KR20110068445A

KR20110068445A - 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력발전 시스템

Info

Publication number: KR20110068445A
Application number: KR1020090125405A
Authority: KR
Inventors: 홍기용; 신승호; 박봉일
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-06-22
Also published as: KR101155290B1

Abstract

본 발명은 유체의 왕복 유동 에너지를 회전 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 터빈 발전기에 관한 것으로, 케이싱; 상기 케이싱의 내부 양측에 양단이 고정되는 고정축; 상기 고정축의 양측에 구비된 베어링에 장착되고, 외주면에는 블레이드를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하는 기능을 포함하는 중공의 회전자(rotor)와; 상기 회전자(rotor)의 내부의 고정축에 고정되는 고정자(stator);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기에 관한 것이다.

터빈, 파력, 발전기, 해양, 파랑

Description

터빈 발전기 및 이를 이용한 파력발전 시스템{The wave-force generation system that used Turbine Generator}

본 발명은 발전기의 회전자에 터빈을 결합하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전에너지로 변환하여 전력을 생산하는 터빈 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 터빈은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계 또는 장치를 의미한다.

이와 관계된 터빈은 현재 풍력 발전뿐만 아니라 조수 간만의 차를 이용한 조력 발전, 조류를 이용한 조류 발전, 파랑을 이용한 파력 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.

도 1은 종래의 터빈 발전기의 일예를 개략적으로 나타낸 도면으로, 이와 같은 터빈 발전기의 결합 및 동작관계를 살펴보면, 터빈(202)이 터빈 허브(203)에 결합되고 터빈 허브(203)는 터빈 축(204)에 결합된다.

터빈 축(204)은 터빈 베어링(207,207')에 결합되어 지지되고 커플링(210)을 통해 회전력을 발전기의 축에 전달한다. 커플링(210)에 연결된 발전기 축은 발전기 축에 연결된 회전자(402)를 회전시켜 발전하게 된다.

즉, 종래의 터빈 발전기의 동력 전달 과정은 터빈(202) → 터빈 허브(203) → 터빈 축(204) → 커플링(210) → 발전기 축 → 회전자(402)의 순이다. 따라서, 최초 터빈(202)을 회전시키는 유체의 왕복 유동 에너지가 회전자(402)에 전달되기까지에 있어 구성 요소가 많기 때문에 구성 들 간의 마찰력, 축 진동 등에 의한 동력손실이 상당하였다.

미설명 부호 201은 가이드 베인, 300은 덕트, 400은 발전기, 401은 고정자, 403,403'는 발전기 베어링.

터빈 발전기에 있어서, 구성 들 간의 마찰력, 축 진동 등의 요인들로 인한 동력손실을 최소화한 본 발명에 따른 터빈 발전기를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

또한, 이와 같은 터빈 발전기의 적용 예(파력 발전 시스템에 적용)를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

제1 목적은 유체의 왕복 유동 에너지를 회전 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 터빈 발전기에 있어서,

케이싱; 상기 케이싱의 내부 양측에 양단이 고정되는 고정축;

상기 고정축의 양측에 구비된 베어링에 장착되고, 외주면에는 블레이드를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하는 기능을 포함하는 중공의 회전자(rotor)와;

상기 회전자(rotor)의 내부의 고정축에 고정되는 고정자(stator);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기에 의해 달성된다.

제2 목적은 파랑에 의한 공기의 압축/팽창되는 공간을 마련한 공기실과, 상기 공기실의 압축/팽창된 공기를 유도하는 덕트와, 상기 덕트에 장착되는 터빈 발전기를 포함하며, 상기 덕트를 경유하는 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력 을 생산하는 파력발전 시스템에 있어서,

상기 터빈 발전기는,

상기 회전자(rotor)의 내부의 고정축에 고정되는 고정자(stator);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 종래의 터빈 발전기에 비해 구성이 줄어들어 설비비가 절감된다.

또한, 고장요소가 적어 이에 따른 유지보수비가 절감된다.

또한, 종래의 터빈 → 터빈 허브 → 터빈 축 → 커플링 → 발전기 축 → 회전자 순으로 이루어진 동력 전달과정이 터빈 → 회전자로 줄어들기 때문에 종래에 비해 동력 손실이 감소 된다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들과 관련하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 터빈 발전기가 덕트 내부에 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 A부분 확대도이며, 도 4는 도 3의 B-B 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 살펴보면, 본 발명은 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 내부에 구비된 고정축(40), 회전자(32), 고정자(31)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

케이싱(10)은 양측이 유선형으로 형성되고, 덕트(300)의 내부에 장착된다.

고정축(40)은 상기 케이싱(10)의 내부 양측에 양단이 고정된 구성이고, 회전자(32)는 상기 고정축(40)의 양측에 구비된 베어링(51,52)에 장착되고, 외주면에는 블레이드(21)를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하는 기능을 포함하며, 고정자(31)가 삽입될 공간을 내부에 마련한 구성이다.

