WO2015199451A1 - 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치 - Google Patents

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WO2015199451A1
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compressed air
drive shaft
cap
wind power
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이동훈
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이동훈
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a turbine device for wind power generation using compressed air, and more particularly, the turbine wheel is rotated by the flow pressure of air introduced at a predetermined pressure, so that the perfect sealing property with the outside is safely maintained through the drive shaft.
  • the present invention relates to a wind turbine generator using compressed air to stably output the driving force for power generation.
  • thermal power or nuclear power allows power to be generated using energy generated from fossils.
  • most of the power generation is dependent on such fossil energy for mass generation.
  • Patent registration No. 0444403 (2008.07.01.name: power generation device using compressed air) supplies the compressed air by the compressor to the cylindrical body through the storage tank and rotates the radial blades provided inside the cylindrical body. While generating the electricity generated by the power generation unit connected to the rotating shaft is configured to be stored in the battery.
  • the power obtained by driving the power generation unit by one radial blade using compressed air is not only impossible to produce more than the power applied to drive the compressor generating the compressed air, but also the power generation unit by one radial blade.
  • the driving load is caught and the rotational force of the radial blade is further deteriorated.
  • the power generation is made according to the prior art, the amount of power generation does not reach the amount of power required for driving the compressor, and in order to obtain a driving force capable of stably driving the power generation unit, the cylindrical body and the accommodation housing accommodating the radial blades and the power generation unit are provided. There is a problem that is inefficient and economical because it must be provided as a plurality.
  • An object of the present invention is to allow the rotational force to be further improved by allowing the frictional force to be concentrated in contact with the compressed air.
  • an object of the present invention is to ensure a stable driveability of each turbine by uniformly supplying compressed air to each turbine.
  • Another object of the present invention is to maintain a more powerful driving force by continuously connecting the drive shaft of each turbine.
  • a housing having an inlet and an outlet through which compressed air flows in and out to an outer circumferential surface thereof;
  • a turbine wheel axially fixed in the housing and rotated by a flow pressure of compressed air flowing through the inlet;
  • a drive shaft fixed to the center of the turbine wheel and rotating at the same time, the drive shaft having a predetermined length drawn to both sides of the housing;
  • First bearings axially fixed to the drive shaft at both sides of the turbine wheel;
  • An inner flange in close contact with the inner side of the outer periphery of the shaft hole formed in the side plate of the housing;
  • An outer flange formed as the same size as the inner flange and in close contact with the outer surface at the outer circumference of the shaft hole, and fixed to the side plate of the housing by bolting with the inner flange;
  • a bearing cap tightly fixed to the side end surface of the outer flange by bolting;
  • a cylindrical socket in which a portion of an outer circumferential surface is screwed into a spiral groove formed at one end
  • the wind turbine apparatus for wind power generation using the compressed air improves the airtightness in the drive shaft to which the rotational force of the turbine wheel is transmitted while rotating the turbine wheel using the compressed air to prevent the leakage of compressed air and at the same time Ensure constant driving force is maintained.
  • the present invention can maintain the same air flow pressure even if a plurality of installation by the flange connection between the drive shaft to ensure a stable power generation by the same drive force generation.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a turbine apparatus for generating wind power using compressed air according to the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view illustrating a wind turbine generator using a compressed air according to the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a turbine device for a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a cover plate of a wind turbine generator using compressed air according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a wheel cap of a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating a turbine wheel of a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which the rotor body is coupled to a housing of a wind turbine generator using compressed air according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a fixing ring of a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • Figure 9 is an exploded perspective view illustrating a coupling structure of the outer flange and the bearing cap of the turbine unit for wind power generation using compressed air according to the present invention
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view illustrating main parts of the coupling structure of the gap retaining ring in the turbine for a wind power generation using compressed air according to the present invention
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view showing main parts illustrating a sealing structure of a drive shaft protruding out of a housing of a wind turbine apparatus using compressed air according to the present invention
  • FIG. 1 is a combined perspective view illustrating a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view illustrating a wind turbine generator using compressed air according to the present invention
  • Figure 3 It is sectional drawing of the turbine apparatus for high pressure generation which concerns on this invention.
  • the present invention includes a housing 100, a turbine wheel 110, a drive shaft 120, a first bearing 130, an inner flange 140, an outer flange 150, a bearing cap 160, and a socket. 170, the end cap 180, the second bearing 190, the spacer 200, the third bearing 210, the gap retaining ring 220, the spring seat 230, the spring 240, and the seal 250. ) And a ring plate 260 and a flange tube 270.
  • the housing 100 is provided with side plates 101 on both sides, and is composed of a combination of cover plates 102 such that the inside is covered along the outer circumference between these side plates 101.
  • the side plates 101 on both sides are formed with a shaft hole 103 having a predetermined diameter.
  • the cover plate 102 is provided with an inlet port 104 through which compressed air is introduced into the outlet plate, and an outlet port 105 through which the air is discharged after circulating therein.
  • the cover plate 102 forms a ring-shaped guide wall 1020 through which a portion of the periphery is cut and connected to the outlet port 105 from the cut-out portion of the open guide wall 1020.
  • the plurality of partition walls 1021 may be integrally formed to the outside from the outer circumference of the guide wall 1020 except for the line, and may be formed in a shape such that the partition walls 1021 are filled with the filling material.
  • a wheel cap 106 of a predetermined thickness is inserted into and fixed between the side plates 101 on both sides of the housing 100 of the present invention, and the wheel cap 106 accommodates the turbine wheel 110.
  • the wheel receiving hole 1060 may be formed to penetrate horizontally.
  • the wheel receiving hole 1060 is also in communication with the inlet 104.
  • the wheel cap 106 is most preferably formed of MC nylon material, but is not limited thereto.
  • the turbine wheel 110 is inserted into the guide wall 1020 or the wheel receiving hole 1060 in the housing 100 of the present invention.
  • Turbine wheel 110 is configured to be radially provided with a plurality of blades to rotate by the compressed air introduced through the inlet port 104 so that mechanical rotational energy is generated by the flow pressure of the compressed air.
  • the blades of the turbine wheel 110 may be formed in various shapes and numbers, but most preferably, the blades may contact each other in a direction perpendicular to the inflow direction of the compressed air introduced through the inlet 104.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating a turbine wheel of the high-pressure power turbine apparatus according to the present invention.
  • the turbine wheel 110 of the present invention is configured by the combination of the rotor body 111 and a pair of cover plates 112.
  • the rotating body main body 111 having a rotating plate shape has a shaft hole 1110 to which the driving shaft 120 is axially coupled.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which a rotating body is coupled to a housing of a high pressure power turbine apparatus according to the present invention.
  • the rotor body 111 forms an air groove 1112 at regular intervals along the outer circumferential surface, and the air groove 1112 at this time has a vertical depth in the radial center direction from the outer circumferential surface ( 1113 and the inclined incision surface 1114 which cut
  • the angle formed between the vertical incision surface 1113 and the inclined incision surface 1114 constituting the air groove 1112 is most preferably to be formed as 50 ⁇ 60 °.
  • Such air grooves 1112 are formed to be continuously formed at predetermined intervals along the outer circumferential surface.
  • the air receiving groove 1115 is formed to communicate with the air groove 1112 in the radial direction of each of the air grooves 1112 in the rotor body 111.
