KR101638147B1

KR101638147B1 - 수차를 이용한 발전기

Info

Publication number: KR101638147B1
Application number: KR1020150183885A
Authority: KR
Inventors: 류쌍용
Original assignee: 주식회사 에스에이치지; 류쌍용
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2016-07-25

Abstract

본 발명은 수차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용하여 반복 회전하는 수차의 회전력으로 전기를 발생시킴은 물론, 영수자석을 단층구조 삽입 설치하여 부피가 줄어들고, 저회전으로도 충분한 전기를 생산할 수 있는 수차를 이용한 발전기에 관한 것이다.
본 발명은 발전기에 있어서, 상기 증속기와 이격되게 원통형태로 형성되는 고정자; 상기 고정자의 내주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 권선슬롯; 상기 권선슬롯 각각에 설치되는 다수의 권선; 상기 권선이 설치되는 고정자의 내부에 제4회전기어부의 회전에 따라 연동으로 회전되도록 축 결합되는 회전자; 상기 회전자의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 자석슬롯; 상기 자석슬롯 각각에 설치되는 영구자석; 상기 고정자의 전·후방측 단부 각각에 나사결합되고, 중심부에 회전자와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공이 형성되는 고정판; 상기 고정판의 관통공에 구비되는 베어링;을 포함하여 이루어진다.

Description

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

본 발명은 수차를 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 특히 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용하여 반복 회전하는 수차의 회전력으로 전기를 발생시킴은 물론, 영수자석을 단층구조 삽입 설치하여 부피가 줄어들고, 저회전으로도 충분한 전기를 생산할 수 있는 수차를 이용한 발전기에 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 적정간격을 두고 다수의 축홈을 구비하는 회전원판과, 상기 양측 회전원판의 축홈에 베어링으로 회전가능하게 각각 축설되는 다수의 날개축과, 상기 양측 다수의 날개축에 볼트체결로 각각 고정되는 회전소켓을 구비하여 수압으로 회전원판을 회전시키는 반원통형으로 형성된 다수의 수차날개와, 상기 수차축의 양측 외주연에 적정간격을 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 제10-2014-0004856호 (2014.01.14)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 낙하하는 물의 하중을 최대한 활용하여 반복 회전하는 수차의 회전력으로 전기를 발생시킴은 물론, 영구자석을 단층구조 삽입 설치하여 부피가 줄어들고, 저회전으로도 충분한 전기를 생산할 수 있는 수차를 이용한 발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 한 쌍의 회전판이 이격되게 배치되고, 회전판을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부가 형성되도록 날개부가 설치되며, 회전판의 중심에 회전 가능하게 회전축이 설치되고, 회전판 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판과 회전축을 연결되게 다수의 지지대가 설치되는 수차가 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전되며, 그 회전력을 증속시키도록 박스 형태로 형성되는 하우징이 내부에 수차의 회전축 회전에 따라 연동으로 회전되는 제1회전기어부가 설치되고, 제1회전기어부와 치합되어 제1회전기어부의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제2회전기어부가 하우징 내부에 구비되며, 제2회전기어부의 일측으로 동심을 이루고 제2회전기어부와 일체로 제3회전기어부가 형성되며, 제3회전기어부와 치합되어 제3회전기어부의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제4회전기어부가 하우징 내부에 설치되는 증속기에 의해 증속된 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기에 있어서, 상기 증속기와 이격되게 원통 형태로 형성되는 고정자; 상기 고정자의 내주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 권선슬롯; 상기 권선슬롯 각각에 설치되는 다수의 권선; 상기 권선이 설치되는 고정자의 내부에 제4회전기어부의 회전에 따라 연동으로 회전되도록 축 결합되는 회전자; 상기 회전자의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 자석슬롯; 상기 자석슬롯 각각에 설치되는 영구자석; 상기 고정자의 전·후방측 단부 각각에 나사 결합되고, 중심부에 회전자와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공이 형성되는 고정판; 상기 고정판의 관통공에 구비되는 베어링;을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전기를 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전기는 영구자석을 단층구조 삽입 설치하여 부피가 줄어들고, 저회전으로도 충분한 전기를 생산할 수 있으며, 단층으로 설치된 영구자석을 교대로 제거함으로써, 쉽게 자속을 조정할 수 있어 출력을 조정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전기의 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 증속기의 측단면도,
도 4 내지 도 7은 본 발명에 의한 발전기의 측단면도이다.

