KR20090035528A - 수중 터빈용 스위칭 장치 - Google Patents

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KR20090035528A
KR20090035528A KR1020097001064A KR20097001064A KR20090035528A KR 20090035528 A KR20090035528 A KR 20090035528A KR 1020097001064 A KR1020097001064 A KR 1020097001064A KR 20097001064 A KR20097001064 A KR 20097001064A KR 20090035528 A KR20090035528 A KR 20090035528A
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hydrodynamic
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이스모 펜티케이넨
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이브라노바 리미티드
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Abstract

본 발명은, 전력을 발생시키기 위해 흐르는 물(w)에 제공되도록 배열된 유체 역학 장치에 관한 것이다. 제 1 입구 도관(1)은 제 1 유동의 물을 운반하도록 배열된다. 제 2 입구 도관(2)은 제 2 유동의 물을 운반하도록 배열된다. 스위칭 장치(3)는 입구 도관의 바로 하류에 제공된다. 터빈(4)은 스위칭 장치의 하류에 제공된다. 스위칭 장치는, 제 1 유동과 제 2 유동이 번갈아서 터빈을 구동하도록 터빈에 제 1 유동과 제 2 유동을 교대로 운반하도록 배열된다.
유체 역학 장치, 입구 도관, 스위칭 장치, 터빈

Description

수중 터빈용 스위칭 장치{SWITCHING DEVICE FOR UNDERWATER TURBINE}
본 발명은, 청구항 제 1항의 전제부에 따라 전력을 발생시키기 위해 흐르는 물에 제공되도록 배열된 유체 역학 장치에 관한 것이다.
JP-56060866호는 파이프와 파이프의 하류 단부에 제공된 터빈을 포함하는 수력 발전 설비를 개시한다. 그 상류 단부에는 유동 속도를 증가시키기 위한 깔때기형 부재가 있다.
JP-2004068641호는 여러 개의 연속 터빈을 포함하는 수력 터빈 설비를 개시한다.
EP-38321호는 두 부분 이상의 파이프로 분할되는 입구 파이프를 갖는 수력 발전 설비를 개시한다. 부분 파이프는 공통 터빈쪽으로 모인다.
WO 94/20751호는 두 개의 평행 파이프를 갖는 수력 발전 설비를 개시한다. 파이프들은 각각의 파이프에서 물에 수압 충격을 일으키기 위해 번갈아서 차단되도록 배열된다.
본 발명의 목적은, 전력을 발생시키는데 적합한 개선된 유체 역학 장치를 제공하는 것이다. 특히, 흐르는 물이 비교적 낮은 유동 속도를 가질 때, 전력을 발생시키는데 사용할 수 있는 유체 역학 장치를 목적으로 한다.
이러한 목적은, 제 1 유동과 제 2 유동이 번갈아서 터빈을 구동시키도록, 제 1 유동과 제 2 유동을 교호 순서로 터빈으로 운반하기 위해 스위칭 장치가 배열되는 것을 특징으로 하는 서두에 한정된 유체 역학 장치에 의해 달성된다. 이러한 스위칭 장치에 의해, 가장 높은 운동 에너지를 갖는 유동이 터빈을 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 터빈은 항상 물이 가장 높은 운동 에너지를 갖는 입구 도관의 유동에 의해 작동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 스위칭 장치는 제 1 유동이 터빈으로 운반될 때 유체 역학 장치의 외부로 제 2 유동을 운반하고, 제 2 유동이 터빈으로 운반될 때 유체 역학 장치의 외부로 제 1 유동을 운반하도록 배열된다. 이러한 방식으로, 유체 역학 장치의 외부로 운반된 유동은 이러한 기간 동안 가속되어 가장 높은 운동 에너지를 얻을 수 있는 반면, 터빈으로 운반된 유동은 그 속도가 감소될 것이다. 이러한 스위칭 장치에 의해, 비교적 낮은 속도를 갖는 유동으로부터 비교적 높은 속도를 갖는 유동을 스위칭하는 것이 가능하고, 이러한 방식으로, 물의 단일 유동만으로 구동되는 터빈에 비해 터빈의 효율을 증가시킬 수 있다. 