KR890002259B1 - 에너지 전환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

에너지 전환기

본 발명은 프레임과, 그 프레임에 장착되고 회전사 샤프트 및 그 회전자 샤프트를 포함하는 주베인 평면을 형성하는 다수의 베인(Vain)으로 된 회전자와, 상기 회전자 샤프트를 에너지 전환기구에 연결시킬 수 있는 연결 요소로 구성되고, 상기 각각의 베인은 회전자 샤프트에 고착된 고정구와, 회전사 샤프트에 대해 평행하게 위치된 힌지축을 중심으로 하여 상기 고정구에 대해 힌지 가능한 하나 이상의 날개와, 상기 고정구에 고착되고 주베인 평면내에 위치하는 날개용 정지구를 구비하여서 되는 에너지 전환기에 관한 것이다.

이러한 에너지 전환기로는 일례로 전기 발생기구, 특히 교류기 또는 발생기를 들수 있다.

에너지 전환기는 회전자에 의하여 유수(流水)로 부터 에너지를 수득하여 이 에너지를 회전자 샤프트를 통해 교류기 또는 발전기와 같은 에너지 전환기구로 이송시키게 된다.

이러한 종류의 공지된 에너지 전환기에 있어서는, 상기 베인은 한장의 판으로 구성되어 있는데, 이러한 공지의 에너지 전환기는 유속이 제한된 경우에는 특히 유수로 부터 충분한 에너지를 항상 수득할 수는 없는 것이었다.

따라서, 본 발명의 목적은 유속이 제한되는 경우에도 유수로부터 충분한 에너지를 수득할 수 있는 상술한 바와 같은 형태의 에너지 전환기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 유수중의 유효에너지에 대한 에너지 전환기구로 이송된 에너지의 비율의 종래의 에너지 전환기의 경우보다 높은 상술한 바와 같은 종류의 전환기를 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명에 따른 에너지 전환기의 도식적인 측면도.

제2도는 제1도에 도시된 에너지 전환기의 도식적인 정면도.

제3도는 제2도의 일부 확대도.

제4도의 제3도의 IV-IV의 단면도.

도면에 있어서 동일 부호는 동일 요소를 나타낸 것이다.

이러한 목적을 위하여, 각 베인의 상기 날개는 회전자 샤프트에 대해 평행하게 배치되는 작은 축을 중심으로 하여 서로에 대해 힌지 가능한 2장 이상의 날개부로 구성되어 있고, 상기 날개부들이 서로 일직선 상으로 위치될 때 그리고 날개가 정지구에 접촉하게 될때 날개부의 상대 힌지축을 고정구에 대한 날개의 힌지축과 정지구에 의해 형성되는 평면을 지나 이동케하는 방향으로 날개부가 더 이상 힌지 운동을 할 수 없게 하는 정지 수단이 설치되게 된다.

본 발명에 따른 에너지 전환기에 있어서는 바람직하게로는 회전자가 수중에 완전히 잠겨지게 되고, 회전자의 축은 대체로 수평으로 그리고 물흐름 방향에 대해 90°의 각도로 연장되게 되어 있으며, 회전자축의 위에 위치하는 날개가 유수에 의해 정지구에 가압 접촉하게 되어 있다.

물론 이외의 다른 배치를 이용하는 것도 가능하다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 정지 수단은 인접한 날개부와 접하는 날개부상에 위치하는 하나이상의 정지구로 구성되게 된다.

또한, 각 베인의 날개는 세장의 날개부로 구성되어 있고 중간 날개부는 양측의 인접 날개부에 힌지가능 하게 연결되어 있다.

바람직하게는 날개부에는 상술한 바와 같은 방향의 반대방향으로 날개부의 상대 힌지운동을 제한하는 수단이 설치되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 각각의 베인은 두장 이상의 날개부를 구비하고 고정구에 대해 각각 힌지가능한 다수의 날개로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 에너지 변환기의 효율은 축방향으로 위치를 달리하여 배치되는 다수의 인접 베인들의 주베인 평면이 서로 각도를 이루고 있을 때 유리한 영향을 받게 된다.

베인은 바람직하게 쌍으로 배치되어, 각 베인 쌍의 두베인은 서로 동일 축방향 위치 및 공통의 주베인 평면상에 위치하게 되나, 회전자 샤프트의 각기 다른 측부에 각기 위치하게 된다.

회전자 샤프트는 서로 대칭으로 위치하는 두군(群)의 베인쌍을 지지하고 있고, 각 베인군은 3쌍의 베인으로 구성되어 있고, 인접한 베인쌍은 각기 180°/n의 각도를 이루고 있다.

