KR101868973B1 - 수력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 특징에 따르면, 유체 흐름의 방향을 따라 회전하며 전기를 발전시키는 수력발전장치에 있어서, 수중에 직립가능하게 설치된 중심구조물; 상기 중심구조물의 외주면에 설치되며, 외주면에 적어도 하나 이상의 저항판이 결합되는 회전체; 상기 중심구조물과 회전체의 사이에 구비되어 상기 회전체가 상기 중심구조물을 중심으로 회전되도록 하는 회전링; 상기 회전체에 일측이 결합되어 일체로 회전되는 변속부; 및 상기 변속부의 타측에 모터축이 결합되고, 상기 모터축의 회전에 의해 에너지가 발전되는 발전기;를 포함하고, 상기 저항판이 수중에 위치되어 물의 흐름에 따라 저항력을 발생시킴과 동시에 회전체가 회전되어 발전기로부터 에너지가 발전된다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 관리, 통제 및 시설이 수명연장에 효율적이며 설치에 있어 경비 절감에 효율적인 수력발전장치를 제공할 수 있다.

Description

수력발전장치{HYDRAULIC POWER GENERATING SYSTEM)}
본 발명은 수력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수력발전장치의 유체에 흐름방향에 관계없이 저항판에서 발생되는 저항으로 회전체가 동일한 방향으로 회전되어 유체의 흐름에 의한 전기발전이 이루어질 수 있는 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 생산하는 방법으로는 수력발전, 조력발전, 화력발전, 원자력발전과 더불어 풍력발전, 태양광발전 등이 일반적으로 사용되고 있는데, 그 중에서 화력발전, 원자력발전설비의 경우는 가동을 위해 막대한 소비에너지와 고도의 기술, 인력, 고가의 첨단장비 등이 요구될 뿐 아니라 상당한 설치, 유지비 등은 물론 특히 환경에 치명적인 환경 오염물이 다량 생성되는 역기능이 존재하는 문제점이 있다.
따라서, 삼면이 바다로 둘러싸여 있으면서 바람의 이동성이 좋은 산악지역이 풍부한 국내 지리적 여건을 고려해 풍력 또는 조력을 이용한 친환경, 저 탄소 신 재생 그린에너지의 개발에 큰 관심을 보이고 있다.
한편, 지금까지 가장 많이 설치/사용되는 통상의 풍력장치는 일명 프로펠러형 회전으로서, 수직 설치된 하나의 지주의 상부 선단에 동력전달부가 장착되어 있고, 그 동력전달부의 일측에 약 3~4개의 날개가 소정의 직경 범위 내에서 일정한 등각 방사형으로 배치된 하나의 회전날개가 바람이 부는 방향을 향해 수직으로 장착되는 구조로 되어 있는데, 이러한 구조의 종래 풍력발전기는 선풍기 날개와 같이 그 지주 상단에 하나의 회전날개장치만 세로로 설치되는 비합리적 구조임에 따라 그 한 개 회전날개의 회전구동에 따른 소량 발전량 밖에 기대할 수 없고, 발전량 증대를 위해서는 방대하게 넓은 장소에 상기한 구조물의 개수를 상당량 증축이 요구됨으로 막대한 설치장소와 및 투자비용에 비해 얻을 수 있는 발전량은 한계가 있다.
또한, 종래는 물의 흐름에 따라 저항판을 밀어내는 힘만으로 정위치가 결정되는데, 저항판이 무거울 경우 밀어내는 힘을 모두 활용하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 물의 흐름의 방향에 변함에 따라 회전하는 방향이 달라질 수 있어 실제 발전기를 이용하는데 어려움이 있었다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1026930호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1228298호
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 저항판이 수중에 위치되어 물의 흐름에 따라 저항력을 발생시킴과 동시에 회전체가 회전되며, 발전기가 수면 위로 설치되도록 함으로써, 관리, 통제 및 시설이 수명연장에 효율적이며 설치에 있어 경비 절감에 효율적인 수력발전장치를 제공하기 위함이다.
또한 물의 흐름 방향이 변하더라도 동일한 방향으로 회전할 수 있는 저항판의 배치구조를 제공한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 유체 흐름의 방향을 따라 회전하며 전기를 발전시키는 수력발전장치에 있어서, 수중에 직립가능하게 설치된 중심구조물; 상기 중심구조물의 외주면에 설치되며, 외주면에 적어도 하나 이상의 저항판이 결합되는 회전체; 상기 중심구조물과 회전체의 사이에 구비되어 상기 회전체가 상기 중심구조물을 중심으로 회전되도록 하는 회전링; 상기 회전체에 일측이 결합되어 일체로 회전되는 변속부; 및 상기 변속부의 타측에 모터축이 결합되고, 상기 모터축의 회전에 의해 에너지가 발전되는 발전기;를 포함하고, 상기 저항판이 수중에 위치되어 물의 흐름에 따라 저항력을 발생시킴과 동시에 회전체가 회전되어 발전기로부터 에너지가 발전되되, 상기 저항판은 상기 회전체가 유속의 방향과 무관하게 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 회전력을 생성시키도록 배치된 구조에 특징이 있다.
