KR102155142B1

KR102155142B1 - 휴대용 수력발전 장치

Info

Publication number: KR102155142B1
Application number: KR1020140096334A
Authority: KR
Inventors: 이경국; 김정배; 윤영태; 황철주
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2020-09-11
Also published as: KR20160014293A

Abstract

휴대용 수력발전장치의 일 실시예는, 물이 흐르는 수로에 설치되어 유수에 의해 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에 설치되어, 상기 발전부가 유수에 의해 상기 수로의 좌우 및/또는 상하방향으로 요동하는 것을 제한하거나, 상기 발전부가 상기 수로에 부유하도록 하는 자세제어부를 포함할 수 있다.

Description

휴대용 수력발전 장치{Portable hydro power generation apparatus}

실시예는, 유수가 있는 수로에 용이하게 설치하거나 철거할 수 있고, 간편하게 휴대할 수 있고, 안정적으로 보관 가능한 휴대용 수력발전 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

수력발전은 화석연료를 이용한 화력발전, 핵연료를 원자력발전에 비해 일반적으로 발전용량이 작지만, 자연적인 유수의 유량, 상류와 하류의 낙차를 이용하여 발전을 하는 방식으로 별도의 화석연료의 소비가 없고, 방사능 위험으로부터 자유로우므로 친환경 에너지 자원으로 각광받고 있다.

일반적으로 수력발전 장치는 댐, 하천보 등에 고정되어 설치된다. 이러한 고정식 수력발전 장치는 설치되는 환경이 유량이 많거나 상류와 하류의 낙차가 큰 지역인 경우 중, 대형으로 건설하여 비교적 발전용량이 큰 규모로 건설할 수 있다.

그러나, 예를 들어 농지 주변의 농수로와 같이, 유량, 유수의 낙차가 작은 환경의 경우 이러한 중, 대형의 고정식 수력발전 장치는 그 건설비용에 비해 생산되는 전력의 양이 매우 적어 경제적 또는 기술적 측면에서 효율이 매우 낮다.

또한, 고정식 수력발전 장치는 이동이 불가능하거나 이동시 설치 및 철거의 비용, 시간이 많이 들게 되므로, 유량과 유속이 짧은 주기로 변화하는 농수로, 하천 등의 환경에서 능동적이고 신속한 대응이 어려운 단점이 있다.

따라서, 실시예는, 유수가 있는 수로에 용이하게 설치하거나 철거할 수 있고, 간편하게 휴대할 수 있고, 안정적으로 보관 가능한 휴대용 수력발전 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 자세제어부는, 상기 발전부의 후단에 설치되어 상기 발전부가 유수에 의해 상기 수로의 좌우 및/또는 상하방향으로 요동하는 것을 제한하는 제1 자세제어부; 및 상기 발전부에 탈착 가능하도록 적어도 하나 구비되고, 상기 발전부가 상기 수로의 상하방향으로 요동하는 것을 제한하고, 상기 발전부가 상기 수로에 부유하도록 하는 제2 자세제어부를 포함하는 것일 수 있다.

상기 발전부는, 유수에 의해 회전하는 수차; 상기 수차의 회전력을 전달받아 작동하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 수차와 상기 발전기를 서로 연결하고, 상기 수차와 함께 회전하며, 상기 수차의 회전력을 상기 수차의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 샤프트; 상기 수차를 감싸는 케이싱; 상기 샤프트가 그 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 제1회전지지부; 상기 발전기가 상기 샤프트의 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 제2회전지지부; 및 유선형으로 형성되고, 상기 발전기 전단에 결합하여 상기 발전기의 적어도 일부를 덮는 캡을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1회전지지부는, 원기둥 형상으로 구비되고, 중심부에 길이방향으로 상기 샤프트가 회전가능하도록 결합하고, 외주면에 상기 제2 자세제어부가 적어도 하나 결합하며, 일측에 상기 제1 자세제어부의 일측이 결합하는 것일 수 있다.

상기 제2회전지지부는, 일측은 상기 케이싱에 결합하고 타측은 상기 발전기의 적어도 일부를 감싸도록 구비되며, 상기 발전기가 회전축과 수직한 방향으로 위치이탈을 제한하는 이탈방지부를 포함하는 것일 수 있다.

상기 케이싱은, 원통형으로 구비되고 내주면에 상기 이탈방지부가 결합하는 제1셀; 및 상기 제1셀의 길이방향으로 연장 형성되고, 일단이 상기 제1회전지지부와 결합하고, 정해진 길이를 가진 복수의 바(bar)들이 정해진 간격으로 방사상으로 배치되는 제2셀을 포함하는 것일 수 있다.

