KR100570880B1

KR100570880B1 - 순환식 발전장치

Info

Publication number: KR100570880B1
Application number: KR1020030082709A
Authority: KR
Inventors: 송광헌
Original assignee: 송광헌; 송재혁; 송재경; 송재은; 김인숙
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2006-04-12
Also published as: KR20050048958A

Abstract

본 발명에 따른 발전장치는, 지면으로부터 소정 높이만큼 위쪽에 설치되며 그 내부에 다수의 강구(steel ball)(1)를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 직하방에 회전 가능하게 설치되며 탱크(10)로부터 낙하하는 강구(1)가 부딪히는 다수의 날개(23)를 구비하는 터빈(20)과, 터빈(20)으로부터 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기(30)를 구비한다. 터빈(20)은 탱크(10)로부터 낙하하는 강구(1)가 날개(23)에 부딪힐 때의 충격력에 의해 회전하게 된다. 터빈(20)의 하부로 낙하된 강구(1)는 회수기(70)에 의해 탱크(10)로 다시 이송되며, 회수기(70)는 축전기에 저장된 심야의 유휴전력을 이용하여 구동할 수 있다. 본 발명에 의하면, 낙하체로서 물보다 비중이 큰 중량체인 강구를 사용하여 발전을 함으로써, 발전장치의 크기를 최소화 할 수 있다. 따라서, 넓은 설치공간이 필요하지 않으므로 설치장소의 제약으로부터 자유롭다는 장점이 있다.

순환, 발전기, 강구, 터빈, 유휴전력

Description

순환식 발전장치{Circulation type generating apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 전체 구성도.

도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도.

도 3은 탱크를 확대하여 나타낸 단면도.

도 4는 터빈과 발전기를 확대하여 나타낸 일부 절개 사시도.

도 5는 도 4의 정면 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 강구 10 : 탱크

20 : 터빈 23 : 날개

30 : 발전기 40 : 덕트

50 : 벨트 61 : 가이드부재

70 : 회수기 80 : 보조회수기

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소정의 중량체를 높은 곳에서 낙하시켜 그 에너지를 이용하여 발전기를 구동하고, 낙하된 중량체는 유휴전력을 이용하여 다시 원위치로 상승시키는 순환식 발전장치에 관한 것이다.

순환식 발전장치의 대표적인 예로서 양수 발전기를 들 수 있다. 양수 발전기는 심야 또는 경부하시에 다른 발전소에서 발전한 전력 중의 유휴전력을 이용하여 낮은 곳에 있는 물을 높은 곳으로 퍼 올리고, 이렇게 양수된 물을 낮은 곳으로 낙하시켜 터빈을 회전시킴으로써 전력을 생산하게 된다.

그런데, 이러한 양수 발전기는 낙하체로서 물을 사용하기 때문에, 충분한 발전량을 얻기 위해서는 많은 양의 물을 필요로 한다. 이를 위하여 많은 양의 물을 가두어 놓을 수 있을 만큼 충분한 크기를 가지는 댐을 건설하여야 하므로, 댐 건설에 따른 자연파괴를 피할 수 없으며, 건설비용도 많이 소요된다는 문제점이 있다.

또한, 양수 발전기는 댐 건설이 가능한 지역에만 적용될 수 있는 것이므로, 적용 지역에 한계가 있다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 낙하체로서 물보다 비중이 큰 중량체를 사용하여 발전을 함으로써, 크기를 최소화 할 수 있으며 그에 따라 넓은 설치 공간을 필요로 하지 않는 순환식 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 내부에 물보다 비중이 큰 다수의 중량체를 저장하는 탱크와, 상기 탱크로부터 소정 높이만큼 아래쪽에 회전 가능하게 설치되며, 그 원주를 따라 상기 탱크로부터 낙하하는 중량체와 부딪히는 다수의 날개를 구비하는 바퀴모양의 터빈과, 상기 터빈의 회전력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 순환식 발전장치를 제공함으로써 달성된다.

상기 중량체로는 강구(steel ball)가 사용되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 탱크는, 하단에 상기 강구가 낙하될 수 있도록 형성된 개구부와, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 도어를 구비한다.

