WO2022119081A1 - 판코일 발전장치 - Google Patents

판코일 발전장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2022119081A1
WO2022119081A1 PCT/KR2021/011856 KR2021011856W WO2022119081A1 WO 2022119081 A1 WO2022119081 A1 WO 2022119081A1 KR 2021011856 W KR2021011856 W KR 2021011856W WO 2022119081 A1 WO2022119081 A1 WO 2022119081A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plate coil
power generation
flange
wire
plate
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/011856
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김용택
Original Assignee
김용택
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김용택 filed Critical 김용택
Publication of WO2022119081A1 publication Critical patent/WO2022119081A1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/24—Rotors for turbines
    • F05B2240/243—Rotors for turbines of the Archimedes screw type
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 power generation device that generates electricity using the rotational force of a fluid flowing into a plate coil.
  • a power generation device that generates electricity using the rotational force of a fluid flowing into a plate coil.
  • the rotational force can be easily and efficiently generated by a plate coil in a flowing fluid.
  • it relates to a plate coil power generator, characterized in that the power is generated in the generator by transmitting power through the connected steel bar wire.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0093561 discloses, as shown in FIG. 1 , an underwater rotating body 32 rotating by a water current 11 and the The driving-side hydraulic pump 34 for supporting the front end 52 of the submersible rotating body 32 at a predetermined position in the water, and the driving-side hydraulic pump 34 for the rotational power of the submersible rotating body 32 supported by the A power transmission unit 40 that transmits to the upper side of the water surface 9, and a generator 39 that is driven by the power transmitted by the power transmission unit 40 and is disposed above the water surface, and the underwater circuit
  • the whole 32 intersects with the axial direction 43 of the underwater rotating body between the front end of the body 51 and the driving-side hydraulic pump 34 and the body portion 51 having a streamline shape from the front end to the rear end.
  • a water current generator capable of stably generating electricity for a long period of time is proposed by having a support part 33 capable of swinging in the direction to have a plurality
  • the first prior art also needs to separately provide a large-sized rotating body, a power transmission means, and a large-sized generator, and must be disposed on the fixed device placement unit 3 due to the nature of the power transmission unit, so it is suitable for small ships. It is understood as a power generation device that exceeds the size that can be built.
  • the second prior art ocean current generator 10 is, as shown in FIG. 2 , a wing part 100, a wire part 200 connected between the wing part 100 and the hull 2 to provide tension. ), is installed on the hull 2 and converts the tension of the wire part 200 into rotational force.
  • the wing unit 100 is capable of flowing in water, and the ocean current generator 10 rotates the rotating unit 300 with the tension of the wire unit 200 connected to the wing unit 100 and rotates by the rotational force of the rotating unit 300 .
  • the electric machine 400 operates to generate electric power.
  • the second prior art ocean current generator 10 has a structure in which the wing part 100 is connected to the hull 2 through the wire part 200, and the wing part 100 facilitates flow along the flow of seawater. It is formed in the shape of an airfoil/hydrofoil. Therefore, it is possible to generate tension in the wire part 200 in response to the flow of the wing part 100 and easily rotate the rotating part 300 connected to the wire part 200 by the tension.
  • the second prior art ocean current generator 10 is formed in a structure that can easily convert the flow of seawater or dynamic pressure corresponding to the flow of seawater into rotational force.
  • the rotating unit 300 induces rotation of the rotating electric machine 400 by transmitting a rotational force to the rotating electric machine 400 mounted on the hull 2 .
  • electric power is generated by the electromagnetic induction action of the rotating electric machine 400 .
  • the rotating electric machine 400 is a concept including both an electric motor and a generator, and the ocean current generator 10 may generate electric power using an electric motor and a generator mounted on the hull 2 .
  • the wing part 100 is formed in a shape corresponding to the shape of the hull 2 , and is easily detachable from the hull 2 and is easily accommodated in the hull 2 . For this reason, it is possible to very easily apply the ocean current generator 10 to the ship 1 without damaging the space of the hull 2, such as the deck, while minimizing the deformation of the hull 2 or the coupling of additional objects.
  • the wing unit 100 may use the tension of the wire unit 200 and the rotational force of the rotating unit 300 by adjusting the flow direction or trajectory in water as desired.
  • the efficiency of hydroelectric power generation is ultimately generated by the rotational force, and it is undesirable in terms of efficiency compared to the size of the entire device, such as taking a lot of resistance because it is a method of fitting a wire.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and to propose a small hydroelectric power generation device with high efficiency.
  • a plate coil power generation device comprising: a plate coil unit 10 for obtaining a rotational force by a fluid flow; a power generation unit 40 for changing the rotational force of the plate coil unit 10 into electric power while being mounted on the support body (“C”); and a connection part 30 for transmitting the rotational force of the plate coil part 10 to the power generation part 40 ; It is characterized in that it includes.
  • the plate coil part (10) is characterized in that it comprises a plate coil (12) which rotates directly by a fluid flow.
  • the plate coil part 10 is characterized in that it consists of a plate coil 12 and a steel bar 11 used as a rotation shaft of the plate coil 12 .
  • connection part 30 is composed of a wire that transmits rotational force while being physically shaft-coupled with the plate coil part 10, and a flange that shaft-couples the wire and the plate coil part 10. do.
  • the plate coil part 10 includes a plate coil 12 that rotates directly by a fluid flow, and one end of the plate coil 12 has a plate coil extension 12a formed therein. It is characterized in that it is fixed to the flange (32).
  • the flange 32 has a disk-shaped bracket 32a having a larger diameter than the flange body diameter and is fixed to the flange body and protrudes, and the plate coil extension part 12a is connected to the flange 32 ) is bent along the body and the bracket (32a), characterized in that it is fixed to the bracket as well as to the flange body.
