KR20170106630A - 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈 및 이를 이용한 발전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄이나 기름을 태워서 발생시키는 고압 고속의 수증기를 이용한 발전과, 댐이나 수문에 저장된 담수(潭水)나 해수(海水), 또는, 계곡물(溪谷水)의 낙차를 이용한 발전과, 조류(潮流) 및 해류와 바람의 운동에너지를 이용한 발전에 모두 쓰일 수 있는 새로운 형태의 발전 터빈 및 이를 이용한 발전방법에 대한 것으로, 본 발명은 유도장치 및 원통과, 하우징, 원통 내면에 고정 설치되는 1개 이상의 고정날개들과, 동력전달용 기어 및 샤프트를 포함하는 동력전달 장치 또는 원통의 외면 일부에 설치되는 발전기와, 원통과 원통 내부를 유동하는 유체의 자중을 지지하는 지지 장치와, 원통의 진동을 제어하는 원통의 진동제어장치와, 원통의 변위를 제어하는 원통의 변위제어장치와, 누수방지장치가 포함되며, 유체의 밀도와 유속 및 유체의 유동방향의 변화 여부에 따라, 원통의 내면에 설치하는 고정날개들의 개수와 높이 및 이동각도 등을 변경하는 방법으로 발전 터빈의 발전효율을 높이며, 유체의 주기적인 유동방향 반전(反轉)에도 동일한 조류의 유속일 경우 동일한 원통의 회전력 구현이 가능한, 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈 및 이를 이용한 발전방법을 개시한다.

Description

날개와 원통이 일체화된 발전 터빈 및 이를 이용한 발전방법{The power generation turbine that blades are integrated with cylinder, and the power generation methods using the same}

본 발명은, 화석연료를 태워 발생시키는 고압 고속의 수증기와 수력이나 조력 또는 조류, 해류, 바람과 같은 유체의 에너지를 이용한 발전분야에 적용된다.

기존의 화력이나 수력, 조력 또는 조류, 계곡물, 바람 등을 이용한 발전 방법에 있어 회전력을 발생시키는 수차 혹은 블레이드는, 회전축을 중심으로 회전하는 프로펠러 형태나, 또는, 회전축과 연결된 동심원상에 회전날개가 설치된 블레이드 형태가 대부분이다. 그러나 이러한 형태의 회전날개는, 유체와 접촉되는 면적이 제한된 상태에서 1회 접촉으로 유체와의 에너지 전환이 완료되며, 회전축과 날개의 연결부위가 날개의 회전중심 부에 위치하여, 양자의 연결부위에서 발생하는 난류현상에 의해 회전축에 심한 진동과 유체교란이 발생하며, 수차 혹은 블레이드와 유체 상호 간에 접촉하는 각도가 큰 원인으로 발생하는 회전축의 진동 및 변위를 억제하기 위해, 회전축의 지름을 필요 이상으로 키우는 현상을 유발하였으며, 수력이나 조력 또는 조류일 경우에는, 회전력을 일으키는 블레이드의 반대방향에 위치한 블레이드가 유체의 유속방향에 역방향으로 작동되는 현상으로 인하여 발전효율이 높지 않으며, 발전을 위한 블레이드의 필요 회전력을 얻기 위하여 블레이드의 크기를 지나치게 키우는 등의 단점들을 내포하고 있어 효율 높은 발전을 구현하지 못하고 있다.

(특허문헌 1) KR1405494 10 “조력발전 터빈”은 회전중심 부가 막힌 일반적인 블레이드의 회전중심 부를 개방형 구조로 만들고, 각각의 블레이드를 내부 케이싱에 장착시키는 방법을 사용하여 저 낙차 조건에 적용할 수 있도록 하였으며,

(특허문헌 2) KR20100100876 10 “동력발생장치 조립체, 추진 또는 펌프장치 및 발전장치 설비”는 회전축을 따라 블레이드를 나선형으로 크기가 줄어드는 단일 구조 형태로 제작하였으며,

(특허문헌 3) KR1035831 10 “임펠러식 회전날개를 구비하는 조류 발전기”는 조류가 작용하는 임펠러 형태의 회전날개의 반대방향 날개 전면에 파도모양의 유도 케이싱을 설치하여 더욱 큰 회전력을 얻게 하였으며,

(특허문헌 4) KR1261863 10 “발전장치 및 발전장치 조립체”는 고정된 덕트 전면과 후면에 블레이드를 설치하고 덕트 내면으로 유입되는 유체를 선회 유동시킬 나선형 핀과 유입구 등을 포함한 선회 흐름 수단을 설치하였으며,

(특허문헌 5) KR1488220 10 “풍력, 수력 및 조력발전 터빈의 효율 개선장치”는 수직축 형태의 블레이드의 효율을 높이기 위해 역풍 방향의 블레이드 전면에 회전축을 중심으로 이동 가능한 가이드 부재를 설치하여 효율을 높였으며,

(특허문헌 6) KR20130126883 10 “발전용 터빈”은 자유 낙하하는 유체를 대상으로 회전축 상에 원뿔 형 본체 및 본체 상부에서 하부방향으로 외주 면을 따라 굴곡 되게 설치되는 복수 개의 날개를 장착한 터빈에 대한 것이다.

상기 기술 중 “조력발전 터빈”은 블레이드의 회전중심 부를 개방형 구조로 만들고 각각의 날개를 내부 케이싱에 장착시키는 방법을 사용하였으나, 날개가 설치되는 내부 케이싱 및 발전을 위한 기타 장치가 유체 속에 잠기는 구조로 되어 있어 유체 유입을 완벽하게 차단하는 기술이 필요하며, 동력발생장치 조립체, 추진 또는 펌프장치 및 발전장치 설비는 회전축을 따라 블레이드를 나선형으로 크기가 줄어드는 단일 구조형태로 제작하는 방법이나, 근본적으로 샤프트가 회전중심에 위치하고 블레이드 설치길이가 증가할수록 샤프트의 크기가 커지는 등의 약점이 있다.

또한, (특허문헌 7) KR1035096 10 “다단 프로펠러를 이용한 풍력발전장치 및 그 방법”은 하우징 안에 다 단으로 형성된 프로펠러에 의한 풍력 발전에 대한 것이며,

(특허문헌 8) KR0936503 10 “부스터 블레이드를 갖는 세그먼트 트위스팅 풍력발전시스템”은 샤프트를 중심으로 블레이드가 꼬이는 형태로 설치하여 발전효율을 높였으며,

(특허문헌 9) KR1057828 10 “V자형 연속 임펠러 발전장치”는 수력발전에 쓰이는 임펠러의 수면으로 향하는 부위를 ‘V’자 형태로 만들어 물과의 저항을 감소시켰으며,

(특허문헌 10) KR1213372 10 “조류 발전용 수차구조물”은 회전방향이 다른 다수의 블레이드를 이용한 조류발전 방법이며,

(특허문헌 11) KR20120026490 10 “발전 장치”는 해류발전에 대한 것이다.

