KR101822999B1 - 수차식 조류 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀물과 썰물에 의해 수차식 발전시스템의 수위가 달라지더라도 수차가 회전 부하로 작용하는 것을 방지하여 발전 효율을 유지할 수 있는 수차식 조류 발전시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수차 발전유닛은, 내부에 수용공간이 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 발전기; 상기 발전기와 연결되면서 하향 길이를 가지는 회전축; 상기 회전축의 하부에 다단으로 설치되는 축고정식 회전날개부; 상기 축고정식 회전날개부의 위쪽에 위치되면서 수위에 따른 회전 또는 부력에 의해 승강 동작되는 승강식 회전날개부; 및 상기 승강식 회전날개부의 상부에 위치되면서 상기 승강식 회전날개부의 상승 및 하락 시 접촉 및 비접촉되면서 회전 동력을 상기 회전축에 전달 또는 전달 해제시키는 클러치부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수차식 조류 발전시스템{Power Generation System using Tidal Current Energy and Water Wheel}

본 발명은 수차식 조류 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조류(潮流, tidal current energy)에 의해 회전되는 수차를 이용하여 전기에너지를 생산하는 수차식 조류 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 친환경에너지로는 태양에너지(solar energy), 풍력에너지(wind energy), 조류력에너지(tidal current energy), 조력에너지(tidal energy), 지열에너지(geo-thermal energy), 생화학에너지(bio-chemical energy) 등이 알려져 있다.

이 중 조류력 에너지는 조류력(이하 '조류'라 한다.)을 이용하여 수차를 회전시킴으로써 발전기를 구동하여 전기에너지를 생산하는 방식으로, 이와 같은 종래의 조류 발전장치로는 공개특허공보 제2004-0033161호의 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치를 예로들 수 있다.

상기 특허문헌에 개시된 조류 발전장치는, 부유체나 고정구조물 하부에 수직으로 설치된 다수의 수직원통형 수차와, 상기 수직원통형 수차에 발전효율을 향상시키기 위해 선택적으로 링크되는 증속기어와, 상기 증속기어와 연결되거나 수직원통형 수차에 직결되는 발전기로 구성된다.

그러나 상기 특허문헌의 조류 발전장치는 설치된 자연적 조건에 따라 조수 간만의 차가 커서 수위가 크게 달라지면, 조류의 영향을 받지 않는 위치의 위쪽 수차를 조류에 영향을 받는 아래쪽 수차와 함께 회전시켜야 하므로 조류에 의한 수차의 회전력이 크게 저하되고, 이에 의해 발전 효율도 떨어지던 문제가 있다.

따라서 조류의 수위의 변화에 따라 회전되는 수차 수를 조절하여 연속적이면서도 효율적인 발전을 기대할 수 있는 수차식 조류 발전시스템의 개발이 요구된다.

