KR20140058063A - 자체발전이 가능한 수차 및 전력 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 발전용 수차에 있어서, 수차 중앙에 횡 방향으로 고정 배치된 고정축; 상기 고정축의 양측에 수직 방향으로 설치된 한쌍의 환형 커버판; 상기 커버판의 내측 공간을 덮는 덮개판; 한쌍의 커버판 내측 사이에 결합되고, 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어가 설치된 원통형 회전드럼; 상기 회전드럼의 외주를 따라 일정 간격으로 방사상으로 설치된 다수의 날개; 상기 고정축의 외측에 고정 결합된 설치프레임; 및 상기 회전드럼 내에서 상기 설치프레임 위에 설치되고, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기에 전달하여 전기를 생산하는 발전모듈;을 포함하는 자체 발전이 가능한 수차를 제공한다.
본 발명에 의하면, 발전모듈을 수차 내부에 설치하여, 자체 발전이 가능하고, 설치가 간단하며, 작은 설치공간과 점유면적으로 설치하여 효율적으로 자체 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 큰 제약을 받지 않으며, 발전 효율도 우수한 효과가 있다.

Description

자체발전이 가능한 수차 및 전력 공급 시스템{HYDRAULIC TURBINE HAVING GENERATOR INSTALLED ON THE INSIDE AND SYSTEM FOR SUPPLY OF ELECTRIC POWER}
본 발명은 발전용으로 사용되는 수차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낙하하는 물의 힘에 의하여 반복 회전하고 그 회전력이 내부에 설치된 발전기에 전달되어 자체적으로 전기를 발생시키는 수차에 관한 것이다.
우리나라는 비산유국으로서 원유의 수입의존도가 매우 높아 에너지 절약을 국가적인 목표로 추구하고 있으나, 산업화의 다양화 및 고도 성장에 따른 에너지의 소비가 날로 증대되고 있다.
특히 수입되는 원유 중 다량의 원유가 전력을 생산하는 화력발전용으로 쓰이고 있으므로 원유를 사용하지 않고 전력을 생산한다면 국가 재정에 큰 도움이 될 수 있음은 물론, 환경오염도 효과적으로 줄일 수 있다.
반면에, 풍력, 조력 및 수력 등 자연으로부터 직접 전력을 얻는 방법은 인체에 무해한 자연에너지를 이용하여 전력을 얻을 수 있기 때문에 환경오염이 발생하지 않아 깨끗하고 친환경적인 이점이 있다.
보통, 수력 발전이라 하면 댐이나 제방을 막아 물을 저장하여 밀페된 관로로 물을 흘려 낙차에 의하여 수차를 돌려 전기를 생산하는 방식이고, 조력 발전이라 하면 둑이나 제방을 막아 바닷물의 조수 간만의 차를 이용하여 밀물과 썰물시 밀폐된 관로로 물을 흘려 수차를 돌려 전기를 얻는 방식이다.
이때, 사용되는 종래의 수차가 도 1에 도시되어 있는데, 이러한 종래의 수차(1)는 회전축(2)을 중심으로 하여 축관(3)이 장착되고, 상기 회전축(2)과 축관(3)의 양측에는 지지간(4)과 원판(5)이 설치되며, 상기 지지간(4) 사이에는 횡간(6)을 횡으로 고정 설치하고, 여기에 물과 접촉되는 물맞이(7)가 결합되어 이루어지며, 상기 회전축(2)은 벨트 등을 통하여 발전기(8)와 연결되어 전기의 생산이 이루어진다.
그러나, 종래의 수차(1)는 발전기(8) 등의 발전 설비가 상기 수차(1)와는 별도의 공간에 설치되어야 하기 때문에 설치공간과 점유면적을 많이 차지하여 공간 활용이 비효율적인 문제가 있다.
따라서, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 상당한 제약을 받게 되며, 발전 설비의 설치가 번거롭고 복잡한 문제가 있다.
