KR20150045352A - 수면 부양식 고효율 수차 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바다나 강 등의 수면에 떠 있는 상태에서 수중에 존재하는 수류(水流)에 따라 고효율 회전운동과 발전력을 제공하는 새로운 수류 발전기에 관한 것이다.
즉, 내부에 일정량의 부력매질(B)이 충진되어 그 자체로 물 위에 떠있을 수 있는(부력작용) 부력식 설치틀(100)이 설치된 것과; 상기 부력식 설치틀(100)의 어느 일측에는 일정한 유속을 갖는 물과 노출된 수차설치홈(130)이 구성한 다음, 그 수차설치홈(130)에는 하나 이상의 회전축(250)을 기준으로 다수의 회전날개(210)가 부착되고, 수중에 일정깊이로 잠기는 수차식 회전날개유닛(200)이 구비된 것과; 상기 수차식 회전날개유닛(200)을 포함하는 회전축(250)의 양단에는 상기 수차식 회전날개유닛(200)을 포함하는 회전축(250)의 높낮이를 조절할 수 있는 높낮이조절수단(300)이 설치된 것과; 상기 부력식 설치틀(100)의 외곽 둘레에는 물의 흐름에 따라서 떠내려가지 못하도록 와이어(W)로 고정할 수 있는 와이어걸이수단(400)이 구성된 것과; 상기 회전축(250)의 일측에는 발전기(M)가 구비되는 것이다.

Description

수면 부양식 고효율 수차 발전기{Floating water turbine generator efficiency}
본 발명은 일정한 수류(물의 흐름)를 갖는 바다나 강 등의 수면에 떠(부양) 있는 상태에서 수중에 존재하는 수류(水流)에 의한 수차의 회전운동으로 고효율 발전이 가능한 수류 발전기에 관한 것이다.
통상 전기를 생산하는 방법으로 수력발전, 조력발전, 화력발전, 원자력발전과 더불어 풍력발전, 태양광발전 등이 일반적으로 사용되고 있는데, 그 중에서 화력발전, 원자력발전설비의 경우는 가동을 위해 막대한 소비에너지와 고도의 기술, 인력, 고가의 첨단장비 등이 요구될 뿐 아니라, 상당한 설치비와 유지비 등은 물론 특히 환경에 치명적인 오염물이 다량 생성되는 역기능까지 존재하는 문제점이 있다.
따라서 최근에는 풍력, 태양광 및 수류, 조류를 이용한 저탄소 그린에너지의 개발에 큰 관심을 보이고 있다.
한편, 수류는 바다 연안의 조수로 인한 조류나, 바다 중에서도 강물과 같이 어느 한 방향으로 세차게 흐르는 해류 등이 있을 뿐 아니라, 국내 전역에 산재하고 있는 크고 작은 강의 유속 등이 이에 속할 수 있다.
종래의 조력발전장치에 대하여 간략히 살펴보면, 대부분 구조가 복잡하고 막대한 설치비용이 소요될 뿐만 아니라, 특히 회전장치의 구조가 통상의 선풍기 날개와 같이 수류의 흐름과 맞대응하는 수직방향으로 세워지고, 회전장치를 이루는 다수개 날개가 비스듬한 경사각으로 형성된 구조임에 따라, 일정한 물흐름의 수류 운동에너지에 대한 회전날개장치의 회전력 및 발전율 전환시 최대의 에너지 수급율을 갖지 못하고, 일정한 상쇄 값이 존재함으로 비용 및 설치에 따른 투자 대비 발전 효율이 높지 못함에 따라 보다 많은 회전날개장치의 설치와 그 설치공간이 필요한 문제점이 있었다.
아울러, 종래의 수류발전기는 물의 흐름이 수반된 강의 어느 지점에 고정시킨 상태로 설치하기 때문에 홍수나 가뭄 등으로 인해 강물이 크게 불어나거나 줄어드는 경우에는 막대한 기술인력과 장비를 동원해 그 강물 수위에 맞는 위치를 일일이 조절해야 하므로 상당한 비용과 관리상의 문제점이 따르는 것은 물론이고,
특히, 설치 및 고정을 위해 강 또는 바다의 저면에서부터 수면 위에 이르는 상당한 높이까지 무겁고 큰 지주(또는 타워)를 세우는 것이 필수임에 따라, 강물 또는 바다물의 깊이가 상당할 경우 그 설치 및 고정시키기 위한 시설만 해도 가히 엄청난 비용과 공사규모가 요구되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 간단하고 저렴한 비용으로 물 위에 떠 있는 상태에서 수류의 흐름에 따라 회전이 가능한 수차를 제공하는 동시에, 정검, 고장, 수리 등이 필요한 경우 또는 변화되는 수위에 따라 수차의 높낮이를 인위적으로 조절할 수 있는 그 수단을 함께 제공하고, 나아가 보다 간단하고 용이한 설치성과 함께 장소 변경(이동)의 편의성까지 갖추고, 구조 및 기기의 운전과 유지관리에도 더욱 간편한 고효율 수류 발전기를 제공하는 것이다.
