WO2016171352A1 - 자유조절 발전장치 - Google Patents

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WO2016171352A1
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정민시
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a power generation apparatus, and more particularly, to a freely regulating power generation apparatus configured to be freely regulated under optimal conditions by a cylindrical body supporting a screw submerged in water by lifting or rotating by buoyancy. It is about.
  • hydropower uses the potential energy of water.
  • Hydroelectric power generation requires a turbine installed in a dam in order to use the potential energy of the water.
  • the potential energy of the water is changed into kinetic energy for rotating the turbine by the law of mechanical energy conservation. That is, the water is confined upstream of the dam, the water gate is opened, and it is dropped downstream of the dam to rotate the turbine.
  • the potential energy of the water is converted into the kinetic energy of the turbine, and a free fall of the dam is necessary to use the potential energy of the water.
  • the rotor coil inside the turbine rotates along the turbine, electromagnetic induction occurs and current is generated. This process converts the kinetic energy of the turbine into electrical energy.
  • hydroelectric power generation is a method of generating electricity by installing a small turbine in a dam or a river beam of a relatively small reservoir.
  • Patent Document 0001 KR20120008204 A1
  • Patent Document 0005 WO 2008/065684
  • Patent Document 0007 JP200936113
  • Patent Document 0008 WO14198965A1
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned conventional problems, and according to an embodiment of the present invention, by using a conventional structure, it is possible to use the existing structure more versatile by allowing the hydropower generation to be relatively simple.
  • the purpose of the present invention is to provide a freely regulated power generation device that can reduce the economic cost of developing and producing renewable energy by enabling small-scale power generation at low cost.
  • the screw provided in the power generation device can be optimized in response to the change in the water flow direction and the change of the depth, the water flow and depth
  • the purpose is to provide a freely regulated power generation device that can maximize the efficiency of power generation even if this change.
  • a shaftless screw power generation device that generates power using a deep water of the river or the flowing water of the ocean, the difference between the tidal tide of the west coast and the flow of sea water generated in the terrain of the south coast It is an object of the present invention to provide a shaftless screw power generation device that enables large-scale power generation.
  • the first object of the present invention is installed on the outer circumferential surface of the vertical structure by the aberration fixing block, each of the first support is horizontally integrated on both the left and right sides of the aberration fixing block. At least one aberration is supported and fixed at a predetermined interval by a second support having a first support and at least one auxiliary support bar corresponding to the first support, and the aberration rotates freely according to the flow rate and flow rate around the resin structure.
  • a free flow control device comprising a guide block formed with a groove, the aberration flow guide member for guiding and supporting the up and down and left and right flow of the aberration due to the flow rate and flow rate within a certain range within a certain range; Can be achieved as
  • the second support is fitted to the upper and lower guide grooves of the guide block while the left and right guide rods formed on both sides of the engaging jaw for restricting the flow of the left and right within a certain range in the central portion It can be characterized by being provided integrally with.
  • the support is assembled and installed in parallel to the top and bottom two rows or more on the outer peripheral surface of the vertical structure by each aberration fixing block, at least one aberration in each support It may be characterized in that the installation.
  • a second object of the present invention the submerged vertical structure; A cylindrical body rotatably mounted on an outer circumferential surface of the vertical structure; A buoyancy body fixed to the cylindrical body to provide buoyancy; A plurality of supports extending from the cylindrical body; A screw-shaped aberration blades are formed on the outer surface of the rod-shaped rotation shaft, and both ends of the rotation shaft are freely supported by the support, so that at least one aberration rotates the aberration shaft with the rotational force of the aberration blades according to the flow of water.
  • a power transmission member for transmitting the rotational force of the aberration;
  • a power generation member for generating electric power by the power transmitted through the power transmission member;
  • a bearing assembly surrounding the vertical structure and a bearing assembly having a plurality of balls rotatably embedded in the bearing plate, wherein the bearing assembly is disposed between an outer surface of the vertical structure and an inner surface of the cylindrical body. It can be achieved as a free regulated power generation device characterized in that it is arranged.
  • the upper locking jaw and the lower locking jaw may be further provided in the vertical structure to limit the lifting of the cylindrical body.
  • a bearing assembly having an annular plate and a plurality of balls rotatably embedded in the circumferential inner surface of the annular plate, wherein the bearing assembly is formed of the cylindrical body. It may be characterized in that the upper and lower portions are respectively installed.
  • the cylindrical body has a first cylindrical half and a second cylindrical half, and the first cylindrical half and the second cylindrical half are mutually connected by a connecting plate. It may be characterized in that the connection.
  • the power transmission member the first driven shaft extending in parallel with the support for supporting the axis of rotation of the aberration;
  • a second driven shaft extending in parallel with the vertical structure;
  • gears installed on the rotary shaft of the aberration, the first driven shaft, and the second driven shaft, respectively, and meshed with each other.
  • At least one of the supports characterized in that the support extending from the cylindrical body may include a fixed support and an insertion support that can be inserted into the hollow portion of the fixed support. .
  • the aberration is constituted by a shaftless screw, the shaftless screw, the first end and the second so as to correspond to the rotating blade of the screw shape and the center of rotation of the shaftless screw And a first support and a second support, each extending from an end.
  • the rotating blade of the shaftless screw is configured such that the plate-shaped member whose width gradually increases while having a constant thickness has a screw shape, whereby the diameter of the rotating blade is increased. It may be characterized by increasing from the first support toward the second support.
  • the rotating blade of the shaftless screw is, in a state where two plate-like members having a constant thickness and gradually increasing in width are arranged at right angles to each other, Each plate-like member is configured to have a screw shape, and the diameter of the rotary vane may increase from the first support to the second support.
  • the diameter of the rotary blade at the first end of the shaftless screw is smaller than the diameter of the rotary blade at the second end, the first end of the shaftless screw And may be directed upstream of the fluid flow.
  • each of the plate-shaped member is screw-shaped in a state in which the rotating blades of the shaftless screw are arranged at right angles with each other at the ends of two plate-like members having a constant thickness.
  • the diameter of the rotary blade may be characterized in that the same in the first support and the second support.
  • the existing structure to enable the hydropower generation relatively simple, it is possible to use the existing structure for a multi-purpose, yet at a lower cost to enable the hydropower generation economical according to the development and production of renewable energy
  • the advantage of reducing the cost of phosphorus can be obtained.
  • the screw of the generator has an effect that can be generated at the optimum depth.
  • the lifting height of the screw due to buoyancy may be determined in consideration of the surrounding underwater environment, the screw may be installed a plurality of screws vertically, a plurality of screws are installed horizontally Can be.
  • the weight of each component constituting the power generation device with the buoyancy body to minimize the force applied to the component to establish the stability, there is an advantage that can respond quickly to the water flow direction.
  • the shaftless screw power generation apparatus is a power generation method using a flow rate of water flowing in a deep river or the ocean, and the topography of islands such as the water flow rate and the south coast caused by the difference between tides, such as the west coast. It can be developed by utilizing the flow rate generated by the phosphorous effect. Since the shaftless screw power generation apparatus according to the present invention utilizes a wide range of flow rates, large-scale power generation is possible, and it is economical because it requires less installation cost because it does not require a civil structure for using a drop of water.
  • FIG. 1 is a perspective view of a free regulating power generation device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a free regulating power generation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partially exploded perspective view of a free regulating power generation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and 5 is a schematic perspective view of an example of a shaftless screw that can be applied to a free regulating power generation device according to the present invention
  • FIGS. 6 and 7 are schematic perspective views of another example of a shaftless screw that can be applied to the free regulating power generation apparatus according to the present invention.
  • support 14a first support 14a-1: fixed support
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating the configuration of the main part of the free-control power generation apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention, the free-control power generation apparatus 100 according to the present invention, as illustrated in the drawings, the support 14 ), At least one aberration 60, and a power generating member 70 may be implemented in the first embodiment, and may further be implemented in other embodiments by further including an aberration flow guide member 80.
  • the bottom undercarriage may be employed, for example, a bridge undercarriage.
  • the structure installed in the vertical structure 12, which is a columnar or cylindrical pier pillar to support the bridge girders to transfer the load from the bridge girders to the ground through the base will be described in detail as an example, but the present invention Of course, it can be installed in various ways not illustrated in the drawings.
  • the support 14 may include an aberration fixing block 14e, a first support 14a, a second support 14b, and a power transmission member 50.
  • the support 14 is provided with aberration fixing block 14e having a shape corresponding to the vertical structure 12 at the center, and a separate assembly means at the lower end of the vertical structure 12 by the aberration fixing block 14e. Assembled and installed through.
  • the support 14 is the first support 14a is integrally addressed to each of the left and right sides of the aberration fixing block 14e horizontally, respectively, at least one corresponding to each of the first support 14a.
  • At least one aberration 60 is supported and fixed at regular intervals by a second support 14b having an auxiliary support rod formed thereon, and the aberration 60 can be freely rotated according to the flow rate and flow rate around the vertical structure 12. Support and fix each aberration 60 so that it can be locked under the water surface.
  • each support 14 may be assembled and installed in parallel to the lower end of the vertical structure 12 in two or more rows by the respective aberration fixing blocks 14e, and in this case, each support 14 At least one aberration 60 or two or more aberrations may be arranged side by side.
  • the second support 14b is fitted to the upper and lower guide grooves 83 of the guide block 82 while the left and right guide rods 14f are formed on both sides so that locking jaws are formed on both sides to restrict the flow of the left and right within a certain range. It is provided integrally assembled in the center part. At this time, the left and right guide bars 14f may be assembled by fitting to a central portion of the second support 14b using a separate assembly means.
  • the second support 14b may be provided with a corresponding number when the aberration fixing blocks 14e are arranged in parallel in two or more rows as described above, and in this case, the upper and lower cradles may be provided. It can be further provided with a connecting intermediate cradle.
  • the first support 14a is horizontally oriented on both the left and right sides of the aberration fixing block 14e, and has at least one through hole formed therein for rotatably assembling one end of the aberration shaft.
  • One end of the 61 is assembled and installed to be freely rotatable by the drive gear connecting portion 63, the power transmission member 50 is assembled through the drive gear connecting portion 63, and the rotational movement of the rotary shaft 61 It is configured to deliver to the power generation member (70).
  • the power transmission member 50 transfers the rotational movement of the rotation shaft 61 at least once in a direction to the power generation member 70, and is integrally installed on the first support 14a of the support 14.
  • the power transmission member 50 preferably includes a first drive gear 51, a first driven gear 52, a first driven shaft 53, a first driven shaft fixing rod 54, and a second driving gear. It may be configured to include (55).
  • a bearing may be installed in the first driven shaft holder 54 to minimize the frictional force caused by the rotation of the first driven shaft 53.
  • the first drive gear 51 is directly connected to the drive gear connecting portion 63 of the aberration 60 assembled to be freely rotatable to the first support 14a to rotate integrally with the rotation shaft 61.
