WO2013069854A1

WO2013069854A1 - 유체 발전장치

Info

Publication number: WO2013069854A1
Application number: PCT/KR2012/002480
Authority: WO
Inventors: 김형은
Original assignee: Kim Hyung Eun
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-05-16
Also published as: KR101126624B1

Abstract

본 발명은 유체 발전장치에 관한 것으로서, 샤프트와; 다수개로 이루어져 상기 샤프트에 일렬로 회전가능하게 장착되고, 유체의 흐름에 의해 회전하는 날개부와; 각각의 상기 날개부에 설치되어 상기 날개부의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전기와; 상기 샤프트를 지지하는 지지부와; 상기 지지부를 지면에 고정하는 고정블록과; 상기 고정블록과 상기 지지부 사이에 배치되어 상기 샤프트를 수평방향으로 회전시키는 회전부와; 상기 지지부에 장착되어 유체의 흐름에 의해 유체의 흐름 방향으로 상기 샤프트의 전방을 상기 고정블록에 대해 회전시키는 방향지시부와; 상기 발전기에서 생성된 전기를 충전하는 축전기; 로 이루어지되, 상기 방향지시부는 상기 샤프트의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치되어 상기 샤프트가 상기 유체의 흐름 방향에서 기울어지게 위치하도록 한다.

Description

유체 발전장치

본 발명은 유체 발전장치에 관한 것으로서, 특히 조류 및 바람의 흐름 방향에 대해 각각의 날개부가 서로 영향을 받지 않도록 배치되게 함으로써, 날개부에 의해 전기를 생성하는 다수의 발전기에서 보다 효율적으로 전력 생성력을 향상시키는 유체 발전장치에 관한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 했으므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 공해도 큰 문제가 되고 있으며, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점이 있다.

따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.

이의 대안으로 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등이 연구되고 있다.

이 가운데 조석간만의 차이에 따라 조류가 수평이동하는 힘을 이용하여 발전기를 구동하여 전력을 생성하는 조력발전과, 바람에 의해 날개를 회전시켜 그 회전되는 회전력에 의해 발전기를 구동하여 전력을 생성하는 풍력발전이다.

이와 같이 유체(조류, 바람)의 흐름을 이용하여 전기를 생성하는 발전장치는 별도의 자원이 필요하지 않고 자연의 흐름에 의해 전기를 생성하게 된다.

이러한 종래의 발전장치의 일 예가 공개특허공보 제10-2004-0107165호에 공개되어있다.

도 1은 종래의 발전장치의 구조를 나타낸 구조도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이 하단부가 해저지반에 고정되는 원통형 수직지지기둥(10); 상기 수직지지기둥(10)의 수중부에 설치되는 해류 발전기(30); 상기 해류 발전기(30)의 입력축에 설치되는 수중 프로펠러 블레이드(20); 상기 수직지지기둥(10)의 수면 상부로 노출된 상단부에 스위블(60)에 의해 회전가능하게 설치되는 풍력 발전기(50); 및 상기 풍력 발전기(50)의 입력축에 설치되는 수상 프로펠러 블레이드(40);를 포함하여 이루어져 있다.

이러한 발전장치는 유체(조류, 바람)의 흐름에 의해 상기 블레이드(40)와 상기 풍력발전기(50)를 회전시켜 전기를 생성한다.

그러나 이러한 종래의 발전장치는 블레이드(40) 및 풍력발전기(50)가 단독으로만 설치되어 있어 발전하는 전력이 작은 문제점이 있고, 또한 이러한 문제점을 해결하기 위해 블레이드(40) 및 풍력발전기(50)를 유체의 흐름 방향으로 일렬로 다수개를 설치할 경우에는 전방에 위치한 블레이드(40) 및 상기 풍력발전기(50)를 회전시킨 유체에 와류가 발생하여 후방에 위치하는 블레이드(40) 및 풍력발전기(50)는 회전력이 약해지면서 전력 생산력이 저하되어 설치하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 흐르는 유체 즉 바람과 조류의 흐름에 의해 회전하여 전기를 생성하는 날개부가 유체의 흐름 방향으로 일렬로 다수개가 설치되어도 다수개의 상기 날개부에 흐르는 유체가 경사지게 접촉되어 회전하게 하여 전방에 위치한 상기 날개부를 회전시켜 흐름이 저하된 유체와 흐름이 저하되지 않은 유체가 함께 후방에 위치하는 다른 날개부를 회전시켜면서 후방에 위치하는 상기 날개부도 회전이 잘 이루어지도록 하여 전기를 생성할 수 있게 하는 유체 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유체 발전장치는, 샤프트와; 다수개로 이루어져 상기 샤프트에 일렬로 회전가능하게 장착되고, 유체의 흐름에 의해 회전하는 날개부와; 각각의 상기 날개부에 설치되어 상기 날개부의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전기와; 상기 샤프트를 지지하는 지지부와; 상기 지지부를 지면에 고정하는 고정블록과; 상기 고정블록과 상기 지지부 사이에 배치되어 상기 샤프트를 수평방향으로 회전시키는 회전부와; 상기 지지부에 장착되어 유체의 흐름에 의해 유체의 흐름 방향으로 상기 샤프트의 전방을 상기 고정블록에 대해 회전시키는 방향지시부와; 상기 발전기에서 생성된 전기를 충전하는 축전기; 로 이루어지되, 상기 방향지시부는 상기 샤프트의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치되어 상기 샤프트가 상기 유체의 흐름 방향에서 기울어지게 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.