KR 10-2004-0033161 A (2004. 04. 21.) KR 10-2009-0045225 A (2009. 05. 07.) KR 20-0192711 Y1 (2000. 06. 05.) KR 20-2011-0005041 U (2011. 05. 24.)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 수차식 발전시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 밀물과 썰물에 의해 수차식 발전시스템이 설치된 지역의 수위가 낮아져 위쪽에 설치된 수차가 공기 중에 노출될 때, 이 수차가 회전축의 회전 시 부하로 작용하는 것을 감소시킬 수 있어 모든 수위에서 조류를 효과적으로 이용할 수 있는 수차식 조류 발전시스템을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 조류 발전시스템의 수차 발전유닛은, 내부에 수용공간이 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되는 발전기; 상기 발전기와 연결되면서 하향 길이를 가지는 회전축; 상기 회전축의 하부에 다단으로 설치되는 축고정식 회전날개부; 상기 축고정식 회전날개부의 위쪽에 위치되면서 수위에 따른 회전 또는 부력에 의해 승강 동작되는 승강식 회전날개부; 및 상기 승강식 회전날개부의 상부에 위치되면서 상기 승강식 회전날개부의 상승 및 하락 시 접촉 및 비접촉되면서 회전 동력을 상기 회전축에 전달 또는 전달 해제시키는 클러치부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 승강식 회전날개부가, 상기 회전축의 외측을 관통하여 설치되면서 베어링에 의해 지지되어 회전 가능하게 설치되는 가이드축; 상기 가이드축의 외측면에 설치되는 복수 단의 수차유닛; 및 상기 수차유닛의 저면에 설치되는 승강가이드유닛; 을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 승강가이드유닛이 부력에 의해 상기 수차유닛을 승강시키는 부력 부재인 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 가이드축에 상기 수차유닛이 상기 가이드축의 하부에서 머무르도록 외측면을 따라 수평으로 형성되는 안내홈과, 상기 안내홈과 일단이 연결되면서 타단이 상기 가이드축의 외측면을 따라 형성되는 나선 모양으로 나선홈이 형성되고, 상기 승강가이드유닛에는 상기 안내홈과 나선홈을 따라 이동하는 복수 개의 볼이 구비되어, 상기 수차유닛의 회전 동작여부에 따라 상기 나선홈을 따라 상승 또는 하강되면서 상기 가이드축을 기준으로 승강되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 클러치부재가, 상기 회전축의 상부에 설치되는 상부클러치와, 상기 승강식 회전날개부의 상면에 설치되면서 상기 상부클러치와 선택적으로 접촉되는 하부클러치를 포함하고, 상기 상, 하부클러치에는 서로 마주하는 면에 한 방향으로 경사지도록 돌출된 기어부가 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 클러치부재가, 상기 회전축의 상부에 설치되는 상부디스크와, 상기 승강식 회전날개부의 상면에 설치되면서 상기 상부디스크와 선택적으로 접촉되는 하부디스크 및 상기 하부디스크의 상면에 설치되는 마찰판을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수차식 발전시스템이 설치된 지역의 조수간만의 차가 커서 수위가 달라지더라도 변화된 수위에 맞게 승강식 회전날개부가 회전축과 연동 또는 연동이 해제되면서 수류의 흐름이 있는 전체 수위에서 원활한 회전력을 전달하여 최대의 발전량과 발전효율을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수차식 조류 발전시스템 중, 수차 발전유닛을 보인 사시도.
도 2는 도 1의 분리 사시도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 하우징과 발전기의 예를 보인 단면도.
도 5(a, b)는 본 발명에 따른 축고정식 회전날개부의 예를 보인 사시도 및 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 승강식 회전날개부의 예를 보인 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 가이드축의 예를 보인 정면도.
도 8(a, b)은 본 발명에 따른 수차유닛의 예를 보인 사시도 및 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 승강가이드유닛의 예를 보인 분리 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 승강식 회전날개부 및 클러치부재가 회전축에 조립된 예를 보인 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 승강식 회전날개부의 다른 실시예를 보인 사시도.
도 12는 본 발명에 따른 클러치부재 중, 상부클러치의 예를 보인 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 클러치부재 중, 하부클러치의 예를 보인 분리 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 클러치부재의 다른 실시예를 보인 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 수차 발전유닛이 조류가이드에 설치된 예를 보인 사시도.
도 16은 본 발명에 따른 발전시스템의 예를 보인 사시도.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 승강식 회전날개부가 수위에 따라 승강 동작되는 예를 보인 사용 상태도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 밀물과 썰물에 의해 수차식 발전시스템이 설치된 지역의 수위가 낮아져 회전축의 위쪽에 설치된 수차가 공기 중으로 노출되어 아래쪽에 설치된 수차에 의해 회전축이 회전될 때, 위쪽의 수차가 회전축의 부하로 작용하는 것을 감소시킬 수 있는 수차식 조류 발전시스템을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(10), 발전기(20), 회전축(30), 축고정식 회전날개부(40), 승강식 회전날개부(50) 및 클러치부재(60)를 포함한다.