  • the air accommodating groove 1115 is connected to the main surface portion is in communication with the radial end of the air groove 1112.
  • the air receiving groove 1115 is most preferably such that the vertical cross section is formed in a circular shape, but is not limited thereto.
  • the size of the air accommodating groove 1115 directly affects the maintenance of the rigidity against frictional force with the compressed air, similarly to the angle between the vertical cutting plane 1113 and the inclined cutting plane 1114 constituting the air groove 1112. It is preferable that the interval between the air receiving grooves 1115 is not too narrow.
  • the rotating body main body 111 is formed so that the outer peripheral end portion up to a predetermined radius including the air groove 1112 and the air receiving groove 1115 from the outer peripheral surface is formed a certain thickness thicker than the inner surface of the weight portion ( 1116).
  • cover plate 112 is a structure which consists of a pair of structure formed in the same circular shape as the rotating body main body 111. As shown in FIG.
  • the cover plate 112 is formed so as not to be smaller than the outer diameter of the rotating body (111).
  • the cover plate 112 has the same size as the shaft hole 1110 of the rotating body 111 in the center so that the through hole 1120 is formed.
  • the cover plate 112 is in close contact with both sides of the rotating body 111 to be closely coupled by a fastening means 113, such as bolts and nuts or pins at a certain radius.
  • the drive shaft 120 is fixed to the turbine wheel 110 of the present invention, the driving force is transmitted through the drive shaft 120.
  • the drive shaft 120 of the present invention is connected by a wedge-shaped key coupling for firm fixing with the turbine wheel 110.
  • the drive shaft 120 may be directly connected to the turbine wheel 110 by key coupling, and the drive shaft 120 and the rotor body 111 of the turbine wheel 110 may be connected by dovetail coupling. You may.
  • the turbine wheel 110 and the drive shaft 120 have a fixed ring 121 that forms a key groove 1210 at an inner circumferential surface and an outer circumferential surface thereof, and a rotor body 111 of the turbine wheel 110. It may be inserted between the drive shaft 120 to be coupled by key coupling.
  • a key groove (not shown) facing the key groove 1210 formed in the fixed ring 121 is formed on each of the contact surfaces of the rotor body 111 and the drive shaft 120 which are in close contact with the fixed ring 121. It's natural to make it work.
  • the drive shaft 120 axially fixed with the turbine wheel 110 in the housing 100 passes through both side plates 101 of the housing 100 such that a predetermined length is extended to the outside.
  • the diameter of the shaft hole 103 formed to penetrate the driving shaft 120 in both side plates 101 of the housing 100 is larger than the outer diameter of the driving shaft 120.
  • the drive shaft 120 which axially fixes the turbine wheel 110 inside the housing 100 has a pair of close contact with both sides of the turbine wheel 110.
  • Each of the first bearing 130 is provided.
  • the first bearing 130 is provided with a thrust bearing.
  • the housing 100 of the present invention has an inner flange 140 on the inner side and an outer flange 150 on the outer side so as to cover the outer periphery of the shaft hole 103 with both side plates 101 with a predetermined diameter. ) Have the same diameter.
  • the inner flange 140 is in close contact with the inner surfaces of both side plates 101
  • the outer flange 150 is in close contact with the outer surfaces
  • the outer flange 150 and the inner flange 140 are formed with side plates ( By bolting through the 101 to tightly adhere to the side plate 101 to be fixed.
  • the bearing cap 160 having the same diameter as the outer flange 150 is fixed to the other side of the outer flange 150 by which one side is in close contact with the outer surface of the side plate 101.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view illustrating a coupling structure of an outer flange and a bearing cap of a turbine device for wind power generation using compressed air according to the present invention.
  • the outer flange 150 simultaneously forms the bolt hole 151 for bolting to the bearing cap 160 together with the bolt hole 151 for bolting to the inner flange 140.
  • the side plate 101 and the outer flange 150, the outer flange 150 and the bearing cap 160 is in close contact with each other, it is more preferable that the packing (P) to each intervene to maintain the airtight.
  • the inner diameter of the bearing cap 160 is a predetermined length on the outer flange 150 side is the same as the inner diameter of the outer flange 150, a predetermined length protrudes inward in the direction corresponding to the outer flange 150 to narrow the inner diameter After the internal diameter of the outer flange 150 is extended to an inner diameter larger than that of the outer flange 150, a female screw is formed on the inner circumferential surface of the expanded inner diameter.
  • the bearing cap 160 has a bearing insertion groove 162 on one side of the outer flange 150 side based on the locking jaw 161 for protruding the inner diameter inward, and the other side corresponding to the spiral groove ( 163).
  • the socket 170 of the present invention has a cylindrical shape, and a male screw is formed on a predetermined length of the outer circumferential surface, and a female screw is formed on the inner circumferential surface.
  • the socket 170 is fixedly coupled while a part of the outer circumferential surface forming the male screw is screwed into the spiral groove 163 of the bearing cap 160.
  • the spiral cap 163 of the socket 170 couples the end cap 180 having a male screw to an outer circumferential surface thereof.
  • the end cap 180 forms a through hole 181 through which the drive shaft 120 penetrates.
  • the end cap 180 forms a through hole 181 larger than the outer diameter of the drive shaft 120, the outer peripheral surface of one end is screwed into the socket 170, the through hole 181 of the end cap 180.
  • the drive shaft 120 is axially supported by the first bearing 130 to pass through.
  • This end cap 180 is coupled to allow the length adjustment from the socket 170 by screwing.
  • the O-ring (O) is inserted into the outer circumferential surfaces of the socket 170 and the end cap 180 to be in close contact with each of the outer end surfaces of the bearing cap 160 and the socket 170, and tightened with a lock nut N to form a bearing cap ( The clearance between the socket 160 and the socket 170 and the socket 170 and the end cap 180 is kept airtight.
  • the second bearing 190 is inserted into the bearing insertion groove 162 in the bearing cap 160 of the present invention.
  • the inner ring of the second bearing 190 is fixed to the drive shaft 120, and the outer ring is a bearing cap.
  • the bearing insertion groove 162 of the 160 is fixed to the inner circumferential surface.
  • the cylindrical spacer 200 is coupled so that both ends are in close contact with the surfaces facing each other.
  • the turbine wheel 110 is prevented from flowing in the axial direction by the first bearing 130, the second bearing 190, and the spacer 200 fixed to the drive shaft 120.
  • the drive shaft 120 is axially supported by the second bearing 190 on both sides to be fixed to the bearing cap 160 rotates stably.
  • the third bearing 210 is axially fixed to the drive shaft 120 spaced apart from the second bearing 190 by a predetermined gap.
  • the locking jaw 161 is formed at the center of the inner diameter surface of the bearing cap 160 between the second bearing 190 and the third bearing 210, the second bearing 190 and the third bearing 210 are formed. As shown in FIG. 10, the gap retaining ring 220 is axially coupled to the drive shaft 120 inwardly of the locking step 161.
  • the gap retaining ring 220 allows the drive shaft 120 to rotate stably by keeping the second bearing 190 and the third bearing 210 in close contact with each other while not contacting the locking step 161. .
  • the spring seat 230 is axially coupled to the outer circumferential surface of the drive shaft 120 as shown in FIG. 11 in the drive shaft 120 inside the end cap 180 spaced apart from the third bearing 210 by a predetermined length.
