KR20150019185A - 유체 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유체의 유동 부하에 의해 회전되는 터빈에 회전력에 대한 반작용력을 최소화할 수 있어서 발전효율이 향상될 뿐만 아니라 필요시 신속하고 간편하게 블레이드가 무부하 상태로 변환되도록 함으로써 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있고, 발전기를 효율적으로 운용 및 관리할 수 있는 유체 발전기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유체 발전기는 유체 발전기에 있어서, 터빈축; 상기 터빈축에 설치되는 터빈하우징; 상기 터빈하우징에 회전축을 매개로 회전 가능하게 결합되고 상기 터빈축의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드; 및 상기 터빈하우징에 설치되어 상기 블레이드가 회전되지 않도록 구속력을 인가하는 스토퍼부재를 포함하되, 상기 스토퍼부재가 상기 블레이드를 구속시키는 고정영역과 상기 블레이드로부터 이탈되는 해제영역 중에서 어느 하나의 영역에 선택적으로 위치하도록, 상기 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 힌지부재; 및 상기 스토퍼부재를 상기 고정영역 및 상기 해제영역으로 이동시키기 위한 구동력을 인가하기 위해 상기 스토퍼부재에 접속되는 스토퍼 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 회전 가능하게 설치된 블레이드가 스토퍼부재에 의해 구속 및 해제 되므로 유체 부하의 인가시 블레이드에 인가되는 회전력에 대한 반작용력을 최소화할 수 있어서 발전효율이 향상되는 장점이 있다. 특히, 스토퍼 구동수단을 간단하게 조작하여 스토퍼부재를 출몰시킴으로써 블레이드를 선택적으로 구속 또는 해제할 수 있어서 과도한 유체 부하가 인가될 경우 블레이드에 유체 부하가 작용되지 않도록 하여 블레이드 등 유체 발전기 구성품의 손상 및 파손을 방지할 수 있으므로 안전성과 내구성이 향상되는 장점이 있다.

Description

유체 발전기{POWER GENERATING APPARATUS USING FLOWING FLUID}

본 발명은 유체 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유체의 유동 부하에 의해 회전되는 터빈에 회전력에 대한 반작용력을 최소화할 수 있어서 발전효율이 향상될 뿐만 아니라 필요시 신속하고 간편하게 블레이드가 무부하 상태로 변환되도록 함으로써 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있고, 발전기를 효율적으로 운용 및 관리할 수 있는 유체 발전기에 관한 것이다.

일반적으로, 화석에너지 자원이 고갈로 인해 최근에는 수력 및 조력이나 파력 등에서 얻어지는 부하나, 풍력에서 발생하는 부하를 이용한 발전기에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

예컨대, 댐을 이용한 수력발전 방법이나, 밀물과 썰물을 이용한 조력발전장치나, 파도의 위.아래 움직임을 활용한 파력발전장치들이 개발, 설치되어 있다.

풍력발전은 수평축 풍력발전장치와 수직축 풍력발전장치가 개발되어 널리 설치되어 있고, 수평축 풍력발전장치는 양력을 이용하는 효율 높은 구조이나 바람의 방향에 따라 방향을 바꾸어야 하고, 저풍속을 갖는 바람에서는 양력발생이 어렵고 고중량 발전기를 지주의 상단에 설치하여야 등 많은 건설비용이 소요되는 단점이 있다.

수직축 풍력발전장치는 저속 바람에 효율적인 항력식과, 고속 바람에 효율적인 양력식으로 나누어져 개발되고 있으나 비교적 효율이 낮은 단점이 특징이 있다. 특히, 수직축 풍력발전장치는 회전축을 기준으로 배치되는 다수의 블레이드 중에서 일측 블레이드에 회전력을 생성하는 풍력이 작용되면 반대쪽 블레이드에는 반작용 부하가 작용되므로 효율이 낮은 한계점이 있다.

이러한, 수직축 풍력발전장치의 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0022065호에는 스토퍼 요소의 일부만 활성화 시킬 수 있어 발전효율이 비교적 우수한 풍력 발전기가 개시되어 있다.

상기한 풍력 발전기는 도1에 도시된 바와 같이 발전기와 연결되어 지면으로부터 수직으로 연장된 로터축(2)과, 상기 로터축(1)의 상부와 하부에 서로 대향하여 횡향으로 설치되는 복수개의 로터 아암(4)과, 상기 로터 아암(4) 사이에 연결되어 상기 로터 아암을 견고하게 유지시키는 복수개의 수직 회전축(6)과, 상기 수직 회전축(6)에 일단이 연결되는 날개(5)를 포함하며, 상기 날개(5)는 수직 회전축에 분절적으로 연결되어 어떠한 방향에서 바람이 불어와도 상기 수직 회전축(6)에 대하여 조정 가능하고, 상기 로터 아암(4)은, 각각의 날개 또는 모든 날개를 선택적으로 고정시키거나 풀어줄 수 있는 스토퍼 요소(7)를 구비한다.

