KR101879045B1 - 크랭크형 유속 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유속 발전 시스템에 관한 것으로, 유속이 원활하게 통과할 수 있게 유속의 진행 방향과 동일 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 관로 형상으로 유속이 있는 수심에 설치되는 실린더와; 상기 실린더의 내부에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 닫힘시 유속에 의해 저항하여 실린더의 출구 쪽으로 이동하고, 열림시 유속에 저항 없이 실린더의 입구 쪽으로 이동할 수 있도록 개폐도어를 갖는 저항판과; 상기 저항판에 연결되어 발전수단에 연결된 회전축을 회전시킬 수 있도록 상기 저항판의 왕복운동을 회전축의 회전롤러에 전달하여 회전운동으로 변환시키는 크랭크와이어와; 이웃되는 두 개의 실린더에 따라 길이 방향으로 위치되며, 각각 저항판의 개폐도어에 양단이 이음 연결되어 어느 한쪽의 저항판이 유속에 의해 출구 쪽으로 이동할 때 당김 작용을 이용하여 다른 실린더측 저항판을 입구 쪽으로 왕복하여 견인함과 동시에 저항판의 개폐도어를 번갈아 개폐하는 견인와이어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템을 제공함으로써, 유속이 있는 수심에 설치됨에 따라 수상레저에 대한 안전성을 확보하는 것은 물론, 자연경관에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 간단한 구성요소로 제작됨에 따라 설비 비용을 절감 효과를 기대할 수 있다.

Description

크랭크형 유속 발전 시스템{Crank-type flow rate power generation system}

본 발명은 유속 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 스크류형, 체인링크형에 비해 간단한 구조로 설치하여 그에 따른 제작 및 설치 비용을 절감할 수 있는 크랭크형 유속 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력을 생산하는 발전수단으로는 화력발전, 원자력발전, 수력발전, 태양발전, 풍력발전, 조력발전 등이 대표적이다.

이러한, 발전수단 중 화력발전 및 원자력발전은 화석연료를 에너지원으로 사용하는 것으로 화석연료의 매장량이 한계가 있어 점차 고갈되는 것은 물론, 화석연료 사용에 따른 공해, 폐기물, 오염물질 등 환경오염의 주요 원인이 된다.

따라서, 태양에너지, 풍력에너지, 조력에너지, 수력에너지, 지열에너지 등 화석연료를 대체하는 청정에너지에 눈을 돌려 많은 기술 발전을 진행해 왔다.

그러나, 청정에너지를 이용한 발전수단에 경우 시설 설비에 따른 투자자본에 비해 전력 생산이 매우 적어 효용가치가 매우 떨어지는 문제가 있다.

특히, 수력발전에 경우 댐에 의해 저수된 물을 낙하시킨 위치에너지를 통해 터빈을 돌려 전력을 생산하나 설비에 비해 전력 생산이 매우 적은 것은 물론, 댐 건설에 따른 지역적 제한이 있으며, 부지선정에 있어 지역적인 사회문제 및 생태계문제 등 대두되고 있다.

상기한 문제점을 극복하고자 특허문헌 1은 도 1에 도시된 바와 같이, 유속이 발생하는 수면 상에 설치되어 부유하는 부력체(10)와; 상기 부력체(10)상에서 일부분이 물속에 잠긴 형태로 일정 간격을 두고 배치됨과 아울러 회전력을 받아 회전하는 두 개의 회전체(20,30)와; 상기 두 개의 회전체(20,30)에 의해 지지되면서 물속과 수면 위를 따라 무한궤도 형태로 회전할 수 있도록 좌우 한 쌍을 이루며 상하 간격을 두고 배치되는 복수의 내,외측벨트(51,50)와; 상기 내,외측벨트(51,50)의 사이에 일정간격을 두고 위치하도록 내,외측벨트(51,50) 상에 일체로 각각 체결되면서 물속에서 유속을 받음에 따라 내,외측벨트(51,50)와 함께 무한궤도 회전을 하는 다수의 유속보(40)와; 상기 유속보(40)의 무한궤도 회전에 따라 함께 회전하는 상기 회전체(20,30)의 회전력을 공지 관용의 동력전달방식을 통해 전달받아 전기를 발생하는 발전기(60)를 포함하는 유속발전장치를 제안하였다.

