KR101047918B1

KR101047918B1 - 수력 발전기

Info

Publication number: KR101047918B1
Application number: KR1020100116320A
Authority: KR
Inventors: 김시준; 김규현; 장민철
Original assignee: 김시준; 장민철; 김규현
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-07-08

Abstract

본 발명은 강이나 하천 또는 계곡 상에 설치되어 수력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 관련되며, 그 구성의 특징으로서 상기 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면과 고정되게 콘크리트 구조물(11)로 매설되고, 상부로 하나 이상의 가이드(12)를 개재하는 하부프레임(10); 상기 하부프레임(10)의 가이드(12)와 대응되는 유동홈(21)을 구비하고, 수면의 높이에 따라 상하 유동하는 부력체(22)를 구비하는 승강프레임(20); 상기 승강프레임(20)의 상부면에 결합되면서 상단으로 유동홈(31)을 개재하고, 중앙으로 자동 또는 수동으로 회동하는 핸들(36)과, 상기 핸들(36)에 의해 회전력을 전달하는 기어박스(37)와, 상기 기어박스(37)에 맞물려 회전하는 스크류축(38)을 개재하는 승강기구(35)를 구비하는 상부프레임(30); 상기 상부프레임(30)의 유동홈(31)에 삽입되는 가이드(41)를 구비하고, 수력에 의해 회전하는 프로펠러(42)를 구비하며, 물이 유입되는 전방으로 이물질의 유입을 방지하는 보호망(45)을 구비하는 동력변환기(40); 및 상기 동력변환기(40)의 상단에 결합되고 상기 프로펠러(42)와 연결되어 전력을 생산함과 동시에 배선으로 연결되어 생산된 전력이 저장되도록 배터리(52)를 개재하는 발전기(51)를 구비하는 발전장치(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 상당한 비용이 발생하는 댐을 건설하지 않고도 전력을 생산할 수 있어 대체에너지로 적용이 가능하고 강이나 하천 및 계곡 등과 같은 다양한 장소에 구애받지 않고 비교적 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며 변화무쌍한 기상과 계절에 영향을 직접적으로 받지 않아 고장율을 방지하고 수력이 비해 발전효율이 높고 정비가 용이하면서 특히, 자연환경을 훼손하지 않아 생태계를 파괴하는 문제점을 방지하는 효과가 있다.

Description

수력 발전기{Hydraulic-power generator}

본 발명은 강이나 하천 또는 계곡 상에 설치되어 수력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상당한 비용이 발생하는 댐을 건설하지 않고도 전력을 생산할 수 있어 대체에너지로 적용이 가능하고, 강이나 하천 및 계곡 등과 같은 다양한 장소에 구애받지 않고 비교적 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며 변화무쌍한 기상과 계절에 영향을 직접적으로 받지 않아 고장율을 방지하고 수력이 비해 발전효율이 높고 정비가 용이하면서 특히, 자연환경을 훼손하지 않아 생태계를 파괴하는 문제점을 방지하는 수력발전기에 관한 것이다.

통상, 발전기란 다양한 에너지원을 기계적 장치로 변환시켜 전기에너지로 생산하는 장치로서 현대사회에 있어 없어서는 안 되는 중요한 장치이다. 이러한 발전기는 물의 힘을 이용한 수력발전기, 열을 이용한 화력발전기, 물질을 이용한 원자력발전기 등 다양한 에너지원을 이용하여 사용하고 있다. 이때, 수력발전은 지형적 조건을 이용, 강에 그를 가로지르는 거대한 댐(dam)을 건설하여 다량의 물을 저수한 뒤, 댐의 상부에 구비된 수문을 통해서 방출되는 물의 낙차에 따른 힘으로 터빈을 돌려 발전기를 가동함으로써 전기를 생산하게 된다. 따라서 수력발전은 계절적 요인이나 가뭄 등에 별다른 영향을 받지 않고 언제나 일정량의 물을 방출할 수 있어 대규모의 전기를 안정적으로 생산할 수 있음은 물론, 화력발전이나 원자력발전과 달리 환경오염의 우려도 적을 뿐 아니라, 특히 발전을 위해 건설된 댐에 저수된 물을 농업용수나 공업용수 등으로 활용할 수 있는 장점을 가진다.