하우징(10)은 사각 또는 원통 모양으로 형성되면서, 그 상부가 개방되어 내부에 후술하는 발전기(20)가 수용되기 위한 공간이 형성되고, 개방된 상부에는 물이 내부로 유입되지 않도록 고무재질의 개스킷(gasket) 등의 실링부재가 안착된 다음, 원판 또는 사각판 모양의 커버(11)가 조립되어 밀폐된다.

그리고 하우징(10)의 저면에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 고정프레임(12)이 설치되고, 이러한 고정프레임(12)에 의해 후술하는 고정식 축회전날개부(40)와 승강식 회전날개부(50)에 의한 회전 방향에 맞추어 조류의 유입 방향을 한 방향으로 안내하는 조류가이드(3) 등의 구축물 위에 하우징(10)이 설치 고정된다.

하우징(10)의 내측 공간에는 발전기(20)가 설치되고, 이러한 발전기(20)에 의해 후술하는 회전축(30)에서 전달되는 회전 동력에 의해 전기에너지가 생산된다.

이때 발전기(20)에는 복수 개의 기어가 일정비로 설치되어 회전 동력의 입력측 대비 출력측의 회전량이 증가하도록 구성되는 증속유닛(21)이 설치되고, 이러한 증속유닛(21)에 의해 회전축(30)이 저속의 조류에 의해 회전되더라도 전기에너지 생산에 필요한 적정의 회전동력이 제공되면서 안정적이면서도 연속적인 발전이 담보된다.

발전기(20)의 증속유닛(21) 중, 입력측의 연결축(21A)에는 상하로 길이를 가지는 회전축(30)이 결합되고, 이 회전축(30)에 의해 전기에너지를 생산하기 위한 회전 동력이 발전기(20)로 제공된다.

이러한 회전축(30)은, 그 상단이 증속유닛(21)의 연결축(21A)과 볼트(B)와 너트(N) 등의 결합부재를 이용하여 체결 결합되고, 그 하단은 조류가이드(3) 등의 구축물 바닥에 베어링유닛에 의해 회전 가능하게 고정된다. 이때 베어링유닛은 회전축(30)에서 작용하는 축 방향 하중을 지지하면서 원활하게 회전 동작될 수 있도록 스러스트 베어링(thrust bearing)으로 구성된다.

이러한 회전축(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이 후술하는 승강식 회전날개부(50)가 지지되도록 승강식 회전날개부(50)의 아래쪽에 지지부(31)가 돌출 형성되고, 상부에는 연결축(21A)과 결합되기 위한 복수 개의 결합공(32)이 그 양측면을 수평으로 관통하여 형성된다.

그리고 지지부(31)에는 하부 베어링유닛(B1)이 안착되고, 이러한 하부 베어링유닛(B1)에 의해 승강식 회전날개부(50)가 회전 가능하게 지지되며, 회전축(30)의 상부로 연결축(21A)이 삽입된 다음, 볼트(B)를 결합공(32)에 관통 삽입하여 연결축(21A)과 회전축(30)이 서로 조립 고정된다. 이때 회전축(30)의 상부에는 후술하는 클러치부재(60)의 상부클러치(61)가 삽입된 다음, 볼트(B)를 이용하여 함께 조립될 수 있다.

회전축(30)의 하부에는 복수 조의 축고정식 회전날개부(40)가 회전축(30)에 고정 설치되고, 이러한 축고정식 회전날개부(40)에 의해 조류(潮流)의 영향으로 회전축(30)이 회전되면서 전기에너지를 생산하기 위한 회전 동력이 발생된다.

이러한 축고정식 회전날개부(40)는, 도 3 및 도 5(a, b)에 도시된 바와 같이 원판 모양을 가지면서 서로 소정 간격 이격되어 상하로 배치되는 상, 하판(41, 42)과, 이러한 상, 하판(41, 42) 사이에 방사상으로 설치되는 복수 개의 블레이드(43)를 포함하고, 이때 상, 하판(41, 42)의 중앙에는 회전축(30)이 관통 설치되기 위한 축관통공(H)이 상하로 관통되어 형성된다.

