KR20060118173A - 동력전달용 수차 - Google Patents

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KR20060118173A
KR20060118173A KR1020050040694A KR20050040694A KR20060118173A KR 20060118173 A KR20060118173 A KR 20060118173A KR 1020050040694 A KR1020050040694 A KR 1020050040694A KR 20050040694 A KR20050040694 A KR 20050040694A KR 20060118173 A KR20060118173 A KR 20060118173A
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Abstract

본 발명은 한쌍의 지주; 상기 각각의 지주에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드 블록; 상기 가이드 블록에 회동 가능하게 지지되는 샤프트, 상기 샤프트에 지지되는 원통체, 상기 원통체의 표면에 회동가능한 상태로 힌지 결합되는 복수의 날개, 상기 원통체의 내부에 설치되어 원통체의 최저지점에 위치하는 날개가 수직상태를 유지할 수 있게 해주는 날개지지수단으로 이루어진 수차부재; 상기 지주에 설치된 채 수차부재의 높낮이를 조절해주는 높낮이 조절수단;으로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차에 관한 것이다.
동력전달, 수차

Description

동력전달용 수차 {A water turbine for power delivery}
도 1은 본 발명에 따른 동력전달용 수차의 구성을 나타낸 입체도
도 2는 본 발명에 따른 수차부재의 종단면도로서, 반시계방향으로 회전할 때의 상태도
도 3은 본 발명에 따른 수차부재의 종단면도로서, 시계방향으로 회전할 때의 상태도
도 4는 보조날개의 설치상태 및 작용을 설명하기 위한 도면
도 5는 수위센서의 센싱작용을 설명하기 위한 도면
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 지주 20 : 가이드 블록
30 : 수차부재 31 : 샤프트
32 : 원통체 33 : 날개
34 : 날개지지수단 40 : 높낮이 조절수단
41 : 수위센서 42 : 승강실린더
본 발명은 수류, 특히 자연적인 수류에 의한 동력을 전기적인 또는 기계적인 에너지로 변환하기 위한 매체인 동력전달용 수차에 관한 것이다.
생활주변에서 손쉽게 얻을 수 있는 자연에너지를 이용하여 기계에너지 또는 전기에너지로 활용하기 위한 노력은 예전부터 시도되어왔고, 현재에도 다각적으로 시도되고 있음은 주지의 사실이다. 하지만, 자연에너지는 자연적인 현상을 이용하는 특성상 지속성 및 규칙성이 떨어지기 때문에 이를 효과적으로 활용할 수 있는 메카니즘을 갖춘 동력전달용 매체가 필요하다.
그러나, 종래의 동력전달용 매체, 예컨데 고전적인 동력전달 매체인 물레방아를 예로 들면 물레방아는 물의 낙하력에 의해 회전력을 얻게 된다. 그러나 물의 낙하방향이 항상 일정해야만 물레방아가 회전되기 때문에 물이 일정한 방향으로만 낙하되도록 설계되어야만 한다. 이러한 설계조건을 갖춰야 하는 이유는 물레방아의 고정성에 있다. 즉, 물레방아가 물의 낙하방향에 따라 자율적으로 위치가 조절되면서 회전될 수 있다면 낙하수를 일정한 위치까지 방향을 바꿔주기 위한 수로도 필요없을테고, 수로변경에 따른 에너지 손실도 줄일 수 있어 상당히 실용적일 것이라 예상된다. 그러나, 현재까지는 이렇게 자연조건에 대해서 자율적으로 조절되는 동력전달용 매체는 제안된 바 없다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 수류의 방향, 수위의 높이에 맞게 자율적으로 조절되면서 회전되므로써 자연적인 수류를 보다 효과적으로 활용할 수 있는 동력전달용 수 차를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주요 특징은,
한쌍의 지주; 상기 각각의 지주에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드 블록; 상기 가이드 블록에 회동 가능하게 지지되는 샤프트, 상기 샤프트에 지지되는 원통체, 상기 원통체의 표면에 회동가능한 상태로 힌지 결합되는 복수의 날개, 상기 원통체의 내부에 설치되어 원통체의 최저지점에 위치하는 날개가 수직상태를 유지할 수 있게 해주는 날개지지수단으로 이루어진 수차부재; 상기 지주에 설치된 채 수차부재의 높낮이를 조절해주는 높낮이 조절수단;으로 구성된 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 각 날개는, 상기 원통체에 힌지 결합되는 날개하우징과, 이 날개하우징에 출몰가능하게 설치는 날개편과, 상기 날개하우징내에 설치되어 날개편을 출몰시킴에 따라 날개편의 노출길이를 조절해 주는 길이조절수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 길이조절수단은, 유압 또는 공압실린더인 것을 특징으로 한다.
