KR101690308B1 - 접히는 수차 날개를 구비한 유수력 발전용 수차 - Google Patents

Abstract

유수력 발전용 수차가 개시된다. 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차는, 강 또는 하천 바닥면에 고정되는 다수개의 기둥, 강 또는 하천의 수위 변화에 대응하여 기둥을 따라 상하로 위치 이동이 가능한 리프트, 리프트 중심에서 강 또는 하천의 유속에 따라 회전하는 수차 회전축, 수차 회전축에서 방사형으로 다수 개 부착되고, 유속에 따라 회전하여 수차 회전축을 회전시키는 다수개의 수차 날개로 수차 날개 각각은 날개의 중심축을 기준으로 두 부분으로 나누어져, 수차 날개가 물속으로 입수할 때와 물속에서 수면으로 부상할 때 물의 저항에 의해 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혀져, 수차 날개가 물속에서 수면으로 부상하여 다시 물속으로 입수할 때 까지는 수차 날개의 두 부분이 서로 접혔다가, 물속으로 입수한 후에는 강 또는 하천의 유수력에 의해 접혀졌던 두 부분이 펼쳐지고 유수력에 의해 상기 수차 날개들이 밀려 상기 수차 회전축을 회전시키며, 수차 회전축에 연결되어 수차 회전축이 회전함에 따라 수차 회전축의 회전 동력을 전기 에너지로 변환하여 발전을 하는 발전기를 포함한다.
이에 따라 수차 날개가 중심축을 기준으로 양쪽 부분을 경첩을 이용하여 수면의 부상이나 잠입 때 접힐 수 있게 하고, 물 속에서는 유수력에 따라 자동으로 펴질 수 있는 구조를 도입하여 수차 날개가 수면 아래에서는 유수력을 최대한으로 받게끔 하고, 수면 위에서는 접히는 형태로 최소 단면적을 만들어 바람이나 수면 위로의 부상이나 잠입 시 저항을 최소화하여 유수력을 최대로 이용하여 효율적인 전력 생산을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

접히는 수차 날개를 구비한 유수력 발전용 수차{WATER WHEEL GENERATOR RUNNING WATER POWER HAVING FOLDABLE WHEEL WING}

본 발명은 유수력 발전용 수차에 관한 것이다. 구체적으로는 본 발명은 유속을 활용한 하향식 수력발전용 수차에 관한 것이다.

본 발명은 물의 높낮이 차가 없는 강이나 하천 등에서 볼 수 있는 유수력을 활용한 발전에 사용되는 수차에 관한 것이다.

전반적으로 석유 의존도가 높은 국내 산업 구조에서 유가의 불안정성은 곧 산업 전체의 기반이 흔들림과 동시에 물가상승을 동반하게 되고 더 나아가서는 일상생활에서의 전력 수급에도 차질이 발생할 수 있다.

그 대안으로 원자력 발전을 국내 전력 생산의 주요 공급원으로 정부가 나서 추진해 왔으나 방사능 폐기물 처리 문제와 지진이나 해일과 같은 자연재해에 대한 안전성 문제 그리고 원전 부지 설립과 관련된 끊임없는 민원 등의 문제로 여전히 안정된 전력원의 확보는 국가적인 목표로 추구되고 있다.

최근 무공해 자연 에너지원을 전력 공급원으로 개발하고자 하는 노력의 일환으로서 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 자연환경을 활용한 풍력 및 조력발전, 그리고 전 국토를 뒤덮고 있는 삼림 사이를 통과하여 흐르고 있는 강을 활용한 수력 발전이 그 대표적인 예로 들 수 있다.

특히, 수력 발전은 댐이나 제방을 이용하여 저장된 물을 그 낙차를 이용하여 내부에 폐쇄된 수로로 유입시켜 수차에 회전동력을 줌으로써 전력을 생산하는 상향식 수력 발전과 그러한 낙차 없이 순수하게 유속만으로 수면상에 반쯤 가라앉은 수차를 돌려 전력을 얻는 하향식 수력 발전으로 나눌 수 있다.

