JP5608940B2 - 求心力動作型水車 - Google Patents

Description

本発明は、低落差と低速の水流を利用した求心力動作型水車に関するものであり、さらに詳しくは、水の水圧と回転慣性を利用して回転する水車に重力の効果を向上させることができるようにした求心力動作型水車に関するものである。

一般的に、低落差用水車は、水車形式等の公知となった水車を使っているが、このような公知となった水車は、効率の低い限界があった。

そして前記水車は、従来の遠心ポンプ(Centrifugal Pump)とその構成が似ており、従来の遠心ポンプの技術形態を詳察すれば次の通りである。

まず、大韓民国特許登録番号第１０−０３８１４６６−０００(２００３．０４．１０)は、遠心又は混流ターボ機械に関するものであり、前記遠心又は混流ターボ機械は、回転力によるポンプの吐出圧力を最大にするために羽根の角度を改善したもであるが、前記羽根の角度の改善は、遠心ポンプにだけ適用することができるのみで、水車には適用することができない問題点があった。

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、水路から供給される水の水圧と回転慣性を利用して連続的に求心力動作型水車を回転作動させることができるようにするところにその目的がある。

また、回転作動する羽根と内部遠心筒及び外部遠心筒をそれぞれ又は一体に回転作動させて、願う場所に願う回転力を得ることができるようにするところにその目的がある。

前記のような目的を達成するために、本発明の一実施例による求心力動作型水車は、水路から供給される水によって回転動作する水車において、固定板に垂直方向に固定される固定軸と、ベアリングを内部に設置した状態で固定軸の上部に装着され、下部に上蓋を装着した上部回転枠と、上記固定軸の下部に装着され内部には回転作動のためのベアリングが装着され、上部には流入する水を放水路に排出することができるように一定間隔を置いて排出孔が形成される下部回転枠と、上記下部回転枠の上部に装着され、その上部側は円筒形状であり、その下部側は傾斜面が形成された漏斗形状を有し、下部の端には排出通路が形成された外部遠心筒と、上記上部回転枠の上蓋の上方に設置される円筒形状の内部遠心筒と、上記外部遠心筒と上記内部遠心筒の間に放射形に装着される多数の羽根と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の実施例による求心力動作型水車は、水路から供給される水を利用して回転作動する水車において、設置場所に固定される固定板に垂直方向に固定軸が固定装着される固定部と、前記固定部を構成する固定軸の下部に挿入装着されるスラストベアリングと、前記スラストベアリングの上部一部を囲みながら固定軸の下部に装着され、内部には回転作動のためのベアリングが装着されて、上部には流入する水を放水路に排出することができるように一定間隔を排出孔が形成される下部回転枠と、前記固定軸に装着される下部回転枠と間隔を置いて上部に装着され内部には回転作動のためのベアリングが装着される上部回転枠と、前記下部回転枠の上部に装着され下部には下部回転枠に水の流入が容易なように傾斜面が形成され下部の端には排出通路が周りに形成される円筒形状の外部遠心筒と、前記上部回転枠の下部に装着する上蓋の外周面に固定する円筒形状の内部遠心筒と、前記外部遠心筒と内部遠心筒の間に放射形に装着される羽根を含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、水路から供給される水の水圧と回転慣性を利用して連続的に求心力動作型水車を回転作動させることができるだけでなく、水の位置エネルギーである落差を全部回転力に転換することができるため、求心力動作型水車の効率を向上させることができる効果がある。

また、回転作動する羽根と内部遠心筒及び外部遠心筒をそれぞれ又は一体に回転作動させて、願う場所に願う回転力を得ることができる効果がある。

また、羽根と羽根の間に形成される所定の空間部を通じて水が有している運動エネルギーを向上させながら回転力を向上させることができる効果がある。

また、遅い流速の水を利用した発電等で水車の動作特性を改善して、水が有している運動エネルギーを最大に活用することができるだけでなく、水の流れが多様な地域で小規模水力の利用を可能として親環境エネルギー生産に寄与することができる超小水力発電のための求心力動作型水車を完成することができる効果がある。

