KR20110107139A

KR20110107139A - 구심력 동작형 수차

Info

Publication number: KR20110107139A
Application number: KR1020100026335A
Authority: KR
Inventors: 송길봉
Original assignee: 송길봉
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-09-30

Abstract

본 발명은 저속도의 물 흐름에서 높은 효율로 동작하는 수차에 관한 것으로,
효율 좋은 수차를 완성하는 것은 물이 가지고 있는 중량과 운동량을 그 에너지가 소멸할 때까지 수차에 머무르도록 하여 물이 가지고 있는 운동 에너지를 전부 회전력으로 변화시키는 것이 과제이고 목표이다.
수차를 효율 좋게 하는 방법으로 높은 낙차를 이용하는 것은 선택의 여지가 많지 않으므로 수차의 회전력과 중력을 이용하여 복합적인 효율 증대 방안으로써, 물의 흐름을 회전하는 수차의 중앙부에 모이게 함으로써 물의 상대 속도를 감속되게 되며, 이때의 관성 하중이 수차에 가하도록 하는 방법으로는 수차의 외주 부분이 수직 구조를 갖추어 물의 중력을 증가하는 구조 부분인 것과, 회전 수차의 바닥은 중앙부로 갈수록 중심 축 방향으로 낮아지며 기울게 하고, 수차의 날개는 적절한 간격으로 상부 덮개와 하부 바닥재 사이에서 완벽하게 접착하여 밀폐하는 구조로 하며, 물이 가지고 있는 운동 에너지를 가능한 한 많이 수차에 가해지도록 하는 수단으로는 수차의 날개를 물의 흐름을 방해하지 않으면서 접촉하는 날개를 연장하는 구조가 되게 한다.
본 발명의 구심력 동작형 수차는 느린 유속의 물이 가지고 있는 운동 에너지를 최대로 활용할 수 있는 효율 높은 수차를 완성할 수 있다.

Description

구심력 동작형 수차{CENTRIPETAL TYPE TURBINE}

본 발명은 비교적 저 낙차, 저속의 물 흐름을 이용한 발전장치의 수차를 효율 좋게 구성하기 위한 것으로, 수차의 형식은 물레방아나 충격식 수차가 아닌 물의 중력과 회전 관성을 이용한 구심력 동작 수차 특성이며, 회전하는 수차에서의 중력의 효과를 크게 하는 중력 실을 갖는 구심력 수차에 관한 것이다.

종래의 저 낙차용 수차는 거의 물레방아 형식 등 고전적인 수차를 쓰고 있으며, 이러한 것들은 효율을 높이는 것은 한계가 있다.

본 발명의 구심력 동작형 수차는 종래의 원심 펌프(Centrifugal Pump)와 그 구성이 비슷하여 배경 기술로써 원심 펌프 기술 형태를 예로 보면 다음과 같다.

[문헌 1] 대한민국 특허 등록 번호 10-0381466-000(2003.04.10)은 국제 출원번호 PCT/GB 94/001254로 출원한 기술로써 원심 또는 혼류 터보 기계에 관한 것으로 동 문헌의 도면 1A는 회전력에 의한 펌프의 토출 압력을 최대로 하기 위한 날개 각도를 개선한 것이나, 수차로써 효율을 높일 수 있는 것과는 다르다.

[문헌 2] 대한민국 특허 출원번호 특1992-0011053(1992,06,25)는 원심 반동 수차에 대한 기술로써, 이중 구조의 원통형 회전체를 회전함으로써 원심력에 의해 반작용이 작용하도록 하는 것은 동 문헌의 도면 2 및 도면 3에서 파악이 가능하며, 단지 원심력에 의해서만 동작하는 구조로써 소 수력 발전 구조에는 효율 증대에 기여하지 못하는 구조이다.

저 낙차의 발전 설비에서 공통적인 사항으로, 수차에 작용하는 위치 에너지인 낙차를 전부 회전력으로 전환하기 위하여 물의 운동에너지를 전부 수차에서 소멸할 수 있는 구조로 함으로써 수차의 효율을 높게 하는 것이 바람직하다.