  • the spring sheet 230 allows the outer diameter to be stepped such that a portion having a relatively smaller outer diameter is formed to face the third bearing 190.
  • the spring sheet 230 is to be formed as an elastic material such as reinforced rubber.
  • a portion having a relatively larger outer diameter is made of a material resistant to friction or heat, and in particular, the outer circumferential surface of the spring sheet 230 is most preferably wrapped by an elastic material such as reinforced rubber. .
  • the spring seat 230 allows the spring 240 to be coalesced on the outer circumferential surface of the drive shaft 120 between the third bearing 210.
  • the spring seat 230 is in contact with the drive shaft 120 between the main surfaces, but is not fixed. When the spring seat 230 is pushed, the spring 240 is compressed to the third bearing 210.
  • the seal 250 is formed on the drive shaft 120 in a plurality of layers so that the drive shaft 120 can move in the axial direction. To be combined.
  • the seal 250 allows the inner diameter to be formed as a size equal to or greater than the outer diameter of the drive shaft 120.
  • the seal 250 may be formed in one or more, but it is more preferable to be provided as a plurality of thinner thickness, such a material of the seal 250 is to be formed as a material resistant to friction and high heat, such as ceramic Most preferred.
  • the end cap 180 has an end portion corresponding to an end coupled to the socket 170 of the through hole 181 so that the inner diameter of the inner circumferential surface is reduced, and the ring plate 260 is not separated from the end cap 180 inside. ) Is provided.
  • the ring plate 260 is made of high elastic rubber like the spring sheet 230.
  • a plurality of seals 250 may be provided in the driving shaft 120 between the spring seat 230 and the ring plate 260 in the end cap 180.
  • the predetermined length of the drive shaft 120 is completely sealed to the outside by the outer flange 150, the bearing cap 160, the socket 170 and the end cap 180, and the end through which the drive shaft 120 penetrates Cap 180 is to seal the seal 250 and the ring plate 260 by the elastic force of the spring 240 is made to seal.
  • the plurality of turbines of the present invention can be connected to each other by axially fixing the flange pipes 270 to the end portions of the drive shafts 120 protruding from the end caps 180.
  • the flange shaft 270 on one side of the drive shaft 120 of the present invention to the shaft pulley or sprocket for the power transmission to the generator (not shown).
  • the wind turbine apparatus using the compressed air of the present invention allows the compressed air to flow into the housing 100 through the inlet 104, and the compressed air flows into the housing 100.
  • the turbine wheel 110 is rotated by the flow pressure to generate a mechanical driving force.
  • compressed air flowing into the housing 100 is mostly discharged through the outlet 105, some of the compressed air may be discharged through the shaft hole 103 formed in both side plates 101 of the housing 100.
  • Compressed air discharged through the shaft hole 103 in the axial direction of the drive shaft 120 is leaked to the outside by the outer flange 150, the bearing cap 160, the socket 170, and the end cap 180. To be blocked.
  • a part of the compressed air leaking from the housing 100 may move along the drive shaft 120, but the spring air 130 is axially coupled to the drive shaft 120 at the end cap 180. Leakage is blocked, and the outer surface of the through-cap 181 of the end cap 180 by bringing the plurality of seals 250 and the spring sheet 130 into close contact with the ring plate 260 attached to the end cap 180. Leakage of compressed air through
  • the drive shaft 120 that rotates together with the turbine wheel 110 is supported by the first bearing 130, the second bearing 190 and the third bearing 210 so as to enable rolling rotation of the drive shaft 120
  • the spacer 200 and the gap retaining ring 220, the spring 240, and the spring seat 230, which are coupled to the coil 200, may also rotate simultaneously.
  • the plurality of seals 250 provided between the spring seat 230 rotating together with the drive shaft 120 and the ring plate 260 attached to the end cap 180 may be applied to the elastic force of the spring 240.
  • the seal 250 is also rotated while sliding between the contact surface.
  • the plurality of seals 250 serve to significantly reduce the rotational friction force between the spring sheet 230 as the rotating member and the ring plate 260 as the fixing member.
  • the present invention allows the turbine wheel 110 to be smoothly rotated by the compressed air introduced into the housing 100 to generate a driving force capable of driving the generator by the rotational force, and the housing 100.
  • the connection part of the drive shaft 120 is completely sealed to prevent leakage of compressed air, thereby maximizing the rotational driving force of the drive shaft 120 through the compressed air, thereby maintaining stable driveability.
  • the present invention ensures that the same driveability can be obtained even in a turbine of the same configuration by not losing any flow pressure of the compressed air.
  • the present invention can connect the plurality of turbines by the continuous supply of compressed air and the connection between the drive shaft 120 to have a more stable driving force, so that the power generation capacity without being affected by the driving load by the connection with the generator Make sure to raise as much as possible.

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Abstract

본 발명은 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치에 관한 것으로서, 외주면으로 압축 공기가 유출입되는 하우징(100); 상기 하우징(100) 내에 축고정되는 터빈 휠(110); 터빈 휠(110)의 중앙에 축고정되면서 하우징(100)의 양측으로 일정 길이가 인출되는 구동 샤프트(120); 구동 샤프트(120)에 축고정되는 제1 베어링(130); 하우징(100)의 내측면에 밀착되는 이너 플랜지(140); 이너 플랜지(140)와의 볼팅 체결에 의해 하우징(100)의 외측면에 밀착 고정되는 아우터 플랜지(150); 아우터 플랜지(150)에 볼트 체결되어 밀착 고정되는 베어링 캡(160); 베어링 캡(160)의 일측단부에 형성한 나선홈(163)으로 일부가 나사결합되는 원통형의 소켓(170); 일측이 소켓(170)에 나사결합되고, 구동 샤프트(120)가 관통하는 관통홀(181)을 일측면에 형성하는 앤드 캡(180); 내주면은 구동 샤프트(120)에 축고정되고, 외주면은 베어링 캡(170)의 내주면에 고정 삽입되는 제2 베어링(190); 제1 베어링(130)과 제2 베어링(190) 사이에 구비되는 스페이서(200); 제2 베어링(190)으로부터 일정 간극 이격시켜 축고정되는 제3 베어링(210); 제2 베어링(190)과 제3 베어링(210)간 간극이 유지되도록 하는 간극유지 링(220); 앤드 캡(180) 내부에서 제3 베어링(210)으로부터 일정 길이 이격시켜 축결합되는 스프링 시트(230); 제3 베어링(210)과 스프링 시트(230) 사이에 탄설되는 스프링(240); 스프링 시트(240)의 외측에서 축결합되는 복수 개의 시일(250); 앤드 캡(180)의 일측단면에 부착되는 링 플레이트(260); 및 앤드 캡(180)으로부터 돌출되는 구동 샤프트(120)의 단부에 축고정되는 플랜지관(270)의 결합으로 이루어지는 구성이 특징이다.

Description

압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치
본 발명은 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 압력으로 유입되는 공기의 유동압에 의해 터빈 휠이 회전하면서 외부와의 완벽한 실링성을 안전하게 유지되도록 하여 구동축을 통해 발전용 구동력이 안정되게 출력되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전은 크게 화석 에너지를 이용하는 방식과 자연 에너지를 이용하는 방식에 의해 이루어진다.