다수개의 상기 샤프트를 연결하는 연결축을 더 포함하여 이루어지되, 상기 샤프트는, 제1샤프트와; 상기 제1샤프트 측면에 배치되는 제2샤프트와; 상기 제1샤프트와; 상기 제2샤프트 사이 상부에 배치되는 제3샤프트; 로 이루어지고, 상기 연결축은, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트를 연결하는 제1연결축과; 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 사이 상부에 상기 제3샤프트가 배치되게 상기 제1연결축과 상기 제3샤프트를 연결하는 제2연결축으로 이루어지며, 상기 지지부는 상기 제1연결축에 연결되어 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 및 상기 제3샤프트는 삼각형 구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3샤프트에 배치된 제3날개부는 위에서 보았을 때, 상기 제1샤프트에 장착된 제1날개부 및 상기 제2샤프트에 장착된 제2날개부 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

유체의 흐르는 세기를 측정하는 센서부와; 상기 센서부의 측정값에 의해 상기 방향지시부를 수평회전시켜 상기 샤프트와의 각도를 조절하는 각도조절부;를 더 포함하여 이루어지되, 상기 방향지시부의 일단은 상기 지지부에 회전가능하게 장착되고, 상기 각도조절부는, 상기 지지부에서 돌출형성된 장착부와; 일단이 상기 장착부에 장착되고, 타단이 상기 방향지시부에 장착되어 상기 방향지시부의 타단을 상기 지지부에 대해 수평회전시키는 실린더와; 상기 센서부에서 측정한 측정값에 따라 상기 실린더를 가동시키는 제어부;로 이루어지며, 상기 제어부는 상기 센서부의 측정값에 의해 상기 실린더를 가동하여 상기 방향지시부의 타단과 상기 샤프트 사이의 각도(α)를 조절하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 유체 발전장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

상기 방향지시부가 상기 샤프트의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치되어 상기 샤프트가 상기 유체의 흐름 방향에서 경사지게 위치함으로써, 상기 샤프트에 일렬로 장착된 다수개의 상기 날개부에 흐름이 저하되지 않은 유체가 흐르게 되면서 상기 날개부 중 전방에 위치한 상기 날개부를 회전시키면서 흐름이 저하된 유체와 전방에 위치하는 날개부 측면으로 흐르면서 흐름이 저하되지 않은 유체가 함께 후방에 위치하는 다른 상기 날개부를 회전시켜 후방에 위치하는 상기 날개부도 잘 회전되게 하는 효과가 있다.

상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 및 상기 제3샤프트는 삼각형 구조로 배치됨으로써, 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 및 상기 제3샤프트가 상기 방향지시부에 의해 유체의 흐름 방향에서 수평방향으로 경사지게 배치되기 때문에 각각의 상기 샤프트에 장착된 날개부를 회전시키는 유체가 전방에 위치하는 날개부에 의해 속도가 저하되어도 후방에 위치하는 날개부의 회전을 감소시키지 않게 전방의 날개부를 회전시키지 않은 흐름이 좋은 유체를 일정량 받아 회전하여 전기를 생성하는 효과가 있다.

상기 제3샤프트에 배치된 제3날개부가 위에서 보았을 때, 상기 제1샤프트에 장착된 제1날개부 및 상기 제2샤프트에 장착된 제2날개부 사이에 배치됨으로써, 발전장치의 전체적인 부피를 줄여주고, 차지하는 부피 면적에 비해 발전효과는 극대화시켜주는 효과가 있다.

상기 제어부가 상기 센서부의 측정값에 의해 상기 실린더를 가동하여 상기 방향지시부의 타단과 상기 샤프트 사이의 각도(α)를 조절함으로써, 상기 센서부의 측정값에 의해 상기 제어부가 유체의 흐름이 강하면 상기 방향지시부의 타단과 상기 샤프트 사이의 각도를 적게 주고, 유체의 흐름이 약하면 상기 방향지시부의 타단과 상기 샤프트 사이의 각도를 많이 주기 때문에 상기 유체의 흐름이 강할 때, 상기 유체의 흐름에 의해 상기 날개부가 파손되는 것을 방지해주고, 유체의 흐름이 약할 때는 다수의 상기 날개부에 흐름이 저하되지 않은 유체를 받아 회전이 잘 되게 해 주는 효과가 있다.