또한, 날개지지수단은, 최저지점에 위치하는 날개의 회전방향을 감지하는 위치감지센서와, 감지센서에 의해 센싱결과에 따라 날개의 상단좌측 또는 상단우측을 선택적으로 지지하여 날개가 수직상태를 유지하도록 하는 유압 또는 공압실린더로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 높낮이 조절수단은, 현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되면서 상기 가이드 블록을 승강시키므로써 가이드 블록에 축 결합된 수차부재의 높낮이를 조절하는 승강실린더로 구성됨을 특징으로 한다,
또한, 상기 높낮이 조절수단은, 현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부와 하부에 각각 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 각 구동모터의 축에 결합된 와이어 보빈과, 상기 각 와이어 보빈에 감겨 있는 상태이면서 상기 가이드 블록의 상부 또는 하부에 각각 연결된 와이어로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 높낮이 조절수단은, 현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부 또는 하부에 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 가이드 블록과 나사 결합된 채 수직상으로 설치된 스크류 샤프트와, 상기 구동모터에 축 결합되는 구동기어와, 상기 스크류 샤프트에 고정된 채 상기 구동기어와 치합되는 종동기어로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 날개의 양측단에는 날개와 직교하는 보조날개가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조날개는 절곡형으로 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조날개는 날개에 대해 일정각도 범위내에서 회동 가능한 상태로 힌지 결합된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 동력전달용 수차의 구성을 나타낸 입체도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수차부재의 종단면도로서, 반시계방향으로 회전할 때의 상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수차부재의 종단면도로서, 시계방향으로 회전할 때의 상태도이고, 도 4는 보조날개의 설치상태 및 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 수위센서의 센싱작용을 설명하기 위한 도면를 나타내고 있다.
첨부도면에서 보듯이 본 발명에 따른 동력전달용 수차는, 수직방향으로 가이드 홈(11)을 갖는 한 쌍의 수직형 지주(10)와; 상기 양 지주의 가이드 홈에 상기 슬라이딩 가능하게 설치되는 가이드 블록(20)과; 상기 가이드 블록에 회전 가능하게 지지되고, 수면 또는 수중에 위치하면서 표면수류 또는 수중수류에 의해 회전력을 얻는 수차부재(30)와; 상기 지주(10)에 설치된 채 수차부재의 높낮이를 조절해 주는 높낮이 조절수단(40)으로 구성된다.
상기 구성요소중 본 발명의 요부인 수차부재(30)는 가이드 블록(20)에 베어링(21)에 의해 회동 가능하게 지지되는 샤프트(31)와, 상기 샤프트에 지지되는 원통체(32)와, 상기 원통체의 표면에 회동 가능한 상태로 힌지 결합되는 복수의 날개(33)와, 상기 원통체의 내부에 설치되어 원통체의 최저지점에 위치하는 날개가 수직상태를 유지할 수 있게 지지해 주는 날개지지수단(34)으로 구성된다.
상기 각 날개(33)는 원통체(32)에 힌지 결합되는 날개하우징(330)과, 이 날개하우징에 출몰가능하게 설치되어 길이가 조절되는 날개편(331)과, 날개하우징내 에 설치되어 날개편을 출몰시킴에 따라 날개편의 노출길이를 조절해 주는 길이조절수단(332)으로 구성된다.
이때, 상기 길이조절수단(332)은 유압 또는 공압실린더를 적용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니며 이와 동일한 기능을 할 수 있다면 기타의 수단을 대체 적용할 수 있음은 물론이다.
상기 날개지지수단(34)은 원통체(32)의 최저지점에 위치하는 날개(33)의 회전방향을 감지하는 위치감지센서(340)와, 이 위치감지센서에 의한 센싱결과에 따라 날개의 상단좌측 또는 상단우측을 선택적으로 지지하여 날개가 수직상태를 유지하도록 하는 유압 또는 공압실린더(341)로 구성된다. 여기서도 상기 유압 또는 공압실린더를 대신하여 동일한 기능을 하는 다른 수단을 대체 적용하여도 무방하다.
상기 높낮이 조절수단(40)은 수면위에 떠 있는 부구(41)와, 이 부구의 위치에 따라 현애의 수위를 감지하는 수위센서(42)와, 이 수위센서의 감지결과에 따라 가동되면서 상기 가이드 블록(20)를 승강시키는 승강실린더(43)로 구성된다.
