KR20170109494A - 수로형 수력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수로형 수력발전장치에 관한 것으로서, 수로의 양측 상단에서 마주하여 길게 설치되는 프레임; 상기 프레임에서 회전가능하게 가로로 설치되며, 길이 방향으로 다수의 조립기부가 돌출 형성되어 있는 다수의 회전축; 후면이 상기 회전축의 조립기부에 볼트로서 조립 고정되어 상기 회전축에 방사상으로 설치되는 다수의 수차; 및 상기 각 회전축의 회전이 구동체인에 의해 연결되어 전력을 일으키도록 된 발전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 하천의 임의적인 위치에서 수로형으로 간단하게 설치할 수 있어서 폭 넓은 적용성을 가지며, 물의 압력에 대해서 안정된 수차의 회전이 이루어질 수 있고, 필요시에는 장치를 수면위로 올려서 점검이나 수리와 같은 작업을 용이하게 할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

수로형 수력발전장치{Waterway type waterpower generation unit}

본 발명은 수로형 수력발전장치에 관한 것으로서 강이나 바다와 같이 물이 흐르는 곳에 수로를 형성하여 소규모로 설치할 수 있고, 특히 다수의 수차가 물의 흐름에 충분한 내파성을 가지면서 안정적인 회전 및 발전을 할 수 있고, 점검이나 수리가 용이하도록 구성된 수로형 수력발전장치에 관한 것이다.

전기를 얻기 위한 발전 시스템으로는 화력발전이나 원자력과 같은 화석연료를 사용하는 발전과, 강이나 바다 등의 물을 이용하는 수력발전과 기타 풍력이나 태양열 발전이 있다.

그 중에서도 수력발전은 화력이나 원자력에 비하여 친환경적이면서 적은 운전비용으로 비교적 큰 전력을 얻을 수 있어서 널리 적용하고 있는 실정이다.

일반적인 수력발전은 하천에 댐을 쌓아서 충분한 물을 확보하여 낙차를 이용한 발전을 하는 것으로서 자연적인 물의 위치에너지를 이용하여 발전을 함으로써 화력발전과 달리 환경오염이 적고, 지속적인 에너지를 만들 수 있으며, 운영비용이 적은 장점이 있다.

그러나 이와 같은 일반적인 수력발전은 다양한 조건을 충족시키는 지형에서 대형의 댐을 건설하는 등 까다로운 입지요건이 필요하고, 항상 충분한 유량이 확보되어야 하는 문제점이 있었다.

또한 많은 양의 물을 저장하기 위한 건설비용이 막대하고, 댐의 건설로 인한 많은 지역의 수몰로 인하여 지역주민들의 이전과 환경파괴의 문제가 있었으며, 더욱이 댐을 건설할 수 있는 입지 또한 제한적이어서 널리 보급하기 어려운 문제점도 있었다.

따라서 입지조건에 관계없이 하천에 수로를 형성하고, 이 수로에 발전설비를 설치함으로써 환경을 훼손하지 않고 적은 비용으로 발전을 할 수 있도록 된 수로형 수력발전이 제기되었으며, 특허문헌1은 그 한 예를 보여주고 있다.

특허문헌1을 살펴보면, 수로와 발전유닛을 이용한 발전시스템을 제공하는데 상기 발전유닛은 원통형의 몸체와; 상기 몸체의 외주면에 부착되는 날개와; 상기 몸체의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전부를 포함하며, 특히 상기 수로는 길고 좁게 형성된 통로위에 물이 흐르도록 하는데 상기 발전유닛은 상기 수로위에 떠있으며 상기 발전유닛 앞에는 상기 수로를 따라 흐르는 물의 높이를 조절하기 위한 차단벽이 형성되어 있다.

이러한 특허문헌1은 수로를 형성하기 위한 설비가 복잡하고 고비용이 소요되는 형태이며, 각 유닛이 독립적인 형태로서 발전이 이루어지는 것으로 되어 있어서 그 설비 또한 막대한 비용이 소요될 수 있는 문제가 있다.

또한 날개의 경우 흐르는 물에 대한 압력에 충분히 대응할 수 있는 구성이 아닌 것으로서 실제 수차로서의 적용이 어려운 문제점도 지적되었다.

