KR20080009580A - 수력 발전기 - Google Patents

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KR20080009580A
KR20080009580A KR1020060069351A KR20060069351A KR20080009580A KR 20080009580 A KR20080009580 A KR 20080009580A KR 1020060069351 A KR1020060069351 A KR 1020060069351A KR 20060069351 A KR20060069351 A KR 20060069351A KR 20080009580 A KR20080009580 A KR 20080009580A
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Abstract

본 발명은 조력 또는 낙하되는 물에 의해 발전할 수 있게 된 수력 발전기에 관한 것으로서, 상호 이격되게 설치된 제1 샤프트와 제2 샤프트의 양단에 각각 결합된 제1 및 제2스프라켓과, 제1 및 제2 스프라켓을 통해 무한궤도운동할 수 있게 설치된 체인과, 체인에 연동되어 회전될 수 있게 상기 체인 고리를 통해 상호 이격되게 결합된 다수의 블레이드와, 제 1 및 제2 샤프트가 회전가능하게 지지되는 하우징과, 지면으로부터 일정높이 연장되어 하우징이 양방향으로 회동가능하게 하우징의 중앙부분과 결합된 회동지지봉과, 하우징의 회동 중심점으로부터 일정거리 이격된 위치의 하우징과 결합되어 하우징이 수류의 진행방향에 따라 경사지게 배치될 수 있게 하우징의 경사방향을 제어할 수 있도록 설치된 실린더와, 샤프트에 결합되어 전기를 생성하는 발전기를 구비한다. 이러한 수력 발전기에 의하면, 수류 방향이 바뀌어도 발전이 가능하며, 수류 방향에 경사지게 다수의 블레이드가 배열되기 때문에 수류에 의한 전력생성 효율을 높일 수 있다.

Description

수력 발전기{water power generator}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수력 발전기를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1과 반대 방향으로 조류가 흐를 때의 수력 발전기를 나타내 보인 도면이고,
도 3은 도 1의 체인 고리에 설치된 블레이드를 일부 나타내 보인 부분 발췌 사시도이고,
도 4는 도 1의 체인이 수용되는 하우징의 일 예를 나타내 보인 사시도이고,
도 5는 도 1의 실린더를 구동하는 제어계통 회로도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 블레이드 구조를 나타내 보인 부분 발췌 사시도이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 블레이드 구조를 나타내 보인 부분 발췌 사시도이고,
도 8은 도 7의 블레이드가 하우징에 설치된 상태를 나타내 보인 단면도이고,
도 9는 도 7의 블레이드의 직립과정을 설명하기 위해 일부 요소를 나타내 보인 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 하우징 130: 체인
140: 블레이드 150: 회동지지봉
160: 실린더
본 발명은 수력발전기에 관한 것으로서, 상세하게는 조류방향에 따라 다수의 병렬형 블레이드의 배치방향을 조정할 수 있도록 된 수력발전기에 관한 것이다.
수력발전기는 낙하되는 물을 이용하는 방식 또는 조류의 수평이동력을 이용하는 방식이 주로 이용된다.
조류를 이용하는 수력 발전기는 조수의 간만의 차를 이용하거나 조수의 수평이동력 즉, 조류를 이용하여 전기적 에너지를 생성할 수 있도록 된 것으로 다양한 구조가 알려져 있다.
조수간만의 차를 이용하는 발전장치는 대부분 만조 시 댐에 담수 하였다가 간조시 방류하면서 터빈을 회전시키는 방식이 대부분이다.
그런데 조수 간만의 차를 이용한 발전장치는 넓은 범위의 연해나 연안에 거대한 댐을 건설하여야 하기 때문에 막대한 시설 비용이 필요할 뿐만 아니라 바다의 일부를 바다와 차단하게 되므로 생태계를 파괴하고, 많은 어류가 터빈을 통과하는 과정에서 사상하게 되는 문제점이 있다. 또한, 만조시에는 발전이 불가능한 단점이 있다.
