KR20110122971A

KR20110122971A - 수직축 터빈 장치

Info

Publication number: KR20110122971A
Application number: KR1020100042357A
Authority: KR
Inventors: 송길봉
Original assignee: 송길봉
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-14

Abstract

본 발명은 저 낙차의 물 또는 저 속도의 공기 흐름에서 높은 효율로 동작하는 터빈 장치에 관한 것으로,
효율 좋은 터빈을 완성하는 것은 물 또는 바람이 가지고 있는 운동에너지를 항상 동력으로 변화할 수 있는 구조이어야 하므로, 흐르는 물 또는 공기의 힘을 동력으로 변화 가능한 형태의 터빈 날개 위치가 되도록 하는 것이 목표이다.
풍력의 경우로 설명하면, 바람이 불어오는 전면에서 터빈 날개는 풍압에 밀려 끝 부분이 안쪽으로 들어가는 형상으로 하면 돛배의 돛 형상이 되어 날개의 고정부를 선두로 하여 강한 추진력이 발생하고, 터빈의 바람의 순 방향 측면 동작은 유연한 터빈 날개가 원심력과 바람의 압력으로 쉽게 펼쳐지며 면적을 확대하여 많은 바람을 안는 형상으로 되어 강한 회전력을 발생하는 형상으로 된다.
터빈 바람의 뒷 편의 날개는 풍압으로 날개가 원주의 밖으로 밀려나면서 고정부를 선두로 강한 회전력을 발생하고, 바람의 역방향의 측면은 터빈 날개의 방향이 바람의 방향과 정확하게 일치하여 저항 면적을 최소로 하여 역방향에 의한 손실을 최소로 하는 구성으로써 효율을 높이는 수직축 터빈 장치이다.
본 발명의 수직축 터빈 장치는 느린 유속의 물 또는 약한 바람이 가지고 있는 운동 에너지를 최대로 활용할 수 있는 효율 높은 수차를 완성할 수 있다.

Description

수직축 터빈 장치{VERTICAL AXIS TURBINE APPARATUS}

본 발명은 비교적 저 낙차의 물 또는 저속의 공기 흐름에서 동작하는 터빈을 효율 좋게 구성하기 위한 것으로, 터빈은 돛의 동작과 같은 작용을 함과 동시에 물고기의 지느러미 형상으로 동작하는 것이 특징이며, 터빈 날개의 일 부분이 저절로 꼬리치기 동작하는 구성으로 회전력을 발생하는 수직축 터빈 장치에 관한 것이다.

종래의 수직축 풍력 발전용 장치는 터빈 회전 원주에 일정한 간격을 두고 설치한 날개가 터빈의 일정 회전 각도의 일 때 날개의 열림은 제2의 동작 과정을 통하여 일정 각도 열리는 형태로써, 이러한 것들은 효율을 높이데 한계가 있다.

[문헌 1] 대한민국 특허 등록 번호 10-0490683(2005.05.11)은 도 2에서, 수직축의 일정 거리 원주에 일정 간격으로 배치한 다수의 날개는 무게 중심 부분에 회전축으로 고정하여 양단을 지지하는 형태이며 연결 부재(15)로 날개의 피치 각을 변경하는 구조로써, 동력의 손실을 유발하는 구조이다.

[문헌 2] 미국 특허 등록 번호 04776762(1988,03,11)는 수직축의 일정 거리 원주에 일정 간격으로 배치한 짝수의 날개는 마주하는 날개의 회전 부에 케이블을 "X"형태로 연결하여 동시에 동작하도록 한 수차에 대한 기술로써, 터빈의 일정 부분은 회전력을 얻지못하여 효율 증대에 기여하지 못하는 구조이다.

저 낙차의 수력 발전 및 저속의 풍력에 공통적인 사항으로, 터빈에 작용하는 미약한 에너지를 회전력으로 전환하기 위하여 물 또는 바람의 작용을 손실이 적게 터빈에 작용하도록 하여 터빈의 효율을 높게 하는 것이 바람직하다.

터빈에 작용하는 물 또는 바람의 에너지를 터빈에 손실 적게 작용하려면 날개의 동작은 미세하면서도 반동력을 가져야 하며, 원주의 여러 방향에 대하여 회전력을 발생하는 구조로 하는 것이 최대의 과제이다.

