WO2015156473A1 - 모듈형 수류 에너지 변환장치 - Google Patents

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WO2015156473A1
WO2015156473A1 PCT/KR2014/010956 KR2014010956W WO2015156473A1 WO 2015156473 A1 WO2015156473 A1 WO 2015156473A1 KR 2014010956 W KR2014010956 W KR 2014010956W WO 2015156473 A1 WO2015156473 A1 WO 2015156473A1
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housing
water flow
turbine
coupled
power converter
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PCT/KR2014/010956
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English (en)
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Inventor
박혜린
노기환
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주식회사 이노마드
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a portable water flow energy conversion device, more specifically, it is formed in a modular form can be customized modular water flow energy conversion to convert the power energy into other energy and expand the power generation according to the user's choice Relates to a device.
  • Hydroelectric power generation refers to a power generation method that converts the potential energy of water located at a relatively high level from the motion of a generator turbine and obtains electricity by using electromagnetic induction inside the generator.
  • An algae generator or a water generator refers to a mechanical device that produces energy from a stream of water flowing in the sea or a river.
  • both the current generator and the current generator are collectively referred to as the current generator.
  • Water stream generators have the advantage that they do not require large dams to store runoff compared to large-scale hydropower generation.
  • the existing water generator requires a flow rate with a flow rate of 2.0 m / s or more, so there is a problem that it is difficult to realize sufficient power generation capacity at a flow rate below that. Therefore, in particular, since it is difficult to install in a region having a relatively low water depth and a relatively low flow rate, there is a problem that the installation region of the water current generator is very limited. In addition, water generators are difficult to obtain government licenses for installation.
  • One object of the present invention is to provide a modular water flow energy converter that can stably generate power even at low water depth and low flow rate.
  • Another object of the present invention is to propose a modular water flow energy converter that is portable, easy to install and maintain.
  • Another object of the present invention is to provide a modular water flow energy converter that can increase or decrease the amount of power generation according to the user's selection, and is customizable by various types of energy generating devices.
  • the turbine unit is formed to rotate around the axis receives energy from the flowing water;
  • a housing surrounding at least a portion of the turbine portion to protect the turbine portion, and at least a portion of which is openable to flow the flowing water into the turbine portion;
  • a power converter configured to convert rotational force of the turbine unit transmitted through the shaft into other energy, wherein the housing and the power converter are modularly coupled to and separated from each other, and the power converter is coupled to the housing. At least a part is caught by the shaft and rotates together with the shaft to receive the rotational force of the turbine portion from the shaft when engaged.
  • the power converter includes a plurality of applications for converting the rotational force transmitted from the turbine unit into at least one of kinetic energy, potential energy, electrical energy, heat energy, light energy, sound energy and elastic energy.
  • the applications may be provided with a fastening portion which is formed to be identical to each other to be selectively coupled to the housing or replaceable in the housing.
  • the housing has a screw thread to be coupled to the power converter, the fastening portion has a screw bone corresponding to the thread of the housing, the screw fastening direction of the housing and the fastening portion is not released by the rotation of the turbine unit. It may be opposite to the rotation direction of the turbine unit.
  • the housing includes at least one hole in a portion facing the power converter, the power converter includes at least one groove corresponding to the hole, and the fastening part passes through the hole of the housing. It may include a bolt coupled to the groove of the power converter.
  • the housing may include a guide rail formed by a locking projection protruding along a circumference of an inner circumferential surface exposed to the outside; And an accommodating groove formed by cutting at least a portion of the locking jaw, wherein the fastening portion includes an insertion portion formed to protrude from the power conversion portion so that at least a portion thereof can be inserted into a space formed between the inner circumferential surfaces; And a protrusion protruding from the periphery of the insertion part so as to be inserted into the guide rail through the accommodation groove, and formed to be slidably moved along the guide rail to couple the housing and the power converter.
  • the housing further includes a stop that is formed by protruding at least a portion of the guide rail, the projection slides along the guide rail until it is blocked by the stop to secure the power converter to the housing Can be.
  • the housing has a first clip coupling portion protruding from the circumference, the fastening portion has a second clip coupling portion protruding from the circumference of the power conversion portion to correspond to the first clip coupling portion, the first At least one of the clip coupling portion and the second clip coupling portion has a groove and is formed to be foldable, and may be fitted to the other.
  • the housing may include a plate-shaped upper cover and a lower cover respectively coupled to the shaft of the turbine portion; And a duct portion extending from the edge of the upper cover to the edge of the lower cover and surrounding the turbine portion.
  • the duct part may include a gripping part at least partially protruding from both sides of the housing to extend toward the upper cover and the lower cover.
  • the duct part may be formed to be detachable by inverting the upper cover and the lower cover, and may be formed to guide the flowing water into the housing as the inverted and coupled parts are combined to cover the turbine part.
  • the duct unit may include: a plurality of first ducts rotatably coupled to the upper cover and the lower cover and surrounding any part of the circumference of the turbine unit and rotating when the housing is opened; And rotatably coupled to each of the first ducts, surrounding another portion around the turbine portion, and rotating in a direction opposite to the first ducts when the housing is opened, leading the flowing water into the housing. It may include a plurality of second ducts for collecting the water flow to make.
  • the modular water flow energy converter is coupled to the housing and the power converter, respectively, between the housing and the power converter, the rotational force transmitted from the shaft of the turbine unit And a gearbox which is transmitted to the power converter and is configured to adjust the rotation speed, wherein the gearbox is modular and receives a groove exposed to the outside of the housing so as to be coupled to the housing and the power converter. It has a rotation shaft inserted into the converter, at least a portion may be formed to rotate together with the shaft and the power converter.
  • the turbine unit and the housing are provided in plurality and coupled to each other in series or in parallel, the shafts of each turbine unit are coupled to each other to collect the rotational force of each turbine unit and transfer it to the power conversion unit Can rotate together.
  • the modular water energy converter may further include a handle formed on an outer surface of the modular water energy converter so as to hold the modular water energy converter.
  • each module forming the modular water flow energy converter has the same fastening structure with each other can be selectively coupled or replaced according to each other.
  • the user can customize the modular water flow energy converter as needed.
  • the present invention includes applications that can convert the power of the flowing water into at least one of various forms of energy, and the applications can be replaced as needed, so that one modular water flow energy converter is used to meet the purpose. You can convert energy into the form you need.
  • the present invention can be easily installed in rivers, rivers, valleys, and the like, which is easy to carry and there is little restriction on the installation area, and in particular, the flow rate is 2 m / s or less.
  • FIG. 1A is a perspective view of a modular water flow energy converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view illustrating a state in which the duct part of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1A is first rotated.
  • FIG. 1C is a perspective view illustrating a state in which the duct part of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1B is rotated secondly.
  • FIG. 1C is a perspective view illustrating a state in which the duct part of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1B is rotated secondly.
  • FIG. 2 is a partial cutaway view of a portion of the internal structure of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a partial cutaway view of a portion of the internal structure of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1A.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of each module of the modular water flow energy converter shown in Figure 1a.
  • FIG. 4A and 4B are installation conceptual diagrams of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1C.
  • FIG. 5a and 5b is another installation conceptual diagram of the modular water flow energy converter shown in Figure 1c.
  • FIG. 6A and 6B are yet another installation conceptual diagram of the modular water flow energy converter shown in FIG. 1C.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a process of connecting a plurality of modular water flow energy converter of the present invention.
  • 8A to 8D are conceptual views illustrating a structure in which the modular water flow energy converter of the present invention is combined for each module.
  • FIGS. 9A and 9B are perspective views showing a modular water flow energy converter of the present invention that is easy to carry.
  • FIG. 10 is a conceptual view illustrating a modular water flow energy converter of the present invention that is easy to carry.
  • 11A to 11C are conceptual views of a modular water flow energy converter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a perspective view of a modular water flow energy converter 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a primary view of the duct part 135 of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1A
  • 1C is a perspective view illustrating a state in which the duct part 135 of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1B is rotated in the second direction.
  • FIG. 1A a housing 130, a gearbox 150, and a power converter 170 of a modular water flow energy converter 100 are shown.
  • FIG. 1B as the duct part 135 of the housing 130 is first rotated, the turbine part 110 inside the housing 130 is exposed.
  • FIG. 1C as the duct part 135 of the housing 130 is second rotated, the modular water flow energy converter 100 may be prepared in a state capable of generating water flow.
  • the modular water flow energy converter 100 includes a turbine unit 110, a housing 130, a gear box 150 and a power converter 170, in particular, the housing 130, the gear box 150 and the power converter 170 is formed to be coupled and separated from each other in a modular form.
  • a turbine unit 110 a housing 130
  • a gear box 150 and a power converter 170 in particular, the housing 130, the gear box 150 and the power converter 170 is formed to be coupled and separated from each other in a modular form.
  • the turbine unit 110 is formed to receive energy from running water and rotate about the shaft 111.
  • Turbine section 110 is shown in FIGS. 1B and 1C.
  • the turbine unit 110 includes a 111, a blade 113, and an arm 115.
  • the shaft 111 extends in one direction inside the housing 130, and both ends thereof are rotatably coupled to the upper cover 131 and the lower cover 133 of the housing 130.
  • the blade 113 is provided in plural, and is disposed symmetrically with respect to the axis 111.
  • the blade 113 is coupled to the shaft 111 to rotate together with the shaft 111 by flowing water flowing into the housing 130.
  • the arm 115 connects the shaft 111 and the blade 113.
  • the structure of the arm 115 may also vary according to the arrangement of the blades 113. 1B and 1C, when the blades 113 are symmetrically arranged with respect to the axis 111, the arms 115 also correspond to the blades 113 with respect to the axis 111. It is formed symmetrically.