그러나 상기한 기술 모두에 사용되는 회전체는 회전축을 중심으로 회전하는 방식이므로, 근본적으로 유체로부터의 에너지 회수율이 떨어지며, 하우징 내에 설치된 회전체의 회전에 의해 발생하는 원심력으로 인하여 유체와 회전체 간의 불필요한 마찰이 증가하는 결과를 야기한다.

또한, (특허문헌 12) KR1164430 10 “자가발전 소변기 물 내림 장치”는 급수배관 내에 물의 유동방향으로 설치되는 샤프트에 설치되는 복수의 블레이드의 회전에 의한 발전방법이며,

(특허문헌 13) KR1078311 10 “배관을 흐르는 유체를 이용한 동력발생장치 및 이를 이용한 발전장치”는 배관 내부에 서로 반대로 회전하는 원판에 공기의 흐름에 의해 회전을 일으키는 복수의 핀이 장착되어 가동하는 발전방법이며,

(특허문헌 14) KR1189764 10 “배관용 수력발전장치”는 배관 내부의 샤프트에 고정 설치된 스크루 터빈에 일정한 간격으로 설치된 블레이드를 이용하여 발전하는 방식이며,

(특허문헌 15) KR1097771 10 “소형 수력발전기”와 (특허문헌 16) KR1465584 10“관로 일체형 수력발전기 및 이를 이용하는 배수관 발전시스템”은 유체가 유동하는 내부 하우징 내면에 회전력을 일으키는 다수의 블레이드를 설치하여 내부 하우징이 회전토록 하며, 내부 하우징과 외부 하우징에 발전장치를 설치하여 발전하는 발전방법에 대한 것이다.

그러나 상기 기술 중 “자가발전 소변기 물 내림 장치와 배관용 수력발전장치”는 배관 내에 설치된 회전체의 회전에 의해 발생하는 원심력으로 인하여 유체와 회전체 간의 불필요한 마찰을 증가시키며, “소형 수력발전기와 관로 일체형 수력발전기 및 이를 이용하는 배수관 발전시스템”은 블레이드 설치방법을 명확하게 제시하지 않은 상태로 다수의 블레이드를 회전체 내면에 설치하는 것으로만 기술되어 있어, 블레이드와 유체 간에 발생하는 거동을 명확히 이해할 수 없으며, 또한, 블레이드 설치방법에서 본 발명과 차별된다.

본 발명은, 상기한 종래의 기술 및 장치들이 내포하고 있는 기능의 한계와 구조적인 한계를 극복하고, 유체에서 회수되는 에너지 회수비율을 개선하기 위하여 고안된 것으로, 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈 및 이를 이용한 발전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 발전 터빈은, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 유체를 원통 내부로 유도하는 과정에서 유체의 유속을 증가시키고 원통 밖으로 배출되는 유체를 분산시키는 유도장치와, 자체의 입구에서 출구까지 내부가 비어있는 원형파이프의 형태이면서 자체의 길이방향 중심선을 중심으로 회전하는 원통과, 원통의 외면을 감싸는 형태로 설치되는 하우징과, 원통의 내면 상에 설치되고 원통 내면의 임의 설치위치에서도 원통 내면에 고정되는 부위가 원통 내면과 90도 각도를 이루며 장착된 상태에서 각 고정날개들이 동일한 이동각도를 유지하며 원통의 내면 상에 고정 설치되는 1개 이상의 고정날개들과, 동력전달용 기어 및 샤프트를 포함하는 동력전달 장치와, 원통과 원통 내부의 유체의 무게를 지지하면서 원통의 회전을 유지하는 원통 지지 장치와, 원통의 진동을 제어하는 원통의 진동제어장치와, 유체의 유동방향으로 발생하는 원통의 변위를 제어하는 원통의 변위제어장치와, 누수방지장치를 포함한다.

또한, 상기 유도장치는, 원통의 입구와 출구 전면에 원추형 형태로 설치되며, 원통 내부로 유입하거나 원통 내부로부터 유출되는 유체의 유속을 변화시키는 작용을 한다.

또한, 상기 원통의 외면(外面) 상에 원통의 회전력을 발전기에 전달하는 기어 및 샤프트가 조합된 최소 1세트 이상의 동력전달장치의 일부와 원통의 진동제어장치, 원통의 변위제어장치, 원통 지지 장치 및 별도의 지지구조물들이 설치되며, 원통은 자신의 외면을 감싸는 형태의 하우징의 내부에 설치된다.

또한, 상기 원통의 외면(外面) 상의 일부 지역에 발전기의 회전자를 설치하고, 하우징의 내면 상의 일부 지역에 발전기의 고정자를 설치하는 방법으로 최소 1개소 이상 발전기를 설치할 수 있으며, 이 경우에는, 상기 동력발생장치를 생략할 수 있고, 발전기와 관련된 지지구조물이 별도로 설치된다.

또한, 상기 원통의 외면상에, 유체와 고정날개들과의 상호작용으로 발생하는 원통의 변위를 억제하는 변위제어용 철판이 최소 1개 이상 설치된다.

또한, 상기 원통의 외면상에, 유체와 고정날개들과의 상호작용으로 발생하는 원통의 진동을 억제하는 원통의 진동제어장치가 최소 1개 이상 설치된다.

또한, 상기 원통은, 유체가 자유 낙하할 경우, 유체가 유입하는 원통의 입구 전면에 설치되는 유도장치의 끝단의 외경을 원통 구경보다 작게 하는 방법으로 유도장치 끝단을 원통 내부로 삽입하고, 유체가 유출하는 원통의 출구에 설치되는 유도장치의 입구 구경을 원통의 외경보다 크게 하여 원통의 끝단이 유도장치 내부로 삽입되는 형태로 설치되며, 누수방지장치를 사용하여 유체가 하우징의 내부로 유출되는 것을 방지한다.

또한, 상기 원통이 고정된 구조물의 내부나 선박의 내부에 설치되어 유체와 원통의 외면(外面)과의 접촉을 최소화할 수 있으며, 그리고 이 경우, 유체가 없는 개방된 공간에서 발전 터빈의 부속장치들을 유지 보수할 수 있다.

또한, 상기 원통은, 수평 설치된 발전 터빈일 경우, 원통의 양쪽 끝 부분에 설치된 누수방지장치와 함께 발전 터빈의 하우징 내부 또는 고정 구조물의 내부에 설치된다.