  • the first driven gear 52 is installed to be engaged with the first driving gear 51 and is installed on the first driven shaft 53 so as to be integrally rotatable with the first driven shaft 53.
  • the first driven shaft 53 is assembled to the first support 14a so as to be perpendicular to the rotation shaft 61, and is supported by the first driven shaft holder 54 so as to be integrally rotatable with the first driven gear 52. And fixed to the first support 14a.
  • the first driven shaft holder 54 fixes the first driven shaft 53 to the first support 14a so as to be rotatable.
  • the second driving gear 55 changes the rotational force of the first driven shaft 53 and transfers the rotational force of the first driven shaft 53 to the second driven gear 73 of the second driven shaft 71 of the power generating member 70.
  • the aberration 60 has a screw-shaped aberration blade 62 formed on the outer surface of the rod-shaped rotation shaft 61, and both ends of the rotation shaft 61 are supported by the support 14 so as to be freely rotatable.
  • the rotary shaft 61 is rotated by the rotational force of the aberration blade 62 according to the flow.
  • the aberration blade 62 in the form of a screw (S) is preferably formed similar to the specific gravity of the water in order to minimize the load and to receive less resistance of the flow rate.
  • These aberrations 60 may be installed in pairs with respect to each of the first supports 14a, and the drive gear connecting portion 63 which is integrally rotated with the rotary shaft 61 is provided at one end thereof, and the driving gear connecting portion 63 is provided. It is connected to the power transmission member 50 through the).
  • the rotation shaft may be inserted into the through hole of the first support 14a without the drive gear connecting portion 63, so that the first driving gear 51 may be installed at the end thereof.
  • the power generation member 70 includes a generator G and is connected to one end of the rotation shaft 61 through the second driven shaft 71 and at least one gear to receive rotational kinetic energy of the rotation shaft 61.
  • the rotational kinetic energy is converted to generate electrical energy.
  • the power generating member 70 may include a generator (G), a second driven shaft (71), a second driven shaft holder (72), and a second driven gear (73).
  • a bearing may be installed in the second driven shaft holder 72 to minimize the frictional force caused by the rotation of the second driven shaft 71.
  • the generator G is installed at the upper end of the vertical structure 12 so as not to be immersed in water, and is connected to the second driven shaft 71 to generate electric energy with the rotational force.
  • the second driven shaft 71 is supported and fixed by the second driven shaft holder 72 so as to be integrally rotatable with the second driven gear 73, and is installed in the vertical structure 12.
  • the second driven shaft holder 72 fixes the second driven shaft 71 to the vertical structure 12 to be rotatable.
  • the second driven gear 73 is installed to be engaged with the second driving gear 55 of the power transmission member 50 and is rotatably installed with the second driven shaft 71.
  • the aberration flow guide member 80 is formed of a guide block support 81 and a guide block 82, and the guide block support 81 is assembled at one end to the aberration fixing block 14e in parallel with the aberration 60. It is fixed and the other end is formed so as to be able to flow up and down and left and right at the free end, the body of the free end is squeezed up and down respectively to fit the second support 14b of the support 14 to the protruded end. It is provided with a guide block 82, the upper and lower guide grooves 83 are formed, to guide and support the up and down flow and the left and right flow of the aberration 60 by the flow rate and flow rate within a certain range.
  • the aberration flow guide member 80 is installed to give an adaptation force to the aberration blade 62 against the flow direction change of the flow velocity or to prevent the screw type aberration blade 62 from touching a structure such as a pier column, such aberration
  • the flow guide member 80 may be omitted and configured as a fixed type if necessary. However, this can be selected and applied in consideration of the size, shape, power generation amount, safety and impact of structural beams, speed of the flow rate, etc.
  • the left and right guide rods 14f are inserted into the upper and lower guide grooves 83 of the guide block 82 formed at the other end of the guide block support 81 assembled as described above, and the left and right guide bars 14f
  • the guide block 82 is installed to flow left and right along the left and right guide bars 14f in the center of the second support 14b. This flow is a certain range by the body of the second support 14b that serves as a locking jaw around the left and right guide bars 14f and the guide block 82 serving as a locking jaw around the upper and lower guide grooves 83. It is limited within.
  • the aberration 60 is spaced at a predetermined interval by the first support 14a and the second support 14b corresponding to the left and right sides of the aberration fixing block 14e. It supports and fixed, and connects one end of the rotating shaft 61 with the drive gear connecting portion 63.
  • the first support 14a is provided with drive gear connecting portions 63 to be connected to one end of the rotation shaft 61, respectively, as many as the number of aberration shafts, and the drive gear connecting portion 63 is one side of the first support 14a. Since the assembly is rotatably integrated with the first drive gear 51 of the power transmission member 50, the rotational motion of the aberration 60 is driven by the first drive of the power transmission member 50 through the drive gear connecting portion 63. It can be simultaneously transmitted to the gear 51, the first driven gear 52, the first driven shaft 53 and the second driving gear 55 engaged with the first driving gear 51.
  • the aberration fixing block 14e is assembled to the lower end of the vertical structure 12 by engaging the second driving gear 55 of the power transmission member 50 and the second driven gear 73 of the power generation member 70. do.
  • the aberration fixing block 14e supports each aberration 60 below the water surface so that the aberration 60 can be freely rotated according to the flow rate and the flow rate around the piers and supports the lower portion of the vertical structure 12.
  • Installation is completed by assembling through a separate assembly means. Therefore, the power transmission member 50 and the power generating member 70 are connected to the second driven shaft 71 by the second driven gear 73 of the power generating member 70 which engages the rotational force of the aberration with the second driving gear 55. It is possible to generate electrical energy through the generator (G) installed on the upper end of the vertical structure 12 so as not to be submerged in water.
  • the present invention enables a relatively simple hydropower generation using an existing structure without installing a new structure for hydropower generation, and thus, the freely controlled power generation apparatus 100 of the present invention can be used to build existing structures such as bridges and piers. It can be used for multi-purpose to improve its utilization, and also to enable the small-scale power generation at a lower cost, and to obtain the economical cost of developing and producing renewable energy. .
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a second embodiment of a free regulated power generation device 100 according to the present invention.
  • the freely controlled power generation device 100 according to the present invention may be installed on the vertical structure 12 of the floor structure 11, and the support 14 and the power transmission member ( 50, and the aberration 60, and the power generating member 70, but the same, unlike the first embodiment, the aberration fixing block of the first embodiment so as to be able to lift and rotate on the vertical structure 12 up and down ( 14e) instead of the cylindrical body 13, characterized in that it comprises a bearing assembly and a buoyancy body.
  • the submerged vertical structure 12 A cylindrical body 13 rotatably mounted on the outer circumferential surface of the vertical structure 12; A buoyancy body (B) fixed to the cylindrical body (13) to provide buoyancy; A support (14) extending from the cylindrical body (13); Aberration in the form of a screw S rotatably supported by the support 14; A power transmission member 50 for transmitting the rotational force of the aberration in the form of a screw S; And a power generation member 70 including a generator G for generating electric power by the power transmitted through the power transmission member 50.
  • the vertical structure 12 is dried at a place where water flows, such as a sea or a river.
  • the vertical structure 12 extends from the bottom structure 11 fixed to the seabed or bottom to the water surface. As mentioned above, if it is installed in a place where water flows, such as a river, the specific type and type are irrelevant to the scope of rights.
  • the cylindrical body 13 according to the second embodiment can be elevated along the vertical structure 12 and can also rotate around the vertical structure 12.
  • the cylindrical body 13 may have two cylindrical halves connected to each other by a connecting plate 15 (this can be understood by the connecting structure of the cylindrical halves 13a and 13b shown in FIG. 3). That is, the bolts 15a are inserted through the through holes 15b formed in the connecting plate 15 to be fixed to the half cylindrical portions 13a and 13b, so that the two half cylindrical portions may constitute the cylindrical body 13. 2, only one connecting plate 15 is shown, but the other connecting plate 15 is disposed on the opposite side in the radial direction of the connecting plate 15, whereby the cylindrical halves 13a and 13b are formed. It will be understood that they are connected to each other.
  • the bearing assembly 17 is installed on the outer surface of the vertical structure 12 and has a cylindrical bearing plate surrounding the vertical structure 12 and a plurality of balls 17a installed on the bearing plate.
  • the plurality of balls 17a are installed so that they can be rolled in place without changing their position on the cylindrical bearing plate.
  • the ball 17a exposes only a portion of the surface of the ball outside the surface of the bearing plate, while most of the surface of the ball is embedded in the bearing plate. When the ball 17a rotates, the object in contact with the exposed surface of the ball 17a can move without friction. The ball 17a can be rolled in place without leaving or separating from the bearing plate since only a portion of the sphere is exposed outside the surface of the bearing plate.
  • the cylindrical body 13 is arranged to surround the bearing assembly 17 and is supported by the ball 17a, so that the cylindrical body 13 can be raised and lowered by the bearing assembly 17.
  • the cylindrical body 13 can be raised and lowered without friction.
  • a buoyancy body (B) is provided at the upper end of the cylindrical body (13).
  • the buoyancy body (B) serves to support both the cylindrical body 13 and other structures connected to the cylindrical body 13.
  • the size and shape of the buoyancy body can be manufactured according to the size and site conditions of the structure.
  • An upper catching jaw 16a for limiting the rise of the cylindrical body 13 and a lower catching jaw 16b for limiting the drop are respectively placed on the vertical structure 12 at the top and bottom of the bearing assembly 17. Is placed.
  • the upper locking jaw 16a and the lower locking jaw 16b may be configured, for example, in the form of a ring surrounding the vertical structure, and the upper and lower ends of the cylindrical body 13 have upper locking jaws 16a and lower portions. It can be caught by the catching jaw (16b), it is possible to prevent the detachment of the power generating body and to prevent the power generating body from contacting the floor can be prepared for the loss.
  • the support 14 From the surface of the cylindrical body 13, the support 14, the 1st support 14a, the 2nd support 14b, the 3rd support 14c, and the 4th support 14d are extended, and the support 14a, 14a 'is extended.
  • the aberration 60 in the form of a screw S is rotatably supported by, 14b and 14c.
  • the first support 14a extends in a straight line to face each other from the surface of the cylindrical body 13, and the third support 14c extends at right angles to the first support 14a. Extending from the surface of 15) (i.e. extending from the surface of the other connecting plate 15 disposed opposite the connecting plate 15 disposed in front in FIG.
  • the second support 14b It extends parallel to the said 1st support stand 14a in the state supported by 14c.
  • the first to third supports can be installed at different heights of the cylindrical body 13, respectively.
  • the 4th support 14d is provided and can connect a pair of 2nd support 14b arrange
  • Rotating shafts 61 at both ends of the screw S are rotatably installed on the first support 14a and the second support 14b.
  • Screw S has a shape rotatable by the flow of water.