도 1은 종래의 발전장치의 구조를 나타낸 구조도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 측면도.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 정면도.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 날개부의 배치에 따른 부피변화를 나타낸 정면도.

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 측면도.

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예 1에 따른 유체 발전장치는, 샤프트(100), 날개부(200), 발전기(300), 지지부(400), 고정블록(500), 회전부(600), 방향지시부(700) 및 축전기(800)로 이루어진다.

상기 샤프트(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 길게 형성된다.

이러한 상기 샤프트(100)는 다수개의 상기 날개부(200)와 상기 발전기(300)가 설치되어 지탱해 주는 회전축의 역할을 한다.

상기 날개부(200)는 프로펠러 형상으로 형성되어 유체의 흐름에 의해 회전한다.

본 실시예와 달리 살기 날개부(200)를 유체의 흐름에 의해 회전할 수 있는 헬리컬 터빈 형상 등 다양한 형상으로 형성할 수도 있다.

이러한 상기 날개부(200)는 길게 형성된 상기 샤프트(100)에 회전가능하게 다수개가 일정한 간격으로 일렬로 장착된다.

상기 발전기(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전하는 상기 날개부(200)에 장착되어 상기 날개부(200)로 부터의 회전에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 한다.

이러한 발전기(300)는 각각의 상기 날개부(200)의 회전에 의해 전기를 생성하도록 각각의 상기 날개부(200)에 각각 장착된다.

즉, 상기 샤프트(100)는 회전하지 않고, 다수개의 날개부(200)만 회전하면서 상기 날개부(200)에 각각 장착된 발전기(300)에 의해 전기를 생성하게 된다.

상기 지지부(400)는 자체적으로 회전 가능하게 구성되며, 상기 샤프트(100)를 지지한다.

즉, 상기 지지부(400)는 상기 샤프트(100)가 수평방향으로 지면에서 일정한 간격이 유지되도록 지지한다.

상기 고정블록(500)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지부(400)를 지면에 고정한다.

즉, 상기 고정블록(500)은 상기 샤프트(100)에 장착된 상기 날개부(200)에서 전기를 생성하고자 하는 지면에 상기 지지부(400)를 고정한다.

상기 회전부(600)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정블록(500)과 상기 지지부(400) 사이에 배치되어 상기 샤프트(100)가 수평방향으로 회전가능하게 한다.

이러한 상기 회전부(600)는 후술하는 유체의 흐름방향과 나란하게 배치되려는 물리적 구조를 같은 상기 방향지시부(700)의 배향력에 따라 회전함으로써, 유체의 흐름이 있을때 상기 샤프트(100)의 방향이 결정된다.

이에 대해서는 이하에 보다 상세하게 설명한다.

상기 방향지시부(700)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지부(400)에 장착되어 유체의 흐름에 의해 유체의 흐름 방향으로 상기 샤프트(100)의 상기 고정블록(500)에 대해 회전시킨다.

즉, 상기 방향지시부(700)는 상기 샤프트(100)에 일렬로 장착된 날개부(200)가 유체에 흐름에 의해 회전이 잘 되도록 상기 샤프트(100)를 회전시킨다.

이러한 상기 방향지시부(700)는 본 실시예와 같이 판재형상으로 형성하여 상기 유체의 흐름에 의해 회전하도록 상기 지지부(400)에 장착한다.

본 실시예와 다르게 화살 형상 등의 상기 방향지시부(700)를 형성할 수도 있고, 상기 방향지시부(700)를 상기 지지부(400)가 아닌 상기 샤프트(100)에 설치하는 등 다양한 구조로 형성하여 상기 날개부(200)가 유체의 흐름에 의해 회전되게 할 수도 있다.

이러한 상기 방향지시부(700)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 샤프트(100)의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)가 상기 샤프트(100)의 길이방향에서 일정한 각도(α)만큼 경사지게 상기 지지부(400)에 장착된다.

이는 상기 방향지시부(700)가 상기 샤프트(100)의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치되어 상기 샤프트(100)가 상기 유체의 흐름 방향에서 경사지게 배치되어 있어, 후방에 위치하는 상기 날개부(200)는 상기 전방의 날개부(200) 측면으로 흐르는 새로운 유체와 함께 접하면서 회전하기 때문에 후방에 위치하는 다른 날개부(200)에서의 유체 흐름이 간섭없이 저하되지 않고 유체를 받아 잘 회전되게 된다.