본 발명은 상술된 문제들을 모두 해결하기 위하여 안출된 것으로, 발전모듈을 수차 내부에 설치하여, 자체 발전이 가능하고, 설치가 간단하며, 작은 설치공간과 점유면적으로 설치하여 효율적으로 자체 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 큰 제약을 받지 않으며, 발전 효율도 우수한 자체 발전이 가능한 수차 및 전력 공급 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 발전용 수차에 있어서, 수차 중앙에 횡 방향으로 고정 배치된 고정축; 상기 고정축의 양측에 수직 방향으로 설치된 한쌍의 환형 커버판; 상기 커버판의 내측 공간을 덮는 덮개판; 한쌍의 커버판 내측 사이에 결합되고, 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어가 설치된 원통형 회전드럼; 상기 회전드럼의 외주를 따라 일정 간격으로 방사상으로 설치된 다수의 날개; 상기 고정축의 외측에 고정 결합된 설치프레임; 및 상기 회전드럼 내에서 상기 설치프레임 위에 설치되고, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기에 전달하여 전기를 생산하는 발전모듈;을 포함하는 자체 발전이 가능한 수차를 제공한다.
또한, 본 발명은 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 발전용 수차에 있어서, 수차 중앙에 수평 방향으로 배치된 고정축; 상기 고정축의 양측에 수직 방향으로 연결 설치된 한쌍의 커버판; 한쌍의 커버판 내측 사이에 결합되고, 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어가 설치된 원통형 회전드럼; 상기 회전드럼의 외주를 따라 일정 간격으로 방사상으로 설치된 다수의 날개; 상기 고정축의 외측에 고정 결합된 설치프레임; 및 상기 회전드럼 내에서 상기 설치프레임 위에 설치되고, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기에 전달하여 전기를 생산하는 발전모듈;을 포함하는 자체 발전이 가능한 수차를 제공한다.
이때, 상기 고정축은 내부가 중공 형성되고, 내부에 발전기로부터 생산된 전기가 흐르는 리드선이 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
더불어, 상기 발전모듈은, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 회전하는 연결기어; 상기 연결기어의 회전에 따라 함께 회전하는 회전축; 및 상기 회전축과 연결되어 전기를 발생시키는 발전기;를 포함하는 것에도 그 특징이 있다.
게다가, 상기 발전기는 상기 회전축과의 사이에 증속기와 커플링이 연결 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
뿐만 아니라, 상기 발전모듈은 상기 설치프레임 위에 복수 개가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
더불어, 상기 고정축은 베어링이 게재되어 설치되고, 상기 베어링에는 베어링보호대가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
여기서, 상기 베어링보호대의 외측에는 밀림방지부재가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
나아가, 상기 커버판과 덮개판의 사이에는 방수 부재가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 상기 덮개판에는 개폐가능한 출입도어가 설치되어 있는 것에도 그 특징이 있다.
그리고, 본 발명은 자체 발전이 가능한 수차; 상기 자체 발전이 가능한 수차에서 생산된 교류를 직류로 변환시키는 정류기; 상기 정류기에서 정류된 전력을 저장하는 축전지; 및 상기 축전지에 저장된 전력을 교류로 변화시키는 인버터;를 포함하는 전력 공급 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 발전모듈을 수차 내부에 설치하여, 자체 발전이 가능하고, 설치가 간단하며, 작은 설치공간과 점유면적으로 설치하여 효율적으로 자체 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 큰 제약을 받지 않으며, 발전 효율도 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래의 수차 및 발전기의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수차의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수차의 구성을 나타낸 분리 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수차의 구성을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수차를 이용한 전력 공급 시스템을 나타낸 구성도.
본 발명자는 종래의 수차는 발전기 등의 발전 설비가 수차와는 별도의 공간에 설치되어야 하기 때문에 발전 설비의 설치가 번거롭고 복잡하며, 설치공간과 점유면적을 많이 차지하여 공간 활용이 비효율적이어서 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 상당한 제약을 받는 문제가 있음을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 연구와 노력을 거듭한 결과 발전모듈을 수차 내부에 설치하여, 자체 발전이 가능하고, 설치가 간단하며, 작은 설치공간과 점유면적으로 설치하여 효율적으로 자체 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 큰 제약을 받지 않으며, 발전 효율도 우수한 자체 발전이 가능한 수차 및 전력 공급 시스템에 관한 본 발명을 완성하였다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 중심으로 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 자체 발전이 가능한 수차(10)는 수차의 반복 회전에 의하여 얻은 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 생산하는데 사용하는 것으로, 크게 고정축(100), 커버판(200), 덮개판(300), 회전드럼(400), 날개(500), 설치프레임(600) 및 발전모듈(700)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고정축(100)은 수차의 중앙에 횡 방향으로 배치되고, 고정대(미도시)에 의해 고정 설치되어 수차가 회전해도 고정된 상태로 유지된다.