이를 위해 본 발명의 상기 저항판은 상기 회전체에 대해 방사상으로 형성된 다수개의 회전지지대; 와 상기 회전지지대에서 상기 회전체의 반대쪽인 일측에 힌지로 회전가능하게 결합된 저항판;을 포함하고, 상기 회전지지대는 상기 저항판이 회전가능하게 결합되어 지지되는 지지부를 더 포함하되, 상기 저항판은 유체의 힘을 받아 회전력을 발생시켜 상기 회전체를 회전시키되 회전력이 최대인 각도는 유속의 방향과 90도 차이나는 각도이고, 회전력이 최소인 각도는 상기 회전력이 최대인 각도와 180도 차이나는 각도이며, 상기 회전력이 최대인 각도에서는 상기 저항판은 상기 유속의 방향에 대해 직각방향으로 배치되고, 상기 회전력이 최소인 각도에서는 상기 저항판은 상기 유속의 방향과 평행이 되도록 배치한다.
즉 상기 회전지지대의 일부는 상기 저항판의 회전을 정지시켜 저항력이 생성되도록 하고, 상기 저항판은 상기 회전지지대의 일측에서 회전체의 중심부로 향하도록 회전하면서 저항력이 발생하며, 상기 저항판이 상기 회전지지대와 포개지도록 배치되었을 때 저항력이 최대로 되어 회전력이 최대로 되도록 배치한다.
상기 회전력이 발생하는 위치에서는 상기 저항판이 상기 회전지지대와 포개지도록 배치되어 상기 회전지지대와 상기 저항판의 평행하게 배치되고, 상기 회전력이 발생하지 않는 위치에서는 상기 저항판이 유속의 방향에 평행하게 배치되어 저항판에 생기는 회전력의 편차에 따라 상기 회전체가 회전되는 것이다.
또한 본 발명은 상기 저항판은 상기 회전지지대의 일측에 힌지로 회전가능하게 결합되어 유속의 방향에 따라 상기 저항판이 회전하며, 상기 회전력이 최대인 각도에서는 회전하던 상기 저항판이 상기 회전지지대와 포개지도록 배치되어 상기 회전지지대와 상기 저항판의 평행하게 배치되고, 상기 회전력이 최소인 각도에서는 회전하던 상기 저항판이 상기 회전지지대와 90도 벌어지도록 배치되어 상기 회전지지대와 상기 저항판의 직각을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 유속의 방향에서 상기 회전체를 바라보았을때 왼쪽에서 회전력이 최대가 되도록 저항판과 회전지지대가 배치된경우 상기 회전체는 시계방향으로 회전하며, 오른쪽에서 회전력이 최대가 되도록 저항판과 회전지지대가 배치된경우 상기 회전체는 반시계방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.
다시 설명하면, 유속의 방향에서 상기 회전체를 바라보았을때 회전체를 기준으로 오른쪽에서 저항판이 회전지지대에 의해 회전이 멈추어 저항력이 발생하도록 저항판과 회전지지대가 배치된 경우(도 5의 a, b 참조) 상기 회전체는 반시계 방향으로 회전하며, 왼쪽에서 저항판이 회전지지대에 의해 회전이 멈추어 저항력이 발생하도록 저항판과 회전지지대가 배치된 경우 상기 회전체는 시계 방향으로 회전하게 된다.
또한 본 발명은 상기 회전체와 상기 중심구조물을 지지하는 베이스부를 더 포함하고, 상기 회전체는 내부가 빈 원통형으로 상기 중심구조물의 일부가 회전체의 내부에 구비되되, 상기 회전체의 상단부는 상기 중심구조물이 관통하는 관통공이 형성된 커버부가 형성되고, 상기 중심구조물은 상기 회전체 커버부의 저면과 이격되도록 중심구조물의 외주면에서 방사상으로 돌출되는 단턱부가 형성된다.
이때, 상기 회전체와 중심구조물 사이에 구비되는 회전링은, 상기 회전체의 내주면과 상기 중심구조물의 외주면 사이에 다층구조로 다수개 구비되는 내부구름링을 포함하되, 상기 내부구름링이 구비되어 상기 회전체를 지지함으로써 상기 회전체가 상기 중심구조물의 중심축을 기준으로 회전한다.
또한, 상기 회전링은 상기 회전체의 커버부와 상기 중심구조물의 단턱부 사이에 구비되어 상기 회전체의 상부측을 지지하는 상부구름링과, 상기 베이스부와 상기 회전체의 하측면 사이에 구비되어 상기 회전체의 하부측을 지지하는 하부구름링을 더 포함하여 이루어지되, 상기 상부구름링과 하부구름링은 함께 구비되거나 둘 중 어느 하나만 선택적으로 구비된다.
그리고 상기 내부구름링은, 내주면에 돌출된 돌출돌기가 형성된 내부링;과 상기 내부링의 외주에 구비된 구름체;와 상기 구름체를 감싸며 외주면이 상기 회전체의 내주면에 밀착되어 상기 중심구조물을 중심으로 회전되는 외부링;이 하나 이상으로 구비되되 상기 중심구조물의 길이방향을 따라 이격되도록 구비된다.
또한 상기 회전지지대의 일부분은 상기 저항판의 회전을 정지시켜 저항력이 생성되도록 하되(도 5. a, b 참조), 상기 회전지지대에서 상기 저항판을 정지시키기 위해 상기 저항판과 맞닿는 면은 저항력을 높이기 위해 평면이나 안으로 오목하게 형성된 오목부(240)를 갖고, 그 반대면은 유체에 대한 저항력을 줄이기 위해 볼록하게 형성된 볼록부(241)을 갖을 수 있다.
