KR101333762B1 - 좌우대칭형 에어포일을 구비한 워터 터어빈 - Google Patents

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Abstract

공지의 수중 터어빈 장치는 예를 들면 간조 및/또는 만조시의 작동 성능에 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 중심 코드 라인(A)을 중심으로 대칭을 이루는 에어포일(5)을 제공한다. 이 에어포일(5)은 이 에어포일의 코드(B)를 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 상기 수중 터어빈 장치(3)는 상기 에어포일(5)을 포함하는 적어도 하나의 블레이드(20)를 포함하는 적어도 하나의 터어빈(25)을 포함한다.
수중, 발전, 터어빈, 블레이드, 에어포일, NACA 67

Description

좌우대칭형 에어포일을 구비한 워터 터어빈{WATER TURBINE WITH BI-SYMMETRIC AIRFOIL}
본 발명은 개량된 에어포일, 상기 에어포일을 포함하는 블레이드, 다수의 상기 블레이드 중 적어도 하나를 포함하는 터어빈, 및 상기 터어빈을 포함하는 특히 수중에서 사용하기 위한 터어빈 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또 상기 터어빈을 포함하는 발전기 및 상기 터어빈을 사용하는 발전 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 수중의 조류(underwater tidal) 및/또는 수류(current)에 의해 구동되는 터어빈에 사용되는 좌우대칭형(bisymmetrical) 터어빈 블레이드에 관한 것이다. 그러나, 이것에 한정되지는 않는다.
예를 들면, 전력을 생산하기 위한 수중 발전기 및 관련된 터어빈 장치는 공지되어 있다.
본 발명의 출원인에 의해 출원된 국제특허공개 제WO 03/029645 A1호에는 유체 유로가 관통해 있는 하우징 및 유체 유로를 통해 흐르는 유체의 흐름에 의해 회전되도록 상기 유체 유로 내에 장착된 적어도 하나의 터어빈 장치를 포함하는 적어도 하나의 수중 터어빈 장치를 포함하는 발전기가 개시되어 있다. 이 터어빈 장치는 또 터어빈 장치에 작동이 가능한 상태로 연결된 펌프 장치를 포함한다. 이 터 어빈 장치는 적어도 하나의 터어빈 장치 및 펌프 장치 중의 적어도 하나를 포함하는 착탈이 가능하게 장착할 수 있는 터어빈 장치 부품을 제공한다. 개시된 실시예에서, 터어빈 장치의 부품은 또한 유체 유로의 적어도 일부를 포함한다.
상기 문헌의 내용은 본 명세서에 참고로 도입되었다.
공지의 조력 발전기 또는 조류 발전기는 환경친화적인 방법으로 에너지 필요량을 증대시키는 필요성에 부합하는 것이다. 그러나, 공지의 발전기는 예를 들면 조력 및/또는 조류를 전기 에너지로 변환시키는 효율이 비교적 낮은 것을 포함한 많은 문제점을 가지고 있다.
소위 대칭형 에어포일은 공지된 것으로서, 항공기의 미익과 같은 안정 표면(stabilising surfaces)으로 사용되고, 양방향 및 음방향의 양측으로 고도의 양력이 필요한 곡예 비행기의 날개로 사용된다. 이 에어포일은 제로 캠버(zero camber), 다시 말하면, 평균 직선(straight mean line)을 중심으로 그 외부에 대칭의 유선형이 둘러싸고 있는 형상을 가진다. 유선형은 선단부가 뭉뚝하고 후단부가 날카로운 형상으로서 전후 단부의 형상이 비대칭을 이룬다. 이와 같은 유선형은 선박의 선체에도 사용되고 있다. 전통적으로 유선형의 선단부(leading edge) 즉 엔트리(entry)의 곡선은 후단부 즉 런(run)의 곡선에 비해 설계가 용이하다. 이것은 선단부에서는 대체로 유속이 가속되어 감압 상태가 되는 한편, 후단부를 향해서 유속이 감속되므로 압력이 상승함으로써 유체가 표면으로부터 분리되는 경향이 발생하기 때문이다. 그 결과 형성된 극심한 난류에 의해 높은 저항(high drag)이 발생하고, 항공기의 날개의 경우에는 양력이 발생하지 않게 된다.
지난 세기 동안 다양한 에어포일의 형상이 연구 및 개발되어 왔다. 특히 일련의 유선형(families of streamline shapes)을 이용하여 다양한 곡률의 캠버 라인(camber lines)을 덧씌우기 위한 조직적인 설계 철학이 NACA에 의해 개발되었다. 캠버가 0이고, 캠버 라인(camber line)이 단순한 직선인 경우에도, 실험에 기초한 유선형의 최대 두께부의 위치 및 선단부의 상대 치수는 변화한다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 목적은 종래기술의 하나 이상의 문제점을 제거하거나 적어도 완화시키는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 하나 이상의 실시예의 목적은 조류 및/또는 수류에 의해 구동되고, 또 조류의 방향에 따라 이동시키거나 재정렬시킬 필요없이 간조 및/또는 만조에 의해 동작할 수 있는 수중 터어빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 실질적으로 또는 완전히 수중에 배치됨으로써 환경에 대한 영향을 최소화하는 발전 장치 또는 양식장을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 잠수부 또는 원격 작동 차량(Remotely Operated Vehicle;ROV)을 개입하지 않고 유지보수가 가능한 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 양 방향으로부터 접근하는 유동에 의해 비교적 높은 양력 및 낮은 저항이 가능한 에어포일을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 예를 들면 역 조류(reversing tides)가 실질적으로 역방향으로부터 유동하는 위치에서 조류의 에너지 또는 수류의 에너지를 추출하기 위한 터어빈에 사용하기에 적합한 에어포일을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 주기적으로 유동방향이 변하는 위치에서 에너지를 추출하는데 적합한 형태의 에어포일을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 비교적 저항이 작고, 구조적 강성이 우수하고, 비교적 넓은 범위의 유동입사각(incident flow angles)을 허용할 수 있는 양방향 에어포일을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 기본 형태를 치수 조절(scaling)함으로써 구조적 부하에 부합하도록 최대 두께를 조정한 일련의 에어포일을 제조하기 위한 설계 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 관점의 적어도 일 실시예의 다른 목적은 일련의 에어포일을 제조하기 위한 공정으로서, 좌우대칭형의 베이스로서의 기본 형태의 에어포일이 필요한 두께에서 양호한 조건의 속도 분포를 제공하도록 설계되는 일련의 에어포일을 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1관점에 따르면, 본 발명은 그 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 에어포일을 제공한다.