한편, 조수의 수평 유동력을 이용한 발전장치는 통상적으로 조수의 유동방향 이 대략 수평방향이라고 할 때 조수의 유동방향에 축선을 일치시킨 축류터빈 방식을 사용한다. 이러한 축류터빈방식은 임펠러 축을 조수의 유동방향과 나란한 방향으로 설치하기 때문에 터빈의 하중이 임펠러 축을 통하여 임펠러 축을 지지하는 축받이의 하반부에 집중적으로 작용하기 때문에 축받이 효율이 떨어지게 되어 에너지의 기계적 손실이 크게 된다.
또한 조류의 흐름 방향에 따라 전력변환 효율이 달라지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 조수의 방향변화와 관계없이 발전이 가능한 수력 발전기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조가 단순하면서도 전력변환 효율을 증가시킬 수 있는 수력발전기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 육상의 낙하수를 이용하여 발전이 가능한 수력발전기를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수력 발전기는 조력 또는 낙하되는 물에 의해 발전할 수 있게 된 수력 발전기에 있어서, 상호 이격되게 설치된 제1 샤프트와 제2 샤프트의 양단에 각각 결합된 제1 및 제2스프라켓과; 상기 제1 및 제2 스프라켓을 통해 무한궤도운동할 수 있게 설치된 체인과; 상기 체인에 연동되어 회전될 수 있게 상기 체인 고리를 통해 상호 이격되게 결합된 다수의 블레이드와; 상기 제 1 및 제2 샤프트가 회전가능하게 지지되는 하우징과; 지면으로부터 일정높이 연장되어 상기 하우징이 양방향으로 회동가능하게 상기 하우징의 중앙부분과 결합된 회동 지지봉과; 상기 하우징의 회동 중심점으로부터 일정거리 이격된 위치의 상기 하우징과 결합되어 상기 하우징이 수류의 진행방향에 따라 경사지게 배치될 수 있게 상기 하우징의 경사방향을 제어할 수 있도록 설치된 실린더와; 상기 샤프트에 결합되어 전기를 생성하는 발전기;를 구비한다.
바람직하게는 상기 수력 발전기가 설치된 수상 내에 설치되어 조류방향을 검출할 수 있는 조류방향검출센서와; 상기 조류방향 검출센서의 출력신호를 이용하여 상기 실린더의 로드를 승하강시키는 제어부;를 더 구비한다.
또한, 상기 하우징 내에는 상기 체인이 구속되어 회전될 수 있게 이송 안내 가이드레일이 더 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 블레이드는 상기 체인 고리에 결합된 지지프레임 내에 회동가능하게 설치된 속이빈 반원통형으로 형성되어 있고, 상기 지지프레임에 대해 열린 개구의 방향을 조절할 수 있도록 되어 있다.
또 다르게는 상기 블레이드는 상호 대향되는 상기 체인 고리를 통해 결합된 서포트바에 회동가능하게 설치되어 있고, 상기 하우징에는 상기 블레이드를 간섭하여 상방으로 세워질 수 있도록 설치된 직립가이드 간섭부재와; 상기 직립가이드 간섭부재에 의한 간섭이 해제되었을 때 상기 블레이드가 자중에 의해 눕혀지는 각도를 제한할 수 있도록 상기 직립가이드 간섭부재 보다 하방에서 상기 하우징에 지지되게 설치된 블레이드 안착부재;를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수력 발전기를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수력 발전기를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1과 반대 방향으로 조류가 흐를 때의 수력 발전기를 나타내 보인 도면이고, 도 3은 도 1의 체인 고리에 설치된 블레이드를 일부 나타내 보인 부분 발췌 사시도이고, 도 4는 도 1의 체인이 수용되는 하우징을 나타내 보인 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 수력 발전기(100)는 하우징(110), 체인(130), 블레이드(140), 회동지지봉(150), 실린더(160) 및 발전기(170)를 구비한다.
제1 및 제2 샤프트(121)(122)는 하우징(110)의 양단에 상호 이격되어 회전가능하게 설치되어 있다.
제1 스프라켓(124)은 제1 샤프트(121)의 양단에 각각 설치되어 있고, 제2 스프라켓(124)은 제2 샤프트(122)의 양단에 각각 설치되어 있다.
체인(130)은 제1 및 제2 스프라켓(123)(124)을 통해 무한 궤도운동할 수 있게 설치되어 있다.
