KR20190010147A - 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고속 고효율의 원심터빈을 기반으로 압력을 분사 받아 회전하는 외측터빈과 반대방향으로 회전하는 내측터빈을 구비하여 소형·경량·저가의 동력원을 구현하기 위한 외, 내측의 터빈을 지닌 동력발생장치에 관한 것이다.
일례로 냉매를 이용하여 저온의 공기에서 에너지를 공급받아 발전을 하는 액체와 기체를 이용한 발전터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저온의 열원으로부터 에너지를 공급받는 기화기에서 고압의 펌프로 유입되는 과정에서 가스용 저속 발전터빈을, 상기 펌프로 고압의 액체 냉매로 만들어 방열한 후 액체용 고압발전터빈을 설치하여, 기화흡열기로 분사하여 발전하며, 발전효율을 향상시킨 액체와 기체를 이용한 발전터빈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액체와 기체를 이용한 발전터빈은, 노즐에서 분사하는 기체와 액체가 외측터빈을 회전시키며 분사되는 기체나 액체가 내부 터빈을 재 추력하며, 상기 외측터빈과 반대로 회전하는 내측터빈날개에 재 분사되어 두 개의 회전력을 발생시키며 각각 발전시키는 발전터빈이며, 터빈본체에 설치된 발전코일로부터 손실 없이 전기를 발생 하는 효율 높은 터빈장치를 실현할 수 있으므로 에너지 효율을 위한 반드시 필요한 발명이라 할 수 있다.

Description

액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈{A Generation Turbines Using Liquids and Gases}

본 발명은 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고속 고효율의 원심터빈을 기반으로 압력을 분사 받아 어떤 한 방향으로 회전하는 외측로터와, 반대방향으로 회전하는 내측로터를 구비하여 소형·경량·저가의 동력원을 구현하기 위한 외, 내측의 로터와 발전코일을 지닌 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈에 관한 것이다.

일례로 냉매를 이용하여 저온의 공기에서 에너지를 공급받아 발전을 하는 액체와 기체를 이용한 발전터빈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저온의 열원으로부터 에너지를 공급받는 기화기에서 고압의 펌프로 유입되는 과정에서 가스용 저속 발전터빈을, 상기 펌프로 고압의 액체 냉매로 만들어 방열한 후 액체용 고압발전터빈을 설치하여, 기화흡열기로 분사하여 발전하며, 터빈본체에 발전코일을 설치한 발전효율을 향상시킨 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈에 관한 것이다.

액체와 기체를 이용한 발전터빈(turbine)은 물, 증기, 가스 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 전기적인 일로 변환시키는 기계요소이다.

비상용 발전기와 같은 동력원의 경우 높은 에너지밀도에 의한 소형 경량화 설계가 중요시 된다.

향후 무인로봇과 같은 장치의 개발에 있어서 마이크로 터빈이 주목받기도 한다.

또한, 일반적인 터빈 발전장치는 고온고압의 가스를 이용하여 발전하는 가스터빈 방식과 물을 가열하여 고온고압의 증기를 사용하는 증기터빈 방식이 있으며, 그 외에 두 방식을 복합 열 병합 방식이 있지만, 이들의 특징은 높은 온도를 얻기 위하여 연료를 사용 하던가 외부로부터 아주 고열의 열원을 필요로 하는 특징과 고속의 회전을 필요로 하는 특징을 가진다.

따라서 , 공기에서 열을 흡수하여 에너지로 발전을 하는 장치는 저속회전에서 유용한 발전터빈과 소형이면서도 액체나 기체에서 동시에 사용할 수 있으며 고 효율 발전터빈을 필요로 하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 안출 된 것으로서, 원심터빈을 기반으로 외, 내측의 로터를 구비하여, 발전기와 같은 피구동체의 동력원을 소형·경량·저가의 구조로 구현하기 위한 발전코일이 내장된 터빈을 지닌 액체와 기체를 동시에 사용하는 발전터빈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체의 배출을 양쪽 회전 이송장치에 의해 빠른 배출을 가능하게 하여 냉매를 분리하여 두 개소의 열 교환을 하게 하여, 발전을 가능 하게 하는 액체와 기체를 이용한 고효율 발전터빈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유체유동으로 피구동체를 구동하기 위한 액체와 기체를 이용한 발전터빈에 있어서: 상기 피구동체와 연결되고, 유입통로와 배출 관을 지닌 본체; 상기 본체의 외부에서 내부로 연통하는 유입통로와 연통되는 유체의 원심유동을 유발하는 원심노즐과 원심회전운동을 수행하는 외부로터와 내부로터를 수용하고, 외, 내부 로터와 동심으로 결합되는 영구자석을 발전코일에 대응시켜 전기를 발생하는 발전코일

과 자석을 이용한 회전이송장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 분사 되는 유체의 분사력이 방향이 바뀌면서 외, 내측의 로터에서 별도로 전기를 발생하는 특징이 있다.