수차에 작용하는 물의 에너지를 수차에서 전부 소멸시키려면 물이 가지고 있는 중량과 운동량을 그 에너지가 소멸할 때까지 수차에 머무르도록 하여 물이 가지고있는 운동 에너지를 전부 회전력으로 변화시키는 것이 과제이다.

이와 같이 저 낙차의 풍부한 수량에서 작동하는 수차를 적절한 구성과 구조로써 이용률을 높여 친환경 발전설비를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

물의 운동 에너지를 수차에서 최대한 소멸시켜 회전력으로 하기 위하여는 첫째 높은 압력의 물의 충격 에너지를 수차에 전가하기 위하여 물의 충돌이 효율 좋게 수차의 날개에 직접 타격하도록 하고, 둘째로 수차의 회전력과 중력 및 수압을 이용하여 물의 흐름을 중앙부에 모이는 과정에서 물의 상대 속도를 감속되게 하여 이때의 관성 하중이 수차에 가하도록 하는 방법으로는 수차의 외주 부분에 수직 구조의 격실을 갖추어 물의 중력을 증가하는 구조 부분인 것과, 회전 수차의 바닥은 중앙부로 갈수록 좁아지며 기울게 하고, 수차의 날개는 적절한 간격으로 상부 덮개와 하부 바닥재 사이에 완벽하게 접착하여 밀폐하는 구조로 하며, 셋째 물이 가지고 있는 운동 에너지를 가능한 한 많이 수차에 가해지도록 하는 수단으로는 수차의 날개를 물의 흐름을 방해하지 않으면서 계속 접촉하도록 날개 및 수차의 외벽을 연장하는 구조를 이룬다.

본 발명의 구심력 동작형 수차는 느린 유속의 물을 이용한 발전 등에서 수차의 동작 특성을 개선하여 물이 가지고 있는 운동 에너지를 최대로 활용할 수 있는 수차로써, 물의 흐름이 다양한 지역에서 소규모 수력의 이용을 가능하게 하여 친환경 에너지 생산에 기여할 수 있는 초소수력 발전을 위한 수차를 완성할 수 있다.

제 1도는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 부분 절개 단면도
제 2도는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 구성 개요도
제 3도는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 날개 배치 평면도
제 4도는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 결합 구성도
제 5도는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 결합 및 발전기 구성도

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수차의 구성을 현재의 물레방아를 옆으로 눕힌 것과 비슷하면서도 수차의 축은 유체의 흐름 방향과 평형하게 설치하며, 상부의 유체 입수 부분은 원뿔의 형태이며, 유체가 수차의 내부로 들어가면 바닥은 깔때기 모양으로 되고, 수차의 외주 부분에 비교적 높게 수직 중력 실을 구성하고, 유체가 깔때기 부분으로 유입하는 부분에 설치하는 각각의 날개는 수차 전체를 격실로 구획함과 동시에 회전 축 부분 가까이 까지 연장하는 구성이다.

이하 본 발명에 의한 구심력 동작형 수차를 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 부분 절개 도로써, 수차 축(21)은 수차 경사면(142)과 윗 덮개(14)에 고정한 후 래칫 기어와 결합하는데, 수차 축(21)과 결합하는 래칫 기어는, 래칫 기어(83)는 수차 축(21)과 래칫 키 볼트(89)로 볼트 결합하여 고정하고, 래칫 축(87)과 용접 등으로 고정 한 래칫 뚜껑(86)을 삽입하여 래칫 볼트(88)로 래칫 틀(82)을 관통하여 래칫 커버(81)와 볼트조립 하는 구성인데, 래칫 기어 스토퍼(84) 및 래칫 기어 스토퍼 스프링(85)을 래칫 기어가 동작하도록 삽입하는 구성이다.