  • the blade 113 rotates by receiving kinetic energy from the flowing water. Accordingly, the shaft 111 connected to the blade 113 by the arm 115 also rotates together with the blade 113, and through this process, the turbine unit 110 obtains power from running water.
  • the housing 130 surrounds at least a portion of the turbine unit 110 to protect the turbine unit 110. In addition, at least a portion of the housing 130 is formed to be open to allow the flowing water to flow into the turbine unit 110.
  • the housing 130 includes an upper cover 131, a lower cover 133, and a duct part 135.
  • the upper cover 131 and the lower cover 133 are coupled to the shaft 111 of the turbine unit 110.
  • the upper cover 131 is coupled to the upper end of the shaft 111
  • the lower cover 133 is coupled to the lower end of the shaft 111.
  • the upper cover 131 and the lower cover 133 are formed to be relatively rotatable with respect to the shaft 111. Therefore, in a state where the upper cover 131 and the lower cover 133 are fixed, the shaft 111 may rotate between the upper cover 131 and the lower cover 133.
  • the upper cover 131 and the lower cover 133 may be formed in a disk shape corresponding to each other, as shown in Figures 1a to 1c.
  • the shape of the upper cover 131 and the lower cover 133 is not necessarily limited to the shape of the disc.
  • Side surfaces of the upper cover 131 and the lower cover 133 may be at least partially protruded 131 ′ and 133 ′ so as to be coupled to the duct unit 135 without interfering with the rotation of the turbine unit 110.
  • Two parts of the sides of the upper cover 131 may protrude symmetrically with each other, and the lower cover 133 may also protrude like the upper cover 131.
  • the protruding portions of the upper cover 131 and the lower cover 133 will be described as protrusions 131 ′ and 133 ′.
  • the duct part 135 extends from the edge of the upper cover 131 to the edge of the lower cover 133.
  • the duct 135 may be coupled to the protrusions 131 ′ and 133 ′ of the upper cover 131 and the lower cover 133, respectively.
  • the protrusions 131 ′ and 133 ′ allow the duct portion 135 to be outside the range of the turning radius of the turbine portion 110. It may be combined with the upper cover 131 and the lower cover 133.
  • the duct section 135 may not interfere with the rotation of the turbine section 110, which in turn enables the optimal size design of the turbine section 110 and the housing 130.
  • the duct part 135 is formed to surround the turbine part 110.
  • the turbine unit 110 In a state in which the modular water flow energy converter 100 is not operated, the turbine unit 110 is protected using the duct part 135, and when the modular water flow energy converter 100 is required, the duct part 135 may be operated. By rotating the modular water flow energy converter 100 can be opened.
  • the duct part 135 may open the housing 130 by the first rotation and the second rotation, and for this purpose, the duct part 135 may include a first duct 135a and a second duct 135b. have.
  • Both ends of the first duct 135a are rotatably coupled to the upper cover 131 and the lower cover 133, and surround a portion of the circumference of the turbine unit 110, and then rotate when the housing 130 is opened. do.
  • a plurality of first ducts 135a may be provided, and each of the first ducts 135a may be coupled to the protrusions 131 ′ and 133 ′ of the upper cover 131 and the lower cover 133.
  • the second duct 135b is rotatably coupled to each of the first ducts 135a (eg, a hinge structure), and surrounds another portion around the turbine unit 110 and then opens the housing 130.
  • the first duct 135a rotates in the opposite direction.
  • the rotation of the first duct 135a may be referred to as the primary rotation of the duct 135, and the rotation of the second duct 135b may be referred to as the secondary rotation of the duct 135.
  • the duct part 135 may not be rotated as described above, and may be detachably attached to the upper cover 131 and the lower cover 133 in a fixed form.
  • FIG. 1A shows the pre-opening state of the housing 130, where two second ducts 135b meet at one side of the modular water flow energy converter 100, and the other two second ducts 135b Meets at the other side of the modular water flow energy converter 100.
  • FIG. 1B illustrates the first rotation of the duct section 135
  • FIG. 1C illustrates the second rotation of the duct section 135.
  • the housing 130 is opened by the first rotation and the second rotation of the duct part 135, thereby exposing the turbine part 110 inside the housing 130.
  • the flowing water may be introduced into the housing 130 by the opening of the duct part 135, and the flowing water passing through the turbine part 110 may flow out of the housing 130.
  • the second duct 135b may collect the flowing water to guide the flowing water into the housing 130. Particles that are in the path out of the housing 130 among the flowing particles are also introduced into the housing 130 by the second duct 135b, and thus sufficient flow water may be supplied to the turbine unit 110. .
  • first ducts 135a may be coupled to each of two protrusions 131 ′ of the upper cover 131 and two protrusions 133 ′ of the lower cover 133.
  • the second duct 135b may also be coupled to each of the first ducts 135a so that a total of four ducts 135b may be provided.
  • Two first ducts 135a and two second ducts 135b are disposed on the inflow side of the inflow water, and the remaining two first ducts 135a and the second two ducts 135b are on the outflow side. Can be placed on the side.
  • the gear box 150 is installed between the housing 130 and the power converter 170, and transmits the rotational force transmitted from the shaft 111 of the turbine unit 110 to the power converter 170, but adjusts the rotation speed. It is formed to.
  • the rotation of the shaft 111 may be increased or decreased by the gears built in the gear box 150, and the degree of increase or decrease may be changed as required by the power converter 170.
  • Gearbox 150 is an optional configuration of modular water flow energy converter 100. In configuring the gearbox 150 for the modular water flow energy converter 100, it is installed between the housing 130 and the power converter 170 as required by the user's selection or the power converter 170. It may be, but may be removed from the modular water flow energy converter 100. In addition, it may be replaced with another gearbox 150 according to the rotational speed required by the power converter 170.
  • At least a portion of the power converter 170 rotates together with the shaft 111 to receive the rotational force of the turbine unit 110 through the shaft 111 of the turbine unit 110.
  • the power converter 170 is formed to convert the rotational force into other energy.
  • the other energy includes at least one of kinetic energy, potential energy, electric energy, heat energy, light energy, sound energy, and elastic energy, and may be converted into energy other than the energy of the above-mentioned type.
  • the power converter 170 shown in FIGS. 1A to 1C is a generator, and generates electricity using the rotational force transmitted from the shaft 111 of the turbine unit 110.
  • the generator may be generated through electromagnetic induction or piezoelectric, etc., and components for implementing the power generation are embedded in the generator.
  • the modular water flow energy converter 100 may include a battery cell (not shown) or may be added as a separate module to store electricity produced by the generator.
  • FIG. 2 is a partial cutaway view of a portion of the internal structure of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1A.
  • the housing 130, the gearbox 150, and the power converter 170 are coupled to each other.
  • the rotational force of the turbine unit 110 formed by the flowing water is transmitted to the gears 151 inside the gearbox 150 through the shaft 111, and the gears 151 are required by the power converter 170. Therefore, increase or decrease the rotation speed.
  • the rotational speed controlled by the gears 151 of the gear box 150 is transmitted to the power converter 170. Since the power converter 170 shown in FIG. 2 is a generator, the generator converts kinetic energy into electrical energy by various methods such as electromagnetic induction or piezoelectric methods.
  • the power conversion unit 170 has a built-in devices 171 for energy conversion.
  • the power converter 170 may include devices for converting the above-described energy or other forms of energy. This will be described with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of each module of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1A.
  • energy-converting devices may include pumps, music boxes, light emitting diodes (LEDs), water purifiers, fountains, imaging devices, outdoor billboards, and the like.
  • LEDs light emitting diodes
  • water purifiers water purifiers
  • fountains imaging devices
  • outdoor billboards and the like.
  • the modular water flow energy converter 100 of the present invention is installed in a river, a river, a valley, etc., and a pump is selected as the power converter 170 to be coupled with the turbine 110 and the housing 130.
  • a pump is selected as the power converter 170 to be coupled with the turbine 110 and the housing 130.
  • the sound may be generated by the power received from the flowing water.
  • the light emitting diode is selected as the power converter 170
  • light may be generated.
  • the water purifier is selected as the power converter 170, the water purifier may be combined with a pump and a generator to form a water purification system.
  • the imaging device is selected as the power converter 170, it may be used as a concept of a fountain cinema installed outdoors.
  • the present invention is formed in a modular form to selectively customize the various types of power converter 170 as described above.
  • the housing 130, the gearbox 150, and the power converter 170 are modularly formed to be coupled to and separated from each other.
  • each of the housing 130, the gearbox 150, and the power converter 170 in which the turbine unit 110 is built becomes a unit module for forming the modular water flow energy converter 100.
  • the power conversion unit 170 is at least partially hooked to the shaft 111 of the turbine unit 110 to receive the rotational force of the turbine unit 110 from the shaft 111 when coupled to the housing 130, the shaft 111 Rotate with
  • the shaft 111 is formed such that at least a portion thereof is exposed to the outside of the housing 130, and the power converter 170 is exposed portion 111 ′ of the shaft 111 when coupled to the housing 130.
  • the power converter 170 may be formed such that at least a part of the power converter 170 is caught or corresponds to the exposed portion 111 ′ of the shaft to rotate together with the shaft 111 ′ inserted into the groove.
  • Gear box 150 has a groove (not shown) for receiving the shaft 111 'exposed to the outside of the housing 130 to be coupled to the housing 130 in a modular form, and the power conversion unit 170 and It may be provided with a rotating shaft 153 is inserted into the groove (not shown) of the power converter 170 to be coupled.
  • the gearbox 150 is formed to rotate together with the shaft 111 and the power converter 170 of the turbine unit 110.
  • the rotation shaft 153 of the gearbox 150 is formed to be inserted into the groove of the power converter 170 similarly to the shaft 111 of the turbine unit 110.