  • the weight control unit 20 is detachably attached to the free end of the plate coil 12 .
  • a threaded part for coupling the steel bar 11 and a threaded part for wire coupling are formed on the left and right sides of the flange 32 of the connecting part 30, respectively, and the male threaded parts matching the threaded part are respectively formed at the steel bar 11 and the wire end. is formed, and the screw parts are coupled to each other so that the connection part 30 is connected to the plate coil part 10 and the wire.
  • the plate coil 12 is characterized in that it can be stored and carried in a state where the plate and the plate are overlapped in a state in which external force is not normally applied like a helical spring.
  • the plate coil 12 can be stored and portable in a state where the plate and the plate are overlapped in a state where external force is not normally applied like a helical spring. While unfolding the plate coil 12, inserting the steel bar 11 into the steel bar insertion hole 12b of the plate coil 12, coupling it to the flange 32, and fixing the plate coil with the fixing pin 13 characterized.
  • the flange includes a main flange 32' axially coupled to the plate coil part 10, and an auxiliary flange 32" axially coupled to the wire, and the main flange 32' and The auxiliary flange (32") is characterized in that it is shaft-coupled to the connecting rod (34).
  • the flange includes a main flange 32' axially coupled to the plate coil part 10, and an auxiliary flange 32" axially coupled to the wire, and the main flange 32' and The auxiliary flange (32") is characterized in that it is connected by a spring (35).
  • a safety net 37 is installed in the wire coupling portion of the front portion of the power generation unit 40 and a rubber hose 36 is overlaid on the outside of the wire.
  • the angle of inclination of the plate coil 12 with respect to the steel bar 11 is different depending on the left and right sides, so that it is radially asymmetric.
  • the wire is a twisted wire 31' in which several steel wires are twisted.
  • the power generation device of the present invention has a great advantage in renewable energy and energy production because it produces electricity that can be used for life and industry and has an efficient energy replacement effect compared to the existing power generation device.
  • FIG. 1 is an enlarged side view showing a water current generator according to the first prior art.
  • Figure 2 is a perspective view of the ocean current generator and the ship according to the second prior art.
  • Figure 3 is a schematic perspective view of the plate coil power generation device of the present invention.
  • Figure 4a is an explanatory view of the operation of the power generation state of the plate coil generator of the present invention.
  • Figure 4b is an explanatory view of the action of the steel bar wire of the plate coil power generation device of the present invention.
  • Figure 4c is an explanatory view of the action of the plate coil according to the fluid flow direction of the plate coil power generation device of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of the plate coil power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a plate coil generator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a component diagram of a plate coil generator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a front view of a plate coil generator according to a third embodiment of the present invention.
  • Fig. 8B is a front view of a plate coil generator according to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • Fig. 9a is a front view of a plate coil generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 9B is a front view of a plate coil generator according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a state diagram of the use of the plate coil power generation device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG 11 is a front view of a plate coil modified in the plate coil power generation device of the present invention.
  • Figure 3 is a schematic perspective view of the plate coil generator of the present invention
  • Figure 4a is an operation explanatory view of the power generation state of the plate coil generator of the present invention
  • Figure 4b is a description of the operation of the steel bar wire of the plate coil generator of the present invention
  • Figure 4c is an explanatory view of the action of the plate coil according to the fluid flow direction of the plate coil power generation device of the present invention.
  • the plate coil power generation device 100 is mounted on a plate coil unit 10 that obtains rotational force by water flow, and a power generation device support body (“C”) such as a ship or a floating body. It is composed of a power generation unit 40 that changes the rotational force of the plate coil unit 10 into electric power, and a connection unit 30 that transmits the rotational force of the plate coil unit 10 to the power generation unit 40 .
  • a power generation device support body such as a ship or a floating body.
  • the plate coil unit 10 is composed of a plate coil 12 and a steel rod 11 used as a rotation shaft of the plate coil 12, and the power generation unit 40 is configured to generate a generator 41 and a generator.
  • Consists of a fastening device such as a fastening bolt 42 mounted on the support body (“C”) and an electric wire 43 , and the connecting part 30 transmits a rotational force while being physically shaft-coupled with the plate coil part 10 .
  • It consists of a steel bar wire 31 and a flange 32 for axially coupling the steel bar wire 31 and the steel bar 11 of the plate coil part 10, in this case, the flange 32 has a diameter greater than the diameter of the flange body.
  • the bracket 32a may be integrally coupled or coupled by welding or the like.
  • the plate coil part 10 sufficiently submerged in the water flow is rotated by the water flow.
  • the plate coil 12 is a left-hand thread (counterclockwise) viewed from the flange 32 side.
  • the steel bar 11 When coupled to rotate in a screw) shape, when the fluid flow direction of the water flows to the left in the drawing (see arrow "A"), the steel bar 11 receives the same resistance as the right-hand screw, so when viewed from the flange 32 side It rotates clockwise (see arrow "B"), and then, the rotational force of the steel rod 11 rotates the steel rod iron 31 shaft-coupled through the flange in the same direction, and by this rotational force, the generator 41 generates electric power and transmits the electric power to the required place through the wire 43 .
  • connection part 30 (in particular, the steel bar wire 31)
  • the connection part 30 (in particular, the steel bar wire 31)
  • the plate coil part 10 assembled through the steel bar wire 31 is placed in water.
  • the plate coil body 10 faces vertically downwards by its weight, in the case of water with no flow rate. made to have
  • Figure 4b is an explanatory view of the action of the steel bar wire of the plate coil generator of the present invention
  • (a) of Figure 4b is a view from above of the plate coil generator 100 at the moment the flow rate starts
  • (b) of Figure 4b is a view from above of the plate coil power generation device 100 in a state where it is assumed that the plate coil 12 is pushed only when it rotates clockwise as viewed from above
  • (c) of FIG. 4b shows that the flow velocity is an upward force
  • It is a view from above of the plate coil generator 100 in a stable balanced state by receiving the force of "S" in (b) of 4b.
