KR101643940B1 - 휴대용 수력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 수력을 이용하여 전력을 생산하는 휴대용 발전기에 있어서: 물이 흐르는 바닥에 고정되게 지지하는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 상단으로 수직하게 돌출되는 한 쌍의 고정대와, 상기 고정대와 대향하는 위치로 장방형의 유동구를 구비하는 본체부; 상기 메인프레임 내에 힌지를 따라 절첩되는 메인다리와, 상기 메인다리 상에 소정 간격마다 타공된 조절구와 맞물리게 내장되는 보조다리를 구비하는 조절부; 상기 유동구 상에 승하강 운동되게 장착되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 물의 흐름에 따라 회전 운동하는 물레형 블레이드와, 상기 블레이드를 수위에 따라 자동으로 회전 가능한 높낮이로 조절시키는 부력체를 구비하는 작동부; 및 상기 회전축의 양단에 회전을 입력받아 전력으로 변환시키는 발전모듈과, 상기 블레이드 내에 회전축과 연동 운동되게 장착되어 회전수를 증가시키는 유성형 변속유닛을 구비하는 발전부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 발전기에 높낮이가 조절되는 다리를 부가하여 다양한 지형에 안정적으로 고정할 수 있고, 수력을 회전운동으로 변환하는 유닛을 물레형 블레이드로 채용하여 수위에 관계없이 물의 흐름에 비례하는 회전수로 회전되어 발전효율을 극대화할 수가 있는 효과가 있다.

Description

휴대용 수력 발전기{Portable hydroelectric generator}

본 발명은 전력을 공급받지 못하는 야외에서 수력을 이용하여 휴대전화나 등기구와 같은 필수적인 기기를 사용할 수 있도록 전력을 생산하여 공급해주는 발전기에 관한 것으로, 비교적 컴팩트한 크기와 구조를 가져 이동성과 보관성이 우수하며 다양한 지형을 가지는 계곡이나 강물에 구애받지 않고 안정적으로 설치할 수 있는 사용성을 두루 갖추는 휴대용 수력 발전기에 관한 것이다.

통상, 발전기란 다양한 에너지원을 기계적 장치로 변환시켜 전기에너지로 생산하는 장치로서 현대사회에 있어 없어서는 안 되는 필수적인 장치이다. 여기서 캠핑 또는 레저와 같이 야외에서는 별도의 전력을 공급받을 수 없기 때문에 전력이 저장된 배터리나 소형 발전기를 이용해야 한다. 그러나 배터리는 저장 용량에 따라 부피나 무게가 상대적으로 비례하므로 휴대용으로는 적합하지 않고 잦은 충ㆍ방전에 의해 수명이 짧아지는 문제가 있다. 발전기는 엔진을 이용하기 때문에 부피와 무게가 상당하면서 소음과 진동이 발생하는 폐단이 있다. 아울러 엔진을 이용한 발전기는 휘발유나 경유를 태워 구동하기 때문에 환경오염에 심각한 원인이 되고 구조가 복잡하기에 유지관리가 어렵고 고장 또한 빈번히 발생하는 문제가 있다.

근래에는 한국 등록실용신안공보 제20-0399617호의 "풍력을 이용한 휴대용 발전장치가 제안된 바 있다. 그러나 바람이 지속적으로 불지 않고 간헐적으로 불게 되면, 안정되고 연속적인 전력을 생산할 수가 없는 문제가 있다. 이밖에 한국 공개특허공보 제2000-0056018호의 "열전반도체를 이용한 야외용 휴대발전장치 및 그 발전제어방법", 한국 공개특허공보 제2003-0004648호의 "휴대용 열전 발전기" 한국 등록특허공보 제10-0812797호의 "휴대용 열전발전기"가 제안되고 있다. 하지만 펠티어 소자를 사용하기 때문에 소재에 따른 제조비용이 상당히 높고, 발열판과 냉각판의 온도차이로 전기를 생산하므로 별도의 부가장치가 필요하게 되므로 전력생산 대비 비용이 높은 비효율적인 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 일환으로 한국 등록특허공보 제10-1047919호 "휴대용 수력 발전기"가 제안되었다. 제안된 발전기는 비교적 경박단소한 구조를 지님에 따라 제조비용이 절감되어 소비자에게 저렴하게 제공할 수 있으며, 중량이 가벼워 휴대성에 용이하면서 유지관리와 보관이 용이하고, 수력을 이용하여 환경오염을 방지하면서 효율적인 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.