상기 제2 자세제어부는, 상기 제1셀 및 상기 제1회전지지부 중 적어도 하나의 부위에 탈착 가능하도록 결합하는 것일 수 있다.

상기 제2 자세제어부는, 중공부가 형성된 원통형으로 구비되고, 상기 중공부에 상기 발전부가 삽입되어 상기 발전부와 탈착 가능하도록 결합하는 것일 수 있다.

상기 제2 자세제어부의 내부는 공간으로 구비되는 것일 수 있다.

상기 제1 자세제어부는, 일정한 두께를 가진 판형으로 구비되고, 일단은 상기 발전부와 결합하고 타단은 라운딩 형상을 가지며, 그 길이방향이 상기 발전부의 길이방향으로 배치되는 것일 수 있다.

상기 제1 자세제어부는 상기 발전부의 길이방향과 수직한 방향으로 폴딩 가능하도록 구비되는 것일 수 있다.

전술한 실시예에 의하면, 이동성, 휴대성이 뛰어난 수력발전 장치를 사용하여 다양한 환경적 영향을 받는 설치수단을 사용하여 수로에 간편하게 설치하여 전력을 생산할 수 있고, 철거도 용이한 장점이 있다.

또한, 케이싱의 일부에 개구를 형성하여 수차 주위에 유수에 포함되는 이물질이 침적되어 수차의 작동이 중지되어 전력생산이 중단되거나, 발전효율이 현저히 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 발전부 후단에 제1 자세제어부를 구비하여 유수의 유속, 유수가 형성하는 와류에 의한 발전부의 요동은 제한하여 발전부가 안정적으로 전력을 생산하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 적은 유량과 느린 유속환경에서도 유용한 전력생산이 가능한 장점이 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 일부를 나타낸 정면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치가 수로에 설치된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치가 수로에 설치된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 제1 자세제어부가 폴딩된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 제1 자세제어부가 폴딩된 상태에서 보관된 모습을 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.

제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 분해사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치를 나타낸 측면도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 일부를 나타낸 정면도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치가 수로에 설치된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치가 수로에 설치된 모습을 나타낸 평면도이다.

휴대용 수력발전 장치의 일 실시예는, 발전부(100), 설치수단(200) 및 자세제어부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 자세제어부는 제1 자세제어부(300) 및 제2 자세제어부(400)를 포함할 수 있다.

이때, 휴대용 수력발전 장치가 설치되는 수로는 흐르는 물 즉, 유수(W)가 있는 곳이면 하천, 바다, 호수 등 어디에도 설치가능하다. 다만, 휴대용 수력발전 장치는 작은 사이즈로 제작되고, 적은 수량과 빠르지 않은 유속환경에서도 전력생산이 가능하며, 휴대, 설치 및 철거가 용이한 점 등의 장점이 있으므로, 예를 들어, 농촌에 마련되는 소규모 수로에 설치될 경우 더욱 적절할 수 있다.

발전부(100)는 물이 흐르는 수로에 설치되어 유수(W)에 의해 전력을 생산하는 역할을 한다. 발전부(100)는 유수(W)에 의해 수차(110)를 회전시켜 수차(110)와 축으로 연결된 발전기(120)를 작동시켜 전력을 생산하는 역할을 한다. 또한, 발전부(100)는 수차(110), 발전기(120), 샤프트(130), 케이싱(140), 제1회전지지부(150), 제2회전지지부(160) 및 캡(170)을 포함할 수 있다.

수차(110)는 유수(W)에 의해 회전하고, 수차(110)의 회전축 방향은 유수(W)의 유동방향으로 배치된다.

수차(110)의 회전력은 그 중심부에서 회전축 방향으로 연결된 샤프트(130)에 의해 중심부에서 샤프트(130)와 회전축 방향으로 연결된 발전기(120)로 전달되고, 수차(110)의 회전력은 발전기(120)를 작동시켜 발전기(120)가 전력을 생산하도록 한다. 따라서, 수차(110), 샤프트(130) 및 발전기(120)는 동일한 회전축을 가지게 된다. 수차(110)는 유수(W)의 유동방향을 회전축 방향으로 하여 회전하게 되는데, 이를 위해 블레이드(111)가 구비된다.