이때, 상기 승강실린더를 대신하여, 와이어를 이용하여 승강시킬 수도 있고, 모터와 기어의 조합에 의해 승강시킬 수도 있다. 와이어를 이용하는 방법은 수면위에 떠 있는 부구와, 이 부구의 위치에 따라 현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부와 하부에 각각 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 각 구동모터의 축에 결합된 와이어 보빈과, 상기 각 와이어 보빈에 감겨 있는 상태이면서 상기 가이드 블록의 상부 또는 하부에 각각 연결된 와이어로 구성된다(미도시).
반면, 모터와 기어의 조합에 의한 방법은 수면위에 떠 있는 부구와, 이 부구의 위치에 따라 현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부 또는 하부에 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 가이드 블록과 나사 결합된 채 수직상으로 설치된 스크류 샤프트와, 상기 구동모터에 축 결합되는 구동기어와, 상기 스크류 샤프트에 고정된 채 상기 구동기어와 치합되는 종동기어로 구성된다(미도시).
한편, 상기 날개(33)의 양측단에는 날개와 직교하는 방향으로 보조날개(333)가 설치된다. 이 보조날개는 산(山)형으로 절곡된 형태를 취하고 있으되, 그 꼭지점 부분이 날개(33)의 측단에 힌지 결합되어 있어서 회동 가능한 상태에 있다.
이하에서는 본 발명의 작동과정을 설명한다.
본 발명의 수차를 수면상에 설치한 상태로 부터 도 5에서 보듯이 부구(41) 및 수위센서(42)가 현재의 수위를 감지하여 수차부재(30)가 수면상에 위치하도록 조절한다. 이를 위해서 수위센서(42)의 감지데이터에 따라 승강실린더(43)가 구동되면서 승강실린더의 로드에 결합되어 있는 가이드 블록(20)를 수위에 맞게 높낮이를 조절하게 된다. 만약 수위에 변화가 없다면 승강실린더는 작동하지 않는다.
이렇게 가이드 블록(20)의 높낮이를 조절함에 따라 가이드 블록에 축 결합된 수차부재(30)가 수면상에 위치하게 되면, 표면수류가 날개(33)를 밀게 되므로 수차부재(30)는 샤프트(31)를 기준으로 일방향으로 회전된다. 도 2에서 보듯이 수차부재(30)의 최저위치에 놓여있는 날개(33)에 수류에 의한 수력이 도면상 좌측에서 우 측으로 작용한다고 한다면, 수차부재는 샤프트(31)를 기준으로 반시계방향으로 회전하게 된다. 이때, 최저위치에 위치하는 날개(33)는 수류가 작용되는 실질적인 날개에 해당하므로 수류가 최대한 작용되도록 하기 위해서 수직으로 세워진 상태를 유지해야만 한다. 이를 위해서, 도면상 날개(33)의 좌측에서 수류가 작용하게 되면 날개는 자신의 힌지점(h)을 기준으로 반시계방향으로 회전하려고 할 것이고, 이러한 날개의 움직임을 위치감지센서(340)가 감지하여 좌측의 유압 또는 공압실린더(이하 "유압실린더"로 약칭함)(341)가 전진 작동되면서 날개(33)의 좌측상단을 지지되게 하므로써 날개의 회전을 제한된 상태가 되므로 날개는 수직상태를 유지할 수 있게 된다.
반대로, 도 3에서 보듯이 도면상 날개(33)의 우측에서 수류가 작용하게 되면 날개는 자신의 힌지점(h)을 기준으로 시계방향으로 회전하려고 할 것이고, 이러한 날개의 움직임을 위치감지센서(340)가 감지하여 우측의 유압 또는 공압실린더(이하 "유압실린더"로 약칭함)(341)가 전진 작동되면서 날개(33)의 우측상단을 지지하게 하므로써 날개의 회전을 제한된 상태가 되므로 날개는 수직상태를 유지할 수 있게 된다.
한편, 최저지점에 위치하는 날개를 제외한 다른 지점에 위치한 날개들은 각 위치에 따라 자중에 의해 자신의 힌지점(h)을 기준으로 회전하여 대체적으로 원통체(32)의 표면에 밀착된 상태가 된다. 이렇게 하는 이유는 수차부재(30)가 회전할 때 공기저항을 최소화하기 위한 것 한가지와, 수차부재가 잠수상태에서 회전될 때 회전방향의 반대방향으로 작용하는 반수류저항을 최소화하기 위해서 사용되지 않는 날개가 접히도록 한 것이다. 이에 따라, 수차부재(30)의 원활한 회전이 가능하게 된다.