블레이드(140)는 체인 고리(131)와 연동되어 회전될 수 있도록 체인고리(131)에 일정간격으로 결합되어 있다.
도시된 예에서는 체인 고리(131)의 인접된 두 개의 결합핀(132)으로부터 연장된 서포드 바(135)에 블레이드(140)가 결합된 구조가 적용되었고, 도시된 예와 다르게 체인고 리(131)를 통해 연동될 수 있게 다양한 방법에 의해 블레이드(140)가 결합될 수 있음은 물론이다.
또한, 블레이드(140)는 체인고리(131)의 회전방향에 대해 수직상으로 연장된 플레이트 형태로 형성된 것이 적용되었으나, 버킷 형태 등 다양한 형태의 적용이 가능함은 물론이다.
블레이드(140)의 배치 간격은 적절하게 적용하면 된다.
하우징(110)은 제1 및 제2 샤프트(121)(122)가 회전가능하게 지지될 수 있으면서 체인(130)이 구속되어 회전될 수 있게 이송 안내 가이드레일(113)이 형성되어 있다.
이송 안내 가이드레일(113)은 스프라켓(123)(124) 사이의 체인(130)의 이송경로를 따라 체인(130)의 이송을 안내함과 아울러 체인(130)의 처짐 및 이탈을 억제할 수 있도록 하우징(110)의 내측면에 일정길이로 연장된 리브 형태가 적용되었다.
도시된 예에서 하우징(110)은 상호 대향되게 배치되어 스프라켓(123)(124) 및 체인(130)을 수용할 수 있는 내부공간을 갖는 두 개의 제1 및 제2 바디체(111a)(111b)가 결합부재(115)를 통해 결합된 구조가 적용되었다.
회동 지지봉(150)은 지면으로부터 일정높이 연장되어 하우징(110)이 시소처럼 회동중심점을 기준으로 양방향으로 기울임이 가능하게 하우징(110)의 중앙부분과 결합되어 있다.
참조부호 152는 힌지핀인다.
실린더(160)는 하우징(110)의 회동 중심점으로부터 일정거리 이격된 위치의 하우징(110)과 로드(162)가 결합되어 하우징(110)이 조류 진행방향에 따라 경사지게 배치될 수 있게 하우징(110)의 경사방향을 제어할 수 있도록 설치되어 있다.
도시된 예에서는 하우징(110)에 길이방향을 따라 형성된 장공(117)에 구속되어 슬라이딩될 수 있는 이동편(118)에 로드(162)가 결합된 구조가 적용되었다.
발전기(170)는 제1샤프트(121)(122)의 회전에 연동되어 전기를 생성할 수 있도록 제1샤프트(121)와 결합되어 있다.
조류방향검출센서(181)는 수력 발전기(100)가 설치된 수상 내에 설치되어 조류방향을 검출할 수 있도록 설치된다. 조류방향 검출센서(181)로서는 조류에 의한 압력변화를 검출할 수 있는 압력센서 예를 들면 피에조 센서를 상호 대향되게 부착하여 양방향에서의 압력변화를 검출할 수 있는 것이 적용될 수 있다.
이러한 조류방향 검출센서(181)는 도 5에 도시된 바와 같이 검출된 압력변화에 대응되는 신호를 제어부(185)에 출력한다.
제어부(185)는 조류방향 검출센서(181)의 출력신호를 이용하여 실린더(160)의 로드(162)의 승하강을 제어한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 조류방향 검출센서(181)로부터 출력된 신호가 우측에서 좌측방향으로 조류가 흐르는 것에 해당하면 실린더 로드(162)를 승강시켜 좌측의 제1스프라켓(123)이 제2스프라켓(124) 보다 낮게 위치되도록 실린더(160)를 제어한다. 또한 조류의 방향이 도 2에 도시된 바와 같이 바뀌어 조류방향 검출센서(181)로부터 좌측에서 우측방향으로 조류가 흐르는 것에 해당하는 신호가 출력되면 실린더 로드(162)를 하강시켜 좌측의 제1스프라켓(123)이 제2스프라켓(124) 보다 높아지게 되도록 실린더(160)를 제어한다.