스위칭 장치는 유체 역학 장치 외부로 운반된 유동을 다시 직접적으로 흐르는 물로 운반하도록 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 스위칭 장치는 제 1 입구 도관으로부터 터빈으로의 적어도 제 1 터빈 통로와, 제 2 입구 도관으로부터 터빈으로의 적어도 제 2 터빈 통로와, 제 1 위치와 제 2 위치를 번갈아서 취하도록 배열된 밸브 장치를 포함하고, 제 1 위치의 밸브 장치는 제 1 터빈 통로가 개방되고 제 2 터빈 통로가 폐쇄되어 유지되고, 제 2 위치에서는 제 1 터빈 통로가 폐쇄되고 제 2 터빈 통로가 개방되어 유지된다. 각각의 통로는 공통 평면상에 배열된 상류 오리피스를 가질 수 있고, 밸브 장치는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 평행하게 이동 가능한 밸브 부재를 포함한다. 이러한 방식으로 두 개의 위치 사이에서 왕복하는 밸브 부재를 갖는 밸브 장치가 비교적 간단한 방식으로 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 스위칭 장치는 또한 제 1 입구 도관으로부터 유체 역학 장치 외부로의 적어도 제 1 출구 도관과, 제 2 입구 도관으로부터 유체 역학 장치 외부로의 적어도 제 2 출구 도관을 포함하고, 제 1 위치의 밸브 장치는 제 1 터빈 통로와 제 2 출구 통로를 개방하고 제 1 출구 통로와 제 2 터빈 통로를 폐쇄하여 유지하고, 제 2 위치에서 제 1 터빈 통로와 제 2 출구 통로를 폐쇄하고 제 1 출구 통로와 제 2 터빈 통로를 개방하여 유지한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 각각의 통로는 공통 평면에 배열된 상류 오리피스를 갖고, 밸브 장치는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 공통 평면에 평행하게 이동 가능한 밸브 부재를 포함한다. 오리피스는 원형 경로를 따라 배열될 수 있고, 밸브 부재는 원형 경로를 따라 이동 가능하다. 또한, 밸브 장치는 밸브 부재를 작동시키기 위한 모터 부재를 포함할 수 있다. 특히, 모터 부재는 밸브 부재를 회전시키도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 스위칭 장치는 터빈 입구 도관에 연결된 회전 부분을 포함하고, 터빈 입구 도관은 입구 도관 중 하나에 정렬되도록 회전 부분과 함께 축 주위로 회전 가능하고 터빈에 연결된 하류 단부를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 제 1 입구 도관과 제 2 입구 도관은 각각 스위칭 장치의 직상류에 제공된 제 1 전이 도관 및 제 2 전이 도관을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 입구 도관은 실질적으로 서로 평행하게 연장된다. 바람직하게는, 도관은 서로 비교적 근접하게 배열된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 유체 역학 장치는 입구 도관 내로 물을 도입하기 위한 입구 부재를 포함한다. 입구 부재는 유동의 방향으로 감소된 유동 영역을 가질 수 있고, 이에 따라 입구 도관 내로 운반된 다량의 물을 수집할 수 있다. 바람직하게, 입구 도관은 스위칭 장치에서 각각의 상류 단부와 각각의 하류 단부를 갖고, 입구 부재는 입구 도관의 상류 단부에 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 유체 역학 장치는 입구 도관 내로 추가적인 물을 도입하기 위해 상류 단부 하류에 배열된 적어도 하나의 중간 부재를 포함한다. 따라서, 장치는 중간 부재로부터 제 1 입구 도관 내로의 통로를 개폐하기 위한 제 1 입구 밸브와, 중간 부재로부터 제 2 입구 도관 내로의 통로를 개폐하기 위한 제 2 입구 밸브를 포함할 수 있다. 바람직하게, 제 1 입구 밸브 부재는 제 1 터빈 통로가 폐쇄되고 제 1 출구 통로가 개방될 때 통로를 개방하도록 배열된다. 제 2 입구 밸브 부재는 바람직하게는 제 2 터빈 통로가 폐쇄되고 제 2 출구 통로가 개방될 때 개방된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 밸브 부재의 개방은 각각 제 1 및 제 2 스프링 부재에 의해 용이하다. 또한, 밸브 부재들의 폐쇄는 중간 부재 상류의 위치와 중간 부재 하류 위치의 각각의 입구 도관을 통해 유동하는 물의 압력차에 의해 용이하게 될 것이다.