하지만, 상기한 풍력 발전기는 태풍과 같은 초고속의 바람이 인가될 경우 과도한 회전으로 인해 파손되는 문제점이 있다. 물론, 스토퍼 요소(7)를 제거할 경우 날개에 풍압이 작용되지 않아 발전기의 과도한 회전을 막을 수 있지만, 다수의 스토퍼 요소(7)을 일일이 제거하는 것은 어렵고 많은 시간이 소요되므로 유지보수비용의 상승은 물론이고 발전기를 효율적으로 운용 및 관리할 수 없는 한계점이 있다.

본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 유체의 유동 부하에 의해 회전되는 터빈에 회전력에 대한 반작용력을 최소화할 수 있어서 발전효율이 향상될 뿐만 아니라 필요시 신속하고 간편하게 블레이드가 무부하 상태로 변환되도록 함으로써 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있고, 발전기를 효율적으로 운용 및 관리할 수 있도록 한 유체 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유체 발전기는 유체 발전기에 있어서, 터빈축; 상기 터빈축에 설치되는 터빈하우징; 상기 터빈하우징에 회전축을 매개로 회전 가능하게 결합되고 상기 터빈축의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드; 및 상기 터빈하우징에 설치되어 상기 블레이드가 회전되지 않도록 구속력을 인가하는 스토퍼부재를 포함하되, 상기 스토퍼부재가 상기 블레이드를 구속시키는 고정영역과 상기 블레이드로부터 이탈되는 해제영역 중에서 어느 하나의 영역에 선택적으로 위치하도록, 상기 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 힌지부재; 및 상기 스토퍼부재를 상기 고정영역 및 상기 해제영역으로 이동시키기 위한 구동력을 인가하기 위해 상기 스토퍼부재에 접속되는 스토퍼 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 터빈하우징은 방사상 구조로 복수의 지지돌부가 형성되고 상하로 이격, 설치되는 상부 및 하부 터빈하우징과, 상기 상부 및 하부 터빈하우징 사이에 종방향으로 배치되는 지지기둥으로 구성되고, 상기 지지돌부에 상기 블레이드가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유체 발전기는 상기 터빈하우징, 상기 블레이드, 상기 스토퍼부재, 및 상기 힌지부재를 포함하는 조립체가 상기 터빈축에 다층 구조로 배치되는 형태로 구성될 수 있다.

특히, 상기 스토퍼 구동수단은, 상기 스토퍼부재에 접속되는 링크부재; 상기 링크부재에 일단이 접속되는 링크 구동축; 및 상기 링크 구동축에 회전력을 인가하기 위해 접속되는 링크 구동부재를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 링크 구동부재는 상기 터빈축에 삽입되어 상기 터빈하우징에 각운동 가능하게 설치되는 구동회전체; 상기 구동회전체에 일측이 이동 가능하게 접속되고 타측에 상기 링크 구동축이 결합되는 축구동편; 및 상기 구동회전체에 회전력을 인가할 수 있도록 접속되고 상기 터빈하우징에 고정 및 이탈되게 설치되는 구동레버를 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 스토퍼부재는 상기 블레이드의 상부에 구속력을 인가하는 상부 스토퍼부재와, 상기 블레이드의 하부에 구속력을 인가하는 하부 스토퍼부재로 구성되고, 상기 힌지부재는 상기 상부 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 상부 힌지부재와, 상기 하부 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 하부 힌지부재로 구성되며, 상기 링크부재는 상기 링크 구동축의 상부에 결합되고 상기 상부 스토퍼부재에 접속되는 상부 링크부재와, 상기 링크 구동축의 하부에 결합되고 상기 하부 스토퍼부재에 접속되는 하부 링크부재로 구성된다.