고정자(31)는 회전자(32)의 내부의 상기 고정축(40)에 고정된다.

또한, 상기 블레이드(21)의 전,후방에는 공기의 흐름을 정류하는 가이드 베인(11,12)이 설치된다.

이와 같이 구성된 터빈 발전기는 덕트(300)의 내부에 장착되어 덕트(300)의 어느 방향에서 유체가 이동하더라도 블레이드(21)가 장착된 회전자(32)가 회전됨으로 유체의 이동 방향에 구애를 받지 않고 전력을 생산할 수 있다.

즉, 만곡된 플레이트가 케이싱(10)의 외주면에 등간격으로 다수개 장착된 일측의 가이드 베인(11)과, 타측의 가이드 베인(12)이 서로 대칭인데다가, 블레이드(21)의 일단면은 초승달 형태로 이루어진 것이어서, 도 3과 같이 유체가 어느 가이드 베인(11,12)측으로 정류되어 블레이드(21)에 이동하더라도 블레이드(21)의 오목한 내측을 밀어올리는 구조여서 유체의 이동 방향에 구애를 받지 않는다.

한편, 본 발명은 파랑(700)에 의한 공기의 압축/팽창되는 공간을 마련한 공기실(500)과, 상기 공기실(500)의 압축/팽창된 공기를 유도하는 덕트(300)와, 상기 덕트(300)에 장착되는 터빈 발전기(100)를 포함하며, 상기 덕트(300)를 경유하는 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 파력 발전 시스템에 적용될 수 있는데, 이는 도 5 및 도 6에 도시하였고, 본 발명에 따른 파력 발전 시스템에서의 터빈 발전기(100)는 상기 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 터빈 발전기(100)를 지칭하는 것이다.

도 5는 파랑(700)에 의해 공기실(500)의 공기가 팽창된 상태여서 외부의 공기가 터빈 발전기(100)를 경유하여 공기실(500) 내부로 유입되는 과정을 나타낸 도면으로써, 외부의 공기가 터빈 발전기(100)의 블레이드(21)를 회전시켜 결국 블레이드(21)와 연결된 회전자(32)가 회전되어 전력 생산을 이룰 수 있고,

반대로 도 6과 같이 파랑(700)에 의해 공기실(500)의 공기가 압축되면 공기실(500) 내부의 공기가 터빈 발전기(100)를 경유하여 외부로 배출되는 힘으로 블레이드(21)와 연결된 회전자(32)가 회전되어 전력 생산을 이룰 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 터빈 발전기의 일예를 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 터빈 발전기가 덕트 내부에 설치된 모습을 나타낸 도면,

도 3은 도 2의 A부분 확대도,

도 4는 도 3의 B-B 단면도,

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 터빈 발전기를 파력 발전 시스템에 적용한 예를 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 케이싱 11,12: 가이드 베인

21: 블레이드 31: 고정자

32: 회전자 40: 고정축

51,52: 베어링 100: 터빈 발전기

300: 덕트 500: 공기실

700: 파랑

Claims

유체의 왕복 유동 에너지를 회전 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 터빈 발전기(100)에 있어서,

케이싱(10); 상기 케이싱(10)의 내부 양측에 양단이 고정되는 고정축(40);

상기 고정축(40)의 양측에 구비된 베어링(51,52)에 장착되고, 외주면에는 블레이드(21)를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하는 기능을 포함하는 중공의 회전자(rotor)(32)와;

상기 회전자(32)의 내부의 상기 고정축(40)에 고정되는 고정자(stator)(31);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기.
제 1항에 있어서,

상기 케이싱(10)의 양측은 유선형인 것을 특징으로 하는 터빈 발전기.
제 1항에 있어서,

상기 블레이드(21)의 전,후방에는 공기의 흐름을 정류하는 가이드 베인(11,12)이 설치되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기.
파랑(700)에 의한 공기의 압축/팽창되는 공간을 마련한 공기실(500)과, 상기 공기실(500)의 압축/팽창된 공기를 유도하는 덕트(300)와, 상기 덕트(300)에 장착 되는 터빈 발전기(100)를 포함하며, 상기 덕트(300)를 경유하는 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 파력 발전 시스템에 있어서,

상기 터빈 발전기(100)는,

케이싱(10); 상기 케이싱(10)의 내부 양측에 양단이 고정되는 고정축(40);

상기 고정축(40)의 양측에 구비된 베어링(51,52)에 장착되고, 외주면에는 블레이드(21)를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하는 기능을 포함하는 중공의 회전자(rotor)(32)와;

상기 회전자(32)의 내부의 상기 고정축(40)에 고정되는 고정자(stator)(31);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 케이싱(10)의 양측은 유선형인 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 블레이드(21)의 전,후방에는 공기의 흐름을 정류하는 가이드 베인(11,12)이 설치되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 가이드 베인(11,12)은 만곡된 플레이트가 케이싱의 외주면에 등간격으로 다수개 장착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.