즉 화력이나 원자력 발전은 화석을 이용하여 발생되는 에너지를 이용하여 발전이 이루어질 수 있도록 하는 것으로서, 대량의 발전을 위해 현재는 대부분이 이러한 화석 에너지에 의존하여 발전이 이루어지도록 하고 있다.
하지만 화석 에너지는 에너지 소비량의 증가에 반비례하여 점차 줄어들고 있을 뿐만 아니라 이 화석 에너지를 얻으면서 발생되는 불필요한 위해 요소인 환경오염이나 방사능 노출이라는 위험을 감수해야 하는 문제가 있다.
특히 원자력 발전에 따른 폐기물 처리와 폐 연료봉을 이용한 무기화 및 발전소 사고 등의 다양한 문제점 때문에 친환경 에너지에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.
친환경 에너지로서 가장 많이 사용되고 있는 에너지원은 풍력, 수력, 조력이기는 하나 이러한 자연 동력원으로 전력을 얻기 위해서는 대규모의 설비와 비용이 필요로 된다.
이에 최근에 이슈가 되고 있는 발전설비로서 태양열이나 태양빛을 이용한 에어지가 주목을 받고 있기는 하나 설치 공간의 확보와 집광 및 집열 효율이 아직은 경제성에 미치지 못하고 있어 대체 에너지로서 연구가 더 필요한 상황이다.
한편, 에너지 사용량이 점차 증가하면서 국가적인 차원에서 전력을 공급하는데 한계가 있고, 이러한 대량의 전력 생산에 사용되는 에너지원은 아직은 화석 에너지를 사용해야 하는 문제가 있어 발전소 증설도 쉽지 않은 것이 현실이다.
특허등록 제0844403호(2008.07.01.명칭:압축공기를 이용한 발전장치)는 콤프레셔에 의해 압축된 공기를 저장탱크를 통해 원통형 몸체로 공급하여 원통형 몸체의 내부에 구비되는 방사형 블레이드를 회전시켜 동력이 발생되게 하면서 회전축에 연결된 발전부에 의해 전기를 발생시켜 배터리에 축전되도록 하는 구성이다.
상기한 종래기술에서는 하나의 방사형 블레이드에 의해 발전이 이루어지게 하면서 방사형 블레이드가 수용되어 있는 원통형 몸체로부터는 저압 진공 펌프에 의해 압축공기가 배출되도록 하고, 발전부가 수용되는 수용통에는 고압 진공 펌프에 의해 고압의 진공상태가 유지되도록 하고 있다.
하지만 압축공기를 이용하여 하나의 방사형 블레이드에 의해서 발전부를 구동시켜 얻게 되는 전력은 압축공기를 생성하는 콤프레셔를 구동시키기 위해 인가되는 전력 이상의 전력을 생산하는 것은 불가능할 뿐만 아니라 하나의 방사형 블레이드에 의해 발전부를 구동시키게 되면 구동부하가 걸려 방사형 블레이드의 회전력을 더욱 악화시키는 문제가 있다.
따라서, 종래기술에 의해서는 발전이 이루어지기는 하나 발전량은 콤프레셔의 구동에 필요한 전력량에도 미치지 못할 뿐만 아니라 발전부를 안정되게 구동시킬 수 있는 구동력을 얻기 위해서는 방사형 블레이드와 발전부를 수용하는 원통형 몸체와 수용통을 복수로서 구비해야만 하므로 비효율적이며 비경제적인 문제점이 있다.
본 발명은 압축공기에 접촉되는 면에서 마찰력이 집중되도록 함으로써 회전 구동력이 더욱 향상될 수 있도록 하는데 목적이 있다.
또한 본 발명은 각 터빈으로 압축공기가 균일하게 공급되게 함으로서 각 터빈의 안정된 구동성이 유지될 수 있도록 하는데 목적이 있다.
본 발명은 각 터빈의 구동 샤프트간을 연속적으로 연결되게 함으로써 보다 강력한 구동력을 유지할 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.
외주면으로 압축 공기가 유출입되는 유입구와 유출구를 구비하는 하우징; 상기 하우징 내에 축고정되어 상기 유입구를 통해 유입되는 압축 공기의 유동압에 의해 회전하는 터빈 휠; 터빈 휠의 중앙에 축고정되어 동시에 회전하며, 하우징의 양측으로 일정 길이가 인출되는 구동 샤프트; 터빈 휠의 양측면에서 구동 샤프트에 축고정되는 제1 베어링; 하우징의 측면판에 형성한 샤프트홀의 외주연에서 내측면에 밀착되는 이너 플랜지; 이너 플랜지와 동일한 사이즈로서 형성되어 샤프트홀의 외주연에서 외측면에 밀착되고, 이너 플랜지와의 볼팅 체결에 의해 하우징의 측면판에 밀착 고정되는 아우터 플랜지; 아우터 플랜지의 측단면으로 볼트 체결에 의해 밀착 고정되는 베어링 캡; 베어링 캡의 일측단부에 형성한 나선홈으로 외주면 일부가 나사결합되는 원통형의 소켓; 일측의 외주면이 소켓의 내측으로 나사결합되고, 타측면 단부에는 구동 샤프트가 관통하는 관통홀을 형성하는 앤드 캡; 내주면은 구동 샤프트에 축고정되고, 외주면은 베어링 캡의 내주면에 고정 삽입되는 제2 베어링; 제1 베어링과 제2 베어링의 마주보는 면에 양단부가 밀착되면서 구동 샤프트의 외부를 감싸도록 구비되는 스페이서; 제2 베어링으로부터 일정 간극 이격시켜 구동 샤프트에 축고정되는 제3 베어링; 제2 베어링과 제3 베어링 사이의 구동 샤프트에 결합되어 제2 베어링과 제3 베어링간 간극이 유지되도록 하는 간극유지 링; 앤드 캡 내부에서 제3 베어링으로부터 일정 길이 이격시킨 구동 샤프트의 외주면에 밀착되는 스프링 시트; 제3 베어링과 스프링 시트 사이의 구동 샤프트의 외주연부로 탄설되는 스프링; 내경이 구동 샤프트의 외경보다는 크게 형성되면서 스프링 시트의 외측으로 구동 샤프트에 결합되는 복수 개의 시일; 관통홀을 형성한 앤드 캡의 일측단면의 내측면에 부착되고, 중앙으로 구동 샤프트가 관통하며, 스프링의 탄발력에 의해 시일과 밀착되는 링 플레이트; 및 앤드 캡의 외측으로 돌출되는 구동 샤프트의 단부에 축고정되는 플랜지관의 결합으로 이루어지는 구성이다.
상기한 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치는 압축공기를 이용하여 터빈 휠을 회전시키면서 터빈 휠의 회전력이 전달되는 구동 샤프트에서의 기밀성을 향상시켜 압축공기의 누출을 방지시킴과 동시에 일정한 구동력이 안정되게 유지될 수 있도록 한다.
