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KR101786451B1 - 프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치 - Google Patents

프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치 Download PDF

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KR101786451B1
KR101786451B1 KR1020160068949A KR20160068949A KR101786451B1 KR 101786451 B1 KR101786451 B1 KR 101786451B1 KR 1020160068949 A KR1020160068949 A KR 1020160068949A KR 20160068949 A KR20160068949 A KR 20160068949A KR 101786451 B1 KR101786451 B1 KR 101786451B1
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강석철
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강석철
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Abstract

프로펠러와 스크류의 복합 기능을 적용하여 적은 양의 유체로도 기기의 회전력을 증대시킬 수 있도록 하여 발전 효율을 높일 수 있는 프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈은, 회전축에 다수의 프로펠러 날개가 방사형으로 형성되는 프로펠러부; 및 프로펠러부의 후단에 연결되며, 회전축에 다수의 스크류 날개가 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 스크류부를 포함하되, 유체가 프로펠러 날개를 통과하면서 1차 회전운동을 통해 프로펠러부를 회전시킨 후 스크류 날개를 통과하면서 2차 회전운동을 통해 스크류부를 회전시켜서 회전축의 회전력을 증대시킬 수 있다.

Description

프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치{PROPELLER SCREW TURBINE AND TURBINE HAVING THE SAME POWER GENERATOR}
본 발명은 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖는 프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 터빈(Turbine)은 물, 가스, 증기 등의 유체가 가지는 운동에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 회전형 기계이다. 이러한 터빈은 유체의 종류에 따라 수력 터빈, 증기 터빈, 가스 터빈 등이 있으며, 특히 수력 터빈의 경우 높은 곳의 물이 낙하할 때 물의 위치에너지를 이용하여 회전차가 회전하도록 해서 기계적 동력을 얻는 수차이다.
수차 날개를 물레방아 형태로 형성한 프란시스 수차, 펠콘 수차 등은 유수의 낙차를 이용하여 구륜 운동을 하는데, 이러한 물레방아 형태의 수차는 저속으로 회전하므로 수력발전에 적용할 경우 발전효율이 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 수차 날개를 방사상으로 형성한 프로펠러 형태의 수차의 경우 고속 회전은 가능하지만, 적은 유수에서 수차 날개의 회전력을 증가시키기 위해서는 수차 날개의 사이즈를 크게 제작하여야 하는데, 이럴 경우 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 스크류 형태의 수차의 경우 회전축에 나선면을 가진 날개가 형성되어 회전하면서 밀어내는 힘을 발생시키는데, 스크류 형태의 수차도 프로펠러 형태의 수차와 같은 단점이 있다.
KR등록특허공보 제10-0899989호(2009.05.28.) KR공개특허공보 제10-2003-0070243호(2003.08.29.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 적용하여 적은 양의 유체로도 기기의 회전력을 증대시킬 수 있도록 하여 발전 효율을 높일 수 있는 프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈은, 회전축에 다수의 프로펠러 날개가 방사형으로 형성되는 프로펠러부; 및 상기 프로펠러부의 후단에 연결되며, 상기 회전축에 다수의 스크류 날개가 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 스크류부;를 포함하되, 유체가 상기 프로펠러 날개를 통과하면서 1차 회전운동을 통해 상기 프로펠러부를 회전시킨 후 상기 스크류 날개를 통과하면서 2차 회전운동을 통해 상기 스크류부를 회전시켜서 상기 회전축의 회전력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 판면이 상기 회전축과 평행하거나 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개가 상기 회전축을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부가 형성되어 유체가 상기 곡면부를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 상기 프로펠러 날개에 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 곡면 내측에 상기 프로펠러 날개의 판면과 경사지게 비틀림 날개가 형성되며, 유체가 상기 비틀림 날개를 지나면서 상기 프로펠러 날개에 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 스크류부는, 상기 스크류 날개가 상기 회전축을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지며, 상기 스크류 날개의 S자형 단면을 상기 회전축을 중심으로 회전시키면서 상기 회전축의 길이방향으로 연장하여 상기 스크류 날개의 판면을 나선형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 스크류부는, 상기 스크류 날개의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부가 