KR20080077493A - 수력발전시스템 3 - Google Patents

Abstract

나이아가라 폭포나 이구아수 폭포에서 떨어지는 그 엄청난 물로 발전을 할 수 있다면?

여름철 우기에 댐의 담수량을 조절하기 위해서 그냥 방류해 버리는 그 많고 많은 물로 발전을 할 수 있다면?

기존의 발전방법은 대부분 댐을 세우고 댐 안의 하저에 생기는 수압을 이용해서 발전을 했다. 때문에 그런 방법으로는 폭포에서 떨어지는 물이나 기존의 댐 위로 그냥 방류해버리는 물로 발전을 할 수 있는 방법은 없었다.

높은 곳에서 낮은 곳으로 떨어지는 물을 이용하는 가장 고전적이고도 오래된 방법은 수차를 이용한 물레방아 방식이었다. 그렇지만 물레방아 방식은 물이 떨어지는 높이가 그리 크지 않고 수량이 적은 곳에서나 사용하는 방법으로 폭포나 댐 같이 낙차가 크고 수량이 많은 곳에서 사용하기는 어렵다.

수차에서의 회전력은 수차의 중심에서 따졌을시 왼쪽이던 오른쪽이던 어느 한쪽의 물받이에 실리는 물이 중력의 영향으로 밑으로 낙하하면서 그 힘이 회전력으로 바뀐 것이다.

본 발명은 수차의 회전력에 영향을 미친다는 물받이에 실리는 그 물의 무게를 최대화해서 수차의 회전력을 수배에서 수십 배 극대화해서 그 회전력을 발전에 이용하는 것이다.

콘베어벨트라는 것이 있다.

이 콘베어벨트라는 것은 어떤 물체를 높은 곳이나 낮은 곳, 또는 먼곳으로 옮기기 위해 만들어진 장치로 두 개의 길쭉한 원통에 넓은 무한궤도 형태의 벨트를 씌우고 두개의 원통 중의 한 원통에 전동장치를 해서 그 벨트의 한 면 위에 물건을 올려 놓아 그 물건을 높은 곳이나 낮은 곳, 먼곳으로 물건을 이동시키는 장치이다.

본 발명은 큰 의미로 봤을 때 그 콘베어벨트의 원리가 역 이용되어 만들어진 발전방법이라 볼 수 있다.

즉 두 개의 큰 원통형 회전체를 일반적인 콘베어벨트와는 달리 수직으로 아래위로 두 개를 설치하고 그 원통에 수차에 있어서의 물받이 같은 것이 쭉 많이 달려 있는 벨트를 두 원통에 씌운다. 그리고 두 원통 중의 위쪽이던 아래쪽이던 어느 한쪽의 원통형 회전체 양단에 수차에서 생기는 회전력을 다른 곳으로 전달할 수 있는 장치를 달고 다른 여러 개의 수차가 연결되어 있는 주동력 샤프트로 수차에서 생기는 회전력을 전달해서 주동력 샤프트의 어느 한 곳에 연결되어 있는 발전기를 회전시켜 발전을 한다는 것이다.

원리는 아래,위로 수직으로 세워져 있는 벨트형 물받이에 계속해서 물이 실리면서 그 벨트형 물받이가 밑으로 내려가고 내려가면 나중 벨트형 물받이에 실려 있는 모든 물의 중력이 다 수차의 회전력으로 작용을 하게 한다는 것으로 낙차에 따라 다르지만 일반적인 물레방아 형 수차의 수배에서 수십 배의 회전력을 얻을 수 있다.

때문에 주동력 샤프트에 동력을 전달하는 수차의 수가 많을수록 또 벨트형 물받이의 낙차가 크면 클수록 회전력도 커지게 된다.

벨트형 물받이, 주동력샤프트, 동력전달부재, 수차 옆물막이, 물내림기, 원통형 회전체, 클러치부재, 동력전달판,

Description

수력발전시스템 3 {A SYSTEM FOR GENERATION OF HYDROELECTRIC POWER 3}

도 1은 본 발명에 따른 수력발전시스템을 나타내는 부분 확대 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 수력발전시스템에서 수차관련 부분을 제거한 상태의 구조물 에 대한 부분 사시도.

도 3은 벨트형 수차를 나타낸 그림으로 그 구성이 일체화되어 있는 상부원통형 회 전체와 동력전달판, 벨트형 물받이, 상부수차 옆물막이, 하부수차 옆물막이

하부 원통형 회전체로 이루어져 있다.

도 4는 수차의 평면 상세도.

도 5은 벨트형 수력발전소의 전체평면을 보여주는 그림으로 참조용 도면.

도 6은 수차의 정면상세도.

도 7은 벨트형 수력발전시스템의 전체 정면도로 참조용 도면.

도 8은 수력발전시스템의 측면도.

도 9는 수력발전시스템의 단면도.

도 10은 벨트형 물받이가 씌워지게 되는 수차의 상,하부원통형 회전체를 나타낸 사시도.

001 : 일체화된 상부 원통형 회전체.

002 : 상부 원통형 회전체를 이해하기 쉽게 분리해 놓은 모습.

003 : 하부 원통형 회전체.

도 11은 동력전달부재 내부의 모습과 클러치,주동력 샤프트를 확대한 모습.

도 12는 상부 원통형 회전체로부터 발전기까지의 동력의 전달과정.

도 13은 클러치단면도.

004 : 정상적으로 동력이 전달되고 있는 모습.

005 : 동력이 차단되어 주동력 샤프트만 공회전하는 모습.

도 14는 벨트형 물받이의 옆판 모습.

006 : 벨트형 물받이의 양쪽 가장자리를 나타낸 그림으로 직선부와 곡선부 그리고 한 개의 부품도.

007 : 벨트형 물받이의 중간 부분들을 나타낸 그림으로 이 역시 직선부와 곡선부 그리고 한 개의 부품도.

도 15는 발명의 상세한 설명을 쉽게 이해할 수 있도록 참조용으로 그린 그림.

008 : 물레방아 방식에서의 수차에 회전력에 영향을 미치는 물의 양.

009 : 기존의 수차를 내,외부로 분리하면 수차의 회전력에 영향을 미치는 물의 양을 많게 할 수 있다는 점을 나타낸 그림.

010 : 상부와 하부에 따로 회전체를 설치하고 그 두 회전체를 벨트형물받 이가 감싸게 되었을 시를 나타낸 그림으로 낙차의 크기에 따라 수차 의 회전력에 영향을 미치는 물의 양을 얼마든지 많게 할 수도 있다는 것을 보여주는 그림.

011 : 두 수차를 대칭으로 설치를 하면 두 수차가 서로의 차단벽 역할을 하게 되어서 수차에 실리는 물의 양을 극대화할 수 있다는 것을 보여 주는 그림.

도 16은 간격조정대

도 17은 상,하부 수차 옆물막이

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

01 : 벨트형 물받이 03 : 작은 기둥

05 : 주동력 샤프트 07 : 동력전달부재

09 : 물내림기 11 : 동력전달판

13 : 상부 수차 옆물막이 13-1 : 상부 수차옆물막이 지지대

15 : 하부 수차 옆물막이 15-1 : 하부 수차옆물막이 지지대

17 : 주동력샤프트 지지브래킷 19 : 동력전달부재 지지브래킷

21 : 상부 원통형 회전체 23 : 하부 원통형 회전체

25 : 주기둥 27 : 주수로

29 : 일층(배수공간) 31 : 이층바닥

33 : 삼층바닥 35 : 공회전방지 기어 37 : 제네레이터(발전기) 39 : 수차수로 41 : 중간띄움칸 43 : 클러치 부재

43-1 : 클러치 내부기어 43-2 : 클러치 외부기어 45 : 체인 47 : 수차옆판 49 : 옆판 51 : 수량조절부

53 : 걸림편 55 : 간격조정대 57 : 간격조정대 롤러

수력발전이란 높은 곳에 위치한 물의 위치에너지를 수차 등을 이용해서 회전력으로 바꾸고 그 회전력을 이용해서 전기에너지를 얻는 방식을 말하는 것이다.

수력발전에 있어서 가장 중요한 역할을 하는 것은 바로 수차라는 것으로 이 수차라는 것을 어떤 식으로 운용을 해서 발전에 필요한 회전력을 얻는가에 따라 크게 충동 수차 방식과 반동 수차방식으로 분류를 한다.

충동 수차방식에는 펠턴 수차 방식이 있고 반동 수차방식에는 프란시스 수차 방식

사류수차방식,프로펠라 수차방식이 있는데 펠턴 수차방식은 주로 고 낙차 즉 300M 이상에 적합한 방식이고 반동 수차방식은 중 낙차에서부터 저 낙차에서 주로 사용을 하는데 우리나라의 수력발전방식은 대부분 반동 수차방식에 의한다 할 수 있다.

