KR100774308B1 - 헬리컬 터빈 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬리컬 터빈과 동기발전기를 설치하여 전기를 생성할 수 있는 헬리컬 터빈 발전시스템을 개시한다. 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전력을 발생시킬 수 있도록 프레임이 회전가능하게 설치되는 헬리컬 터빈과, 상기 헬리컬 터빈의 회전을 발전에 필요한 회전속도로 증가시키는 증속기와, 상기 유체의 흐름이 일시적으로 빨라져 상기 증속기를 거친 회전속도가 필요이상으로 속도로 회전되는 것을 방지하는 유체커플링과, 상기 유체 커플링의 회전속도를 전달받아 전기를 발생시키는 동기발전기로 구성됨으로써, 설비비가 절감되고 환경오염을 방지할 수 있게 되는 것이다.

헬리컬 터빈, 증속기, 유체커플링, 동기발전기, 프레임

Description

헬리컬 터빈 발전시스템{POWER GENERATION SYSTEM USING HELICAL TURBINE}

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템을 개략적으로 도시한 블록도,

도 2는 도 1에 도시된 헬리컬 터빈 장착부를 도시한 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 헬리컬 터빈을 도시한 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 헬리컬 터빈을 단면하여 도시한 단면도,

도 5는 도 2에 도시된 프레임을 도시한 평면도,

도 6은 도 5에 도시된 "A" 부분을 부분적으로 확대하여 도시한 확대 단면도,

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템의 헬리컬 터빈을 도시한 사시도,

도 8은 도 7에 도시된 헬리컬 터빈을 단면하여 도시한 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

4 : 동기발전기 5 : 유체커플링

6 : 증속기 20 : 프레임

30 : 헬리컬 터빈

본 발명은 헬리컬 터빈 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조수의 흐름에너지에 의해 회전력을 얻는 헬리컬 터빈의 운동에너지를 동기발전기를 이용하여 전기에너지로 변환함에 있어 유체커플링을 사용하여 동기발전기의 과부하를 방지할 수 있도록 하는 헬리컬 터빈 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터빈은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계 또는 장치를 의미한다. 이러한 터빈이 사용되어 조수의 에너지를 생성하는 장치가 조력발전이다.

종래의 조력발전은 조석간만차가 큰 내만에 조력댐을 설치하여 해수의 이동을 차단한 후, 조석 간만 차에 의해 발생하는 조력댐 내/외측의 수위차를 이용하여 발전하는 것으로 수력발전방식과 유사하다.

그러나 조력발전을 구동하기 위해서는 위치에너지의 이용이 필요하므로 일정높이 이상의 수위차가 필요하다. 이를 해결하기위해 필수적으로 방조제를 조성해야 하고 이에 따라 해수가 오염되는 등의 환경문제가 수반되는 문제점이 있다.

또한 방조제를 시공하기 위한 공사기간이 길고, 그에 따른 공사비용이 증가되는 문제점이 있다.

