KR20190119071A - 수력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

인력에 의해 수력 발전 장치를 수로로부터 용이하게 인상 가능한 동시에, 계획한 장소에 확실하게 설치할 수 있는 수력 발전 장치를 제공한다. 이 수력 발전 장치는, 1개 이상의 수력 발전 모듈(3)으로서, 각각, 수력을 회전력으로 변환하는 날개차(2)를 가지는 1개 이상의 수력 발전 모듈(3)과, 1개 이상의 수력 발전 모듈(3)의 날개차(2)의 회전에 의해 발전하는 발전기(6)와, 1개 이상의 수력 발전 모듈(3)의 각각의 수력 발전 모듈(3)을 각각 지지하는 1개 이상의 가대(11)와, 수로에 고정되어 1개 이상의 가대(11)를 지지하는 고정 프레임(10)을 구비한다. 1개 이상의 가대(11)는, 고정 프레임(10)에 대하여, 그 가대(11)가 지지하는 수력 발전 모듈(3)이, 그 날개차(2)의 하단이 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세를 취하는 위치와, 그 가대(11)가 지지하는 수력 발전 모듈(3)이, 그 날개차(2)의 전체가 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 회전 가능하게 지지되어 있다.

Description

수력 발전 장치

본 출원은, 2017년 2월 27일자 일본 특허출원 제2017-034801, 2017년 12월 21일자 일본 특허출원 제2017-245163 및 2018년 2월 2일자 일본 특허출원 제2018-017021의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.

본 발명은, 수로(水路; waterway)에 설치되는 수력 발전 장치에 관한 것이다.

수력 발전 장치는, 유수(流水)가 가지는 운동 에너지를, 발전에 이용하는 시스템이다. 이 수력 발전 장치 중에서 소형의 것은, 농업용수 등의 수로에 설치하여 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이와 같은 수로에 설치되는 수력 발전 장치는, 먼저 i) 설치를 위해, 수로에 투입하지 않으면 안된다. 또한, ii) 유지보수를 위해, 회전 날개 또는 기어, 오일 시일 등의 교환 시, 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올릴 필요가 있다. 또한, iii) 증수(增水) 등의 긴급 시에도, 일수(溢水)나 수력 발전 장치의 손상을 방지하기 위해, 수로로부터 끌어올릴 필요가 있다. 종래에는 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올릴 때, 크레인차, 또는 대규모의 인상(引上) 기구를 사용하고 있었다.

일본 공개특허 제2015-014219호 공보

수로에 적용되는 수력 발전 장치는, 통상, 수로에 날개를 수몰(水沒)시켜 발전하고 있지만, 전술한 바와 같이, 상기 ii), iii)의 비정상(非正常) 시에는, 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올릴 필요가 있다. 특히, 상기 iii)의 긴급 시에는, 신속히 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올릴 필요가 있다. 그러나, 종래에는, 크레인차 등을 사용하고, 3인 이상이 작업하여 대응하고 있었다.

또한, 상기 i)의 수력 발전 장치의 설치 시에도, 수로는 비교적 빠른 유속(流速; flow rate)이 있어, 크레인차로 수력 발전 장치를 수로에 투입하면, 최초로 수몰하는 날개가 유속에 의해 하류측으로 흐르게 되어 수력 발전 장치 전체가 하류측으로 흐르게 되거나, 유속에 의해 수력 발전 장치가 진동하거나, 소정의 장소에 설치하는 것이 어려웠던. 물론, 이 작업도 3명 이상으로 대응하고 있었다.

본 발명의 목적은, 인력에 의해 수력 발전 장치를 수로로부터 용이하게 인상 가능한 동시에, 계획한 장소에 확실하게 설치할 수 있는 수력 발전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 수력 발전 장치는, 1개 이상의 수력 발전 모듈로서, 각각, 수력을 회전력으로 변환하는 날개차(impeller)를 가지는 1개 이상의 수력 발전 모듈과, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈의 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기와, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈 각각의 수력 발전 모듈을 각각 지지하는 1개 이상의 가대(架臺; cradle)와, 수로에 고정되어 상기 1개 이상의 가대를 지지하는 고정 프레임을 구비한 수력 발전 장치로서,

상기 고정 프레임은, 이 고정 프레임을 상기 수로에 고정시키는 고정구를 포함하고,

상기 1개 이상의 가대는, 상기 고정 프레임에 대하여,

그 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이, 그 날개차의 하단(下端)이 상기 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세를 취하는 위치와,

그 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이, 그 날개차의 전체가 상기 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 회전 가능하게 지지되어 있다.

상기 「수로」의 수면은, 정해진 높이에 있는 것으로 한다.

이 구성에 의하면, 고정 프레임에 대하여, 날개차의 하단이 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세와, 날개차의 전체가 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세에 걸쳐, 1개 이상의 가대의 각각이 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 다음과 같이 사용할 수 있다.

이 수력 발전 장치의 설치 시에는, 날개차를 대기 자세인 채 목적지인 수로까지 운반한다. 이 수력 발전 장치의 가대에는 수력 발전 모듈이 지지되어 있다. 상기 수로에는, 미리, 고정구에 의해 고정 프레임이 설치되어 있다. 수력 발전 모듈 및 가대를 목적지에 도착시킨 후, 날개차의 대기 자세를 유지한 상태에서, 고정 프레임에 가대를 지지한다. 그 후, 가대를 인력에 의해 회전시켜 날개차의 하단이 상기 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세로 한다. 이 수몰 자세에 있어서, 날개차의 회전에 의해 발전기는 발전한다. 이와 같이, 수력 발전 장치를, 계획한 장소에 확실하게 설치할 수 있다.

이 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올리는 경우, 가대를 인력에 의해 회전시켜 날개차의 전체가 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세로 한다. 이와 같이, 수력 발전 장치를 수로로부터 용이하게 끌어올릴 수가 있다. 상기 대기 자세에 있어서, 수력 발전 장치를 유지보수할 수 있고, 또한 증수 등의 긴급 시에, 수력 발전 장치에 이상(異常)이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

상기 고정 프레임에 대하여 상기 1개 이상의 가대를 회전시키는 1개 이상의 조작 수단을 포함하고, 이 조작 수단은, 회전시키는 상기 1개 이상의 가대 및 상기 고정 프레임에 착탈 가능하게 있어도 된다. 이 경우, 고정 프레임에 가대가 지지되고, 또한 가대에 조작 수단이 장착된 상태에서, 고정 프레임에 대하여 가대를 조작 수단에 의해 회전시킬 수 있다. 따라서, 고정 프레임에 대하여, 가대를 조작 수단에 의해 용이하게 회전시킬 수 있다.

상기 1개 이상의 조작 수단이, 회전시키는 상기 1개 이상의 가대 및 상기 고정 프레임에 장착되었을 때, 상기 1개 이상의 조작 수단은, 상기 1개 이상의 가대를, 이 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세 및 상기 대기 자세 중 어느 한쪽이 자세를 취하도록 유지하는 것이라도 된다. 이 경우, 가대를 조작 수단에 의해 회전시켜 수몰 자세 및 대기 자세 중 어느 한쪽의 자세에 있어서, 가대 및 고정 프레임에 조작 수단을 장착함으로써, 상기 한쪽의 자세를 간단하고 또한 확실하게 유지할 수 있다.

상기 1개 이상의 가대의 회전 축심에 대하여, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈과는 반대측에 설치된 중추(重錘)를 구비한 것이라도 된다. 이 경우, 이 수력 발전 장치를 운반 등 할 때, 가대의 회전 축심에 대하여, 가대의 수력 발전 모듈과는 반대측에 설치된 중추에 의해, 날개차를 대기 자세인 채 유지할 수 있다. 따라서, 이 수력 발전 장치의 운반 등을 용이하게 행할 수 있다.

상기 1개 이상의 가대에 일체로 설치되어 상기 고정 프레임에 대하여 상기 가대를 회전시키는 회전축과, 이 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 고정 프레임에 착탈 가능하게 설치되는 회전축 받이부를 구비한 것이라도 된다. 이 경우, 회전축 받이부가 고정 프레임으로부터 이탈한 상태에서, 수력 발전 모듈 및 가대를 운반할 수 있다. 회전축 받이부가 고정 프레임에 장착된 상태에서, 회전축을 회전 중심으로 하여 가대를 회전시킬 수 있다.

상기 회전축 받이부는, 상기 회전축과 접촉하는 면에 수지제 슬라이딩재를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 회전축을 회전축 받이부에 대하여 원활하게 회전시킬 수 있는 동시에 회전축 등의 녹의 발생을 억제할 수 있다. 녹의 발생으로부터의 고착(固着)에 의해 회전축의 회전이 원활히 행해지지 않는 문제는 없다.

상기 1개 이상의 가대는, 각각, 상기 고정 프레임에 대하여, 대응하는 경첩에 의해, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세를 취하는 위치와 상기 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 회전 가능하게 연결된 것이라도 된다. 이 경우, 가대를 회전시키는 회전축 등을 줄일 수 있으므로, 수력 발전 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화를 도모할 수 있다. 이로써, 이 수력 발전 장치의 반송(搬送; transport), 설치, 인상 등을 용이하게 행하는 것이 가능해진다. 또한, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 1개 이상의 가대에 고정되고, 또한 상기 고정 프레임에 대하여 회전 가능한 수로의 폭 방향으로 연장되는 회전축과, 이 회전축을 상기 고정 프레임에 대하여 회전시키는 회전 기구와, 이 회전 기구(機構)를 상기 수로의 외부로부터 수동으로 조작 가능한 조작구(operation tool)를 구비하고, 상기 1개 이상의 가대가 상기 회전축과 함께 회전함으로써, 상기 1개의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세와 상기 대기 자세와의 사이에서 자세 변경 가능해도 된다.

이 구성에 의하면, 조작구에 의해 회전 기구를 조작함으로써, 회전축과 함께 가대가 회전하여, 가대가, 정확하게는 가대 및 수력 발전 모듈이, 날개차가 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세와 날개차가 수면보다 위에 위치하는 대기 자세로 전환된다. 조작구는 수로의 외부로부터 수동으로 조작 가능하므로, 상기 가대의 자세 전환을, 기계를 사용하지 않고, 또한 작업자가 수로 내에 들어가지 않고 행할 수 있다. 그러므로, 수로의 측벽에 낙하 방지 펜스(fence)가 설치되어 있는 경우라도, 작업자가 낙하 방지 펜스를 타고넘지 않고, 가대의 자세 전환 작업을 행할 수 있다. 또한, 가대의 자세 전환 작업은, 조작구를 조작할뿐인 간단한 작업이므로, 소인원수, 예를 들면, 혼자라도 행할 수 있다. 그러므로, 증수 등의 긴급 시에도, 날개차를 수로로부터 끌어올리는 것이 가능하다.

상기 회전 기구는, 웜 기어, 미끄럼 나사, 및 볼 나사 중 어느 하나에 의해, 상기 조작구의 동작을 상기 회전축의 축심(軸心; axis) 주위의 회전 동작으로 변환하여 상기 회전축에 전달해도 된다. 웜 기어, 미끄럼 나사, 및 볼 나사 중 어느 것이라도, 가대가 수몰 자세와 대기 자세로 자세 변경하도록 회전축을 회전시킬 수 있다.

상기 회전 기구는, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈이 상기 대기 자세로부터 상기 수몰 자세로 자세 변경하는 방향으로 상기 회전축이 회전하는 것을 규제하는 래칫 기구를 가져도 된다. 래칫 기구를 가지면, 날개차를 수로로부터 끌어올리기 위해 가대를 대기 자세로 자세 변경시킬 때, 도중에 조작구의 조작을 중단해도, 가대가 수몰 자세를 향해 움직이지 않는다. 그러므로, 날개차의 인상 작업을, 혼자라도 용이하게 행할 수 있다. 또한, 인상 후에도, 인상 상태대로 유지할 수 있다.

