KR20100100564A - 부유식 수력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물의 유동에너지를 이용하여 발전하는 수력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중에서 부상할 수 있는 원통체의 외주면에 발전스크루를 나선형으로 환설한 회전체에 물의 유동에너지가 가해지면서 회전력이 유도되는 구조를 가짐에 따라, 수력에너지가 효과적으로 회전체에 전달되어 우수한 발전효율을 달성할 수 있는 수력 발전 장치에 관한 것이다. 이에 따른 본 발명은 수면에서 부상하여 수력에너지를 전기에너지로 변환하는 수력 발전 장치에 있어서, 발전기와 상기 발전기가 수중으로 침강하는 것을 방지하는 부력구가 설치되는 발전본체와; 상기 발전기의 회전축을 회전시킬 수 있도록 중심축이 연결되고 내주면 또는 외주면에 발전스크루가 나선형으로 환설된 원통의 회전체와; 상기 발전본체를 고정구조물과 연결시키는 링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

수력, 발전장치, 발전스크루, 회전체, 부력구

Description

부유식 수력 발전 장치{Hydroelectric power generation using floating body}

본 발명은 물의 유동에너지를 이용하여 발전하는 수력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중에서 부상할 수 있는 원통체의 외주면에 발전스크루를 나선형으로 환설한 회전체에 물의 유동에너지가 가해지면서 회전력이 유도되는 구조를 가짐에 따라, 수력에너지가 효과적으로 회전체에 전달되어 우수한 발전효율을 달성할 수 있는 수력 발전 장치에 관한 것이다.

근래, 순수한 자연의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 친환경 발전 방식이 지구 온난화 등과 같은 환경문제와 결부되어 중요한 관심사로 대두되고 있다.

그러한 친환경 발전 방식으로 물의 흐름을 이용하는 수력발전이나 조력발전 방식이 오랫동안 이용되어 왔다. 상기 수력발전은 물을 저수하는 댐을 건설하여 저수된 물의 낙차나 유속을 이용하여 전기를 얻는 발전 방식이고, 조력발전은 조석간만의 차에 의한 바닷물의 흐름을 이용하여 발전하는 방식으로서, 다수의 지역에 설치되어 다른 오염물질의 배출 없이 전기에너지를 얻고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 발전방식는 물을 저수하거나 발전설비를 지탱하 기 위하여 대형 고정구조물이 설치될 필요가 있으므로 건설비가 많이 소요되고, 설치와 유지보수에도 많은 어려움이 있다.

또한, 발전설비가 설치되기 위해서는 까다로운 입지조건을 만족시킬 필요가 있으므로 물의 유속이 있는 지점에 쉽게 설치할 수 있는 것이 아니며, 고정된 구조물에 일단 발전설비가 설치된 이후에는 상황변화에 따라 철거 및 재설치하기 어려운 문제점이 있었다.

한편, 최근에 각광받고 있는 파력발전의 경우에도 발전설비의 구조가 복잡하고, 거친 해상환경에서 발전기를 지지하기 위한 추가적인 고정설비가 요구되며, 해상이 아닌 내륙지역에는 설치가 불가능한 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 지지구조물을 최소화하면서 수력에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 간단한 구조의 수력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 따라, 본 발명은 수면에서 부상하여 수력에너지를 전기에너지로 변환하는 수력 발전 장치에 있어서, 발전기와 상기 발전기가 수중으로 침강하는 것을 방지하는 부력구가 설치되는 발전본체와; 상기 발전기의 회전축을 회전시킬 수 있도록 중심축이 연결되고 내주면 또는 외주면에 발전스크루가 나선형으로 환설된 원통의 회전체와; 상기 발전본체를 고정구조물과 연결시키는 링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또다른 관점에서 본 발명은 수면에서 부상하여 수력에너지를 운동에너지로 변환하여 발전하는 수력 발전 장치를 구성함에 있어서, 양단에 부력구가 설치되고, 상부에 발전기와 가속기가 설치된 발전본체와; 상기 발전본체에, 가속기의 회동축에 축설한 스프로킷과 체인으로 연결되는 스프로킷이 축설된 유니버셜조인트를 통해 연결되고, 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기가 채워지고 외주면에 발전스크루가 나선형으로 환설된 원통체의 회전체로; 구성되어, 상기 발전본체가 자체 부력에 의해 수면에 부상한 상태에서 수력에너지가 발전스크루로 가해지면서 회전체가 회전되어 발전하는 구조를 가짐을 특징으로 한다.

