KR102319141B1 - 고효율 수력발전기 - Google Patents

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KR102319141B1
KR102319141B1 KR1020210029185A KR20210029185A KR102319141B1 KR 102319141 B1 KR102319141 B1 KR 102319141B1 KR 1020210029185 A KR1020210029185 A KR 1020210029185A KR 20210029185 A KR20210029185 A KR 20210029185A KR 102319141 B1 KR102319141 B1 KR 102319141B1
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Abstract

본 발명은 고효율 수력발전기에 관한 것으로서, 상호 이격되게 배치되는 한 쌍의 수차; 폐루프를 이루되 상기 한 쌍의 수차가 동회전하게 상기 한 쌍의 수차를 연결하는 무한궤도 벨트; 상기 무한궤도 벨트에 등간격으로 연결되는 복수 개의 버킷; 및 어느 한 상기 수차에 연결되되 상기 수차의 회전에너지를 기초로 전기에너지로 생산하는 발전장치를 포함하며, 상기 버킷의 상부의 수로에서 낙하하는 물이 채워진 상기 버킷의 자중으로 상기 무한궤도 벨트의 이동을 끌어냄으로써 상기 수차가 회전운동하게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 수력발전기{High efficiency water-power generating apparatus}
본 발명은, 고효율 수력발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있는 고효율 수력발전기에 관한 것이다.
전기는 일상생활에서부터 모든 산업에 걸쳐 광범위하게 이용되는 가장 기본적인 에너지로서 인류 생활에 없어서는 안 될 대단히 중요한 요소(factor)이다.
특히, 근래 들어 첨단산업의 발달과 더불어 전기를 에너지로 사용하는 다양한 제품들이 속속 등장하면서 전기의 사용량이 급격히 증가하고 있는 바, 현대에 있어 안정적인 전력수급은 무엇보다 중요하다.
전기를 생산하기 위한 발전방식에는 수력발전, 화력발전 및 원자력발전이 있다. 이중 수력발전은 지형적 조건을 이용, 강에 그를 가로지르는 거대한 댐(dam)을 건설하여 다량의 물을 저수(貯水)한 뒤, 댐의 상부에 마련된 수문을 통해서 방출되는 물의 낙차에 따른 힘으로 터빈(turbine)을 돌려 발전기를 가동함으로써 전기를 생산한다.
예컨대, 수력발전기는 도 1처럼 수로(10)에서 낙하하는 물에 의해 회전하는 수차(20)와, 수차(20)에 연결되고 수차(20)의 회전운동을 증속시키는 증속기(40)와, 증속기(40)에 연결되되 회전운동을 통해 전기(전력)를 생산하는 발전기(30)를 포함한다.
수차(20)의 크기에 따라 그 발전효율이 달라질 수는 있지만, 종전 대부분 수력발전기는 도 1과 같은 형태를 취한다.
다만, 도 1을 포함한 종래 수력발전기는 수로(10)에서 낙하하는 물의 가압력에 의해 수차(20)가 단순히 회전운동만 하는 방식이라서 구조 대비 발전효율이 떨어질 수밖에 없다. 즉 도 1과 같은 통상의 수력발전기는 높은 곳의 수로(10)에서 떨어지는 물의 가압력에 의해 수차(20)가 단순히 회전하면서 증속기(40)와 발전기(30)를 통해 전기(전력)를 생산하는 구조라서 수차(20)의 회전에너지가 단지 물이 낙하하는 높이에 비례하기 때문에 발전효율이 떨어질 수밖에 없다.
그뿐만 아니라 구조적인 한계로 인해 물이 부족한 지역에서는, 즉 수로(10)에서 떨어지는 물의 양이 적은 지역에서는 사용할 수 없다는 점을 종합적으로 고려해볼 때, 신개념의 수력발전기에 관한 기술 개발이 필요한 실정이다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2017-0109995호
본 발명의 목적은, 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있는 고효율 수력발전기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 상호 이격되게 배치되는 한 쌍의 수차; 폐루프를 이루되 상기 한 쌍의 수차가 동회전하게 상기 한 쌍의 수차를 연결하는 무한궤도 벨트; 상기 무한궤도 벨트에 등간격으로 연결되는 복수 개의 버킷; 및 어느 한 상기 수차에 연결되되 상기 수차의 회전에너지를 기초로 전기에너지로 생산하는 발전장치를 포함하며, 상기 버킷의 상부의 수로에서 낙하하는 물이 채워진 상기 버킷의 자중으로 상기 무한궤도 벨트의 이동을 끌어냄으로써 상기 수차가 회전운동하게 하는 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기에 의해 달성된다.