위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 내부에 일정량의 부력매질(B)이 충진되어 그 자체로 물 위에 떠있을 수 있는(부력작용) 부력식 설치틀(100)이 설치된 것과; 상기 부력식 설치틀(100) 내측의 어느 하나 이상에는 수류와 노출되어 있는 수차설치홈(130)을 형성시킨 다음, 그 수차설치홈(130)에는 회전축(250)을 기준으로 다수의 회전날개(210)가 부착되는 동시에 하측 일부는 일정한 깊이의 수중에 잠기는 수차식 회전날개유닛(200)이 구비된 것과; 상기 수차식 회전날개유닛(200)을 포함하는 회전축(250)의 양단에는 상기 수차식 회전날개유닛(200)을 포함하는 회전축(250)의 높낮이를 조절할 수 있는 높낮이조절수단(300)이 설치된 것과; 상기 부력식 설치틀(100)의 외곽 둘레에는 물의 흐름에 따라서 떠내려가지 못하도록 와이어(W)로 고정할 수 있는 와이어걸이수단(400)이 구성된 것과; 상기 회전축(250)의 일측에는 상기 수류에 따라 회전되는 수차식 회전날개유닛(200)의 회전동력을 입력받아 전기에너지로 전환시킬 수 있는 발전기(M)가 구비되는 것이다.
이상과 같이 구성될 수 있는 본 발명의 고효율 수류 발전기는 수류(바다의 조류나 강의 물흐름 등) 의해 회전되는 회전날개장치가 수차타입으로 구성되는 가운데 그 수차식 회전날개유닛이 자체적인 일정한 부력에 의해 수면에 부양되는 부력식 설치틀 내에 설치되어 있음에 따라 물의 수위가 변동(높아지거나 낮아짐)되더라도 즉각적이고 능동적인 자체 대처가 가능할 뿐 아니라, 구조가 간단하고 유지관리 또한 편리함은 물론 필요에 따라 설치장소의 변동시에도 견인용 배 등을 이용해 당기거나 밀면 아주 간단하게 이동될 수 있는 편리성이 함께 제공되고, 특히 물 깊이가 깊은 바다나 강물 위에 설치할 때 기존에 비해 월등히 저렴한 비용과 시설만 으로 가능한 상당한 장점이 기대되는 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 사시도
도 2 내지 도 4는 본 발명의 응용실시 상태를 나타낸 예시도
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 정단면도
도 6은 본 발명의 발전기의 작동 실시 상태를 나타낸 부분 확대 단면 예시도
도 7은 본 발명의 1차 회전동력전달수단의 바람직한 작동 실시 상태를 나타낸 단면 예시도
도 8은 본 발명의 2차 회전동력전달수단의 설치 예시도
도 9는 본 발명의 증속장치의 상세도
도 10 내지 도 12는 본 발명의 회전방향자동변환장치의 예시도
도 13은 본 발명의 에어식 밸런스 조절장치에 대한 확대예시도
도 14는 본 발명의 회전날개유닛의 바람직한 일실시예를 보인 확대도
도 15는 본 발명의 실시 상태를 나타낸 측면 예시도
본 발명의 수차식 고효율 수류 발전기는 첨부된 각 도면에 의거보다 상세히 설명하면 하기와 같다.
본 발명은 내부에 일정량의 부력매질(공기나 가스 등을 비롯하여 스티로폼 등과 같이 물 위에서 일정한 부력작용이 가능한 물질, B)이 충진되어 그 자체로 물 위에 떠있을 수 있는(부력작용) 부력식 설치틀(100);
상기 부력식 설치틀(100)의 어느 하나 이상의 지점에 뚫려 있는 수류와 노출된 수차 설치홈(130);
상기 수차설치홈(130)에 설치되고, 회전축(250)을 중심으로 다수의 회전날개(210)가 부착되는 회전날개유닛(200);
상기 회전날개유닛(200)의 양측에서부터 일정한 높이에 위치한 상부프레임 사이에 설치되는 것으로, 상기 회전날개유닛(200)의 상,하 높낮이를 인위적으로 조절할 수 있는 높낮이조절수단(300);
상기 부력식 설치틀(100)의 외곽 둘레와 수면 아래의 바닥면 및 그 사이에 설치되는 것으로, 물의 흐름에 따라 임의로 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어걸이수단(400), 와이어(W), 고정앵커(500);
상기 회전축(250)의 일측에 설치되는 것으로, 상기 수류에 따라 회전되는 수차식 회전날개유닛(200)의 회전동력을 전달받은 후 이를 전기에너지로 전환시킬 수 있는 발전기(M); 로 이루어지는 것을 그 특징적 요지로 하였다.
상기한 부력식 설치틀(100)은, 내부에 일정량의 부력매질(공기나 가스 등을 비롯하여 스티로폼 등과 같이 물 위에서 일정한 부력작용이 가능한 물질, B)이 충진될 수 있도록 부력매질 충진실(111, 112)이 각각 확보되어 있는 다수개의 가로형 프레임 조각(110) 및 세로형 프레임 조각(120)을 제작한 다음, 이들을 가로방향 또는 세로방향으로 각각 교차되게 배치하여 전체적으로 일정한 넓이의 부력체를 구성할 수 있도록 하되,
상기 가로형 프레임조각(110)들 사이의 연결부와 세로형 프레임 조작(120)들 사이의 연결부, 그리고 상호 방향이 서로 다른 가로형 프레임 조각(110)과 세로형 프레임 조각(120) 사이의 연결부에는, 2개의 플렌지(131)를 밀착시킨 후 다수의 볼트(132)로 체결한 플랜지 조립부(130)를 구성됨에 따라, 운반 취급은 물론 수면 위에서 넓게 설치할 때 아주 용이할 뿐 아니라 해체시에도 분해조립이 용이함으로 아주 편리하다.