여기서, 중심 코드 라인이라 함은 에어포일의 하나의 코드의 실질적인 중간 지점에서 높이방향 또는 폭방향으로 연장하는 선을 의미한다.
상기 에어포일은 그 코드를 중심으로 대칭을 이루는 것이 바람직하다.
따라서, 위와 같은 에어포일은 좌우대칭형 에어포일이라고 부를 수 있다.
상기 에어포일은 제1선단부 및 제2선단부를 포함하는 것이 바람직하다. 각 선단부는 부분 원형상인 것이 바람직하다.
상기 에어포일의 코드는 직선을 포함하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 에어포일의 캠버는 0이고, 캠버 라인은 직선을 포함한다.
상기 중심 코드 라인은 상기 코드에 대해 실질적으로 수직을 이루는 것이 바람직하다.
상기 에어포일의 높이는 중심 코드 라인 또는 그 주변에서 최대가 되고, 에어포일의 양단부를 향해 감소해 가는 것이 바람직하다.
중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비율은 약 5% 내지 25%, 가장 바람직하게는 12% 내지 20%, 유리하게는 실질적으로 15%이다.
에어포일의 최대 높이 또는 최대 두께부는 실질적으로 상기 중심 코드 라인의 위치, 즉 코드의 50% 부분에 위치하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 유리한 실시예는 캠버가 0이고 중심 코드에서의 높이 또는 두께가 최대인 좌우대칭형 에어포일을 제공한다.
상기 에어포일의 형상은 NACA 67, 특히 선단부가 중심 코드 라인을 중심으로 대칭화된 NACA 671-015를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 제2관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제1관점에 따른 적어도 하나의 에어포일을 포함하는 블레이드를 제공한다.
상기 블레이드는 예를 들면 3 내지 9개, 바람직하게는 5개의 본 발명의 제1관점에 따른 다수의 에어포일(또는 설계 단면, 예를 들면 종방향으로 이격된 설계 단면)을 포함한다.
테이퍼 비율, 즉 팁 코드 대 허브 코드의 비율은 0.3 내지 0.8의 범위, 바람직하게는 0.5이다.
어스펙트 비, 즉 평균 코드 대 블레이드 높이의 비율은 3 내지 10의 범위, 바람직하게는 약 6이다. 허브 세팅 각은 축방향으로부터 30° 내지 60°의 범위 내, 바람직하게는 약 45° 또는 약 48°이다.
팁 세팅 각은 70° 내지 85°의 범위 내, 바람직하게는 약 79°이다.
중심 높이에서의 블레이드 코드의 길이는 0.3m 내지 3.0m의 범위, 바람직하게는 약 1.0m이다.
본 발명의 제3관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제2관점에 따른 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 터어빈, 프로펠러, 또는 임펠러를 제공한다.
상기 터어빈은 다수의 블레이드, 예를 들면, 2 내지 9개의 블레이드, 바람직하게는 3 내지 7개의 블레이드, 유리하게는 5 내지 7개의 블레이드를 포함할 수 있다.
허브 직경 대 팁 직경의 비율은 0.1 내지 0.5의 범위, 바람직하게는 약 0.2이다.
팁 직경은 5m 내지 30m의 범위 내, 바람직하게는 약 15m 내지 20m의 범위 내에 있다.
상기 터어빈은 사용시 10 rpm 내지 50 rpm의 속도로 회전되도록, 바람직하게는 약 25 rpm의 속도로 회전되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제4관점에 따르면, 본 발명은 에어포일의 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 에어포일을 포함하는 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 터어빈을 제공한다.
상기 제4관점의 터어빈은 필요에 따라 제3관점의 터어빈의 특징, 제2관점의 블레이드의 특징, 제1관점의 에어포일의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 제5관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제3관점 또는 제4관점에 따른 적어도 하나의 터어빈을 포함하는 수중 터어빈 장치와 같은 터어빈 장치를 제공한다.
상기 터어빈 장치는 유체 유로가 관통해 있는 하우징과, 상기 유체 유로를 통한 유체의 유동에 반응하여 회전하기 위해 상기 유체 유로 내에 장착된 본 발명의 제3관점 또는 제4관점에 따른 적어도 하나의 터어빈을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유로는 예를 들면 유체 유로의 양단부의 개구로부터 유체 유로의 내측 부분을 향해 테이퍼를 이루고 있는 수렴-발산 벤츄리와 같은 벤츄리를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 사용시 유체 유로를 통한 유체의 유동 속도가 가속되는 영역이 제공된다.
상기 하우징은 이 하우징의 중간 지점을 중심으로 실질적인 대칭을 이룰 수 있고, 상기 적어도 하나의 터어빈은 실질적으로 하우징의 중간 지점 위치에 위치될 수 있다.
상기 액체는 터어빈 장치가 잠수되어 있는 물로부터 제공될 수 있다. 상기 터어빈 하우징은 내측 하우징 슬리이브 및 필요에 따라 외측 하우징 슬리이브를 포함할 수 있다. 상기 내측 하우징 슬리이브는 유로를 형성한다.
상기 하우징은 장착 구조에 의해 수중에 고정될 수 있고, 조류 또는 수류의 방향에 실질적으로 정렬될 수 있다.
하우징의 축방향 및 조류 또는 수류 방향 사이의 각도는 약 0° 내지 45°의 범위, 바람직하게는 0° 내지 22°의 범위, 유리하게는 약 0°이다.
상기 터어빈 장치는 이 터어빈 장치에 착탈이 가능하게 장착될 수 있는 부품을 제공한다. 이 부품은 터어빈 및 펌프 장치 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 터어빈 장치의 부품은 하우징의 적어도 일부, 예를 들면 유로의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 유로의 적어도 일부는 상기 내측 하우징 슬리이브의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
상기 터어빈 장치(즉, 터어빈)는 사용시 유로를 통해 양 방향으로 유동하는 유체(예, 조류 및/또는 수류)에 반응하여 회전이 유발된다. 다시 말하면, 상기 터어빈은 간조 및 만조의 양 조류에 의해 작동될 수 있다. 상기 터어빈은 제1방향의 유체 유동에 반응하여 제1방향으로 회전하고, 반대방향인 제2방향의 유체 유동에 반응하여 제1방향으로 회전한다.
상기 유체 유로 또는 덕트의 유입구 및/또는 유출구의 직경은 7m 내지 40m의 범위, 바람직하게는 약 20m이다.