또한, 상기 원통의 외면상에, 원통 및 원통 내부의 유체의 무게를 지지하고 원통이 원활히 회전되기 위하여, 설치위치마다 지지용 베어링 1개, 또는, 최소 3개 이상의 지지용 롤러로 구성되어 작동하는 원통 지지 장치가 최소 1개 이상 설치되며, 원통 지지 장치를 지지하는 별도의 고정골조가 설치된다.

또한, 상기 유체는, 댐이나 수문에서 방류되는 담수나 해수, 조류, 해류, 계곡물, 바람, 화석연료를 태워 발생시키는 수증기가 될 수 있다.

또한, 상기 고정날개들은, 원통의 내면을 따라 동일한 나선형 변위를 갖으며, 최소 1개 이상 원통의 내면 상에 고정 설치된다.

또한, 상기 원통의 변위제어장치는, 설치위치마다 변위제어용 베어링 1개, 또는, 유체의 흐름 방향과 마주보는 방향으로 변위제어용 철판의 면(面)과 접촉된 상태로 작동하는 변위제어용 롤러가 3개 이상 조합된 형태로 구성되며, 그리고 최소 1개 이상 원통의 외면상에 설치되며, 그리고 자신의 후방 또는 하부에 자신을 지지하는 별도의 지지용 고정골조가 설치된다.

또한, 상기 원통의 진동제어장치는, 설치위치마다 진동제어용 베어링 1개, 또는, 원통의 길이방향 단면의 외면 원주를 따라 고정 설치되는 철판 1개와 철판의 중심모서리를 따라 회전하는 최소 2개 이상의 진동제어용 롤러가 조합된 형태로 구성되며, 그리고 최소 1개 이상 원통의 외면상에 설치되며, 그리고 자신을 지지하는 별도의 지지용 고정골조가 설치된다.

본 발명은, 원통 내부로 유입되는 유체의 밀도와 유속에 따라 고정날개들의 설치 개수와 높이, 이동각도, 설치 길이를 조정하는 방법으로 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 발전효율을 높이며,

또한, 본 발명은, 일 방향 발전일 경우, 원통 내부로 유입되는 유체의 밀도와 유속에 따라 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면의 형상을 원통의 회전방향과 반대 방향으로 볼록하게 형성하는 방법으로 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 발전효율을 높이며,

또한, 본 발명은, 흐름 방향이 주기적으로 반전(反轉)하는 조류(潮流)를 이용한 발전일 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면이 직선 형태를 이루면서 각 고정날개들의 단면의 자유 단(自由 端)의 방향이 원통의 해당 단면의 중심을 향하도록 원통의 내면 상에 설치하는 하는 방법으로 유체의 양방향 흐름에서도 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 발전효율을 동일하게 구현할 수 있으며,

또한, 본 발명은, 조류(潮流)발전일 경우, 조류의 흐름 방향과 직각으로 발전 터빈이 다수 설치된 선박의 방향을 조류의 흐름 방향 변화에 따라 수시로 조정하는 방법으로 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 상시 발전할 수 있음으로써, 수상에 정박한 선박의 방향을 변경하는 방법만으로 상시 발전이 가능함에 따라 조류발전에 소요되는 유지운영비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 일 방향으로 유동하는 유체일 경우에 적용되는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 유도장치와 원통, 원통의 내면 상에 하나의 고정날개가 설치된 경우에서의 발전 터빈을 설치하는 방법을 나타내며,
도 2는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 원통의 내부에서 유체와 고정날개들과의 접촉에 의해 발생하는 상호작용들과 이에 따른 유체의 거동을 설명하기 위한 개략적인 설명도 이며,
도 3은 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 원통의 변위제어용 철판과 진동제어용 철판, 원통의 외면상에 장착되는 동력전달용 기어 및 하우징의 설치방법을 나타내고, 원통과 하우징의 각각의 일부 면상에 설치할 수 있는 발전기의 설치방법을 나타내며,
도 4는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 적용되는 유체가 조류일 경우, 원통의 진동제어장치 및 변위제어장치의 설치방법을 나타내며,
도 5는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 원통 지지 장치의 설치방법을 나타내며,
도 6은 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 적용되는 유체가 조류일 경우, 선박의 내부에 발전 터빈을 다수 설치한 후, 조류의 유동방향에 따라 선박의 방향을 조정하고, 그리고 선박의 내부에 설치된 발전 터빈들을 동시에 작동함으로써 단위시간당 총발전량을 늘리는 방법을 보여준다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 첨부한 도면들을 이용하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일 방향으로 유동하는 유체일 경우에 적용되는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 유도장치와 원통, 원통의 내면 상에 하나의 고정날개가 설치된 경우에서의 발전 터빈을 설치하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈은 유도장치(109)와 원통(100), 원통의 외면을 감싸는 형태로 설치되며 내부에 동력전달장치 및 각종 제어장치들이 설치되는 하우징(105), 고정날개들(101) 및 원통의 변위제어장치, 원통의 진동제어장치, 동력전달장치, 원통 지지 장치, 누수방지장치로 이루어진다.

상기 원통(100)은, 적용되는 유채가 해수나 육지 수일 경우, 비틀림(torsion)에 강하면서 부식에 강한 스테인리스 스틸로 된 재질의 원형파이프를 사용할 수 있으며, 유체의 밀도 및 유속과 고정날개들의 설치방법에 따라 구경과 길이가 조정된다.

또한, 상기 원통(100)은, 풍력발전일 경우, 강성이 크며 가벼운 공업용 플라스틱 관이 사용될 수 있으며, 고정날개들(101) 및 동력전달용 기어와 원통의 외면상에 고정 장착되는 변위제어용 철판 등은 원통과 동일한 재질로 변경되어 제작될 수 있다.

또한, 상기 고정날개들(101)은, 적용되는 유체의 종류 및 유속에 따라, 원통과 동일한 재질의 자재를 사용할 수 있으며, 최소 1개 이상의 고정날개들이 원통 내면 상에 고정 장착되며, 예시한 그림은, 고정날개가 1개 설치된 본 발명의 발전 터빈의 원통 형상을 예시한 계략도이다.

또한, 상기 각 고정날개들(101)은, 자체의 수직 높이가 원통 구경의 반지름 이하로 형성된 상태로 원통의 내면 상에 고정 장착되며, 이로 인하여 본 발명의 발전 터빈이 유체 속에서 가동될 때, 샤프트가 날개들의 회전중심에 고정되어 회전하는 기존의 발전 터빈에서의 유체와 날개들 간에 발생하는 상호 작용들과는 차별되는 본 발명의 발전 터빈만의 독특한 유체와 고정날개들 사이의 상호 작용들이 일어난다.