상기 수차식 회전날개유닛(200)은, 그 중심부에 일정한 길이와 직경을 갖는 회전축(250)을 구성시킨 다음 그 회전축(250)의 외측으로는 수류의 물살저항을 최대로 받을 수 있는 넓적한 물살저항면(210)을 갖는 다수개의 회전날개(210)들이 일정한 등각도 간격으로 각각 뻗은 자세로 구성되는 것으로서, 하부의 일부는 일정한 유속을 갖는 수중에 잠겨있기 때문에 그 잠기는 부분의 회전날개에 일정한 유속의 물살저항이 인가되면 그 저항에 의해 상당한 힘으로 회전이 가능하게 된다.
이때 상기 하나의 수차 설치홈(130)에 하나의 수차식 회전날개유닛(200)이 단독으로 구성될 경우에는, 그 수차식 회전날개유닛(200) 중심부에 설치되는 상기 회전축(250) 또한 하나의 수차식 회전날개유닛(200)의 폭에 맞는 길이 만큼 짧게 구성하면 되지만, 상기 수차 설치홈(130)과 아주 인접한 다른 일측에 수차 설치홈(130)을 하나 더 형성시킨 후 거기에 또 다른 수차식 회전날개유닛(200)이 설치될 경우에는, 각각 개별로 구성할 필요 없이 두개가 한꺼번에 수용할 수 있는 길이만큼 길게 형성시키면 보다 바람직하다.
또한, 상기 수차식 회전날개유닛(200)에 구성되어 있는 넓적한 회전날개의 물살 저항면 중 바깥쪽을 제외하고 그 좌우 양측변과 내측변을 포함하는 3개의 변에는 수류의 물살저항이 날개에 미칠 때 보다 크기 연향이 받도록 하는 것은 물론 물살 저항의 소실까지 보다 확실하게 방지함에 따라 발전의 효율성 극대화에도 도움이될 수 있게 90도로 절곡한 보조 저항편(218)이 또한 선택적으로 더 형성될 수 있다.
또, 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 다수개 회전날개(210)들 각각의 사이에는 물살에 의해 회전되는 과정에서 큰 부하 및 그 부하의 누적으로 휘어지거나 파손이 발생할 수 있음으로 일정한 강도와 지지력을 갖는 보강대(219)를 추로더 설치할 수 있다.
한편, 상기 높낮이조절수단(300)은, 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 회전축(250) 양측의 부력식 설치틀(100)에는 상부프레임의 높이까지 길게 세워지는 하나이상의 가이드봉(320)이 구성되고,
상기 가이드봉(320)에는 상기 회전축(250)의 좌우 양측과 연결된 상태에서 상기 가이드봉(320)을 따라 상,하 슬라이드 이동이 가능한 상하슬라이드블럭(310)이 구성되며,
상기 각각의 상하슬라이드블럭(310)에는 부력식 설치틀(100)의 상면에서부터 상단 프레임(10)까지 이어지는 스크류봉(340)이 관통되고,
상기 스크류봉(340, 340-1) 윗쪽의 상단 프레임(10)에는 상기 스크류봉(340)과 상호 맞물림되는 스크류 결속홈(351)이 형성되는 동시에 그 외측에는 워엄휠(352)이 구성되어 있는 회전방향 전환부재(350)가 구성되며,
상기 회전방향 전환부재(350)와 교차되는 방향으로는 상기 워엄휠(352)과 상호 동력연결이 가능한 워엄기어(361)가 구성되어 있는 구동샤프트(360)가 구성되고,
상기 구동샤프트(360)의 어느 일측에는 정밀한 정역회전이 가능한 구동용 서보모터(370)가 설치된 구조로 설계될 수 있으며,
이때 상기 워엄휠(352)과 워엄기어(361)은 회전 동력을 90°방향으로 전환시키기 위한 것임으로, 필요에 따라서는 베벨기어 또는 45°경사형 헬리컬기어 등으로 대체 적용할 수도 있는 것으로서,
이는 물의 수위가 낮아져 회전날개가 바닥면과 닿을 우려가 있거나, 원하는 회전속도를 맞출 목적으로 회전날개에 미치는 물살 저항을 조절할 필요가 있거나, 고장, 수리, 점검 등의 필요에 따라 들어올려서 회전정지가 필요한 경우에, 회전축(250)과 회전날개(210)를 포함하는 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 상,하 높낮이를 인위적으로 조절할 수 있도록 하기 의한 것이다.