하향식 수력 발전에 회전축을 중심으로 일정 개수의 회전하는 날개를 지닌 일반적인 수차를 적용하였을 경우 날개의 입수에서 오는 저항력과 출수에서 동반되는 물의 퍼올림 현상으로 인한 회전동력의 감쇠가 일어나는 문제점이 존재한다. 또한 수면 위에서 수차 날개의 회전 방향에 대해 주변 바람의 방향이 나란한지 또는 그렇지 않은지에 따라 회전 동력에 영향을 받기도 한다.

더 나아가서 수면 위 일정 위치에 고정된 수차의 경우 계절이나 폭우 그리고 가뭄 등에 따른 수위 변화는 수차 날개로의 효율적인 유수력 전달에 영향을 준다.

따라서 이러한 일반적인 수차 모형의 유수력 발전 모델은 회전 동력으로의 충분한 에너지 도출이 힘들 뿐만 아니라 주변 환경과 사용 지역의 조건 등에 따라 전력 생산에 상당한 제약을 받는 문제점이 존재한다.

한국 공개특허번호 10-2011-0031399호 "날개 접이식 수차와 수차집"와 한국 등록특허 10-1197360호 "수정 날개 접이식 수차" 그리고 한국 공개특허번호 10-2012-0021351호 "커튼형 날개접이식 수차구조물"에서는 드럼에 날개가 경첩으로 부착되어 날개가 드럼에 부착되거나 펼쳐지는 형태의 수차가 개시되어 있으나 구조가 복잡하고, 날개가 드럼에 접히는 방식이 자동이나 외부의 바람이나 물에 의해 접히는 것이 아니어서 인위적인 장치에 의해 접혀져야 하는 문제점이 존재하며, 이에 따라 유수력이 날개를 펼쳐 유지시키는데도 이용되기 때문에 유수력의 낭비가 존재하는 구조적 문제가 있다. 아울러 이러한 수차들은 상향식 수력 발전에 사용되는 예에 해당된다.

본 발명은 수면 아래에서는 유수력을 회전 동력으로 최대한 변환시키고, 수차 날개가 수면 위로 부상할 때 물을 퍼올리는 현상으로 인한 회전 동력의 감소를 방지하고 수면 위에서도 공기 저항을 최소화하여 수차 회전력을 최대로 높일 수 있는 유수력 발전 수차를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 계절이나 폭우 그리고 가뭄 등에 따른 수위 변화에 상관없이 효율적인 유수력 전달이 가능한 유수력 발전 수차를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, 유수력 발전용 수차는, 강 또는 하천 바닥면에 고정되는 다수개의 기둥; 상기 강 또는 하천의 수위 변화에 대응하여 상기 기둥을 따라 상하로 위치 이동이 가능한 리프트; 상기 리프트 중심에서 강 또는 하천의 유속에 따라 회전하는 수차 회전축; 상기 수차 회전축에서 방사형으로 다수 개 부착되고, 유속에 따라 회전하여 상기 수차 회전축을 회전시키는 다수개의 수차 날개; 로 상기 수차 날개 각각은 한쪽으로 접히거나 펴질 수 있도록 날개의 중심축을 기준으로 두 부분으로 나누어져, 상기 수차 날개가 물속으로 입수할 때와 물속에서 수면으로 부상할 때 물의 저항에 의해 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혀져, 수차 날개가 물속에서 수면으로 부상하여 다시 물속으로 입수할 때 까지는 상기 수차 날개의 상기 두 부분이 서로 접혔다가, 물속으로 입수한 후에는 강 또는 하천의 유수력에 의해 접혀졌던 상기 두 부분이 펼쳐지고 상기 유수력에 의해 상기 수차 날개들이 밀려 상기 수차 회전축을 회전시키며, 상기 수차 회전축에 연결되어 상기 수차 회전축이 회전함에 따라 상기 수차 회전축의 회전 동력을 전기 에너지로 변환하여 발전을 하는 발전기;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 리프트는 부력을 통해 상기 리프트가 상기 기둥을 따라 상하로 움직이게 하여 상기 리프트의 위치를 수면을 기준으로 특정 높이에 위치시키는 기능을 하는 플로팅부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 수차 날개들은 상기 수차 회전축에서 멀어질수록 날개 면적이 넓어지는 형태를 갖는다.

