KR101060350B1 - 수력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 작은 용량의 수력이 작용하는 장소에서도 용이하게 설치하여 발전할 수 있고, 증속기의 증속비율을 높이지 않더라도 발전기의 회전수를 증가시킬 수 있는 수력발전장치를 제공하는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 고정자와 회전자의 상대회전에 의해 발전이 이루어지는 발전기와, 상기 고정자를 회전시키는 제1회전축과 상기 회전자를 회전시키는 제2회전축이 서로 반대측에 설치되어 있는 발전체와, 길이방향의 수력을 받아 상기 제1회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제1날개가 설치된 제1회전체와, 길이방향의 수력을 받아 상기 제2회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제2날개가 설치된 제2회전체를 포함하되, 상기 제1날개와 상기 제2날개가 부착되는 나선의 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 수력발전장치를 제공한다.

Description

수력발전장치{Hydraulic power generating apparatus}
본 발명은 물의 유동에너지를 이용하여 발전하는 수력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전체를 중심으로 양측에 서로 반대방향의 회전이 발생하는 회전체를 각각 설치하여 발전하는 방식의 수력 발전 장치에 관한 것이다.
근래, 지구 온난화 등과 같은 환경문제와 결부되어 화석연료를 사용하지 않는 발전방식에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.
그러한 친환경 발전방식 중 물의 흐름을 이용하는 수력발전이나 조력발전 방식이 오랫동안 이용되어 왔으나, 그와 같은 발전방식는 물을 저수하거나 발전설비를 지탱하기 위하여 대형 고정구조물이 설치되어야 하므로 건설비가 과다하게 소요되고, 설치와 유지보수에도 많은 어려움이 있었다. 또한, 발전설비가 설치되기 위해서는 까다로운 입지조건을 만족시켜야 하므로 물의 유속이 있는 지점에 쉽게 설치할 수 없으며, 일단 발전설비가 설치된 이후에는 상황변화에 따라 철거 및 재설치하기 어려운 문제점이 있었다.
한편, 일반적으로 수력발전장치에는 임펠러가 가지는 저회전 고토크 특성의 에너지를 고회전 저토크 특성으로 작동되는 발전기에 전달하기 위하여 증속기가 설치된다.
그와 같은 증속기는 큰 증속비(기어비)로 인하여 마모가 발생하면 수명단축의 문제가 있었고, 증속비의 증가에 따라 동력손실량의 증가율이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 과도한 증속비를 가진 증속기를 사용하지 않더라도 설계된 목표회전수를 달성할 수 있는 발전장치가 개발될 필요가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 작은 용량의 수력이 작용하는 장소에서도 용이하게 설치하여 발전할 수 있는 수력발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 증속기의 증속비율을 높이지 않더라도 발전기의 회전수를 증가시킬 수 있는 수력발전장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고정자와 회전자의 상대회전에 의해 발전이 이루어지는 발전기가 설치되고, 상기 고정자를 회전시키는 제1회전축과 상기 회전자를 회전시키는 제2회전축이 서로 반대 측에 설치되어 있는 발전체와; 길이방향의 수력을 받아 상기 제1회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제1날개가 설치된 제1회전체와; 길이방향의 수력을 받아 상기 제2회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제2날개가 설치된 제2회전체를 포함하되, 상기 제1날개와 상기 제2날개가 부착되는 나선의 방향은 서로 반대이고, 상기 발전체에는 상기 제1회전체와 상기 제2회전체가 모두 상기 발전체에 대하여 회전이 제동될 수 있도록 설치되는 제동장치와, 회전을 정지시키기 위해 상기 발전체의 양측으로 펼쳐지고 수중에서 부유하는 부유체로 형성된 회전방지날개가 더 포함되는 수력발전장치를 제공한다.
상기에서, 제1회전체와 제2회전체는 동일한 직경의 원기둥형상이고, 상기 발전체는 상기 직경과 동일하거나 작은 직경인 것이 바람직하다.
