KR101940453B1 - 횡류수차를 이용한 수력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수로를 따라 흐르는 물의 흐름을 인위적으로 차단하지 않으면서 수로를 따라 흐르는 물이 가진 에너지를 수차에 효율적으로 전달하고, 수위 차이가 적은 지형에서도 효율적인 발전이 가능하며, 수차의 내부로 물이 역류하는 현상을 방지하여 고효율의 발전이 가능한 횡류수차를 이용한 수력발전장치에 관한 것으로, 상하 높낮이 차이가 있는 상부유로 및 하부유로 사이에 물이 흐르는 방향을 따라 경사지게 고정 설치되고, 물이 흐르는 내주면이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로로부터 흐르는 물을 상기 하부유로로 유출시키는 수로와, 각각이 상기 수로의 길이방향을 따라 다단으로 이격되어 상기 수로의 좌우폭 방향을 회전중심으로 하여 각각 회전 가능하게 설치되고, 상기 수로의 상부를 통해 유입된 물이 상기 수로의 하부로 흐르는 수력에 의해 각각이 회전하는 복수의 회전수차와, 상기 회전수차 각각을 회전 지지하도록 상기 수로의 길이방향을 따라 각각 설치되는 복수의 회전지지부재와, 상기 회전수차 각각의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하여 이루어진다.

Description

횡류수차를 이용한 수력발전장치{HYDRAULIC POWER GENERATION SYSTEM USING CROSS-FLOW TURBINE}
본 발명은 물이 높은 위치에서 낮은 위치로 이동하는 경우 물의 운동에너지를 회전수차에 충돌시켜 에너지를 얻는 수력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수위 차이가 낮은 지형에서 효율적인 발전이 가능하고, 유량에 무관하게 지속적인 발전이 가능한 횡류수차를 이용한 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전장치는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치를 지칭한다. 이때, 발전기는 보통 몸체와, 몸체에 회전되게 장착되어 외력에 의해 회전하는 회전축과, 회전축과 함께 회전하고, 다수로 권선되어 있는 코일로 구성된 회전자와, 회전자의 외측에 구비되며 상기 몸체의 내측에 고정 장착되는 자석으로 구성된다.
상기 회전축이 외력에 의해 회전하는 경우 회전축에 결합된 코일이 회전하면서 자석에서 발생하는 자기장에 의해 코일 내부에는 기전력을 통한 전류가 흐르게 된다. 여기서, 발전기의 회전축을 회전시키는 동력원에 따라 수력, 화력, 풍력 및 원자력 등으로 분류된다.
특히 수력을 이용하는 발전의 경우 물이 높은 위치에서 낮은 위치로 흐를 때 생성되는 수력을 통해 회전축을 회전시키는데, 이러한 회전축을 회전시키는 장치를 수차(Turbine)라고 한다. 즉, 수력발전이란 높은 곳에 위치하는 물이 상대적으로 낮은 곳으로 이동하는 경우 물이 가진 위치에너지가 운동에너지로 전환되게 되고, 물이 가지는 운동에너지를 수차를 통해 전달받아 회전축을 회전시켜 전력을 생산하는 장치이다.
이러한 수차를 충동형 수차라 할 수 있고, 충동형 수차는 상술한 바와 같이 물의 운동에너지를 수차에 전달하여 에너지를 얻는 방식으로 물레형상의 수차에 물이 가진 에너지를 전달시켜 발전하게 되는데, 이때, 상기 수차를 횡류수차라고 지칭하며, 유량이 적지만 수위 차이가 큰 조건에 적합한 수차이다.
여기서, 횡류수차는 물이 이동하는 방향과 수직한 방향 즉, 물이 이동하는 수로의 좌우폭을 회전중심으로 회전하는 회전축과, 원통형상으로 상기 회전축에 회전 가능하게 결합되는 회전몸체와, 상기 회전몸체의 회전중심을 기준으로 방사상으로 고정 결합되고, 물의 수력을 전달받아 상기 회전몸체를 회전 구동시키는 복수의 회전블레이드를 포함하여 이루어진다. 이때, 회전축과 연결되어 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기가 구비되어 에너지를 생산하게 된다.
즉, 횡류수차는 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 경우 이동하는 물이 회전블레이드와 접촉하게 되고, 물의 수력을 전달받은 회전블레이드가 회전축을 중심으로 회전몸체를 회전시키게 된다. 이때, 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 물은 위치에너지가 운동에너지로 변환되어 수력을 가지게 되는데, 회전블레이드와 접촉한 물은 운동에너지를 소모하게 되고, 회전몸체는 회전블레이드가 전달받은 물의 운동에너지를 통해 회전하게 된다.
따라서, 물의 운동에너지를 높이기 위해 댐과 같이 물을 높은 위치에 저장한 후 방출하여 수차를 회전시키게 되는데, 이러한 경우 물의 흐름을 인위적으로 차단하여 댐과 같은 저장소에 물을 저장하게 됨으로 자연적인 물의 흐름이 차단되어 자연이 변화하거나 손상되는 문제점이 있다.
또한, 물의 자연적인 흐름을 인위적으로 차단하지 않기 위해 물이 흐르는 수로상에 횡류수차를 설치하여 자연적으로 흐르는 물의 운동에너지만으로 수차를 회전시키는 방식이 있다. 이러한 방식의 경우 수위 차이에 따라 물이 가지는 수력이 달라지게 되는데, 수위 차이가 낮은 곳에 횡류수차를 설치하게 되면 발전효율이 현저히 낮아지는 문제점이 있다.
더욱이, 수로 상에 횡류수차를 설치하게 되면 수로를 따라 이동하는 물의 일부만이 회전블레이드와 접촉하게 되고, 회전블레이드와 접촉하지 않은 물은 운동에너지를 가진 상태로 수로를 따라 하부로 이동하게 된다. 이는 회전몸체의 외주면과 수로가 접촉하지 않으면서 회전블레이드가 수로를 따라 이동하는 물 속에 잠기도록 설치함으로써 수로와 횡류수차 사이에 형성되는 공간으로 물이 통과하기 때문이다.