그리고 블레이드(43)는 조류에 의해 축고정식 회전날개부(40)가 쉽게 회전될 수 있도록, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 위(평면)에서 바라본 블레이드(43)의 단면 모양이 호 형상을 이루도록 형성된다.

또한, 회전축(30)과 축고정식 회전날개부(40)는 서로 헛돌지 않도록 키와 키홈에 의해 조립되거나 또는 볼트와 너트 등의 체결부재(도시하지 않음)를 이용하여 서로 체결 조립된다.

이러한 구조의 축고정식 회전날개부(40)는 회전축(30)의 하부에서 소정 높이가 되도록 3~5개 단위가 하나의 조를 이루도록 조립되고, 이렇게 조립된 축고정식 회전날개부(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드(43)의 위치가 상하 서로 어긋나게 배치되어 조류에 의해 연속적으로 회전되도록 구성된다.

그리고 상, 하판(41, 42)의 구조에 의해 조류가 블레이드(43)의 위쪽 또는 아래쪽으로 분산되지 않도록 그 방향이 블레이드(43) 쪽(수평 방향)으로 안내되고, 이에 의해 조류 에너지가 블레이드(43)를 회전시키는 데에 그대로 이용되면서 조류 에너지의 이용 효율이 크게 향상된다.

축고정식 회전날개부(40)가 설치된 회전축(30)의 위쪽에는 승강식 회전날개부(60)가 설치되고, 이러한 승강식 회전날개부(50)에 의해 수위가 밀물과 썰물에 의해 변동됨에 따라 선택적으로 승강되면서 회전축(30)에 회전 동력이 전달되도록 회전축(30)과 연동되거나 또는 연동이 해제된다.

이러한 승강식 회전날개부(50)는 수위에 따라 승강식 회전날개부(50)가 승강 동작되는 구조에 따라 다르게 구성될 수 있고, 따라서 이하에서는 승강식 회전날개부(50)가 승강되도록 구성되는 각각의 실시예에 따라 설명한다.

<실시예 1: 승강가이드유닛을 이용한 예>

실시예 1은 수위의 상승과 저하에 따라 부력과 조류에 의한 수차의 회전시 발생되는 양력으로 승강되도록 구성된 것으로, 이때의 승강식 회전날개부(50)는, 도 6에 도시된 바와 같이 회전축(30)의 외측을 관통하여 설치되면서 베어링(B1, B2)에 의해 지지되어 회전 가능하게 설치되는 가이드축(51)과, 이 가이드축(51)의 외측면에 설치되는 복수 단의 수차유닛(52) 및 수차유닛(52)의 저면에 설치되는 승강가이드유닛(53)을 포함한다.

그리고 가이드축(51)에는, 도 7에 도시된 바와 같이 수차유닛(52)이 가이드축(51)의 하부에서 머무르면서 회전축(30)과 따로 회전되도록 하는 소정 깊이의 안내홈(51B, 51B')이 가이드축(51)의 외측면을 따라 수평으로 형성된다.

또한, 안내홈(51B, 51B')의 위쪽에는 안내홈(51B, 51B')과 일단이 연결되면서 타단이 가이드축(51)의 외측면을 따라 나선 모양으로 홈을 형성하는 나선홈(51C, 51C')이 형성되고, 이러한 나선홈(51C, 51C')은 후술하는 볼(53C)의 설치 개수에 맞추어 가이드축(51)을 중심으로 그 외측면을 따라 동일 간격을 두고 복수 개가 형성된다.

이러한 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')은, 가이드축(51)의 하부에 1개만 형성되거나 또는 서로 상하로 소정 간격 이격되어 2개 이상 형성된다.

그리고 수차유닛(52)은, 도 8(a, b)에 도시된 바와 같이 원판 모양을 가지면서 상하로 서로 소정 간격 이격되어 위치되는 상, 하판(52A, 52B)과, 이러한 상, 하판(52A, 52B) 사이에 복수 개 설치되는 블레이드(52C)와, 상, 하판(52A, 52B)의 중앙부분에 상하로 관통되어 형성되는 축관통공(52D)을 포함한다.

