KR20230163314A - Multi-helical sail variable wing turbine for tidal current power generation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 밀물과 썰물의 조류방향 변화에 따라 유연한 돛으로 만든 다단의 나선형 가변익이 오목한 포물면 형상으로 자동 반전되므로 모멘트가 크게 향상되어 발전효율이 극대화되는 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈에 관한 것이다.
본 발명은 부유선 프레임(115)의 하단에 설치한 수평한 구동축(101)의 전·후방에 각각 날개허브(104a, 104b)를 형성하고, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에는 방사상으로 날개축(102a, 102b)을 형성하며, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에서 상호 엇갈린 각도의 날개축(102a, 102b)에는 천으로 된 돛 가변익(103)을 나선형으로 장착한 것을 특징으로 하는 것이다.The present invention relates to a multi-stage spiral variable blade turbine for tidal power generation. More specifically, the multi-stage spiral variable blade made of flexible sails automatically reverses into a concave parabolic shape according to changes in the direction of the tidal current of the high and low tides, thereby greatly improving the moment. This relates to a multi-stage spiral sail variable-wing turbine for tidal current power generation that maximizes power generation efficiency.
The present invention forms wing hubs (104a, 104b) at the front and rear of the horizontal drive shaft (101) installed at the bottom of the float frame (115), and each of the above-described wing hubs (104a, 104b) has a radial The wing axes (102a, 102b) are formed, and the sail variable blades (103) made of fabric are spirally mounted on the wing axes (102a, 102b) at opposite angles in each of the above-described wing hubs (104a, 104b). It is characterized by

Description

조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈 {Multi-helical sail variable wing turbine for tidal current power generation} {Multi-helical sail variable wing turbine for tidal current power generation}

본 발명은 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 밀물과 썰물의 조류방향 변화에 따라 유연한 돛으로 만든 다단의 나선형 가변익이 오목한 포물면 형상으로 자동 반전되므로 모멘트가 크게 향상되어 발전효율이 극대화되는 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage spiral variable blade turbine for tidal power generation. More specifically, the multi-stage spiral variable blade made of flexible sails automatically reverses into a concave parabolic shape according to changes in the direction of the tidal current of the high and low tides, thereby greatly improving the moment. This relates to a multi-stage spiral sail variable-wing turbine for tidal current power generation that maximizes power generation efficiency.

조류발전은 해와 달의 인력에 의해 밀물과 썰물이 서로 반전되어 흐르는 바닷물의 힘으로 전력을 생산하는 것으로,Tidal power generation generates electricity using the power of flowing sea water as the ebb and flow of the tide reverses due to the gravitational pull of the sun and moon.

대부분의 조류발전은 발전효율이 좋은 수평축형 터빈을 사용하고 있는데, 수평축형 터빈들은 밀물과 썰물의 방향이 바뀌면 요잉시스템을 이용하여 조류를 정면에서 수용하도록 날개 방향을 변경해야 하고, 요잉시스템을 사용하지 않으면 밀물과 썰물 중 한 방향의 조류만 이용하여 발전을 수행해야 하는 단점이 있다.Most tidal power plants use horizontal-axis turbines with high power generation efficiency. When the direction of high and low tides changes, horizontal-axis turbines must change the direction of their wings to accommodate the tidal current from the front using a yawing system. If this is not done, there is a disadvantage that power generation must be performed using only one direction of the tide or the ebb tide.

수직축형 터빈의 경우에는 요잉시스템을 필요로 하지 않지만, 조류의 역방향으로 회전하는 날개의 저항이 발생하여 발전효율을 감소시키는 단점이 있다.In the case of a vertical axis turbine, a yawing system is not required, but it has the disadvantage of reducing power generation efficiency due to the resistance of the blades rotating in the opposite direction of the current.

상기한 단점을 해결하려는 선행기술로 회전 날개가 나선형으로 된 "조류발전 스크류 터빈"(한국등록특허 제1025097970000호)이 창안된 바 있다.As a prior art to solve the above-mentioned shortcomings, a "tidal current power screw turbine" (Korean Patent No. 1025097970000) with spiral-shaped rotating blades has been created.