상기 오목부(240)나 볼록부(241)는 직선이나 곡선으로 이루어질 수 있다(도 5의 e, f 참조).
또한 상기 저항판이 회전가능하게 결합되는 힌지는 상기 저항판 일측단의 중앙에서 하나의 힌지를 배치(도 5의 c 참조)하거나, 회전지지대의 끝단에서 상하로 확장시켜 저항판의 윗면과 아래면을 지지하는 브라켓(182)에 힌지가 배치(도 5의 a 참조)되는 구조를 갖을 수 있다.
그리고 상기 저항판은 상기 힌지에서 멀어질수록 폭이 넓어지는 곡선으로 이루어져 상기 저항판에 이물질 걸림을 방지할 수 있다.
또한 상기 회전지지대와 저항판은 하나 이상의 다층구조로 형성되며 각 층에는 360도에 대해 동일할 각도로 분할하여 회전지지대와 저항판이 설치되고, 상기 회전지지대는 수평 혹은 경사지게 배치될 수 있다.
여기서 도 1은 세개의 층으로 형성된 구조로서 각 층당 2개의 회전지지대와 저항판이 도시되어 있으나, 상기 숫자는 변경될 수 있음은 당연하다.
또한 본 발명은 상기 중심구조물의 하단에 구비되어, 상기 중심구조물을 수직으로 직립가능하게 지지하는 베이스부;를 더 포함한다.
또한, 상기 중심구조물은, 외주면이 상하방향을 갖도록 내입된 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈의 일측이 내입된 고정홈이 형성되며, 상기 내부구름링은, 상기 돌출돌기가 상기 가이드홈에 삽입되어 상하이동되고, 상기 고정홈에 삽입되어 고정된다.
그리고 상기 가이드홈은, 양쪽 내측면 사이의 폭길이가 내입 될수록 길어지게 내입되어 형성된다.
또한, 상기 고정홈으로 돌출돌기가 삽입됨에 따라 상기 회전체의 중간부에 결합되는 내부구름링이 고정될 수 있도록, 상기 가이드홈에 삽입되는 고정봉;을 더 포함한다.
그리고 상기 하부구름링은, 하측면이 바닥에 지지되는 제1지지링과 상기 제1지지링의 상측면에 구비되는 구름체와 상기 구름체를 감싸며 상기 회전체의 하측면을 지지하며 상기 중심구조물을 중심으로 회전되는 제2지지링을 포함한다.
또한, 상기 상부구름링은 중심구조물의 단턱부에 지지되는 제1지지링과 상기 제1지지링의 상측면에 구비되는 구름체와 상기 구름체를 감싸며 상기 회전체의 커버부 저면을 지지하며 상기 중심구조물을 중심으로 회전되는 제2지지링을 포함한다.
또한, 상기 회전체는, 상부 외주면에 기어부가 구비되고, 상기 변속부는, 상기 회전체의 상기 기어부에 결합되는 동력접속기어와, 상기 발전기의 모터축에 결합되는 변속기어 및 상기 동력접속기어와 변속기어를 연결하여 회전력을 전달하는 동력전달축을 포함하고, 동력접속기어와 변속기어의 잇수에 따라 회전체의 회전에 의한 회전속도를 변속가능하다.
그리고 상기 회전체에 상기 중심구조물과 직각방향으로 구비된 다수개의 회전지지대; 및 회전지지대에 적어도 하나 이상이 구비되되, 상기 회전지지대에 일측이 힌지로 회전가능하게 결합된 저항판;을 더 포함하고, 상기 회전지지대는, 끝단에 상기 저항판이 회전가능하게 결합되어 지지되는 지지부를 포함하되, 적어도 하나 이상으로 이루어진다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 관리, 통제 및 시설이 수명연장에 효율적이며 설치에 있어 경비 절감에 효율적인 수력발전장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저항판을 다양하게 회전지지대의 지지대에 회전가능하게 결합시킬 수 있으며, 개수를 조절함에 따라, 유체에 의한 저항을 더 발생시킬 수 있으며, 회전체의 회전을 용이하게 할 수 있을 뿐 만 아니라, 전기발전량이 더 향상될 수 있는 수력발전장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 4 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치의 회전지지대와 저항판의 결합관계를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에서 유체의 방향에 따른 회진지지대와 저항판의 거동을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에서 회전지지대의 다른 실시예에 의한 회전체의 거동을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에서 저항판의 다른 실시예에 의한 정면도이다.
도 9는 도 8의 "A" 방향에서 바라본 형상을 나타낸 도이다.
도 10은 도 8의 저항판에 대한 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 수력발전장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 사시도이고, 도 4 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치를 나타낸 단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 수력발전장치는 유체 흐름의 방향을 따라 회전하며 전기를 발전시키는 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수력발전장치는 중심구조물(110), 회전체(120), 회전링, 변속부(140) 및 발전기(150)를 포함한다.
중심구조물(110)은 수중에 직립가능하게 설치된다.
중심구조물(110)은 외주면이 상하방향을 갖도록 내입된 가이드홈(111)이 형성되고, 가이드홈(111)의 일측이 내입된 고정홈(112)이 형성된다.