한편, 상기 유수력 발전용 수차는, 상기 수차 회전축에 고정되며, 상기 각 수차 날개의 중심축과 연결되어 상기 수차 날개의 회전에 따라 상기 수차 회전축을 회전시키는 원형의 수차 날개 고정 프레임을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 수차 날개들 각각은 그 표면이 요철 처리되어 물의 표면장력으로 인한 접착력이 형성되는 것을 완화시키는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 상기 수차 날개의 표면 요철은 딤플 형태를 갖는다.

일 실시예에서, 상기 수차 날개들은 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혔다 펴질 수 있도록 중심부에 날개 경첩부를 포함한다. 상기 수차 날개들은 상기 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 유수력에 의해 상기 날개 경첩부에서 뒤로 접히지 않고 소정의 최대 각도에서 더 이상 펼쳐지지 않도록 하기 위한 충격 완화부를 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유수력 발전용 수차는, 강 또는 하천 바닥면에 고정되는 기둥; 상기 기둥의 중심부에 연결되어, 강 또는 하천의 유속에 따라 회전하는 수차 회전축; 상기 수차 회전축에서 방사형으로 다수의 날개가 부착되고, 수중에서 유속으로부터 동력을 받아 상기 수차 회전축을 회전시키는 다수 개의 수차 날개; 로 상기 수차 날개 각각은 한쪽으로 접히거나 펴질 수 있도록 날개의 중심축을 기준으로 두 부분으로 나누어져 있으며, 수중에서 유체의 흐름 방향과 날개의 접혀지는 방향이 반대가 되도록 위치하는 경우 상기 유체 흐름의 충격량으로 인해 자동으로 펼쳐지고, 그 이후에 상기 수차 회전축이 회전함에 따라 점차적으로 유체의 항력에 의해서 접혀지면서 날개의 접혀지는 방향과 유체의 흐름 방향이 나란하도록 위치하는 경우에는 완전히 상기 두 부분으로 나눠진 양 날개들이 접혀서 회전하여, 상기 수차 회전축이 수중에서 한 방향으로 회전하도록 하며, 상기 수차 회전축에 소정의 동력전달 시스템을 연결하여 수차의 회전동력을 전기 에너지로 변환하여 발전하는 발전기;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 유수력 발전용 수차의 수차 회전축은 부력을 통해 상기 수차 회전축이 상기 기둥을 따라 상하로 움직이게 하여 상기 수차 회전축의 위치를 수면을 기준으로 특정 높이에 위치시키는 기능을 하는 플로팅부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 유수력 발전용 수차는 수차 날개가 중심축을 기준으로 양쪽 부분을 경첩을 이용하여 수면의 부상이나 잠입 때 접힐 수 있게 하고, 물속에서는 유수력에 따라 자동으로 펴질 수 있는 구조를 도입하여 수차 날개가 수면 아래에서는 유수력을 최대한으로 받게끔 하고, 물 위에서는 접히는 형태로 최소 단면 적을 만들어 바람이나 수면 위로의 부상이나 잠입 시 저항을 최소화하여 유수력을 최대로 이용하여 효율적인 전력 생산을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차는 폭우나 가뭄과 같은 기상 현상으로 인해 발생할 수 있는 수위 변화에 부력을 활용하여 자동으로 수차의 위치가 수면에 따라 이동하여 지속적인 회전 동력 추출이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차의 수차 날개를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차의 수차 날개 표면을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 물이 흐르는 방향에서 본 모습을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 유수력 발전 수차의 다른 적용 예를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

높낮이의 차이를 활용한 상향식 수력발전의 경우 전력 생산을 위한 수차는 대부분 잠식의 형태로 수중에 설치되어 수압에 의해 회전하게 된다. 그러나 강이나 하천과 같이 수압이 아닌 유속을 활용한 하향식 수력발전의 경우 수차는 전체 구조의 절반은 수중에 잠기며, 나머지 절반은 수면 밖으로 노출되어 주변 대기 상태에 영향을 받기 쉽다. 그러므로 유수력을 수차의 회전동력으로 최대한 전환하기 위해서는 수차 날개의 설계에 다양한 인자가 고려되어야 한다.