본 발명에 따른 유체 발전기에 의하면, 회전 가능하게 설치된 블레이드가 스토퍼부재에 의해 구속 및 해제 되므로 유체 부하의 인가시 블레이드에 인가되는 회전력에 대한 반작용력을 최소화할 수 있어서 발전효율이 향상되는 장점이 있다. 특히, 스토퍼 구동수단을 간단하게 조작하여 스토퍼부재를 출몰시킴으로써 블레이드를 선택적으로 구속 또는 해제할 수 있어서 과도한 유체 부하가 인가될 경우 블레이드에 유체 부하가 작용되지 않도록 하여 블레이드 등 유체 발전기 구성품의 손상 및 파손을 방지할 수 있으므로 안전성과 내구성이 향상되는 장점이 있다.

도1은 종래 풍력 발전기를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 전체 구조를 나타낸 사시도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 전체적인 구조를 설명하기 위한 분리 사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 상부 구조를 설명하기 위해 부분적으로 분리한 사시도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 하부 구조를 설명하기 위해 부분적으로 분리한 사시도,
도6은 도4의 A부 확대 분리 사시도,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 링크 구동부재를 설명하기 위한 부분확대 사시도,
도8a 및 도8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도8a는 스토퍼부재가 고정영역으로 돌출된 상태에서의 블레이드의 작동상태를 나타낸 평면도이고, 도8b는 스토퍼부재가 해제영역으로 이동된 상태에서의 블레이드의 작동상태를 나타낸 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도8b에 의거하여 상세히 설명하고, 도2 내지 도8b에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 전체 구조를 나타낸 사시도, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 전체적인 구조를 설명하기 위한 분리 사시도, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 상부 구조를 설명하기 위해 부분적으로 분리한 사시도, 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 하부 구조를 설명하기 위해 부분적으로 분리한 사시도이다.

도2 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기는 터빈축(1), 터빈하우징(2), 블레이드(3), 스토퍼부재(4)를 구비하되, 스토퍼부재(4)를 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 힌지부재(5)와, 스토퍼부재(4)를 이동시키기 위한 구동력을 인가하기 위해 구성되는 스토퍼 구동수단(6)을 구비한다.

특히, 스토퍼부재(4)는 회전 가능하게 구성되고, 스토퍼 구동수단(6)은 스토퍼부재(4)가 블레이드(3)를 구속시키는 고정영역과, 스토퍼부재(4)가 블레이드(3)로부터 이탈되는 해제영역 중에서 어느 하나의 영역에 선택적으로 위치되게 조작할 수 있도록 구성함으로써 과도한 유체 부하(태풍 등으로 과도한 풍속이 인가될 경우 등)가 인가될 경우에도 블레이드(3) 등의 유체 발전기 구성품이 손상되지 않도록 구성한 점에 특징이 있다.

여기서, 고정영역은 블레이드(3)를 구속할 수 있도록 스토퍼부재(4)가 돌출된 상태를 의미하는 것이고, 해제영역은 스토퍼부재(4)가 블레이드(3)로부터 이탈된 상태를 의미한다.

터빈축(1)은 터빈하우징(2)을 지지하기 위해 설치되는 봉상부재로서, 도2에 도시된 바와 같이 터빈하우징(2)의 중심에 상하로 관통되게 설치되거나, 터빈하우징의 하부 또는 상부에만 설치될 수 있다.

터빈하우징(2)은 블레이드(3)를 회전 가능하게 지지하는 부재로서, 상하로 이격, 배치되는 상부 터빈하우징(2a) 및 하부 터빈하우징(2b)과, 이 상부 및 하부 터빈하우징(2a,2b)에 배치되어 지지력을 제공하는 지지기둥(2c)으로 구성된다.

상기 상부 및 하부 터빈하우징(2a,2b)은 복수의 블레이드(3)를 효과적으로 지지할 수 있다면 원판형 등으로도 제한 없이 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 중심에서 외부를 향해 방사상 구조로 복수의 지지돌부(21)가 돌출된 구조로 형성되어 있다.

그리고, 상부 및 하부 터빈하우징(2a,2b)은 중심에 터빈축(1)이 삽입되는 터빈축삽입홀(22)이 형성되어 있고, 지지돌부(21)에는 블레이드(3)에 결합되는 회전축(31)이 삽입되는 회전축삽입홀(23), 후술되는 스토퍼부재(4)가 회동 가능하게 설치되는 스토퍼설치홀(24), 후술되는 링크 구동축(62)이 삽입되는 구동축삽입홀(26)이 형성되어 있다.

지지기둥(2c)은 횡단면 형상이 대략 타원형인 기둥형상의 부재로서, 강성 및 제작성의 향상과 경량화를 위해 알루미늄(Al)을 이용하여 프로파일 형태로 성형한 프로파일 구조체로 형성되어 있다.