만약 본 실시예와 달리 유체의 흐름방향으로 상기 날개부(200)들이 배열되었을 겨우 상기 샤프트(100)에 일렬로 장착된 다수개의 상기 날개부(200) 중 전방에 위치한 상기 날개부(200)를 회전시키면서 와류가 발생하여 흐름이 좋지 않게 된 유체가 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)의 회전시키지만 와류에 의해 회전이 원활하지 않게 된다.

즉, 상기 날개부(200)가 상기 샤프트(100)에 일렬로 장착되어 상기 샤프트(100)가 유체의 흐름 방향에서 경사지지 않고 일직선상으로 유체를 받게 되면 상기 전방에 위치하는 날개부(200)를 회전시킨 유체는 와류에 의해 흐름이 저하되어 후방에 위치하는 또 다른 상기 날개부(200)를 원활하게 회전시키지 못하게 되기 때문에 본 발명과 같이 상기 샤프트(100)가 유체의 흐름 방향에서 경사지게 위치하도록 하여 일렬로 장착된 다수개의 상기 날개부(200) 모두에 흐름이 저하되지 않은 새로운 유체를 일정량 받아 회전하면서 회전이 잘 이루어지게 된다.

상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100)가 이루는 각도(α)는 15 내지 20도 사이가 바람직하다.

이는 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100)가 이루는 각도(α)가 지나치게 작게 되면 유체의 흐름에 의한 간섭이 발생하게 되고, 반대로 지나치게 크게되면 상기 날개부(200)와 상기 샤프트(100) 간에 마찰이 증대되어 그 마찰로 인해 상기 샤프트(100)에 대한 상기 날개부(200)의 회전을 방해하게 된다.

상기 축전기(800)는 각각의 상기 날개부(200)에 각각 장착되어 상기 날개부(200)의 회전에 의해 전기를 발생시키는 상기 발전기(300)에서 전기를 받아 보관하는 역할을 한다.

이러한 상기 축전기(800)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정블록(500)에 설치하거나 사용하고자 하는 사용자가 쉽게 취급할 수 있는 곳에 설치하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명인 유체 발전장치를 수중에 설치하면 조류의 흐름 방향에 대응하여 전기를 생성하게 할 수도 있고, 육지에 설치하면 바람에 흐름 방향에 대응하여 전기를 생성하게 할 수도 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 실시예 1에 따른 유체 발전장치의 작동과정을 자세히 설명한다.

전기를 생성하고자 하는 유체가 조류이면 물속에 바람이면 육지에 본 발명을 설치하게 된다.

이렇게 설치된 본 발멸의 발전장치에서는 상기 지지부(400)의 회전에 의해 상기 유체의 흐름방향으로 회전하게 되고, 상기 방향지시부(700)가 이에 따라 상기 방향지시부(700)와 일정각도로 유지된 상기 샤프트(100)가 유체의 흐름 방향에 대하여 사선방향으로 놓이게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)의 지시방향과 상기 샤프트(100)의 길이방향이 수평방향으로 일정한 각도(α)로 경사지게 설치되어 있어 상기 샤프트(100)는 유체의 흐름 방향에서 일정한 각도(α)로 경사지게 위치하게 된다.

이렇게 상기 샤프트(100)가 일정한 각도(α)로 경사지게 위치하면서 상기 샤프트(100)에 일렬로 장착된 상기 날개부(200)도 유체의 흐름 방향에서 일정한 각도(α)만큼 기울어지게 유체를 받아 회전하게 된다.

이렇게 상기 날개부(200)가 유체의 흐름 방향에서 일정한 각도(α)만큼 기울어져 회전하게 되면서, 전방에 위치하는 상기 날개부(200)를 회전시켜 와류가 발생하여 흐름이 좋지 않은 유체와 상기 전방에 위치하는 상기 날개부(200)의 측면으로 흐르는 흐름이 좋은 유체를 상기 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)가 받게 되면서 후방에 위치하는 날개부(200)는 전방에 위치하는 날개부(200)를 회전시켜 와류에 의해 흐름이 저하된 유체만 받지 않고 흐름이 저하되지 않은 유체도 함께 받게 되면서 잘 회전하여 전기를 생성하게 된다.

특히 수중에 설치될 경우 유체가 전방에 위치하는 상기 날개부(200)를 회전시키고 나서 발생되는 와류에 의해 흐름이 저하되어 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)의 회전이 원활하지 못하게 되는 문제가 본 발명에 의해 해소된다.