형성되어 유체가 상기 곡면부를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 상기 스크류 날개에 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 스크류부는, 유체가 이동하는 방향에 대하여 상기 스크류 날개의 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 스크류부는, 상기 프로펠러부와 일체형으로 형성되되, 상기 스크류 날개는 상기 프로펠러 날개의 후단부로부터 상기 회전축의 길이방향으로 연장 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전장치는, 유체가 내부로 유입되어 통과할 수 있도록 중공 형성되는 파이프; 상기 파이프의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 유체에 의해 회전하는 상기 프로펠러 스크류 터빈; 및 상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축 단부에 설치되며, 발전부의 회전축 단부에 형성된 기어와 치합되어 상기 발전부의 회전축을 회전시키는 기어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파이프는, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 전방측 상기 파이프의 내측면에 제 1 와류발생부가 형성되되, 상기 제 1 와류발생부는 다수 개의 나선형 리브가 곡면 판재 형상으로 형성되어 상기 파이프의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 상기 파이프의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출 형성되어 상기 파이프로 유입되는 유체가 상기 나선형 리브를 지나면서 와류를 발생시켜 상기 프로펠러 스크류 터빈의 프로펠러부에 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 파이프는, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 길이와 대응하는 상기 파이프의 내측면에 제 2 와류발생부가 형성되되, 상기 제 2 와류발생부는 다수 개의 나선형 리브가 곡면 판재 형상으로 형성되어 상기 파이프의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 상기 파이프의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출되면서 상기 파이프의 길이방향을 따라 나선형으로 연속 형성되어 상기 파이프와 상기 프로펠러 스크류 터빈의 사이를 통과하는 유체가 상기 나선형 리브를 지나면서 와류를 발생시켜 상기 프로펠러 스크류 터빈의 프로펠러부 및 스크류부에 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 발전장치는, 상기 파이프의 내부에 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 축지지부를 더 포함하되, 상기 축지지부는, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축이 관통하는 관통공이 형성되는 지지링; 및 상기 지지링의 외측에 형성되어 상기 지지링을 상기 파이프의 내측면에 고정하는 고정대;를 포함할 수 있다.
본 발명의 프로펠러 스크류 터빈 및 이를 포함하는 발전장치에 따르면, 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖는 프로펠러 스크류 터빈을 이용하여 유체가 파이프의 내부를 통과하면서 프로펠러부에 의한 1차 회전운동과 스크류부에 의한 2차 회전운동을 통해 적은 양의 유량에서도 기기의 회전력을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 개선된 프로펠러 스크류 터빈을 발전장치에 적용하여 유수의 이용 효율을 높임으로써, 소형으로도 발전 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치의 요부 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치에서 파이프의 내측면에 나선형 와류발생부를 형성하는 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 파이프의 종단면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도.
도 6은 도 5에 나타낸 프로펠러 스크류 터빈에서 프로펠러부의 종단면도.
도 7은 도 5에 나타낸 프로펠러 스크류 터빈에서 스크류부의 종단면도.
도 8은 프로펠러 스크류 터빈에 날개를 2개 형성하는 실시예를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치의 요부 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발전장치(10)는 파이프(100), 프로펠러 스크류 터빈(200), 축지지부(300), 기어부(400) 및 발전부(500)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 프로펠러 스크류 터빈(200)은 바람, 물 등과 같은 유체의 종류에 따라 수력 터빈, 증기 터빈, 가스 터빈 등에 모두 적용할 수 있다. 특히, 수력 터빈의 경우 높은 곳의 물이 낙하할 때 물의 위치에너지를 이용하여 회전차가 회전하도록 해서 기계적 동력을 얻는 수차로서, 수력 발전에 이용될 수 있다. 이하에서는 유수를 이용한 수력발전용 프로펠러 스크류 터빈을 예로 들어 설명하기로 한다.
파이프(100)는 유수가 흐르는 수로(미도시)에 매립 설치되고, 유수가 내부로 유입되어 통과할 수 있도록 중공의 원형관 형태로 형성될 수 있다. 파이프(100)는 후술할 프로펠러 스크류 터빈(200)이 파이프(100)의 내부에서 회전이 가능하도록 프로펠러 스크류 터빈(200)의 외경보다 큰 내경을 갖도록 형성된다.
또한, 파이프(100)는 유수가 프로펠러 스크류 터빈(200)을 회전시킨 후 파이프(100)의 후방측에서 유수의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 파이프(100)의 후방 일측에 파이프(100)의 내부 공기를 배출하는 에어벤트홀(미도시) 또는 에어베트관(미도시)이 형성될 수 있다.