  • the unfolded plate coil 12 stands vertically and has a spirally symmetrical shape. That is, it is in a state of being immersed in water and no water flows, so it remains as it is, but here, if water flows with a flow rate, the plate coil 12 is pushed back due to a drag force from the flowing water and cannot maintain verticality, and the water As viewed from the front of the flow, the plate coil 12 has an inclined shape in which the lower part is pushed back further, as shown in (a) of FIG. 4B. This is because the upper part is holding the steel bar wire 31 from the generator 41 . Again, if the vertical screw-shaped plate coil 12 receives the flow rate of water in front, (c) of FIG.
  • the left side of the plate coil 12 of the invention will try to rotate in a clockwise direction when viewed from above, and the right side of the plate coil 12 will rotate in a counterclockwise direction when viewed from above. However, since the left and right areas are the same, the left side is pressed down and the right side is lifted up and tries to rotate counterclockwise, so the force is canceled and rotation becomes difficult.
  • the plate coil 12 is pushed back by the drag force of the flowing water and cannot maintain verticality, and when viewed from the front where the water flows, the plate coil 12 has an inclined shape in which the lower part is pushed further back. becomes this Then, this time, in the screw shape in the case of FIG. 3 , the shape on the left side of the plate coil 12 appears wider and the shape on the right side becomes flatter and looks smaller. This is due to the shape of the screw, and it is due to the shape of the left-hand thread when viewed from above.
  • the plate coil 12 In the shape of the right-hand thread when viewed from above, as mentioned above, the plate coil 12 is pushed back by the drag force of the flowing water as mentioned above, and the vertical If it cannot be maintained, and when viewed from the front where the water flows, the plate coil 12 has an inclined shape in which the lower part is pushed back further, this time the shape of the screw on the right side of the plate coil 12 is wider when viewed from the front where the flow velocity flows.
  • the left side is flattened and looks small.
  • the screw shape appears wider on the left side of the plate coil 12, and the shape on the right side becomes flatter and smaller, resulting in a difference in drag. In general, the larger the slope, the greater the difference.
  • the plate coil 12 Due to the difference between the left and right of this drag, the plate coil 12 receives a rotational force and rotates.
  • the weight of the plate coil 12 balances each other with the flow rate of water, and the plate coil 12 continues to rotate clockwise in a state where the lower part of the plate coil 12 is pushed back and inclined.
  • the lower end of the plate coil 12 is pushed back, and the size of the lifted up increases, so (A), (B), As in (C) and (D), the area of the wing of the plate coil 12 looks different when viewed from the front, and the area in contact with the fluid flowing vertically from the front to the back is different. That is, the left side has a wider wing area. Since the fluid flows vertically from the front to the back, the drag force of the fluid increases on the side with the larger area of the blades of the plate coil 12, so in the present invention, the plate coil 12 has a rotational force in the clockwise direction when viewed from above. Therefore, the greater the difference between the areas of the left and right sides of the plate coil 12, the greater the amount of power generation.
  • (C) is the shape that can make the biggest development. Even if the angle at which the lower end of the plate coil 12 is pushed back is too small (the flow velocity is small) or is too large (the flow velocity is large), the difference between the left and right areas becomes small. Since the amount of power generation must be large when the difference between the left and right wing areas is large, an appropriate weight control tool 21 can be installed and the angle can be adjusted according to the flow rate to increase the efficiency according to the angle.
  • no matter how small the flow rate, or no matter how large the flow rate power generation is always possible because the plate coil 12 is positioned between the vertical and horizontal.
  • the energy of the flow velocity of water is high, and the energy of the same flow velocity is about 840 times that of the energy according to the flow of air, and large energy can be obtained.
  • the steel bar wire 31 is rotated with the large rotational force of the plate coil 12 , large power can be obtained from the generator 41 .
  • the number of rotations of the blades of the screw blades is large, so that more efficient power generation is possible than a general propeller type water turbine generator.
  • FIG. 5 is a front view of the plate coil power generation device according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 5 (a) is a weight adjustment part
  • Figure 5 (b) is a plate coil part and a connection part
  • Figure 5 (c) is a right side view of the connection part.
  • FIG. 6 shows a partial cross-sectional view of a plate coil part and a connection part, and an enlarged cross-sectional view of a connection part, of the plate coil power generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • 7 is a part diagram of a plate coil generator according to a second embodiment of the present invention, which is also referred to in this embodiment.
  • the plate coil power generation device consists of a plate coil part 10 , a connection part 30 and a power generation part 40 , and preferably a weight control part 20 . can be added
  • a helical plate coil 12 is supported on a steel bar 11 acting as a support shaft, and the steel bar 11 is a shaft to the steel bar wire 31 through a flange 32 .
  • the steel rod 11 it is preferable to use a rod or rod made of a hard material such as steel, but it is not necessarily limited thereto, and a material of another solid material may be used, and in some cases, a certain degree of flexibility It is also possible to use a material having this.
  • the plate coil 12 may be of a fixed type fixed to the steel bar 11, but more preferably, it is foldable like a plate coil spring as in the second embodiment in terms of portability and storage (for the folding type) detailed in the second embodiment).
  • the one side (right side in FIG. 5) end of the plate coil 12 is preferably fixed to the flange 32 by welding or other means by forming a plate coil extension 12a.