한편, 블레이드(3)는 터빈하우징(2)의 지지돌부(21)에 회전축(31)을 매개로 회전 가능하게 결합되는 것으로 터빈축의 둘레를 따라 방사상 구조로 배치되게 설치된다. 그리고 블레이드(3)는 횡단면 형상이 대략 원추형인 직사각 판상부재로 형성된다. 그리고, 블레이드(3)는 강성 및 제작성의 향상과 경량화를 위해 알루미늄(Al)을 이용하여 프로파일 형태로 성형한 프로파일 구조체로 형성되어 있다.

또한 블레이드(3)는 전술한 형태 외에도 유입되는 유체(공기나 물 등)의 특성(밀도 등)이나 부하의 크기(유속 등) 등을 고려하여 양력 블레이드(유체의 유동시 형성되는 양력에 의해 회전력을 생성하는 블레이드를 의미함), 항력 블레이드드(유체의 유동시 블레이드에 작용되는 항력(압력)에 의해 회전력을 생성하는 블레이드를 의미함), 혼합형 블레이드 등으로 손쉽게 교체, 구성할 수 있다.

회전축(31)은 블레이드(3)를 터빈하우징(2)에 회전하게 지지하는 구성요소로서, 봉상부재로 형성되고 그 상하단에 베어링(32)이 설치되어 있다.

스토퍼부재(4)는 터빈하우징(2)의 스토퍼설치홀(24)에 설치되는 것으로, 고정영역인 내측(블레이드의 상단 및 하단 방향)으로 회동되어 블레이드가 회전되지 않도록 구속력을 인가하는 작용과, 해제영역인 외측(블레이드 상단 및 하단 방향의 역방향)으로 회동되어 블레이드의 회전이 자유롭게 하는 작용을 수행한다.

그리고, 스토퍼부재(4)는 블레이드(3)에 구속 및 해제력을 인가할 수 있는 형태라면 구조 및 형상에 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 블레이드(3)측에 걸림되는 스토퍼부(41)와 힌지부재(5) 및 링크핀(44)이 삽입되는 핀홀이 천공된 힌지부(42)를 갖는 판상부재로 형성된다.

또한, 스토퍼부재(4)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 블레이드(3)의 하부 또는 상부에만 구성될 수도 있지만, 본 실시예에서는 풍압이나 수압과 같은 유체의 압력에 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 블레이드(3)의 상단 및 하단과 접하여 각각 구성되어 있다. 즉, 상기 스토퍼부재(4)는 블레이드(3)의 상부에 구속력을 인가하는 상부 스토퍼부재(4a)와, 블레이드(3)의 하단에 구속력을 인가하는 하부 스토퍼부재(4b)로 구성되어 있다.

힌지부재(5)는 스토퍼부재(4)를 터빈하우징(2)에 회동 가능하게 접속시키는 부재로서, 핀 형태로 형성되고 터빈하우징(2a,2b)의 스토퍼설치홀(24)의 내부에 설치되어 스토퍼부재(4)를 회전 가능하게 지지함으로써, 스토퍼부재(4)가 블레이드(3)를 구속시키는 고정영역과 블레이드로부터 이탈되는 해제영역으로 용이하게 회전될 수 있도록 지지하는 역활을 수행한다.

그리고, 힌지부재(5)는 스토퍼부재(4)가 상하로 구성되므로 상부 스토퍼부재(4a)를 상부 터빈하우징(2a)에 회동 가능하게 접속시키는 상부 힌지부재와, 하부 스토퍼부재(4b)를 하부 터빈하우징(2b)에 회동 가능하게 접속시키는 하부 힌지부재로 구성되어 있다.

한편, 스토퍼 구동수단(6)은 스토퍼부재(4)를 상기한 고정영역 및 해제영역으로 이동시키는 구동력을 인가하기 위한 수단으로서, 링크부재(61), 링크 구동축(62), 및 링크 구동부재(63)를 구비한다.

링크부재(61)는 스토퍼부재(4)를 고정영역 및 해제영역으로 회동시키는 구동력을 인가하기 위해 스토퍼부재에 접속되는 부재로서, 박판에 의해 막대 형상으로 형성되고 일정한 간격으로 복수의 핀홀이 형성되어 스토퍼부재(4)의 핀홀 사이에 삽입되는 링크핀(611)에 의해 복수의 스토퍼부재(4)와 접속된다.

그리고, 링크부재(61)는 도6에 도시된 바와 같이 막대 형상의 몸체 일단에 후술되는 링크 구동축(62)과의 접속을 위해 체결공(612a)이 천공된 연결돌부(612)가 형성되어 있다.