즉, 수로를 따라 이동하는 물의 수력을 전부 이용할 수 없게 됨으로 발전효율이 낮아지게 된다. 또한, 회전블레이드가 물과 접촉한 후 회전몸체를 회전시키는 경우 회전블레이드가 회전몸체와 회전하면서 물을 수차의 내부로 역류시켜 각각의 회전블레이드 및 회전몸체 사이에 형성된 공간부에 물이 고이게 된다. 이는 물의 하중에 의해 회전몸체가 회전시 필요한 에너지소모가 커지게 되고, 발전기의 회전축으로 전달되는 회전력이 감소됨으로 에너지 생성효율이 낮아지는 원인이 된다.
더욱이, 횡류수차를 이용하여 발전하는 경우 수로를 따라 이동하는 유량이 적어지게 되면 횡류수차가 물로부터 전달받는 에너지량이 줄어들게 됨으로 발전기의 회전력이 감소하게 되어 발전률이 감소하게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 수로를 따라 흐르는 물의 흐름을 인위적으로 차단하지 않으면서 수로를 따라 이동하는 물이 가진 에너지를 회전수차에 효율적으로 전달하고, 수위 차이가 적은 지형에서도 효율적인 발전이 가능하며, 수로를 따라 이동하는 유량에 무관하게 발전할 수 있는 횡류수차를 이용한 수력발전장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치는, 상하 높낮이 차이가 있는 상부유로 및 하부유로 사이에 물이 흐르는 방향을 따라 경사지게 고정 설치되고, 물이 흐르는 내주면이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로로부터 흐르는 물을 상기 하부유로로 유출시키는 수로와, 각각이 상기 수로의 길이방향을 따라 다단으로 이격되어 상기 수로의 좌우폭 방향을 회전중심으로 하여 각각 회전 가능하게 설치되고, 상기 수로의 상부를 통해 유입된 물이 상기 수로의 하부로 흐르는 수력에 의해 각각이 회전하는 복수의 회전수차와, 상기 회전수차 각각을 회전 지지하도록 상기 수로의 길이방향을 따라 각각 설치되는 복수의 회전지지부재와, 상기 회전수차 각각의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하고, 상기 회전지지부재 각각은, 상기 수로의 양측면에 서로 마주보도록 한 쌍이 설치되고, 상기 회전수차 각각은, 상기 한 쌍의 회전지지부재 사이에 상기 수로의 좌우폭 방향을 회전중심으로 회전 가능하게 설치되도록 회전축이 구비된 원형의 회전몸체와, 각각이 상기 회전몸체의 회전중심을 기준으로 방사상으로 고정 결합되고, 상기 회전몸체의 외주 방향으로 돌출된 돌출단이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로로부터 유입된 물이 상기 하부유로로 이동하는 경우 수력을 전달받아 상기 회전몸체를 회전 구동시키는 복수의 회전블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전지지부재 각각은, 상기 수로의 상부에서 하부방향으로 설치된 각각의 회전수차의 회전블레이드의 돌출단과 상기 수로의 내주면과의 간격이 점진적으로 작아지도록 상기 회전수차의 지지높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전지지부재 각각은, 상기 수로의 좌우 양측면에 서로 마주보도록 고정 결합되는 한 쌍의 포스트와, 상기 포스트 각각의 상부에 고정 결합되고, 상기 회전수차의 회전축을 회전 지지하는 한 쌍의 베어링과, 상기 포스트 및 베어링 각각의 사이에 설치되어 상기 회전수차 각각의 지지높이를 선택적으로 조절하는 복수의 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전수차 각각은, 상기 수로의 상부로부터 하부까지 첫번째부터 n번째까지 순서를 정할 경우, 홀수번째 회전수차그룹 및 짝수번째 회전수차그룹으로 각각 나누고, 상기 홀수번째 회전수차그룹의 상기 회전블레이드 각각은, 상기 수로를 따라 흐르는 물의 일부를 통과시키도록 상기 돌출단이 '凸'자 형상으로 형성되고, 상기 짝수번째 회전수차그룹의 상기 회전블레이드 각각은, 상기 수로를 따라 흐르는 물의 일부를 통과시키도록 상기 돌출단이 '凹'자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전블레이드 각각은, 전면이 상기 수로를 따라 흐르는 상기 물과 접촉하여 상기 회전몸체를 회전시키는 경우 후면이 상기 수로를 따라 흐르는 상기 물을 상기 회전수차의 내부로 역류시키지 않도록 상기 돌출단이 측단면상 '〉'자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수로를 따라 흐르는 물의 양이 적은 경우 상기 수로의 상부에 물을 공급하는 유량보충부와, 상기 수로를 따라 흐르는 물의 유량을 측정하는 유량감지센서와, 상기 유량감지센서로부터 신호를 전송받고, 유량이 적은 경우 상기 유량보충부가 상기 수로의 상부에 물을 공급하도록 상기 유량보충부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유량보충부는, 상기 하부유로의 물을 펌핑하는 펌프와, 일단이 상기 펌프로부터 펌핑된 물을 공급받아 타단으로 이송하는 이송관과, 상기 상부유로에 설치되고, 상기 이송관의 타단으로부터 공급받은 물을 저장하며, 상기 제어부의 제어신호에 따라 저장된 물을 상기 수로의 상부로 공급하는 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저장탱크에 설치되고, 상기 저장탱크에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위감지센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수위감지센서로부터 신호를 전송받고, 상기 저장탱크에 저장된 물의 수위가 낮은 경우 상기 펌프를 작동하여 상기 저장탱크에 물을 저장하는 것을 특징으로 한다..
본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치는, 회전수차를 수로의 길이방향을 따라 다단으로 이격되게 설치함으로써, 회전수차의 회전력으로 전환되지 않고 수로의 하부로 유출되는 물의 수력을 최소화시켜 고효율의 발전을 이루어낼 수 있다.
또한, 수로의 내주면이 원호 형상으로 형성되고, 회전수차의 회전블레이드의 돌출단이 원호형상으로 형성되어 수로를 따라 이동하는 물과 회전블레이드의 접촉면이 넓어지게 됨으로써 회전수차의 회전력으로 전환되는 물의 수력량이 많아지게 되어 고효율의 발전을 이루어낼 수 있다.