상기 버킷은, 상기 수로에서 낙하하는 물이 유입되거나 배출되는 물 출입구가 일측에 형성되는 버킷 바디; 상기 버킷 바디 내에 형성되되 상기 물 출입구와 연통되며, 상기 물 출입구로 유입된 물이 저장되는 물 저장 공간부; 및 상기 버킷 바디의 일면을 이루되 상기 무한궤도 벨트에 접하여 연결되는 벨트 연결부를 포함할 수 있다.
상기 버킷은, 상기 버킷 바디의 타면에 형성되며, 상기 수차가 회전할 때 앞서 이동하는 버킷으로 물이 공급되게 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 벨트 연결부가 아크(arc) 형상으로 가공될 수 있다.
상기 무한궤도 벨트가 일체형 벨트일 수 있다.
상기 무한궤도 벨트는 서로 연결되어 폐루프를 이루는 복수 개의 단위 벨트를 포함할 수 있다.
상기 단위 벨트는 플렉시블한 재질로 접혀 제작되되 내부에 막대형 지지봉이 배치되며, 상기 수차의 회전 시 상기 막대형 지지봉이 순차적으로 걸릴 수 있게 상기 수차에 복수 개의 걸림리브가 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 수력발전기의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 구조도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대 단면도이다.
도 4는 도 2의 동작도이다.
도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 구조도이다.
도 7은 도 6의 요부 확대도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 요부 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
한편, 하기 본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하다. 따라서 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
예컨대, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것이라 이해되어야 할 것이다. 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 같다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 같은 참조부호는 같은 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 구조도, 도 3은 도 2의 요부 확대 단면도, 도 4는 도 2의 동작도, 도 5는 도 4의 요부 확대도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 고효율 수력발전기(100)는 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 고효율 수력발전기(100)는 한 쌍의 수차(110), 무한궤도 벨트(130) 및 복수 개의 버킷(150)을 포함할 수 있다.
동작을 도시한 도 5처럼 수로(101)에서 물이 낙하하여 버킷(150) 내로 들어가는 과정이 반복됨으로써 폐루프 형태의 무한궤도 벨트(130)를 회전시킬 수 있고, 이로 인해 한 쌍의 수차(110)가 회전하면서 회전에너지를 발생시킨다.
도면에는 도시하지 않았지만, 수차(110)의 회전에너지는 도 1과 같은 형태의 증속기(40)와 발전기(30) 즉 발전장치(미도시)를 통해 전기(전력)를 생산할 수 있는데, 이에 관한 구조는 통상의 것을 인용하도록 하고 여기서는 생략한다.
수차(110)는 통상의 물레방아로서 실질적인 회전에너지를 발생시켜 도 1과 같은 형태의 증속기(40)와 발전기(30) 즉 발전장치(미도시)로 전달하는 역할을 한다. 본 실시예의 경우, 효율을 고려해서 한 쌍의 수차(110)가 적용된다. 물론, 한 쌍 이상의 수차(110)가 적용되더라도 관계는 없다.
수차(110)는 물레방아라고도 불릴 수 있는데, 한 쌍의 수차(110)가 무한궤도 벨트(130)에 의해 연결되어 동회전할 수 있으면 어떠한 타입, 모양의 수차가 적용되더라도 관계없다. 다시 말해, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
무한궤도 벨트(130)는 폐루프를 이루되 한 쌍의 수차(110)가 동회전하게 한 쌍의 수차(110)를 연결하는 수단이다. 복수 개의 수차(110)가 사용되기 때문에 이들을 동회전시키기 위해 무한궤도 벨트(130)가 사용된다.
본 실시예의 경우, 무한궤도 벨트(130)가 일체형 벨트로 적용된다. 이때, 벨트란 일반 벨트, 타이밍 벨트, 체인, 루프 등을 모두 포함하는 용어일 수 있다.