또한, 상기 각 고정날개들(101)은, 유체와의 마찰을 줄이기 위해 자체의 자유 단(自由 端) 면(面)이 날카로운 형태를 갖도록 제작되며, 또한, 유체와의 마찰을 높이기 위해 자신의 시작 단면과 끝 단면이 날카로운 형태를 갖도록 제작된다.

또한, 상기 각 고정날개들(101)은, 원통의 회전 중심선을 중심으로 동일한 단면형상과 이동각도를 유지하며 연속되는 형태로 원통의 내면 상에 장착된다.

또한, 상기 고정날개들(101)은, 적용되는 유체의 밀도와 유속에 따라, 제작단계에서 원통의 내면 상에 설치되는 자신들의 설치 개수와 설치 높이, 변위각도, 설치 길이를 조정하는 방법으로 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 각 고정날개들(101)은, 조류(潮流)처럼 유체의 흐름 방향이 규칙적으로 반전(反轉)되는 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면의 형상을 직선 형태로 만들고, 그리고 각 고정날개들의 단면의 자유 단과 고정 단의 중심을 연결한 중심선이 원통의 내면과 90도 각도를 이루며 원통의 해당 단면의 회전중심을 향하게 원통의 내면 상에 고정 설치되는 방법으로, 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈의 발전효율 변동성을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 원통(100)은, 자체의 유체 유입 부 전면에 원통을 향해 일정하게 원형 단면의 면적이 줄어드는 원뿔형태의 유도장치(109)를 설치하여 유체의 유속을 증가시킬 수 있으며, 그리고 자체의 유체 유출 부의 전면에는 유입 부와 반대형태로 원형 단면의 면적이 원통의 유출 부를 향해 줄어드는 유도장치를 설치하여 원통 내부로부터 유출되는 유체의 확산작용이 용이하게 일어나도록 한다.

또한, 상기 원통(100)은, 유도장치(109)를 포함하여, 벽체(112)를 경계로 외부 유체와 격리된 구조물의 내부(113)에 설치될 수 있으며, 이의 효과로, 원통의 외면(外面)과 외부 유체와의 직접접촉을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 유도장치(109)는, 자신의 자유 단의 전방에 상하 방향으로 작동되는 유체 차단장치(미 도시)를 설치할 수 있으며, 유체 차단장치를 가동하여 유체 유입을 차단한 후, 본 발명의 발전 터빈의 각 장치들을 용이하게 개보수할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 본 발명의 실시 예들은, 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.

따라서 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 발전을 위해 이용하는 유체를, 댐에 저장된 물이나 계곡물, 조류(潮流), 조력(潮力), 해류, 바람, 고압 고속의 수증기 등으로 변경할 수 있으므로, 본 발명의 특허 청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명을 개략적으로 설명하는 도면으로, 원통의 내부에서 유체와 고정날개들과의 접촉에 의해 발생하는 상호작용들과 이에 따른 유체의 거동을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 것으로, 원통 내부를 통과하는 유체에 일어나는 에너지 변화는, 유체의 위치에너지와 마찰에 의한 손실에너지를 무시할 경우,

0.5×(M 유)×(V1)²= 0.5×(M 유)×(V2)²+ 0.5×(M 터)×(R 터)²×(W 터)²+ (FE 터)

과 같은 관계식으로 표현될 수 있다.

상기 식이 나타내는 또 다른 의미는, 유체가 원통의 내부를 빠져나갈 때의 유출속도(V2)를 최대한 낮추는 것이, 발전 터빈과 원통 내부에서의 유체 무게를 고정 값으로 산정할 경우, 발전 터빈의 효율을 높일 수 있는 방법임을 나타내며, 유체의 유출속도(V2)를 감소시키는 방법은, 원통의 구경과 길이 및 원통의 내면 상에 설치되는 고정날개들의 설치방법 및 작동원리에 의해 결정됨을 의미한다.

상기 개념을 바탕으로, 원통의 내면 상에 장착되는 고정날개들의 설치방법 및 이를 이용한 발전방법을 간략하게 기술한다.

예시한 도면은, 양방향 발전의 경우로, 3개의 고정날개가 원통 입구로부터 원통 내부로 동일한 거리를 이동된 상태로 원통의 내면 상에 설치되며, 그리고 각 고정날개들의 자유 단의 방향은 항시 원통의 길이방향에 대한 수직단면의 회전중심을 향하게 설치되고, 그리고 이웃하는 고정날개들의 사이 각(included angle)은 항상 120도 각도를 유지하며 동일한 변위를 갖고서 원통의 내면을 따라 이동 설치되며, 그리고 각 고정날개들의 끝 지점은 자체의 시작위치에서부터 반 시계 방향으로 120도 회전 이동된 형태로 개별적으로 연속되는 형태로 원통의 내면 상에 설치됨을 나타낸다.

또한, 원뿔 형태의 유도장치(109)를 거쳐 원통 내부로 유동하는 유체는, 유도장치(109)의 입구와 출구의 단면적 비율에 비례하여 유속이 변화한다.

또한, 원통이 회전하기 전 상태에서, 원통 내부로 유동하는 유체는, 원통 내벽 및 고정날개들과 마찰을 일으키고, 고정날개들의 설치된 형상에 의해, 원통 내면 상에 설치된 이웃하는 고정날개들 사이의 영역에서는 이웃하는 고정날개들 사이의 중심지역에서 최대 유속을 갖고 유동한다. 그리고 고정날개들의 원통 내 설치된 형상에 따라, 유체와 각 고정날개들과의 접촉 면들(205, 206) 은, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면의 중심을 기준으로 각 고정날개들의 단면의 좌측에 각각 위치하며, 그리고 유체가 원통 내부를 유동함에 따라 각 고정날개들과의 접촉 면적이 넓어진다. 이때, 각 고정날개들의 단면의 우측 공간으로 유동하는 유체 중 고정날개와 접촉한 유체는 유속이 저하되고, 그리고 반 시계 방향으로 유동방향이 변하며 고정날개와 접촉하지 않고서 연속적으로 보충되는 유체와 혼합된다.

또한, 상기 작용들과 고정날개의 원통 내 위치변화로 인하여, 고정날개와 고정날개 사이에서 유동하는 유체의 최대 유속을 갖는 지점의 위치가 반 시계 방향으로 연속적으로 이동되는 거동을 나타낸다.

