KR101614770B1

KR101614770B1 - 수차날개 및 이를 포함하는 궤도 수차

Info

Publication number: KR101614770B1
Application number: KR1020150110059A
Authority: KR
Inventors: 강석철
Original assignee: 강석철
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-04-22

Abstract

적은 유량으로도 유수에 의한 회전력을 증대시켜 유수의 이용 효율을 높일 수 있는 수차날개를 포함하는 궤도 수차가 개시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도 수차는, 회전축에 고정되어 회전축과 일체로 회전하며 유수방향으로 이격 설치되는 한 쌍의 수차기어와, 한 쌍의 수차기어에 무한궤도 형태로 결합되어 수차기어와 맞물려 회전하는 궤도체인과, 궤도체인에 일정 간격을 두고 다수 개 설치되어 유수에 의한 회전력을 궤도체인에 제공하여 수차기어를 회전시키는 수차날개를 포함할 수 있다. 또한, 수차날개는, 사각형상의 판재가 원호 형상의 곡면으로 형성되고 유수유입구를 통해 유입되는 유수가 부딪힌 후 수차날개의 내부로 향하도록 유수의 유입을 가이드 하는 유수유입부와, 유수유입부의 후단에 일체형으로 연장 형성되고 사각형상의 판재가 유수유입부의 곡률 보다 큰 곡률을 갖는 회전 곡면으로 형성되며 유수유입부를 통해 내부로 유입된 유수를 회전 곡면을 따라 회전시켜 유속을 증가시키는 유속증가부를 포함할 수 있다.

Description

수차날개 및 이를 포함하는 궤도 수차{WATER WHEEL BLADE AND TRACK WATER WHEEL HAVING THE SAME}

본 발명은 유수에 의해 회전하는 수차에 관한 것으로, 적은 유량으로도 유수에 의한 회전력을 증대시켜 유수의 이용 효율을 높일 수 있는 수차날개 및 이를 포함하는 궤도 수차에 관한 것이다.

일반적으로 수차는 하천 등과 같은 유수에 의해 회전력을 발생시키는 수차날개를 필요로 한다.

종래에 수차날개 구조의 실시예로는 선행기술문헌 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004856호 등에 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004856호에는 수차축과, 수차축의 양측에 각각 부착되는 회전원판과, 회전원판에 회전가능하게 축설되는 다수의 날개축과, 날개축에 고정되어 수압으로 회전원판을 회전시키는 곡선형으로 이루어진 다수의 수차날개를 포함하는 반원통형 능동식 날개가 달린 수차가 개시되어 있다.

그러나, 종래의 수차날개는 단순히 직선형 또는 곡선형태로 제작되어 유수가 날개면에 부딪혀 발생하는 저항에 의해 회전하는 구조이므로, 유수의 이용효율이 낮아 수차날개의 회전력이 크지 않게 된다. 따라서, 수차날개의 회전력을 증가시키기 위해서는 수차날개의 사이즈를 크게 제작하여야 하는데, 이럴 경우 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 많은 유량과 유속을 필요로 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 밖에 없어 설치장소에 많은 제약이 따른다.

또한, 종래에는 수차날개를 수차몸체에 용접하여 일체형으로 제작하므로, 수차날개가 손상될 경우에는 수차날개만을 개별적으로 교환하거나 수리하지 못하고 수차날개와 수차몸체 모두를 교체하여야 하므로 많은 비용이 소요되고 자원의 낭비를 초래하는 문제점이 있다.