본 발명의 다른 특징 및 잇점은 이하의 설명으로 부터 명백하게 될 것인데, 이하의 설명은 물론 단지 예를 들어 설명한 것일 뿐, 그에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 참조 부호는 도면에 표시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같은 에너지 전환기는 프레임(1)과, 상기 프레임(1)에 장착되고, 샤프트(2) 및 2군의 베인(3)으로 된 회전자와, 상기 2군의 베인(3) 사이에서 샤프트(2)에 고정되고 샤프트(2)와 에너지 전환기구간을 연결하는 연결 장치의 부품인 기어휘일(4)로 구성되어 있다.

상기 연결장치는 공지되어 있는 것으로, 일례로 기어 트랜스 미션을 들수 있고, 따라서 도해의 간명화를 위해 상기 연결장치의 기어 휘일(4)만을 도시 하였다.

에너지 전환기구 역시 공지되어 있는 것으로서, 바람직하게 회전력을 전기 에너지로 전환시키는 교류기 또는 발전기와 같은 기구를 들수 있고, 따라서 도해의 간명함을 위해 도시를 생략하였다.

도면에 도시된 바와 같은 장치는 흐르는 물속에 완전히 잠겨지게 되는데, 이때 프레임(1)에 지지된 샤프트(2)는 물의 흐름방향을 교차하여 배치되게 된다.

바람직하게 장치의 배치는 도면에 도시된 바와 같이 샤프트(2)가 수평으로 배치되게끔 이루어지게 되는데, 물론 이외에도 샤프트를 수직으로 또는 수평면에 대해 소정의 각도를 가지고 배치되게끔 이루게 할 수도 있다. 각각의 베인군(群)은 직경 방향으로 대면하여 쌍으로 배치되는 8개의 베인(3)으로 구성되어 있다. 즉, 각 베인군은 샤프트(2)의 축방향으로 서로 인접하게 배치되어 있는 4쌍의 베인(3)으로 구성되어 있다. 각 베인쌍의 베인(3)들은 서로 동일 축방향 위치 및 공통의 주베인 평면상에 위치하게 되나, 회전자 샤프트(2)의 양측에 각기 위치하게 된다. 각 베인군의 4베인쌍은 최외층 쌍으로 부터 최내측 쌍으로 가면서 제1도 및 제4도에 화살표 "5"로 표시된 회전자의 회전방향으로 서로 180°/4 즉 45°씩 변위되어 있다.

두 베인군은 기어휘일(4)에 대해 서로 대칭을 이루고 있는데, 각 베인군이 4쌍의 베인을 갖는 경우 회전자는 도합 16개의 베인(3)을 지지하게 된다. 각각의 베인(3)은, 회전자 샤프트(2)에 대해 대체로 반경 방향으로 연장되고 서로 축 방향으로 이격되어 있는 두개의 스포우크(6)를 구비하고 있는데, 이 스포우크(6)는 주베인 평면을 형성하게 된다.

회전자 샤프트(2)로 부터 떨어진 각 스포우크(6)의 단부는 회전자 샤프트(2)의 회전 방향에 대해 반대 방향으로 약 45°의 각도로 굽혀져 있고, 따라서 상기 단부는 스포우크(6)의 나머지 부분에 대해 135°의 각도를 이루게 되어 있다.

스포우크들은 연결로드(7)에 의해 서로 연결되어 있는데, 상기 연결로드(7)는 두 스포우크(6)와 함께 세개의 날개(8)를 고정하는 고정구를 형성하게 된다.

상기 날개(8)는 각각 샤프트(2)로 부터 멀리 떨어진 측 부측에서 스포우크(6)에 힌지 가능하게 장착되는데, 이때의 장착은 두 스포우크(6)를 지지하는 두개의 핀(9)에 의해 이루어진다. 그리하여, 상기 두개의 핀(9)는 날개(8)를 스포우크(6)에 대해 힌지 운동할 수 있게하는 힌지축을 형성하게 된다. 상기 축은 회전사 샤프트(2)에 대해 평형하게 위치하게 된다.

스포우크(6)에는 각각의 날개(8)를 지지하기 위한 지지구(10)가 부착되어 있는데, 상기 지지구(10)는 회전자 샤프트(2)에 대해 평행하게 위치되고, 또한 날개(8)가 주베인 평면 상에 위치할 때 화살표 "5"로 표시된 회전자 샤프트(2)의 회전 방향에 대해 날개(8)의 전방에서 회전자 샤프트(2) 쪽으로 향한 날개(8)의 연부에 대면하게 된다.