그러나 상기한 "조류발전용 스크류 터빈"은 해저에서 부류식 발전장치와 연결한 구동축을 경사지게 설치해야 하므로 간만의 차가 크거나 낮은 수심에서 적용하기가 어렵고 스크류 터빈의 형상이 한 가닥의 나선형으로만 설치되어 조류 유속이 미약한 곳에서는 에너지 효율이 부족하다는 단점이 있었다.However, the above-mentioned "screw turbine for tidal current power generation" requires the drive shaft connected to the sidestream power generation device to be installed at an angle on the seabed, so it is difficult to apply in places where tidal differences are large or at low water depths, and the screw turbine is installed in only a single spiral shape. However, it had the disadvantage of lacking energy efficiency in places where the tidal current velocity was weak.

새로이 창안되는 조류발전 터빈은 간만의 차가 크거나 낮은 수심에서 사용하기 위해서 나선형 터빈을 수평 방향으로 길게 형성한 수평축형의 터빈으로 제작할 필요가 있고. 수평 방향으로 형성한 나선형 날개는 조류의 수용 면적 증가를 위해 한 가닥이 아니라 여러 가닥(다단)으로 꼬인 것을 채택하는 것이 바람직하다. 특히 상기한 나선형의 날개가 조류를 최대한 많이 수용할 수 있도록 조류방향에 따라 스스로 오목한 포물면 형상으로 가변하는 것이라면 더욱 바람직할 것이다.The newly created tidal power turbine needs to be manufactured as a horizontal axis turbine with a spiral turbine formed horizontally in an elongated direction in order to be used in areas with large tidal differences or low water depths. It is advisable to use spiral wings formed in the horizontal direction with multiple strands (multiple stages) twisted instead of a single strand to increase the bird receiving area. In particular, it would be more desirable if the above-mentioned spiral wings could change into a concave parabolic shape by themselves depending on the direction of the current so as to accommodate as many currents as possible.

한국등록특허 제1025097970000호Korean Patent No. 1025097970000

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 조류발전에 따른 문제점에 착안하여 제안된 것으로서,The present invention was proposed in consideration of the problems caused by conventional tidal power generation as described above.

본 발명은 수평축형 구동축에 다단으로 긴 나선형의 돛 가변익을 형성하고, 상기한 돛 가변익을 유연한 재질의 천으로 제작하여 밀물과 썰물의 조류방향에 따라 스스로 오목한 포물면 형상으로 변형할 수 있도록 함으로써, 이 돛 가변익에 의해 조류에너지를 수용하는 체적이 증가하여 발전효율을 극대화할 수 있는 새로운 구조의 조류발전 터빈을 제공하고자 하는 것이다.The present invention forms a multi-stage long spiral variable sail blade on a horizontal axis-type drive shaft, and manufactures the sail variable blade using a flexible material so that it can be transformed into a concave parabolic shape by itself according to the direction of the ebb and flow. The aim is to provide a tidal power generation turbine with a new structure that can maximize power generation efficiency by increasing the volume of tidal energy received by the sail variable blades.

본 발명은 상기한 과제를 달성하기 위한 것으로서,The present invention is intended to achieve the above-described problem,

본 발명의 특징에 따르면, 계류선 프레임(115)의 하단에 설치한 수평적인 구동축(101)의 전·후방에 각각 날개허브(104a, 104b)를 형성하고, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에는 방사상으로 날개축(102a, 102b)을 형성하며, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에서 상호 엇갈린 각도에 형성된 날개축(102a, 102b)에는 각각 유연한 천으로 직조한 돛 가변익(103)을 나선형으로 장착한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다중 나선형 돛 가변익 터빈을 제공하고 있다.According to a feature of the present invention, wing hubs (104a, 104b) are formed at the front and rear of the horizontal drive shaft (101) installed at the bottom of the mooring line frame (115), and each of the above-mentioned wing hubs (104a, 104b) ) radially form wing axes (102a, 102b), and each of the wing axes (102a, 102b) formed at mutually staggered angles in each of the above-mentioned wing hubs (104a, 104b) has a sail variable blade woven with flexible fabric ( 103) provides a multi-spiral variable-wing turbine for tidal current power generation, characterized in that it is mounted in a spiral manner.

그리고 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기한 구동축(101)에 형성한 동력전달장치(107)에 의해 계류선 프레임(115)의 상단부에서 발전기(105)를 구동하도록 형성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈을 제공하고 있다.And according to another feature of the present invention, tidal power generation is formed to drive the generator 105 at the upper end of the mooring line frame 115 by the power transmission device 107 formed on the drive shaft 101. We are providing multi-stage spiral sail variable wing turbines for use.