또한, 다수 개의 수차날개가 원형의 수차몸체 외주면을 따라 방사형으로 설치되어 수차의 회전 시 수차날개들 중 유수에 동시에 접하는 수차날개의 개수가 작으므로, 적은 유량에서는 큰 회전력을 발생시키는데 한계가 있으며, 이로 인해 발전 효율이 저하되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004856호(2014.01.14. 공개)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수차날개로 유입되는 유수가 지속적인 회전을 하면서 유속이 증가하여 회전에 의한 유수의 이용 효율을 높일 수 있는 수차날개를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 수차날개를 무한궤도 형태로 회전하도록 설치하여 적은 유량으로도 큰 회전력을 발생시켜 발전 효율을 높일 수 있는 궤도 수차를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수차날개의 손상 시 개별 교환 및 수리가 용이하도록 하는 궤도 수차를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수차날개는, 유수에 의해 회전력을 발생시키는 수차날개에 있어서, 원호 형상의 회전 곡면을 포함하며, 유수가 수차날개의 내부로 유입되어 상기 회전 곡면을 따라 회전하면서 유속이 증가하여 회전력을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 수차날개는, 사각형상의 판재가 원호 형상의 곡면으로 형성되고, 유수유입구를 통해 유입되는 유수가 부딪힌 후 수차날개의 내부로 향하도록 유수의 유입을 가이드 하는 유수유입부; 및 상기 유수유입부의 후단에 일체형으로 연장 형성되고, 사각형상의 판재가 상기 유수유입부의 곡률 보다 큰 곡률을 갖는 회전 곡면으로 형성되며, 상기 유수유입부를 통해 내부로 유입된 유수를 상기 회전 곡면을 따라 회전시켜 유속을 증가시키는 유속증가부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 유속증가부의 단부가 상기 유수유입부의 단부 안쪽을 향하도록 형성되어 상기 유속증가부에서 회전에 의해 유속이 증가된 유수가 상기 유수유입부를 향해 충돌하도록 하여 유수에 의한 회전력을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 수차날개는, 상기 유수유입부 및 상기 유속증가부의 양측단부에 판재 형상으로 부착되어 상기 수차날개의 양측면을 밀봉하는 측면밀봉부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수차날개는, 상기 유수유입부의 외부에 돌출되게 설치되며, 상기 유수유입부의 외측으로 흐르는 유수가 부딪쳐 수차날개에 유수에 의한 회전력을 증가시키는 블레이드부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 블레이드부는, 상기 유수유입부의 외측면에 일정 간격으로 다수 개 설치되는 블레이드판을 포함하되, 상기 블레이드판은 상기 유수유입부의 판면에 대하여 외측으로 벌어지도록 경사지게 배치될 수 있다.

또한, 상기 블레이드판의 후단부는 상기 유수유입부의 외측면과 이격되어 상기 블레이드판과 상기 유수유입부 사이에 슬릿이 형성되고, 상기 유수유입부의 외측으로 흐르는 유수가 상기 블레이드판에 부딪힌 후 상기 슬릿을 통해 상기 블레이드판을 통과할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도 수차는 회전축에 고정되어 상기 회전축과 일체로 회전하며, 유수방향으로 이격 설치되는 한 쌍의 수차기어; 한 쌍의 상기 수차기어에 무한궤도 형태로 결합되어 상기 수차기어와 맞물려 회전하는 궤도체인; 및 상기 궤도체인에 일정 간격을 두고 다수 개 설치되어 유수에 의한 회전력을 상기 궤도체인에 제공하여 상기 수차기어를 회전시키는 상기 수차날개;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 수차기어는, 원통형상으로 형성되고, 원통의 양단 중심에 회전축홀이 형성되는 기어몸체; 및 상기 기어몸체의 양측단부에 각각 고정되고, 외주면에 톱니가 일정 간격을 두고 다수 개 형성되며, 상기 기어몸체의 회전축홀과 동심이 되게 일치되도록 회전축홀이 형성되어 상기 회전축이 상기 회전축홀들을 관통하여 고정되는 한 쌍의 기어톱니판;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 궤도체인은, 상기 수차기어의 톱니가 삽입되는 톱니삽입홀이 형성되고, 상기 수차기어의 톱니 간 이격 거리와 대응되는 간격으로 다수 개 설치되어 한 쌍의 상기 수차기어 사이에 무한궤도 형태로 배열되는 체인몸체; 및 상기 체인몸체의 일단을 상기 수차날개에 결합하고 상기 체인몸체의 타단을 이웃한 다른 상기 수차날개에 결합하여 다수 개의 상기 체인몸체와 다수 개의 상기 수차날개를 연결하는 연결부재;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 수차날개는 상기 궤도체인에 착탈 가능하게 결합되어 상기 수차날개의 손상 시 개별 교환 및 수리가 가능하다.