한편, 버킷(150)은 무한궤도 벨트(130)에 등간격으로 연결되는 일종의 물바구니를 가리킨다. 수로(101)에서 낙하하는 물이 버킷(150)에 채워진다.
도 1을 통해 설명한 종래기술은 상부의 수로(101)에서 낙하하는 물이 수차(20, 도 1 참조)를 타격 및 가압해서 수차(20, 도 1 참조)가 강제로 회전할 수 있게끔 한 반면, 본 실시예의 경우에는 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 버킷(150)에 물이 채워지거나 비는 일련의 유기적인 메커니즘으로 수차(110)가 회전할 수 있도록 한다. 즉 버킷(150)의 상부의 수로(101)에서 낙하하는 물이 채워진 버킷(150)의 자중으로 무한궤도 벨트(130)의 이동을 끌어냄으로써 수차(110)가 회전운동하게 한다.
예컨대, 도 5에 제1 내지 제5 버킷(150a~150e)으로 도시한 것을 참조해서 설명하면, 상부의 수로(101)에서 낙하하는 물은 제1 내지 제5 버킷(150a~150e)에 순차적으로 채워질 수 있는데, 이렇게 물이 채워지면 물의 무게와 합산되어 제1 내지 제5 버킷(150a~150e)의 무게가 무거워지게 되면서 제1 내지 제5 버킷(150a~150e)의 자중으로 무한궤도 벨트(130)의 이동을 끌어낼 수 있다. 따라서, 무한궤도 벨트(130)에 연결된 수차(110)가 회전운동할 수 있다.
따라서, 버킷(150)의 부피가 크면 클수록, 또한 버킷(150)의 개수가 많으면 많을수록 강한 수차(110)의 회전운동을 유도할 수 있다.
다만, 수차(110)가 회전운동할 때, 버킷(150) 모두에 항상 물이 채워진 상태는 아니다. 즉 도 4에 도시된 것처럼 상부 12시 방향을 기준으로 해서 점차 버킷(150)에 물이 채워지다가 도면상 오른쪽 버킷(150)들 모두에는 물이 채워지고, 다시 하부 6시 방향으로 이동하면 채워진 물이 버려지면서 도면상 왼쪽 버킷(150)들 모두에는 물이 없는 상태가 된다. 이러한 동작이 무한 반복되면서 전기를 생산할 수 있게 되는 것이다.
도 4와 도 5에 의해 다시 설명드리자면, 상부의 수로(101)의 직하방에 위치한 버킷(150)부터 물이 채워지는데 상기 수차(110)가 회전 중이므로 상기 버킷(150)은 시계방향으로 갈수록 더욱 채워질 것이다.
대개 상부의 수로(101)의 직하방에 위치한 버킷(150)부터 물이 채워지기 시작하여 상기 버킷(150)이 약 45도 회전한 위치까지 물이 완전히 채워지며, 다수의 버킷(150)들은 무한궤도 벨트(130)에 일련적으로 설치되고 상기 무한궤도 벨트(130)는 상, 하부의 수차(110) 사이에서 회전하므로, 상부에서 물이 가득채워진 버킷(150)은 하부의 수차(110)의 근처 영역에서 하방으로 배출되는데, 대개 하부 수차(110)의 최저점에 도달되기 약 45도 전부터 물이 배출되기 시작하여 하부 수차(110)의 최저점에 도달될 즈음이면 물이 완전히 배출될 것이다.
한편, 상부의 수차(110)는 외주면에서 접선방향으로 가해진 힘에 의해 회전모멘트를 받게되는데, 버킷(150)이 물이 채워지기 시작해서 물이 완전히 배출되는 영역, 즉 상부 수차(110)의 중심에서 우측에 해당하는 영역에서는, 상부 수차(110)의 중심에서 좌측에 해당하는 영역에 비해 버킷이 채워진 물 무게만큼 더 무거우므로, 상부 수차(110)에서는 그 중심에서 우측에 해당하는 영역의 물 무게에 비례하는 회전모멘트를 받게된다.
또한, 상부 수차(110)에서는 지렛대의 원리에 의해 반지름 크기가 클수록 회전모멘트가 크게 작용할 것이므로, 본 발명에 따른 고효율 수력 발전기가 더 큰 발전효율을 갖기 위해서는 상부 수차(110)의 반지름을 크게하거나 버킷(150)들의 물 저장용량을 크게하여야한다.
