KR20100110780A - 터빈 장치 - Google Patents

Abstract

유동유체로부터 에너지를 얻기 위한 터빈 장치(1)로, 이 터빈 장치(1)는 서스펜션 수단(10)을 갖춘 나선형 터빈(2, 4)과, 부력 부재 및 하부 장착부(12), 동력 기구(22)로 에너지를 전달하기 위해 필요한 트랜스미션 부재, 및 적어도 2개의 평행한 나선형 터빈들(2, 4)을 구비한다.

Description

터빈 장치{Turbine arrangement}

본 발명은 터빈 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 유동유체로부터 에너지를 얻기 위한 터빈 장치에 관한 것으로, 이 터빈 장치는 서스펜션 수단을 갖춘 나선형 터빈과, 부력 부재 및 하부 장착부, 및 동력 기구로 에너지를 전달하기 위해 필요한 트랜스미션 부재(transmisson element)를 구비한다.

예컨대, 조수 유동은 상당한 양의 에너지를 포함한다는 것이 잘 알려져 있다. 그러나, 조수 유동으로부터 어느정도 의미있는 에너지를 얻는 것은 상당한 도전과 연결된다는 것이 밝혀졌다.

소위 조력 물레방아(tidal mills)가 사용되는 종래 기술에 따르면, 풍차를 닮은 구조가 해저에 배치된다. 조력 물레방아의 블레이드는 상대적으로 큰 영역을 쓸어낸다. 크고 무거운 타워(tower) 구조물에 의해 흡수되어, 상당한 힘이 발생한다. 어떤 종래 기술의 타워 구조물은 또한 해수면 위로 돌출되어, 볼꼴 사나운 광경 및 선적에 대한 장애물이 될 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 개선하거나 감소시키는 것을 목적으로 한다.

이 목적은 아래의 기술과 첨부된 청구범위에 명기되어 있는 특징을 통해 본 발명에 따라 달성된다.

터빈 장치는 유동유체로부터 에너지를 얻기 위해 제공될 수 있고, 이 터빈 장치는 서스펜션 수단을 갖춘 나선형 터빈과, 부력 부재 및 하부 장착부, 및 동력 기구로 에너지를 전달하기 위해 필요한 트랜스미션 부재를 구비하며, 이 터빈 장치는 적어도 두개의 평행한 나선형 터빈을 구비한다.

터빈 장치의 일 실시예는 인접한 나선형 터빈이 서로 반대의 피치(pitch)를 갖고 서로 겹쳐지게 배열되는 것이다. 인접한 나선형 터빈 사이의 트랜스미션 연결은 나선형 터빈이 동일한 속도로 회전하는 것을 보장한다.

인접한 나선형 터빈은, 나선형 터빈의 직경보다 작은 중심거리에 의해 이격되어 있는데, 나선형 터빈 사이의 유동 개구를 감소시키게 된다. 이 조건은 유동유체의 개선된 이용을 제공한다. 2개의 나선형 터빈은 반대 방향으로 회전하고 그에 따라 유동유체에 의해 대칭적으로 영향을 받는다.

동력 기구는 예컨대 나선형 터빈의 중심축과 동축으로 배열되거나, 다른 위치에 배치될 수 있다. 나선형 터빈에 대한 동력 기구의 회전 속도는 나선형 터빈으로부터 동력 기구로 에너지를 전달하는 트랜스미션의 변속비에 의해 결정될 수 있다.

터빈 장치의 다른 실시예는 터빈 장치가 하부 장착부에 회전 가능하게 연결된 것이다. 따라서 터빈 장치는 물의 유동 방향에 정렬된다. 게다가, 터빈 장치는 나선형 터빈의 피치에 관하여 유리한 수평면에 대해 경사각을 갖는다. 이 각도는 터빈 조립체가 받는 유동력에 터빈 장치의 부력을 조절함으로써 제어된다.

터빈 장치의 추가적인 실시예는 부력 부재가 나선형 터빈에 의해 이루어지는 것이다. 예컨대 나선형 터빈은 적어도 부분적으로 물보다 낮은 밀도를 갖는 소재로 제조된다.

터빈 장치의 또다른 실시예는 하부 장착부가 터빈 장치를 위한 퀵 커플링(quick coupling)으로 형성된다. 그래서 하부 장착부를 제외하고, 터빈 장치는 예컨대 하나 이상의 안내 케이블을 따라, 상대적으로 쉽게 분리되고 하부 장착부와 표면 사이로 이동되도록 배치된다.

하부 장착부는 예컨대 석션 앵커(suction anchor)와 같이 알려진 구조를 기초로 하여 구성될 수 있다. 하부 장착부는 동력 기구로부터 에너지를 전달하기 위해 필요한 결합을 구비한다. 바람직하기는, 동력 기구는 전기 발전기로 구성되지만, 예컨대 펌프로 구성될 수도 있다.

동력 기구의 파워 출력을 제어함으로써 나선형 터빈과 수평면 사이에서 원하는 각도를 유지하는 것이 가능하고, 감소된 파워 출력은 터빈 장치를 수직 위치로 회전시키려 하는 부력의 효과를 가져, 터빈 장치를 수평면에 대해 큰 각도로 회전시킨다.

터빈 장치가 부력에 의해 계속 부유되고 유동의 방향에 정렬된다는 사실에 의해, 하부 장착부는 미미한 토크를 받는다. 하부 장착부로 전달된 힘은 서스펜션으로부터 인장력(tensional force)에 의해 본체 내에 형성된다.