그리고 상기와 같은 종래 수력발전 설비의 경우 물 속에 항상 고정 설치된 상태를 유지하게 되어 점검이나 수리 및 교환 등의 작업이 곤란하여 관리가 용이하지 못하고, 그에 따른 안전한 사용이 어려웠던 문제가 있었다.

1. 대한민국공개실용신안 제20-2013-0002582호.

본 발명의 목적은 임의적인 수로에 간단하게 설치할 수 있으며, 동시에 다수 개의 수차가 연계되어 안정적인 발전을 할 수 있도록 된 수로식 수력발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필요시에 장치를 수면의 윗쪽으로 상승시켜서 점검이나 수리 등의 작업을 할 수 있도록 된 수로식 수력발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여, 수로의 양측 상단에서 마주하여 길게 설치되는 프레임; 상기 프레임에서 회전가능하게 가로로 설치되며, 길이 방향으로 다수의 조립기부가 돌출 형성되어 있는 다수의 회전축; 후면이 상기 회전축의 조립기부에 볼트로서 조립 고정되어 상기 회전축에 방사상으로 설치되는 다수의 수차; 및 상기 각 회전축의 회전이 구동체인에 의해 연결되어 전력을 일으키도록 된 발전기를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.

상기 수차는 회전축에서 측방으로 간격을 두고 다수 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라 수차가 측방으로 간격을 두고 다수 설치됨으로써 물에 대한 하중을 분산시켜서 원활한 수차의 회전을 유도하고, 안정적인 발전이 이루어질 수 있게 된다.

또한 상기 수차는 방사상으로 와이어에 의해 서로 연결됨으로써 보다 강한 물의 압력에도 충분히 견디도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 프레임은 수로에 고정 설치되는 고정프레임과 상기 각 회전축 및 발전기 등이 조립되는 승강프레임으로 구성되고, 상기 승강프레임에는 승강축이 수직으로 나사 결합되어 모터에 의해 회전됨으로써 승강프레임을 승강시키도록 된 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 수차의 후단에 경사부가 형성되고, 이 경사부가 상기 조립기부와 접촉되어 브라켓과 고정볼트에 의해 조립되고, 상기 회전축의 외주연에는 지지부가 형성되어 이 지지부와 수차의 후단부가 스프링에 의해 연결되어 수차에 가해지는 물의 압력이 상기 스프링에 의해 탄성적으로 완충되도록 된 것이다.

이에 따라 환경에 따라 다양하게 작용되는 물의 압력에 대해서 안정적이고 유연하게 대응될 수 있다.

본 발명은 하천의 임의적인 위치에 간단하게 설치할 수 있어서 폭 넓은 적용성을 가지며, 물의 압력에 대해서 안정된 수차의 회전이 이루어질 수 있고, 필요시에는 장치를 수면위로 올려서 점검이나 수리와 같은 작업을 용이하게 할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 수로와 분리된 상태를 나타낸 본 발명의 일실시예도.
도 3은 상기 도 2의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 수차의 일실시예도.
도 5는 본 발명의 작용상태를 나타낸 측면도.
도 6 및 도 7은 하천에 설치된 상태를 나타낸 일실시예도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 수차의 조립 사시도.
도 9은 상기 도 9의 측면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 수차의 조립 측면도.
도 11은 상기 도 10의 조립부분 확대도.

본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 실시예로서의 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

도면에서 동일 명칭부분에 대해서는 동일 부호를 적용하였다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 수로와 분리된 상태를 나타낸 본 발명의 일실시예도이며, 도 3은 상기 도 2의 측면도로서, 본 발명은 수로(1)의 양 측 상단에 설치되는 프레임(10)과, 상기 프레임(10)에서 회전가능하게 가로질러 설치되는 다수의 회전축(20)과, 상기 회전축(20)에 방사상으로 고정 설치되는 다수의 수차(30)와 발전기(40) 그리고 승강축(50)으로 이루어져 있다.

상기 프레임(10)은 수로(1)의 양 측 상단에서 마주하여 길게 설치되는데, 고정프레임(11)과 승강프레임(12)으로 구성된다.

고정프레임(11)은 수로(1)를 형성하는 콘크리트 슬라브에 매입 또는 고정 설치되는 것으로서 도면에서와 같이 반드시 길게 형성될 필요는 없다.