그리고 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기한 구동축(101)의 전·후방에 베어링유닛(114)을 장착한 터빈 프레임(102a, 102b)을 형성하고, 상기한 돛 가변익(103)의 외곽에는 양쪽 가장자리의 지름이 중심부의 지름보다 큰 깔때기 틀(113)을 형성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다중 나선형 돛 가변익 터빈을 제공하고 있다.And according to another feature of the present invention, turbine frames 102a and 102b are formed with bearing units 114 mounted on the front and rear of the drive shaft 101, and the outer portion of the sail variable blade 103 is formed. provides a multi-spiral sail variable-wing turbine for tidal current power generation, characterized in that it forms a funnel frame (113) in which the diameter of both edges is larger than the diameter of the center.

본 발명은 유연한 천으로 만든 여러 가닥(다단)의 나선형 돛 가변익(103)이 밀물과 썰물의 조류방향에 따라 오목한 포물면 형상으로 자동 변형되어 최대한 조류에너지를 많이 수용하게 되므로 터빈의 구동 모멘트가 크게 향상되어 고효율의 조류발전을 실행할 수 있는 것이다. 또한 상기한 돛 가변익(103)은 여러 가닥으로 구성된 나선형의 구조이면서 수평 방향으로 날개를 길게 형성한 구조이므로 수심이 낮은 조건에서도 대용량의 조류발전을 실현할 수 있는 특장점을 지니고 있다.In the present invention, the spiral sail variable blades (103) made of multiple strands (multi-stages) made of flexible fabric are automatically transformed into a concave parabolic shape according to the direction of the high and low tides to accommodate as much tidal energy as possible, thereby greatly increasing the driving moment of the turbine. Improvements have made it possible to implement highly efficient tidal power generation. In addition, the sail variable blade 103 described above has a spiral structure composed of several strands and has long wings in the horizontal direction, so it has the advantage of being able to realize large-capacity tidal power generation even under low water depth conditions.

도 1은 본 발명을 해역에 적용한 측면도,
도 2는 본 발명을 해역에 적용한 상면도,
도 3은 본 발명의 터빈부 측면도
도 4는 본 발명의 터빈부 정면도
도 5는 본 발명의 돛 가변익(103) 부분 사시도
도 6은 도 7의 표시선(C-C) 단면도
도 7은 날개축(102a, 102b)에 돛 가변익(103) 한 가닥을 체결된 사시도
도 8은 본 발명의 밀물 흐름 시 터빈부 변화를 나타낸 측면도
도 9는 도 3의 표시선(A-A)의 단면도
도 10은 본 발명의 썰물 흐름 시 터빈부 변화를 나타낸 측면도
도 11은 도 5의 표시선(B-B)의 단면도,
도 12는 본 발명의 깔때기 틀(113)의 얼개도,
도 13은 본 발명의 깔때기 틀(113)의 정면도 및 측면도,
도 14는 깔때기 틀(113)을 장착한 본 발명을 해역에 적용한 측면도.
1 is a side view of the present invention applied to a sea area;
Figure 2 is a top view of the present invention applied to the sea area;
Figure 3 is a side view of the turbine part of the present invention
Figure 4 is a front view of the turbine part of the present invention
Figure 5 is a partial perspective view of the sail variable blade 103 of the present invention.
Figure 6 is a cross-sectional view taken along the marking line (CC) in Figure 7
Figure 7 is a perspective view of one strand of the sail variable blade 103 fastened to the blade axes 102a and 102b.
Figure 8 is a side view showing the change in the turbine part during the tidal flow of the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view taken along the marking line AA in Figure 3
Figure 10 is a side view showing the change in the turbine section during low tide flow of the present invention.
Figure 11 is a cross-sectional view taken along the marking line BB in Figure 5;
Figure 12 is a schematic diagram of the funnel frame 113 of the present invention;
13 is a front and side view of the funnel frame 113 of the present invention;
Figure 14 is a side view of the present invention equipped with a funnel frame 113 applied to the sea area.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명을 해역에 적용한 측면도이고, 도 2는 본 발명을 해역에 적용한 상면도, 도 3은 본 발명의 터빈부 측면도, 도 4는 본 발명의 터빈부 정면도이다.Figure 1 is a side view of the present invention applied to a sea area, Figure 2 is a top view of the present invention applied to a sea area, Figure 3 is a side view of the turbine part of the present invention, and Figure 4 is a front view of the turbine part of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 본 발명에 따르면, 해안 도서 지역 인근의 간만의 차가 심한 낮은 수심의 해역에서도 고효율의 조류발전을 실현할 수 있는 것이다. 섬들이 산재한 도서 지역이나 가두리양식장 등이 있는 곳은 대부분 간만의 차가 크고 수심이 얕아 회전날개의 지름이 큰 조류발전시스템을 채택하여 조류발전을 실현하기가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 계류케이블(116)로 계류시킨 계류선 프레임(115)의 하단에 수평적인 구동축(101)을 배치하고 여기에 수평적 방향으로 긴 날개 면적을 가진 돛 가변익(103)을 구성하고 있다. 즉, 회전 날개의 반경을 종으로 확대하기 어려운 낮은 수심의 해역에서는 날개의 길이를 횡으로 길게 확대하는 것이 바람직하다.According to the present invention as shown in Figures 1 and 2, highly efficient tidal power generation can be realized even in low-depth sea areas with large tidal differences near coastal islands. Island areas with scattered islands or places with cage fish farms have large tidal ranges and shallow water depths, making it difficult to realize tidal power generation by adopting a tidal power generation system with large rotor blade diameters. In order to solve this problem, the present invention places a horizontal drive shaft 101 at the bottom of the mooring ship frame 115 moored with a mooring cable 116, and includes a sail variable blade 103 with a long wing area in the horizontal direction. ). In other words, in low-depth sea areas where it is difficult to expand the radius of the rotor blade vertically, it is desirable to expand the length of the blade laterally.

