루어진 터빈날개(4)를 적용한 본 발명에, 유체 흐름에 의한 양력실험을 하여 유효해석값을 도출한 실험도이다.
먼저, 도 4와 도 5를 참조하면, 하나의 블레이드에 부가되는 양력보다 연이어 설치된 두 개의 블레이드에 양력이 더 많이 부가되는 것을 볼 수 있다.
또, 도 6과 도 7을 참조하면, 전체적인 헬리컬 터빈이 회전할 경우 하나의 블레이드로 이루어진 헬리컬 터빈의 경우 부가되는 양력은 좁은 범위에서 측정되는 반면에 두 개의 블레이드로 이루어진 경우 하나일 때보다 두 배 이상 증폭된 범위가 측정되는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 하나의 블레이드가 개별적으로 사용되어 회전할 때보다 본 발명과 같이 둘 이상의 블레이드가 연이어 설치된 터빈날개(4)를 적용할 경우 종래보다 많은 양력을 가지고 헬리컬 터빈을 빠르게 회전시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 다수의 블레이드 설치로 인한 유체 흐름의 양력 증가로 헬리컬 터빈의 회전력을 높이고, 블레이드 사이에 설치된 지지부재로 인해 내구성을 증가하였다.
또한, 지지부재 설치로 인한 내구성 증가로 헬리컬 터빈의 대형화를 꾀할 수 있게 되었다.
이로 인해, 조류 등의 유체발전의 발전량을 증가시켜 전기생산력이 크게 높이는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims (4)

  1. 회전 가능한 구동축;
    상기 구동축에 고정되는 제 1 고정판;
    상기 제 1 고정판과 소정거리 이격되어 상기 구동축에 고정되는 제 2 고정판; 및
    나선형상을 갖고, 상기 제 1 고정판과 제 2 고정판 사이에 장착되는 다수의 블레이드와, 상기 다수의 블레이드 각 측면들을 서로 연결하여 지지하는 적어도 하나의 지지부재가 설치된 적어도 하나의 터빈날개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈날개는, 상기 다수의 블레이드가 상기 구동축의 반경방향으로 소정간격 배열되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 블레이드는, 상기 블레이드의 가로 단면이 상기 제 1 고정판 회전방향을 따라 소정 곡률을 갖고 유선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지부재는, 상기 터빈날개 사이에 유체가 그 흐름에 방해받지 않고 많은 유량이 빠져나가게 하기 위해 유체 흐름과 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈.
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