KR20100063895A - 수차식 수력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차(水車)식으로 작동되어 전력에너지를 얻는 수력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일측끝단 에 구동기어가 일체로 형성된 회전샤프트가 구비되어 있고 상기 회전샤프트의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개는 복수개의 날개판이 경첩부에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부와, 상기 회전샤프트의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축이 구비되어 있고 상기 중심축의 양측끝단에는 각각 부유수단이 고정체결되어 있어 상기 수차부가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 되어 있으며 상기 부유수단의 상면부에는 상기 회전샤프트의 구동기어와 기어물림된 상태로 수차부로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단이 구비되어 있는 부유발전부와, 상기 각 부유수단의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 부유수단이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대가 구비되어 있고 상기 수직대의 상부에는 수직대 사이를 연결고정하는 수평연결대가 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 수직대의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부의 위치 및 방향을 고정지지하는 고정지지체가 구비되어 있는 고정지지부로 구성된 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치에 관한 것이다.
수차식 수력발전장치, 수차부, 수차날개, 부유발전부, 부유수단, 발전수단, 고정지지부

Description

수차식 수력발전장치{A waterpower generator of a waterwheel type}
본 발명은 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차(水車)식으로 작동되어 전력에너지를 얻는 수력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일측끝단 에 구동기어가 일체로 형성된 회전샤프트가 구비되어 있고 상기 회전샤프트의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개는 복수개의 날개판이 경첩부에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부와, 상기 회전샤프트의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축이 구비되어 있고 상기 중심축의 양측끝단에는 각각 부유수단이 고정체결되어 있어 상기 수차부가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 되어 있으며 상기 부유수단의 상면부에는 상기 회전샤프트의 구동기어와 기어물림된 상태로 수차부로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단이 구비되어 있는 부유발전부와, 상기 각 부유수단의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 부유수단이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대가 구비되어 있고 상기 수직대의 상부에는 수직대 사이를 연결고정하는 수평연결대가 일체로 고정 부착되어 있으며 상기 각 수직대의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부의 위치 및 방향을 고정지지하는 고정지지체가 구비되어 있는 고정지지부로 구성된 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력에너지를 생산하는 방법으로 석유나 석탄 등의 화석연료를 이용한 화력발전과 우라늄이나 플루토늄 등의 핵연료를 이용한 원자력발전이 현재 가장 많은 전력에너지를 생산하는 방법으로 전세계적으로 사용되고 있으나 상기와 같은 화력발전과 원자력발전은 지구온실화, 지하자원의 고갈, 핵폐기물처리, 방사능유출과 같은 각종 심각한 환경문제 등을 유발하여 차세대 에너지원으로서 그 효용가치가 점차적으로 감소하고 있다.
반면, 바람의 힘을 이용한 풍력발전, 물의 힘을 이용한 수력발전, 조수간만의 차를 이용한 조력발전, 태양에너지를 이용한 태양광 및 태양열발전은 친환경적이면서 인체에 무해한 자연에너지를 이용하여 전력에너지를 얻기 위한 방법들로 현재 차세대 에너지원으로 크게 각광받고 있다.
이러한 차세대 에너지원 중 수력발전장치나 조력발전장치의 경우에는 삼면이 바라도 둘러싸인 우리나라의 입지조건으로 볼 때 이용이 가장 용이하고 유지비 및 설비비가 가장 적게 들며 안정적인 에너지자원으로 활용될 수 있는데, 특히 조수간 만의 차가 큰 서해안에 조력발전시설을 하기 위한 사업이 국가적인 차원에서 추진되고 있으나, 이러한 일반적인 조력발전시설의 경우에는 대규모의 설비가 필요하고 그 시공을 위한 막대한 비용이 소요되며 시공기간이 길어 일반 가정이나 소규모기업 등에서는 이러한 대규모 조력발전시설을 가정용이나 기업용의 소규모 발전설비 또는 예비 전력공급설비로 적용하여 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강이나 바닷가 등에 소규모 발전장치로 간단하게 설치되어 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차부가 회전되면서 회전에너지를 전력에너지로 전환하도록 되어 있되 상기 수차부의 양측에 각각 설치되는 한쌍의 부유수단에 의해 수차부가 수면위에 항상 일정높이를 유지한 상태로 부유되면서 수차(水車)식으로 작동되어 원활한 전력생산이 가능하고 밀물과 썰물에 