이때, 가이드홈(111)은 양쪽 내측면 사이의 폭길이가 내입 될수록 길어지게 내입되어 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 수력발전장치는 고정봉(170)을 더 포함한다.
고정봉(170)은 고정홈(112)으로 돌출돌기(131)가 삽입됨에 따라 회전체(120)의 중간부에 결합되는 상부링이 고정될 수 있도록 가이드홈(111)에 삽입된다.
이때, 고정봉(170)의 평단면적은, 가이드홈(111)의 평단면적과 대응되도록 형성된다. 그리고, 고정봉(170)은 가이드홈(111)에 결합되면, 가이드홈(111)의 양쪽 내측면 사이의 폭길이가 내입될수록 깊어지게 형성되어 상하로만 움직일 수 있다.
또한, 고정봉(170)은, 고정봉(170)에 결합된 내부구름링(130)이 가이드홈(111)으로 이동되며 회전되지 않도록 하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 수력발전장치는 베이스부(160)를 더 포함한다.
베이스부(160)는 중심구조물(110)의 하단에 구비되어, 중심구조물(110)을 수직으로 직립가능하게 지지한다.
회전체(120)는 중심구조물(110)의 외주면에 설치되며, 외주면에 적어도 하나 이상의 저항판(190)이 결합된다.
회전체(120)는 상부 외주면에 기어부(122)가 구비된다.
회전링은 중심구조물(110)과 회전체(120)의 사이에 구비되어 회전체(120)가 중심구조물(110)을 중심으로 회전되도록 한다.
이때, 회전링은 내부구름링(130)과 하부구름링(135) 및 상부구름링(235)을 포함한다.
내부구름링(130)은 중심구조물(110)의 외주면과 회전체(120)의 내주면 사이에 구비되어 회전체(120)를 지지한다.
이때, 내부구름링(130)은 돌출돌기(131)가 가이드홈(111)에 형성되어 상하이동되고, 고정홈(112)에 삽입되어 고정된다.
또한, 내부구름링(130)은 내부링(132)과, 구름체(133)와, 외부링(134)을 포함한다.
내부링(132)은 내주면에 돌출된 돌출돌기(131)가 형성된다.
구름체(133)는 내부링(132)의 외주에 구비된다.
외부링(134)은 구름체(133)을 감싸며 외주면이 회전체(120)의 내주면에 밀착되어 중심구조물(110)을 중심으로 회전된다.
이때, 내부구름링(130)은 적어도 하나 이상으로 구비되되, 중심구조물(110)의 길이방향을 따라 이격되어 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 내부링(132)은 고정봉(170)에 의해 고정홈(112)에 삽입고정되고, 외부링(134)은 회전체(120)와 밀착되어 회전된다.
더불어, 내부구름링(130)은, 중심구조물(110)과 회전축 사이의 마찰력을 최소화하기 위한 구조이므로, 이외에 다양한 구조로도 이루어질 수 있다.
상기 회전체(120)와 상기 중심구조물(110)을 지지하는 베이스부(160)를 더 포함하고, 상기 회전체(120)는 내부가 빈 원통형으로 상기 중심구조물(110)의 일부가 회전체(120)의 내부에 구비된다.
그리고 상기 회전체(120)의 상단부는 상기 중심구조물(110)이 관통하는 관통공이 형성된 커버부(211)가 형성되고, 상기 중심구조물(110)은 상기 회전체(120) 커버부(211)의 저면과 이격되도록 중심구조물(110)의 외주면에서 방사상으로 돌출되는 단턱부(210)가 형성된다.
즉, 상기 회전체(120)는 원통형으로 내부가 관통되도록 형성되되 아래쪽의 관통공 직경이 위쪽의 관통공 직경보다 크도록 형성되어 회전체의 안쪽에는 직경이 큰쪽에서 작은쪽으로 변화되는 부위에 중심선과 수직하게 커버부(211)가 형성된다.
또한, 상기 중심구조물(110)은 원통형으로 내부가 채워진 구조로서, 아래쪽의 직경이 위쪽이 직경보다 크도록 형성되어, 직경이 큰쪽에서 작은쪽으로 변화되는 부위에 중심선과 수직하게 단턱부(210)가 형성된다.
상기 회전체(120)와 중심구조물(110) 사이에 구비되는 회전링은, 상기 회전체(120)의 내주면과 상기 중심구조물(110)의 외주면 사이에 다층구조로 다수개 구비되는 내부구름링(130)을 포함한다.
이에 따라 상기 내부구름링(130)이 구비되어 상기 회전체(120)를 지지함으로써 상기 회전체(120)가 상기 중심구조물(110)의 중심축을 기준으로 회전한다.
또한, 상기 회전링은 상기 회전체(120)의 커버부(211)와 상기 중심구조물(110)의 단턱부(210) 사이에 구비되어 상기 회전체(120)의 상부측을 지지하는 상부구름링(235)과, 상기 베이스부(160)와 상기 회전체(120)의 하측면 사이에 구비되어 상기 회전체(120)의 하부측을 지지하는 하부구름링(135)을 더 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 상부구름링(235)과 하부구름링(135)은 함께 구비되거나 둘 중 어느 하나만 선택적으로 구비될 수 있다.
한편, 상기 상부구름링(235)은 제1지지링(236)과, 구름체(237)와, 제2지지링(238)을 포함한다.