블레이드(111)는 상기 수차(110)의 회전축을 중심으로 방사상으로 일정한 간격으로 상기 회전축과 수직한 방향으로 돌출되어 복수로 구비되고, 상기 회전축 방향으로 나선형으로 형성될 수 있다.

블레이드(111)의 이러한 구조로 인해 유수(W)가 블레이드(111)를 통과하면 블레이드(111)는 유수(W)로부터 회전동력을 전달받게 되고, 따라서 수차(110)는 유수(W)의 유동방향을 회전축 방향으로 하여 회전할 수 있다.

실시예에서 수차(110)는 하나만이 구비되었으나, 상기 수차(110)는 상기 회전축 방향으로 복수로 구비될 수도 있다. 수차(110)의 회전축 방향의 길이, 수차(110)의 개수 등은 주로 설치되는 수로의 유속, 유량, 요구되는 발전용량 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

발전기(120)는 상기 수차(110)의 회전력을 전달받아 작동하여 전력을 생산한다. 즉, 유수(W)에 의해 회전하는 수차(110)의 회전력은 상기 수차(110)에 연결된 샤프트(130)를 매개로 하여 상기 발전기(120)에 전달되고, 발전기(120)는 상기 수차(110)로부터 전달받는 회전력에 의해 전력을 생산하게 된다. 발전기(120)의 체적, 무게, 형상, 발전용량 등은 주로 설치되는 수로의 유속, 유량, 요구되는 발전용량 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

발전기(120)는 샤프트(130)와 연결되어 상기 수차(110)의 회전력을 전달받아 회전하는 로터(미도시) 및 상기 로터의 외주면을 감싸도록 구비되고, 외부의 전력케이블과 전기적으로 연결되는 스테이터(미도시)를 포함할 수 있다.

로터는 샤프트(130)와 회전축 방향으로 연결되고, 샤프트(130)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 따라서, 상기 로터의 회전축 방향은 유수(W)의 유동방향으로 배치될 수 있고, 상기 수차(110), 상기 샤프트(130) 및 상기 로터는 동일한 회전축을 가질 수 있다.

로터의 회전에 의해 로터와 스테이터는 전자기적 상호작용으로 전력을 생산한다. 다만, 실시예의 간명한 설명을 위해 상기 로터와 스테이터의 구체적인 구조의 설명 및 도시는 본 명세서에서 생략한다.

샤프트(130)는 상기 수차(110)와 상기 발전기(120)를 서로 연결하고, 상기 수차(110)와 함께 회전하며, 상기 수차(110)의 회전력을 상기 수차(110)의 회전력을 상기 발전기(120)에 전달하는 역할을 한다. 이를 위해 전술한 바와 같이, 상기 수차(110), 상기 샤프트(130) 및 상기 발전기(120)의 로터는 동일한 회전축을 가질 수 있다.

한편, 샤프트(130)는 양단이 각각 발전기(120)와 제1회전지지부(150)에 결합 회전축 방향과 수직한 방향으로 이동이 제한됨으로써 샤프트(130)에 회전축 방향으로 결합한 수차(110)가 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할도 할 수 있다.

케이싱(140)은 상기 수차(110)를 감싸도록 구비되고 원통형으로 형성되며, 중심부에 상기 수차(110), 상기 발전기(120) 및 상기 샤프트(130)의 회전축이 위치할 수 있다. 또한, 케이싱(140) 내부에 수차(110), 발전기(120) 및 샤프트(130)가 구비될 수 있다. 케이싱(140)의 전방부로부터 유수(W)의 일부가 케이싱(140) 내부로 유입되어 케이싱(140)을 통과하면서 수차(110)를 회전시킴으로써, 전력이 생산된다.

상기 케이싱(140)은 제1셀(141) 및 제2셀(142)을 포함할 수 있다. 제1셀(141)은 케이싱(140)의 전방부에 원통형으로 구비되어 유수(W)의 일부가 케이싱(140) 내부로 유입되는 통로의 역할을 하고 내주면에는 하기에 후술하는 이탈방지부(161)가 결합한다.

제2셀(142)은 상기 제1셀(141)의 길이방향으로 연장 형성되고, 일단이 제1회전지지부(150)와 결합하고, 정해진 길이를 가진 복수의 바(bar, 142a)들이 정해진 간격으로 원주방향으로 방사상으로 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2셀(142)은 상기 수차(110)를 감싸도록 구비될 수 있다.