또한, 회전지지부재의 스페이서를 통해 각각의 회전수차의 회전축과 수로의 내주면과의 간격을 선택적으로 조절함으로써, 물의 수력을 효율적으로 회전수차의 회전력으로 전환하여 수위 차이가 낮은 지형에서도 효율적인 발전을 이루어낼 수 있다.
또한, 홀수번째 및 짝수번째 회전수차그룹의 회전블레이드 각각을 '凸' 및 '凹'자 형상으로 형성되어 수위 차이가 낮은 지형에서도 수로를 따라 이동하는 물의 수력을 효율적으로 회전수차의 회전력으로 전환함으로써, 수위 차이가 낮은 지형에서 효율적인 발전을 이루어낼 수 있다.
또한, 유량보충부, 유량감지센서 및 제어부를 통해 수로에 물을 공급함으로써, 수로에 유량이 적은 경우에도 발전할 수 있게 되어 유량에 무관하게 발전을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치가 설치된 상태를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치의 일 실시예를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 회전수차를 분해 도시한 분해도이고,
도 4는 도 2의 실시예 중 회전지지부재를 확대 도시한 확대도이며,
도 5는 도 2의 실시예 중 회전지지부재의 스페이서가 설치된 상태를 도시한 도면이고,
도 6은 도 5의 실시예 중 스페이서를 통해 회전수차 각각의 지지높이를 선택적으로 조절하여 회전블레이드의 돌출단과 수로의 내주면과의 간격이 점진적으로 작아지는 상태를 도시한 도면이며,
도 7은 도 2의 실시예 중 홀수번째 회전수차그룹의 회전블레이드를 분해 도시한 분해도이고,
도 8은 도 2의 실시예 중 짝수번째 회전수차그룹의 회전블레이드를 분해 도시한 분해도이며,
도 9는 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치의 다른 실시예를 도시한 사시도이고,
도 10은 도 9의 실시예 중 수로를 따라 이동하는 물이 홀수번째 회전수차를 통과하는 과정을 도시한 도면이며,
도 11은 도 9의 실시예 중 수로를 따라 이동하는 물이 짝수번째 회전수차를 통과하는 과정을 도시한도면이고,
도 12는 도 2의 실시예 중 회전블레이드의 돌출단이 '〉'자 형상으로 절곡된 회전수차를 도시한 도면이며,
도 13은 도 12의 회전수차가 수로에 설치된 상태를 도시한 도면이고,
도 14는 도 13의 실시예 중 수로를 따라 흐르는 물이 회전수차의 내부로 역류하지 않고, 수로로 배출되는 과정을 도시한 도면이며,
도 15는 도 2의 실시예 중 유량보충부, 유량감지센서, 제어부 및 수위감지센서가 설치된 상태를 도시한 도면이고,
도 16은 도 15의 실시예 중 수로의 유량에 따른 제어과정을 블록으로 도시한 블럭도이며,
도 17은 도 15의 실시예 중 저장탱크의 수위에 따른 제어과정을 블록으로 도시란 블럭도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 횡류수차를 이용한 수력발전장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 수로(100), 회전수차(200), 회전지지부재(300) 및 발전기(400)를 포함하여 이루어진다. 또한, 유량보충부(500), 유량감지센서(600), 제어부(700) 및 수위감지센서(800)를 더 포함할 수도 있다.
먼저, 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전장치는 상하 높낮이 차이가 있는 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이에 설치된다.
즉, 상부유로(10)의 물을 가이드하여 하부유로(20)로 이동시키는 수로(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상하 높낮이 차이가 있는 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이에 물이 흐르는 방향을 따라 경사지게 고정 설치되고, 물이 흐르는 내주면이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로(10)로부터 흐르는 물을 상기 하부유로(20)로 유출시키게 된다.
즉, 수로(100)는 수위 차이가 형성되어 상부유로(10)에서 하부유로(20)로 물이 이동하는 장소라면 무관하게 설치할 수 있다. 다만, 설치되는 장소의 물의 유량에 따라 수로(100)의 좌우폭을 넓게 형성할 수도 있고, 좁게 형성할 수도 있다. 이는 수로(100)가 설치될 장소의 유량에 따라 선택적으로 수로(100)의 좌우폭을 형성하면 되고, 좌우폭에 따라 수로(100)의 내주면을 적절한 곡률을 가지는 원호 형상으로 형성하면 된다.
여기서, 수로(100)의 내주면은 어떠한 형상으로 형성되어도 무관하나, 수로(100)의 상부로부터 하부로 이동하여 형성되는 물의 운동에너지가 후술하는 회전수차(200)의 회전력으로 전환되지 않고, 수로(100)의 하부로 유출되지 않도록 즉, 회전력으로 전환되지 않고 유실되는 물의 운동에너지량을 줄이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 수로(100)의 내주면이 원호 형상으로 형성되는 것이 좋다.
회전수차(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각이 상기 수로(100)의 길이방향을 따라 다단으로 이격되어 상기 수로(100)의 좌우폭 방향을 회전중심으로 하여 각각 회전 가능하게 설치되고, 상기 수로(100)의 상부를 통해 유입된 물이 상기 수로(100)의 하부로 흐르는 수력에 의해 각각이 회전하게 된다. 즉, 회전수차(200)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상부에서 하부방향으로 다단으로 설치되되, 회전수차(200)와 회전수차(200) 사이에 거리가 형성되도록 이격되게 설치되는 것이 좋다.
또한, 도 1 및 도 2에서는 3개의 회전수차(200)가 도시되어 있지만, 이는 발명을 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐 4개, 5개, 6개 등 상기 수로(100)가 설치되는 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이의 수위 차이에 따른 수로(100)의 상하 길이에 따라 회전수차(200)의 설치 수량을 조절하면 된다. 이때, 수로(100)에 회전수차(200) 각각을 설치하는 경우 수로(100)의 상부에 1번째로 설치되는 회전수차(200)의 경우 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상단과 거리가 형성되도록 수로(100)의 상단으로부터 이격되어 설치되는 것이 좋다.