상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 일방향 혹은 다방향으로 흐르는 유체의 흐름속에서 회전력을 얻을 수 있는 헬리컬 터빈을 장착하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 헬리컬 터빈 발전시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 유체커플링을 장착하여 유속증가에 따른 동기발전기의 과부하를 방지할 수 있도록 하는 헬리컬 터빈 발전시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 헬리컬 터빈 발전시스템은 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전력을 발생시킬 수 있도록 프레임에 회전가능하게 설치되는 헬리컬 터빈; 상기 헬리컬 터빈의 회전을 발전에 필요한 회전속도로 증가시키는 증속기; 상기 유체의 흐름이 일시적으로 빨라져 상기 증속기를 거친 회전속도가 필요이상으로 속도로 회전되는 것을 방지하는 유체커플링; 및 상기 유체 커플링의 회전속도를 전달받아 전기를 발생시키는 동기발전기로 구성됨으로써, 헬리컬 터빈에서 생산된 회전운동을 전기에너지로 변환시키는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 헬리컬 터빈 장착부를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 헬리컬 터빈을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 헬리컬 터빈을 단면하여 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 프레임을 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 "A" 부분을 부분적으로 확대하여 도시한 확대 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템은 유체 내부에 설치되는 프레임(20)에 회전가능하게 설치되는 헬리컬 터빈(30)과, 헬리컬 터빈(30)의 회전을 발전에 필요한 회전속도로 증가시키는 증속기(6)와, 증속기(6)에 연결되며 필요이상의 속도로 회전되는 것을 방지하는 유체커플링(5)과, 유체커플링(5)에 연결되며 전기를 발생시키는 동기발전기(4)와, 동기발전기(4)와 전기적으로 연결되어 생성된 전기를 정전압 및 정주파수 특성을 갖는 전기로 변환시키는 전력변환장치(3)와, 전력변환장치(3)에 연결되어 전압이나 전류 값을 변화시키는 변압기(2)와, 변압기(2)를 거친 전기를 기존 전력계통에 연계시키는 계통연계(1)등으로 이루어진다.

상기 헬리컬 터빈(30)은 프레임(20)에 회전가능하게 지지되는 샤프트(31)와, 샤프트(31)에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 돌출되는 다수개의 지지부재(32)와, 층을 이루는 각각의 지지부재(32) 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 샤프트(31)의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 블레이드(33)로 이루어진다.

상기 프레임(20)은 헬리컬 터빈(30)이 수용되고 회전축(31)을 회전가능하게 지지하는 사각 틀 형상의 고정부(21)와, 유체가 진행되는 방향과 접하는 양측면에서 삼각 틀 형상을 이루도록 돌출된 돌출부(22)로 이루어진다. 돌출부(22)의 돌출된 양측 경사면(22a)에는 유체의 흐름방향과 수평을 이루게 다수개의 슬릿(23)이 등 간격으로 배열된다.

상기와 같이 구성된 헬리컬 터빈 발전시스템의 작동과정은 다음과 같다.

유체가 일정 속도로 흐르게 되면 유선형 몸체를 이루며 헬리컬 형상을 이루도록 형성된 블레이드(33)에 의해 헬리컬 터빈(30)이 회전하게 된다. 이때 유체에 포함되어 있는 부유물들은 슬릿(23)의 틈새를 통과하지 못하고 걸러지게 된다. 그리고 돌출부(22)의 가운데 부분이 유체가 흐르는 방향을 향해 돌출된 형상으로 이루어져 부유물이 양측 경사면(22a)에 걸쳐져 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 흐름에 밀려 경사면(22a) 끝단으로 제거된다.

블레이드(33)가 고정된 회전축(31)의 회전이 증속기(6)에 전달되면 증속기(6)는 회전축(31)의 회전속도를 발전에 필요한 회전속도로 증속시키는 역할을 수행한다. 증속기(6)를 거쳐 속도가 증가된 회전속도는 유체커플링(5)에 전달된다. 유체커플링(5)은 증속기(6)를 거쳐 증가된 회전속도가 일정속도 이상으로 증가되는 것을 방지하는 장치로서 동기발전기(4)에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 것이다.

유체커플링(5)을 거쳐 동기발전기(4)에 전달된 회전력은 전기에너지로 변환되어 전기가 생성되고, 생성된 전기는 전력변환장치(3)를 거치면서 정전압 및 정주파수 특성을 갖는 고품질 전기로 변환된다. 또한 변압기(2)를 거치면서 전압 및 전류 값이 변환되고, 계통연계(1)를 통해 기존 전력계통에 연계되는 것이다.

마찬가지로 본 발명의 제2 실시예인 헬리컬 터빈 발전시스템은 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 구성된 헬리컬 터빈(30)에 상기 샤프트(31)에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 상기 지지부재(32) 보다 짧고 엇갈리게 돌출되는 다수개의 보조 지지부재(34)와, 보조 지지부재(34)의 끝단에 연결되고 유선형의 단면형상을 가지며 상기 샤프트(31)의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 보조 블레이드(35)가 추가적으로 설치되는 구조로 이루어진다.

