KR20130016782A - 조류발전용 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류발전용 터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전성능의 향상을 위해 블레이드의 표면에 조류의 흐름을 차단하는 복수개의 가이드가 형성된 조류발전용 터빈에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 회전가능하게 해수면 아래에 설치되는 허브; 상기 허브의 외면에 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드; 상기 허브에 결합되어 허브의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생성시키는 발전기 어셈블리; 그리고, 상기 블레이드의 표면에 돌출 형성되어 블레이드의 길이방향 표면을 따라 발생하는 방사방향 조류의 흐름을 차단하는 복수개의 가이드를 포함하여 이루어지는 조류발전용 터빈을 제공한다.

Description

조류발전용 터빈{TURBINE FOR TIDAL CURRENT POWER PLANT}

본 발명은 조류발전용 터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드의 회전효율 향상을 위해 블레이드의 전방 또는 후방에 별도의 보조 블레이드가 설치된 조류발전용 터빈에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 발전하는 방식으로는 석탄이나 석유를 이용하는 화력발전, 우라늄을 이용하는 원자력발전 그리고, 담수를 이용하는 수력발전 등이 있다. 화력발전은 화석 연료를 사용하는 것으로 화석 연료 자원이 고갈될 뿐 아니라, 공해의 유발로 환경에 끼치는 피해가 심각하며, 담수를 이용하는 수력발전은 넓은 지역을 수몰시켜야 하므로 지역주민 이주에 따른 사회적 문제와 자연생태계의 파손을 야기시키는 문제점이 있으며, 원자력발전은 핵연료의 사용에 따른 안전성, 발전과정에서 발생되는 원자력 폐기물 및 오염물질 등에 의한 환경오염 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점으로 인해 근래에는 태양열을 이용한 태양열발전, 바람을 이용한 풍력발전 그리고 바다의 해수를 이용한 조력발전 및 조류발전 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 조류발전은 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바다 속에 설치한 터빈을 돌려 전기를 생산하기 때문에 조력발전과 같이 해안에 별도의 방파제를 건설할 필요가 없어 조력발전에 비해 비용이 적게 들며, 더 환경친화적인 것으로 평가된다. 하지만, 이러한 조류발전은 다른 발전방식에 비해 발전효율이 높다고 할 수 없어 발전성능의 향상을 위한 연구 특히 조류의 운동에너지를 1차적으로 변환시키는 주요한 장치인 터빈의 개량을 위한 노력이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은

본 발명에 따른 조류발전용 터빈은

도 1은 본 발명에 따른 조류발전용 터빈의 전체적인 구조를 나타내는 사시도이다.

이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 조류발전용 터빈의 전체적인 구조를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 블레이드의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 조류발전용 터빈은 허브(100)와, 블레이드(200)와, 발전기 어셈블리(300)를 포함하여 이루어진다.

상기 허브(100)는 회전가능한 원통형 구조로 제작되어 해수면 아래에 설치되며, 상기 블레이드(200)는 상기 허브(100)의 외면에 복수개가 방사상으로 형성되어 조류에 의해 회전하도록 구성된다.

상기 발전기 어셈블리(300)는 상기 허브(100)에 결합되어 블레이드(200)의 회전에 의해 허브(100)가 회전을 시작하면 상기 허브(100)의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생성시킨다. 이를 위해 비록 도시하지는 않았지만, 상기 발전기 어셈블리(300)의 내부에는 허브(100)와 결합되는 회전축과, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기가 구비된다. 따라서, 조류에 의해 블레이드(200)가 회전을 시작하면 허브(100) 역시 회전하게 되고, 이에 따라 허브(100)의 회전력이 회전축을 통해 발전기로 전달되어 발전이 이루어지게 된다.