따라서, 상부의 수로(101)에서 공급되는 물이 부족한 경우라도 상부 수차(110)의 반지름을 크게하거나 버킷(150)들의 물 저장용량을 크게함으로써 수력 발전이 가능할 것인데, 즉 버킷(150)들의 물 저장용량을 크게하기 위해 상기 무한 궤도벨트(130)를 되도록 길게하여 더 많은 버킷(150)들이 연결되도록 구성할 수 있을 것이다.
예를 들어 상부 수차(110)의 중심에서 우측 영역에 위치하는 버킷(150)들이 10개인 경우보다는, 무한 궤도벨트(130)를 더욱 길게하여 상부 수차(110)의 중심에서 우측 영역에 위치하는 버킷(150)들이 20개인 경우, 상부 수차(110)의 외주면의 접선방향, 즉 중력방향으로 가해진 힘이 2배가 될 것이므로, 2배의 회전모멘트를 가할 수 있고, 이에 따라 2배의 발전효율을 갖게될 것이다.
또한, 상부 수차(110)의 반지름을 증가하더라도 상부 수차(110)에 가해지는 회전모멘트를 증가시킬 수 있으므로, 수력발전기가 설치되는 환경에 따라 상기 상부 수차(110)의 반지름과 무한 궤도벨트(130)의 길이를 임의 조정함으로써 발전능력을 조절할 수 있을 것이다.
한편, 이러한 작용이 가능해질 수 있게 버킷(150)은 아래의 구조를 가질 수 있다. 버킷(150)은 수로(101)에서 낙하하는 물이 유입되거나 배출되는 물 출입구(152)가 일측에 형성되는 버킷 바디(151)와, 버킷 바디(151) 내에 형성되되 상기 물 출입구(152)와 연통되며, 물 출입구(152)로 유입된 물이 저장되는 물 저장 공간부(153)와, 버킷 바디(151)의 일면을 이루되 무한궤도 벨트(130)에 접하여 연결되는 벨트 연결부(154)를 포함한다.
도면에 보면 버킷 바디(151)가 직육면체 형상을 이룬다. 하지만, 이는 하나의 실시예에 불과하다. 다시 말해, 버킷 바디(151)는 도시된 직육면체 형상을 포함해서 여러 형상으로 제작될 수 있다. 따라서, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
물 저장 공간부(153)는 수로(101)에서 낙하하는 물 혹은 뒤따르는 버킷(150)에서 전달되는 물이 저장되는 장소를 이룬다. 이때, 물 저장 공간부(153)가 완전 밀폐형이어야만 하는 것은 아니다.
즉, 상기 버킷 바디(151)는 내부에 물 저장 공간부(153)를 가지며 상부 일측에 상기 물 출입구(152)가 개구된 것 외에는 직육면체 형상의 밀폐된 구조로 구성될 수 있고,
상기 버킷바디(151)에는 물 출입구(152)외에 어떠한 가이드 수단이 구비되어, 낙하하는 물뿐만 아니라 뒤따르는 버킷(150)에서 전달된 물까지도 상기 물 저장 공간부(153)에 공급되도록 구성된다.
벨트 연결부(154)는 버킷 바디(151)의 일면을 이루되 무한궤도 벨트(130)에 접하여 연결되는 부분이다. 연결을 위해, 후크, 힌지, 경첩 등 다양한 부속들이 사용될 수 있다.
벨트 연결부(154)가 직선 구간 외에도 수차(110)의 곡선 구간을 움직여야 하므로 벨트 연결부(154)는 아크(arc) 형상으로 가공되는 편이 바람직하다.
한편, 낙하하는 물뿐만 아니라 뒤따르는 버킷(150)에서 전달된 물까지도 상기 물 저장 공간부(153)에 공급하기 위한 가이드 수단으로서, 버킷(150)에는 가이드부(155)가 더 마련될 수도 있다.
버킷 바디(151)의 상면에서 상기 물 출입구(152)의 내측단에는 가이드부(155)가 전방을 향해 활처럼 휘어지도록 돌출되고 나머지 부분들은 편평하게 구성되므로,
뒤따르는 버킷의 버킷 바디(151) 상면의 편평한 곳에서 흘러내린 물은, 앞선 버킷의 가이드부(155)에 떨어져서 그 휘어진 면을 따라 물 저장 공간부(153)로 유도되어진다.