즉, 본 실시예와 같이 상기 방향지시부(700)가 경사지게 장착되면 조류의 흐름이 저하되지 않은 유체도 함께 후방에 위치하는 날개부(200)가 받아 회전이 잘 되면서 전기를 생성할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 유체 발전장치의 날개부의 배치에 따른 부피변화를 나타낸 정면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 실시예 2에 따른 유체 발전장치는, 샤프트(100), 날개부(200), 발전기(300), 지지부(400), 고정블록(500), 회전부(600), 방향지시부(700), 축전기(800), 연결축(900)으로 이루어진다.

본 실시예 2는 상기한 실시예 1과 비교하여 샤프트(100)의 개수 및 그 배치에 차이가 있고, 그에 따라 연결축(900)이 더 포함되기에 이하에서는 이를 중심으로 설명한다.

본 실시예에서는 상기 샤프트(100)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 5개의 샤프트(100)로 이루어진다.

물론, 당업자라면 본 실시예를 참조하여 3개 또는 7개의 샤프트로 고려할 수 있을 것이다.

이하에서는 5개의 샤프트(100) 중 복잡성을 피하기 위하여 3개의 샤프트 만을 가지고 설명한다.

제1샤프트(110)는 길이방향으로 길게 형성된다.

이러한 상기 제1샤프트(110)에는 도 5에 도시된 바와 같이 회전되게 일렬로 다수개의 날개부(200)가 장착된다.

이때 상기 제1샤프트(110)에 장착되는 상기 날개부(200)는 제1날개부(210)가 된다.

제2샤프트(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1샤프트(110) 측면에 평행하게 배치된다.

이러한 상기 제2샤프트(120)에는 회전되게 일렬로 다수개의 날개부(200)가 장착된다.

이때 상이 제2샤프트(120)에 장착되는 상기 날개부(200)는 제2날개부(220)가 된다.

제3샤프트(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 사이 상부에서 도 5에 도시된 바와 같이 평행하게 배치된다.

이러한 상기 제3샤프트(130)에는 회전되게 일렬로 다수개의 날개부(200)가 장착된다.

이때 상기 제3샤프트(130)에 장착되는 상기 날개부(200)는 제3날개부(230)가 된다.

상기 연결축(900)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 다수개의 상기 샤프트(100)를 연결한다.

이러한 상기 연결축(900)은 제1연결축(910), 제2연결축(920)으로 이루어진다.

설명의 복잡성을 피하기 위해 도 4 내지 도 6에 도시된 상기 제2연결축(920)에 연결되는 제3의 연결축은 생략하기로 한다.

상기 제1연결축(910)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1샤프트(110)의 측면에 상기 제2샤프트(120)가 평행하게 위치하도록 연결한다.

상기 제2연결축(920)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120)의 사이 상부에 상기 제3샤프트(130)가 배치되게 상기 제1연결축(910)과 상기 제3샤프트(130)를 연결한다.

즉, 상기 제1샤프트(110), 상기 제2샤프트(120) 및 상기 제3샤프트(130)는 상기 제1연결축(910)과 상기 제2연결축(920)에 연결되어 도 4 또는 도 6에 도시된 바와 같이 정면에서 보았을 때, 삼각형 구조로 배치된다.

이와 같이 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 및 상기 제3샤프트(130)가 삼각형 구조로 배치됨으로써, 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 및 상기 제3샤프트(130)가 상기 방향지시부(700)에 의해 유체의 흐름 방향에서 수평방향으로 경사지게 배치되기 때문에 각각의 상기 샤프트(100)에 장착된 상기 날개부(200)를 회전시키는 유체가 전방에 위치하는 상기 날개부(200)를 회전시키면서 발생하는 와류에 의해 흐름이 저하되어 후방에 위치하는 상기 날개부(200)는 회전이 잘 안 되지만 전방의 상기 날개부(200)를 회전시키지 않은 유체를 일정량 받게 되면서 회전이 잘 되게 된다.

이러한 상기 샤프트(100)의 삼각형 구조는 상기 연결축(900)을 다양하게 결합하여 연결할 수도 있다.

또한, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120)를 상기 제1연결축(910)으로 하부에 더 연결하여 삼각형 구조로 다수의 샤프트(100)를 구성할 수도 있다.

그리고 상기 제3샤프트(130)에 장착된 상기 제3날개부(230)는 도 5에 도시된 바와 같이 위에서 보았을 때, 상기 제1샤프트(110)에 장착된 상기 제1날개부(210) 및 상기 제2샤프트(120)에 장착된 상기 제2날개부(220) 사이에 배치된다.