  • the rotating shaft 61 of the screw S extends through the first support 14a, and the first driving gear composed of bevel gears is formed on the rotating shaft of the screw S extending through the first support 14a. 51) is fixed.
  • the power transmission member 50 for transmitting the rotational power of the screw (S) as described in the first embodiment includes a first driven shaft 53 extending in parallel with the first support 14a.
  • the power generating member 70 includes a generator G and a second driven shaft 71 extending through the buoyancy body B vertically along the cylindrical body 13.
  • the first driven shaft 53 is rotatably supported by a first driven shaft holder 54 fixed on the first support 14a and having a bearing therein
  • the second driven shaft 71 is cylindrical. It is supported on the sieve 13 and rotatably supported by a second driven shaft holder 72 provided with a bearing therein.
  • the first driving gear 51 provided on the rotating shaft 61 of the screw S is engaged with the first driven gear 52 provided on the first driven shaft 53.
  • the second driving gear 55 is provided at one end of the first driven shaft 53 and the second driven gear 73 provided at one end of the second driven shaft 71. Therefore, the rotational power of the screw S may be transmitted through the first driven shaft 53 and the second driven shaft 71.
  • the second driven shaft 71 extends through the buoyancy body B and is connected to the generator G, thereby driving the generator G.
  • the connection between the second driven shaft 71 and the rotor of the generator G is the same as in the first embodiment mentioned above.
  • the generator G may be installed inside the buoyancy body B. It should also be understood that the first driven shaft 53 and the second driven shaft 71 and the bearings and gears may be designed to be enclosed by the sealing structure.
  • the generator configured as described above may generate power by driving the generator G by rotating the screw S by the flow of water. That is, when the screw S rotates due to the flow of water, the first driven shaft 53 and the second driven shaft 71 for power transmission engaged with gears transmit rotational power so that the rotor of the generator G is driven. Power production is possible.
  • the cylindrical body 13 when the depth of water changes or the direction of the flow of water changes, the cylindrical body 13 can be raised or lowered to a position where the rotation of the screw (S) is optimized.
  • the cylindrical body 13 when the depth of the water changes, the cylindrical body 13 is elevated by the buoyancy of the buoyancy body (B), the lifting height may be limited by the upper locking jaw (16a) and the lower locking jaw (16b).
  • the cylindrical body 13 when the direction of water flow is changed, the cylindrical body 13 may be rotated around the vertical structure 12 to change the position of the screw (S).
  • FIG. 3 is a schematic exploded partial perspective view of a third embodiment of a free regulated power generation apparatus according to the present invention.
  • the same parts as those of FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those of FIG. 2.
  • the two cylindrical halves 13a, 13b may be connected by a connecting plate 15.
  • a connecting plate 15 connects the first and second cylindrical body halves 13a and 13b to each other using bolts 15a fixed through the through holes 15b and fixed to the cylindrical half halves 13a and 13b. Can be.
  • the upper bearing assembly 30 and the lower bearing assembly respectively installed on the upper and lower portions of the cylindrical body allows the cylinder 13 to elevate and rotate around a smooth surface cylindrical plate (not shown) that surrounds the vertical structure 12.
  • the upper bearing assembly 30 has a plurality of balls 17a installed on the inner surface of the circumference, as shown in the figure. A portion of the spherical surface of the ball 17a is exposed to the circumferential inner surface so that the ball 17a can be rolled without being separated or separated on the circumferential inner surface.
  • the upper bearing assembly 30 is disposed on the upper bearing seat 42a formed as a step on top of the first and second cylindrical halves 13a, 13b, and the upper annular plate 32 is formed on the first and the second.
  • the upper bearing assembly 30 is mounted by being fixed to the upper ends of the two cylindrical halves 13a and 13b. That is, by inserting the bolt 32b through the hole 32a of the upper annular plate 32 and engaging the screw hole 43 of the first and second cylindrical halves 13a and 13b, the upper bearing assembly ( 30) is fixed.
  • the lower bearing assembly is disposed in the lower bearing seat 42b and can be secured using the lower annular plate (not shown) in the same manner as described above.
  • the ball 17a provided in the upper bearing assembly 30 and the lower bearing assembly (not shown) may be rolled on a cylindrical plate surrounding the vertical structure 12, as in the second embodiment shown in FIG. . That is, instead of the bearing assembly 17 according to the second embodiment shown in FIG. 2, a cylindrical plate (not shown) having a smooth surface is disposed to surround the vertical column 12, and the cylindrical plate (not shown)
  • the first and second cylindrical body halves 13a and 13b are disposed to surround the first and second cylindrical bodies. At this time, when the cylindrical body consisting of the cylindrical halves (13a, 13b) is to move up and down or rotational movement, the upper bearing assembly 30 and the lower bearing assembly (not shown) is a sphere on the surface of the cylindrical plate (not shown) Can be.
  • the up and down or rotational movement of the cylindrical body can be made by the ball 17a clouding on the surface of the vertical column 12. It should be understood that there is. It should also be understood that the latching jaws 16a and 16b shown in FIG. 2 may also be provided in the example shown in FIG. 3.
  • the first support 14a extends from the first and second cylindrical halves 13a and 13b, which may include a fixed support 14a-1 and an insertion support 14a-2. Can be.
  • the insertion support 14a-2 is interconnected by being inserted through the hollow portion of the fixed support 14a-1.
  • the length of the support can be adjusted by adjusting the length of the insertion support 14a-2 is inserted into the hollow portion of the fixed support 14a-1.
  • the screw S is rotatably supported as shown in FIG. 2 by a structure constituted by a fixed support and an insertion support, and further includes a first driven shaft 53 and a second driven shaft ( It can be appreciated that a power transmission member comprising 71) can be installed.
  • a power transmission member comprising 71
  • the structure constituted by the fixed support 14a-1 and the insertion support 14a-2 shown in FIG. 3 replaces the first to fourth supports 14a, 14b, 14c, and 14d shown in FIG. It should be understood that it can be done. That is, by configuring some or all of the supports as the fixed support and the insertion support, the length of the support can be varied and can be extended. This makes the support modular and easy to install, and makes it possible to respond when increasing the number of screws (S).
  • the aberration having a screw shape provided in the above-mentioned free regulating power generation apparatus 100 according to the first, second and third embodiments may be configured in the form of a screwless screw.
  • 4 and 5 is a schematic perspective view of an example of a shaftless screw that can be applied to the free-control power generation apparatus according to the present invention.
  • the shaftless screw 90 extends to correspond to the rotational blade 91 formed in the shape of a screw in a state in which there is no central axis, and the rotational center of the rotational blade 191, as shown in FIGS. 4 and 5. And first and second supports 92 and 93 fixed to the first and second ends of 91 to rotatably support the rotary vanes 91.
  • the overall shape of the shaftless screw 90 according to the invention is that the rotary blade 91 has a small diameter at the first end in the longitudinal direction, while the rotary blade 91 at the second end has a tapered shape with a large diameter.
  • the diameter of the rotary vanes 91 has a small diameter at the first end where the first support 92 is fixed.
  • the second support 93 has a large diameter at the second end to which it is fixed.
  • the shaftless screw 90 has first and second supports 92 and 93 at both ends instead of the rotating shaft, thereby reducing the weight of the shaftless screw 90 itself and thus being able to rotate better by the pressure of water. And, the force transmitted to the support 14 can be minimized.
  • the overall shape of the shaftless screw 90 according to the invention is that the rotary vanes 91 have a small diameter at the first end in the longitudinal direction, whereas the rotary vanes 91 have a large diameter at the second end. It has a tapered shape with a diameter.
  • FIG. 4 shows a first support 92 secured to the rotary vane 91 at a first end with a small diameter
  • FIG. 5 shows a fixed support to the rotary vane 91 at a second end with a large diameter
  • the second support 93 is shown.
  • Each of the first and second supports 92, 93 is fixed by means suitable to the rotary vanes 92 in a state arranged to coincide with the center of rotation of the rotary vanes 91.
  • the first and second supports 92 and 93 are rotatably installed on the support 14, extend through the first support 14a, and at the end of the support 92 or 93.
  • One drive gear 51 is provided.
  • the rotary blade 91 of the shaftless screw 90 is configured such that the plate member having a constant thickness and gradually increasing in width has a screw shape as shown in the drawing. Since the width of the plate member gradually increases along the longitudinal direction, the diameter of the rotary vanes 91 of the shaftless screw is the smallest at the first end where the first support 92 is fixed, and the second support 93 is fixed. At the second end being the diameter of the rotary vanes 91 is the largest.
  • the first support part 92 fixed to the first end having a small diameter is arranged to face upstream. Due to the pressure exerted on the surface of the rotary blade 91 by the flow of fluid flowing upstream, the shaftless screw 90 rotates the first and second support parts 92 and 93 to rotate as the rotary shaft 91. ) Is formed.
  • 6 and 7 are schematic perspective views of another example of a shaftless screw.
  • the axisless screw 90 has rotary vanes 91a and 91b and includes a first support 92 fixed to a first end having a small diameter and a second end fixed to a second end having a large diameter. 2 supports (not shown in FIG. 6).
  • the shaftless screw 32 shown in FIG. 6 has the same screw shape in each of the two plate-like members, with two plate members having a constant thickness and increasing width along a length arranged at right angles at one end. It can be understood that it is configured to. That is, one plate member is formed of the first rotary blade 91a, and the other plate member is formed of the second rotary blade 91b.
  • the second support portion (not shown in FIG. 6) is fixed from the first end to which the first support portion 92 is fixed.
  • the diameter of the shaftless screw 90 gradually increases toward the opposite second end.
  • the shaftless screw 90 has rotary vanes 91a and 91b, and includes a first support 92 fixed to the first end and a second support fixed to the second end (not shown in FIG. 7). ) Unlike the embodiment shown in FIG. 6, the diameter of the shaftless screw 90 at the first and second ends is the same.
  • the shaftless screw 90 shown in FIG. 7 is formed such that each of the two plate members has the same screw shape in a state in which two plate members having a constant thickness and a width along the length are arranged at right angles to each other. It can be understood as configured. That is, one plate member is formed of the first rotary blade 91a, and the other plate member is formed of the second rotary blade 91b.
  • the second support portion (not shown in FIG. 7) is fixed from the first end to which the first support portion 92 is fixed.
  • the diameter of the shaftless screw 90 is constant toward the second end opposite.
  • the shaftless screw generator described above is installed in a deep river or ocean where water flow rate is generated, and a plurality of shaftless screws are installed vertically and horizontally according to the depth and width at which the flow rate occurs. Is determined.
  • the above-described apparatus and method may not be limitedly applied to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be selectively combined in whole or in part in each of the embodiments so that various modifications may be made. It may be configured.

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Abstract

본 발명은 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중에 잠긴 스크류를 지지하는 원통체가 부력에 의하여 승강하거나 물의 흐름에 따라서 회전됨으로써 최적의 조건에서 자유롭게 조절되면서 발전할 수 있도록 구성된 자유조절 발전 장치에 관한 것이다.