상기 유체 유로 또는 덕트의 길이는 7m 내지 50m의 범위, 바람직하게는 약 28m이다.
본 발명의 제6관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제5관점의 터어빈 장치 내에 착탈이 가능하게 장착될 수 있는 부품을 제공한다.
본 발명의 제7관점에 따르면, 본 발명은 본 발명의 제5관점에 따른 적어도 하나의 터어빈 장치를 포함하는 수중 발전 장치와 같은 발전 장치를 제공한다.
상기 발전 장치는 발전기를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
상기 발전 장치는,
상기 적어도 하나의 터어빈에 작동이 가능하게 연결된 펌프 장치;
상기 터어빈에 의해 구동되고, 필요에 따라 적어도 하나의 터어빈 장치로부터 독립된 상태로 위치되는 발전기 장치; 및
상기 펌프 장치로부터 발전용 발전기 장치까지 유체를 공급하기 위해 상기 펌프 장치와 상기 발전기 장치를 연결하는 유체 공급 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 유체는 액체를 포함한다.
상기 발전 장치는 교류/교류전압(AC) 또는 직류/직류전압(DC)으로서 전력을 생산하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제8관점에 따르면, 본 발명은,
본 발명의 제7관점에 따른 발전 장치를 제공하는 단계;
수중에 상기 발전 장치의 적어도 하나의 터어빈 장치를 위치시키는 단계;
상기 적어도 하나의 터어빈 장치의 적어도 하나의 터어빈을 적어도 일방향의 유체 유동에 반응하여 회전시키는 단계를 포함한다.
상기 적어도 하나의 터어빈 장치는 해저, 대양저, 또는 하상 등의 상면, 부근 또는 상측에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 유체의 유동은 조류(예, 간조 및/또는 만조), 해류, 또는 수류를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 터어빈은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 상기 적어도 하나의 터어빈은 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전하는 것이 바람직하다.
상기 유체 유동의 일방향 또는 타방향은 적어도 부분적인 반대방향이 될 수 있고, 실질적인 반대방향이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 일방향은 간조 유동(ebb tide flow) 방향으로 할 수 있고, 타방향은 만조 유동(flood tide flow) 방향으로 할 수 있다.
본 발명의 제9관점에 따르면, 본 발명은 에어포일의 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 에어포일을 포함하는 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 적어도 하나의 터어빈을 포함하는 수중 터어빈 장치를 제공한다.
상기 에어포일은 이 에어포일의 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 것이 유리하다.
다시 말하면, 상기 에어포일은 좌우 대칭형(bi-symmetrical)으로 형성할 수 있다.
상기 수중 터어빈 장치는 유체 또는 액체 유로가 관통 형성된 하우징을 포함할 수 있고, 상기 유로는 필요에 따라 그리고 유리하게 벤츄리 또는 가속 영역을 제공하고, 상기 적어도 하나의 터어빈은 상기 유로를 통한 유체의 유동에 반응하여 회전하도록 상기 유로 내에 장착될 수 있다.
상기 터어빈의 허브의 위치에서의 에어포일의 코드는 유로의 유동방향 및 터어빈의 회전축선에 대해 실질적으로 30°내지 60°의 범위 내로 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조한 예시로서 기술된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일의 횡단면도;
도 2는 도 1에 따른 에어포일을 포함하는 블레이드의 일단부의 사시도;
도 3은 도 2에 따른 다수의 블레이드를 포함하는 터어빈의 사시도;
도 4는 도 3에 따른 터어빈을 포함하는 수중 터어빈 장치의 사시도;
도 5는 도 4에 따른 다수의 터어빈 장치를 포함하는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 발전 장치의 개략도;
도 6은 도 1의 에어포일의 다양한 입사각에서의 속도분포를 보여주는 그래프;
도 7은 도 1의 에어포일의 예측되는 거동을 보여주는 그래프;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 발전 장치의 개략도; 및
도 9는 유지보수 과정 중의 도 8의 수중 발전 장치의 개략도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어포일(5)이 도시되어 있다. 이 에어포일(5)은 그 중심 코드 라인(mid-chord line; A)을 중심으로 대칭을 이루고 있다. 여기서, 중심 코드 라인(A)이라 함은 에어포일(5)의 코드 라인(chord; B)의 실질적인 중간 지점에서 상하방향(또는 폭방향)으로 연장하는 선을 의미한다. 본 실시예에서, 에어포일(5)은 코드 라인(B)에 대해서도 대칭을 이루고 있다. 따라서, 이 에어포일(5)은 좌우대칭(bisymmetrical)을 이룬다고 말할 수 있다.
상기 에어포일(5)은 제1선단부(10) 및 제2선단부(15)를 포함한다. 이들 각 선단부(10, 15)의 형상은 부분 원형상(part circular)이다.
상기 에어포일(5)의 코드 라인(B)은 직선을 포함한다. 다시 말하면, 에어포일(5)의 캠버는 0이고, 캠버 라인은 직선이다. 중심 코드 라인(A)은 코드 라인(B)에 대해 수직을 이루게 할 수 있다. 또, 에어포일(5)의 높이는 중심 코드 라인(A)에서 또는 그 주위에서 최대가 되고, 그 양단부, 즉 각 선단부(10, 15)를 향하여 감소된다. 중심 코드 라인(A)의 길이 대 코드 라인(B)의 길이의 비는 통상 약 5% 내지 25%, 더욱 전형적으로는 12% 내지 20%이고, 본 실시예에서는 15%이다. 또, 에어포일(5)의 최대 높이 부분 또는 최대 두께 부분은 실질적으로 중심 코드 라인(A)의 위치, 즉 코드 라인(B)의 약 50%의 위치에 존재한다. 따라서, 본 실시예의 에어포일(5)은 중심 코드 라인의 위치에서 제로 캠버 및 최대 높이 또는 최대 두께를 가지는 좌우대칭형 에어포일(5)을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 에어포일(5)의 형상은 NACA 67 시리이즈의 형상, 특히 선단부의 형상이 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 NACA 671-015의 형상을 포함한다.
도 2는 적어도 하나의 에어포일(5)을 포함하는 블레이드(20)를 도시한 것이다. 이 블레이드(20)는 다수의 에어포일 또는 종방향으로 이격된 다수의 설계 단면(design sections; 5a 내지 5e), 예를 들면 3 내지 9개의 설계 단면, 도 2에 도시된 바와 같이 바람직하게는 5개의 설계 단면을 포함한다.