제1지지링(236)은 중심구조물(110)의 단턱부(210)에 지지된다.
구름체(237)는 제1지지링(236)의 상측면에 구비된다.
제2지지링(238)은 구름체(237)를 감싸며 회전체(120)의 커버부(211)를 지지하며 중심구조물(110)을 중심을 기준으로 회전된다.
즉, 제2지지링(238)은 회전체(120)의 하중에 의해 눌릴 때, 구름체(237)에 의해서 구름 운동함에 따라 제1지지링(236)과의 마찰력을 최소화시킬 수 있다.
이에 따라, 회전체(120)는, 하부구름링(235)에 지지되어 하중에 따른 마찰력을 최소화되어 회전된다.
하부구름링(135)은 중심구조물(110)의 베이스부(160)와 회전체(120)의 하측면 사이에 구비되어 회전체(120)를 지지한다.
하부구름링(135)은 중심구조물(110)의 하부에 결합되어 회전체(120)의 하측면을 지지한다.
이때, 하부구름링(135)은 제1지지링(136)과, 구름체(137)와, 제2지지링(138)을 포함한다.
제1지지링(136)은 상기 베이스부(160)에 지지된다.
구름체(137)는 제1지지링(136)의 상측면에 구비된다.
제2지지링(138)은 구름체(137)를 감싸며 회전체(120)의 하측면을 지지하며 중심구조물(110)을 중심으로 회전된다.
즉, 제2지지링(138)은 회전체(120)의 하중에 의해 눌릴 때, 구름체(137)에 의해서 구름 운동함에 따라 제1지지링(136)과의 마찰력을 최소화시킬 수 있다.
이에 따라, 회전체(120)는, 하부구름링(135)에 지지되어 하중에 따른 마찰력을 최소화되어 회전된다.
여기서 상부구름링(235)과 하부구름링(135)를 이루는 구조는 동일하므로, 제1지지링, 제2지지링, 회전체는 동일한 명칭을 사용하였다.
변속부(140)는 회전체(120)에 일측이 결합되어 일체로 회전된다.
이때, 변속부(140)는, 동력접속기어(142)와, 변속기어(144), 동력전달축(146)을 포함한다.
동력접속기어(142)는 회전체(120)의 외주면에 형성된 기어부(122)에 결합된다.
변속기어(144)는 발전기(150)의 모터축(147)에 결합된다.
동력전달축(146)은 동력접속기어(142)와 변속기어(144)를 연결하여 회전력을 전달한다.
즉, 동력접속기어(142)와 변속기어(144)의 잇수에 따라 회전체(120)의 회전에 의한 회전속도를 변속가능하다.
또한, 본 발명에 따른 수력발전장치는 회전지지대(180) 및 저항판(190)을 더 포함한다.
회전지지대(180)는 회전체(120)의 중심구조물(110)과 직각방향으로 구비된다.
이때, 회전지지대(180)는 다수 개 구비된 것이 바람직하다.
저항판(190)은 회전지지대(180)에 적어도 하나 이상이 구비되되, 회전지지대(180)에 저항판(190)의 일측이 힌지로 회전가능하게 결합된다.(도 5의 (a)참조)
이때, 회전지지대(180)는 지지부(182)를 포함한다.
지지부(182)는 끝단에 저항판(190)이 회전가능하게 결합되어 지지된다.
이때, 지지부(182)는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 저항판(190)이 수중에 위치되어 물의 흐름에 따라 저항력을 발생시킴과 동시에 회전체(120)가 회전되어 발전기(150)로부터 에너지가 발전된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력발전장치의 회전지지대와 저항판의 결합관계를 나타낸 사시도이다.
도 5를 참조하면, 한편, 본 발명의 또 다른 실시예의 저항판(190)에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 저항판(190)에 대해서 도 5의 (b)를 참조하여 설명한다.
회전지지대(180)는 회전체(120)에 직각방향으로 구비된다.
이때, 회전지지대(180)는 회전체(120)의 길이방향을 따라 다수 개 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 회전지지대(180)는 지지부(182)를 포함한다.
지지부(182)는 끝단에 후술할 저항판(190)이 회전가능하게 결합되어 지지된다.
이때, 지지부(182)는 일정거리 이격되어 한 쌍으로 구비된다. 즉, 한 쌍으로 구비된 지지부(182) 사이에 저항판(190)이 회전가능하게 결합되는 것이다.
다음으로, 저항판(190)에 대해서 도 5의 (c)를 참조하여 설명한다.
회전지지대(180)는 회전체(120)에 직각방향으로 구비된다.
이때, 회전지지대(180)는 다수 개로 구비되되 회전지지대(180)의 길이방향으로 다수 개 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 회전지지대(180)는 상하방향으로 적층되며 다수 개로 구비될 수도 있다.
회전지지대(180)는 지지부(182)를 포함한다.
지지부(182)는 끝단에 저항판(190)이 회전가능하게 결합되어 지지된다.
이때, 지지부(182)는 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 지지부(182)는, 상부지지부와 하부지지부를 포함한다.
상부지지부와 하부지지부는 서로 마주보도록 상하에 각각 형성된다.
또한, 상부지지부의 하측면과 하부지지부의 상측면 즉, 서로 상부지지부와 하부지지부가 서로 마주보는 면에 각각 회전공이 형성된다.