상기 탱크와 상기 터빈 사이에는, 상기 탱크로부터 낙하하는 상기 강구를 상기 터빈의 상단으로 안내하는 덕트가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 발전장치는, 상기 터빈의 하단으로 낙하한 강구를 상기 탱크로 반송시키는 회수기와, 상기 터빈의 하단으로부터 하향 경사지게 연장 설치되어 상기 강구를 상기 회수기로 안내하는 가이드부재를 더 포함한다.

상기 회수기는, 그 내부에는 상기 가이드부재로부터 빠져나온 강구들을 수용하며, 상기 가이드부재의 끝단과 근접한 위치로부터 상기 탱크 위쪽의 위치까지 소정 간격을 두고 배열된 다수의 버킷과, 상기 버킷들을 상기 가이드부재의 끝단으로부터 상기 탱크의 위쪽 사이에서 순환시키는 순환수단을 포함한다.

그리고, 상기 순환수단은, 상기 가이드부재의 단부에 근접하게 설치된 구동 기어와, 상기 구동기어를 회전 구동하는 모터와, 상기 구동기어로부터 직상방으로 상기 탱크 위쪽에 설치되어 상기 구동기어와 연동하여 회전하는 종동기어와, 상기 구동기어와 종동기어의 외측에 감기어 순환하며, 그 길이방향을 따라 상기 버킷들이 결합된 체인과, 상기 종동기어를 돌아 하강하는 버킷으로부터 쏟아지는 강구들을 담는 깔대기부재와, 상기 깔대기부재의 하단과 상기 탱크의 상단을 연결하는 통로를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 발전장치는, 상기 회수기와 나란하게 설치되어, 상기 회수기로부터 이탈되는 강구들을 상기 가이드부재의 중간부분으로 회수시키는 보조회수기를 더 포함할 수 있다.

상기 보조회수기는, 상기 회수기의 하단으로부터 연장하여 설치되어, 회수기로부터 이탈된 강구들을 받아 이송하는 컨베이어와, 상기 컨베이어 단부에 근접하게 설치된 구동기어와, 상기 구동기어를 회전 구동하는 모터와, 상기 구동기어로부터 직상방으로 소정 간격을 두고 설치되며, 상기 구동기어와 연동하여 회전하는 종동기어와, 상기 구동기어와 종동기어의 외측에 감기어 순환하는 체인과, 상기 체인의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 결합되며, 그 내부에는 상기 컨베이어에 의해 이송되는 강구들을 수용하는 다수의 버킷과, 상기 종동기어를 돌아 하강하는 버킷으로부터 쏟아지는 강구들을 담는 깔대기부재와, 상기 깔대기부재의 하단과 상기 가이드부재의 중간을 연결하는 통로를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 발전장치는, 심야의 유휴전력을 저장하여 상기 회수기와 상기 보조회수기의 모터들에 전원을 공급하는 축전기를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발전장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2는 도 1의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전장치는, 지면으로부터 소정 높이만큼 위쪽에 설치되며 그 내부에 다수의 강구(steel ball)(1)를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 직하방에 회전 가능하게 설치되어 탱크(10)로부터 낙하하는 강구(1)의 충격력에 의하여 회전하는 터빈(20)과, 터빈(20)으로부터 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기(30)를 구비한다.

탱크(10)와 터빈(20) 사이에는 덕트(40)가 설치된다. 덕트(40)는 탱크(10)의 하단부로부터 터빈(20)의 상단부를 연결함으로써, 탱크(10)로부터 낙하하는 강구(1)를 터빈(20)의 상단으로 안내한다.

도 3은 탱크(10)를 확대하여 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 탱크(10)는 아래쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 그 하단에 강구(1)가 낙하할 수 있도록 개구부(11)를 구비한다. 상기 개구부(11)는 탱크(10)의 하부와 동일한 각도로 경사지게 설치된 한 쌍의 도어(13)에 의해 개폐된다. 그리고, 도어(13)는 탱크(10)의 측벽에 설치된 한 쌍의 실린더(15)에 의해 동작된다.

본 발명에서는, 실린더(15)의 동작을 제어함으로써, 도어(13)의 개방도를 조절할 수 있다. 그리고, 도어(13)의 개방도에 따라 강구(1)의 낙하량이 조절되므 로, 결과적으로 터빈(20)의 회전속도를 조절할 수 있다.

