JP2018503768A

JP2018503768A - 自由調節発電装置

Info

Publication number: JP2018503768A
Application number: JP2017535808A
Authority: JP
Inventors: チョン，ミンシ
Original assignee: Seo Jun Ltd
Current assignee: Seo Jun Ltd
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2018-02-08
Also published as: WO2016171352A1; US20180003145A1; CA2978713A1

Abstract

本発明は発電装置に関し、より詳しくは、水中に浸かったスクリューを支持する円筒体が浮力によって昇降したり水の流れによって回転されることにより、最適な条件で自在に調節されながら発電することができるように構成された自由調節発電装置に関する。

Description

一般に、水力発電は水の位置エネルギーを利用する。水力発電では水の位置エネルギーを利用するために、ダムに設置されたタービンを必要とし、水がタービンに落下すれば、力学的エネルギー保存法則により水の位置エネルギーはタービンを回転させる運動エネルギーに変化する。つまり、ダムの上流に水を閉じこめてから水門を開いて水をダムの下流へ流すことでタービンを回転させる。この過程で、水の位置エネルギーがタービンの運動エネルギーに転換され、水の位置エネルギーを利用するためにダムの落差が必要である。タービン内部のローターコイルがタービンによって回転しながら電磁気誘導現象が発生して電流が発生する。この過程を通じてタービンの運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。一方、小水力発電は相対的に規模の小さい貯水池のダムや川の堰に小型タービンを設置して発電する方式である。

前述したような一般的な水力発電では、ダムの規模が小さかったり流速が遅い場合水力発電が効率的に発生されないという問題点がある。特に、渇水期にダムの水位が低い場合、発電に必要な落差が十分でないだけでなく、貯水量の不足により水をダムの下流に流すことができないため、水力発電ができない。

一方、韓国の場合、西海岸の満潮・干潮の差による多くの量の水の流れと南海岸の島と島の間の海水の流れ等豊かな水力エネルギーがあるが、これを適切に活用することができない。そこで、遅い流速でも発電に利用されることができる装置があれば、環境にやさしいエネルギーとして活用可能である。つまり、高価の経済的費用で淡水の後落差を利用して早い流速を利用する方法より自然そのままの遅い流速でも発電に利用することができれば、設置費用の経済的負担を解決することができる。

ＫＲ２０１２０００８２０４Ａ１ＫＲ１１８５６４２Ｂ１ＫＲ１５０４８６６Ｂ１ＫＲ１５１０６３３Ｂ１ＷＯ２００８／０６５６８４ＥＰ０２６１３０４６ＪＰ２００９３６１１３ＷＯ１４１９８９６５Ａ１

本発明は上記のような従来の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の一実施例によれば、既存の構造物を利用して比較的に簡単に小水力発電を可能にすることによって、既存の構造物を多目的に活用することができ、また、より廉価な費用で小水力発電を可能にして再生エネルギーの開発及び生産による経済的な費用を節減することができる自由調節発電装置を提供することにその目的がある。

また、本発明の一実施例によれば、水中の水の流れを利用して電力を生産することができ、発電装置に備えられたスクリューが水の流れ方向変化及び水深の変化に対応して最適化されることができ、水の流れ及び水深が変化しても発電の効率が極大化されることができる自由調節発電装置を提供することにその目的がある。

また、本発明の一実施例によれば、水深の深い川や海洋の流れる水を利用して発電する無軸スクリュー発電装置を提供し、西海岸の満潮・干潮の差及び南海岸の地形で発生する海水の流れを利用して大規模発電を可能にする無軸スクリュー発電装置を提供することにその目的がある。

一方、本発明で達成しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及しなかったまた他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得る。

本発明の第１目的は、水車固定ブロックによって垂直構造物の外周面上に組み立てられて設置され、水車固定ブロックを中心としてその左、右両側に水平にそれぞれ第１支持台が一体に延設され、それぞれの第１支持台と上記第１支持台に対応する少なくとも一つの補助支持棒が形成された第２支持台によって少なくとも一つの水車を所定間隔離隔されるように支持及び固定し、垂直構造物周辺の流量及び流速によって水車が自在に回転可能に水面の下にそれぞれの水車が浸かることができるように支持及び固定する支持台と、棒状の回転軸の外面にスクリュー形態の水車翼が形成され、上記回転軸の両端が上記支持台によって自在回転可能に支持されて、水の流れによる水車翼の回転力で回転軸を回転運動させる少なくとも一つの水車と、上記回転軸の一側端部と連結された複数のギヤで構成された動力伝達部材を通じて連結されて上記回転軸の回転運動による電気エネルギーを生成する発電部材と、を含み、上記水車と並んで上記水車固定ブロックに一側端部が組み立て及び固定され、他側端部は自由端で上下及び左右に遊動可能に形成され、その自由端部の本体が上下にそれぞれ延設されて、その延設された端部に上記第２支持台を嵌め込んで組み立てることができる上下案内溝が形成された案内ブロックを備えて、流量及び流速による水車の上下移動及び左右移動を所定範囲内で制限的に案内して支持する水車移動案内部材をさらに含んで構成したことを特徴とする自由調節発電装置によって達成されることができる。

本発明の第１目的において、上記第２支持台は、上記案内ブロックの上下案内溝に嵌め込まれて組み立てられながら左、右への移動を所定範囲以内で制限するための係止突起が両側に形成された左右案内棒を中央部に一体で備えたことを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的において、上記支持台は、それぞれの水車固定ブロックによって垂直構造物の外周面上に上下２列以上に並行に配列されて組み立て及び設置され、それぞれの支持台には少なくとも一つの水車が設置されることを特徴とすることができる。