하지만, 이러한 수력발전은 댐의 건설기간이 상당히 길고 막대한 비용과 인력이 소요될 뿐 아니라, 특히 댐 건설로 인한 심각한 자연생태계의 파괴와 함께 수몰지역 주민에 대한 보상 문제 등으로 심각한 문제점이 제기되어 왔다. 더불어 작은 강이나 하천 또는 계곡 등과 같은 곳에 흐르는 물을 이용하여 전력을 생산할 수 있지만 이러한 발전을 위한 댐을 일일이 건설하지 못하기 때문에 자원의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.

일예로, 한국 공개특허공보 제2007-0016744호의 "수력 발전방법 및 장치"에 의하면, "강이나 하천의 폭 방향 중간부위에서만 물을 소정높이로 가두고, 이렇게 가두어진 물을 적정높이에서 낙수시켜 떨어지는 물의 힘에 의해서 발전기와 연결된 수차를 회전시킴으로써 발전기를 구동하여 발전하는 것"을 제안하고 있다.

다른 예로, 한국 공개특허공보 제2007-0103128호의 "자연수력발전장치"에 의하면, "상류저수지를 설치하고 그 하부에는 하류저수지를 설치하고 하류저수지 하부에는 물흡입증가탱크 안착하고 상류저수지와 물흡입증가탱크를 하류수로관으로 연결하여주고 하류저수지 하부에는 양수펌프를 하류물공급관으로 물흡입증가탱크 상부에 연결하여주고 물흡입증가탱크 하부에는 하류수로관을 길게 연결하여 하류저수지 내 설치된 터빈(발전기기)에 설치한데 있어서 하류저수지물이 상류저수지 물 수압에 의해서 하류저수지물을 터빈까지 순환할 수 있도록 하는 것"을 제안하고 있다.

하지만 상기와 같은 구성은 복잡한 구조로 인해 시공기간이 상당히 길고 막대한 비용과 인력이 소요될 뿐 아니라, 이로 인한 심각한 자연환경을 훼손하고 특히, 생태계를 파괴하는 문제점이 상당히 발생한다. 또한 후자에 경우에는 수력을 발생하기 위해 별도의 가동펌프를 통하여 물을 상부로 이송하는 구성을 제안하고 있기 때문에 전력 생산에 있어 매우 비효율적인 문제가 있다.

또 다른 예로, 한국 공개특허공보 제2010-0104694호의 "수평식 수력발전시스템"에 의하면, "하천의 폭에 대응하며 소정의 깊이로 잠겨져 유체의 유동에 의해 회전할 수 있도록 회전축(12)에 다수의 회전날개(14)가 형성된 회전체(10)와; 상기 회전체(10)가 하천의 유동방향과 교차되어 회전토록 지지하는 지지부재(20)와; 상기 회전체(10)의 회전축(12)에 축설되어 회전축(12)의 회전속도를 증대시켜 발전기(60)에 전달토록 하는 증속수단(70)과; 상기 증속수단(70)과 연결되어 동력을 발생시키는 발전기(60);로 구성되는 것"을 제안하고 있다.

하지만 상기와 같은 구성은 낙차가 아주 큰 경우에만 사용하는 충동수차인 펠턴수차형을 이용하기 때문에 비교적 유속이 작은 강이나 하천 및 계곡에는 시공이 불가능하고, 더불어 펠턴수차형은 수면과 닿는 면적이 최대한 커야 제대로 작동하기 때문에 전체적인 크기가 길이 방향으로 길게 제작해야 되는 구조적인 문제점이 있다. 따라서 강이나 하천 및 계곡에 따른 다양한 지형에 의한 폭을 고려하여 시공해야 되는 폐단이 있다.

또한 수차가 외부로 상당히 노출되어 있어 태풍과 같은 바람의 영향까지 직접적으로 받아 심각한 고장을 유발하고, 겨울철 기온저하로 인하여 흐르는 물이라도 상부층은 고체상태인 얼음으로 변하기 때문에 우리나라 계절의 특성상 설치가 불가능하며 특히, 돌이나 나무 등의 중ㆍ대형 이물질이 흘러내려 수차를 타격하게 되면 장치가 완전히 파괴되는 등의 심각한 문제를 초래하게 된다.