다른 관점에서 본 발명은, 원기둥형상으로 성형되고 그 외주면에 방사상으로 돌출되어 길이방향을 따라 나선형상으로 감기는 날개를 구비하는 제1회전체와; 상기 제1회전체의 길이방향과 동일한 길이방향으로 배치되고 원기둥형상으로 성형되며, 그 외주면에 방사상으로 돌출되어 그 길이방향을 따라 나선형상으로 감기는 날개를 구비하되 상기 제1회전체의 날개의 나선방향과 반대방향으로 감기는 날개를 구비하는 제2회전체와; 상기 제1회전체와 상기 제2회전체의 사이에 배치되고, 고정자와 회전자를 포함하는 발전기가 설치되며, 상기 제1회전체의 중심축과 상기 제2회전체의 중심축이 상기 고정자와 상기 회전자를 회전시키도록 각각 연결되어 상기 제1회전체와 제2회전체의 길이방향으로 작용하는 수력에 대하여 상기 고정자와 상기 회전자의 상대회전이 발생되도록 구성된 발전체를 포함하되, 상기 발전체에는 상기 제1회전체와 상기 제2회전체가 모두 상기 발전체에 대하여 회전이 제동될 수 있도록 설치되는 제동장치와, 회전을 정지시키기 위해 상기 발전체의 양측으로 펼쳐지고 수중에서 부유하는 부유체로 형성된 회전방지날개가 더 포함되는 수력발전장치를 제공한다.
상기 수력발전장치는 전체의 평균비중이 1 또는 그 이하이고 수중에서 수평으로 부유하는 것이 바람직하다.
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상기와 같은 구성을 가진 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명의 수력발전장치는 제1회전체, 발전체 및 제2회전체가 순서대로 배치되고 제1회전체 및 제2회전체의 길이방향으로 수력을 받는 구조이므로, 수심이 깊지 않고 폭이 넓지 않은 곳에서도 설치가 가능하다. 만일, 프로펠러형의 큰 용량의 임펠러가 설치되는 경우, 임펠러를 충분히 작동시킬 수 있는 수심과 넓은 폭이 요구되나, 본 발명은 그러한 조건이 요구되지 않는다. 또한, 제1회전체 및 제2회전체의 길이를 늘이거나 순차적으로 다수 개를 배열함으로써 수심이 깊지 않고 폭이 넓지 않은 하천 등에서 발전용량을 쉽게 증가시킬 수 있다.
둘째, 본 발명의 수력발전장치는 소용량으로 제작이 가능하고, 철거 및 이동설치가 용이하므로 바다 뿐 아니라 산간벽지 등 자체 발전이 필요한 곳에 설치하여 쉽게 전기에너지를 얻을 수 있다.
셋째, 본 발명의 수력발전장치는 제1회전체와 제2회전체가 서로 반대방향으로 회전하여 발전기의 고정자와 회전자를 각각 회전시키고 있으므로 고정자와 회전자의 상대회전수를 증가시킬 수 있다. 이는 발전을 위해 설계된 목표회전수를 달성하기 위하여 제1 및 제2회전체와, 발전기 사이에 증속비가 낮은 증속기도 설치가 가능함을 의미한다. 또한, 증속기의 증속비를 낮출 수 있음에 따라 마모 등에 따른 수명감소와 동력손실의 문제가 적고, 내구성을 향상시킬 수 있다.
넷째, 본 발명의 수력발전장치는 제1회전체와 제2회전체 사이에 발전체가 위치하고 있으므로 제1회전체의 앞부분에서 수류의 흐름이 방해받지 않는다.
다섯째, 본 발명의 수력발전장치는 케이블(지지케이블)에 의해 지지될 수 있고 수중에서 부유하도록 구성됨으로써, 수심의 변화에 쉽게 적응할 수 있다. 특히, 수력에너지가 큰 수면 부근에 위치될 수 있다. 또한, 육상의 지지물이나 수중에 투하되는 앵크(anchor)구조물에 연결되는 케이블에 의해 지지됨으로써 고비용 및 장기간 공사가 필요한 수중구조물을 설치할 필요가 없다.
여섯째, 본 발명의 수력발전장치는 제동장치 및 회전방지날개가 설치됨으로써 수리 및 점검이 필요할 경우, 수력이 계속 작용하고 있는 현장에서도 정지된 상태로 작업할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 평면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전체의 상세구성도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제동장치의 상세구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 회전방지날개가 펼쳐진 상태의 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 회전방지날개의 작용설명도
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 지지구조를 변경한 구성도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 발전체를 간략화시킨 구성도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 회전체 및 발전체를 연속적으로 배열한 수력발전장치의 구성도
본 발명에 따른 수력발전장치의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 발전기(21)의 고정자와 회전자는 그것이 위치하고 있는 하우징에 대한 고정여부와는 상관없이 발전기(21)의 송전선과 연결되는 측이 고정자(217)이고, 고정자(217)의 주위를 상대회전하는 측이 회전자(213)이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치는 중간에 설치된 발전체(20)와, 그 양쪽에서 수력에 의해 회전이 발생되는 제1회전체(11)와 제2회전체(12)를 포함한다.