프로펠러 스크류 터빈(200)은 파이프(100)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 파이프(100) 내로 유입되는 유수에 의해 회전된다.
프로렐러 스크류 터빈(200)은 프로펠러부(210) 및 스크류부(220)로 구성되어 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖는다. 이러한 프로펠러 스크류 터빈(200)은 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명할 때 구체적으로 후술하기로 한다.
축지지부(300)는 파이프(100)의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201)을 회전 가능하게 지지한다. 본 실시예에서는 프로펠러 스크류 터빈(100)의 전방과 후방에 축지지부(300)를 각각 설치하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 프로펠러 스크류 터빈(200)의 전방 또는 후방에 축지지부(300)를 설치할 수도 있다.
축지지부(300)는 지지링(310) 및 고정대(320)로 구성될 수 있다.
지지링(310)은 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201)이 관통하는 관통공(311)이 회전축(201)과 일치되게 형성된다.
고정대(320)는 지지링(310)의 외측에 형성되어 지지링(310)을 파이프(100)의 내측면에 고정한다. 본 실시예에서는 고정대(320)가 지지링(310)에 2개 형성되어 파이프(100)의 내측 상하면에 각각 고정되는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 고정대(320)가 지지링(310)에 방사상으로 4개 형성되어 파이프(100)의 내측 상하,좌우면에 각각 고정될 수도 있다.
고정대(320)는 파이프(100)의 내부를 통과하는 유수의 유속을 감소시키지 않도록 작은 단면적을 갖는 바 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
기어부(400)는 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201) 단부에 구동기어(410)가 설치되어 발전부(500)의 회전축(501) 단부에 형성된 종동기어(420)와 치합되어 발전부(500)의 회전축(501)을 회전시킨다.
기어부(400)의 구동기어(410)와 종동기어(420)는 베벨기어(bevel gear)로 이루어질 수 있다. 베벨기어는 서로 교차하는 두 축 사이에 회전운동을 전달할 때 이용하는 원추형의 기어로서, 이러한 베벨기어는 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다. 발전부(500)의 회전축(501)은 파이프(100)의 측면부를 수직으로 관통하여 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201)과 교차하게 된다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈을 포함하는 발전장치에서 파이프의 내측면에 나선형 와류발생부를 형성하는 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 파이프의 종단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 파이프(100)는 프로펠러 스크류 터빈(200)의 전방측 파이프(100)의 내측면에 제 1 와류발생부(110)가 형성될 수 있다.
제 1 와류발생부(110)는 다수 개의 나선형 리브(111)가 곡면 판재 형상으로 형성되어 파이프(100)의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 파이프(100)의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출 형성될 수 있다. 제 1 와류발생부(110)는 파이프(100)의 내경과 프로펠러 스크류 터빈(200)의 외경 사이 간격과 대응하는 길이로 돌출되거나 그 보다 약간 더 길게 돌출될 수도 있다.
제 1 와류발생부(110)는 프로펠러 스크류 터빈(200)의 전방측 파이프(100)의 내측면에 나선형상으로 돌출 형성됨으로써, 유수가 낙차로 인해 파이프(100)로 유입되어 제 1 와류발생부(110)를 지나면서 와류를 발생시켜 프로펠러 스크류 터빈(200)의 프로펠러부(210)에 회전력을 발생키는 역할을 한다.
또한, 파이프(100)는 프로펠러 스크류 터빈(200)의 길이와 대응하는 파이프(100)의 내측면에 제 2 와류발생부(120)가 형성될 수 있다.
제 2 와류발생부(120)는 다수 개의 나선형 리브(121)가 곡면 판재 형상으로 형성되어 파이프(100)의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 파이프(100)의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출되면서 파이프(100)의 길이방향을 따라 나선형으로 연속적으로 형성될 수 있다. 제 2 와류발생부(120)는 파이프(100)의 내경과 프로펠러 스크류 터빈(200)의 외경 사이 간격과 대응하는 길이로 돌출되거나 그 보다 약간 더 짧게 돌출될 수도 있다.
제 2 와류발생부(120)는 프로펠러 스크류 터빈(200)의 길이와 대응되도록 파이프(100)의 내측면에 나선형상으로 돌출 형성됨으로써, 파이프(100)와 프로펠러 스크류 터빈(200)의 사이를 통과하는 유수가 제 2 와류발생부(120)를 지나면서 와류를 발생시켜 프로펠러 스크류 터빈(200)의 프로펠러부(210)와 스크류부(220)에 회전력을 발생시키는 역할을 한다.