한국 공개특허공보 제2007-0016744호 "수력 발전방법 및 장치" 한국 공개특허공보 제2007-0103128호 "자연수력발전장치" 한국 공개특허공보 제2010-0104694호 "수평식 수력발전시스템"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 상당한 비용이 발생하는 댐을 건설하지 않고도 전력을 생산할 수 있어 대체에너지로 적용이 가능하고, 강이나 하천 및 계곡 등과 같은 다양한 장소에 구애받지 않고 비교적 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며 변화무쌍한 기상과 계절에 영향을 직접적으로 받지 않아 고장율을 방지하고 수력에 비해 발전효율이 높고 정비가 용이하면서 특히, 자연환경을 훼손하지 않아 생태계를 파괴하는 문제점을 방지하는 수력발전기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 강이나 하천 또는 계곡 상에 설치되어 수력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 있어서: 상기 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면과 고정되게 콘크리트 구조물로 매설되고, 상부로 하나 이상의 가이드를 개재하는 하부프레임; 상기 하부프레임의 가이드와 대응되는 유동홈을 구비하고, 수면의 높이에 따라 상하 유동하는 부력체를 구비하는 승강프레임; 상기 승강프레임의 상부면에 결합되면서 상단으로 유동홈을 개재하고, 중앙으로 자동 또는 수동으로 회동하는 핸들과, 상기 핸들에 의해 회전력을 전달하는 기어박스와, 상기 기어박스에 맞물려 회전하는 스크류축을 개재하는 승강기구를 구비하는 상부프레임; 상기 상부프레임의 유동홈에 삽입되는 가이드를 구비하고, 수력에 의해 회전하는 프로펠러를 구비하며, 물이 유입되는 전방으로 이물질의 유입을 방지하는 보호망을 구비하는 동력변환기; 및 상기 동력변환기의 상단에 결합되고 상기 프로펠러와 연결되어 전력을 생산함과 동시에 배선으로 연결되어 생산된 전력이 저장되도록 배터리를 개재하는 발전기를 구비하는 발전장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명에 따른 상기 동력변환기와 발전장치는 하부프레임과 승강프레임으로부터 하나 이상 연설하여 대량의 전력을 생산하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수력발전기는 상당한 비용이 발생하는 댐을 건설하지 않고도 전력을 생산할 수 있어 대체에너지로 적용이 가능하고, 강이나 하천 및 계곡 등과 같은 다양한 장소에 구애받지 않고 비교적 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며 변화무쌍한 기상과 계절에 영향을 직접적으로 받지 않아 고장율을 방지하고 수력이 비해 발전효율이 높고 정비가 용이하면서 특히, 자연환경을 훼손하지 않아 생태계를 파괴하는 문제점을 방지하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 수력발전기를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 수력발전기를 다양한 각도로 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수력발전기를 분리하여 나타내는 분해도.
도 4는 본 발명에 따른 상부프레임을 상세하게 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 동력변환기와 발전장치를 상세하게 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수력발전기의 발전장치를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 변형예에 따른 수력발전기를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 수력발전기의 설치상태와 작동상태를 나타내는 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 수력발전기의 교체 및 정비에 따른 사용자의 조작에 의한 사용상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수력발전기를 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 수력발전기를 다양한 각도로 나타내는 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 수력발전기를 분리하여 나타내는 분해도, 도 4는 본 발명에 따른 상부프레임을 상세하게 나타내는 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 동력변환기와 발전장치를 상세하게 나타내는 구성도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수력발전기의 발전장치를 나타내는 사시도, 도 7은 본 발명의 변형예에 따른 수력발전기를 전체적으로 나타내는 구성도이다.

본 발명은 강이나 하천 또는 계곡 상에 설치되어 수력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기와 관련되며, 하부프레임(10), 승강프레임(20), 상부프레임(30), 동력변환기(40), 발전장치(50)를 주요 구성으로 한다.

