KR101396667B1

KR101396667B1 - 수력발전기용 수차

Info

Publication number: KR101396667B1
Application number: KR1020120024315A
Authority: KR
Inventors: 김우곤
Original assignee: 김우곤
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2014-05-16
Also published as: KR20130103018A

Abstract

본 발명은 제작비용을 감소시키고 발전효율을 높일 수 있는 간단한 구조의 수력발전기용 수차에 관한 것으로, 수력발전기의 터빈에 연결되어 회전하는 회전축(10); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 상부 좌측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부좌측 수평프레임(20); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 상부 우측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부우측 수평프레임(30); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 하부 좌측에 상부좌측 수평프레임(20)과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부좌측 수평프레임(40); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 하부 우측에 상부우측 수평프레임(30)과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부우측 수평프레임(50); 상기 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 좌측 수직프레임(60); 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 우측 수직프레임(70); 상기 좌측 수직프레임(60)에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 좌측 회동날개(80); 및 상기 우측 수직프레임(70)에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 우측 회동날개(90)를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 물의 힘으로 좌측 회동날개 또는 우측 회동날개에 압력을 가하여 터빈에 연결되는 회전축이 회전될 수 있도록 하는 간단한 구조를 채택함으로써 제작비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 발전효율도 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

수력발전기용 수차{A Water Wheel For Water-Power Generation Plant}

본 발명은 수력발전기용 수차에 관한 것으로서, 특히 제작비용을 감소시키고 발전효율을 높일 수 있는 간단한 구조의 수력발전기용 수차에 관한 것이다.

일반적으로 현재 사용되는 발전방법으로는 대규모의 화석연료를 사용하는 화력발전, 우라늄을 사용하는 원자력발전, 대규모의 담수설비가 필요한 수력발전 등이 있다. 화력발전은 석탄이나 석유 등과 같은 화석연료를 연소시켜 발전하므로, 연소가스가 많이 발생되어 대기오염을 가중시키고, 원자력발전은 대기를 오염시키는 연소가스는 배출되지 않으나 인체에 치명적인 방사선폐기물이 다량으로 배출되며, 수력발전은 연소가스나 방사선폐기물 등이 배출되지 않고 별도의 연료를 필요로 하지 않는 친환경적인 장점이 있다.

물의 힘을 이용하는 수력발전은 물의 흐름이나 낙차로부터 발생되는 압력으로 터빈에 연결된 수차를 회전시킴으로써 기계에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 얻는 발전방식이다.

그러나 종래에 수력발전에 사용되는 수차는 대부분 그 구조가 복잡하여 제작하기가 까다로울 뿐만 아니라 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 순수한 물의 힘만으로 터빈에 연결되는 회전축이 회전될 수 있도록 하는 간단한 구조를 채택함으로써 제작비용의 감소뿐만 아니라 발전효율도 높일 수 있는 수력발전기용 수차를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 해결하기 위하여, 수력발전기용 수차에 있어서, 수력발전기의 터빈에 연결되어 회전하는 회전축; 상기 회전축을 중심으로 회전축 상부 좌측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부좌측 수평프레임; 상기 회전축을 중심으로 회전축 상부 우측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부우측 수평프레임; 상기 회전축을 중심으로 회전축 하부 좌측에 상부좌측 수평프레임과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부좌측 수평프레임; 상기 회전축을 중심으로 회전축 하부 우측에 상부우측 수평프레임과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부우측 수평프레임; 상기 상부좌측 수평프레임과 하부좌측 수평프레임 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 좌측 수직프레임; 상기 상부우측 수평프레임과 하부우측 수평프레임 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 우측 수직프레임; 상기 좌측 수직프레임에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 좌측 회동날개; 및 상기 우측 수직프레임에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 우측 회동날개를 포함하여 이루어진 수력발전기용 수차를 제공한 것이 특징이다.

또한, 본 발명에서, 상기 좌측 회동날개와 우측 회동날개는 좌측 수직프레임과 우측 수직프레임에 각각 경첩으로 결합될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 좌측 회동날개는 그 높이가 상부좌측 수평프레임과 하부좌측 수평프레임 사이의 간격보다 크게 형성되고, 상기 우측 회동날개는 그 높이가 상기 상부우측 수평프레임과 하부우측 수평프레임 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서, 상기 상부좌측 수평프레임과 하부좌측 수평프레임은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부좌측 수평프레임과 하부좌측 수평프레임의 절곡된 내측에 좌측 수직프레임의 상부와 하부가 각각 결합되며, 상기 상부우측 수평프레임과 하부우측 수평프레임은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부우측 수평프레임과 하부우측 수평프레임의 절곡된 내측에 우측 수직프레임의 상부와 하부가 각각 결합될 수 있다.