즉, 물의 유속이 빨라지는 원인으로 발전기(M)에 할당되어 있는 발전용량에 비해 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 회전수(RPM)가 클 경우, 상기 수차식 회전날개유닛(200)에 가해지는 물살저항을 낮출 필요가 있는데, 이때 상기 수차식 회전날개유닛(200)을 위로 올려서 높여주는 것이 필요하고,
반대로 물의 유속이 느려지는 원인으로 발전기에 할당되어 있는 발전용량에 비해 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 회전수(RPM)가 미달될 경우에는, 상기 수차식 회전날개유닛(200)에 가해지는 물살 저항을 높여야하므로,
이에 상응하는 만큼 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 위치(물에 잠긴 량)를 내려서 낮춰야 하는 것이 필요하다.
뿐 아니라 상기 높낮이 조절수단(300)은 상기한 목적에 의해서도 필요하지만, 가뭄 등으로 물의 수위가 크게 낮아져 회전되는 회전날개유닛(200)이 물의 밑바닥에 닿을 우려가 있는 경우에도 만찬 가지로 상기 회전날개유닛(200)의 높이를 올려야하므로, 이러한 경우에 아주 요긴하게 사용될 수 있다.
또한 상기 발전기(M)는, 상기 회전축(250)의 일측에 설치된 상태에서 수류에 따라 회전되는 상기 수차식 회전날개유닛(200)으로부터 회전동력을 전달받아 전기를 생산하는 요소로서,
상기 수차식 회전날개유닛(200)으로 부터 회전동력이 용하게 전달받을 수 있는 곳이면 어느 위치든 상관없이 설치될 수 있으나, 상기 높낮이조절수단(300)에 의해 상기 수차식 회전날개유닛(200)은 회전축(250)과 함께 상,하 일정한 높이로 움직(높낮이 조절)이는 특성이 있기 때문에,
상기 회전축(250)의 상,하 유동에도 불구하고 안정적인 회전동력전달이 가능한 별도의 1차 회전동력전달수단(600)의 구성이 추가로 필요할 뿐 아니라, 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 저속회전을 발전기(M)에서 필요한 고속회전으로 바꿔주는 별도의 증속장치(700) 또한 상기 1차 회전동력전달수단(600)과 발전기(M) 사이에 추가로 더 구성되는 것이 필요하다.
상기 1차 회전동력전달수단(600)은, 상기 회전축(250)과 교차되는 지점의 상기 부력식 설치틀(100) 상단에는 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 상,하 높낮이 조절구간 보다 긴 길이를 갖는 스프라인축(610)을 상측의 고정용 지지판(20) 사이에 베어링으로 지지된 상태로 구성하고,
그 스프라인축(610) 중 상기 회전축(250)과 교차되는 지점에는, 상기 스프라인축(610)과의 맞물림 상태에서 상하로 이동이 가능하도록 내부에는 스프라인홈(621)이 형성되는 상,하 유동형 헬리컬기어(620)가 구성되고,
상기 상,하 유동형 헬리컬기어(620)와 상호 교차되어 있는 회전축(250)에는 축고정형 헬리컬기어(630)가 상호 45°경사각으로 맞물림되어 회전을 90°로 전환시킬 수 있도록 하고,
상기 상,하 유동형 헬리컬기어(620)와 축고정형 헬리컬기어(630)는 그 둘레에 기어박스(640)를 구성한 다음 베어링(641)으로 지지 구성함에 따라, 상기 회전축(250)의 상,하 유동과 함께 회전동력의 전달 또한 용이하게 이루어질 수 있도록 하였다.
그리고 상기 1차 회전동력전달수단(600)에 의해 회전되는 상기 스프라인축(610)과 상기 증속장치(700) 사이에는,
도면 7과 같이 상기 스프라인축(610)의 회전동력을 상기 증속장치(700)로 연결될 수 있도록 하는 2차 회전동력전달장치(50)이 구성되는 데,
이 2차 회전동력전달장치(50)는, 상기 증속장치(700)의 하부에 구비하는 회전입력측 샤프트(720)와 상기 스프라인축(610)에 각각 하나씩의 일측기어(52) 및 타측기어(53)를 구성한 후 치간 맞물림 구성시킴에 따라,
상기 1차 회전동력전달수단(600)에 의해 회전되는 상기 스프라인축(610)의 회전력을 상호 일정한 거리가 유지된 상기 증속장치(700)으로 용이하게 전달할 수 있게 된다.
그러나, 상기 2차 회전동력전달수단(50)은 스프라인축(610)의 회전을 단순하게 같은 방향으로 전달하는 것임으로, 전달되는 구동력의 회전방향이 정회전 또는 역회전으로 선택 전환이 필요한 경우에는 그 제어동작이 불가함으로 상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측에 회전동력을 전달(또는 연결)하는 방향이 필요에 따라 정회전 또는 역회전으로 자동 전환이 가능한 회전방향자동변환장치(60)를 추가로 더 설치하면, 바다 연안의 밀물, 설물과 같이 수류의 흐름이 갑자기 반대로 바뀌더라도 후속의 증속장치 및 발전기(M) 쪽으로 전달되는 회전동력은 항시 발전기에 필요한 일방향으로만 전달이 가능할 수 있음으로 바람직하다,
이때 상기 회전방향자동변환장치(60)는, 상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측기어(52)가 삽입되어 있는 스프라인축(610)의 하측에 변환용 기어(61)를 구성한 다음 그 일측에 치간 맞물림된 아이들기어(62)를 구성하는 한편, 상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측기어(52)에는 수류방향계(수류의 흐름에 따라 움직이면서 그 수류의 방향을 확인할 수 있도록하는 요소, 70)의 움직임에 따라 상,하로 일정간격 동작하면서 상기 타측기어(53)와 상호 치물림되거나 또는 그 아래측에 구비하는 아이들기어(62)와 치물림됨에 따라 전달되는 회전방향이 정회전 또는 역회전으로 선택조절이 가능하도록 기어이동링크부재(65)가 구성되고, 상기 기어이동링크부재(65)의 후측에는 스크우류(66)가 상하로 관통되며, 상기 스크우류(66)의 축과 연결된 상태의 프레임 저면(수류에 노출된 위치)에는 수류의 흐름에 따라 움직이면서 그 수류의 방향을 확인할 수 있도록하는 수류방향계(70)가 설치된 구조로 설계할 수 있다.