제2셀(142)은 복수의 바(142a)들이 정해진 간격으로 배치됨으로써, 복수의 바(142a)들 사이에 개구가 형성된다. 이러한 개구들은 유수(W)에 포함된 이물질이 케이싱(140) 외부로 배출되는 통로 역할을 하여 수차(110)의 작동을 원활하게 하는 역할을 한다.

구체적으로, 제2셀(142)이 본 실시예와 다르게 원주방향으로 복수의 정해진 간격의 개구들이 형성되지 않고 폐쇄된 원주형 벽면을 가지도록 제작되는 경우, 제2셀(142)의 내부와 수차(110) 사이의 유수(W)가 통과하는 부위에 유수(W)에 포함된 이물질이 케이싱(140) 외부로 원활하게 배출되지 않고 침적될 수 있다. 특히, 일반적으로 이물질이 많이 포함되는 농수로, 수질이 낮은 하천 등의 유수(W)를 사용하여 발전을 하는 경우 이러한 침적현상은 보다 현저할 수 있다.

케이싱(140) 내부 특히 제2셀(142) 내부에 침적물이 쌓인 경우 수차(110)의 동작이 원활하게 이루어지지 않아 휴대용 수력발전 장치의 발전효율은 현저하게 떨어질 수 있고, 수차(110)를 비롯한 휴대용 수력발전 장치의 각종 부품이 손상될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 전술한 바와 같이, 제2셀(142)의 개구가 복수로 방사상, 대칭적으로 형성되는 경우 개구를 통해 유수(W)에 포함된 이물질이 원활하게 배출될 수 있고, 따라서 이물질의 침적으로 인한 휴대용 수력발전 장치의 발전효율저하, 각종 부품의 파손 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

바(142a)는 다양한 형상의 단면을 가진 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 단면이 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 기타 어떠한 형태의 것도 사용할 수 있다. 따라서, 단면의 형상은 케이싱(140)의 재질, 제작비용, 무게, 내구성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있고, 이는 바(142a)의 단면의 면적, 바(142a)의 개수 등을 결정하는 경우에도 마찬가지이다.

한편, 케이싱(140)은 제1셀(141)과 제2셀(142) 각각 별도로 제작하여 서로 결합시켜 제작할 수도 있다. 또한, 케이싱(140)은 제1셀(141)과 제2셀(142)을 일체로 하여 제작할 수도 있다. 케이싱(140)의 제작방법으로는 재질, 제작비용 등을 고려하여 사출성형, 절삭가공 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

제1회전지지부(150)는 발전부(100)의 후방부 즉, 상기 수차(110) 및 상기 케이싱(140)의 후방에 위치할 수 있고, 상기 샤프트(130)가 그 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할을 한다.

구체적으로, 제1회전지지부(150)는 원기둥 형상으로 구비되고, 중심부에 길이방향으로 상기 샤프트(130)가 회전가능하도록 결합하고, 외주면에 상기 제2 자세제어부(400)가 적어도 하나 결합할 수 있으며, 일측에 상기 제1 자세제어부(300)의 일측이 결합할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 제1회전지지부(150) 전단에는 상기 케이싱(140)의 제2셀(142)이 결합할 수 있다.

한편, 제1회전지지부(150)는 샤프트(130)의 요동을 제한함으로써, 샤프트(130)와 회전축 방향으로 결합한 수차(110)가 그 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할도 할 수 있다.

제2회전지지부(160)는 발전부(100)의 전방부 즉, 상기 수차(110)의 전방에 위치할 수 있고, 상기 발전기(120)가 상기 샤프트(130)의 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할을 한다.

제2회전지지부(160)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 일 실시예로 이탈방지부(161)를 포함할 수 있다. 이탈방지부(161)는 일측은 상기 케이싱(140)에 결합하고 타측은 상기 발전기(120)의 적어도 일부를 감싸도록 구비되며, 상기 발전기(120)가 회전축과 수직한 방향으로 위치이탈을 제한하는 역할을 할 수 있다.

이탈방지부(161)는 결합부재(161a)와 중공삽입부(161b)를 포함할 수 있다. 결합부재(161a)는 일측이 상기 케이싱(140), 구체적으로 상기 제1셀(141)의 내주면과 결합하고, 복수로 구비되어 각각 상기 케이싱(140)의 내주면을 따라 방사상으로 배치된다. 결합부재(161a)는 다양한 단면형상 및 다양한 개수로 구비될 수 있다.