本発明の第２目的は、水中に浸かった垂直構造物と、上記垂直構造物の外周面上に昇降及び回転可能に設置された円筒体と、上記円筒体に対して固定されて浮力を提供する浮力体と、上記円筒体から延長された複数の支持台と、棒状の回転軸の外面にスクリュー形態の水車翼が形成され、上記回転軸の両端が上記支持台によって自在回転可能に支持されて、水の流れによる水車翼の回転力で水車軸を回転運動させる少なくとも一つの水車と、上記水車の回転力を伝達する動力伝達部材と、上記動力伝達部材を通じて伝達された動力によって電力を発生させる発電部材と、上記垂直構造物を囲むベアリングプレート及び上記ベアリングプレートに回転可能に埋立された複数のボールを備えるベアリング組立体とを含み、上記ベアリング組立体は上記垂直構造物の外表面と上記円筒体の内表面との間に配置されることを特徴とする自由調節発電装置によって達成されることができる。

また、本発明の第２目的において、上記円筒体の昇降を制限するように上記垂直構造物に上部係止突起及び下部係止突起がさらに備えられることを特徴とすることができる。

また、本発明の第２目的において、環状プレート及び上記環状プレートの円周内表面に回転可能に埋立された複数のボールを備えるベアリング組立体をさらに備え、上記ベアリング組立体は上記円筒体の上端部及び下端部にそれぞれ設置されることを特徴とすることができる。

また、本発明の第２目的において、上記円筒体は第１円筒体半分部及び第２円筒体半分部とを備え、上記第１円筒体半分部及び第２円筒体半分部は連結プレートによって相互連結されることを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、動力伝達部材は、上記水車の回転軸を支持する支持台と平行に延長される第１従動軸と、上記垂直構造物と平行に延長される第２従動軸と、上記水車の回転軸、上記第１従動軸及び上記第２従動軸にそれぞれ設置されて互噛み合った複数のギヤと、を備えることを特徴とすることができる。

また、本発明の第２目的において、上記支持台の中の少なくとも何れか一つは、上記円筒体から延長された支持台は固定支持台及び上記固定支持台の中空部に挿入されることができる挿入支持台を含むことを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、上記水車は無軸スクリューで構成され、上記無軸スクリューは、スクリュー形状の回転翼及び上記無軸スクリューの回転中心に対応するように第１端部及び第２端部からそれぞれ延長された第１支持部及び第２支持部を有することを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、上記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有しながら幅が漸進的に増加する板状部材がスクリュー形状を有するように構成されることにより、回転翼の直径が第１支持部から第２支持部に向けて増加することを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、上記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有しながら幅が漸進的に増加する２つの板状部材が一端部で相互直角に配置された状態で、それぞれの板状部材がスクリュー形状を有するように構成され、上記回転翼の直径が第１支持部から第２支持部に向けて増加することを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、上記無軸スクリューの第１端部での回転翼の直径は第２端部での回転翼の直径より小さく、上記無軸スクリューの第１端部が流体流れの上流側を向けることを特徴とすることができる。

また、本発明の第１目的及び第２目的において、上記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有する２つの板状部材が一端部で相互直角に配置された状態で、それぞれの板状部材がスクリュー形状を有するように構成され、上記回転翼の直径が第１支持部及び第２支持部で同じであることを特徴とすることができる。

本発明の一実施例によれば、既存の構造物を利用して比較的に簡単に小水力発電を可能にすることにより、既存の構造物を多目的に活用することができながらもより廉価な費用で小水力発電を可能にして、再生エネルギーの開発及び生産による経済的な費用を節減することができるという効果を奏する。

また、本発明の一実施例によれば、水の流れの方向変化に影響を受けず、水の流れの方向が変化してもそれに対応することができるので、発電の効率が極大化されることができる。また、水深が変化しても浮力体によって発電装置が昇降することができるので、発電装置のスクリューが最適な深さで発電することができるという効果を奏する。

また、本発明の一実施例によれば、周辺水中環境を考慮して浮力によるスクリューの昇降高さが決まることができ、スクリューが垂直に複数のスクリューが設置されることができ、水平にも複数のスクリューが設置されることができる。また、発電装置を構成するそれぞれの構成要素の重量を浮力体と調和させることにより、構成要素に加えられる力を最小化させて安全性を確立することができ、水の流れ方向に速かに対応することができるという効果を奏する。

また、本発明の一実施例による無軸スクリュー発電装置は、水深の深い川や海洋で流れる水の流速を利用する発電方法であって、西海岸のように満潮と干潮の差によって発生する水の流速と南海岸のように島々の地形の影響で発生する流速を活用して発電することができる。本発明による無軸スクリュー発電装置は、広範囲な流速の力を利用するので、大規模発電が可能であり、落差を利用するための土木構造物が必要でなく、遅い流速も発電に利用することができるので、設置費用が節減されて経済的であるという効果を奏する。

一方、本発明で得ることができる効果は以上で言及した効果に制限されなく、言及しなかったまた他の効果は以下の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得る。

本明細書に添付される以下の図面は本発明の好ましい一実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的思想をさらに理解させる役割を果たすものであることから、本発明はこのような図面に記載された事項のみに限定して解釈されてはならない。
本発明の第１実施例による自由調節発電装置の斜視図である。本発明の第２実施例による自由調節発電装置の斜視図である。本発明の第３実施例による自由調節発電装置の一部分解斜視図である。本発明による自由調節発電装置に適用されることができる無軸スクリューの一例に対する概略的な斜視図である。本発明による自由調節発電装置に適用されることができる無軸スクリューの一例に対する概略的な斜視図である。本発明による自由調節発電装置に適用されることができる無軸スクリューの他の例に対する概略的な斜視図である。本発明による自由調節発電装置に適用されることができる無軸スクリューの他の例に対する概略的な斜視図である。

以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は添付された図面と係わる以下の好ましい実施例を通じて容易に理解され得る。ただし、発明はここで説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施例は開示された内容が徹底的で完全になることができるように、そして通常の技術者に本発明の思想が充分に伝達されることができるようにするために提供される。

本明細書で用いられる用語は実施例を説明するためのものであって、本発明を制限するものではない。本明細書で単数型は特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素は一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

図１は本発明の第１実施例による自由調節発電装置１００の主要部構成を例示した斜視図で、図示したように、本発明による自由調節発電装置１００は、支持台１４、少なくとも一つの水車６０、及び発電部材７０を含んで第１実施形態で具現することができ、水車移動案内部材８０をさらに含んで他の実施形態でも具現されることができる。