이와 같이 미세한 날개의 동작으로 손실을 최소로 하고 여러 각도에 걸쳐 회전력을 발생하는 적절한 구성과 구조로써 이용률을 높여 친환경 발전설비를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

물의 운동 에너지 및 바람의 에너지를 터빈에서 회전력을 발생시키는 터빈의 구조는 에너지 이용 효율을 증대하기 위하여 첫째로 터빈의 회전 방향에 대하여 날개의 전체적인 모양은 유선형의 외형으로 하고, 둘째는 날개는 중심선에서 일정 부분만 지느러미 운동을 하는 형태로 하고, 셋째는 지느러미 운동이 가능하게 날개 구성은 관절을 형성하던지 아니면 고무 같은 탄성체의 재질로서 제작하는 방법으로 날개의 꼬리치기 동작 가능하도록 한 구조로써 수직축 터빈 장치를 구성한다.

본 발명의 수직축 터빈 장치는 느린 유속의 물 또는 약한 바람에도 터빈을 가동하여 발전이 가능하므로 자연 환경의 에너지를 최대로 활용할 수 있는 터빈 장치로써, 친환경 에너지 생산에 기여하는 수직축 터빈 장치를 완성할 수 있다.

제 1도는 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 평면도
제 2도는 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 날개 분해 사시도
제 3도는 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 일부 조립 사시도
제 4도는 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 전체 조립 사시도
제 5도는 수직축 터빈 장치의 다른 실시 예의 터빈 평면도
제 6도는 수직축 터빈 장치의 다른 실시 예의 일체형 터빈 날개 사시도
제 7도는 수직축 터빈 장치의 다른 실시 예의 날개 분해 사시도
제 8도는 수직축 터빈 장치의 또 다른 실시 예의 날개 분해 사시도

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터빈의 날개를 동작 중심선의 일정 폭 내에서 지느러미 운동을 하는 관절 연결 구조 또는 날개의 구조가 유연한 탄성을 갖는 고무와 같은 재질을 사용하는 구성인 것과, 터빈의 축 결합은 여러개의 터빈은 하나의 회전 축에 삽입하여 결합하는 형태의 구성이다.

이하 본 발명에 의한 수직축 터빈 장치를 첨부한 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 평면도로써, 고정 축(11)에 베어링(12)을 삽입 고정하고, 베어링 축(21)은 베어링 케이스를 형성하며 회전하는 4각형의 단면을 갖는 파이프 형태의 회전축이다.

터빈 날개(50)는 날개 팔(58)에 고정하며, 미세하게 꺾이는 구조를 가지면서 원 둘레(41) 내측의 각각의 터빈 날개 고정 점을 이은 선을 동작 중심선(42)이라 하면 이 동작 중심선(42)의 일정 폭 내의 안팎으로 흔들면서 바람 또는 물의 방향(99)에 대하여 유연하게 젖히는 구성이고, 각각의 날개 팔(58)은 결합 축(31)에 용접 등의 방법으로 접속하고, 결합 축(31)은 축 방향으로 2개로 쪼개진 형상으로 이들 2개의 결합 축(31)을 합쳐서 하나의 터빈을 완성하는 구성이다.

도 2는 본 발명 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 날개 분해 사시 도로써, 터빈 날개의 고정날개(51)와 중간날개(52) 및 종단날개(53)는 맞대는 부분에 결합 홈(54)을 형성하고 유동체(80)로 이들을 서로 결합하는 구성이며, 중간에 여러 개 중간날개(52)를 삽입할 수 있는 구성을 나타낸다.

고정날개(51)는 날개 팔(58)에 용접 접속한 고정판(55)과 고정 홀(56)을 통해서 고정 볼트(57)로 결합하여 고정하는 구성이고, 각각의 고정날개(51), 중간날개(52) 및 종단날개(53)를 서로 맞대고 유동체(80)를 삽입하여 결합하는 구성이다.

유동체(80)의 구성은 경첩의 결합 형태와 유사한 결합 방법으로써, 유동 편(81)은 일정 길이의 튜브가 판 형태의 구조체에 일정 간격으로 붙여놓은 형상으로, 2개의 유동 편(81)을 맞대어 삽입하면 튜브 형태의 돌출부분은 상대의 홈에 완전삽입한 상태로 유동 홀(89)에 유동 축(88)을 삽입하여 유연하게 회전하는 형태의 구성이며, 유동 축(88)은 유동 편(81)의 상부와 하부에 삽입하는 유동 볼트(85)를 조립하여 안착하는 유동체(80)를 갖추는 구성이다.

각각의 고정날개(51), 중간날개(52) 및 종단날개(53)에는 스프링구멍(59)을 구비하고, 스프링(91)을 스프링튜브(92)에 삽입한 상태에서 스프링구멍(59)에 삽입한 상태에서 고정날개(51), 중간날개(52) 및 종단날개(53)를 맞대고 그들 사이에 유동체(80)를 상부와 하부에서 각각의 결합 홈(54)에 삽입 고정하는 구성이다.