이렇게 상기 제3날개부(230)를 배치하게 되면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1날개부(210)와 상기 제2날개부(220) 및 상기 제3날개부(230)가 이루는 높이(H1)가 낮아지면서 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1날개부(210)와 상기 제2날개부(220) 및 상기 제3날개부(230)가 같은 위치에 위치시킨 총 높이(H2)보다 낮게 상기 날개부(200)를 배치할 수 있어 상대적으로 발전장치의 부피를 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 지지부(400)는 상기 제1연결축(910)에 결합되어 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 및 상기 제3샤프트(130)가 상기 지지부(400)에 장착된 상기 방향지시부(700)에 의해 상기 유체의 흐름 방향에서 날개부(200)가 회전되게 위치하도록 한다.

이때에도 도 5에 도시된 바와 같이 상기 샤프트(100)와 상기 방향지시부(700)는 수평방향으로 일정한 각도(α) 만큼 경사지게 장착되어 상기 제1샤프트(110)와 상기 제2샤프트(120) 및 상기 제3샤프트(130)에 장착된 상기 제1날개부(210)와 상기 제2날개부(220) 그리고 상기 제3날개부(230)에 일정한 각도(α)만큼 기울어진 상태에서 흐름이 좋은 유체를 받아 회전하게 된다.

이상에서 설명되지 않은 실시예 2의 구성은 실시예 1과 같기에 그 설명은 생략한다.

또한, 실시예 2의 작동상태는 실시예 1과 비교하여 샤프트(100)의 개수만 증가하여 발전량을 증가시킨 것일뿐 작동과정은 같기에 작동과정에 대한 설명도 생략한다.

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 유체 발전장치의 구조를 나타낸 측면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 유체 발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 실시예 3에 따른 유체 발전장치는, 샤프트(100), 날개부(200), 발전기(300), 지지부(400), 고정블록(500), 회전부(600), 방향지시부(700), 축전기(800), 센서부(1000), 각도조절부(1100)로 이루어진다.

본 실시예는 실시예 1과 비교하여 지지부(400)에 상기 방향지시부(700)가 장착되는 장착구조가 상이하고, 센서부(1000)와 각도조절부(1100)가 더 포함되기에 이를 중심으로 설명한다.

상기 방향지시부(700)는 일단이 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 지지부(400)에 회전가능하게 장착된다.

상기 방향지시부(700)를 상기 지지부(400)에 회전가능하게 다양한 방법으로 장착할 수도 있지만, 본 실시예와 같이 힌지(S)로 결합하여 힌지(S)에 대해 상기 방향지시부(700)의 타단이 회전되게 하는 것이 바람직하다.

상기 센서부(1000)는 유체의 흐르는 세기를 측정한다.

이러한 상기 센서부(1000)는 발전장치의 다양한 위치에 설치할 수도 있지만, 도 7에 도시된 바와 같이 유체가 방해없이 가장먼저 도달하는 상기 샤프트(100)의 전단에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 각도조절부(1100)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 센서부(1000)의 측정값에 의해 상기 방향지시부(700)의 일단이 상기 지지부(400)에 힌지(S) 결합된 힌지축을 중심으로 수평방향으로 회전시켜 상기 샤프트(100)와 상기 방향지시부(700) 사이의 각도를 조절하는 역할을 한다.

이러한 상기 각도조절부(1100)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 장착부(1110), 실린더(1120), 제어부(도시되지 않음)로 이루어진다.

상기 장착부(1110)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 지지부(400)에서 돌출형성된다.

이러한 상기 장착부(1110)는 상기 지지부(400)와 함께 상기 회전부(600)에 의해 회전한다.

상기 장착부(1100)는 유체의 흐름에 저항을 적게 받도록 얇게 형성하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 상기 장착부(1100)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)를 기준으로 상기 샤프트(100)의 반대방향에 위치하였으나, 상기 샤프트(100)와 같은 방향에 위치하도록 할 수도 있다.

상기 장착부(1110)에는 상기 실린더(1120)가 장착된다.

상기 실린더(1120)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 일단이 상기 장착부(1110)에 장착되고, 타단이 상기 방향지시부(700)에 장착되어 상기 방향지시부(700)의 타단을 상기 지지부(400)에 대해 수평방향으로 회전시킨다.

즉, 상기 실린더(1120)는 후술하는 제어부에 의해 길이가 조절되어 상기 샤프트(100)와 상기 방향지시부(700) 사이의 각도(α)를 조절한다.

상기 제어부는 상기 센서부(1000)의 측정값을 받아 상기 실린더(1120)에 명령을 입력하여 상기 실린더(1120)가 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도를 조절하도록 명령한다.

즉, 상기 제어부는 상기 센서부(1000)에서 측정된 유체의 흐르는 세기를 측정한 측정값에 따라 상기 실린더(1120)의 길이를 조절하여 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)를 조절한다.