그리고 낮은 수심의 해역에서는 날개의 단면적을 최대한 크게 하여 조류에너지를 보다 많이 수용하도록 할 필요가 있으므로 본 발명은 수평 구동축(101)에 여러 가닥(다단)의 긴 나선형의 돛 가변익(103)을 형성하고 있다.And in low-depth sea areas, it is necessary to increase the cross-sectional area of the wing as much as possible to accommodate more tidal energy, so the present invention forms a long spiral sail variable blade (103) of several strands (multi-stages) on the horizontal drive shaft (101). I'm doing it.

특히, 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 유연한 천으로 만든 여러 가닥(다단)의 나선형 돛 가변익(103)이 밀물과 썰물의 조류방향에 따라 오목한 포물면 형상으로 자동 변형되어 조류에너지를 수용하는 체적이 최대한 증가하도록 함으로써, 터빈의 구동 모멘트가 크게 향상되어 고효율의 조류발전을 실행할 수 있는 우수한 특·장점을 지니고 있다.In particular, in the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, a spiral sail variable blade 103 made of multiple strands (multiple stages) of flexible fabric is automatically transformed into a concave parabolic shape according to the direction of the ebb and flow to generate tidal energy. By increasing the accommodating volume as much as possible, the driving moment of the turbine is greatly improved, providing excellent features and advantages that enable high-efficiency tidal power generation.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같은 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 특·장점을 실현하기 위하여, 계류선 프레임(115)의 하단에 설치한 수평적인 구동축(101)의 전·후방에 각각 날개허브(104a, 104b)를 형성하고, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에는 방사상으로 날개축(102a, 102b)을 형성하며, 상기한 각각의 날개 허브(104a, 104b)에서 상호 엇갈린 각도의 날개축(102a, 102b)에는 각각 유연한 천으로 직조한 돛 가변익(103)을 나선형으로 장착한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다중 나선형 돛 가변익 터빈을 제공하고 있다.According to the present invention as shown in FIGS. 1 and 4, in order to realize the features and advantages described above, wings are provided at the front and rear of the horizontal drive shaft 101 installed at the bottom of the mooring line frame 115, respectively. Hubs (104a, 104b) are formed, and wing axes (102a, 102b) are radially formed on each of the above-mentioned wing hubs (104a, 104b), and each of the above-mentioned wing hubs (104a, 104b) is formed at a mutually staggered angle. A multi-spiral variable sail turbine for tidal current power generation is provided, wherein the sail variable blades 103 woven with flexible fabric are mounted in a spiral shape on each of the blade shafts 102a and 102b.