본 발명은 먼저 4개의 기둥을 일정 간격으로 강바닥에 고정시키고, 이 중 각각 한 쌍의 기둥에는 수차의 회전축을 양쪽에서 떠받치는 받침대 2개가 개별적으로 연결되어 설치된다. 이때 기둥과 받침대는 부력을 갖는 플로팅부와 베어링 등의 구조물을 활용하여 수위 변화에 따라 위치가 자동으로 제어되는 리프트 구조를 갖도록 한다.

그리고 수차에 방사상의 형태로 배열되어 있는 각 수차 날개 부분은 노와 같은 형태를 지니면서 그 중심축에 두 개의 경첩을 부착하여 수면 아래에서는 충분한 유수력을 받아들일 수 있도록 펼쳐지는 형태가 되며, 다시 수면 위로 부상할 때는 중심축을 기준으로 각 양쪽 부분 날개에 작용하는 회전력으로 인해 수면 아래 방향으로 V 자 형태가 되면서 물의 퍼올림 현상을 방지한다.

더 나아가 이러한 V 자 형태로 바뀐 수차 날개는 수면 위에서 바람의 방향이 유속과 나란하게 불때는 접히는 형태가 되어 공기의 저항을 최소화하며 유속과 반대 방향으로 불면 접혔던 수차 날개가 점차적으로 펼쳐지면서 오히려 불어오는 바람으로부터 추진력을 얻을 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 V 자 형태로 수면 아래로 입수한 다음 유수력을 쉽게 전달받을 수 있도록 두 양쪽 부분 날개 사이에 잔존해 있는 수분으로 인한 흡착력을 제거하는 기능을 갖는다. 이를 위해 본 발명에서는 두 양 부분 날개가 서로 맞붙는 연 위에 골프공과 같은 딤플 요철을 두어 두 부분 날개 사이의 흡착력을 최소화시킨다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차(10)는 다수개의 기둥(11), 리프트(12), 수차 회전축(13), 다수개의 수차 날개(14), 발전기(15), 플로팅부(16) 및 고정 프레임(17)을 포함한다.

다수개의 기둥(11)들은 강 또는 하천 바닥면에 고정되어 유수력 발전용 수차(10)를 강 등에 고정시키는 기능을 한다. 리프트(12)는 기둥(11)에서 위아래로 슬라이딩 이동할 수 있도록 되어 있고, 그 가운데에 수차 회전축(13)을 고정시켜 수차를 수면에 따라 이동하면서 발전을 할 수 있도록 하는 기능을 한다. 수차 회전축(13)은 리프트(12) 중심에서 강 또는 하천의 유속에 따라 수차 날개의 회전에 의해 회전하여 발전기를 돌기를 기능을 한다. 수차 날개(14)는 수차 회전축(13)에서 방사형으로 다수 개가 부착되어 있고, 물속에서 날개가 펴져 유속에 따라 물의 운동에 따라 회전하여 수차 회전축(13)을 회전시키는 기능을 한다. 수차 날개(14)는 각각 날개의 중심축을 기준으로 두 부분으로 나누어져, 수차 날개(14)가 물속으로 입수할 때와 물속에서 수면으로 부상할 때 물의 저항에 의해 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혀져, 수차 날개(14)가 물속에서 수면으로 부상하여 다시 물속으로 입수할 때 까지는 수차 날개(14)의 상기 두 부분이 서로 접혔다가, 물속으로 입수한 후에는 강 또는 하천의 유수력에 의해 접혀졌던 수차 날개의 두 부분이 펼쳐지고 유수력에 의해 밀려 수차 회전축(13)을 회전시키는 기능을 한다.