상기에서 기술한 바와 같이 본 발명의 액체와 기체를 이용한 발전터빈은 다음과 같은 효과를 발생시킨다.

1. 한 동작의 분사력으로 두 개소의 로터가 출력을 유도함으로서 에너지 회수효율이 대단히 높다.

2. 소형화가 가능하다.

3. 공기와 액체를 동시에 사용이 가능하다.

4. 저속유체에서 효율 적인 발전이 가능하다

제1도 : 본 발명의 액체와 기체의 발전터빈 단면도 .
제2도 : 본 발명의 부품 사시도.
제3도 : 본 발명의 부분 확대도.
제4도 : 본 발명의 "가"- "가"선도.
제5도 : 본 발명의 "자"- "자"선도.
제6도 : 본 발명의 "하"- "하"선도.
* 도면의 주요한 부호에 대한 설명
03) 노즐 11) 분배장치 31) 커버
32) 배출장치 33) 회전판 35) 외부회전자
37) 터빈몸체"용" 39) 터번몸체"호" 41) 외부회전자
42) 이송장치 43) 회전판 45) 덮개
46) 발전코일 47) 역류방지 체 48) 하우징
49) 내부회전날개 51) 외부회전날개 53) 발전코일
55) 하우징
* 화살표(

)는 바람의 이동방향. 화살표(→)는 물체의 이동방향.
표시 없는 사각은 공간과 상용부품임.

본 발명의 구성 상태를 제1도에서 제6도까지 제시한 도면에 의거하여 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈의 본 발명은, 한쪽은 개방되고, 다른쪽은 작은 원형공이 관통되어 설치된 원통체로 구성된 터빈몸체"호"(39) 중간부분의 외, 내를 관통하여 설치된 노즐(03)공에 분사준비 공이 길게 설치된 노즐(03)을 외주 면을 따라 다수 개 설치되고; 상기 터빈몸체"호"(39)의 내부 공간 측면에 베어링으로 결속된 내부회전날개(49)가 설치되고; 상기 내부회전날개(49)는 하현달과 같은 형상이 일정한 피치와 반경을 갖도록 구성되어 내부에 공간이 설치되고; 상기 공간에 역류방지 체(47)가 설치되고,

한쪽이 개방되고 다른 쪽은 중앙부가 작은 원형 공으로 관통된 짧은 원통체의 형태인 터빈몸체"용"(37)의 내부공간에 초생 달 형상으로 일정한 피치와 반경을 갖도록 구성된 외부회전날개(51)에 내부 공간이 설치되고; 상기 그 공간에 역류방치 체(47)가 설치되며, 상기 터빈몸체"용"(37)과 터빈몸체"호"(39)가 서로의 내부 공간의 중심을 일치하여 볼트의 나사결합을 통하여 견고하게 고정 설치하는 터빈회전날개부가 구성된다.

이때, 상기 내부회전날개(49)와 외부회전날개(51)의 외측 면에는 일정한 피치의 간격과 반경을 갖는 다수개의 자석이 설치되어 있으며, 이는 내부회전자 역할을 하게 되어 발전을 가능하게 한다.

이어서, 구성되는 배출 부는 크기는 다소 차이가 있지만 양쪽이 대칭 형

상이므로, 터빈몸체"용"쪽 부분의 한쪽만 설명하기로 한다.

터빈몸체"용"(37)의 작은 원형 공으로 관통된 쪽의 외측 면에; 상기 외부회전날개(51)에 설치된 자석의 반경과 피치가 일치하게 하여 자석을 설치하고; 상기 터빈몸체"용"의 외측 면 중앙부에 설치된 원형파이프 형상의 외경에, 베어링으로 결속하여 외부회전자(35)를 설치하되; 상기 외부회전자(35)의 측면에; 상기 터빈몸체"용"(37)의 측면에 설치된 자석과 동일한 반경과 피치로 하여 자석을 설치한다.

이어서, 원통체이며 한쪽이 개방되고 다른 한쪽은 측면중앙부에 작은 원형공과 볼트공이 설치된 하우징(55)을 준비하고, 상기 터빈몸체"용"(37)의 측면 파이프 면과 하우징의 외면 돌기부의 면의 중심을 일치하고, 그 사이에 밀폐 실(seal)을 끼워 나사결합을 통하여 견고하게 고정 설치한다.