유동유체에 직면하는 나선형 터빈의 일부를 향해 유동하는 물은 언제든지 나선형 터빈에 압력을 가한다. 유동유체는 대체로 인접한 나선형 터빈에 대해 나선형 터빈의 중심 축의 외부에 있는 나선형 터빈의 일부에 압력을 형성한다. 이 작용에 의해 2개의 나선형 터빈 사이에 유동의 방향과 유리한 방식으로 터빈 장치가 정렬되도록 하게 하는 파워 분배에 대칭이 생길 것이다.

바람직하기로는, 나선형 터빈의 단면은 날개 프로파일로 주어진다. 그 때문에 나선형 터빈을 따라 흐르는 물은 날개 프로파일에 양력(lifting force)을 가하고, 이 양력의 구성 성분은 나선형 터빈의 터빈 축 둘레로 나선형 터빈을 회전시키려 한다.

종래 기술에 대하여, 본 발명에 따른 터빈 장치는 유동하는 해수로부터 에너지를 얻는 과제를 단순하게 해결할 수 있도록 한다. 하부 장착부가 굽힘 모멘트를 받지 않기 때문에 구조가 상당히 단순해지는 것이다. 본 발명에 다른 터빈 장치는 또한 상대적으로 얕은 지역에 사용하기 적합하고 강 코스에 사용되는 것도 생각해볼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터빈 장치를 대략적으로 도시한다.
도 2는 터빈 장치의 측면도를 대략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 평면 Ⅱ-Ⅱ을 대략적으로 도시한다.
도 4는 나선형 터빈의 단면을 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도면에서, 참조번호 (1)은 제1 나선형 터빈(2)과 제2 나선형 터빈(4)을 구비하는 터빈 장치를 나타낸다. 나선형 터빈들(2, 4)은 회전가능하되, 제1 터빈은 축(6) 그리고 제2 터빈은 축(8) 둘레를 회전가능하다.

나선형 터빈들(2, 4)은 해저(14)에 위치된 하부 장착부(12)에 연결되는 서스펜션 수단(10)에 지지된다. 서스펜션 수단(10)은 하부 장착부(12)에 대해 수직 축(16) 둘레로 회전 가능하고 회전가능한 수평 축(18) 둘레로 회전가능하다.

반대의 피치이고 반대의 회전 방향으로 회전하는 2개의 나선형 터빈들(2, 4)은 트랜스미션(20)에 의해 서로 연결되어 있다.

이 바람직한 실시예에서, 각각의 나선형 터빈(2, 4)은 전기 발전기에 의해 형성된 각각의 동력 기구(22)에 연결되어 있다. 필요한 배선은 도시되어 있지 않다.

회전식 서스펜션 수단(24)은 하부 장착부(12) 내에 배치되어 있다. 회전식 서스펜션 수단(24)은 잘 알려진 비교적 단순한 방법으로 하부 장착부(12)에 고정되도록 배치되고, 도시되지 않은 안내 케이블에 의해 하부 장착부(12)와 표면 사이로 이동되도록 하부 장착부(12)로부터 분리되도록 배치된다.

제1 나선형 터빈(2)의 단면(26)은 도 4에 도시되어 있다. 단면(26)은 물을 끌어들이는 날개 프로파일로 주어지고, 단면(26)에 대략적으로 평행하게 유동되어 제1 나선형 터빈(2)에 양력을 가하고 제1 터빈 축(6) 둘레에 토크를 발생시킨다.

나선형 터빈들(2, 4)은 도 2에 도시된 바와 같이 피치각(a)를 발생시키는 피치(S)로 형성된다.

나선형 터빈들(2, 4)은 상대적으로 가벼운 재료로 형성되서 부력을 받는다.

터빈 장치(1)를 둘러싼 물이 흐르지 않을 때, 나선형 터빈들(2, 4)의 양력은 수평 축(18) 둘레에 터빈 장치(1)를 조절하여, 터빈 축(6, 8)이 수직 방향을 갖게 한다.

유속이 증가함에 따라, 터빈 장치(1)는 수직 축(16) 둘레를 회전함으로써 유동 방향에 대해 조절된다. 동시에, 도 2에 도시된 바와 같이, 유동력은 터빈-터빈 장치(1)를 수평 축(18) 둘레로 회전시켜, 터빈 축(6, 8)이 수평면에 대해 경사각인 각도(b)를 갖는다.

바람직하기로, 각도(b)는 대략적으로 피치각(a)과 동일하다.

나선형 터빈들(2, 4)에 영향을 미치는 유동유체로부터 나오는 유동력은 나선형 터빈들(2, 4)이 각각의 터빈 축(6, 8) 둘레로 회전하게 하고, 에너지가 동력 기구(22)로 전달되게 한다.

Claims (6)

1. 유동유체로부터 에너지를 얻기 위한 터빈 장치(1)로, 서스펜션 수단(10)을 갖춘 나선형 터빈(2, 4)과; 부력 부재 및 하부 장착부(12); 동력 기구(22)로 에너지를 전달하기 위해 필요한 트랜스미션 부재; 및 적어도 2개의 평행한 나선형 터빈들(2, 4)을 구비하는 터빈 장치에 있어서, 상기 2개의 인접한 나선형 터빈들(2, 4)은 반대 피치를 갖고 서로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 부력 부재는 상기 나선형 터빈들(2, 4)에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 터빈 장치(1)는 상기 하부 장착부(12)에 회전 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 하부 장착부(12)는 터빈 장치(1)를 위해 퀵 커플링(quick coupling)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 터빈 장치(1)는 표면과 해저(14) 사이로 이동 가능하게 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 나선형 터빈(2, 4)의 단면은 날개 프로파일로 주어진 것을 특징으로 하는 터빈 장치.
   

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