Description

자유조절 발전장치
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중에 잠긴 스크류를 지지하는 원통체가 부력에 의하여 승강하거나 물의 흐름에 따라서 회전됨으로써 최적의 조건에서 자유롭게 조절되면서 발전할 수 있도록 구성된 자유조절 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수력 발전은 물의 위치 에너지를 이용한다. 수력 발전에서는 물의 위치 에너지를 이용하기 위하여 댐에 설치된 터빈을 필요로 하며, 물이터빈에 낙하하면 역학적 에너지 보존법칙에 의해서 물의 위치 에너지는 터빈을 회전시키는 운동 에너지로 변화하게 된다. 즉, 댐의 상류에 물을 가두었다가 수문을 열고 이를 댐의 하류로 떨어뜨려서 터빈을 회전시킨다. 이 과정에서 물의 위치 에너지가 터빈의 운동에너지로 전환되며, 물의 위치 에너지를 이용하기 위하여 댐의 낙차가 필요하다. 터빈 내부의 로터 코일이 터빈을 따라서 회전하면서 전자기 유도현상이 일어나 전류가 발생한다. 이 과정을 통해서 터빈의 운동에너지가 전기에너지로 변환된다. 한편, 소수력 발전은 상대적으로 규모가 작은 저수지의 댐이나 강의 보에 소형 터빈을 설치하여 발전하는 방식이다.
위에 설명된 바와 같은 일반적인 수력 발전에서는 댐 규모 크지 않거나 유속이 빠르지 않으면 수력 발전이 효율적으로 이루어질 수 없다는 문제점이 있다. 특히 갈수기에 댐의 수위가 낮아지면 발전에 필요한 낙차가 충분치 않을 뿐만 아니라, 저수량 부족으로 인하여 물을 댐의 하류로 흘려버릴 수 없으므로 수력발전이 이루어질 수 없다.
한편, 우리 나라의 경우 서해안의 조수 간만의 차에 의한 많은 양의 물의 흐름과 남해안의 섬과 섬 사이의 해수의 흐름등 풍부한 수력 에너지가 있으나 이를 적절하게 활용하지 못하고 있다. 따라서 느린 유속에서도 발전에 이용될 수 있는 장치가 있다면 친환경 에너지 활용이 가능하다. 즉, 고가의 경제적 비용으로 담수후 낙차를 이용하여 빠른 유속을 이용하는 방법보다 자연 그대로의 느린 유속으로도 발전에 이용할 수 있다면 설치비의 경제적 부담을 해결할 수 있다.
<선행문헌>
(특허문헌 0001) KR20120008204 A1
(특허문헌 0002) KR1185642 B1
(특허문헌 0003) KR1504866 B1
(특허문헌 0004) KR1510633 B1
(특허문헌 0005) WO 2008/065684
(특허문헌 0006) EP 02613046
(특허문헌 0007) JP200936113
(특허문헌 0008) WO14198965A1
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 구조물을 이용하여 비교적 간단하게 소수력 발전이 가능하도록 함으로써 기존 구조물을 다목적으로 활용할 수 있으면서도 보다 저렴한 비용으로 소수력 발전이 가능하도록 하여 재생에너지의 개발 및 생산에 따른 경제적인 비용을 절감할 수 있는 자유조절 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 수중의 물의 흐름을 이용하여 전력을 생산할 수 있고, 발전 장치에 구비된 스크류가 물의 흐름 방향 변화 및 수심의 변화에 대응하여 최적화될 수 있으며, 물의 흐름 및 수심이 변화하더라도 발전의 효율이 극대화될 수 있는 자유 조절 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 수심이 깊은 강이나 해양의 흐르는 물을 이용하여 발전하는 무축 스크류 발전 장치를 제공하는 것으로서, 서해안의 조수 간만의 차이 및 남해안의 지형에서 발생하는 해수의 흐름을 이용하여 대규모 발전을 가능하게 하는 무축 스크류 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 수차 고정블록에 의해 수직구조물의 외주면 상에 조립되어 설치되며, 수차 고정블록을 중심으로 그 좌, 우 양측에 수평하게 각각 제1지지대가 일체로 연설되고, 각각의 제1지지대와 상기 제1지지대에 대응되는 적어도 하나의 보조 지지봉이 형성된 제2지지대에 의해 적어도 하나의 수차를 일정 간격 이격되게 지지 및 고정하되, 수지구조물 주변의 유량 및 유속에 따라 수차가 자유롭게 회전 가능하도록 수면 아래에 각각의 수차가 잠길 수 있게 지지 및 고정하는 지지대; 봉 형태의 회전축 외면에 스크루 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 회전축의 양단이 상기 지지대에 의해 자유회전 가능하게 지지되어, 물의 흐름에 따른 수차날개의 회전력으로 회전축을 회전운동시키는 적어도 하나의 수차; 및 상기 회전축의 일측 단부와 연결된 다수의 기어로 구성된 동력전달부재를 통해 연결되어 상기 회전축의 회전운동에 의한 전기에너지를 생성하는 발전부재;를 포함하며, 상기 수차와 나란하게 상기 수차 고정블록에 일측 단부가 조립 및 고정되고, 다른측 단부는 자유단으로 상하 및 좌우로 유동 가능하게 형성되되 그 자유단부의 몸체가 상하로 각각 연설되어 그 연설된 단부에 상기 제2지지대를 끼움 조립할 수 있는 상하 안내홈이 형성된 안내블록을 구비하여, 유량 및 유속에 의한 수차의 상하 유동 및 좌우 유동을 일정 범위 이내에서 제한적으로 안내하고 지지하는 수차유동 안내부재;를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제1목적에 있어서, 상기 제2지지대는, 상기 안내블록의 상하 안내홈에 끼움 조립되면서 좌,우로의 유동을 일정 범위 이내에서 제한하기 위한 걸림턱이 양측에 형성된 좌우 안내봉을 중앙부에 일체로 구비한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1목적에 있어서, 상기 지지대는, 각각의 수차 고정블록에 의해 수직구조물의 외주면 상에 상하 2열 이상으로 평행하게 배열되어 조립 및 설치되며, 각각의 지지대에는 적어도 하나의 수차가 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 수중에 잠긴 수직 구조물; 상기 수직 구조물의 외주면 상에 승강 및 회전 가능하게 설치된 원통체; 상기 원통체에 대하여 고정되어 부력을 제공하는 부력체; 상기 원통체로부터 연장된 다수의 지지대; 봉 형태의 회전축 외면에 스크루 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 회전축의 양단이 상기 지지대에 의해 자유회전 가능하게 지지되어, 물의 흐름에 따른 수차날개의 회전력으로 수차축을 회전운동시키는 적어도 하나의 수차; 상기 수차의 회전력을 전달하는 동력 전달 부재; 상기 동력 전달 부재를 통해 전달된 동력에 의해 전력을 발생시키는 발전부재; 및 상기 수직 구조물을 둘러싸는 베어링 플레이트 및 상기 베어링 플레이트에 회전 가능하게 매립된 다수의 볼들을 구비하는 베어링 조립체를 포함하고, 상기 베어링 조립체는 상기 수직 구조물의 외표면과 상기 원통체의 내표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치로서 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2목적에 있어서, 상기 원통체의 승강을 제한하도록 상기 수직 구조물에 상부 걸림턱 및 하부걸림턱이 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제2목적에 있어서, 고리형 플레이트 및 상기 고리형 플레이트의 원주 내표면에 회전 가능하게 매립된 다수의 볼들을 구비하는 베어링 조립체를 더 구비하고, 상기 베어링 조립체는 상기 원통체의 상단부 및 하단부에 각각 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2목적에 있어서, 상기 원통체는 제 1 원통체 절반부 및 제 2 원통체 절반부를구비하고, 상기 제 1 원통체 절반부 및 제 2 원통체 절반부는 연결 플레이트에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 동력전달부재는, 상기 수차의 회전축을 지지하는 지지대와 평행하게 연장되는 제1종동축; 상기 수직 구조물과 평행하게 연장되는 제2종동축; 및, 상기 수차의 회전축, 상기 제1종동축 및 상기 제2종동축에 각각 설치되어 서로 맞물린 기어들;을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적에 있어서, 상기 지지대 중 적어도 어느 하나는, 상기 원통체로부터 연장된 지지대는 고정 지지대 및 상기 고정 지지대의 중공부에 삽입될 수 있는 삽입 지지대를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 상기 수차는 무축 스크류로 구성되며, 상기 무축스크류는, 스크류 형상의 회전 날개 및 상기 무축 스크류의 회전 중심에 대응되도록 제1 단부 및 제 2 단부로부터 각각 연장된 제 1 지지부 및 제 2 지지부를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지면서 폭이 점진적으로 증가하는 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성됨으로써, 회전 날개의 직경이 제 1 지지부로부터 제 2 지지부를 향하여 증가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지면서 폭이 점진적으로증가하는 2 개의 판상 부재가 일 단부에서 상호 직각으로 배치된 상태에서, 각각의 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성되며, 상기 회전 날개의 직경이 제 1 지지부로부터 제 2 지지부를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 상기 무축 스크류의 제 1 단부에서의 회전 날개의 직경은 제 2 단부에서의 회전 날개의 직경보다 작으며, 상기 무축 스크류의 제 1 단부가 유체 흐름의 상류측을 향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1목적 또는 제 2목적에 있어서, 상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지는 2 개의 판상 부재가일 단부에서 상호 직각으로 배치된 상태에서, 각각의 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성되며, 상기 회전 날개의 직경이 제 1 지지부 및 제 2 지지부에서 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기존 구조물을 이용하여 비교적 간단하게 소수력발전이 가능하도록 함으로써 기존 구조물을 다목적으로 활용할 수 있으면서도 보다 저렴한 비용으로 소수력 발전이 가능하도록 하여 재생에너지의 개발 및 생산에 따른 경제적인 비용을 절감할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예 따르면 물의 흐름의 방향 변화에 영향을 받지 않으며, 물의 흐름의 방향이 변화하더라도 그에 대응할 수 있으므로 발전의 효율이 극대화될 수 있다. 또한 수심이 변화하더라도 부력체에 의하여 발전장치가 승강할 수 있으므로 발전 장치의 스크류가 최적의 깊이에서 발전할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 주변 수중 환경을 고려하여 부력에 의한 스크류의 승강 높이가 결정될 수 있으며, 스크류가 수직으로 다수개의 스크류가 설치될 수 있고, 수평으로도 다수개의 스크류가 설치될 수 있다. 또한 발전 장치를 구성하는 각각의 구성 요소의 무게를 부력체와 조화시킴으로써 구성 요소에 가해지는 힘을 최소화시켜서 안정성을 확립할 수 있으며, 물의 흐름 방향에 신속하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른, 무축 스크류 발전 장치는 수심 깊은 강이나 해양에서 흐르는 물의 유속을 이용하는 발전 방법으로서 서해안과 같이 조수간만의 차이로 인해 발생하는 물의 유속과 남해안과 같이 섬들의 지형적인 영향으로 발생하는 유속을 활용하여 발전할 수 있다. 본 발명에 따른 무축 스크류 발전 장치는 광범위한 유속의 힘을 이용하므로 대규모 발전이 가능하며 낙차를 이용하기 위한 토목 구조물이 필요하지 않고 느린 유속도 발전에 이용할 수 있으므로 설치비가 적게 들어 경제적인 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자유조절 발전장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자유조절 발전장치의 사시도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 자유조절 발전장치의 일부 분해 사시도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자유조절 발전장치에 적용될 수 있는 무축 스크류의 일 예에 대한 개략적인 사시도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 자유조절 발전장치에 적용될 수 있는 무축 스크류의 다른 예에 대한 개략적인 사시도이다.
