KR20140064305A - 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템 - Google Patents

토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템 Download PDF

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KR20140064305A
KR20140064305A KR1020120131488A KR20120131488A KR20140064305A KR 20140064305 A KR20140064305 A KR 20140064305A KR 1020120131488 A KR1020120131488 A KR 1020120131488A KR 20120131488 A KR20120131488 A KR 20120131488A KR 20140064305 A KR20140064305 A KR 20140064305A
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turbine
rotor
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홍기용
박봉일
신승호
김상호
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 발전기의 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 터빈을 회전시키는 유체의 왕복 유동 에너지가 회전자에 전달되기까지 거쳐야 하는 구성 요소가 많아 동력손실이 많았던 종래의 터빈 발전기 및 축이 돌아가지 않고 발전기의 외함이 회전하여 축과 축 사이에 토크 센서를 넣어서 실제 걸리는 토크를 계측하는 일반적인 방법으로는 토크를 계측하지 못하였던 종래의 터빈 발전기의 문제점들을 해결하여, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하여 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 그러한 터빈 발전기를 적용한 파력 발전 시스템이 제공된다.

Description

토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템{Turbine generator with torque measurement function and wave generation system using thereof}
본 발명은 발전기의 회전자에 터빈을 결합하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전에너지로 변환하여 전력을 생산하는 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력발전 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는, 발전기의 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템에 관한 것이다.
종래, 풍력 발전이나, 조수 간만의 차를 이용한 조력 발전, 조류를 이용한 조류 발전 및 파랑을 이용한 파력 발전 등에 터빈을 이용한 발전기가 널리 이용되고 있다.
더 상세하게는, 터빈은, 물이나 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 기계적인 일로 변환시키는 장치로서, 종래부터 주어진 유체 유량 및 속도에 대하여 최대한의 전기 에너지를 발생시킬 수 있도록 하기 위한 연구가 계속되어 왔다.
또한, 이러한 종래의 일반적인 터빈 발전기의 구체적인 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 터빈 발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 터빈 발전기(100)는, 터빈(101), 터빈 허브(102), 터빈 축(103), 터빈 베어링(104, 104'), 커플링(105), 회전자(106), 가이드 베인(107), 덕트(108), 발전기(109), 고정자(110), 발전기 베어링(111, 111')을 포함하여 구성되어 있다.
더 상세하게는, 종래의 터빈 발전기(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 터빈(101)이 터빈 허브(102)에 결합되고, 터빈 허브(102)는 터빈 축(103)에 결합되며, 터빈 축(103)은 터빈 베어링(104, 104')에 결합되어 지지되고, 커플링(105)을 통해 회전력을 발전기의 축에 전달하도록 구성된다.
또한, 커플링(105)에 연결된 발전기 축이 발전기 축에 연결된 회전자(106)를 회전시켜 발전이 이루어지며, 따라서 종래의 터빈 발전기의 동력 전달 과정은, 터빈(101), 터빈 허브(102), 터빈 축(103), 커플링(105), 발전기 축, 회전자(106)의 순서로 이루어진다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 터빈 발전기(100)는, 최초에 터빈(101)을 회전시키는 유체의 왕복 유동 에너지가 회전자(106)에 전달되기까지 거쳐야 하는 구성 요소가 많기 때문에, 구성요소들 간의 마찰력이나 축 진동 등에 의한 동력손실이 많아지는 문제가 있는 것이었다.
여기서, 이러한 종래의 터빈 발전기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명자들에 의해 한국 특허청에 출원되어 등록된 등록특허 제10-1155290호에 개시된 "파력발전 시스템"이 제시된 바 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-1155290호의 파력발전 시스템은, 터빈 발전기의 구성요소들 간의 마찰력이나 축 진동 등에 인한 동력손실을 최소화함으로써, 종래의 터빈 발전기에 비해 구성요소가 감소하여 설비비 및 유지보수비가 절감되는 동시에, 동력 전달과정이 터빈에서 회전자로 간소화되어 종래의 터빈 발전기에 비해 동력 손실이 감소되는 터빈 발전기 및 그러한 터빈 발전기를 적용한 파력 발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 상기한 등록특허 제10-1155290호에 따르면, 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) 및 상기 회전자(rotor)의 내부의 고정축에 고정되는 고정자(stator)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기 및 이를 이용하는 파력발전 시스템이 제공된다.