따른 조수간만의 차나 수량변화에 따른 수면의 변화시에도 고정지지부의 수직대를 따라 부유수단이 가이드되면서 자연적으로 상하 승강작동되도록 되어 있어 강한 파도나 물결 등에도 안정적으로 지지되면서 발전되도록 하며, 또한 상기 수차부에는 관절식으로 접철되는 다수개의 수차날개가 구비되어 있어 수차부의 회전시 수력이 가해지는 수차날개는 펼쳐진 상태로 면적이 최대화되고 수력이 가해지지 않는 수차날개는 접혀져 물과의 마찰저항이 최소화되면서 펼쳐진 쪽으로 무게중심이 편중되어 더욱 원활한 회전이 이루어지도록 하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 일측끝단에 구동기어가 일체로 형성된 회전샤프트가 구비되어 있고 상기 회전샤프트의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개는 복수개의 날개판이 경첩부에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부와, 상기 회전샤프트의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축이 구비되어 있고 상기 중심축의 양측끝단에는 각각 부유수단이 고정체결되어 있어 상기 수차부가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 되어 있으며 상기 부유수단의 상면부에는 상기 회전샤프트의 구동기어와 기어물림된 상태로 수차부로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단이 구비되어 있는 부유발전부와, 상기 각 부유수단의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 부유수단이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대가 구비되어 있고 상기 수직대의 상부에는 수직대 사이를 연결고정하는 수평연결대가 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 수직대의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부의 위치 및 방향을 고정하는 고정지지체가 구비되어 있는 고정지지부로 구성된 것에 본 발명의 특징이 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 강이나 바닷가 등에 소규모 발전장치로 간단하게 설치되어 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차부가 회전되면서 회전에너지를 전력에너지로 전환하도록 되어 있되 상기 수차부의 양측에 각각 설치되는 한쌍의 부유수단에 의해 수차부가 수면위에 항상 일정높이를 유지한 상태로 부유되면서 수차(水車)식으로 작동되어 원활한 전력생산이 이루어지도록 할 수 있고 밀물 과 썰물에 따른 조수간만의 차나 수량변화에 따른 수면의 변화시에도 고정지지부의 수직대를 따라 부유수단이 가이드되면서 자연적으로 상하 승강작동되도록 되어 있어 강한 파도나 물결 등에도 안정적으로 지지되면서 발전되도록 할 수 있으며, 또한 상기 수차부에는 관절식으로 접철되는 다수개의 수차날개가 구비되어 있어 수차부의 회전시 수면위에서 수면아래쪽으로 회전되는 수차날개는 그 하중에 의해 자연적으로 펼쳐지면서 전방에서 가해지는 수력에 의해 완전히 펼쳐져 물과 맞닿는 면적이 최대화되고 수면아래에서 수면위쪽으로 회전되는 수차날개는 그 하중에 의해 자연적으로 접혀지면서 물과 맞닿는 면적이 최소화되어 펼쳐진 쪽으로 무게중심이 편중되어 더욱 원활한 회전이 이루어질 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수차식 수력발전장치(1)는 도 1 내지 10에 도시된 바와 같이 강이나 바닷가 등에 소규모 발전장치로 간단하게 설치되어 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차(水車)식으로 회전되면서 회전에너지를 전력에너지로 전환하도록 되어 있는 것으로, 일측끝단에 구동기어(3)가 일체로 형성된 회전샤프트(4)가 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개(6)는 복수개의 날개판(7)이 경첩 부(8)에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트(4)의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부(2)와, 상기 회전샤프트(4)의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축(16)이 구비되어 있고 상기 중심축(16)의 양측끝단에는 각각 부유수단(17a)(17b)이 고정체결되어 있어 상기 수차부(2)가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축(16)을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 하며 상기 부유수단(17a)의 상면부에는 상기 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림된 상태로 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단(20)이 구비되어 있는 부유발전부(15)와, 상기 각 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 부유수단(17a)(17b)이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대(27a)(27b)가 구비되어 있고 상기 수직대(27a)(27b)의 상부에는 수직대(27a)(27b) 사이를 연결고정하는 수평연결대(28)가 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 수직대(27a)(27b)의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부(15)의 위치 및 방향을 고정지지하는 고정지지체(29a)(29b)가 구비되어 있는 고정지지부(26)로 구성되어 있다.