본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예의 설명에 의해 보다 면밀하게 설명된다.
도 1은, 제 1 위치의 밸브 장치를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유체 역학 장치의 개략도.
도 2는, 제 2 위치의 밸브 장치를 갖는 도 1의 유체 역학 장치의 개략도.
도 3은, 도 1의 장치의 스위칭 장치의 개략 측면도.
도 4는, 도 3의 선 A-A를 따른 단면도.
도 5는, 도 3의 선 B-B를 따른 단면도.
도 6은, 도 3의 선 C-C를 따라 밸브 부재를 통해 본 단면도.
도 7은, 도 6의 선 D-D를 따른 측면도.
도 8은, 도 1의 유체 역학 장치의 제 1 입구 도관 및 제 2 입구 도관의 일부를 위에서부터 본 개략도.
도 9는, 추가 실시예에 따른 중간 밸브 스테이션의 개략 측면도.
도 10은, 추가 실시예에 따른 스위칭 장치의 하류에서 본 개략도.
도 11은, 도 10의 선 XI-XI를 따른 스위칭 장치의 개략 단면도.
도 1과 도 2는, 본 발명에 따른 유체 역학 장치를 개략적으로 개시한다. 유 체 역학 장치는 전력을 발생시키기 위해 흐르는 물에 제공되도록 배열된다. 흐르는 물(w)은 임의의 종류의 흐르는 물, 예를 들어, 강, 수로, 호수 등일 수 있다. 유체 역학 장치는 흐르는 물(w)에 배열되고 다양한 유속을 갖는 흐르는 물의 에너지를 흡수하는데 적합하다.
유체 역학 장치는 제 1 유동의 물을 운반하도록 배열된 제 1 입구 도관(1)과, 제 2 유동의 물을 운반하도록 배열된 제 2 입구 도관(2)을 포함한다. 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)은 유동 방향(f)에 대해 하류 단부와 상류 단부를 갖고, 서로 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 연장된다. 또한, 제 1 입구 도관과 제 2 입구 도관(2)은 흐르는 물(w)의 유동 방향(f)과 대략 평행하게 연장하고, 즉 제 1 유동, 제 2 유동 및 흐르는 물(w)은 실질적으로 동일한 유동 방향(f)으로 유동한다. 바람직하게, 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)은 서로 비교적 근접하게, 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 입구 도관(1, 2)의 직경보다 작은 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관 사이에서 거리를 갖고 배열된다. 직경(d)은, 예를 들어 약 0.2, 0.4, 0.6, 1m 또는 그 이상일 수 있다. 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)은 서로 동일하거나 실질적으로 서로 동일한 직경과 길이를 갖는다. 도관(1, 2)의 길이는 변경 가능하지만, 예를 들어, 10, 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000m 또는 그 이상으로 긴 것이 바람직하다. 게다가, 도관(1, 2)의 길이는, 예를 들어 도관(1, 2)의 직경의 약 5배일 수 있다.
또한, 유체 역학 장치는 입구 도관(1, 2)의 하류 단부 근방에 제공된 스위칭 장치(3)와, 스위칭 장치(3)의 하류에 제공된 터빈(4)을 포함한다. 터빈(4)은 물의 운동 에너지를 회전 기계적 에너지로 변환하기 위한 임의의 적절한 종류의 회전 장치일 수 있다. 터빈(4)은 터빈(4)의 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 발전기(6)의 입력축에 연결되거나 입력축을 형성한다. 터빈(4)은 터빈(4)의 안정적 회전을 달성하기 위해 플라이 휠(flywheel)(4')에 연결되거나 이를 포함할 수 있다.