그러나, 특허문헌 1의 유속발전장치를 부력체(10)에 의해 유속이 있는 수면 상에 설치할 경우 이를 위치 고정하는 고정수단이 있다 하더라도 비, 바람, 파도 등의 외부요인에 노출이 심하여 쉽게 파손 또는 유실되는 문제점이 있다.

그리고, 유속에 저항하여 회전체(20,30)에 회전력을 전달하는 유속보(40)의 개수와 전체적인 구성요소의 연결관계 및 구조를 유지하기 위한 프레임 등 구조적인 측면에서 중량 증가는 물론, 제작 및 설비 비용이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 수면 상에 설치되어야 하므로 수영이나 보트 등의 수상레저에 대한 안전성을 확보하기 어려우며, 미관상 흉물스러워 자연경관이 훼손되는 문제점이 있다.

KR 10-2009-0097089 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 유속이 통과하는 관로 형상의 두 개의 실린더와, 상기 실린더에 각각 구비되어 유속에 의해 실린더의 길이 방향을 따라 저항판이 왕복으로 이동하여 그 운동에너지를 통해 전력을 얻어는 구조로써, 유속이 있는 수심에 설치됨에 따라 수상레저에 대한 안전성을 확보하는 것은 물론, 자연경관에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 간단한 구성요소로 제작됨에 따라 설비 비용을 절감할 수 있는 크랭크형 유속 발전 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유속이 원활하게 통과할 수 있게 유속의 진행 방향과 동일 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 관로 형상으로 유속이 있는 수심에 설치되는 실린더와; 상기 실린더의 내부에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 닫힘시 유속에 의해 저항하여 실린더의 출구 쪽으로 이동하고, 열림시 유속에 저항 없이 실린더의 입구 쪽으로 이동할 수 있도록 개폐도어를 갖는 저항판과; 상기 저항판에 연결되어 발전수단에 연결된 회전축을 회전시킬 수 있도록 상기 저항판의 왕복운동을 회전축의 회전롤러에 전달하여 회전운동으로 변환시키는 크랭크와이어와; 이웃되는 두 개의 실린더에 따라 길이 방향으로 위치되며, 각각 저항판의 개폐도어에 양단이 이음 연결되어 어느 한쪽의 저항판이 유속에 의해 출구 쪽으로 이동할 때 당김 작용을 이용하여 다른 실린더측 저항판을 입구 쪽으로 왕복하여 견인함과 동시에 저항판의 개폐도어를 번갈아 개폐하는 견인와이어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 실린더의 내측에는 둘레를 따라 실린더와 동일한 길이를 갖는 두 개 이상의 가이드레일이 등 간격으로 배열 구비되고, 상기 저항판의 둘레에는 상기 가이드레일에 대응 접촉하여 저항판을 실린더를 따라 원활하게 이동시킬 수 있는 이동롤러가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 두 개의 실린더 사이 출구 측에는 상기 견인와이어에 의한 실린더의 마모를 방지하기 위해 견인와이어를 지지하는 지지롤러가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 실린더의 출구 측에는 유속에 의해 출구 측까지 이동한 상기 저항판의 개폐도어를 여는 열림용토글바가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 유속이 있는 수심에 설치됨에 따라 수상레저에 대한 안전성을 확보하는 것은 물론, 자연경관에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 간단한 구성요소로 제작됨에 따라 설비 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 유속발전장치의 구성 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 크랭크형 유속 발전 시스템을 나타내는 구성 계략도.
도 3은 본 발명에 따른 크랭크형 유속 발전 시스템의 설치상태를 나타내는 측면 계략도.
도 4는 본 발명에 따른 크랭크형 유속 발전 시스템의 작동상태를 나타내는 평면 계략도.
도 5는 본 발명에 따른 크랭크형 유속 발전 시스템에서 저항판의 배면 계략도.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 크랭크형 유속 발전 시스템의 다양한 설치 예시도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 크랭크형 유속 발전 시스템은 유속이 원활하게 통과할 수 있게 유속의 진행 방향과 동일 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 관로 형상으로 유속이 있는 수심에 실린더(100)를 설치하고,