승강프레임(12)은 상기 고정프레임(11)의 상측에서 승강축(50)에 의해 지지되어 있는데, 승강축(50)은 나사축으로서 하단이 상기 고정프레임(11)에 지지되어 회전 가능하게 설치되며, 승강프레임(12)과 나사 결합되어 승강축(50)의 회전에 의해 승강프레임(12)이 승강되도록 되어 있다.

상기 승강축(50)은 고정프레임(11) 없이 나사관 등에 의해 수로(1)를 형성하는 콘크리트 슬라브에 직접 매입 설치될 수도 있다.

승강축(50)은 설비의 규모에 따라 다수 개가 설치되며, 각각 모터(51)에 의해 회전될 수 있으며, 도면에서와 같이 승강체인(52)에 의해 연결되어 하나의 모터에 의해 구동될 수도 있다.

상기 승강축(50)은 이중관 형식으로 이루어질 수도 있으며, 모터(51) 대신 핸들을 설치하여 수동식으로 구성될 수도 있을 것이다.

회전축(20)은 승강프레임(12)에서 수로(1)를 가로질러 설치되며, 방사상으로 다수의 수차(30)가 설치되어 있다.

각 회전축(20)은 일측에서 구동체인(21)에 의해 연결되어 있으며, 최종적으로 발전기(40)에 연결되어 회전축의 회전에 의해 발전이 이루어지도록 된다.

상기 수차(30)는 버킷 형태로 되어 있으며, 물의 저항력에 따른 오동작을 방지하기 위하여 도 4에서와 같이 양 측면을 제외한 면에 다수의 구멍(31)이 형성될 수 있다.

즉 수차(30)에 구멍을 형성하여 수차(30)에 가해지는 물의 압력을 어느 정도 분산시킴으로써 지나친 부하가 걸림으로 인해 후방의 수차가 회전되지 않는 오류를 개선할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 발전설비의 점검이나 수리 시에 승강프레임(12)이 승강되도록 하는 작용 상태를 도시한 것으로서, 수차(30)가 물에 잠겨 있는 상태에서는 점검이나 수리가 어려우므로 모터(51)의 구동에 의해 승강축(50)을 회전시켜서 이와 나사 결합된 승강프레임(12)을 상측으로 이동시키면, 승강프레임(12)에 설치되어 있는 각 회전축(20)과 수차(30)가 상측으로 이동하게 되어 보다 용이한 작업이 가능하게 되는 것이다.

여기서 상기 모터(51)는 승강체인(52)을 구동시켜서 다수의 승강축(50)을 동시에 회전시켜서 회전축(20)과 수차(30)를 승강시키게 된다.

본 발명에 따르면 도 6 및 도 7에서와 같이 수로(1)의 형태가 직선 형태로 굴곡된 곳이나 곡면 형태로 굴곡된 곳에서도 무리없이 설치되어 사용될 수 있으며, 각 회전축이 구동체인(21)에 의해 연결됨으로써 일괄적이고 안정적인 구동이 이루어지게 된다.

이와 같이 길게 형성된 수로에 연속적으로 수차가 설치되는 경우에는 필요에 따라 다수의 발전기(40)가 설치될 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있는데 이를 참조하면, 수로(1)를 가로질러서 승강프레임에 설치되는 각 회전축(20)은 외주면에 길이 방향으로 다수의 조립기부(22)가 돌출 형성되어 있으며, 이 조립기부(22)에 상기 수차(30)의 후면이 밀착되어 고정볼트(32)에 의해 조립 고정된다.

따라서 수차(30)는 회전축(20)에 보다 견고하게 조립 고정될 수 있게 된다.

그리고 상기 수차(30)는 회전축(20)에 대하여 측방으로 간격을 두고 다수 설치됨으로써 각 수차(30)의 사이로 물의 압력을 일부 흘려보낼 수 있도록 되어 있으며, 이에 따라 각 수차(30)에 작용하는 물의 압력을 줄이고 후방의 수차에도 균일한 물의 압력이 전달되도록 할 수 있다.

또한 방사상으로 설치되는 수차(30)는 와이어(33)에 의해 선단부를 서로 연결함으로써 비교적 강한 물의 압력에도 충분히 견딜 수 있도록 되어 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내고 있는데 이를 참조하면, 회전축(20)의 외주연에는 다수의 조립기부(22)가 방사상으로 돌출 형성되어 있고, 이 조립기부(22)에 수차(30)의 후단부가 브라켓(60)과 고정볼트(32)에 의해 조립되어 있다.