테이퍼 비(taper ratio), 즉 팁 코드(tip chord) 대 허브 코드(hub chord)의 비율은 0.2 내지 0.8로 할 수 있고, 본 실시예에서는 약 0.5이다. 어스펙트 비율(aspect ratio), 즉 평균 코드 대 블레이드의 높이의 비는 3 내지 10의 범위, 본 실시예의 경우 약 5이다. 허브 세팅 각 또는 허브 스태거 각(stagger angle)은 축방향으로부터 30°내지 60°의 범위로 할 수 있고, 본 실시예에서는 45° 또는 48°이다. 팁 세팅 각 또는 팁 스태거 각은 축방향으로부터 70°내지 85°의 범위로 할 수 있고, 본 실시예에서는 약 79°이다. 따라서, 통상 블레이드(20)는 허브와 팁 사이에서 비틀린 상태임을 알 수 있다. 블레이드의 중심 높이부의 코드 길이는 0.3 m 내지 3 m의 범위로 할 수 있고, 본 실시예에서는 약 1 m이다.
도 3은 적어도 하나의 블레이드(20)를 포함하는 터어빈(25)을 도시한 것이다. 본 실시예에서, 터어빈(25)은 예를 들면 2 내지 9개 범위, 통상 3 내지 7개 범위의 다수의 블레이드(20a 내지 20e)를 포함하고, 바람직한 실시예에서는 5개, 다른 바람직한 실시예에서는 7개의 블레이드를 포함할 수 있다. 터어빈(25)은 회전 허브(rotating hub; 35) 상에 허브 구조(30)를 장착하고 있고, 다수의 블레이드(20a 내지 20e)는 상기 회전 허브로부터 반경 방향 외측으로 연장해 있다.
허브 직경 대 팁 직경의 비율은 0.1 내지 0.5의 범위이고, 본 실시예에서는 약 0.2이다. 팁 직경은 5 m 내지 30 m의 범위에 있고, 본 실시예에서는 약 15 m이다. 또, 터어빈(25)은 약 10 rpm 내지 50 rpm의 회전 속도로 회전되도록 구성되어 있고, 본 실시예에서는 약 25 rpm의 회전 속도로 회전되도록 구성되어 있다.
도 4는 터어빈(25)를 포함하는 터어빈 장치, 특히 수중 터어빈 장치(30)를 도시한 것이다. 이 터어빈 장치(30)는 하우징 또는 덕트(35)를 포함한다. 이 하우징 또는 덕트(35)는 이것을 관통해 있는 유체 유로(40) 및 이 유체 유로(40)를 통한 액체/유체(물)의 유동에 반응하여 회전하도록 상기 유체 유로(40) 내에 장착된 적어도 하나의 터어빈(25)을 구비한다. 상기 유체 유로(40)는 수렴-발산 벤츄리를 구비한 벤츄리를 포함하는 유량 제한부(flow restriction)를 형성한다. 상기 수렴-발산 벤츄리는 유체 유로(40)의 양단부의 개구(45, 50)로부터 유체 유로(40)의 내측 부분(55)을 향해 테이퍼를 이루고 있다. 상기 하우징(35)은 중간 위치(55)을 중심으로 실질적인 대칭을 이루고, 상기 터어빈(25)은 실질적으로 상기 유체 유로(40) 내의 중간 위치(55)에 위치되어 있다. 터어빈 장치(30)은 또 이 터어빈 장치(30)를 해저, 대양저, 하상(riverbed) 등에 지지하기 위한 지지 구조를 포함한다. 도 4에는 이 지지 구조가 도시되어 있지 않다. 상기 터어빈(25)을 구 동하기 위한 유체는 상기 터어빈 장치(30)가 잠수되어 있는 물(예, 바닷물)로부터 공급된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징 또는 덕트(35)는 단일 슬리이브를 포함한다. 단일 슬리이브를 채용하는 실시예에서, 상기 하우징 또는 덕트(35)의 외면은 그 양단부 사이가 잘록한 형상으로 형성되고, 본 실시예에서는 실질적으로 하우징 또는 덕트(35)의 양 단부 사이의 중간 지점이 잘록한 형상으로 형성되어 있다. 그러나, 변경 실시예에서 터어빈 하우징(35)은 하나의 외측 하우징 슬리이브 및 내측 하우징 슬리이브를 포함하며, 이 내측 하우징 슬리이브는 유체 유로(40)를 형성한다.
사용시, 상기 하우징(35)은 지지체 또는 장착 구조(도시 생략)에 의해 수중의 표면상에 지지될 수 있고, 예측되는 조류 또는 수류의 방향에 실질적으로 정렬시킬 수 있다. 상기 하우징(35)의 방향과 조류 또는 수류의 방향 사이의 각도는 실제로 0° 내지 45°로 구성할 수 있고, 본 실시예에서는 통상 약 0°로 구성할 수 있다.
상기 유체 유로(40)의 유입구의 직경 및/또는 유출구의 직경은 7 m 내지 40 m의 범위로 구성할 수 있고, 본 실시예에서는 통상 약 20 m로 구성할 수 있다. 상기 유체 유로(40) 또는 덕트의 길이는 7 m 내지 50 m의 범위로 구성할 수 있고, 본 실시예에서는 통상 약 28 m로 구성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 터어빈 장치(30)는 또한 터어빈(25)을 덕트(35) 내에 지지하기 위한 다수의 지지 스트럿(struts; 41)을 구비하고 있다. 또, 상기 고정 허브(30)는 노우즈 콘(nose cone; 42) 및 테일 콘(tail cone; 43)을 포함하고 있다.
도 5는 다수의 터어빈 장치(30)를 전기 케이블(65)로 작동이 가능하게 연결한 발전 장치(60)를 도시한 것이다. 각 터어빈 장치(30)는 해저(75) 상에 각 터어빈 장치(30)를 위치시키기 위한 지지 구조(70)를 포함하고 있다. 본 실시예에서 상기 발전 장치(60)는 발전기를 포함하고 있다. 상기 발전 장치(60)는 각 터어빈 장치(30) 내에 적어도 하나의 터어빈(25)에 작동이 가능하게 연결된 펌프 장치; 상기 터어빈(25)에 의해 구동되고, 필요에 따라 적어도 하나의 터어빈 장치(30)로부터 독립된 상태로 위치되는 발전기 장치(도시 생략); 및 펌프 장치로부터 발전용 발전기 장치까지 유체를 공급하기 위해 펌프 장치와 발전기 장치를 연결하는 유체 공급 장치를 포함하고 있다. 상기 유체는 필요에 따라 그리고 바람직하게 상기 터어빈 장치(30)가 잠수되어 있는 그 유체를 포함한다.