以下の詳細な説明では、底下部構造物は例えば橋梁の下部構造物が採用されることができる。即ち、橋梁けたを支持して橋梁けたから荷重をベースを通じて下方地盤に伝達する直柱型または円筒状橋脚柱である垂直構造物１２に設置される構成を代表的に挙げて詳しく説明する。ただし、本発明は図面に例示されなかった多様な方法でも設置可能であることは勿論である。

支持台１４は水車固定ブロック１４ｅ、第１支持台１４ａ、第２支持台１４ｂ及び動力伝達部材５０を含んで構成されることができる。

このような支持台１４は垂直構造物１２に対応する形状の水車固定ブロック１４ｅを中央部に備え、このような水車固定ブロック１４ｅによって垂直構造物１２の下端部に別途の組立手段を通じて組み立てられて設置される。また支持台１４は水車固定ブロック１４ｅを中心としてその左、右両側に水平にそれぞれ第１支持台１４ａが一体に延設され、それぞれの第１支持台１４ａとそれに対応する少なくとも一つの補助支持棒が形成された第２支持台１４ｂによって少なくとも一つの水車６０を所定間隔離隔されるように支持及び固定し、垂直構造物１２の周辺の流量及び流速によって水車６０が自在に回転可能に水面の下にそれぞれの水車６０が浸かることができるように支持及び固定する。

また、支持台１４はそれぞれの水車固定ブロック１４ｅによって垂直構造物１２の下端部に上、下２列以上で平行に配列されて組み立て及び設置されることができ、この場合、それぞれの支持台１４には少なくとも一つの水車６０、または二つ以上の水車が並んで配列されて設置されることができる。

第２支持台１４ｂは案内ブロック８２の上下案内溝８３に嵌め込まれて組み立てられながら左、右への移動を所定範囲以内で制限するための係止突起が両側に形成されるように左右案内棒１４ｆを中央部に一体に組み立てて備える。この時、左右案内棒１４ｆは別途の組立手段を利用して第２支持台１４ｂの中央部に嵌め込まれて組み立てられることができる。このような第２支持台１４ｂは上記のように水車固定ブロック１４ｅが上、下２列以上に平行に配列されて組み立てられる場合、それに対応する数で備えられることができ、この場合、上下の二つの据置台を連結する中間据置台がさらに備えられることができる。

第１支持台１４ａは水車固定ブロック１４ｅを中心としてその左、右両側に水平に延設され、水車軸の一側端部を回転可能に組み立てることができる少なくとも一つの貫通孔が形成されて、この貫通孔に回転軸６１の一側端部が駆動ギヤ連結部６３によって自在回転可能に組み立てられて設置され、駆動ギヤ連結部６３を通じて動力伝達部材５０が組み立てられて、回転軸６１の回転運動を発電部材７０で伝達するように構成される。

動力伝達部材５０は回転軸６１の回転運動を少なくとも１回方向を転換して発電部材７０に伝達し、支持台１４の第１支持台１４ａに一体に設置される。このために、動力伝達部材５０は、好ましくは第１駆動ギヤ５１、第１従動ギヤ５２、第１従動軸５３、第１従動軸固定台５４及び第２駆動ギヤ５５を含んで構成されることができる。また、第１従動軸５３の回転による摩擦力を最小化するために第１従動軸固定台５４内にベアリングが設置されることができる。

第１駆動ギヤ５１は第１支持台１４ａに自在回転可能に組み立てられた水車６０の駆動ギヤ連結部６３に直接連結されて回転軸６１と一体に回転する。

第１従動ギヤ５２は第１駆動ギヤ５１と噛み合うように設置されて第１従動軸５３と一体に回転可能に第１従動軸５３に設置される。

第１従動軸５３は回転軸６１と垂直するように上記第１支持台１４ａに組み立てられ、第１従動ギヤ５２と一体に回転可能に第１従動軸固定台５４によって支持及び固定されて第１支持台１４ａに設置される。

第１従動軸固定台５４は第１従動軸５３を回転可能に第１支持台１４ａに固定する。
第２駆動ギヤ５５は第１従動軸５３の回転力を方向転換して発電部材７０の第２従動軸７１の第２従動ギヤ７３に伝達する。

水車６０は棒形態の回転軸６１の外面にスクリューＳ形態の水車翼６２が形成され、回転軸６１の両端が支持台１４によって自在回転可能に支持されて、水の流れによる水車翼６２の回転力で回転軸６１を回転運動させる。ここで、スクリューＳ形態の水車翼６２は荷重を最小化して流速の抵抗を少なく受けるために水の比重と類似するように形成することが好ましい。このような水車６０はそれぞれの第１支持台１４ａに対して対で設置されることができ、回転軸６１と一体に回転される駆動ギヤ連結部６３が一側端部に備えられてその駆動ギヤ連結部６３を通じて動力伝達部材５０と連結される。もちろん駆動ギヤ連結部６３なしで回転軸が第１支持台１４ａの貫通孔に挿入突出されてその末端に第１駆動ギヤ５１が設置されるように構成されることもできる。

発電部材７０は発電機Ｇを備え、第２従動軸７１と少なくとも一つのギヤを通じて回転軸６１の一側端部に連結されて回転軸６１の回転運動エネルギーを受け、その回転運動エネルギーを変換して電気エネルギーを生成する。このために発電部材７０は発電機Ｇ、第２従動軸７１、第２従動軸固定台７２、及び第２従動ギヤ７３を含んで構成されることができる。また、第２従動軸７１の回転による摩擦力を最小化するために第２従動軸固定台７２内にベアリングが設置されることができる。