본 실시예에서는 제 1 와류발생부(110)와 제 2 와류발생부(120)의 나선형 리브(111)(121)를 파이프(100)와 별도의 부품으로 제작하여 파이프(100)의 내부에 부착하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 제 1 와류발생부(110)와 제 2 와류발생부(120)의 나선형 리브(111)(121)를 파이프(100)의 내측면으로부터 연장하여 돌출되도록 파이프(100)와 일체형으로 형성할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 제 1 와류발생부(110)와 제 2 와류발생부(120)를 파이프(100)의 내측면에 각각 분리되도록 형성하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 제 1 와류발생부(110)와 제 2 와류발생부(120)를 하나로 연결되도록 형성할 수도 있다. 또한, 와류발생부(110)(120)를 파이프(100)의 내측면 일부뿐만 아니라 전체에 형성할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 프로펠러 스크류 터빈에서 프로펠러부의 종단면도이고, 도 7은 도 5에 나타낸 프로펠러 스크류 터빈에서 스크류부의 종단면도이며, 도 8은 프로펠러 스크류 터빈에 날개를 2개 형성하는 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈(200)은 파이프(100)의 내부에서 유수에 의해 회전 가능하게 설치되고, 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201)이 파이프(100)의 내부 중심에 위치하게 된다.
프로펠러 스크류 터빈(200)은 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖도록 프로펠러부(210) 및 스크류부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
프로펠러부(210)는 회전축(201)에 다수의 프로펠러 날개(211)가 방사형으로 형성될 수 있다. 프로펠러 날개(211)의 개수는 터빈 출력에 따라 다를 수 있는데, 프로펠러 날개(211)의 개수가 많을수록 터빈 출력이 커지게 된다. 본 실시예에서는 프로펠러 날개(211)의 개수를 도 5과 같이 4개 또는 도 8과 2개 형성하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 프로펠러 날개(211)의 개수를 2개 내지 8개까지 형성할 수 있으며, 바람직하게는 본 실시예와 같이 프로펠러 날개(211)의 개수를 2개 또는 4개로 형성한다.
프로펠러부(210)는 다수의 프로펠러 날개(211)가 회전축(201)에 방사상으로 고정되고, 각각의 프로펠러 날개(211)의 판면이 회전축(201)과 평행하게 형성될 수 있다. 이처럼 프로펠러 날개(211)의 판면을 회전축(201)과 평행하게 형성할 경우 프로펠러부(210)의 전방측 파이프(100)의 내측면에 제 1 와류발생부(110)를 형성하여 와류를 발생시킴으로써 프로펠러부(210)가 회전할 수 있도록 한다.
또한, 도면에 도시된 바 없지만, 프로펠러 날개(211)의 판면을 회전축(201)과 경사지게 형성할 수도 있다. 프로펠러 날개(211)의 판면을 회전축(201)과 경사지게 형성할 경우 프로펠러 날개(211)에 비틀림 각도 형성됨으로써 유수에 의해 프로펠러 날개(211)가 자연스럽게 회전할 수 있으므로 제 1 와류발생부(110)를 생략할 수 있다.
프로펠러부(210)는 프로펠러 날개(211)가 회전축(201)을 중심으로 S자 형상의 단면을 가질 수 있다. 즉, 프로펠러 날개(211)는 회전축(201)을 중심으로 일측 반경방향으로 반원 형상의 곡면을 갖고 타측 반경방향으로 반대 방향으로 반원 형상의 곡면을 갖는다.
프로펠러부(210)는 프로펠러 날개(211)의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부(211a)가 형성되어 유체가 곡면부(211a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 프로펠러 날개(211)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
스크류부(220)는 프로펠러부(210)의 후방에 설치되며, 스크류부(220)의 회전축(201)과 프로펠러부(210)의 회전축(201)이 일직선상으로 연결된다.
스크류부(220)는 회전축(201)에 다수의 스크류 날개(221)가 회전축(201)의 길이방향을 따라 나선형으로 형성된다. 스크류 날개(221)는 프로펠러 날개(211)와 동일한 개수로 형성하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 스크류 날개(221)와 프로펠러 날개(211)의 개수를 상이하게 형성할 수도 있다. 스크류 날개(221)의 개수는 터빈 출력에 따라 다를 수 있는데, 스크류 날개(221)의 개수가 많을수록 터빈 출력이 커지게 된다. 본 실시예에서는 스크류 날개(221)의 개수를 도 5과 같이 4개 또는 도 8과 2개 형성하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 스크류 날개(221)의 개수를 2개 내지 8개까지 형성할 수 있으며, 바람직하게는 본 실시예와 같이 스크류 날개(221)의 개수를 2개 또는 4개로 형성한다.