한편, 상기 블레이드(200)의 표면에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드(200)의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되는 복수개의 가이드(210)가 형성된다. 상기 가이드(210)는 블레이드(200)의 표면에 돌출 형성되는 판재 형상의 부재로서, 허브(100)와 블레이드(200)의 연결부위인 블레이드(200)의 전단부에서 블레이드(200)의 끝부분인 후단부까지 일정 간격을 두고 복수개가 형성된다. 이러한 가이드(210)는 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 발생하는 방사방향 조류의 흐름을 차단하여 블레이드(200)의 양력 저하를 방지하는 역할을 한다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 블레이드(200)의 표면에 일정 유속을 가지는 조류가 유입되면 조류는 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 흐르는 유동을 나타낸다. 이러한 조류의 흐름은 조류의 유속에 비해 블레이드(200)의 회전수가 낮을 때 주로 발생하며, 허브(100)와 연결되는 블레이드(200)의 전단부에서 시작하여 블레이드(200)의 후단부까지 영향을 미쳐 블레이드(200)의 회전력을 약화시키는 요인으로 작용한다. 구체적으로, 저속으로 회전하는 블레이드(200)로 유입된 조류가 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 흐르게 되면 블레이드(200) 표면에서 유동박리 현상이 발생하여 블레이드(200)의 양력을 저하시키는 현상이 발생하고, 이에 따라 블레이드(200)의 회전효율이 감소되어 전체적인 발전효율이 떨어지는 문제가 발생한다.

하지만, 블레이드(200)의 표면에 블레이드(200)의 길이방향과 수직한 방향으로 연장되는 복수개의 가이드(210)가 돌출 형성되면 자연히 블레이드(200)의 길이방향을 따라 흐르는 조류는 가이드(210)에 의해 차단되므로 블레이드(200)의 양력 저하를 방지할 수 있다. 즉, 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 흐르는 조류는 블레이드(200)의 후단부 쪽으로 이동하다가 가이드(210)에 막혀 더 이상 진행을 하지 못하고 난류로 천이되어 사라지게 되어 블레이드(200)의 양력이 저하되는 현상이 방지된다.

여기서, 상기 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 발생하는 방사방향 조류의 흐름은 허브(100)와 블레이드(200)가 연결되는 블레이드(200)의 전단부에서 주로 발생하므로 필요에 따라 블레이드(200)의 전단부 표면에만 가이드(210)를 돌출 형성시키는 것도 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 블레이드의 표면에 형성되는 가이드의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

한편, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 가이드(210)는 블레이드(200)의 길이방향과 일정 각도(α)를 이루도록 비스듬히 기울어진 형태로 블레이드(200) 표면에 돌출 형성될 수 있다. 또한, 상기 가이드(210)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 원호 형태를 가지도록 블레이드(200) 표면에 돌출 형성될 수 있다.

이와 같이 상기 가이드(210)는 매우 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이러한 가이드(210) 형태는 환경, 조류의 유속 등을 고려한 실험 등을 통해 결정될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 조류발전용 터빈에 의해 발전이 이루어지는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 블레이드(200)에 일정속도의 조류가 유입되면 블레이드(200)가 회전을 시작한다. 이와 같이 블레이드(200)가 회전을 시작하면 블레이드(200)와 연결되어 있는 허브(100) 역시 회전을 시작하게 되고, 이러한 허브(100)의 회전력은 회전축을 통해 발전기로 전달되어 발전이 이루어진다.

이때, 조류는 블레이드(200)의 길이방향 표면을 따라 흐르다가 가이드(210)에 차단되어 블레이드(200)의 후방으로 빠져나가게 되며, 이에 따라 유동박리 현상에 의해 블레이드(200)의 양력이 저하되는 현상이 방지되어 블레이드(200)의 회전 효율이 증가하므로 발전효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 허브 200: 블레이드
210: 가이드 300: 발전기 어셈블리

Claims (5)

1. 회전가능하게 해수면 아래에 설치되는 허브;
   상기 허브의 외면에 방사상으로 형성되는 복수개의 블레이드;
   상기 허브에 결합되어 허브의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생성시키는 발전기 어셈블리; 그리고,
   상기 블레이드의 표면에 돌출 형성되어 블레이드의 길이방향 표면을 따라 발생하는 방사방향 조류의 흐름을 차단하는 복수개의 가이드를 포함하여 이루어지는 조류발전용 터빈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 가이드는 블레이드의 길이방향과 수직한 방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 터빈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 가이드는 허브와 블레이드가 연결되는 블레이드의 전단부에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 터빈.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 가이드는 블레이드의 길이방향과 일정 각도(α)를 이루도록 비스듬히 기울어진 형태로 블레이드 표면에 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 터빈.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 발전기 어셈블리는 허브와 결합되는 회전축과, 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류발전용 터빈.

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