이때 상기 수류방향계(70)와 상기 스크우류(66) 사이에는 축으로 직결할 수 있지만, 필요에 따라서는 상기 스크우류(66)의 하부에 소형의 구동모터(80)를 구성한 다음 상기 구동모터(80)와 수류방향계(70) 사이에는 상기 수류방향계(70)의 방향을 감지한 후 이 신호를 구동모터(80)에 전달함에 따라 구동모터(80) 및 스크우류(66)의 동작을 실현시키는 구동제어부(90)가 배치되는 구조로 설계할 수도 있는데,
이는 상기 회전방향자동변환장치(60)가 설치되는 경우에, 상기 타측기어(53)가 회전방향자동변환장치(60)의 동작에 따라 상,하로 움직이면서, 상기 일측기어(52)과 치물림될 수 있지만, 필요에 따라서는 그 아래측의 아이들기어(62)와 치물림되도록 함에 따라, 수류의 방향이 달라서 입력되는 회전방향이 바뀌더라도 증속장치(700) 및 발전기(M)로 인가되는 회전방향을 항시 일정하게 유지시킬 수 있도록 하는데 그 역할이 있다.
결국, 상기 회전방향자동변환장치(60)가 설치되는 경우에는, 상기 타측기어(53)는 회전방향자동변환장치(60)의 동작에 따라 상,하로 움직이면서, 상기 일측기어(52) 또는 그 아래측의 아이들기어(62)와 서로 위치를 자동으로 바꿔가면서 치물림 제어되는 구조로 이루어진다.
아울러, 상기 증속장치(700)는 상기 1차 회전동력전달수단(600)에 의해 스프라인축(610)이 회전될 때, 상기 회전연결기어유닛(701)으로 부터 그 회전동력을 전달 받은 후 발전기(M)에 필요한 고속의 회전속도비로 증속하여 용이한 발전이 가능하도록 하는 수단으로,
그 하부에는 회전입력측 샤프트(720)를 구성하는 동시에 상기 회전입력측 샤프트(720)에는 일정한 크기의 회전 입력용 대기어(721)를 구성하고,
상기 회전 입력용 대기어(721)의 일측에는 상기 회전 입력용 대기어(721)와 치물림된 피동용 소기어(731)와 상기 피동용 소기어(731) 보다 큰 중간 대기어(732)가 피동축(733)에 상,하로 축삽된 제 1 증속 기어셋트(730)가 설치되고,
상기 제 1 증속 기어셋트(730)의 일측에는 상기 중간 대기어(732)와 치물림된 피동용 소기어(741)와 상기 피동용 소기어(741) 보다 큰 중간 대기어(742)가 피동축(743)에 상,하로 축삽된 제 2 증속 기어셋트(740)가 설치되며,
상기 제 2 증속 기어셋트(740)의 일측에는 상기 중간 대기어(742)와 치물림된 피동용 소기어(751)와 상기 피동용 소기어(751) 보다 큰 중간 대기어(752)가 피동축(753)에 상,하로 축삽된 제 3 증속 기어셋트(750)가 설치되며,
상기 제 3 증속 기어셋트(750)의 후방 일측에는 상기 중간 대기어(752) 보다 작은 출력용 소기어(791)를 갖는 증속 출력축(790)이 구비된다.
이때, 상기 회전입력측 샤프트(720)의 상단부와 증속 출력축(790)의 상단부 사이에는, 증속시 인가되는 상당한 부하 및 그 저항으로 인해, 증속을 위한 기동자체가 어렵거나 불가능할 수 있는 것을 간단한 원리로 해소 가능한 기동력 후방전달수단(800)이 추가로 더 설치될 수 있는데,
이는 상기 회전입력측 샤프트(720)의 상단부에는, 회전 시작측 풀리(810)가 구성되고, 상기 증속 출력측(790)의 상단부에는 증속 부하측 풀리(820)를 구성한 다음, 상기 증속 부하측 풀리(820)에는 자전거 패달휠 등에 통상적으로 장치될 수 있는 테클베어링(미도시)이 끼워져 있음에 따라,
최초에는 상기 회전 시작측 풀리(810)로 부터 전달된 저속 회전으로 상기 증속 부하측 풀리(820)와 증속 출력축(790) 및 출력용 소기어(791)를 저속으로 돌려서 앞에서 시작된 회전 기동을 곧바로 후방으로의 전달이 가능하기 때문에 증속에 따라 상기 제 1,2,3 증속 기어셋트(730,740,750)로 연결되어 이어갈 수 록 더욱 많이 걸리는 기동부하 및 기동 시작시의 부하 최소화에 크게 기여할 수 있는 유용한 발명이다.