또한, 다수의 스크류 날개(221)를 다수의 프로펠러 날개(211) 각각의 후단부로부터 회전축(201)의 길이방향을 따라 나선형으로 연장함으로써, 스크류부(220)를 프로펠러부(210)에 일체형으로 형성할 수 있다.
스크류부(220)는 스크류 날개(221)가 회전축(201)을 중심으로 S자 형상의 단면을 가질 수 있다. 즉, 스크류 날개(221)는 회전축(201)을 중심으로 일측 반경방향으로 반원 형상의 곡면을 갖고 타측 반경방향으로 반대 방향으로 반원 형상의 곡면을 갖는다. 또한, 스크류부(220)는 스크류 날개(221)의 S자형 단면을 회전축(201)을 중심으로 회전시키면서 회전축(201)의 길이방향으로 연장하여 스크류 날개(221)의 판면을 나선형상으로 연속 형성할 수 있다.
스크류부(220)는 스크류 날개(221)의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부(221a)가 형성되어 유체가 곡면부(221a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 스크류 날개(221)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
본 실시예에서는 프로펠러부(210)와 스크류부(220)를 일체형으로 형성하는 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 프로펠러부(210)와 스크류부(220)를 별도로 제작한 후 각각의 회전축을 서로 결합하는 형태로 구성할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈(200)은 프로펠러부(210) 및 스크류부(220)를 포함하며, 프로펠러부(210)의 프로펠러 날개(211)에 비틀림 날개(213)를 추가로 형성하는 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 8을 참고하여 설명한 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 이하에서는 제 1 실시예와 상이한 구성에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.
프로펠러부(210)는 다수의 프로펠러 날개(211)가 회전축(201)에 방사상으로 고정되고, 각각의 프로펠러 날개(211)의 판면은 회전축(201)과 평행하게 형성된다.
프로펠러 날개(211)는 회전축(201)을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지며, 프로펠러 날개(211)의 반경 끝단에는 원호 형상의 곡면부(211a)가 형성되어 유체가 곡면부(211a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 프로펠러 날개(211)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 프로펠러부(210)는 프로펠러 날개(211)의 곡면 내측에 프로펠러 날개(211)의 판면과 경사지게 비틀림 날개(213)가 형성될 수 있다. 이처럼 프로펠러 날개(211)의 곡면에 비틀림 날개(213)를 형성함으로써, 유수가 비틀림 날개(213)를 지나면서 와류를 발생시켜 프로펠러 날개(211)에 회전력을 발생시킨다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈의 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로펠러 스크류 터빈(200)은 프로펠러부(210) 및 스크류부(220)를 포함하며, 스크류부(220)를 테이퍼지게 형성하는 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 8을 참고하여 설명한 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, 제 1 실시예와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 이하에서는 제 1 실시예와 상이한 구성에 대해서만 구체적으로 설명하기로 한다.
스크류부(220)는 프로펠러부(210)의 후방에 설치되며, 스크류부(220)의 회전축(201)과 프로펠러부(210)의 회전축(201)이 일직선상으로 연결된다.
스크류부(220)는 회전축(201)에 다수의 스크류 날개(221)가 회전축(201)의 길이방향을 따라 나선형으로 형성된다. 스크류 날개(221)는 회전축(201)을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지며, 스크류 날개(221)의 S자형 단면을 회전축(201)을 중심으로 회전시키면서 회전축(201)의 길이방향으로 연장하여 스크류 날개(221)의 판면을 나선형상으로 연속 형성할 수 있다. 스크류 날개(221)는 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부(221a)가 형성되어 유체가 곡면부(221a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 스크류 날개(221)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
또한, 스크류부(220)는 유수가 이동하는 방향에 대하여 스크류 날개(221)의 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼 형성될 수 있다. 즉, 스크류 날개(221)의 직경은 스크류부(220)의 선단부에서 후단부로 갈수록 작게 형성된다. 이처럼 스크류부(220)를 테이퍼지게 형성하면 유수의 방향에 대하여 스크류 날개(221)의 직경이 감소함에 따라 유수가 스크류 날개(221)를 통과할 때 발생하는 저항을 줄일 수 있고, 스크류부(220)의 후단에서 유속을 유지하면서 배출되도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 프로펠러 스크류 터빈(200)을 포함하는 발전장치(10)의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
유수가 낙차로 인해 파이프(100)의 내부로 유입되어 제 1 와류발생부(110)의 나선형 리브(111)를 지나면서 와류를 발생시키게 되고, 이렇게 발생된 와류로 인해 프로펠러 스크류 터빈(200)의 프로펠러부(210)가 회전하기 시작한다.
