KR101638142B1 - 수차를 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전하는 수차를 이용한 발전장치에 있어서, 도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 이격되게 배치되는 한 쌍의 회전판; 상기 회전판을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부가 형성되도록 설치되는 날개부; 상기 회전판의 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전판 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판과 회전축을 연결되게 설치되는 다수의 지지대; 상기 회전축의 일측에 설치되어 회전축의 회전력을 증속시켜 전달하는 증속기; 상기 증속기의 일측에 구비되어 증속기에 의해 증속되는 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기; 상기 회전판의 상측에 설치되어 회전판과 날개부에 의해 형성되는 수용부로 물을 공급하여 회전판이 회전되도록 하는 물공급부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

수차를 이용한 발전장치{Water turbine and waterturbing generator using the same}

본 발명은 수차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용할 수 있도록 수용부가 형성되어 그 물의 힘에 의해 반복 회전하고, 그 회전력이 증속기에 의해 증속되며, 증속된 회전력이 발전기에 전달되어 전기를 발생시키는 수차를 이용한 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 우리나라는 비산유국으로서 원유의 수입의존도가 매우 높아 에너지 절약을 국가적인 목표로 추구하고 있으나, 산업화의 다양화 및 고도 성장에 따른 에너지의 소비가 날로 증대되고 있다.

특히 수입되는 원유 중 다량의 원유가 전력을 생산하는 화력발전용으로 쓰이고 있으므로 원유를 사용하지 않고 전력을 생산한다면 국가 재정에 큰 도움이 될 수 있음은 물론, 환경오염도 효과적으로 줄일 수 있다.

반면에 풍력, 조력 및 수력 등 자연으로부터 직접 전력을 얻는 방법은 인체에 무해한 자연에너지를 이용하여 전력을 얻을 수 있기 때문에 환경오염이 발생하지 않아 깨끗하고 친환경적인 이점이 있다.

보통 수력 발전이라 하면 댐이나 제방을 막아 물을 저장하여 밀폐된 관로로 물을 흘려 낙차에 의하여 수차를 돌려 전기를 생산하는 방식이고, 조력 발전이라 하면 둑이나 제방을 막아 바닷물의 조수 간만의 차를 이용하여 밀물과 썰물시 밀폐된 관로로 물을 흘려 수차를 돌려 전기를 얻는 방식이다.

이러한 수차로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004856호에 나타난 바와 같이 속이 빈 중공형으로 형성되는 수차축과, 상기 수차축의 양측에 각각 부착되어 동심원상으로 적정 간격을 두고 다수의 축홈을 구비하는 회전원판과, 상기 양측회전 원판의 축홈에 베어링으로 회전가능하게 각각 축설되는 다수의 날개축과, 상기 양측 다수의 날개축에 볼트체결로 각각 고정되는 회전소켓을 구비하여 수압으로 회전원관을 회전시키는 반원통형으로 형성된 다수의 수차날개와, 상기 수차축의 양측 외주연에 적정 간격을 두고 방사상으로 각각 돌출되어 수차날개의 회전을 정지시키는 다수의 회전방지용 스토퍼를 포함하는 "수력발전용 반원통형 능동식 날개가 달린 수차"이 개시되어 있다.

그러나 상기 종래의 수차는 물이 수차날개와 접촉할 때 머무르지 못하고 사방으로 분산되거나 수차날개의 일부면에 편중되어 수압이 걸리게 되므로, 사용된 수량에 비하여 얻을 수 있는 회전력이 별로 크지 못하게 되어 발전효율이 낮아 실용적인 동력을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

더구나 수차가 큰 규모로 설치되어 회전시 수차의 크기로 인해 회전속도가 저하되게 됨으로 발전기에 전달되는 회전력 또한 저하되어 원활한 전기를 생산하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 종래의 수차로는 사용 장소와 사용조건에 따라 운용에 상당한 제약을 받게 되므로 자연의 풍부한 수량을 유효하게 이용하기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004856(2014.01.14)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명 된 것으로서, 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용할 수 있도록 수용부가 형성되어 그 물의 힘에 의해 반복 회전하고, 그 회전력이 증속기에 의해 증속되며, 증속된 회전력이 발전기에 전달되어 전기를 발생시키는 수차를 이용한 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전하는 수차를 이용한 발전장치에 있어서, 도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 이격되게 배치되는 한 쌍의 회전판; 상기 회전판을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부가 형성되도록 설치되는 날개부; 상기 회전판의 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축; 상기 회전판 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판과 회전축을 연결되게 설치되는 다수의 지지대; 상기 회전축의 일측에 설치되어 회전축의 회전력을 증속시켜 전달하는 증속기; 상기 증속기의 일측에 구비되어 증속기에 의해 증속되는 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기; 상기 회전판의 상측에 설치되어 회전판과 날개부에 의해 형성되는 수용부로 물을 공급하여 회전판이 회전되도록 하는 물공급부;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전장치를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전장치는 회전부와 날개부로 인해 수용부가 형성되어 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용하여 그 물의 힘에 의해 반복 회전시킬 수 있으며, 저하된 회전력이 증속기에 의해 증속시킬 수 있고, 저회전력으로 충분한 전기를 발전시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전장치의 사시도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전장치의 측단면도,
도 4 및 도 5은 본 발명에 의한 증속기의 측단면도,
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 발전기의 측단면도이다.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 8을 함께 참조하여 보면 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전장치는 회전판(10), 날개부(20), 회전축(30), 지지대(40), 증속기(50), 발전기(60), 물공급부(70)로 이루어진다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 상기 회전판(10)은 도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 이격되게 배치되도록 설치되고, 회전판(10)을 따라 일정 간격으로 날개부(20)가 설치된다.