상기 조작구는 수로의 길이 방향으로 왕복 조작되는 것이며, 이 조작구의 동작을 상기 회전 기구에 전달하는 노치(notch) 기구를 가지고 있어도 된다. 이 구성이면, 수로의 측벽에 낙하 방지 펜스가 설치되어 있는 경우, 조작구를 낙하 방지 펜스와 평행하게 조작하게 된다. 그러므로, 수로의 외부로부터에서도 조작구를 조작이 용이하므로, 수력 발전 모듈의 인상 작업이 더 한층 용이하다.

상기 회전 기구의 구성 부품에 내식성(耐蝕性)을 가지는 재료가 이용되고 있어도 된다. 수력 발전 장치는 물이 걸리는 환경에서 사용되므로, 이와 같은 재료의 사용이 바람직하다.

상기 1개 이상의 수력 발전 모듈은 상기 수로의 폭 방향으로 배열되는 복수의 수력 발전 모듈이며, 상기 1개 이상의 가대는 상기 복수의 수력 발전 모듈을 각각 지지하는 복수의 가대이며, 또한

상기 복수의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세를 취하는 위치와 상기 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 상기 복수의 가대를 상기 고정 프레임에 대하여 각각 독립적으로 회전 가능하게 지지하는 개별 회전 지지 수단을 가져도 된다.

이 구성에 의하면, 이 수력 발전 장치의 설치 작업 시에는, 복수의 수력 발전 모듈을 가설(架設) 프레임(「고정 프레임」와 같은 의미임)에 설치한 상태에서, 각각의 수력 발전 모듈을 각각 대기 자세로 한 상태로 수로에 설치할 수 있다. 이 경우, 수로의 유속에 저항하지 않고 수력 발전 장치를 용이하게 설치할 수 있다. 그리고, 수로에 걸쳐 가설된 가설 프레임에 대하여, 각각의 수력 발전 모듈을 각각 별개로 설치할 수도 있다. 이 경우, 각각의 수력 발전 모듈을 인상 기구 등으로 별개로 끌어올려 설치할 수 있으므로, 수력 발전 장치를 2대 동시에 설치하는 종래예보다도, 인상 기구 등의 소형화를 도모하여 설치하는 시간의 단축을 도모할 수 있다. 그 후, 수몰 자세에 있어서, 날개차의 회전에 의해 발전기는 발전한다. 이들과 같이 수력 발전 장치를, 계획한 장소에 용이하고 또한 확실하게 설치할 수 있다. 또한, 1대만의 수력 발전 모듈을 설치하는 경우보다도 발전력을 증가시킬 수 있다.

이 수력 발전 장치의 사용 시에는, 각각의 수력 발전 모듈을 수몰 자세와 대기 자세에 걸쳐 각각 독립적으로 회전 가능하게 지지하는 개별 회전 지지 수단을 가지므로, 이 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올리는 경우, 수력 발전 모듈을 개별 회전 지지 수단에 의해 1개마다 끌어올리는 것이 가능해진다. 그러므로, 2대의 수력 발전 장치를 수로로부터 동시에 끌어올리는 경우와 비교하여, 인상에 필요로 하는 힘을 분산화할 수 있다. 이로써, 인력 등에 의해 수력 발전 장치를 수로로부터 용이하게 끌어올릴 수가 있다. 또한, 2대 동시 인상에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 수력 발전 모듈을 1개마다 끌어올리는 것이 가능해지므로, 각각의 수력 발전 모듈을 별개로 유지보수할 수도 있다.

또한, 각각의 가대를 회전함으로써, 각각의 수력 발전 모듈을 수몰 자세와 대기 자세에 걸쳐 변화할 수 있다.

상기 「인력 등」이란, 인력만 사용하는 경우, 및 인력과 함께 소형의 인상 기구 등도 사용하는 경우를 포함한다.

상기 1개 이상의 조작 수단은 복수의 조작 수단이며, 이들 복수의 조작 수단은, 각각, 상기 고정 프레임에 대하여 상기 복수의 가대를 각각 독립적으로 회전시키도록, 각각의 가대에 설치되어도 된다. 이 경우, 각 조작 수단을 인력 등에 의해 조작함으로써, 각각의 가대를 독립적으로 회전할 수 있다.

상기 개별 회전 지지 수단이 상기 경첩이라도 된다. 이 경우, 수력 발전 모듈을 회전시키는 회전축 등을 줄일 수 있으므로, 수력 발전 장치 전체의 경량화 및 컴팩트화를 도모할 수 있다. 이로써, 수력 발전 장치의 반송(transport), 설치, 인상 등의 용이화가 도모된다. 또한, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

특허청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 2개 이상의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다.

본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부호는, 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 수몰 자세의 사시도이다.

도 2는 도 1의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 정면도이다.

도 3는 도 1의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 측면도이다.

도 4는 도 1의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 평면도이다.

도 5는 도 1의 수력 발전 장치의 대기 자세의 사시도이다.

도 6은 도 1의 수력 발전 장치의 대기 자세의 정면도이다.

도 7은 도 1의 수력 발전 장치의 대기 자세의 측면도이다.

도 8은 도 1의 수력 발전 장치의 대기 자세의 평면도이다.

도 9a는 도 1의 수력 발전 장치를 설치하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 9b는 도 1의 수력 발전 장치를 설치하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 9a에 계속되는 과정을 나타낸 도면이다.

도 10a는 도 1의 수력 발전 장치를 설치하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 10b는 도 1의 수력 발전 장치를 설치하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 10a에 계속되는 과정을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 수몰 자세의 상류측으로부터의 사시도이다.

도 12는 도 11의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 하류측으로부터의 사시도이다.

도 13는 도 11의 수력 발전 장치의 대기 자세의 사시도이다.

도 14는 도 11의 수력 발전 장치에 있어서의 준조립체의 대기 자세의 사시도이다.

도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 가대가 수몰 자세로 있는 상태를 나타낸 정면도이다.

도 16은 도 15의 수력 발전 장치의 우측면도이다.

도 17은 도 15의 수력 발전 장치의 평면도이다.

도 18은 도 15의 수력 발전 장치의 가대가 대기 자세로 있는 상태를 나타낸 우측면도이다.

도 19는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 가대가 수몰 자세로 있는 상태를 나타낸 정면도이다.

도 20은 도 19의 수력 발전 장치의 우측면도이다.

도 21은 도 19의 수력 발전 장치의 좌측면도이다.

도 22는 도 19의 수력 발전 장치의 평면도이다.

도 23는 본 발명의 제5 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 가대가 수몰 자세로 있는 상태를 나타낸 정면도이다.

도 24는 도 23의 수력 발전 장치의 우측면도이다.

도 25는 도 23의 수력 발전 장치의 좌측면도이다.

도 26은 도 23의 수력 발전 장치의 평면도이다.

도 27은 본 발명의 제6 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 수몰 자세의 사시도이다.

도 28은 도 27의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 정면도이다.

도 29는 도 27의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 측면도이다.

도 30은 도 27의 수력 발전 장치의 수몰 자세의 평면도이다.

도 31은 도 27의 수력 발전 장치의 제2 수력 발전 모듈을 대기 자세로 한 사시도이다.

도 32는 도 27의 수력 발전 장치의 제2 수력 발전 모듈을 대기 자세로 한 정면도이다.

도 33는 도 27의 수력 발전 장치의 제2 수력 발전 모듈을 대기 자세로 한 측면도이다.

도 34는 도 27의 수력 발전 장치의 제2 수력 발전 모듈을 대기 자세로 한 평면도이다.

도 35는 도 27의 수력 발전 장치의 대기 자세의 사시도이다.

도 36은 도 27의 수력 발전 장치의 대기 자세의 정면도이다.

도 37은 도 27의 수력 발전 장치의 대기 자세의 측면도이다.

도 38은 도 27의 수력 발전 장치의 대기 자세의 평면도이다.

[제1 실시형태]

본 발명의 제1 실시형태에 관한 수력 발전 장치를 도 1 내지 도 10과 함께 설명한다.

<수력 발전 장치 전체의 개략적인 구성에 대하여>

도 2에 나타낸 바와 같이, 이 수력 발전 장치는, 예를 들면, 하천, 용수로(用水路) 등의 유수가 있는 수로(1)에 설치되고, 날개차(2)의 회전을 받아 발전을 행한다. 수로(1)는, 예를 들면, 각각 콘크리트 등으로 이루어지는 바닥면부(1a) 및 양측의 측벽면부(1b)로 구성된다. 이 수력 발전 장치는, 수력 발전 모듈(3)과, 이 수력 발전 모듈(3)을 지지하는 지지 장치(4)를 구비한다. 먼저, 수력 발전 모듈(3)에 대하여 설명하고, 이하, 지지 장치(4), 수력 발전 장치의 설치 및 인상, 작용 효과에 대하여 순차적으로 설명한다.

<수력 발전 모듈(3)에 대하여>

도 1에 나타낸 바와 같이, 수력 발전 모듈(3)은, 날개차(2), 및 이 날개차(2)의 회전에 의해 발전하는 발전기(6)를 가진다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 날개차(2)는, 수로(1)의 유수 중에 잠기는 상태로 설치되어 수력을 회전력으로 변환한다. 날개차(2)는, 회전 축심 L1이 유수가 흐르는 방향과 평행한 프로펠러형이다. 날개차(2)는, 상기 회전 축심 L1에 설치되는 허브(2a)와, 이 허브(2a)의 외주면(外周面)으로부터 반경 방향 외측으로 방사상으로 연장되는 복수(예를 들면, 5개)의 블레이드(blade)(2b)를 가진다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 블레이드(2b)의 선단부는, 상류측을 향해 경사져 있다.

상기 허브(2a)에 동축(同軸)에 날개축(blade shaft)(2c)이 장착되고, 이 날개축(2c)은, 도시하지 않은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 날개축(2c)의 회전은, 맞물리는 한 쌍의 베벨 기어 등으로 이루어지는 기어부(도시하지 않음)에 의해 증속된다. 날개축(2c), 상기 베어링, 및 상기 기어부는, 기어 박스(7)에 수용되어 있다. 그리고, 기어 박스(7) 내에는, 그리스(grease)가 봉입(封入)되어 있다.

한편, 발전기(6)의 입력축(도시하지 않음)이 지지통(8) 내로 연장되어 있다. 지지통(8) 내에 있어서, 상기 입력축의 하단과 동력 전달축(9)의 상단(上端)이, 도시하지 않은 회전 연결구를 통하여 동축에 연결되어 있다. 동력 전달축(9)의 축심과 날개축(2c)의 축심이 서로 직교하도록 배치되어 있다. 또한, 동력 전달축(9)은, 지지통(8) 내의 베어링(도시하지 않음)에 의해, 이 지지통(8)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 날개축(2c)의 회전이 동력 전달축(9) 및 상기 입력축에 전달됨으로써, 발전기(6)가 발전한다.