本発明に係る求心力動作型水車の一実施例における回転型動力発生器を半分に切取って示した縦断面斜視構造図。 図１に例示された回転型動力発生器の正面構造図。 本発明に係る回転型動力発生器を採用した求心力動作型水車を示した分解斜視図。 本発明に係る求心力動作型水車の内部構造を示した縦断面構造図。 本発明に係る求心力動作型水車を構成する羽根の他の実施例を示した平面図。 本発明に係る求心力動作型水車のまた他の実施例を示した図面。 本発明に係る求心力動作型水車のまた他の実施例を示した図面。

以下、本発明の構成を添付された図面を参照に説明すれば、図１は本発明に係る求心力動作型水車の一実施例における回転型動力発生器を半分に切取って示した縦断面斜視構造図で、図２は図１に例示された回転型動力発生器の正面構造図であり、図３は本発明に係る回転型動力発生器を採用した求心力動作型水車を示した分解斜視図で、図４は本発明に係る求心力動作型水車の内部構造を示した縦断面構造図であり、図５は本発明に係る求心力動作型水車を構成する羽根の他の実施例を示した平面図で、図６及び図７は本発明に係る求心力動作型水車のまた他の実施例を示した図面である。

本発明に係る求心力動作型水車の一実施例における回転力発生器は、図１及び図２に例示されたように、上下又は左右に一直線上に据置台と固定軸２２を媒介として回転可能に支持される内外部遠心筒８０、７０と、この内外部遠心筒８０、７０の間に放射状に多数個固着結合された羽根９０を含む。前記内外部遠心筒８０、７０と隣合う個別の羽根９０の組合形状が、下方に水や蒸気が傾斜流動しながら回転半径が次第に減るように傾斜した下面からなる。したがって、前記羽根９０を含んだ内外部遠心筒８０、７０が上部に配置された媒質落下口から落下する水又は蒸気を含んだ媒質の衝撃によって前記固定軸２２を回転支持軸として回転しながら、前記羽根９０の上部側を通過する媒質の回転半径と前記羽根９０の下部側を通過する媒質の回転半径の長さの差によって回転モーメントを誘発させる。そのため、この動力伝達用媒質の回転によって発生する速度変化によって誘発される前記媒質の回転半径と媒質の落下によるモーメントの差によって持続的な回転が可能となり、前記内外部遠心筒８０、７０を回転させるようになっている。

すなわち、前記した形態に形成される媒質の落下流動空間としての漏斗型の外部遠心筒での上側外周での媒質の回転移動速度は、同じ回転数の水車で放出口側に下がるほど円周が小さいので相対的に速度が低く成り、この時、水の流入速度と流出速度差によるエネルギーの差が水車に動力を伝達する。このように、漏斗型外部遠心筒での水の回転移動速度間の差の力が羽根の側壁面に作用することにより、回転動力が発生及び維持されるように成るのである。

また、前記内外部遠心筒８０、７０の上部は、内郭部の間に上向き突出する延長型ガイド溝７５を形成するように縦断面がＵ字形に形成され、前記羽根９０の上側内郭部には、前記内外部遠心筒８０、７０の内郭部に上向き突出した延長型ガイド溝の内側に一部突出して密着挿入されるように突出部９１が延長形成されている。

また、前記した回転力発生器は、本発明での求心力動作型水車１０に採用されるところ、これは設置場所に固定装着される固定部２０と、前記固定部２０を構成する固定軸２２に設置されるスラストベアリング３０と、前記固定軸２２の下部に装着される下部回転枠４０と、前記固定軸２２に装着される下部回転枠４０と間隔を置いて固定軸２２に装着される上部回転枠５０と、前記上部回転枠５０に装着される上蓋８１の外周面に固定される内部遠心筒８０と、前記外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に放射形に装着される羽根９０から構成されることができる。

前記固定部２０は、設置場所に固定される固定板２１と前記固定板２１に垂直に固定装着される固定軸２２から構成される。
すなわち、前記固定部２０は、設置場所にボルト、ナット、アンカーボルト、リベット等の中から選択されたいずれか一つの締結具１３０を利用して固定板２１を固定設置した後、前記固定板２１の上部に溶接又は締結具１３０等を利用して垂直方向に固定軸２２を固定装着するように成るのである。

前記固定部２０を構成する固定軸２２の下部に挿入装着されるスラストベアリング３０は、上部に装着される下部回転枠４０が固定板２１に接触することを防止しながらも円滑な回転作動が可能なようにしたものである。