또 한편, 수류가 미약할 경우에는 날개하우징(330)내에 설치된 유압실린더(341)를 작동시켜서 날개편(331)의 길이를 길게 노출시킴에 따라 수류가 미치는 면적을 넓힘으로써 수류의 미약함을 보완할 수 있도록 하였다.
그리고, 도 4에서 보듯이 상기 각 날개(33)의 양측에 설치되는 보조날개(333)는 날개의 면적을 넓게 하는 역할을 하게 되어 날개에 미치는 수류의 힘을 보다 크게 하기 위한 목적으로 설치된 것으로서, 아울러 보조날개(333)의 각도를 산형으로 굴곡되게 하므로써 날개와 충돌된 수류가 원활하게 빠져나갈 수 있도록 하였다. 만약 보조날개가 날개에 대하여 정확하게 직각을 이루고 있다고 한다면 날개를 밀어주는 수류가 날개와 보조날개안에 갇히게 되면서 원활히 빠져나가지 못하게 되면서 와류가 발생하게 되어 날개를 밀어주는 힘에 대한 반력으로 작용하여 오히려 날개를 밀어주는 힘을 약화시키는 결과를 가져오게 된다. 더욱이, 상기 보조날개(333)는 날개(30)에 대하여 일정각도 범위내에서 회동 가능하게 힌지 결합되어 있기 때문에 수류방향에 따라 가변되면서 날개를 최대면적으로 조절하여 주게 된다.
이와 같이 수차의 회전력은 축전기를 통해 전기에너지 및 기계에너지로 변환하여 사용하게 된다.
한편, 기상의 악화, 예컨데 태풍이 불어서 파고가 높을 경우에는 수차부재(30)가 수면상에서 그 기능을 제대로 발휘하기가 어렵기 때문에 수차부재를 수중으 로 잠수시킨 상태에서 작동되도록 할 수 있다. 수중에서의 수차부재는 수중수류에 의해 회전력을 얻는다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명은 수류의 방향, 수위의 높이, 수류의 세기에 맞게 자율적으로 조절되면서 수류를 최대한 활용할 수 있도록 한 것에 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 한쌍의 지주;
    상기 각각의 지주에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드 블록;
    상기 가이드 블록에 회동 가능하게 지지되는 샤프트, 상기 샤프트에 지지되는 원통체, 상기 원통체의 표면에 회동가능한 상태로 힌지 결합되는 복수의 날개, 상기 원통체의 내부에 설치되어 원통체의 최저지점에 위치하는 날개가 수직상태를 유지할 수 있게 해주는 날개지지수단으로 이루어진 수차부재;
    상기 지주에 설치된 채 수차부재의 높낮이를 조절해주는 높낮이 조절수단;으로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 날개는,
    상기 원통체에 힌지 결합되는 날개하우징과, 이 날개하우징에 출몰가능하게 설치는 날개편과, 상기 날개하우징내에 설치되어 날개편을 출몰시킴에 따라 날개편의 노출길이를 조절해 주는 길이조절수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 길이조절수단은, 유압 또는 공압실린더인 것을 특징으로 하는 동력전달 용 수차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    날개지지수단은, 최저지점에 위치하는 날개의 회전방향을 감지하는 위치감지센서와, 감지센서에 의해 센싱결과에 따라 날개의 상단좌측 또는 상단우측을 선택적으로 지지하여 날개가 수직상태를 유지하도록 하는 유압 또는 공압실린더로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 높낮이 조절수단은,
    현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되면서 상기 가이드 블록을 승강시키므로써 가이드 블록에 축 결합된 수차부재의 높낮이를 조절하는 승강실린더로 구성됨을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  6. 상기 높낮이 조절수단은,
    현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부와 하부에 각각 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 각 구동모터의 축에 결합된 와이어 보빈과, 상기 각 와이어 보빈에 감겨 있는 상태이면서 상기 가이드 블록의 상부 또는 하부에 각각 연결된 와이어로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  7. 상기 높낮이 조절수단은,
    현재의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 지주의 상부 또는 하부에 설치된 채 상기 수위센서의 신호에 의해 가동되는 구동모터와, 상기 가이드 블록과 나사 결합된 채 수직상으로 설치된 스크류 샤프트와, 상기 구동모터에 축 결합되는 구동기어와, 상기 스크류 샤프트에 고정된 채 상기 구동기어와 치합되는 종동기어로 구성된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개의 양측단에는 날개와 직교하는 보조날개가 설치된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조날개는 절곡형으로 된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 보조날개는 날개에 대해 일정각도 범위내에서 회동 가능한 상태로 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 동력전달용 수차.
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