또한, 상기 궤도 수차는, 한 쌍의 상기 수차기어 사이에 적어도 하나 이상 설치되어 상기 궤도체인을 지지하며, 상기 궤도체인과 맞물려 회전하는 아이들기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 궤도 수차는, 유수의 유량에 따라 수차의 높낮이를 조절할 수 있는 수차높이조절부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수차높이조절부는, 지면에 수직으로 직립되게 설치되는 하부지지대; 상기 하부지지대의 상단에 길이방향으로 삽입되어 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 상단부가 상기 수차기어의 회전축을 지지하는 상부지지대; 및 상기 하부지지대에 체결되며, 상기 상부지지대의 상하 이동 높이 조절 후 위치를 고정하는 고정볼트;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 수차기어의 회전축을 지지대로 서로 연결하여 지지하되, 상기 지지대는 수차기어가 배열되는 방향으로 길이 조절이 가능하다.

본 발명의 수차날개 및 이를 포함하는 궤도 수차는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 수차날개의 내부로 유입되는 유수가 유속증가부의 회전 곡면을 따라 지속적인 회전을 하면서 유속이 증가하고, 유속증가부에서 회전된 유수가 유수유입부를 향해 충돌하여 유수에 의한 회전력을 발생시켜 유수의 이용 효율을 높임으로써, 적은 유량으로도 수차날개의 회전력을 증대시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은 수차날개의 외부에 블레이드판이 다수 개 설치되어 수차날개의 외측으로 흐르는 유수가 블레이드판에 부딪쳐 수차날개에 유수에 의한 회전력을 추가로 발생시킴으로써 수차의 회전력을 더욱 증대시킬 수 있다.

셋째, 본 발명은 다수 개의 수차날개가 무한궤도 형태로 회전하도록 궤도 수차로 구성함으로써, 수차의 회전 시 유수에 동시에 접하는 수차날개의 개수가 많으므로 적은 유량으로도 큰 회전력을 발생시킬 수 있으며, 그 결과 수력발전 효율을 높일 수 있다.

넷째, 본 발명은 수차날개를 궤도 형태의 궤도체인에 착탈 가능하게 결합함으로써, 수차날개의 손상 시 개별 교환 및 수리가 용이하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도 수차의 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 요부를 확대하여 도시한 부분 확대도.
도 4는 도 3의 A-A 선에 따른 단면도.
도 5는 수차기어의 분해사시도.
도 6은 수차날개가 결합된 궤도체인의 사시도.
도 7은 수차날개의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 8은 도 7의 분해 사시도.
도 9는 도 7의 B-B 선에 따른 단면도.
도 10은 수차날개의 작동상태를 나타낸 상태도.
도 11은 수차날개의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 12는 도 11의 C-C 선에 따른 단면도.
도 13은 한 쌍의 수차기어 사이에 아이들기어가 설치된 궤도 수차의 정면도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 궤도 수차의 작동상태를 나타낸 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도 수차의 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1의 요부를 확대하여 도시한 부분 확대도이며, 도 4는 도 3의 A-A 선에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 궤도 수차는 수차기어(100), 궤도체인(200), 수차날개(300), 수차높이조절부(400) 및 길이조절부(500)를 포함할 수 있다.

수차기어(100)는 유수방향으로 이격 설치되도록 한 쌍으로 구성된다. 예를 들어, 수차기어(100)는 후술할 궤도체인(200)의 일단 내측면과 맞물려 회전하는 제 1 수차기어(101)와 궤도체인(200)의 타단 내측면과 맞물려 회전하는 제 2 수차기어(102)로 구성될 수 있다. 또한, 수차기어(100)는 회전축(10)에 고정되어 회전축(10)과 일체로 회전한다. 수차기어(100)는 도 5를 참조하여 설명할 때 상세히 후술한다.

궤도체인(200)은 한 쌍의 수차기어(101)(102)에 무한궤도 형태로 결합되어 수차기어(100)와 맞물려 회전한다. 또한, 궤도체인(200)에는 일정한 간격을 두고 수차날개(300)가 다수 개 설치된다. 궤도체인(200)은 도 6을 참조하여 설명할 때 상세히 후술한다.