충동 수차방식이란 수차의 날개에 낙차에 의해서든 수압에 의해서든 높은 압력을 가진 물을 노즐을 통해 빠르게 쏘아 수차의 날개를 강하게 때려서 수차를 회전시키는 방식이고, 반동 수차방식이란 대각선으로 비스듬하게 놓여져 있는 수차의 날개에 물을 빠르게 흘려보내 수차의 날개를 옆으로 밀어 수차를 회전시키는 방식인데 특징에 따라 적절히 사용이 되고 있다.

위치에너지란 물체가 가진 무게를 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동을 시킬 때 얻을 수 있는 에너지를 말하는 것이다.

그런데 충동 수차방식이나 반동 수차방식은 엄밀하게 따지고 보면 일반적인 위치에 너지의 이용방식은 아니다. 쉽게 말해서 높은 곳에 있는 물을 낮은 곳으로 직접 이동을 시키면서 그 위치에너지를 얻는 것이 아니라 수압을 주로 이용을 한다는 것으로 약간은 변형된 위치에너지의 이용방법이라는 것이다.

원론적인 위치에너지의 이용 방법으로 가장 적절하게 사용하고 있는 예를 든다면 물레방아를 들 수 있을 것이다. 그렇지만 이 물레방아는 옛날에는 방아라도 찧어서 활용이 되었지만 현재는 그 사용 경우가 거의 없다.

회전하고 있는 물레방아형 수차에서 그 회전력에 영향을 미치는 부분은 수차의 중심에서 좌측이던 우측이던 어느 한쪽의 상 단면 즉 물받이라고 하는 물이 실리게 되는 부분이 전부인데 각도 상 약 90도 정도이고 수차전체로 봤을 때는 약 4분의 1 정도이다.

그렇지만 엄밀하게 따져보면 그런 물레방아형 수차의 물받이라는 그릇에는 물이 수평으로만 담기기 때문에 수차에 실리는 물이 수차의 회전력에 미치는 영향도 각도 상의 90도니 수차의 4분의 1이니 하는 그런 수치보다는 훨씬 떨어진다.

때문에 원론적인 의미에서의 물레방아형 수차 방식은 에너지를 얻기 위한 방식으로는 가치가 별로 없다.

때문에 본 발명은 그런 기존의 물레방아형 수차 방식에서 몇 가지 점에서 차별화를 했다.

첫째

일반적으로 수차라고 하면 수차의 회전력에 영향을 미치는 물받이가 수차라는 회전체와 일체화가 되어있는 형상인데 본 발명에서는 필요에 의해서 수차를 안쪽부분에 해당하는 회전체라는 것과 바깥쪽에 해당하는 물받이라는 두 부분으로 분리를 했다.

즉 안쪽에 해당하는 원통형 회전체와 바깥쪽에 해당하는 물받이가 따로 떨어질 수 있고 따로 움직일 수도 있게 했다는 것이다. -009 그림 참조

둘째

수차로 해서 생기는 회전력의 크기는 수차의 중심에서 어느 한쪽의 물받이에 실리는 물의 양이 얼마나 되느냐 하는 것으로 그 수차에 실리는 물의 양을 늘리는 것이 곧 수차의 회전력을 크게 하는 것이라 할 수 있다. 그런데 기존의 수차는 같은 지름 내에서의 수차에 실리는 물의 양을 늘리는 것이 어느 정도 분명 한계가 있었다

그렇지만 본 발명에서는 수차의 회전력을 크게 한다는 수차에 실리는 물의 양을 늘리는 것이 얼마든지 가능하다.

즉 원통형 회전체를 위와 아래로 수직으로 거리를 두고 설치를 해서 그 두 회전체를 물받이가 횡으로 쭉 많이 달려 있는 벨트 같은 것으로 두 회전체를 씌우듯이 해 놓으면 그 벨트 같은 물받이의 한쪽에 실리는 모든 물의 무게가 다 수차의 회전력에 영양을 미치게 된다는 것으로 두 원통형 회전체의 거리가 길어지고 낙차가 커질수록 벨트형 물받이에 실리는 물의 양은 많아지고 벨트형 물받이에 실리는 물의 양이 많아진다는 것은 그만큼 수차의 회전력도 커진다는 것으로 기존의 수차를 본 발명에서처럼 원통형 회전체와 벨트형 물받이로 따로 분리를 하면 수차에 실리는 물의 양은 얼마든지 많게 할 수 있다는 것이다.-010 그림 참조

셋째

물받이에 실리는 물의 양을 많게 하기 위해서 물받이를 벨트형으로 변형을 시켜서 밑으로 길게 늘이는 것은 실제 낙차의 크기에 따라 수차의 회전력에 엄청난 영향력을 더하는 것이 사실이다.

그렇지만 물받이를 벨트형으로 길게 해서 물을 많이 담고자 하는 방법이 완전하다, 또 완벽하다 할 수는 없는데 그 이유는 물받이에 담기는 물은 수평으로만 담기기 때문에 물이 담기지 않는 빈 공간이 물받이와 물받이 사이에 많이 생기게 된다는 것이다.

상부회전체에 접해지게 되는 기존의 수차부분에 해당하는 부분은 기존 수차의 물받이와 물이 담기는 용량이 별 차이가 있을 수가 없다.

그렇지만 기존 수차에 더해져서 밑으로 길게 드리워져서 늘어나게 되는 벨트형 물받이 부분에서는 위의 물받이와 아래의 물받이 사이에 상당부분 물이 차지 않은 빈 공간이 생기게 된다.

그런데 만약에 그 벨트형 물받이에서의 위 물받이와 아래 물받이 사이에 생기는 그 빈 공간에까지 물을 가득 채울 수 있다면 그것은 결국 벨트형 수차의 물받이에 실리는 물의 양이 많아진다는 얘기가 되고 벨트형 물받이의 물의 양이 많아진다는 것은 그만큼 벨트형 수차의 회전력이 커진다는 얘기가 되는 것이다.

때문에 벨트형 수차의 아래 위의 물받이 사이에 생기는 공간에도 가능한 한 물을 가득 채우는 것이 바람직하다 하겠다.

벨트형 수차의 위 물받이와 아래 물받이 사이에 생기게 되는 공간에까지 물을 채울 수 있는 방법은 두 가지라 할 수 있다.

한 가지는 같이 출원되는 -수력발전시스템 2- 에서 처럼 벨트형 물받이에 아주 근접해서 벨트형 물받이의 상단에서부터 하단까지 물받이에 실린 물이 쏟아지지 못하도록 차단벽을 설치하는 것이고 다른 한 가지는 똑같은 형태의 벨트형 물받이를 아주 근접되게 마주해서 대칭으로 설치를 하는 것이다.

벨트형 물받이라는 것은 따지고 보면 한쪽은 물이 흘러 넘칠 수 없는 벽이고 다른 한쪽은 벽이 아닌 물이 흘러 넘칠 수 있는 물받이만으로 이루어져 있다. 때문에 그런 벨트형 물받이를 근접되게 대칭으로 설치를 했을 경우 반대쪽에도 또 다른 벽이 생긴 셈이 되는 것이고 그 벽이 있음으로 해서 다른 차단벽이라든가 기타 부대시설이 필요가 없어지게 되는 것이다.

두 개의 수차를 대칭으로 설치를 해서 물받이 부분을 서로 맞닿게 해 놓는다는 것은 맞은 편의 벨트형 물받이가 차단벽 역할을 하도록 해서 두 벨트형 물받이와 물받이 사이에 생기게 되는 공간까지도 자연스럽게 물을 다 채울 수 있도록 해 준다는 것으로 앞서 설명된 차단벽의 역할과 효과가 여기에 자연스레 포함이 되는 것이다.

비교를 하자면 벨트형 물받이에 바로 근접해서 차단벽을 따로 설치를 할 경우 그 물받이에 실리는 물의 양이 적을 수밖에 없고 물의 양이 적으니 소수력 발전이 될 수밖에 없고 기타 필요없는 부대 시설이 그 차단벽을 유지하기 위해 필요하게 된다.

그렇지만 벨트형 물받이만을 바로 근접해서 대칭으로 설치를 했을 때는 물받이에 실리는 물의 양이 당장 두 배로 늘어나게 되고 그런 점을 활용한다면 보다 대형의 수력발전이 가능해지는 것이다.

해서 본 발명에서는 두 개의 수차를 대칭으로 설치를 하는 것으로 했고 그 두 개의 수차를 각각 제1수차와 외부로 동력을 전달해 주어야 하는 역활이 주어진 제2수차로 하고 그 두 개의 설치된 수차를 통칭해서 연합수차라 했다.