본 발명은 물의 힘으로 좌측 회동날개 또는 우측 회동날개에 압력을 가하여 터빈에 연결되는 회전축이 회전될 수 있도록 하는 간단한 구조를 채택함으로써 제작비를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 발전효율도 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수력발전기용 수차의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수력발전기용 수차의 좌측 회동날개가 회동된 모습을 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수력발전기용 수차의 우측 회동날개가 회동된 모습을 보인 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 수력발전기용 수차의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에서, 수력발전기용 수차는 회전축(10)의 외주연에 복수의 상부좌측 수평프레임(20)과 상부우측 수평프레임(30)이 방사상으로 결합되고, 상부좌측 수평프레임(20)과 상부우측 수평프레임(30)과 일정 거리를 두고 대응되게 하부좌측 수평프레임(40)과 하부우측 수평프레임(50)이 방사상으로 결합된다. 그리고 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이에 일정 간격을 두고 복수의 좌측 수직프레임(60)이 각각 결합되고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이에 일정 간격을 두고 복수의 우측 수직프레임(70)이 각각 결합된다. 또한, 좌측 수직프레임(60) 각각에는 좌측 회동날개(80)가 결합되고, 우측 수직프레임(70) 각각에는 우측 회동날개(90)가 결합된다.

회전축(10)은 수력발전기의 터빈에 연결되어 수력에 의하여 발생되는 회전력을 전달하여 터빈으로부터 발전이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

상부좌측 수평프레임(20)은 직립 설치되는 회전축(10)의 외주연, 즉 회전축(10)의 상부 좌측에 일정 각도로 복수 설치되고, 상부우측 수평프레임(30)은 직립 설치되는 회전축(10)의 외주연, 즉 회전축(10)의 상부 우측에 일정 각도로 복수 설치된다. 따라서 상부좌측 수평프레임(20)과 상부우측 수평프레임(30)은 회전축(10)을 중심으로 대칭을 이루면서 방사상으로 설치된다. 더욱이 상부좌측 수평프레임(20)과 상부우측 수평프레임(30)을 직각, 즉 대략 90도 간격으로 설치하면 총 4개를 설치할 수 있고, 60도 간격으로 설치하면 총 6개를 설치할 수 있을 것이다. 상부좌측 수평프레임(20)과 상부우측 수평프레임(30)의 설치 개수는 시공현장의 상황에 따라 결정될 수 있을 것이다.

또한, 하부좌측 수평프레임(40)은 직립 설치되는 회전축(10)의 외주연, 즉 회전축(10)의 하부 좌측에 일정 각도로 복수 설치되고, 하부우측 수평프레임(50)은 직립 설치되는 회전축(10)의 외주연, 즉 회전축(10)의 하부 우측에 일정 각도로 복수 설치된다. 더욱이 하부좌측 수평프레임(40)은 상부좌측 수평프레임(20)과 같은 방향으로 같은 수가 설치되고, 하부우측 수평프레임(50)은 상부우측 수평프레임(30)과 같은 방향으로 같은 수가 설치된다. 이러한 하부좌측 수평프레임(40)은 상부좌측 수평프레임(20)과 일정 거리를 두고 회전축(10) 아래쪽에 설치되고, 하부우측 수평프레임(50)은 상부우측 수평프레임(30)과 일정 거리를 두고 회전축(10) 아래쪽에 설치된다.

좌측 수직프레임(60)은 상부와 하부가 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이에 일정 간격을 두고 복수로 결합된다. 좌측 수직프레임(60)은 대략 직사각형 형상으로 회전축(10)과 동일한 방향으로 설치된다. 우측 수직프레임(70)은 상부와 하부가 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이에 일정 간격을 두고 복수로 결합된다. 우측 수직프레임(70)은 대략 직사각형 형상으로 회전축(10)과 동일한 방향으로 설치된다.

더욱이 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)의 절곡된 내측에 좌측 수직프레임(60)의 상부와 하부가 각각 결합되며, 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)의 절곡된 내측에 우측 수직프레임(70)의 상부와 하부가 각각 결합된다.

그리고 좌측 회동날개(80) 일측은 각각 복수의 경첩(H)으로 좌측 수직프레임(60)에 힌지 결합되고, 우측 회동날개(90) 일측은 각각 복수의 경첩(H)으로 우측 수직프레임(70)에 힌지 결합된다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 수력발전기용 수차의 작동에 관하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 2에서, 수력, 즉 물의 흐름이 발생하는 곳에 수차를 위치시키면, 수차는 전체적으로 회전축(10)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 회전축(10) 좌측에 설치된 좌측 회동날개(80)는 물의 흐름과 나란한 위치로 회동되고, 회전축(10)의 우측에 설치된 우측 회동날개(80)는 물의 흐름에 대응하는 직각방향으로 회동된다. 즉 좌측 회동날개(80)는 좌측 수직프레임(60)에 경첩(H)으로 힌지 결합되어 있고, 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 내측에 위치되어 있어 물의 흐름에 따라 개방된 위치로 회동된다. 이는 좌측 회동날개(80)는 물의 흐름 방향으로 회동되어 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이를 개방시켜 물의 관통하여 흐를 수 있도록 하는 것이다.