또한, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면의 중심부로 유동하는 유체는, 고정날개들과 접촉하는 면적이 상대적으로 작으므로 큰 유속변화 없이 유동하지만, 다른 소 구역들 내에 있는 상대적으로 낮은 유속의 유체들과의 마찰로 인하여 낮은 유속의 유체들을 자신의 유동방향으로 잡아당기는 것과 같은 거동과 다른 구역의 유체들의 영향으로 반시계방향으로 회전하는 거동을 나타내므로, 원통이 정지한 상태에서 원통 내부를 유동하는 전체 유체의 유동은 이웃하는 고정날개들 사이에 위치한 3개의 소 권역에서 유체의 최대 유속 지점이 반시계방향으로 연속적으로 변화하면서 반시계방향으로 회전하며 유동하고, 원통의 중심부에서의 유체는 반시계방향으로 회전하며 유동하는 거동을 나타낸다.

또한, 상기한 발전 터빈의 원통 내에서의 유체의 유동은, 원통 또는 케이싱 내에서 중심축에 연결되어 작동하는 회전체와 유체 간의 상호작용으로 발생하는 유체의 거동방식과 전혀 다르며, 그리고 상기한 유체의 거동들은 원통의 회전 중에 각 고정날개들이 저속의 유체를 밀어내기 위해 사용되는 에너지 소모량을 줄이는 효과로 나타난다.

또한, 각 고정날개들의 단면의 좌측 공간에서 유동하는 유체들은, 인접한 고정날개들의 우측 공간에서 유동하는 유체들이므로, 상기한 거동들을 동일하게 수행한다.

또한, 상기한 여러 거동은 고정날개들이 설치된 원통 내부 전 구간에서 동시에 발생하며, 유체의 연속적인 유동에 의해 전체 고정날개들의 접촉 면에 전달되는 에너지는, 고정날개들의 원통 내 설치된 형상에 의해, 원통의 회전력(toque) 형태로 나타나며, 유체로부터 고정날개들을 통해 전달되는 에너지의 합이 본 발명의 발전 터빈을 회전시킬 수 있는 한계 값을 넘어서는 시점에 본 발명의 발전 터빈은 회전을 시작한다.

또한, 발전 터빈이 회전을 시작하면서, 원통 내의 유체와 각 고정날개들과의 상호 거동은 상기한 거동들이 동일하게 일어나지만, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면의 회전중심에서 보았을 때, 유체가 에너지를 전달하는 각 고정날개들의 접촉 면이 반시계방향으로 설치된 상태에서 원통이 시계방향으로 회전함에 따라, 원통 내 임의 위치에 있는 유체와 각 고정날개들과의 접촉지점들이 연속적으로 바뀌고, 이로 인하여 각 고정날개들과 유체와의 접촉하는 시간이 짧아지며, 그리고 각 고정날개들로 전달되는 유체의 에너지가 원통이 정지한 상태와 비교하여 높아지는 효과가 발생하며, 그리고 이의 결과로, 원통의 시계방향 회전속도는 연속적으로 증가한다.

또한, 원통 내부를 유동하는 유체의 속도에 따라, 원통의 회전 중에 발생하는 유체의 시계방향 회전을 위해 소모되는 에너지의 크기가 달라지며, 유체에 의해 각 고정날개들로 전달되는 전체 에너지에서 원통의 회전 중에 발생하는 유체의 시계방향 회전을 위해 소모되는 에너지를 제외한 잔여 에너지에 의해 원통의 최대 회전속도가 결정된다. 따라서 발전 터빈의 원통의 회전력을 향상시키기 위해서는, 유체의 에너지를 감소시키는 원인 중 하나인 마찰을 제외하고, 유체의 유속이 빠를수록 좋고, 고정날개들의 설치 개수가 많을수록 좋으며, 고정날개의 높이가 클수록 좋다.

또한, 발전 터빈의 효율을 증대시키는 방법으로 일 방향 유체 흐름일 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 원통의 내면 상에 고정 장착되는 각 고정날개들의 단면의 고정 단과 원통 단면의 내면이 90도를 이루며, 그리고 각 고정날개들의 볼록한 단면의 중심을 지나는 곡선은 원통의 단면 중심과 각 고정날개들의 단면의 고정 단 중심을 연결하는 선(線)과 접하면서 유체의 에너지를 전달받는 자체의 접촉 면 방향을 향해 볼록한 형태를 유지하며, 그리고 동일한 고정날개의 수직 높이 조건에서 직선 형태의 고정날개 단면의 높이 방향으로의 표면 길이보다 볼록한 상태의 고정날개 단면의 높이방향의 표면 길이가 더 긴 효과로 나타나는 각 고정날개들과 유체와의 접촉각도 증가효과와 각 고정날개의 유체와의 접촉면적 확장효과를 이용한다.

또한, 발전 터빈의 효율을 증대시키는 방법으로 조류발전일 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면 형상을 직선 형태로 제작함과 동시에 각 고정날개들의 단면의 자유 단의 방향을 동일한 원통의 수직 단면의 중심으로 향하게 원통의 내면 상에 고정 설치하고, 그리고 각 이웃하는 고정날개들이 서로 동일한 변위와 동일한 사이 각도를 유지하며 원통의 내면 상에 고정 설치하여 제작함으로써, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면은 직선 형태를 유지하며 항상 동일 원통 단면의 중심을 향하며, 동시에 각 고정날개들이 동일한 변위를 유지하며 연속되는 형태로 개별적으로 원통의 내면 상에 설치되며, 그리고 각 고정날개들의 원통 내 시작지점과 끝 지점은 설치된 각 고정날개들의 원통의 내면 상의 위치만 바뀐 것 외에는 동일한 설치형태를 유지하므로, 조류의 흐름 방향의 반전(反轉)과 상관없이 동일한 유속에서는 동일한 효율로 발전 터빈을 가동할 수 있다.

또한, 상기 원통 내부에서의 유체와 각 고정날개들과의 접촉에 의하여 원통의 진동 및 변위현상이 발생하며, 원통의 진동 및 변위 크기는 유체의 밀도와 유속 및 고정날개들의 설치 개수와 설치높이 및 이동각도, 설치 길이에 영향을 받는다.

또한, 예시한 도면은, 3개의 고정날개가 각각의 시작위치와 끝 위치가 120도 회전 이동된 형태로, 원통 입구에서 원통의 길이방향으로 원통 내부를 보았을 때, 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 지점까지 각 고정날개들을 원통의 내면 상에 고정 설치한 형태이며, 이러한 고정날개들의 설치방법은, 원통 내(內)를 유동하는 유체의 보유에너지를 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 원통 내의 전체구간을 통해 연속적으로 전이할 수 있고, 그리고 각 고정날개들의 원통 내 설치 구간에서 전체적으로 균일한 원통의 회전력을 얻을 수 있음을 나타낸다.