한편, 덕트(40)의 상단부는 탱크(10)의 개구부(11) 바로 아래에 위치하며, 위로 갈수록 면적이 넓어지는 형상으로 형성되어 개구부(11)로부터 낙하되는 강구(1)들이 덕트(40) 밖으로 떨어지는 것을 방지한다.

도 4는 터빈(20)과 발전기(30)를 확대하여 나타낸 일부 절개 사시도이며, 도 5는 도 4의 정면 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 터빈(20)은 그 둘레에 다수의 날개(23)를 구비한 바퀴 형상을 가진다. 상기 날개(23)들은 반경방향에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성되어 있다. 터빈(20)은 원통형의 터빈케이스(21)에 의해 감싸여져 있다. 덕트(40)의 하단과 마주하는 터빈케이스(21)의 상단에는 절개부가 형성되어 있어, 이 절개부를 통하여 강구(1)들이 터빈(20) 상단으로 낙하하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 덕트(40)로부터 터빈(20)의 상단으로 강구(1)들이 낙하함으로써, 상기 날개(23)들 사이에는 강구(1)들이 채워지게 된다. 터빈(20)은 강구(1)가 날개(23)에 부딪힐 때의 충격력과, 날개(23)들 사이에 채워지는 강구(1)들의 무게로 인하여 회전하게 된다.

터빈(20)과 발전기(30) 사이의 동력전달은, 터빈(20)의 회전축과 발전기(30)의 입력축을 연결한 벨트(50)에 의해 이루어진다. 즉, 터빈(20)의 회전력이 벨트(50)에 의하여 발전기(30)로 전달됨으로써 발전기(30)에서 전력이 생산된다. 그러나, 터빈(20)과 발전기(30) 사이의 동력전달 방식은 이에 한정되지 아니한다. 즉, 예를 들어, 터빈(20)과 발전기(30) 사이를 체인으로 연결하는 방식도 가능하 며, 터빈(20)의 회전축과 발전기(30) 회전축을 직결하는 방식도 가능할 것이다.

한편, 터빈케이스(21)의 하단에는 하향 경사지게 연장된 가이드부재(61)가 연결된다. 가이드부재(61)는 터빈(20)으로부터 낙하된 강구(1)를 터빈케이스(21)의 외부로 안내한다.

이와 같이, 본 발명에서는 터빈(20)을 회전시키기 위한 낙하체로서 물 대신에 강구(1)를 사용하는데, 강구(1)는 물보다 비중이 크기 때문에 물을 낙하체로 사용하는 종래의 양수 발전기에 비하여 발전량 대비 낙하체의 부피를 줄일 수 있다. 따라서, 낙하체를 저장하는 장소의 면적을 줄일 수 있으므로, 결과적으로 발전 설비 자체의 크기를 현저하게 축소할 수 있다.

한편, 터빈(20)을 통과한 강구(1)는 다시 상승되어 탱크(10)로 회수되는데, 이하에서는 강구(1)를 회수하는 구조를 도 1을 다시 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 강구(1)는 가이드부재(61)에 의해 회수기(70)로 안내되며, 회수기(70)에 의해 상승하여 탱크(10)로 회수된다. 회수기(70)는, 수직하게 일렬로 배열되는 다수의 버킷(bucket)(71)과, 이들 버킷(71)을 연결하는 체인(72)을 구비한다. 체인(72)은 상하로 수직하게 배치된 구동기어(73a)와 종동기어(73b)를 양축으로 하여 폐곡선을 그리며 순환한다. 구동기어(73a)에는 도시하지 않은 모터가 연결되며, 이 모터에 의해 구동기어(73a)가 회전 구동됨으로써, 체인(72)이 버킷(71)을 상하방향으로 순환시키게 된다.

터빈(20)의 하부와 연결되는 가이드부재(61)는 터빈케이스(21)의 하단으로부터 구동기어(73a)의 근처까지 연장된다. 따라서, 가이드부재(61)에 의해 안내된 강구(1)는 구동기어(73a)를 돌아 상승하는 버킷(71)에 담기고, 이 버킷(71)은 체인(72)에 의하여 종동기어(73b)를 향하여 계속 위쪽으로 이동하게 된다.

한편, 종동기어(73b)의 근처에는, 종동기어(73b)를 돌아 하강하는 버킷(71)으로부터 쏟아지는 강구(1)를 담기 위한 깔때기부재(77)가 설치된다. 이 깔대기부재(77)는 통로(78)에 의해 탱크(10)의 상단과 연결된다. 따라서, 깔때기부재(77)로 쏟아진 강구(1)들은 통로(78)를 통하여 탱크(1)로 되돌아가게 되는 것이다.