<지지 장치(4)에 대하여>

도 1에 나타낸 바와 같이, 지지 장치(4)는, 고정 프레임(10), 가대(11), 발전기 테이블(12), 회전축(13), 회전축 받이부(14), 중추(15), 및 조작 수단(16)을 구비한다. 그리고, 지지 장치(4) 중 고정 프레임(10)을 제외한 조립체는 가대 조립체 (Sa)(도 9a)이다. 이 가대 조립체(Sa)와, 수력 발전 모듈(3)로부터 준(準)조립체(As)(도 9a)가 구성된다. 이들 가대 조립체(Sa) 및 준조립체(As)는 고정 프레임(10)으로부터 독립적으로 운반 가능하다. 준조립체(As)(도 9a)는, 수로에 고정된 고정 프레임(10)에 지지된다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 수로(1)에 고정된 고정 프레임(10)에, 가대(11)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 가대(11)는, 고정 프레임(10)에 대하여, 날개차(2)의 하단이 수로(1)의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세와, 날개차(2)의 전체가 수로(1)의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세(도 5∼도 8)에 걸쳐 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 가대(11)에, 발전기 테이블(12) 등을 통하여 수력 발전 모듈(3)이 지지되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 고정 프레임(10)은, 한 쌍의 빔(beam)(17, 17)과, 연결 부재(18)와, 복수(이 예에서는 4개)의 고정구(19)를 가진다. 수로(1)의 양측의 측벽면부(1b)(도 2)에서의 상단 부근으로부터 상단부에 걸쳐 복수의 고정구(19)가 고정되어 있다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 고정구(19)는, 측벽면부(1b)의 측면을 따르는 입판 고정부(19a)와, 이 입판 고정부(19a)에 연결되어 측벽면부(1b)의 상단면(上端面)을 따르는 수평 고정판부(19b)와 단면(斷面) L자 형상(도 2 참조)으로 형성되어 있다. 수평 고정판부(19b)에는, 빔(17)을 고정시키기 위한 복수(이 예에서는 두 개)의 암나사가 형성되어 있다. 수로(1)의 한쪽 측의 측벽면부(1b)에 2개의 고정구(19, 19)가 유수가 흐르는 방향(A1)과 평행한 방향으로 이격되어 배치되고, 수로(1)의 다른 쪽 측의 측벽면부(1b)에도 2개의 고정구(19, 19)가 유수가 흐르는 방향(A1)에 평행한 방향(이하, 「유수 방향」이라고 함)으로 이격되어 배치되어 있다. 각 고정구(19) 및 후술하는 각 빔(17)은, 예를 들면, 단면 L자형의 앵글 등으로 형성된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 빔(17, 17)은, 상기 유수 방향으로 각각 평행하게 설치되고, 연결 부재(18)에 의해 서로 연결되어 있다. 연결 부재(18)는, 예를 들면, 각통(角筒) 형상으로 수로의 폭 방향으로 평행하게 연장된다. 이 연결 부재(18)에는, 브래킷(bracket)(20)을 통하여 회전축 받이부(14)가, 소정 간극을 두고 2개 설치되어 있다. 각 빔(17)은, 입판부(17a)와, 이 입판부(17a)에 연결되는 수평판부(17b)와 단면 L자형(도 2 참조)으로 형성되어 있다. 각 빔(17)의 수평판부(17b)의 상면에서의 길이 방향 도중부에, 연결 부재(18)의 길이 방향 양 단부(端部)가 지지되고 고정되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 측벽면부(1b)에 배열되는 2개의 고정구(19)에 대하여, 각 빔(17)의 수평판부(17b)가 복수의 볼트에 의해 고정된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 각 빔(17)의 수평판부(17b)에는, 후술하는, 봉 수용부(22)와 직사각형 판형의 스페이서(23)(도 5)가 접합되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 가대(11)는, 가대 본체부(24)와, 2개의 가대 지지부(25, 25)를 가진다. 가대 본체부(24)는, 각통 형상으로 수로(1)의 폭 방향으로 연장된다. 가대 본체부(24)는, 상기 연결 부재(18)에 대하여, 소정 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 수몰 자세에 있어서, 가대 본체부(24)의 길이 방향 양 단부가, 각 빔(17)의 수평판부(17b)에 접합된 스페이서(23)(도 5 참조) 상에 탑재되어 지지된다.

가대 본체부(24)에는, 각각의 가대 지지부(25)의 길이 방향 일단부(一端部)가 각각 접합되어 있다.

이들 가대 지지부(25, 25)는, 가대 본체부(24)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되고, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다. 가대 지지부(25, 25)의 서로 대향하는 측면에, 브래킷(26)을 통하여 발전기 테이블(12)이 연결되어 있다. 이 발전기 테이블(12)에 발전기(6)가 지지되어 있다. 가대 지지부(25, 25)의 길이 방향 타단부에는, 가대(11)를 회전시키는 회전축(13)이, 이들 가대 지지부(25, 25)에 일체로 끼워맞춤 고정되어 있다. 이 회전축(13)은, 각각의 가대 지지부(25)와 직교하는 방향으로 연장되고, 양 가대 지지부(25, 25)보다도 폭 방향으로 돌출하는 양단 부분이 회전축 받이부(14)에 지지되어 있다.

회전축 받이부(14)는, 회전축(13)을 회전 가능하게 지지하고, 고정 프레임(10)에 착탈 가능하게 설치되어 있다. 상기 연결 부재(18)에 설치된 브래킷(20)의 회전축 받이부(14)와 접합되는 브래킷 플레이트(20a)가, 복수의 볼트에 의해 착탈 가능하다. 또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 회전축 받이부(14)는, 상기 회전축(13)과 슬라이딩하는 면에 수지제 슬라이딩재(27)를 구비하고 있다. 이 수지제 슬라이딩재(27)로서, 예를 들면, 수중에서의 마찰, 마모 특성이 우수한 NTN 가부시키가이샤 제조 베어링 FL3700을 회전축 받이부(14)에 첩부(貼付)하여 두면, 회전축(13)이 원활하게 회전할 수 있고 또한 녹의 발생을 억제하므로, 녹의 발생으로부터의 고착에 의해 회전축(13)의 회전이 원활히 행해지지 않는 문제는 없다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가대 지지부(25, 25)의 길이 방향 타단부에는, 중추(밸런스 웨이트)(15)가 설치되어 있다. 이 중추(15)는, 회전축(13)의 회전 축심에 대하여, 가대(11)의 수력 발전 모듈(3)과는 반대측에 설치되고, 이 수력 발전 장치의 이동 중인 수평 상태(도 5, 도 9a)를 용이하게 유지한다. 이 중추(15)는, 예를 들면, 직육면체 형상으로 형성된다. 단, 이 형상에 한정되는 것은 아니다.

조작 수단(16)은, 고정 프레임(10)에 대하여 가대(11)를 인력(人力)으로 회전하는 봉형(棒形) 부재이며, 이 조작 수단(16)의 길이 방향 일단부에 파지부(把持部; gripping part)(16a)가 설치되어 있다. 파지부(gripping part)(16a)는, 나사 기구 등에 의해 용이하게 착탈할 수 있도록 설치되어 있어도 된다. 조작 수단(16)은, 가대(11) 및 고정 프레임(10)에 착탈 가능하다. 조작 수단(16)에 의해, 가대(11)가 도 1에 나타낸 수몰 자세와, 도 5에 나타낸 대기 자세에 걸쳐 회전 가능하다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 조작 수단(16)이 가대(11) 및 고정 프레임(10)에 장착되었을 때, 조작 수단(16)은 가대(11)를 수몰 자세로 유지한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 조작 수단(16)이 가대(11) 및 고정 프레임(10)에 장착되었을 때, 조작 수단(16)은 가대(11)를 대기 자세로 유지한다.

도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 가대 본체부(24)의 길이 방향 양 단부에는, 제1 봉 삽입 부재(28, 28)가 각각 고정되어 있다. 각 제1 봉 삽입 부재(28)는 중공(中空)의 각통 형상으로 길이 방향 양단이 개구된다. 각 제1 봉 삽입 부재(28)은, 가대 본체부(24)의 길이 방향으로 직교하고 또한 가대 지지부(25)의 길이 방향으로 평행하게 소정 길이 연장된다. 각 제1 봉 삽입 부재(28) 내에 각각 조작 수단(16)이 삽입(장착) 가능하게 구성된다.

고정 프레임(10)에서의 연결 부재(18)의 길이 방향 양 단부에는, 제2 봉 삽입 부재(29, 29)가 각각 고정되어 있다. 각 제2 봉 삽입 부재(29)는 중공의 각통 형상으로 길이 방향 양단이 개구된다. 각 제2 봉 삽입 부재(29)는, 연결 부재(18)의 길이 방향으로 직교하고 또한 빔(17)의 길이 방향으로 평행하게 소정 길이 연장된다. 각 제2 봉형 부재(29) 내에 각각 조작 수단(16)이 삽입(장착) 가능하게 구성된다.

각 빔(17)의 수평판부(17b)에 접합된 봉 수용부(22)는, 중공의 각통 형상이며, 연결 부재(18)의 길이 방향 양 단부 부근에 설치되어 있다. 각 봉 수용부(22)는, 빔(17)의 길이 방향 및 연결 부재(18)의 길이 방향으로 각각 직교하는 방향으로 소정 길이 연장된다. 각 봉 수용부(22)에 각각 조작 수단(16)의 하단이 수용 가능하게 구성되어 있다.

<수력 발전 장치의 설치 과정>

수로에 설치되는 수력 발전 장치를, 도 5에 나타낸 대기 자세의 하자(荷姿; 하물의 자세)로 목적지인 수로까지 운반한다. 이 운반 시에, 수로에 설치하는 고정 프레임(10)과 같은 것을 짐받침대(荷臺; load bed)로서 이용할 수 있다. 운반 시에는, 각 조작 수단(16)을, 봉 수용부(22)에 수용하고 또한 제1 봉 삽입 부재(28)에 삽입한다. 이 조작 수단(16)에 의해 날개차(2)의 각각의 블레이드(2b)는 수평 상태(대기 자세)가 유지된다.

도 9a에 나타낸 바와 같이, 가대 조립체(Sa)와 수력 발전 모듈(3)로 이루어지는 준조립체(As)를 목적지까지 도착시킨 후, 이 준조립체(As)[이 준조립체(As)를 「수력 발전 모듈 등」이라고 하는 경우가 있음)를, 상기 짐받침대로부터 이탈시킨다. 이 이탈시킨 수력 발전 모듈 등을, 크레인 등에 의해 슬링거(slinger)(30)로 매달아 올려, 각각의 블레이드(2b)를 대략 수평 상태로 유지하면서, 미리 수로에 설치하고 있는 고정 프레임으로 이동한다.

도 9b에 나타낸 바와 같이, 수력 발전 모듈 등을 수로의 고정 프레임(10)의 위쪽으로 이동한 후, 가대(11)의 제1 봉 삽입 부재(28)에 삽입된 조작 수단(16)의 하단을, 빔(17)에 설치한 봉 수용부(22)에 맞춘다. 이로써, 고정 프레임(10)에 대하여 가대(11)의 회전 축심이 합치한다. 조작 수단(16)이 세팅의 마크로 되므로, 작업자는 육안 관찰에 의해 확인하기 쉽다.

도 10a에 나타낸 바와 같이, 그 후, 수력 발전 모듈 등을 하강시켜 회전축 받이부(14)와 브래킷 플레이트(20a)를 복수의 볼트에 의해 고정시킨다. 다음에, 수력 발전 모듈 등으로부터 상기 슬링거를 분리해낸 후, 조작 수단(16)의 하단을 봉 수용부(22)로부터 빼내고, 가대(11)를 조작 수단(16)에 의해 회전시킨다. 이로써, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 날개차(2)를 수로에 수몰시킨다. 날개차(2)의 수몰이 완료된 후, 조작 수단(16)을, 가대(11)의 제1 봉 삽입 부재(28)로부터 인발(引拔; drawing)한다.