그런데 그런 식으로 두 개의 수차를 대칭으로 설치를 하게 되면 또 나름의 문제가 생기게 된다.

첫 번째 문제점은 두 벨트형 수차가 대칭으로 설치가 되었을 때 커다란 원동형으로 이루어져 있는 두 원통형 수차가 서로 근접되게 되는 그 중간 부분에 커다란 골짜기가 생기게 되는데 이 골짜기를 그냥 그대로 둔 상태로 수로에서 물을 내려보내면 그 물의 상당부분이 그 골짜기의 낮은 부분을 통해서 옆으로 흘러 나가버리게 된다. 그럴 경우 옆으로 흘러 나가 버리게 되는 그 물의 처치도 곤란해지지만 흘러 나가버리는 물의 양만큼 그 물이 가진 위치에너지도 그만큼 감소가 되는 것이다.

때문에 그렇게 두 수차 사이에 생기게 되는 골짜기로 흘러나가는 물을 차단하기 위해서 본 발명에서는 상부수차 옆물막이라는 것을 만들어서 원통형의 두 수차 사이에 생기게 되는 골짜기에 아주 근접되게 설치를 해서 골짜기도 막고 새어나갈 수 있는 물길도 차단하는 것으로 했다.

두 번째 문제점은 두 수차가 대칭으로 설치가 되면 벨트형 수차의 상부회전체 부분에서부터 밑으로 드리워져서 맞닿게 되는 두 벨트형 물받이의 옆부분에서 상당량의 물이 새어나오게 된다는 것이다. 그럴 경우 새어나오는 물이 주변에 설치된 시설물에도 영향을 미치겠지만 그 못지않게 그 새는 물이 가지고 있는 만큼의 위치에너지 의 손실도 문제가 되는 것이다.

그래서 본 발명에서는 하부 수차 옆물막이라는 것을 만들어서 두 수차의 벨트형 물받이에서 새어나오는 물을 막기도 하고 새어나온 물을 모아서 밑으로 배수도 시키고 또 상부수차 옆물막이에서 내려오는 물도 같이 배수시킬 수 있도록 했다.

세 번째 문제점은 연합으로 설치된 두 개의 수차에서는 수차마다 각각의 회전력이 생기게 되는데 발전기를 수차마다 각각 따로 설치를 하게 된다면 문제가 없겠지만 두 수차에서 생기는 회전력이나 다른 수차에서 생기는 회전력을 전부 모아 하나의 발전기로 발전을 하려고 한다면 당연히 그 회전력을 하나로 모을 필요가 생기게 된다.

그래서 본 발명에서는 수차외부로 회전력을 전달도 하면서 두 수차에서 각각 생기는 회전력을 하나로 모을 수 있도록 수차마다 양쪽에 설치가 되는 동력전달판을 기어로 만들어 서로 맞물리게 해서 두 수차의 회전력을 하나로 모으는 것으로 했는데 두 수차의 동력전달판을 서로 기어로 맞물리게 하는 방법은 두 가지로 한가지는 동력전달판을 벨트형 수차의 물받이가 서로 근접되게 했듯이 동력전달판도 크게 해서 서로 기어로 맞물리도록 하는 것과 각 수차마다 동력전달판을 주와 부로 나눠서 각각의 수차에서 생기는 회전력을 주 동력전달판에서 부속 동력전달판으로 그 부속 동력전달판에서 다른 수차의 부속 동력전달판으로 그 부속 동력전달판에서 주 동력전달판으로 기어를 전부 서로 맞물리게 해서 전달하는 방법인데 본 발명에서는 전자의 방법으로 했다.

이 발명의 적용방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

발명의 첫 번째 적용의 경우로 폭포를 들 수가 있는데 이 경우는 벨트형 수차의 상단부분의 높이를 폭포의 첫 낙하지점보다 조금 낮은 정도로 구조물을 만들어서 폭포에서 떨어지는 물을 두 벨트형 수차가 맞닿아 생기게 되는 골짜기 부분으로 유도를 해서 각 수차의 용량에 맞게 흘려 넣는 것이다.

그리고 상부 원통형 회전체든 하부 원통형 회전체든 두 회전체 중의 어느 한 회전체에 동력전달장치를 설치하고 그 동력전달장치를 통해 회전력들을 한곳에 모으고 그 모아진 회전력을 발전에 이용을 하면 되는데 하부 원통형 회전체에 동력전달장치가 연결이 될 때에는 동력전달장치나 기타 발전시설이 물에 침수될 우려는 없는가 검토를 해보아야 한다.

발명의 두 번째 적용의 경우는 기존에 이미 건설이 되어 있는 댐들을 이용하는 방법이다.

발명의 적용은 댐 수위의 높은 부분의 물을 이용할 수 있도록 댐 양쪽에 댐 하류로 수로를 내고 그 수로의 물을 두 개의 벨트형 수차가 맞닿아 생기게 되는 골짜기로 흘려 넣으면 되는데 다양한 운용방법이 있을 수 있다.

댐은 그 수위변동이 상당히 크다 할 수 있는데 크게 우기와 건기로 나눌 수 있다. 때문에 발명의 적용도 담수량이나 담수 높이에 따라서 건기와 우기, 상시와 임시, 댐 하류 쪽의 강의 한쪽이나 양쪽 등 상황에 따라 댐의 개수를 달리할 수 있다.

우기의 경우는 댐의 담수량을 조절하기 위해서 그냥 방류해 버리는 물도 많고 그 수위도 높은 편인데 이 경우는 우기에만 일시적으로 사용하는 형태로 댐 내의 높은 수위의 물을 이용해서 댐 하류의 강 양쪽으로 여러 개의 본 발명을 적용한 수력발 전소를 임시형으로 운용할 수 있다.

건기에는 담수량도 적어지고 그 수위도 낮아진다

때문에 댐으로부터 본 발명을 적용한 수력발전소까지의 수로의 위치도 우기 때보다는 그 위치가 상당부분 낮아지고 가동할 수 있는 수력발전소의 개수나 발전 용량도 적어질 수밖에 없다. 그리고 본 발명을 적용한 수력발전시스템이 기존의 수력발전 시스템보다 그 효율성이 좋다면 기존의 수력발전소를 상황에 따라 정지를 시키고 본 발명을 적용한 수력발전소를 가동하는 것도 생각해 볼 수 있다.

그리고 발명의 세 번째 적용방법이라고 구태여 한 가지를 더 나열을 하자면 본 발명에 적합한 댐을 새로 건설을 하면 된다고 할 수도 있지만 어차피 앞서 설명한 두 번째 방법을 이용할 수밖에 없기 때문에 이 세 번째 적용방법은 별 의미가 없다.

기존의 수력발전과 본 발명에서의 수력발전의 차이점은 또 있다.

*기존의 수력발전 방법은 물이 가지고 있는 위치에너지가 이용되는 정도가 아주 순간적인데 비해 본 발명에서는 그 이용 시간이 아주 길다.

기존 수력발전에서는 높은 압력을 받은 댐 바닥의 물을 노즐을 이용해서 수차로 빨리 쏘거나 많은 량의 물을 힘으로 밀어 수차를 돌리는데 이때 수차의 날개에 미치는 영향은 수차의 중심에서 따졌을 시 각도 상으로도 몇도 되지 않고 시간상으로도 수차의 회전 속도가 빠르기 때문에 그 시간이 얼마 되지 않는데 그 얘기는 결국 위치에너지를 가진 물이 수차의 날개에 닿는 순간적인 그 시간만이 그 물이 가지 위치에너지가 수차의 회전력에 영향력을 행사할 수 있다는 것으로 나름의 한계를 보여준다는 것이다.

반면에 본 발명에 의한 물이 가진 위치에너지가 이용되는 시간은 처음 벨트형 수차의 물받이에 물이 실리면서부터 수차가 회전을 하고 수차에 실린 물이 밑으로 낙하하고 그리고 물받이에서 물이 떨어질 때까지 낙차가 크면 클수록 벨트형 수차의 길이가 길면 길수록 벨트에 실린 물은 오랜 시간 동안 중첩해서 수차의 회전력에 영향을 미친다.

때문에 물이 가진 위치에너지의 이용이 극대화된 것이다.

*수차의 회전력에 미치는 영향도 질이 틀린다.

기존의 수차는 반동 식이던 충동 식이던 물을 얼마나 많은 량으로, 얼마나 강하고 빠른 속도로 쏘느냐에 따라 수차의 회전력이나 속도가 영향을 받았다. 그렇다는 얘기는 기존의 수차가 받는 회전력이 탄력이자 반력이라는 것이다.