前記固定軸２２に装着される下部回転枠４０は、前記スラストベアリング３０の上部一部を囲みながら固定軸２２の下部に装着され、内部には回転作動のためのベアリング４１が装着され、上部には流入する水を放水路６０へ防水するための排出孔４２が形成される。

すなわち、前記下部回転枠４０は、固定軸２２に挿入装着されてスラストベアリング３０の上部に設置された後、ベアリング４１を介して回転作動しながら上部に流入する水を排出孔４２を利用して放水路６０に伝達することができるようにしたものである。
この時、前記放水路６０は、供給される水を円滑に排出することができるように傾斜して装着されることが効果的である。

前記固定軸２２に装着される下部回転枠４０と間隔を置いて固定軸２２に装着される上部回転枠５０は、内部に回転作動のためのベアリング５１が装着され、下部には前記内部遠心筒８０と円滑な結合のために、水平又は傾斜面の上蓋８１が形成される。

前記羽根９０の傾斜した部分に装着する傾斜面７１を漏斗模様にして、この傾斜面７１に装着される外部遠心筒７０は円筒形状に形成され、内部には水の排出が容易なように傾斜面７１が形成されて、下部の端には水の排出されることができるように排出通路７２が形成される。

すなわち、前記外部遠心筒７０は、水路１００を通じて流入する水の供給を受けて下部に形成される傾斜面７１を通じて下部排出通路７２を通じて排出されるようにしたのである。
この時、前記外部遠心筒７０は、内部遠心筒８０と同一の高さを有するか、より高く形成される。

前記上部回転枠５０の下部に装着される上蓋８１と結合する内部遠心筒８０は、円筒形状に形成される。
この時、前記上蓋８１は、水平、又は中心に傾斜した形態に成ることができるものである。

すなわち、前記内部遠心筒８０は、外部遠心筒７０より小さな直径を有して形成され、間に形成される空間Ｓを通じて水路１００を通じて供給される水の伝達を受けて伝達するように成る。
この時、前記内部遠心筒８０は、外部遠心筒７０と同一の高さを有するか、より低く形成されるだけでなく、前記空間Ｓ方向に傾斜して形成されることができることを明らかにする。

前記外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に放射形に装着される羽根９０は、上面と底面が、外部遠心筒７０の傾斜面７１と内部遠心筒８０の下部傾斜面８１及び上蓋８１の下部面と結合される。

そして前記羽根９０は真っ直ぐに形成されるだけでなく、図示された図３のように平面上曲面になるよう形成されて、水路１００を通じて供給される水に対する抵抗を最小化しながら円滑に回転作動することができるように形成されることができる。

また、前記上部回転枠５０、外部遠心筒７０、内部遠心筒８０、上蓋８１、羽根９０は、部品の減少と共に円滑な回転作動と負荷を最小化することができるように一体型に形成されることができるものである。

次に、前記外部遠心筒７０と内部遠心筒８０は、水路１００を通じて供給される水を収容しながら羽根９０と羽根９０の間の空間部Ｓ１に水を円滑に供給することができるように羽根９０の高さより高く形成されることができる。
この時、前記羽根９０は、外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に形成される空間Ｓで所定区間の突起部９１が突出形成される。

そして前記求心力動作型水車１０は、図示された図６のように構成されることができるが、すなわち、前記固定軸２２は、固定板２１に固定されるよう装着され、前記上部回転枠５０、外部遠心筒７０、内部遠心筒８０、羽根９０は、一体に構成されて、前記固定軸２２とはベアリング４１及びベアリング５１によって回転するように装着され、前記固定軸２２の上部には上部回転枠５０を延長して回転作動させることができるように動力伝達手段１４０と回転結合することができる。

ここで、前記動力伝達手段１４０は、発電機１４１とこの発電機１４１に回転動力を伝達するベルトやチェーンが巻掛け結合され、多数個のギアから構成されるギアボックス１４２と、前記ギアボックス１４２とベルトやチェーンを媒介として連動作動する回転軸１４３と、前記回転軸１４３と上部回転枠５０の延長軸１２１にそれぞれ装着されて回転作動するベベルギア１４４から構成される。