상기 조립기부(22)와 수차(30)의 후단부가 접촉 또는 근접된 상태에서 그 측면으로 상기 브라켓(60)이 고정볼트(32)에 의해 연결 조립되는 것이다.

그리고 상기 회전축(20)의 외주면에서 각 조립기부(22)의 사이에는 지지부(23)가 돌출되어 있는데, 수차(30)의 전방측 즉, 물이 수납 접촉되는 전방측에 접근하여 돌출되어 있고, 이 지지부(23)와 수차(30)의 후단부가 스프링(70)에 의해 연결 지지되어 있다.

따라서 물의 압력에 의해 후방으로 밀리는 수차(30)를 스프링(70)이 탄력적으로 지지하도록 된 것이며, 조립기부(22)와 접하는 수차(30)의 후단부에는 경사부(31)이 형성되어 수차(30)가 후방으로 밀릴 때의 유격을 형성하도록 되어 있다.

여기서 물의 압력에 따른 수차(30)의 밀림은 미세한 것이며, 충분한 탄성력을 갖는 스프링(70)에 의해 수차의 안정된 상태를 유지하도록 되고, 매순간 변화되는 물의 압력에 대해서 탄력적인 대응이 이루어질 수 있으면서, 순간적으로 강하게 작용하는 물의 압력도 수차(30)가 유연하게 흡수할 수 있게 된다.

상기 조립기부(22)에 수차(30)를 조립할 때 브라켓(60)과 고정볼트(32)의 조립강도를 조절함으로써 물에 대한 수차(30)의 탄력적인 휨성을 상황에 따라 알맞게 적용할 수 있다.

이러한 스프링(70)의 탄성 작용은 수차(30)의 선단부에 설치되는 와이어(33)와 더불어 다양한 환경에서 충분한 강성과 안정적인 수차의 적응을 제공하게 된다.

한편 본 발명에 따른 회전축(20)과 발전기(40)의 사이에는 증속을 위한 변속기가 더 설치될 수 있으며, 이러한 증속에 의해 더욱 효율적인 발전이 이루어질 수 있다.

이상에서 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 상기의 실시예에 한정하는 취지는 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경 실시될 수 있을 것이다.

1 : 수로 10 : 프레임
11 : 고정프레임 12 : 승강프레임
20 : 회전축 21 : 구동체인
22 : 조립기부 23 : 지지부
30 : 수차 31 : 경사부
32 : 고정볼트 33 : 와이어
40 : 발전기 50 : 승강축
51 : 모터 52 : 승강체인
60 : 브라켓 70 : 스프링

Claims (5)

1. 수로의 양측 상단에서 마주하여 길게 설치되는 프레임;
   상기 프레임에서 회전가능하게 가로로 설치되며, 길이 방향으로 다수의 조립기부가 돌출 형성되어 있는 다수의 회전축;
   후면이 상기 회전축의 조립기부에 볼트로서 조립 고정되어 상기 회전축에 방사상으로 설치되는 다수의 수차; 및
   상기 각 회전축의 회전이 구동체인에 의해 연결되어 전력을 일으키도록 된 발전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수로형 수력발전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수차는 방사상으로 와이어에 의해 서로 연결됨으로써 물의 압력에 견딜 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 수로형 수력발전장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수차는 회전축에서 측방으로 간격을 두고 다수 설치되는 것을 특징으로 하는 수로형 수력발전장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 프레임은 수로에 고정 설치되는 고정프레임과 상기 각 회전축 및 발전기 등이 조립되는 승강프레임으로 구성되고, 상기 승강프레임에는 승강축이 수직으로 나사 결합되어 모터에 의해 회전됨으로써 승강프레임을 승강시키도록 된 것을 특징으로 하는 수로형 수력발전장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 수차의 후단에 경사부가 형성되고, 이 경사부가 상기 조립기부와 접촉되어 브라켓과 고정볼트에 의해 조립되고, 상기 회전축의 외주연에는 지지부가 형성되어 이 지지부와 수차의 후단부가 스프링에 의해 연결되어 수차에 가해지는 물의 압력이 상기 스프링에 의해 탄성적으로 완충되도록 된 것을 특징으로 하는 수로형 수력발전장치.
   

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