<부호의 설명>
11:바닥 구조물 12:수직 구조물 13:원통체
13a:제1원통체 절반부 13b:제2원통체 절반부
14:지지대 14a:제1지지대 14a-1:고정 지지대
14a-2:삽입 지지대 14b:제2지지대 14c:제3지지대
14d:제2지지대 14e:수차 고정블록
14f:좌우 지지봉 15:연결플레이트
15a:관통구멍 15b:연결 플레이트용 볼트
16a:상부걸림턱 16b:하부걸림턱
17:베어링 조립체 17a:볼
30:상부 베어링 조립체 32:상부 고리형 플레이트
32a:구멍 32b:볼트
42a:상부 베어링 안착부 42b:하부 베어링 안착부
43:나사구멍
50:동력전달부재 51:제1구동기어 52:제1종동기어
53:제1종동축 54:제1종동축 고정재 55:제2구동기어
60:수차 61:회전축 62:수차날개
63:구동기어 연결부 70:발전부재 71:제2종동축
72:제2종동축 고정대 73:제2종동기어
80:수차유동 안내부재 81:안내블록 지지대 82:안내블록
83:상하 안내홈
90:무축 스크류 91:회전 날개 91a:제1회전날개
91b:제2회전날개 92:제1지지부 93:제2지지부
100:자유조절 발전장치 B:부력체 G:발전기
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자유조절 발전장치(100)의 주요부 구성을 예시한 사시도로서, 도면에 예시된 바와 같이 본 발명에 의한 자유조절 발전장치(100)는, 지지대(14), 적어도 하나의 수차(60), 및 발전부재(70)를 포함하여 제1실시 형태로 구현할 수 있으며, 수차유동 안내부재(80)를 더 포함하여서 다른 실시 형태로도 구현될 수 있다.
이하의 상세한 설명에서는 바닥하부구조물은 예를 들어 교량의 하부 구조물이 채용될 수 있다. 즉 교량 거더를 지지하여 교량 거더로부터 하중을 베이스를 통해 하방 지반으로 전달하는 직주형 또는 원통형 교각 기둥인 수직구조물(12)에 설치되는 구성을 대표적으로 예를 들어 상세히 설명하기로 하며, 그러나 본 발명은 도면에 예시되지 않은 다양한 방법으로도 설치 가능함은 물론이다.
지지대(14)는 수차 고정블록(14e), 제1지지대(14a), 제2지지대(14b), 및 동력 전달부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 지지대(14)는 수직 구조물(12)에 대응하는 형상의 수차 고정블록(14e)을 중앙부에 구비하고, 이러한 수차 고정블록(14e)에 의해 수직 구조물(12)의 하단부에 별도의 조립수단을 통해 조립되어 설치된다. 또한 지지대(14)는 수차 고정블록(14e)을 중심으로 그 좌, 우 양측에 수평하게 각각 제1지지대(14a)이 일체로 연설되고, 각각의 제1지지대(14a)과 그에 대응되는 적어도 하나의 보조 지지봉이 형성된 제2지지대(14b)에 의해 적어도 하나의 수차(60)를 일정 간격 이격되게 지지 및 고정하되, 수직 구조물(12) 주변의 유량 및 유속에 따라 수차(60)가 자유롭게 회전 가능하도록 수면 아래에 각각의 수차(60)가 잠길 수 있게 지지 및 고정한다.
또한 지지대(14)는 각각의 수차 고정블록(14e)에 의해 수직 구조물(12)의 하단부에 상, 하 2열 이상으로 평행하게 배열되어 조립 및 설치될 수 있으며, 이 경우 각각의 지지대(14)에는 적어도 하나의 수차(60), 또는 두개 이상의 수차가 나란히 배열되어 설치될 수 있다.
제2지지대(14b)는 안내블록(82)의 상하 안내홈(83)에 끼움 조립되면서 좌,우로의 유동을 일정 범위 이내에서 제한하기 위한 걸림턱이 양측에 형성되도록 좌우 안내봉(14f)을 중앙부에 일체로 조립하여 구비한다. 이때 좌우 안내봉(14f)은 별도의 조립수단을 이용하여 제2지지대(14b)의 중앙부에 끼움 조립될 수 있다. 이러한 제2지지대(14b)는 상기와 같이 수차 고정블록(14e)이 상, 하 2열 이상으로 평행하게 배열되어 조립되는 경우 그에 대응하는 갯수로 구비될 수 있으며, 이 경우 상, 하의 두 거치대를 잇는 중간 거치대가 더 구비될 수 있다.
제1지지대(14a)은 수차 고정블록(14e)을 중심으로 그 좌, 우 양측에 수평하게 연설되고 수차축의 일측 단부를 회전 가능하게 조립할 수 있는 적어도 하나의 관통공이 형성되어 이 관통공에 회전축(61)의 일측 단부가 구동기어 연결부(63)에 의해 자유 회전 가능하게 조립되어 설치되며, 구동기어 연결부(63)를 통해 동력전달부재(50)가 조립되어, 회전축(61)의 회전운동을 발전부재(70)로 전달하도록 구성된다.
동력 전달부재(50)는 회전축(61)의 회전운동을 적어도 1회 방향 전환하여 발전부재(70)에 전달하며, 지지대(14)의 제1지지대(14a)에 일체로 설치된다. 이를 위하여 동력 전달부재(50)는 바람직하게는 제1구동기어(51), 제1종동기어(52), 제1종동축(53), 제1종동축 고정대(54), 및 제2구동기어(55)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제1종동축(53)의 회전에 의한 마찰력을 최소화하기 위하여 제1종동축 고정대(54) 내에 베어링이 설치되어 질 수 있다.
제1구동기어(51)는 제1지지대(14a)에 자유회전 가능하게 조립된 수차(60)의 구동기어 연결부(63)에 직접 연결되어 회전축(61)과 일체로 회전한다.
제1종동기어(52)는 제1구동기어(51)와 맞물리도록 설치되며 제1종동축(53)과 일체로 회전가능하도록 제1종동축(53)에 설치된다.
제1종동축(53)은 회전축(61)과 수직하도록 상기 제1지지대(14a)에 조립되되, 제1종동기어(52)와 일체로 회전 가능하도록 제1종동축 고정대(54)에 의해 지지 및 고정되어 제1지지대(14a)에 설치된다.
제1종동축 고정대(54)는 제1종동축(53)을 회전 가능하게 제1지지대(14a)에 고정한다.
제2구동기어(55)는 제1종동축(53)의 회전력을 방향 전환하여 발전부재(70)의 제2종동축(71)의 제2종동기어(73)에 전달한다.
수차(60)는 봉형태의 회전축(61) 외면에 스크루(S) 형태의 수차날개(62)가 형성되고, 회전축(61)의 양단이 지지대(14)에 의해 자유회전 가능하게 지지되어, 물의 흐름에 따른 수차날개(62)의 회전력으로 회전축(61)을 회전운동시킨다. 여기서 스크루(S) 형태의 수차날개(62)는 하중을 최소화하고 유속의 저항을 덜 받게 하기 위하여 물의 비중과 유사하게 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 수차(60)는 각각의 제1지지대(14a)에 대하여 쌍으로 설치될 수 있으며, 회전축(61)과 일체로 회전되는 구동기어 연결부(63)가 일측 단부에 구비되어 그 구동기어 연결부(63)를 통해 동력 전달부재(50)와 연결된다. 물론 구동기어 연결부(63)없이 회전축이 제1지지대(14a)의 관통공에 삽입 돌출되어 그 끝단에 제1구동기어(51)가 설치되도록 구성될 수도 있다.
발전부재(70)는 발전기(G)를 구비하며, 제2종동축(71)과 적어도 하나의 기어를 통해 회전축(61)의 일측 단부에 연결되어 회전축(61)의 회전운동 에너지를 전달받고, 그 회전운동 에너지를 변환하여 전기에너지를 생성한다. 이를 위하여 발전부재(70)는 발전기(G), 제2종동축(71), 제2종동축 고정대(72), 및 제2종동기어(73)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 제2종동축(71)의 회전에 의한 마찰력을 최소화하기 위하여 제2종동축 고정대(72) 내에 베어링이 설치되어 질 수 있다.
발전기(G)는 물에 잠기지 않도록 수직 구조물(12)의 상단부에 설치되며, 제2종동축(71)에 연결되어 그 회전력으로 전기에너지를 생성한다.
제2종동축(71)은 제2종동기어(73)와 일체로 회전 가능하도록 제2종동축 고정대(72)에 의해 지지 및 고정되어 수직 구조물(12)에 설치된다.
제2종동축 고정대(72)는 제2종동축(71)을 회전 가능하게 수직 구조물(12)에 고정한다.
제2종동기어(73)는 동력전달부재(50)의 제2구동기어(55)와 맞물리도록 설치되며 제2종동축(71)과 일체로 회전 가능하게 설치된다.
수차유동 안내부재(80)는 안내블록 지지대(81)와 안내블록(82)으로 형성되며, 안내블록 지지대(81)는 수차(60)와 나란하게 수차 고정블록(14e)에 일측 단부가 조립 및 고정되고, 다른측 단부는 자유단으로 상하 및 좌우로 유동 가능하게 형성되되 그 자유단부의 몸체가 상하로 각각 연설되어 그 연설된 단부에 지지대(14)의 제2지지대(14b)를 끼움 조립할 수 있는 상하 안내홈(83)이 형성된 안내블록(82)을 구비하여, 유량 및 유속에 의한 수차(60)의 상하 유동 및 좌우 유동을 일정 범위 이내에서 제한적으로 안내하고 지지한다.