그렇지만 본 발명에서의 수차의 회전력은 기존의 수차가 받게 되는 반탄력과는 그 개념이 완전히 틀린다.

본 발명에서의 벨트형 수차에서 얻어지는 회전력은 오로지 중력의 힘에 의해서만이다.

즉 수차의 벨트형 물받이에 실리는 물의 총 무게가 다 수차의 회전력에 영향을 미친다는 것으로 벨트형 수차의 길이가 길면 길수록, 낙차가 크면 클수록 물받이에 실리는 물의 량이 많아진다는 것으로 벨트형 수차의 물받이에 실리는 물의 량이 많으면 많을수록 회전력의 크기는 커지고 회전력의 크기가 클수록 전기의 발전량도 많아지는 것이다.

-수차의 날개에 영향력을 행사하고 난 다음의 물의 처지가 다르다.

기존 수력발전소의 대부분은 수차의 날개에 영향력을 행사하고 난 다음의 물이 빠져나가야 할 배수로는 그 길이가 상당히 길거나 그 위치가 수중에 있다.

이 이야기는 수차의 날개에 영향력을 행사하고 난 물은 반드시 뒤를 따르는, 아직 수차의 날개에 영향력을 행사하지 못한, 아직 위치에너지를 그냥 가지고 있는 물이 자신의 위치에너지를 일정부분 소모시켜가면서 배수로 바깥으로 밀어내주어야 하는 방해물로 순간적으로 그 처지가 틀려진다는 것이다.

그렇지만 본 발명에 따른 수력발전의 방법은 수차에 실린 물이 수차에서 내려지는 그 순간 수차와는 아무런 상관이 없는 처지가 된다는 것으로 기존 수력발전에서 나타나는 수차에 아직 영향력을 행사하지 못한 물이 가지고 있는 위치에너지를 감소시키는 그런 요소는 전혀 없다는 것이다.

본 발명은 기존 수력발전시스템이 가지고 있는 문제점을 보완하기 위한 것으로 그 목적은 비교적 적은 수량과 낙차에서도 물이 가지고 있는 위치에너지의 이용을 극대화해서 동일한 수량과 낙차에서도 보다 많은 발전량을 얻을 수 있도록 새로운 수력발전시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 수력발전시스템은;

폭포 위나 댐 안의 상층부의 물을 배수할 수 있게 만들어진 수문으로부터 본 발명에 따른 댐의 상부면 까지 이어져 있는 주수로와;

상기 주 수로로부터 다수 쌍의 수차까지의 수차수로와;

기존 댐 하류 쪽에 설치된 상류에서 하류 쪽으로 길게 지어지는 내부가 1층은 배수공간이, 2층과 3층에 걸쳐서 벨트형 수차가 3층에는 주동력 샤프트나 발전기, 동력전달부재 등 주요부품들이 설치될 수 있는 구조물과;

상기 구조물 내부에서 구조물과 수차 그리고 기타 여러 가지 기기들의 하중을 지탱하게 되어 있는 구조물의 상류 쪽에서 하류 쪽으로 이어지는 구조물의 외벽과 평형 상태로 설치되는 다수 쌍의 1 주기둥 열과 다수 쌍의 2 주기둥 열과;

상기 1,2 주기둥 열중 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 그 네 주기둥 사이에 (벨트형수차의 외곽 직경×2＋α×2)×(벨트형수차의 길이＋×2＋α×2)의 크기만큼 이층과 삼층의 같은 곳에 같은 크기와 형태로 필요한 만큼 형성해 놓은 직사각형의 빈 공간들과; α=수차와 구조물 사이의 일정여유공간-

상기 공간과 접해서 1주기둥에서 1주기둥 사이에, 2주기둥에서 2주기둥 사이에 각 기둥의 중심선과 중심선을 이어놓은 선위에 그 중심선을 두고 이층과 삼층의 같은 위치에 같은 크기로 1~2m 정도의 적당한 높이로 위에 수차를 설치할 수 있고 수차의 하중을 각 주기둥에 전달할 수 있는 위치에 설치된 작은 기둥들과;

상기 2층과 3층에 각기 설치된 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 이 네 기둥 사이에 있는 사각형의 공간 위로 2층과 3층에 동일하게 1기둥과 1기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로 2기둥과 2기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로 제자리 회전 가능하게 각기 설치된 회전중심축과;

상기 내용 중 삼 층의 작은 기둥들 위에 설치된 제자리 회전 가능하게 끼워진 회전중심축의 중간 부분에 벨트형 물받이와의 공회전 방지 기어가 바깥면에 두세 줄 달 려있는 기다란 원통이 위치하고 그 양측으로 그보다 조금 작은 정도의 직경을 가진 중간띄움칸과 거기에 외곽이 기어로 되어 있는 동력전달판이 양측으로 평형을 이루면서 붙혀져 전체적으로 일체형을 이루면서 설치가 되는 두 상부 원통형 회전체와; -도 10 참조-

상기 이층의 작은 기둥들 위에 설치된 회전중심축들에 제자리 가능하게 끼워진 전체적으로 원통형으로만 이루어져 있고 두 상부 원통형 회전체의 가운데 부분과 같은 직경에 같은 길이에 같은 수직선상에 위치하게 되는 두 하부 원통형 회전체와;

상기 상부 원통형 회전체와 하부 원통형 회전체 두 회전체의 가운데 부분의 원통형 회전체만을 전체적으로 감싸고 최대유효낙차고 내의 벨트형 물받이에 실려 있는 물의 모든 위치에너지가 전부 다 활용 가능토록 길게 회전할 수 있게 설치되는 외 측에 횡으로 물받이가 많이 달려서 가능한 한 많은 물을 담을 수 있도록 되어 있고 물받이 양쪽 가장자리에 옆 판이 직각으로 세워져서 물이 밖으로 쉽게 흘러 넘치지 못하게 하고 아래와 위의 옆 판과 옆 판이 서로 겹쳐진 상태로 각기 움직일 수 있도록 되어 있어서 상부 원통형 회전체나 하부 원통형 회전체에 접촉되는 곡선 부에서도 원활하게 움직임이 가능하고 두 수차의 벨트형 물받이의 외곽부분이 아주 근접하도록 평형으로 쌍으로 설치가 되는 무한궤도 형태의 두 벨트형 물받이와;

상기 상부 원통형 회전체의 양쪽 중간띄움칸 바깥으로 이웃하고 있는 수차나 다른 곳으로의 동력 전달이 용이하고 두 수차의 회전력이 하나가 되도록 이웃 수차와 기아로 서로 맞물리게 설치가 되는 두 수차의 네 동력전달판과;

한쪽은 동력전달판에 달려 있는 기어에 밑으로부터 위로 탄성을 받으면서 수차동력 전달기어로 맞물려 있고 다른 반대쪽은 소정의 길이(동력전달 부재의 길이)만큼 떨어진 상태에서 일정한 높이로 케이싱에 의한 지지부래킷에 약간의 회전 가능하게 고정되어 클러치 부재와 회전축으로 연결이 되어 있는 제2수차에 두 개씩 달려 있는 동력전달 부재와;

상기 동력전달 부재에서 동력전달판과 접촉되어 있는 쪽의 반대편에 위치한 회전 중심축의 다른 한 부분에 결합하여 있는 수차 측에서 전해지는 회전력을 주동력 샤프트에 전달하기도 하고 수차의 고장이나 수리시 주동력 샤프트 측 기어만 공회전할 수 있도록 되어 있는 회전력 전달 기능과 차단기능이 있는 클러치 부재와;

가운데든 어느 한쪽이든 댐 외측 일정높이에 설치되어 있는 제네레이터(Generator=발전기)에 맞물려 제자리 회전될 수 있고 전체적으로 일직선으로 되어 있으면서 각 수차의 클러치 외부기어와 주동력 샤프트에 고정결합되어 있는 기어들이 서로 맞물려져서 동력을 전달받을 수 있도록 되어 있는 주동력샤프트와;

원통형으로 생긴 두 수차가 서로 이웃함으로써 가운데 쪽에 생기게 되는 골짜기의 양측을 수차의 상단부분까지 물이 차도 옆으로 흘러넘치지 않도록 막아주는 역할과 그곳에서 어쩔 수 없이 새어나오는 물을 한곳으로 모아서 배수해 주도록 되어 있는 상부 수차 옆물막이와;

상부 수차 옆물막이의 하중을 지탱하기도 하면서 전동장치가 달려있어 상부 수차 옆물막이를 아래 위나 옆으로 일정간격만큼 이동할 수 있게 해주는 상부 수차 옆물막이 지지대와;