또한, 원통의 길이방향으로 원통 내부를 보았을 때, 고정날개들의 투영된 면들이 2차로 닫히는 위치까지 고정날개들을 원통의 내면 상에 설치할 경우, 유체의 에너지를 좀 더 많이 회수할 수 있으나, 유체로부터 고정날개들로 전이되는 에너지의 불균일함에 따른 원통의 비틀림과 진동 현상이 발생하고, 그리고 늘어난 각 고정날개들의 설치 길이와 관련되어 증가하는 원통과 고정날개들 및 추가되는 관련 장치들의 무게의 증가를 야기하므로 주의해야 한다.

상기 내용을, 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 지점까지 각 고정날개들을 원통의 내면 상에 고정 설치하는 것을 기준으로 하고, 고정날개를 중심으로 정리하면,

각 고정날개들의 시작지점에서부터 끝 지점까지의 이동각도가 클수록, 고정날개들의 설치개수가 줄어들며,

그리고 고정날개들의 높이가 커질수록, 유체가 보유한 에너지의 본 발명의 발전 터빈으로의 회수율을 높일 수 있으나 고정날개들의 전체 무게가 증가하며,

그리고 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 거리가 길수록, 고정날개들이 설치된 원통 내 전체 구간에서 동일한 크기의 원통의 회전력을 얻을 수 있고 유체의 유속을 균일하게 감소시킬 수 있는 것과 함께, 원통의 진동을 감소시킬 수 있으나, 발전 터빈의 무게가 증가하는 상관관계가 성립한다.

도 3은 본 발명과 관련된 변위제어용 철판(102)과 진동제어용 철판(103), 원통의 외면상에 장착되는 동력전달용 기어(104) 및 하우징의 설치방법을 나타내고, 원통과 하우징의 각각의 일부 면상에 설치할 수 있는 발전기의 설치방법을 설명하기 위해 예시한 도면으로, 양방향 발전일 경우, 상기 하우징(105)은 원통의 외면을 감싸는 형태로 설치되며, 그리고 변위제어용 철판(102)은 원통의 외면상에 원형 판의 형태로 고정 설치되는 것을 보여주며, 그리고 변위제어용 철판(102)은 원통 내부에서 유체와 고정날개들과의 접촉에 의해 발생하는 원통의 유체 유동방향으로의 변위를 억제하기 위하여 원통 외면상의 하나 이상의 위치에 고정 설치는 것을 보여주며,

또한, 상기 원통 변위제어용 철판(102)은, 유체가 조류일 경우, 원통의 길이방향 중심지점에서 서로 동일하게 떨어진 거리를 두고 철판 2개가 1조인 상태로 원통의 외면상에 고정 설치되며,

또한, 상기 원통 진동제어용 철판(103)은, 원통의 길이방향과 직각으로 원통의 외면의 원주를 따라 철판이 링의 형태로 원통의 외면상에 설치되며, 유체와 고정날개들과의 접촉하는 각도에 의해 발생하는 원통의 진동을 억제하기 위하여 원통 외면상의 최소 1개소 이상의 위치에 고정 설치되며,

또한, 상기 동력전달용 기어(104)는, 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 지점까지의 각 고정날개들의 원통 내 설치 길이와 원통의 양쪽 입구에서 고정날개의 시작 지점과 끝 지점까지의 각각의 거리를 합한 거리로 이루어진 원통 외면상의 최소 1개소 이상의 위치에 고정 설치되며,

또한, 상기 동력전달용 기어(104)와 연결되는 동력전달용 샤프트의 설치각도에 따라, 동력전달 과정 중에, 베벨 기어나 헬리컬 기어 등이 추가로 사용되며,

또한, 상기 발전기는, 동력전달용 기어(104)를 원통의 외면상에 설치하지 않고, 원통의 외면상의 일부 지역에 발전기 회전자를 설치하고 대응되는 위치의 하우징(105)의 내면 상의 일부 지역에 발전기 고정자를 설치하는 방법으로 최소 1개소 이상 설치하여 직접 발전할 수 있으며,

또한, 상기 발전기를 지지하는 지지 골조가 추가로 설치될 수 있음을 나타낸다.

도 4는 본 발명과 관련된 원통의 변위제어장치와 진동제어장치의 설치방법을, 유체가 조류일 경우를 예로 하여, 개략적으로 설명하기 위해 예시한 도면으로, 조류의 유동방향의 변화에 따른 원통의 변위방향이 바뀌는 것에 대응하기 위해, 변위제어용 철판(102)을 최소 2개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치할 수 있는 것과, 각각의 대응하는 철판에 설치하는 변위제어용 롤러들(106)의 설치 방향이 반대임을 설명하며,

또한, 상기 원통의 변위제어장치는, 설치위치마다 변위제어용 베어링 1개, 또는 변위제어용 철판 1개와 3개 이상의 변위제어용 롤러(106)가 조합된 형태로, 최소 1개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치되며,

또한, 상기 원통의 진동제어장치는, 설치위치마다 진동제어용 베어링 1개, 또는 진동제어용 철판(103) 1개와 2개 이상의 진동제어용 롤러(107)가 조합된 형태로, 원통의 외면상의 최소 1개소 이상의 위치에 설치되며,

또한, 상기 원통의 변위제어장치 및 진동제어장치를 지지하는 지지용 구조물을 별도로 설치할 수 있음을 나타낸다.

도 5는 본 발명과 관련된 원통 지지 장치 및 그의 설치방법을 나타내기 위해 개략적으로 예시한 도면으로, 설치위치마다 원통 지지용 베어링 1개, 또는 원통 지지용 롤러(108)가 최소 3개 이상 조합된 형태로 원통의 외면과 각 롤러들의 회전면이 접촉된 형태로 설치하며, 그리고 각 지지용 롤러들의 회전축 방향이 원통의 회전 중심선 방향과 평행하도록 설치되는 방법으로, 최소 1개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치되며, 그리고 원통 지지 장치를 지지하는 관련 지지 구조물이 설치될 수 있음을 나타낸다.