상기 날개부(20)는 한 쌍의 회전판(10) 사이 내측에 방사상 형태로 다수의 구획판(22)이 형성되며, 구획판(22) 끝단부 각각에 회전판(10) 회전방향의 반대방향 외측으로 경사지게 경사판(23)이 연장 형성된다.

상기 날개부(20)로 인해 한 쌍의 회전판(10) 사이 내측에 회전판(10)을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부(21)가 형성된다. 상기 수용부(21)에 수용되는 물은 회전판(10)의 하부쪽 위치에 배출됨으로 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용할 수 있게 되어 일정하며 원활한 속도로 회전판(10)을 반복 회전시킬 수 있게 된다.

또한 상기 날개부(20)의 경사판(23) 끝단부측으로부터 경사판(23)의 단면이 "ㄷ" 자 형태가 되도록 연장판(24)을 더 형성할 수 있다. 이로 인해 상기 수용부(21)에 수용되는 물이 회전판(10)의 하부쪽 더 이동하여 배출됨으로 낙하하는 물의 하중을 최대한 더 활용할 수 있게 된다.

한편 상기 회전판(10)의 중심에 회전가능하게 회전축(30)이 설치되고, 회전판(10) 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판(10)과 회전축(30)을 연결되게 다수의 지지대(40)가 설치된다.

또한 상기 회전판(10), 날개부(20), 지지대(40)로 이루어지는 수차는 미감적으로 자연과 어울리도록 목재로 형성되거나, 물과 지속적으로 접촉됨으로 녹슬지 않도록 내식성이 우수한 스테인레스로 형성됨이 바람직하다.

한편 상기 회전판(10), 날개부(20), 회전축(30), 지지대(40)로 이루어지는 수차가 대형화 되면 회전속도가 저하된다. 이때 상기 수차의 회전력을 전달받아 회전력을 증속시키는 증속기(50)가 회전축(30)의 일측에 설치된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 증속기(50)는 내부에 수용공간이 형성되도록 박스형태로 하우징(51)이 형성되고, 하우징(51) 내부 수용공간에 회전축(30)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제1회전기어부(52)가 설치된다.

상기 제1회전기어부(52)와 치합되어 제1회전기어부(52)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제2회전기어부(53)가 하우징(51) 내부 수용공간에 구비되며, 상기 제2회전기어부(53)의 일측으로 동심을 이루며 제2회전기어부(53)와 일체로 제3회전기어부(54)가 형성된다.

또한 상기 제3회전기어부(54)와 치합되어 제3회전기어부(54)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제4회전기어부(55)가 하우징(51) 내부 수용공간에 설치된다.

상기 제1회전기어부(52)에서 제2회전기어부(53), 제4회전기어부(55)로 갈수록 직경이 작게 형성되고, 기어부의 배열이 수평축으로 형성된다.

또한 상기 제1회전기어부(52)의 직경은 920mm, 압력각 20도, 톱니수는 92개이며, 제2회전기어부(53)의 직경은 200mm, 압력각 20도, 톱니수는 20개이고, 제3회전기어부(54)의 직경은 720mm, 압력각 20도, 톱니수는 72개이며, 제4회전기어부(55)의 직경은 200mm, 압력각 20도, 톱니수는 20개로 구성된다.

이로 인해 상기 제1회전기어부(52)에서부터 제4회전기어부(55)로 갈수록 회전속도가 증속된다. 상기 제4회전기어부(55)의 회전속도는 100RPM 속도로 회전하게 된다.

또한 상기 제1회전기어부(52), 제2회전기어부(53), 제3회전기어부(54), 제4회전기어부(55)는 하우징(51) 내부에 축결합됨으로 조립 및 수리가 용이한다.

또한 상기 수차(10)에 크기에 따라 증속기(50)의 기어부 개수를 늘리거나, 줄여 발전기(20)에 따라 회전속도를 용이하게 조절할 수 있다.

한편 상기 증속기(50)에 의해 가속되는 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(60)가 증속기(50)의 제4회전기어부(55)와 연결되게 설치된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 발전기(60)는 원통형태로 고정자(61)가 형성되고, 고정자(61)의 내주연을 따라 일정 각도 간격으로 다수의 권선슬롯(62)이 형성되며, 권선슬롯(62) 각각에 다수의 권선(63)이 설치된다.