다음에, 이 인발한 조작 수단(16)을, 역방향으로부터 제2 봉 삽입 부재(29), 제1 봉 삽입 부재(28)의 순으로 삽입하고, 날개차(2)의 각각의 블레이드(2b)와 빔(17)의 직각 상태(수몰 자세)를 유지한다. 최종 모습은, 도 1∼도 4로 된다. 조작 수단(16)에 의해 각각의 블레이드(2b)와 빔(17)의 직각 상태를 유지함으로써, 수로의 유속에 의한 날개차(2)의 부상을 억제할 수 있어, 안정된 자세를 유지할 수 있다.

<인상(유지보수 시)>

조작 수단(16)을 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)로부터 인발한다. 이 조작 수단(16)을 반대측으로부터 가대(11)의 제1 봉 삽입 부재(28)에만 꽂고, 조작 수단(16)에 의해 가대(11)를 상기와는 역방향으로 회전시켜 날개차(2)를 수로로부터 끌어올린다. 각각의 블레이드(2b)를 수평 상태로 한 후, 조작 수단(16)의 하단을 봉 수용부(22)에 꽂는다. 이로써, 수로의 유속에 저해되지 않고, 원하는 유지보수를 행할 수 있다.

<인상(긴급 시)>

긴급 시는, 전술한 유지보수 시와 마찬가지로 날개차(2)를 끌어올려도 되지만, 파지부(16a)가 조작 수단(16)에 대하여 착탈(着脫) 가능한 경우, 다음과 같이 끌어올려도 된다. 즉, 파지부(16a)를 조작 수단(16)으로부터 분리한 후, 조작 수단(16)을 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29) 측으로 압입(押入)하고, 제2 봉 삽입 부재(29)를 관통시켜, 제1 봉 삽입 부재(28)만으로 걸리게 한다. 그리고, 이 조작 수단(16)에 의해 가대(11)를 회전시켜 날개차(2)를 수로로부터 끌어올린다. 이 경우, 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)의 각각의 삽입공에 전술한 수지제 슬라이딩재 등을 각각 첩부하고 있으면, 조작 수단(16)과의 슬라이딩 저항이 저감하고, 조작 수단(16)을 원활하게 움직일 수가 있다. 이 인상 방법은, 긴급 시에는, 신속한 대응이 요구되므로, 유효하다.

<작용 효과에 대하여>

이상 설명한 수력 발전 장치에 의하면, 고정 프레임(10)에 대하여, 수몰 자세와 대기 자세에 걸쳐, 가대(11)가 상하로 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 다음과 같이 사용할 수 있다.

이 수력 발전 장치의 설치 시에는, 날개차(2)를 대기 자세인 채 목적지인 수로(1)까지 운반한다. 이 수력 발전 장치의 가대(11)에는 수력 발전 모듈(3)이 지지되어 있다. 수로(1)에는, 미리, 고정구(19)에 의해 고정 프레임(10)이 설치되어 있다. 수력 발전 모듈 등을 목적지에 도착시킨 후, 날개차(2)의 대기 자세를 유지한 상태에서, 고정 프레임(10)에 가대(11)를 지지한다. 그 후, 가대(11)를 인력에 의해 회전시켜 날개차(2)의 하단이 수로(1)의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세로 한다. 수몰 자세에 있어서, 날개차(2)의 회전에 의해 발전기(6)는 발전한다. 이와 같이 하여, 수력 발전 장치를, 계획한 장소에 확실하게 설치할 수 있다.

이 수력 발전 장치를 수로(1)로부터 끌어올리는 경우, 가대(11)를 인력에 의해 회전시켜 날개차(2)의 전체가 상기 수로(1)의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세로 한다. 이와 같이 하여, 수력 발전 장치를 수로(1)로부터 용이하게 끌어올릴 수가 있다. 상기 대기 자세에 있어서, 수력 발전 장치를 유지보수할 수 있고, 또한 증수 등의 긴급 시에, 수력 발전 장치에 이상이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

[제2 실시형태]

이하의 설명에 있어서는, 각 실시형태에서 선행하여 설명하고 있는 것에 대응하고 있는 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 구성의 일부만을 설명하고 있는 경우, 구성의 다른 부분은, 특별히 기재가 없는 한 선행하여 설명하고 있는 형태와 마찬가지로 한다. 동일한 구성으로부터 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 실시의 각 형태에서 구체적으로 설명하고 있는 부분의 조합뿐만아니라, 특히 조합에 지장이 생기지 않으면, 실시형태끼리를 부분적으로 조합시키는 것도 가능하다.

제1 실시형태(도 1 등)에서는, 고정 프레임(10)에 대하여, 수력 발전 모듈(3)이 설치된 가대(11)는 회전축 받이부(14)를 통하여 회전시킴으로써 끌어올리지만, 회전 자세로서 수몰 자세와 대기 자세의 2자세이며, 90°회전할 수 있으면 된다. 그러므로, 도 11에 나타낸 바와 같이, 회전축 받이부(14)(도 1) 대신에, 경첩(31)을 사용할 수 있다. 즉, 가대(11)는, 고정 프레임(10)에 대하여, 경첩(31)에 의해, 도 11 및 도 12에 나타낸 수몰 자세와, 도 13 및 도 14에 나타낸 대기 자세에 걸쳐, 상하로 회전 가능하게 연결되어 있다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 고정 프레임(10)의 연결 부재(18)에, 경첩(31)의 한쪽의 경첩편(31a)이 연결되고, 가대(11)의 각각의 가대 지지부(25)에, 경첩(31)의 다른 쪽의 경첩편(31b)이 연결되어 있다. 따라서, 이 경첩(31)의 축을 회전 축심으로 하여, 고정 프레임(10)에 대하여, 가대(11)가 상기 수몰 자세와 상기 대기 자세에 걸쳐, 상하로 회전 가능하게 구성된다. 이 경첩(31)을 사용한 구성에 의하면, 회전축(13)(도 1) 등을 줄일 수 있으므로, 경량화 및 컴팩트화가 도모된다. 또한, 이 도 11∼도 14의 수력 발전 장치에 있어서, 조작 수단(16)은, 각각의 가대 지지부(25)에 착탈 가능하게 설치되어 있다.

제1 실시형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)에 조작 수단(16)을 삽입함으로써 수몰 자세를 유지하고, 유지보수 시 등에 있어서 조작 수단(16)을 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)로부터 인발하고, 가대(11)를 회전시킨 후, 조작 수단(16)의 하단을 봉 수용부(22) 등에 꽂아서 대기 자세를 유지한다.

이에 대하여, 이 도 11∼도 14의 수력 발전 장치에서는, 가대(11)를 수몰 자세 또는 대기 자세로 유지하는 제1 및 제2 빗장 부품(32, 33)을 포함하는 빗장 구조가 설치되어 있다. 가대 지지부(25)에 제1 빗장 부품(32)이 고정되고, 연결 부재(18)에 제2 빗장 부품(33)이 설치되어 있다. 제1 빗장 부품(32)의 선단부에 끼워맞춤공(32a, 32b)이 형성되어 있다. 제2 빗장 부품(33)은, 빗장 부품 본체(33a)와, 이 빗장 부품 본체(33a)에 슬라이딩 가능하게 지지된 봉(33b)을 가진다.

이 봉(33b)을 제1 빗장 부품(32)의 한쪽의 끼워맞춤공(32b)에 끼워맞추어지는 것에 의해 수몰 자세를 유지한다(도 12). 또한, 봉(33b)을 제2 빗장 부품(32)의 다른 쪽의 끼워맞춤공(32a)에 끼워맞추어지는 것에 의해 대기 자세를 유지한다(도 13). 이와 같은 빗장 구조를 구비한 구성에 의하면, 가대(11)를 수몰 자세 또는 대기 자세로 유지할 수 있으므로, 상기 봉 수용부(22)(도 1), 및 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)(도 1)가 불필요해지므로, 제1 실시형태에 비해 보다 구조를 간단화할 수 있다.

<수력 발전 장치의 설치 과정>

이하, 도 11∼도 14를 참조하여 설명한다.

수로에 설치되는 수력 발전 장치를, 도 14에 나타낸 대기 자세의 하자 하물의 자세로 목적지인 수로까지 운반한다. 이 운반 시에, 도 13에 나타낸 수로에 설치하는 고정 프레임(10)과 같은 것을 짐받침대로서 이용할 수 있다. 운반 시에는, 조작 수단(16)을 이용하고 날개차(2)의 각각의 블레이드(2b)를 수평 상태(대기 자세)로 하고, 제2 빗장 부품(33)의 봉(33b)을 슬라이딩시키고 제1 빗장 부품(32)의 끼워맞춤공(32a)에 끼워맞추어지는 것에 의해 대기 자세를 유지한다. 그리고, 수로에 설치해야 할 고정 프레임(10) 그 자체를 구비한 수력 발전 장치를 운반 해도 된다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 가대 조립체(Sa)와 수력 발전 모듈(3)을 구비한 준조립체(As)를, 상기 짐받침대로부터 이탈한다. 이 이탈시킨 수력 발전 모듈 등을 크레인 등에 의해서 도시하지 않은 슬링거로 매달아 올려, 각각의 블레이드(2b)를 대략 수평 상태로 유지하면서, 미리 수로에 설치하고 있는 고정 프레임으로 이동한다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 수력 발전 모듈 등을 수로의 고정 프레임(10)의 위쪽으로 이동한 후, 고정구(19)의 수평 고정판부(19b)의 볼트 고정공(19ba)과, 빔(17)의 고정공(도시하지 않음)을 맞추어, 복수의 볼트에 의해 고정시킨다. 다음에, 수력 발전 모듈 등으로부터 상기 슬링거를 분리해낸 후, 조작 수단(16)을 지지하면서 제2 빗장 부품(33)의 봉(33b)을 슬라이딩시키고 제1 빗장 부품(32)의 끼워맞춤공(32a)으로부터 빼내고, 가대 지지부(25)를 조작 수단(16)에 의해 회전시킨다.

이로써, 도 11에 나타낸 바와 같이, 날개차(2)를 수로에 수몰시킨다. 날개차(2)의 수몰이 완료된 후, 조작 수단(16)을 날개차(2)가 직각 상태를 유지하도록 지지하면서 도 12에 나타낸 바와 같이, 제2 빗장 부품(33)의 봉(33b)을 슬라이딩시키고 제1 빗장 부품(32)의 끼워맞춤공(32b)에 끼워맞추어지는 것에 의해 수몰 자세를 유지한다. 제1 및 제2 빗장 부품(32, 33)에 의해 각각의 블레이드(2b)와 빔(17)의 직각 상태를 유지함으로써, 수로의 유속에 의한 날개차(2)의 부상을 억제할 수 있어, 안정된 자세를 유지할 수 있다.

<인상>

조작 수단(16)을 지지하면서 제2 빗장 부품(33)의 봉(33b)을 슬라이딩시키고, 제1 빗장 부품(32)의 끼워맞춤공(32b)으로부터 빼내고, 조작 수단(16)에 의해 가대 지지부(25)를 상기와 역방향으로 회전시켜 날개차(2)를 수로로부터 끌어올린다. 각각의 블레이드(2b)를 수평 상태로 한 후, 조작 수단(16)을 지지하면서, 제2 빗장 부품(33)의 봉(33b)을 슬라이딩시키고, 제1 빗장 부품(32)의 끼워맞춤공(32a)에 끼워맞추어진다(도 12 참조). 이로써, 수로의 유속에 저해되지 않고 원하는 유지보수를 행할 수 있다. 그리고, 이 형태는 예시로서 제한적인 것은 아니다.