또한, 링크부재(61)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 상부 스토퍼부재(4a)에 접속되어 링크 구동축(62)의 상부에 결합되는 상부 링크부재(61a)와, 하부 스토퍼부재(4b)에 접속되어 링크 구동축(62)의 하부에 결합되는 하부 링크부재(61b)로 구성되어 있다.

첨부도면, 도6은 도4의 A부 확대 분리 사시도이다.

링크부재(61)는 링크 구동축(62)에 직접 접속될 수도 있지만, 본 실시예에서는 도4 내지 도6에 도시된 바와 같이 링크 구동축(62)의 상단부와 하단부에 설치되는 연결브라켓(64)을 매개로 접속된다. 연결브라켓(64)은 도6에 도시된 바와 같이 박판에 의해 형성되고 수직연결부(641)에 의해 상하로 연결된 상접속부(642)와 하접속부(643)를 갖는 구조로 형성되고, 상접속부(642) 및 하접속부(643)에는 링크 구동축(62)에 삽입되는 고정홀(644)과, 고정핀(65)이 삽입되는 고정핀삽입홀(645)이 천공되어 있다. 여기서 고정핀(65)은 링크부재(61)의 연결돌부(612)가 상접속부(642) 및 하접속부(643) 사이에 삽입된 상태에서 고정핀삽입홀(645) 및 링크부재(61)의 체결공(612a)에 삽입됨으로써 링크부재(61)와 링크 구동축(62)을 결속시키는 기능을 수행한다.

링크 구동축(62)은 도6에 도시된 바와 같이 링크 구동부재(63)로부터 인가되는 구동력에 따라 정역 회전되는 부재로서 연결브라켓(64)을 매개로 링크부재(61)와 접속되어 정역 회전시에 링크부재를 당기거나 밀어내면서 링크 운동이 수행되도록 한다.

그리고, 링크 구동축(62)은 지지기둥(2c)의 내부에 길이방향인 종방향으로 설치되는 봉상부재로서 상하 단부에 횡단면 구조가 "D"자 형상을 갖도록 가공(통상 D컷 가공이라 함)된 링크연결부(621)가 형성되어 있다.

도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 링크 구동부재를 설명하기 위한 부분확대 사시도이다.

링크 구동부재(63)는 도5 및 도7에 도시된 바와 같이 링크 구동축(62)에 회전력을 인가하기 위해 접속되는 구성요소로서, 구동회전체(631), 축구동편(632), 및 구동레버(633)를 구비한다.

구동회전체(631)는 터빈축(1)에 삽입되어 터빈하우징(2)에 각운동 가능하게 설치되는 부재로서, 원판연결부(631a)에 상하로 상원판(631b) 및 하원판(631c)이 일체로 형성된 구조로 되어 있다.

상원판(631b)에는 원주방향을 따라 호 형상으로 구동 장공(631d)이 천공되어 이 구동 장공(631d)으로 삽입되는 체결부재(631e)에 의해 터빈하우징(2)에 체결, 고정된다. 이와 같이 상원판(631b)에 구동 장공(631d)이 형성되면 구동회전체(631)를 터빈하우징(2)에 고정하면서도 그 형상 각도만큼 구동회전체(631)의 회전동작이 가능하게 된다.

축구동편(632)은 블레이드(3)의 설치위치 마다 각각 설치되고 구동회전체(631)에 일측이 이동 가능하게 접속되고 타측에 링크 구동축(62)이 결합되는 부재로서, 대략 직육면체 형상으로 형성되고 상원판(631b) 및 하원판(631c) 사이에 삽입되어 고정핀(632a)에 의해 결합된다.

그리고, 축구동편(632)은 내측에 길이방향을 따라 길게 천공되고 고정핀(632a)이 삽입되는 일자 형상의 이동 장공(632b)과 외측에 링크 구동축(62)이 삽입, 고정되도록 천공된 구동축 고정홀(632b)이 형성되어 있다. 이와 같이 일자형의 이동 장공(632b)이 형성되면 고정핀(632a)을 기준으로 축구동편(632)의 움직임이 가능하므로 구동회전체(631)의 정방향 회전시(시계방향)에 축구동편(632)이 당겨지면서 반시계 방향으로 각운동을 하게 된다. 반대로, 구동회전체(631)의 역방향 회전시(반시계 방향)에 축구동편(632)의 시계 방향으로 각운동을 하게 된다. 그리고, 축구동편(632)이 시계 및 반시계 방향으로 각운동을 수행하게 되면 축구동편(632)의 외측에 결합된 링크 구동축(62)이 연동되어 각운동을 수행하게 되므로 연결브라켓(64)을 매개로 접속된 링크부재(61a,61b)를 작동시킬 수 있다.