버킷(71)과 체인(72)은 박스형 하우징(75)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이렇게 하면, 버킷(71)이 상승하는 동안에 버킷(71)으로부터 이탈되는 강구(1)들과, 버킷(71)으로부터 깔때기부재(77)로 쏟아질 때 이탈되는 강구(1)들이 회수기(70) 밖으로 튀어나가지 않고 회수기(70)의 하부에 모이게 된다.

본 발명에 따른 발전장치는, 회수기(70)와 동일한 구조로 나란하게 배치되는 보조회수기(80)를 더 구비할 수 있다. 보조회수기(80)는, 회수기(70)에서 버킷(71)의 이동 중에 이탈된 강구(1)들을 다시 회수기(70)로 보내어 탱크(10)로 회수하기 위한 것으로서, 수직하게 일렬로 배열되는 다수의 버킷(81)과, 이들 버킷(81)을 연결하며, 구동기어(83a) 및 종동기어(83b) 사이를 폐곡선을 그리면서 순환하는 체인(82)과, 구동기어(83a)를 회전 구동시킴으로써, 체인(82)의 순환에 연동하여 버킷(81)을 상하방향으로 순환시키는 모터(미도시)를 구비한다.

회수기(70)의 하부에는 컨베이어(90)가 설치되어 있다. 컨베이어(90)는 회수기(70) 하부로 떨어져 내린 강구(1)들을 보조회수기(80) 쪽으로 이송한다. 구체적으로, 컨베이어(90)는 회수기(70) 하부로부터 보조회수기(80) 하단의 구동기어(83a) 근처까지 연장되어 있어, 컨베이어(90)에 의해 이동된 강구(1)들은 구동기어(83a)를 돌아 상승하는 버킷(81)에 담겨져 종동기어(83a)를 향하여 상승하게 된다.

한편, 회수기(70)에서와 마찬가지로, 보조회수기(80)의 종동기어(83b)의 근처에는, 종동기어(83b)를 돌아 하강하는 버킷(81)으로부터 쏟아지는 강구(1)를 담기 위한 깔때기부재(81)가 설치된다. 이 깔때기부재(87)는 통로(88)에 의해 가이드부재(61)와 연결된다. 따라서, 깔때기부재(87)로 쏟아진 강구(1)들은 통로(88)를 통하여 가이드부재(61)로 되돌아가 회수기(70)로 다시 이송된다. 또한, 보조회수기(80)의 버킷(81)과 체인(82) 역시 하우징(85)에 의해 둘러싸인 상태로 설치될 수 있다.

회수기(70) 및 보조회수기(80)의 구동기어(73a, 83a)들을 구동하는 모터는, 심야 또는 경부하시에 다른 발전소에서 발전한 전력 중의 유휴전력을 이용하여 가동할 수 있다. 도면에서 구체적으로 도시하지는 않았지만, 이를 위하여 본 발명에 따른 발전장치는 축전지를 구비할 수 있다. 즉, 다른 발전소로부터 심야의 유휴전력을 받아 축전지에 저장한 후, 저장된 전력을 이용하여 낮 시간대에 회수기(70) 및 보조회수기(80)의 모터들을 구동하여 강구(1)들을 계속 순환시킴으로써 발전기(30)에 의해 전기를 생산할 수 있다.

한편, 회수기(70) 및 보조회수기(80)의 모터들을 구동하는데 필요한 전력의 일부를, 발전기(30)로부터 생산된 전력에 의하여 직접 충당할 수도 있다. 즉, 발전기(30)의 정격출력만큼의 전력이 필요하지 아니한 경우, 발전기(30)에서 생산된 전력 중 유휴전력을 모터들을 구동하는데 필요한 전력의 일부로 충당할 수 있을 것이다.

상기 회수기(70)와 보조회수기(80)는 발전기(30)에서 발전이 이루어지는 동안 계속하여 가동됨으로써, 강구(1)들을 회수하여 탱크(10)에 지속적으로 공급한다. 이렇게 하면, 탱크(10)의 크기를 불필요하게 크게 할 필요가 없다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 낙하체로서 물보다 비중이 큰 중량체인 강구를 사용하여 발전을 함으로써, 발전장치의 크기를 최소화 할 수 있다. 따라서, 넓은 설치공간이 필요하지 않으므로 설치장소의 제약으로부터 자유롭다는 장점이 있다.