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

도 1 내지 도 7을 함께 참조하여 보면 본 발명에 의한 수차를 이용한 발전장치는 고정자(30), 권선슬롯(40), 권선(50), 회전자(60), 자석슬롯(70), 영구자석(80), 고정판(90), 베어링(100)으로 이루어진다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 한 쌍의 회전판(11)이 이격되게 배치되고, 회전판(11)을 따라 일정 간격으로 물이 담길 수 있게 수용부(12a)가 형성되도록 날개부(12)가 설치되며, 회전판(11)의 중심에 회전가능하게 회전축(13)이 설치되고, 회전판(11) 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판(11)과 회전축(13)을 연결되게 다수의 지지대(14)가 설치되는 수차(10)가 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전하게 된다.

그리고 상기 수차(10)의 회전력은 박스 형태로 형성되는 하우징(21)이 내부에 수차(10)의 회전축(13) 회전에 따라 연동으로 회전되는 제1회전기어부(22)가 설치되고, 제1회전기어부(22)와 치합되어 제1회전기어부(22)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제2회전기어부(23)가 하우징(21) 내부에 구비되며, 제2회전기어부(23)의 일측으로 동심을 이루고 제2회전기어부(23)와 일체로 제3회전기어부(24)가 형성되며, 제3회전기어부(24)와 치합되어 제3회전기어부(24)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제4회전기어부(25)가 하우징(21) 내부에 설치되는 증속기(20)에 전달되어 증속되고, 증속기(20)의 제4회전기어부(25)의 회전속도는 100RPM 속도로 회전하게 된다.

상기 증속기(20)에 의해 증속된 회전력이 전달되어 전기를 발생시키게 된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 원통 형태로 고정자(30)가 형성되고, 고정자(30)의 내주연을 따라 일정 각도 간격으로 다수의 권선슬롯(40)이 형성되며, 권선슬롯(40) 각각에 다수의 권선(50)이 설치된다.

상기 권선(50)이 설치되는 고정자(30)의 내부에 제4회전기어부(25)의 회전에 따라 연동으로 회전되도록 축 결합되는 회전자(60)가 구비되고, 회전자(60)의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 다수의 자석슬롯(70)이 형성된다.

상기 자석슬롯(70) 각각에 영구자석(80)이 설치되며, 고정자(30)의 전·후방측 단부 각각에 원판 형태로 중심부에 회전자(60)와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공(91)이 형성되는 고정판(90)이 나사 결합된다.

또한 상기 회전자(60)와 결합되는 축이 원활하게 회전되도록 고정판(90)의 관통공(91)에 베어링(100)이 구비된다.

본 발명은 100RPM의 저회전력으로 충분한 전기를 생산할 수 있는 72극 30kw/h로 제작됨이 바람직하다.

또한 상기 회전자(60)을 무게가 가벼우며, 정밀가공이 용이한 알루미늄으로 형성됨이 바람직하다.

또한 상기 영구자석(80)이 단축으로 삽입 설치됨으로 인해 부피가 현저히 줄어들고, 생산단가가 감소하는 효과가 발생하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 회전자(60)의 외주연을 따라 형성되는 일정 각도 간격으로 다수의 자석슬롯(70)에 설치되는 영구자석(80)을 1개씩 교대로 제거하여 출력을 줄일 수 있다. 이때 상기 영구자석(80)이 제거된 자석슬롯(70)에는 비철금속재나 충진재를 삽입 설치한다.

상기와 같이 영구자석(80)을 1개씩 교대로 제거하여 출력을 줄일 수 있어 쉽게 자속을 조정할 수 있어 출력을 조정할 수 있는 효과가 발생하게 된다.

한편 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 회전자(60)의 일측으로부터 타측 수평방향으로 다수의 통기공(61)이 형성되며, 회전자(60)의 후방 축부에 냉각팬(200)이 설치되고, 고정자(30)의 전방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)의 측부에 배출공(92)이 형성되며, 고정자(30)의 후방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)에 다수의 유입공(93)이 형성된다.