이와 같이 하우징(110)을 조류방향에 대해 경사지게 배치시킬 때 경사각도는 조수 간만의 차를 고려하여 조류의 수평 이동력을 받을 수 있는 정도로 적절하게 적용하면 된다.
이러한 수력 발전기(100)는 조류의 수평 이동력이 큰 지역에 설치하여 사용하면 된다.
또 다르게는 낙하된 물에 의해 블레이드(140)가 회전될 수 있도록 육상에 설치하여 사용할 수 있음은 물론이고, 이 경우 낙하된 물을 하우징(110)내로 구속시킬 수 있도록 하우징(110)의 상면으로부터 블레이드(140) 높이로 일정높이 높게 측판(미도시)을 더 연장하는 것이 바람직하다.
한편, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 블레이드가 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도 6을 참조하면, 블레이드(240)의 물과의 접촉량을 증가시키기 위해 체인 고리(131)의 인접된 두 개의 결합핀(132)으로부터 연장된 서포드 바(135)에 수직상으로 연장된 지지프레임(241)에 회동가능하게 설치되어 있다.
이러한 블레이드(240)는 지지프레임(241) 내에 회동가능하게 설치된 속이빈 반원통형으로 형성되어 있고, 지지프레임(241)에 대해 열린 개구의 방향을 180도로 조절할 수 있도록 되어 있다.
도시된 예에서는 반원통형 블레이드(240)의 양단으로부터 연장된 제1 및 제2 힌지축(243)(244) 중 제2 힌지축(244)이 반원형 절곡홈 형성부분(244a)과 록킹용 손잡이 편(244b)을 갖는 구조로 되어 있다.
반원형 절곡홈 형성부분(244b)에는 지지프레임(241)의 상단과 스프링(247)에 의해 결합되어 상단으로 탄성 바이어스될 수 있게 되어 있고, 블레이드(240)를 도 시된 위치를 기준으로 180도 만큼 회전시켰을 때 록킹용 손잡이 편(244b)을 고정시킬 수 있게 지지프레임(241)에 록킹부재(250)가 설치되어 있다. 록킹부재(250)는 환형 형태로 형성되되 조작편(253)을 스프링(254) 방향으로 이동시키면, 조작편(253)과 일체로 연결된 입출로드(252)가 스프링(254) 방향으로 후퇴되어 록킹용 손잡이 편(244b)이 진입될 수 있는 구조가 적용되었다.
이러한 블레이드 구조(240)는 조류방향이 바뀌는 경우 블레이드(240)의 열린 개구(240a)의 방향을 180도로 전환할 수 있다.
한편, 블레이드는 물과의 접촉이 유지되는 방향에서는 직립상태로 세워지고, 물과의 접촉이 거의 없는 구간에서는 접혀지도록 형성될 수 있음은 물론이다.
이러한 블레이드의 구조에 대해 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 블레이드 구조를 나타내 보인 것으로서, 블레이드(340)는 체인 고리(331)에 결합된 서포트바(345)에 회전가능하게 설치되어 있다. 도시된 예에서는 체인 고리(331)가 3개의 결합핀을 결합할 수 있는 구조를 갖는 것이 적용되었고 최상단의 결합핀으로부터 서포트바(345)가 연장되게 설치되어 있다.
블레이드(340)는 판상으로 연장되되 서포트바(345)가 관통되게 삽입된 하부에는 일측이 삼각형으로 돌출된 돌출부분(341)을 갖는 구조로 되어 있다. 이러한 블레이드(340)는 외력이 인가되지 않은 상태에서는 자중에 의해 돌출부분(341)이 시계반대 방향으로 회전되는 방향으로 회전된다.
따라서, 이러한 형상의 블레이드(340)가 체인 고리(331)의 이송에 연동되어 회전될 때 눕혀진 상태로 이송되는 구간 및 직립상태로 이송되는 구간을 갖도록 하우징(110)에는 블레이드 안착부재(360) 및 직립가이드 간섭부재(371)가 설치되어 있다.
직립가이드 간섭부재(371)는 블레이드(340)가 눕혀진 상태로 이송될 때 블레이드(340)를 간섭하여 상방으로 세워질 수 있도록 설치되어 있다. 도시된 예에서는 체인고리(331)의 이동방향과 나란한 방향에 상호 이격되게 연장된 봉 형태로 설치된 구조가 적용되었다.