발전기(15)는 수차 회전축(13)에 연결되어 수차 회전축(13)이 수차 날개에 의해 회전함에 따라 수차 회전축(13)의 회전 동력을 전기 에너지로 변환시켜 발전을 하는 기능을 한다. 플로팅부(16)는 리프트(12)에 고정 설치되고, 부력을 통해 리프트(12)가 기둥(11)을 따라 상하로 움직이게 하여 리프트(12)의 위치를 수면을 기준으로 특정 높이에 위치시키는 기능을 한다. 플로팅부(16)의 리프트(12)에서의 설치 위치는 수차(10)의 일부(아래쪽 부분) 가 수면에 잠기고 나머지 일부(위쪽 부분) 가 수면 위에 뜰 수 있도록 수차(10)의 무게나, 플로팅부(16)의 부력 등을 고려하여 결정된다. 이러한 플로팅부(16)는 일정 형태의 스티로폼이나 에어 주입 튜브 등이 이용될 수 있고, 계절에 따른 수위 변화에 자동으로 일정 위치를 유지시켜 수차 날개가 수면에 잠기는 부분이 줄어들거나 윗 부분도 수면에 잠겨 수차의 회전 동력 감소를 미연에 방지할 수 있게 한다.

고정 프레임(17)은 수차 회전축(13)에 고정되어 설치되고, 각 수차 날개(14)의 중심축에도 연결되어 수차 날개의 회전에 따라 수차 회전축(13)을 회전시키는 원형의 수차 날개들(14)이 부러지지 않게 수차 회전축(13)에 고정시키는 기능을 한다.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차의 수차 날개를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2a는 수차 날개의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2b는 수차 날개가 조금 접혀진 모습을 나타내고, 도 2c는 수차 날개가 완전히 펼쳐진 모습을 나타낸다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 수차 날개(14)는 기하학적으로 배의 추진에 흔히 쓰이는 노와 같은 형태를 가질 수 있고, 수차 회전축(13)에서 멀어질수록 날개 면적이 넓어지는 형태를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 수차 날개(14)들은 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혔다 펴질 수 있도록 수차 날개(14)의 중심축(21)에 하나 이상의 날개 경첩부(22)를 구비할 수 있다. 수차 날개(14)의 양 두 부분은 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이 경첩부(22)를 통해 중심축(21)을 기준으로 접혔다 펴질 수 있게 된다.

아울러, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 수차 날개(14)에는 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 유수력에 의해 펼쳐질 때, 날개 경첩부(22)에서 뒤로 접히지 않고 소정의 최대 각도에서 더 이상 펼쳐지지 않도록 하기 위해 날개(14)의 양 부분이 더 이상 펼쳐지는 것을 막는 충격 완화부(23)를 더 구비할 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 예처럼, 충격 완화부(23)는 수차 날개 고정 프레임(17)의 일부를 구성할 수도 있으며, 수차 날개 고정 프레임(17)에서 수차 날개(14)들이 펴졌을 때 고정 프레임에 닿는 부분에 설치될 수도 있다.

수차 날개(14)는 수차의 회전에 따라 수차 날개(14)가 위치하는 위치에 따라 도 2c에 도시된 바와 같이 완전히 펼쳐진 형태(물속에 잠겨 유수력을 받을 때)나, 도 2b에 도시된 바와 같이 V자 형태(물속에서 나와서 물속으로 들어갈 때), 그리고 도 2a 내지 도 2c에는 도시되지 않았지만, 물 밖에서 완전히 접혀진 형태가 될 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차의 수차 날개 표면을 확대한 도면이다.

도 3을 참조하면, 수차 날개(14)들 각각은 그 표면이 요철(31) 처리되어 물의 표면장력으로 인한 접착력이 형성되는 것을 방지한다. 일 예로 이러한 수차 날개(14)의 표면은 골프공 표면과 같이 딤플 형태를 가질 수 있다.