예를 들어, 결합부재(161a)의 단면은 대체적으로 직사각형이고, 케이싱(140) 내부로 유입되는 유수(W)의 유동방해를 최소화하기 위해 직사각형의 긴 변이 유수(W)의 유동방향으로 배치되도록 하는 것이 적절하다. 또한, 유수(W)의 유동방해를 최소화하기 위해 결합부재(161a)의 단면은 유수(W)의 유동방향을 기준으로 전단과 후단에 날카롭게 형성되는 유선형으로 구비되는 것이 적절하다. 한편, 결합부재(161a)의 개수는 이탈방지부(161)의 재질, 제작비용, 무게, 내구성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.

중공삽입부(161b)는 상기 결합부재(161a)의 타측과 결합하고 상기 발전기(120)가 삽입되는 부위이다. 중공삽입부(161b)는 케이싱(140)의 중심부에 케이싱(140)의 길이방향 즉, 샤프트(130)의 회전축 방향으로 개구된 형태로 구비된다. 발전기(120)는 상기 중공삽입부(161b)에 삽입되고 후술하는 캡(170)에 의해 중공삽입부(161b)의 전단이 폐쇄되어 정해진 위치 즉, 상기 케이싱(140)의 제1셀(141)의 중심부에 위치하게 된다.

한편, 이탈방지부(161)는 제1회전지지부(150)와 함께 상기 발전기(120)의 회전축 방향으로 결합한 샤프트(130)의 요동을 제한함으로써, 샤프트(130)와 회전축 방향으로 결합한 수차(110)가 그 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할도 할 수 있다.

캡(170)은 유선형으로 형성되고, 상기 발전기(120) 전단에 결합하여 상기 발전기(120)의 적어도 일부를 덮는 역할을 한다. 전술한 바와 같이 캡(170)은 상기 중공삽입부(161b)에 삽입되는 발전기(120)의 전단을 폐쇄하고, 이로써 발전기(120)는 상기 케이싱(140)의 제1셀(141)의 중심부에 위치하게 된다. 캡(170)의 전방부는 전단이 날카로운 유선형으로 구비되는 데, 이는 케이싱(140)의 제1셀(141) 전단을 통해 유입되는 유수(W)의 유동방해를 최소화할 필요가 있기 때문이다.

설치수단(200)은 상기 발전부(100)와 이에 부착되는 제1 자세제어부(300) 및 제2 자세제어부(400)가 유수(W)에 의해 떠내려가지 않도록 상기 발전부(100)를 상기 수로에 설치하는 역할을 한다. 상기 설치수단(200)의 일 실시예로 와이어(210)를 사용할 수 있다.

와이어(210)는 간단하게 설치수단(200)에 결합시킬 수 있고, 가벼우며 유연하여 휴대용 수력발전 장치의 설치와 사용, 철거, 이동의 각 경우에 간편하게 조작할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 와이어(210)는 설치수단(200)의 일 실시예에 불과하고, 발전부(100), 제1 자세제어부(300) 및 제2 자세제어부(400)가 유수(W)에 의해 떠내려가지 않게 할 수 있는 것이라면 어떠한 설치수단(200)을 사용해도 무방하다.

이하, 와이어(210)를 사용한 휴대용 수력발전 장치의 사용을 위한 설치의 일 실시예를 구체적으로 기술한다.

와이어(210)는 일단이 상기 발전부(100)의 전방부에 연결되고, 타단은 수로 또는 수로의 주변에 위치하는 지형지물에 연결하여 휴대용 수력발전 장치를 수로에 설치한다. 이때, 와이어(210)를 연결하는 지형지물로 예를 들어, 다리, 나무, 바위, 정지한 차량 등이 적절하며, 이러한 적절한 지형지물이 없는 경우를 대비하여 와이어(210)의 일단을 연결하고 수로의 바닥 또는 수로의 양안에 용이하게 설치하거나 철거할 수 있는 포스트(post)를 구비하여 상기 휴대용 수력발전 장치와 함께 휴대할 수도 있다.

와이어(210)는 일 실시예로 하나의 가닥으로부터 복수로 분기되어 각각의 분기된 가닥이 상기 발전부(100)의 전방부에 방사상으로 연결될 수 있다. 하나의 가닥으로 된 와이어(210)의 일단은 전술한 지형지물 또는 포스트에 연결될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복수 가닥의 와이어(210)가 상기 발전부(100)와 연결되는 형태는 일 실시예로, 발전부(100)의 전방부에 와이어(210) 연결을 위한 복수의 홀을 다수개 형성하여 여기에 와이어(210) 각각의 단부를 묶는 방법이 있을 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예에 불과하고 기타 다양한 방법을 사용하여 와이어(210)와 발전부(100)가 연결될 수 있을 것이다.