<작용 효과>

제2 실시형태의 수력 발전 장치에 의하면, 경첩(31)을 사용한 구성에 의해 회전축(13)(도 1) 등을 줄일 수 있으므로, 경량화 및 컴팩트화가 도모된다. 또한, 가대(11)를 수몰 자세 또는 대기 자세로 유지하는 제1 및 제2 빗장 부품(32, 33)를 포함하는 빗장 구조가 설치되었으므로, 봉 수용부(22), 및 제1 및 제2 봉 삽입 부재(28, 29)(도 1)가 불필요해지므로, 제1 실시형태에 비해 보다 구조를 간단화할 수 있다. 이로써, 비용 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

조작 수단(16)이 각각의 가대 지지부(25)에 착탈 가능하게 설치되므로, 상기 수몰 자세에서의 사용 시에 조작 수단(16)을 가대 지지부(25)로부터 이탈하여 둠으로써, 외관 상의 미관을 손상시킬 것도 없는 데다가, 수력 발전 장치의 결정된 조작자 이외의 제삼자가 조작 수단(16)을 조작하여 버리는 것을 미연에 방지할 수 있다.

그리고, 이 실시형태에 있어서도, 가대 지지부(25, 25)의 길이 방향 타단부에 중추(15)(도 1)를 구비해도 된다.

[제3 실시형태]

이하에, 날개차를 수로로부터 끌어올리는 작업을, 기계를 사용하지 않고, 또한 작업자가 수로 내에 들어가지 않고 행할 수 있는 수력 발전 장치에 대하여 설명한다.

도 15∼도 17은 본 발명의 제3 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 정면도, 우측면도, 및 평면도이다. 이 수력 발전 장치는, 예를 들면, 하천, 용수로 등의 유수가 있는 수로(1)에 설치되고, 유수의 힘으로 발전을 행한다. 물은, 수로(1) 내를 도 16 및 도 17의 화살표의 방향으로 흐른다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 수로(1)는, 바닥면부(1a)와 양측의 측벽면부(1b)로 이루어지는 단면 U자형이다. 바닥면부(1a) 및 측벽면부(1b)는, 예를 들면, 콘크리트에 의해 일체로 형성되어 있다. 측벽면부(1b) 상에, 안전 확보를 위해 낙하 방지 펜스(1c)가 설치되는 경우가 있다.

수력 발전 장치는, 수력 발전 모듈(3)과, 이 수력 발전 모듈(3)을 지지하는 지지 장치(110)를 구비한다. 후술하는 바와 같이, 수력 발전 모듈(3)[정확하게는 수력 발전 모듈(3)을 지지하는 가대(130)]이, 수몰 자세와 대기 자세로 자세 변경할 수 있다. 이하의 설명에서는, 수력 발전 모듈(3)의 자세를 특정하지 않을 경우, 수력 발전 모듈(3)이 사용 시의 상태인 수몰 자세인 것으로 한다.

<수력 발전 모듈(3)>

수력 발전 모듈(3)은, 사용 시에 유수 중에 잠기는 상태로 설치되는 날개차(2)와, 유수의 위쪽에 설치되고 발전기(6)를 가진다. 수류(水流)를 받아 날개차(2)가 수력을 회전력으로 변환하고, 그 날개차(2)의 회전에 의해 발전기(6)가 발전한다. 도면의 예의 날개차(2)는, 회전 축심(L)(도 16)이 수로 길이 방향과 평행한 프로펠러형이다. 날개차(2)는, 상기 회전 축심(L)에 설치되는 허브(2a)와, 이 허브(2a)의 외주면으로부터 반경 방향 외측에 방사상으로 연장되는 복수 개(예를 들면, 5개)의 블레이드(2b)를 가진다.

도 16에 있어서, 날개차(2)의 허브(2a)는, 기어 박스(7)로부터 수로 길이 방향을 따라 연장되는 날개축(도시하지 않음)에 장착되어 있다. 날개축은, 기어 박스(7) 내의 베어링(도시하지 않음)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 기어 박스(7)은, 후술하는 가대(130)의 바닥면으로부터 하방향으로 연장되는 지지통(8)의 하단에 지지되어 있다. 지지통(8) 내에는 동력 전달축(109)이 설치되어 있다. 동력 전달축(109)은 가대(130)를 관통하여, 그 상단이 발전기(6)의 입력축(106a)에 연결되어 있다. 상기 날개축과 동력 전달축(109)가, 기어 박스(7) 내의 기어 기구(도시하지 않음)를 통하여 동력 전달 가능하게 연결되어 있다. 기어 기구는, 예를 들면, 베벨 기어의 조합으로 이루어지고, 날개축으로부터 동력 전달축(109)에 회전 이동력을 증속하여 전달한다. 이들 날개축, 기어 기구, 및 동력 전달축(109)을 통하여, 날개차(2)의 회전이 발전기(6)에 전달된다.

<지지 장치(110)>

도 15∼도 17에 있어서, 지지 장치(110)는, 수로(1)에 고정된 고정부(110a)와, 이 고정부(110a)에 대하여 수력 발전 모듈(3)과 함께 수로(1)의 폭 방향의 축심(axis) 주위로 회전 가능한 회전부(110b)를 가진다. 그 밖에, 고정부(110a)에 대하여 회전부(110b)를 회전시키는 회전 기구(111A), 및 이 회전 기구(111A)를 조작하는 조작구(112A)를 가진다.

고정부(110a)는, 도면의 예에서는 수로(1)의 양측의 측벽면부(1b)에 고정되는 고정 프레임(114)으로 이루어지지만, 고정 프레임(114) 이외의 부재를 포함해도 된다. 고정 프레임(114)은, 각각의 측벽면부(1b)에 각각 배치된 제1 고정구(115), 제2 고정구(116), 및 회전축 지지 부재(117)와, 각각의 측벽면부(1b) 사이에 설치된 연결 부재(118)(도 15)로 이루어진다.

제1 고정구(115)는 단면 L자형의 앵글 등으로 이루어지고, 측벽면부(1b)의 상단 내측의 각부(角部)에, 콘크리트 못 등의 고정 수단(120)(도 17)에 의해 고정된다. 측벽면부(1b)의 상면 및 내측면과 제1 고정구(115)와의 사이에는, 복수의 탄성재(121)가 설치된다.

제2 고정구(116)도, 단면 L자형의 앵글 등으로 이루어지고, 제1 고정구(115)의 수로 폭 방향의 내측에, 제1 고정구(115)의 상면부 상에 제2 고정구(116)의 상면부가 중첩되도록 배치된다. 그리고, 제2 고정구(116)의 수로 길이 방향의 길이는, 제1 고정구(115)의 수로 길이 방향의 길이보다도 짧다. 제2 고정구(116)의 상면부에는, 수로 폭 방향으로 긴 볼트 체결용의 장공(長孔)(116a)이 복수 형성되어 있다. 이 장공(116a)에 삽통(揷通)된 고정 볼트(122)를, 제1 고정구(115)의 상면부에 형성된 나사공(도시하지 않음)에 나사삽입되는 것에 의해, 제2 고정구(116)를 제1 고정구(115)에 고정시킨다. 장공(116a)에 삽통되는 고정 볼트(122)의 위치를 변경함으로써, 수로 양측의 제2 고정구(116)의 간격을 수로(1)의 폭에 맞추어 조정할 수 있다. 또한, 제2 고정구(116)의 측면부에 위치 결정 볼트(123)가 나사장착 되고, 그 선단을 제1 고정구(115)의 측면부에 접촉시킴으로써, 제1 고정구(115)와 제2 고정구(116)의 수로 폭 방향의 간격을 일정하게 유지한다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 회전축 지지 부재(117)는, 제2 고정구(116)의 상면부에 고정된 수로 폭 방향으로 배열되는 2개의 판재(117a)와, 이들 판재(117a)에 지지된 통형(筒形)의 베어링부(117b)로 이루어진다. 수로 양측의 회전축 지지 부재(117)의 각각의 베어링부(117b)에 후술하는 회전축(135)의 양단이 삽통되어, 회전축(135)이 회전 가능하게 지지된다.

연결 부재(118)은, 수로 양측의 제2 고정구(116) 사이를 건너지르고, 양단이 고정구 볼트(124)에 의해 각 제2 고정구(116)에 각각 고정된다. 연결 부재(118)은, 수로 양측의 제2 고정구(116)와 미리 일체로 형성되어 있어도 된다.

도 15∼도 17에 있어서, 회전부(110b)는, 수력 발전 모듈(3)을 지지하는 가대(130)를 가진다. 가대(130)은, 상부에 발전기 테이블(131)이 설치되고, 또한 발전기 테이블(131)의 상면으로부터 발전기 고정 프레임(132)이 위쪽으로 상승하고 있다. 그리고, 발전기 고정 프레임(132)에, 발전기(6)가 고정되어 있다. 또한, 발전기 테이블(131)에 설치된 베어링부(133)에 의해, 상기 동력 전달축(109)의 상단이 회전 가능하게 지지되어 있다.

가대(130)의 상류측단에는, 회전축(135)이 고정되어 있다. 회전축(135)는, 수로 폭 방향으로 연장되는 원기둥형 또는 원통형의 축에 의해, 그 양단이 수로 양측의 회전축 지지 부재(117)의 각각의 베어링부(117b)에 회전 가능하게 지지된다. 회전축(135)의 축심이, 회전부(110b)의 회전 축심으로 된다.

[회전 기구 및 조작구]

회전 기구(111A)는, 어느 한쪽의 측벽면부(1b)의 측[예를 들면, 우안(右岸), 도 15의 지면(紙面) 우측]에 설치되고, 회전축(135)을 회전시킴으로써, 고정부(110a)에 대하여 회전부(110b)를 회전시킨다. 이 실시형태의 회전 기구(111A)는, 조작구(112A)의 회전 동작을 회전축(135)의 축심 주위의 회전 동작으로 변환하여 회전축(135)에 전달하는 수단으로서 웜 기어(140)가 사용되고 있다.

구체적으로는, 연직(沿直) 방향으로 연장되는 조작축(141)의 하단에 웜(142)이 장착되고, 또한 회전축(135)의 한쪽의 단(지면 우측단)에 웜 휠(worm wheel)(143)이 장착되고, 이들 웜(142) 및 웜 휠(143)이 맞물려 있다. 그리고, 조작축(141)은, 그 하단이, 회전축 지지 부재(117)에 고정된 상하 한 쌍의 조작축 지지 부재(144)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이 실시형태와는 반대로, 조작축(141)에 웜 휠(143)을 장착하고, 회전축(135)에 웜(142)을 장착한 구성으로 해도 된다.

수력 발전 장치는 물이 걸리는 환경에서 사용되므로, 회전 기구(111A)를 구성하는 웜(142) 및 웜 휠(143)은 내식성을 가지는 재료가 사용되고 있는 것이 바람직하다. 이하의 다른 실시형태에 사용되는 회전 기구(111B, 111C)의 구성 부품도, 마찬가지로 내식성을 가지는 재료가 사용되고 있는 것이 바람직하다.

조작구(112A)는, 조작축(141)의 상단에 착탈 가능하게 장착된다. 이 실시형태의 조작구(112A)는, 허브(112a)로부터 복수 개(4개)의 손잡이(112b)가 방사상으로 연장되는 형상이지만, 다른 형상이라도 된다. 상하로 연장되는 조작축(141)의 상단에 조작구(112A)를 장착함으로써, 도 15와 같이 수로(1)의 측벽면부(1b)에 낙하 방지 펜스(1c)가 설치되어 있는 경우라도, 조작구(112A)를 수로(1)의 외부로부터 조작 가능하다.