発電機Ｇは水に浸らないように垂直構造物１２の上端部に設置され、第２従動軸７１に連結されてその回転力で電気エネルギーを生成する。

第２従動軸７１は第２従動ギヤ７３と一体で回転可能に第２従動軸固定台７２によって支持及び固定されて垂直構造物１２に設置される。

第２従動軸固定台７２は第２従動軸７１を回転可能に垂直構造物１２に固定する。

第２従動ギヤ７３は動力伝達部材５０の第２駆動ギヤ５５と噛み合うように設置されて、第２従動軸７１と一体で回転可能に設置される。

水車移動案内部材８０は案内ブロック支持台８１と案内ブロック８２とで形成され、案内ブロック支持台８１は水車６０と並んで水車固定ブロック１４ｅに一側端部が組み立て及び固定され、他側端部は自由端で上下及び左右に移動可能に形成され、その自由端部の本体が上下にそれぞれ延設されてその延設された端部に支持台１４の第２支持台１４ｂを嵌め込んで組み立てることができる上下案内溝８３が形成された案内ブロック８２を備えて、流量及び流速による水車６０の上下移動及び左右移動を所定範囲以内で制限的に案内して支持する。

このような水車移動案内部材８０は流速の流れ方向変化に対して水車翼６２に適応力を与えたりまたはスクリュー型水車翼６２が橋脚柱などのような構造物に当接することを防止するために設置され、このような水車移動案内部材８０は必要によって省略されて固定型で構成することもできる。ただ、これはスクリュー型水車翼の大きさ、形態、発電量、構造梁の安全度及び影響、流速の早さなどを考慮して選択適用可能である。

以上のように構成される本発明による自由調節発電装置１００の詳細動作及びそれによる作用効果を説明すれば次の通りである。

まず、支持台１４の中央部に備えられた水車固定ブロック１４ｅによって支持されるように別途の組立手段を利用して水車移動案内部材８０の案内ブロック支持台８１の一側端部を組み立て、案内ブロック８２の上下案内溝８３が垂直に立てられるように組み立てる。

次に、上記のように組み立てられた案内ブロック支持台８１の他側端部に形成された案内ブロック８２の上下案内溝８３に左右案内棒１４ｆを交差するように挿入し、左右案内棒１４ｆの両側に別途の組立手段で第２支持台１４ｂを組み立てることで、第２支持台１４ｂの中央の左右案内棒１４ｆが案内ブロック８２の上下案内溝８３に沿って上、下へ移動可能にし、案内ブロック８２が第２支持台１４ｂの中央の左右案内棒１４ｆに沿って左、右へ移動可能に設置する。このような移動は左右案内棒１４ｆの周辺で係止突起の役割を果たす第２支持台１４ｂと、上下案内溝８３の周辺で係止突起の役割を果たす案内ブロック８２の本体によって所定範囲以内で制限される。

次に、水車固定ブロック１４ｅを中心としてその左、右両側にそれぞれ水平に一体に延設された第１支持台１４ａとそれに対応する第２支持台１４ｂによって水車６０を所定間隔離隔されるように支持して固定し、回転軸６１の一側端部を駆動ギヤ連結部６３と連結する。ここで、第１支持台１４ａには回転軸６１の一側端部と連結されるための駆動ギヤ連結部６３が水車軸の数だけそれぞれ備えられ、駆動ギヤ連結部６３は第１支持台１４ａの一側の動力伝達部材５０の第１駆動ギヤ５１と一体で回転可能に組み立てられるので、水車６０の回転動作は駆動ギヤ連結部６３を通じて動力伝達部材５０の第１駆動ギヤ５１、第１駆動ギヤ５１と噛み合った第１従動ギヤ５２、第１従動軸５３及び第２駆動ギヤ５５に同時に伝達することができるようになる。

次に、動力伝達部材５０の第２駆動ギヤ５５と発電部材７０の第２従動ギヤ７３を噛み合うようにして、水車固定ブロック１４ｅを垂直構造物１２の下端部に組み立てる。この時、水車固定ブロック１４ｅは橋脚柱周辺の流量及び流速によって水車６０が自在に回転可能に水面の下にそれぞれの水車６０が浸かることができるように支持し、垂直構造物１２の下端部に別途の組立手段を通じて組み立てることによって設置を完了する。従って、動力伝達部材５０と発電部材７０は水車の回転力を第２駆動ギヤ５５と噛み合った発電部材７０の第２従動ギヤ７３によって第２従動軸７１に伝達して水に浸らないように垂直構造物１２の上端部に設置された発電機Ｇを通じて電気エネルギーを生成することができる。

それにより、本発明は小水力発電のために新しい構造物を設置しなくても既存の構造物を利用して比較的に簡単に小水力発電を可能をし、従って、本発明の自由調節発電装置１００は橋梁や橋脚などの既存の構造物を多目的に活用することができるようにして、その活用度を向上することができるという利点があり、また、より廉価な費用で小水力発電が可能にして再生エネルギーの開発及び生産による経済的費用を節減することができるという利点を得ることができる。

図２は本発明による自由調節発電装置１００の第２実施例に対する概略的な斜視図である。図２には本発明による自由調節発電装置１００は、前述したように、底構造物１１の垂直構造物１２上に設置されることができ、同様に、支持台１４、動力伝達部材５０、水車６０、発電部材７０を含んでいるが、第１実施例と違って、垂直構造物１２上で上下に昇降及び回転可能に、第１実施例の水車固定ブロック１４ｅの代わりに円筒体１３を含み、ベアリング組立体と浮力体を含むことを特徴とする。

具体的に、水中に浸かった垂直構造物１２と、上記垂直構造物１２の外周面上に昇降及び回転可能に設置された円筒体１３と、上記円筒体１３に対して固定されて浮力を提供する浮力体Ｂと、上記円筒体１３から延長された支持台１４と、上記支持台１４によって回転可能に支持されたスクリューＳ形態の水車と、スクリューＳ形態の水車の回転力を伝達する動力伝達部材５０と、上記動力伝達部材５０を通じて伝達された動力によって電力を発生させる発電機Ｇを含む発電部材７０と、などを含んで構成される。

垂直構造物１２は海または河川のように水の流れがある場所に建造される。垂直構造物１２は海底または河底に固定された底構造物１１から水面に延長される。前述したように、海、河川など水の流れがある場所に設置されるものであれば、その具体的な種類、類型は権利範囲と関係ない。