즉, 버킷바디(151)의 상부 일측에 개구되어진 물 출입구(152)를 통해 기본적인 물공급은 도 4에서와 같이 이뤄지고, 뒤따르는 버킷(150a)의 버킷 바디(151) 상면의 편평한 곳에서 흘러내린 물은 앞선 버킷(150b)의 가이드부(155)에 떨어져서 그 휘어진 면을 따라 물 저장 공간부(153)로 유도되므로,
상기 가이드부(155)로 인해 수로(101)에서 낙하하는 물이 버킷(150)들에 순차적으로 잘 공급될 수 있으며, 이로 인해 수차(110)에 의한 회전운동을 끌어낼 수 있다.
이처럼 본 실시예의 경우, 수차(110) 2개와, 무한궤도 벨트(130), 그리고, 무한궤도 벨트(130) 상에 결합한 복수 개의 버킷(150)으로 구성되는데, 특히 수차(110)의 지름을 크게 하면 지렛대 원리에 의해 모멘트를 크게 할 수 있고, 버킷(150)을 더 많이 적용하거나 버킷(150)에 수용 가능한 물의 무게가 무거우면 클수록 모멘트가 크게 할 수 있으므로 전력생산의 효율을 보다 현저하게 높일 수 있다.
따라서 물 공급이 충분하지 않거나 물 공급이 균일하지 않은 곳에도 본 실시예에 따른 고효율 수력발전기(100)의 설치가 가능하다.
그리고, 물 공급이 균일하지 않아서 자력으로 수차(110)의 회전이 불가한 때엔 동력의 도움을 받을 수 있는데, 발전효율이 높기 때문에 사용된 전기료보다는 발생하는 전력이 훨씬 클 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 구조도이고, 도 7은 도 6의 요부 확대도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 고효율 수력발전기(200) 역시, 한 쌍의 수차(210), 무한궤도 벨트(230) 및 복수 개의 버킷(150)을 포함할 수 있다. 이들의 구조와 기능, 역할은 전술한 실시예와 같다. 따라서, 중복 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에 개시되는 수차(210)와 무한궤도 벨트(230)의 구조가 전술한 실시예와는 다르다. 이에 대해 살펴본다.
본 실시예에서 무한궤도 벨트(230)는 서로 연결되어 폐루프를 이루는 복수 개의 단위 벨트(231)를 포함할 수 있다.
단위 벨트(231)는 플렉시블한 재질, 예컨대 직물지로 접혀 제작될 수 있는데, 그 내부에는 막대형 지지봉(232)이 배치된다. 막대형 지지봉(232)은 스테인리스스틸 재질로 제작될 수 있다.
그리고, 수차(210)의 회전 시 막대형 지지봉(232)이 순차적으로 걸릴 수 있게 수차(210)에는 복수 개의 걸림리브(211)가 마련된다.
걸림리브(211)는 단부가 수차(210)의 외측으로 돌출되게 배치됨으로써 막대형 지지봉(232)이 걸릴 수 있도록 한다.
본 실시예가 적용되더라도 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 수력발전기의 요부 확대도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예는 전술한 일 실시예의 구조와 실질적으로 동일하다. 다만, 도 8의 실시예에는 이웃한 한 쌍의 버킷(150)들 사이에 유도판(390)이 더 마련되는 구조를 갖는다.
유도판(390)은 한 쌍의 버킷(150)들 사이로 물이 흐르는 것을 방지하는 역할을 하는데, 유도판(390)의 일단부는 앞선 버킷(150)에 고정된 상태로, 유도판(390)의 타단부는 앞서 이동하는 버킷(150)에 비고정된 상태로 배치될 수 있다.