예컨대, 수로(100)의 상단에 1번째 회전수차(200)가 설치되는 경우 상부유로(10)로부터 공급된 물의 위치에너지가 운동에너지로 충분히 전환되지 않게 됨으로 회전수차(200)의 회전력이 낮아지게 되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 수로(100)의 상부에 1번째로 설치되는 회전수차(200)는 수로(100)의 상단과 이격되어 설치되고, 물의 운동에너지가 회전수차(200)의 회전력으로 전환된 후 다시 물이 가진 위치에너지가 운동에너지로 변환될 수 있도록 2번째, 3번째, n번째 설치되는 회전수차(200)의 경우 이전에 설치된 회전수차(200)와 충분한 거리가 형성되도록 이격되어 설치되는 것이 좋다.
회전지지부재(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전수차(200) 각각을 회전 지지하도록 상기 수로(100)의 길이방향을 따라 각각 설치된다. 즉, 회전지지부재(300)는 회전수차(200)의 수량과 동일한 개수로 수로(100)에 설치되고, 수로(100)의 상부에 1번째로 설치되는 회전지지부재(300)의 경우 수로(100)의 상부에 1번째로 설치되는 회전수차(200)가 수로(100)의 상단으로부터 이격될 수 있도록 수로(100)의 상단으로부터 충분한 거리가 형성되는 곳에 설치되는 것이 좋다. 또한, 회전수차(200)의 좌우 양단을 회전 지지하도록 상기 수로(100)의 양측면에 서로 마주보도록 한 쌍이 설치되는 것이 바람직하다.
발전기(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 회전수차(200) 각각의 회전력을 회전전달수단(미도시)을 통해 전달받아 발전하게 된다. 여기서, 발전기(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 회전수차(200)와 근접한 곳에 설치될 수도 있고, 먼 곳에 설치될 수도 있다. 이는 수로(100)가 설치되는 지형에 따라 선택적으로 설치 위치를 선정하면 된다. 또한, 물의 유입이 많은 풍수기때 수로(100)를 범람한 물에 의해 손상되지 않도록 수밀되거나 또는 설치되는 지면으로부터 일정한 높이를 가지도록 설치되는 것이 좋다.
즉, 수로(100)의 상부에서 하부 방향으로 회전수차(200) 각각이 다단으로 이격되어 설치됨으로 수로(100)를 따라 이동하는 물의 운동에너지가 수로(100)의 상부에 1번째로 설치된 회전수차(200)의 회전력으로 전환되지 않고, 수로(100)의 하부로 이동하더라도 수로(100)의 상부에 2번째로 설치된 회전수차(200)와 접촉하게 되어 회전력으로 전환되게 된다. 따라서, 회전수차(200)의 회전력으로 전환되지 않고, 수로(100)의 하부로 유출되는 미전환에너지량이 줄어들게 됨으로 효율적인 발전을 이루어 낼 수 있게 되는 것이다.
이때, 미전환되는 물의 운동에너지량을 줄이기 위해 상기 회전수차(200)는 회전몸체(210), 회전블레이드(220)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.
먼저, 회전몸체(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 회전지지부재 (300) 사이에 상기 수로(100)의 좌우폭 방향을 회전중심으로 회전 가능하게 설치되도록 회전축(211)이 구비된다. 이때, 회전몸체(210)의 좌우 양단에는 상기 회전축(211)의 회전을 지지하는 한 쌍의 회전베어링(도면부호 미도시)이 결합되고, 상기 회전베어링 각각의 상기 회전몸체(210)의 내측방향으로 가압하여 고정하도록 상기 회전축(211)의 양단에 나사 결합되는 한 쌍의 베어링너트(도면부호 미도시)와, 상기 베어링너트 각각을 밀폐하는 한 쌍의 커버(도면부호 미도시)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 회전몸체(210)는 원반 형상으로 형성된 한 쌍의 원판플레이트를 포함할 수도 있다. 즉, 회전몸체(210)는 후술하는 회전블레이드(220) 각각을 고정시키면서 회전시키기 위한 구성임으로 회전몸체(210)의 크기는 어떻게 형성되어도 무관하다. 다만, 회전축(211)의 직경보다는 큰 직경으로 형성되는 것이 좋다.
다음으로 회전블레이드(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각이 상기 회전몸체(210)의 회전중심을 기준으로 방사상으로 고정 결합되고, 상기 회전몸체(210)의 외주 방향으로 돌출된 돌출단(221)이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로(10)로부터 유입된 물이 상기 하부유로(20)로 이동하는 경우 수력을 전달받아 상기 회전몸체(210)를 회전 구동시키게 된다.
여기서, 회전몸체(210)에 결합되는 회전블레이드(220)의 수량은 몇개가 설치되어도 무관하다. 다만, 수로(100)를 따라 이동하는 물의 운동에너지를 충분히 전달받을 수 있도록 설치되는 것이 좋다. 또한, 회전블레이드(220)가 회전몸체(210)에 고정 결합되고, 회전몸체(210)가 수로(100) 상에 설치된 경우 회전블레이드(220)의 돌출단(221)이 수로(100)의 내주면과 근접하도록 설치되거나 또는 회전블레이드(220)의 돌출단(221)이 돌출 형성되어야 한다.
뿐만 아니라, 회전블레이드(220)의 돌출단(221)의 원호 형상은 수로(100)의 내주면에 형성된 원호와 동일한 형상으로 형성되는 것이 좋다. 즉, 수로(100)의 상부에서 하부 방향으로 이동하는 물이 회전블레이드(220)의 돌출단(221)과 접촉하는 경우 물의 운동에너지가 회전수차(200)의 회전력으로 전환되지 않고, 수로(100)의 하부로 이동하는 미전환에너지량을 최소로 줄이기 위해 회전블레이드(220)의 돌출단의 원호 형상과 수로(100)의 내주면의 원호 형상이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상부에 하부 방향으로 3개의 회전수차(200)가 설치되고, 수로(100)의 상부를 기준으로 1번째 회전수차, 2번째 회전수차 및 3번째 회전수차라 하는 경우 상부유로(10)로부터 수로(100)로 공급된 물이 수로(100)의 길이 방향을 따라 1번째 회전수차(200)로 이동하게 된다. 이때, 수로(100)의 상단에서 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220) 사이의 높이 차이만큼 물의 위치에너지가 운동에너지로 전환되고, 수로(100)를 따라 이동한 물이 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하게 되면, 회전블레이드(220)가 물로부터 운동에너지를 전달받아 회전몸체(210)를 회전시키게 된다. 이때, 물의 운동에너지는 회전블레이드(220)를 통해 회전수차(200)를 회전시키는 회전력으로 전환됨으로 위치에너지만 남게 된다.