상기 회전체는 발전스크루가 내주면과 외주면 모두에 나선형으로 형성된 구조로 형성하거나, 또한 상기 회전체는 복수로 구성되어 각각 유니버설조인트에 의해 직렬로 연설됨으로써 회전력을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 회전체는 수중에서 부유할 수 있도록 내부에 공기가 채워지거나 경량재질로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 수력 발전 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 간단한 구조로서 제작이 용이하고 고장의 우려가 적어 유지관리도 매우 편리하며 필요에 따라 대단위 발전 단지의 구축도 가능하게 됨으로써, 수력을 더욱 효과적으로 이용할 수 있다.

둘째, 큰 용량의 임펠러가 설치될 경우에는 임펠러를 충분히 작동시킬 수 있는 수심과 충분한 폭이 요구되나, 본 발명은 원통체가 물이 유동하는 방향으로 길게 늘어서는 구조로 설치되고 복수의 원통체를 물이 유동하고 있는 길이방향으로 연결함으로써 발전용량을 증가시킬 수 있으므로 수심이 깊지 않고 폭이 그다지 넓지 않은 곳에서도 설치가 가능한 효과가 있다.

셋째, 발전장치와 고정구조물을 연결하는 링크를 분리하면 고정구조물로부터 해체가 가능하므로 이전설치가 용이하여 수량이 부족한 시기 등 발전이 용이하지 않은 상황에서 쉽게 철거할 수 있고, 장소를 이동하면서 발전장치를 설치할 수 있으므로, 바다 뿐 아니라 산간벽지 등 자체 발전이 필요한 곳에 설치하여 쉽게 전기에너지를 얻을 수 있다.

넷째, 본 발명의 발전장치는 수면에 가까이 부유한 상태에서 회전체가 유속을 받게 되어 유속이 비교적 빠른 위치에서 큰 수력에너지를 얻을 수 있으므로 발전효율을 높일 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 사용 상태도이고, 도 2는 본 발명의 일부 단면을 포함한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일측면도이고, 도 4는 도 2의 "A-A"선 단면도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사용 상태도이고, 도 6은 본 발명의 회전체의 다른 실시예에 의한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 회전체의 또 다른 실시예에 의한 단면도이다.

본 발명의 수력 발전 장치(100)는 수면에서 부상하여 수력에너지를 운동에너지로 변환하여 발전하는 수력 발전 장치를 구성함에 있어서, 부력구(1)가 설치되고 발전기(2)와 회전속도를 증가시키는 가속기(3)를 포함하는 발전본체(4)와; 상기 가속기(3)의 회동축에 중심축이 연결되고 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 원통의 회전체(7)와; 상기 발전본체(4)를 고정구조물에 연결하여 고정시키는 링크(8)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 부력구(1)는 도3에서 도시하는 바와 같이, 발전기(2)가 수중에 침강하는 것을 방지하도록 발전기(2)를 기준으로 양측에 각각 설치함으로써 안정적인 자세로 수면에 부상한 상태를 유지하도록 하고, 상기 발전본체(4)의 발전기(2)와 가 속기(3)가 상기 부력구(1)의 상단에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 원통상의 회전체(7)는 유니버셜조인트(5)를 통해서 발전본체(40)의 스프로킷(10)에 연결되고, 상기 스프로킷(10)은 상기 가속기(3)의 회동축에 축설한 스프로킷(11)과 체인(12)으로 연결되도록 한다.

상기 원통의 회전체(7)는, 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기가 채워지고 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 원통의 회전체(7)를 구성한다. 이에 따라, 상기 발전본체(4)가 자체 부력에 의해 수면에 부상한 상태에서 수력에너지가 발전스크루(6)로 가해지면서 회전체(7)도 부상한 상태에서 회전되어 발전하는 구조를 가지고 있다.