더불어, 상기 고정축(100)은 내부가 중공 형성되고, 중공된 내부에 발전기(730)로부터 생산된 전기가 흐르는 리드선(L)이 설치된다.
나아가, 상기 고정축(100)은 양측에 베어링(B)이 결합될 수 있으며, 수차가 양측 베어링(110)에 의해 결합된 고정축(100)을 중심으로 반복 회전하고, 이를 통해 얻어진 회전력이 내설된 발전기에 전달되어 전기의 생산이 이루어지는 것이다.
게다가, 상기 고정축(100)은 상기 베어링(B)의 외측면에 베어링보호대(110)가 고정 설치되어 상기 베어링(B)의 손상을 방지한다.
뿐만 아니라, 상기 베어링보호대(110)의 외측의 고정축(100) 상에는 밀림방지부재(120)가 설치되어 상기 베어링(B)과 베어링보호대(110)의 밀림을 방지하는 바, 여기서, 상기 밀림방지부재(120)는 내측면에 다수의 돌기(미도시)가 돌출 형성되어 상기 베어링보호대(110)를 견고하게 지지하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 커버판(200)은 상기 고정축(100)의 양측에 수직 방향으로 한 쌍이 설치되어 수차 양측을 단속하여 수차에 공급되는 물이 외부로 유출되지 않도록 하고, 날개(500)의 회전에 따라 함께 회전하게 된다.
또한, 상기 커버판(200)은 중앙에 측부홀(210)이 형성된 환형으로 이루어질 수 있고, 이때 상기 측부홀(210)의 내측 공간은 덮개판(300)에 의하여 커버되며, 상기 커버펀(200)과 덮개판(300)의 사이는 고무나 실리콘 등으로 이루어진 방수 부재로 씰링되어 물의 외부 유출을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 덮개판(300)에는 개폐가능한 출입도어(D)가 적절한 크기로 설치되어 유지 및 보수에 편의를 기할 수 있다.
다만, 상기 커버판(200)은 반드시 상기 측부홀(210)이 형성되어 환형으로 이루어질 필요는 없고, 폐쇄된 원판 형상으로 이루어질 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 커버판(200)에는 개폐가능한 출입도어(D)가 적절한 크기로 설치되어 유지 및 보수에 편의를 기할 수 있다.
상기 회전드럼(400)은 상기 커버판(200)의 내측에 횡 방향으로 설치된 원통형의 부재로서, 상기 회전드럼(400)의 외주에는 다수의 날개(500)가 일정한 간격을 갖고 방사상으로 연결되어 상기 날개(500)의 회전에 따라 함께 회전한다.
이때, 상기 회전드럼(400)은 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어(410)가 일체로 형성되거나 별도로 결합 설치되는 바, 상기 회전기어(410)는 그 내주면을 따라 다수의 치가 연속적으로 형성되고, 상기 날개(500)의 회전에 따라 상기 회전드럼(400)이 회전하면서 상기 회전기어(410)도 함께 회전하게 된다.
상기 날개(500)는 내측 날개(510)와 외측 날개(520)가 굴곡진 상태로 서로 연결되어 대략 알파벳 "V"자 형태를 이룸으로써, 물을 최대한 날개에 수용하여 수압에 의한 회전력을 증가시킬 수 있는 구조를 갖는다.
또한, 상기 회전드럼(400) 내에 위치한 상기 고정축(100)의 외측에는 설치프레임(600)이 고정 결합되는 바, 상기 설치프레임(600)은 상면이 평평한 형상으로 이루어져, 발전모듈(700)이 상기 설치프레임(600)에 고정 설치된다.