  • Gear box 150 is modular to be coupled to and detachable from the housing 130 and the power converter 170, the upper portion of the gear box 150 is formed in the same coupling structure as the upper portion of the housing 130
  • the lower portion of the gearbox 150 may be formed in the same coupling structure as the lower portion of the power converter 170.
  • each module included in the modular water flow energy converter 100 formed as a set of modules is combined with other modules so as to expand and contract the modules.
  • the user may freely customize the modular water flow energy converter 100, and may include a plurality of housings 130, a plurality of gear boxes 150, and a plurality of powers.
  • the converter 170 may be combined to form one modular water flow energy converter 100.
  • the power converter 170 may include a plurality of applications for converting the rotational force transmitted from the turbine unit 110 to at least one of kinetic energy, potential energy, electrical energy, heat energy, light energy, sound energy and elastic energy.
  • the applications may include a fastening part that is selectively coupled to the housing 130 or formed to be identical to each other so as to be replaceable in the housing 130.
  • the fastening part refers to the above-mentioned coupling structure. The fastening part will be described later in other drawings.
  • 4A and 4B are conceptual diagrams illustrating the installation of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1C.
  • the modular water flow energy converter 100 further includes the housing 130 and a fixing portion 190 installed on the feature to fix the housing 130 to the feature.
  • the fixing part 190 may include, for example, a fixing pin 193 installed on the terrain as shown in FIGS. 4A and 4B, and a wire 191 connecting the duct part 135 to the fixing pin 193. ) May be included.
  • the wire 191 extends in the direction of receiving the flowing water and is coupled to the fixing pin 193.
  • the wires 191 may be connected to the upper and lower sides of the duct part 135 symmetrically with each other.
  • the flowing water may flow between both wires 191 and flow into the housing 130.
  • 5A and 5B are other installation conceptual diagrams of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG. 1C.
  • FIGS. 5A and 5B illustrate the modular water flow energy converter 100 installed in a horizontal state.
  • a wire 191 is connected to the fixing pin 193 installed on the terrain, and the wire 191 is connected to the duct 135 to fix the modular water flow energy converter 100.
  • the modular water flow energy converter 100 may be installed irrespective of its direction as shown in FIGS. 4A to 5B. Therefore, when the modular water flow energy converter 100 cannot be installed in the vertical direction due to the geographical limitation, the modular water flow energy converter 100 may be installed in the horizontal direction. As such, the modular water flow energy converter 100 of the present invention can be installed to overcome the geographical limitations.
  • 6a and 6b are yet another installation conceptual diagram of the modular water flow energy converter 100 shown in FIG.
  • the modular water flow energy converter 100 may be directly installed on the terrain using the fixing pin 193.
  • the fixing pin 193 couples the duct part 135 and the terrain, and installs the fixing pin 193 at a portion of the duct part 135 that is in direct contact with the terrain to form the modular water flow energy converter 100. Can be fixed
  • the modular water flow energy converter 100 may be fixed to peripheral structures already installed in rivers, rivers, valleys, and the like. This can be done if there is a stone bridge or rock around it.
  • the modular water flow energy converter 100 may be installed directly on the floor of a river, river, valley, or the like by a piling method. This should be where the ground of the floor is even and fileable.
  • the modular water flow energy converter 100 proposed in the present invention can be easily installed and removed from a river, a river, a valley, and the like, and an installation area can be expanded as compared with the conventional modular water flow energy converter 100. Can be.
  • the installation and removal of the modular water flow energy converter 100 has an advantage that there is little impact on the surrounding environment.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a process of connecting a plurality of modular water flow energy converters 100 and 200 of the present invention.
  • the modular water flow energy converter 100 (hereinafter referred to as the first modular water flow energy converter 100) is illustrated.
  • the second modular water flow energy converter 200 includes a housing 230 in which the turbine unit 210 is built, a large gearbox 250, and a large capacity generator 270.
  • Large capacity means a relatively large capacity compared to the first modular water flow energy converter 100, the large gear box 250 is a gear that can increase the rotational speed at a speed required in the large capacity generator 270 It means the box 250.
  • the large-capacity generator 270, the gearbox 150, the large-capacity gearbox 250, the housing 130 of the first modular water flow energy converter 100 and the second modular water flow The housing 230 of the energy converter 200 is lined up.
  • each of the modules in the lineup is combined with each other to form a modular water flow energy converter 300 of the expanded form.
  • the modular water flow energy converter 300 can be further extended, and the modular water flow energy converter 300 having a desired capacity can be completed.
  • the turbine parts 110 and 210 and the housings 130 and 230 are provided in plural and are coupled to each other in series or in parallel, and collect the rotational forces of the respective turbine parts 110 and 210 and transmit them to the power converters 170 and 270.
  • Each turbine unit 110 and 210 may rotate together with each other.
  • the present invention may remove some modules from the modular water flow energy converter 300. Therefore, the housings 130 and 230 may be detachably coupled to each other.
  • the present invention can customize the modular water flow energy converters 100, 200, and 300 according to the user's selection and needs, and the form of the capacity or energy to be converted. Therefore, the present invention can increase or decrease the amount of power generated according to the needs of the user.
  • each generator is required according to the required power generation capacity, but the present invention combines small turbine modules capable of outputting maximum efficiency with each other and adds modules as needed. It is possible to increase / decrease production cost and reduce maintenance.
  • each module may have the same fastening structure and may be coupled to each other or partially replaced or partially removed. Therefore, the following describes the fastening structure of the gearbox and the power converter, the fastening structure described below can be applied to the coupling of the gearbox and the housing, it can also be applied to the coupling of the housing and the power converter. Similarly, the following fastening structure can be applied to housings and other housings, and can also be applied to gearboxes and other gearboxes, power converters and other power converters. Therefore, hereinafter, only two modules (gear box and power converter) will be described, and the coupling structure between the other modules will be replaced with the above description.
  • FIG. 8A a coupling structure of a fastening unit using a slide is illustrated.
  • the gearbox 450 includes a guide rail 457 and a receiving groove 459, and the power converter 470 includes an insertion portion 473 and a protrusion 475 corresponding thereto.
  • the guide rail 457 is formed by a locking jaw 455 protruding along a circumference of an inner circumferential surface exposed to the outside, and the receiving groove 459 is formed by cutting at least a portion of the locking jaw 455.
  • the inserting portion 473 is formed to protrude from the power converter 170 so that at least a portion thereof can be inserted into a space formed between the inner circumferential surfaces of the gear box 450.
  • the projection 475 is formed to protrude from the periphery of the insertion portion 473 to be inserted into the guide rail 457 through the receiving groove 459, the guide to couple the gearbox 450 and the power converter 470.
  • the slide is formed to be movable along the rail 457.
  • the gearbox 450 may further include a stopper (not shown) formed by protruding at least a portion of the guide rail 457, and the protrusion 475 may gear the power converter 470. It may slide along the guide rail 457 until it is blocked by the stop to secure to the box 450.
  • a stopper (not shown) formed by protruding at least a portion of the guide rail 457, and the protrusion 475 may gear the power converter 470. It may slide along the guide rail 457 until it is blocked by the stop to secure to the box 450.
  • the gearbox 550 includes at least one hole 555 at a portion facing the power converter 570, and the power converter 570 has a groove corresponding to the hole 555 of the gearbox 550. 573). At least a portion of the bolt 560 is coupled to the groove 573 through the hole 555.
  • FIG. 8C a structure of a fastening part using a screw fastening structure is illustrated.
  • the gearbox 650 has a screw thread 655 to be coupled to the power converter 670, and the power converter 670 is screw thread 673 corresponding to the screw thread 655 to be coupled to the gearbox 650. It is provided. This can be extended equally to other modules. However, the fastening direction of the method using the screw fastening structure is preferably opposite to the rotation direction of the turbine unit 610 so that the coupling is not released by the rotation of the turbine unit 610.
  • FIG. 8D a clip-like fastening structure is shown.
  • the gear box 750 has a first clip coupling portion 755 formed to protrude from the circumference, and the power converter 770 is formed to protrude from the circumference so as to correspond to the first clip coupling portion 755.
  • the clip coupling part 773 is provided. And, at least one of the first clip coupling portion 755 and the second clip coupling portion 773 is provided with a groove and foldable, and is fitted to the other. In FIG. 8D, a groove 773 ′ is formed in the second clip coupling portion 773, and the second clip coupling portion 773 is formed to be folded or at least partially rotated.
  • the first clip coupling portion 755 is inserted into the groove 773 ′ of the second clip coupling portion 773 while the gearbox 750 and the power converter 770 are in close contact with each other. ) Is flipped toward the power converter 770, the fastening of the gearbox 750 and the power converter 770 is completed.
  • FIGS. 9A and 9B are perspective views illustrating the modular water flow energy converters 800 and 900 of the present invention that are easy to carry.
  • Modular water flow energy converters (800, 900) proposed in the present invention is formed in a size that can be installed in rivers, rivers, valleys, etc., a person can move by hand.
  • the present invention may further include handles 801 and 901 formed on the outer surface of the modular water flow energy converters 800 and 900 so as to be able to hold the modular water flow energy converters 800 and 900.
  • the handle 801 is inserted into the groove 850 ′ formed in the gearbox 850 or the housing 830 (not shown in the housing), as shown in FIG. 9A, thereby providing a modular water flow energy converter 800. ) May be combined.
  • the groove 850 ′ formed in the gearbox 850 or the housing 830 may be formed by connecting grooves having different diameters.
  • the handle may be inserted into a groove having a large diameter, and the handle 801 may be moved in a direction of the groove having a small diameter, such that the handle may be coupled to the gearbox 850 or the housing 830.
  • the handle 801 may be rotated in a groove having a small diameter. If it is necessary to remove the handle 801 from the modular water flow energy converter 800 may be removed through a process opposite to the coupling process.