그리고 도 5는 상기한 돛 가변익(103) 한 가닥을 분리하여 펼쳐 보인 사시도이다. 도 5에 도시한 바에 따르면 유연한 재질의 천으로 된 돛 가변익(103)을 사다리꼴로 재단하여 그 빗변의 가장자리 부분에 고정봉(109)과 경사판(110)을 내장하여서 된 것이다. 또한, 도 6은 도 5에 나타낸 표시선(C-C) 부분을 보인 단면도이다. 상기한 도면의 돛 가변익(103)은 조류의 흐름에 순응하여 오목한 포물면으로 변형될 수 있는 유연한 재질의 천을 사용하되 강한 조류력에 대응할 수 있도록 질긴 성질을 가진 재료(나일론 섬유, 아라미드 섬유 등)로 직조한 천을 사용하는 것이 바람직하다.And Figure 5 is a perspective view showing one strand of the sail variable blade 103 described above separated and unfolded. As shown in Figure 5, the sail variable blade 103 made of flexible material is cut into a trapezoid, and a fixed rod 109 and a slant plate 110 are built into the edge of the hypotenuse. Additionally, FIG. 6 is a cross-sectional view showing a portion of the marking line C-C shown in FIG. 5. The sail variable blade 103 in the above drawing uses a flexible material that can be transformed into a concave paraboloid in compliance with the flow of the current, but is made of a material (nylon fiber, aramid fiber, etc.) with tough properties to cope with strong tidal force. It is preferable to use fabric woven with .

한편, 도 7은 구동축(101)에 형성한 각각의 날개허브(104a, 104b)에 있어서 상호 엇갈린 각도의 날개축(102a, 102b)에 고정봉(109)과 경사판(110)을 내장한 한 가닥의 가변익(103)을 끼워 나선형으로 장착하는 과정을 보인 사시도이다. 도면 상의 돛 가변익(103)은 각각의 날개허브(104a, 104b)에서 상호 엇갈린 각도의 날개축(102a, 102b)에 나선형으로 장착되어 있다.On the other hand, Figure 7 shows a single strand with a fixing rod 109 and a swash plate 110 built into the blade axes 102a and 102b at opposite angles in each of the blade hubs 104a and 104b formed on the drive shaft 101. This is a perspective view showing the process of inserting the variable blade 103 and mounting it in a spiral manner. The sail variable blades 103 in the drawing are spirally mounted on wing axes 102a and 102b at mutually alternating angles in each wing hub 104a and 104b.

한편, 도 8은 밀물(T1)이 흐를 경우 본 발명의 작동 상태를 보인 측면도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 표시선(A-A) 부분을 보인 단면도이다. 그리고 도 10은 썰물(T2)이 흐를 경우 본 발명의 작동 상태를 보인 측면도이고, 도 11은 도 10에 나타낸 표시선(B-B) 부분을 보인 단면도이다.Meanwhile, Figure 8 is a side view showing the operating state of the present invention when the tide T1 flows, and Figure 9 is a cross-sectional view showing a portion of the marking line A-A shown in Figure 8. And Figure 10 is a side view showing the operating state of the present invention when the tide T2 flows, and Figure 11 is a cross-sectional view showing the marking line B-B shown in Figure 10.

상기한 도 8 및 도 9에 도시한 바에 의하면, 본 발명은 밀물(T1)이 흐르는 시기에는 모든 나선형 돛 가변익(103)이 조류 흐름에 대응하여 도 8의 표시선(A-A)부분을 나타낸 도 9의 단면도처럼 시계방향으로 회전되는 오목한 포물면 형태로 변화하게 된다. 그러므로 나선형의 돛 가변익(103)에 미치는 조류의 체적이 증가하여 터빈의 구동 모멘트가 향상되므로 고효율의 조류발전을 실현하게 되는 것이다.As shown in FIGS. 8 and 9 above, in the present invention, when the tide (T1) flows, all the spiral sail variable blades (103) correspond to the tidal flow, and FIG. 9 shows the portion of the marking line (A-A) in FIG. As shown in the cross section, it changes into a concave paraboloid that rotates clockwise. Therefore, the volume of the tidal current affecting the spiral sail variable blade 103 increases, thereby improving the driving moment of the turbine, thereby realizing highly efficient tidal power generation.

그리고 도 10 및 도 11에 도시한 바에 의하면, 썰물(T2)이 흐르는 시기에는 모든 나선형 돛 가변익(103)이 조류 흐름에 대응하여 도 10의 표시선(B-B) 부분을 나타낸 도 11의 단면도처럼 반시계 방향으로 회전되는 오목한 포물면 형태로 변화하게 되므로 나선형의 돛 가변익(103)에 미치는 조류의 체적이 증가하여 터빈의 구동 모멘트가 향상된 고효율의 조류발전을 실현하게 된다.And, as shown in Figures 10 and 11, during the period of low tide (T2), all the spiral sail variable blades 103 move in response to the tidal flow, as shown in the cross-sectional view of Figure 11 showing the marking line (B-B) of Figure 10. As it changes to a concave parabolic shape rotating clockwise, the volume of the tidal current affecting the spiral-shaped sail variable blade 103 increases, realizing highly efficient tidal power generation with improved driving moment of the turbine.