본 실시예가 적용되더라도 희망 전력생산 설비에 따라 소형, 중형, 대형, 특대형 등 다양하게 설계하여 수요처 근처에서 전력생산이 가능토록 할 수 있음은 물론, 원자력, 화력, 풍력 등과 비교해볼 때 좁은 부지에 설치할 수 있으며, 공해, 소음, 혐오감 없이 안전하고 반영구적으로 사용할 수 있을뿐더러 물이 부족한 지역일지라도 사용할 수 있다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
100 : 고효율 수력발전기 101 : 수로
110 : 수차 130 : 무한궤도 벨트
150 : 버킷 151 : 버킷 바디
152 : 물 출입구 153 : 물 저장 공간부
154 : 벨트 연결부 155 : 가이드부

Claims (7)

  1. 상호 이격되게 배치되는 한 쌍의 수차;
    폐루프를 이루되 상기 한 쌍의 수차가 동회전하게 상기 한 쌍의 수차를 연결하는 무한궤도 벨트;
    상기 무한궤도 벨트에 등간격으로 연결되는 복수 개의 버킷; 및
    어느 한 상기 수차에 연결되되 상기 수차의 회전에너지를 기초로 전기에너지로 생산하는 발전장치를 포함하며,
    상기 수차는 수로에서 낙하한 물이 버킷에 가하는 운동에너지나 각 버킷의 위치에너지만으로 작동하는 것이 아니라, 버킷 자중에 의해 가해지는 회전 모멘트를 주된 동력으로 사용한 것으로,
    물이 낙하할 때 수로 직하방의 버킷부터 물이 채워지기 시작하여 상기 버킷이 45도 이하로 회전될 때까지 물이 완전히 채워지며,
    다수의 버킷들은 무한궤도 벨트에 일련적으로 설치되고 상기 무한궤도 벨트는 상, 하부의 수차 사이에서 회전하므로, 상부에서 물이 가득채워진 버킷은 하부의 수차의 근처 영역에서 하방으로 배출되는데, 하부 수차의 최저점에 도달되기 45도 이하의 지점에서 물이 배출되기 시작하여 하부 수차의 최저점에 도달될 즈음이면 물이 완전히 배출될 것이므로,
    수차의 지름은, 2개 이상의 버킷들이 수직점에서 45도 이하 지점까지 위치하면서 점진적으로 물이 채워지거나 배출될 만큼의 크기가 되어야하며,
    버킷이 물이 채워지기 시작해서 물이 완전히 배출되는 영역, 즉 수차의 중심에서 우측에 위치한 버킷들의 무게에 비례하는 회전모멘트를 받게되므로,
    상기 무한 궤도벨트의 길이는, 수차의 회전이 물과 충돌할 때 발생한 운동에너지에 의존하지않고, 수차의 중심에서 우측에 위치한 버킷들의 회전모멘트만으로 회전하기에 충분한 버킷들을 수용할만큼의 길이가 되어야하며,
    상기 버킷은, 상기 수로에서 낙하하는 물이 유입되거나 배출되는 물 출입구가 일측에 형성되는 버킷 바디; 상기 버킷 바디 내에 형성되되 상기 물 출입구와 연통되며, 상기 물 출입구로 유입된 물이 저장되는 물 저장 공간부; 상기 버킷 바디의 일면을 이루되 상기 무한궤도 벨트에 접하여 연결되는 벨트 연결부로 이루어지되,
    상기 버킷 바디는 내부에 물 저장 공간부를 가지며 상부 일측에 상기 물 출입구가 개구된 것 외에는 직육면체 형상의 밀폐된 구조로서,
    버킷 바디의 상면에서 상기 물 출입구의 내측단에는 가이드부가 전방을 향해 활처럼 휘어지도록 돌출되고 나머지 부분들은 편평하게 구성되므로,
    뒤따르는 버킷의 버킷 바디 상면의 편평한 곳에서 흘러내린 물은, 앞선 버킷의 가이드부에 떨어져서 그 휘어진 면을 따라 물 저장 공간부로 유도되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벨트 연결부가 아크(arc) 형상으로 가공되는 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무한궤도 벨트가 일체형 벨트인 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무한궤도 벨트는 서로 연결되어 폐루프를 이루는 복수 개의 단위 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단위 벨트는 플렉시블한 재질로 접혀 제작되되 내부에 막대형 지지봉이 배치되며,
    상기 수차의 회전 시 상기 막대형 지지봉이 순차적으로 걸릴 수 있게 상기 수차에 복수 개의 걸림리브가 마련되는 것을 특징으로 하는 고효율 수력발전기.
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WO2005068831A1 (ja) * 2004-01-16 2005-07-28 Takeuchi Mfg. Co., Ltd. 落下水流利用の発電装置
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