  • the handle 901 may be installed at the side of the gearbox 950 or the housing 930.
  • the handle 901 installed on the side of the gearbox 950 or the housing 930 may optionally be coupled to the modular water flow energy converter 900 or removed from the modular water flow energy converter 900. Can be.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a modular water flow energy converter 1000 of the present invention, which is easy to carry.
  • the upper cover 1031 and the lower cover 1033 may be formed 1031 '. 1033' such that at least a portion of the side surface thereof protrudes, and the duct portion 1035 is also formed of the upper cover 1031 and the lower cover 1033. At least some of the protrusions 1037 may be formed to correspond to the protrusions 1031 ′ and 1033 ′.
  • the grip portion 1037 protrudes from the side of the housing 1030 and extends from the upper cover 1031 toward the lower cover 1033.
  • the upper cover 1031, the protrusion 1031 ′ of the lower cover 1033, and the gripping portion 1037 of the duct portion 1035 are formed to have side surfaces of a uniformly protruding shape. 1000 is formed in a structure that is easy to embrace with both hands.
  • the present invention is characterized in that it is formed in a modular form and has a structure that can be made compact and portable, the portability of the modular water flow energy converter 1000 can be improved through such an easy structure to wrap. have.
  • 11A to 11C are conceptual views of a modular water flow energy converter according to still another embodiment of the present invention.
  • a pillar 1132 is installed between the upper cover 1131 and the lower cover 1133, and the duct part 1135 is detachably attached to the pillar 1132. It can be installed possibly.
  • the duct part 1135 is formed to be detachable by inverting the pillar 1132 and may be formed to induce the flowing water into the housing 1130 as the duct part 1135 is inverted and coupled to cover the turbine part 1110. have.
  • the modular water flow energy converter described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or some of the embodiments so that various modifications may be made. It may be.
  • the present invention can be used in industrial fields that require energy conversion for electricity production.

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Abstract

본 발명은 휴대할 수 있으면서 사용자의 선택에 따라 모듈을 결합 및 교체할 수 있는 모듈형 수류 에너지 변환장치를 제공한다. 본 발명에서 제공하는 모듈형 수류 에너지 변환장치는, 유수로부터 에너지를 전달받아 축을 중심으로 회전하도록 형성되는 터빈부; 상기 터빈부를 보호하도록 상기 터빈부의 적어도 일부를 감싸고, 상기 유수를 상기 터빈부로 흘려주도록 적어도 일부가 개방 가능하게 형성되는 하우징; 및 상기 축을 통해 전달되는 상기 터빈부의 회전력을 다른 에너지로 변환하도록 형성되는 동력변환부를 포함하고, 상기 하우징과 상기 동력변환부는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성되고, 상기 동력변환부는 상기 하우징과 결합되었을 때 상기 축으로부터 상기 터빈부의 회전력을 전달받도록 적어도 일부가 상기 축에 걸려 상기 축과 함께 회전한다.

Description

모듈형 수류 에너지 변환장치
본 발명은 휴대할 수 있는 수류 에너지 변환장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 모듈형으로 형성되어 동력에너지를 사용자의 선택에 따라 다른 에너지로 변환하고 발전량을 확장할 수 있도록 커스터마이징이 가능한 모듈형 수류 에너지 변환장치에 관한 것이다.
수력 발전이란 상대적으로 높은 곳에 위치한 물의 위치에너지를 발전기 터빈의 운동에서지로 변환시키고 발전기 내부의 전자기유도 현상을 이용하여 전기를 얻는 형태의 발전 방법을 가리킨다.
조류 발전기 또는 수류 발전기는 바다 또는 하천 등에 흐르는 물의 흐름으로부터 에너지를 생산하는 기계적 장치를 가리킨다. 이 명세서에서는 조류 발전기와 수류 발전기를 모두 수류 발전기로 통칭한다. 수류 발전기는 대규모 수력 발전과 비교하여 유수를 저장하는 대규모 댐을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.
그러나, 기존의 수류 발전기는 몇 가지 당면 과제를 가지고 있다.
먼저, 설치지역과 관련하여 기존의 수류 발전기는 2.0m/s 이상의 유속을 가진 유수를 필요로 하기 때문에 그 이하의 유수에서는 충분한 발전 용량을 구현하기 어려운 문제가 있었다. 따라서, 특히, 상대적으로 낮은 수심과 상대적으로 낮은 유속을 가진 지역에는 설치가 어렵기 때문에, 수류 발전기의 설치지역이 매우 제한적이라는 문제가 있었다. 또한, 수류 발전기는 설치에 대한 정부의 인허가를 확보하기 까다롭다.
아울러, 기존의 조류 발전기나 수류 발전기는 설치 비용의 단가가 높을 뿐만 아니라, 일단 설치를 하더라도 그 성능을 유지하기 위한 유지 보수 비용이 높기 때문에 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다는 문제도 있었다.
이러한 문제점에 대한 대안으로, 강, 하천, 계곡 등 조류 발전기 또는 수류 발전기의 설치 지역을 확대할 수 있고, 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있으며, 설치 및 유지 보수가 용이한 조류 발전기 또는 수류 발전기에 대하여 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 낮은 수심과 낮은 유속에서도 안정적으로 발전할 수 있는 모듈형 수류 에너지 변환장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 휴대와 설치 및 유지보수가 용이한 모듈형 수류 에너지 변환장치를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 사용자의 선택에 따라 발전량을 증감할 수 있으며, 여러 형태의 에너지 발생 장치로 커스터마이징이 가능한 모듈형 수류 에너지 변환장치를 제시하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 모듈형 수류 에너지 변환장치는, 유수로부터 에너지를 전달받아 축을 중심으로 회전하도록 형성되는 터빈부; 상기 터빈부를 보호하도록 상기 터빈부의 적어도 일부를 감싸고, 상기 유수를 상기 터빈부로 흘려주도록 적어도 일부가 개방 가능하게 형성되는 하우징; 및 상기 축을 통해 전달되는 상기 터빈부의 회전력을 다른 에너지로 변환하도록 형성되는 동력변환부를 포함하고, 상기 하우징과 상기 동력변환부는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성되고, 상기 동력변환부는 상기 하우징과 결합되었을 때 상기 축으로부터 상기 터빈부의 회전력을 전달받도록 적어도 일부가 상기 축에 걸려 상기 축과 함께 회전한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 동력변환부는 상기 터빈부로부터 전달되는 회전력을 운동에너지, 위치에너지, 전기에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지 및 탄성에너지 중 적어도 하나로 변환하는 복수의 어플리케이션을 포함하고, 상기 어플리케이션들은, 상기 하우징에 선택적으로 결합되거나 상기 하우징에서 교체 가능하도록 서로 동일하게 형성되는 체결부를 구비할 수 있다.
상기 하우징은 상기 동력변환부와 결합되도록 나사산을 구비하고, 상기 체결부는 상기 하우징의 나사산에 대응되는 나사골을 구비하며, 상기 하우징과 상기 체결부의 나사 체결 방향은 상기 터빈부의 회전에 의해 결합이 해제되지 않도록 상기 터빈부의 회전 방향과 반대일 수 있다.
상기 하우징은 상기 동력변환부와 마주하는 부분에 적어도 하나의 홀을 구비하고, 상기 동력변환부는 상기 홀에 대응되는 적어도 하나의 홈을 구비하며, 상기 체결부는, 적어도 일부가 상기 하우징의 홀을 통과해 상기 동력변환부의 홈에 결합되는 볼트를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 외부로 노출되는 내주면의 둘레를 따라 돌출된 걸림턱에 의해 형성되는 가이드 레일; 및 상기 걸림턱의 적어도 일부가 단절되어 형성되는 수용홈을 포함하고, 상기 체결부는, 적어도 일부가 상기 내주면 사이에 형성되는 공간으로 삽입 가능하도록 상기 동력변환부로부터 돌출되어 형성되는 삽입부; 및 상기 수용홈을 통해 상기 가이드 레일에 삽입되도록 상기 삽입부의 둘레에서 돌출되어 형성되며, 상기 하우징과 상기 동력변환부를 결합시키도록 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동 가능하게 형성되는 돌기를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 가이드 레일에서 적어도 일부가 돌출되어 형성되는 멈춤턱을 더 포함하고, 상기 돌기는 상기 동력변환부를 상기 하우징에 고정시키도록 상기 멈춤턱에 의해 저지될 때까지 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동될 수 있다.
상기 하우징은 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제1클립결합부를 구비하고, 상기 체결부는 상기 제1클립결합부에 대응되도록 상기 동력변환부의 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제2클립결합부를 구비하고, 상기 제1클립결합부 및 상기 제2클립결합부 중 적어도 하나는 홈을 구비하고 접힘 가능하게 형성되어, 다른 하나에 끼움 결합될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 하우징은, 각각 상기 터빈부의 축과 결합되는 플레이트형의 상부 커버와 하부 커버; 및 상기 상부 커버의 테두리로부터 상기 하부 커버의 테두리까지 연장되어 형성되며, 상기 터빈부를 감싸도록 형성되는 덕트부를 포함할 수 있다.
상기 덕트부는 적어도 일부가 상기 하우징의 양측면으로부터 돌출되어 상기 상부 커버와 상기 하부 커버를 향해 연장되도록 형성되는 파지부를 구비할 수 있다.
상기 덕트부는 상기 상부 커버와 상기 하부 커버에 뒤집어 탈부착 가능하게 형성되고, 상기 터빈부를 감싸도록 결합된 상태에서 뒤집어 결합됨에 따라 상기 유수를 상기 하우징 내부로 유도하도록 형성될 수 있다.