즉, 오목한 포물면 형상으로 변형된 나선형의 돛 가변익(103)은 조류를 수용하는 체적이 증가하여 하중이 커지는 효과를 발휘하게 되고 터빈의 모멘트가 크게 향상된 고효율의 조류발전을 실현하게 된다.In other words, the spiral sail variable blade 103 transformed into a concave parabolic shape has the effect of increasing the load by increasing the volume accommodating the tidal current, and realizes highly efficient tidal power generation with greatly improved turbine moment.

즉, 터빈의 모멘트 공식에 의하면,In other words, according to the turbine moment formula,

W = P×L이고,W = P×L,

W는 모멘트 크기(KN·m)W is moment magnitude (KN·m)

P는 하중(KN)P is load (KN)

L는 날개 길이(m)이므로,L is the wingspan (m), so

조류발전용 터빈을 구동하는 모멘트(W)는 날개 길이가 일정할 경우 날개가 조류를 수용하는 포물면의 체적에 의한 하중이 증가할수록 비례하여 커진다는 것을 알 수 있다.It can be seen that the moment (W) driving a tidal current turbine increases proportionally as the load due to the volume of the parabolic surface on which the wing accommodates the tidal current increases when the blade length is constant.

이제, 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.Now, another embodiment of the present invention will be described.

도 12는 상기한 돛 가변익(103)에 미치는 조류의 유속을 증가시키도록 깔때기(113)를 설치한 얼개도 이고, 도 13은 상기한 깔때기(113)의 정면도 및 측면도이다. 도 14는 깔때기(113)를 장착한 본 발명을 해역에 적용한 측면도이다.Figure 12 is a schematic diagram of a funnel 113 installed to increase the flow rate of the tidal current on the sail variable blade 103, and Figure 13 is a front view and a side view of the funnel 113. Figure 14 is a side view of the present invention equipped with a funnel 113 applied to the sea area.

상기한 도 12 및 도 13에 도시한 바에 의하면, 본 발명은 상기한 돛 가변익(103)의 외부에 양쪽 가장자리의 지름이 중심부의 지름보다 크게 형성한 깔때기(113)를 장착하고, 상기한 깔때기(113)의 내부에는 베어링유닛(114)을 형성한 터빈 프레임(102a, 102b)을 장착하며, 상기한 베어링유닛(114)에는 발전기(105)를 구동하는 돛 가변익(103)의 구동축(101)을 장착하여서 된 것이다. 이렇듯 상기한 돛 가변익(103)의 외부에 깔때기(113)를 장착한 것은 돛 가변익(103)에 미치는 조류의 유속을 증가시켜 발전효율이 크게 향상되도록 하기 위한 것이다.As shown in FIGS. 12 and 13, the present invention is provided with a funnel 113 formed on the outside of the sail variable blade 103, where the diameter of both edges is larger than the diameter of the center, and the funnel 113 is provided. Inside (113), turbine frames (102a, 102b) forming a bearing unit (114) are mounted, and the bearing unit (114) includes a drive shaft (101) of the sail variable blade (103) that drives the generator (105). ) was installed. The purpose of mounting the funnel 113 on the outside of the sail variable blade 103 is to greatly improve power generation efficiency by increasing the flow rate of the tidal current on the sail variable blade 103.

즉, '베르누이 정리'를 인용하면 유체의 밀도가 일정하다고 할 때, 깔때기(113)의 입구 쪽 단면적이 A1, 출구 쪽 단면적이 A2, 입구 쪽 유속이 V1, 출구 쪽 유속이 V2라면 단위시간 동안에 움직인 질량은 같아야 하므로 V1*A1 =V2*A2의 공식이 성립한다. 그러므로, 깔때기(113)에서는 단면적이 넓은 입구 쪽보다 단면적이 좁은 출구 쪽의 유속이 단면적에 비례하여 커진다는 것을 알 수 있다.In other words, citing the 'Bernoulli's theorem', if the density of the fluid is constant, if the cross-sectional area of the inlet side of the funnel 113 is A1, the cross-sectional area of the outlet side is A2, the inlet side flow rate is V1, and the outlet side flow rate is V2, then during unit time Since the moved mass must be the same, the formula V1*A1 =V2*A2 is established. Therefore, it can be seen that in the funnel 113, the flow velocity at the outlet side with a narrow cross-sectional area increases in proportion to the cross-sectional area compared to the inlet side with a wide cross-sectional area.