상기 회전체(7)는 발전스크루(6)가 내주면에 나선형으로 형성된 구조도 가능하고, 다른 한편으로 상기 회전체(7)는 발전스크루(6)가 내주면과 외주면 모두에 나선형으로 형성된 구조도 가능하다.

또한, 상기 회전체(7)는 복수로 구성되어 각각 유니버설조인트(5)에 의해 직렬로 길게 연설되는 구조도 가능하다.

상기 발전스크루(6)는 복수로 구성되어 회전체(7)의 외주면에 일정간격으로 형성된 구조도 가능하다.

상기 부력구(1)는 수상에서 표류하지 않도록 링크(8)로 연결되는 고정구조물(9)에 의해 수중의 저면에 고정 지지되는데, 이외에도 파일 등에 의해 고정 지지되는 구조도 가능하다.

도면 중 미설명 부호 13은 회전체의 다른 실시예에 따라 회전체(7)를 발전본 체(4)에 연결하기 위한 유니버셜조인트(5)가 설치되는 연결부재이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 수력 발전 장치(100)는 물의 흐름 즉 물의 유동에 의한 수력에너지를 회전체(7)를 통해 운동에너지로 변환하고, 변환된 운동에너지를 가속기(3)와 발전기(2)를 통해 전기에너지로 변환하여 발전하는 장치이다.

특히, 본 발명의 수력 발전 장치(100)는 상기 회전체(7)를 수면에서 부상하도록 지지하는 지지구조물이 전혀 필요없는 구조를 제공함에 따라, 제작이 용이하고 유지보수도 편리한 장점이 있다.

또한, 도8에서 도시하는 바와 같이 하천이나 수로에서 유동하는 물의 유속은 수면과 가까운 상층부로 갈수록 대체로 빨라지고 많은 에너지를 얻을 수 있는데, 본 발명은 발전스크루(6)가 환설된 원통체를 수면과 가까운 위치에 설치하여 회전시킬 수 있으므로 우수한 발전효율을 발휘할 수 있는 것이 큰 특징이다.

이는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 양단에 부력구(1)가 설치되고 상부에 발전기(2)와 가속기(3)가 설치된 발전본체(4)와, 상기 발전본체(4)에 가속기(3)의 회동축에 축설한 스프로킷(11)과 체인(12)으로 연결되는 스프로킷(10)이 축설된 유니버셜조인트(5)를 통해 연결되고 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기가 채워지고 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 원통체의 회전체(7)로 구성됨에 의한 것이다.

즉, 회전체(7)가 도 4와 같이 내부에 채워진 공기에 의해 자체 부력을 통해 수면에 부상하는 구조를 가지고, 그 외주면에 수력에너지가 효과적으로 전달되도록 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 구조를 가짐에 의한 것이다.

따라서 본 발명을 도 1과 같이 수면에서 표류하지 않도록 링크(8)로 연결되는 고정구조물(9)에 의해 고정 지지되도록 설치하면, 회전체(7)는 내부에 채워진 공기로 인한 자체 부력을 통해 수면에 부상한 상태가 되므로, 상기 회전체(7)를 수면에 부상시키기 위한 지지구조물이 별도로 필요치 않게 된다.

그리고 회전체(7)의 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설되는 간단한 구조를 통해, 회전체(7)로 가해지는 수력에너지는 발전스크루(6)의 전면에 고르게 작용하여 회전체(7)를 고속 회전시킴으로써 발전효율을 높일 수 있게 된다.

이에 따라 종래의 수력 발전 장치와 달리, 지지구조물이 매우 간단하거나 또는 전혀 필요치 않고 간단한 구조로 발전함으로써, 고장의 우려가 적으므로 제작비용을 절감할 수 있으며, 유지관리도 편리하게 할 수 있다.