상기 제1회전체(11)와 제2회전체(12)는 발전체(20)를 중심으로 양쪽에 대칭으로 설치되되, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 그 날개의 감긴 방향이 서로 반대로 형성되어 동일 방향의 수력에 대하여 그 회전이 서로 반대로 발생되고 있다.
또한, 상기 제1회전체(11)와 제2회전체(12)는 중실 또는 중공의 기둥형상이고 서로 동일한 직경을 가지는 것이 바람직하며, 원활한 회전력 발생을 위해 상기 날개는 각 회전체에 1회전 단위(1피치 단위)로 1회전수 또는 복수회전수로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 제1회전체(11)와 제2회전체(12)가 기둥형상으로 형성되고 그 외주면에 나선으로 감기는 날개(112,122)로 구성됨으로써 프로펠러형의 임펠러에 비하여 수류의 흐름이 크게 교란되지 않아 제1회전체(11)보다 후측에서 수력을 받고 있는 제2회전체(12)도 충분히 수력을 받을 수 있고, 수심이 얕거나 좁은 강폭의 수력발생영역에 설치가 가능하다.
상기 제1회전체(11)와 제2회전체(12)는 각각 평균비중이 1 또는 그 이하가 되도록 설계되되 길이방향을 따라 가급적 균일한 비중인 것이 바람직하다. 물론, 발전체(20)도 공기실, 부력구 등을 활용하여 평균비중이 1 또는 그와 유사하도록 설계함으로써 제1회전체(11)와 제2회전체(12) 및 발전체(20)를 포함하는 전체의 평균비중이 1 또는 그 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 수중에서 부력이 발생하여 수력에너지가 큰 수면 가까운 영역에 수평으로 유지될 수 있다. 한편, 제1회전체(11)와 발전체(20) 사이와, 제2회전체(12)와 발전체(20) 사이에는 유니버셜죠인트(32)에 의해 중심축(113,123)이 연결되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에는 본 발명의 수력발전장치가 고정되기 위하여 제1회전체(11)의 선단부(31)가 지지케이블(33)에 의해 고정된다. 상기 지지케이블(33)은 지지체(30)를 고정하고 있으며, 지지체(30)는 내부의 베어링에 의해 제1회전체(11)에서 연장되는 선단부(31)의 자유로운 회전을 허용하고 있다. 상기 선단부(31)는 유니버셜죠인트(32)가 설치되어 지지체(30)에 연결됨으로써 제1회전체(11)의 기울어짐을 흡수할 수 있도록 한다.
상기 지지케이블(33)은 다른 지지수단으로 변경하여 본 실시예의 수력발전장치를 지지할 수 있으므로 그러한 지지구조는 후술하기로 한다.
상기와 같은 제1회전체(11)와 제2회전체(12)는 수력의 작용방향에 대하여 길이방향으로 설치됨으로써 회전이 발생한다.
도 3은 본 실시예에 따른 발전체(20)의 구조를 보다 구체적으로 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 발전체(20)는 발전기(21)와, 제동장치(27,28)와, 회전방지날개(25,26)를 포함한다. 발전체(20)는 제1회전체(11)와 제2회전체(12)의 직경과 동일 또는 그보다 작게 형성함으로써 후측에 위치하는 제2회전체(12)에 작용하는 물의 흐름을 방해하지 않도록 한다.