조작구(112A)를 수동으로 회전 조작함으로써, 그 회전이 회전 기구(111A)를 통하여 회전축(135)에 감속하여 전달된다. 이로써, 지지 장치(110)의 고정부(110a)인 고정 프레임(114)에 대하여, 지지 장치(110)의 회전부(110b)가 회전축(135)을 중심으로 회전한다. 수력 발전 모듈(3)은, 회전부(110b)와 일체로 회전한다. 수력 발전 모듈(3)을 지지하는 가대(130)은, 날개차(2)의 하단이 수로(1)의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세(도 15 참조)와, 날개차(2)의 전체가 수로(1)의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세(도 18 참조)로 자세 변경한다. 이하의 설명에서는, 수력 발전 모듈(3) 및 지지 장치(110)의 회전부(110b)로 이루어지는 자세 변경 가능부(101)의 자세를 「수몰 자세」, 「대기 자세」라고 하는 경우가 있다.

이 회전 기구(111A)의 경우, 웜 기어(140)의 기어비를 크게 함으로써, 그 마찰력으로 가대(130)의 자세를 유지할 수 있다. 또한, 자세 변경 가능부(101)의 인상 속도를 빨리하기 위해 기어비를 크게 해도 된다. 이 경우, 자세 변경 가능부(101)를 끌어올리는 경우의 회전 방향과 역주위의 회전을 규제하는 래칫 기구 (145)(도 15)를 조작축(141)에 배치하면, 가대(130)의 자세 유지가 확실해져, 역회전을 방지할 수 있다.

<수력 발전 장치의 설치>

수력 발전 장치는, 도 18에 나타낸 대기 자세의 하자 하물의 자세로 수로(1)의 설치 장소까지 운반된다. 이 운반 시, 고정 프레임(114)의 제1 고정구(115)가 운반 차량의 짐받침대에 접촉하도록, 그대로 수력 발전 장치를 탑재하면 된다. 그러므로, 수력 발전 장치를 탑재하는 테이블이 불필요하다. 운반 시, 회전 기구(111A)의 마찰력에 의해, 자세 변경 가능부(101)가 대기 자세로 유지된다.

설치 장소에 도착 후, 고정 볼트(122) 및 위치 결정 볼트(123)를 빼내거나 느슨하게 하여, 고정 프레임(114)의 제1 고정구(115)와 제2 고정구(116)를 떼어낸다. 그리고, 수력 발전 장치에 있어서의 제1 고정구(115) 이외의 부분을, 크레인 등에 의해 슬링거(도시하지 않음)로 매달아 올린다. 분리된 제1 고정구(115)를, 고정 수단(120)에 의해 수로(1)의 측벽면부(1b)의 소정 개소(箇所)에 고정시킨다.

그 후, 수력 발전 장치의 풀업(pull up) 부분을, 수로(1)의 측벽면부(1b)에 고정된 제1 고정구(115)의 위쪽까지 이동시키고, 서서히 하강시키면서, 제1 고정구(115)의 나사공과 제2 고정구(116)의 볼트 체결용의 장공(116a)과의 수평 위치를 맞춘다. 그리고, 제1 고정구(115)에 제2 고정구(116)가 닿기까지 수력 발전 장치의 풀업 부분을 하강시키고, 제2 고정구(116)의 장공(116a)에 삽입한 고정 볼트(122)를 제1 고정구(115)의 나사공에 나사 장착함으로써, 제1 고정구(115)에 제2 고정구(116)를 고정시킨다. 또한, 제2 고정구(116)의 측면부에 위치 결정 볼트(123)를 나사장착하여, 그 선단이 제1 고정구(115)의 측면부를 가압할 때까지 체결함으로써, 제1 고정구(115) 및 제2 고정구(116)를 수로 폭 방향으로 위치결정한다. 슬링거를 벗기면, 도 18의 상태로 된다.

다음에, 조작구(112A)를 조작하여 회전축(135)을 소정 방향으로 회전시켜, 도 15에 나타낸 바와 같이, 자세 변경 가능부(101)를 수몰 자세로 한다. 이로써, 수력 발전 장치(1)의 설치가 완료된다. 설치 완료 후에는, 오조작을 방지하기 위해, 조작축(141)으로부터 조작구(112A)를 분리하여 둔다.

낙하 방지 펜스(1c)가 설치되어 있는 수로(1)에 수력 발전 장치를 설치하는 경우, 낙하 방지 펜스(1c)를 일시적으로 분리하여 상기 설치 작업을 행해도 되지만, 낙하 방지 펜스(1c)는 그대로 상기 설치 작업을 행할 수도 있다. 낙하 방지 펜스(1c)가 있어도, 조작구(112A)의 조작을 수로(1)의 외부보다도 용이하게 행할 수 있다.

이와 같이, 설치된 수력 발전 장치는, 회전 기구(111A)의 마찰력에 의해, 자세 변경 가능부(101)가 수몰 자세로 유지된다. 조작축(141)에 인상 방향의 회전을 규제하는 래칫 기구(도시하지 않음)가 배치되어 있으면, 수몰 자세의 유지가 확실해져, 수로(1)의 유수에 의한 날개차(2)의 부상을 억제할 수 있어, 안정된 자세를 유지할 수 있다.

<수력 발전 모듈의 인상>

유지보수 시나 긴급 시에는, 조작축(141)에 조작구(112A)를 장착하고, 그 조작구(112A)를 설치 시와는 역방향으로 조작한다. 조작축(141)에 인상 방향의 회전을 규제하는 래칫 기구가 배치되어 있는 경우에는, 그 래칫 기구의 기능을 해제하고나서 조작구(112A)를 조작한다. 이로써, 자세 변경 가능부(101)가 수로(1)로부터 끌어올려져, 도 18에 나타낸 대기 자세로 된다. 조작구(112A)의 조작은, 낙하 방지 펜스(1c)를 넘어 수로(1)의 외부로부터 행할 수 있다. 회전축(135)에, 과회전 방지의 스토퍼(도시하지 않음)를 설치하여 두면, 자세 변경 가능부(101)를 대기 자세로 확실하게 유지할 수 있다.

<작용 효과>

제3 실시형태에 관한 수력 발전 장치에 의하면, 조작구(112A)에 의해 회전 기구(111A)를 조작함으로써, 회전축(135)과 함께 가대(130)가 회전하여, 가대(130)[자세 변경 가능부(101)]가 수몰 자세와 대기 자세로 전환된다. 조작구(112A)는 수로(1)의 외부로부터 수동으로 조작 가능하므로, 상기 자세 변경 가능부(101)의 자세 전환을, 기계를 사용하지 않고, 또한 작업자가 수로(1) 내에 들어가지 않고 행할 수 있다. 그러므로, 수로(1)의 측벽면부(1b)에 낙하 방지 펜스(1c)가 설치되어 있는 경우라도, 작업자가 낙하 방지 펜스(1c)를 타고넘지 않고, 자세 변경 가능부(101)의 자세 전환 작업을 행할 수 있다. 또한, 자세 변경 가능부(101)의 자세 전환 작업은, 조작구(112A)를 조작할뿐인 간단한 작업이므로, 소인원수, 예를 들면, 혼자라도 행할 수 있다. 그러므로, 증수 등의 긴급 시에도, 자세 변경 가능부(101)를 수로(1)로부터 끌어올리는 것이 가능하다.

[제4 실시형태]

도 19∼도 22는 본 발명의 제4 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 정면도, 우측면도, 좌측면도, 및 평면도이다. 이 제4 실시형태는, 제3 실시형태와 비교하여 회전 기구(111B) 및 조작구(112B)의 구성이 상이하다. 즉, 이 실시형태의 회전 기구(111B)는, 조작구(112B)의 회전 동작을 회전축(135)의 회전 동작으로 변환하여 회전축(135)에 전달하는 수단으로서 미끄럼 나사(150)가 사용되고 있다. 또한, 조작구(112B)는, 조작구(112A)(도 15)와 마찬가지로, 허브(112a)로부터 복수 개(4개)의 손잡이(112b)가 방사상으로 연장되는 형상이지만, 조작구(112A)와 달리, 수로 길이 방향의 축심 주위로 회전 조작하게 되어 있다. 이들 회전 기구(111B) 및 조작구(112B)는, 제3 실시형태와 달리, 이 도시에서는, 수로(1)의 좌측 기슭(도 19의 지면 좌측)에 설치되어 있다.

그 이외는, 제1 실시형태와 동일하다.

구체적으로는, 회전 기구(111B)는, 조작구(112B)가 장착되는 수로 길이 방향으로 연장되는 나사축(151)과, 이 나사축(151)에 나사결합되는 너트(152)를 가진다. 제2 고정구(116)에 하단이 고정된 나사축 지지 부재(153)가 위쪽으로 연장되어 있고, 이 나사축 지지 부재(153)의 상단에 상기 나사축(151)이 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 회전축(135)과 일체로 회전하도록 조작 암(arm)(154)이 설치되고, 이 조작 암(154)의 장공(154a)(도 21)에 상기 너트(152)에 고정된 슬라이딩 부품(155)에 끼워넣어져 있다. 조작구(112B)에 의해 나사축(151)을 회전시키면, 조작 암(154)에 의해 나사축(151) 주위의 회전이 구속(拘束; restrain)된 너트(152)가 나사축(151)을 따라 이동한다. 그에 따라 슬라이딩 부품(155)이 장공(154a)을 따라 슬라이딩하면서 이동함으로써, 조작 암(154)이 회전되어, 회전축(135)이 회전한다.

이 회전 기구(111B)의 경우, 미끄럼 나사(150)의 리드를 작게 함으로써, 그 마찰력으로 자세 변경 가능부(101)의 자세를 유지할 수 있다. 또한, 자세 변경 가능부(101)의 인상 속도를 빨리하기 위해 리드를 크게 해도 된다. 이 경우, 조작구(112B)의 허브(112a)의 부분에, 자세 변경 가능부(101)를 끌어올리는 경우의 회전 방향과 역주위의 회전을 규제하는 래칫 기구(도시하지 않음)를 배치하면, 자세 변경 가능부(101)의 자세 유지가 확실해져, 역회전을 방지할 수 있다.

이 실시형태의 수력 발전 장치를 낙하 방지 펜스(1c)가 설치하고 있는 수로(1)에 설치하는 경우, 조작구(112B)의 손잡이(112b)가 낙하 방지 펜스(1c)와 간섭하지 않도록, 낙하 방지 펜스(1c)의 일부에 손잡이(112b)가 통과할 수 있는 절결부(切缺部; cut-out portion) 또는 개폐부를 설치할 필요가 있다. 이 절결부 또는 개폐부는, 조작축(141)으로부터 조작구(112B)를 분리하고 있을 때는, 폐쇄되도록 하여 두면 된다.

도 19∼도 22의 예에서는, 조작 암(154)의 장공(154a)을 따라 슬라이딩 부품(155)이 슬라이딩하는 구성이지만, 슬라이딩 부품(155) 대신에, 내륜이 너트(152)에 고정된 베어링을 사용해도 된다. 이 경우, 그 외륜이 회전하면서 베어링이 장공(154a)을 따라 이동하게 되어, 회전 기구(111B)의 동작이 보다 원활하게 된다.

조작구(112B)의 동작을 회전축(135)에 전달하는 수단은, 미끄럼 나사(150) 대신에 볼 나사로 해도 된다. 미끄럼 나사(150)도 볼 나사도 외관은 같으므로, 볼 나사를 사용한 수력 발전 장치의 도시는 생략한다.