또한 본 발명은 구동 샤프트간 플랜지 연결에 의해 복수로 설치하더라도 동일한 공기 유동압을 유지할 수가 있어 동일한 구동력 발생에 의해 안정된 발전이 수행되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치를 예시한 결합 사시도
도 2는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치를 예시한 분해 사시도
도 3은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치 터빈장치의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 덮개판을 예시한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 휠 캡을 예시한 단면도
도 6은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 터빈 휠을 예시한 분리 사시도
도 7은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 하우징에 회전체 본체를 결합한 구성을 예시한 단면도
도 8은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 고정 링을 예시한 사시도
도 9는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 아우터 플랜지와 베어링 캡의 결합 구조를 예시한 분리 사시도
도 10은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치에서 간극유지 링의 결합 구조를 예시한 요부 확대 단면도
도 11은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 하우징 외부로 돌출되는 구동 샤프트의 실링 구조를 예시한 요부 확대 단면도
이하, 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치를 예시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치를 예시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 고압발전용 터빈장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이 본 발명은 하우징(100)과 터빈 휠(110)과 구동 샤프트(120)와 제1 베어링(130)과 이너 플랜지(140)와 아우터 플랜지(150)와 베어링 캡(160)과 소켓(170)과 앤드 캡(180)과 제2 베어링(190)과 스페이서(200)와 제3 베어링(210)과 간극유지 링(220)과 스프링 시트(230)와 스프링(240)과 시일(250)과 링 플레이트(260) 및 플랜지관(270)으로 이루어지는 구성이다.
본 발명의 구성에서 하우징(100)은 양측으로 측면판(101)을 구비하고, 이들 측면판(101)간 외주연을 따라 내부가 커버되도록 하는 덮개판(102)의 결합으로 이루어지는 구성이다.
양측의 측면판(101)에는 일정 직경의 샤프트 홀(103)을 형성한다.
덮개판(102)에는 내부로 압축공기가 유입되도록 하는 유입구(104)와 내부를 순환한 후 배출되도록 하는 유출구(105)가 구비된다.
이때 덮개판(102)에는 도 4에서와 같이 주연부 일부가 절개되도록 한 링형상의 가이드 월(1020)을 형성하고, 개방된 가이드 월(1020)의 절개된 부위로부터 유출구(105)로 연결되는 에어 라인을 제외한 가이드 월(1020)의 외주연으로부터 외측으로 복수의 격벽(1021)들이 일체로 형성되게 하면서 충진물로서 격벽(1021)들간을 채워지도록 한 형상으로 형성되게 할 수가 있다.
또한, 본 발명의 하우징(100)에는 양측의 측면판(101) 사이로 도 5에서와 같이 일정 두께의 휠 캡(106)이 삽입고정되며, 휠 캡(106)에는 터빈 휠(110)을 수용할 수 있는 휠 수용홀(1060)이 수평 관통되게 형성한다.
이때의 휠 수용홀(1060)은 유입구(104)와도 연통되도록 한다.
한편, 휠 캡(106)은 MC 나일론 소재로 형성하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 하우징(100)에서 가이드 월(1020)이나 휠 수용홀(1060)의 내부에는 터빈 휠(110)이 삽입된다.
터빈 휠(110)은 방사상으로 복수의 날개가 구비되도록 하여 유입구(104)를 통해 유입되는 압축공기에 의해서 회전하도록 함으로써 압축공기의 유동압에 의해 기계적 회전 에너지가 생성되도록 하는 구성이다.
터빈 휠(110)의 날개는 다양한 형상과 갯수로서 형성되게 할 수가 있으나 유입구(104)를 통해 유입되는 압축공기의 유입 방향과 수직의 방향에서 날개가 접촉될 수 있도록 하는 것이 가장 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 고압발전용 터빈장치의 터빈 휠을 예시한 분리 사시도이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 터빈 휠(110)은 회전체 본체(111)와 한 쌍의 커버 플레이트(112)의 결합으로 이루어지는 구성이다.
회전판 형상인 회전체 본체(111)는 중앙에 구동 샤프트(120)가 축결합되는 샤프트 홀(1110)이 형성된다.
도 7은 본 발명에 따른 고압발전용 터빈장치의 하우징에 회전체 본체를 결합한 구성을 예시한 단면도이다.
도시한 바와 같이 회전체 본체(111)는 외주면을 따라서 일정 간격으로 에어홈(1112)을 형성하고, 이때의 에어홈(1112)은 외주면으로부터 반경 중심 방향으로 일정 깊이가 절개되도록 하여 수직 절개면(1113)과 이 수직 절개면(1113)의 반경 방향측 단부로부터 회전체 본체(111)의 회전 방향과는 반대 방향으로 외주면을 향해 일정 각도로 절개되도록 한 경사 절개면(1114)에 의해서 이루어지는 구성이다.
이때 에어홈(1112)을 이루는 수직 절개면(1113)과 경사 절개면(1114)간 형성 각도는 50~60°로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
이와 같은 에어홈(1112)은 외주면을 따라서 일정 간격으로 연속해서 형성되도록 한다.
회전체 본체(111)에서 각 에어홈(1112)들의 반경 방향측으로는 에어홈(1112)과 연통되도록 에어 수용홈(1115)을 형성한다.
따라서 에어 수용홈(1115)은 주면 일부가 에어홈(1112)의 반경 방향측 단부와 상호 연통되게 연결된다.
에어 수용홈(1115)은 수직의 단면이 원형으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정하지는 않는다.
에어 수용홈(1115)의 사이즈는 에어홈(1112)을 이루는 수직 절개면(1113)과 경사 절개면(1114)간 각도와 마찬가지로 압축공기와의 마찰력에 대한 강성 유지에 직접적으로 영향을 주게 되므로 인접하는 에어 수용홈(1115)간 간격은 지나치게 좁지 않도록 하는 것이 바람직하다.
특히, 회전체 본체(111)는 외주면으로부터 에어홈(1112)과 에어 수용홈(1115)을 포함하는 일정 반경까지의 외주연 단부가 그 안쪽의 판면보다는 일정 두께가 더 두껍게 형성되도록 하여 중량부(1116)를 이루도록 한다.
또한, 커버 플레이트(112)는 회전체 본체(111)와 같은 원형으로 형성되는 한 쌍의 구성으로 이루어지는 구성이다.
다만 커버 플레이트(112)는 회전체 본체(111)의 외경보다는 작지 않게 형성되도록 한다.
커버 플레이트(112)는 중앙에 회전체 본체(111)의 샤프트 홀(1110)과 동일한 사이즈로서 관통홀(1120)이 형성되도록 한다.
이와 같은 커버 플레이트(112)는 회전체 본체(111)의 양측면으로 밀착되어 일정 반경에서 볼트와 너트 또는 핀과 같은 체결수단(113)에 의해 긴밀하게 결합되도록 한다.
한편, 본 발명의 터빈 휠(110)에는 구동 샤프트(120)가 축고정되도록 하고 있으므로 구동 샤프트(120)를 통해 구동력이 전달된다.
본 발명의 구동 샤프트(120)는 터빈 휠(110)과의 견고한 고정을 위하여 쐐기형의 키(key) 결합에 의해 연결되게 하는 것이 가장 바람직하다.
구동 샤프트(120)는 터빈 휠(110)과 직접적으로 키결합에 의해 연결되게 할 수도 있고, 구동 샤프트(120)와 터빈 휠(110)의 회전체 본체(111)와는 더브테일 결합에 의해 연결되게 할 수도 있다.