스위칭 장치(3)는, 제 1 유동과 제 2 유동이 번갈아서 터빈(4)을 구동하도록 제 1 입구 도관(1)으로부터의 제 1 유동과 제 2 입구 도관(2)으로부터의 제 2 유동을 터빈(4)으로 교호 순서로 운반하도록 배열된다. 또한, 스위칭 장치(3)는 제 1 유동이 터빈(4)으로 운반될 때, 유체 역학 장치 외부로 제 2 입구 도관의 제 2 유동을 운반하고, 제 2 유동이 터빈(4)으로 운반될 때 유체 역학 장치의 외부로 제 1 입구 도관의 제 1 유동을 운반하도록 배열된다. 보다 구체적으로, 스위칭 장치(3)는 유체 역학 장치 외부로 운반된 유동을 다시 흐르는 물(w)로 직접적으로 운반하도록 배열될 수 있다. 따라서, 항상 제 1 및 제 2 유동 중 하나는 터빈(4)을 통해 운반될 수 있고, 제 1 및 제 2 유동 중 다른 것은 흐르는 물(w)로 다시 운반될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 유동 중 다른 것이 흐르는 물(w)로 다시 운반되는 동안 제 1 및 제 2 유동 중 하나는 터빈(4)을 통해 운반될 수 있다. 스위칭 장치(3)는, 바람직하게는 이러한 시간 동안 조절을 허용하거나 이를 수행하는데 적합하다. 예를 들어, 이러한 시간은 대략 수 초일 것이다. 각각의 시간 동안, 흐르는 물(w)로 다시 운반되는 유동은 가속되는 반면, 터빈(4)으로 운반되는 물은 느려질 것이다.
도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 스위칭 장치(3)는, 제 1 입구 도관(1)으로부터 터빈(4)으로 연장하는 제 1 터빈 통로(11)와, 제 2 입구 도관(2)으로부터 터빈(4)으로 연장하는 제 2 터빈 통로(12)와, 제 1 입구 도관(1)으로부터 유체 역학 장치 외부로 연장하는 제 1 출구 통로(21)와, 제 2 입구 도관(2)으로부터 유체 역학 장치 외부로 연장하는 제 2 출구 통로(22)를 포함한다.
또한, 스위칭 장치(3)는 밸브 장치(15)를 포함한다. 도 1 및 도 2에서, 밸브 장치(15)는 4개의 밸브 부재(11'. 12', 21', 22')로 도시된다. 밸브 장치(15)는 제 1 위치 및 제 2 위치를 번갈아서 취하도록 배열된다. 제 1 위치는 도 1에 도시되고, 제 2 위치는 도 2에 도시된다. 제 1 위치에서, 밸브 장치(15)는 제 1 터빈 통로(11)를 개방하고 제 2 터빈 통로(12)를 폐쇄하고, 제 1 출구 통로(21)를 폐쇄하고 제 2 출구 통로(22)를 개방하여 유지한다. 따라서, 제 1 위치에서, 제 1 입구 도관(1)으로부터의 제 1 유동은 제 1 터빈 통로(11)를 통해 터빈(4)으로 운반되는 반면, 제 2 입구 도관(2)의 제 2 유동은 유체 역학 장치의 외부에서 다시 흐르는 물(w)로 운반된다. 제 2 위치에서, 밸브 장치(15)는 제 1 터빈 통로(11)를 폐쇄하고 제 2 터빈 통로(12)를 개방하고, 제 1 출구 통로(21)를 개방하고 제 2 출구 통로(22)를 폐쇄하여 유지한다. 따라서, 제 2 위치에서, 제 2 입구 도관(2)으로부터의 제 2 유동은 제 2 터빈 통로(12)를 통해 터빈(4)으로 운반되는 반면, 제 1 입구 도관(1)의 제 1 유동은 유체 역학 장치의 외부에서 다시 흐르는 물(w)로 운반될 것이다.