상기 발전 장치(60)는 교류(AC) 또는 직류(DC)의 전류를 생산하도록 구성할 수 있다.
사용시, 상기 발전 장치(60)는 발전 방법을 구현하기 위해 사용된다. 상기 발전 방법은,
발전 장치(60)를 제공하는 단계;
상기 발전 장치(60)의 각 터어빈 장치(30)를 수중에 위치시키는 단계; 및
적어도 일방향, 바람직하게는 양방향의 해류에 반응하여 상기 적어도 하나의 터어빈 장치(30)의 적어도 하나의 터어빈(25)이 회전을 유발하도록 하는 단계를 포함한다.
상기 적어도 하나의 터어빈 장치(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 해저, 대양저, 하상 등과 같은 표면상에 위치된다. 상기 유체의 유동은 예를 들면 간조 및/또는 만조 또는 조류 또는 왕복하는 수류(alternatively current flow)를 포함한다. 상기 적어도 하나의 터어빈(25)은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전한다. 상기 유체 유동의 일방향 또는 타방향은 적어도 부분적인 반대방향이 될 수 있고, 실질적인 반대방향이 될 수 있다. 예를 들면, 일방향은 간조 유동(ebb tide flow) 방향으로 할 수 있고, 타방향은 만조 유동(flood tide flow) 방향으로 할 수 있다.
양 방향에서 동일하게 작동하기 위한 요건을 달성하기 위해 에어포일의 설계, 실제로는 2개의 선단부 또는 2개의 후단부 사이의 에어포일의 설계가 조화를 이루어야 한다. 후단부가 얇은 것은 낮은 저항을 위해 중요한 것으로 생각되지만, 선단부가 얇은 것은 입사각의 변화를 용인하지 못하는 경향이 있고, 에어포일은 적어도 5°의 입사각, 바람직하게는 10°에 달하는 입사각으로 설치해서는 안 된다. 따라서, 상기 에어포일(5)은 라운딩된 선단부를 구비하며, 그 최대 두께를 제한함으로써 저항을 최소화할 수 있다.
최대 두께부의 위치는 에어포일(5)의 50% 코드(chord)의 중간 지점이고, 그 결과 저속 적용 분야에서 매우 이례적인 에어포일(5)이 된다. 선단부의 형상은 임의의 형상이 아니다. 에플러(Eppler) 에어포일 설계 및 분석 프로그램을 이용한 연산에 의하면, 그 선단부를 확대시켜도 단순히 길쭉한 타원형만으로는 불완전하다는 것을 보여준다(참조문헌: Eppler R, "Aerofoil Design and Data" Springer, 1991).
에어포일의 표준형 선단부가 선택될 수도 있으나, 공지의 거의 모든 에어포일은 중심 코드의 전방에 최대 두께부를 구비하고 있기 때문에 위와 같은 선택은 제한을 받는다. 그러나, NACA 671-015로 표시되는 기본 두께 형태를 이용하는 NACA 67 시리이즈의 에어포일은 상기 요건에 부합한다. 이 에어포일은 총 저항이 낮고 스파(spar)가 합리적인 깊이를 가지는 15%의 최대 두께부를 구비한다. 상기 에어포일(5)은 유사하게 작용하는 레이놀즈 수에 무관하게 광범위한 영역의 층류(laminar flow)를 형성하고, 그러나 순조롭게 형성되는 유체 유동에 의해 유동 입사각을 허용하는 양호한 경계층 발달이 확실하게 이루어지도록 설계된 에어포일 중의 하나이다. 좌우대칭형 에어포일(5)은 캠버가 없으므로 모든 양력(lift)은 에어포일을 0이 아닌 입사각에서 작동시킴으로써 생성된다.
따라서, 전술한 본 발명의 에어포일(5)의 실시예는 50%의 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 NACA 671-015의 전반부에 대한 것이다. 분석 과정에서, 선단부의 원(circle) 및 후단부의 원 상에 별도의 정의 포인트(definition points)를 추가해야 할 필요성이 있었다. 에어포일의 형상의 좌표는 아래의 표 1에 특정되어 있다.
표 1: 좌우대칭형 에어포일(5)의 좌표:
x %c yU %c yL %c
0.000 0.000 0.000
0.100 0.559 -0.559
0.300 0.937 -0.937
0.500 1.167 -1.167
0.750 1.394 -1.394
1.250 1.764 -1.764
2.500 2.395 -2.395
5.000 3.245 -3.245
7.500 3.900 -3.900
10.000 4.433 -4.433
15.000 5.283 -5.283
20.000 5.940 -5.940
25.000 6.454 -6.454
30.000 6.854 -6.854
35.000 7.155 -7.155
40.000 7.359 -7.359
45.000 7.475 -7.475
50.000 7.497 -7.497
55.000 7.475 -7.475
60.000 7.359 -7.359
65.000 7.155 -7.155
70.000 6.854 -6.854
75.000 6.454 -6.454
80.000 5.940 -5.940
85.000 5.283 -5.283
90.000 4.433 -4.433
92.500 3.900 -3.900
95.000 3.245 -3.245
97.500 2.395 -2.395
98.750 1.764 -1.764
99.250 1.394 -1.394
99.500 1.167 -1.167
99.700 0.937 -0.937
99.900 0.559 -0.559
100.000 0.000 0.000
U = 상측
L = 하측
속도 분포 및 경계층 발달(boundary layer development)을 연산하는 에플러(Eppler) 프로그램을 이용하여 상기 에어포일(5)을 분석하였다. 300백만 내지 1000만 범위의 레이놀즈 수(Reynolds Number)에서, 상기 프로그램은 기포 경보(bubble warnings)가 없음, 및 층류 분리 또는 난류 분리가 없음을 예측한다. 도 6에는 0 내지 12°의 입사각에서의 형태 및 예측된 속도 분포가 도시되어 있다.
도 7은 에플러 프로그램의 결과를 도시한 것이다. 약 4.5°의 입사각에 대응하는 최대 0.5의 양력 계수(lift coefficient)에서 저항 계수(drag coefficient)는 0.010이다. 500만 레이놀즈 수에 대한 결과는 층류 저항 버킷(drag bucket)을 나타내고, 저항 계수는 0의 입사각에서 0.006으로 내려간다. 이러한 결과는 더 낮은 레이놀즈 수에서 더 두드러지게 나타난다.