또한, 승강가이드유닛(53)은, 도 9에 도시된 바와 같이 링 모양을 가지는 하부조립체(53A)와, 하부조립체(53A)의 위쪽에 조립되는 링 모양의 상부조립체(53B)와, 하부조립체(53A)와 상부조립체(53B) 사이에 설치되는 복수 개의 볼(53C)을 포함하고, 이러한 승강가이드유닛(53)의 볼(53C)이 가이드축(51)의 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')을 따라 이동되도록 가이드축(51)의 외측면을 감싸도록 조립된다.

상기와 같은 구조의 승강식 회전날개부(50)는, 수위가 상승하여 수차유닛(52)이 부력과 조류의 영향을 받아 정회전(조류에 의해 유도된 회전방향)되면, 나선홈(51C, 51C')을 따라 수차유닛(52)이 소정 높이로 상승되고, 이와 반대로 수위가 낮아져 수차유닛(52)의 회전력 및 양력이 약화되면, 수차유닛(52)이 자중에 의해 나선홈(51C, 51C')을 따라 역방향(조류의 유도로 회전되는 방향과 반대되는 방향)으로 회전되면서 다시 안내홈(51B, 51B') 쪽으로 하강된다.

이와 같이 수차유닛(52)이 조류의 영향을 받아 정회전되어 상승되면, 후술하는 클러치부재(60)에 의해 회전축(30)과 수차유닛(52)이 연동되면서 고정식 축회전날개부(40)와 승강식 회전날개부(50)의 추가 회전력으로 회전축(30)이 회전된다.

그리고 승강식 회전날개부(50)의 수차유닛(52)이 설치된 높이 이하로 수위가 낮아지면, 수차유닛(52)의 양력과 부력의 약화로 자중에 의해 나선홈(51C, 51C')을 따라 역회전되면서 수차유닛(52)이 자연스럽게 하강되고, 이에 의해 회전축(30)과 수차유닛(52)의 연동이 해제되면서 고정식 축회전날개부(40)와 회전축(30)이 따로 회전되고, 이에 의해 수위가 낮아지더라도 회전축(30)이 승강식 회전날개부(50)로 인한 부하(공기저항 등) 없이 고정식 축회전날개부(40)의 회전력으로 발전을 하게 된다.

한편, 위에서는 가이드축(51)에 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')이 형성되는 것으로 도시되고 설명되었으나, 더욱 용이하게 실시되기 위해 가이드축(51)을 대신하여 회전축(30)의 외측면에 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')이 형성되는 것으로 변경될 수 있고, 이 경우 가이드축(51)의 구성은 생략되고, 수차유닛(52)은 회전축(30)의 외측면에 회전 가능하게 설치된다.

<실시예 2: 부력 부재를 이용한 예>

실시예 2는 부력 부재(도시하지 않음)를 이용하여 수위에 따라 승강식 회전날개부(50)가 승강되도록 구성된 것으로, 이 경우 승강식 회전날개부(50)는 실시예 1의 복수 단의 수차유닛(52)과 동일한 구조로 구성되고, 이러한 승강식 회전날개부(50)의 저면에는 승강가이드유닛(53)을 대신하여 부력 부재가 설치된다.

이때 부력 부재는 내부에 중공이 형성되어 공기가 충전되는 구조로 실시될 수 있다.

그리고 승강식 회전날개부(50)는 회전축(30)에 고정되지 않은 채, 회전축(30)이 축관통공(52D)을 관통하도록 설치된다.

상기와 같은 구조의 승강식 회전날개부(50)는 복잡한 구조 없이 수위에 맞추어 승강식 회전날개부(50)가 적절하게 승강되면서 후술하는 클러치부재(60)에 의해 회전축(30)과 연동되거나 또는 연동이 해제된다.