상기 수차부(2)는 도 1 내지 7에 도시된 바와 같이 상기 부유발전부(15)에 의해 수면위에서 일정높이로 부유되면서 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차식으로 회전되는 부분으로, 일측끝단에 구동기어(3)가 일체로 형성된 회전샤프트(4)가 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)는 내부가 빈 파이프형상으로 내측 가운데부분에는 상기 부유발전부(15)의 중심축(16)이 관통 개재(介在)되도록 되어 있어 상기 중심축(16)을 축으로 하여 회전가능하도록 되어 있으며 상기 회전샤프트(4)의 내부 양측에는 각각 베어링(5)이 삽입 개재되어 있고 상기 베어링(5)의 중심부를 중심축(16)이 관통된 상태로 개재되어 회전샤프트(4)가 더욱 원활하게 회전되도록 되어 있으며, 상기 회전샤프트(4)의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있고 도 5 및 7에 도시된 바와 같이 상기 다수개의 수차날개(6) 중 하부에 위치되는 수차날개(6)는 수중에 잠겨지도록 되어 있으며 상부에 위치되는 수차날개(6)는 수면위에 위치되도록 되어 있어 조류나 파도 또는 물결 등의 수력이 가해지는 방향으로 위치된 수차부(2)가 자연적으로 수력에 의해 수차(水車)식으로 회전되면서 이 때 상기 회전샤프트(4)의 회전에 따라 발생되는 회전에너지가 상기 부유발전부(15)에 구비된 발전수단(20)을 발전시켜 전력에너지를 발생시키도록 되어 있다.
또한, 상기 회전샤프트(4)의 일측끝단에 형성된 구동기어(3)는 도 2 및 4, 5, 7에 도시된 바와 같이 상기 발전수단(20)에 구비된 피동기어(23)와 기어물림되어 있어 상기 발전수단(20)의 발전기(21)로 회전력을 전달하도록 되어 있되, 상기 피동기어(23)는 구동기어(3)보다 직경이 작은 소(小)기어로 되어 있어 상기 구동기어(3)가 1회전시 피동기어(23)는 수차례회전되어 상기 발전기(21)로 더욱 빠른 회전이 전달되도록 되어 있다.
상기 각 수차날개(6)는 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 복수개의 날개판(7)이 경첩부(8)에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트(4)의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있어 상기 다수개의 수차날개(6)가 관절식으로 차례로 접철되면서 수차부(2)의 회전시 수면위에서 수면아래쪽으로 회전되는 수차날개(6)는 그 하중에 의해 자연적으로 펼쳐지면서 전방에서 가해지는 수력에 의해 완전히 펼쳐져 물과 맞닿는 면적이 최대화되고 수면아래에서 수면위쪽으로 회전되는 수차날개(6)는 수력이 더이상 가해지지 않은 상태로 그 하중에 의해 자연적으로 접혀지면서 물과 맞닿는 면적이 최소화되어 펼쳐진 쪽으로 무게중심이 편중되면서 더욱 원활한 회전이 이루어지도록 되어 있다.
또한, 상기 각 수차날개(6)는 도 3에 도시된 바와 같이 각 날개판(7)의 좌우양측면에 각각 측면판(9a)(9b)이 일체로 고정부착되어 있어 각 날개판(7)에 가해지는 수력이 최대한 집중되도록 되어 있으며 상기 각 측면판(9a)(9b)은 측면판(9a)(9b)끼리 인접되는 끝단부분의 상,하부 모서리부분이 각각 소정의 각도로 경사진 경사면(10a)(10a')와 경사면(10b)(10b')을 형성하고 있어 각 수차날개(6)의 회전에 따라 각 경첩부(8)를 축으로 날개판(7)이 펼쳐지는 경우에는 상기 측면판(9a)(9b)의 하부 모서리부분에 형성된 경사면(10b)(10b')이 서로 맞닿아 상기 수차날개(6)가 일자형으로 완전히 펼쳐진 상태를 유지하도록 되어 있으며 각 경첩부(8)를 축으로 날개판(7)이 접혀지는 경우에는 상기 측면판(9a)(9b)의 상부 모서리부분에 형성된 경사면(10a)(10a')이 서로 맞닿아 상기 수차날개(6)가 소정의 각도로 절곡된 상태를 유지하도록 되어 있다.