즉, 상기한 바와 같은 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기는, 종래의 일반적인 터빈 발전기는 축이 회전자가 되고 발전기의 외함이 고정자가 되나, 상기한 시스템은 터빈과 발전기를 축으로 연결하지 않고 터빈 속에 발전기를 설치함으로써, 발전기의 외함이 터빈의 역할을 하도록 구성됨으로써, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간략화한 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 회전체의 토크를 계측하기 위해서는, 일반적으로 축과 축 사이에 토크 센서를 넣어서 실제 걸리는 토크를 계측하나, 상기한 바와 같은 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기는, 축이 돌아가지 않고 터빈부, 즉, 발전기의 외함이 회전하게 되므로, 상기한 바와 같은 일반적인 방법으로는 토크를 계측하지 못하는 문제가 발생하게 된다.
따라서 상기한 바와 같은 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결하기 위하여는 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하는 동시에 토크 측정이 가능한 새로운 구조의 터빈 발전기를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하여 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 그러한 터빈 발전기를 적용한 파력 발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 토크 측정이 가능한 터빈 발전기에 있어서, 양측이 유선형으로 형성되고, 덕트의 내부에 장착되는 케이싱; 상기 케이싱의 외주면에 장착되어 유체의 왕복 유동 에너지를 회전 에너지로 변환하는 블레이드; 상기 블레이드의 전방 및 후방에 각각 설치되어 상기 유체의 흐름을 정류하는 가이드 베인; 상기 케이싱의 내부에 베어링에 의해 양단이 고정되도록 설치되는 고정축; 상기 고정축의 양측에 구비된 베어링에 장착되어 상기 고정축을 중심으로 회전 가능하게 구비되는 회전자; 상기 회전자의 회전반경 내에서 상기 고정축에 설치되는 고정자; 상기 고정축의 일단에 설치되는 지그; 및 상기 지그의 타단에 설치되어 상기 고정축의 회전을 억제하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정이 가능한 터빈 발전기가 제공된다.
여기서, 상기한 토크 측정이 가능한 터빈 발전기는, 상기 회전자가 만들어내는 토크와 상기 고정자를 회전하지 못하게 억제하는 힘이 같음을 이용하여, 상기 로드셀에 걸리는 힘과 상기 고정축과 상기 로드셀 사이의 거리를 곱한 값을 토크로 환산하여 상기 터빈 발전기의 토크를 구하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 토크 측정이 가능한 터빈 발전기는, 각각의 상기 가이드 베인은, 만곡된 플레이트가 상기 케이싱의 외주면에 등간격으로 다수 개 장착되어 이루어지며, 각각의 가이드 베인은 서로 대칭인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 블레이드의 일단면은 초승달 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 파력 발전 시스템에 있어서, 파랑에 의해 공기가 압축 또는 팽창되는 공간을 구비하는 공기실; 상기 공기실의 압축 또는 팽창된 공기를 유도하는 덕트; 및 상기 덕트 내에 설치되는 터빈 발전기를 포함하여 구성되고, 상기 터빈 발전기는, 상기에 기재된 토크 측정이 가능한 터빈 발전기인 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템이 제공된다.
여기서, 상기한 파력 발전 시스템은, 파랑에 의해 상기 공기실의 공기가 팽창되면, 외부의 공기가 상기 터빈 발전기를 경유하여 상기 공기실 내부로 유입되어, 유입되는 공기의 힘에 의해 상기 터빈 발전기의 블레이드가 회전되고, 상기 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어지며, 파랑에 의해 상기 공기실의 공기가 압축되면, 상기 공기실 내부의 공기가 상기 터빈 발전기를 경유하여 외부로 배출되어, 배출되는 공기의 힘에 의해 상기 터빈 발전기의 블레이드가 회전되고, 상기 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 이용한 토크 측정방법에 있어서, 상기 회전자가 만들어내는 토크와 상기 고정자를 회전하지 못하게 억제하는 힘이 같음을 이용하여, 상기 로드셀에 걸리는 힘과 상기 고정축과 상기 로드셀 사이의 거리를 곱한 값을 토크로 환산하여 터빈 발전기의 토크를 구하는 것을 특징으로 하는 토크 측정방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하여 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기가 제공됨으로써, 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결할 수 있는 터빈 발전기를 파력 발전 시스템에 적용함으로써, 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 발전기의 토크 측정이 가능한 파력 발전 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 터빈 발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 등록특허 제10-1155290호에 제시된 터빈 발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 B-B선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 터빈 발전기를 이용한 파력 발전 시스템에 있어서, 파랑에 의해 공기실의 공기가 팽창된 상태일 때, 외부의 공기가 터빈 발전기를 경유하여 공기실 내부로 유입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 나타낸 터빈 발전기를 이용한 파력 발전 시스템에 있어서, 파랑에 의해 공기실의 공기가 압축되면 공기실 내부의 공기가 터빈 발전기를 경유하여 외부로 배출되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기의 우측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하여 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 그러한 터빈 발전기를 적용한 파력 발전 시스템에 관한 것이다.