또한, 도 5와 같이 회전체(7)를 복수로 구성하여 유니버설조인트(5)로서 각각의 회전체(7)를 직렬로 다단 연결한 구조로도 확대할 수 있다. 따라서 적은 비용으로 대용량의 발전 장치를 구현하는 것이 가능할 뿐만 아니라 조류가 크게 발생하는 해상에서는 물론이고 유속이 있는 강의 상류에서도 설치할 수 있게 된다.

여기서 상기 회전체(7)는 도 6에 도시된 바와 같이 수력에너지가 가해지는 면적이 확대되도록 발전스크루(6)가 내주면에 나선형으로 형성된 구조도 가능하다. 이때는 공기가 채워지지 않는 구조로서 수면에서 부상 가능한 경량의 소재로 구성되어야 하고, 상기 회전체(7)의 전면부는 원뿔모양으로 하지 않고, 유니버설조인트(5)와 연결하기 위한 연결부재(13)만을 전면부에 구비되도록 함으로써 내부에서도 유동하는 물이 통과되도록 한다.

또한 상기 회전체(7)는 도 7과 같이 수력에너지가 가해지는 면적이 더욱 확대되도록 발전스크루(6)를 외주면과 내주면에 모두 나선형으로 형성한 구조도 가능하다. 이때는 상기와 같이 수면에서 부상 가능한 경량의 소재로 구성되어야 하고, 유니버설조인트(5)와 연결하기 위한 연결부재(13)를 전면부에 구비되도록 함이 바람직하다.

도시하지 않았지만 수력에너지가 가해지는 면적을 확대하는 또 다른 구조로 발전스크루(6)를 복수로 구성하여 회전체(7)의 외주면에 일정간격으로 형성하는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 사용 상태도

도 2는 본 발명의 일부 단면을 포함한 정면도

도 3은 본 발명의 일측면도

도 4는 도 2의 "A-A"선 단면도

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사용 상태도

도 6은 본 발명의 회전체의 다른 실시예에 의한 단면도

도 7은 본 발명의 회전체의 또 다른 실시예에 의한 단면도

도 8은 하천이나 수로에서 수심과 유속의 관계도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1: 부력구 2: 발전기

3: 가속기 4: 발전본체

5: 유니버설조인트 6: 발전스크루

7: 회전체 8: 링크

9: 고정구조물 10, 11: 스프로킷

12: 체인 13: 연결부재

100: 수력 발전 장치

Claims (5)

1. 수면에서 부상하여 수력에너지를 전기에너지로 변환하는 수력 발전 장치에 있어서,

   발전기(2)와 상기 발전기(2)가 수중으로 침강하는 것을 방지하는 부력구(1)가 설치되는 발전본체(4)와;

   상기 발전기(2)의 회전축을 회전시킬 수 있도록 중심축이 연결되고 내주면 또는 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 원통의 회전체(7)와;

   상기 발전본체(4)를 고정구조물과 연결시키는 링크(8);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치
2. 수면에서 부상하여 수력에너지를 운동에너지로 변환하여 발전하는 수력 발전 장치를 구성함에 있어서,

   양단에 부력구(1)가 설치되고, 상부에 발전기(2)와 상기 발전기(2)에 연결되는 가속기(3)가 설치된 발전본체(4)와;

   상기 가속기(3)의 회동축에 축설한 스프로킷(11)과 체인(12)으로 연결되는 스프로킷(10)이 축설된 유니버셜조인트(5)를 통해 연결되고, 전면부가 원뿔모양으로 내부에 공기가 채워지고 외주면에 발전스크루(6)가 나선형으로 환설된 원통의 회전체(7)로; 구성되어,

   상기 발전본체(4)가 자체 부력에 의해 수면에 부상한 상태에서 수력에너지가 발전스크루(6)로 가해지면서 상기 회전체(7)가 회전되어 발전하는 구조를 가짐을 특징으로 한 수력 발전 장치
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전체(7)는 발전스크루(6)가 내주면과 외주면 모두에 나선형으로 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전체(7)는 복수로 구성되어 각각 유니버설조인트(5)에 의해 직렬로 연설된 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전체(7)는 수중에서 부유할 수 있도록 내부에 공기가 채워지거나 경량재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 수력 발전 장치

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