직립가이드 간섭부재(371)는 블레이드 안착 부재(360)에 고정되어 있다.
블레이드 안착부재(360)는 직립가이드 간섭부재(371)에 의한 간섭이 해제되었을 때 블레이드(340)가 자중에 의해 눕혀지는 각도를 제한할 수 있도록 직립가이드 간섭부재(371) 보다 하방에 체인고리(331)의 이송방향을 가로지르는 방향으로 상호 이격되게 봉 형태로 형성된 것이 적용되었다.
도시된 예와 다르게 블레이드 안착부재(360)는 판상으로 연장된 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.
한편, 블레이드(340)가 직립상태로 세워진 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 서포트바(335) 상에는 서포트바(345)의 연장방향에 수직한 방향으로 돌출편(347)이 형성되어 있고, 블레이드(340)가 직립상태로 세워질 때 돌출편(347)의 추가적인 회동을 억제할 수 있도록 체인 고리(331) 상에 돌출편(347)을 간섭할 수 있는 위치로 연장된 스톱퍼(349)가 설치되어 있다.
이러한 수력 발전기는 해상에 설치되어 사용될 수 있을 뿐만아니라 육상의 강 또는 낙하되는 물에 의해 발전할 수 있도록 경사지게 설치하여 사용할 수 있음은 물론이다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 수력발전기에 의하면, 수류방향이 바뀌어도 발전이 가능하며, 수류 방향에 경사지게 다수의 블레이드가 배열되기 때문에 수류에 의한 전력생성 효율을 높일 수 있다.

Claims (5)

  1. 조력 또는 낙하되는 물에 의해 발전할 수 있게 된 수력 발전기에 있어서,
    상호 이격되게 설치된 제1 샤프트와 제2 샤프트의 양단에 각각 결합된 제1 및 제2스프라켓과;
    상기 제1 및 제2 스프라켓을 통해 무한궤도운동할 수 있게 설치된 체인과;
    상기 체인에 연동되어 회전될 수 있게 상기 체인 고리를 통해 상호 이격되게 결합된 다수의 블레이드와;
    상기 제 1 및 제2 샤프트가 회전가능하게 지지되는 하우징과;
    지면으로부터 일정높이 연장되어 상기 하우징이 양방향으로 회동가능하게 상기 하우징의 중앙부분과 결합된 회동 지지봉과;
    상기 하우징의 회동 중심점으로부터 일정거리 이격된 위치의 상기 하우징과 결합되어 상기 하우징이 수류의 진행방향에 따라 경사지게 배치될 수 있게 상기 하우징의 경사방향을 제어할 수 있도록 설치된 실린더와;
    상기 샤프트에 결합되어 전기를 생성하는 발전기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수력 발전기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수력 발전기가 설치된 수상 내에 설치되어 조류방향을 검출할 수 있는 조류방향검출센서와;
    상기 조류방향 검출센서의 출력신호를 이용하여 상기 실린더의 로드를 승하 강시키는 제어부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수력 발전기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하우징 내에는 상기 체인이 구속되어 회전될 수 있게 이송 안내 가이드레일이 더 형성된 것을 특징으로 하는 수력 발전기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 블레이드는 상기 체인 고리에 결합된 지지프레임 내에 회동가능하게 설치된 속이빈 반원통형으로 형성되어 있고, 상기 지지프레임에 대해 상기 블레이드의 열린 개구의 방향을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 수력 발전기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 블레이드는 상호 대향되는 상기 체인 고리를 통해 결합된 서포트바에 회동가능하게 설치되어 있고,
    상기 하우징에는 상기 블레이드를 간섭하여 상방으로 세워질 수 있도록 설치된 직립가이드 간섭부재와;
    상기 직립가이드 간섭부재에 의한 간섭이 해제되었을 때 상기 블레이드가 자중에 의해 눕혀지는 각도를 제한할 수 있도록 상기 직립가이드 간섭부재 보다 하방에서 상기 하우징에 지지되게 설치된 블레이드 안착부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수력 발전기.
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