이어서, 하우징(55)의 내면 홈에 베어링으로 결속한 회전판(33)의 중앙공에 배출장치(32)[반대쪽은 이송장치(42)]를 설치하고, 커버(31)[반대쪽은 덮개(45)]를 설치하면 본 발명의 구성이 완료된다.

이어서, 본 발명의 작용 상태를 제1도에서 제6도까지 제시된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

유체가 펌프의 힘으로 유입통로를 경유하여, 분사노즐(03)의 입구에서 분사되면, 유체는 외부회전날개(51)의 내 곡면을 따라 흐르며, 외부회전날개(51)를 추력하고 난후, 내부회전날개(49)의 내 곡면으로 흐르며 추력하게 되고, 상기 외부회전날개(51)와 내부회전날개(49)는 반대방향으로 회전운동을 하게 된다.

이때, 유체의 분사방향이 외부에서 내부로 분사되고, 그 유체가 내측의 로터에 역방향으로 분사되는 것을 분석해보면, 회전선속도가 반경이 커지는 쪽으로 유체가 흐르면 유체의 자중과 속도가 로터의 부담으로 되어 동력이 더 필요하게 되며, 본 발명과 같이 유체가 반경이 작아지는 내부로터에 더 빠른 속도로 분사되게 되므로 유체가 갖고 있는 직선동력을 최대의 회전동력으로 발생하게 된다.

또 다른 이때, 외부회전날개(51)에 기 설치된 자석과 외부회전자(35)는 서로 인력이 작용하며, 회전하게 되고, 그 사이의 발전코일(53)에 의해 발전되며, 내부회전날개(49)에 설치된 자석과 하우징(48)에 설치된 자석과 서로 인력이 발생하며 동시에 회전하게 되고, 그 사이에 발전코일(46)에서도 전기가 발전하게 되어 기구학적인 손실과 자중에 의한 손실 등이 없이 회전에너지를 고효율의 전기에너지로 변환하게 된다.

한편, 유체가 고속으로 분사되어 반대쪽 회전날개에 부딪히는 것을 방지하기위하여, 역류방지 체(47)를 설치하였으며, 유체의 배출속도가 늦어 배압이 발생하면, 효율이 저하되므로, 유체의 배출을 원활하게 하기위하여 배출장치(32), 이송장치(42)등을 설치하였다.

또 다른 한편, 유체가 초기에 액체고압이며, 분사되며 기화하는 냉매를 사용하는 경우에는 액상과 기체상태의 냉매가 동시에 분사될 수도 있으므로, 이때, 중력으로 비수분리로 빠르게 배출되어 터빈효율이 저하되지 않도록 하였으며, 자석의 인력을 이용하여 회전하게 하는 자체 회전력으로 회전판(33),(43)을 구동하게 하여 효율을 높이게 하였다.

유체에 의해 구동되는 터빈에 있어, 유체가의 분사력을 내, 외의 로터에 이중으로 분사되어 회전에너지를 유도하는 방법과, 발전코일(46).(53)이 설치되어 직접발전이 가능한 것이 중요하며, 두 개의 회전에너지를 하나로 연결하지 않고 곧바로 발전이 가능하여 고효율의 에너지가 발생되므로 반드시 필요한 발명이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈.의 본 발명을 실시하기위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로 본 발명은 상기한 실시예에 한정하지 않고 이하의 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를

벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 외부회전날개(51)와 내부회전날개(49)가 서로 반대방향으로 회전하며; 내부회전날개(49)의 내부 공간에 역류방지 체(47)가 설치되는 수단과,
   터빈몸체"용"(37)의 외측에 회전판(33)에 의해 구동되는 배출장치(32)가 설치되고, 터빈몸체"호"(39)의 외측에 회전판(43)에 구동되는 이송장치(42)를 설치하는 수단과,
   직선의 분사공이 길게 설치된 노즐(03)이 축 직각선과 A°로 설치되고, 두 곳의 출구를 설치하여 액체와 기체를 비수분리 하여 동시에 사용하게 설치된 것이 특징인 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈.
2. 제1항에 있어서, 축 직각선과 노즐(03)의 설치 각 A의 크기가 30~60°내로 설치된 것이 특징인 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈.
3. 제1항에 있어서, 회전판(33), (43)에 구동되는 이송장치(42)와 배출장치
   (32)를 임펠러로 설치된 것을 특징으로 하는 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈.
4. 제1항에 있어서, 내부회전날개(49)와 외부회전날개(51)의 전체 재질을 비철재질로 설치하며, 분사부분의 재질만 철의 재질로 사용하는 것이 특징인 액체와 기체를 동시 사용하는 발전터빈.

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