  • a disk-shaped bracket 32a having a diameter larger than the flange body diameter is provided on the flange 32 by being integrally with the flange body or fixed to the flange body by welding or other methods, and at this time, the plate coil It is preferable that the extension portion 12a is bent along the flange 32 body and the bracket 32a so as to be firmly fixed to the bracket body as well as the flange body by welding or the like. Because, the other side (left side in FIG. 5) end of the plate coil 12 has to be fixed to the steel bar 11 with a fixing pin 13, so that the plate coil 12 is completely fixed to the steel bar 11 This is because the resistance to the water flow of the plate coil 12 will be concentrated on the one (right) end.
  • the weight control member 21 is a weight having a larger specific gravity than the fluid or a floating body having a smaller specific gravity than the fluid, either of which is possible.
  • the weight control unit 21 has a binding bolt 23 protruding from the plate coil 12 (refer to FIG. 5 (b)) at the other (left) end of the plate coil 12. It is required to bind to the groove 14 , and it is possible to bind using the nut 23 for binding, for example.
  • the plate coil 12 when the plate coil 12 itself is made of a solid material, or when the plate coil part 10 is self-deployed by attaching a weight as a weight control tool 21 to the distal end, the steel bar 11 ), it is possible to rotate and generate electricity by the water flow (refer to (c) of FIG. 7).
  • it is developed in the same way as a compression spring so that it can be expanded to some extent as shown in (c) of FIG. 7 and can be folded as shown in FIG. Therefore, it is possible to generate electricity without the weight control tool 21, thereby improving the user's convenience (in this case, in a folded state by applying an external force from the outside to the inside, the plate coil 12 is bundled with a wire, etc. to create a volume After making it smaller, it can be stored and transported).
  • a threaded part 11a for coupling the steel bar 11 and a threaded part 32b for coupling the steel bar 11 are formed on the left and right sides of the flange 32 of the connection part 30, respectively, matching the threaded part
  • Male screw portions 11a and 31a are formed at the ends of the steel rod 11 and the steel rod wire 31 so that the screw portions are firstly coupled to each other, and the fixing nuts 33 are respectively fastened thereon.
  • the steel bar 11 becomes a right-hand thread (in Figs. 5 and 6, since it rotates clockwise as viewed from the flange 32, the plate coil ( 12) rotates clockwise in the fluid flow direction (“A”), so the steel bar threaded portion 11a must be a left-hand thread to lock the plate coil 12 as it rotates and develops).
  • the flange 32 and the steel bar wire 31 are also coupled in a similar manner to the above.
  • a plate coil extension 12a is formed at one side (left side of the flange 32) end of the plate coil 12, and the plate coil extension part 12a is welded to the flange 32 or other method.
  • a disk-shaped bracket (32a) having a diameter larger than the diameter of the flange body is formed, the plate coil extension part (12a) is bent at a right angle, and then the flange (32) body and It is preferable in terms of rigidity to be coupled to the bracket 32a at the same time in several places.
  • the flange 32 body and the bracket 32a may be integrally formed, or may be combined after being formed separately.
  • Unexplained reference numeral 39 denotes a welding part, and the welding part is a flange 32 body and a bracket 32a as shown in FIG. 5 in addition to the welding part between the bracket 32a and the plate coil extension 12a as shown in FIG. 6 . If it is to be combined after being separately formed, it may be necessary to form several welds.
  • the other end of the steel bar wire 31 is coupled to the generator 41 in a known manner, and thus the plate coil portion 10 rotates according to the fluid flow (“A” in FIG. 3 ) and shaft coupling therewith through the flange.
  • the steel bar wire 31 rotates, and by driving the generator 41 of the power generation unit 40 connected to the steel bar wire 31 to produce electricity, the electricity is transmitted to the electric wire 43 .
  • FIG. 7 is a component view of a plate coil power generation device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. And, (b) of Figure 7 is a view of the steel bar (11).
  • 7 (c) is a perspective view of a state in which the plate coil is expanded after the steel bar wire 31 is coupled to the plate coil and the flange assembly in FIG. 7 (a), and (d) of FIG. (20) is a diagram.
  • the biggest advantage of the plate coil power generator according to this embodiment is portability.
  • the point that the plate coil power generation device according to this embodiment is composed of the plate coil part 10, the connection part 30 and the power generation part 40 is the same as the existing principle of the present invention described above, but this In the plate coil power generation device according to the embodiment, as shown in Fig. 7 (a), in a state in which external force is not normally applied to the plate coil 12 like a helical spring, it can be stored and carried in a state where the plate and the plate are overlapped. do.
  • the plate coil power generation device of the second embodiment first, while the plate coil 12 is deployed as shown in FIG.
  • the steel bar 11 is inserted and coupled to the flange 32 as shown in FIG. 6 , and the fixing pin 13 is inserted into the pin insertion hole 11b so that the plate coil is not folded any more and is fixed.
  • the weight control unit 20 as shown in FIG. 7C is mounted on the weight control unit fastening groove 14 .
  • the plate coil extension portion 12a extending from one end of the plate coil 12 is bent, coupled to the flange 32 body and the bracket 32a in a manner such as welding, and stored. And when carrying, if the other side of the plate coil 12 is left without applying force, it becomes a flat small size as shown in FIG. On the other hand, when used as a small hydro power generator, if the plate coil is artificially or increased by its own load, it becomes as shown in (c) of FIG. 7 .
  • the plate coil 11 has a steel bar insertion hole 12b, which is a hole slightly larger than the thickness of the steel bar 11, in the center, and the plate coil 12 is extended here and the steel bar 11 can be inserted. will be.
  • the coupling method of the steel bar 11 and the flange 32 is in the same manner as in FIGS. 5 and 6 .
  • the plate coil 12 can be fixed with the fixing pin 13 in the pin insertion hole 11b at the other (left) end of the steel bar 11 .