第２実施例による円筒体１３は垂直構造物１２に沿って昇降されることができ、また、垂直構造物１２の周りで回転することができる。円筒体１３は２つの円筒体半分部が連結プレート１５によって互いに連結されたものであることができる（これは図３に示した円筒体半分部１３ａ、１３ｂの連結構造によって理解されることができる。即ち、連結プレート１５に形成された貫通孔１５ｂを通じてボルト１５ａが挿入されて半分円筒部１３ａ、１３ｂに固定されることによって、２つの半分円筒部は円筒体１３を構成することができる）。図２には連結プレート１５が一つだけ示されているが、上記連結プレート１５の直径方向反対側に他の連結プレート１５が配置され、それによって円筒体半分部１３ａ、１３ｂが互いに連結されるという点が理解されることができる。

ベアリング組立体１７は上記垂直構造物１２の外部表面に設置され、垂直構造物１２を囲む円筒状ベアリングプレート及び上記ベアリングプレート上に設置された複数のボール１７ａを備える。上記複数のボール１７ａは円筒状ベアリングプレート上で位置変更なしに原位置で転がることができるように設置される。

ボール１７ａはボールの表面一部のみがベアリングプレートの表面外部に露出される一方、ボール表面の大部分はベアリングプレートの中に埋立される。ボール１７ａが回転すればボール１７ａの露出された表面に接触した対象物は摩擦なしに動くことができる。ボール１７ａは球（ｓｐｈｅｒｅ）の一部のみがベアリングプレートの表面外部に露出されるので、ベアリングプレートから離脱または分離しないで原位置で転がることができる。

円筒体１３はベアリング組立体１７を囲むように配置され、ボール１７ａによって支持されることで、上記円筒体１３はベアリング組立体１７によって昇降及び回転運動をすることができる。円筒体１３の内表面とベアリング組立体１７のベアリングプレートとの間に複数のボール１７ａが配置されることによって、円筒体１３は摩擦なしに昇降及び回転することができる。

円筒体１３の上端部には浮力体Ｂが備えられる。浮力体Ｂは円筒体１３及び上記円筒体１３に連結された他の構造体を全部浮揚する役割を果たす。
浮力体Ｂの浮力によって円筒体１３は水中で適切な深さに保持されることができ、浮力体の大きさと模様は構造物の大きさと現場条件に合わせて製作されることができる。

円筒体１３の上昇を制限するための上部係止突起１６ａ及び下降を制限するための下部係止突起１６ｂが上記ベアリング組立体１７の上端及び下端で上記垂直構造物１２上にそれぞれ配置される。上記上部係止突起１６ａ及び下部係止突起１６ｂは例えば垂直構造物を囲む環状に構成されることができ、円筒体１３の上端部及び下端部が上部係止突起１６ａ及び下部係止突起１６ｂに係止されることができて、発電体の離脱を防止することができ、発電体が底面に当接しないようにして忘失に備えることができる。

円筒体１３の表面から支持台１４（第１支持台１４ａ、第２支持台１４ｂ、第３支持台１４ｃ、第４支持台１４ｄ）が延長され、支持台１４ａ、１４ａ`、１４ｂ、１４ｃによってスクリューＳ形態の水車６０が回転可能に支持される。図面に示した例で、第１支持台１４ａは円筒体１３の表面から互いに対向するように一直線に延長され、第３支持台１４ｃは上記第１支持台１４ａに対して直角に連結プレート１５の表面から延長され（即ち、図２で前面に配置された連結プレート１５の反対側に配置された他の連結プレート１５の表面から延長され）、第２支持台１４ｂは第３支持台１４ｃによって支持された状態で上記第１支持台１４ａに平行に延長される。図面に示した例で、円筒体１３の相異する高さにそれぞれ第１ないし第３支持台が設置されることができるという点を理解することができる。一方、第４支持台１４ｄが備えられて上下に配置された一対の第２支持台１４ｂを連結することができる。

スクリューＳの両端部の回転軸６１は上記第１支持台１４ａ及び第２支持台１４ｂに回転可能に設置される。スクリューＳは水の流れによって回転可能な形状を有する。スクリューＳの回転軸６１は第１支持台１４ａを貫通して延長され、上記第１支持台１４ａを貫通して延長されたスクリューＳの回転軸にはベベルギヤで構成された第１駆動ギヤ５１が固定される。

一方、スクリューＳの回転動力を伝達する動力伝達部材５０は第１実施例で言及したように、第１支持台１４ａと平行に延長された第１従動軸５３を含み、発電部材７０は発電機Ｇと、円筒体１３に従って垂直に上記浮力体Ｂを通じて延長された第２従動軸７１を備える。上記第１従動軸５３は第１支持台１４ａ上に固定され、内部にベアリングが備えられた第１従動軸固定台５４によって回転可能に支持され、第２従動軸７１は円筒体１３上に固定され、内部にベアリングが備えられた第２従動軸固定台７２によって回転可能に支持される。

スクリューＳの回転軸６１に設置された第１駆動ギヤ５１は第１従動軸５３に設置された第１従動ギヤ５２と噛み合う。また、第１従動軸５３の一端部に設置された第２駆動ギヤ５５と第２従動軸７１の一端部に設置された第２従動ギヤ７３と噛み合う。従って、スクリューＳの回転動力は第１従動軸５３及び第２従動軸７１を通じて伝達されることができる。

第２従動軸７１は浮力体Ｂを通じて延長されて発電機Ｇに連結されることによって発電機Ｇを駆動する。第２従動軸７１と発電機Ｇの回転子との間の連結は前述した第１実施例と同一である。

図示しなかった他の例において、発電機Ｇは浮力体Ｂの内部に設置されることができる。また、第１従動軸５３及び第２従動軸７１とベアリング及び複数のギヤが密封構造物によって囲まれるように設計されることもできることを理解すべきである。