그러나 회전축(10) 우측에 설치된 우측 회동날개(90)는 우측 수직프레임(70)에 경첩(H)으로 힌지 결합되어 있고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부좌측 수평프레임(50) 내측에 위치되어 있어 물의 흐름에 따라 폐쇄된 위치로 회동된다. 이는 우측 회동날개(90)는 물의 흐름 방향과 대응하는 방향으로 회동되어 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이를 폐쇄시켜 물의 흐름에 따른 수력에 의하여 회전축(10)을 회전시킨다.

따라서 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40), 그리고 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)이 동일한 방향으로 절곡되어 있고, 이 절곡된 내측에 좌측 수직프레임(60)과 우측 수직프레임(70)이 각각 좌측 회동날개(80)와 우측 회동날개(90)가 경첩(H)으로 힌지 결합되어 있으므로, 수차는 물의 흐름에 따라 좌측 회동날개(80)는 시계방향으로 회동되고, 우측 회동날개(90)는 반시계방향으로 회동된다. 그러므로 수차는 물의 흐름에 따라 우측 회동날개(90)에 가해지는 수력에 의하여 회전축(10)이 시계방향으로 회전되도록 한다. 회전축(10)의 회전력은 터빈으로 전달되어 전기에너지로 변환되도록 한다.

도 3에서, 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40), 그리고 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)이 각각 180도 회전된 상태로서, 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)은 우측으로 회동된 상태이고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)은 좌측으로 회동된 상태이다. 이 상태에서는 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)의 좌측 회동날개(80)는 닫힌 상태, 즉 물의 흐름에 저항하는 위치에 있고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)의 우측 회동날개(90)는 열린 상태, 즉 물의 흐름과 나란한 위치에 있게 된다. 따라서 회전축(10)은 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)의 좌측 회동날개(80), 그리고 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)의 우측 회동날개(90)의 개폐에 따라 시계방향으로 지속적인 회전이 이루어지게 되어 터빈에 회전력을 제공하여 발전이 이루어지도록 한다.

한편, 좌측 회동날개(80)는 그 높이가 상기 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이의 이격된 거리보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 동시에 그 폭은 복수개의 좌측 수직프레임(60) 중 이웃한 좌측 수직프레임(60) 사이의 이격된 거리보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 우측 회동날개(90)는 그 높이가 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이의 이격된 거리보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 동시에 그 폭은 복수개의 우측 수직프레임(70) 중 이웃한 우측 수직프레임(70) 사이의 이격된 거리보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 좌측 회동날개(80)와 우측 회동날개(90)의 테두리 부분이 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40), 그리고 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)은 각각 한 방향으로는 회전하면서 반대 방향으로는 회전하지 않게 되어 회전축(10) 전체적으로 운동방향성에 도움을 줄 수 있을 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10: 회전축 20: 상부좌측 수평프레임
30: 상부우측 수평프레임 40: 하부좌측 수평프레임
50: 하부우측 수평프레임 60: 좌측 수직프레임
70: 우측 수직프레임 80: 좌측 회동날개
90: 우측 회동날개 H: 경첩

Claims

수력발전기의 터빈에 연결되어 회전하는 회전축(10); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 상부 좌측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부좌측 수평프레임(20); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 상부 우측에 일정 각도로 설치된 복수개의 상부우측 수평프레임(30); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 하부 좌측에 상부좌측 수평프레임(20)과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부좌측 수평프레임(40); 상기 회전축(10)을 중심으로 회전축(10) 하부 우측에 상부우측 수평프레임(30)과 일정 거리를 두고 이격되게 설치된 복수개의 하부우측 수평프레임(50); 상기 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 좌측 수직프레임(60); 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이에 상단과 하단이 각각 결합되도록 일정 간격을 두고 설치된 복수개의 우측 수직프레임(70); 상기 좌측 수직프레임(60)에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽 방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 좌측 회동날개(80) 및 상기 우측 수직프레임(70)에 일단이 회동되도록 결합되어 한쪽 방향으로만 회동 개폐되도록 설치된 우측 회동날개(90)를 포함하여 이루어진 수력발전기용 수차에 있어서,
상기 좌측 회동날개(80)와 우측 회동날개(90)는 좌측 수직프레임(60)과 우측 수직프레임(70)에 각각 경첩(H)으로 결합되고,
상기 좌측 회동날개(80)는 그 높이가 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40) 사이의 간격보다 크게 형성되고, 상기 우측 회동날개(90)는 그 높이가 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50) 사이의 간격보다 크게 형성되며,
상기 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부좌측 수평프레임(20)과 하부좌측 수평프레임(40)의 절곡된 내측에 좌측 수직프레임(60)의 상부와 하부가 각각 결합되며, 상기 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)은 직각으로 절곡된 형상으로 일정 거리를 두고 대칭 결합되고, 상부우측 수평프레임(30)과 하부우측 수평프레임(50)의 절곡된 내측에 우측 수직프레임(70)의 상부와 하부가 각각 결합된 수력발전기용 수차.
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