이차 손실에 대한 다수의 가설에 기초하지만 상기 예측 저항 계수는 85% 내지 90%의 예측 터어빈 계수로 변화된다. 터어빈의 모델 테스트에 의하면, 에어포일(5)을 이용한 모델 덕트 터어빈은 블레이드 코드에 기초한 약 300,000의 레이놀즈 수에서 양 방향에서 80% 내지 85%의 효율을 달성하는 것이 확인되었다.
전술한 15% 두께의 에어포일(5)은 구조적 효율과 공기역학적 효율 사이의 양호한 타협안을 제공한다. 그러나, 특정의 상황 하에서는 다른 두께의 에어포일을 선택하는 것이 유리하다. 예를 들면, 터어빈 블레이드는 루트 부분에서 두께-코드의 비를 20%로 하여 강성을 향상하고, 팁 부분에서 12%로 하여 두께를 얇게 하는 것이 유리하다. 상기 일련의 유사한 좌우대칭형 에어포일을 얻기 위한 2가지 방법이 있다.
첫째 방법으로서, 형상을 중심 코드 라인을 중심으로 대칭화시키기 이전에 기본 NACA 671-015 두께 형태를 임의 필요한 두께로 변환시킬 수 있다. 다음에 에어포일 및 경계층 분석 소프트웨어나 CFD를 이용하여 형성된 형상의 성능을 점검할 수 있다.
둘째 더욱 정밀한 방법으로서, 예를 들면 50%의 코드 위치에서 두께가 최대인 소정의 두께를 가지는 새롭지만 전통적인 대칭형 에어포일을 설계하고, 그 중심 코드를 중심으로 대칭화시키기 위해 에플러 프로그램을 사용하는 것이다. 상기 두 번째 방법은 최초의 NACA 형상이 유사한 형상으로 설계되고, 그 공기역학적 특성이 간단한 척도 변환시 원상태를 유지하므로 그 신뢰성이 더 높다. 상기 설계 소프트웨어에 의하면 소정의 최대 입사각에 이르기까지 양호한 속도 분포를 확실히 달성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 장치(160)를 도시한 것이다. 상기 발전 장치(160)는 다수의 터어빈 장치(130)를 포함하는 것으로서, 도 1의 에어포일(5)을 구비하는 다수의 블레이드(도시 생략)를 포함하는 도 5에 도시된 제1실시예의 발전 장치(60)와 유사하다.
그러나, 도 8 및 도 9의 터어빈 장치(130)는 도 5의 발전 장치(60)의 터어빈 장치(30)와 달리 터어빈 장치(130)에 착탈 가능하게 장착되는 부품(165)이 제공되어 있다. 상기 부품(165)은 적어도 하나의 터어빈 및 펌프 장치(도시 생략)을 포함한다. 또는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 부품(165)은 덕트(135)의 적어도 일 부를 포함한다. 상기 부품(165)은 개폐가 가능한 부품(170)을 통해 터어빈 장치(130)으로부터 해제될 수 있다. 상기 부품(165)은 수리나 교체를 위해 선박(175) 등에 의해 수면으로 회수될 수 있고, 그 후 터어빈 장치(130) 내에 재설치될 수 있다.
따라서, 도 8 및 도 9의 발전 장치(160)는 국제특허공개 제WO 03/029645 A1호(본 발명의 출원인에 의해 출원됨)에 기재된 발전 장치와 공통점이 있으나, 본 발명은 새로운 에어포일(5)을 포함한다.
전술한 본 발명의 실시예들은 예시적인 것이므로, 이들 실시예에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 또 전술한 다수의 실시예 중의 임의의 하나의 실시예는 본 발명의 설명에 인용된 하나 이상의 특징을 선택적으로 포함할 수 있다.
전술한 다수의 실시예 중의 임의의 하나의 실시예는 전술한 임의의 실시예의 다수의 특징들 중의 임의의 하나를 포함하도록 변경될 수 있다.
전술한 실시예는 수중 요잉 기구(yawing mechanism)가 불필요하지만 조류에 의해 터어빈을 양 방향으로 구동시킬 수 있다. 이것은 양 방향의 유동에 의해 작동할 때 비교적 고 효율을 제공하는 신규의 터어빈 블레이드 설계에 의해 달성된다. 축방향에 대한 터어빈 블레이드의 각도가 비교적 크므로 터어빈의 회전 방향은 조류의 유동 방향이 바뀔 때 변환된다.
또, 전술한 실시예에서 터어빈 장치는 하나의 터어빈을 구비하였으나, 하나 이상의 터어빈을 예를 들면 직렬로 구비할 수도 있다.