일반적인 조류발전의 공식은,The general formula for tidal power generation is:

PW=1/2NQAV3 PW=1/2NQAV 3

PW : 발전량(W)PW: Power generation (W)

N : 발전기 효율N: generator efficiency

Q : 해수 밀도(1.025kg/㎥)Q: Seawater density (1.025kg/㎥)

A : 해수 접촉 면적(㎡)A: Seawater contact area (㎡)

V : 조류 속도(m/sec)이므로,V: Current speed (m/sec), so

조류발전량(PW)은 조류를 수용하는 블레이드의 면적(A)에 정비례하고 조류 속도(V)의 3승에 비례한다.Tidal power generation (PW) is directly proportional to the area (A) of the blade that accommodates the tidal current and is proportional to the third power of the tidal current speed (V).

예를 들어, 입구 쪽 단면적이 중간 부분보다 2배가 클 경우 깔때기(113)의 중간부 조류 속도(V)가 2배로 증가하므로 깔때기(113)의 중간부에 내장된 터빈의 발전량은 유속 2의 3승에 해당한 8배의 크기로 크게 향상된다는 것을 알 수 있다.For example, if the cross-sectional area of the inlet side is twice as large as that of the middle portion, the tidal current velocity (V) in the middle portion of the funnel (113) increases by two times, so the power generation amount of the turbine built in the middle portion of the funnel (113) is 3 times the flow velocity of 2. It can be seen that the size is greatly improved by 8 times the size of the win.

이제, 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.Now, another embodiment of the present invention will be described.

도 1 및 도 2에 도시한 바에 의하면, 계류케이블(116)에 의해 계류된 계류선 프레임(115)의 상부에 부유체(106)와 발전기(105)를 장착하고 하부에는 본 발명의 조류발전용 다중 나선 돛 가변익 터빈이 장착되어 그 구동력을 동력전달장치(107)에 의해 발전기(106)로 연결하여 전력을 생산하게 되어 있다. 이처럼, 계류선 프레임(115)의 상부에 부유체(106)와 함께 발전기(105)를 장착하면 수중에 발전기(105)를 장착하여 잠기게 하는 경우보다 수리와 관리를 간편하게 시행할 수 있는 장점이 있다.As shown in Figures 1 and 2, the floating body 106 and the generator 105 are mounted on the upper part of the mooring line frame 115 moored by the mooring cable 116, and the multilayer tidal power generation device of the present invention is installed on the lower part. A spiral sail variable-wing turbine is installed and its driving force is connected to the generator 106 through the power transmission device 107 to produce electric power. In this way, mounting the generator 105 along with the floating body 106 on the upper part of the mooring line frame 115 has the advantage of making repairs and maintenance easier than when installing the generator 105 underwater and submerging it. .

아직 설명하지 않은 부구(118)는 발전용 계류선 프레임(115)을 해저에 고정하는 계류케이블(116) 증간에 설치하여 강한 조류나 파도에 의해 계류케이블(116)에 과다한 장력이 발생할 때 부구(118)의 부력에 의한 완충작용에 의해 계류선 프레임(115)이 심하게 기울어지거나 충격을 받는 것을 방지할 목적으로 설치한다.The buoy (118), which has not yet been described, is installed between the mooring cables (116) that secure the power generation mooring line frame (115) to the seabed, and is used when excessive tension occurs in the mooring cable (116) due to strong currents or waves. It is installed for the purpose of preventing the mooring line frame 115 from being severely tilted or shocked by the buffering effect of the buoyancy of ).

이상의 전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. There will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

전 세계 국가들은 앞다투어 '탄소제로'를 선언하고, 온실가스 배출원을 줄이기 위한 다방면의 노력을 기울이고 있다. 다행히, 지구상에는 빠른 조류가 형성되는 해역이 산재하므로 본 발명과 같은 효율이 좋은 조류발전용 다중 나선 돛 가변익 터빈은 산업상 이용가능성이 매우 크다.Countries around the world are rushing to declare 'zero carbon' and are making various efforts to reduce greenhouse gas emission sources. Fortunately, since there are many sea areas on Earth where fast currents are formed, the highly efficient multi-spiral variable blade turbine for tidal power generation, such as the present invention, has great industrial applicability.