그러나 발전기를 지지하는 구조가 단순 판형태를 가지므로 계곡이나 강물에 다양한 지형에 안정적으로 설치할 수가 없다. 따라서 발전기를 설치할 수 있는 특정 지형을 찾아야 되거나 지형을 임의대로 안정되게 변경시켜야 하므로 설치가 번거롭고 불편한 문제가 있다. 특히, 수력을 회전운동으로 변환하는 유닛이 프로펠러로 이루어져 전력생산이 비효율적일 수밖에 없다. 즉, 프로펠러가 회전하기 위해서는 물의 흐름이 프로펠러 전체에 작용되어야하며 물의 흐름이 프로펠러에만 비교적 높은 압력으로 집중되어야만 흐름에 비례하는 회전수로 회전할 수가 있다. 따라서 발전기 전체를 담가질 수 있는 수위를 가지며 물의 흐름이 발전기만 집중될 수 있는 좁은 냇물에만 적용할 수밖에 없는 문제가 있다. 그리고 발전기 전체가 물에 담가지므로 육안으로 전력이 생산되는지에 대한 여부를 알 수가 없고, 장기간 사용에 의한 부식으로 수명이 급격하게 저하되는 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-1047919호 "휴대용 수력 발전기"

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 발전기에 높낮이가 조절되는 다리를 부가하여 다양한 지형에 안정적으로 고정할 수 있고, 수력을 회전운동으로 변환하는 유닛을 물레형 블레이드로 채용하여 수위에 관계없이 물의 흐름에 비례하는 회전수로 회전이 가능하며 물속에 완전히 담가지지 않으므로 장수명을 확보할 수 있는 휴대용 수력 발전기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 수력을 이용하여 전력을 생산하는 휴대용 발전기에 있어서: 물이 흐르는 바닥에 고정되게 지지하는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 상단으로 수직하게 돌출되는 한 쌍의 고정대와, 상기 고정대와 대향하는 위치로 장방형의 유동구를 구비하는 본체부; 상기 메인프레임 내에 힌지를 따라 절첩되는 메인다리와, 상기 메인다리 상에 소정 간격마다 타공된 조절구와 맞물리게 내장되는 보조다리를 구비하는 조절부; 상기 유동구 상에 승하강 운동되게 장착되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 물의 흐름에 따라 회전 운동하는 물레형 블레이드와, 상기 블레이드를 수위에 따라 자동으로 회전 가능한 높낮이로 조절시키는 부력체를 구비하는 작동부; 및 상기 회전축의 양단에 회전을 입력받아 전력으로 변환시키는 발전모듈과, 상기 블레이드 내에 회전축과 연동 운동되게 장착되어 회전수를 증가시키는 유성형 변속유닛을 구비하는 발전부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 본체부는 메인프레임의 상단과 고정대의 측면에 서로 이웃되는 장착홈이 형성되고, 상기 장착홈 상에 선택적으로 장착되는 유선형 벤투리판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 블레이드는 외주면에 물의 흐름을 가로막아 회전을 유도하는 주걱형의 날개가 방사형으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 메인프레임으로부터 선택적으로 절첩되는 메인다리와, 메인다리로부터 길이가 연장되는 보조다리에 의해 다양한 지형에 구애받지 않고 설치할 수가 있다.

둘째, 수력을 회전운동으로 변환하는 유닛을 물레형 블레이드로 채용하여 수위에 관계없이 물의 흐름에 비례하는 회전수로 회전이 가능하며 물속에 완전히 담가지지 않으므로 장수명을 확보할 수 있다.

셋째, 메인프레임과 고정대에 탈부착 가능한 유선형의 벤투리판에 의해 물의 흐름을 블레이드로 집중시켜줌과 동시에 유속을 증가시켜 전반적인 발전효율을 극대화할 수가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발전기를 전체적으로 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 발전기를 분리하여 나타내는 분해도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 변속유닛을 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 발전기의 사용 상태를 나타내는 설치도.
도 7은 본 발명에 따른 발전기로 유입되는 물의 흐름을 나타내는 작용상태도.
도 8은 본 발명에 따른 발전기로 흐르는 수위에 따라 조절되는 과정을 나타내는 작동상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 전력을 공급받지 못하는 야외에서 수력을 이용하여 휴대전화나 등기구와 같은 필수적인 기기를 사용할 수 있도록 전력을 생산하여 공급해주는 발전기에 관련되며, 본체부(10)와 조절부(20) 및 작동부(30)와 발전부(40)를 주요 구성으로 하는 휴대용 수력 발전기이다.