이러한 수차유동 안내부재(80)는 유속의 흐름 방향 변화에 대해 수차날개(62)에 적응력을 주거나 또는 스크루형 수차날개(62)가 교각 기둥 등과 같은 구조물에 닿는 것을 방지하기 위해 설치되며, 이러한 수차유동 안내부재(80)는 필요에 따라 생략되어 고정형으로 구성할 수도 있다. 단, 이는 스크루형 수차날개의 크기, 형태, 발전량, 구조보의 안전도 및 영향, 유속의 빠르기 등을 고려하여 선택 적용 가능하다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 자유조절 발전장치(100)의 상세 동작 및 그에 의한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 지지대(14)의 중앙부에 구비된 수차 고정블록(14e)에 의해 지지되도록 별도의 조립수단을 이용하여 수차유동 안내부재(80)의 안내블록 지지대(81)의 일측 단부를 조립하되, 안내블록(82)의 상하 안내홈(83)이 수직하게 세워지도록 조립한다.
다음으로 상기와 같이 조립된 안내블록 지지대(81)의 다른측 단부에 형성된 안내블록(82)의 상하 안내홈(83)에 좌우 안내봉(14f)을 교차되게 삽입하고 좌우 안내봉(14f)의 양측에 별도의 조립수단으로 제2지지대(14b)를 조립함으로써, 제2지지대(14b) 중앙의 좌우 안내봉(14f)이 안내블록(82)의 상하 안내홈(83)을 따라 상,하로 유동 가능하게 하고, 안내블록(82)이 제2지지대(14b) 중앙의 좌우 안내봉(14f)을 따라 좌,우로 유동 가능하게 설치한다. 이러한 유동은 좌우 안내봉(14f)의 주변에서 걸림턱 역할을 하는 제2지지대(14b)와, 상하 안내홈(83)의 주변에서 걸림턱 역할을 하는 안내블록(82)의 몸체에 의해 일정 범위 이내에서 제한된다.
이어서 수차 고정블록(14e)을 중심으로 그 좌, 우 양측에 각각 수평하게 일체로 연설된 제1지지대(14a)과 그에 대응되는 제2지지대(14b)에 의해 수차(60)를 일정 간격 이격되게 지지하여 고정하고, 회전축(61)의 일측 단부를 구동기어 연결부(63)와 연결한다. 여기서 제1지지대(14a)에는 회전축(61)의 일측단부와 연결되기 위한 구동기어 연결부(63)가 수차축의 갯수만큼 각각 구비되어 있고, 구동기어 연결부(63)는 제1지지대(14a) 일측의 동력전달부재(50)의 제1구동기어(51)와 일체로 회전 가능하게 조립되므로, 수차(60)의 회전동작은 구동기어 연결부(63)를 통해 동력전달부재(50)의 제1구동기어(51), 제1구동기어(51)와 맞물린 제1종동기어(52), 제1종동축(53) 및 제2구동기어(55)에 동시에 전달될 수 있게 된다.
다음으로 동력전달부재(50)의 제2구동기어(55)와 발전부재(70)의 제2종동기어(73)를 맞물리도록 하여 수차 고정블록(14e)을 수직 구조물(12)의 하단부에 조립한다. 이때 수차 고정블록(14e)은 교각 기둥 주변의 유량 및 유속에 따라 수차(60)가 자유롭게 회전 가능하도록 수면 아래에 각각의 수차(60)가 잠길 수 있게 지지하고, 수직 구조물(12)의 하단부에 별도의 조립수단을 통해 조립함으로써 설치를 완료한다. 따라서 동력 전달부재(50)와 발전부재(70)는 수차의 회전력을 제2구동기어(55)와 맞물린 발전부재(70)의 제2종동기어(73)에 의해 제2종동축(71)에 전달하여 물에 잠기지 않도록 수직 구조물(12)의 상단부에 설치된 발전기(G)를 통해 전기에너지를 생성할수 있게 한다.
이로써, 본 발명은 소수력 발전을 위해 새로운 구조물을 설치하지 않고도 기존 구조물을 이용하여 비교적 간단하게 소수력 발전이 가능하게 하며, 따라서 본 발명의 자유조절 발전장치(100)는 교량이나 교각 등의 기존 구조물을 다목적으로 활용할 수 있도록 하여 그 활용도를 향상시킬 수 있는 이점이 있으며, 또한 보다 저렴한 비용으로 소수력 발전이 가능하도록 하여 재생에너지의 개발 및 생산에 따른 경제적인 비용을 절감할 수 있는 이점을 얻을 수 있게 한다.
도 2는 본 발명에 따른 자유 조절 발전 장치(100)의 제 2 실시예에 대한 개략적인 사시도이다. 도 2에는 본 발명에 따른 자유 조절 발전 장치(100)는, 앞서 언급한 바와 같이, 바닥구조물(11)의 수직 구조물(12) 상에 설치되어 질 수 있으며, 지지대(14)와 동력전달부재(50)와, 수차(60), 발전부재(70)를 동일하게 포함하고 있으나, 제1실시예와 달리, 상하로 수직구조물(12) 상에서 승강 및 회전 가능하도록, 제1실시예의 수차 고정블록(14e) 대신 원통체(13)를 포함하며, 베어링 조립체와 부력체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 수중에 잠긴 수직 구조물(12); 상기 수직 구조물(12)의 외주면상에 승강 및 회전 가능하게 설치된 원통체(13); 상기 원통체(13)에 대하여 고정되어 부력을 제공하는 부력체(B); 상기 원통체(13)로부터 연장된 지지대(14); 상기 지지대(14)에 의해 회전 가능하게 지지된 스크류(S) 형태의 수차; 스크류(S) 형태의 수차의 회전력을 전달하는 동력 전달 부재(50); 및, 상기 동력 전달 부재(50)를 통해 전달된 동력에 의해 전력을 발생시키는 발전기(G)를 포함하는 발전부재(70);등을 포함하여 구성된다.
수직 구조물(12)은 바다 또는 하천과 같이 물의 흐름이 있는 장소에 건조된다. 수직 구조물(12)은 해저 또는 하저에 고정된 바닥 구조물(11)로부터 수면으로 연장된다. 앞서 언급한 바와 같이, 바다 하천 등 물의 흐름이 있는 장소에 설치되는 것이라면 그 구체적인 종류, 유형은 권리범위와 무관하다.
제2실시예에 따른 원통체(13)는 수직 구조물(12)을 따라서 승강될 수 있으며, 또한 수직 구조물(12)의 둘레에서 회전할 수 있다. 원통체(13)는 2 개의 원통체 절반부가 연결 플레이트(15)에 의해 서로 연결된 것일 수 있다(이는 도 3에 도시된 원통체 절반부(13a,13b)의 연결 구조에 의해 이해될 수 있다. 즉, 연결 플레이트(15)에 형성된 관통 구멍(15b)을 통해 볼트(15a)가 삽입되어 절반 원통부(13a,13b)에 고정됨으로써, 2 개의 절반 원통부는 원통체(13)를 구성할 수 있다.) 도 2에는 연결플레이트(15)가 하나만 도시되어 있으나, 상기 연결 플레이트(15)의 직경 방향 반대편에 다른 연결 플레이트(15)가 배치되어 있고, 그에 의해 원통체 절반부(13a,13b)가 서로 연결된다는 점이 이해될 것이다.
베어링 조립체(17)는 상기 수직 구조물(12)의 외부 표면에 설치되며, 수직 구조물(12)을 둘러싸는 원통형 베어링 플레이트 및 상기 베어링 플레이트상에 설치된 다수의 볼(17a)들을 구비한다. 상기 다수의 볼(17a)들은 원통형 베어링 플레이트상에서 위치 변경 없이 제 자리에서 구를 수 있도록 설치된다.
볼(17a)은 볼의 표면 일부만이 베어링 플레이트의 표면 외부로 노출되는 반면에, 볼의 표면 대부분은 베어링 플레이트 안에 매립된다. 볼(17a)이 회전하면 볼(17a)의 노출된 표면에 접촉한 대상물은 마찰 없이 움직일 수 있다. 볼(17a)은 구(sphere)의 일부만이 베어링 플레이트의 표면 외부로 노출되므로, 베어링 플레이트로부터 이탈 또는 분리되지 않고 제자리에서 구를 수 있다.
원통체(13)는 베어링 조립체(17)를 둘러싸도록 배치되고, 볼(17a)에 의해 지탱됨으로써, 상기 원통체(13)는 베어링 조립체(17)에 의해 승강 및 회전 운동을 할 수 있다. 원통체(13)의 내표면과 베어링 조립체(17)의 베어링 플레이트 사이에 다수의 볼(17a)들이 배치됨으로써, 원통체(13)는 마찰 없이 승강 및 회전할 수 있다.
원통체(13)의 상단부에는 부력체(B)가 구비된다. 부력체(B)는 원통체(13) 및 상기 원통체(13)에 연결된 다른 구조체 모두를 부양하는 역할을 한다.
부력체(B)의 부력에 의하여 원통체(13)는 수중에서 적절한 깊이에 유지될 수 있으며, 부력체의 크기와 모양은 구조물의 크기와 현장 조건에 맞춰서 제작될 수 있다.
원통체(13)의 상승을 제한하기 위한 상부 걸림턱(16a) 및 하강을 제한하기 위한 하부 걸림턱(16b)이 상기 베어링 조립체(17)의 상단 및 하단에서 상기 수직 구조물(12)상에 각각 배치된다. 상기 상부 걸림턱(16a) 및 하부 걸림턱(16b)은 예를 들어 수직 구조물을 둘러싸는 고리의 형태로 구성될 수 있으며, 원통체(13)의 상단부 및 하단부가 상부 걸림턱(16a) 및 하부 걸림턱(16b)에 걸릴 수 있어서, 발전체의 이탈을 방지할 수 있고 발전체가 바닥면에 닿지 않게 하여 망실에 대비할 수 있다.
원통체(13)의 표면으로부터 지지대(14, 제1지지대(14a), 제2지지대(14b), 제3지지대(14c), 제4지지대(14d))가 연장되며, 지지대(14a,14a',14b,14c)에 의하여 스크류(S) 형태의 수차(60)가 회전 가능하게 지지된다. 도면에 도시된 예에서 제 1 지지대(14a)는 원통체(13)의 표면으로부터 서로 대향되게 일직선으로 연장되고, 제 3 지지대(14c)는 상기 제 1 지지대(14a)에 대하여 직각으로 연결 플레이트(15)의 표면으로부터 연장되고 (즉, 도 2에서 전면에 배치된 연결 플레이트(15)의 반대편에 배치된 다른 연결 플레이트(15)의 표면으로부터 연장되고), 제 2 지지대(14b)는 제 3 지지대(14c)에 의해 지지된 상태로 상기 제 1 지지대(14a)에 평행하게 연장된다. 도면에 도시된 예에서, 원통체(13)의 상이한 높이에 각각 제 1 내지 제 3 지지대가 설치될 수 있다는 점을 이해할 수 있다. 한편, 제 4 지지대(14d)가 구비되어 상하로 배치된 한쌍의 제 2 지지대(14b)를 연결할 수 있다.