도 6은 본 발명과 관련된 적용범위 중 하나인 조류발전에서, 선박의 내부에 발전 터빈을 다수 설치한 후, 조류의 유동방향에 따라 선박의 방향을 조정하고, 그리고 선박에 설치된 발전 터빈들을 동시에 작동시킴으로써 단위 시간당 총발전량을 늘리는 방법을 설명하기 위해 예시한 도면으로서, 조류(潮流) 속도가 최소 2m/sec 이상인 조건에서, 선박에 설치된 4개의 스퍼드(111)를 각각 독립적으로 조정하는 방법으로 선박에 설치된 발전 터빈들의 회전방향을 조류의 유동방향과 직각이 되도록 해상에서 선박의 방향을 조정하고, 그리고 선박에 설치된 다수의 발전 터빈을 동시에 가동하는 방법으로 선박 한 척당 단위 시간에 발전할 수 있는 총 발전량을 증가시키는 방법을 나타내며,

또한, 상기 선박(110)은, 발전 터빈의 원통의 전면과 후면에 유도장치(109)가 설치되며, 그리고 선박의 내부는 최소 2층 규모이며, 그리고 원통(100)을 포함한 발전 터빈들의 각종 장치들은 선박의 1층에 설치되며, 그리고 별도의 발전시설들은 선박의 1층, 또는, 2층에 설치됨을 나타내며,

또한, 상기 선박(110)은, 각각의 발전 터빈들과 연결된 발전기에서 발생하는 전기를 임시 저장하는 시설 및 송전에 필요한 시설과 선박의 운전시설 등이 설치될 수 있으며,

또한, 상기 선박(110)은, 평평한 선박의 선 저(船 低) 철판의 하부 쪽 외부에 조류의 유동방향과 직각방향이면서 하나의 행(行)에 다수의 발전 터빈의 원통들을 설치하며, 그리고 동일 행에 위치한 원통들의 전방과 후방에 선박의 외벽을 각각 하나씩 설치하고, 그리고 발전 터빈의 원통들의 설치 행수(行數)를 최소 2행으로 만들며, 그리고 조류의 유동방향을 기준으로, 전방에 위치한 동일 행의 원통들의 유체 배출구에 설치된 유도장치들(109)과, 후방에 위치한 행(行)에 설치된 원통들의 유체 유입구에 설치된 유도장치(109)들 사이에 선박의 선두에서 선미까지 하나로 연결된 개방된 공간을 원통들이 설치된 2개의 행마다 하나씩의 개방된 공간을 두는 방법으로, 전방에 위치한 원통들에서 배출되는 저속 유체에 의한 유속변화 없이 자연 상태의 유속을 갖는 해수가 유도장치(109)를 거쳐 후방에 있는 원통 내부로 유입될 수 있도록 제작됨을 나타낸다.

100: 원통 또는 케이싱(casing)의 모형
101: 고정날개들의 모형
102: 원통 변위제어용 철판의 모형
103: 원통 진동제어용 삼각 철판의 모형
104: 원통에 장착되는 동력전달용 기어의 모형
105: 원통 외면의 일부에 발전기 회전자를 설치할 경우, 발전기 고정자 등을 설치하는 하우징 또는 케이싱(casing)의 일부분의 모형
106: 원통 변위제어용 롤러(roller)의 모형
107: 원통 진동제어용 롤러(roller)의 모형
108: 원통 지지용 롤러(roller)의 모형
109: 유체를 발전 터빈의 원통 내부로 유도하거나 원통 내부로부터 유출을 유도하는 유도장치의 모형
110: 발전설비를 장착한 선박의 모형
111: 선박 고정용 스퍼드(spud)의 모형
112: 발전 터빈 및 관련 장치들이 설치되는 구조물 벽체의 모형
113: 발전 터빈 및 관련 장치들이 설치되는 구조물 내부 공간의 모형
201: 원통의 입구에서 원통 내부로 일정거리를 진입한 위치
202: 상기 위치(201)에서 원통 내부로 추가 이동한 위치
203: 상기 위치(202)에서 원통 내부로 추가 이동한 위치
204: 상기 위치(201)에서 원통을 원통의 길이방향에 대한 수직단면으로 절단하였을 때, 원통 입구에서 원통의 길이방향으로 원통의 내부를 바라보았을 때 고정날개들의 투영된 면들의 모형
205: 상기 위치(202)에서 원통을 원통의 길이방향에 대한 수직단면으로 절단하였을 때, 원통 입구에서 원통의 길이방향으로 원통의 내부를 바라보았을 때 고정날개들의 투영된 면들의 모형
206: 상기 위치(203)에서 원통을 원통의 길이방향에 대한 수직단면으로 절단하였을 때, 원통 입구에서 원통의 길이방향으로 원통의 내부를 바라보았을 때 고정날개들의 투영된 면들의 모형
M 유: 유체의 질량(㎏)
V1: 유체가 원통으로 유입되는 속도(m/sec)
V2: 유체가 원통에서 유출되는 속도(m/sec)
M 터: 원통을 포함한 발전용 터빈의 질량(㎏)
R 터: 발전용 터빈의 질량중심에서의 회전반경(m)
W 터: 발전용 터빈의 질량중심에서의 회전각속도(radian/sec)
FE 터: 유체에 의한 원통과 고정날개의 진동 및 변위를 일으키는 에너지(㎏ ｍ²／sec²)

Claims (13)