수차날개(300)는 궤도체인(200)에 일정 간격을 두고 다수 개가 설치되어 유수에 의한 회전력을 궤도체인(200)에 제공하여 수차기어(100)를 회전시킨다. 수차날개(300)는 도 7 내지 도 12를 참조하여 설명할 때 상세히 후술한다.

수차높이조절부(400)는 유수의 유량에 따라 수차의 높이(H)를 조절할 수 있다.

수차높이조절부(400)는 하부지지대(410), 상부지지대(420) 및 고정볼트(430)를 포함할 수 있다.

하부지지대(410)는 원형 또는 사각형의 봉 형태로 제작되어 지면에 수직으로 직립되게 설치된다.

상부지지대(420)는 하부지지대(410)의 내경과 대략 동일한 외경을 갖는 봉 형태로 제작되고, 하부지지대(410)의 상단에 길이방향으로 삽입되어 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되며, 상단부가 회전축(10)을 지지한다.

고정볼트(430)는 하부지지대(410)의 상단 측면에 형성된 볼트구멍(미도시)에 체결되며, 상부지지대(420)의 상하 이동 높이 조절 후 위치를 고정한다.

길이조절부(500)는 수차기어(100)가 다수 개 구비될 경우 수차기어(100)의 간격에 따라 길이(H)를 조절할 수 있다. 길이조절부(500)는 수차기어(100)의 회전축(10)을 지지대(510)로 서로 연결하여 지지하고, 지지대(510)는 수차기어(100)가 배열되는 방향으로 길이 조절이 가능하다. 두 개 이상의 지지대(510)를 서로 삽입하여 연결하여 길이방향으로 슬라이딩 가능하게 이동시켜 길이(H)를 조절할 수 있다.

도 5는 수차기어의 분해사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 수차기어(100)는 기어몸체(110) 및 기어톱니판(120)을 포함할 수 있다.

기어몸체(110)는 원통형상으로 형성되고, 원통의 양단 중심에 회전축홀(111)이 형성되어 회전축(10)이 회전축홀(111)을 관통하여 고정된다.

기어톱니판(120)은 한 쌍으로 구성되고, 원판 형상으로 형성되어 기어몸체(110)의 양측단부에 볼트(130)로 체결 고정된다. 또한, 기어톱니판(120)은 외주면에 톱니(123)가 일정 간격을 두고 다수 개 형성된다. 기어톱니판(120)은 기어몸체(110)의 회전축홀(111)과 동심이 되게 일치되도록 회전축홀(121)이 중앙에 형성되어 회전축(10)이 기어몸체(110)와 기어톱니판(120)의 회전축홀(111)(121)을 관통하여 고정된다.

도 6은 수차날개가 결합된 궤도체인의 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 궤도체인(200)은 체인몸체(210) 및 연결부재(220)를 포함할 수 있다.

체인몸체(210)는 수차기어(100)의 톱니(123)가 삽입되는 톱니삽입홀(213)이 형성된다. 예를 들어, 체인몸체(210)는 한 쌍의 직사각형판(211)(212)을 톱니(123)의 두께만큼 이격된 상태에서 서로 나란하게 배치하고 직사각형판(211)(212)의 양단에 후술할 연결부재(220)를 관통하여 수차날개(300)에 고정함으로써, 한 쌍의 직사각형판(211)(212)과 양단의 연결부재(220)에 의해 내부에 톱니삽입홀(213)이 형성될 수 있다. 또한, 한 쌍의 직사각형판(211)(212) 사이에는 스페이서(215)가 연결부재(220)의 외측에 삽입되어 한 쌍의 직사각형판(211)(212)의 간격을 유지하도록 한다. 체인몸체(210)는 수차기어(100)의 톱니(123) 간 이격 거리와 대응되는 간격으로 다수 개가 설치되어 한 쌍의 수차기어(110)(120) 사이에 무한궤도 형태로 배열된다.