상기 발전기(21)는 고정자(217)와 회전자(213)의 상대회전에 의해 발전이 이루어지는 것으로, 상기 제1회전체(11)의 중심축(113)과 상기 제2회전체(12)의 중심축(123)이 상기 고정자(217)와 상기 회전자(213)를 회전시키도록 각각 연결된다. 즉, 고정자(217)에 설치된 제1회전축(212)과, 회전자(213)에 설치된 제2회전축(216)에 상기 제1회전체(11)와 상기 제2회전체(12)의 중심축(113,123)이 각각 연결된다. 이는, 제1회전체(11)가 고정자(217)를 회전시키고 제2회전체(12)가 회전자(213)를 고정자(217)와 반대방향으로 회전시키기 위한 것이며, 고정자(217)와 회전자(213)의 자리를 바꾸어 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)가 회전자(213)와 고정자(217)에 각각 연결되는 것도 가능함은 물론이다. 상기의 회전자(213)와 고정자(217)는 발전체(20)에 고정되지 않은 상태에서 발전체(20)에 대하여 모두 회전될 수 있는 상태이다. 따라서, 후술하는 2개의 증속기(221,222)가 발전체(20)에 고정된 상태에서 회전자(213)와 고정자(217)를 출력 측에서 각각 회전시키고 있다.
회전하는 고정자(217)에서 발생하는 전력의 송전을 위해서는, 회전축을 중심으로 고정자(217) 케이싱(215)의 외면 둘레에 전극링(미도시)을 설치하고 발전체(20)에 설치된 접지판(미도시)이 상기 전극링에 접촉하여 회전에 의한 슬립이 발생하는 중에도 전기적으로 연결됨으로써 가능하다. 송전선은 제1회전체(11)의 내부를 통과하여 지지케이블(33)에 부착되어 외부와 연결되는 것이 바람직하며, 송전선로의 중간에 상대적인 회전이 발생하는 부분에서는 상기와 같이 전극링과 접지판의 접촉에 의해 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)의 중심축은 증속기(221,222)를 매개로 고정자(217)와 회전자(213)에 연결된다. 증속기(221,222)는 발전체(20)에 고정된 상태로 설치되고, 양측 증속기(221,222)는 서로 반대방향의 회전을 출력하고 있다. 양측 증속기(221,222)는 동일한 규격의 증속기(221,222)가 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)는 발전체(20)에 대하여 상대적인 회전이 정지될 수 있도록 제동장치(27,28)가 각각 설치된다. 상기 제동장치(27,28)는 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)의 중심축에 고정되는 제동디스크(29)를 포함하고 그것에 마찰력을 가하는 방식으로 설치된다.
도 4는 상기 제동장치(27)의 구성이 보다 상세히 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 제동장치(27)는 전자석(283)에 의해 작동하는 제동장치(27)로 구성된다. 유압작동방식의 제동장치는 구성이 복잡하고 중량체이므로 본 실시예에서는 전자석에 의한 제동방식이 보다 바람직하다.
제동장치(27)는 전자석(283)과 자석구동체(284)와 마찰패드(281) 및 스프링(285)을 포함한다. 전자석(283)은 자석구동체(284)에 설치된 자석에 척력을 발생시키고 그 척력에 의해 자석구동체(284)가 전자석(283)으로부터 밀려나게 된다. 자석구동체(284)의 타단에는 마찰패드(281)가 설치되어 있으며, 마찰패드(281)는 제1회전체(11) 또는 제2회전체(12)의 중심축(113,123)에 고정되는 제동디스크(29)의 표면을 가압하여 마찰을 발생시킨다. 전자석(283)에 전류가 인가되지 않은 경우에는 스프링(285)에 의해 마찰패드(281)가 제동디스크(29)의 표면에서 이격된다. 상기와 같은 제동장치(27)를 구동시키기 위한 전력은 발전된 자체전력을 활용할 수 있으나, 보다 안정적인 작동을 위해서는 외부에서 별도의 전력선에 의해 공급받는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 발전체(20)에는 회전방지날개(25,26)가 설치된다.
상기 회전방지날개(25,26)는 수리, 점검 등의 상황에서 발전체(20)의 회전을 방지하기 위한 구성이다. 회전방지날개(25,26)는 발전체(20)를 기준으로 양측으로 필요시 버턴(미도시) 조작에 의해 펼쳐지도록 구성하며, 수중에서 부유하는 부유체 즉, 공기실을 구비하거나 부력구를 포함하여 제작된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 수력발전장치의 작용을 설명한다.
먼저, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 제1회전체(11)의 선단부(31)가 지지체(30)에 걸린 상태에서 지지케이블(33)에 의해 지지체(30)가 고정되도록 현장에 설치된다. 또한, 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)의 길이방향은 수력의 방향으로 배열되도록 설치된다.