본 발명에 따른 하부프레임(20)은 상기 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면과 고정되게 콘크리트 구조물(11)로 매설되고, 상부로 하나 이상의 가이드(12)를 개재한다. 하부프레임(10)은 강이나 하천 또는 계곡 상으로 설치하기 위해 고정하기 위한 것으로, 하부에는 바닥면과 고정되도록 콘크리트 구조물(11)로 매설한다. 물론 콘크리트 구조물(11)에는 강도를 위하여 철재프레임등과 같은 다양한 골재들이 포함된다. 이때, 도면으로 도시하지 않았지만 콘크리트를 사용하는 구조물(11)에 국한되지 않고 필요에 따라 철재프레임을 이용한 구조물(11)로도 충분히 사용이 가능하다. `

이는 흐르는 물의 바닥으로 콘크리트를 시공하기에는 비용과 인력 및 시간이 많이 소요되고 특히, 환경을 훼손하기 때문에 필요에 따라 선택적으로 사용하기 위함이다. 즉, 언급한 철재프레임 구조물(11)은 소정의 길이를 지닌 포스트를 구비하여 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면 내부로 식재하여 고정하는 방식도 가능하다.

이때, 상기 콘크리트 구조물(11) 상으로 하나 이상의 가이드(12)를 개재하는데 가이드(12)는 상기 콘크리트 구조물(11)로 부터 일체형 또는 분리형으로 형성한다. 이러한 가이드(12)는 후술하는 승강프레임(20)과 직접적으로 연결되면서 주요구성부의 하중을 부여 받기 때문에 이에 부합되는 강성을 지니면서 상기 콘크리트 구조물(11)과 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 승강프레임(20)은 상기 하부프레임(10)의 가이드(12)와 대응되는 유동홈(21)을 구비하고, 수면의 높이에 따라 상하 유동하는 부력체(22)를 구비한다. 승강프레임(20)은 강이나 하천 또는 계곡의 흐르는 수면의 상층에 지지하는 것으로 수면의 상층을 지지하기 위한 부력을 충분히 받을 수 있도록 다소 넓게 형성된다. 이러한 승강프레임(20)은 전술한 하부프레임(10)에 구비된 가이드(12)와 대응되는 위치와 크기로 관통되는 유동홈(21)을 구비한다. 따라서 승강프레임(20)에 구비된 유동홈(21)으로 가이드(12)가 삽입되어 상하유동하게 된다. 이때, 유동홈(21)으로는 가이드(12)로부터 원활한 유동을 위하여 부싱과 같은 미끄럼부재를 병행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 승강프레임(20)은 하부에 원활한 수면층을 지지하기 위해 스티로폼 또는 발포 우레탄 등으로 이루어진 부력체(22)를 구비한다. 물론 승강프레임(20) 또한 부력체(22)와 동일한 소재로 이루어질 수 있으나 이러한 소재들은 강성에 취약하기 때문에 별의의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 승강프레임(20)은 하부프레임(10)의 가이드(12)로 부터 수면의 높이에 따라 상하로 유동하게 된다. 이러한 승강프레임(20)의 상하유동작용은 후술하는 동력변환기(40)가 기상에 의한 수면의 높이에 따른 변화에 적절하게 대응하기 위함이다.

또한, 본 발명에 따른 상부프레임(30)은 상기 승강프레임(20)의 상부면에 결합되면서 상단으로 유동홈(31)을 개재하고, 중앙으로 승강기구(35)를 구비한다. 상부프레임(30)은 내부 중앙으로 소정의 공간을 구비하는 박스형으로서, 내부가 개방된 형태로 도면을 도시하였으나 내부가 외부로부터 완전히 밀폐된 형태로도 형성할 수 있다. 이러한 상부프레임(30)은 승강프레임(20)의 상부면으로 결합된다. 따라서 상부프레임(30)은 승강프레임(20)과 같이 수면의 높이에 따라 상하로 유동하면서 외부로 노출하게 된다.