상기 덕트부는, 상기 양 단이 상기 상부 커버 및 하부 커버에 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈부 둘레의 어느 일부를 감싸고 있다가 상기 하우징의 개방시 회전하는 복수의 제1덕트; 및 각각의 상기 제1덕트에 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈부 둘레의 다른 일부를 감싸고 있다가 상기 하우징의 개방시 상기 제1덕트와 반대방향으로 회전하며, 상기 유수를 상기 하우징의 내부로 유도하도록 상기 유수를 모으는 복수의 제2덕트를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치는, 상기 하우징과 상기 동력변환부의 사이에서 상기 하우징 및 상기 동력변환부와 각각 결합되고, 상기 터빈부의 축으로부터 전달되는 회전력을 상기 동력변환부로 전달하되 회전수를 조절하도록 형성되는 기어박스를 더 포함하고, 상기 기어박스는 모듈형으로 상기 하우징 및 상기 동력변환부와 결합되도록 상기 하우징의 외부로 노출되는 축을 수용하는 홈과 상기 동력변환부에 삽입되는 회전축을 구비하고, 적어도 일부가 상기 축 및 상기 동력변환부와 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 터빈부 및 상기 하우징은 복수로 구비되어 서로 직렬 또는 병렬로 결합되고, 각 터빈부의 회전력들을 모아 상기 동력변환부로 전달하도록 상기 각 터빈부의 축들이 서로 결합되어 함께 회전할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치는, 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치를 파지 가능하도록 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치의 외부면에 형성되는 손잡이를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 모듈형 수류 에너지 변환장치를 형성하는 각 모듈들은 서로 동일한 체결 구조를 가지므로 선택적으로 따라 서로 결합되거나 교체될 수 있다. 따라서, 사용자는 필요에 따라 모듈형 수류 에너지 변환장치를 커스터마이징하여 사용할 수 있다.
또한 본 발명은, 유수의 동력을 여러 가지 형태의 에너지 중 적어도 하나로 변환할 수 있는 어플리케이션들을 포함하고, 어플리케이션들은 필요에 따라 교체될 수 있으므로, 하나의 모듈형 수류 에너지 변환장치를 이용하여 목적에 맞게 필요한 형태로 에너지를 변환할 수 있다.
또한 본 발명은, 휴대가 용이하며 설치지역에 제한이 적고 특히 유속이 2m/s 이하인 하천, 강, 계곡 등에도 용이하게 설치할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 관련된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 사시도.
도 1b는 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 덕트부를 1차 회전한 상태를 도시한 사시도.
도 1c는 도 1b에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 덕트부를 2차 회전한 상태를 도시한 사시도.
도 2는 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 내부 구조의 일부를 도시한 부분 절개도.
도 3은 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 모듈별 분해 사시도.
도 4a 및 도 4b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 설치 개념도.
도 5a 및 도 5b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 다른 설치 개념도.
도 6a 및 도 6b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 또 다른 설치 개념도.
도 7은 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치를 복수로 연결하는 과정을 도시한 개념도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치를 모듈별로 결합하는 구조를 도시한 개념도.
도 9a 및 도 9b는 휴대가 용이한 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치를 도시한 사시도.
도 10은 휴대가 용이한 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치를 설명하기 위한 개념도.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 모듈형 수류 에너지 변환장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 관련된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 덕트부(135)를 1차 회전한 상태를 도시한 사시도이며, 도 1c는 도 1b에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 덕트부(135)를 2차 회전한 상태를 도시한 사시도이다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)가 도시되어 있다. 그리고, 도 1b를 참조하면, 하우징(130)의 덕트부(135)를 1차 회전함에 따라 상기 하우징(130) 내부의 터빈부(110)가 노출된다. 이어서, 도 1c를 참조하면, 하우징(130)의 덕트부(135)를 2차 회전함에 따라 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 수류 발전을 할 수 있는 상태로 준비된다.
본 발명에서 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 터빈부(110), 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)를 포함하고, 특히, 상기 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성된다. 이하에서는 각 구성요소에 대하여 설명한다.
터빈부(110)는 유수로부터 에너지를 전달받아 축(111)을 중심으로 회전하도록 형성된다. 터빈부(110)는 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있다. 터빈부(110)는 (111), 블레이드(113), 암(115)을 포함한다.
축(111)은 하우징(130)의 내부에서 일 방향으로 연장되어, 그 양 단부가 하우징(130)의 상부 커버(131)와 하부 커버(133)에 회전 가능하게 결합된다.
블레이드(113)는 복수개로 구비되어, 상기 축(111)을 중심으로 서로 대칭적으로 배치된다. 블레이드(113)는 하우징(130)의 내부로 유입되는 유수에 의해 상기 축(111)과 함께 회전하도록 축(111)에 결합된다.
암(115)은 축(111)과 블레이드(113)를 연결한다. 블레이드(113)의 배치 구조에 따라 암(115)의 구조도 달라질 수 있다. 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 블레이드(113)가 축(111)을 중심으로 서로 대칭적으로 배치되면, 암(115)도 블레이드(113)에 대응하여 축(111)을 중심으로 서로 대칭적으로 형성된다.
유수가 하우징(130)의 내부로 유입되어 블레이드(113)에 충돌하면, 블레이드(113)는 유수로부터 운동에너지를 전달받아 회전한다. 이에 따라 암(115)에 의해 블레이드(113)와 연결된 축(111)도 상기 블레이드(113)와 함께 회전하며, 이러한 과정을 통해 터빈부(110)는 유수로부터 동력을 얻는다.
하우징(130)은 터빈부(110)를 보호하도록 상기 터빈부(110)의 적어도 일부를 감싼다. 그리고, 하우징(130)은 유수를 내부로 유입시켜 터빈부(110)로 흘려주도록 적어도 일부가 개방 가능하게 형성된다. 하우징(130)은 상부 커버(131), 하부 커버(133) 및 덕트부(135)를 포함한다.
상부 커버(131)와 하부 커버(133)는 터빈부(110)의 축(111)과 결합된다. 상부 커버(131)는 축(111)의 상단부와 결합되고, 하부 커버(133)는 축(111)의 하단부와 결합된다. 상부 커버(131)와 하부 커버(133)는 축(111)에 대하여 상대 회전 가능하도록 형성된다. 따라서, 상부 커버(131)와 하부 커버(133)가 고정된 상태에서는, 축(111)이 상부 커버(131)와 하부 커버(133) 사이에서 회전할 수 있다.
상부 커버(131)와 하부 커버(133)는, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이 서로 대응되는 원반 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서 상부 커버(131)와 하부 커버(133)의 형상이 반드시 원반의 형태로 한정되는 것은 아니다.
상부 커버(131)와 하부 커버(133)의 측면은, 터빈부(110)의 회전을 방해하지 않으면서 덕트부(135)와 결합되도록 적어도 일부가 돌출(131', 133')될 수 있다. 상부 커버(131)의 측면 중 두 부분이 서로 대칭되게 돌출될 수 있고, 하부 커버(133)도 상부 커버(131)와 마찬가지로 돌출될 수 있다. 이하에서는 상부 커버(131)와 하부 커버(133)의 돌출된 부분을 돌출부(131', 133')로 지칭하여 설명한다.
덕트부(135)는 상부 커버(131)의 테두리로부터 하부 커버(133)의 테두리까지 연장되어 형성된다. 덕트부(135)는 상부 커버(131)와 하부 커버(133)의 돌출부(131', 133')에 각각 결합될 수 있다. 상부 커버(131)와 하부 커버(133)가 터빈부(110)에 비해 충분히 크지 않더라도, 돌출부(131', 133')에 의해 덕트부(135)는 터빈부(110)의 회전 반경의 범위 밖에서 상기 상부 커버(131) 및 하부 커버(133)와 결합될 수 있다. 따라서, 덕트부(135)는 터빈부(110)의 회전에 간섭을 일으키지 않을 수 있고, 이는 결과적으로 터빈부(110)와 하우징(130)의 최적 크기 설계를 가능하게 한다.
덕트부(135)는 터빈부(110)를 감싸도록 형성된다. 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 작동시키지 않는 상태에서는 덕트부(135)를 이용해 터빈부(110)를 보호하고, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 작동이 필요한 경우 덕트부(135)를 회전시켜 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 개방할 수 있다.
덕트부(135)는 1차회전 및 2차회전에 의해 하우징(130)을 개방시킬 수 있으며, 이를 위해 덕트부(135)는 제1덕트(135a) 및 제2덕트(135b)를 포함할 수 있다.
제1덕트(135a)는 양 단이 상부 커버(131) 및 하부 커버(133)에 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈부(110) 둘레의 어느 일부를 감싸고 있다가 하우징(130)의 개방시 회전한다. 제1덕트(135a)는 복수개로 구비될 수 있으며, 각각의 제1덕트(135a)는 상부 커버(131)와 하부 커버(133)의 돌출부(131', 133')에 결합될 수 있다.
제2덕트(135b)는 각각의 제1덕트(135a)에 회전 가능하게(예를 들어, 힌지 구조) 결합되고, 터빈부(110) 둘레의 다른 일부를 감싸고 있다가 하우징(130)의 개방시 제1덕트(135a)와 반대방향으로 회전한다. 제1덕트(135a)의 회전을 덕트부(135)의 1차 회전으로 지칭할 수 있고, 제2덕트(135b)의 회전을 덕트부(135)의 2차 회전으로 지칭할 수 있다.
다만, 덕트부(135)는 이상에서 설명한 바와 같이 회전하지 않고, 고정된 형태로 상부 커버(131)와 하부 커버(133)에 탈부착 될 수도 있다.
도 1a는 하우징(130)의 개방 전 상태를 도시한 것으로, 두 개의 제2덕트(135b)가 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 일 측에서 만나고, 다른 두 개의 제2덕트(135b)가 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 타 측에서 만난다.