상기 실린더(100)의 내부에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 닫힘시 유속에 의해 저항하여 실린더(100)의 출구(160) 쪽으로 이동하고, 열림시 유속에 저항 없이 실린더(100)의 입구(150) 쪽으로 이동할 수 있도록 개폐도어(210)를 갖는 저항판(200)를 구비하며,

상기 저항판(200)에 연결되어 발전수단(500)에 연결된 회전축(510)을 회전시킬 수 있도록 상기 저항판(200)의 왕복운동을 회전축(510)의 회전롤러(520)에 전달하여 회전운동으로 변환시키는 크랭크와이어(400)를 설치하고,

이웃되는 두 개의 실린더(100)에 따라 길이 방향으로 위치되며, 각각 저항판(200)의 개폐도어(210)에 양단이 이음 연결되어 어느 한쪽의 저항판(200)이 유속에 의해 출구(160) 쪽으로 이동할 때 당김 작용을 이용하여 다른 실린더(100)측 저항판(200)을 입구(150) 쪽으로 왕복하여 견인함과 동시에 저항판(200)의 개폐도어(210)를 번갈아 개폐하는 견인와이어(300)를 포함한다.

상기한 기본적은 구성을 토대로 아래 실시예를 통해 최적의 설치 구성을 설명한다.

<실시예>

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 유속이 원활하게 통과할 수 있게 유속의 진행 방향과 동일 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 관로 형상으로 유속이 있는 수심에 이웃하여 설치되는 두 개의 실린더(100)를 설치한다.

상기 실린더(100)는 원형, 사각형 등 형상에 대해 제한들 두지 않으며, 길이 역시 임의적으로 장단 하여 적용할 수 있다.

여기서, 상기 두 개의 실린더(100) 내부에는 각각 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 닫힘시 유속에 의해 저항하여 실린더(100)의 출구(160) 쪽으로 이동하고, 열림시 유속에 저항 없이 실린더(100)의 입구(150) 쪽으로 이동할 수 있도록 개폐도어(210)를 갖는 두 개의 저항판(200)이 각각 구비된다.

이때, 상기 두 개의 실린더(100)에 길이 방향을 따라 위치되며, 상기 두 개의 저항판(200)에 양단이 이음 연결되어 상기 두 개의 실린더(100) 중 어느 한쪽에 구비된 저항판(200)이 유속에 의해 출구(160) 쪽으로 이동할 때 당김 작용을 이용해 다른 한쪽 실린더(100)에 구비된 저항판(200)을 입구(150) 쪽으로 견인하여 왕복 이동시키는 견인와이어(300)가 구비된다.

즉, 상기 저항판(200) 중 어느 하나가 유속에 의해 실린더(100) 따라 출구(160)쪽으로 이동하게 되면, 상기 견인와이어(300)에 이음 연결된 다른 저항판(200)은 앞서 유속에 의해 이동되는 저항판(200)이 당김 작용을 이용해 견인와이어(300)를 당겨 다른 저항판(200)을 입구(150)쪽을 이동 시킨다.

또한, 상기 두 개의 저항판(200)에 각각 링크 연결되어 발전수단(500)에 연결된 회전축(510)을 회전시킬 수 있도록 저항판(200)의 왕복운동을 회전축(510)의 회전운동으로 전달하는 두 개의 크랭크와이어(400)가 구비된다.

여기서, 상기 회전축(510)에 인접되는 위치에는 크랭크와이어(400)의 당김 작용을 통해 회전하면서 이웃되는 다른 크랭크와이어(400)를 복귀 권선시킬 수 있도록 상기 크랭크와이어(400)를 번갈아 서로 반대 방향으로 권선되는 보조롤러(610)를 일체로 하여 회전축(510)과 평행하게 축설되는 보조지지축(600)이 더 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이웃되는 두 개의 실린더(100)를 대상으로 한쪽 실린더(100) 쪽에 유속에 저항판(200)이 출구(160) 측으로 이동하면서, 크랭크와이어(400)를 당겨 권선된 보조롤러(610)와 회전롤러(520)를 회전한다.