연결부재(220)는 체인몸체(210)의 일단을 수차날개(300)의 측면에 결합하고 체인몸체(210)의 타단을 이웃한 다른 수차날개(300)의 측면에 결합하여 다수 개의 체인몸체(210)와 다수 개의 수차날개(300)를 연결한다. 연결부재(220)는 연결핀 또는 스크류 형태로 제작하여 궤도체인(200)과 수차날개(300)를 착탈 가능하게 결합할 수 있도록 함으로써, 수차날개(300)의 손상 시 궤도체인(200)으로부터 수차날개(300)를 개별 교환 및 수리가 가능하다.

궤도체인(200)에는 일정 간격을 두고 수차날개(300)가 다수 개가 설치되어 유수에 의한 회전력을 궤도체인(200)에 제공한다. 다수 개의 수차날개(300)는 궤도체인(200)의 회전방향과 일치되도록 원호 형상의 회전 곡면(321)을 가지며, 수차날개(300)의 유수유입부(310)가 유수의 유입되는 방향을 향하도록 배치된다.

도 7은 수차날개의 일 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7의 분해 사시도이며, 도 9는 도 7의 B-B 선에 따른 단면도이다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수차날개(300)는 궤도체인(200)의 회전방향과 일치되는 원호 형상의 회전 곡면(321)을 가지며, 유수가 수차날개(300)의 내부로 유입되어 회전 곡면(321)을 따라 회전하면서 유속이 증가하여 궤도체인(200)에 회전력을 발생시킬 수 있다.

수차날개(300)는 유수유입부(310), 유속증가부(320), 측면밀봉부(330) 및 블레이드부(340)를 포함할 수 있다.

유수유입부(310)는 사각형상의 판재가 원호 형상의 곡면으로 형성되고, 유수유입구(311)를 통해 유입되는 유수가 부딪힌 후 수차날개(300)의 내부로 향하도록 유수의 유입을 가이드한다. 유수유입구(311)는 유수유입부(310)의 판재 단부와 후술할 유속증가부(320)의 판재 단부 사이에 대략 사각형으로 개구되어 형성된다.

유속증가부(320)는 유수유입부(310)의 후단에 일체형으로 연장 형성되고, 사각형상의 판재가 유수유입부(310)의 곡률 보다 큰 곡률을 갖는 회전 곡면(321)으로 형성되어 유수유입부(310)를 통해 내부로 유입된 유수를 회전 곡면(321)을 따라 회전시켜 유속을 증가시킨다. 또한, 유속증가부(320)의 단부는 유수유입부(310)의 단부 안쪽을 향하도록 형성되어 유속증가부(320)에서 회전에 의해 유속이 증가된 유수가 유수유입부(310)를 향해 충돌하도록 하여 유수에 의한 회전력을 증가시킬 수 있다.

측면밀봉부(330)는 유수유입부(310) 및 유속증가부(320)의 양측단부에 판재 형상으로 부착되어 수차날개(300)의 양측면을 밀봉한다. 이처럼 측면밀봉부(330)를 통해 수차날개(300)의 양측면을 밀봉함으로써, 수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수가 측면으로 배출되지 않도록 하여 유량의 손실없이 유속증가부(320)로 모두 유입되도록 할 수 있다. 측면밀봉부(330)에는 체결홀(331)이 형성되어 궤도체인(200)의 체인몸체(210)에 연결부재(220), 예컨대 연결핀 또는 스크류로 체결 고정된다. 이처럼 수차날개(300)는 연결부재(220)를 이용하여 궤도체인(200)에 착탈 가능하게 결합되어 수차날개(300) 손상 시 개별 교환 및 수리가 가능하다. 또한, 측면밀봉부(330)는 유수유입부(310) 및 유속증가부(320)의 외주면 밖으로 돌출되게 연장 형성되어 후술할 블레이드판(341)의 양단을 측면밀봉부(330)에 고정할 수 있다.