이때, 상기 상부프레임(30)의 상단으로 유동홈(31)이 개재되고 중앙으로 승강기구(35)를 구비하는데 이러한 유동홈(31)과 승강기구(35)는 후술하는 동력변환기(40)와 연결되어 상기 동력변환기(40)가 조작에 의해 상부프레임(30)으로부터 상하로 유동 가능한 역할을 수행한다. 즉, 동력변환기(40)에 구비된 가이드(41)가 유동홈(31)으로 삽입되어 상기 유동홈(31)을 기준하여 동력변환기(40)가 상하로 유동가능하게 된다. 물론 유동홈(31) 또한 전술한 승강프레임(20)의 유동홈(21)과 같이 원활한 유동을 위하여 부싱과 같은 미끄럼부재를 병행하는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명의 상기 상부프레임(30)의 승강기구(35)는 자동 또는 수동으로 회동하는 핸들(36)과, 상기 핸들(36)에 의해 회전력을 전달하는 기어박스(37)와, 상기 기어박스(37)에 맞물려 회전하는 스크류축(38)을 구비한다. 승강기구(35)는 상부프레임(30)의 중앙으로 형성되어 후술하는 동력변환기(40)를 상하로 유동되게 한다. 즉, 승강기구(35)는 모터에 의해 자동으로 회전하는 핸들(36) 또는 사용자에 의해 수동으로 회전하는 핸들(36)을 구비하고, 핸들(36)과 연결되는 기어박스(37)를 구비한다.

이러한 기어박스(37)는 핸들(36)에 인가되는 회전수를 감소하면서 토크를 증대시키고 회전력에 의한 축의 방향을 전환하는 기능을 수행하는 것으로, 내부에 스퍼기어, 베벨기어, 워엄기어, 래크와 피니언기어 중 위치와 회전수, 토크 및 기어비에 따라 선택적으로 택일하거나 조합하여 사용한다. 기어박스(37)는 내부로 맞물려 회전력이 최종적으로 출력하는 스크류축(38)을 구비한다. 스크류축(38)은 외주면이 전체적으로 나선을 구비하는 것으로, 후술하는 동력변환기(40)와 연결되어 직접적으로 상기 동력변환기(40)를 상하로 유동하는 역할을 수행한다. 물론 이러한 스크류축(38) 대신에 도 4에 도시된 바와 같이 로프 및 와이어(38a) 또는 래크(38b)를 이용하여 구비할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 동력변환기(40)는 상기 상부프레임(30)의 유동홈(31)에 삽입되는 가이드(41)를 구비하고, 수력에 의해 회전하는 프로펠러(42)를 구비한다. 동력변환기(40)는 강이나 하천 또는 계곡에서 자연적으로 발생하는 수력을 기계적 에너지로 변환해 주는 장치이다. 즉, 동력변환기(40)는 수력의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 프로펠러(42)를 구비하고 상기 프로펠러(42)를 수용하면서 수력을 증대시키기 위한 하우징(43)으로 구성되어 있다. 프로펠러(42)는 물에 완전히 잠기는 반동수차형으로서 유량의 변화에 따라 날개깃의 각도를 변화시킬 수 있도록 개량된 카플란수차를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징(43)의 외주면으로 가이드(41)를 구비하게 되는데 이러한 가이드(41)는 전술한 상부프레임(30)의 유동홈(31)에 삽입되어 상하유동 하는 역할을 수행한다. 이때, 상기 하우징(43)의 외주면으로 전술한 승강기구(35)에 구비한 스크류축(38)과 대응되는 스크류홈(44)을 구비한다. 따라서 상기 스크류축(38)이 회전을 하게 되면 스크류홈(38)에 의하여 동력변환기(40)가 상하로 유동하게 된다.

이때, 본 발명의 상기 동력변환기(40)는 물이 유입되는 전방으로 이물질의 유입을 방지하는 보호망(45)을 구비한다. 동력변환기(40)는 수력에 의해 회전하는 프로펠러(42)가 이물질로 부터 보호하기 위하여 물이 유입되는 하우징(43)의 전방으로 보호망(45)을 구비한다. 보호망(45)은 간격이 좁은 망 형태로서 철재 또는 수지재로 이루어지는데 이물질의 충격에 충분히 견딜 수 있도록 철재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 이물질이 보호망(45)에 걸려서 물의 유입을 방해하지 않기 위하여 전방으로 향하면서 점점 좁아지는 유선형으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 발전장치(50)는 상기 동력변환기(40)의 상단에 결합되고 상기 프로펠러(42)와 연결되어 전력을 발생하는 발전기(51)를 구비한다. 발전장치(50)는 외부로부터 밀폐된 박스형으로서 동력변환기(40)의 상단으로 일체 또는 분리형으로 결합된다. 이러한 발전장치(50)의 내부에는 AC 또는 DC 타입의 발전기(51)를 구비하고 상기 발전기(51)의 입력축으로 프로펠러(42)와 벨트 또는 체인 및 기어로 연결된다. 따라서 프로펠러(42)에 발생된 동력의 손실을 최소화하기 위해 동력변환기(40)와 인접되는 상단으로 구비하는 것이 바람직하나, 상부프레임()의 일측에 위치하여도 무방하다. 또한 수력에 따라 발전기(51)의 입력축으로 기어박스를 추가하여 발전효율을 증대시키는 것도 가능하다.