스크류(S)의 양 단부의 회전축(61)은 상기 제 1 지지대(14a) 및 제2 지지대(14b)에 회전 가능하게 설치된다. 스크류(S)는 물의 흐름에 의해 회전 가능한 형상을 가진다. 스크류(S)의 회전축(61)은 제 1 지지대(14a)를 관통하여 연장되며, 상기 제 1 지지대(14a)를 관통하여 연장된 스크류(S)의 회전축에는 베벨 기어로 구성된 제1구동기어(51)가 고정된다.
한편, 스크류(S)의 회전 동력을 전달하는 동력 전달 부재(50)는 앞서 제1실시예에서 언급한 바와 같이, 제1 지지대(14a)와 평행하게 연장된 제1종동축(53)을 포함하며, 발전부재(70)는 발전기(G)와, 원통체(13)를 따라서 수직으로 상기 부력체(B)를 통해 연장된 제2종동축(71)을 구비한다. 상기 제1종동축(53)은 제 1 지지대(14a)상에 고정되고 내부에 베어링이 구비된 제1종동축 고정대(54)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 제2종동축(71)은 원통체(13)상에 고정되고 내부에 베어링이 구비된 제2종동축 고정대(72)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
스크류(S)의 회전축(61)에 설치된 제1구동기어(51)는 제1종동축(53)에 설치된 제1종동기어(52)와 맞물린다. 또한 제1종동축(53)의 일단부에 설치된 제2구동기어(55)와 제2종동축(71)의 일 단부에 설치된 제2종동기어(73)와 맞물린다. 따라서 스크류(S)의 회전 동력은 제1종동축(53) 및 제2종동축(71)을 통해 전달될 수 있다.
제2종동축(71)은 부력체(B)를 통하여 연장되어 발전기(G)에 연결됨으로써, 발전기(G)를 구동한다. 제2종동축(71)과 발전기(G)의 회전자 사이의 연결은 앞서 언급한 제1실시예와 동일하다.
도면에 도시되지 않은 다른 예에서, 발전기(G)는 부력체(B)의 내부에 설치될 수 있다. 또한 제1종동축(53) 및 제2종동축(71)과 베어링 및 기어들이 밀봉 구조물에 의해 감싸이도록 설계될 수도 있다는 점이 이해되어야 한다.
위와 같이 구성된 발전기는 물의 흐름에 의해 스크류(S)가 회전함으로써 발전기(G)가 구동되어 전력을 생산할 수 있다. 즉, 물의 흐름에 의해 스크류(S)가 회전하면, 기어로 맞물린 동력 전달용 제1종동축(53) 및 제2종동축(71)이 회전 동력을 전달하여 발전기(G)의 회전자가 구동됨으로써 전력 생산이 가능하다.
한편, 물의 깊이가 변화하거나 또는 물의 흐름의 방향이 변화할 경우에, 스크류(S)의 회전이 최적화되는 위치로 원통체(13)가 승강하거나 회전할 수 있다. 예를 들어 물의 깊이가 변화하면 부력체(B)의 부력에 의해 원통체(13)가 승강하며, 이때 상부 걸림턱(16a) 및 하부 걸림턱(16b)에 의해 승강 높이는 제한될 수 있다. 또한 물의 흐름의 방향이 바뀔 경우에 원통체(13)가 수직 구조물(12)의 둘레에서 회전하여 스크류(S)의 위치가 바뀔 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 자유 조절 발전 장치의 제 3 실시예에 대한 개략적인 분해 부분 사시도이다. 도 3 에 도시된 구성 요소들중 도 2의 구성 요소와 동일한 부분은 도 2의 도면 번호와 동일한 도면 번호로 표시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 2 개의 원통체 절반부(13a,13b)는 연결 플레이트(15)에 의해 연결될 수 있다. 도면에 도시된 예에서 1 개의 연결 플레이트(15) 만이 도시되어 있으나, 대향하는 위치에 다른 하나의 연결 플레이트가 더 구비됨을 이해할 수 있다. 연결 플레이트(15)는 관통 구멍(15b)을 통과하여 원통체 절반부(13a,13b)에 고정되는 볼트(15a)를 이용하여 제1,제2원통체 절반부(13a,13b)들을 서로 연결할 수 있다.
도 2에 도시된 제2실시예에 따른 베어링 조립체(17) 대신에, 도 3에 도시된 제3실시예에서는 원통체의 상부 및 하부에 각각 설치되는 상부 베어링 조립체(30) 및 하부베어링 조립체(미도시)를 이용하여 원통체(13)가 수직 구조물(12)을 둘러싸는, 표면이 매끄러운 원통형 플레이트(미도시)의 둘레에서 승강 및 회전할 수 있다. 상부베어링 조립체(30)는 도면에 도시된 바와 같이, 원주 내표면에 설치된 다수의 볼(17a)을 구비한다. 볼(17a)의 구형 표면 일부는 원주 내표면에 노출되어, 볼(17a)은 원주 내표면상에서 이탈되거나 분리되지 않고 구를 수 있다.
상부 베어링 조립체(30)는 제 1 및 제 2 원통체 절반부(13a,13b)의 상부에 단차로서 형성된 상부 베어링 안착부(42a)에 배치되고, 상부 고리형 플레이트(32)가 제 1 및 제 2 원통체 절반부(13a,13b)의 상단부에 고정됨으로써 상부 베어링 조립체(30)의 설치가 이루어진다. 즉, 볼트(32b)를 상부 고리형 플레이트(32)의 구멍(32a)을 통해 삽입하여 제 1 및 제 2 원통체 절반부(13a,13b)의 나사 구멍(43)에 결합시킴으로써 상부 베어링 조립체(30)의 고정이 이루어진다.
도면에 도시되지 않은 하부 베어링 조립체는 하부 베어링 안착부(42b)에 배치되며, 위에 설명된 것과 동일한 방식으로 하부 고리형 플레이트(미도시)를 이용하여 고정이 이루어질 수 있다.
상기 상부 베어링 조립체(30) 및 하부 베어링 조립체(미도시)에 구비된 볼(17a)은 도 2에 도시된 제2실시예와 같이, 수직 구조물(12)을 둘러싸는 원통형 플레이트상에서 구를 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 제2실시예에 따른 베어링 조립체(17) 대신에, 표면이 매끄러운 원통형 플레이트(미도시)가 상기 수직 기둥(12)을 감싸도록 배치하고, 상기 원통형 플레이트(미도시)를 감싸도록 상기 제 1 및 제 2 원통체 절반부(13a,13b)가 배치된다. 이때, 원통체 절반부(13a,13b)로 이루어진 원통체가 상하 또는 회전 운동을 하게 되면, 상부 베어링 조립체(30) 및 하부 베어링 조립체(미도시)가 상기 원통형 플레이트(미도시)의 표면에서 구를 수 있다.
제3실시예에서, 수직 구조물(12)을 감싸는 원통형 플레이트(미도시)를 제거하는 경우에, 볼(17a)이 수직 기둥(12)의 표면에서 구름으로써 원통체의 상하 또는 회전 운동이 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한 도 2에 도시된 걸림턱(16a,16b)이 도 3에 도시된 예에도 구비될 수 있다는 점이 이해되어야한다.
제 1 및 제 2 원통체 절반부(13a,13b)로부터 제1지지대(14a)가 연장되는데, 제1지지대(14a)는 고정 지지대(14a-1) 및 삽입 지지대(14a-2)를 포함할 수 있다. 삽입 지지대(14a-2)는 고정 지지대(14a-1)의 중공부를 통해 삽입됨으로써 상호 연결이 이루어진다.
이때 삽입 지지대(14a-2)가 고정 지지대(14a-1)의 중공부에 삽입되는 길이를 조절함으로써 지지대의 길이를 조절할 수 있다. 고정 지지대(14a-1)의 원주면 또는 측면에 형성된 구멍과 삽입 지지대(14a-2)의 원주면 또는 측면에 형성된 구멍을 일치시키고, 키이를 상기 일치된 구멍에 삽입함으로써 고정 지지대(14a-1)와 삽입 지지대(14a-2) 사이의 상호 고정이 이루어질 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 고정 지지대 및 삽입 지지대에 의해 구성되는 구조체에 의하여 도 2에 도시된 바와 같이 스크류(S)가 회전 가능하게 지지되고, 또한 제1종동축(53) 및 제2종동축(71)을 포함하는 동력 전달 부재가 설치될 수 있음을 이해할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서는 상부 베어링 조립체(30) 및 하부 베어링 조립체(미도시)에 의하여 원통체가 승강 및 회전함으로써 스크류(S)의 회전이 최적화되며, 그에 의해 발전이 효율적으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 고정 지지대(14a-1) 및 삽입 지지대(14a-2)에 의해 구성되는 구조체가 도 2에 도시된 제 1 내지 제 4 지지대(14a,14b, 14c,14d)를 대체할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 즉, 상기 지지대들중 일부 또는 전부를 고정 지지대및 삽입 지지대로 구성함으로써, 지지대의 길이를 가변적으로 할 수 있으며, 또한 증설할 수 있다. 이는 지지대를 모듈화하여 설치하기 쉽게 하고, 스크류(S)의 수를 증가시킬 때 대응할 수 있게 한다.
또한, 앞서 언급한 제1, 제2, 제3실시예에 따른 자유조절 발전장치(100)에 구비되는 스크류 형태를 갖는 수차는 무축 스크류 형태로 구성되어 질 수 있다. 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자유조절 발전장치에 적용될 수 있는 무축 스크류의 일 예에 대한 개략적인 사시도이다.
무축 스크류(90)는 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이 중심축이 없는 상태에서 스크류 형상으로 형성된 회전 날개(91) 및, 상기 회전 날개(191)의 회전 중심에 대응하도록 연장되고 상기 회전 날개(91)의 제 1 단부 및 제 2 단부에 고정되어 상기 회전 날개를(91) 회전 가능하게 지지하는 제 1 및 제 2 지지부(92,93)를 구비한다. 본 발명에 따른 무축 스크류(90)의 전체적인 형상은 길이방향의 제 1 단부에서 회전 날개(91)가 작은 직경을 가지는 반면에, 제 2 단부에서 회전 날개(91)는 큰 직경을 가지는 테이퍼 형상을 가진다. 즉, 제 1 지지부(92) 또는 제 2 지지부(93)에 대하여 직각인 단면에서 보았을 때, 회전 날개(91)의 직경은 제 1 지지부(92)가 고정된 제 1 단부에서 작은 직경을 가지는 반면에, 제2 지지부(93)가 고정된 제 2 단부에서 큰 직경을 가진다. 무축 스크류(90)를 지지재(14)에 설치할 때, 작은 직경의 제 1 단부가 상류측을 향하도록 설치하는 것이 바람직스럽다. 이는 유체 유동시에 가해지는 압력이 무축 스크류(90)의 회전날개(91) 전체에 가해질 수 있도록 하기 위함이다. 또한 무축 스크류(90)에는 회전축 대신에 양 단부에 제 1 및 제 2 지지부(92,93)가 있음으로써, 무축 스크류(90) 자체의 중량이 감소되고, 따라서 물의 압력에 의해 더 잘 회전될 수 있으며, 지지대(14)에 전해지는 힘을 최소화시킬 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 무축 스크류(90)의 전체적인 형상은 길이 방향의 제 1 단부에서 회전 날개(91)가 작은 직경을 가지는 반면에, 제 2 단부에서는 회전 날개(91)가 큰 직경을 가지는 테이퍼 형상을 가진다.