이때, 상기 제어부는 상기 센서부(1000)에서 측정된 측정값이 미리 설정된 기준값보다 작으면 즉 유체의 흐르는 세기가 작으면 도 8(a)에 도시된 바와 같이 상기 실린더(1120)의 길이를 작게 조절하여 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)를 크게 한다

이와 반대로 상기 제어부는 상기 센서부(1000)에서 측정된 측정값이 미리 설정된 기준값보다 크면 즉, 유체의 흐르는 세기가 크면 도 8(b)에 도시된 바와 같이 상기 실린더(1120)의 길이를 크게 조절하여 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)가 작아지게 한다.

이는 유체의 흐르는 세기가 작으면 상기 샤프트(100) 전방에 위치한 날개부(200)를 회전시킨 유체가 와류가 발생하여 흐름이 저하되고, 이렇게 저하된 유체가 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)를 원활하게 회전시키지 못하기 때문에 도 8(a)에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)를 회전시켜 상기 샤프트(100)가 상기 유체의 흐름방향에서 이루는 각도(α)를 크게 하여 전방의 상기 날개부(200)를 회전시키지 않은 흐름이 좋은 유체를 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)가 받아 회전이 원활하게 된다.

그리고 유체의 흐르는 세기가 강하면, 상기 샤프트(100)가 상기 유체의 흐름방향에서 이루는 각도(α)가 도 8(a)에 도시된 바와 같이 크게 되어 있으면 상기 날개부(200)에서 유체의 흐름에 대한 저항이 강하게 발생하여 발전장치가 유체의 흐름에 의해 파손될 수 있기 때문에 도 8(b)에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)를 회전시켜 상기 샤프트(100)가 상기 유체의 흐름방향에서 이루는 각도(α)를 적게 한다.

또한, 유체의 흐르는 세기가 크면 전방에 위치한 날개부(200)를 회전시킨 유체가 와류가 발생하여도 흐르는 세기가 강하기 때문에 후방에 위치한 날개부(200)도 원활하게 회전할 수 있다.

본 설명에서 상기 실린더(1120)가 도 8에 도시된 바와 같이 상기 방향지시부(700)를 기준으로 상기 샤프트(100)의 반대편에 위치하기 때문에 위와 같이 상기 실린더(1120)의 길이가 짧아지게 되면 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)가 커지게 되고, 상기 실린더(1120)의 길이가 길어지게 되면 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)가 작아지게 된다.

이와 반대로 상기 실린더(1120)가 상기 방향지시시부(700)를 기준으로 상기 샤프트(100) 방향에 위치할 경우에는 상기 실린더(1120)의 길이의 변화에 따라 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)의 변화가 위와 반대로 조절된다.

이상에서 설명되지 않은 실시예 3의 구성은 실시예 1과 같기에 그 설명은 생략한다.

실시예 3의 작동상태는 실시예 1과 비교하여 방향지시부(700)에 대한 차이가 있어 이에 대한 작동과정만 설명한다.

상기 센서부(1000)가 유체의 흐름을 측정하여 측정된 측정값이 미리 설정된 측정값보다 작게 되면 즉, 유체의 흐름이 약하게 흐르게 되면 도 8(a)에 도시된 바와 같이 상기 제어부는 상기 실린더(1120)의 길이를 작게 조절하게 된다.

이와 같이 상기 실린더(1120)의 길이가 작게 조절되면 상기 방향지시부(700)가 상기 지지부(400)에 결합된 힌지(S)의 힌지축을 중심으로 회전한다.

상기 방향지시부(700)가 힌지축을 중심으로 회전하면서 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)는 커지게 된다.

이때, 상기 방향지시부(700)는 유체의 흐름을 받아 항시 유체의 흐름방향에 놓이게 되면서, 상대적으로 상기 지지부(400)와 상기 샤프트(100)는 상기 회전부(600)에 의해 상기 고정블록(500)에 대해 회전하면서 상기 샤프트(100)는 도 8(a)에 도시된 바와 같이 유체의 흐름방향에서 경사지게 위치하게 된다.

이와 같이 유체의 흐름방향에서 상기 샤프트(100)가 경사지게 위치하면서 상기 샤프트(100)에 일렬로 장착된 다수개의 상기 날개부(200)는 흐름이 저하되지 않은 유체를 받아 회전하게 된다.

이와 반대로 상기 센서부(1000)가 유체의 흐름을 측정하여 측정된 측정값이 미리 설정된 측정값보다 크게 되면 즉, 유체의 흐름이 강하게 흐르게 되면 도 8(b)에 도시된 바와 같이 상기 제어부는 상기 실리더(1120)의 길이를 크게 조절하게 된다.

이와 같이 상기 실린더(1120)의 길이가 크게 조절되면 상기 방향지시부(700)가 상기 지지부(400)에 결합된 힌지(S)의 힌지축을 중심으로 회전한다.