또한, 상부지지부와 하부지지부의 마주보는 면에는, 스토퍼가 돌출형성된다.
이때, 스토퍼는 상부지지부와 하부지지부에 형성되되, 후술할 저항판(190)의 타측이 일측보다 회전방향으로 임의각도 만큼(θ 만큼) 더 내입되도록 비스듬히 형성된다.
이때, 임의각도 (θ 만큼)은 1 내지 10˚인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다.
이에 따라, 저항판(190)은 스토퍼에 지지될 때, 회전체(120)의 회전 시 발생 되는 원심력의 방향으로 비스듬히 지지 되어 더 이상 회전되지 않음으로써, 원심력에 의해 외측으로 젖혀지지 않는다.
즉, 상부지지부와 하부지지부에 형성되되, 저항판(190)의 타측이 일측보다 회전방향으로 임의각도 만큼(각 θ만큼) 더 내입되도록 비스듬히 형성됨으로 인해, 저항판(190)이 스토퍼에 안정적으로 지지 되어, 유속방향이나, 원심력으로 인해, 저항판(190)이 스토퍼에서 분리되는 것을 방지한다.
저항판(190)은 회전지지대(180)에 적어도 하나 이상이 구비되되, 회전지지대(180)의 길이방향 또는 상하방향으로 구비될 수도 있다.
또한, 저항판(190)은 고정공이 형성된 반대쪽에 중공형상으로 형성되어 일측면이 개구된 삽입부가 형성된다.
저항판(190)은 보조저항판(192)을 포함한다.
보조저항판(192)은 삽입부를 통해 상기 저항판(190)의 내부로 삽입되어 저항판(190)의 일측 외부로 돌출되는 길이가 가변된다.
따라서, 본 발명에 따른 수력발전장치는, 유체에 대한 저항판(190)의 저항에 의해 회전지지대(180)가 회전되며, 회전체(120)가 회전됨에 따라 저항판(190)이 유체의 흐름 방향에 영향을 받지 않고 정위치가 유지되며 저항이 발생되어 유체의 이동에 의한 전기발전이 이루어진다.
또한, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 도 8은 본 발명에서 저항판의 다른 실시예에 의한 정면도이며, 도 9는 도 8의 "A" 방향에서 바라본 형상을 나타낸 도이고, 도 10은 도8의 저항판에 대한 사시도이다.
도 8이하에 도시된 바와 같이 상기 저항판(190)은 상기 힌지에서 멀어질수록 폭이 넓어지는 곡선(a)으로 이루어진다.
즉, 상기 저항판(190)의 표면은 상부와 하부측의 폭이 일측으로 갈수록 넓어지도록 상기 저항판(190) 표면의 상단부와 하단부는 곡선(a)을 이루도록 형성된다.
또한, 지지부(182)는 회전가능하게 저항판의 중앙에 힌지를 배치하여 힌지결합으로 구비됨으로써 상기 저항판(190)이 회전가능하게 결합된다.
이때, 상기 저항판(190)의 힌지 결합부(191)가 회전지지대(180) 내로 삽입되어 힌지 결합이 이루어지며, 힌지핀은 회전지지대(180)의 결합공 내로 완전 삽입되어 돌출부가 형성되지 않는다.
그리고 상기 지지부(182)의 일측 단부와 상기 저항판(190)의 힌지 결합부(191)는 곡선으로 라운드(R) 지도록 형성된다.
따라서 상기 저항판(190)의 상부와 하부측이 곡선(a)을 이루고, 지지부(182)에 돌출부가 형성되지 않으며, 회전지지대(180)와 저항판(190)의 힌지 결합부(191)는 라운드(R) 지도록 형성되어 유체내에 흐르는 그물이나 또 다른 부유물들이 상기 지지부(182)나 저항판(190)에 걸리지 않아 원활한 유체의 이동에 의한 전기발전이 이루어진다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 저항판(190)은 상기 저항판(190)이 회전되어 회전지지대(180)에 포개질 때, 상기 회전지지대(180)와 접하는 저항판의 후방측 표면(190`)은 볼록하게 형성되고, 후방측 표면(190`)의 반대편인 전방측 표면(190``)은 오목하게 형성되도록 상기 저항판(190)의 상부측과 하부측이 저항판의 중심부를 향해 구부러진 형상으로 이루어진다.
즉, 상기 저항판(190)이 회전지지대(180)와 포개지도록 배치되었을 때, 전방측 표면(190``)이 안으로 오목하게 형성되어 저항판(190)의 저항력을 높일 수 있다.
이하에서는 도 6을 통해 유속의 방향과 무관하게 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 회전력이 생성되도록 배치된 저항판의 배치형태에 대해 설명한다.
도 6은 유속방향이 아래에서 위쪽으로 향할때 오른쪽에서 저항판의 저항력이 최대가 되어 회전력이 최대로 생성되는 배치구조이다.
즉 도 6에서 보는 바와 같이 상기 저항판은 상기 회전체에 대해 방사상으로 형성된 다수개의 회전지지대(180); 와 상기 회전지지대에서 상기 회전체의 반대쪽인 일측에 힌지로 회전가능하게 결합된 저항판(190);을 포함하고, 상기 회전지지대는 상기 저항판이 회전가능하게 결합되어 지지되는 지지부(182)를 포함한다.