これをもう少し補充説明すれば、前記動力伝達手段１４０は、固定板２１に固定した固定軸２２に回転する求心力動作型水車１０の上部回転枠５０を延長した延長軸１２１がテーブル１５０を貫通して回転する構成で、前記延長軸１２１に回転作動するベベルギア１４４を通して作動する回転軸１４３と、この回転軸１４３とベルト又はチェーンを媒介として巻掛け結合するギアボックス１４２及びギアボックス１４２から動力の伝達を受けて電気動力を生産する発電機１４１から構成されるのである。
この時、前記求心力動作型水車１０の外側には、テーブル１５０をさらに装着して前記水路１００をＵ−ボルトとナット等の締結具１３０を利用して固定するのが効果的である。

次に図示された図７は、求心力動作型水車の他の実施例を示したものであり、これを簡単に説明すれば次の通りである。

前記求心力動作型水車１０は、設置場所に固定される固定板２１に垂直方向に固定軸２２が固定装着される中空形状の固定部２０と、前記固定部２０を構成する固定軸２２の下部に挿入装着されるスラストベアリング３０と、前記スラストベアリング３０の上部一部を囲みながら固定軸２２の下部に装着され、内部には回転作動のためのベアリング４１が装着されて、上部には流入する水を放水路６０に排出することができるように一定間隔を排出孔４２が形成される下部回転枠４０と、前記固定軸２２に装着される下部回転枠４０と間隔を置いて上部に装着され内部には回転作動のためのベアリング５１が装着される上部回転枠５０と、前記下部回転枠４０の上部に装着され下部には傾斜面７１が形成されて下部の端には排出通路７２が形成される円筒形状の外部遠心筒７０と、前記上部回転枠５０の下部に下部傾斜面８１が装着される円筒形状の内部遠心筒８０と、前記外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に放射形に装着される羽根９０と、前記水路１００から供給される水を連結通路部１１１を通して調節した後、前記連結通路部１１１及び固定軸２２と連結された連通配管１１２を通して前記連結通路部１１１に伝達する水を固定軸２２の内部に供給する水供給部１１０と、前記固定軸２２の上部に装着されて外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に形成される空間Ｓに前記固定軸２２の内部を通して伝達する水を供給する分岐管１２０から構成される。

すなわち、前記求心力動作型水車１０は、前記固定部２０の固定軸２２を中空形状で形成し、前記固定軸２２の下部と上部に水供給部１１０と分岐管１２０を装着して求心力動作型水車１０を回転作動することができるようにしたものである。

前記のように構成される求心力動作型水車の実施例を説明すれば、次の通りである。

まず、締結具１３０を利用して設置場所に固定板２１を固定装着した後、前記固定板２１の上部に垂直方向に固定軸２２を固定装着して固定部２０を構成してから、前記固定部２０を構成する固定軸２２の下部にスラストベアリング３０を挿入装着する。

そして前記固定軸２２の下部に、前記スラストベアリング３０の上部一部を囲みながら内部には回転作動のためのベアリング４１が装着され、上部には流入される水を放水路６０に排出することができるように一定間隔で排出孔４２が形成される下部回転枠４０を装着する。
この時、前記放水路６０は、排出孔４２を通して伝達され水を外部へ円滑に排出することができるように傾斜して装着する。

次に、前記下部回転枠４０の上部に、下部回転枠４０の外部に水の流出が容易なように多数の排出孔４２を構成し、傾斜面７１が下部に形成される円筒形状の外部遠心筒７０を装着した後、前記外部遠心筒７０の上部に間隔を置いて羽根９０を放射形に装着する。

そして、前記羽根９０の上部に上蓋８１と結合形成される円筒形状の内部遠心筒８０を装着した後、前記内部遠心筒８０の上部に、内部に回転作動のためのベアリング５１が装着される上部回転枠５０を装着する。
この時、前記内部遠心筒８０は、外部遠心筒７０より直径を小さく形成する。

次に、前記外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の一側上部に、前記羽根９０と羽根９０の間に外部の水を供給することができるように水路１００を装着すれば、求心力動作型水車１０の組立ては完了するのである。
ここで、前記求心力動作型水車の組立て順序は、前記と異なって構成されることができるものである。

次に、前記求心力動作型水車１０の作動状態を詳察すれば次の通りである。
まず、前記水路１００を通じて外部遠心筒７０と内部遠心筒８０の間に形成される空間Ｓに水を供給する。