  • the coupling between the main flange 32 ′ and the plate coil extension 12a of the plate coil part 10 is not necessarily a fixed method such as welding, but a separate detachable method is also possible. do.
  • Fig. 8a is a front view of a plate coil generator according to a third embodiment of the present invention
  • Fig. 8b is a front view of a plate coil generator according to a modified example of the third embodiment of the present invention.
  • the biggest feature of the plate coil power generator according to this embodiment is to transform the connection part 30 in the plate coil power generator of the second embodiment, and to convert the steel bar wire 31 to several tens according to the size and necessity of the generator 41. It is a point to further improve storage and portability by dividing it into sizes ranging from cm to several meters.
  • the flange 32 of the second embodiment described above in the case of the main flange 32' of the third embodiment, as shown in FIG.
  • the liver is manufactured in a fixed type by welding, etc., and an auxiliary flange 32" having a female threaded portion 32b formed on at least one side is additionally formed at the other end, and a steel bar wire ( 31) to be detachable through the holder 38 for coupling.
  • the entire length of the steel bar wire 31 can be segmented into several unit lengths, and furthermore, the connecting rod 34 and the steel bar wire 31 are made of separate materials and have the additional advantage of being able to select and cook accordingly.
  • the steel bar wire 31 may be any material capable of transmitting the rotational force (“B”) of the plate coil to the generator 41 as in the first and second embodiments. It is good if the material having some elasticity is advantageous for the direction change between the plate coil part 10 for generating power and the connection part 30 for generating electric power by rotational force and the power generation part 40 .
  • the steel bar 11 is coupled to the female threaded portion 32b formed on the left side of the main flange 32', and the right end of the male flange and the right end of the connecting rod 34 fixedly coupled by welding are auxiliary.
  • the flange 32 ′′ is fastened, and the holder 38 having a male thread part is detachably coupled to a female thread part (not shown) also formed on the right side of the auxiliary flange 32 ′′.
  • the holder 38 and the steel bar wire 31 are also fixedly coupled.
  • the holder 38 and the auxiliary flange 32" are assembled by screwing to make one long steel bar wire 31, 34, and when not in use, the power generation unit 40 and foldable
  • the plate coil and connecting rod assemblies (12, 32', 34, 32" are separately from the separated steel bar wire 31, storage and portability become easier, and it can be conveniently installed anywhere. Since it can generate electricity, it is very suitable as a small small hydro power generation device.
  • Fig. 9A is a front view of a plate coil generator according to a fourth embodiment of the present invention
  • Fig. 9B is a front view of a plate coil generator according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • the plate coil generator according to the fourth embodiment is almost similar to the plate coil generator of the third embodiment described above, with the only difference being that the connecting rod in the plate coil generator of the third embodiment (34: see Fig. 8A) This is a point replaced by a spring (35: see FIG. 9A) having more excellent elasticity. Since the rest is the same as that of the third embodiment, further detailed description will be omitted.
  • the plate coil power generation device according to the modified example of the fourth embodiment also has a connecting rod (34: see FIG. 8b) in the plate coil power generation device of the modified example of the third embodiment, a spring with better elasticity (35: see FIG. 9b) has been replaced by As a result, the flexibility of the installation of the power generation device is further improved due to its excellent elasticity, and a plate coil power generation device with further improved portability is possible.
  • Fig. 10 (a) is a state diagram of a plate coil power generation device according to a fifth embodiment of the present invention
  • Fig. 10 (b) is a cross-sectional view taken along line D-D in Fig. 10 (a).
  • the front part of the power generation unit 40 connected by the steel bar wire (31 in FIG. 3) rotates the steel bar wire 31, so safety must be ensured
  • the biggest feature of the plate coil power generation device according to the fifth embodiment is, in order to secure the safety of the steel bar wire coupling portion of the front portion of the power generation unit 40, as shown in (a) of FIG. , is that the safety net 37 is installed in the steel bar wire coupling portion of the front portion of the power generation unit 40 .
  • due to the high-speed rotation of the steel bar wire (31 in FIG. 3) if a person approaches too much, the sleeves, etc.
  • FIG. 10 (b) Cut a fairly loose rubber hose 36 on the outside of the steel bar wire 31 to an appropriate size (for example, about 1 m in size) and cover it all on the outside, and then operate the generator 41.
  • an appropriate size for example, about 1 m in size
  • the rubber hose 36 also rotates along with it, but even when a person catches or touches it, the overlaid rubber hose 36 does not rotate and stops, thereby preventing a safety accident such as winding a person around the steel bar wire.
  • FIG. 11 is a front view of a plate coil of a plate coil generator according to a modified example of the present invention.
  • plate springs such as screws are continuous in a helical shape, and in general, a virtual cut surface is formed in a direction perpendicular to the rotation axis at any point of the central rotation axis (ie, steel bar). Looking at the cut surface, only the rotation angle is different, and it is common to make the same to achieve radial symmetry.
  • the degree of slack in which the plate coil 12 winds the steel bar 11 is different, or the (inclination) angle between the plate coil 12 and the steel bar 11 is different, or there is a recess in the plate coil surface in one direction. It can be formed to be left-right asymmetrical.
  • the left plate coil wing curve (“CL”) and the right plate coil wing curve (“CR”) in the case of water flowing from the front with the lower part inclined backward, the left blade As the blade becomes wider and the right blade becomes narrower, it receives a force from each wing and thus receives a very large clockwise rotational force overall.
  • the power generation device as described above in the case of using a small vessel, is optimal for small hydro power generation using currents or ocean currents or water currents generated during the operation of the vessel.
  • the sea a wide range of uses is possible, and power generation is possible in rivers or valleys on land, and if it is made simply as in the second embodiment, power generation is possible without the steel bar 11, and furthermore, the weight control device ( 21), the plate coil 12 can be rotated by water flow without a separate additional device using its own weight or by using its own weight.