도 6을 보면, 상기 저항판(190)은 유체의 힘을 받아 회전력(저항판의 저항력)을 발생시켜 상기 회전체를 회전시키되 회전력이 최대(도 6의 오른쪽)로 되는 각도는 유속의 입력방향과 90도 차이나는 것을 볼 수 있다.
또한, 회전력이 최소인 각도(도 6의 오른쪽 참조)는 상기 회전력이 최대인 각도와 180도 차이남을 확인할 수 있으며, 이때 상기 회전력이 최대인 각도에서는 상기 저항판(190)은 상기 유속의 방향에 대해 직각방향으로 배치되고, 상기 회전력이 최소인 각도에서는 상기 저항판은 상기 유속의 방향과 평행이 되도록 배치됨을 확인할 수 있다.
또한 도 6을 보면, 상기 저항판(190)은 상기 회전지지대(180)의 일측에 힌지로 회전가능하게 결합되어 유속의 흐름에 따라 상기 저항판이 회전하며, 상기 회전력이 최대인 각도에서는 회전하던 상기 저항판(190)이 상기 회전지지대(180)와 포개지도록 배치(도 6의 오른쪽 참조)되어 상기 회전지지대와 상기 저항판의 평행하게 배치되고, 상기 회전력이 최소인 각도에서는 회전하던 상기 저항판(190)이 상기 회전지지대(180)와 90도 벌어지도록 배치(도 6의 왼쪽 참조)되어 상기 회전지지대와 상기 저항판의 직각(각도 B 참조)을 이루도록 배치된다.
따라서 도 6에서 보는 바와 같이 최대 회전력이 발생된 저항판에 의해 회전체(120)가 회전하게 되며 회전체의 회전과 함께 회전지지대와 저항판이 함께 회전하면서 저항판과 회전지지대의 각도가 변하게 된다. 즉 회전력이 최대로 발생하는 지점에서는 회전지지대와 저항판의 각도가 0도(도 6의 왼쪽 참조)이고, 회전력이 최소로 발생하는 지점에서는 회전지지대와 저항판의 각도가 90도가 되며 각도는 0도와 90 사이에서 변하게 된다.
또한 도 6에서 보는 바와 같이 회전체(120)를 유속이 흐르는 방향에서 바라보았을때 오른쪽에서 회전력이 최대가 되도록 저항판과 회전지지대가 배치된경우 상기 회전체는 반시계방향으로 회전하며, 왼쪽에서 회전력이 최대가 되도록 저항판과 회전지지대가 배치된경우 상기 회전체는 시계방향으로 회전하게 되는데, 이때의 배치의 차이는 유속방향에서 보았을때 도 6과 같이 오른쪽에서 저항판이 회전지지대보다 앞쪽에 위치한 경우 회전체는 반시계방향으로 회전하고, 반대로 저항판이 회전지지대보다 뒤쪽에 위치한 경우 회전체는 시계방향으로 회전하게 된다.
그러므로, 유체가 흐르는 방향이 어떤방향으로 변한다고 해도 저항판과 회전지지대의 배치에 따라 회전체는 회전방향은 변하지 않게 된다.
더불어, 도 7은 본 발명에서 회전지지대의 다른 실시예에 의한 회전체의 거동을 도시한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 회전지지대(180)는 회전체(120)가 동일한 방향으로 회전될 때, 회전지지대(180)의 소정의 위치에서 상기 회전체(120)의 회전방향과 반대되는 방향으로 소정 각도(θ) 구부려진 굽힘부(183)가 형성된다.
즉, 도 7을 참조하면, 상기 회전체(120)의 회전방향은 시계반대방향인 왼쪽으로 회전하며, 상기 회전지지대(180)의 굽힘부(183)는 회전체(120)의 회전방향과 반대방향으로 굽혀진다.