1. 원통의 시작지점과 끝 지점에 설치되며, 유체를 원통 내부로 유도하고 원통 내부로부터 유체의 유출을 유도하는 유도장치와,
   그리고 유체와 고정날개들과의 접촉에 의해 발생한 회전에너지를 동력전달장치로 전달하는 원통과,
   그리고 원통 내면 상에 장착되어 원통 내부에서 유체와의 접촉을 통해 유체의 에너지를 전달받아 원통을 회전시키는 고정날개들과,
   그리고 원통의 회전력을 발전기에 전달하는 동력전달장치와,
   그리고 원통의 변위를 제어하는 원통의 변위제어장치와,
   그리고 원통의 진동을 제어하는 원통의 진동제어장치와,
   그리고 원통과 원통 내의 유체의 무게를 지지하며 원통의 회전을 유지시키는 원통 지지 장치와,
   그리고 하우징과 원통의 접속지점에 설치되어 유체의 하우징 내부로의 유입을 방지하는 누수방지장치를 포함하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
2. 제1항에서, 상기 원통은, 유체가 원통 내로 유입되고 원통으로부터 유출되는 과정에서, 원통의 내면 상에 설치된 각 고정날개들과 유체의 상호작용에 의해 발생하는 고정날개들의 회전력으로 회전하며,
   그리고 원통의 구경(內徑)과 길이는, 원통 내부로 유입되는 유체의 밀도와 유속에 따라 고정날개들의 설치 개수와 설치 높이, 설치 길이를 포함한 고정날개들의 사양들이 결정된 이후에 정해지는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
3. 제1항에서, 상기 원통은 벽체를 경계로 외부 유체와 격리된 구조물의 내부에 설치될 경우, 원통의 외면(外面)은 유체와의 직접접촉을 최소화할 수 있으며,
   그리고 동력전달장치 및 원통의 변위제어장치, 원통의 진동제어장치, 원통 지지 장치를 구조물의 내부의 개방된 공간에서 원통의 외면상에 설치할 수 있음에 따른 발전 터빈의 유지보수 및 관리가 용이할 수 있는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
4. 제1항에서, 상기 고정날개들은 최소 1개 이상이 원통의 내면 상에 고정 설치되며,
   그리고 각 고정날개들의 고정 단은 원통의 내면과 90도 각도를 이루며 설치되고,
   그리고 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면의 중심점을 기준으로 이웃하는 고정날개들의 단면들 사이의 각도는 서로 동일하며,
   그리고 각 고정날개들은 동일한 변위를 유지하며 원통 내면을 따라 개별적으로 연속되게 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
5. 제1항에서, 상기 각 고정날개들의 설치 길이는, 원통의 길이방향으로 원통 입구에서 원통의 내부를 보았을 때, 각 고정날개들의 시작지점에서부터 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 지점까지의 거리이며,
   즉, 1개의 고정날개를 원통의 내면 상에 설치할 경우, 고정날개의 투영된 면이 처음으로 닫히는 곳까지의 거리는, 고정날개의 시작지점에서부터 고정날개가 원통 내면을 따라 동일한 변위를 유지하면서 원통의 내면 상에 설치되고, 그리고 고정날개의 시작위치에서부터 360도 회전된 원통의 내면 상의 위치에 정착될 때까지 거리이며,
   그리고 2개 이상의 고정날개를 원통의 내면 상에 설치할 경우, 각 고정날개들의 시작위치에서부터 원통의 내부각도 360도를 고정날개들의 원통의 내면 상에 설치되는 개수로 나누어 얻어진 몫과 같은 변위각도가 될 때까지 각각의 고정날개들이 동일한 변위를 유지하며 원통의 내면을 따라 원통의 내면 상의 장착되는 위치까지의 거리가 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 거리이며,
   그리고 상기한 각 고정날개들의 원통 내면 상에서의 시작위치에서부터 고정날개들의 투영된 면들이 처음으로 닫히는 지점까지의 각 고정날개들의 설치 거리는 적용되는 유체의 밀도와 유속에 따라 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
6. 제1항에서, 상기 각 고정날개들의 설치 높이는 원통 내부로 유입되는 유체의 밀도와 유속에 따라 일률적으로 원통 구경의 반지름 이하로 제작되며, 고정날개들의 설치 수는 원통 구경에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
7. 제1항에서, 상기 고정날개들은, 적용되는 유체의 유동방향의 변화 여부에 따라 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면의 회전 중심점과 각 고정날개들의 단면의 고정 단의 중심점을 연결한 선과, 각 고정날개들의 단면의 고정 단의 중심과 자유 단의 중심을 연결한 선이 이루는 각도를 변경하여 제작될 수 있는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
8. 제1항에서, 상기 동력전달장치는, 원통 외면상의 적어도 1곳 이상의 위치에 고정 장착되는 동력전달용 기어와 동력전달용 샤프트를 포함하며,
   그리고 발전기의 회전자를 원통의 외면상의 일부 지역에 설치하고 발전기의 고정자를 원통의 외면상의 회전자 설치 지역과 서로 대응하는 하우징의 내면 상의 일부 지역에 설치할 경우, 생략될 수 있는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
9. 제1항에서, 상기 원통의 변위제어장치는, 설치위치마다 변위제어용 베어링 1개, 또는 변위제어용 철판 하나와 3개 이상의 롤러가 조합된 형태로 원통의 외면상에 설치되며,
   그리고 원통의 길이방향과 90도 각도를 이루며 설치되고,
   그리고 최소 1개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치되는 방법으로 원통의 변위를 제어하는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
   
10. 제1항에서, 상기 원통의 진동제어장치는, 설치위치마다 진동제어용 베어링 1개, 또는 진동제어용 철판 하나와 2개 이상의 롤러가 조합된 형태로 원통의 외면상에 설치되며,
    그리고 진동제어용 철판은 원통의 길이 방향과 90도 각도를 이루며 원통의 외면상에 링의 형태로 고정 설치되고,
    그리고 설치되는 각 롤러들의 회전축은 원통의 길이 방향과 평행한 상태로 진동제어용 철판과 접촉하는 형태로 설치되며,
    그리고 최소 1개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치되는 방법으로 원통의 진동을 제어하는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
    
11. 제1항에서, 상기 원통 지지 장치는, 설치위치마다 원통 지지용 베어링 1개, 또는 3개 이상의 롤러가 조합된 형태로 원통의 외면과 접촉하는 형태로 설치되며,
    그리고 원통의 길이방향과 각 롤러들의 회전축이 평행한 상태로 원통의 외면상에 설치되고,
    그리고 최소 1개소 이상의 원통의 외면상의 위치에 설치되는 방법으로 원통과 원통 내의 유체의 무게를 지지하는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
    
12. 발전 터빈의 효율을 증대시키는 방법으로 일 방향 유체 흐름일 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 원통의 내면 상에 고정 장착되는 각 고정날개들의 단면의 고정 단과 원통 단면의 내면이 90도를 이루며,
    그리고 각 고정날개들의 볼록한 단면의 중심을 지나는 곡선은 원통의 단면 중심과 각 고정날개들의 단면의 고정 단 중심을 연결하는 선(線)과 접하면서 유체의 에너지를 전달받는 자체의 접촉 면 방향을 향해 볼록한 형태를 유지하며,
    그리고 동일한 고정날개의 수직 높이 조건에서 직선 형태의 고정날개 단면의 높이 방향으로의 표면 길이보다 볼록한 상태의 고정날개 단면의 높이방향의 표면 길이가 더 긴 효과로 나타나는 각 고정날개들과 유체와의 접촉각도 증가효과와 각 고정날개의 유체와의 접촉면적 확장효과를 이용하는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
    
13. 발전 터빈의 효율을 증대시키는 방법으로 조류발전일 경우, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면 형상을 직선 형태로 제작함과 동시에 각 고정날개들의 단면의 자유 단의 방향을 동일한 원통의 수직 단면의 중심으로 향하게 원통의 내면 상에 고정 설치하고,
    그리고 각 이웃하는 고정날개들이 서로 동일한 변위와 동일한 사이 각도를 유지하며 원통의 내면 상에 고정 설치하여 제작함으로써, 원통의 임의 위치에서의 원통 길이방향에 대한 수직단면에서 각 고정날개들의 단면은 직선 형태를 유지하며 항상 동일 원통 단면의 중심을 향하며,
    동시에 각 고정날개들이 동일한 변위를 유지하며 연속되는 형태로 개별적으로 원통의 내면 상에 설치되며,
    그리고 각 고정날개들의 원통 내 시작지점과 끝 지점은 설치된 각 고정날개들의 원통의 내면 상의 위치만 바뀐 것 외에는 동일한 설치형태를 유지하므로, 조류의 흐름 방향의 반전(反轉)과 상관없이 동일한 유속에서는 동일한 효율로 발전 터빈이 가동될 수 있는 것을 특징으로 하는 날개와 원통이 일체화된 발전 터빈.
    

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