또한 터빈 휠(110)과 구동 샤프트(120)는 도 8에서 예시한 바와 같이 내주면과 외주면으로 키홈(1210)을 형성하는 고정 링(121)이 터빈 휠(110)의 회전체 본체(111)와 구동 샤프트(120)의 사이에 삽입되도록 하여 키결합으로 결합되게 할 수도 있다.
이때 고정 링(121)에 면밀착되는 회전체 본체(111)와 구동 샤프트(120)의 각 밀착면에도 각각 고정 링(121)에 형성한 키홈(1210)과 대향하는 키홈(미도시)을 형성하도록 하는 것은 당연하다.
하우징(100)의 내부에서 터빈 휠(110)과 축고정되는 구동 샤프트(120)는 하우징(100)의 양 측면판(101)을 관통하여 외측으로 일정 길이가 각각 연장 형성되도록 한다.
이때 하우징(100)의 양 측면판(101)에서 구동 샤프트(120)가 관통되도록 형성한 샤프트 홀(103)의 직경은 구동 샤프트(120)의 외경보다는 크게 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
하우징(100)의 내부에서 터빈 휠(110)을 축고정하는 구동 샤프트(120)에는 터빈 휠(110)이 축방향으로 유동되지 않도록 하기 위하여 터빈 휠(110)의 양측면에 각각 밀착되도록 한 쌍의 제1 베어링(130)이 각각 구비되도록 한다.
이때의 제1 베어링(130)은 스러스트 베어링으로 구비되게 하는 것이 가장 바람직하다.
그리고 본 발명의 하우징(100)에는 양 측면판(101)으로 샤프트 홀(103)의 외주연부를 일정 직경으로 커버하도록 내측면으로는 이너 플랜지(140)를, 그리고 외측면으로는 아우터 플랜지(150)가 동일한 직경으로 구비되도록 한다.
다시 말해 양 측면판(101)의 내측면에는 이너 플랜지(140)가 각각 밀착되고, 외측면에는 아우터 플랜지(150)가 밀착되도록 하며, 아우터 플랜지(150)와 이너 플랜지(140)는 측면판(101)을 관통하여 볼팅 체결되게 함으로써 측면판(101)에 견고하게 밀착시켜 고정되도록 한다.
측면판(101)의 외측면에 일측면이 밀착되는 아우터 플랜지(150)의 타측면으로는 아우터 플랜지(150)와 동일한 직경의 베어링 캡(160)이 볼팅 체결에 의해 고정되도록 한다.
도 9는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치의 아우터 플랜지와 베어링 캡의 결합 구조를 예시한 분리 사시도이다.
도시한 바와 같이 아우터 플랜지(150)에는 이너 플랜지(140)와의 볼팅 체결을 위한 볼트 홀(151)과 함께 베어링 캡(160)과의 볼팅 체결을 위한 볼트 홀(151)을 동시에 형성한다.
측면판(101)과 아우터 플랜지(150), 아우터 플랜지(150)와 베어링 캡(160)간 상호 밀착되는 면에는 기밀 유지를 위하여 각각 패킹(P)이 개입되도록 하는 것이 보다 바람직하다.
그리고 베어링 캡(160)의 내경은 아우터 플랜지(150)측의 일정 길이가 아우터 플랜지(150)의 내경과 동일하고, 아우터 플랜지(150)와 대응하는 방향으로 일정 길이가 안쪽으로 돌출시켜 내경이 좁아지도록 한 후 다시 아우터 플랜지(150)의 내경보다 더 큰 내경으로 확장되도록 하여 확장된 내경의 내주면으로는 암나사가 형성되도록 한다.
따라서 베어링 캡(160)은 내경면을 안쪽으로 돌출되도록 한 걸림턱(161)을 기준으로 아우터 플랜지(150)측의 일측은 베어링 삽입홈(162)을 이루고, 그와 대응되는 타측은 나선홈(163)을 이루도록 한다.
본 발명의 소켓(170)은 원통형이며, 외주면의 일정 길이에는 수나사를 형성하고, 내주면에는 암나사를 형성하는 구성이다.
소켓(170)은 수나사를 형성한 외주면의 일부가 베어링 캡(160)의 나선홈(163)에 나사결합되면서 고정 결합된다.
소켓(170)의 나선홈(163)에는 외주면으로 수나사를 형성한 앤드 캡(180)을 결합한다.
앤드 캡(180)은 구동 샤프트(120)가 관통하도록 관통홀(181)을 형성한다.
다만, 앤드 캡(180)은 구동 샤프트(120)의 외경보다는 큰 관통홀(181)을 형성하고, 일단의 외주면은 소켓(170)에 나사결합되며, 앤드 캡(180)의 관통홀(181)을 통해서는 제1 베어링(130)에 의해 축지지되는 구동 샤프트(120)가 관통하도록 한다.
이와 같은 앤드 캡(180)은 나사 결합에 의해 소켓(170)으로부터 길이 조정이 가능하게 결합되도록 한다.
한편, 소켓(170)의 외주면과 앤드 캡(180)의 외주면으로는 각각 베어링 캡(160)의 외측면과 소켓(170)의 외측단부간 기밀 유지와 나사결합상태의 풀림방지를 위한 오링(O)과 로그 너트(N)가 결합되도록 하다.
즉, 소켓(170)과 앤드 캡(180)의 외주면으로 오링(O)을 끼워 베어링 캡(160)과 소켓(170)의 각 외측단면에 밀착되도록 하고, 로크 너트(N)로 조여 베어링 캡(160)과 소켓(170) 사이와 소켓(170)과 앤드 캡(180) 사이의 간극이 기밀 유지되도록 한다.
그리고 본 발명의 베어링 캡(160)에는 베어링 삽입홈(162)으로 제2 베어링(190)이 삽입되도록 한다.
제2 베어링(190)은 베어링 삽입홈(162)으로 걸림턱(161)에 걸려질 때까지 삽입되도록 하면서 제2 베어링(190)의 내륜은 구동 샤프트(120)에 축고정되고, 외륜은 베어링 캡(160)의 베어링 삽입홈(162) 내주면에 압착 고정되도록 한다.
구동 샤프트(120)에 축고정되는 제1 베어링(130)과 제2 베어링(190)의 사이에는 구동 샤프트(120)의 외주면을 감싸도록 하면서 제1 베어링(130)과 제2 베어링(190)의 서로 마주보는 면에 양단부가 밀착되도록 원통형의 스페이서(200)가 결합되도록 한다.
이렇게 구동 샤프트(120)에 축고정되는 제1 베어링(130)과 제2 베어링(190) 및 스페이서(200)에 의해서 터빈 휠(110)은 축방향으로의 유동이 방지된다.
따라서 터빈 휠(110)의 회전에 의해서 구동 샤프트(120)는 베어링 캡(160)에 고정되도록 한 양측의 제2 베어링(190)에 축지지되어 안정되게 회전한다.
한편 제2 베어링(190)으로부터 일정 간극을 이격시킨 구동 샤프트(120)에는 제3 베어링(210)이 축고정되도록 한다.
다만, 제2 베어링(190)과 제3 베어링(210) 사이에는 베어링 캡(160)의 내경면 중앙에 걸림턱(161)이 형성되도록 하고 있으므로 제2 베어링(190)과 제3 베어링(210) 사이에는 도 10과 같이 걸림턱(161)의 안쪽으로 간극유지 링(220)이 구동 샤프트(120)에 축결합되도록 한다.