여기서, 상기 설치프레임(600)은 양측에 설치된 상기 커버판(200) 또는 상기 덮개판(300)과는 이격 설치되어 수차의 회전에 관계없이 고정 설치되도록 하며, 형태와 크기는 수차의 크기, 규모, 용도 및 설치조건 등에 따라 얼마든지 변형이 가능하다.
아울러, 상기 회전드럼(400) 내에서 상기 설치프레임(600) 위에 설치되는 발전모듈(700)은 상기 회전드럼(400)의 내주면에 설치된 상기 회전기어(410)와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기(730)에 전달하여 전기를 생산하게 된다.
즉, 상기 발전모듈(700)은, 상기 설치프레임(600) 상에 설치되어 상기 회전기어(410)와 맞물림 결합되어 회전하는 연결기어(710)와, 상기 연결기어(710)의 중앙에 연결되어 상기 연결기어(710)의 회전에 따라 함께 회전하는 회전축(720)과, 상기 회전축(720)과 직접 또는 벨트(V) 등의 전달수단을 통해 연결되어 전기를 발생시키는 발전기(730)를 포함하여 이루어진다.
아울러, 상기 회전축(720)은 상기 설치프레임(600)의 상부면에 입설되어 있는 지지대(725) 상에 회전가능하도록 설치될 수 있고, 상기 회전축(720)의 양측에 베어링(B)이 결합될 수 있다.
이때, 상기 발전기(730)는 상기 회전축(720)과의 사이에 증속기(740)와 커플링(750)이 연결 설치되는 것이 바람직한 바, 상기 발전기(730)의 발전축이 커플링(750)에 의해 연결 설치되고, 상기 증속기(740)가 상기 회전축(720)에 직접 연결되거나 벨트(V) 등의 전달수단에 의해 연결 설치되어 회전력을 가속시켜 상기 발전기(730)에 전달함으로써 기전력을 크게 하여 발전효율을 높이고 발전기(730)의 소형화가 가능해 진다.
더불어, 상기 발전모듈(700)은 상기 설치프레임(600) 위에 1개가 설치될 수도 있으나, 다각 형상으로 이루어진 상기 설치프레임(600)의 면마다 각각 설치될 수도 있고, 예컨대 사각 형상으로 이루어진 설치프레임(600)의 경우 상, 하, 좌, 우면에 모두 설치될 수 있다.
나아가, 상기 회전기어(410)를 상기 회전드럼(40)의 내주면 다수의 지점 또는 전체에 걸쳐 형성되도록 하고, 상기 발전모듈(700)을 회전기어(410)가 형성된 지점마다 설치할 수도 있으며, 따라서 다수의 회전축(720)을 통하여 회전력을 다수의 발전기(730)에 각각 전달함으로써 높은 발전량을 얻을 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 자체 발전이 가능한 수차를 이용한 전력 공급 시스템을 제공한다.
상기 전력 공급 시스템은 상술된 발전모듈(700)을 구비한 자체 발전이 가능한 수차(10)와, 상기 자체 발전이 가능한 수차(10)의 발전모듈(700)에서 생산된 교류를 직류로 변환시키는 정류기(C)와, 상기 정류기(C)에서 정류된 전력을 저장하는 축전지(S)와, 상기 축전지(S)에 저장된 전력을 교류로 변화시키는 인버터(I)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 자체 발전이 가능한 수차(10)의 발전모듈(700)에서 생산된 전력은 정류기(C)를 거쳐 직류로 바뀌어 축전지(S)에 저장이 되고, 전기를 사용할 때에 상기 축전지(S)에 저장된 전력을 공급받아 상기 인버터(I)를 통하여 다시 교류로 변환하여 부하 측으로 전력을 투입하여 상용전원으로 사용하게 되는 것이다.
이와 같이, 생산된 전력을 직류로 변환 후 다시 교류로 변환하는 절차를 거치는 것은 전력의 안정적인 공급을 위해서이다.