이웃하고 있는 연합수차의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으 로부터 밑으로 드리워져서 물받이에 물이 실리도록 되어 있는 벨트형 물받이의 아랫부분들이 물받이에 실린 물의 무게로 해서 서로 간격이 벌어 지지 않도록 그 간격을 일정하게 지탱하고 조정할 수 있도록 벨트형 물받이의 뒤를 받치도록 되어 있는 이층과 삼 층에 걸쳐서 가로세로 일정한 간격으로 롤러형태를 가지고 그 하중을 상, 하부 수차 옆물막이 지지대에 의지토록 되어 있는 간격조정이 가능한 간격조정대와;

이웃하고 있는 연합수차의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으로부터 밑으로 드리워져 있는 두 벨트형 물받이에 삼 층의 상부 수차 옆물막이에서 내려오는 물을 전달받기도 하고 또 실려 있는 물이 가능한 한옆으로 새어나오지 못하도록 막기도 하고 또 어쩔 수 없이 새어나온 물이 다른 곳으로 새지 못하게 한 곳으로 모아서 밑으로 배수될 수 있도록 해주는 하부 수차 옆물막이와;

이층과 삼 층 사이에 설치되어서 간격조정대와 하부 수차 옆물막이의 하중을 지탱도 하고 지지도 해주면서 전동장치가 달려 있어서 하부 수차 옆물막이와 간격조정대를 조정할 수 있도록 해주는 하부 수차 옆물막이 지지대와;

수차와 벨트형 물받이가 공회전이 되어서 수차에서 얻어지는 회전력이 손실이 생기지 않도록 공회전을 방지해주는 공회전 방지기어와;

제1수차와 제2수차의 상, 하부 원통형 회전체와 벨트형 물받이, 상부 옆물막이와 그 지지대, 하부 옆물막이와 그 지지대, 간격조정대, 동력전달판들이 유기적으로 결합이 되어서 두 수차에서 발생이 되는 회전력이 하나로 합해지도록 되어 있는 연합수차와;

원통형으로 생긴 두 수차가 이웃함으로써 생기게 되는 두 수차의 가운데 골짜기 직 상방향에 위치해서 수차수로로부터 흘러들어오는 물을 두 수차들의 가운데 골짜기로 정확하고 일정하게 흘려 넣어주게 되어 있는 물내림기 등의 여러 기기들로 구성되어 있는 수력발전시스템.

본 발명에서 동력전달 부재는 수차와 일체가 되어 움직이고 있는 동력전달판과 일정거리 떨어져 있는 위치에 있는 지지부래킷에 케이싱의 일부분이 약간의 회전가능하게 고정이 되고 상기 케이싱의 내부 양단에서 제자리 회전되게 설치되는 샤프트와 그 그 샤프트에 고정 결합되어 회전되고 있는 한 쌍의 스프라켓과 상기 양쪽 스프라켓에 감겨 회전되는 체인과 상기 한 쌍의 스프라켓 중 수차 쪽 스프라켓의 중심부로부터 바깥쪽으로 돌출된 샤프트에 고정결합된 상태에서 수차 측 동력전달판에 맞물려 회전되게 되는 수차동력전달기어까지 동력전달 부재에 포함한다.

본 발명에서 상기 클러치 부재는 동력전달 부재의 두 샤프트 중 한 샤프트를 공유한 상태로 지지부래킷에 의해 삼 층에 고정되어 주동력 샤프트에 고정 결합된 기어에 클러치 외부기어와 서로 맞물려 회전되게 되며 내부에 래칫기어가 형성된 클러치 외부기어와 수차에서 회전력이 정상적으로 전달되어 정방향 회전시 래칫기어와 탄성적으로 맞물려져서 동력전달을 가능하게도 하고 수차 측으로부터 회전력이 전달이 되어 오지 않을 시는 래칫기어와의 걸림 상태가 이루어지지 않게 하는 클러치 내부기어에 부착된 걸림편으로 구성이 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

이를 참조하면 본 발명에 따른 벨트형 수력발전시스템은 종전의 그 어떤 방법으로도 이용하지 못했던 물이 가진 위치에너지의 이용을 현실화, 극대화하고 또 다양하게 이용할 수 있도록 구성되어 있다.;

본 발명에 따른 벨트형 수력발전시스템은 폭포의 첫 낙하지점에서의 물을 이용하거나 댐 내의 상층부의 물을 배수해 폭포 옆이나 댐 하류 쪽에 설치가 된다.;

폭포 위에 설치된 수문으로부터 나 댐 안의 상층부의 물을 배수할 수 있게 만들어진 수문으로부터 본 발명에 따른 댐의 상부 면까지 주수로(27)가 설치가 된다.;

상기 주 수로로부터 물의 량을 조절할 수 있도록 되어 있는 수량조절부(51)를 거쳐 각 연합 수차까지의 수차수로(39)가 설치가 된다.;

기존 댐 하류 쪽에 설치된 상류에서 하류 쪽으로 길게 지어지는 내부가 1층은 배수공간이, 2층과 3층에 걸쳐서 벨트형 수차가 3층에는 주동력 샤프트나 발전기, 동력전달부재 등 주요부품들이 설치될 수 있는 구조물이 설치된다.;

상기 구조물 내부에서 구조물과 수차 그리고 기타 여러 가지 기기들의 하중을 지탱하게 되어 있는 구조물의 상류 쪽에서 하류 쪽으로 이어지는 구조물의 외벽과 평형 상태로 설치되는 다수 쌍의 1 주기둥(25) 열과 다수 쌍의 2 주기둥(25-1) 열이 설치가 된다.;

상기 1,2 주기둥 열중 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 그 네 주기둥 사이에 (벨트형 수차의 외곽 직경×2＋α×2)×(벨트형수차의 길이＋α×2) 정도로 이층과 삼층의 같은 위치에, 같은 크기와 형태로 직사각형의 빈 공간들이 필요한 만큼 설치가 된다.;

상기 공간과 접해서 1주기둥에서 1주기둥, 2주기둥에서 2주기둥으로 각 주기둥의 중심선을 이어놓은 선 상에 그 중심선을 두고 이층과 삼층의 같은 에 같은 크기와 1~2m 정도의 같은 높이로 위에 수차를 설치할 수 있고 수차의 하중을 각 주기둥에 전달할 수 있는 위치에 작은 기둥(03)들이 1 주기둥열(25)과 2 주기둥열(25-1)에 맞춰 설치가 된다.;

상기 2층(31)과 3층(33)에 각기 설치된 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 이 네 기둥 사이에 있는 사각형의 공간 위로 2층과 3층이 동일하게 1기둥과 1기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로, 2기둥과 2기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로 각기 제자리 회전가능하게 회전중심축이 설치가 된다.;

상기 내용 중 삼 층의 작은 기둥들 위에 설치된 제자리 회전 가능하게 끼워진 회전중심축들의 중간 부분에 벨트형 물받이와의 공회전 방지기어(35)가 바깥면에 두세 줄 달려있는 기다란 원통이 위치하고 그 양측으로 그보다 조금 작은 정도의 직경을 가진 중간띄움칸(41)과 거기에 외곽이 기어로 되어 있는 동력전달판(11)이 양측으로 평형을 이루면서 붙혀져 전체적으로 일체형을 이루면서 작은 기둥(03)위로 두 상부 원통형 회전체(21)가 설치가 된다.;

상기 이층의 작은 기둥들 위에 설치된 회전중심축들에 제자리 가능하게 끼워진 전체적으로 원통형으로만 이루어져 있고 두 상부 원통형 회전체(21)의 중간 부분과 같은 직경과 길이에 같은 수직선상에 위치하게 되는 두 하부 원통형 회전체(23)가 설치가 된다.;

상기 상부 원통형 회전체(21)와 하부 원통형 회전체(23) 두 회전체의 중간 부분의 원통형 회전체만을 전체적으로 감싸고 벨트형 물받이의 최상단에서부터 하부원통형회전체의 최하단까지 벨트형 물받이(01)에 실려 있는 모든 물의 위치에너지가 전부 활용될 수 있게 길게 설치가 되는 외 측에 횡으로 물받이가 많이 달려서 가능한 한 많은 물을 담을 수 있도록 되어 있고 물받이 양쪽 가장자리와 중간에 옆판이 직각으로 세워져서 물이 밖으로 쉽게 흘러 넘치지 못하게 하고 아래와 위의 옆판(49)과 옆판(49)이 서로 겹쳐진 상태로 각기 움직일 수 있도록 되어 있어서 상부 원통형 회전체(21)나 하부 원통형 회전체(23)에 직접 접촉되는 곡선부에서도 원활하게 움직임이 가능하게 되어 있는 무한궤도 형태의 벨트형 물받이(01)가 외곽 부분이 아주 근접되도록 제1수차와 제2수차가 대칭으로 각각 설치가 된다.;