날개(8)는 그의 작동 위치시에, 대체로 주베인 평면상에 위치하여 날개의 정지구로서 작용하는 상기 지지구(10)에 접촉하는 것에 의해 실질적으로 주베인 평면상에 위치하게 된다.

이와 같이 날개(8)는 지지구(10)에 의해 그의 힌지 운동이 저지되기 때문에 날개(8)를 지지하는 고정구로서 작용하는 스포우크(6)를 지나 힌지운동을 할 수 없게 된다. 그러나, 날개(8)는 지지구(10)로 부터 멀어지게 되는 역 힌지 방향으로는 핀(9)에 대해 자유롭게 힌지 운동할 수 있고, 따라서 회전자 샤프트(2)를 따라 고정된 스포우크(6)가 회전운동 하는 것에 대해 처짐을 발생하게 될 수 있다.

제1도에 있어서, 회전자 샤프트(2)의 위에 위치된 베인(3)의 날개(8)는 주베인 평면상에 위치되어 있고, 나머지 베인의 날개(8)는 그의 고정구에 대해 처지게 위치되어 있는 것을 알 수 있다.

날개(8)가 고정구(6)에 대해 쳐져 있을 때 상기 날개(8)는 화살표 "5"방향, 즉 회전자 샤프트(2)의 회전방향으로 힌지 축(9)에 대해 힌지 운동을 하게 된다는 것을 주지하기 바란다.

회전자 샤프트(2)로 부터 가장 멀리 덜어진 각 베인(3)의 날개(8)는 그의 고정구인 스포우크(6)에 대해 단지 약 120°의 각도로만 처지게 되는데, 그 이유는 그러한 처짐 방향으로의 스포우크(6)에 대한 상기 날개(8)의 더이상의 운동이 상기 날개에 대한 제2정지구로서 작용하는 연결로드(7)에 의해 저지되기 때문이다. 각각의 날개(8)는 서로에 대해 힌지 가능하게 고정된 세장의 날개부(11)로 구성되어 있는데, 외측 날개부(11)는 핀(9)에 의해 스포우크(6)에 회전 가능하게 장착되어 있으며, 중간 날개부(11)의 외측 연부에는 외측 날개부(11)의 돌출부(13)에 지지되는 두개의 핀(12)이 설치되어 있고, 또한 내측 날개부(11)의 외측 연부에도 중간 날개부(11)의 돌출부(13)에 지지되는 두개의 핀(12)이 설치되어 있다.

날개부(11)의 핀(12)은 회전자 샤프트(2)에 평행하게 위치되어, 날개부(11)들을 서로에 대해 힌지 가능하게 하는 힌지 축을 형성하게 된다.

그러나, 각 날개(8)의 상기 세 날개부(11)의 상대회전하는 운동은 일측에서는 정지구(14)에 의해, 그리고 타측에서는 정지구(15)에 의해 제한되게 되어 있다. 정지구(14)(15)는 화살표 "5"로 표시된 회전자 샤프트(2)의 회전방향에서 볼때 중간 날개부(11)의 후방 및 전방 측부에 각기 고착되어 있다. 제3도 및 제4도를 참조하면서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 정지구(14)는, 날개부의 회전축을 교차하는 방향으로 연장되고, 양단부가 중간 날개부(11)의 외부로 돌출되게 끔 상기 날개부(11)의 후면에 고착되어 있는 두개의 직선 스트립의 상기 양단부로 구성되어 있다.

상기 정지구(14)는 날개부(11)들이 상대 회전하는 것에 의해 화살표 "5"로 표시된 회전자 샤프트(2)의 회전방향의 반대 방향으로 날개(8)가 휘게 되는 것을 방지해 주며, 그에 따라 상기 날개부(11)들은 서로 일적선상에 위치하게 된다.

제3도 및 제4도에 도시된 위치에서, 날개부(11)들은 주 베인 평면상에 위치하기 때문에 서로 일직선상으로 위치하게 되며, 이때 날개(8)의 내측 날개부의 회전자 샤프트 측 단부는 지지구(10)와 접촉하게 된다.

날개(8)의 날개부(11)들이 서로 상대 힌지 운동을 하기 때문에, 역방향으로의 날개(8)의 굽힘은 소정의 제한된 정도로만 이루어지게 된다.

정지구(15)는 상기 중간 날개부(11)의 전면에 고착되어 양단부가 중간 날개부(11)의 외부로 돌출하여 있는 두개의 스트립의 상기 양단부로 구성되어 있는데, 상기 단부는 중간 날개부(11)의 평면에 대해 평행하게 위치되지 않고, 약 45°의 각도를 두고 전방으로 향해있다.