아울러, 상기 부력식 설치틀(100)의 각 4개의 모서리측에는 다양하게 변할 수 있는 상기 부력식 설치틀(100) 전체의 균형 밸런스를 공기의 주입과 배기를 통해 아주 간단하게 조절할 수 있도록 하는 에어식 밸런스 조절장치(900)가 추가 설치될 수 있는 데,
이 에어식 밸런스 조절장치(900)는, 상기 부력식 설치틀(100)의 각 4개의 모서리의 내부에 별도로 밀폐된 밸런스조절실(910)을 구성한 다음, 상기 밸런스조절실(910)의 상측에는 에어발생기(미도시)로 부터 호스로 전달된 에어를 선택적으로 충진 또는 주입할 수 있도록 하는 에어압 주입용 밸브(920)가 구성되고,
다른 일측에는 필요에 따라 내부의 에어를 바깥으로 용이하게 빼낼 수 있도록하는 에어 빼기용 밸브(930)가 구성되는 한편, 상기 밸런스조절실(910)의 하부에는 상기 밸런스조절실(910)에 충진된 에어를 빠지면 이에 해당되는 질량의 물이 들어와서 무겁게 하는 반면,
반대로 에어압 주입용 밸브(920)를 통해 밸런스조절실(910)내에 고압의 에어가 주입되면 내부에 존재하는 물이 바깥으로 빠져나가면서 가벼워지도록 하는 물입출입 조절밸브(940)가 구성되는 구조로 설계하면 된다.
또, 상기 부력식 설치틀(100)의 상측(4군데 각 모서리가의 상측이 바람직함)에는 회전 드럼에 일정한 길이의 와이어가 조밀하게 감겨져 있고, 상기 드럼의 일측에는 감속모터가 구성되어, 와이어를 이용해 다양한 중량체를 끌어 당길 수 있는 다수의 중량물 당김용 원찌(960) 또한 추가 설치할 수 있다.
또 상기 수차식 회전날개유닛(200)이 내설되어 있는 상단 프레임(10)의 상단부에는 다른 지대에 비해 풍량이나 풍속이 높은 바다 연안이나 계곡의 강 기슭에서 부는 바람을 이용해 예비 전력용으로 추가 발전할 수 있는 풍력발전기(1000) 또한 별도로 설치 가능하도록 하였다.
이때 적용되는 풍력발전기는 어느 하나의 구보에 한정될 것 없이 풍량에 따라 어느정도 용량의 전력 생산이 가능한 구조이면 족함으로 다양한 형태들이 이에 적용될 수 있다.
또, 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 외곽둘레에는 회전날개 커버를(298) 설치하여 보호할 수 있고, 필요에 따라서는 히터팬, 단턱 등으로 구성될 수 있는 히팅수단(299)을 설치하면, 빙하의 형성이 우려되는 극냉지역에서도 결빙없는 원활한 동작성을 보장할 수 있으므로 아주 용이하다.
W: 와이어 100: 부력식 설치틀
130: 수차 설치홈 200: 회전날개유닛
210: 회전날개 250: 회전축
300: 높낮이조절수단 400: 와이어걸이수단
500: 고정앵커

Claims (11)

  1. 일정량의 부력매질(공기나 가스 등을 비롯하여 스티로폼 등과 같이 물 위에서 일정한 부력작용이 가능한 물질, B)이 충진되어 그 자체로 물 위에 떠있을 수 있는(부력작용) 부력식 설치틀(100);
    상기 부력식 설치틀(100)의 어느 하나 이상의 지점에 뚫려 있는 수류와 노출된 수차설치홈(130);
    상기 수차설치홈(130)에 설치되고, 회전축(250)을 중심으로 다수의 회전날개(210)가 부착되는 회전날개유닛(200);
    상기 회전날개유닛(200)의 양측에서부터 일정한 높이에 위치한 상부프레임 사이에 설치되는 것으로, 상기 회전날개유닛(200)의 상,하 높낮이를 인위적으로 조절할 수 있는 높낮이조절수단(300);
    상기 부력식 설치틀(100)의 외곽 둘레와 수면 아래의 바닥면 및 그 사이에 설치되는 것으로, 물의 흐름에 따라 임의로 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어걸이수단(400), 와이어(W), 고정앵커(500);
    상기 회전축(250)의 일측에 설치되는 것으로, 상기 수류에 따라 회전되는 수차식 회전날개유닛(200)의 회전동력을 전달받은 후 이를 전기에너지로 전환시킬 수 있는 발전기(M); 로 이루어지는 한편,
    상기 부력식 설치틀(100)은, 내부에 일정량의 부력매질(공기나 가스 등을 비롯하여 스티로폼 등과 같이 물 위에서 일정한 부력작용이 가능한 물질, B)이 충진될 수 있도록 부력매질 충진실(111, 112)이 각각 확보되어 있는 다수개의 가로형 프레임 조각(110) 및 세로형 프레임 조작(120)을 제작한 다음, 이들을 가로방향 또는 세로방향으로 각각 교차되게 배치하여 전체적으로 일정한 넓이의 부력체를 구성할 수 있도록 하되, 상기 가로형 프레임조각(110)들 사이의 연결부와 세로형 프레임 조작들 사이의 연결부, 그리고 상호 방향이 서로 다른 가로형 프레임조각(110)과 세로형 프레임 조각(120) 사이의 연결부에는, 2개의 플렌지(131)를 밀착시킨 후 다수의 볼트(132)로 체결한 플랜지 조립부(130)를 구성시킨 것;을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 높낮이조절수단(300)은,