도 1b는 덕트부(135)의 1차 회전을 도시한 것이고, 도 1c는 덕트부(135)의 2차 회전을 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, 덕트부(135)의 1차 회전 및 2차 회전에 의해 하우징(130)이 개방되며, 이에 의하여 하우징(130) 내부의 터빈부(110)가 노출된다. 또한, 덕트부(135)의 개방에 의해 유수는 하우징(130)의 내부로 유입될 수 있고, 터빈부(110)를 통과한 유수는 하우징(130)의 외부로 유출될 수 있다.
제2덕트(135b)는 유수를 하우징(130)의 내부로 유도하도록 유수를 모을 수 있다. 유수의 입자들 중 하우징(130)을 벗어나는 경로에 있던 입자들도 제2덕트(135b)에 의해 하우징(130)의 내부로 유도되며, 이에 따라 충분한 유수가 터빈부(110)로 공급될 수 있다.
도시한 바와 같이, 제1덕트(135a)는 상부 커버(131)의 양측 돌출부(131')와 하부 커버(133)의 양측 돌출부(133')에 2개씩 결합되어 총 4개가 구비될 수 있으며, 제2덕트(135b)도 제1덕트(135a)에 각각 1개씩 결합되어 총 4개가 구비될 수 있다. 2개의 제1덕트(135a)와 2개의 제2덕트(135b)는 유수가 유입되는 쪽에 배치되고, 나머지 2개의 제1덕트(135a)와 나머지 2개의 제2덕트(135b)는 유수가 유출되는 쪽에 배치될 수 있다.
기어박스(150)는 하우징(130)과 동력변환부(170) 사이에 설치되고, 터빈부(110)의 축(111)으로부터 전달되는 회전력을 동력변환부(170)로 전달하되 회전수를 조절하도록 형성된다. 기어박스(150)에 내장된 기어들에 의해 축(111)의 회전은 증속되거나 감속될 수 있으며, 증속 또는 감속되는 정도는 동력변환부(170)에서 필요로 하는 바에 따라 달라질 수 있다.
기어박스(150)는 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 선택적인 구성이다. 기어박스(150)를 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 구성함에 있어, 사용자의 선택 또는 동력변환부(170)에서 필요로 하는 바에 따라 하우징(130)과 동력변환부(170) 사이에 설치될 수도 있으나, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)로부터 제거될 수도 있다. 또한, 동력변환부(170)에서 필요로 하는 회전속도에 따라 다른 기어박스(150)로 교체될 수 있다.
동력변환부(170)는 터빈부(110)의 축(111)을 통해 상기 터빈부(110)의 회전력을 전달받도록 적어도 일부가 상기 축(111)과 함께 회전한다. 동력변환부(170)는 회전력을 다른 에너지로 변환하도록 형성된다. 다른 에너지란 운동에너지, 위치에너지, 전기에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지 및 탄성에너지 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 언급한 형태의 에너지 이외의 다른 에너지로 변환될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 동력변환부(170)는 발전기로, 터빈부(110)의 축(111)으로부터 전달된 회전력을 이용하여 전기를 생산한다. 발전기는 전자기 유도 또는 압전 방식 등을 통해 발전할 수 있으며, 발전기의 내부에는 상기 발전 방식을 구현하기 위한 부품들이 내장된다. 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)에는 배터리셀(미도시)이 내장되거나, 별도의 모듈로 추가되어 상기 발전기에서 생산되는 전기를 저장할 수도 있다.
모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 내부 구조에 대하여는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 내부 구조의 일부를 도시한 부분 절개도이다.
하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)는 서로 결합된다. 유수에 의해 형성된 터빈부(110)의 회전력은 축(111)을 통해 기어박스(150) 내부의 기어(151)들로 전달되고, 기어(151)들은 동력변환부(170)에서 필요로 하는 바에 따라 회전속도를 증속 또는 감속한다. 기어박스(150)의 기어(151)들에 의해 조절된 회전속도는 동력변환부(170)로 전달된다. 도 2에 도시된 동력변환부(170)는 발전기이므로, 발전기에서는 전자기 유도 또는 압전 방식 등 다양한 방식에 의해 운동에너지를 전기에너지로 변환한다. 동력변환부(170) 내부에는 에너지 변환을 위한 장치(171)들이 내장된다.
동력변환부(170)는 발전기 이외에도 상기 언급한 에너지 또는 그 이외의 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치들을 포함할 수 있다. 이에 대하여는 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1a에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 모듈별 분해 사시도이다.
앞서 언급한 다른 형태의 에너지로 변환하는 장치들은 펌프, 오르골, 발광다이오드(LED), 정수기, 분수, 영상장치, 옥외광고판 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 강, 하천, 계곡 등에 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 설치하고, 동력변환부(170)로 펌프를 선택하여 상기 터빈부(110) 및 하우징(130)과 결합시키면, 유수로부터 펌프의 작동에 필요한 에너지를 공급할 수 있고, 펌프를 작동시킬 수 있다. 마찬가지로, 동력변환부(170)로 오르골을 선택한 경우에는 유수로부터 전달받은 동력으로 소리를 낼 수 있다. 동력변환부(170)로 발광다이오드를 선택한 경우에는 빛을 발생시킬 수 있으며, 동력변환부(170)로 정수기를 선택한 경우에는 펌프 및 발전기와 조합되어 정수시스템을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 동력변환부(170)로 영상장치를 선택한 경우에는 옥외에 설치되는 분수영화관의 개념으로 사용될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 다양한 형태의 동력변환부(170)를 선택적으로 커스터마이징하도록 모듈형으로 형성된다. 도 3에 도시한 바와 같이 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성된다. 그리고, 터빈부(110)가 내장된 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170) 각각은 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 형성하기 위한 단위 모듈이 된다.
동력변환부(170)는 하우징(130)에 결합되었을 때 축(111)으로부터 터빈부(110)의 회전력을 전달받도록 적어도 일부가 터빈부(110)의 축(111)에 걸려 상기 축(111)과 함께 회전한다. 예를 들어, 축(111)은 적어도 일부가 하우징(130)의 외부로 노출되도록 형성되고, 동력변환부(170)는 하우징(130)에 결합되었을 때 축(111)의 노출된 부분(111')을 수용하는 홈(미도시)을 구비할 수 있다. 그리고, 동력변환부(170)는 홈에 삽입된 축(111')과 함께 회전하기 위해 적어도 일부가 상기 축의 노출된 부분(111')에 걸리거나 대응되도록 형성될 수 있다.
도 3에는 기어박스(150)가 선택적으로 하우징(130)과 동력변환부(170) 사이에 결합되는 경우를 도시하였다. 기어박스(150)는 모듈형으로 하우징(130)과 결합되도록 상기 하우징(130)의 외부로 노출되는 축(111')을 수용하는 홈(미도시)을 구비하고, 동력변환부(170)와 결합되도록 상기 동력변환부(170)의 홈(미도시)에 삽입되는 회전축(153)을 구비할 수 있다. 그리고, 기어박스(150)는 적어도 일부가 터빈부(110)의 축(111) 및 동력변환부(170)와 함께 회전하도록 형성된다.
구체적으로, 기어박스(150)의 회전축(153)은 터빈부(110)의 축(111)과 마찬가지로 동력변환부(170)의 홈에 삽입될 수 있도록 형성된다. 기어박스(150)는 모듈형으로 하우징(130) 및 동력변환부(170)에 결합 및 분리 가능하게 형성되기 위해, 기어박스(150)의 상부는 하우징(130)의 상부와 동일한 결합 구조로 형성되고, 기어박스(150)의 하부는 동력변환부(170)의 하부와 동일한 결합 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 하우징(130)과 동력변환부(170) 사이에 기어박스(150)가 삽입되더라도 상기 하우징(130), 기어박스(150) 및 동력변환부(170)가 서로 결합될 수 있다.
그리고, 모듈의 집합으로 형성되는 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)에 포함되는 각 모듈들은 다른 모듈들과 결합되어 모듈의 확장 및 축소가 가능하도록 형성된다. 각 모듈들의 결합 구조들이 서로 동일하게 형성됨에 따라 사용자는 자유롭게 커스터마이징하여 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 형성할 수 있고, 복수의 하우징(130), 복수의 기어박스(150) 및 복수의 동력변환부(170)가 결합되어 하나의 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 구성할 수 있다.
또한, 동력변환부(170)는 터빈부(110)로부터 전달되는 회전력을 운동에너지, 위치에너지, 전기에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지 및 탄성에너지 중 적어도 하나로 변환하는 복수의 어플리케이션을 포함할 수 있고, 상기 어플리케이션들은, 상기 하우징(130)에 선택적으로 결합되거나 상기 하우징(130)에서 교체 가능하도록 서로 동일하게 형성되는 체결부를 구비할 수 있다. 상기 체결부는 상기 언급한 결합 구조를 일컫는다. 체결부에 대하여는 다른 도면에서 후술한다.
이하에서는 옥외에 설치되는 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 설치 구조들에 대하여 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 설치 개념도이다.
모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 하우징(130)을 지형물에 고정시키도록 상기 하우징(130)과 상기 지형물에 설치되는 고정부(190)를 더 포함한다.
고정부(190)는, 예를 들어 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 지형물에 설치되는 고정핀(193)과, 상기 고정핀(193)에 덕트부(135)를 연결하는 와이어(191)를 포함할 수 있다. 와이어(191)는 유수를 공급받는 방향으로 연장되어 고정핀(193)에 결합된다. 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 수직 방향으로 세워 둔 상태에서 와이어를 고정핀에 연결함에 따라 유수에 의해 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)가 설치 지역으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
와이어(191)는 서로 대칭적으로 덕트부(135)의 상하에 각각 연결될 수 있다. 유수는 양쪽 와이어(191) 사이로 흘러 하우징(130)의 내부로 유입될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 다른 설치 개념도이다.