그러한 상태에서, 물의 흐름에 대하여 제1회전체(11)와 제2회전체(12)는 도 2에서 기재한 회전방향과 같이 서로 반대방향으로 회전한다. 이 때, 제1회전체(11)의 선단부(31)는 유니버셜죠인트(32)를 거쳐 지지체(30)에서 베어링에 의해 지지됨으로써 자유롭게 회전가능하다.
상기와 같이 제1회전체(11)와 제2회전체(12)가 회전하면, 도 3에서 도시하고 있는 발전기(21)의 제1회전축(212) 및 제2회전축(216)이 각각 증속기(221,222)를 매개로 회전한다. 이에 따라, 양측 증속기(221,222)에서 출력되는 서로 반대방향의 회전력이 각각 고정자(217)와 회전자(213)를 회전시킴으로써 고정자(217)와 회전자(213)의 상대회전이 발생하여 발전이 이루어진다.
이 때, 고정자(217)와 회전자(213)는 서로 반대방향으로 회전하게 되므로, 고정자(217) 또는 회전자(213)가 단독으로 회전하는 경우와 비교하여 그 상대회전수는 증가하게 된다. 즉, 동일한 회전수 및 토크로 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)가 회전하고, 동일한 규격의 증속기(221,222)가 각각 설치된 경우, 상기 고정자(217)와 회전자(213)는 고정자(217) 또는 회전자(213)가 단독으로 회전하는 경우와 비교하여 2배의 상대회전이 발생된다. 이는 고정자(217) 또는 회전자(213)가 단독으로 회전하여 발전하는 통상의 수력발전장치의 증속기(221,222)의 증속비를 2배로 높여 구성한 것과 같은 수준이라 할 수 있고, 발전기(21)의 설계회전수를 구현하기 위하여 증속비가 낮은 증속기(221,222)를 사용할 수 있음을 의미한다. 이러한 점은 증속기(221,222)의 증속비가 증가할수록 마모, 피로에 따른 내구성이 약화되고, 잦은 수리 및 교체가 요구되며, 증속비 증가에 따라 동력손실율이 더 높아지는 점을 고려하면 기술적으로 큰 의미를 가지는 효과이다.
한편, 본 실시예에 따른 수력발전장치를 수리 및 점검하기 위하여 회전을 정지시킬 필요가 있는 경우에는 외부에서 버턴(미도시) 조작에 의해 제동장치(27)를 작동시킨다. 상기 제동장치(27)는 양쪽에서 모두 작동하여 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)가 모두 발전체(20)에 대하여 회전하지 않도록 제동한다.
제동장치(27)는 도 4와 같이 전자석(283)의 작동에 의해 마찰패드(281)가 제동디스크(29)에 마찰을 가함으로써 제동디스크(29)가 고정된 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)의 중심축이 정지되도록 한다. 이에 따라, 발전체(20)와 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)가 일체로 정지 또는 회전하는 상태가 될 수 있다. 이 상태에서는 수력에 의해 발생하는 제1회전체(11)와 제2회전체(12)의 회전력이 서로 상쇄됨으로써 제1회전체(11)와 발전체(20)와 제2회전체(12)는 일체인 상태에서 거의 회전하지 않는 상태가 된다.
한편, 상기 제동장치(27,28)의 작동 후, 도 5와 같이, 회전방지날개(25,26)도 구동기(253,263)에 의해 양측으로 펼쳐진다. 제1회전체(11)와 발전체(20) 및 제2회전체(12)가 제동장치(27,28)에 의해 일체로 거의 정지된 상태이더라도 제1회전체(11)와 제2회전체(12)에서 발생하는 회전력의 불균형으로 인해 약간의 회전력이 수력에 의해 발생될 수 있는 바, 상기 회전방지날개(25,26)는 그러한 회전작용을 방지하게 된다.
도 6은 그와 같은 작용을 설명하는 작용설명도이다. 도 6은 도 5의 A-A′단면에 관한 것으로, (a)는 발전체(20)의 회전방지날개(25,26)가 양측으로 펼쳐진 상태이고, (b)는 회전방지날개(25,26)가 회전에 대하여 저항하는 작용을 설명하고 있다.