도 1 및 도 2에 개시된 밸브 장치(15)와 밸브 부재(11'. 12', 21', 22')는 임의의 적절한 종류, 예를 들어 디스크 밸브일 수 있다. 도 3 내지 도 7은 바람직한 실시예의 예로서 도시된 다른 설계의 밸브 장치(15)를 갖는 스위칭 장치(3)를 개시한다. 스위칭 장치(3)는 유동 방향(f)과 실질적으로 평행한 종방향 중심축(x)을 갖고, 스위칭 장치(3)와 밸브 장치(15)를 적절하게 둘러싸는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)은 또한 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)의 하류 단부를 둘러싼다. 하우징(30)은 구획벽(33)에 의해 제 1 부분(31)과 제 2 부분(32)으로 분할된다.
각각의 터빈 통로(11, 12)와 출구 통로(21, 22)는 도 4에 도시된 상류 오리피스를 갖는다. 상류 오리피스는 유동 방향에 실질적으로 직각인 공통 평면에 배열된다. 도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 스위칭 장치(3)는 복수의 제 1 터빈 통로(11), 제 1 출구 통로(21), 제 2 터빈 통로(12), 제 2 출구 통로(22)를 포함한다. 밸브 장치(15)는 오리피스의 공통 평면에 평행하게 이동 가능한 밸브 부재(35)를 포함한다. 밸브 장치(15)는 또한 밸브 부재(35)를 작동시키기 위한 모터 부재(36)를 포함한다. 모터 부재(36)는 왕복 운동으로 종방향축(x) 주위로 밸브 부재(35)를 회전시킨다. 밸브 부재(35)는 번갈아서 위치된 통로(37)와 벽 요소(38)를 포함하는 디스크로서 설계된다.
상술한 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)의 하류 단부는 제 1 입구 도관(1)의 제 1 전이 도관(41)과 제 2 입구 도관(2)의 제 2 전이 도관(42)을 형성한다. 따라서, 제 1 전이 도관(41)과 제 2 전이 도관(42)은 스위칭 장치(3)의 바로 상류에. 보다 구체적으로, 밸브 부재(35)의 바로 상류에 제공된다. 전이 도관(41, 42)은 종방향 중심축(x)에 동심인 제 1 원추형 부재(33)와, 밸브 부재(35)에 배열된 웨지형 부재(44)에 의해 형성되고, 밸브 부재(35)의 상류 측벽으로부터 유동 방향(f)에 대향된 방향으로 테이퍼 가공된다.
밸브 부재(35)와 전술한 오리피스의 하류에는, 하우징(30)이 유동 방향(f)으로 테이퍼 가공된 직경부를 갖는다. 출구 통로(21, 22)는 중심축(x)에 실질적으로 평행한 저부벽(47)에 의해 형성된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 입구 도관(1)과 제 2 입구 도관(2)은 입구 도관(1, 2)의 상류 단부에 제공된 입구 부재(50)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 입구 부재(50)는 유동 방향(f)으로 테이퍼 가공된 유동 영역을 갖는 깔때기(50) 형상을 갖고, 이에 따라, 입구 도관(1, 2) 내로 다량의 물을 도입하도록 운반된다. 또한, 유체 역학 장치는 제 1 입구 도관(1) 및 제 2 입구 도관(2) 내로 물을 도입하기 위해 입구 도관(1, 2)의 상류 단부의 하류에 배열된 깔때기 형상의 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 중간 부재(51)를 포함할 수 있다. 부재(50) 및/또는 중간 부재(51)는 조절 가능하고, 예를 들어 테이퍼 가공된 유동 영역을 조절할 수 있다. 개시된 실시예에서, 부재(50, 51)는 유동 방향(f)에 대해 각도(α)로 테이퍼 가공된 깔때기를 포함하고, 각도(α)는 임의의 적절한 조절 부재(미개시)에 의해 조절될 수 있다.