또한, 상기 각 수차날개(6)는 가장 선단부에 위치된 날개판(7)의 하면부에 일정각도로 하향 경사지게 보조판(11)이 일체로 고정부착되어 있어 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 상기 날개판(7)과 함께 "ㅅ"자형상을 이루도록 되어 있으며 상기 보조판(11)은 각 수차날개(6)가 수면위에서 수면아래쪽으로 회전시 가장 먼저 입수되면서 전방에서 가해지는 수력에 의해 수차날개(6)를 수면아래쪽으로 강하게 끌어내리는 역할을 수행하도록 되어 있고 이에 따라 약한 수력이 가해질 경우에도 수차부(2)가 원활하게 회전되도록 되어 있으며, 상기 보조판(11)의 좌우 양측면에는 보조측면판(12a)(12b)이 고정부착되어 있어 가해지는 수력이 보조판(11)에 집중되도록 되어 있다.
한편, 상기 각 수차날개(6)는 도 6에 도시된 바와 같이 각 날개판(7)의 후면부 및 보조판(11)의 후면부에 하나 또는 복수개의 보강대(13)(13')가 고정부착되어 있고 각 날개판(7) 및 보조판(11)의 보강대(13)(13')는 서로 일렬로 위치되도록 되어 있어 수차날개(6)가 완전히 펼쳐진 상태에서 최선단에 위치된 날개판(7)을 제외한 서로 인접되는 각 날개판(7)의 보강대(13)의 끝단끼리 서로 맞닿고 이와 함께 중간에 위치된 날개판(7)의 보강대(13)와 보조판(11)의 보강대(13') 끝단끼리 서로 맞닿아 지지하면서 강한 수력이 가해지는 경우에도 수차날개(6)가 뒤쪽으로 꺽이거나 휘어지는 것을 방지하도록 되어 있고, 상기 각 측면판(9a)(9b)은 측면판(9a)(9b)끼리 인접되는 끝단부분의 내측면 상부 모서리부분에 각각 보강돌 기(14a)(14a')와 보강돌기(14b)(14b')가 고정부착되어 있어 수차날개(6)의 회전에 따라 각 경첩부(8)를 축으로 각각의 날개판(7)이 접혀지는 경우 인접되는 보강돌기(14a)(14b)와 보강돌기(14a')(14b')가 서로 맞닿아 지지하면서 강한 수력이 가해지는 경우에도 각 날개판(7)이 안정적으로 절곡된 상태를 유지하도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 수차부(2)는 도 8에 도시된 바와 같이 회전샤프트(4)의 일측 외주면에 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있고 상기 다수개의 수차날개(6)와 근접된 회전샤프트(4)의 타측 외주면에 다른 다수개의 수차날개(6')가 방사상으로 고정부착되어 있어 상기 수차부(2)가 더욱 많은 수력에너지를 받아 큰 회전력을 얻도록 할 수 있다.
상기 부유발전부(15)는 도 1, 2, 4, 5, 7에 도시된 바와 같이 수차부(2)가 수면위에 항상 일정높이를 유지한 상태로 부유되도록 하면서 상기 수차부(2)로부터의 회전에너지를 전력에너지로 전환하는 부분으로, 상기 회전샤프트(4)의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축(16)이 구비되어 있고 상기 중심축(16)의 양측끝단에는 각각 내부가 빈 통형상의 부유수단(17a)(17b)이 고정체결되어 있어 상기 수차부(2)가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축(16)을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 되어 있되, 상기 중심축(16)의 양측끝단에는 숫나사부가 형성되어 있어 상기 부유수단(17a)(17b)의 상면부 가운데부분에 고정장착된 브라켓(18a)(18b)의 고정홀(19a)(19b)에 나사체결식으로 고정체결되도록 되어 있거나 또는 상기 중심축(16)의 양측끝단이 상기 브라켓(18a)(18b)의 고정홀(19a)(19b)에 끼움결합된 상태에서 용접부착되어 회전되지 않게 일체로 고정되도록 되어 있어 고정된 상기 중심축(16)을 축으로 하여 그 외주면에 끼움결합된 수차부(2)가 용이하게 회전되도록 되어 있고, 상기 부유수단(17a)은 상면부에 상기 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림된 상태로 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단(20)이 구비되어 있다.
상기 발전수단(20)은 도 1, 2, 4, 5에 도시된 바와 같이 상기 부유수단(17a)의 상면부에 고정설치된 통상의 발전기(21)가 구비되어 있고 상기 발전기(21)의 축에는 회전력을 일정비율로 증가시키는 통상의 가속기어장치(22)가 설치되어 있으며 상기 가속기어장치(22)의 축에는 피동기어(23)가 고정부착되어 있고 상기 피동기어(23)는 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림되어 있어 상기 수차부(2)의 회전에 따라 피동기어(23)가 기어물림식으로 회전되고 상기 가속기어장치(22)가 피동기어(23)로부터의 회전력을 일정비율로 증가시켜 상기 발전기(21)가 고속으로 회전되면서 더욱 효율적으로 전력에너지를 발생시키도록 되어 있다.