  • the plate coil 12 may be stretched out by itself by resistance when the flow velocity is generated. However, if it is unfolded too long, the force to hang down like a spring is increased and a side effect occurs, so it is also possible to use the fixing pin 13 to stop sagging at a certain position and rotate stably.
  • the plate coil 12 can be made thin, so it is easy to carry, and it can be folded and reduced in size as shown in FIG. 7 and tied with a string through a hole in the center to carry it in a small size.
  • a wire having good elasticity to roll and carry is used instead of the steel bar wire 11 as in FIG. 7 , the tensile force is strong but there may be a bending phenomenon in the upper part of the flange 32.
  • the main flange (32') A part of the spring 35 is connected to the upper part, or a steel bar wire as a part of the connecting rod 34 is placed on the upper part of the main flange 32' as in FIG. 8, and then the auxiliary flange 32" and There is a method of connecting the wire 31 through the holder 38 .
  • the plate coil 12 When the plate coil 12 is expanded and stretched, the plate coil 12 has a steel bar insertion hole 12b formed in the center of the plate coil 12 having a slightly larger diameter than the steel bar 11, and when the plate coil 12 is expanded and stretched, the plate coil 12 is Since the central hole becomes smaller as it stretches, it is preferable because it serves to fix the steel bar 11 by clamping and the plate coil 12 does not stretch any more. If the length of the steel bar wire 11 is made thick and strong and the thickness of the plate coil 12 is thickened to significantly increase the length, a very large power generation will be possible.
  • the plate coil power generation device of the present invention makes the weight of the plate coil 12 lighter and uses a balloon filled with helium gas as the weight control device 21. It is possible.
  • the power calculation formula was calculated using a formula such as the following ⁇ Equation 1>.
  • A(m2) Turbine blade cross-sectional area

Abstract

본 발명은, 효율성이 높고 간단한 소수력 발전장치를 제공하는데, 그 목적이 있는바, 이를 위하여 본 발명에 따른 판코일 발전장치는, 유체 흐름에 의해 회전력을 얻는 판코일부(10); 지지체("C") 상에 장착되면서 상기 판코일부(10)의 회전력을 전력으로 변화하는 발전부(40); 및 상기 판코일부(10)의 회전력을 상기 발전부(40)로 전달하는 연결부(30); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

판코일 발전장치
본 발명은, 판코일로 흐르는 유체에 의한 회전력을 이용하여 발전하는 발전장치에 관한 것으로, 특히, 유속이 있는 유체 속에 길게 나열된 판코일 날개를 통해, 흐르는 유체 속에서 판코일로 쉽게 효율적으로 회전력을 얻은 후, 연결된 강봉 와이어를 통해 동력을 전달하여 발전기에서 발전하는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치에 관한 것이다.
기존의 발전장치는 고정형으로 고가의 시설과 장비를 갖추고, 비교적 큰 규모의 발전을 하는 것으로, 발전 장소의 제한과 고비용이 들고 에너지 생산을 접하기에도 희귀해 제한이 있고, 누구나 발전할 수 있는 여건이 되지 않아 보급의 어려움에 있어 자연에서의 재생에너지를 취득하는데 몹시 힘든 문제점이 있다.
한편, 일반적으로 흐르는 유체는 E=(1/2)mv²로 표현되는 운동에너지를 가지고 있는바, 운동에너지는 질량과 속도의 제곱에 비례하므로, 물은 같은 유속의 공기에 비해 같은 부피당 질량이 1,000배 크므로 흐르는 물에서의 발전량은 상당히 크다. 다만, 이를 이용하는 데는 제약이 많고, 환경문제로 발전자원도 부족해 쉽게 다루기도 어렵다는 문제점이 있었으나, 최근에는 조류와 해류, 또는 비교적 큰 하천 등에는 큰 물의 흐름(이하, 간단히 「수류」라고 함)의 자연에너지를 이용하여 발전을 하는 소수력발전에 대한 많은 아이디어가 제안되어 있다.
일례로, 제1 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2010-0093561호 (수류발전장치) 는, 도 1에서 보는 바와 같이, 수류(11)에 의해 회전하는 수중 회전체(32)와, 상기 수중회전체(32)의 전단(52)을 수중의 소정 위치에 지지하는 구동측 액압펌프(34)와, 상기 구동측 액압펌프(34)에 의해 지지되는 수중 회전체(32)의 회전동력을 수면(9)의 상방까지 전달하는 동력전달부(40)와, 상기 동력전달부(40)에 의해 전달되는 동력으로 구동하며, 수면의 상방으로 배치된 발전기(39)를 구비하고, 상기 수중 회전체(32)는 전단으로부터 후단쪽으로 유선형상으로 된 동체부(51)와, 상기 동체부(51)의 전단과 상기 구동측 액압펌프(34)의 사이에서 수중 회전체 축방향(43)과 교차하는 방향으로 요동가능한 지지부(33)와, 상기 동체부(51)의 주위로부터 방사형으로 돌출되는 복수개의 날개(54)를 가지도록 하여 장기간 안정된 발전이 가능한 수류발전장치를 제안하고 있다.
그러나, 상기 제1 종래기술 역시, 상당한 크기의 회전체와 동력전달 수단 및 상당한 크기의 발전기를 각각 별도로 구비하여야 하며 동력전달부의 특성상 고정된 기기배치부(3) 상에 배치되어야 하므로, 소형 선박에 구축할 수 있는 정도의 크기를 넘는 발전장치로 이해된다.
더욱이, 상당한 전력생산을 위해서는 많은 수중 회전체를 설치하여야 하는바, 결국은 전체 장치가 커져 버려, 전체 장치의 크기에 비해서는 효율성이 그리 높지 않다는 한계가 있다.