이와 같이 요철 처리된 부분을 통해 수차 날개(14)가 완전히 접혀진 상태에서 두 날개 부분 사이에 잔존하는 물로 인한 흡착력을 방지할 수 있고, 수차 회전에서 수차 날개가 가지는 각 형태들 사이의 전환이 순수 부분 날개의 무게로 인한 회전력만으로 이루지게 할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 물이 흐르는 방향에서 본 모습을 나타낸다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차의 동작 모습을 설명하면, 수차 날개는 경첩(22)을 중심으로 펼쳐지거나 접힐 수 있어, 수차(10)의 회전에 의해 각 수차 날개(14)들이 위치하는 위치에 따라 펼쳐진 형태가 되기도 하고, V자로 접히거나 완전히 접혀진 형태가 된다. 예를 들어, 수차 날개(14)는 수차 날개(14)는 수면 아래로 입수할 때는 수차 날개(14)의 중심축은 수차 회전축(13) 또는 고정 프레임(17)에 고정되어 있어 먼저 입수되지만, 양 날개 부분은 물의 저항에 의해 뒤로 밀려나 접혀진 형태로 입수하게 된다. 그러나 수차 날개(14)가 수면 아랫부분에 있을 때는 유수력에 따라 물의 저항으로 완전히 펼쳐진 형태가 된다. 이에 따라 수차 날개(14)는 유수력을 최대한으로 받아들어 이를 수차(10)의 회전 동력으로 최대한으로 전달할 수 있게 된다.

아울러, 수면 아래에서 완전히 펼쳐진 수차 날개(14)는 물의 흐름에 따라 이동하여 수차 회전축(13)에 회전 동력을 전달한다. 그리고 수차 날개(14)가 물 밖으로 부상하는 경우에도 수차 날개(14)는 물이 흘러가는 방향과 일직선으로 위치하게 되고 이 경우에는 유수력이 수차 날개(14)에 미치는 힘보다 수차 날개(14)가 회전하면서 받는 물의 저항이 더 크게 되고, 이에 따라 수차 날개(14)의 양 부분은 물의 저항으로 다시 접히게 된다. 따라서 수차 날개(14)가 수면 위로 부상할 때도 V 자 형태 또는 완전히 접혀서 부상하게 된다. 그리고 다시 수면 아래로 들어가 유수력에 의해 날개가 펼쳐질 때까지 접힌 상태를 유지하게 된다. 이와 같이 V자 형태 또는 완전히 접힌 형태의 수차 날개(14)는 수면으로 수차 날개가 부상할 때 같이 퍼올려 지는 물의 무게로 인한 회전력 감소를 방지할 수 있고, 최종적으로 완전히 접혀진 형태는 수면 위에서 주변 바람에 영향으로 공기의 저항을 받는 것을 최소화할 수 있게 된다.

더 나아가 이러한 V 자 형태로 바뀐 수차 날개는 수면 위에서 바람의 방향이 유속과 나란하게 불때는 접히는 형태가 되어 공기의 저항을 최소화하며 유속과 반대 방향으로 불면 접혔던 수차 날개가 점차적으로 펼쳐지면서 오히려 불어오는 바람으로부터 추진력을 얻을 수 있다.

수면 아래에서 유속으로 인해 수차 날개가 완전히 펼쳐질 때는 도 2c에 도시된 바와 같이 고정 프레임(17)에 부착된 충격 완화부(23)가 유수력에 의해 양 날개 부분이 과도하게 젖혀짐으로써 파손되는 것을 방지한다.

도 5는 본 발명에 따른 유수력 발전 수차의 다른 적용 예를 나타낸다.

도 4에 도시된 실시예에서는, 본 발명에 따른 유수력 발전 수차가 수면에 직각으로 세워져 반쯤 물에 잠긴 형태로 사용되어 유수력이나 풍력에 의해 수차가 회전을 하는 반면, 도 5에 도시된 실시예에서는 본 발명에 따른 유수력 발전 수차가 수평으로 눕힌 상태에서 수면 아래에 설치된다. 수차 회전축은 수면 바닥에 설치된 기둥에 연결되고, 상기 기둥을 중심으로 베어링 등을 이용하여 회전할 수 있다.