도 3은 본 발명 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 일부 조립 사시 도로써, 스프링(90)을 삽입한 상태에서 고정날개(51), 중간날개(52) 및 종단날개(53)를 맞댄 상태에서 각각의 결합 홈에 유동체(80)를 삽입하여 고정하며, 고정날개(51)에 날개 팔(58)에 부착된 고정판(55)을 고정 볼트(57)로 볼트 결합하고 날개 팔(58)을 분할된 결합 축(31)에 용접 등의 방법으로 접속하는 구성이다.

1개 이상의 날개 팔(58)을 접속한 결합 축(31) 2개를 서로 맞대어 결합 축 구멍(39)에 결합 볼트(36)로 볼트결합으로 터빈을 완성하는 구성이다.

도 4는 본 발명 수직축 터빈 장치의 일 실시 예의 터빈 전체 조립 사시 도로써, 고정날개(51)와 다수의 중간날개(52) 및 종단날개(53)를 결합하여 날개를 구성하고 고정날개(51)에 날개 팔(58)을 결합하고 다시 날개 팔(58)은 분리형의 결합 축(31)에 접속한 후 대칭되게 결합 축(31) 2개를 합쳐서 결합함으로써 터빈 전체가 구성되는 형태이며, 4각의 결합 축(31) 내측에 베어링 케이스를 내장한 베어링 축(21)을 삽입하여 고정하며, 베어링(12)을 내측에 설치한 베어링 축(21)을 고정 축(11)에 삽입하여 회전 고정하는 구성이다.

고정 축(11)은 구조체(01)와 고정되어 전체 구성체를 지탱하며, 베어링 축(21)의 한쪽에 축 휠(03)은 고정되게 설치하고 변속 휠(02)을 통하여 동력 벨트(04) 등을 이용하여 발전기(05)로 동력 전달을 하는 구성이다.

도 5는 본 발명 수직축 터빈 장치의 또 다른 실시 예의 터빈 평면도로써, 고정 축(11)에 베어링(12)을 삽입 고정하고, 베어링 축(21)은 베어링 케이스를 형성하며 회전하는 4각형의 단면을 갖는 파이프 형태의 회전축이다

터빈 날개(60)는 날개 팔(68)에 고정하며, 고정부에서 멀어질수록 미세하게 꺾이는 탄성체 성질의 구조를 가지면서 원 둘레(41) 내측의 각각의 터빈 날개 고정 점을 이은 선을 동작 중심선(42)이라 하면 이 동작 중심선(42)의 일정 폭 내의 안팎으로 흔들면서 바람 또는 물의 방향(99)에 대하여 유연하게 젖히는 구성이고, 각각의 날개 팔(58)은 결합 축(31)에 용접 등의 방법으로 접속하고, 결합 축(31)은 축 방향으로 2개로 쪼개진 형상으로 이들 2개의 결합 축(31)을 합쳐서 하나의 터빈을 완성하는 구성이다.

도 6은 본 발명 수직축 터빈 장치의 또 다른 실시 예의 일체형 터빈 날개 사시 도로써, 터빈 날개(60)의 일단은 날개 팔(68)에 부착한 고정판(65)과 고정 볼트(67)로 볼트 결합하고, 터빈 날개(60)는 바람의 압력에 쉽게 휘어지는 고무와 같은 탄성체 재질로 성형하는 구성이다.

도 7은 본 발명 수직축 터빈 장치의 다른 실시 예의 날개 분해 사시 도로써, 터빈 날개의 고정날개(51)와 중간날개(52) 및 종단날개(53)는 맞대는 부분에 결합 홈(54)을 형성하고 유동체(70)로 이들을 서로 결합하는 구성이며, 중간에 여러 개 중간날개(52)를 삽입할 수 있는 구성을 나타낸다.

고정날개(51)는 날개 팔(58)에 용접 접속한 고정판(55)과 고정 홀(56)을 통해서 고정 볼트(57)로 결합하여 고정하는 구성이다.

유동체(70)는 전체가 탄성의 재질로 되어 각 결합부분에 신축성을 부여하는 구성의 조합 형태이다.