Claims (110)

  1. 적어도 하나의 수중 터어빈 장치를 포함하는 전력 생산 장치로서,
    상기 적어도 하나의 수중 터어빈은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전하는 적어도 하나의 터어빈을 구비하며,
    상기 적어도 하나의 터어빈은 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 종방향으로 이격된 다수의 에어포일을 포함하며, 각각의 에어포일은 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루고, 또한 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루며, 제1선단부 및 제2선단부를 포함하고, 각각의 선단부는 부분 원형이며, 상기 적어도 하나의 블레이드는 방사상으로 바깥쪽으로 테이퍼를 이루고 있고, 상기 터어빈 장치는 유체 유로가 관통해 있는 하우징을 포함하며, 상기 적어도 하나의 터어빈은 상기 유체 유로를 통한 유체의 유동에 반응하여 회전하기 위해 상기 유체 유로 내에 장착되고, 상기 유체 유로는 벤츄리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 생산 장치는 상기 적어도 하나의 터어빈에 작동이 가능하게 연결된 펌프 장치;
    상기 터어빈에 의해 구동되고, 상기 적어도 하나의 터어빈 장치로부터 독립된 상태로 위치되는 발전기 장치; 및
    상기 펌프 장치로부터 발전용의 상기 발전기 장치까지 유체를 공급하기 위해 상기 펌프 장치와 상기 발전기 장치를 연결하는 유체 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유체는 상기 적어도 하나의 터어빈 장치가 잠수되어 있는 그 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전력 생산 장치는 교류 또는 교류전압(AC) 또는 직류 또는 직류전압(DC)으로서 전력을 생산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 터어빈의 허브의 위치에서의 에어포일의 코드는 의도된 유체 유동 방향에 대해 또는 상기 터어빈의 회전 축에 대해 30°내지 60°의 각도인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일의 상기 코드 라인은 직선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인은 상기 코드 라인에 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일의 높이는 상기 중심 코드 라인의 위치 및 그 주변 위치에서 최대이고, 그 단부를 향해 감소되는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 5% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 12% 내지 20%인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 15%인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 에어포일의 최대 높이 또는 두께의 위치는 상기 중심 코드 라인에 위치하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 에어포일은 제로 캠버 및 중심 코드에서 최대 높이 또는 최대 두께를 구비하는 좌우대칭형 에어포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일의 형상은 NACA 67을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 각각의 에어포일의 형상은 선단부가 중심 코드 라인을 중심으로 대칭화된 NACA 671-015를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 3 내지 9개의 에어포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 5개의 에어포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 테이퍼 비율은 0.3 내지 0.8의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 테이퍼 비율은 0.5인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 어스펙트 비율은 3 내지 10의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 어스펙트 비율은 6인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 허브 세팅 각은 축방향으로부터 30°내지 60°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 허브 세팅 각은 45°또는 48°인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 세팅 각은 축방향으로부터 70°내지 85°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 세팅 각은 79°인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  26. 제 1 항에 있어서, 중심 높이에서의 상기 적어도 하나의 블레이드의 코드 길이는 0.3m 내지 3.0m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  27. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 코드 길이는 1.0m인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  28. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 다수의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 2 내지 9개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 3 내지 7개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 5 내지 7개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  32. 제 1 항에 있어서, 허브 직경 대 팁 직경의 비가 0.1 내지 0.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  33. 제 1 항에 있어서, 허브 직경 대 팁 직경의 비가 0.2인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  34. 제 1 항에 있어서, 팁 직경이 5m 내지 30m의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  35. 제 1 항에 있어서, 팁 직경이 15m 내지 20m의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  36. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈은 사용시 10 내지 50 rpm의 속도로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  37. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈은 사용시 25 rpm의 속도로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  38. 제 1 항에 있어서, 상기 벤츄리는 수렴-발산 벤츄리를 포함하고, 상기 수렴-발산 벤츄리는 유체 유로의 양단부의 개구로부터 유체 유로의 내측 부분을 향해 테이퍼를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  39. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 그 중간 지점 위치를 중심으로 대칭을 이루고, 상기 적어도 하나의 터어빈 중의 상기 적어도 하나는 하우징의 중간 지점 위치에 위치되는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  40. 제 1 항에 있어서, 상기 액체는 상기 터어빈 장치가 잠수되어 있는 물로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  41. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 외측 하우징 슬리이브 및 내측 하우징 슬리이브를 포함하고, 내측 하우징 슬리이브는 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  42. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 장착 구조에 의해 수중에 고정되고, 조류 또는 수류의 방향에 정렬되는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  43. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 축방향 및 조류 방향 사이의 각도 또는 상기 하우징의 축방향 및 수류 방향 사이의 각도는 0°내지 45°인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  44. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 축방향 및 조류 방향 사이의 각도 또는 상기 하우징의 축방향 및 수류 방향 사이의 각도는 0°인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  45. 제 1 항에 있어서, 상기 터어빈 장치는 상기 터어빈 장치 내에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 하나의 부품을 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 부품은 터어빈 및 펌프 장치 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  47. 제 45 항에 있어서, 상기 터어빈 장치 부품은 상기 유로의 적어도 일부를 포함하는 상기 하우징의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  48. 제 1 항에 있어서, 상기 터어빈 장치는 사용시 상기 유로를 통해 양 방향으로 유동하는 유체 유동에 반응하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  49. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 유입구 및 유출구의 직경은 7m 내지 40m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  50. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 유입구 또는 유출구의 직경은 7m 내지 40m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  51. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 최대 직경은 20m인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  52. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 길이는 7m 내지 50m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  53. 제 1 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 길이는 28m인 것을 특징으로 하는 전력 생산 장치.
  54. 발전 방법으로서,
    적어도 하나의 수중 터어빈 장치를 포함하는 전력 생산 장치를 제공하는 단계로서,
    상기 적어도 하나의 수중 터어빈은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전하는 적어도 하나의 터빈을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 터어빈은 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 종방향으로 이격된 다수의 에어포일을 포함하며, 각각의 에어포일은 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루고, 그 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루며, 제1선단부 및 제2선단부를 포함하고, 각각의 선단부는 부분 원형이며, 상기 적어도 하나의 블레이드는 방사상으로 바깥쪽으로 테이퍼를 이루고 있고, 상기 터어빈 장치는 유체 유로가 관통해 있는 하우징을 포함하며, 상기 적어도 하나의 터어빈은 상기 유체 유로를 통한 유체의 유동에 반응하여 회전하기 위해 상기 유체 유로 내에 장착되고, 상기 유체 유로는 벤츄리를 포함하는, 전력 생산 장치를 제공하는 단계;
    수중에 상기 전력 생산 장치의 적어도 하나의 터어빈 장치를 위치시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 터어빈 장치의 적어도 하나의 터어빈을 적어도 일방향의 유체 유동에 반응하여 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  55. 제 54 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈 장치는 해저, 대양저, 또는 하상 중의 하나의 상면, 부근 또는 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  56. 제 54 항에 있어서, 상기 유체 유동은 조류 또는 수류를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  57. 제 54 항에 있어서, 상기 유체의 일방향 및 타방향은 반대 방향인 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  58. 적어도 하나의 수중 터어빈 장치를 포함하는 발전 장치로서,
    적어도 하나의 수중 터어빈은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전하는 터어빈을 구비하며,
    상기 적어도 하나의 터어빈은 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 적어도 하나의 블레이드의 길이를 따라, 허브와 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 사이에서 이격되는 다수의 에어포일을 포함하며, 각각의 에어포일은 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루고, 그 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 고정된 모양을 하고 있고, 제1선단부 및 제2선단부를 포함하며, 인접한 에어포일들의 제1선단부 및 제2선단부는 만나서 상기 적어도 하나의 블레이드의 각각의 연속적인 제1선단부 및 제2선단부를 제공하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 상기 허브와 상기 블레이드의 팁 사이에서 비틀린 상태에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  59. 제 58 항에 있어서, 상기 터어빈 장치는 유체 유로가 관통해 있는 하우징과, 상기 유체 유로를 통한 유체의 유동에 반응하여 회전하기 위해 상기 유체 유로 내에 장착된 적어도 하나의 터어빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  60. 제 58 항에 있어서, 상기 터어빈의 허브의 위치에서의 에어포일의 코드는 의도된 유체 유동 방향에 대해 또는 상기 터어빈의 회전 축에 대해 30°내지 60°의 각도인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  61. 제 58 항에 있어서, 각 선단부는 부분 원형인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  62. 제 58 항에 있어서, 상기 에어포일의 코드는 직선을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  63. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인은 상기 코드 라인에 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  64. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일의 높이는 상기 중심 코드 라인의 위치 및 그 주변 위치에서 최대이고, 그 단부를 향해 감소되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  65. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 5% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  66. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 12% 내지 20%인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  67. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일에 대해, 상기 중심 코드 라인의 높이 또는 두께 대 코드 길이의 비는 15%인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  68. 제 58 항에 있어서, 상기 에어포일의 최대 높이 또는 두께의 위치는 상기 중심 코드 라인에 위치하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  69. 제 58 항에 있어서, 상기 에어포일은 제로 캠버 및 중심 코드에서 최대 높이 또는 최대 두께를 구비하는 좌우대칭형 에어포일을 포함하는 발전 장치.