이때, 본 발명의 상기 발전장치(50)는 발전기(51)와 배선으로 연결되어 생산된 전력이 저장되도록 배터리(52)를 구비한다. 발전기(51)에서 전력이 생산되면 직접적으로 전력을 소비하는 장치와 연결하는 것도 가능하지만, 이러한 장치가 전력을 더 이상 소비하지 않을 경우에는 생산된 전력을 버리게 되는 폐단이 발생한다. 따라서 발전기(51)로부터 생산된 전력을 저장하기 위하여 도 6처럼 배터리(52)를 구비한다. 배터리(52)는 다양한 타입으로 이루어지는데 저장효율에 따라 택일하여 사용한다.

이에 따라, 발전기(51)로 부터 지속적으로 생산된 전력을 버리지 않고 저장하기 때문에 발전효율을 극대화시킬 수 있다. 물론 발전기(51)와 전력을 소비하는 장치와 직접적으로 연결하지 않고 외부에서 별도의 배터리(52)를 연결하여 생산된 전력을 저장하는 것도 가능하다. 이때, 배터리(52)는 저장용이 아닌 비교적 작은 용량을 지닌 콘덴서를 사용하여도 무방하다. 즉, 발전기(51)로부터 생산된 전력의 맥동을 방지하여 평활하고 안정된 전압과, 발생된 고주파 및 저주파 필터역할과 단자의 보호할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 변형예로서 상기 동력변환기(40)와 발전장치(50)는 하부프레임(10)과 승강프레임(20)으로부터 하나 이상 연설하여 대량의 전력을 발생한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 동력변환기(40)와 발전장치(50)는 하나의 하부프레임(10)과 승강프레임(20)으로부터 하나 이상 연설하여 구비한다. 이러한 구조는 강이나 하천과 같이 비교적 폭이 넓은 장소에 설치하여 비용을 절감하면서 대량의 전력을 생산하기 위함이다. 물론 본 발명에 따른 수력발전기의 기본구조를 하나 이상 연설하는 것도 가능하다. 어느 경우에나 비용과 장소 및 전력효율을 고려하여 선택적으로 택일하여 구비할 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 수력발전기의 설치상태와 작동상태를 나타내는 구성도, 도 10은 본 발명에 따른 수력발전기의 교체 및 정비에 따른 사용자의 조작에 의한 사용상태도이다.

본 발명에 따른 수력발전기의 설치와 작동 및 사용 상태에 있어서, 먼저 도 8과 같이 하부프레임(10)의 콘크리트 구조물(11)은 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면으로 매설되어 설치된다. 이때, 수면의 높이에 따라 상하 유동하는 승강프레임(20)에 의해 상기 승강프레임(20)은 수면층의 상부로 위치하게 된다.

즉, 일반적으로 수심은 크게 수면층, 중층, 바닥층으로 나뉘는데 수면층이란 외부에서 노출되는 수면의 층을 일컫는다. 이러한 수면층의 상부로 위치하는 승강프레임(20)으로 상부프레임(30)이 결합되어 수면 위로 완전히 노출하게 된다. 또한 상부프레임(30)에 개재되는 유동홈(31)과 결합되는 동력변환기(40)는 승강기구(35)에 의해 수면층의 하부인 중층에 잠기도록 한다. 따라서 물의 낙차(흐름)로 인한 수력이 발생하게 되고 이러한 수력을 동력변환기(40)를 통하여 회전력을 발전장치(50)로 인가하여 전력을 생산한다.