앞서 설명한 바와 개념은 유사하나, 도 5a 및 도 5b는 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 수평 방향으로 뉘어 놓은 상태에서 설치된 것을 도시하고 있다. 지형물에 설치된 고정핀(193)에 와이어(191)가 연결되며, 상기 와이어(191)는 덕트부(135)와 연결되어 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 고정한다.
모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 도 4a 내지 도 5b에서 도시한 바와 같이 그 방향에 무관하게 설치될 수 있다. 따라서, 지형적 제한에 의해 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 수직 방향으로 설치할 수 없는 경우에는 수평 방향으로 설치하면 되고, 수평 방향으로 설치할 수 없는 경우에는 수직 방향으로 설치하면 된다. 이처럼 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(100) 지형적 제한을 극복하고 설치할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 1c에 도시된 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 또 다른 설치 개념도이다.
필요에 따라 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 고정핀(193)을 이용해 지형물에 직접 설치할 수 있다.
고정핀(193)은 덕트부(135)와 지형물을 결합시키며, 덕트부(135) 중 지형물과 직접 접촉되는 부분에 고정핀(193)을 설치하여 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)를 고정시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 6b에서 설명한 설치 구조 이외에도, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 하천, 강, 계곡 등에 이미 설치되어 있는 주변 구조물들에 고정될 수도 있다. 이는 돌다리나 주변에 바위가 있는 경우 등에 가능하다. 또한, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 하천이나 강, 계곡 등의 바닥에 직접적으로 파일링 방식으로 설치될 수도 있다. 이는 바닥의 지면이 고르고 파일링 가능한 곳이어야 한다.
이와 같이 본 발명에서 제안하는 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)는 강, 하천, 계곡 등에 용이하게 설치 및 제거할 수 있으며, 종래의 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)에 비하여 설치 지역을 확대할 수 있다. 또한, 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 설치와 제거에 따라 주변의 환경에 미치는 영향이 거의 없다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(100, 200)를 복수로 연결하는 과정을 도시한 개념도이다.
(a)에는 앞서 설명한 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)(이하 제1 모듈형 수류 에너지 변환장치(100))가 도시되어 있다.
(b)를 참조하면, 모듈형의 제1 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)에서 터빈부(110)가 내장된 하우징(130), 기어박스(150) 및 발전기(170)의 결합이 해제된다.
이어서, (c)를 참조하면, 제1 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 발전기(170)는 제거되고, 기어박스(150)와 하우징(130)만 남는다. 그리고, 여기에 제2모듈형 수류 에너지 변환장치(200)가 추가된다. 제2 모듈형 수류 에너지 변환장치(200)는, 터빈부(210)가 내장된 하우징(230), 대용량의 기어박스(250) 및 대용량의 발전기(270)를 포함한다. 대용량이란 제1 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)에 비해 상대적으로 큰 용량을 의미하고, 대용량의 기어박스(250)란 상기 대용량의 발전기(270)에서 필요한 속도로 회전속도를 증속할 수 있는 기어박스(250)를 의미한다.
(d)를 참조하면, 대용량의 발전기(270), 기어박스(150), 대용량의 기어박스(250), 제1 모듈형 수류 에너지 변환장치(100)의 하우징(130) 및 제2 모듈형 수류 에너지 변환장치(200)의 하우징(230)이 라인업 된다.
마지막으로 (e)를 참조하면, 라인업 된 각 모듈들이 서로 결합되어 확장된 형태의 모듈형 수류 에너지 변환장치(300)를 형성한다. 각 모듈들의 결합을 통해 모듈형 수류 에너지 변환장치(300)를 추가적으로 확장할 수 있으며, 원하는 용량의 모듈형 수류 에너지 변환장치(300)를 완성할 수 있다.
도 7에는 두 개의 하우징(130, 230)이 결합되는 구조만을 도시하였으나, 각 모듈들의 체결부들은 서로 동일한 구조를 가지고 있으므로 필요에 따라 선택적으로 다른 모듈을 추가할 수 있다. 터빈부(110, 210) 및 하우징(130, 230)은 복수로 구비되어 서로 직렬 또는 병렬로 결합되고, 각 터빈부(110, 210)의 회전력들을 모아 동력변환부(170, 270)로 전달하도록 각 터빈부(110, 210)들이 서로 연동되어 함께 회전할 수 있다. 아울러, 본 발명은 모듈형 수류 에너지 변환장치(300)에서 일부 모듈을 제거할 수 있다. 따라서, 하우징(130, 230)들은 서로 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
이러한 과정을 통해 본 발명은 모듈형 수류 에너지 변환장치(100, 200, 300)를 사용자의 선택과 필요에 따라 용량 또는 변환되는 에너지의 형태 등을 커스터마이징할 수 있다. 따라서, 본 발명은 사용자의 필요에 따라 발전량의 증감이 가능하다. 종래의 풍력발전 또는 수력발전의 경우 필요로 하는 발전 용량에 따라 각각의 발전기가 필요하지만, 본 발명은 효율을 최대로 출력할 수 있는 소형 터빈 모듈들을 서로 조합하고 필요에 따라 모듈을 추가함으로써 발전 용량 증감이 가능하여 생산 비용의 절감 및 유지 보수가 용이하다는 장점이 있다.
이하에서는 각 모듈을 결합하는 체결부의 세부 구조에 대하여 각 실시예별로 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(400, 500, 600, 700)를 모듈별로 결합하는 체결부의 구조를 도시한 개념도이다. 동일한 하나의 모듈형 수류 에너지 변환장치에서는 각 모듈들이 동일한 체결부의 구조를 구비하여 서로 결합되거나 일부 교체 및 일부 제거될 수 있다. 따라서, 이하에서는 기어박스와 동력변환부의 체결구조에 대하여 설명하지만, 이하 설명하는 체결구조는 기어박스와 하우징의 결합에도 적용될 수 있고, 하우징과 동력변환부의 결합에도 적용될 수 있다. 마찬가지로, 이하의 체결구조는 하우징과 다른 하우징에도 적용될 수 있고, 기어박스와 다른 기어박스, 동력변환부와 다른 동력변환부에도 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서는 어느 두 모듈(기어박스와 동력변환부)에 대하여만 설명하고 다른 모듈간의 결합구조에 대하여는 상기 설명으로 갈음한다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 슬라이드를 이용한 체결부의 결합구조에 대하여 도시되어 있다.
기어박스(450)는 가이드 레일(457)과 수용홈(459)을 포함하고, 동력변환부(470)는 이에 대응되는 삽입부(473)와 돌기(475)를 포함한다.
가이드 레일(457)은 외부로 노출되는 내주면의 둘레를 따라 돌출된 걸림턱(455)에 의해 형성되며, 수용홈(459)은 걸림턱(455)의 적어도 일부가 단절되어 형성된다. 그리고, 삽입부(473)는 적어도 일부가 기어박스(450)의 내주면 사이에 형성되는 공간으로 삽입 가능하도록 동력변환부(170)로부터 돌출되어 형성된다. 돌기(475)는 수용홈(459)을 통해 가이드 레일(457)에 삽입되도록 삽입부(473)의 둘레에서 돌출되어 형성되며, 기어박스(450)와 동력변환부(470)를 결합시키도록 가이드 레일(457)을 따라 슬라이드 이동 가능하게 형성된다.
도시되지는 않았으나, 기어박스(450)는 가이드 레일(457)에서 적어도 일부가 돌출되어 형성되는 멈춤턱(미도시)을 더 포함할 수 있고, 돌기(475)는 동력변환부(470)를 기어박스(450)에 고정시키도록 상기 멈춤턱에 의해 저지될 때까지 상기 가이드 레일(457)을 따라 슬라이드 이동될 수 있다.
다음으로, 도 8b를 참조하면, 볼트(560)에 의한 체결부에 대하여 도시되어 있다.
기어박스(550)는 동력변환부(570)와 마주하는 부분에 적어도 하나의 홀(555)을 구비하고, 동력변환부(570)는 기어박스(550)의 홀(555)에 대응하는 홈(573)을 구비한다. 그리고, 볼트(560)는 적어도 일부가 홀(555)을 통과해 홈(573)에 결합된다.
이어서, 도 8c를 참조하면, 나사체결구조를 이용한 체결부의 구조에 대하여 도시되어 있다.
기어박스(650)는 동력변환부(670)와 결합되도록 나사산(655)을 구비하고, 동력변환부(670)는 기어박스(650)와 결합되도록 상기 나사산(655)에 대응하는 나사골(673)을 구비한다. 이는 다른 모듈에도 동일하게 확장될 수 있다. 다만, 나사체결구조를 이용한 방식의 체결 방향은 터빈부(610)의 회전에 의해 결합이 해제되지 않도록 터빈부(610)의 회전 방향과 반대인 것이 바람직하다.
마지막으로, 도 8d를 참조하면 클립형 체결 구조가 도시되어 있다.
기어박스(750)는 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제1클립결합부(755)를 구비하고, 동력변환부(770)는 제1클립결합부(755)에 대응되도록 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제2클립결합부(773)를 구비한다. 그리고, 제1클립결합부(755)와 제2클립결합부(773) 중 적어도 하나는 홈을 구비하고 접힘 가능하게 형성되어, 다른 하나에 끼움 결합된다. 도 8d에는 제2클립결합부(773)에 홈(773')이 형성되는 것으로 도시되어 있고, 상기 제2클립결합부(773)는 접힘 또는 적어도 일부가 회전 가능하게 형성된다. 기어박스(750)와 동력변환부(770)를 밀착시킨 상태에서 제2클립결합부(773)의 홈(773')에 제1클립결합부(755)를 삽입하고 제2클립결합부(773)를 동력변환부(770)쪽으로 젖히면, 기어박스(750)와 동력변환부(770)의 체결이 완료된다.