간극유지 링(220)은 걸림턱(161)과는 접촉되지 않도록 하면서 양면으로 제2 베어링(190)과 제3 베어링(210)이 밀착되도록 함으로써 구동 샤프트(120)가 안정적으로 회전할 수 있도록 한다.
제3 베어링(210)으로부터 일정 길이 이격되는 앤드 캡(180) 내부의 구동 샤프트(120)에는 도 11에서와 같이 스프링 시트(230)가 구동 샤프트(120)의 외주면에 축결합되도록 한다.
스프링 시트(230)는 상대적으로 보다 작은 외경으로 이루어지는 부위가 제3 베어링(190)과 마주보게 형성되도록 외경이 단차지도록 한다.
또한 스프링 시트(230)는 강화 고무와 같은 탄성재질로서 형성되도록 한다.
이러한 스프링 시트(230)에서 상대적으로 더 큰 외경으로 이루어지는 부위는 마찰이나 열에 강한 재질로서 이루어지도록 하며, 특히 스프링 시트(230)의 외주면은 강화 고무와 같은 탄성재에 의해 감싸도록 하는 것이 가장 바람직하다.
스프링 시트(230)는 제3 베어링(210)과의 사이에서 구동 샤프트(120)의 외주면에는 스프링(240)이 탄설되도록 한다.
스프링 시트(230)는 구동 샤프트(120)에 주면간 접촉되어 있기는 하나 고정되어 있지는 않으므로 스프링 시트(230)를 밀게 되면 제3 베어링(210)측으로 스프링(240)이 압축된다.
또한, 스프링 시트(230)의 스프링(240)에 밀착되는 단부와 대응되는 단부에는 구동 샤프트(120)에서 축방향으로의 이동이 가능하도록 복수 층으로 시일(250)이 구동 샤프트(120)에 축결합되도록 한다.
시일(250)은 내경이 구동 샤프트(120)의 외경과 같거나 보다 큰 사이즈로서 형성되도록 한다.
시일(250)은 하나 이상으로 형성되게 할 수도 있으나, 좀더 얇은 두께로 복수 개로서 구비되도록 하는 것이 보다 바람직하며, 이런 시일(250)의 재질은 세라믹과 같이 마찰과 고열에 강한 재질로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 앤드 캡(180)은 관통홀(181)의 소켓(170)에 결합되는 단부와 대응되는 단부는 내주면의 내경이 축소되도록 하고, 안쪽에는 앤드 캡(180)으로부터 이탈되지 않도록 링 플레이트(260)가 구비되도록 한다.
링 플레이트(260)는 스프링 시트(230)와 마찬가지로 고탄성의 고무로서 이루어지도록 하는 것이 가장 바람직하다.
따라서, 앤드 캡(180)의 내부에서 스프링 시트(230)와 링 플레이트(260) 사이의 구동 샤프트(120)에는 복수의 시일(250)들이 구비되도록 한다.
이렇게 구동 샤프트(120)의 일정 길이는 아우터 플랜지(150)와 베어링 캡(160)과 소켓(170) 및 앤드 캡(180)에 의해 외부와 완전 밀폐되도록 하고, 구동 샤프트(120)가 관통하는 앤드 캡(180)은 스프링(240)의 탄발력에 의해서 시일(250)과 링 플레이트(260)가 밀착되면서 실링이 이루어지도록 한다.
다만, 본 발명은 앤드 캡(180)으로부터 돌출되도록 한 구동 샤프트(120)의 단부로 각각 플랜지관(270)이 축고정되게 함으로써 본 발명의 터빈간이 복수로 연결되게 할 수가 있다.
한편, 본 발명의 구동 샤프트(120)에서 일측의 플랜지관(270)에는 발전기(미도시)로의 동력 전달을 위하여 풀리 또는 스프로켓이 축결합되도록 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치는 압축공기를 유입구(104)를 통하여 하우징(100)의 내부로 유입되게 하고, 하우징(100)의 내부로 유입되는 압축공기의 유동압에 의해 터빈 휠(110)이 회전하도록 함으로써 기계적 구동력이 발생되도록 하는 것이다.
하우징(100)으로 유입되는 압축공기는 유출구(105)를 통해서 대부분 유출되기는 하지만 일부는 하우징(100)의 양 측면판(101)에 형성한 샤프트 홀(103)을 통해 배출되기도 한다.
구동 샤프트(120)의 축방향으로 샤프트 홀(103)을 통해 배출되는 압축공기는 아우터 플랜지(150)와 베어링 캡(160)과 소켓(170) 및 앤드 캡(180)에 의해 외부로의 누출이 차단되도록 한다.
즉, 하우징(100)으로부터 누출되는 압축공기의 일부가 구동 샤프트(120)를 따라 이동할 수가 있으나, 앤드 캡(180)에서 구동 샤프트(120)에 축결합된 스프링 시트(130)에 의해 압축 공기의 누설은 차단되고, 외측에서는 앤드 캡(180)에 부착된 링 플레이트(260)에 복수의 시일(250)들과 스프링 시트(130)가 밀착되게 함으로써 앤드 캡(180)의 관통홀(181)을 통한 압축공기의 누출도 차단되도록 한다.
이와 같이 하우징(100)에 유입된 압축공기가 하우징(100)의 외측에서 아우터 플랜지(150)와 베어링 캡(160)과 소켓(170) 및 앤드 캡(180)의 내부로 채워지게 되면 결국 하우징(100)의 샤프트 홀(103)을 통한 압축공기의 유동은 중단되고, 샤프트 홀(103)은 항상 막혀진 상태와 마찬가지의 상태를 유지하게 된다.
샤프트 홀(103)을 통한 압축공기 유동이 중단되면 유입구(104)를 통해 하우징(100) 내로 유입되는 압축공기는 터빈 휠(110)을 회전시키면서 유출구(105)측으로만 유출되므로 압축공기는 터빈 휠(110)을 회전시키는데만 작용하게 되어 회전력을 안정되게 유지시킬 수가 있게 된다.
한편, 터빈 휠(110)과 함께 회전하는 구동 샤프트(120)는 제1 베어링(130)과 제2 베어링(190) 및 제3 베어링(210)에 구름 회전이 가능하게 지지되고 있으므로 구동 샤프트(120)에 결합된 스페이서(200)와 간극유지 링(220)과 스프링(240) 및 스프링 시트(230) 또한 동시에 회전하게 된다.
다만, 구동 샤프트(120)와 함께 회전하는 스프링 시트(230)와 앤드 캡(180)에 부착한 링 플레이트(260)와의 사이에 구비한 복수의 시일(250)들은 스프링(240)의 탄발력에 의해 스프링 시트(230)와 앤드 캡(180)에 긴밀하게 밀착되어 구동 샤프트(120)와는 동일하게 회전하지는 않지만 밀착면간 미끄러지면서 시일(250)들도 회전을 하게 된다.
이러한 복수의 시일(250)들은 회전부재인 스프링 시트(230)와 고정부재인 링 플레이트(260)간 회전 마찰력을 대폭적으로 완화시키는 기능을 하게 된다.