한편, 소형 선박에도 적용가능한 정도의 소수력발전장치를 위한 제 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2017-0066062호 (해류 발전장치) 와 같은 것이 있다.
상기 제2 종래기술의 해류 발전장치(10)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 날개부(100), 날개부(100)와 선체(2)의 사이에 연결되어 장력을 제공하는 와이어부(200), 선체(2)에 설치되어 와이어부(200)의 장력을 회전력으로 변환하는 회전부(300), 및 회전부(300)에 축결합된 회전전기기(rotating electrical machine)(400)를 포함한다. 날개부(100)는 수중에서 유동이 가능하고 해류 발전장치(10)는 날개부(100)에 연결된 와이어부(200)의 장력으로 회전부(300)를 회전시키며 회전부(300)의 회전력에 의해 회전전기기(400)가 동작하여 전력을 생성한다.
상기 제2 종래기술의 해류 발전장치(10)는, 날개부(100)가 와이어부(200)를 통해 선체(2)에 연결된 구조로, 날개부(100)는 해수의 흐름을 따라 유동이 용이한 에어포일(airfoil)/하이드로포일(hydrofoil)의 형상으로 형성된다. 따라서, 날개부(100)의 유동에 대응하여 와이어부(200)에 장력을 생성하고 장력으로 와이어부(200)에 연결된 회전부(300)를 용이하게 회전시킬 수 있다. 상기 제2 종래기술의의 해류 발전장치(10)는 해수의 흐름 또는 해수 흐름에 대응하는 동압(dynamic pressure)을 회전력으로 용이하게 변환할 수 있는 구조로 형성된다.
특히, 회전부(300)는 선체(2)에 탑재된 회전전기기(400)에 회전력을 전달하여 회전전기기(400)의 회전을 유도한다. 이를 통해 회전전기기(400)의 전자기유도 작용에 의해 전력이 생성된다.
상기 회전전기기(400)는 전동기와 발전기를 모두 포함하는 개념으로, 해류 발전장치(10)는 선체(2)에 탑재된 전동기 및 발전기 등을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
또한, 날개부(100)는 선체(2) 형상에 대응하는 형상으로 형성되어 선체(2)와 용이하게 착탈이 가능하고 선체(2)에 용이하게 수납된다. 이로 인해, 갑판 등 선체(2) 공간을 훼손하지 않고도 선체(2) 변형이나 부가물의 결합을 최소화한 상태로 해류 발전장치(10)를 매우 용이하게 선박(1)에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 날개부(100)는 수중에서의 유동방향이나 궤적 등을 원하는 대로 조정하여 와이어부(200)의 장력 및 회전부(300)의 회전력을 이용할 수 있다.
그러나, 이상의 제2 종래기술은, 날개부(100)가 와이어부(200)에 장력을 발생시켜 회전부(300)를 회전시키는 방식이므로, 발전 후에는 다시 와이어를 감합하여야 하는 문제가 있고, 당연히 크기도 커질 수 밖에 없다.
더욱이, 수력발전의 효율은 결국 회전력에 의하여 발생하는바, 와이어를 감합하는 방식이어서 저항이 많이 걸리는 등, 전체 장치의 크기에 비해 효율성에 있어서도 바람직하지 않다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 효율성이 높은 소수력 발전장치를 제안하는 것이다.
더욱이, 가볍고 이동형 및 휴대성을 갖춰 누구나 쉽게 발전장치를 통해 발전할 수 있을 뿐 아니라, 재생에너지를 취득하여 생산에 직접 활용할 수 있는 접근용이성의 큰 이점을 갖는 소수력 발전장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 판코일 발전장치는, 유체 흐름에 의해 회전력을 얻는 판코일부(10); 지지체("C") 상에 장착되면서 상기 판코일부(10)의 회전력을 전력으로 변화하는 발전부(40); 및 상기 판코일부(10)의 회전력을 상기 발전부(40)로 전달하는 연결부(30); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 판코일부(10)는 유체 흐름에 의해 직접 회전하는 판코일(12)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 판코일부(10)는, 판코일(12)과 상기 판코일(12)의 회전축으로 사용되는 강봉(11)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 연결부(30)는, 상기 판코일부(10)와 물리적으로 축결합되면서 회전력을 전달하는 와이어와, 상기 와이어와 상기 판코일부(10)를 축결합하는 플랜지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 판코일부(10)는 유체 흐름에 의해 직접 회전하는 판코일(12)을 포함하며, 상기 판코일(12)의 일측 단부는, 판코일 연장부(12a)가 형성되어 상기 플랜지(32)에 고정되는 것을 특징으로 한다.
한층 더 바람직하게는, 상기 플랜지(32)에는 플랜지 몸체 직경보다 더 큰 직경을 갖는 디스크 형태의 브라켓(32a)이 플랜지 몸체와 고정되어 돌설되며, 상기 판코일 연장부(12a)는 상기 플랜지(32) 몸체와 상기 브라켓(32a)을 따라 굴곡 형성되어, 상기 플랜지 몸체에는 물론 상기 브라켓에도 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 판코일(12)의 자유단에는 중량조절부(20)가 탈착가능하게 결착되는 것도 가능하다.