블레이드부(340)는 유수유입부(310)의 외부에 돌출되게 설치되어 유수유입부(310)의 외측으로 흐르는 유수가 부딪쳐 수차날개(300)에 유수에 의한 회전력을 증가시킨다. 블레이드부(340)는 유수유입부(310)의 외측면에 일정 간격으로 다수 개가 설치되는 직사각형의 블레이드판(341)으로 형성되고, 블레이드판(341)의 양단은 한 쌍의 측면밀봉부(330)의 내측 대향면에 고정된다. 블레이드판(340)은 유수유입부(310)의 외측판면에 대하여 선단부가 외측으로 벌어지도록 경사지게 배치된다. 또한, 블레이드판(341)의 후단부는 유수유입부(310)의 외측면과 이격되어 블레이드판(341)과 유수유입부(310) 사이에 슬릿(341a)이 개구 형성되고, 유수유입부(310)의 외측으로 흐르는 유수가 블레이드판(341)에 부딪힌 후 슬릿(341a)을 통해 블레이드판(341)을 통과한다.

도 10은 수차날개의 작동상태를 나타낸 상태도이다.

도 10을 참조하여 수차날개(300)로 유량 유입 시 수차날개(300)에서 유량의 작동상태를 설명하면, 도 10(a)와 같이 수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수(화살표로 표시함)는 유수유입부(310)의 내측면에 부딪혀 회전력을 발생시키면서 수차날개(300)의 내부로 향하게 된다. 그리고, 수차날개(300)의 유수유입부(310)의 외측으로 흐르는 유수는 블레이드판(341)에 부딪혀 회전력을 추가로 발생시키면서 슬릿(341a)을 향하게 된다. 도 10(b)와 같이 유수유입부(310)를 통해 내부로 유입되는 유수는 유속증가부(320)에서 회전 곡면(321)을 따라 유속이 지속적인 회전을 하여 궤도체인(200)에 회전력을 증가시키게 된다. 그리고, 블레이드판(341)에 부딪힌 유수는 슬릿(341a)을 통해 블레이드판(341)을 통과한 후 다음 블레이드판(341)으로 유입되게 된다. 도 10(c)와 같이 유속증가부(320)에서 회전된 유량이 유수유입부(310)를 향해 충돌하여 유수에 의한 회전력을 더욱 크게 증가시키게 된다. 따라서, 수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수가 회전 곡면(321)을 따라 회전하면서 유속이 증가하여 회전력을 크게 증가시키고, 아울러 수차날개(300)의 외부로 흐르는 유수가 블레이드판(341)을 통해 회전력을 추가로 발생시켜 유수의 이용 효율을 높임으로써 적은 유량으로도 수차의 회전력을 증대시킬 수 있다.

도 11은 수차날개의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 11의 C-C 선에 따른 단면도이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수차날개(300)는 유수유입부(310), 유속증가부(320) 및 측면밀봉부(330)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 수차날개는 도 7 내지 도 10을 참고하여 상술한 수차날개에서 블레이드부(340)의 구성을 제거한 실시 형태이다.

측면밀봉부(330)는 유수유입부(310) 및 유속증가부(320)의 양측단부에 판재 형상으로 부착되어 수차날개(300)의 양측면을 밀봉한다. 이처럼 측면밀봉부(330)를 통해 수차날개(300)의 양측면을 밀봉함으로써, 수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수가 측면으로 배출되지 않도록 하여 유량의 손실없이 유속증가부(320)로 모두 유입되도록 할 수 있다. 측면밀봉부(330)에는 체결홀(331)이 형성되어 궤도체인(200)의 체인몸체(210)에 연결부재(220), 예컨대 연결핀 또는 스크류로 체결 고정된다.

도 13은 한 쌍의 수차기어 사이에 아이들기어가 설치된 궤도 수차의 정면도이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 수차기어(101)(102) 사이에 적어도 하나 이상의 아이들기어(103)가 설치되어 궤도체인(200)을 지지하며, 궤도체인(200)과 맞물려 회전한다. 아이들기어(103)는 수차기어(100)와 동일한 형상으로 제작된다. 또한, 아이들기어(103)의 개수는 수차기어(100)의 이격 거리에 따른 궤도체인(200)의 길이에 대응하여 적절히 설치하는 것이 바람직하다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 궤도 수차의 작동상태를 나타낸 상태도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 궤도 수차를 하천 등과 같은 수로 상에 유수방향으로 설치한다. 이때, 수차높이조절부(400)를 통해 유수의 유량에 따라 수차의 높낮이를 조절할 수 있다. 바람직하게는 수차기어(100)의 하부가 대략 1/3 정도 유수에 잠기도록 수차의 높이(H)를 조절함으로써, 수차기어(100)에 무한궤도 형태로 회전하는 궤도체인(200)의 하부 궤도부분과 하부 궤도부분에 설치된 수차날개(300)가 유수에 모두 잠기도록 하여 유수에 의한 회전력을 발생시킬 수 있도록 한다.