이와 같이 본 발명은 하우징(100)의 내부로 유입되는 압축공기에 의해서는 터빈 휠(110)이 원활하게 회전되도록 하여 이 회전력에 의해서 발전기를 구동시킬 수 있는 구동력이 생성되도록 하고, 하우징(100)과 구동 샤프트(120)의 연결 부위는 완벽하게 실링되게 하여 압축공기의 누출이 방지되게 함으로써 압축공기를 통한 구동 샤프트(120)의 회전 구동력을 극대화시키면서 안정된 구동성을 유지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 압축공기의 유동압을 전혀 손실되지 않도록 함으로써 동일한 구성의 터빈에서도 동일한 구동성을 발취할 수 있도록 한다.
따라서 본 발명은 구동 샤프트(120)간의 연결과 압축공기의 연속적인 공급에 의해 복수의 터빈을 연결하여 좀더 안정된 구동력을 갖도록 할 수가 있으므로 발전기와의 연결에 의한 구동 부하에도 영향을 받지 않으면서 발전 용량을 최대한 높일 수가 있도록 한다.

Claims (15)

  1. 외주면으로 압축 공기가 유출입되는 유입구와 유출구를 구비하는 하우징;
    상기 하우징 내에 축고정되어 상기 유입구를 통해 유입되는 압축 공기의 유동압에 의해 회전하는 터빈 휠;
    터빈 휠의 중앙에 축고정되어 동시에 회전하며, 하우징의 양측으로 일정 길이가 인출되는 구동 샤프트;
    터빈 휠의 양측면에서 구동 샤프트에 축고정되는 제1 베어링;
    하우징의 측면판에 형성한 샤프트홀의 외주연에서 내측면에 밀착되는 이너 플랜지;
    이너 플랜지와 동일한 사이즈로서 형성되어 샤프트홀의 외주연에서 외측면에 밀착되고, 이너 플랜지와의 볼팅 체결에 의해 하우징의 측면판에 밀착 고정되는 아우터 플랜지;
    아우터 플랜지의 측단면으로 볼트 체결에 의해 밀착 고정되는 베어링 캡;
    베어링 캡의 일측단부에 형성한 나선홈으로 외주면 일부가 나사결합되는 원통형의 소켓;
    일측의 외주면이 소켓의 내측으로 나사결합되고, 타측면 단부에는 구동 샤프트가 관통하는 관통홀을 형성하는 앤드 캡;
    내주면은 구동 샤프트에 축고정되고, 외주면은 베어링 캡의 내주면에 고정 삽입되는 제2 베어링;
    제1 베어링과 제2 베어링의 마주보는 면에 양단부가 밀착되면서 구동 샤프트의 외부를 감싸도록 구비되는 스페이서;
    제2 베어링으로부터 일정 간극 이격시켜 구동 샤프트에 축고정되는 제3 베어링;
    제2 베어링과 제3 베어링 사이의 구동 샤프트에 결합되어 제2 베어링과 제3 베어링간 간극이 유지되도록 하는 간극유지 링;
    앤드 캡 내부에서 제3 베어링으로부터 일정 길이 이격시킨 구동 샤프트의 외주면에 밀착되는 스프링 시트;
    제3 베어링과 스프링 시트 사이의 구동 샤프트의 외주연부로 탄설되는 스프링;
    내경이 구동 샤프트의 외경보다는 크게 형성되면서 스프링 시트의 외측으로 구동 샤프트에 결합되는 복수 개의 시일;
    관통홀을 형성한 앤드 캡의 일측단면의 내측면에 부착되고, 중앙으로 구동 샤프트가 관통하며, 스프링의 탄발력에 의해 시일과 밀착되는 링 플레이트; 및
    앤드 캡의 외측으로 돌출되는 구동 샤프트의 단부에 축고정되는 플랜지관;
    의 결합으로 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 양측으로 측면판을 구비하고, 이들 측면판간은 외주연을 따라 내부가 커버되도록 하면서 일정 직경의 링형상으로 형성되는 가이드 월은 유출구측으로 주면 일부가 절개되도록 하고, 가이드 월의 외주연으로는 외측으로 복수의 격벽들이 일체로 형성되게 하면서 격벽들간 충진물로서 채워지도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 양측으로 측면판을 구비하고, 이들 측면판간은 일정 두께의 휠 캡이 삽입고정되며, 휠 캡에는 터빈 휠을 수용할 수 있는 휠 수용홀이 수평 관통되게 형성되고, 휠 수용홀의 일측으로는 유출구에 연결되는 에어 라인이 형성되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 휠 캡은 MC 나이론으로 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 휠은
    중앙에는 구동 샤프트가 축결합되는 샤프트 홀을 형성하고, 일정 반경의 외측으로는 외주면을 따라서 외주면으로부터 반경 중심방향으로 일정 깊이가 절개되도록 하면서 반경방향측 절개 단부는 회전 방향과 반대 방향으로 외주면을 향해 일정 각도로 경사지게 절개되도록 하여 에어홈을 일정 간격으로 형성하며, 에어홈의 수직 절개면과 경사 절개면의 내측단부에는 에어홈과 연통되도록 하는 일정 직경의 에어 수용홈이 형성되도록 하는 회전체 본체;
    중앙에는 샤프트 홀과 동일한 사이즈로서 관통홀을 형성하고, 회전체 본체의 양측에서 상호 대칭이 되게 구비되어 회전체 본체에 볼트 결합되도록 하여 회전체 본체의 에어홈과 에어 수용홈을 양측에서 각각 커버하도록 하는 한 쌍의 커버 플레이트;
    로서 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회전체 본체의 에어홈을 이루는 수직 절개면과 경사 절개면간 형성 각도는 50~60°로서 형성되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 회전체 본체는 외주면으로부터 에어홈과 에어 수용홈을 포함하는 일정 반경까지의 외주연 단부가 그 안쪽의 판면보다는 일정 두께가 더 두껍게 형성되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 회전체 본체의 외경보다는 작지 않게 형성되는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 휠와 구동 샤프트간으로는 내주면과 외주면으로 키홈을 형성하는 고정 링이 삽입되도록 하여 키결합에 의해 고정되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 휠와 구동 샤프트간으로는 내주면과 외주면으로 키홈을 형성하는 고정 링이 삽입되도록 하여 키결합에 의해 고정되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 베어링 캡은 길이 중간 부위의 내경면을 안쪽으로 돌출되도록 하여 걸림턱을 형성하고, 걸림턱을 기준으로 아우터 플랜지측은 소경부의 베어링 삽입홈을 이루며, 그와 대응되는 외측으로는 대경부의 나선홈을 이루는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 측면판과 아우터 플랜지간 밀착되는 면과 상기 아우터 플랜지와 베어링 캡간 상호 밀착되는 면에는 패킹이 삽입되는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 베어링 캡의 외측면과 소켓의 외측단부에는 오링이 각각 밀착되도록 하고, 소켓과 앤드 캡의 외주면으로 로크 너트로 조여 베어링 캡과 소켓 사이와 소켓과 앤드 캡 사이의 간극이 기밀 유지되도록 하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 베어링과 제3 베어링은 스러스트 베어링으로 이루어지는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 간극유지 링은 제2 베어링과 제3 베어링의 사이에서 제2 베어링의 일측면을 지지하도록 베어링 캡의 길이 중간 부위에서 내경면 안쪽으로 돌출되게 형성한 걸림턱의 구동 샤프트의 축방향 두께보다는 더 두꺼운 두께로 형성하는 압축공기를 이용한 풍력발전용 터빈장치.
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