以上のように構成された発電機は水の流れによってスクリューＳが回転することによって発電機Ｇが駆動されて電力を生産することができる。即ち、水の流れによってスクリューＳが回転すれば、ギヤで噛み合った動力伝達用第１従動軸５３及び第２従動軸７１が回転動力を伝達して発電機Ｇの回転子が駆動されて電力生産が可能である。

一方、水の深さが変化したりまたは水の流れ方向が変化する場合、スクリューＳの回転が最適化される位置に円筒体１３が昇降したり回転することができる。例えば、水の深さが変化すれば、浮力体Ｂの浮力によって円筒体１３が昇降し、この時、上部係止突起１６ａ及び下部係止突起１６ｂによって昇降高さは制限されることができる。また、水の流れの方向が変わる場合、円筒体１３が垂直構造物１２の周りで回転してスクリューＳの位置が変わることができる。

図３は本発明による自由調節発電装置の第３実施例に対する概略的な分解部分斜視図である。図３に示した構成要素の中で図２の構成要素と同じ部分は図２の図面番号と同じ番号で表示する。

図３に示したように、２つの円筒体半分部１３ａ、１３ｂは連結プレート１５によって連結されることができる。図示した例において、１つの連結プレート１５のみ示しているが、対向する位置に他の一つの連結プレートがさらに備えられることを理解すべきである。連結プレート１５は貫通孔１５ｂを通過して円筒体半分部１３ａ、１３ｂに固定されるボルト１５ａを利用して第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂを互いに連結することができる。

図２に示した第２実施例によるベアリング組立体１７の代りに、図３に示した第３実施例では円筒体の上部及び下部にそれぞれ設置される上部ベアリング組立体３０及び下部ベアリング組立体（図示しない）を利用して円筒体１３が垂直構造物１２を囲む、表面が滑らかな円筒状プレート（図示しない）の周りで昇降及び回転することができる。上部ベアリング組立体３０は図示したように、円周内表面に設置された複数のボール１７ａを備える。ボール１７ａの球形表面の一部は円周内表面に露出されて、ボール１７ａは円周内表面上で離脱されたり分離されないで転がることができる。

上部ベアリング組立体３０は第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂの上部に段差として形成された上部ベアリング安着部４２ａに配置され、上部環状プレート３２が第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂの上端部に固定されることによって、上部ベアリング組立体３０が設置される。即ち、ボルト３２ｂを上部環状プレート３２の孔３２ａを通じて挿入して第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂのねじ孔４３に結合させることによって上部ベアリング組立体３０の固定が行われる。
図示しない下部ベアリング組立体は下部ベアリング安着部４２ｂに配置され、上述したのと同じ方式で下部環状プレート（図示しない）を利用して固定が行われることができる。

上記上部ベアリング組立体３０及び下部ベアリング組立体（図示しない）に備えられたボール１７ａは図２に示した第２実施例のように、垂直構造物１２を囲む円筒状プレート上で転がることができる。即ち、図２に示した第２実施例によるベアリング組立体１７の代りに、表面が滑らかな円筒状プレート（図示しない）が上記垂直柱１２を囲むように配置し、上記円筒状プレート（図示しない）を囲むように上記第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂが配置される。この時、円筒体半分部１３ａ、１３ｂからなる円筒体が上下または回転運動をすれば、上部ベアリング組立体３０及び下部ベアリング組立体（図示しない）が上記円筒状プレート（図示しない）の表面で転がることができる。

第３実施例で、垂直構造物１２を囲む円筒状プレート（図示しない）を除去する場合に、ボール１７ａが垂直柱１２の表面で転がることによって、円筒体が上下または回転運動ができることを理解すべきである。また、図２に示した係止突起１６ａ、１６ｂが図３に示した例にも備えられることができることを理解すべきである。

第１円筒体半分部１３ａ及び第２円筒体半分部１３ｂから第１支持台１４ａが延長され、第１支持台１４ａは固定支持台１４ａ−１及び挿入支持台１４ａ−２を含むことができる。挿入支持台１４ａ−２は固定支持台１４ａ−１の中空部を通じて挿入されることで相互連結される。

この時、挿入支持台１４ａ−２が固定支持台１４ａ−１の中空部に挿入される長さを調節することにより支持台の長さを調節することができる。固定支持台１４ａ−１の円周面または側面に形成された孔と挿入支持台１４ａ−２の円周面または側面に形成された孔を一致させ、キーを上記一致した孔に挿入することによって固定支持台１４ａ−１と挿入支持台１４ａ−２との間の相互固定が行われることができる。

図示しなかったが、固定支持台及び挿入支持台によって構成される構造体によって図２に示したようにスクリューＳが回転可能に支持され、また第１従動軸５３及び第２従動軸７１を含む動力伝達部材が設置されることができることを理解すべきである。図３に示した例では、上部ベアリング組立体３０及び下部ベアリング組立体（図示しない）によって円筒体が昇降及び回転することによってスクリューＳの回転が最適化され、それによって発電が効率的に行われることができる。

一方、図３に示した固定支持台１４ａ−１及び挿入支持台１４ａ−２によって構成される構造体が図２に示した第１支持台１４ａ、第２支持台１４ｂ、第３支持台１４ｃ、第４支持台１４ｄを代替することができることを理解すべきである。即ち、上記複数の支持台の中の一部または全部を固定支持台及び挿入支持台として構成することによって、支持台の長さを可変的にすることができ、また増設することができる。これは支持台をモジュール化して設置しやすくし、スクリューＳの数を増加させる時に対応することができるようにする。

また、前述した第１、第２、第３実施例による自由調節発電装置１００に備えられるスクリュー形態を有する水車は無軸スクリュー形態で構成されることができる。図４及び図５は本発明による自由調節発電装置に適用されることができる無軸スクリューの一例に対する概略的な斜視図である。