와이어(210)를 발전부(100)의 전방부에 방사상으로 연결하면 각각의 와이어(210)에 의해 발전부(100)가 케이싱(140)의 원주방향으로 균형있게 지지받으므로 발전부(100)의 길이방향 즉, 회전 중심축 방향이 유수(W)의 유동방향과 크게 어긋나는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

자세제어부는 발전부에 설치되어 상기 발전부가 유수에 의해 상기 수로의 좌우 및/또는 상하방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할을 할 수 있고, 상기한 바와 같이 제1 자세제어부(300) 및 제2 자세제어부(400)를 포함할 수 있다.

제1 자세제어부(300)는 상기 발전부(100)의 후단에 설치되어 상기 발전부(100)의 유수(W)에 의한 요동을 제한하는 역할을 한다. 제1 자세제어부(300)는 일측이 발전부(100)의 제1회전지지부(150)의 후단에 결합하고, 일정한 두께를 가진 판형으로 구비되며, 상기 제1회전지지부(150)와 결합하지 않는 타측의 단부는 유수(W)의 흐름을 방해하지 않도록 라운딩 형상으로 구비된다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 자세제어부(300)는 휴대용 수력발전 장치가 유로에 설치되는 경우, 수로에서 유수(W)가 형성하는 와류(S), 유수(W)의 유속 등에 의해 발전부(100)가 그 길이방향과 수직한 방향 즉, 수로의 좌우방향으로 요동하는 것을 제한하는 역할을 한다.

특히, 수로의 폭이 좁고 유수(W)의 유량이 많을수록 유수(W)에 의한 와류(S)는 현저해지고 유수(W)의 유속은 빨라지는데, 제1 자세제어부(300)는 그 길이방향이 상기 발전부(100)의 길이방향으로 배치되어 상기 와류(S), 유속으로 인한 발전부(100)의 요동을 현저히 감소시켜 발전부(100)의 길이방향이 유수(W)의 유동방향으로 안정적으로 배치되도록 하고, 따라서 발전부(100)의 안정적인 전력생산과 함께 발전효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

이때, 제1 자세제어부(300)가 큰 부력을 발생시킬 수 있는 비중이 작은 재질로 형성되는 경우, 제1 자세제어부(300)만으로 발전부의 수로의 좌우방향 및 상하방향의 요동을 제한하여 발전부(100)의 길이방향이 유수(W)의 유동방향으로 안정적으로 배치되도록 할 수 있다.

다만, 제1 자세제어부(300)의 비중이 작거나, 수로에 있는 유수의 유량, 유동속도 등이 크거나, 유수에 발생하는 와류가 강한 경우 제1 자세제어부(300)만으로 발전부의 수로의 좌우방향 및 상하방향의 요동을 효과적으로 제한하기 어려운 경우 하기의 제2 자세제어부(400)를 더 구비할 수 있다.

제2 자세제어부(400)는 발전부(100)에 탈착 가능하도록 적어도 하나 구비되고, 상기 발전부(100)가 상기 수로의 상하방향으로 요동하는 것을 제한하고, 상기 발전부(100)가 수로에 부유하도록 하는 역할을 한다. 따라서, 상기 발전부(100)는 제 2 자세제어부(400)에 의해 수로에서 수평을 유지하면서 부유하여 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.

구체적으로, 제2 자세제어부(400)는 중공부(410)가 형성된 원통형으로 구비되고, 상기 중공부(410)에 상기 발전부(100)가 삽입되어 상기 발전부(100)와 탈착 가능하도록 결합할 수 있다.

제2 자세제어부(400)의 중공부(410)를 통해 발전부(100)의 외주면에 결합할 수 있고, 이때 제2 자세제어부(400)는 발전부(100)의 상기 제1셀(141) 및 상기 제1회전지지부(150) 중 적어도 하나의 부위에 탈착 가능하도록 결합할 수 있다. 또한, 제2 자세제어부(400)는 복수로 구비될 수 있고, 제1셀(141) 또는 제1회전지지부(150)에 각각 복수로 결합할 수 있다.

제2 자세제어부(400)는 부력증가를 위해 내부에 공간이 형성된 수도 있다. 내부공간(420)은 아무것도 채워지지 않은 빈 상태일 수도 있고, 제2 자세제어부(400)의 부력조절을 위해 다양한 크기의 밀도를 가진 물질이 충진될 수도 있다.