상부 원통형 회전체의 양쪽 중간띄움칸 바깥으로 이웃하고 있는 수차나 다른 곳으로의 동력 전달이 용이하고 두 수차의 회전력이 하나가 되도록 이웃수차와 기아로 서로 맞물리도록 두 수차의 네 동력전달판이 설치가 된다.;

2층의 하부 원통형 회전체(23)와 3층의 상부 원통형 회전체(21)를 감싸면서 벨트형 물받이(01)에 실려 있는 물이 가진 모든 위치에너지가 모두 활용가능하도록 길게 회전이 되는 1 주기둥열과 2 주기둥열에 중심축을 두면서 평형으로 쌍으로 설치가 되면서 두 수차의 동력전달판(11) 외곽 부분의 두 기어가 서로 맞물려서 그 회전력이 하나가 되도록 되어 있는 상, 하부 원통형 회전체와 벨트형 물받이 상,하부 수차 옆물막이와 그 지지대들이 모두 포함이 되는 두 수차가 연합으로 설치가 된다.;

한쪽은 동력전달판에 달려 있는 기어에 밑으로부터 위로 탄성을 받으면서 수차동력전달기어로 맞물려 있고 다른 반대쪽은 소정의 길이만큼 떨어진 상태에서 일정한 높이로 케이싱에 의한 지지부래킷(19)에 약간의 회전 가능하게 고정이 되고 클러치부재(43)와 회전축으로 연결이 되어 있는 제2의 수차당 두 개씩의 동력전달 부재(07)가 설치가 된다.;

상기 동력전달 부재(07)에서 동력전달판(11)과 접촉되어 있는 쪽의 반대편에 위치한 회전 중심축의 다른 한 부분에 결합되어 있는 수차 측에서 전해지는 회전력을 주동력샤프트(05)에 전달하기도 하고 수차의 고장이나 수리시 클러치 외부기어(43-2)만 공회전 할 수 있도록 되어 있는 회전력 전달 기능과 차단기능이 있는 클러치 부재(43)가 설치가 된다.;

가운데든 어느 한쪽이든 댐 외측 일정높이에 설치되어 있는 발전기(37)에 맞물려 제자리 회전될 수 있고 전체적으로 일직선으로 되어 있으면서 각 수차의 클러치 외부기어(43-2)와 주동력 샤프트(05)에 고정결합되어 있는 기어들이 서로 맞물려져서 동력을 전달받을 수 있도록 되어 있는 주동력 샤프트가(05) 삼 층의 지지부래킷

(17) 위에 설치가 된다.;

원통형으로 생긴 두 수차가 서로 이웃함으로서 가운데 쪽에 생기게 되는 골짜기의 양측을 수차의 상단부분까지 물이 차도 옆으로 흘러넘치지 않도록 막아주는 역할과 그곳에서 어쩔 수 없이 새어나오는 물을 한쪽으로 모아서 배수해 주는 역할을 하도록 되어 있는 상부 수차 옆물막이(13)가 설치가 된다.;

삼 층에 상부 수차 옆물막이(13)의 하중을 지탱하기도 하면서 전동장치가 달려있어 상부 수차 옆물막이를 아래 위나 옆으로 일정간격만큼 움직일 수 있도록 해주는 상부수차 옆물막이지지대(13-1)가 설치가 된다.;

이웃하고 있는 연합수차(20)의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으로부터 밑으로 드리워져서 물받이에 물이 실리도록 되어 있는 벨트형 물받이의 아랫부분들이 물받이에 실린 물의 무게로 해서 서로 간격이 벌어지지 않도록 그 간격을 일정하게 지탱하고 조정할 수 있도록 되어 있는 간격조정대(55)가 이층과 삼 층에 걸쳐서 상,하부수차 옆물막이지지대(13-1,15-1)에 하중을 전달하면서 설치가 된다.;

이웃하고 있는 연합수차의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으로부터 밑으로 드리워져 있는 두 벨트형 물받이에 삼 층(33)의 상부수차 옆물막이(13)에서 내려오는 물을 전달받기도 하고 실려 있는 물이 가능한 한 옆으로 새어나오지 못하도록 막기도 하고 또 어쩔 수 없이 새어나온 물이 다른 곳으로 새지 못하게 한 곳으로 모아서 밑으로 배수될 수 있도록 해주는 하부수차 옆물막이(15)가 그 하중을 이층의 수차 옆물막이지지대(15-1)에 의지를 하면서 설치가 된다.;

이층(31)과 삼층(33) 사이에 간격조정대(55)와 하부수차 옆물막이(15)의 하중을 지탱도 하고 지지도 해 주면서 전동장치가 달려 있어서 하부 수차 옆물막이와 간격조정대도 어느 정도 조정도 할 수 있도록 하부수차 옆물막이지지대(15-1)가 설치가 된다.;

원통형으로 생긴 두 수차가 이웃함으로서 생기게 되는 두 수차의 가운데 골짜기 직 상방향에 수차수로로부터 흘러들어오는 물을 두 수차들의 가운데 골짜기로 정확하게 일정한 양으로 흘려넣어 줄 수 있도록 물내림기(09)가 설치된다.;

도면을 참고삼아 설치된 벨트형 수력발전시스템을 가동해본다.

준비단계

*각 수차들의 동력전달판이 이웃수차의 동력전달판과 제대로 기어로 맞물려 있어야 한다.

*상부 수차 옆물막이를 벨트형 수차에 밀착을 시켜서 두 수차 사이에 생기게 되는 계곡의 양쪽을 수차의 상단까지 막아 위쪽에 설치된 물내림기에서 떨어지는 물이 옆으로 흘러넘치지 못하도록 한다.

*하부 수차 옆물박이를 벨트형 수차에 잘 밀착을 시켜서 벨트형 수차에서 새어나오는 물을 가능한 한 적게 하고 동시에 상부 수차 옆물막이에서 내려오는 물이 밑으로 잘 내려갈 수 있도록 한다.

*간격조정대를 제대로 설치를 해서 두 벨트형 수차가 물받이에 실린 물의 하중으로 간격이 서로 벌어지지 않도록 한다.

*동력전달 부재의 수차 동력전달기어가 수차의 동력전달판의 기어에 제대로 잘 맞물려 있는지 확인하고 또 동력전달판의 기어에 제대로 맞물릴 수 있도록 위쪽으로 확실하게 탄성을 받도록 한다.

제1차 가동(수차의 회전)

본 수력발전시스템의 가동은 제일 먼저

폭포 위에 설치된 수문에서나 댐 내에 담수 되어 있는 물 중 상층부의 물을 배수할 수 있는 수문을 개방한다.;

수문이 개방이 되게 되면 그 수문을 통하여 물이 주수로로 흘러들어가게 한다.;

주 수로로 흘러들어간 물을 적당한 양으로(두 수차가 정 위치 했을 때의 연합수차 의 가운데에 생기게 되는 골짜기에서 밖으로 흘러넘치지 않을 정도의 량) 조절하여 수차수로로 흘러들어가게 한다.;

수차수로로 흘러들어간 물을 물내림기로 흘러들어가게 해서 연합수차의 가운데 골짜기로 떨어지게 한다.;

물내림기로부터 떨어진 물은 연합수차의 가운데 골짜기로 떨어져서 양쪽 수차의 벨트형물받이에 물이 담기면서 그 하중에 의해서 차츰 밑으로 하강을 하게 되는데 물받이에 한 칸 가득 물이 차면 밑으로 하강을 하고 또 그 다음 칸이 물이 차면 밑으로 하강하고 하는 식으로 두 수차의 벨트형 물받이의 위쪽 부분이 서로 안쪽으로 말리듯이 회전을 시작하게 된다.;

그럼 벨트형 물받이의 안쪽에 위치한, 벨트형 물받이가 감겨있는 상부 원통형 회전체도 당연히 회전을 하게 된다.;

연합수차의 벨트형 물받이에 물이 한칸 한칸 담기면서 밑으로 하강을 하다 보면 어느 순간 물은 연합수차의 최대 유효낙차고 내의 모든 벨트형 물받이를 모두 가득 채우게 되는데 그때가 연합수차에서 최대의 회전력이 얻어지는 순간이고 연합수차로 계속해서 물이 공급이 되는 한 연합수차는 그 최대 회전력은 항상 유지하면서 회전을 계속하게 된다.;

이차 가동(동력전달과 발전)