또한, 상기 피동기어(23)는 구동기어(3)보다 직경이 작은 소(小)기어로 되어 있어 상기 구동기어(3)가 1회전시 피동기어(23)는 수차례회전되어 상기 발전기(21)로 더욱 빠른 회전이 전달되도록 되어 있으며, 상기 발전기(21)는 통상의 축전장치(도시하지 않음) 등과 연결되어 있어 발전된 전력에너지를 저장하여 사용하도록 되어 있다.
한편, 상기 부유수단(17a)(17b)은 도 1 및 2, 7에 도시된 바와 같이 상면부에 부유수단(17a)(17b)을 개폐하는 마개(24)가 구비되어 있어 내부에 일정량의 물을 충진하여 상기 수차부(2)가 원활히 회전되면서 가장 큰 수력을 받도록 수면에 부유되는 높낮이를 조절하도록 되어 있으며, 상기 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에는 가이드관(25)이 수직으로 세워진 상태로 고정부착되어 있고 상기 가이드관(25)의 내측에는 고정지지부(26)의 수직대(27a)(27b)가 각각 수직으로 세워진 상태로 관통 개재되어 있어 수면의 높이변화시 상기 부유수단(17a)(17b)이 수직대(27a)(27b)를 따라 안정적으로 상하 승강되도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 부유수단(17a)(17b)은 도 9에 도시된 바와 같이 상면부에 각각 발전수단(20)(20')이 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)의 좌우양측끝단에는 각각 구동기어(3)(3')가 형성되어 있어 상기 회전샤프트(4)의 구동기어(3)(3')와 좌우 양측의 부유수단(17a)(17b)에 구비된 각각의 발전수단(20)(20')이 기어물림된 상태로 상기 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 각각 발전되도록 할 수 있다.
상기 고정지지부(26)는 도 1, 2, 4, 5, 7에 도시된 바와 같이 밀물과 썰물에 따른 조수간만의 차나 수량변화에 따른 수면의 변화시 상기 부유수단(17a)(17b)이 자연적으로 승강작동되어 강한 파도나 물결 등에도 안정적으로 지지되면서 발전되 도록 하는 부분으로, 상기 각 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에 수직으로 구비된 가이드관(25)의 내측에 삽입 개재되어 각 부유수단(17a)(17b)이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대(27a)(27b)가 구비되어 있고 상기 수직대(27a)(27b)는 하부가 수중에 잠긴상태로 위치되고 상부는 수면위로 돌출되게 세워진 상태로 상부에는 수직대(27a)(27b) 사이를 연결고정하는 수평연결대(28)가 일체로 고정부착되어 있어 상기 부유수단(17a)(17b)이 일정하게 간격을 유지하도록 되어 있으며 각 수직대(27a)(27b)의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태에서 상기 부유발전부(15)의 위치 및 방향을 고정지지하는 고정지지체(29a)(29b)가 일체로 구비되어 있다.
상기 고정지지체(29a)(29b)는 하중이 큰 석재나 콘크리트재질로 되어 있어 큰 파도나 물결에 의해 상기 고정지지부(26) 및 부유발전부(15)가 틀어져 위치변경되거나 유실되지 않고 전체 수력발전장치(1) 가 안정적으로 세워진 상태를 유지하도록 되어 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수차부(2)의 회전샤프트(4) 좌우 양측끝단에 구동축(30a)(30b)이 일체로 돌출형성되어 있어 상기 구동축(30a)(30b)이 수차부(2)와 함께 일체로 회전구동되고 상기 구동축(30a)의 일측 끝단에는 직접 발전수단(20)이 연결되어 발전되도록 할 수 있는데, 이 경우에는 좌우 양측끝단에 각각 구동축(30a)(30b)이 일체로 돌출형성된 회전샤 프트(4)가 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)에는 구동기어(3)가 형성되어 있지 않으며 상기 구동축(30a)(30b)의 끝단은 부유수단(17a)(17b)의 상면부에 고정부착된 브라켓(18a)(18b)에 각각 회전가능하게 관통 개재되어 있으며 상기 일측의 구동축(30a)에는 수차부(2)로부터의 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단(20)이 연결되어 있되 상기 발전수단(20)은 부유수단(17a)의 상면부에 고정설치된 발전기(21)가 구비되어 있고 상기 발전기(21)의 축에는 통상의 가속기어장치(22)가 설치되어 있으며 상기 가속기어장치(22)의 축에는 브라켓(18a)을 관통한 구동축(30a)이 연결되어 있어 수차부(2)의 회전에 따라 구동축(30a)이 회전되고 상기 가속기어장치(22)가 구동축(30a)으로부터의 회전속도를 일정비율로 증가시켜 상기 발전기(21)가 고속으로 회전되면서 더욱 효율적으로 전력에너지를 발생시키도록 되어 있다.