無軸スクリュー９０は、図４及び図５に示したように、中心軸がない状態でスクリュー形状に形成された回転翼９１、及び上記回転翼１９１の回転中心に対応するように延長され、上記回転翼９１の第１端部及び第２端部に固定されて上記回転翼９１を回転可能に支持する第１支持部９２及び第２支持部９３を備える。本発明による無軸スクリュー９０の全体的な形状は長さ方向の第１端部で回転翼９１が小径を有する一方、第２端部で回転翼９１は大径を有するテーパー形状を有する。即ち、第１支持部９２または第２支持部９３に対して直角の断面で見た時、回転翼９１の直径は第１支持部９２が固定された第１端部で小径を有する一方、第２支持部９３が固定された第２端部で大径を有する。無軸スクリュー９０を支持材１４に設置する時、小径の第１端部が上流側を向けるように設置することが好ましい。これは流体の流動時に加えられる圧力が無軸スクリュー９０の回転翼９１の全体に加えられることができるようにするためである。また、無軸スクリュー９０には回転軸の代りに両端部に第１支持部９２及び第２支持部９３があることで、無軸スクリュー９０自体の重量が減少され、それにより、水の圧力によってさらによく回転されることができ、支持台１４に伝わる力を最小化させることができる。

上述したように、本発明による無軸スクリュー９０の全体的な形状は長さ方向の第１端部で回転翼９１が小径を有する一方、第２端部では回転翼９１が大径を有するテーパー形状を有する。

図４は小径を有する第１端部で回転翼９１に固定された第１支持部９２を示し、図５は大径を有する第２端部で回転翼９１に固定された第２支持部９３を示す。上記第１支持部９２及び第２支持部９３のそれぞれは回転翼９１の回転中心に一致するように配置された状態で回転翼９１に適切な手段によって固定される。前述したように、第１支持部９２及び第２支持部９３は支持台１４に回転可能に設置され、第１支持台１４ａを通じて延長され、支持部９２または支持部９３の端部に第１駆動ギヤ５１が設置される。

無軸スクリュー９０の回転翼９１は、図示したように、所定の厚さを有しながら幅が漸進的に増加する板状部材がスクリュー形状を有するように構成されたことを理解すべきである。上記板状部材の幅は長さ方向に沿って漸進的に増加するので、第１支持部９２が固定される第１端部で無軸スクリューの回転翼９１の直径は最も小さく、第２支持部９３が固定される第２端部で回転翼９１の直径は最も大きい。河川または水路に無軸スクリュー１２が設置される場合、直径が小さい第１端部に固定された第１支持部９２が上流に向けるように配置される。上流から流入される流体の流れによって回転翼９１の表面に加えられる圧力によって、無軸スクリュー９０は第１支持部９２及び第２支持部９３を回転軸として回転されるように回転翼９１が形成される。

図６及び図７は無軸スクリューの他例に対する概略的な斜視図である。

図６を参照すれば、無軸スクリュー９０は回転翼９１ａ、９１ｂを有し、小径を有する第１端部に固定された第１支持部９２及び大径を有する第２端部に固定された第２支持部（図６で図示しない）を有する。図６に示した無軸スクリュー３２は厚さが一定であり、長さに沿って幅が増加する２つの板状部材を一端部で相互直角に配置した状態で、２つの板状部材のそれぞれが同じスクリュー形状を有するように構成したことを理解すべきである。即ち、一つの板状部材は第１回転翼９１ａに形成され、他の一つの板状部材は第２回転翼９１ｂに形成される。無軸スクリュー９０の回転軸として設置された第１支持部９２に直角の断面で見た時、第１支持部９２が固定された第１端部から第２支持部（図６で図示しない）が固定された反対側の第２端部に行くほど無軸スクリュー９０の直径は漸進的に増加する。

図７を参照すれば、無軸スクリュー９０は回転翼９１ａ、９１ｂを有し、第１端部に固定された第１支持部９２及び第２端部に固定された第２支持部（図７には図示しない）を有する。図６に示した実施例とは違って、第１端部及び第２端部で無軸スクリュー９０の直径は同じである。図７に示した無軸スクリュー９０は厚さが一定であり、長さ方向に沿って幅が一定の２つの板状部材を一端部から相互直角に配置した状態で、２つの板状部材のそれぞれが同じスクリュー形状を有するように構成したことを理解すべきである。即ち、一つの板状部材は第１回転翼９１ａで形成され、他の一つの板状部材は第２回転翼９１ｂで形成される。無軸スクリュー９０の回転軸として設置された第１支持部９２に直角の断面で見た時、第１支持部９２が固定された第１端部から第２支持部（図７で図示しない）が固定された反対側の第２端部に行くほど無軸スクリュー９０の直径は一定である。

上述した無軸スクリュー発電装置は水の流速が発生する水深の深い川や海洋に設置されるもので、流速が発生する水深と幅によって垂直水平に複数の無軸スクリューが設置され、発電量に応じて大きさと数量が決まる。

また、以上で説明した装置及び方法は上述した実施例の構成及び方法が限定されるように適用されるのではなく、上記実施例は多様に変形されることができるように各実施例の全部または一部が選択的に組合されて構成されることもできる。

１１：底構造物
１２：垂直構造物
１３：円筒体
１３ａ：第１円筒体半分部
１３ｂ：第２円筒体半分部
１４：支持台
１４ａ：第１支持台
１４ａ−１：固定支持台
１４ａ−２：挿入支持台
１４ｂ：第２支持台
１４ｃ：第３支持台
１４ｄ：第２支持台
１４ｅ：水車固定ブロック
１４ｆ：左右支持棒
１５：連結プレート
１５ａ：貫通孔
１５ｂ：連結プレート用ボルト
１６ａ：上部係止突起
１６ｂ：下部係止突起
１７：ベアリング組立体
１７ａ：ボール
３０：上部ベアリング組立体
３２：上部環状プレート
３２ａ：孔
３２ｂ：ボルト
４２ａ：上部ベアリング安着部
４２ｂ：下部ベアリング安着部
４３：ネジ孔
５０：動力伝達部材
５１：第１駆動ギヤ
５２：第１従動ギヤ
５３：第１従動軸
５４：第１従動軸固定材
５５：第２駆動ギヤ
６０：水車
６１：回転軸
６２：水車翼
６３：駆動ギヤ連結部
７０：第２従動軸
７１：第２従動軸
７２：第２従動軸固定台
７３：第２従動ギヤ
８０：水車移動案内部材
８１：案内ブロック支持台
８２：案内ブロック
８３：上下案内溝
９０：無軸スクリュー
９１：回転翼
９１ａ：第１回転翼
９１ｂ：第２回転翼
９２：第１支持部
９３：第２支持部
１００：自由調節発電装置
Ｂ：浮力体
Ｇ：発電機