즉, 도 6의 (a)와 같은 상태에서 회전력을 받아 도 6의 (b)에서 “A"위치로 회전방지날개(25)가 기울어진 경우, 각 회전방지날개(25,26)가 수중에서 부유하는 부유체로 형성되어 있으므로 수면까지 떠 오를 수 있으나 수면 상부에서는 부양력을 가지지 않는다. 반면 반대측에 있는 회전방지날개(26)는 수중에서 부력이 발생하여 반시계방향으로 회전하려 한다. 따라서,“A"위치에서 발전체(20)가 시계방향으로 더 이상 기울어지는 것에 대하여 반대측의 회전방지날개(26)의 부양력이 저항하게 된다. 그와 같은 저항력은 회전방지날개(25,26)가 발전체(20)로부터 펼쳐지는 거리가 클수록 더욱 효과적이다.
또한, 도 6의 (a)와 같은 상태에서 회전력을 받아 도 6의 (b)에서 “B"위치로 회전방지날개(25,26)가 기울어진 경우, 일측의 회전방지날개(25′)는 시계방향으로 회전하려는 부력이 작용하게 되고, 반대측에 있는 회전방지날개(26′)는 수면으로 떠올라 더 이상 부양력이 발생할 수 없다. 이에 따라, 발전체(20)가 반시계방향으로 더 이상 기울어지는 것에 대하여 회전방지날개(25,26)가 저항하게 된다.
결국, 회전방지날개(25,26)가 양측으로 펼쳐짐으로써 시계방향과 반시계방향에 대한 회전에 저항할 수 있고, 본 실시예의 제1회전체(11) 및 제2회전체(12)의 회전력이 제동장치(27,28)의 작동으로 상쇄되고 난 후, 불균형에 따른 미소한 회전력이 발생하더라도 상기 회전방지날개(25,26)가 수리, 점검 및 이물질 제거작업동안 회전을 정지시킬 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 수력발전장치를 지지하는 구조를 변형한 것이다. 즉, 제1회전체(11)와 제2회전체(12)의 길이방향은 수력이 작용하는 방향을 향하는 상태에서, 수력발전장치의 양단이 지지구조물(35,36)에 의해 지지되고 있다. 이와 같은 구조는, 조류가 주기적으로 변경되는 해협(海峽)에 설치됨으로써 양측의 어떠한 방향에서 조류가 작용하더라도 전술한 바와 동일한 발전작용을 할 수 있다.
도 8과 도 9는 제1회전체(11)와 제2회전체(12) 사이에 위치하는 발전체(20)가 지지구조물 또는 케이블에 의해 지지되고 있는 구조이다. 즉, 도 8은 수중의 바닥에 고정된 지지구조물(34)에 발전체(20)가 고정된 상태이고, 도 9는 양측 및 전후로 연장되는 4개의 지지로드(372)를 외부고정구조물이나 수중에 투하하는 앵크(anchor)구조물에 케이블(37)로 연결하여 지지하고 있는 상태이다.
상기와 같이 발전체(20)를 지지하는 구조에서는 발전체(20)가 제1회전체(11) 또는 제2회전체(12)와 함께 회전하는 문제가 발생하지 않으므로 송전선의 연결이나, 보수 및 점검이 보다 용이한 구조이다. 또한, 조류가 주기적으로 변하는 해협 등에도 설치가능하다.
도 10은 도 8 및 도 9와 같이 발전체(20)가 고정되는 수력발전장치에 적합한 발전체(20′)의 단순화된 구조를 예시하고 있다. 그와 같은 발전체(20′)에는 증속기(221)가 제1회전체(11) 측에만 설치되고 제2회전체(12)의 중심축은 회전자(213)와 직결되어 있다. 발전기(21)의 고정자(217)와 회전자(213)는 발전체(20′) 내에서 회전가능하도록 설치된다. 이에 따라, 제1회전체(11)는 증속기(221)를 거쳐 증속된 회전속도로 고정자(217)를 회전시키고, 제2회전체(12)는 회전자(213)에 직결되어 회전시키고 있다. 이러한 구조에서도 고정자(217)와 회전자(213)의 상대회전수가 고정자(217) 또는 회전자(213) 중 어느 하나만이 회전되는 경우보다 증가한 경우이므로 증속비가 낮은 증속기(221)의 사용이 가능함을 알 수 있다.