제2 자세제어부(400)는 발전부(100) 및 제1 자세제어부(300)의 침수높이를 조절할 수 있는데, 구체적인 방법은 다음과 같다.

발전부(100)에 결합하는 제2 자세제어부(400)의 개수를 조절하여 제2 자세제어부(400)의 부력을 조절할 수 있다. 부력조절을 위해 제2 자세제어부(400)는 복수로 구비될 수 있고, 제1셀(141) 또는 제1회전지지부(150)에 각각 복수로 결합할 수 있다. 제2 자세제어부(400) 내부공간(420)에 부력을 조절하기 위한 물질을 충진할 수 있다. 이때, 충진되는 물질은 부력조절을 위해 다양한 크기의 밀도를 가진 것으로 구비될 수 있다. 내부공간(420)이 형성된 제2 자세제어부(400)와 내부공간(420)이 형성되지 않은 제2 자세제어부(400)를 혼합하여 사용하여 제2 자세제어부(400)의 부력을 조절할 수 있다. 또한, 제2 자세제어부(400)의 재질을 유수(W)의 밀도와 비교하여 다양한 밀도를 가진 다양한 재질로 형성하여 각각의 다른 밀도를 가진 제2 자세제어부(400)들을 복수로 조합하여 사용함으로써 제2 자세제어부(400)의 부력을 조절할 수도 있다.

전술한 다양한 방법을 서로 조합하여 제2 자세제어부(400)의 부력을 조절하고, 이에 따라 발전부(100) 및 제1 자세제어부(300)의 침수높이 조절이 가능하다. 즉, 발전부(100) 및 제1 자세제어부(300)는 수로에 완전히 침수될 수도 있고, 그 일부면 침수되고 나머지 부분은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 수로의 수면 외부로 노출될 수도 있다.

이때, 발전부(100)의 후단에 설치되는 제1 자세제어부(300)가 비중이 큰 재질로 형성되고 크기가 비교적 큰 경우, 전체적으로 발전부(100)의 전방부보다 후방부가 더 클 수 있다. 이 경우 발전부(100)의 후방부에 위치하는 제1회전지지부(150)에 결합하는 제2 자세제어부(400)의 부력이 상기 제1셀에 결합하는 제2 자세제어부(400)의 부력보다 크게 형성하여 발전부(100)의 상기 수로의 상하방향 요동을 효과적으로 제한하여 휴대용 수력발전장치를 수로에 안정적으로 설치할 수 있다.

한편, 발전부(100) 및 제1 자세제어부(300)의 침수높이는 수로의 상태 즉, 유속, 유량, 와류(S)의 크기 및 강도 등을 고려하고, 휴대용 수력발전 장치의 발전효율, 설치의 용이성, 전력생산시 취급의 용이성 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 제1 자세제어부(300)가 폴딩된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 8은 일 실시예에 따른 휴대용 수력발전 장치의 제1 자세제어부(300)가 폴딩된 상태에서 보관된 모습을 나타낸 사시도이다.

한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 자세제어부(300)는 상기 발전부(100)의 길이방향과 수직한 방향으로 폴딩 가능하도록 구비될 수 있다. 제1 자세제어부(300)의 이러한 구조는 휴대용 수력발전 장치의 휴대성을 더욱 향상시킬 수 있다.

즉, 제1 자세제어부(300)는, 휴대용 수력발전 장치가 수로에 설치되어 전력을 생산하는 경우 그 길이방향이 발전부(100)의 길이방향으로 배치되어 발전부(100)의 요동을 제한하는 역할을 한다. 한편, 휴대용 수력발전 장치를 수로에서 철거하여 장기적 또는 임시로 보관하는 경우, 제1 자세제어부(300)는 폴딩 즉, 그 길이방향 발전부(100)의 길이방향과 수직한 방향으로 접힐 수 있다.

폴딩된 후 휴대용 수력발전의 발전부(100)를 지면에 수직한 방향으로 세워 보관하는 경우, 제1 자세제어부(300)는 일 측면이 지면과 직접 접촉하여 발전부(100)가 쓰러지지 않도록 지지하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제1 자세제어부(300)의 폴딩 가능한 구조로 인해 휴대용 수력발전 장치는 안정적이고 편리하게 장기적 또는 임시로 보관가능하므로, 그 휴대성이 더욱 향상될 수 있다.