또한, 유체 역학 장치는 도 8에서 알 수 있는 바와 같이 중간 부재(51)로부터 제 1 입구 도관(1)으로의 통로를 개폐하기 위한 제 1 입구 밸브 부재(61)와, 중간 부재(51)로부터 제 2 입구 도관(2)으로의 통로를 개폐하기 위한 제 2 입구 밸브 부재(62)를 포함한다. 이러한 밸브 부재(61, 62)는 각각의 중간 부재(51)에 제공될 수 있다. 밸브 부재(61, 62)의 개방은 각각의 제 1 및 제 2 스프링 부재(71, 72)에 의해 용이하게 된다. 밸브 부재(61, 62)의 폐쇄는 중간 부재(51)의 상류의 위치와 중간 부재(51)의 하류의 위치에서 각각의 도관(1, 2)을 통해 유동하는 물의 압력차에 의해 용이하게 된다. 각각의 도관(1, 2)을 통해 유동하는 물의 압력은 피스톤(83, 84)이 압력차에 반응하여 밸브 부재(61, 62)를 작동시키는 실린더 부재(81, 82)로 전달된다. 스프링 부재(71, 72)는 피스톤(83, 84)을 작동시키기 위해 실린더 내에 제공된다. 바람직하게는, 제 1 터빈 통로(11)가 개방될 때 제 1 입구 도관(1)의 밸브 부재(61)는 폐쇄되고, 터빈 통로(12)가 개방될 때 제 2 입구 도관(2)의 밸브 부재(62)는 개방되도록 밸브 부재(61, 62)의 작동은 밸브 장치(15)의 작동과 관련된다. 또한, 출구 통로(21)가 개방될 때 밸브 부재(61)가 개방되고, 출구 통로(22)가 개방될 때 밸브 부재(62)는 개방된다.
도 9는 다른 실시예에 따른 중간 부재(90)를 개시한다. 중간 부재(90)는 제 1 입구 도관(1)에 대해 개시된 본 실시예에서 입구 도관 중 하나 또는 이들 전체에 장착된다. 중간 부재(90)는 제 1 입구 도관(1)의 상류 단부에 제공된다. 중간 부재(90)는 중간 부재(90)를 통해 연장하는 상류 도관(1')에 연결된다. 중간 부재(90)는 스위칭 장치(3)의 작동과 동기하는 제 1 밸브 요소(91)와 제 2 밸브 요소(92)를 포함한다. 도 9에서, 제 1 밸브 요소(91)는 개방되고 제 2 밸브 요소(92)는 폐쇄된다. 상류 도관(1')을 통해 유동하는 물은 흐르는 물로 다시 중간 부재(90)를 통해 통과할 것이다. 밸브 부재(21')가 개방될 때, 즉 제 1 입구 도관(1) 의 물이 터빈(4)으로 운반되지 않을 때, 밸브 요소(91, 92)는 개시된 위치에 있다. 밸브 부재(21')가 폐쇄되고 밸브 부재(11')가 개방될 때, 즉 흐르는 물이 터빈(4)으로 운반될 때, 제 1 밸브 요소(91)는 폐쇄되고 제 2 밸브 요소(92)는 개방된다. 상류 도관(1')을 통해 유동하는 물은 터빈(4)으로 물의 속도를 회복시키는데 기여할 수 있는 제 1 입구 도관(1)으로 운반될 것이다.