[제5 실시형태]

도 23 내지 도 26은 본 발명의 제5 실시형태에 관한 수력 발전 장치의 정면도, 우측면도, 좌측면도, 및 평면도이다. 이 제5 실시형태는, 제4 실시형태와 비교하여 조작구(112C)가 상이하다. 즉, 제4 실시형태의 조작구(112B)가 회전 조작하는 것에 대하여, 제5 실시형태의 조작구(112C)는, 수로 길이 방향으로 왕복 조작하게 되어 있다. 조작구(112C)와 나사축(151)의 연결부에는, 조작구(112C)의 왕복 운동을 회전 운동로 변환하여 나사축(151)에 전달하는 노치 기구(160)가 설치되어 있다.

조작구(112C)가 수로 길이 방향으로 왕복 조작하는 구성이면, 도 23에 나타낸 바와 같이, 수로(1)의 측벽면부(1b)에 낙하 방지 펜스(1c)가 설치되어 있는 경우, 조작구(112C)를 낙하 방지 펜스(1c)와 평행하게 조작하게 된다. 그러므로, 수로(1)의 외부로부터에서도 조작구(112C)를 조작이 용이하게, 자세 변경 가능부(101)의 인상 작업이 더 한층 용이하다. 다른 구성 요소에 대하여는, 회전 기구(111C)를 포함하고, 제4 실시형태에 관하여 설명한 것과 같다.

본 발명의 제6 실시형태에 관한 수력 발전 장치를 도 27 내지 도 38과 함께 설명한다.

<수력 발전 장치 전체의 개략적인 구성에 대하여>

도 28에 나타낸 바와 같이, 이 수력 발전 장치는, 예를 들면, 하천, 용수로 등의 유수가 있는 수로(1)에 설치되고, 날개차(2)의 회전을 받아 발전을 행한다. 수로(1)는, 예를 들면, 각각 콘크리트 등으로 이루어지는 바닥면부(1a) 및 양측의 측벽면부(1b)로 구성된다.

도 27에 나타낸 바와 같이, 이 수력 발전 장치는, 복수(이 예에서는 2대)의 수력 발전 모듈(3, 3)과, 이들 수력 발전 모듈(3, 3)을 지지하는 지지 장치(4A)를 구비한다. 먼저, 수력 발전 모듈(3)에 대하여 설명하고, 이하, 지지 장치(4A), 수력 발전 장치의 설치 및 인상, 작용 효과에 대하여 순차적으로 설명한다.

<수력 발전 모듈(3)에 대하여>

2대의 수력 발전 모듈(3, 3)은, 후술하는 지지 장치(4A)에서의 가설 프레임(205)[제1 및 제2 실시형태의 고정 프레임(10), 및 제3 내지 제5 실시형태의 고정 프레임(114)에 상당]의 수로 폭 방향으로 소정 간극을 두고 평행하게 배열되도록 지지되어 있다. 이들 수력 발전 모듈(3, 3)은 동일 구조이므로, 한쪽의 수력 발전 모듈(3)에 대하여만 부호를 부여하여 설명하고, 다른 쪽의 수력 발전 모듈(3)에 대하여는, 한쪽의 수력 발전 모듈(3)과 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 또한, 제1 실시형태에 관련하여 수력 발전 모듈(3)에 대하여도 설명을 생략하는 경우가 있다.

수력 발전 모듈(3)은, 날개차(2), 및 이 날개차(2)의 회전에 의해 발전하는 발전기(6)를 가진다.

<지지 장치(4A)에 대하여>

도 27 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 지지 장치(4A)는, 가설 프레임(205), 복수(이 예에서는 두 개)의 가대(210), 개별 회전 지지 수단(211), 발전기 테이블(12), 복수(이 예에서는 두 개)의 조작 수단(213, 213) 및 빗장 구조(214)를 가진다. 가설 프레임(205)는, 한 쌍의 빔(215, 215)과, 프레임 본체(216)와, 복수의 고정구(217)를 가진다.

도 28 및 도 29에 나타낸 바와 같이, 수로(1)에 걸쳐 가설된 프레임 본체(216)에 대하여, 개별 회전 지지 수단(211)을 통하여 각각의 가대(210)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 각각의 가대(210)에, 발전기 테이블(12, 12)을 통하여 수력 발전 모듈(3, 3)이 각각 지지되어 있다. 따라서, 각각의 수력 발전 모듈(3)은, 가설 프레임(205)에 대하여, 날개차(2)의 하단이 수로(1)의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세와, 날개차(2)의 전체가 수로(1)의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세(도 35 내지 도 38 등)에 걸쳐 회전 가능하게 지지되어 있다.

도 27 및 도 28에 나타낸 바와 같이, 수로(1)의 양측의 측벽면부(1b)에서의 상단 부근으로부터 상단부에 걸쳐 복수(이 예에서는 2개)의 고정구(217, 217)가 고정되어 있다. 각 고정구(217)은, 측벽면부(1b)의 측면을 따르는 입판(立板) 고정부와, 이 입판 고정부에 연결되어 측벽면부(1b)의 상단면을 따르는 수평 고정판부로 단면 L자형으로 형성되어 있다. 2개의 고정구(217, 217)은, 유수가 흐르는 방향(A1)(이하, 「유수 방향(A1)」이라고 함)으로에 평행하게 설치되어 있다. 각 고정구(217) 및 후술하는 각 빔(215)는, 예를 들면, 단면 L자형의 앵글 등으로 형성된다.

도 27 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 빔(215, 215)는, 상기 유수 방향(A1)으로 각각 평행하게 설치되고, 프레임 본체(216)에 의해 서로 연결되어 있다. 프레임 본체(216)은, 예를 들면, 각통 형상으로 수로의 폭 방향으로 평행하게 연장된다. 이 프레임 본체(216)의 길이 방향 양 단부에는, 이 수력 발전 장치를 후술하는 크레인 등에 의해 슬링거(도시하지 않음)로 매달아 올리기 위한 행잉(hanging) 볼트(218, 218)가 설치되어 있다. 도 27 및 도 28에 나타낸 바와 같이, 각 빔(215)는, 입판부와, 이 입판부에 연결되는 수평판부에 의해 단면 L자형으로 형성되어 있다. 도 27 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 각 빔(215)의 수평판부의 상면에서의 길이 방향 중간부에, 프레임 본체(216)의 길이 방향 양 단부가 지지되고, 브래킷 등에 의해 고정되어 있다. 각각의 측벽면부(1b)에 배열되는 고정구(217)에 대하여, 각 빔(215)의 수평판부가 복수의 볼트에 의해 고정되어 있다.

가대(210)은, 가대 기단부(基端部)(210a)와, 2개의 가대 지지부(210b, 210b)를 가진다. 가대 기단부(210a)는, 각통 형상으로 수로(1)(도 28)의 폭 방향으로 평행하게 연장된다. 가대 기단부(210a)에는, 각각의 가대 지지부(210b)의 길이 방향 일단부가 각각 연결되어 있다. 이들 가대 지지부(210b, 210b)는, 가대 기단부(210a)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되고, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다. 2개의 가대 지지부(210b, 210b)에 발전기 테이블(12, 12)이 지지된 상태로 고정되어 있다. 이 발전기 테이블(12)에 발전기(6)가 지지되어 있다.

도 27 및 도 28에 나타낸 바와 같이, 이 예의 개별 회전 지지 수단(211)은 경첩이며, 프레임 본체(216)에, 상기 경첩의 한쪽의 경첩편(211a)이 연결되고, 가대 기단부(210a)에, 상기 경첩의 다른 쪽의 경첩편(211b)이 연결되어 있다. 따라서, 이 경첩의 축을 회전 축심으로 하여, 프레임 본체(216)에 대하여, 가대(210) 및 수력 발전 모듈(3)이 상기 수몰 자세와 상기 대기 자세에 걸쳐, 상기 회전 축심 주위로 회전 가능하게 구성된다.

각 조작 수단(213)은, 가설 프레임(205)에 대하여, 가대(210)를 인력으로 회전하는 봉형 부재이다. 이 조작 수단(213)은, 가대 기단부(210a)의 일측면부에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 조작 수단(213)은, 가대 기단부(210a)의 일측면부로부터 상기 회전 축심에 평행하게 연장되는 회전축부(213a)와, 이 회전축부(213a)의 선단에 연결되어 상기 회전 축심와 직교하는 방향으로 연장되는 조작부(213b)를 가진다. 조작부(213b)는 파지(把持)하는 등 하여 조작 가능하다. 회전축부(213a)의 기단(基端; base end)에는 장착 플랜지가 부설되고, 이 장착 플랜지가 가대 기단부(210a)의 일측면부에 착탈 가능하다.

도 31 및 도 34에 나타낸 바와 같이, 빗장 구조(214)는, 각각의 가대(210)를 수몰 자세 또는 대기 자세로 유지하는 제1 및 제2 빗장 부품(219, 220)을 포함한다. 각각의 가대 지지부(210b)에 제1 빗장 부품(219, 219)이 각각 평행하게 고정되고, 프레임 본체(216)에 제2 빗장 부품(220)이 설치되어 있다. 각 제1 빗장 부품(219)의 양 단부에 끼워맞춤공(219a, 219b)이 각각 형성되어 있다. 제2 빗장 부품(220)은, 빗장 부품 본체(220a)와, 이 빗장 부품 본체(220a)에 슬라이딩 가능하게 지지된 봉(220b)을 가진다. 이 봉(220b)을 제1 빗장 부품(219)의 한쪽의 끼워맞춤공(219b)에 끼워맞추어지는 것에 의해 수몰 자세를 유지한다. 또한, 봉(220b)을 제1 빗장 부품(19)의 다른 쪽의 끼워맞춤공(19a)에 끼워맞추어지는 것에 의해 대기 자세를 유지한다.

<수력 발전 장치의 설치 과정>

도 35 내지 도 38에 나타낸 바와 같이, 수력 발전 장치를 대기 자세의 하자 (하물의 자세)로 목적지인 수로까지 운반한다. 운반 시에는, 수력 발전 모듈을 대기 자세로 하여, 제2 빗장 부품(220)의 봉(220b)을 제1 빗장 부품(219)의 끼워맞춤공(219a)에 끼워맞추어지는 것에 의해 대기 자세를 유지한다. 수력 발전 장치를 목적지까지 도착시킨 후, 이 수력 발전 장치로부터 고정구(217)를 이탈한 준조립체를, 도시하지 않은 크레인 등에 의해 슬링거(도시하지 않음)와 매달아 올려, 각각의 블레이드(2b)를 대략 수평 상태로 유지하면서, 미리 수로에 설치하고 있는 고정구(217)의 위쪽으로 이동한다.

그 후, 상기 준조립체를 하강시켜 고정구(217)와 빔(215)을 복수의 볼트에 의해 고정시킨다. 다음에, 도 31 내지 도 34에 나타낸 바와 같이, 수력 발전 장치로부터 상기 슬링거를 분리해낸 후, 한쪽의 조작 수단(213)의 조작부(213b)를 파지하면서 제2 빗장 부품(220)의 봉(220b)을 슬라이딩시켜 제1 빗장 부품(219)의 끼워맞춤공(219a)으로부터 빼내고, 제1 (이 예에서는 도 32의 지면 좌측)의 수력 발전 모듈(3) 및 가대(210)를 이 가대(210)에 고정된 조작 수단(213)에 의해 회전시킨다. 이로써, 도 32의 지면 좌측의 날개차(2)를 수로에 수몰시킨다.