상기 방향지시부(700)가 힌지축을 중심으로 회전하면서 상기 방향지시부(700)와 상기 샤프트(100) 사이의 각도(α)는 작아지게 된다.

이때, 상기 방향지시부(700)는 유체의 흐름을 받아 항시 유체의 흐름방향에 놓이게 되면서, 상대적으로 상기 지지부(400)와 상기 샤프트(100)는 상기 회전부(600)에 의해 상기 고정블록(500)에 대해 회전하면서 상기 샤프트(100)는 도 8(b)에 도시된 바와 같이 상기 유체의 흐름방향과 비슷하게 놓이게 된다.

이와 같이 유체의 흐름이 강할 때, 상기 샤프트(100)가 유체의 흐름방향과 비슷하게 놓이면서 강한 유체에 의해 상기 샤프트(100)와 상기 날개부(200)가 받는 저항력은 작아지고, 그로 인해 상기 강한 유체에 의해 발전장치가 파손되는 것을 방지해 주게 된다.

이때, 일렬로 장착된 상기 날개부(200)는 전방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)에 의해 와류가 발생하여 후방에 위치하는 상기 날개부(200)에 영향을 줄 수 있지만, 유체의 흐름이 강하기 때문에 후방에 위치하는 다른 상기 날개부(200)의 회전에는 영향을 주지 않게 된다.

이러한 실시예 3과 같은 구성은 실시예 2에 장착하여 실시할 수도 있다.

본 발명인 유체 발전장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명은 다수의 날개부를 일렬로 배치하되 순차적으로 경사지게 배치한 유체 발전장치로서, 한정된 장소에서 많은 수의 날개부를 회전시키는 것이 가능하여 보다 효율적으로 전력을 생산할 수 있다.

Claims

샤프트와;

다수개로 이루어져 상기 샤프트에 일렬로 회전가능하게 장착되고, 유체의 흐름에 의해 회전하는 날개부와;

각각의 상기 날개부에 설치되어 상기 날개부의 회전에 의해 전기를 생성하는 발전기와;

상기 샤프트를 지지하는 지지부와;

상기 지지부를 지면에 고정하는 고정블록과;

상기 고정블록과 상기 지지부 사이에 배치되어 상기 샤프트를 수평방향으로 회전시키는 회전부와;

상기 지지부에 장착되어 유체의 흐름에 의해 유체의 흐름 방향으로 상기 샤프트의 전방을 상기 고정블록에 대해 회전시키는 방향지시부와;

상기 발전기에서 생성된 전기를 충전하는 축전기; 로 이루어지되,

상기 방향지시부는 상기 샤프트의 길이방향에서 수평방향으로 경사지게 설치되어 상기 샤프트가 상기 유체의 흐름 방향에서 기울어지게 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 유체 발전장치.
청구항 1에 있어서,

다수개의 상기 샤프트를 연결하는 연결축을 더 포함하여 이루어지되,

상기 샤프트는,

제1샤프트와;

상기 제1샤프트 측면에 배치되는 제2샤프트와;

상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 사이 상부에 배치되는 제3샤프트; 로 이루어지고,

상기 연결축은,

상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트를 연결하는 제1연결축과;

상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 사이 상부에 상기 제3샤프트가 배치되게 상기 제1연결축과 상기 제3샤프트를 연결하는 제2연결축으로 이루어지며,

상기 지지부는 상기 제1연결축에 연결되어 상기 제1샤프트와 상기 제2샤프트 및 상기 제3샤프트는 삼각형 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 발전장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제3샤프트에 배치된 제3날개부는 위에서 보았을 때, 상기 제1샤프트에 장착된 제1날개부 및 상기 제2샤프트에 장착된 제2날개부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 발전장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

유체의 흐르는 세기를 측정하는 센서부와;

상기 센서부의 측정값에 의해 상기 방향지시부를 수평회전시켜 상기 샤프트와의 각도를 조절하는 각도조절부;를 더 포함하여 이루어지되,

상기 방향지시부의 일단은 상기 지지부에 회전가능하게 장착되고,

상기 각도조절부는,

상기 지지부에서 돌출형성된 장착부와;

일단이 상기 장착부에 장착되고, 타단이 상기 방향지시부에 장착되어 상기 방향지시부의 타단을 상기 지지부에 대해 수평회전시키는 실린더와;

상기 센서부에서 측정한 측정값에 따라 상기 실린더를 가동시키는 제어부;로 이루어지며,

상기 제어부는 상기 센서부의 측정값에 의해 상기 실린더를 가동하여 상기 방향지시부의 타단과 상기 샤프트 사이의 각도(α)를 조절하는 것을 특징으로 하는 유체 발전장치.