이후 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)를 통과한 물은 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 2번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220) 사이의 높이 차이 만큼 위치에너지가 운동에너지로 전환되고, 2번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하게 된다. 이때, 1번째 회전수차(200)와 동일하게 물의 운동에너지가 2번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)를 통해 2번째 회전수차(200)를 회전시키는 회전력으로 전환되고, 물은 위치에너지만 남게 된다.
상술한 과정을 통해 3번째 회전수차(200) 또한 동일하게 회전력을 얻게 된다. 즉, 회전블레이드(220)의 돌출단(221)이 수로(100)의 내주면과 동일한 원호 형상으로 형성됨으로써, 수로(100)의 내주면과 회전블레이드(220) 사이에 형성되는 공간이 작아지게 되어 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하지 않고, 수로(100)의 하부로 유출되는 미전환에너지량이 적어지게 되는 것이다.
따라서, 회전수차(200)의 수로(100)에 다단으로 이격되게 설치하고, 회전블레이드(220)의 돌출단(221)과 수로(100)의 내주면이 원호 형상으로 동일하게 형성됨으로 효율이 높은 발전을 이루어 낼 수 있게 되는 것이다.
하지만, 상술한 바와 같이 물의 운동에너지가 1번째 회전수차(200)의 회전력으로 모두 전환된 경우 2번째 회전수차(200)를 회전시키기 위해서는 1번째 회전수차(200)와 2번째 회전수차 사이에 충분한 수위 차이가 형성되어야 된다. 즉, 물의 위치에너지가 운동에너지로 전환될 수 있는 충분한 거리가 필요하게 됨으로 수로(100)의 길이가 길어지게 되고, 이는 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이의 수위 차이가 충분한 장소에만 적용할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제점을 보완하기 위해 상기 회전지지부재(300) 각각이 상기 상기 수로(100)의 상부에서 하부방향으로 설치된 각각의 회전수차(200)의 회전블레이드(220)의 돌출단(221)과 상기 수로(100)의 내주면과의 간격이 점진적으로 작아지도록 상기 회전수차(200)의 지지높이를 조절할 수 있도록 상기 회전지지부재(300) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 포스트(310), 베어링(320) 및 스페이서(330)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.
먼저, 포스트(310)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수로(100)의 좌우 양측면에 서로 마주보도록 한 쌍이 고정 결합된다. 여기서, 포스트(310)는 수로(100)의 내주면으로부터 후술하는 베어링(320)의 회전 중심 사이의 높이만큼 돌출 형성되게 된다. 즉, 포스트(310)는 회전수차(200)에 결합된 회전블레이드(220)의 돌출단(221)이 수로(100)의 내주면과 접촉하지 않을 정도의 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 포스트(310)는 수로(100)의 상부에서 하부방향으로 다단으로 형성되는데, 이때 각각의 포스트(310)의 높이는 모두 동일하게 형성된다.
다음으로 베어링(320)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 포스트(310) 각각의 상부에 고정 결합되고, 상기 회전몸체(210)의 회전축(211)을 회전 지지하도록 한 쌍이 설치된다. 이때, 베어링(320)은 비 또는 수로(100)로부터 범람하는 물에 의해 손상되지 않도록 베어링하우징이 구비된다. 즉, 베어링(320)의 회전중심이 회전수차(200)의 회전중심 되는 것이고, 수로(100)의 내주면으로부터 베어링(320)의 회전중심까지의 높이를 조절하게 되면 회전수차(200)의 지지높이를 조절할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 스페이서(330)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 포스트(310) 및 베어링(320) 각각의 사이에 설치되어 상기 회전수차(200) 각각의 지지높이를 선택적으로 조절하게 된다. 여기서, 스페이서(330)는 소정의 두께를 가지도록 형성되고, 포스트(310) 및 베어링(320) 사이에 설치됨으로써 수로(100)의 내주면과 베어링(320)의 회전중심까지의 거리를 조절할 수 있게 되어 회전수차(200)의 지지높이를 선택적으로 조절할 수 있게 되는 것이다. 이때, 포스트(310) 및 베어링(320) 사이에 설치되는 스페이서(330)의 수량은 회전수차(200)의 지지높이에 따라 여러개를 설치할 수도 있다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상부를 기준으로 1번째 회전수차(200), 2번째 회전수차(200) 및 3번째 회전수차(200)라 하는 경우 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 미접촉하여 미전환된 운동에너지를 가지고 있는 물이 2번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하여 2번째 회전수차(200)에 수로(100)의 상단에서부터 2번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)까지 거리만큼 전환된 물의 운동에너지를 전달하도록 1번째 회전수차(200)를 회전 지지하는 회전지지부재(300)에는 복수개의 스페이서(330)를 설치하고, 2번째 회전수차(200)를 회전 지지하는 회전지지부재(300)에는 1번째 회전수차(200)를 회전 지지하는 회전지지부재(300)에 설치된 스페이서(330)보다 상대적으로 작은 수량의 스페이서(330)를 설치하면 된다.
이때, 1번째 회전지지부재(300)에 설치된 스페이서(330)의 수량은 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)의 돌출단(221)이 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 물과 충분히 접촉할 수 있는 지지높이를 가질 만큼 설치되어야 한다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상부유로(10)로부터 수로(100)로 유입된 물이 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하면서 위치에너지가 운동에너지로 전환되고, 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하는 경우 스페이서(330)에 의해 1번째 회전수차(200)의 지지높이가 높아지게 됨으로 수로(100)의 내주면과 1번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)의 돌출단(221) 사이에 간격이 형성되게 되고, 상기 간격을 통해 1번째 회전블레이드(220)와 접촉하지 않은 물이 2번째 회전수차(200)를 향해 이동하게 되는 것이다,
따라서, 수로(100)의 상부에서부터 1번째 회전수차(200)까지 이동한 물의 운동에너지 중 일부만이 1번째 회전수차(200)를 회전시키기 위한 회전력으로 전환되고, 회전력으로 전환되지 않은 운동에너지를 가진 물은 1번째 회전수차(200)와 2번째 회전수차(200) 사이의 이동하면서 전환되는 운동에너지를 더 가진 상태에서 2번째 회전수차(200)와 접촉하게 되는 것이다. 즉, 1번째 회전수차(200)와 접촉한 후 2번째 회전수차(200)를 회전시키기 위한 운동에너지를 위치에너지로부터 전환하는데 필요한 거리를 짧게 형성되어도 수로(100)를 따라 이동하는 물이 2번째 회전수차(200)를 회전시키기 위한 운동에너지를 충분히 가지고 있음으로 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이의 수위 차이가 낮은 지형에도 충분히 발전할 수 있게 되는 것이다.