이때, 이웃된 실린더(100)의 크랭크와이어(400)는 개폐도어(210)의 열림으로 유속에 의한 당김 작용이 해제된 상태이고, 상기 보조롤러(610)의 보조지지축(600)이 회전하면서 이웃된 크랭크와이어(400)를 감아 복귀한다.
따라서, 상기 크랭크와이어(400)에 연결된 보조지지축(600)의 양방향 회전으로 크랭크 방식으로 당김 작용 및 권취복귀를 반복하여 영구적으로 회전축(510)을 회전시킬 수 있다.

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이처럼, 반복적으로 서로 이웃되는 저항판(200)이 왕복하면서 반대방향으로 왕복 이동하여 저항판(200)에 연결된 크랭크와이어(400)가 외부에 설치된 회전축(510)을 회전 시켜 직선운동을 회전운동으로 변환시킨다.

이때, 상기 회전축(510)의 회전롤러(520)는 상기 크랭크와이어(400)와 권취 연결되어 당기는 힘에 회전하면서 회전축(510)을 일 방향으로 회전시키고, 복귀시 크랭크와이어(400)를 권취할 수 있게 통상의 래칫(ratchet) 구조로 이루어진 것이 바람직하며, 그 외에 피니언 방식, 캠 방식, 크랭크 방식 중 어느 한가지 방법을 채택하여 상기 회전축(510)을 회전시키도록 연결할 수 있다.

한편, 상기 실린더(100)의 내측에는 둘레를 따라 실린더(100)와 동일한 길이를 갖는 두 개 이상의 가이드레일(110)이 등 간격으로 배열 구비되고, 상기 저항판(200)의 둘레에는 상기 가이드레일(110)에 대응 접촉하여 저항판(200)을 실린더(100)를 따라 원활하게 이동시킬 수 있는 이동롤러(220)가 더 구비하게 된다.

즉, 상기 가이드레일(110)은 이동롤러(220)가 상호 대응하여 구비됨에 따라 상기 실린더(100)를 따라 상기 저항판(200)의 이동간에 편심되거나 노킹 등의 충격을 방지할 수 있으며, 정확하고 신속하게 이동할 수 있게 된다.

또한, 도 2에 의하면, 상기 두 개의 실린더(100) 사이 출구(160)측에는 상기 견인와이어(300)에 의한 실린더(100)의 마모를 방지하기 위해 견인와이어(300)를 지지하는 지지롤러(120)가 더 구비된다.

즉, 상기 지지롤러(120)를 통해 상기 견인와이어(300)의 마모를 방지함과 아울러, 저항판(200)의 이동과 함께 다른 쪽 저항판(200)을 용이하게 견인할 수 있다.

마지막으로, 상기 실린더(100)의 출구(160)측에는 유속에 의해 출구(160)측까지 이동한 상기 저항판(200)의 개폐도어(210)를 여는 열림용토글바(130)가 구비된다.

이는 상기 개폐도어(210)에 별도의 잠금수단을 구비하여 상기 저항판(200)이 입구(150)쪽으로 이동하였을 경우에 견인와이어(300)의 당김 작용으로 개폐도어(210)를 저항판(200)의 중앙 측으로 당겨 닫으면 잠금수단에 의해 개폐도어(210)를 잠그고, 상기 저항판(200)이 출구(160) 쪽으로 이동하였을 경우에 상기 열림용토글바(130)이 잠금수단을 해제하여 상기 개폐도어(210)를 열어 유속에 저항을 해제하게 된다.

결과적으로, 상기 저항판(200)의 왕복이동으로 유속의 힘을 이용해 직선운동을 회전운동으로 전환하여 회전축(510)을 회전시킴으로써, 발전수단(500)을 발전 시킬 수 있는 회전력을 전달하는 시스템으로 제공되는 것이다.