구동레버(633)는 구동회전체(631)에 회전력을 인가할 수 있도록 설치되는 부재로서, 구동회전체(631)를 회전시킬 수 있다면 구조나 형태에 제한은 없지만, 본 실시예에서는 레버축(633a), 레버축(633a)의 하부에 결합되는 손잡이(633b), 및 레버축(633a)의 상부가 터빈하우징(2)에 삽입, 고정되도록 탄성력을 인가하는 탄성부재(633c)로 구성되어 있다.

레버축(633a)은 대략 환봉 형상으로 형성된 몸체의 상단에 터빈하우징(2)에 삽입되는 걸림부(633a1)가 돌출된 형태로 형성되고 상원판(631b) 및 하원판(631c)에 천공된 체결공에 상하 이동가능하게 설치된다.

탄성부재(633c)는 압축코일스프링으로 형성되어 상원판(631b)과 하원판(631c) 사이의 위치하도록 레버축(633a)의 외주면에 삽입되고 레버축의 걸림부(633a1)에 걸림 되도록 설치되는 것으로, 이와 같이 탄성부재(633c)가 걸림부(633a1)에 탄설되면 탄성력에 의해 레버축이 상방으로 이동되어 터빈하우징(2)에 고정되므로 구동레버(633)의 비정상적인 움직임으로 인한 구동회전체(631)의 오동작을 방지할 수 있고 구동레버(633)의 하방 이탈을 방지할 수 있다.

그리고, 터빈하우징(2)에는 도7에 도시된 바와 같이 상기한 레버축(633a)의 상단 부분이 삽입되도록 레버축 삽입홀(28)이 형성되어 있다. 이 레버축 삽입홀(28)은 스토퍼부재(4)가 돌출되어 고정영역에 위치한 상태를 유지시키도록 천공된 제1 레버축 삽입홀(28a)과 스토퍼부재(4)가 하강되어 해제영역에 위치한 상태를 유지시키도록 천공된 제2 레버축 삽입홀(28b)으로 형성된다. 이때, 제1 및 제2 레버축 삽입홀(28a,28b)은 구동 장공(631d)의 형성 각도와 유사한 각도로 터빈하우징(2)의 저면에 이격 천공되어 있다.

아울러, 도2의 미설명부호 7은 터빈축(1)의 회전력을 전기에너지로 변환, 생성하는 발전기로서, 이 발전기는 일 예로 도시한 것으로 이에 제한되는 것은 아니며, 그 배치 위치, 구조 및 형태는 설치환경, 유입되는 유체(공기나 물 등)의 특성(밀도 등)이나 부하의 크기(유속 등), 블레이드의 종류 등을 고려하여 다양하게 구성할 수 있다. 또한, 미설명부호 8은 터빈축(1)이 고정되는 베이스이고, 도6의 미설명부호 'a'는 결속부위에 결합되는 이-링(E-ring)이다.

한편, 본 발명에 따른 유체 발전기는 첨부도면으로 구체화하지는 않았으나 전술한 바와 같은 터빈하우징(2), 블레이드(3), 스토퍼부재(4), 힌지부재(5), 및 스토퍼 구동수단(6)을 포함하는 조립체를 터빈축(1)에 다층 구조로 배치함으로써 전기에너지의 발전용량을 증대시킬 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 작용을 간략하게 설명한다.

도8a 및 도8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 발전기의 작용을 설명하기 위한 도면으로서, 도8a는 스토퍼부재가 고정영역으로 돌출된 상태에서의 블레이드의 작동상태를 나타낸 평면도이고, 도8b는 스토퍼부재가 해제영역으로 이동된 상태에서의 블레이드의 작동상태를 나타낸 평면도이다.

먼저, 도8a에 도시된 바와 같이 상부 및 하부 스토퍼부재(4a,4b)가 고정영역에 위치하게 되면 상부 및 하부 스토퍼부재의 스토퍼부(41)가 블레이드 방향(상부 스토퍼부재는 하향 돌출되고, 하부 스토퍼부재는 상향 돌출됨)으로 돌출되므로 풍력과 같은 유체 부하가 인가될 경우 도8a의 왼쪽 부분에 도시된 바와 같이 블레이드(3)는 스토퍼부재에 구속되어 지지돌부(21)와 평행한 방향으로 펼쳐져 유체 부하를 받게 되므로 터빈축(1)을 회전시키는 회전력이 생성된다. 이때, 전후 방향과 우측 방향에 배치된 블레이드(3)는 풍압의 인가시에 스토퍼부재(4)로부터 이탈되어 풍압의 인가방향을 따라 일자형으로 펼쳐지게 되므로 무부하 상태(블레이드의 표면에 유체 부하가 전달되지 않는 상태)에 있게 된다.