결과적으로 스페이서(330)를 통해 회전수차(200) 각각의 지지높이를 선택적으로 조절함으로써 수위 차이가 낮은 지형에서도 효율적인 발전을 이루어낼 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 회전수차 각각을 상기 수로(100)의 상부로부터 하부까지 첫번째부터 n번째까지 순서를 정할 경우, 홀수번째 회전수차그룹(OG) 및 짝수번째 회전수차그룹(EG)으로 각각 나누는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 상기 홀수번째 회전수차그룹(OG)의 상기 회전블레이드(220) 각각을 상기 수로(100)를 따라 흐르는 물의 일부를 통과시키도록 상기 회전블레이드(220)의 상기 돌출단(221)을 '凸'자 형상으로 형성하고, 상기 짝수번째 회전수차그룹(EG)의 상기 회전블레이드(221) 각각은 도 8에 도시된 바와 같이 상기 수로(100)를 따라 흐르는 물의 일부를 통과시키도록 상기 돌출단(221)이 '凹'자 형상으로 형성될 수도 있다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상부에서부터 회전수차(200)의 회전블레이드(220)가 '凸'자 형상과 '凹'자 형상이 교차적으로 설치되게 되는 것이다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 물이 홀수번째 회전수차(200)를 통과하는 경우 수로(100)의 가운데 부분으로 이동하는 물은 회전블레이드(220)의 돌출단(221)과 접촉하여 운동에너지가 회전수차(200)의 회전력으로 전환되게 되고, 수로(100)의 좌우 양측으로 이동하는 물은 회전블레이드(220)의 좌우 양단과 수로(100)의 내주면 사이에 형성된 공간부로 이동하게 된다. 즉, 수로(100)의 좌우 양측으로 이동하는 물은 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하지 않게 됨으로 운동에너지를 가진 상태로 짝수번째 회전수차(200)를 향해 이동하게 된다.
이후 도 11에 도시된 바와 같이 운동에너지를 가진 상태로 짝수번째 회전수차(200)에 도착한 물은 회전블레이드(220)의 돌출단과(221)과 접촉하게 되는데 이때, 홀수번째 회전수차(200)를 통과하는 과정에서 수로(100)의 좌우 양측으로 이동하여 운동에너지를 가진 상태인 물이 짝수번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하게 된다.
즉, 짝수번째 회전수차(200)는 홀수번째 회전수차(200)를 통과하면서 운동에너지가 손실되지 않은 물에 의해 회전력을 얻게 되는 것이고, 홀수번째 회전수차(200)를 통과하는 과정에서 홀수번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하여 운동에너지를 잃은 물은 짝수번째 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉하기 않고 통과하여 홀수번째 회전수차(200)를 향해 이동하게 되는 것이다.
따라서, 홀수번째 회전수차그룹(OG)의 회전블레이드(220)가 '凸'자 형상으로 형성되고, 짝수번째 회전수차그룹(EG)의 회전블레이드(220)가 '凹'자 형상으로 형성됨으로 물이 가진 운동에너지를 각각의 회전수차(200)에 효율적으로 전달할 수 있게 되고, 회전수차(200)를 회전시키기 위한 운동에너지를 물의 위치에너지로부터 전환하는데 필요한 수위 차이가 낮아도 무관하게 됨으로 수위 차이가 낮은 지형에서도 고효율의 발전을 이루어낼 수 있게 되는 것이다.
이때, 홀수번째 회전수차그룹(OG)의 회전블레이드(220)가 '凹'자 형상으로 형성되고, 짝수번째 회전수차그룹(EG)의 회전블레이드(220)가 '凸'자 형상으로 형성될 수도 있다. 즉, 수로(100)의 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 설치되는 회전수차(200) 각각의 회전블레이드(220)의 형상이 교차적으로 형성되면 된다.
뿐만 아니라 회전수차(200)의 회전블레이드(220)가 도 12에 도시된 바와 같이 전면이 상기 수로(100)를 따라 흐르는 상기 물과 접촉하여 상기 회전몸체(210)를 회전시키는 경우 후면이 상기 수로(100)를 따라 흐르는 상기 물을 상기 회전수차(200)의 내부로 역류시키지 않도록 상기 돌출단(221)이 측단면상 '〉'자 형상으로 형성될 수도 있다.
예컨대, 회전블레이드(220)가 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 물과 접촉하여 회전수차(200)를 회전시키는 경우 회전블레이드(220)가 회전몸체(210)의 회전을 따라 회전 구동하면서 수로(100)를 따라 이동하는 물을 들어올리면서 회전수차(200)의 내부에 담게 되는데, 이 경우 회전수차(200)의 하중이 증가하게 됨으로 회전수차(200)을 회전시키는데 소용되는 에너지량이 증가하게 되어 발전 효율이 낮아지는 문제가 발생하게 된다.