그 후, 도 32의 지면 좌측의 날개차(2)가 수몰 자세를 유지하도록 조작 수단(213)을 지지하고, 도 34에 나타낸 바와 같이, 제2 빗장 부품(220)의 봉(220b)을 슬라이딩시켜 제1 빗장 부품(219)의 끼워맞춤공(219a)에 꽂음으로써 수몰 자세를 유지한다. 다음에, 도 27에 나타낸 바와 같이, 제2 수력 발전 모듈(3)에 대하여 도제1 수력 발전 모듈(3)과 마찬가지로 대기 자세로부터 수몰 자세로 변화시키고, 이 수몰 자세를 유지한다. 이 수몰 자세에 있어서, 날개차(2)의 회전에 의해 발전기(6)는 발전한다.

<인상 시>

도 31 내지 도 34에 나타낸 바와 같이, 긴급 시 또는 유지보수 시에 있어서 이 수력 발전 장치를 수로로부터 끌어올리는 경우, 수력 발전 모듈(3)을 1개마다 끌어올린다. 구체적으로, 인상 대상의 수력 발전 모듈(3)에 대하여, 이 수력 발전 모듈(3)의 가대(210)에 연결되는 조작 수단(213)을 지지하면서 제2 빗장 부품(220)의 봉(220b)을 슬라이딩시키고, 제1 빗장 부품(219)의 끼워맞춤공(219b)으로부터 빼내고, 상기 조작 수단(213)에 의해 가대(210)를 상기와 역방향으로 회전시켜 날개차(2)를 수로로부터 끌어올린다. 다음에, 상기 조작 수단(213)을 지지하면서 제2 빗장 부품(220)의 봉(220b)을 슬라이딩시키고, 제1 빗장 부품(219)의 끼워맞춤공(219b)에 꽂는다. 이로써, 수로의 유속에 저해되지 않고 원하는 유지보수 등을 행할 수 있다.

<작용 효과>

이상 설명한 수력 발전 장치에 의하면, 이 수력 발전 장치의 설치 작업 시에는, 복수의 수력 발전 모듈(3, 3)을 가설 프레임(205)에 설치한 상태로, 각각의 수력 발전 모듈(3)을 각각 대기 자세로 한 상태로 수로(1)에 설치할 수 있다. 이 경우, 수로(1)의 유속에 저항하지 않고 수력 발전 장치를 용이하게 설치할 수 있다. 따라서, 수력 발전 장치를, 계획한 장소에 용이하고 또한 확실하게 설치할 수 있다. 또한, 1대만의 수력 발전 모듈을 설치하는 경우보다도 발전력을 증가시킬 수 있다.

이 수력 발전 장치의 사용 시에는, 각각의 수력 발전 모듈(3)을 수몰 자세와 대기 자세에 걸쳐 각각 독립적으로 회전 가능하게 지지하는 개별 회전 지지 수단(211)을 가지므로, 이 수력 발전 장치를 수로(1)로부터 끌어올리는 경우, 수력 발전 모듈(3, 3)을 개별 회전 지지 수단(211)에 의해 1개마다 끌어올리는 것이 가능해진다. 그러므로, 2대의 수력 발전 장치를 수로로부터 동시에 끌어올리는 경우와 비교하여, 인상에 필요로 하는 힘을 분산화할 수 있다. 이로써, 인력 등에 의해 수력 발전 장치를 수로(1)로부터 용이하게 끌어올릴 수가 있다. 또한, 2대 동시 인상에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 수력 발전 모듈(3, 3)을 1개마다 끌어올리는 것이 가능해지므로, 각각의 수력 발전 모듈(3)을 별개로 유지보수할 수도 있다.

<그 외의 실시형태>

가설 프레임에 3대 이상의 수력 발전 모듈을 설치할 수도 있다.

수로에 걸쳐 가설된 가설 프레임에 대하여, 각각의 수력 발전 모듈 2대를 별개로 설치할 수도 있다. 이 경우, 각각의 수력 발전 모듈을 인상 기구 등으로 별개로 끌어올려 설치할 수 있으므로, 수력 발전 장치를 2대 동시에 설치하는 종래예보다도, 인상 기구 등의 소형화를 도모하고 설치하는 시간의 단축을 도모할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 추가, 변경 또는 삭제가 가능하다. 따라서, 그와 같은 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다. 또한, 각각의 실시형태를 임의로 조합시켜도 된다. 예를 들면, 수력 발전 모듈이 복수 설치된 구성은, 제1 내지 제5 어느 실시형태에 적용되어도 된다.

이하의 태양(態樣)도, 본 발명의 범위에 포함된다.

[태양 1]

수로에 걸쳐 가설된 가설 프레임과, 이 가설 프레임의 수로 폭 방향으로 배열되는 복수의 수력 발전 모듈을 포함하고, 각각의 수력 발전 모듈이 수력을 회전력으로 변환하는 날개차 및 이 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기를 가지는 수력 발전 장치에 있어서,

각각의 상기수력 발전 모듈을 상기 가설 프레임에 대하여, 상기 날개차의 하단이 상기 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰 자세와, 상기 날개차의 전체가 상기 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세에 걸쳐 각각 독립적으로 회전 가능하게 지지하는 개별 회전 지지 수단을 가지는 수력 발전 장치.

[태양 2]

태양 1에 기재된 수력 발전 장치에 있어서, 각각의 상기수력 발전 모듈을 각각 지지하는 복수의 가대를 가지고, 상기 가설 프레임에 대하여, 상기 개별 회전 지지 수단을 통하여 각각의 가대가 회전 가능하게 지지되어 있는 수력 발전 장치.

[태양 3]

태양 2에 기재된 수력 발전 장치에 있어서, 상기 상기 가설 프레임에 대하여, 각각의 상기수력 발전 모듈을 각각 독립적으로 회전시키는 복수의 조작 수단을 각각의 가대에 구비한 수력 발전 장치.

[태양 4]

태양 1 내지 태양 3 중 어느 일태양에 기재된 수력 발전 장치에 있어서, 상기 개별 회전 지지 수단이 경첩인 수력 발전 장치.

[태양 5]

태양 1 내지 태양 4 중 어느 일태양에 기재된 수력 발전 장치에 있어서, 상기 가설 프레임은, 이 가설 프레임을 상기 수로에 고정시키는 고정구를 포함하는 수력 발전 장치.

1: 수로
2: 날개차
3: 수력 발전 모듈
6: 발전기
10, 114: 고정 프레임
11, 130: 가대
19: 고정구

Claims (15)

1개 이상의 수력 발전 모듈로서, 각각, 수력을 회전력으로 변환하는 날개차(impeller)를 구비하는, 1개 이상의 수력 발전 모듈;
상기 1개 이상의 수력 발전 모듈의 날개차의 회전에 의해 발전하는 발전기;
상기 1개 이상의 수력 발전 모듈 각각의 수력 발전 모듈을 각각 지지하는 1개 이상의 가대(架臺; cradle); 및
수로(水路; waterway)에 고정되어 상기 1개 이상의 가대를 지지하는 고정 프레임;
을 포함하는 수력 발전 장치로서,
상기 고정 프레임은, 상기 고정 프레임을 상기 수로에 고정시키는 고정구를 구비하고,
상기 1개 이상의 가대는, 상기 고정 프레임에 대하여,
상기 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이, 상기 날개차의 하단(下端)이 상기 수로의 수면보다 아래에 위치하는 수몰(水沒) 자세를 취하는 위치; 및
상기 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이, 상기 날개차의 전체가 상기 수로의 수면보다 위에 위치하는 대기 자세를 취하는 위치;에 걸쳐 회전 가능하게 지지되어 있는,
수력 발전 장치.

제1항에 있어서,
상기 고정 프레임에 대하여 상기 1개 이상의 가대를 회전시키는 1개 이상의 조작 수단을 더 포함하고,
상기 조작 수단은, 회전시키는 상기 1개 이상의 가대 및 상기 고정 프레임에 착탈 가능한, 수력 발전 장치.

제2항에 있어서,
상기 1개 이상의 조작 수단이, 회전시키는 상기 1개 이상의 가대 및 상기 고정 프레임에 장착되었을 때, 상기 1개 이상의 조작 수단은, 상기 1개 이상의 가대를, 상기 가대가 지지하는 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세 및 상기 대기 자세 중 어느 한쪽이 자세를 취하도록 유지하는, 수력 발전 장치.

제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1개 이상의 가대의 회전 축심에 대하여, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈과는 반대측에 설치된 중추(重錘)를 구비한, 수력 발전 장치.

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1개 이상의 가대에 일체로 설치되어 상기 고정 프레임에 대하여 상기 가대를 회전시키는 회전축; 및
상기 회전축을 회전 가능하게 지지하고, 상기 고정 프레임에 착탈 가능하게 설치되는 회전축 받이부;를 더 포함하는, 수력 발전 장치.

제5항에 있어서,
상기 회전축 받이부는, 상기 회전축과 접촉하는 면에 수지제 슬라이딩재를 구비하고 있는, 수력 발전 장치.

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1개 이상의 가대는, 각각, 상기 고정 프레임에 대하여, 대응하는 경첩에 의해, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세를 취하는 위치와 상기 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 회전 가능하게 연결된, 수력 발전 장치.

제1항에 있어서,
상기 1개 이상의 가대에 고정되고, 또한 상기 고정 프레임에 대하여 회전 가능한 수로의 폭 방향으로 연장되는 회전축;
상기 회전축을 상기 고정 프레임에 대하여 회전시키는 회전 기구; 및
상기 회전 기구(機構)를 상기 수로의 외부로부터 수동으로 조작 가능한 조작구(operation tool);를 더 포함하고,
상기 1개 이상의 가대가 상기 회전축과 함께 회전함으로써, 상기 1개의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세와 상기 대기 자세 사이에서 자세 변경할 수 있는, 수력 발전 장치.

제8항에 있어서,
상기 회전 기구는, 웜 기어, 미끄럼 나사, 및 볼 나사 중 어느 하나에 의해, 상기 조작구의 동작을 상기 회전축의 축심(軸心; axis) 주위의 회전 동작으로 변환하여 상기 회전축에 전달하는, 수력 발전 장치.

제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 회전 기구는, 상기 1개 이상의 수력 발전 모듈이 상기 대기 자세로부터 상기 수몰 자세로 자세 변경하는 방향으로 상기 회전축이 회전하는 것을 규제하는 래칫 기구를 구비하는, 수력 발전 장치.

제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조작구는 상기 수로의 길이 방향으로 왕복 조작되는 것이며, 상기 조작구의 동작을 상기 회전 기구에 전달하는 노치(notch) 기구를 구비하는, 수력 발전 장치.

제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 기구의 구성 부품에 내식성(耐蝕性)을 가지는 재료가 사용되고 있는, 수력 발전 장치.

제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1개 이상의 수력 발전 모듈은 상기 수로의 폭 방향으로 배열되는 복수의 수력 발전 모듈이며, 상기 1개 이상의 가대는 상기 복수의 수력 발전 모듈을 각각 지지하는 복수의 가대이며, 또한
상기 복수의 수력 발전 모듈이 상기 수몰 자세를 취하는 위치와 상기 대기 자세를 취하는 위치에 걸쳐 상기 복수의 가대를 상기 고정 프레임에 대하여 각각 독립적으로 회전 가능하게 지지하는 개별 회전 지지 수단을 구비하는, 수력 발전 장치.

제2항 또는 제3항에 종속되는 제13항에 있어서,
상기 1개 이상의 조작 수단은 복수의 조작 수단이며, 상기 복수의 조작 수단은, 각각, 상기 고정 프레임에 대하여 상기 복수의 가대를 각각 독립적으로 회전시키도록, 각각의 가대에 설치된, 수력 발전 장치.

제7항에 종속되는 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 개별 회전 지지 수단이 상기 경첩인, 수력 발전 장치.

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