전술한 바와 같이 왼쪽 블레이드에 작용된 유체 부하에 의해 터빈축(1)이 회전되면 인접한 블레이드(3)가 회전되어 왼쪽으로 이동되면 스토퍼부재(4)에 걸림되므로 유체 부하에 의해 회전력이 생성되고 나머지 블레이드는 다시 일자형으로 펼쳐져 무부하 상태로 변환되는 과정을 연이어 반복적으로 수행하게 되므로 터빈축(1)의 회전동작이 지속된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 유체 발전기는 유체 부하의 인가시에 왼쪽 부분(도8a을 기준으로 한 위치)에 위치한 블레이드(3)는 유체 부하를 인가받도록 펼쳐지고 나머지 블레이드(3)를 유체 부하의 인가방향과 평행하게 배치되므로 블레이드에 의해 생성된 회전력을 상쇄시키는 반작용력이 발생되지 않게 되어 발전효율이 향상되는 장점이 있다. 그리고, 블레이드(3)는 어느 방향에서 유체의 부하가 작용 되더라도 동일하게 작동되므로 유체 부하의 방향이 변경되더라도 터빈축(1)을 회전시켜 전기에너지를 생성할 수 있는 장점이 있다.

한편, 전술한 바와 같이 스토퍼부재(4)가 고정영역에 위치된 상태로 전기에너지를 생성하는 과정에서 태풍 등으로 고풍속의 유체 부하가 인가될 스토퍼부재를 해제영역으로 작동시키게 되면 블레이드(3)에 작용되던 구속력이 해제되므로 도8b에 도시된 바와 같이 모든 블레이드가 풍압의 인가방향과 평행한 상태로 펼쳐지게 된다. 이와 같이 모든 블레이드(3)가 유체 부하와 평행하게 배치되면 블레이드에 항력이 작용되지 않게 되어 터빈축이 회전되지 않게 되므로 과도한 유체 부하에 의한 블레이드, 회전축 등의 손상이나 파손을 방지할 수 있다.

그리고, 스토퍼부재(4)를 고정영역에서 해제영역으로 작동시키는 과정은 스토퍼 구동수단(6)의 간단한 조작에 의해 시행할 수 있는 것으로 이하 구체적으로 살펴본다. 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 구동레버(633)의 손잡이(633b)를 하방으로 당기게 되면 터빈하우징(2b)의 제1 레버축 삽입홀(28a)에 삽입되어 있던 레버축(633a)이 이탈된다. 이러한 상태에서 손잡이(633b)를 시계방향으로 회전시키게 되면 구동 장공(631d)에 의해 안내되어 구동회전체(631)가 동일한 방향으로 회전되고, 이 구동회전체(631)가 회전되면 이동 장공(632b)에 삽입된 고정핀(632a)을 매개로 축구동편(632)이 이동 가능하게 결합되어 있으므로 축구동편(632)의 앞쪽 부분(안쪽 부분)이 당겨지게 된다.

이와 같이 축구동편(632)의 앞쪽 부분이 당겨지게 되면 그 외측 단부에 접속된 링크 구동축(62)이 연동되어 반시계방향으로 각운동을 수행하게 되므로 이 링크 구동축(62)의 상단 및 하단에 연결브라켓(64)을 매개로 접속된 상부 및 하부 링크부재(61a,61b)를 외측(지지돌부(21)의 외단부 방향)으로 밀어내게 된다. 상부 및 하부 링크부재(61a,61b)가 외측으로 이동되면 링크핀(611)을 매개로 결합된 스토퍼부재(4a,4b)는 상부 및 하부 힌지부재(5)를 힌지점으로 회전되므로 스토퍼부(41)가 해제영역으로 이동되면서 블레이드의 구속상태가 해제된다. 이와 같은 상태에서 유체 부하가 인가되면 블레이드는 스토퍼부재에 구속되어 있지 않으므로 도8b에 도시된 형태로 배열되게 된다.