한편, 도 5의 실시예에서도 도 5에 도시되지는 않았지만 가뭄 등으로 수면이 낮아질 경우를 대비하여 플로팅부를 두어 수면이 낮아져도 계속 유수력 발전 수차가 수면 아래에 위치할 수 있게 할 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서는 강물이 흐르게 되면 (도 5의 예에서는 오른쪽에서 왼쪽 방향으로) 강물이 흐르는 방향에서 봤을 때 수차의 왼쪽에 위치한 수차 날개들은 유수력에 의해 날개가 펼쳐지게 되어, 유수력을 최대한으로 받아들어 유체 흐름에 따라 날개가 이동하고 수차가 회전하게 한다. 또한 강물이 흐르는 방향에서 봤을 때 수차의 오른쪽에 위치한 수차 날개들은 유수력에 의해 날개가 완전히 접히게 되기 때문에 오른쪽에 위치한 수차 날개들은 유수력에 의한 저항없이 회전할 수 있게 된다. 강물의 흐름 방향에서 중앙에 위치하는 수차들도 유수력에 의해 받는 표면적이 작기 때문에 유수력에 의한 저항이 거의 없게 된다.

따라서 유체의 흐름에 따라 수차 날개 중 유수력에 의해 날개가 펴져 유수력의 힘을 받는 날개에 의해 수차가 회전하게 되어 발전을 할 수 있게 된다.

즉, 이 수차 날개 각각은 날개의 중심축을 기준으로 두 부분으로 나누어져 있으며, 수중에서 유체의 흐름 방향과 날개의 접혀지는 방향이 반대가 될 경우 유체 흐름의 충격량으로 인해 자동으로 펼쳐지고, 그 이후에 수차 회전축이 회전함에 따라 점차적으로 유체의 항력에 의해서 접혀지면서 날개의 접혀지는 방향과 유체의 흐름 방향이 나란한 경우에는 완전히 접혀서 최소의 항력으로 회전하며, 이러한 회전 원리에 입각하여 수차의 회전은 유체의 흐름 방향과 관계없이 상시 한 방향으로만 회전하게 된다.

또한 발전기는 수차 회전축에서 수면 위로 돌출된 부분에 소정의 동력전달 시스템을 연결되고 수차의 회전동력을 전기 에너지로 변환하여 발전하게 한다.

본 발명에 따른 유수력 발전용 수차는 수차 날개가 중심축을 기준으로 양쪽 부분을 경첩을 이용하여 수면의 부상이나 잠입 때 접힐 수 있게 하고, 물 속에서는 유수력에 따라 자동으로 펴질 수 있는 구조를 도입하여 수차 날개가 수면 아래에서는 유수력을 최대한으로 받게끔 하고, 수면 위에서는 접히는 형태로 최소 단면적을 만들어 바람이나 수면 위로의 부상이나 잠입 시 저항을 최소화하여 유수력을 최대로 이용하여 효율적인 전력 생산을 할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 수차 전체가 물속에 잠겨서 이용하는 경우에도, 날개가 접히는 방향이 유수의 방향과 반대가 될 때는 양 날개가 펴지게 되어 유수력을 받아 회전하고, 날개 방향이 유수력과 일직선이 되는 경우나 날개가 접히는 방향이 유수의 방향과 같은 위치로 올 때에는 날개가 접혀 항력이 최소화되게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차는 폭우나 가뭄과 같은 기상 현상으로 인해 발생할 수 있는 수위 변화에 부력을 활용하여 자동으로 수차의 위치가 수면에 따라 이동하여 지속적인 회전 동력 추출이 가능한 효과가 있다.

이러한 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차를 활용하면 크게는 새롭고 안정된 무공해 전력원 창출이 가능하며, 작게는 강이나 하천을 인근 주변에 위치한 농가에는 경제적 부담없이 농업 및 가정에 필요한 전력을 공급할 수 있게 할 수 있다. 또한, 수변 공원에는 야간에도 안정된 전력을 공급하여 지역 주민들에게 유가 상승이나 한 여름의 전력 피크에도 상관없이 새로운 체육 또는 문화 공간을 제공할 수 있게 한다.