상기 냉각팬(200)이 회전자(60)와 함께 회전하게 되면 고정자(30)의 후방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)에 형성되는 다수의 유입공(93)으로 외부공기가 고정자(30) 내부로 유입되고, 유입된 공기는 회전자(60)에 형성되는 다수의 통기공(61)을 지나 고정자(30)의 전방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)의 측부에 형성되는 배출공(92)으로 배출되게 된다. 이로 인해 상기 고정자(30)와 회전자(60)가 냉각이 이루어짐으로 장시간 사용 시 열로 인해 손상되는 것을 미연에 방지 할 수 있다.

10 : 수차 20 : 증속기
30 : 고정자 40 : 권선슬롯
50 : 권선 60 : 회전자
70 : 자석슬롯 80 : 영구자석
90 : 고정판 100 : 베어링

Claims

도넛 형상으로 형성되며 일정 간격으로 한 쌍의 회전판(11)이 이격되게 배치되고, 상기 회전판(11)을 따라 일정 간격으로 물이 담기게 수용부(12a)가 형성되는 날개부(12)가 설치되며, 상기 회전판(11)의 중심에 회전가능하게 회전축(13)이 설치되고, 상기 회전판(11) 각각의 외측에 방사상 형태로 회전판(11)과 회전축(13)을 연결되게 다수의 지지대(14)가 설치되는 수차(10)가 낙하하는 물의 힘에 의해 반복 회전되며, 상기 회전축(13)의 회전력을 증속시키도록 박스 형태로 형성되는 하우징(21)의 내부에 수차(10)의 회전축(13) 회전에 따라 연동으로 회전되는 제1회전기어부(22)가 설치되고, 제1회전기어부(22)와 치합되어 제1회전기어부(22)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제2회전기어부(23)가 하우징(21) 내부에 구비되며, 제2회전기어부(23)의 일측으로 동심을 이루고 제2회전기어부(23)와 일체로 제3회전기어부(24)가 형성되며, 제3회전기어부(24)와 치합되어 제3회전기어부(24)의 회전에 따라 연동으로 회전되는 제4회전기어부(25)가 하우징(21) 내부에 설치되는 증속기(20)에 의해 증속된 회전력을 전달받아 전기를 발생시키는 발전기에 있어서,
상기 증속기(20)와 이격되게 원통 형태로 형성되는 고정자(30)를 구비하고;
상기 고정자(30)의 내주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 권선슬롯(40)을 구비하고;
상기 권선슬롯(40) 각각에 설치되는 다수의 권선(50)을 구비하고;
상기 권선(50)이 설치되는 고정자(30)의 내부에 제4회전기어부(25)의 회전에 따라 연동으로 회전되도록 축 결합되고 알루미늄으로 이루어지는 회전자(60)를 구비하고;
상기 회전자(60)의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성되는 다수의 자석슬롯(70)을 구비하고;
상기 자석슬롯(70) 각각에 설치되는 영구자석(80)을 구비하되 회전자(60)의 외주연을 따라 일정 각도 간격으로 형성된 다수의 자석슬롯(70)에 설치되는 영구자석(80)을 1개씩 교대로 제거하여 출력이 조정되게 하고;
상기 고정자(30)의 전·후방측 단부 각각에 나사 결합되고, 중심부에 회전자(60)와 결합되는 축의 전·후방측부 외부로 노출되도록 관통공(91)이 형성되는 고정판(90)을 구비하고;
상기 고정판(90)의 관통공(91)에 구비되는 베어링(100)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전기.
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제1항에 있어서, 회전자(60)의 일측으로부터 타측 수평방향으로 다수의 통기공(61)이 형성되고, 상기 회전자(60)의 후방 축부에는 냉각팬(200)이 설치되며, 고정자(30)의 전방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)의 측부에 배출공(92)이 형성되고, 상기 고정자(30)의 후방측 단부에 나사 결합되는 고정판(90)에 다수의 유입공(93)이 형성됨을 특징으로 하는 수차를 이용한 발전기.