실시예에 의하면, 전술한 바와 같이, 이동성, 휴대성이 뛰어난 수력발전 장치를 사용하여 다양한 환경적 영향을 받는 설치수단(200)을 사용하여 수로에 간편하게 설치하여 전력을 생산할 수 있고, 철거도 용이한 장점이 있다.

또한, 케이싱(140)의 일부에 개구를 형성하여 수차(110) 주위에 유수(W)에 포함되는 이물질이 침적되어 수차(110)의 작동이 중지되어 전력생산이 중단되거나, 발전효율이 현저히 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 발전부(100) 후단에 제1 자세제어부(300)를 구비하여 유수(W)의 유속, 유수(W)가 형성하는 와류(S)에 의한 발전부(100)의 요동은 제한하여 발전부(100)가 안정적으로 전력을 생산하여 발전효율을 향상시킬 수 있다.

실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.

100: 발전부
110: 수차
120: 발전기
130: 샤프트
140: 케이싱
150: 제1회전지지부
160: 제2회전지지부
170: 캡
200: 설치수단
210: 와이어
300: 제1 자세제어부
400: 제2 자세제어부
410: 중공부

Claims

물이 흐르는 수로에 설치되어 유수에 의해 전력을 생산하는 발전부;
상기 발전부에 설치되어, 상기 발전부가 유수에 의해 상기 수로의 좌우 및/또는 상하방향으로 요동하는 것을 제한하거나, 상기 발전부가 상기 수로에 부유하도록 하는 자세제어부;를 포함하고,
상기 발전부는,
유수에 의해 회전하는 수차; 및
상기 수차를 감싸는 케이싱;을 포함하고,
상기 케이싱의 원주면에는 상기 발전부의 길이방향으로 개구가 형성되는 휴대용 수력발전장치.
제1항에 있어서
상기 자세제어부는,
상기 발전부의 후단에 설치되어 상기 발전부가 유수에 의해 상기 수로의 좌우 및/또는 상하방향으로 요동하는 것을 제한하는 제1 자세제어부; 및
상기 발전부에 탈착 가능하도록 적어도 하나 구비되고, 상기 발전부가 상기 수로의 상하방향으로 요동하는 것을 제한하고, 상기 발전부가 상기 수로에 부유하도록 하는 제2 자세제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 발전부는,
상기 수차의 회전력을 전달받아 작동하여 전력을 생산하는 발전기;
상기 수차와 상기 발전기를 서로 연결하고, 상기 수차와 함께 회전하며, 상기 수차의 회전력을 상기 수차의 회전력을 상기 발전기에 전달하는 샤프트;
상기 샤프트가 그 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 제1회전지지부;
상기 발전기가 상기 샤프트의 회전축 방향과 수직한 방향으로 요동하는 것을 제한하는 제2회전지지부; 및
유선형으로 형성되고, 상기 발전기 전단에 결합하여 상기 발전기의 적어도 일부를 덮는 캡
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1회전지지부는,
원기둥 형상으로 구비되고, 중심부에 길이방향으로 상기 샤프트가 회전가능하도록 결합하고, 외주면에 상기 제2 자세제어부가 적어도 하나 결합하며, 일측에 상기 제1 자세제어부의 일측이 결합하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2회전지지부는,
일측은 상기 케이싱에 결합하고 타측은 상기 발전기의 적어도 일부를 감싸도록 구비되며, 상기 발전기가 회전축과 수직한 방향으로 위치이탈을 제한하는 이탈방지부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제5항에 있어서,
상기 케이싱은,
원통형으로 구비되고 내주면에 상기 이탈방지부가 결합하는 제1셀; 및
상기 제1셀의 길이방향으로 연장 형성되고, 일단이 상기 제1회전지지부와 결합하고, 정해진 길이를 가진 복수의 바(bar)들이 정해진 간격으로 방사상으로 배치되는 제2셀
을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 자세제어부는,
상기 제1셀 및 상기 제1회전지지부 중 적어도 하나의 부위에 탈착 가능하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 자세제어부는,
중공부가 형성된 원통형으로 구비되고, 상기 중공부에 상기 발전부가 삽입되어 상기 발전부와 탈착 가능하도록 결합하는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 자세제어부의 내부는 공간으로 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 자세제어부는,
일정한 두께를 가진 판형으로 구비되고, 일단은 상기 발전부와 결합하고 타단은 라운딩 형상을 가지며, 그 길이방향이 상기 발전부의 길이방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 자세제어부는 상기 발전부의 길이방향과 수직한 방향으로 폴딩 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 수력발전 장치.