그 결과, 중간 날개부는 화살표 "5"로 표시된 회전자 샤프트(2)의 회전 방향의 반대 방향으로 외측 날개부에 대해 약45°의 각도로 힌지 운동을 할 수 있고, 반면에 내측 날개부도 차례로 중간 날개부에 대해 상기와 동일한 반대 방향으로 약 45°의 각도로 힌지 운동을 할 수 있게 되어 있다. 베인(3)이 제1도 및 제4도에 화살표 "16"으로 도시한 물흐름 방향을 교차하는 상태로 회전자 샤프트(2)의 위에 위치하게 되면, 상기 베인(3)의 각 날개(8)의 날개부(11)들은 정지구(14)에 접촉하여 서로 일직선상으로 배치되게 되고, 따라서 날개(8)는 지지구(10)에 접촉하여 주베인 평면상에 위치하게 된다.

베인(3)이 그의 하향 운동에 의해 물흐름 방향을 따라 연장되게 되는 위치에 근접하게 되면, 날개(8)는 회전자 샤프트의 회전에 따라, 즉 스포우크(6)의 운동에 따라 다소 처지게 된다. 그러면 날개(8)는 지지구(10)로부터 떨어지게 되고, 화살표 "5"로 표시된 회전자 샤프트(2)의 회전 방향으로 힌지축(9)에 대해 소정의 제한된 힌지 운동을 하게 된다.

그와 동시에 각 날개(8)의 외측 날개부와 내측 날개부도 중간 날개부에 설치된 정지구(14)로 부터 떨어지게 되고, 그에 따라 각 날개부는 외측 날개부와 내측 날개부가 중간 날개 부상의 정지구(15)에 접촉하게 될 때까지 서로 상대 힌지 운동을 하게 된다.

제1도의 우측에서 회전자 샤프트(2)와 같은 높이에 위치하고 있는 날개(8)의 경우에는 물흐름 방향 "16"의 반대방향으로 어느 정도까지 여전히 유지되어 있는 것을 알 수 있는데, 그러나 이때 상기 날개(8)는 주베인 평면에 대해 전체적으로 다소 처진 상태를 유지하고 있다.

베인이 회전자 샤프트 보다 낮은 위치에 있게 되면, 날개(8)은 화살표 "16"으로 표시된 물흐름 방향과 완전히 평행을 이룰 때까지, 화살표 "5"로 표시된 회전방향으로 계속 축(9)에 대해 힌지 운동을 계속하게 된다. 그 뒤에, 내측 날개부(11) 및 외측 날개부(11)는 중간 날개부에 대해 반대 방향으로 힌지 운동을 하게 되어, 정지구(15)로 부터 떨어지게 되고 다시 정지구(14)와 접촉하게 되며, 그리하여 날개(3)이 세날개부(11)는 다시 일직선상으로 위치되게 된다.

소정의 특정 모멘트에 의해, 날개(8)는 베인(3)의 주베인 평면에 대해 90°보다 현저하게 큰 각도를 가지고 위치하게 된다.

최외측 날개(8)의 외측 방향으로의 회전 운동은 정지구를 형성하는 연결로드(7)에 의해 주베인 평면에 대해 약 135°의 각도로 제한 되게 된다.

베인(3)이 화살표 "16"으로 표시된 물 흐름 방향의 반대 방향으로 계속 운동하여 다시 상향 운동을 하게 되면, 날개(8)는 회전자 샤프트(2)의 회전방향에 대해 주베인 평면의 후방에 유지되게 된다.

베인(3)이 샤프트(2)의 위로 복귀 되자마자, 날개(8)과 주베인 평면간의 불일치는 물의 밀음력에 의해 없어지게 되며, 날개부(11)는 정지구(14)에 대해 가압 접촉하게되어 일직선 상으로 연장되게 된다.

이상과 같은 에너지 전환기는 아주 높은 효율을 갖는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 실시예에 한정 되지 않고 발명의 범위내에서 발명을 구현하는데 사용된 요소의 형상, 구성, 배치, 갯수등에 관련하여 상기 실시예에 변경을 가할 수 있을 것이다.

특히, 베인의 갯수는 16개로 한정되지 않고, 베인군도 여러개가 아닌 하나만으로도 족하다.

회전자 샤프트와 에너지 전환기구간의 연결도 샤프트에 설치한 기어 휘일로 꼭 이루게할 필요는 없다. 즉, 샤프트에 고착되도록 구성된 요소는 연결장치에 따랄 체인 휘일 또는 벨트풀리를 사용할 수도 있을 것이다.