더 상세하게는, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 상기한 바와 같은 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기는 축이 돌아가지 않고 터빈부, 즉, 발전기의 외함이 회전하게 되므로 축과 축 사이에 토크 센서를 넣어서 실제 걸리는 토크를 계측하는 일반적인 방법으로는 토크를 계측하지 못하는 문제를 해결하고자 하는 것이다.
따라서 본 발명에 따르면, 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결하여, 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화하여 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 터빈 발전기를 파력 발전 시스템에 적용함으로써, 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 발전기의 토크 측정이 가능한 파력 발전 시스템을 제공할 수 있다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기한 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기의 구체적인 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.
즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 상기한 등록특허 제10-1155290호에 제시된 터빈 발전기(200)가 덕트(201) 내부에 설치된 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에서 B-B선에 따른 단면도이다.
더 상세하게는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기한 등록특허 제10-1155290호에 제시된 터빈 발전기(200)는, 케이싱(202), 상기 케이싱(202)의 내부에 구비된 고정축(203), 회전자(204), 고정자(205)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 케이싱(202)은, 양측이 유선형으로 형성되고, 덕트(201)의 내부에 장착된다.
또한, 고정축(203)은 케이싱(202)의 내부 양측에 양단이 고정되고, 회전자(204)는 고정축(203)의 양측에 구비된 베어링(206, 207)에 장착되며, 외주면에는 블레이드(208)를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변환하며, 고정자(205)가 삽입될 공간을 내부에 확보하도록 구성된다.
아울러, 고정자(205)는 회전자(204)의 내부의 고정축(203)에 고정되며, 또한, 블레이드(208)의 전방 및 후방에는 공기의 흐름을 정류하는 가이드 베인(209, 210)이 각각 설치된다.
따라서 상기한 바와 같이 구성된 터빈 발전기(200)는, 덕트(201)의 내부에 장착되어 덕트(201)의 어느 방향으로 유체가 이동하더라도 블레이드(208)가 장착된 회전자(204)가 회전됨으로써, 유체의 이동 방향에 구애를 받지 않고 전력을 생산할 수 있게 된다.
구체적으로는, 만곡된 플레이트가 케이싱(202)의 외주면에 등간격으로 다수 개 장착된 일측의 가이드 베인(209)과 타측의 가이드 베인(210)이 서로 대칭인데 더하여, 블레이드(208)의 일단면이 초승달 형태로 이루어진 것으로부터, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 유체가 어느 가이드 베인(209, 210) 측으로 정류되어 블레이드(208)로 이동하더라도 블레이드(208)의 오목한 내측을 밀어올리게 되는 구조이므로 유체의 이동 방향에 구애받지 않고 발전이 가능하다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 종래의 터빈 발전기에 비해 구성요소 및 동력 전달 과정을 간소화함으로써, 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 구성된 터빈 발전기를 이용하여, 즉, 파랑에 의해 공기가 압축/팽창되는 공간을 마련한 공기실과, 상기 공기실의 압축/팽창된 공기를 유도하는 덕트를 구비하고, 이러한 덕트 내에 상기한 바와 같은 터빈 발전기를 장착함으로써, 덕트를 경유하는 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 파력 발전 시스템을 구현할 수 있다.
더 상세하게는, 도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 파랑(401)에 의해 공기실(402)의 공기가 팽창된 상태일 때, 외부의 공기가 터빈 발전기(200)를 경유하여 공기실(402) 내부로 유입되는 과정을 나타내는 도면이다.
또한, 도 5를 참조하면, 도 5는 파랑(501)에 의해 공기실(502)의 공기가 압축되면 공기실(502) 내부의 공기가 터빈 발전기(200)를 경유하여 외부로 배출되는 과정을 나타내는 도면이다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 외부의 공기가 터빈 발전기(402)의 블레이드를 회전시키면, 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어지고, 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 내부의 공기가 터빈 발전기(502)를 경유하여 외부로 배출되면, 이러한 공기의 힘에 의해 블레이드가 회전되고 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어진다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 터빈 발전기를 구현하고, 그러한 터빈 발전기를 이용하여 파력 발전 시스템을 구현할 수 있다.