도 8은 본 발명의 수직축 터빈 장치의 또 다른 실시 예의 날개 분해 사시 도로써, 터빈 날개의 고정날개(151)와 중간날개(152) 및 종단날개(153)는 맞대는 부분에 반원 형태의 요철(157, 158) 부분으로 삽입하며, 판 형태의 탄성체(171)에 보강판(172)이 외부에 부착한 형태이며, 볼트 홀(179)을 통하여 볼트(177)로 날개 볼트 홀(159)에 각각 결합하는 구성이다.

고정날개(151)는 날개 팔(58)에 용접 접속한 고정판(55)과 고정 홀(56)을 통해서 고정 볼트(57)로 결합하여 고정하는 구성이다.

해당 사항 없음.

Claims

터빈의 회전 원주 방향에 대하여 수직의 축을 갖는 수직축 터빈 장치에 있어서, 터빈 날개의 고정부의 대체로 원주 내측의 터빈 날개의 동작 중심에 대하여 일정범위 내의 안과 바깥 영역에서 터빈 날개가 곡선의 형태로 양쪽으로 휘어질 수 있는 구조로 된 날개로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.
수직축 터빈 장치에 있어서, 터빈 날개의 고정부의 대체로 원주 내측의 터빈 날개의 동작 중심에 대하여 일정범위의 안과 바깥 부분에서 터빈 날개가 곡선의 형태로 양쪽으로 휘어질 수 있는 구조의 날개인 것과, 터빈 날개는 고정날개, 중간날개 및 종단날개로 또는 이들 부분 결합으로 구성되는 것과, 고정날개와 다수의 중간날개 및 종단날개 또는 이들 부분 상호의 연결은 유동체를 삽입함으로써 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치
수직축 터빈 장치에 있어서, 터빈 날개의 고정부에 대하여 대체로 일정범위 내의 안과 바깥 부분에서 터빈 날개가 곡선의 형태로 양쪽으로 휘어질 수 있는 구조의 날개인 것과, 터빈 날개는 고정날개, 중간날개 및 종단 날개로 또는 이들 부분 결합으로 구성되는 것과, 고정날개와 다수의 중간날개 및 종단날개 또는 이들 부분 상호결합은 유동체로 서로 결합하는 것과 고정날개, 중간날개 및 종단날개의 내측 중심부에 스프링을 삽입하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치
수직축 터빈 장치에 있어서, 터빈 날개의 고정부에 대하여 대체로 일정범위 내의 안과 바깥 부분에서 곡선의 형태로 양쪽으로 휘어질 수 있는 구조의 날개인 것과, 날개의 결합 축은 4각 파이프를 쪼갠 형태의 "ㄷ"형 강에 각각 대칭되게 부착하여 2개를 양쪽으로 결합하면 4각 파이프 형태의 축을 형성하는 구조의 결합 축인 것과, 결합 축의 내측에 역시 4각이면서 베어링을 삽입한 베어링 축을 삽입하는 것과, 베어링 내측으로 고정 축을 삽입하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.
수직축 터빈 장치에 있어서, 터빈 날개의 고정부에 대하여 대체로 일정범위 내의 안과 바깥 부분에서 터빈의 날개가 곡선의 형태로 양쪽으로 휘어질 수 있는 구조의 날개인 것과, 날개의 구성은 탄성의 고무와 같은 것으로 외부 장력이 없으면 자동 복원되도록 끝으로 갈수록 얇아지는 모양의 형상으로 되는 날개인 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.
청구항 5에 있어서, 날개의 결합 축은 4각 파이프를 쪼갠 형태의 "ㄷ"형 강에 각각 대칭되게 부착하여 2개를 양쪽으로 결합하면 4각 파이프 형태의 축을 형성하는 구조의 결합 축인 것과, 결합 축의 내측에 역시 4각이면서 베어링을 삽입한 베어링 축을 삽입하는 것과, 베어링 내측으로 고정 축을 삽입하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.
청구항 2에 있어서, 유동체는 대체로 "H"형의 일체형 구조로 되는 것과, 유동체의 구조는 각 날개의 결합 홀에 압력 삽입하여 견고히 안착하는 구조인 것과, 유동체는 그 자체가 고무와 같은 탄성이 유연한 재료로 형성하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.
청구항 2에 있어서, 날개의 각 이음 부분은 날개의 바깥부분으로 유동체를 결합하는 볼트 홀을 갖추는 형태로 되는 것과, 각 날개의 접속부분은 일정 깊이의 반구의 형태로 요철을 형성하여 각각의 날개가 서로 삽입하는 형태인 것과, 유동체의 구성은 날개 결합부분의 양쪽에서 탄성 유동체에 보강판을 대고 볼트 결합하는 것을 특징으로 하는 수직축 터빈 장치.