이하 본 발명에 따른 작용은 다음과 같다.
본 발명에 따른 수차식 수력발전장치(1)를 강이나 바닷가 등에 설치하여 조류나 파도 또는 물결 등의 수력에 의해 수차(水車)식으로 회전되면서 회전에너지를 전력에너지로 전환하여 발전되도록 하되, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 고정지지부(26)의 수직대(27a)(27b) 하부에 구비된 고정지지체(29a)(29b)를 설치될 강이나 바닷가의 수중 바닥면에 위치시켜 안정적으로 지지되도록 하고 수면의 높이변화시 상기 수직대(27a)(27b)를 따라 상하 승강되는 상기 부유발전부(15)의 부유수단(17a)(17b) 내부에 일정량의 물을 충진하여 상기 부유수단(17a)(17b) 사이에 설치되는 수차부(2)가 수면과 일정한 높이를 유지한 상태로 부유되도록 하며 상기 수 차부(2)는 조류나 파도 또는 물결이 진행되는 방향에 맞게 위치하여 수력에 의해 자연스럽게 수차(水車)식으로 회전되도록 한다.
상기와 같이 수력에 의해 수차부(2)가 회전구동시 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수차부(2)의 회전샤프트(4) 외주면에 방사상으로 고정부착된 다수개의 수차날개(6)는 경첩부(8)에 의해 일렬로 연결된 복수개의 날개판(7)이 관절식으로 상기 회전샤프트(4)의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있어 상기 다수개의 수차날개(6)가 관절식으로 차례로 접철되면서 수면위에서 수면아래쪽으로 회전되는 수차날개(6)는 그 하중에 의해 자연적으로 펼쳐지면서 전방에서 가해지는 수력에 의해 일자형으로 완전히 펼쳐져 물과 맞닿는 면적이 최대화되고 수면아래에서 수면위쪽으로 회전되는 수차날개(6)는 수력이 더이상 가해지지 않은 상태로 그 하중에 의해 자연적으로 접혀지면서 물과 맞닿는 면적이 최소화되어 펼쳐진 쪽으로 무게중심이 편중되면서 더욱 원활한 회전이 이루어지며, 상기 각 수차날개(6)의 가장 선단부에 위치된 날개판(7)의 하면부에 일정각도로 하향 경사지게 고정부착된 보조판(11)이 각 수차날개(6)가 수면위에서 수면아래쪽으로 회전시 가장 먼저 입수되면서 수력에 의해 수차날개(6)를 수면아래쪽으로 강하게 끌어내려 약한 수력이 가해질 경우에도 수차부(2)가 원활하게 회전한다.