그러나 이미 앞서 설명한 바와 같이, 상기한 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기는, 축이 돌아가지 않고 터빈부, 즉, 발전기의 외함이 회전하게 되므로 축과 축 사이에 토크 센서를 넣어서 실제 걸리는 토크를 계측하는 일반적인 토크 측정방법으로는 토크를 계측하지 못하는 문제가 있는 것이었다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위해, 축에 물리는 토크 센서를 연결하기 위하여 외함에 지그를 붙이고 디스크를 붙여 축을 만든다 하더라도, 이러한 방법으로는, 축 고정을 위한 고정수단에 지그가 걸려 돌지 못하는 상황이 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서 본 발명자들은, 이러한 문제점 해결을 위하여, 발전기의 특성을 이용하여 원래 고정되어야 할 고정자축을 회전할 수 있도록 구성함으로써 토크 측정이 가능하도록 하였다.
더 상세하게는, 축이 회전하는 일반적인 발전기는 N극과 S극에 흐르는 자기장을 끊어내면서 회전할 때 발전이 되는 것이며, 따라서 발전기의 토크라 함은, 이러한 축이 회전하면서 생기는 토크, 즉, 자력을 이겨내면서 회전하는 회전체에 걸리는 힘을 의미한다.
여기서, 자기장을 끊어내지 못할 경우는 축이 회전하지 않으며, 즉, 외력이 자기장을 끊어내지 못할 정도로 작으면 자석의 성질 때문에 회전이 발생하지 않게 되며, 본 발명은 이러한 원리를 응용한 것이다.
계속해서, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템의 구체적인 실시예의 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 중복되는 설명을 피하고 설명을 간략히 하기 위해, 도 2 내지 도 5를 참조하여 상기에 설명한 등록특허 제10-1155290호의 기술내용과 동일한 부분은 그 구체적인 설명을 생략하고, 다른 부분에 대하여만 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 도 6에 나타낸 터빈 발전기의 우측면도이다.
즉, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기(600)는, 덕트(601), 케이싱(602), 케이싱(602)의 내부에 구비된 고정축(603), 회전자(604), 고정자(605), 베어링(606, 607), 외주면에 장착되는 블레이드(608), 블레이드(608)의 전방 및 후방에 설치되는 가이드 베인(609, 610)을 포함하여 구성되는 점은 도 2 내지 도 5를 참조하여 상기에 설명한 등록특허 제10-1155290호의 터빈 발전기와 동일하나, 본 실시예에 따른 터빈 발전기(600)는, 고정축(603)을 완전히 고정시키지 않고 양단을 베어링으로 구성하고, 그러한 고정축(603)의 일단에 지그(611)를 설치하며, 지그(611)의 끝에 로드셀(612)을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 점에서 다르다.
더 상세하게는, 터빈(외함)이 회전하여 회전자(604)가 회전하면서 발전을 시작하게 되면, 고정자(605)와 회전자(604)가 자석이 되어 자기장이 발생한다.
여기서, 만약 고정축(603)이 고정되어 있고 외력이 자력보다 강하여 터빈(외함)이 회전하면 발전이 이루어져 전력이 생산되나, 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이 고정축(603)의 끝이 베어링으로 이루어져 있음으로 인해, 회전자(604)와 고정자(605)가 함께 회전하려고 하는 성질을 가지게 된다.
이때, 고정축(603)의 끝에 지그(611)를 설치하고, 지그(611) 끝에 로드셀(612)을 설치하면, 로드셀(612)이 고정축(603)의 회전을 막아주는 역할을 하여 고정자(605)는 더 이상 회전하지 않으나, 회전자(604)는 계속 회전하게 된다.
따라서 발전기의 토크는, 로드셀(612)에 걸리는 로드(힘)와 고정축(603)과 로드셀(612) 사이의 거리를 곱한 값을 토크로 환산하여 구할 수 있다.