또한, 상기 자체 발전이 가능한 수차(10), 정류기(C), 축전지(S) 및 인버터(I)는 제어부(U)에 의하여 자동 제어된다.
결국, 본 발명에 따른 자체 발전이 가능한 수차 및 전력 공급 시스템에 의하면, 발전모듈을 수차 내부에 설치하여, 자체 발전이 가능하고, 설치가 간단하며, 작은 설치공간과 점유면적으로 설치하여 효율적으로 자체 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용장소와 사용조건에 따라 설치 및 운용에 큰 제약을 받지 않으며, 발전 효율도 우수한 것이다.
본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1. 수차 2. 회전축
3. 축관 4. 지지간
5. 원판 6. 횡간
7. 물맞이 8. 발전기
10. 자체 발전이 가능한 수차
100. 고정축 110. 베어링보호대 120. 밀림방지부재
200. 커버판 210. 측부홀
300. 덮개판 310. 방수부재
400. 회전드럼 410. 회전기어
500. 날개 510. 내측날개
520. 외측날개 600. 설치프레임
700. 발전모듈 710. 연결기어
720. 회전축 725. 지지대
730. 발전기 740. 증속기
750. 커플링 B. 베어링
D. 출입도어 V. 벨트
L. 리드선 C. 정류기
I. 인버터 S. 축전지
U. 제어부

Claims (11)

  1. 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 발전용 수차에 있어서,
    수차 중앙에 횡 방향으로 고정 배치된 고정축;
    상기 고정축의 양측에 수직 방향으로 설치된 한쌍의 환형 커버판;
    상기 커버판의 내측 공간을 덮는 덮개판;
    한쌍의 커버판 내측 사이에 결합되고, 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어가 설치된 원통형 회전드럼;
    상기 회전드럼의 외주를 따라 일정 간격으로 방사상으로 설치된 다수의 날개;
    상기 고정축의 외측에 고정 결합된 설치프레임; 및
    상기 회전드럼 내에서 상기 설치프레임 위에 설치되고, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기에 전달하여 전기를 생산하는 발전모듈;을 포함하는 자체 발전이 가능한 수차.
  2. 회전력을 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 발전용 수차에 있어서,
    수차 중앙에 수평 방향으로 배치된 고정축;
    상기 고정축의 양측에 수직 방향으로 연결 설치된 한쌍의 커버판;
    한쌍의 커버판 내측 사이에 결합되고, 내주면의 일부 또는 전체에 원형띠의 형태로 형성된 회전기어가 설치된 원통형 회전드럼;
    상기 회전드럼의 외주를 따라 일정 간격으로 방사상으로 설치된 다수의 날개;
    상기 고정축의 외측에 고정 결합된 설치프레임; 및
    상기 회전드럼 내에서 상기 설치프레임 위에 설치되고, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 얻어진 회전력을 내설된 발전기에 전달하여 전기를 생산하는 발전모듈;을 포함하는 자체 발전이 가능한 수차.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정축은 내부가 중공 형성되고, 내부에 발전기로부터 생산된 전기가 흐르는 리드선이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발전모듈은, 상기 회전기어와 맞물림 결합되어 회전하는 연결기어;
    상기 연결기어의 회전에 따라 함께 회전하는 회전축; 및
    상기 회전축과 연결되어 전기를 발생시키는 발전기;를 포함하는 자체 발전이 가능한 수차.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 회전축과의 사이에 증속기와 커플링이 연결 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발전모듈은 상기 설치프레임 위에 복수 개가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정축은 베어링이 게재되어 설치되고, 상기 베어링에는 베어링보호대가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 베어링보호대의 외측에는 밀림방지부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 커버판과 덮개판의 사이에는 방수 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 덮개판에는 개폐가능한 출입도어가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자체 발전이 가능한 수차.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항으로 구성된 자체 발전이 가능한 수차;
    상기 자체 발전이 가능한 수차에서 생산된 교류를 직류로 변환시키는 정류기;
    상기 정류기에서 정류된 전력을 저장하는 축전지; 및
    상기 축전지에 저장된 전력을 교류로 변화시키는 인버터;를 포함하는 전력 공급 시스템.

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