Claims

水車固定ブロックによって垂直構造物の外周面上に組み立てられて設置され、水車固定ブロックを中心としてその左、右両側に水平にそれぞれ第１支持台が一体に延設され、それぞれの第１支持台と前記第１支持台に対応する少なくとも一つの補助支持棒が形成された第２支持台によって少なくとも一つの水車を所定間隔離隔されるように支持及び固定し、垂直構造物周辺の流量及び流速によって水車が自在に回転可能に水面の下にそれぞれの水車が浸かることができるように支持及び固定する支持台と、
棒状の回転軸の外面にスクリュー形態の水車翼が形成され、前記回転軸の両端が前記支持台によって自在回転可能に支持されて、水の流れによる水車翼の回転力で回転軸を回転運動させる少なくとも一つの水車と、
前記回転軸の一側端部と連結された複数のギヤで構成された動力伝達部材を通じて連結されて前記回転軸の回転運動による電気エネルギーを生成する発電部材と、を含み、
前記水車と並んで前記水車固定ブロックに一側端部が組み立て及び固定され、他側端部は自由端で上下及び左右に遊動可能に形成され、その自由端部の本体が上下にそれぞれ延設されて、その延設された端部に前記第２支持台を嵌め込んで組み立てることができる上下案内溝が形成された案内ブロックを備えて、流量及び流速による水車の上下移動及び左右移動を所定範囲内で制限的に案内して支持する水車移動案内部材をさらに含んで構成したことを特徴とする自由調節発電装置。
前記第２支持台は、
前記案内ブロックの上下案内溝に嵌め込まれて組み立てられながら左、右への移動を所定範囲以内で制限するための係止突起が両側に形成された左右案内棒を中央部に一体で備えたことを特徴とする請求項１に記載の自由調節発電装置。
前記支持台は、
それぞれの水車固定ブロックによって垂直構造物の外周面上に上下２列以上に並行に配列されて組み立て及び設置され、
それぞれの支持台には少なくとも一つの水車が設置されることを特徴とする請求項１に記載の自由調節発電装置。
水中に浸かった垂直構造物と、
前記垂直構造物の外周面上に昇降及び回転可能に設置された円筒体と、
前記円筒体に対して固定されて浮力を提供する浮力体と、
前記円筒体から延長された複数の支持台と、
棒状の回転軸の外面にスクリュー形態の水車翼が形成され、前記回転軸の両端が前記支持台によって自在回転可能に支持されて、水の流れによる水車翼の回転力で水車軸を回転運動させる少なくとも一つの水車と、
前記水車の回転力を伝達する動力伝達部材と、
前記動力伝達部材を通じて伝達された動力によって電力を発生させる発電部材と、
前記垂直構造物を囲むベアリングプレート及び前記ベアリングプレートに回転可能に埋立さ」れた複数のボールを備えるベアリング組立体とを含み、
前記ベアリング組立体は前記垂直構造物の外表面と前記円筒体の内表面との間に配置されることを特徴とする自由調節発電装置。
前記円筒体の昇降を制限するように前記垂直構造物に上部係止突起及び下部係止突起がさらに備えられることを特徴とする請求項４に記載の自由調節発電装置。
環状プレート及び前記環状プレートの円周内表面に回転可能に埋立された複数のボールを備えるベアリング組立体をさらに備え、前記ベアリング組立体は前記円筒体の上端部及び下端部にそれぞれ設置されることを特徴とする請求項４に記載の自由調節発電装置。
前記円筒体は第１円筒体半分部及び第２円筒体半分部とを備え、前記第１円筒体半分部及び第２円筒体半分部は連結プレートによって相互連結されることを特徴とする請求項４に記載の自由調節発電装置。
動力伝達部材は、
前記水車の回転軸を支持する支持台と平行に延長される第１従動軸と、
前記垂直構造物と平行に延長される第２従動軸と、
前記水車の回転軸、前記第１従動軸及び前記第２従動軸にそれぞれ設置されて互噛み合った複数のギヤと、を備えることを特徴とする請求項１または４に記載の自由調節発電装置。
前記支持台の中の少なくとも何れか一つは、
前記円筒体から延長された支持台は固定支持台及び前記固定支持台の中空部に挿入されることができる挿入支持台を含むことを特徴とする請求項４に記載の自由調節発電装置。
前記水車は無軸スクリューで構成され、
前記無軸スクリューは、スクリュー形状の回転翼及び前記無軸スクリューの回転中心に対応するように第１端部及び第２端部からそれぞれ延長された第１支持部及び第２支持部を有することを特徴とする請求項１または４に記載の自由調節発電装置。
前記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有しながら幅が漸進的に増加する板状部材がスクリュー形状を有するように構成されることにより、回転翼の直径が第１支持部から第２支持部に向けて増加することを特徴とする請求項１０に記載の自由調節発電装置。
前記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有しながら幅が漸進的に増加する２つの板状部材が一端部で相互直角に配置された状態で、それぞれの板状部材がスクリュー形状を有するように構成され、前記回転翼の直径が第１支持部から第２支持部に向けて増加することを特徴とする請求項１０に記載の自由調節発電装置。
前記無軸スクリューの第１端部での回転翼の直径は第２端部での回転翼の直径より小さく、前記無軸スクリューの第１端部が流体流れの上流側を向けることを特徴とする請求項１０に記載の自由調節発電装置。
前記無軸スクリューの回転翼は、所定厚さを有する２つの板状部材が一端部で相互直角に配置された状態で、それぞれの板状部材がスクリュー形状を有するように構成され、前記回転翼の直径が第１支持部及び第２支持部で同じであることを特徴とする請求項１０に記載の自由調節発電装置。