본 발명에 따른 본체부(10)는 도 1 및 도 2처럼 물이 흐르는 바닥에 고정되게 지지하는 메인프레임(11)과, 메인프레임(11)의 상단으로 수직하게 돌출되는 한 쌍의 고정대(12)와, 고정대(12)와 대향하는 위치로 장방형의 유동구(13)로 이루어진다. 메인프레임(11)은 파이프가 틀 형태로 용접된 것으로, 조절부(20)와 선택적으로 연동해서 물이 흐르는 바닥(지면)으로부터 작동부(30)와 발전부(40)를 안정(수평)되게 지지한다. 그리고 고정대(12)는 작동부(30)와 발전부(40)를 메인프레임(11)을 연결하는 기둥이고, 유동구(13)는 작동부(30)와 발전부(40)의 작동과 함께 장착을 유도한다. 즉, 유동구(13)는 작동부(30)의 회전축(31)이 회전 운동과 함께 승하강 운동이 가능하게 한다. 여기서 작동부(30)의 운동에 대해서는 후술하여 설명하겠다.

이때, 본 발명에 의한 본체부(10)는 도 1 내지 도 3처럼 사용자가 파지해서 운반할 수 있는 손잡이(14)와, 외부로부터 작동부(30)를 보호하는 커버(15)를 구비하는 것이 좋다. 손잡이(14)는 고정대(12)의 상단에 힌지판에 절첩 가능하게 장착된다. 즉, 운반 시에는 손잡이(14)를 수직하게 절첩시키고, 보관 시에는 부피를 축소하기 위해 손잡이(14)를 수평하게 절첩하면 된다. 커버(15)는 작동부(30)를 노출을 차단시켜 여타의 물체로부터 보호하거나 작동 중에 사용자의 옷이 끼이거나 손을 보호해준다. 여기서 커버(15)는 슬라이드 운동으로 서로 포개짐이 가능한 이중 구조로 형성하여 작동부(30)를 선택적으로 노출할 수 있게 하는 것이 좋다. 즉, 평상 시에는 커버(15)를 펼치어 작동부(30)의 노출을 차단시키고, 작동부(30)의 정비가 요구될 때 커버(15)를 포개서 노출시키면 된다.

또한, 본 발명에 의한 본체부(10)는 도 1 내지 도 3처럼 메인프레임(11)의 상단과 고정대(12)의 측면에 서로 이웃되는 장착홈(17)이 형성되고, 장착홈(17)상에 선택적으로 장착되는 유선형 벤투리판(18)을 구비한다. 벤투리판(18)은 삼각 또는 사각형의 판으로서, 장착홈(17)에 끼움되는 내측편에 비해 외측편으로 갈수록 넓어지는 형태로 형성된다. 즉, 벤투리판(18)은 도 7처럼 본체부(10)로 흐르는 물을 작동부(30)로 집중되게 유도함과 함께 유속을 증가시켜 발전효율을 극대화 시켜 준다.

또한, 본 발명에 따른 조절부(20)는 본체부(10)를 다양한 지형(바닥)에 구애받지 않고 설치할 수 있게 높낮이를 가변시켜 준다. 이러한 조절부(20)는 도 1 내지 도 3처럼 메인프레임(11)내에 힌지(H)를 따라 절첩되는 메인다리(21)와, 메인다리(21)상에 소정 간격마다 타공된 조절구(22)와 맞물리게 내장되는 보조다리(25)로 이루어진다. 즉, 도 6처럼 본체부(10)를 설치함에 함에 있어서 바닥이 불규칙적 경우에 메인다리(21)와 보조다리(25)를 절첩 및 연장시켜 물의 흐름과 수평이 되게 조절하면 된다. 물론, 수위가 낮고 바닥이 비교적 편평한 경우에는 조절부(20)를 사용하지 않아도 무방하다. 여기서 보조다리(25)에는 조절구(22)와 맞물려 끼움되는 볼플런저가 내장되므로 밀고 당기는 행위만으로도 조절이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 작동부(30)는 물의 흐름(수력)을 회전운동으로 변환해준다. 이러한 작동부(30)는 도 1 내지 도 3처럼 유동구(13)상에 승하강 운동되게 장착되는 회전축(31)과, 회전축(31)에 결합되어 물의 흐름에 따라 회전 운동하는 물레형 블레이드(35)와, 블레이드(35)를 수위에 따라 자동으로 회전 가능한 높낮이로 조절시키는 부력체(38)로 이루어진다.