즉, 회전블레이드(220)의 돌출단(221)을 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 측단면상 '〉'자 형상으로 형성하게 되면 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 물이 회전수차(200)의 회전블레이드(220)와 접촉한 후 회전블레이드(220)가 회전하는 경우 도 14에 도시된 바와 같이 돌출단(221)의 굴절된 경사면을 따라 물이 수로(100)로 흘러내리게 되어 물이 회전수차(200)의 내부로 역류하는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 회전블레이드(220)의 돌출단(221)을 측단면상 '〉'자 형상으로 절곡시킴으로 회전블레이드(220)가 회전하면서 물을 회전수차(200)의 내부로 역류시키는 현상을 방지할 수 있게 되어 발전 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
한편, 상부유로(10)에 물의 공급이 적어지는 갈수기가 되면 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 유량이 적어지게 된다. 즉, 유량이 적어지게 되면 회전수차(200)를 회전시키는 회전력으로 전환되는 운동에너지가 적어지게 되는 것이고, 이는 발전하기 위해 필요한 회전력이 적어지게 되는 것임으로 발전 효율이 낮아진다는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 상술한 문제점을 보완하기 위해 도 15에 도시된 바와 같이 상기 수로(100)를 따라 흐르는 물의 양이 적은 경우 상기 수로(100)의 상부에 물을 공급하는 유량보충부(500)와, 상기 수로(100)를 따라 흐르는 물의 유량을 측정하는 유량감지센서(600)와, 상기 유량감지센서(600)로부터 신호를 전송받고, 유량이 적은 경우 상기 유량보충부(500)가 상기 수로(100)의 상부에 물을 공급하도록 상기 유량보충부(500)를 제어하는 제어부(700)를 더 포함할 수도 있다.
즉, 상부유로(10)에 유량이 적어지게 되어 수로(100)의 상부에 공급되는 유량이 적어지는 경우 유량보충부(500)를 통해 수로(100)에 유량을 공급함으로써 수로(100)의 길이 방향을 따라 이동하는 유량이 항상 일정하도록 유지할 수 있게 되어 지속적인 발전이 가능하게 되는 것이다. 여기서, 유량감지센서(600)는 수로(100)의 어디에 설치되어도 무관하나 도 15에 도시된 바와 같이 수로(100)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
따라서, 상부유로(10)의 유량이 적어지게 되어 수로(100)의 상부로 공급되는 유량이 적어지게 되면 유량감지센서(600)가 신호를 생성하여 제어부(700)로 송신하게 된다. 이후, 제어부(700)에서 유량감지센서(600)의 신호가 감지되게 되면 유량보충부(500)가 상부유로(10)에 유량을 공급하도록 제어하게 되는 것이다.
이때, 유량보충부(500)는 도 15에 도시된 바와 같이 상기 하부유로(20)의 물을 펌핑하는 펌프(510)와, 일단이 상기 펌프(510)로부터 펌핑된 물을 공급받아 타단으로 이송하는 이송관(520)과, 상기 상부유로(10)에 설치되고, 상기 이송관(520)의 타단으로부터 공급받은 물을 저장하며, 상기 제어부(700)의 제어신호에 따라 저장된 물을 상기 수로(100)의 상부로 공급하는 저장탱크(530)를 포함하여 이루어진다.
즉, 도 16에 도시된 바와 같이 상부유로(10)에 유량이 적어지게 되어 수로(100)의 상부로 공급되는 유량이 적어지는 경우 유량감지센서(600)가 신호를 생성하고, 제어부(700)로 신호를 전송하게 된다. 제어부(700)에서 유량감지센서(600)로부터 신호를 전송받게 되면 수로(100)의 유량이 적은 것으로 판단하여 저장탱크(530)에 저장된 물을 상부유로(10)로 방출하도록 제어하게 된다.
이후 상부유로(10)의 유량이 충분히 공급되어 수로(100)의 상부로 공급되는 유량이 충분해지게 되면 유량감지센서(600)가 신호 생성을 멈추게 되고, 제어부(700)에서는 유량감지센서(600)의 신호가 사라지게 되면 수로(100) 상에 유량이 충분한 것으로 판단하여 저장탱크(530)를 제어하여 저장된 물의 방출을 멈추게 된다.
따라서, 유량보충부(500), 유량감지센서(600) 및 제어부(700)를 통해 상부유로(10)의 유량에 무관하게 지속적인 발전을 할 수 있게 되는 것이다.
이때, 수로(100)가 설치되는 장소에 따라 선태적으로 유량보충부의 저장탱크(530)를 설치하지 않을 수도 있다. 이 경우 유량감지센서(600)가 신호를 생성하게 되면 제어부(700)가 펌프(510)에 제어 신호를 전송하여 하부유로(20)의 물을 펌핑시켜 이송관(520)을 통해 상부유로(10)로 하부유로(20)의 물을 공급함으로써 유량을 보충하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 횡류수차를 이용한 수력발전의 경우 상부유로(10) 및 하부유로(20) 사이의 수위 차이가 적은 경우에도 효율적으로 발전을 이루어내면서 유량과 무관하게 지속적인 발전을 함으로써 고효율의 발전을 이루어낼 수 있게 되는 것이다.
여기서, 상부유로(10)에 저장탱크(530)를 설치하여 유량을 공급하는 경우 상기 저장탱크(530)에 설치되고, 상기 저장탱크(530)에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위감지센서(800)를 더 포함하고, 상기 제어부(700)가 상기 수위감지센서로부터(800) 신호를 전송받고, 상기 저장탱크(530)에 저장된 물의 수위가 낮은 경우 상기 펌프(510)를 작동하여 상기 저장탱크(530)에 물을 저장하도록 제어함으로써 상부유로(10)에 유량이 적은 경우 즉각적으로 저장탱크(530)에 저장된 물을 상부유로(10)에 공급하여 유량을 보충할 수 있게 되는 것이다.
이때, 수위감지센서(800)는 저장탱크(530)의 내부에 설치되고, 저장탱크(530)에 저장된 물에 의해 잠기게 되면 수압을 감지하여 일정 수압일 경우 신호를 생성하지 않고, 저장탱크(530)에 저장된 물이 방출되어 수압이 낮아지게 되면 신호를 생성하여 제어부(700)에 전송하게 된다. 이후 제어부(700)에서 펌프(510)를 제어하여 저장탱크(530)에 하부유로(20)의 물을 저장하게 되고, 저장탱크(530)에 저장된 물의 수위가 높아지게 되어 수압이 상승하게 되면 수위감지센서(800)가 신호생성을 중단하여 제어부(700)가 펌프(510)의 작동을 정지하게 된다.
즉, 도 17에 도시된 바와 같이 수위감지센서(800)의 신호 유무에 따라 저장탱크(530)에 물을 저장하게 되는데, 이때 펌프(510)를 작동하기 위해 필요한 에너지는 회전수차(200) 및 발전기(400)를 통해 생성된 에너지를 사용할 수도 있다. 이 경우 에너지 사용량이 적은 야간에만 펌프(510)를 작동시켜 저장탱크(530)에 물을 저장하도록 제어부(700)가 제어할 수도 있다.