즉, 회전자(604)가 만들어내는 토크는 고정자(605)를 회전하지 못하게 억제하는 힘과 같다는 것을 이용하여, 터빈 발전기(600)의 토크를 구할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 토크의 측정이 불가능했던 기존의 터빈 발전기의 문제점을 해소하여 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 제공할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 구성된 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 파력 발전 시스템에 적용하여, 터빈 발전기의 토크 측정이 가능한 파력 발전 시스템을 구현할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 종래의 터빈 발전기들의 문제점을 해결하여, 구성요소 및 동력 전달 과정이 간소화되어 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용한 방법으로도 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 파력 발전 시스템에 적용함으로써, 설비비 및 유지보수비가 절감되고 동력 손실이 감소되는 동시에, 기존의 토크 센서를 이용하여 발전기의 토크 측정이 가능한 파력 발전 시스템을 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 토크 측정이 가능한 터빈 발전기 및 이를 이용한 파력 발전 시스템의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
100. 터빈 발전기 101. 터빈
102. 터빈 허브 103. 터빈 축
104, 104'. 터빈 베어링(104, 104') 105. 커플링
106. 회전자 107. 가이드 베인
108. 덕트 109. 발전기
110. 고정자 111, 111'. 발전기 베어링
200. 터빈 발전기 201. 덕트
202. 케이싱 203. 고정축
204. 회전자 205. 고정자
206, 207. 베어링 208. 블레이드
209, 210. 가이드 베인 401, 501. 파랑
402, 502. 공기실 600. 터빈 발전기
601. 덕트 602. 케이싱
603. 고정축 604. 회전자
605. 고정자 606, 607. 베어링
608. 블레이드 609, 610. 가이드 베인
611. 지그 612. 로드셀

Claims (7)

  1. 토크 측정이 가능한 터빈 발전기에 있어서,
    양측이 유선형으로 형성되고, 덕트의 내부에 장착되는 케이싱;
    상기 케이싱의 외주면에 장착되어 유체의 왕복 유동 에너지를 회전 에너지로 변환하는 블레이드;
    상기 블레이드의 전방 및 후방에 각각 설치되어 상기 유체의 흐름을 정류하는 가이드 베인;
    상기 케이싱의 내부에 베어링에 의해 양단이 고정되도록 설치되는 고정축;
    상기 고정축의 양측에 구비된 베어링에 장착되어 상기 고정축을 중심으로 회전 가능하게 구비되는 회전자;
    상기 회전자의 회전반경 내에서 상기 고정축에 설치되는 고정자;
    상기 고정축의 일단에 설치되는 지그; 및
    상기 지그의 타단에 설치되어 상기 고정축의 회전을 억제하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 토크 측정이 가능한 터빈 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자가 만들어내는 토크와 상기 고정자를 회전하지 못하게 억제하는 힘이 같음을 이용하여, 상기 로드셀에 걸리는 힘과 상기 고정축과 상기 로드셀 사이의 거리를 곱한 값을 토크로 환산하여 상기 터빈 발전기의 토크를 구하는 것을 특징으로 하는 토크 측정이 가능한 터빈 발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    각각의 상기 가이드 베인은, 만곡된 플레이트가 상기 케이싱의 외주면에 등간격으로 다수 개 장착되어 이루어지며,
    각각의 가이드 베인은 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 토크 측정이 가능한 터빈 발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드의 일단면은 초승달 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 측정이 가능한 터빈 발전기.
  5. 공기의 왕복 유동 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 파력 발전 시스템에 있어서,
    파랑에 의해 공기가 압축 또는 팽창되는 공간을 구비하는 공기실;
    상기 공기실의 압축 또는 팽창된 공기를 유도하는 덕트; 및
    상기 덕트 내에 설치되는 터빈 발전기를 포함하여 구성되고,
    상기 터빈 발전기는, 청구항 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 기재된 토크 측정이 가능한 터빈 발전기인 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    파랑에 의해 상기 공기실의 공기가 팽창되면, 외부의 공기가 상기 터빈 발전기를 경유하여 상기 공기실 내부로 유입되어, 유입되는 공기의 힘에 의해 상기 터빈 발전기의 블레이드가 회전되고, 상기 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어지며,
    파랑에 의해 상기 공기실의 공기가 압축되면, 상기 공기실 내부의 공기가 상기 터빈 발전기를 경유하여 외부로 배출되어, 배출되는 공기의 힘에 의해 상기 터빈 발전기의 블레이드가 회전되고, 상기 블레이드와 연결된 회전자가 회전되어 발전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  7. 청구항 1항에 기재된 토크 측정이 가능한 터빈 발전기를 이용한 토크 측정방법에 있어서,
    상기 회전자가 만들어내는 토크와 상기 고정자를 회전하지 못하게 억제하는 힘이 같음을 이용하여, 상기 로드셀에 걸리는 힘과 상기 고정축과 상기 로드셀 사이의 거리를 곱한 값을 토크로 환산하여 터빈 발전기의 토크를 구하는 것을 특징으로 하는 토크 측정방법.
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