도 11은 다수의 회전체(13 내지 17)를 직렬로 연속적으로 배치하고 각 회전체(13 내지 17) 사이에 발전체(201 내지 204))가 설치된 구성이다. 이와 같은 구성에서도 일부 또는 모든 발전체(201 내지 204))가 회전하지 않도록 케이블에 의해 고정될 수 있으며, 좁은 강폭을 따라 발전용량을 늘리고자 하는 경우 유용한 구조이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
11; 제1회전체 112; 제1날개
113; 제1회전체의 중심축 12; 제2회전체
13 내지 17; 다수의 회전체 122; 제2날개
123; 제2회전체의 중심축 20; 발전체
201 내지 204; 발전체 21; 발전기
212; 제1회전축 213; 회전자
215; 고정자 케이싱 216; 제2회전축
217; 고정자 221; 증속기
222; 증속기 25; 회전방지날개
253; 구동기 26; 회전방지날개
263; 구동기 27; 제동장치
28; 제동장치 281; 마찰패드
283; 전자석 284; 자석구동체
285; 스프링 29; 제동디스크
30; 지지체 31; 제1회전체 선단부
32; 유니버셜죠인트 33; 지지케이블
34 내지 36; 지지구조물 37; 케이블
372; 지지로드

Claims (10)

  1. 고정자(217)와 회전자(213)의 상대회전에 의해 발전이 이루어지는 발전기(21)가 설치되고, 상기 고정자(217)를 회전시키는 제1회전축과 상기 회전자(213)를 회전시키는 제2회전축이 서로 반대 측에 설치되어 있는 발전체(20)와;
    길이방향의 수력을 받아 상기 제1회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제1날개(112)가 설치된 제1회전체(11)와;
    길이방향의 수력을 받아 상기 제2회전축을 회전시키도록 외주면에 나선형으로 부착되는 제2날개(122)가 설치된 제2회전체(12)를 포함하되,
    상기 제1날개(112)와 상기 제2날개(122)가 부착되는 나선의 방향은 서로 반대이고,
    상기 발전체(20)에는
    상기 제1회전체(11)와 상기 제2회전체(12)가 모두 상기 발전체(20)에 대하여 회전이 제동될 수 있도록 설치되는 제동장치(27,28)와, 회전을 정지시키기 위해 상기 발전체(20)의 양측으로 펼쳐지고 수중에서 부유하는 부유체로 형성된 회전방지날개(25,26)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수력발전장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체(11)와 상기 제2회전체(12)는 동일한 직경의 원기둥형상이고,
    상기 발전체(20)는 상기 직경과 동일하거나 작은 직경인 것을 특징으로 하는 수력발전장치
  3. 원기둥형상으로 성형되고 그 외주면에 방사상으로 돌출되어 길이방향을 따라 나선형상으로 감기는 날개를 구비하는 제1회전체(11)와;
    상기 제1회전체(11)의 길이방향과 동일한 길이방향으로 배치되고 원기둥형상으로 성형되며, 그 외주면에 방사상으로 돌출되어 그 길이방향을 따라 나선형상으로 감기는 날개를 구비하되 상기 제1회전체(11)의 날개의 나선방향과 반대방향으로 감기는 날개를 구비하는 제2회전체(12)와;
    상기 제1회전체(11)와 상기 제2회전체(12)의 사이에 배치되고, 고정자(217)와 회전자(213)를 포함하는 발전기(21)가 설치되며, 상기 제1회전체(11)의 중심축과 상기 제2회전체(12)의 중심축이 상기 고정자(217)와 상기 회전자(213)를 회전시키도록 각각 연결되어 상기 제1회전체(11)와 제2회전체(12)의 길이방향으로 작용하는 수력에 대하여 상기 고정자(217)와 상기 회전자(213)의 상대회전이 발생되도록 구성된 발전체(20)를 포함하되,
    상기 발전체(20)에는
    상기 제1회전체(11)와 상기 제2회전체(12)가 모두 상기 발전체(20)에 대하여 회전이 제동될 수 있도록 설치되는 제동장치(27,28)와, 회전을 정지시키기 위해 상기 발전체(20)의 양측으로 펼쳐지고 수중에서 부유하는 부유체로 형성된 회전방지날개(25,26)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수력발전장치
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전체의 평균비중이 1 또는 그 이하이고 수중에서 수평으로 부유하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치
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