벨트형 물받이가 담기지는 물의 하중으로 해서 움직이기 시작을 하면 벨트형 물받이의 안쪽에 위치한, 벨트형 물받이가 감겨있는 두 수차의 상부 원통형 회전체도 같이 회전을 하게 되는데 그럼 그 두 상부 원통형 회전체와 일체가 되어 있는 동력 전달판도 당연히 같이 회전을 하게 된다, 그리고 연합수차의 두 동력전달판은 기어로 서로 맞물려진 관계로 두 수차의 회전력이 하나가 되어 움직여진다.;

두 수차에서 얻어지는 회전력은 제2수차의 상부 원통형 회전체의 양쪽에 달려 있는 두 동력전달판을 통해서 하단에 탄성적으로 맞물려 있는 수차 동력전달기어로 전달이 된다.;

수차동력전달기어로 전달이 된 회전력은 수차 동력전달기어가 고정 결합 되어 있는 동력전달 부재의 한 회전축인 샤프트로 전달이 된다.;

수차동력전달기어가 고정 결합 되어 있는 샤프트로 전달이 된 회전력은 그 샤프트의 또 다른 한쪽에 고정 결합 되어 있는 스프라켓으로 전달이 된다.;

스프라켓으로 전달된 회전력은 스프라켓에 감겨 회전되게 되어 있는 체인으로 전달이 된다.;

체인으로 전달된 회전력은 동력전달 부재의 또 다른 회전축에 달려 있는 또 다른 스프라켓으로 전달이 된다.;

상기 또 다른 스프라켓으로 전달이 된 회전력은 그 스프라켓이 고정 결합 되어 있는 회전중심축인 샤프트로 전달이 된다.;

상기 샤프트로 전달이 된 회전력은 그 샤프트의 또 다른 한쪽에 고정 결합 되어 있는 클러치 부재의 내부기어로 전달이 된다.;

클러치 부재의 내부기어로 전달이 된 회전력은 걸림편이 클러치기어의 외부기어에 형성된 래칫기어에 탄성적으로 결합 된 상태에서 클러치 외부기어로 전달이 된다.;

클러치 외부기어로 전달이 된 회전력은 주동력 샤프트에 고정 결합 되어 있는 기어 로 전달이 되어서 주동력 샤프트를 회전시킨다.;

상기 회전력은 발전에 필요한 적절한 회전수로 바뀌어져서 제네레이터로 연결이 되고 그러므로서 발전이 이루어진다.;

본 발명에서 수차의 회전력은 꼭 위에서 기술된 구성의 동력전달 부재에 의해서만 전달되는 것은 아니며 동일 기술사상의 범주에 속하는 모든 동력전달수단에 의하여 다 전달이 될 수 있는 것으로 한다.

*물이 가지고 있는 위치에너지의 효율을 극대화 함으로서 적은 수량으로서도 보다 많은 발전이 가능하고 또 그렇기 때문에 현실적으로 보다 많은 수의 수력발전소를 건설할 수가 있다.

-설치구조가 간단하고 위치에너지가 이용되는 효율성이 높기 때문에 저비용 고용량의 수력발전이 얼마든지 가능하다.

*우리나라의 경우 여름철은 우기라 할 수 있다.

때문에 기존에 건설되어 있는 수력발전소들의 경우 대부분은 담수량을 조절하기 위해 아주 많은 량의 물을 아무 효용가치 없이 그냥 방류해 버리는 실정이다.

그럴 때 본 발명에서와 같은 수력발전시스템을 댐 하부 양쪽에 몇 개를 설치한다면 그냥 아무 효용 가치없이 방류해 버리는 물로 여름철 냉방가동으로 부족한 전력의 대부분을 충당할 수 있다.

---우리나라의 경우에는 이렇다하게 큰 폭포가 없다. 그렇지만 외국의 경우 발전이 충분한 대형폭포가 많고 그런 폭포의 경우 본 발명이 적용되기 가장 알맞은 예가 될 것이고 그 발전량도 어마어마할 것으로 본다.

*전기의 발전량은 거의 댐의 높이와 수량에 의해서 결정이 된다 할 수 있다. 그렇지만 본 발명에 따른 수력발전시스템은 댐의 높이 못지않게 수량에 의해서 발전량이 크기가 결정될 수도 있다.

---기존의 댐들은 발전을 위한 배수량의 최대수치가 일정하게 정해져 있기 때문에 수량이 아무리 많아도 발전량은 일정할 수밖에 없다. 그렇지만 본 발명에 의한 수력발전시스템은 수량에 따라 발전가능한 수차의 수를 임으로 늘일 수도 있고 줄일 수도 있고 발전량도 임으로 줄일 수도 있고 늘일 수도 있다.

Claims (5)

1. 폭포 위나 댐 안의 상층부의 물을 배수할 수 있게 만들어진 수문으로부터 본 발명에 따른 댐의 상부면 까지 이어져 있는 주수로와;

   상기 주 수로로부터 다수쌍의 수차까지의 수차수로와;

   기존 댐 하류 쪽에 설치된 상류에서 하류 쪽으로 길게 지어지는 내부가 1층은 배수공간이, 2층과 3층에 걸쳐서 벨트형 수차가 3층에는 주동력 샤프트나 발전기, 동력전달부재 등 주요부품들이 설치될 수 있는 구조물과;

   상기 구조물 내부에서 구조물과 수차 그리고 기타 여러 가지 기기들의 하중을 지탱하게 되어 있는 구조물의 상류 쪽에서 하류 쪽으로 이어지는 구조물의 외벽과 평형 상태로 설치되는 다수 쌍의 1 주기둥 열과 다수 쌍의 2 주기둥 열과;

   상기 1,2 주기둥 열중 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 그 네 주기둥 사이에 가로(벨트형수차의 외곽 직경×2＋α×2) 세로(벨트형수차의 길이＋α×2 )의 크기만큼 이층과 삼층의 같은 곳에 같은 크기와 형태로 필요한 만큼 형성해 놓은 직사각형의 빈 공간들과;

   상기 공간과 접해서 1주기둥에서 1주기둥, 2주기둥에서 2주기둥 각 기둥의 중심선 과 중심선을 이어놓은 선위에 그 중심선을 두고 이층과 삼 층의 같은 위치, 같은 크기로 1~2m 정도의 적당한 높이로 위에 수차를 설치할 수 있고 수차의 하중을 각 주기둥에 전달할 수 있는 위치에 설치된 작은 기둥들과;

   상기 2층과 3층에 각기 설치된 1기둥과 1기둥, 2기둥과 2기둥 이 네 기둥 사이에 있는 사각형의 공간 위로 2층과 3층이 동일하게 1기둥과 1기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로, 2기둥과 2기둥 사이의 작은 기둥 위에서 작은 기둥 위로 각기 설치된 회전중심축과;

   상기 내용 중 삼 층의 작은 기둥들 위에 설치된 제자리 회전 가능하게 끼워진 회전중심축들의 중간 부분에 벨트형 물받이와의 공회전 방지 기어가 바깥면에 두세 줄 달려있는 기다란 원통이 위치하고 그 양측으로 그보다 조금 작은 정도의 직경을 가진 중간띄움칸과 거기에 외곽이 기어로 되어 있는 동력전달판이 양측으로 평형을 이루면서 붙혀져 전체적으로 일체형을 이루면서 설치가 되는 두 상부 원통형 회전체와;

   상기 이층의 작은 기둥들 위에 설치된 회전중심축들에 제자리 가능하게 끼워진 전체적으로 원통형으로만 이루어져 있고 두 상부 원통형 회전체의 가운데 부분과 같은 직경에 같은 길이에 같은 수직선상에 위치하게 되는 두 하부 원통형 회전체와;

   상기 상부 원통형 회전체와 하부 원통형 회전체 두 회전체의 중간 부분의 원통형 회전체만을 전체적으로 감싸고 최대유효낙차고 내의 벨트형 물받이에 실려 있는 물의 모든 위치에너지가 전부 다 활용 가능토록 길게 회전할 수 있게 설치되는 외 측에 횡으로 물받이가 많이 달려서 가능한 한 많은 물을 담을 수 있도록 되어 있고 물받이 양쪽 가장자리에 옆판이 직각으로 세워져서 물이 밖으로 쉽게 흘러 넘치지 못하게 하고 아래와 위의 옆판과 옆판이 서로 겹쳐진 상태로 각기 움직일 수 있도록 되어 있어서 상부 원통형 회전체나 하부 원통형 회전체에 접촉되는 곡선부에서도 원활하게 움직임이 가능하고 두 수차의 벨트형 물받이의 외곽부분이 아주 근접되도록 대칭으로 설치가 되는 무한궤도 형태의 두 벨트형 물받이와;

   중 상부 원통회전체의 양쪽 중간띄움칸 바깥으로 이웃하고 있는 수차나 다른 곳으로의 동력 전달이 용이하고 두 수차의 회전력이 하나가 되도록 이웃 수차와 기아로 서로 맞물리게 설치가 되는 두 수차의 네 동력전달판과;