본 발명은 해안 도서지방의 전력 공급, 가두리 양식장의 전력 공급 등의 소형 조류발전용 및 1GW급 이상의 대형 조류발전단지 등에서 폭넓게 활용될 수 있다.The present invention can be widely used in small-scale algae power generation, such as power supply to coastal islands and cage fish farms, and large-scale algae power generation complexes of 1GW or more.

특히, 본 발명의 조류발전용 다중 나선 돛 가변익 터빈에 의한 기대효과는, 기후 위기에 대응하는 탄소중립 실현, 전기차 시대의 전력수요 증가에 대처, 신재생에너지 보급률 확대, 그린 수소의 생산에 이용할 수 있고, 저렴한 조류에너지 이용에 의한 국가의 산업경쟁력 강화, 일자리 창출 등에 크게 이바지할 수 있는 것이다.In particular, the expected effects of the multi-helix sail variable-wing turbine for tidal power generation of the present invention are to realize carbon neutrality in response to the climate crisis, cope with the increase in power demand in the electric vehicle era, expand the penetration rate of new and renewable energy, and use it for the production of green hydrogen. This can greatly contribute to strengthening the country's industrial competitiveness and creating jobs through the use of inexpensive tidal energy.

101 : 구동축, 102a : 전방 날개축,
102b : 후방 날개축, 103 : 돛 가변익,
104a : 날개허브, 104b : 날개허브,
105 : 발전기, 106 : 부유체,
107 : 동력전달장치, 108 : 조임볼트,
109 : 고정봉, 110 : 경사판,
111 : 고정나사, 112a, 112b : 터빈 프레임,
113 : 깔때기 틀, 114 : 베어링유닛,
115 : 계류선 프레임, 116 : 계류케이블,
117 : 해양쓰레기 차단 틀, 118 : 부구,
T1 : 밀물, T2 : 썰물,
A-A : 절단면도 표시선, B-B : 절단면도 표시선.
101: drive shaft, 102a: front wing shaft,
102b: rear wing axis, 103: sail variable wing,
104a: wing hub, 104b: wing hub,
105: generator, 106: floating body,
107: power transmission device, 108: tightening bolt,
109: fixed rod, 110: inclined plate,
111: fixing screw, 112a, 112b: turbine frame,
113: funnel frame, 114: bearing unit,
115: mooring line frame, 116: mooring cable,
117: Marine debris blocking frame, 118: Float,
T1: high tide, T2: low tide,
AA: cutting edge marking line, BB: cutting edge marking line.

Claims (3)

계류선 프레임(115)의 하단에 설치한 수평적인 구동축(101)의 전·후방에 각각 날개허브(104a, 104b)를 형성하고, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에는 방사상으로 날개축(102a, 102b)을 형성하며, 상기한 각각의 날개허브(104a, 104b)에서 상호 엇갈린 각도의 날개축(102a, 102b)에는 각각 유연한 천으로 직조한 돛 가변익(103)을 나선형으로 장착한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다중 나선형 돛 가변익 터빈.Wing hubs (104a, 104b) are formed at the front and rear of the horizontal drive shaft (101) installed at the bottom of the mooring line frame (115), and each of the above-described wing hubs (104a, 104b) has a radial blade shaft ( 102a, 102b), and the sail variable blades 103 woven with flexible fabric are spirally mounted on the wing axes 102a, 102b at opposite angles in each of the wing hubs 104a, 104b. Features a multi-spiral variable-wing turbine for tidal power generation. 제1항에 있어서, 상기한 구동축(101)에 형성한 동력전달장치(107)에 의해 계류선 프레임(115)의 상단부에서 발전기(105)를 구동하도록 형성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다단 나선형 돛 가변익 터빈.The multi-stage spiral sail for tidal current power generation according to claim 1, wherein the generator (105) is driven at the upper end of the mooring line frame (115) by a power transmission device (107) formed on the drive shaft (101). Variable-wing turbine. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기한 구동축(101)의 전·후방에 베어링유닛(114)을 장착한 터빈 프레임(102a, 102b)을 형성하고, 상기한 돛 가변익(103)의 외곽에는 양쪽 가장자리의 지름이 중심부의 지름보다 큰 깔때기 틀(113)을 형성한 것을 특징으로 하는 조류발전용 다중 나선형 돛 가변익 터빈.According to claims 1 and 2, turbine frames (102a, 102b) are formed with bearing units (114) mounted in front and rear of the drive shaft (101), and the outer portion of the sail variable blade (103) is formed. A multi-spiral variable-wing turbine for tidal current power generation, characterized in that it forms a funnel frame (113) in which the diameter of both edges is larger than the diameter of the center.
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