    상기 수차식 회전날개유닛(200)의 회전축(250) 양측의 부력식 설치틀(100)에는 상부프레임의 높이까지 길게 세워지는 하나 이상의 가이드봉(320)이 구성되고,
    상기 가이드봉(320)에는 상기 회전축(250)의 좌우 양측과 연결된 상태에서 상기 가이드봉(320)을 따라 상,하 슬라이드 이동이 가능한 상하슬라이드블럭(310)을 구성되며,
    상기 각각의 상하슬라이드블럭(310)에는 부력식 설치틀(100)의 상면에서부터 상단 프레임(10)까지 이어지는 스크류봉(340)이 관통되고,
    상기 스크류봉(340) 윗쪽의 상단 프레임(10)에는 상기 스크류봉(340)과 상호 맞물림되는 스크류 결속홈(351)이 형성되는 동시에 그 외측에는 워엄휠(352)이 구성되어 있는 회전방향 전환부재(350)가 구성되며,
    상기 회전방향 전환부재(350)와 교차되는 방향으로는 상기 워엄휠(352)과 상호 동력연결이 가능한 워엄기어(361)이 구성되어 있는 구동샤프트(360)가 구성되고,
    상기 구동샤프트(360)의 어느 일측에는 정밀한 정역회전이 가능한 구동용 서보모터(370)가 설치된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기(M)와 상기 회전축(250) 사이에는 1차 회전동력전달수단(600)과 증속장치(700)를 구성하되,
    상기 1차 회전동력전달수단(600)은, 상기 회전축(250)과 교차되는 지점의 상기 부력식 설치틀(100) 상단에는 상기 수차식 회전날개유닛(200)의 상,하 높낮이 조절구간 보다 긴 길이를 갖는 스프라인축(610)을 상측의 고정용 지지판(20)에 베어링 지지 상태로 구성하고,
    그 스프라인축(610) 중 상기 회전축(250)과 교차되는 지점에는, 상기 스프라인축(610)과의 맞물림 상태에서 상하로 이동이 가능하도록 내부에는 스프라인홈(621)이 형성되는 상,하 유동형 헬리컬기어(620)가 구성되고,
    상기 상,하 유동형 헬리컬기어(620)와 상호 교차되어 있는 회전축(250)에는 축고정형 헬리컬기어(630)가 상호 45°경사각으로 맞물림되어 회전을 90°로 전환시킬 수 있도록 하고,
    상기 상,하 유동형 헬리컬기어(620)와 축고정형 헬리컬기어(630)는 그 둘레에 기어박스(640)를 구성한 다음 베어링(641)으로 지지 구성된 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 회전동력전달수단(600)에 의해 회전되는 상기 스프라인축(610)과 상기 증속장치(700) 사이에는, 상기 스프라인축(610)의 회전동력을 상기 증속장치(700)로 연결될 수 있도록 하는 2차 회전동력전달장치(50)가 구성되는 데,
    상기 2차 회전동력전달장치(50)는, 상기 증속장치(700)의 하부에 구비하는 회전입력측 샤프트(720)와 상기 스프라인축(610)에 각각 하나씩의 일측기어(52) 및 타측기어(53)를 구성한 후 치간 맞물림 구성시킨 구조인 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측에 회전동력을 전달(또는 연결)하는 방향이 필요에 따라 정회전 또는 역회전으로 자동 전환이 가능한 회전방향자동변환장치(60)를 추가로 더 설치할 수 있는 것과;
    상기 회전방향자동변환장치(60)는, 상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측기어(52)가 삽입되어 있는 스프라인축(610)의 하측에 변환용 기어(61)를 구성한 다음 그 일측에 치간 맞물림된 아이들기어(62)를 구성하는 한편, 상기 2차 회전동력전달수단(50)의 일측기어(52)에는 수류방향계(수류의 흐름에 따라 움직이면서 그 수류의 방향을 확인할 수 있도록하는 요소, 70)의 움직임에 따라 상,하로 일정간격 동작하면서 상기 타측기어(53)와 상호 치물림되거나 또는 그 아래측에 구비하는 아이들기어(62)와 치물림됨에 따라 전달되는 회전방향이 정회전 또는 역회전으로 선택조절이 가능하도록 기어이동링크부재(65)가 구성되고, 상기 기어이동링크부재(65)의 후측에는 스크우류(66)가 상하로 관통되며, 상기 스크우류(66)의 축과 연결된 상태의 프레임 저면(수류에 노출된 위치)에는 수류의 흐름에 따라 움직이면서 그 수류의 방향을 확인할 수 있도록하는 수류방향계(70)가 설치된 구조인 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수류방향계(70)와 상기 스크우류(66) 사이에는 축으로 직결 구성되거나, 또는 상기 스크우류(66)의 하부에 소형의 구동모터(80)를 구성한 다음 상기 구동모터(80)와 수류방향계(70) 사이에 선으로 연결된 구동제어부(90)가 배치되는 구조로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 증속장치(700)는,