도 10 및 도 11은 4개의 입구 도관(101, 102, 103, 104)을 포함하는 다른 실시예를 개시한다. 스위칭 장치(3)는 도 3 내지 도 7의 스위칭 장치(3)의 구성과 상이한 구성을 갖는다. 스위칭 장치(3)는 고정부(105)와, 모터 부재(개시하지 않음)에 의해 회전 가능한 회전부(106)를 포함한다. 각각의 입구 도관(101 내지 104)은 고정부(105)에 연결되어 고정부(105)를 통해 연장한다. 회전부(106)는 입구 도관(101 내지 104) 중 하나와 정렬되도록, 즉 터빈 입구 도관(115)의 상류 단부가 입구 도관(101 내지 104) 중 하나와 정렬될 수 있도록, 회전부(106)와 함께 종방향축(x) 주위로 회전 가능한 터빈 입구 도관(115)을 포함하거나 이에 연결된다. 터빈 입구 도관(115)은 터빈(4)에 연결되는 하류 단부를 갖는다. 회전부(106)는 입구 도관(101 내지 104) 중 하나와 정렬된 터빈 입구 도관(115)을 지지하고 동시에 남아있는 입구 도관(101 내지 104)이 개방되어 유지되도록 하여 이를 통해 유동하는 물이 다시 흐르는 물로 유동할 수 있는 구성을 갖는다. 따라서, 도 10 및 도 11에 개시된 위치에서, 제 1 입구 도관(101)은 터빈 입구 도관(115)을 통해 터빈(4)에 연결되는 반면, 입구 도관(102 내지 103)은 흐르는 물로 다시 안내된다. 제 1 도관(101)을 통해 유동하는 물의 속도가 소정값까지 감소되면, 회전부(106)는 제 2 입구 도관(102)이 터빈 입구 도관(115)과 정렬되어 터빈(4)으로 운반될 수 있는 각거리로 회전한다. 회전부는 입구 도관(101 내지 104)을 제 1 통로(111)와 전이 도관(115)에 번갈아서 연속적으로 연결하도록 회전될 수 있다. 도 10 및 도 11에 개시된 스위칭 장치(3)는 예를 들어 2개, 3개, 5개, 6개 또는 그 이상의 다른 개수의 입구 도관과 함께 사용될 수 있다는 점에 주의한다. 입구 도관(101 내지 105)은 이러한 응용예에서 전술한 입구 도관으로서 구성될 수 있다.
본 발명은, 개시된 실시예에 제한되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 내에서 변경되고 수정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 전력을 발생시키는데 적합한 개선된 유체 역학 장치를 제공하는데 사용된다.

Claims (19)

  1. 전력을 발생시키기 위해 흐르는 물(w)에 제공되도록 배열된 유체 역학 장치(hydromechanical device)로서,
    제 1 유동의 물(first flow of water)을 운반하도록 배열된 적어도 제 1 입구 도관(inlet conduit)(1; 101 내지 104) 및 제 2 유동의 물을 운반하도록 배열된 제 2 입구 도관(2; 101 내지 104)과,
    상기 입구 도관(1, 2; 101 내지 104) 바로 하류에 제공된 스위칭 장치(switching device)(3)와,
    상기 스위칭 장치(3)의 하류에 제공된 터빈(turbine)(4)을
    포함하는, 유체 역학 장치에 있어서,
    상기 스위칭 장치(3)는, 상기 제 1 유동과 제 2 유동이 상기 터빈(4)을 교대로 구동시키도록, 상기 제 1 유동과 상기 제 2 유동을 상기 터빈(4)에 교호 순서로 운반하도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 유체 역학 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 장치(3)는, 상기 제 1 유동이 상기 터빈(4)으로 운반될 때 상기 장치 밖으로 상기 제 2 유동을 운반하고, 상기 제 2 유동이 상기 터빈(4)으로 운반될 때 상기 유체 역학 장치 밖으로 상기 제 1 유동을 운반하도록 배열되는, 유체 역학 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스위칭 장치(3)는 상기 유체 역학 장치 밖으로 운반된 상기 유동을 상기 흐르는 물(w)로 직접 다시 운반하도록 배열되는, 유체 역학 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 장치(3)는,
    상기 제 1 입구 도관(1)으로부터 상기 터빈(4)까지의 적어도 제 1 터빈 통로(turbine passage)(11)와,
    상기 제 2 입구 도관(2)으로부터 상기 터빈(4)까지의 적어도 제 2 터빈 통로(12)와,
    제 1 위치와 제 2 위치를 번갈아 취하도록 배열된 밸브 장치(15)를
    포함하고,
    상기 제 1 위치의 상기 밸브 장치(15)는, 상기 제 1 터빈 통로(11)를 개방하고 상기 제 2 터빈 통로(12)를 폐쇄하여 유지하고, 상기 제 2 위치에서는 상기 제 1 터빈 통로(11)를 폐쇄하고 상기 제 2 터빈 통로(12)를 개방하여 유지하는, 유체 역학 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 통로(11, 12) 각각은, 공통 평면에 배열된 상류 오리피스(upstream orifice)를 갖고, 상기 밸브 장치(15)는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 공통면에 평행하게 이동 가능한 밸브 부재(35)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 스위칭 장치(3)는,