그리고, 상기한 바와 같이 스토퍼부재(4)가 해제영역으로 이동된 후 손잡이(633b)에 작용되던 조작력을 해제하게 되면 도7dp 도시된 바와 같이 탄성부재(633c)의 탄성력에 의해 레버축(633a)이 제2 레버축 삽입홀(28b)으로 삽입되면서 터빈하우징(2b)에 고정되므로 구동회전체(631)의 위치가 견고하게 고정되고 스토퍼부재(4)는 해제영역에서 움직임 없이 정위치 하게 된다.

반대로, 유체 발전기의 재작동시켜 전기에너지를 생성하고자 하는 경우에는 스토퍼 구동수단(6)을 역조작 함으로써 간단하게 시행할 수 있다. 즉, 제2 레버축 삽입홀(28b)에 삽입, 고정된 구동레버(633)를 이탈시킨 후 반시계 방향으로 회전시키게 되면 전술한 고정영역에서 해제영역으로 작동시키는 과정의 역작용에 의해 구동회전체(631), 축구동편(632), 링크 구동축(62), 및 링크부재(61)가 순차적으로 역방향으로 작동되므로 스토퍼부재(4)는 해제영역에서 고정영역으로 회전된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 유체 발전기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

1:터빈축 2:터빈하우징
2a:상부 터빈하우징 2b:하부 터빈하우징
2c:지지기둥 3:블레이드
31:회전축 4:스토퍼부재
4a:상부 스토퍼부재 4b:하부 스토퍼부재
41:스토퍼부 42:힌지부
5:힌지부재 6:스토퍼 구동수단
61:링크부재 62:링크 구동축
63:링크 구동부재 631:구동회전체
632:축구동편 633:구동레버
7:발전기 8:베이스

Claims (6)

1. 유체 발전기에 있어서,
   터빈축;
   상기 터빈축에 설치되는 터빈하우징;
   상기 터빈하우징에 회전축을 매개로 회전 가능하게 결합되고 상기 터빈축의 둘레를 따라 설치되는 복수의 블레이드; 및
   상기 터빈하우징에 설치되어 상기 블레이드가 회전되지 않도록 구속력을 인가하는 스토퍼부재를 포함하되,
   상기 스토퍼부재가 상기 블레이드를 구속시키는 고정영역과 상기 블레이드로부터 이탈되는 해제영역 중에서 어느 하나의 영역에 선택적으로 위치하도록, 상기 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 힌지부재; 및
   상기 스토퍼부재를 상기 고정영역 및 상기 해제영역으로 이동시키기 위한 구동력을 인가하기 위해 상기 스토퍼부재에 접속되는 스토퍼 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터빈하우징은 방사상 구조로 복수의 지지돌부가 형성되고 상하로 이격, 설치되는 상부 및 하부 터빈하우징과,
   상기 상부 및 하부 터빈하우징 사이에 종방향으로 배치되는 지지기둥으로 구성되고,
   상기 지지돌부에 상기 블레이드가 적어도 하나 이상 설치된 것을 특징으로 하는 유체 발전기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 터빈하우징, 상기 블레이드, 상기 스토퍼부재, 및 상기 힌지부재를 포함하는 조립체가 상기 터빈축에 다층 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 유체 발전기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스토퍼 구동수단은,
   상기 스토퍼부재에 접속되는 링크부재;
   상기 링크부재에 일단이 접속되는 링크 구동축; 및
   상기 링크 구동축에 회전력을 인가하기 위해 접속되는 링크 구동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 발전기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 링크 구동부재는
   상기 터빈축에 삽입되어 상기 터빈하우징에 각운동 가능하게 설치되는 구동회전체;
   상기 구동회전체에 일측이 이동 가능하게 접속되고 타측에 상기 링크 구동축이 결합되는 축구동편; 및
   상기 구동회전체에 회전력을 인가할 수 있도록 접속되고 상기 터빈하우징에 고정 및 이탈되게 설치되는 구동레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 발전기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 스토퍼부재는 상기 블레이드의 상부에 구속력을 인가하는 상부 스토퍼부재와, 상기 블레이드의 하부에 구속력을 인가하는 하부 스토퍼부재로 구성되고,
   상기 힌지부재는 상기 상부 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 상부 힌지부재와, 상기 하부 스토퍼부재를 상기 터빈하우징에 회동 가능하게 접속시키는 하부 힌지부재로 구성되며,
   상기 링크부재는 상기 링크 구동축의 상부에 결합되고 상기 상부 스토퍼부재에 접속되는 상부 링크부재와, 상기 링크 구동축의 하부에 결합되고 상기 하부 스토퍼부재에 접속되는 하부 링크부재로 구성된 것을 특징으로 하는 유체 발전기.

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