한편, 부력 부재에 의해 승강식 회전날개부(50)를 더욱 용이하게 승강시키기 위해 상, 하판(52A, 52B)에 얇은 판 모양으로 된 부력부재가 더 부착되거나 또는 블레이드(52C)에 부력 부재가 더 부착될 수 있다.

<실시예 3: 블레이드의 구조를 이용한 예>

실시예 3은 블레이드의 회전 동작에 의해 자연스럽게 상승기류가 형성되어 승강식 회전날개부(50)가 승강되도록 구성된 것으로, 이러한 승강식 회전날개부(50)는 수차유닛(52')이 실시예 1의 복수 단의 수차유닛(52)과 동일하게 상, 하판(52A, 52B)과 블레이드(52C) 및 축관통공(52D)을 포함하여 구성되고, 이 중 블레이드(52C)는 도 11에 도시된 바와 같이 상, 하판(52A, 52B)의 중심에서부터 외측으로 향하면서 그 선단이 60 ~ 80°가 되도록 점진적으로 경사지게 형성(비틀어지게)된다.

그리고 상, 하판(52A, 52B)은 블레이드(52C)에 의해 아래쪽으로 유도되는 조류가 상, 하판(52A, 52B)을 통과하여 배출되도록 일정 부분의 연통공(52A', 52B')이 블레이드(52C)를 기준으로 전후 방향에 형성된다.

위와 달리 복층 구조의 수차유닛(52') 중, 최상부에 위치하는 상판(52A)은 원판 모양으로 형성되고, 그 아래쪽에 위치되는 상, 하판(52A, 52B)들은 링 모양의 프레임으로 구성될 수 있다.

상기와 같은 구조의 승강식 회전날개부(50)는 수위가 상승하여 조류에 의해 블레이드(52C)가 회전되면, 자연스럽게 블레이드(52C)에 상승 압력이 작용하면서 승강식 회전날개부(50)가 상승되고, 이와 반대로 수위가 낮아져 블레이드(52C)가 멈추면, 자중에 의해 하강되며, 이에 의해 후술하는 클러치부재(60)와 선택적으로 접촉 또는 비접촉되면서 회전축(30)과 연동되거나 또는 연동이 해제된다.

회전축(30)과 승강식 회전날개부(50)에는 클러치부재(60, clutch)가 설치되고, 이러한 클러치부재(60)에 의해 회전축(30)과 승강식 회전날개부(50)가 연동되어 회전되거나 또는 연동이 해제되어 각각 회전된다.

이러한 클러치부재(60)는, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이 회전축(30)의 상부에 설치되는 상부클러치(61)와, 승강식 회전날개부(50) 중, 수차유닛(52, 52')의 상면에 설치되어 상부클러치(61)와 선택적으로 접촉되는 하부클러치(62)를 포함한다.

이때 상, 하부클러치(61, 62)에는 서로 마주하는 면에 한 방향으로 경사지도록 돌출된 기어부(61B, 62A')가 형성되고, 상부클러치(61)에는 양측면을 수평으로 관통하는 복수 개의 결합공(61A)이 형성된다.

그리고 하부클러치(62)는 상면에 기어부(62A')가 돌출 형성된 링 모양의 상부조립체(62A)와, 이 상부조립체(62A)의 저면에 조립되는 하부조립체(62B) 및 상, 하부조립체(62A, 62B) 사이에 설치되면서 가이드축(51)의 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')을 따라 이동되는 복수 개의 볼(62C)을 포함한다.

상기와 같은 구조의 클러치부재(60)에 의해 승강식 회전날개부(50)가 수위에 따라 상승되면 하부클러치(62)가 상부클러치(61)와 맞닿으면서 한 방향으로 힘이 전달되도록 구성된 기어부(61B, 62A')에 의해 회전축(30)에 승강식 회전날개부(50)의 회전력이 전달된다.