수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수는 유수유입부(310)의 내측면에 부딪혀 회전력을 발생시키면서 수차날개(300)의 내부로 향하게 되고, 유속증가부(320)에서 회전 곡면(321)을 따라 유수가 지속적인 회전을 하여 유속이 증가하게 된다. 또한, 유속증가부(320)에서 회전된 유량이 유수유입부(310)를 향해 충돌하면서 유수에 의한 회전력을 더욱 크게 증가시키게 된다.

그리고, 수차날개(300)의 유수유입부(310)의 외측으로 흐르는 유수는 블레이드판(341)에 부딪혀 회전력을 추가로 발생시키게 되고, 블레이드판(341)에 부딪힌 유수는 슬릿(341a)을 통해 블레이드판(341)을 통과한 후 다음 블레이드판(341)으로 유입되게 된다.

따라서, 수차날개(300)의 내부로 유입되는 유수가 회전 곡면(321)을 따라 회전하면서 유속이 증가하여 회전력을 크게 증가시키고, 아울러 수차날개(300)의 외부로 흐르는 유수가 블레이드판(341)을 통해 회전력을 추가로 발생시켜 유수의 이용 효율을 높임으로써 적은 유량으로도 수차의 회전력을 증대시킬 수 있다.

다수 개의 수차날개(300)가 유수에 의한 회전력을 발생시켜 궤도체인(200)을 유수방향으로 회전시키게 되면, 궤도체인(200)과 맞물린 수차기어(100)가 회전하게 되고, 수차기어(100)에 고정된 회전축(10)이 수차기어(100)와 일체로 회전하게 된다. 수차기어(100)의 회전축(10)은 발전기(미도시)의 회전축과 연결되어 수력발전의 터빈을 회전시킨다.

따라서, 다수 개의 수차날개(300)가 무한궤도 형태로 회전함으로써, 수차의 회전 시 유수에 동시에 접하는 수차날개(300)의 개수가 많으므로 적은 유량으로도 큰 회전력을 발생시킬 수 있으며, 그 결과 수력발전 효율을 높일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 자격을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해 해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 수차기어 101 : 제 1 수차기어
102 : 제 2 수차기어 103 : 아이들기어
110 : 기어몸체 120 : 기어톱니판
200 : 궤도체인 210 : 체인몸체
220 : 연결부재 300 : 수차날개
310 : 유수유입부 320 : 유속증가부
330 : 측면밀봉부 340 : 블레이드부
341 : 블레이드판 400 : 수차높이조절부
410 : 하부지지대 420 : 상부지지대
430 : 고정볼트 500 : 길이조절부
510 : 지지대