이상에서 본 발명에 따른 유수력 발전용 수차에 대해 설명하였다.

이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 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 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 수차 11 : 기둥
12 : 리프트 13 : 수차 회전축
14 : 수차 날개 15 : 발전기
16 : 플로팅부 17 : 수차 날개 고정 프레임
21 : 수차 날개 중심축 22 : 경첩부
23 : 충격 완화부 31 : 요철

Claims (9)

1. 강 또는 하천 바닥면에 고정되는 다수개의 기둥;
   상기 강 또는 하천의 수위 변화에 대응하여 상기 기둥을 따라 상하로 위치 이동이 가능한 리프트;
   상기 리프트 중심에서 강 또는 하천의 유속에 따라 회전하는 수차 회전축;
   상기 수차 회전축에서 방사형으로 다수 개 부착되고, 각각이 한쪽으로 접히거나 펼질 수 있도록 중심축을 기준으로 양쪽 옆 방향의 두 부분으로 나뉘어져 있고, 유속에 따라 회전하여 상기 수차 회전축을 회전시키는 다수개의 수차 날개; 및
   상기 수차 회전축에 연결되어 상기 수차 회전축이 회전함에 따라 상기 수차 회전축의 회전 동력을 전기 에너지로 변환하여 발전을 하는 발전기;를 포함하며,
   상기 수차 날개들은 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혔다 펴질 수 있도록 중심부에 날개 경첩부; 및 상기 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 유수력에 의해 상기 날개 경첩부에서 뒤로 접히지 않고 소정의 최대 각도에서 더 이상 펼쳐지지 않도록 하기 위한 충격 완화부를 포함하고,
   상기 수차 날개들 각각은 물의 표면장력으로 인한 흡착력 형성을 방지할 수 있도록 표면이 딤플 형태로 요철 처리되는 것을 특징으로 하는 유수력 발전용 수차.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 리프트는 부력을 통해 상기 리프트가 상기 기둥을 따라 상하로 움직이게 하여 상기 리프트의 위치를 수면을 기준으로 특정 높이에 위치시키는 기능을 하는 플로팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유수력 발전용 수차.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수차 날개들은 상기 수차 회전축에서 멀어질수록 날개 면적이 넓어지는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유수력 발전용 수차.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유수력 발전용 수차는, 상기 수차 회전축에 고정되며, 상기 각 수차 날개의 중심축과 연결되어 상기 수차 날개의 회전에 따라 상기 수차 회전축을 회전시키는 원형의 수차 날개 고정 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유수력 발전용 수차.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 강 또는 하천 바닥면에 고정되는 기둥;
   상기 기둥의 중심부에 연결되어, 강 또는 하천의 유속에 따라 회전하는 수차 회전축;
   상기 수차 회전축에서 방사형으로 다수의 날개가 부착되고, 각각이 한쪽으로 접히거나 펴질 수 있도록 중심축을 기준으로 양쪽 옆 방향의 두 부분으로 나뉘어져 있고, 수중에서 유속으로부터 동력을 받아 상기 수차 회전축을 회전시키는 다수 개의 수차 날개; 및
   상기 수차 회전축에 소정의 동력전달 시스템을 연결하여 수차의 회전동력을 전기 에너지로 변환하여 발전하는 발전기;를 포함하며,
   상기 수차 날개들은 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 접혔다 펴질 수 있도록 중심부에 날개 경첩부; 및 상기 두 부분으로 나누어진 양 부분들이 유수력에 의해 상기 날개 경첩부에서 뒤로 접히지 않고 소정의 최대 각도에서 더 이상 펼쳐지지 않도록 하기 위한 충격 완화부를 포함하고,
   상기 수차 날개들 각각은 물의 표면장력으로 인한 흡착력 형성을 방지할 수 있도록 표면이 딤플 형태로 요철 처리되는 것을 특징으로 하는 유수력 발전용 수차.

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