따라서, 유량보충부(500), 유량감지센서(600), 제어부(700) 및 수위감지센서(800)를 통해 상부유로(10)에 유량이 적은 경우 유량을 공급하여 수로(100)의 상부에서 하부방향으로 이동하는 유량을 유지할 수 있게 됨으로 계절이나 또는 환경에 무관하게 지속적으로 발전할 수 있게 되는 것이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
OG : 홀수번째 회전수차그룹
EG : 짝수번째 회전수차그룹
10 : 상부유로
20 : 하부유로
100 : 수로
200 : 회전수차
210 : 회전몸체 211 : 회전축
220 : 회전블레이드 221 : 돌출단
300 : 회전지지부재 310 : 포스트
320 : 베어링 330 : 스페이서
400 : 발전기
500 : 유량보충부 510 : 펌프
520 : 이송관 530 : 저장탱크
600 : 유량감지센서
700 : 제어부
800 : 수위감지센서

Claims (8)

  1. 상하 높낮이 차이가 있는 상부유로 및 하부유로 사이에 물이 흐르는 방향을 따라 경사지게 고정 설치되고, 물이 흐르는 내주면이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로로부터 흐르는 물을 상기 하부유로로 유출시키는 수로와, 각각이 상기 수로의 길이방향을 따라 다단으로 이격되어 상기 수로의 좌우폭 방향을 회전중심으로 하여 각각 회전 가능하게 설치되고, 상기 수로의 상부를 통해 유입된 물이 상기 수로의 하부로 흐르는 수력에 의해 각각이 회전하는 복수의 회전수차와, 상기 회전수차 각각을 회전 지지하도록 상기 수로의 길이방향을 따라 각각 설치되는 복수의 회전지지부재와, 상기 회전수차 각각의 회전력을 전달받아 발전하는 발전기를 포함하고,
    상기 회전지지부재 각각은, 상기 수로의 양측면에 서로 마주보도록 한 쌍이 설치되고,
    상기 회전수차 각각은, 상기 한 쌍의 회전지지부재 사이에 상기 수로의 좌우폭 방향을 회전중심으로 회전 가능하게 설치되도록 회전축이 구비된 원형의 회전몸체와, 각각이 상기 회전몸체의 회전중심을 기준으로 방사상으로 고정 결합되고, 상기 회전몸체의 외주 방향으로 돌출된 돌출단이 원호 형상을 가지며, 상기 상부유로로부터 유입된 물이 상기 하부유로로 이동하는 경우 수력을 전달받아 상기 회전몸체를 회전 구동시키는 복수의 회전블레이드를 포함하고,
    상기 회전지지부재 각각은, 상기 수로의 상부에서 하부방향으로 설치된 각각의 회전수차의 회전블레이드의 돌출단과 상기 수로의 내주면과의 간격이 점진적으로 작아지도록 상기 회전수차의 지지높이를 조절하고,
    상기 회전지지부재 각각은,
    상기 수로의 좌우 양측면에 서로 마주보도록 고정 결합되는 한 쌍의 포스트와,
    상기 포스트 각각의 상부에 고정 결합되고, 상기 회전몸체의 회전축을 회전 지지하는 한 쌍의 베어링과,
    소정의 두께를 가진 판상 또는 블럭 형상으로 상기 포스트 및 베어링 각각의 사이에 설치되고, 상기 수로의 상부에서 하부방향으로 설치된 각각의 회전수차의 지지높이를 점진적으로 작아지도록 개수를 조절하여 적층 고정되는 복수의 스페이서를 포함하고,
    상기 회전수차 각각은,
    상기 수로의 상부로부터 하부까지 첫번째부터 n번째까지 순서를 정할 경우, 홀수번째 회전수차그룹 및 짝수번째 회전수차그룹으로 각각 나누고,
    상기 홀수번째 회전수차그룹의 상기 회전블레이드 각각은,
    상기 수로를 따라 흐르는 물의 좌우 양측은 통과시킴과 동시에 물의 가운데 부분과 접촉하여 물의 운동에너지를 회전력으로 전환하도록 상기 돌출단이 '凸'자 형상으로 형성되고,
    상기 짝수번째 회전수차그룹의 상기 회전블레이드 각각은,
    상기 수로를 따라 흐르는 물의 가운데 부분은 통과시킴과 동시에 물의 좌우 양측과 접촉하여 물의 운동에너지를 회전력으로 전환하도록 상기 돌출단이 '凹'자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡류수차를 이용한 수력발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전블레이드 각각은,
    전면이 상기 수로를 따라 흐르는 상기 물과 접촉하여 상기 회전몸체를 회전시키는 경우 후면이 상기 수로를 따라 흐르는 상기 물을 상기 회전수차의 내부로 역류시키지 않도록 상기 돌출단이 측단면상 '〉'자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 횡류수차를 이용한 수력발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수로를 따라 흐르는 물의 양이 적은 경우 상기 수로의 상부에 물을 공급하는 유량보충부와,
    상기 수로를 따라 흐르는 물의 유량을 측정하는 유량감지센서와,
    상기 유량감지센서로부터 신호를 전송받고, 유량이 적은 경우 상기 유량보충부가 상기 수로의 상부에 물을 공급하도록 상기 유량보충부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 횡류수차를 이용한 수력발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유량보충부는,
    상기 하부유로의 물을 펌핑하는 펌프와,
    일단이 상기 펌프로부터 펌핑된 물을 공급받아 타단으로 이송하는 이송관과,
    상기 상부유로에 설치되고, 상기 이송관의 타단으로부터 공급받은 물을 저장하며, 상기 제어부의 제어신호에 따라 저장된 물을 상기 수로의 상부로 공급하는 저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡류수차를 이용한 수력발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 저장탱크에 설치되고, 상기 저장탱크에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위감지센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수위감지센서로부터 신호를 전송받고, 상기 저장탱크에 저장된 물의 수위가 낮은 경우 상기 펌프를 작동하여 상기 저장탱크에 물을 저장하는 것을 특징으로 하는 횡류수차를 이용한 수력발전장치.
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