수차 축(21)은 수차 경사면(142)과 윗 덮개(14)에 고정하여 설치하며, 수차의 날개는 수차 축(21)에 대하여 약 45도 내외의 경사를 이루는 상부날개(111) 부분과 수차 축(21)에 대하여 방사상으로 배열하는 날개는 일정한 유선형의 회로리 모양을 하도록 일정 방향으로 휘어진 형태의 하부 날개(112) 부분으로 구성되고, 하부 날개(112)의 중앙부는 막힘이 없이 열린 방수 구(26)를 형성하여 구심 수차 (10)를 구성한다.

도 2는 본 발명에 의한 수차의 구성 개요도로써, 윗 덮개(14)의 중앙 부분에 돌출한 형태의 윗 덮개 홈(141)을 형성하며 그 중앙에 축 홀(219)을 형성하고, 윗 덮개(14)에 날개(11)의 일정 부분을 용접 등의 방법으로 고정하는 형상이다.

날개(11)의 외주에는 외부 구심 통(13)을 삽입하여 각각의 날개(11)와 고정되게 결합하고, 내측에는 내부 구심 통(12)을 삽입하여 역시 각각의 날개(11)와 고정하며, 내부 구심 통(12)의 상부에는 원뿔과 유사한 형태의 수차 경사 면(142)을 접속하고, 도 2의 상부 날개(111) 및 하부 날개(112)는 날개(11)의 일정 구간을 경사지게 한 또 다른 모양의 날개 형태를 나타낸 것으로, 상부 날개(111)는 수차의 중심 수선에 대하여 약 45도 내외의 경사면을 이루는 구성이다.

수차 경사 면(142)의 상부 및 윗 덮개 홈의 중앙에는 축 홀(219)을 구성하는 형상이며, 각각의 수차 날개는 깔때기 모양의 아래 덮개(15)에 접촉 고정하고, 밑 부분에 방수 구(26)를 갖추는 형상이다.

도 3은 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 날개 배치 평면도로써,

외부 구심 통(13)과 내부 구심 통(12)에 고정하는 날개(11)는 중앙의 방수 구(26)의 가장자리 부분까지 연장하면서 나선형으로 감기듯 배치하는 형상을 나타내며, 방수 구(26)의 중앙 부분에 수차 축(21)이 위치하는 구성이다.

도 4는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 결합 구성도로써,

수차 축(21)은 각각 다수의 구심 수차(10)를 고정하며, 수차 축(21)에 직결한 래칫 기어(80) 및 베벨 기어(91)와 결합을 통하여 동력 축(93)에 동력을 전달하고 동력 축(93)의 끝 부분에 형성하는 동력 바퀴(99) 등으로 발생한 회전 동력을 전달하는 수차의 결합 구성이다.

회전 팔(95)은 수차 축(21)을 관통시키며 회동 고정하는 한편, 동력 축(93)을 관통시키며 회동 고정하는 구성이고, 양쪽의 회전 팔 베어링박스(96)에 적절한 깊이로 삽입하여 역시 회동 고정하는 구성이다.

회전 팔(95)은 수차 경사면(142)을 갖추며 회전하는 구심 수차(10)가 고정된 수차 축(21)을 회동 고정하면서 구심 수차(10)의 인력을 지탱하는 수차 축(21) 회동 고정 부분과 동력 축(93)이 내측으로 통과하면서 회전 팔 베어링박스(96)에 삽입되어 회동 고정하는 파이프 형태의 구조 부분이 하나의 일체형 구조인 구성이다.

회전 팔 베어링박스(96)는 구조체(39)에 고정 볼트(33)로 볼트 결합하며, 구조체(39) 공간 부분에는 축 구조체(31)를 설치하여 회전 팔 베어링박스(96)를 고정하며, 회전 팔(95)의 내측의 기어들을 기어 커버(92)로 보호하는 구성이다.