상기 권선(63)이 설치되는 고정자(61)의 내부에 외부의 동력원으로 회전되도록 축 결합되는 회전자(64)가 구비되고, 회전자(64)의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 다수의 자석슬롯(65)이 형성된다.

상기 자석슬롯(65) 각각에 영구자석(66)이 설치되며, 고정자(61)의 전·후방측 단부 각각에 원판 형태로 중심부에 회전자(64)와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공(67a)이 형성되는 고정판(67)이 나사결합된다.

또한 상기 회전자(64)와 결합되는 축이 원활하게 회전되도록 고정판(67)의 관통공(67a)에 베어링(68)이 구비된다.

상기 발전기(60)는 100RPM의 저회전력으로 충분한 전기를 생산할 수 있는 72극 30kw/h로 제작됨이 바람직하다.

또한 상기 발전기(60)의 필요에 따라 용이하게 출력을 조절할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 회전자(64)의 외주연을 따라 형성되는 일정 각도 간격으로 다수의 자석슬롯(65)에 설치되는 영구자석(66)을 1개씩 교대로 제거하여 출력을 줄일 수 있다. 이때 상기 영구자석(66)이 제거된 자석슬롯(65)에는 비철금속재나 충진재를 삽입 설치한다.

한편 상기 회전판(11)의 상측에 회전판(10)과 날개부(20)에 의해 형성되는 수용부(21)로 물을 공급하여 회전판(10)이 회전되도록 하는 물공급부(70)가 설치된다. 이로 인해 일정한 위치에 지속적으로 물을 수차로 공급할 수 있게 된다.

10 : 회전판 20 : 날개부
30 : 회전축 40 : 지지대
50 : 증속기 60 : 발전기
70 : 물공급부

Claims (5)

1. 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전하는 수차를 이용한 발전장치에 있어서,
   도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 이격되게 배치되고 스테인레스로 형성되는 한 쌍의 회전판(10)을 구비하고;
   상기 회전판(10)을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부(21)가 형성되게 스테인레스로 설치되는 날개부(20)를 구비하되 상기 날개부(20)는 한 쌍의 회전판(10) 사이 내측에 방사상 형태로 다수의 구획판(22)이 형성되는 한편 구획판(22)의 끝단부 각각에 회전판(10)이 회전되는 방향의 반대방향 외측으로 경사지게 경사판(23)이 연장하여 형성하고;
   상기 회전판(10)의 중심에 회전가능하게 설치되는 회전축(30)을 구비하고;
   상기 회전판(10) 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판(10)과 회전축(30)을 연결되게 설치되고 스테인레스로 형성되는 다수의 지지대(40)을 구비하고;
   상기 회전축(30)의 일측에 설치되어 회전축(30)의 회전력을 증속시켜 전달하는 증속기(50)를 구비하되 상기 증속기(50)는 내부에 수용공간이 형성되는 박스 형태의 하우징(51)에 회전축(30)의 회전에 따라 연동으로 회전되고 직경은 920mm, 압력각 20도, 톱니수는 92개를 갖는 제1회전기어부(52)를 설치하고, 상기 제1회전기어부(52)와 치합되어 제1회전기어부(52)의 회전에 따라 연동으로 회전되고 직경은 200mm, 압력각 20도, 톱니수는 20개를 갖는 제2회전기어부(53)를 설치하며, 상기 제2회전기어부(53)의 일측으로 동심을 이루며 제2회전기어부(53)와 일체로 직경은 720mm, 압력각 20도, 톱니수는 72개를 갖는 제3회전기어부(54)를 설치하고, 상기 제3회전기어부(54)와 치합되어 제3회전기어부(54)의 회전에 따라 연동으로 회전되고 직경은 200mm, 압력각 20도, 톱니수는 20개를 가지며 100RPM 속도로 회전하는 제4회전기어부(55)를 설치하여 구비하고;
   상기 증속기(50)의 일측에 구비되어 증속기(50)에 의해 증속되는 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기(60)를 구비하고;
   상기 회전판(10)의 상측에 설치되어 회전판(10)과 날개부(20)에 의해 형성되는 수용부(21)로 물을 공급하여 회전판(10)이 회전되도록 하는 물공급부(70)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 발전기(60)는 원통 형태의 고정자(61)가 구비되고, 상기 고정자(61)의 내주연에는 일정각도 간격으로 다수의 권선슬롯(62)이 형성되며, 상기 권선슬롯(62)에는 각각 다수의 권선(63)이 설치되고, 상기 권선(63)이 설치되는 고정자(61)의 내부에 외부의 동력원으로 회전되게 축 결합되는 회전자(64)가 구비되며, 상기 회전자(64)의 외주연을 따라 일정각도 간격으로 다수의 자석슬롯(65)이 형성되고, 상기 자석슬롯(65)에는 각각 영구자석(66)이 설치되며, 상기 고정자(61)의 전·후방측 단부 각각에 원판 형태로 중심부에 회전자(64)와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공(67a)이 형성되는 고정판(67)이 나사 결합되고, 상기 고정판(67)의 관통공(67a)에 베어링(68)이 구비됨을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전장치.

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