이때, 상기 발전수단(500)은 통상적으로 충전시설, 감압시설 등 다양한 전기시설이 구비되어야 하므로 수중보다는 물밖에 지상에 설치되는 것이 바람직하며, 이에 따라 회전축(510)을 발전수단(500)에 직결하는 것 보다 별도의 동력연결수단을 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6에 의하면, 상기 실린더(100)를 폭 방향을 따라 다수 개로 연결하여 그 발전용량을 증가시킬 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전축(510)을 기준으로 양쪽에 다수 개의 실린더(100)를 연속적으로 설치하여 유속의 방향이 바뀌는 해안에서도 설치 가능하게 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 유속이 있는 수심에 설치됨에 따라 수상레저에 대한 안전성을 확보하는 것은 물론, 자연경관에 미치는 영향을 최소화 할 수 있으며, 간단한 구성요소로 제작됨에 따라 설비 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 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 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 실린더
110: 가이드레일
120: 지지롤러
130: 열림용토글바
150: 입구
160: 출구
200: 저항판
210: 개폐도어
220: 이동롤러
300: 견인와이어
400: 크랭크와이어
500: 발전수단
510: 회전축
520: 회전롤러

Claims (5)

1. 유속이 원활하게 통과할 수 있게 유속의 진행 방향과 동일 방향을 따라 소정의 길이를 갖는 관로 형상으로 유속이 있는 수심에 설치되는 실린더(100)와;
   상기 실린더(100)의 내부에 길이 방향을 따라 왕복 가능하게 구비되어 닫힘시 유속에 의해 저항하여 실린더(100)의 출구(160) 쪽으로 이동하고, 열림시 유속에 저항 없이 실린더(100)의 입구(150) 쪽으로 이동할 수 있도록 개폐도어(210)를 갖는 저항판(200)과;
   상기 저항판(200)에 연결되어 발전수단(500)에 연결된 회전축(510)을 회전시킬 수 있도록 상기 저항판(200)의 왕복운동을 회전축(510)의 회전롤러(520)에 전달하여 회전운동으로 변환시키는 크랭크와이어(400)와;
   이웃되는 두 개의 실린더(100)에 따라 길이 방향으로 위치되며, 각각 저항판(200)의 개폐도어(210)에 양단이 이음 연결되어 어느 한쪽의 저항판(200)이 유속에 의해 출구(160) 쪽으로 이동할 때 당김 작용을 이용하여 다른 실린더(100)측 저항판(200)을 입구(150) 쪽으로 왕복하여 견인함과 동시에 저항판(200)의 개폐도어(210)를 번갈아 개폐하는 견인와이어(300)와;
   상기 회전축(510)에 인접되는 위치에는 크랭크와이어(400)의 당김 작용을 통해 회전하면서 이웃되는 다른 크랭크와이어(400)를 복귀 권선시킬 수 있도록 상기 크랭크와이어(400)를 번갈아 서로 반대 방향으로 권선되는 보조롤러(610)를 일체로 하여 회전축(510)과 평행하게 축설되는 보조지지축(600)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더(100)의 내측에는 둘레를 따라 실린더(100)와 동일한 길이를 갖는 두 개 이상의 가이드레일(110)이 등 간격으로 배열 구비되고,
   상기 저항판(200)의 둘레에는 상기 가이드레일(110)에 대응 접촉하여 저항판(200)을 실린더(100)를 따라 원활하게 이동시킬 수 있는 이동롤러(220)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 두 개의 실린더(100) 사이 출구(160)측에는 상기 견인와이어(300)에 의한 실린더(100)의 마모를 방지하기 위해 견인와이어(300)를 지지하는 지지롤러(120)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더(100)의 출구(160)측에는 유속에 의해 출구(160)측까지 이동한 상기 저항판(200)의 개폐도어(210)를 여는 열림용토글바(130)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 크랭크형 유속 발전 시스템.
   
5. 삭제

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