날개의 정지 구도 고정구에 고착시킨 별도의 부품으로 구성할 필요는 없다. 즉, 최내측 날개를 제외한 모든 날개의 외연부에 정지구를 형성하는 것도 가능한데, 이 경우 각 날개는 주평면 상에 위치 될때 서로 다소 겹치게 된다.

Claims (14)

1. 프레임(1)과, 그 프레임에 장착되고 회전자 샤프트(2) 및 그 회전자 샤프트(2)를 포함하는 주베인 평면을 형성하는 다수의 베인(3)으로 된 회전자와, 상기 회전자 샤프트(2)를 에너지 전환기구에 연결시킬수 있는 연결요소(4)로 구성되고, 상기 각각의 베인(3)은 회전자 샤프트(2)에 고착된 고정구(6)와 회전자 샤프트(2)에 대해 평행하게 위치된 힌지축(9)을 중심으로 하여, 상기 고정구(6)에 대해 힌지 가능한 하나 이상의 날개(8)와, 상기 고정구(6)에 고착되고 주베인 평면내에 위치하는 날개용 정지구(10)를 구비하여서 되는 에너지 전환기에 있어서, 상기 각 베인(3)의 날개(8)가 회전자 샤프트(2)에 대해 평행하게 배치되는 작은 축(12)을 중심으로 하여 서로에 대해 힌지 가능한 2장 이상의 날개부(11)로 구성되어 있고, 상기 날개부(11)들이 서로 일직선상으로 위치될때 그리고 날개(8)가 정지구(10)에 접촉하게 될때 날개부(11)의 상대 힌지축(12)을 고정구(6)에 대한 날개의 힌지축(9)과 정지구(10)에 의해 형성되는 평면을 지나 이동케하는 방향으로 날개부(11)가 더 이상 힌지운동을 할수 없게 하는 정지수단(14)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 정지수단이 인접한 날개부(11)와 접하는 날개부(11)상에 위치하는 하나 이상의 정지구(14)로 구성되로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 베인(3)의 날개(8)가 세장의 날개부(11)로 구성되어, 중간날개부가 양측의 인접날개부에 힌지 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
4. 제3항에 있어서, 중간날개부가 양측의 인접날개부(11)의 각각에 대해 하나 이상의 정지구(14)를 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
5. 제1항에 있어서, 날개부(11)가 상술한 바와같은 방향의 반대방향으로 날개부의 상대 힌지운동을 제한하는 수단(15)을 구비한 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
6. 제5항에 있어서, 상기 반대 방향으로의 날개부(11)의 상대 힌지운동을 제한하는 수단(15)이 날개부(11)에 설치되고 그에 인접한 날개부(11)에 접촉되는 하나 이상의 정지구(15)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
7. 제6항에 있어서, 중간 날개부가 인접날개부의 각각에 하나 이상의 정지구(15)를 지지하는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
8. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 반대방향으로의 날개부(11)의 상대 힌지운동을 제한하는 수단(15)이, 날개부(11)들을 서로 일직선 상으로 위치시키게 하는 위치와 서로 135°의 각도를 두고 위치시키게 하는 위치사이에서의 상기 날개부의 힌지운동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
9. 제1항에 있어서, 각각의 베인(3)이 고정구(6)에 대해 힌지 가능하고 두장 이상의 날개부(11)를 구비한 다수의 날개(8)로 구성되어 잇는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
10. 제9항에 있어서, 인접한 베인(3)들이 서로 축방향으로 위치를 달리하여 배치되어 있고, 그의 각 주베인 평면이 서로 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
11. 제10항에 있어서, 베인(3)은 쌍으로 배치되어, 각 베인쌍의 두베인이 서로 동일 축방향위치 및 공통의 주베인 평면상에 위치하게 되나, 회전자 샤프트(2)의 각기 다른 측부에 각기 위치하는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
12. 제11항에 있어서, 회전자 샤프트(2)는 3쌍의 베인으로된 하나 이상의 베인군(群)을 지지하고 있고, 인접한 각 베인쌍은 서로 180°/n의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
13. 제12항에 있어서, 회전자 샤프트(2)는 대칭으로 배치되는 두개의 베인군을 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.
14. 제13항에 있어서, 회전자 샤프트(2)를 에너지 전환기 구에 연결시킬수 있는 연결요소(4)가 두 베인군 사이에서 회전자 샤프트(2)상에 위치하는 것을 특징으로 하는 에너지 전환기.

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