상기와 같이 헬리컬 터빈(30)에 보조 지지부재(34)와 보조 블레이드(35)가 추가적으로 설치된 구조로 구성된 헬리컬 터빈 발전시스템은 유체의 흐름에 따라 큰 회전력을 얻을 수 있어 회전효율이 증가되는 특징이 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 헬리컬 터빈 발전시스템은 유체의 흐름에 의해 회전력이 발생되는 헬리컬 터빈(30)에 의해 동기발전기(4)가 가동되어 전기를 생성하므로 설비비가 절감되고, 유체커플링(5)이 장착되어 동기발전기(4)의 과부하를 방지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 증속기(6)가 장착되어 유체의 흐름속도가 느린 경우에도 발전에 필요한 회전속도를 생성할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 헬리컬 터빈 발전시스템은 헬리컬 터빈에 의해 회전력이 발생되므로 조력댐이 필요한 종래 구조에 비하여 건설비용이 절감됨과 동시에 환경오염이 방지되는 효과가 있다.

또한, 전기를 생성하기 위해 동기발전기가 사용되어 설비비가 절감되며, 유 체커플링이 장착되어 동기발전기의 과부하를 방지하는 구조로 형성되어 기능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 헬리컬 터빈에 보조 지지부재와 보조 블레이드를 추가하여 회전효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유체의 일방향 또는 다방향 흐름에 대하여 연속적인 회전력을 발생시킬 수 있도록 프레임에 회전가능하게 설치되는 헬리컬 터빈;

   상기 헬리컬 터빈의 회전을 발전에 필요한 회전속도로 증가시키는 증속기;

   상기 유체의 흐름이 일시적으로 빨라져 상기 증속기를 거친 회전속도가 필요이상으로 속도로 회전되는 것을 방지하는 유체커플링; 및

   상기 유체 커플링의 회전속도를 전달받아 전기를 발생시키는 동기발전기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 헬리컬 터빈은

   상기 프레임에 회전 가능하게 지지되는 샤프트;

   상기 샤프트에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 돌출되는 다수개의 지지부재; 및

   상기 지지부재의 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 상기 샤프트의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 블레이드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 헬리컬 터빈은

   상기 샤프트에서 방사형으로 층을 이루도록 짝을 지어 상기 지지부재 보다 짧고 엇갈리게 돌출되는 다수개의 보조 지지부재; 및

   상기 보조 지지부재의 끝단에 연결되고 유선형의 단면 형상을 가지며 상기 샤프트의 길이방향을 따라 꼬인 헬리컬 형상으로 이루어진 보조 블레이드; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임에는

   상기 헬리컬 터빈이 고정되는 사각 틀 형상의 고정부;

   상기 고정부에 유체에 함유된 부유물이 부착되지 않도록 상기 고정부에서 유체가 진행되는 방향과 접하는 양측면에 삼각 틀 형상을 이루도록 돌출되는 돌출부; 및

   부유물은 통과하지 못하고 유체의 흐름에는 방해되지 않도록 상기 돌출부의 돌출된 양측 경사면에 유체의 흐름방향과 수평을 이루게 배열되는 다수개의 슬릿; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.
5. 제 4항에 상기 동기발전기에는

   상기 동기발전기에 생성된 전기를 정전압 및 정주파수 특성을 갖는 고품질 전기로 변환시키는 전력변환장치;

   전압이나 전류 값을 변화시키는 변압기; 및

   생성된 전기를 기존 전력계통에 연계시키는 계통연계; 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 상기 동기발전기에는

   상기 동기발전기에 생성된 전기를 정전압 및 정주파수 특성을 갖는 고품질 전기로 변환시키는 전력변환장치;

   전압이나 전류 값을 변화시키는 변압기; 및

   생성된 전기를 기존 전력계통에 연계시키는 계통연계; 가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 터빈 발전시스템.

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