그리고, 유수가 프로펠러부(210)의 방사형 프로펠러 날개(211)를 통과하면서 1차 회전운동을 통해 프로펠러부(210)를 회전시킨다. 이때, 유수가 프로펠러 날개(211)의 반경 끝단에 형성된 원호 형상의 곡면부(211a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 프로펠러 날개(211)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
프로펠러부(210)를 1차로 회전시킨 유수는 나선형 스크류 날개(221)를 통과하면서 2차 회전운동을 통해 스크류부(220)를 2차로 회전시킨다. 이때, 유수가 스크류 날개(221)의 반경 끝단에 형성된 원호 형상의 곡면부(221a)를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 스크류 날개(221)에 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.
이처럼 유수가 파이프(100)의 내부를 통과하면서 프로펠러부(210)에 의한 1차 회전운동과 스크류부(220)에 의한 2차 회전운동을 통해 회전축(201)의 회전력을 증대시킬 수 있다.
또한, 파이프(100)와 프로펠러 스크류 터빈(200)의 사이를 통과하는 유수가 제 2 와류발생부(120)를 지나면서 와류를 발생시켜 프로펠러 스크류 터빈(200)의 프로펠러부(210)와 스크류부(220)에 회전력을 추가로 발생시키게 된다.
유수에 의해 프로펠러 날개(211)와 스크류 날개(221)가 회전운동을 함에 따라 프로펠러 스크류 터빈(200)의 회전축(201)이 회전하게 되고, 이렇게 회전축(201)이 회전하면 회전축(201)의 단부에 형성된 구동기어(410)가 발전부(500)의 회전축(501)에 형성된 종동기어(420)와 맞물려 발전부(500)의 회전축(501)을 회전시킴으로써 수력발전을 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖는 프로펠러 스크류 터빈(200)을 수력 발전장치(10)에 적용하여 유수의 이용 효율을 높임으로써 적은 유수량으로도 기기의 회전력을 증대시킬 수 있고, 발전 효율을 높일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 자격을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해 해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 발전장치 100 : 파이프
110 : 제 1 와류발생부 111 : 나선형 리브
120 : 제 2 와류발생부 121 : 나선형 리브
200 : 프로펠러 스크류 터빈 201 : 회전축
210 : 프로펠러부 211 : 프로펠러 날개
213 : 비틀림 날개 220 : 스크류부
221 : 스크류 날개 300 : 축지지부
310 : 지지링 320 : 고정대
400 : 기어부 410 : 구동기어
420 : 종동기어 500 : 발전부

Claims (13)

  1. 다수의 프로펠러 날개가 방사형으로 형성되어 회전축에 일체로 형성되는 프로펠러부; 및
    상기 프로펠러부의 후단에 연결되며, 다수의 스크류 날개가 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 회전축에 일체로 형성되는 스크류부;를 포함하되,
    상기 스크류부는, 다수의 상기 스크류 날개가 다수의 상기 프로펠러 날개 각각의 후단부로부터 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 연장되어 상기 프로펠러부와 일체형으로 형성되며,
    유체가 다수의 상기 프로펠러 날개를 통과하면서 1차 회전운동을 통해 상기 프로펠러부를 회전시킨 후 다수의 상기 스크류 날개를 통과하면서 2차 회전운동을 통해 상기 스크류부를 회전시켜서 상기 회전축의 회전력을 증대시킬 수 있도록 프로펠러와 스크류의 복합 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 판면이 상기 회전축과 평행하거나 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개가 상기 회전축을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부가 형성되어 유체가 상기 곡면부를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 상기 프로펠러 날개에 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로펠러부는, 상기 프로펠러 날개의 곡면 내측에 상기 프로펠러 날개의 판면과 경사지게 비틀림 날개가 형성되며, 유체가 상기 비틀림 날개를 지나면서 상기 프로펠러 날개에 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크류부는, 상기 스크류 날개가 상기 회전축을 중심으로 S자 형상의 단면을 가지며, 상기 스크류 날개의 S자형 단면을 상기 회전축을 중심으로 회전시키면서 상기 회전축의 길이방향으로 연장하여 상기 스크류 날개의 판면을 나선형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크류부는, 상기 스크류 날개의 반경 끝단에 원호 형상의 곡면부가 형성되어 유체가 상기 곡면부를 따라 회전하면서 유속이 증가하여 상기 스크류 날개에 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크류부는, 유체가 이동하는 방향에 대하여 상기 스크류 날개의 직경이 점진적으로 감소하도록 테이퍼 형성되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 스크류 터빈.