    상기 제 1 입구 도관(1)으로부터 상기 유체 역학 장치 밖으로의 적어도 제 1 출구 통로(outlet passage)(21)와,
    상기 제 2 입구 도관(2)으로부터 상기 유체 역학 장치 밖으로의 적어도 제 2 출구 통로(22)를
    더 포함하고,
    상기 제 1 위치의 상기 밸브 장치(15)는, 상기 제 1 터빈 통로(11)와 상기 제 2 출구 통로(22)를 개방하고, 상기 제 1 출구 통로(21)와 상기 제 2 터빈 통로(12)를 폐쇄하여 유지하고, 상기 제 2 위치에서는 상기 제 1 터빈 통로(11)와 상기 제 2 출구 통로(22)를 폐쇄하고, 상기 제 1 출구 통로(21)와 상기 제 2 터빈 통로(12)를 개방하여 유지하는, 유체 역학 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 각각의 통로(11, 12, 21, 22)는, 공통 평면에 배열된 상류 오리피스를 갖고, 상기 밸브 장치(15)는 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이에서 상기 공통 평면에 평행하게 이동 가능한 밸브 부재(35)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 오리피스는 원형 경로를 따라 배열되어 있고, 상기 밸브 부재(35)는 상기 원형 경로를 따라 이동 가능한, 유체 역학 장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 밸브 장치(15)는, 상기 밸브 부재(35)를 작동시키기 위한 모터 부재(36)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 모터 부재(36)는 밸브 부재(35)를 회전시키는데 적합한, 유체 역학 장치.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 장치(3)는 터빈 입구 도관(115)에 연결된 회전부(106)를 포함하고, 상기 터빈 입구 도관(115)은 입구 도관(101 내지 104) 중 하나와 정렬되도록 회전부(106)와 함께 축(x) 둘레에서 회전 가능하고, 터빈(4)에 연결된 하류 단부(downstream end)를 갖는, 유체 역학 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 입구 도관과 상기 제 2 입구 도관은 상기 스위칭 장치 바로 상류에 각각 제공된 제 1 전이 도관(41)과 제 2 전이 도관(42)을 갖는, 유체 역학 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 도관(1, 2; 101 내지 104)은 실질적으로 서로 평행하게 연장되는, 유체 역학 장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 역학 장치는 물을 입구 도관(1, 2; 101 내지 104)으로 도입하기 위한 입구 부재(50)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 입구 도관(1, 2; 101 내지 104)은 각각의 상류 단부와, 상기 스위칭 장치(3) 부근에 각각의 하류 단부를 갖고, 상기 입구 부재(50)는 상기 입구 도관(1, 2; 101 내지 104)의 상류 단부에 제공되는, 유체 역학 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 유체 역학 장치는, 흐르는 물로부터의 물을 상기 입구 도관(1, 2; 101 내지 104) 중 적어도 하나에 도입하기 위해 상기 상류 단부 하류에 배열된 적어도 하나의 중간 부재(51, 90)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 유체 역학 장치는, 상기 중간 부재(51)로부터 상기 제 1 입구 도관(1)으로의 통로를 개폐하기 위한 제 1 입구 밸브 부재(61)와, 상기 중간 부재(51)로부터 상기 제 2 입구 도관(2)으로의 통로를 개폐하기 위한 제 2 입구 밸브 부재(62)를 포함하는, 유체 역학 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 밸브 부재(61, 62)의 개방은, 각각의 제 1 및 제 2 스프링 부재(71, 72)에 의해 용이하게 되는, 유체 역학 장치.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 밸브 부재(61, 62)의 폐쇄는, 상기 중간 부재(51) 상류 위치와 상기 중간 부재(51) 하류 위치에서 각 도관을 통해 흐르는 물의 압력차에 의해 용이하게 되는, 유체 역학 장치.
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