상기와 같이 수차부(2)가 수력에 의해 회전되면 상기 부유수단(17a)의 상면부에 구비된 발전수단(20)이 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림된 상태로 수 차부(2)로부터 회전력을 전달받아 발전되는데, 상기 발전수단(20)에 구비된 피동기어(23)가 구동기어(3)와 기어물림식으로 회전되고 상기 피동기어(23)와 연결된 가속기어장치(22)가 피동기어(23)로부터의 회전속도를 증가시켜 상기 가속기어장치(22)와 연결된 발전기(21)가 고속으로 회전되면서 더욱 효율적으로 전력에너지를 발생시키게 되며, 이때 상기 피동기어(23)는 구동기어(3)보다 직경이 작은 소(小)기어로 되어 있어 상기 구동기어(3)가 1회전시 피동기어(23)는 수차례회전되어 상기 발전기(21)로 더욱 빠른 회전이 전달되며 상기 발전기(21)는 통상의 축전장치(도시하지 않음) 등과 연결되어 있어 발전된 전력에너지를 저장하여 사용하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치의 분해상태를 도시한 사시개략도
도 2는 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치의 조립상태를 도시한 사시개략도
도 3은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치에서 수차부의 사시개략도
도 4는 도 2의 A-A'선의 단면개략도
도 5는 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치가 강이나 바닷가에 설치되어 수력에 의해 수차식으로 회전되는 상태의 단면개략도
도 6은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치에서 수차부의 다른 실시예를 나타낸 사시개략도
도 7은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치가 강이나 바닷가에 설치되어 수력에 의해 수차식으로 회전되는 상태의 사시개략도
도 8은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치의 다른 실시예를 나타낸 사시개략도
도 9는 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치의 부유수단에 각각 발전수단이 구비되어 수차부의 좌우양측에서 각각 발전되는 상태의 사시개략도
도 10은 본 발명에 따른 수차식 수력발전장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시개략도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1. 수차식 수력발전장치 2. 수차부
3, 3'. 구동기어 4. 회전샤프트
5. 베어링 6, 6'. 수차날개
7. 날개판 8. 경첩부
9a, 9b. 측면판 10a, 10a', 10b, 10b'. 경사면
11. 보조판 12a, 12b. 보조측면판
13, 13'. 보강대 14a, 14a', 14b, 14b'. 보강돌기
15. 부유발전부 16. 중심축
17a, 17b. 부유수단 18a, 18b. 브라켓
19a, 19b. 고정홀 20, 20'. 발전수단
21. 발전기 22. 가속기어장치
23. 피동기어 24. 마개
25. 가이드관 26. 고정지지부
27a, 27b 수직대 28. 수평연결대
29a, 29b. 고정지지체 30a, 30b. 구동축

Claims (10)

  1. 일측끝단에 구동기어(3)가 일체로 형성된 회전샤프트(4)가 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개(6)는 복수개의 날개판(7)이 경첩부(8)에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트(4)의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부(2)와, 상기 회전샤프트(4)의 가운데부분에 관통 개재되는 중심축(16)이 구비되어 있고 상기 중심축(16)의 양측끝단에는 각각 부유수단(17a)(17b)이 고정체결되어 있어 상기 수차부(2)가 수면위에 일정높이로 부유되면서 중심축(16)을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 하며 상기 부유수단(17a)의 상면부에는 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림된 상태로 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단(20)이 구비되어 있는 부유발전부(15)와, 상기 각 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 부유수단(17a)(17b)이 수면의 높이변화에 따라 상하 승강가능하도록 지지하는 수직대(27a)(27b)가 구비되어 있고 상기 수직대(27a)(27b)의 상부에는 수직대(27a)(27b) 사이를 연결고정하는 수평연결대(28)가 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 수직대(27a)(27b)의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부(15)의 위치 및 방향을 고정지지하는 고정지지체(29a)(29b)가 구비되어 있는 고정지지부(26)로 구성된 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각 수차날개(6)는 각 날개판(7)의 좌우양측면에 각각 측면판(9a)(9b)이 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 측면판(9a)(9b)은 측면판(9a)(9b)끼리 인접되는 끝단부분의 상,하부 모서리부분이 각각 소정의 각도로 경사진 경사면(10a)(10a')과 경사면(10b)(10b')을 형성하고 있어 각 수차날개(6)의 회전에 따라 각 경첩부(8)를 축으로 날개판(7)이 펼쳐지는 경우에는 상기 측면판(9a)(9b)의 하부 모서리부분에 형성된 경사면(10b)(10b')이 서로 