그리고 수위가 낮아지면 승강식 회전날개부(50)가 자중에 의해 하강되면서 상부클러치(61)와 하부클러치(62)의 접촉이 떨어지고, 이에 의해 회전축(30)과 승강식 회전날개부(50)가 따로 회전되면서 회전축(30)이 축고정식 회전날개부(40)에 의해서 회전이 지속될 때, 승강식 회전날개부(50)의 자중과 공기의 저항에 의한 부하가 감소되면서 회전축(30)이 축고정식 회전날개부(40)의 회전력만으로 발전기(20)를 회전시키게 된다.

한편, 위에서는 클러치부재(60)가 기어부(61B, 62A')의 맞물림에 의해 회전 동력이 전달되는 것으로 설명되었으나, 이와 달리 도 14에 도시된 바와 같이 회전축(30)의 상부에 설치되는 상부디스크(61')와, 승강식 회전날개부(50)의 상면에 설치되면서 상부디스크(61')와 선택적으로 접촉되는 하부디스크(62') 및 하부디스크(62')의 상면에 설치되는 마찰판(D)으로 구성되고, 이에 의해 상, 하부디스크(61', 62')가 서로 접촉될 때, 마찰판(D)의 마찰력에 의해 승강식 회전날개부(50)의 회전력이 회전축(30)에 전달되도록 구성될 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 수차 발전유닛(2)은 도 15에 도시된 바와 같이 조류의 방향과 상관없이 축고정식 회전날개부(40)와 승강식 회전날개부(50)가 한 방향으로 회전되도록 조류의 방향을 안내하는 조류가이드(3)에 의해 설치되고, 이에 의해 하나의 수차식 발전시스템(1)이 구성된다.

그리고 이러한 수차식 발전시스템(1)은 필요한 발전 용량에 맞추어 도 16에 도시된 바와 같이 복수 개가 배치되어 운용된다.

또한, 수차식 발전시스템(1)이 설치된 환경에 따라 밀물의 영향으로 수위가 상승하면, 도 17에 도시된 바와 같이 승강식 회전날개부(50)가 상승되어 클러치부재(60)에 의해 회전축(30)과 연동되고, 이에 의해 축고정식 회전날개부(40)와 승강식 회전날개부(50)의 회전력에 의해 회전축(30)이 회전되면서 발전기(20)로부터 전기에너지가 생산된다.

그리고 썰물의 영향으로 수위가 낮아지면, 도 18에 도시된 바와 같이 승강식 회전날개부(50)가 하강되어 클러치부재(60)에 의해 회전축(30)과 연동이 해제되고, 이에 의해 축고정식 회전날개부(40)에 의해서만 회전축(30)이 회전되면서 발전기(20)로부터 전기에너지가 생산된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 밀물과 썰물에 의해 수차식 발전시스템이 설치된 지역의 수위가 달라지더라도 이에 맞추어 회전축이 원활하게 회전되도록 승강식 회전날개부가 회전축과 연동되거나 또는 연동이 해제되면서 회전축에 가해지는 부하를 적절하게 감소시키고, 이에 의해 회전축의 회전 성능이 담보되어 발전의 효율이 향상된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 당업자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 수차식 발전시스템 2: 수차 발전유닛
3: 조류가이드 10: 하우징
11: 커버 12: 고정프레임
20: 발전기 21: 증속유닛
21A: 연결축 30: 회전축
31: 지지부 32: 결합공
40: 축고정식 회전날개부 41: 상판
42: 하판 43: 블레이드
50: 승강식 회전날개부 51: 가이드축
51A, 51A': 지지부 51B, 51B': 안내홈
51C, 51C': 나선홈 52, 52': 수차유닛
52A: 상판 52A': 연통공
52B: 하판 52B': 연통공
52C: 블레이드 52D: 축관통공
53: 승강가이드유닛 53A: 하부조립체
53B: 상부조립체 53C: 볼
60: 클러치부재 61: 상부클러치
61': 상부디스크 61A: 결합공
61B: 기어부 62: 하부클러치
62': 하부디스크 62A: 상부조립체
62A': 기어부 62B: 하부조립체
62C: 볼 B: 결합볼트
B1: 하부 베어링유닛 B2: 상부 베어링유닛
D: 마찰판 H: 축관통공
N: 너트