도 4는 작은 직경을 가지는 제 1 단부에서 회전 날개(91)에 고정된 제 1 지지부(92)를 도시하는 반면에, 도 5는 큰 직경을 가지는 제 2 단부에서 회전 날개(91)에 고정된 제2지지부(93)를 도시한다. 상기 제 1 및 제 2 지지부(92, 93) 각각은 회전 날개(91)의 회전 중심에 일치하도록 배치된 상태에서 회전 날개(92)에 적절한 수단에 의해 고정된다. 위에서 설명된 바와 같이, 제1,제2지지부(92, 93)는 지지대(14)에 회전 가능하게 설치되고, 제1지지대(14a)를 통하여 연장되며, 지지부(92 또는 93)의 단부에 제1구동기어(51)가 설치된다.
무축 스크류(90)의 회전 날개(91)는 도면에 도시된 바와 같이 일정한 두께를 가지면서 폭이 점진적으로 증가하는 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성된 것으로 이해될 수 있다. 상기 판상 부재의 폭은 길이 방향을 따라서 점진적으로 증가하므로, 제 1 지지부(92)가 고정되는 제 1 단부에서 무축 스크류의 회전 날개(91)의 직경은 가장 작고, 제 2 지지부(93)가 고정되는 제 2 단부에서 회전 날개(91)의 직경은 가장 크다. 하천 또는 수로에 무축 스크류(12)가 설치될 경우에, 직경이 작은 제 1 단부에 고정된 제 1 지지부(92)가 상류를 향하도록 배치된다. 상류로부터 유입되는 유체의 흐름에 의해 회전 날개(91)의 표면에 가해지는 압력에 의하여, 무축 스크류(90)는 제 1 및 제 2 지지부(92,93)를 회전축으로 하여 회전되도록 회전 날개(91)가 형성된다.
도 6 및 도 7은 무축 스크류의 다른 예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 6을 참조하면, 무축 스크류(90)는 회전 날개(91a,91b)를 가지며, 작은 직경을 가지는 제 1 단부에 고정된 제 1 지지부(92) 및 큰 직경을 가지는 제 2 단부에 고정된 제 2 지지부(도 6에서 미도시)를 가진다. 도 6에 도시된 무축 스크류(32)는 두께가 일정하고 길이를 따라서 폭이 증가하는 2 개의 판상 부재를 일 단부에서 상호 직각으로 배치한 상태에서, 2 개의 판상 부재들 각각이 동일한 스크류형상을 가지도록 구성한 것으로 이해할 수 있다. 즉, 하나의 판상 부재는 제 1 회전 날개(91a)로 형성되고, 다른 하나의 판상 부재는 제 2 회전 날개(91b)로 형성된다. 무축 스크류(90)의 회전축으로서 설치된 제1지지부(92)에 직각인 단면에서 바라볼 때, 제 1 지지부(92)가 고정된 제 1 단부로부터 제 2 지지부(도 6에서 미도시)가 고정된 반대편의 제 2 단부로 갈수록 무축 스크류(90)의 직경은 점진적으로 증가한다.
도 7을 참조하면, 무축 스크류(90)는 회전 날개(91a, 91b)를 가지며, 제 1 단부에 고정된 제 1 지지부(92) 및 제 2 단부에 고정된 제 2 지지부(도 7에는 미도시)를 가진다. 도 6에 도시된 실시예와는 상이하게, 제 1 단부 및 제 2 단부에서 무축 스크류(90)의 직경은 동일하다. 도 7에 도시된 무축 스크류(90)는 두께가 일정하고 길이를 따라서 폭이 일정한 2 개의 판상 부재를 일 단부에서 상호 직각으로 배치한 상태에서, 2 개의 판상 부재들 각각이 동일한 스크류 형상을 가지도록 구성한 것으로 이해할 수 있다. 즉, 하나의 판상 부재는 제 1 회전 날개(91a)로 형성되고, 다른 하나의 판상 부재는 제 2 회전 날개(91b)로 형성된다. 무축 스크류(90)의 회전축으로서 설치된 제1지지부(92)에 직각인 단면에서 바라볼 때, 제 1 지지부(92)가 고정된 제 1 단부로부터 제 2 지지부(도 7에서 미도시)가 고정된 반대편의 제 2단부로 갈수록 무축 스크류(90)의 직경은 일정하다.
위에 설명된 무축 스크류 발전 장치는 물의 유속이 발생하는 수심깊은 강이나 해양에 설치되는 것으로서, 유속이 발생하는 수심 깊이와 폭에 따라서 수직 수평으로 복수개의 무축 스크류가 설치되며 발전량에 따라 크기와 수량이 결정된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 수차 고정블록에 의해 수직구조물의 외주면 상에 조립되어 설치되며, 수차 고정블록을 중심으로 그 좌, 우 양측에 수평하게 각각 제1지지대가 일체로 연설되고, 각각의 제1지지대와 상기 제1지지대에 대응되는 적어도 하나의 보조 지지봉이 형성된 제2지지대에 의해 적어도 하나의 수차를 일정 간격 이격되게 지지 및 고정하되, 수지구조물 주변의 유량 및 유속에 따라 수차가 자유롭게 회전 가능하도록 수면 아래에 각각의 수차가 잠길 수 있게 지지 및 고정하는 지지대;
    봉 형태의 회전축 외면에 스크루 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 회전축의 양단이 상기 지지대에 의해 자유회전 가능하게 지지되어, 물의 흐름에 따른 수차날개의 회전력으로 회전축을 회전운동시키는 적어도 하나의 수차; 및
    상기 회전축의 일측 단부와 연결된 다수의 기어로 구성된 동력전달부재를 통해 연결되어 상기 회전축의 회전운동에 의한 전기에너지를 생성하는 발전부재;를 포함하며,
    상기 수차와 나란하게 상기 수차 고정블록에 일측 단부가 조립 및 고정되고, 다른측 단부는 자유단으로 상하 및 좌우로 유동 가능하게 형성되되 그 자유단부의 몸체가 상하로 각각 연설되어 그 연설된 단부에 상기 제2지지대를 끼움 조립할 수 있는 상하 안내홈이 형성된 안내블록을 구비하여, 유량 및 유속에 의한 수차의 상하 유동 및 좌우 유동을 일정 범위 이내에서 제한적으로 안내하고 지지하는 수차유동 안내부재;를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2지지대는,
    상기 안내블록의 상하 안내홈에 끼움 조립되면서 좌,우로의 유동을 일정 범위 이내에서 제한하기 위한 걸림턱이 양측에 형성된 좌우 안내봉을 중앙부에 일체로 구비한 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지지대는,
    각각의 수차 고정블록에 의해 수직구조물의 외주면 상에 상하 2열 이상으로 평행하게 배열되어 조립 및 설치되며,
    각각의 지지대에는 적어도 하나의 수차가 설치되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  4. 수중에 잠긴 수직 구조물;
    상기 수직 구조물의 외주면 상에 승강 및 회전 가능하게 설치된 원통체;
    상기 원통체에 대하여 고정되어 부력을 제공하는 부력체;
    상기 원통체로부터 연장된 다수의 지지대;
    봉 형태의 회전축 외면에 스크루 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 회전축의 양단이 상기 지지대에 의해 자유회전 가능하게 지지되어, 물의 흐름에 따른 수차날개의 회전력으로 수차축을 회전운동시키는 적어도 하나의 수차;
    상기 수차의 회전력을 전달하는 동력 전달 부재;
    상기 동력 전달 부재를 통해 전달된 동력에 의해 전력을 발생시키는 발전부재; 및
    상기 수직 구조물을 둘러싸는 베어링 플레이트 및 상기 베어링 플레이트에 회전 가능하게 매립된 다수의 볼들을 구비하는 베어링 조립체를 포함하고,
    상기 베어링 조립체는 상기 수직 구조물의 외표면과 상기 원통체의 내표면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 원통체의 승강을 제한하도록 상기 수직 구조물에 상부 걸림턱 및 하부걸림턱이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    고리형 플레이트 및 상기 고리형 플레이트의 원주 내표면에 회전 가능하게 매립된 다수의 볼들을 구비하는 베어링 조립체를 더 구비하고,
    상기 베어링 조립체는 상기 원통체의 상단부 및 하단부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 원통체는 제 1 원통체 절반부 및 제 2 원통체 절반부를구비하고, 상기 제 1 원통체 절반부 및 제 2 원통체 절반부는 연결 플레이트에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  8. 제 1항 또는 제4항에 있어서,
    동력전달부재는,
    상기 수차의 회전축을 지지하는 지지대와 평행하게 연장되는 제1종동축;
    상기 수직 구조물과 평행하게 연장되는 제2종동축; 및,
    상기 수차의 회전축, 상기 제1종동축 및 상기 제2종동축에 각각 설치되어 서로 맞물린 기어들;을 구비하는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 지지대 중 적어도 어느 하나는,
    상기 원통체로부터 연장된 지지대는 고정 지지대 및 상기 고정 지지대의 중공부에 삽입될 수 있는 삽입 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전 장치.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 수차는 무축 스크류로 구성되며,
    상기 무축스크류는, 스크류 형상의 회전 날개 및 상기 무축 스크류의 회전 중심에 대응되도록 제1 단부 및 제 2 단부로부터 각각 연장된 제 1 지지부 및 제 2 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지면서 폭이 점진적으로 증가하는 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성됨으로써, 회전 날개의 직경이 제 1 지지부로부터 제 2 지지부를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지면서 폭이 점진적으로증가하는 2 개의 판상 부재가 일 단부에서 상호 직각으로 배치된 상태에서, 각각의 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성되며, 상기 회전 날개의 직경이 제 1 지지부로부터 제 2 지지부를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 무축 스크류의 제 1 단부에서의 회전 날개의 직경은 제 2 단부에서의 회전 날개의 직경보다 작으며, 상기 무축 스크류의 제 1 단부가 유체 흐름의 상류측을 향하는 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 무축 스크류의 회전 날개는, 일정한 두께를 가지는 2 개의 판상 부재가일 단부에서 상호 직각으로 배치된 상태에서, 각각의 판상 부재가 스크류 형상을 가지도록 구성되며, 상기 회전 날개의 직경이 제 1 지지부 및 제 2 지지부에서 동일한 것을 특징으로 하는 자유조절 발전장치.
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