   한쪽은 동력전달판에 달려 있는 기어에 밑으로부터 위로 탄성을 받으면서 수차동력전달기어로 맞물려 있고 다른 반대쪽은 소정의 길이만큼 떨어진 상태에서 일정한 높이로 케이싱에 의한 지지브래킷에 약간의 회전 가능하게 고정되어 클러치 부재와 회전축으로 연결이 되어 있는 수차당 두 개씩 달려 있는 동력전달부재와;

   상기 동력전달부재에서 동력전달판과 접촉되어 있는 쪽의 반대편에 위치한 회전 중심축의 다른 한 부분에 결합 되어 있는 수차 측에서 전해지는 회전력을 주동력샤프트에 전달하기도 하고 수차의 고장이나 수리시 주동력 샤프트 측 기어만 공회전할 수도 있도록 되어 있는 회전력 전달 기능과 차단 기능이 있는 클러치부재와;

   가운데든 어느 한쪽이든 댐 외 측 일정높이에 설치되어 있는 발전기(Generator)에 맞물려 제자리 회전될 수 있고 전체적으로 일직선으로 되어 있으면서 각 수차의 클러치 외부기어와 주동력 샤프트에 고정결합되어 기어들이 서로 맞물려져서 동력을 전달받을 수 있도록 되어 있는 주동력 샤프트와;

   원통형으로 생긴 두 수차가 서로 대칭해서 이웃하게 됨으로서 가운데 쪽에 생기게 되는 골짜기의 양측을 수차의 상단부분까지 물이 차도 옆으로 흘러넘치지 않도록 막아주는 역할과 그곳에서 어쩔 수 없이 새어나오는 물을 한쪽으로 모아서 배수해 주도록 되어 있는 상부 수차 옆물막이와;

   상부 수차 옆물막이의 하중을 지탱하기도 하면서 전동장치가 달려있어 상부 수차 옆물막이를 아래 위나 옆으로 일정간격만큼 이동 가능하게 해주는 상부 수차 옆물막이 지지대와;

   대칭으로 이웃하고 있는 연합수차의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으로부터 밑으로 드리워져서 물받이에 물이 실리도록 되어 있는 벨트형 물받이의 아랫부분들이 물받이에 실린 물의 무게로 해서 서로 간격이 벌어지지 않도록 그 간격을 일정하게 지탱하고 조정할 수 있도록 되어 있는 이층과 삼 층에 걸쳐서 가로세로로 일정한 간격으로 설치되어 있는 롤러 형태로 된 하중을 상,하부 수차옆물막이 지지대에 의지토록 되어 있는 간격조정이 가능한 간격조정대와;

   두 수차들의 밑으로 드리워져 있는 벨트형 물받이에 실려 있는 물이 가능한 한 옆으로 세어나오지 못하도록 하고 또 새어나온 물이 엉뚱한 곳으로 흩어지지 않게 막아서 밑으로 배수될 수 있도록 해주면서 옆으로 일정거리 간격조정이 가능하도록 전동장치가 되어 있는 하부 수차 옆물막이와;

   이층과 삼 층 사이에 설치되어서 간격조정대와 하부 수차옆물막이의 하중을 지탱도 하고 지지도 해주면서 전동장치가 달려 있어서 하부 수차옆물막이와 간격조정대를 조정할 수 있도록 해주는 하부 수차옆물막이 지지대와;

   수차와 벨트형 물받이가 공회전이 되어서 수차에서 얻어지는 회전력이 손실이 생기지 않도록 공회전을 방지해주는 공회전 방지기어와;

   제1수차와 제2수차의 상, 하부 원통형 회전체와 벨트형 물받이, 상부 옆물막이와 그 지지대, 하부 옆물막이와 그 지지대, 간격조정대, 동력전달판들이 유기적으로 결합이 되어서 두 수차에서 발생이 되는 회전력이 하나로 합해지도록 되어 있는 연합수차와;

   원통형으로 생긴 두 수차가 이웃함으로서 생기게 되는 두 수차의 가운데 골짜기 직 상방향에 위치해서 수차수로로부터 흘러들어오는 물을 두 수차들의 가운데 골짜기로 정확하고 일정하게 흘려 넣어주게 되어 있는 물내림기 등이 적절하게 조합이 되어 위치에너지를 가진 물을 이용한 전력발생이 가능한 회전력을 얻을 수 있도록 되어 있는 수력발전시스템
2. 제 1 항에 있어서

   가능한 한 많은 물을 실어서 가장 큰 하중을 얻고 그러므로서 가장 강력한 회전력을 얻을 수 있도록 많은 물받이가 달려있는 무한궤도 형태의 벨트형 물받이와;

   벨트형 물받이 안쪽에서 벨트형 물받이에 실린 물의 하중을 감당하면서 다른 곳으로 회전력을 전달하거나 이용할 수 있는 구조로 되어 있는 기존 하나의 형태로 된 수차와는 확연히 구분되는 벨트형 수차에 있어서의 가장 중요한 두 가지 구성품 중의 하나인 상,하부 원통형 회전체와;

   윗 물받이와 아래 물받이 사이에 생기게 되는 빈 공간에까지 물을 담기 위해서 길 게 밑으로 늘어지게 되어 있는 무한궤도 형태의 벨트형 물받이와 근접해서 물받이의 수평경계 위쪽에 실려 있는 물이 그냥 밖으로 쏟아지지 않도록 두 수차가 서로 벽의 역할을 해주게 대칭으로 설치가 되는 연합수차와;

   상기 똑같은 크기와 형태의 두 개의 수차가 다른 곳으로의 회전력의 전달이 용이하고 두 수차의 회전력이 하나가 되도록 기어로 맞물려진 회전체와 벨트형 물받이라는 이원체제의 수차로 이루어져 있는 발전시스템.
3. 제 1 항에 있어서

   원통형으로 생긴 두 수차가 서로 이웃함으로서 가운데 쪽에 생기게 되는 골짜기의 양측을 수차의 상단부분까지 물이 차도 옆으로 흘러넘치지 않도록 막아주는 역할과 그곳에서 어쩔 수 없이 새어나오는 물을 한쪽으로 모아서 배수해 주도록 되어 있는 상부 수차 옆물막이와;

   상부 수차 옆물막이의 하중을 지탱하면서 전동장치가 달려있어 상부 수차 옆물막이를 아래 위나 옆으로 일정간격만큼 이동 가능하도록 전동장치가 달려 있는 상부 수차 옆물막이 지지대와;

   맞닿아 있는 두 수차들의 밑으로 드리워져 있는 벨트형 물받이에 실려 있는 물이 가능한 한 옆으로 세어나오지 못하도록, 또 새어나온 물이 엉뚱한 곳으로 흩어지지 않도록 막아서 밑으로만 배수될 수 있도록 되어 있고 하부 수차 옆물막이 지지대에 설치되어 있는 전동장치에 의해서 두 수차의 벨트형 물받이 옆면에 붙었다, 떨어졌다 할 수 있도록 되어 있는 하부 수차 옆물막이와;

   이층과 삼층 사이에 설치되어서 간격조정대와 하부 수차 옆물막이의 하중을 지탱도 하고 지지도 해주면서 전동장치가 달려 있어서 하부 수차 옆물막이와 간격조정대를 조정할 수 있도록 해주는 하부 수차 옆물막이 지지대로 이루어져 있는 수력발전시스템.
4. 제 1항에 있어서

   이웃하고 있는 연합수차의 두 벨트형 물받이의 외곽부분이 서로 맞닿게 되는 곳으로부터 밑으로 드리워져서 물받이에 물이 실리도록 되어 있는 벨트형 물받이의 아랫부분들이 물받이에 실린 물의 무게로 해서 서로 간격이 벌어지지 않도록 그 간격을 일정하게 지탱하고 조정할 수 있도록 되어 있는 이층과 삼 층에 걸쳐서 여러 개 달려 있는 하중을 상, 하부 수차 옆물막이 지지대에 의지토록 되어 있는 좌우로 어느 정도 간격조정을 할 수 있도록 전동장치가 달려있는 두 수차의 물받이 뒤쪽을 받치도록 되어 있는 간격조정대로 이루어져 있는 수력발전시스템.
5. 제 1 항에 있어서

   연합으로 설치된 두 수차에서 안쪽의 상부회전체와 바깥쪽의 벨트형 물받이가 서로 공회전하지 못하게 공회전을 방지해주는 역할을 하게 되는 동력전달판이 달려 있는 원통형회전체에 공회전방지기어가 설치되어 있는 수력발전시스템.

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