Claims (6)

1. 조류의 유입 방향을 한 방향으로 안내하는 조류가이드(3)와, 상기 조류가이드(3)에 설치되면서 조류에 의해 회전 동작되어 전기에너지를 생산하는 수차 발전유닛(2)을 포함하는 수차식 조류 발전시스템에 있어서,
   상기 수차 발전유닛(2)은,
   내부에 수용공간이 형성되는 하우징(10);
   상기 하우징(10)의 내부에 설치되는 발전기(20);
   상기 발전기(20)와 연결되면서 하향 길이를 가지는 회전축(30);
   상기 회전축(30)의 하부에 다단으로 설치되는 축고정식 회전날개부(40);
   상기 축고정식 회전날개부(40)의 위쪽에 위치되면서 수위에 따른 회전 또는 부력에 의해 승강 동작되는 승강식 회전날개부(50); 및
   상기 승강식 회전날개부(50)의 상부에 위치되면서 상기 승강식 회전날개부(50)의 상승 및 하락 시 접촉 및 비접촉되면서 회전 동력을 상기 회전축(30)에 전달 또는 전달 해제시키는 클러치부재(60);
   를 포함하고,
   상기 승강식 회전날개부(50)는,
   상기 회전축(30)의 외측면에 회전 가능하게 설치되는 복수 단의 수차유닛(52); 및
   상기 수차유닛(52)의 저면에 설치되는 승강가이드유닛(53);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 수차식 조류 발전시스템.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 승강가이드유닛(53)은,
   부력에 의해 상기 수차유닛(52)을 승강시키는 부력 부재인 것을 특징으로 하는 수차식 조류 발전시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전축(30)에는, 상기 회전축(30)의 외측을 관통하여 설치되면서 베어링(B1, B2)에 의해 지지되어 회전 가능하게 설치되는 가이드축(51)이 더 설치되고,
   상기 수차유닛(52)은 상기 가이드축(51)의 외측면에 설치되며,
   상기 가이드축(51)에는 상기 수차유닛(52)이 상기 가이드축(51)의 하부에서 머무르도록 외측면을 따라 수평으로 형성되는 안내홈(51B, 51B')과, 상기 안내홈(51B, 51B')과 일단이 연결되면서 타단이 상기 가이드축(51)의 외측면을 따라 형성되는 나선 모양으로 나선홈(51C, 51C')이 형성되고,
   상기 승강가이드유닛(53)에는 상기 안내홈(51B, 51B')과 나선홈(51C, 51C')을 따라 이동하는 복수 개의 볼(53C)이 구비되어, 상기 복수 개의 볼(53C)이 상기 수차유닛(52)의 회전 동작여부에 따라 상기 나선홈(51C, 51C')을 따라 상승 또는 하강되면서 상기 가이드축(51)을 기준으로 승강되는 것을 특징으로 하는 수차식 조류 발전시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 클러치부재(60)는,
   상기 회전축(30)의 상부에 설치되는 상부클러치(61)와, 상기 승강식 회전날개부(50)의 상면에 설치되면서 상기 상부클러치(61)와 선택적으로 접촉되는 하부클러치(62)를 포함하고,
   상기 상, 하부클러치(61, 62)에는 서로 마주하는 면에 한 방향으로 경사지도록 돌출된 기어부(61B, 62A')가 형성되는 것을 특징으로 하는 수차식 조류 발전시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 클러치부재(60)는,
   상기 회전축(30)의 상부에 설치되는 상부디스크(61')와, 상기 승강식 회전날개부(50)의 상면에 설치되면서 상기 상부디스크(61')와 선택적으로 접촉되는 하부디스크(62') 및 상기 하부디스크(62')의 상면에 설치되는 마찰판(D)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수차식 조류 발전시스템.

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