이어서 본 발명의 휴대성에 대하여 설명한다.
도 9a 및 도 9b는 휴대가 용이한 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(800, 900)를 도시한 사시도이다.
본 발명에서 제안하는 모듈형 수류 에너지 변환장치(800, 900)는 강, 하천, 계곡 등에 설치 가능한 크기로 형성됨에 따라, 사람이 손을 이용해 이동시킬 수 있다. 본 발명은 또한, 모듈형 수류 에너지 변환장치(800, 900)를 파지 가능하도록 모듈형 수류 에너지 변환장치(800, 900)의 외부면에 형성되는 손잡이(801, 901)를 더 포함할 수 있다.
손잡이(801)는 도 9a에 도시한 바와 같이 기어박스(850) 또는 하우징(830)에 형성되는 홈(850', 하우징에 형성되는 홈은 미도시)에 삽입되어 모듈형 수류 에너지 변환장치(800)에 결합될 수 있다. 기어박스(850) 또는 하우징(830)에 형성되는 홈(850')은 서로 다른 직경의 홈들이 서로 연결되어 형성될 수 있다. 직경이 큰 홈으로 손잡이가 삽입되고 직경이 작은 홈 방향으로 상기 손잡이(801)가 이동되어, 기어박스(850) 또는 하우징(830)에 손잡이가 결합될 수 있다. 손잡이(801)는 직경이 작은 홈에서 회전될 수 있다. 모듈형 수류 에너지 변환장치(800)로부터 손잡이(801)를 제거할 필요가 있는 경우에는 결합 과정과 반대의 과정을 통해 제거할 수 있다.
또한, 도 9b를 참조하면, 손잡이(901)는 기어박스(950) 또는 하우징(930)의 측면에 설치될 수 있다. 필요에 따라 기어박스(950) 또는 하우징(930)의 측면에 설치되는 손잡이(901)도 선택적으로 모듈형 수류 에너지 변환장치(900)에 결합되거나 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치(900)로부터 제거될 수 있다.
도 10은 휴대가 용이한 본 발명의 모듈형 수류 에너지 변환장치(1000)를 설명하기 위한 개념도이다.
상부 커버(1031)와 하부 커버(1033)는 그 측면의 적어도 일부가 돌출되도록 형성(1031'. 1033')될 수 있고, 덕트부(1035)도 상부 커버(1031)와 하부 커버(1033)의 돌출부(1031', 1033')에 대응하여 적어도 일부가 돌출(1037)되게 형성될 수 있다. 덕트부(1035)의 돌출된 부분을 파지부(1037)로 지칭하면, 파지부(1037)는 하우징(1030)의 측면에서 돌출되어 상부 커버(1031)에서 하부 커버(1033) 방향으로 연장된다. 이에 따라 상부 커버(1031), 하부 커버(1033)의 돌출부(1031') 및 덕트부(1035)의 파지부(1037)는 균일하게 돌출된 형태의 측면을 갖도록 형성되고, 모듈형 수류 에너지 변환장치(1000)는 양손으로 감싸안기 용이한 구조로 형성된다.
본 발명은 모듈형으로 형성됨과 아울러 소형으로 제작되어 휴대가 가능한 구조를 갖는 것이 특징인 바, 상기와 같은 감싸안기 용이한 구조를 통해 모듈형 수류 에너지 변환장치(1000)의 휴대성을 향상시킬 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 또 다른 실시예에 관련된 모듈형 수류 에너지 변환장치의 개념도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c의 순서대로 도면을 살펴보면, 상부 커버(1131)와 하부 커버(1133)의 사이에는 기둥(1132)이 설치되고, 덕트부(1135)는 상기 기둥(1132)에 탈부착 가능하게 설치될 수 있다. 덕트부(1135)는 기둥(1132)에 뒤집어 탈부착 가능하게 형성되고, 상기 터빈부(1110)를 감싸도록 결합된 상태에서 뒤집어 결합됨에 따라 상기 유수를 상기 하우징(1130) 내부로 유도하도록 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 모듈형 수류 에너지 변환장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명은 전기 생산을 위해 에너지 변환이 필요한 산업 분야에 이용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 유수로부터 에너지를 전달받아 축을 중심으로 회전하도록 형성되는 터빈부;
    상기 터빈부를 보호하도록 상기 터빈부의 적어도 일부를 감싸고, 상기 유수를 상기 터빈부로 흘려주도록 적어도 일부가 개방 가능하게 형성되는 하우징; 및
    상기 축을 통해 전달되는 상기 터빈부의 회전력을 다른 에너지로 변환하도록 형성되는 동력변환부를 포함하고,
    상기 하우징과 상기 동력변환부는 모듈형으로 서로 결합 및 분리 가능하도록 형성되고, 상기 동력변환부는 상기 하우징과 결합되었을 때 상기 축으로부터 상기 터빈부의 회전력을 전달받도록 적어도 일부가 상기 축에 걸려 상기 축과 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력변환부는 상기 터빈부로부터 전달되는 회전력을 운동에너지, 위치에너지, 전기에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지 및 탄성에너지 중 적어도 하나로 변환하는 복수의 어플리케이션을 포함하고,
    상기 어플리케이션들은, 상기 하우징에 선택적으로 결합되거나 상기 하우징에서 교체 가능하도록 서로 동일하게 형성되는 체결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 동력변환부와 결합되도록 나사산을 구비하고,
    상기 체결부는 상기 하우징의 나사산에 대응되는 나사골을 구비하며,
    상기 하우징과 상기 체결부의 나사 체결 방향은 상기 터빈부의 회전에 의해 결합이 해제되지 않도록 상기 터빈부의 회전 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 동력변환부와 마주하는 부분에 적어도 하나의 홀을 구비하고,
    상기 동력변환부는 상기 홀에 대응되는 적어도 하나의 홈을 구비하며,
    상기 체결부는, 적어도 일부가 상기 하우징의 홀을 통과해 상기 동력변환부의 홈에 결합되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은,
    외부로 노출되는 내주면의 둘레를 따라 돌출된 걸림턱에 의해 형성되는 가이드 레일; 및
    상기 걸림턱의 적어도 일부가 단절되어 형성되는 수용홈을 포함하고,
    상기 체결부는,
    적어도 일부가 상기 내주면 사이에 형성되는 공간으로 삽입 가능하도록 상기 동력변환부로부터 돌출되어 형성되는 삽입부; 및
    상기 수용홈을 통해 상기 가이드 레일에 삽입되도록 상기 삽입부의 둘레에서 돌출되어 형성되며, 상기 하우징과 상기 동력변환부를 결합시키도록 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동 가능하게 형성되는 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 가이드 레일에서 적어도 일부가 돌출되어 형성되는 멈춤턱을 더 포함하고,
    상기 돌기는 상기 동력변환부를 상기 하우징에 고정시키도록 상기 멈춤턱에 의해 저지될 때까지 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 이동되는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 하우징은 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제1클립결합부를 구비하고,
    상기 체결부는 상기 제1클립결합부에 대응되도록 상기 동력변환부의 둘레로부터 돌출되어 형성되는 제2클립결합부를 구비하고,
    상기 제1클립결합부 및 상기 제2클립결합부 중 적어도 하나는 홈을 구비하고 접힘 가능하게 형성되어, 다른 하나에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    각각 상기 터빈부의 축과 결합되는 플레이트형의 상부 커버와 하부 커버; 및
    상기 상부 커버의 테두리로부터 상기 하부 커버의 테두리까지 연장되어 형성되며, 상기 터빈부를 감싸도록 형성되는 덕트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 덕트부는 적어도 일부가 상기 하우징의 양측면으로부터 돌출되어 상기 상부 커버와 상기 하부 커버를 향해 연장되도록 형성되는 파지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 덕트부는 상기 상부 커버와 상기 하부 커버에 뒤집어 탈부착 가능하게 형성되고, 상기 터빈부를 감싸도록 결합된 상태에서 뒤집어 결합됨에 따라 상기 유수를 상기 하우징 내부로 유도하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 덕트부는,
    상기 양 단이 상기 상부 커버 및 하부 커버에 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈부 둘레의 어느 일부를 감싸고 있다가 상기 하우징의 개방시 회전하는 복수의 제1덕트; 및
    각각의 상기 제1덕트에 회전 가능하게 결합되고, 상기 터빈부 둘레의 다른 일부를 감싸고 있다가 상기 하우징의 개방시 상기 제1덕트와 반대방향으로 회전하며, 상기 유수를 상기 하우징의 내부로 유도하도록 상기 유수를 모으는 복수의 제2덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 동력변환부의 사이에서 상기 하우징 및 상기 동력변환부와 각각 결합되고, 상기 터빈부의 축으로부터 전달되는 회전력을 상기 동력변환부로 전달하되 회전수를 조절하도록 형성되는 기어박스를 더 포함하고,
    상기 기어박스는 모듈형으로 상기 하우징 및 상기 동력변환부와 결합되도록 상기 하우징의 외부로 노출되는 축을 수용하는 홈과 상기 동력변환부에 삽입되는 회전축을 구비하고, 적어도 일부가 상기 축 및 상기 동력변환부와 함께 회전하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 터빈부 및 상기 하우징은 복수로 구비되어 서로 직렬 또는 병렬로 결합되고, 각 터빈부의 회전력들을 모아 상기 동력변환부로 전달하도록 상기 각 터빈부의 축들이 서로 결합되어 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 모듈형 수류 에너지 변환장치를 파지 가능하도록 상기 모듈형 수류 에너지 변환장치의 외부면에 형성되는 손잡이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 수류 에너지 변환장치.
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