  9. 삭제
  10. 유체가 내부로 유입되어 통과할 수 있도록 중공 형성되는 파이프;
    상기 파이프의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 유체에 의해 회전하는 청구항 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 프로펠러 스크류 터빈; 및
    상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축 단부에 설치되며, 발전부의 회전축 단부에 형성된 기어와 치합되어 상기 발전부의 회전축을 회전시키는 기어부;를 포함하는 발전장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 파이프는, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 전방측 상기 파이프의 내측면에 제 1 와류발생부가 형성되되,
    상기 제 1 와류발생부는 다수 개의 나선형 리브가 곡면 판재 형상으로 형성되어 상기 파이프의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 상기 파이프의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출 형성되어 상기 파이프로 유입되는 유체가 상기 나선형 리브를 지나면서 와류를 발생시켜 상기 프로펠러 스크류 터빈의 프로펠러부에 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 파이프는, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 길이와 대응하는 상기 파이프의 내측면에 제 2 와류발생부가 형성되되,
    상기 제 2 와류발생부는 다수 개의 나선형 리브가 곡면 판재 형상으로 형성되어 상기 파이프의 내주면을 따라 일정 간격으로 부착되고 상기 파이프의 반경방향 내부로 소정 길이로 돌출되면서 상기 파이프의 길이방향을 따라 나선형으로 연속 형성되어 상기 파이프와 상기 프로펠러 스크류 터빈의 사이를 통과하는 유체가 상기 나선형 리브를 지나면서 와류를 발생시켜 상기 프로펠러 스크류 터빈의 프로펠러부 및 스크류부에 회전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발전장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 발전장치는, 상기 파이프의 내부에 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축을 회전 가능하게 지지하는 축지지부를 더 포함하되,
    상기 축지지부는,
    상기 프로펠러 스크류 터빈의 회전축이 관통하는 관통공이 형성되는 지지링; 및
    상기 지지링의 외측에 형성되어 상기 지지링을 상기 파이프의 내측면에 고정하는 고정대;를 포함하는 발전장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101871703B1 (ko) * 2018-02-19 2018-06-27 주식회사 양영 수력 발전시스템
WO2019190051A1 (ko) * 2018-03-26 2019-10-03 배명순 수력 발전장치
KR102271940B1 (ko) * 2020-07-27 2021-07-02 충북대학교 산학협력단 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치
RU2767248C2 (ru) * 2020-05-12 2022-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Винтовая турбина

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2313066Y (zh) * 1997-10-21 1999-04-07 熊锡金 高效水轮机
KR200370487Y1 (ko) * 2004-09-02 2004-12-17 박찬희 원추형 프로펠러
JP2008111341A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Tadashi Goino 風力発電装置及び風力発電システム
JP2013189888A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Sekisui Chem Co Ltd 小水力発電装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2313066Y (zh) * 1997-10-21 1999-04-07 熊锡金 高效水轮机
KR200370487Y1 (ko) * 2004-09-02 2004-12-17 박찬희 원추형 프로펠러
JP2008111341A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Tadashi Goino 風力発電装置及び風力発電システム
JP2013189888A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Sekisui Chem Co Ltd 小水力発電装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101871703B1 (ko) * 2018-02-19 2018-06-27 주식회사 양영 수력 발전시스템
WO2019190051A1 (ko) * 2018-03-26 2019-10-03 배명순 수력 발전장치
US11668273B2 (en) 2018-03-26 2023-06-06 Myung soon Bae Hydroelectric power generation device
RU2767248C2 (ru) * 2020-05-12 2022-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Винтовая турбина
KR102271940B1 (ko) * 2020-07-27 2021-07-02 충북대학교 산학협력단 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치

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