  70. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일의 형상은 NACA 67을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  71. 제 58 항에 있어서, 각각의 에어포일의 형상은 선단부가 중심 코드 라인을 중심으로 대칭화된 NACA 671-015를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  72. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 3 내지 9개의 에어포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  73. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 5개의 에어포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  74. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 테이퍼 비율은 0.3 내지 0.8의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  75. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 테이퍼 비율은 0.5인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  76. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 어스펙트 비율은 3 내지 10의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  77. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 어스펙트 비율은 6인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  78. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 허브 세팅 각은 축 방향으로부터 30°내지 60°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  79. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 허브 세팅 각은 45°또는 48°것을 특징으로 하는 발전 장치.
  80. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 세팅 각은 축방향으로부터 70°내지 85°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  81. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 세팅 각은 79°인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  82. 제 58 항에 있어서, 중심 높이에서의 상기 적어도 하나의 블레이드의 코드 길이는 0.3m 내지 3.0m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  83. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드의 코드 길이는 1.0m인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  84. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 다수의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  85. 제 84 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 2 내지 9개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  86. 제 84 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 3 내지 7개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  87. 제 84 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 블레이드는 5 또는 7개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  88. 제 58 항에 있어서, 허브 직경 대 팁 직경의 비가 0.1 내지 0.5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  89. 제 58 항에 있어서, 허브 직경 대 팁 직경의 비가 0.2인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  90. 제 58 항에 있어서, 팁 직경이 5m 내지 30m의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  91. 제 58 항에 있어서, 팁 직경이 15m 내지 20m의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  92. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈은 사용시 10 내지 50rpm의 속도로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  93. 제 58 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈은 사용시 25rpm의 속도로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  94. 제 59 항에 있어서, 상기 유로는 수렴-발산 벤츄리를 포함한 벤츄리를 포함하고, 상기 수럼-발산 벤츄리는 유체 유로의 양단부의 개구로부터 유체 유로의 내측 부분을 향해 테이퍼를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  95. 제 59 항에 있어서, 상기 하우징은 상기 하우징의 중간 지점 위치를 중심으로 대칭을 이루고, 상기 적어도 하나의 터어빈 중의 상기 적어도 하나는 상기 하우징의 중간 지점 위치에 위치되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  96. 제 94 항에 있어서, 상기 액체는 상기 터어빈 장치가 잠수되어 있는 물로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  97. 제 94 항에 있어서, 상기 하우징은 외측 하우징 슬리이브 및 내측 하우징 슬리이브를 포함하고, 내측 하우징 슬리이브는 상기 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  98. 제 94 항에 있어서, 상기 하우징은 장착 구조에 의해 수중 면에 고정되고, 조류 또는 수류의 방향에 정렬되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  99. 제 94 항에 있어서, 상기 하우징의 축방향 및 조류 방향 사이의 각도 또는 상기 하우징의 축방향 및 수류 방향 사이의 각도는 0°내지 45°인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  100. 제 94 항에 있어서, 상기 하우징의 축방향 및 조류 방향 사이의 각도 또는 상기 하우징의 축방향 및 수류 방향 사이의 각도는 0°인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  101. 제 94 항에 있어서, 상기 터어빈 장치는 상기 터어빈 장치 내에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 하나의 부품을 제공하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  102. 제 58 항에 있어서, 상기 터어빈 장치는 사용시 상기 유로를 통해 양 방향으로 유동하는 유체 유동에 반응하여 구동되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  103. 제 59 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 유입구의 직경 및 유출구의 직경은 7m 내지 40m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  104. 제 59 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 유입구의 직경 또는 유출구의 직경은 7m 내지 40m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  105. 제 59 항에 있어서, 상기 유로 또는 덕트의 길이는 7m 내지 50m의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  106. 제 58 항에 있어서, 상기 발전 장치는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  107. 제 106 항에 있어서, 상기 발전 장치는 교류 또는 교류 전압(AC) 또는 직류 도는 직류 전압(DC)으로서 전력을 생산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  108. 발전 방법으로서,
    적어도 하나의 수중 터어빈 장치를 포함하는 발전 장치를 제공하는 단계로서,
    상기 적어도 하나의 수중 터어빈은 일방향의 유체 유동에 반응하여 일방향으로 회전하고, 타방향의 유체 유동에 반응하여 타방향 또는 역방향으로 회전하는 적어도 하나의 터어빈을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 터어빈은 적어도 하나의 블레이드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 적어도 하나의 블레이드의 길이를 따라, 허브와 상기 적어도 하나의 블레이드의 팁 사이에서 이격되는 다수의 에어포일을 포함하며, 각각의 에어포일은 중심 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루고, 그 코드 라인을 중심으로 대칭을 이루는 고정된 모양을 하고 있고, 제1선단부 및 제2선단부를 포함하며, 인접한 에어포일들의 제1선단부 및 제2선단부는 만나서 상기 적어도 하나의 블레이드의 각각의 연속적인 제1선단부 및 제2선단부를 제공하고, 상기 적어도 하나의 블레이드는 상기 허브와 상기 블레이드의 팁 사이에서 비틀린 상태에 있는, 발전 장치를 제공하는 단계;
    수중에 상기 전력 생산 장치의 적어도 하나의 터어빈 장치를 위치시키는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 터어빈 장치의 적어도 하나의 터어빈을 적어도 일방향의 유체 유동에 반응하여 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  109. 제 108 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 터어빈 장치는 해저, 대양저, 또는 하상 중의 하나의 상면, 부근 또는 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  110. 제 108 항에 있어서, 상기 유체 유동은 조류 또는 수류를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
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