맞닿아 상기 수차날개(6)가 일자형으로 완전히 펼쳐진 상태를 유지하도록 되어 있으며 각 경첩부(8)를 축으로 날개판(7)이 접혀지는 경우에는 상기 측면판(9a)(9b)의 상부 모서리부분에 형성된 경사면(10a)(10a')이 서로 맞닿아 상기 수차날개(6)가 소정의 각도로 절곡된 상태를 유지하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 각 수차날개(6)는 가장 선단부에 위치된 날개판(7)의 하면부에 일정각도로 하향 경사지게 보조판(11)이 일체로 고정부착되어 있으며 상기 보조판(11)은 각 수차날개(6)가 수면위에서 수면아래쪽으로 회전시 먼저 입수되면서 수력에 의해 수차날개(6)를 수면아래쪽으로 강하게 끌어내리도록 되어 있고 상기 보조판(11)의 좌우 양측면에는 보조측면판(12a)(12b)이 고정부착되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 수차부(2)는 회전샤프트(4)의 일측 외주면에 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있되 상기 다수개의 수차날개(6)와 근접된 회전샤프트(4)의 타측 외주면에 다른 다수개의 수차날개(6')가 방사상으로 고정부착되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 중심축(16)은 양측끝단에 숫나사부가 형성되어 있어 상기 부유수단(17a)(17b)의 상면부 가운데부분에 고정장착된 브라켓(18a)(18b)의 고정홀(19a)(19b)에 나사체결식으로 고정체결되도록 되어 있거나 또는 상기 중심축(16)의 양측끝단이 상기 브라켓(18a)(18b)의 고정홀(19a)(19b)에 끼움결합된 상태에서 용접부착되어 회전되지 않게 고정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 발전수단(20)은 부유수단(17a)의 상면부에 고정설치된 통상의 발전기(21)가 구비되어 있고 상기 발전기(21)의 축에는 통상의 가속기어장치(22)가 설치되어 있으며 상기 가속기어장치(22)의 축에는 피동기어(23)가 고정부착되어 있고 상기 피동기어(23)는 회전샤프트(4)의 구동기어(3)와 기어물림되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 구동기어(3)는 발전수단(20)에 구비된 피동기어(23)와 기어물림되어 있어 상기 발전수단(20)의 발전기(21)로 회전력을 전달하도록 되어 있되, 상기 피동기어(23)는 구동기어(3)보다 직경이 작은 소기어로 되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  8. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 부유수단(17a)(17b)은 상면부에 부유수단(17a)(17b)을 개폐하는 마개(24)가 구비되어 있어 내부에 일정량의 물을 충진하여 수면에 부유되는 높낮이를 조절하도록 되어 있으며, 상기 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에는 가이드관(25)이 수직으로 세워진 상태로 고정부착되어 있고 상기 가이드관(25)에는 고정지지부(26)의 수직대(27a)(27b)가 각각 관통 개재되어 있어 수면의 높이변화시 상기 부유수단(17a)(17b)이 수직대(27a)(27b)를 따라 안정적으로 상하 승강되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 부유수단(17a)(17b)은 상면부에 각각 발전수단(20)(20')이 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)의 좌우양측끝단에는 각각 구동기 어(3)(3')가 형성되어 있어 상기 회전샤프트(4)의 구동기어(3)(3')와 좌우 양측의 부유수단(17a)(17b)에 구비된 각각의 발전수단(20)(20')이 기어물림된 상태로 상기 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 각각 발전되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
  10. 좌우 양측끝단에 각각 구동축(30a)(30b)이 일체로 돌출형성된 회전샤프트(4)가 구비되어 있고 상기 회전샤프트(4)의 외주면에는 방사상으로 다수개의 수차날개(6)가 일체로 고정부착되어 있되 상기 각 수차날개(6)는 복수개의 날개판(7)이 경첩부(8)에 의해 일렬로 연결된 상태로 관절식으로 상기 회전샤프트(4)의 회전방향으로는 펼쳐지고 회전반대방향으로는 접혀지도록 되어 있는 수차부(2)와, 상기 회전샤프트(4)의 구동축(30a)(30b) 끝단에 각각 체결되는 부유수단(17a)(17b)이 구비되어 있어 상기 수차부(2)가 수면위에 일정높이로 부유되면서 구동축(30a)(30b)을 축으로 수력에 의해 수차식으로 회전가능하도록 하되 상기 부유수단(17a)(17b)의 상면부에는 브라켓(18a)(18b)이 고정부착되어 있고 상기 구동축(30a)(30b)의 끝단이 각각의 브라켓(18a)(18b)에 회전가능하게 관통 개재되어 있으며 상기 부유수단(17a)의 상면부에는 구동축(30a)의 일측끝단과 연결된 상태로 수차부(2)로부터 회전력을 전달받아 발전되는 발전수단(20)이 구비되어 있는 부유발전부(15)와, 상기 각 부유수단(17a)(17b)의 외측면 가운데부분에 연결장착되어 각 부유수단(17a)(17b)이 수면의 높이변화에 따라 승강가능하도록 지지하는 수직 대(27a)(27b)가 구비되어 있고 상기 수직대(27a)(27b)의 상부에는 수직대(27a)(27b) 사이를 연결고정하는 수평연결대(28)가 일체로 고정부착되어 있으며 상기 각 수직대(27a)(27b)의 하부에는 수중의 바닥면에 가라앉은 상태로 상기 부유발전부(15)의 위치 및 방향을 고정하는 고정지지체(29a)(29b)가 구비되어 있는 고정지지부(26)로 구성된 것을 특징으로 하는 수차식 수력발전장치.
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