Claims

유수에 의해 회전력을 발생시키는 수차날개에 있어서,
사각형상의 판재가 원호 형상의 곡면으로 형성되고, 유수유입구를 통해 유입되는 유수가 부딪힌 후 수차날개의 내부로 향하도록 유수의 유입을 가이드 하는 유수유입부; 및
상기 유수유입부의 후단에 일체형으로 연장 형성되고, 사각형상의 판재가 상기 유수유입부의 곡률 보다 큰 곡률을 갖는 회전 곡면으로 형성되며, 상기 유수유입부를 통해 내부로 유입된 유수를 상기 회전 곡면을 따라 회전시켜 유속을 증가시키는 유속증가부;를 포함하는 수차날개.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 유속증가부의 단부가 상기 유수유입부의 단부 안쪽을 향하도록 형성되어 상기 유속증가부에서 회전에 의해 유속이 증가된 유수가 상기 유수유입부를 향해 충돌하도록 하여 유수에 의한 회전력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 수차날개.
제 1 항에 있어서,
상기 수차날개는,
상기 유수유입부 및 상기 유속증가부의 양측단부에 판재 형상으로 부착되어 상기 수차날개의 양측면을 밀봉하는 측면밀봉부를 더 포함하는 수차날개.
제 1 항에 있어서,
상기 수차날개는,
상기 유수유입부의 외부에 돌출되게 설치되며, 상기 유수유입부의 외측으로 흐르는 유수가 부딪쳐 수차날개에 유수에 의한 회전력을 증가시키는 블레이드부를 더 포함하는 수차날개.
제 5 항에 있어서,
상기 블레이드부는,
상기 유수유입부의 외측면에 일정 간격으로 다수 개 설치되는 블레이드판을 포함하되,
상기 블레이드판은 상기 유수유입부의 외측판면에 대하여 선단부가 외측으로 벌어지도록 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 수차날개.
제 6 항에 있어서,
상기 블레이드판의 후단부는 상기 유수유입부의 외측면과 이격되어 상기 블레이드판과 상기 유수유입부 사이에 슬릿이 형성되고,
상기 유수유입부의 외측으로 흐르는 유수가 상기 블레이드판에 부딪힌 후 상기 슬릿을 통해 상기 블레이드판을 통과하는 것을 특징으로 하는 수차날개.
회전축에 고정되어 상기 회전축과 일체로 회전하며, 유수방향으로 이격 설치되는 한 쌍의 수차기어;
한 쌍의 상기 수차기어에 무한궤도 형태로 결합되어 상기 수차기어와 맞물려 회전하는 궤도체인; 및
상기 궤도체인에 일정 간격을 두고 다수 개 설치되어 유수에 의한 회전력을 상기 궤도체인에 제공하여 상기 수차기어를 회전시키는 청구항 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 수차날개;를 포함하며,
상기 수차기어는,
원통형상으로 형성되고, 원통의 양단 중심에 회전축홀이 형성되는 기어몸체; 및
상기 기어몸체의 양측단부에 각각 고정되고, 외주면에 톱니가 일정 간격을 두고 다수 개 형성되며, 상기 기어몸체의 회전축홀과 동심이 되게 일치되도록 회전축홀이 형성되어 상기 회전축이 상기 회전축홀들을 관통하여 고정되는 한 쌍의 기어톱니판;을 포함하는 궤도 수차.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 궤도체인은,
상기 수차기어의 톱니가 삽입되는 톱니삽입홀이 형성되고, 상기 수차기어의 톱니 간 이격 거리와 대응되는 간격으로 다수 개 설치되어 한 쌍의 상기 수차기어 사이에 무한궤도 형태로 배열되는 체인몸체; 및
상기 체인몸체의 일단을 상기 수차날개에 결합하고 상기 체인몸체의 타단을 이웃한 다른 상기 수차날개에 결합하여 다수 개의 상기 체인몸체와 다수 개의 상기 수차날개를 연결하는 연결부재;를 포함하는 궤도 수차.
제 8 항에 있어서,
상기 수차날개는 상기 궤도체인에 착탈 가능하게 결합되어 상기 수차날개의 손상 시 개별 교환 및 수리가 가능한 것을 특징으로 하는 궤도 수차.
제 8 항에 있어서,
상기 궤도 수차는,
한 쌍의 상기 수차기어 사이에 적어도 하나 이상 설치되어 상기 궤도체인을 지지하며, 상기 궤도체인과 맞물려 회전하는 아이들기어를 더 포함하는 궤도 수차.
제 8 항에 있어서,
상기 궤도 수차는,
유수의 유량에 따라 수차의 높낮이를 조절할 수 있는 수차높이조절부를 더 포함하는 궤도 수차.
제 13 항에 있어서,
상기 수차높이조절부는,
지면에 수직으로 직립되게 설치되는 하부지지대;
상기 하부지지대의 상단에 길이방향으로 삽입되어 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되고, 상단부가 상기 수차기어의 회전축을 지지하는 상부지지대; 및
상기 하부지지대에 체결되며, 상기 상부지지대의 상하 이동 높이 조절 후 위치를 고정하는 고정볼트;를 포함하는 궤도 수차.
제 8 항에 있어서,
상기 수차기어의 회전축을 지지대로 서로 연결하여 지지하되, 상기 지지대는 수차기어가 배열되는 방향으로 길이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 궤도 수차.