이에 따라 회전지지대(180)의 원심력에 의해 상기 저항판(190)이 회전되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해서, 상기 저항판(190)이 회전지지대(180)에 포개진상태에서 회전체(120)의 회전에 의한 원심력으로 저항판(190)이 회전될 수 있으나 굽힘부(183)를 형성함으로써 이를 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 중심구조물 111: 가이드홈
112: 고정홈 120: 회전체
122: 기어부 130: 내부구름링
131: 돌출돌기 132: 내부링
133: 구름체 134: 외부링
135: 하부구름링 136, 236: 제1지지링
137,237: 구름체 138, 238: 제2지지링
140: 변속부 142: 동력접속기어
144: 변속기어 146: 동력전달축
147: 모터축 150: 발전기
160: 베이스부 170: 고정봉
180: 회전지지대 182: 지지부
190: 저항판 192: 보조저항판
210: 단턱부 211: 커버부
235: 상부구름링

Claims (14)

  1. 유체 흐름의 방향을 따라 회전하며 전기를 발전시키는 수력발전장치에 있어서,
    수중에 직립가능하게 설치된 중심구조물; 과,
    상기 중심구조물의 외주면에 설치된 회전체; 와,
    상기 회전체에 대해 방사상으로 형성된 다수개의 회전지지대; 와,
    상기 회전지지대에서 상기 회전체의 반대쪽인 일측에서 회전가능하게 결합된 저항판; 과,
    상기 중심구조물과 회전체의 사이에 구비되어 상기 회전체가 상기 중심구조물을 중심으로 회전되도록 하는 회전링; 과,
    상기 회전체에 일측이 결합되어 일체로 회전되는 변속부; 및
    상기 변속부의 타측에 모터축이 결합되고, 상기 모터축의 회전에 의해 에너지가 발전되는 발전기;를 포함하고,
    상기 저항판이 수중에 위치되어 물의 흐름에 따라 저항력을 발생시킴과 동시에 회전체가 회전되어 발전기로부터 에너지가 발전되되,
    상기 저항판은 상기 회전체가 유속의 방향과 무관하게 항상 동일한 방향으로 회전할 수 있게 회전력을 생성시키도록 상기 저항판은 상기 회전지지대의 일측에 힌지로 결합되어 유속의 방향에 따라 회전하여 상기 회전체의 회전과 함께 상기 회전지지대와 저항판이 함께 회전하면서 회전지지대와 저항판 사이의 각도가 변하며,
    상기 회전지지대의 일부는 상기 저항판의 회전이 정지되도록 상기 저항판이 상기 회전지지대와 포개지도록 배치되었을 때, 저항력이 발생되어 상기 회전체가 회전되고,
    상기 회전체를 회전시키는 회전력이 발생하지 않는 위치에서는 상기 저항판이 유속의 방향에 평행하게 배치되어 저항판에 생기는 회전력의 편차에 따라 상기 회전체가 회전하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    유속의 방향에서 상기 회전체를 바라보았을 때 회전체를 기준으로 오른쪽에서 저항판이 회전지지대에 의해 회전이 멈추어 저항력이 발생하도록 저항판과 회전지지대가 배치된 경우 상기 회전체는 반시계 방향으로 회전하며,
    왼쪽에서 저항판이 회전지지대에 의해 회전이 멈추어 저항력이 발생하도록 저항판과 회전지지대가 배치된 경우 상기 회전체는 시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전체와 상기 중심구조물을 지지하는 베이스부를 더 포함하고, 상기 회전체는 내부가 빈 원통형으로 상기 중심구조물의 일부가 회전체의 내부에 구비되되,
    상기 회전체의 상단부는 상기 중심구조물이 관통하는 관통공이 형성된 커버부가 형성되고, 상기 중심구조물은 상기 회전체의 상기 커버부의 저면과 이격되도록 중심구조물의 외주면에서 방사상으로 돌출되는 단턱부가 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전체와 중심구조물 사이에 구비되는 회전링은, 상기 회전체의 내주면과 상기 중심구조물의 외주면 사이에 다층구조로 다수개 구비되는 내부구름링을 포함하여 구비되어 상기 회전체를 지지함으로써 상기 회전체가 상기 중심구조물의 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회전링은,
    상기 회전체의 커버부와 상기 중심구조물의 단턱부 사이에 구비되어 상기 회전체의 상부측을 지지하는 상부구름링과,
    상기 베이스부와 상기 회전체의 하측면 사이에 구비되어 상기 회전체의 하부측을 지지하는 하부구름링을 더 포함하여 이루어지되,
    상기 상부구름링과 하부구름링은 함께 구비되거나 둘 중 어느 하나만 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는, 상부 외주면에 기어부가 구비되고,
    상기 변속부는, 상기 회전체의 상기 기어부에 결합되는 동력접속기어와, 상기 발전기의 모터축에 결합되는 변속기어 및 상기 동력접속기어와 변속기어를 연결하여 회전력을 전달하는 동력전달축을 포함하고, 동력접속기어와 변속기어의 잇수에 따라 회전체의 회전에 의한 회전속도를 변속가능한 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전지지대의 일부는 상기 저항판의 회전을 정지시켜 저항력이 생성되도록 하되, 상기 회전지지대에서 상기 저항판을 정지시키기 위해 상기 저항판과 맞닿는 유속 방향의 노출면은 저항력을 높이기 위해 평면이나 안으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저항판이 회전가능하게 결합되는 힌지는 상기 저항판의 일측단의 중앙에서 하나의 힌지를 배치하거나, 회전지지대의 끝단에서 상하로 확장시켜 저항판의 윗면과 아래면을 지지하는 브라켓에 힌지가 배치되는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저항판은 상기 힌지에서 멀어질수록 폭이 넓어지는 곡선으로 이루어져 상기 저항판에 이물질 걸림을 방지하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 회전지지대와 저항판은 하나 이상의 다층구조로 형성되며 각 층에는 360도에 대해 동일할 각도로 분할하여 회전지지대와 저항판이 설치된 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 저항판은
    상기 저항판이 회전되어 회전지지대에 포개질 때, 상기 회전지지대와 접하는 저항판의 후방측 표면은 볼록하게 형성되고, 후방측 표면의 반대편인 전방측 표면은 오목하게 형성되도록 상기 저항판의 상부측과 하부측이 저항판의 중심부를 향해 구부러진 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 회전지지대는 회전체가 동일한 방향으로 회전될 때, 회전지지대의 소정의 위치에서 상기 회전체의 회전방향과 반대되는 방향으로 소정 각도 구부려진 굽힘부가 형성되어 상기 저항판이 회전지지대에 포개진 상태에서 상기 회전체의 원심력에 의해 저항판의 회전을 방지하는 것을 특징으로 하는 수력발전장치.
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