そして、前記空間Ｓを通過した水は、羽根９０と羽根９０の間に形成される空間部Ｓ１に収容されながら水の進行方向に羽根９０を回転作動させるように成る。
すなわち、前記水路１００で供給される水は、水圧によって羽根９０を衝撃して回転作動させるように成るのである。

次に、前記羽根９０にぶつかった後、落下した水は、外部遠心筒７０の下部に形成される傾斜面７１に沿って下部に移動しながら、だんだん小さな回転半径で回転しながら傾斜面７１を抜けて前記放水路６０に伝達されてから、前記放水路６０を通して外部に排出される。

このように前記水路１００を通じて供給される水は、水圧と回転慣性を利用して前記羽根９０と外部遠心筒７０及び内部遠心筒８０を連続的に回転作動させるように成るのである。

以上で添付された図面を参照して本発明である求心力動作型水車を説明するにおいて、特定形状及び方向を主として説明したが、本発明は、当業者によって多様な変形及び変更が可能であり、このような変形及び変更は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。

Claims (8)

1. 水路から供給される水によって回転動作する水車において、
   固定板に垂直方向に固定される固定軸と、
   ベアリングを内部に設置した状態で固定軸の上部に装着され、下部に上蓋を装着した上部回転枠と、
   上記固定軸の下部に装着され内部には回転作動のためのベアリングが装着され、上部には流入する水を放水路に排出することができるように一定間隔を置いて排出孔が形成される下部回転枠と、
   上記下部回転枠の上部に装着され、その上部側は円筒形状であり、その下部側は傾斜面が形成された漏斗形状を有し、下部の端には排出通路が形成された外部遠心筒と、
   上記上部回転枠の上蓋の上方に設置される円筒形状の内部遠心筒と、
   上記外部遠心筒と上記内部遠心筒の間に放射形に装着される多数の羽根と、
   を含むことを特徴とする求心力動作型水車。
2. 上記外部遠心筒と上記内部遠心筒は、上記羽根の高さより高く形成され、それらの間には空間が形成されて、上記羽根は、その上部に上記空間の内側に上向き突出した突出部を備えることを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
3. 上記上部回転枠、外部遠心筒、内部遠心筒、及び羽根は、一体に形成され、ベアリングを媒介として固定軸に回転可能に結合されることを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
4. 上記羽根は、平面上で見た時、流線形に曲面をなして形成されることを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
5. 上記水車で発生した動力を伝達するために上記上部回転枠の延長軸と連結される動力伝達手段と、上記動力伝達手段の動力の伝達を受けて電気を生産する発電機をさらに含むことを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
6. 上記外部遠心筒と内部遠心筒間の空間に水を供給するための分岐管をさらに含むことを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
7. 上記外部遠心筒と内部遠心筒と隣合う羽根は、その下方にいくほど水や蒸気が傾斜方向に流動しながら回転半径が次第に減るように傾いてなることを特徴とする第１項に記載の求心力動作型水車。
8. 水路から供給される水を利用して回転作動する水車において、
   設置場所に固定される固定板に垂直方向に固定軸が固定装着される中空形状の固定部と、
   前記固定部を構成する固定軸の下部に挿入装着されるスラストベアリングと、
   前記スラストベアリングの上部一部を囲みながら固定軸の下部に装着され、内部には回転作動のためのベアリングが装着されて、上部には流入する水を放水路に排出することができるように一定間隔を置いて排出孔が形成される下部回転枠と、
   前記固定軸に装着される下部回転枠と間隔を置いて上部に装着され内部には回転作動のためのベアリングが装着される上部回転枠と、
   前記下部回転枠の上部に装着され、下部には傾斜面が形成されて下部の端には排出通路が周りに形成される円筒形状の外部遠心筒と、
   前記上部回転枠の下部に上蓋が装着される円筒形状の内部遠心筒と、
   前記外部遠心筒と内部遠心筒の間に放射形に装着される羽根と、
   前記水路から供給される水を連結通路部を通して調節した後、前記連結通路部及び固定軸と連結された連通配管を通して前記連結通路部に伝達する水を固定軸の内部に供給する水供給部と、
   前記固定軸の上部に装着されて外部遠心筒と内部遠心筒の間に形成される空間に前記固定軸を通して伝達する水を供給する分岐管と、
   を含んでなることを特徴とする求心力動作型水車。

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