이때, 도 9와 같이 장마나 소나기와 같은 비가 내림에 따라 수면이 높아지게 되는데 부력체(22)를 구비하는 승강프레임(20)에 의하여 적절하게 높이를 조절하게 된다. 물론 이와 반대로 가뭄과 같이 수면의 높이가 낮아지게 되면 승강프레임(20)에 의하여 높이가 낮아지기 때문에 항상 동력변환기(40)를 수심의 중층으로 잠기도록 한다. 따라서 기상에 변화에 따라 적절하게 대응하면서 지속적인 전력을 생산할 수 있게 된다.

또한, 도 10과 같이 상시 수심에 잠기거나 오랜 시간이 흐르다 보면 동력변환기(40) 또는 발전장치(50)가 예기치 못하는 상황으로 고장이 발생하게 된다. 또한 이러한 고장을 미연에 방지하기 위해 정기적으로 점검을 수행하여야 되는데 동력변환기(40)가 수심의 중층 상에 잠겨있기 때문에 정비가 용이하지 못하다. 따라서 상부프레임(30)에 구비되는 승강기구(35)를 통하여 수면층 상부로 올려 정비 및 점검을 수행한다. 즉, 승강기구(35)에 구비되는 조작에 의해 핸들(36)을 회동시켜 스크류축(38)을 가동한다. 이때, 스크류축(38)은 동력변환기(40)의 하우징(43)에 구비된 스크류홈(44)과 결합되어 있기 때문에 상하로 유동이 가능하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 상당한 비용이 발생하는 댐을 건설하지 않고도 전력을 생산할 수 있어 대체에너지로 적용이 가능하고 강이나 하천 및 계곡 등과 같은 다양한 장소에 구애받지 않고 비교적 쉽고 간편하게 설치할 수 있으며 변화무쌍한 기상과 계절에 영향을 직접적으로 받지 않아 고장율을 방지하고 수력이 비해 발전효율이 높고 정비가 용이하면서 특히, 자연환경을 훼손하지 않아 생태계를 파괴하는 문제점을 방지할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 하부프레임 11: 구조물
12: 가이드 20: 승강프레임
21: 유동홈 22: 부력체
30: 상부프레임 31: 유동홈
35: 승강기구 36: 핸들
37: 기어박스 38: 스크류축
40: 동력변환기 41: 가이드
42: 프로펠러 43: 하우징
44: 스크류홈 45: 보호망
50: 발전장치 51: 발전기
52: 배터리

Claims

강이나 하천 또는 계곡 상에 설치되어 수력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기에 있어서:
상기 강이나 하천 또는 계곡의 바닥면과 고정되게 콘크리트 구조물(11)로 매설되고, 상부로 하나 이상의 가이드(12)를 개재하는 하부프레임(10);
상기 하부프레임(10)의 가이드(12)와 대응되는 유동홈(21)을 구비하고, 수면의 높이에 따라 상하 유동하는 부력체(22)를 구비하는 승강프레임(20);
상기 승강프레임(20)의 상부면에 결합되면서 상단으로 유동홈(31)을 개재하고, 중앙으로 자동 또는 수동으로 회동하는 핸들(36)과, 상기 핸들(36)에 의해 회전력을 전달하는 기어박스(37)와, 상기 기어박스(37)에 맞물려 회전하는 스크류축(38)을 개재하는 승강기구(35)를 구비하는 상부프레임(30);
상기 상부프레임(30)의 유동홈(31)에 삽입되는 가이드(41)를 구비하고, 수력에 의해 회전하는 프로펠러(42)를 구비하며, 물이 유입되는 전방으로 이물질의 유입을 방지하는 보호망(45)을 구비하는 동력변환기(40); 및
상기 동력변환기(40)의 상단에 결합되고 상기 프로펠러(42)와 연결되어 전력을 생산함과 동시에 배선으로 연결되어 생산된 전력이 저장되도록 배터리(52)를 개재하는 발전기(51)를 구비하는 발전장치(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수력발전기.
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제1항에 있어서,
상기 동력변환기(40)와 발전장치(50)는 하부프레임(10)과 승강프레임(20)으로부터 하나 이상 연설하여 대량의 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 수력발전기.