또한, 종래의 양수 발전기에서와 같이 대량의 물을 저장하기 위한 댐을 건설할 필요도 없으므로, 환경 문제나 생태계 파괴 문제 등을 일으킬 염려도 없다.

특히, 본 발명에 의하면, 발전기에서 발전이 이루어지는 동안 회수기를 통하여 강구를 계속하여 순환시키므로, 강구를 저장하는 탱크의 크기를 최소화 할 수 있다는 장접이 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims

내부에 물보다 비중이 큰 다수의 중량체를 저장하는 탱크;

상기 탱크로부터 소정 높이만큼 아래쪽에 회전 가능하게 설치되며, 원주를 따라 상기 탱크로부터 낙하하는 중량체와 부딪히는 다수의 날개를 구비하는 바퀴모양의 터빈; 및

상기 터빈의 회전력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 구조로서,

상기 탱크와 상기 터빈 사이에 설치되어, 상기 탱크로부터 낙하하는 상기 강구를 상기 터빈의 상단으로 안내하는 덕트가 구비되며,

상기 터빈의 하단으로 낙하한 강구를 상기 탱크로 반송시키는 회수기와,

상기 터빈의 하단으로부터 하향 경사지게 연장 설치되어 상기 강구를 상기 회수기로 안내하는 가이드부재를 포함하고,

상기 회수기는,

그 내부에는 상기 가이드부재로부터 빠져나온 강구들을 수용하며, 상기 가이드부재의 끝단과 근접한 위치로부터 상기 탱크 위쪽의 위치까지 소정 간격을 두고 배열된 다수의 버킷과,

상기 버킷들을 상기 가이드부재의 끝단으로부터 상기 탱크의 위쪽 사이에서 순환시키는 순환수단을 포함하며,

상기 순환수단은,

상기 가이드부재의 단부에 근접하게 설치된 구동기어;

상기 구동기어를 회전 구동하는 모터;

상기 구동기어로부터 직상방으로 상기 탱크 위쪽에 설치되어 상기 구동기어와 연동하여 회전하는 종동기어;

상기 구동기어와 종동기어의 외측에 감기어 순환하며, 그 길이방향을 따라 상기 버킷들이 결합된 체인;

상기 종동기어를 돌아 하강하는 버킷으로부터 쏟아지는 강구들을 담는 깔대기부재; 및

상기 깔대기부재의 하단과 상기 탱크의 상단을 연결하는 통로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.
제 1 항에 있어서, 상기 중량체는 강구(steel ball)인 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.
제 2 항에 있어서,

상기 탱크는, 하단에 상기 강구가 낙하될 수 있도록 형성된 개구부와, 상기 개구부를 선택적으로 개폐하는 도어를 구비하는 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.
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제 1 항에 있어서,

상기 회수기와 나란하게 설치되어, 상기 회수기로부터 이탈되는 강구들을 상기 가이드부재의 중간부분으로 회수시키는 보조회수기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.
제 8 항에 있어서, 상기 보조회수기는,

상기 회수기의 하단으로부터 연장하여 설치되어, 회수기로부터 이탈된 강구들을 받아 이송하는 컨베이어;

상기 컨베이어 단부에 근접하게 설치된 구동기어;

상기 구동기어를 회전 구동하는 모터;

상기 구동기어로부터 직상방으로 소정 간격을 두고 설치되며, 상기 구동기어와 연동하여 회전하는 종동기어;

상기 구동기어와 종동기어의 외측에 감기어 순환하는 체인;

상기 체인의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 결합되며, 그 내부에는 상기 컨베이어에 의해 이송되는 강구들을 수용하는 다수의 버킷;

상기 종동기어를 돌아 하강하는 버킷으로부터 쏟아지는 강구들을 담는 깔대기부재; 및

상기 깔대기부재의 하단과 상기 가이드부재의 중간을 연결하는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.
제 9 항에 있어서,

심야의 유휴전력을 저장하여 상기 회수기와 상기 보조회수기의 모터들에 전원을 공급하는 축전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순환식 발전장치.