도 5는 본 발명에 의한 수차의 일 실시 예의 결합 및 발전기 구성도로써,

하나의 수차 축(21)에 다수의 구심 수차(10)를 직결되게 고정하고, 각각의 수차 축(21)은 회전 팔(95)에 회동 고정하며, 회전 팔(95)을 역시 회동 고정하는 회전 팔 베어링박스(96)는 구조체(39) 및 축 구조체(31)에 고정 볼트(33)로 볼트 결합하며, 각각의 회전 팔(95)의 기어 부분은 기어 커버(92)로 덮는 구성이다.

각각의 수차 축(21)의 회전은 동력 축(93)으로 전달하고, 다시 각각의 동력 축(93)의 회전은 연결 축(51)으로 전달하며, 기어 박스(52) 및 발전기(53)와 벨트 결합 등의 방법으로 회전력을 전달하여 전력을 생산하는 구성이다.

해당 사항 없음.

Claims

수차 축이 유체의 흐름 방향과 평형한 방향으로 설치되는 수차에 있어서, 수차의 형태는 상부가 원뿔형상인 것과, 파이프 형태의 내부 구심통과 외부 구심통의 사이에 날개를 설치하는 것과, 수차 하부에 깔때기 모양의 아래 덮개에 날개를 방사상의 형태로 배치하는 구성인 것을 특징으로 하는 수차.
수차 축이 유체의 흐름 방향과 평형한 방향으로 설치되는 수차에 있어서, 수차의 상부 바닥의 형태는 원뿔 형태인 것과, 하부는 수차의 바닥이 깔때기 모양의 바닥을 이루는 것과, 하부 깔때기 모양의 바닥 부분에는 수차 축에 대하여 다수의 날개로 방사상의 격실을 이루는 것과, 방수 구를 갖추는 것을 특징으로 하는 수차.
수차 축이 유체의 흐름 방향과 평형한 방향으로 설치되는 수차에 있어서, 수차의 하부는 바닥이 깔때기 모양의 바닥을 이루는 것과, 하부 깔때기 모양의 바닥 부분에는 수차 축에 대하여 다수의 날개로 방사상의 격실을 이루는 것과, 방수 구를 갖추는 것과, 수차의 날개는 상부의 수차 경사면과 수차의 파이프 형태의 구간 중에 일정 각도로 수차 축에 대하여 경사면을 이루도록 경사진 형태의 날개를 갖추는 것과, 깔때기 모양의 아래 덮개 부부에 닿는 날개는 수차 축에 대하여 방사상의 형태로 배열하되 회오리 모양의 나선형인 것을 특징으로 하는 수차.
수차 축이 유체의 흐름 방향과 평형한 방향으로 설치되는 수차에 있어서, 수차의 하부는 바닥이 깔때기 모양의 바닥을 이루는 것과, 하부 깔때기 모양의 바닥 부분에는 수차 축에 대하여 다수의 날개로 방사상의 격실을 이루는 것과, 방수 구를 갖추는 것과 수차 축의 상부에 래칫 기어와 베벨 기어를 연속으로 결합하는 구성인 것을 특징으로 하는 수차.
수차 축이 유체의 흐름 방향과 평형한 방향으로 설치되는 수차에 있어서, 수차의 하부는 바닥이 깔때기 모양의 바닥을 이루는 것과, 하부 깔때기 모양의 바닥 부분에는 수차 축에 대하여 다수의 날개로 방사상의 격실을 이루는 것과, 방수 구를 갖추는 것과 수차 축의 상부에 래칫 기어와 베벨 기어를 연속으로 결합하는 구성인 것과, 수차 축을 회전하며 고정하는 회전 팔은 수차 축에 직각 방향인 동력 축과 베벨 기어로 결합하는 공간을 확보하며 동력 축을 관통하는 파이프와 일체형으로 되는 것과, 회전 팔은 내측에 동력 축을 관통하며, 회전 팔 베이링 박스로 축 구조체에 회전 고정하는 것을 특징으로 하는 수차.
청구항 5에서, 다수의 수차 결합 구조와 다수의 동력 축 결합을 다시 연결축으로 결합하는 구성인 것과, 벨트 결합 등으로 기어박스 및 발전기와 동력 전달이 되는 것을 특징으로 하는 발전기.