여기서 블레이드(35)는 도 4처럼 외주면에 물의 흐름을 가로막아 회전을 유도하는 주걱형의 날개(35a)가 방사형으로 배열된다. 즉, 블레이드(35)가 물의 흐름을 회전운동으로 변환하는 원리는 수차에 의한 물레방아와 동일하므로 별도의 설명을 생략한다.

그러나 물레형 블레이드(35)는 물속에 모두 담가지면 회전이 불가능하므로 날개(35a)만이 물속에 담길 수 있어야 작동이 가능하다. 즉, 블레이드(35)의 양측에 발포수지나 튜브형의 부력체(38)가 장착되어 날개(35a)만이 물속에 잠길 수 있도록 해준다. 물은 보편적으로 완벽한 수평으로 흐르지 않고 소정 높낮이로 출렁임을 가지기도 하며, 환경에 따라 수위가 급변할 수가 있다. 따라서 부력체(38)가 도 8처럼 수위에 상관없이 블레이드(35)의 날개(35a)만이 물속에 담길 수 있도록 상시 자동으로 높낮이를 조절해준다.

또한, 본 발명에 따른 발전부(40)는 작동부(30)의 회전운동을 전력으로 변환해준다. 이러한 발전부(40)는 도 1 내지 도 3처럼 회전축(31)의 양단에 회전을 입력받아 전력으로 변환시키는 발전모듈(41)과, 블레이드(35)내에 회전축(31)과 연동 운동되게 장착되어 회전수를 증가시키는 유성형 변속유닛(45)으로 이루어진다.

발전모듈(41)은 회전축(31)과 직결되어 회전운동을 공급받아 전력을 생산한다. 여기서 발전모듈(41)은 수위에 따른 회전축(31)의 승하강 운동에 구애받지 않고 회전운동을 입력받기 위해서 고정대(12)의 측면에 슬라이드 가능한 구조로 장착된다. 이러한 발전모듈(41)은 생산된 전력을 임시로 저장하기 위한 콘덴서나 상시 저장하기 위한 배터리가 내장된다.

변속유닛(45)은 도 4 및 도 5처럼 회전축(31)에 장착되는 선기어(45a)와, 선기어(45a)와 블레이드(35) 사이에 자전 및 공전하는 유성기어(45b)로 이루어진다. 여기서 선기어(45a)와 유성기어(45b)는 도시된 것처럼 기어타입 보다는 소음이 적고 저항이 적은 마찰차를 이용하는 것이 좋다. 그리고 물의 유입을 방지하기 위해 블레이드(35)의 양면에 패킹과 함께 장착되는 방수커버(46)로 밀폐시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

H: 힌지 10: 본체부
11: 메인프레임 12: 고정대
13: 유동구 14: 손잡이
15: 커버 17: 장착홈
18: 벤투리판 20: 조절부
21: 메인다리 22: 조절구
25: 보조다리 30: 작동부
31: 회전축 35: 블레이드
35a: 날개 37: 부력체
40: 발전부 41: 발전모듈
45: 변속유닛 45a: 선기어
45b: 유성기어 46: 방수커버

Claims (3)

1. 수력을 이용하여 전력을 생산하는 휴대용 발전기에 있어서:
   물이 흐르는 바닥에 고정되게 지지하는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 상단으로 수직하게 돌출되는 한 쌍의 고정대와, 상기 고정대 상단의 힌지판에 절첩가능하게 장착되는 손잡이, 상기 고정대에 장착되어 슬라이드 운동으로 서로 포개짐이 가능한 이중 구조로 형성된 커버, 상기 메인프레임의 상단과 고정대의 측면에 형성된 장착홈 상에 선택적으로 장착되는 유선형 벤투리판, 상기 고정대와 대향하는 위치로 장방형의 유동구를 구비하는 본체부;
   상기 메인프레임 내에 힌지를 따라 절첩되는 메인다리와, 상기 메인다리 상에 소정 간격마다 타공된 조절구와 맞물리게 내장되는 보조다리를 구비하는 조절부;
   상기 유동구 상에 승하강 운동되게 장착되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되어 물의 흐름에 따라 회전 운동하도록 외주면에 주걱형의 날개가 방사형으로 배열되는 물레형 블레이드와, 상기 블레이드를 수위에 따라 자동으로 회전 가능한 높낮이로 조절시키는 부력체를 구비하는 작동부; 및
   상기 회전축의 양단에 회전을 입력받아 전력으로 변환시키는 발전모듈과, 상기 블레이드 내에 회전축과 연동 운동되게 장착되어 회전수를 증가시키는 유성형 변속유닛을 구비하는 발전부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력 발전기.
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