    상기 1차 회전동력전달수단(600)에 의해 스프라인축(610)이 회전될 때, 상기 회전연결기어유닛(701)으로 부터 그 회전동력을 전달 받은 후 발전기(M)에 필요한 고속의 회전속도비로 증속하여 용이한 발전이 가능하도록 하는 수단으로,
    그 하부에는 회전입력측 샤프트(720)를 구성하는 동시에 상기 회전입력측 샤프트(720)에는 일정한 크기의 회전 입력용 대기어(721)를 구성하고,
    상기 회전 입력용 대기어(721)의 일측에는 상기 회전 입력용 대기어(721)와 치물림된 피동용 소기어(731)와 상기 피동용 소기어(731) 보다 큰 중간 대기어(732)가 피동축(733)에 상,하로 축삽된 제 1 증속 기어셋트(730)가 설치되고,
    상기 제 1 증속 기어셋트(730)의 일측에는 상기 중간 대기어(732)와 치물림된 피동용 소기어(741)와 상기 피동용 소기어(741) 보다 큰 중간 대기어(742)가 피동축(743)에 상,하로 축삽된 제 2 증속 기어셋트(740)가 설치되며,
    상기 제 2 증속 기어셋트(740)의 일측에는 상기 중간 대기어(742)와 치물림된 피동용 소기어(751)와 상기 피동용 소기어(751) 보다 큰 중간 대기어(752)가 피동축(753)에 상,하로 축삽된 제 3 증속 기어셋트(750)가 설치되며,
    상기 제 3 증속 기어셋트(750)의 후방 일측에는 상기 중간 대기어(752) 보다 작은 출력용 소기어(791)를 갖는 증속 출력축(790)이 구비된 구조인 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 증속장치(700)의 회전입력측 샤프트(720)과 증속 출력축(790)의 사이에는 증속시 인가되는 상당한 부하 및 그 저항으로 인해, 증속을 위한 기동자체가 어렵거나 불가능할 수 있는 것을 간단한 원리로 해소 가능한 기동력 후방전달수단(800)이 추가로 더 설치될 수 있는 것과;
    상기 기동력 후방전달수단(800)은, 상기 회전입력측 샤프트(720)의 상단부에는 회전 시작측 풀리(810)가 구성되고, 상기 증속 출력측(790)의 상단부에는 증속 부하측 풀리(820)를 구성한 다음, 상기 증속 부하측 풀리(820)에는 자전거 패달휠에 장치된 테클베어링(821)이 끼워진 구조인 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 부력식 설치틀(100)의 각 4개의 모서리측에는 다양하게 변할 수 있는 상기 부력식 설치틀(100) 전체의 균형 밸런스를 공기의 주입과 배기를 통해 아주 간단하게 조절할 수 있도록 하는 에어식 밸런스 조절장치(900)가 추가 설치될 수 있고,
    상기 에어식 밸런스 조절장치(900)는, 상기 부력식 설치틀(100)의 각 4개의 모서리의 내부에 별도로 밀폐된 밸런스조절실(910)을 구성한 다음, 상기 밸런스조절실(910)의 상측에는 에어발생기(미도시)로 부터 호스로 전달된 에어를 선택적으로 충진 또는 주입할 수 있도록 하는 에어압 주입용 밸브(920)가 구성되고,
    다른 일측에는 필요에 따라 내부의 에어를 바깥으로 용이하게 빼낼 수 있도록하는 에어 빼기용 밸브(930)가 구성되는 한편, 상기 밸런스조절실(910)의 하부에는 상기 밸런스조절실(910)에 충진된 에어를 빠지면 이에 해당되는 질량의 물이 들어와서 무겁게 하는 반면,
    반대로 에어압 주입용 밸브(920)를 통해 밸런스조절실(910)내에 고압의 에어가 주입되면 내부에 존재하는 물이 바깥으로 빠져나가면서 가벼워지도록 하는 물입출입 조절밸브(940)가 구성되는 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 부력식 설치틀(100)의 상측에는 회전 드럼에 일정한 길이의 와이어가 조밀하게 감겨져 있고, 상기 드럼의 일측에는 감속모터가 구성되어, 와이어를 이용해 다양한 중량체를 끌어 당길 수 있는 다수의 중량물 당김용 원찌(960)를 추가로 설치한 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 수차식 회전날개유닛(200)이 내설되어 있는 상단 프레임(10)의 상단부에는, 다른 지대에 비해 풍량이나 풍속이 높은 바다 연안이나 계곡의 강 기슭에서 부는 바람을 이용해 예비 전력용으로 추가 발전할 수 있는 풍력발전기(1000)를 추가로 설치될 수 있는 것을 특징으로 한 수면 부양식 고효율 수차 발전기.
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