또한 바람직하게는, 상기 연결부(30)의 플랜지(32) 좌우측에 각각 강봉(11) 결합용 나사부 및 와이어 결합용 나사부를 형성하고, 상기 나사부와 각각 매칭되는 수 나사부를 강봉(11) 및 와이어 말단에 형성하며, 상기 나사부끼리 결합되도록 하여, 상기 연결부(30)가 상기 판코일부(10) 및 상기 와이어와 연결되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 판코일(12)이 헬리컬 스프링처럼 평소에 외력이 가해지지 않는 상태에서는 판과 판이 겹쳐져 있는 상태로 보관 및 휴대가능한 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 판코일(12)이 헬리컬 스프링처럼 평소에 외력이 가해지지 않는 상태에서는 판과 판이 겹쳐져 있는 상태로 보관 및 휴대가능하며, 상기 판코일 발전장치를 사용하여 발전을 하고자 할 경우에, 상기 판코일(12)을 전개하면서, 판코일(12)의 강봉 삽입홀(12b)에 강봉(11)을 삽입하여 플랜지(32)에 결합하고, 고정핀(13)으로 판코일을 고정되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 플랜지는, 판코일부(10)와 축결합되는 메인 플랜지(32')와, 상기 와이어와 축결합되는 보조 플랜지(32")로 이루어지면서, 상기 메인 플랜지(32')와 상기 보조 플랜지(32")는 연결봉(34)으로 축결합되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 플랜지는, 판코일부(10)와 축결합되는 메인 플랜지(32')와, 상기 와이어와 축결합되는 보조 플랜지(32")로 이루어지면서, 상기 메인 플랜지(32')와 상기 보조 플랜지(32")는 스프링(35)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 발전부(40) 앞 부분의 와이어 결합 부위에 안전망(37)을 설치하고 와이어 바깥에 고무호스(36)를 덧씌우는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 강봉(11)에 대한 상기 판코일(12) 기울어짐 각도가 좌우측에 따라 상이하여 방사상 비대칭인 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 와이어는 여러 강선이 꼬인 꼬임와이어(31')인 것이 휴대성 측면에서 좋다.
본 발명에 따르면 본 발명은, 흐르는 유체가 있는 곳이면 장소에 구애됨 없이 발전이 가능하되, 하나의 회전축에 축방향을 따라 다수개의 블레이드를 연속으로 배치한 판코일을 통해 회전력을 얻는 관계로 효율성이 높은 소수력 발전이 가능하다는 장점을 지닌다.
더욱이, 간단하고 휴대가 가능한 발전장치 장비들로 이동성을 가지며, 누구나 쉽게 이용을 할 수 있어 단위 발전량당 비용이 저렴한 소수력 발전이 가능하다는 추가적인 장점들을 지닌다.
따라서, 본 발명의 발전장치에 의하면, 기존의 발전장치에 비해 효율적인 에너지 대체 효과와 생활과 산업에 이용할 수 있는 전기를 생산하므로 재생에너지 및 에너지 생산에 있어 큰 장점을 지닌다.
도 1은 제1 종래기술에 따른 수류발전장치를 도시한 확대 측면도.
도 2는 제2 종래기술에 의한 해류발전장치와 선박의 사시도.
도 3은 본 발명의 판코일 발전장치의 개략 사시도.
도 4a는 본 발명의 판코일 발전장치의 발전 상태의 동작 설명도.
도 4b는 본 발명의 판코일 발전장치의 강봉와이어의 작용 설명도.
도 4c는 본 발명의 판코일 발전장치의 유체흐름방향에 따른 판코일과의 작용 설명도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 관한 판코일 발전장치의 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 판코일 발전장치의 부품도.
도 8a는 본 발명의 제3 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도.
도 8b는 본 발명의 제3 실시예의 변형예에 관한 판코일 발전장치의 정면도.
도 9a는 본 발명의 제4 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도.
도 9b는 본 발명의 제4 실시예의 변형예에 관한 판코일 발전장치의 정면도.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 관한 판코일 발전장치의 사용상태도.
도 11은 본 발명의 판코일 발전장치에서 변형된 판코일의 정면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다.
이한, 본 발명에 따른 판코일 발전장치에 대하여 도 3 내지 도 11을 참고하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 기본 구성 및 동작원리에 대하여 도 3 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 판코일 발전장치의 개략 사시도이고, 도 4a는 본 발명의 판코일 발전장치의 발전 상태의 동작 설명도이고, 도 4b는 본 발명의 판코일 발전장치의 강봉와이어의 작용 설명도이며, 도 4c는 본 발명의 판코일 발전장치의 유체흐름방향에 따른 판코일과의 작용 설명도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 판코일 발전장치(100)는, 수류에 의해 회전력을 얻는 판코일부(10), 선박이나 부유체 등의 발전장치 지지체("C") 상에 장착되면서 판코일부(10)의 회전력을 전력으로 변화하는 발전부(40), 및 상기 판코일부(10)의 회전력을 상기 발전부(40)로 전달하는 연결부(30)로 구성된다.
상기 판코일부(10)는, 판코일(12)과 상기 판코일(12)의 회전축으로 사용되는 강봉(11)으로 이루어지며, 상기 발전부(40)는, 발전기(41)와 발전기를 발전장치 지지체("C") 상에 장착하는 체결볼트(42)와 같은 체결장치 및 전선(43)으로 이루어지며, 상기 연결부(30)는, 상기 판코일부(10)와 물리적으로 축결합되면서 회전력을 전달하는 강봉와이어(31)와, 상기 강봉와이어(31)와 상기 판코일부(10)의 강봉(11)을 축결합하는 플랜지(32)로 이루어지는바, 이때 상기 플랜지(32)에는 플랜지 본체의 직경보다 더 큰 직경의 디스크 형태로 브라켓(32a)을 일체로 혹은 용접 등의 방식으로 결합되도록 할 수 있다.
이제, 도 3 및 도 4a에서 보는 바와 같이, 수류에 충분히 잠긴 상기 판코일부(10)가 수류에 의해 회전하게 되는바, 일례로 판코일(12)이 플랜지(32) 쪽에서 보아 왼나사(시계반대방향나사) 모양으로 회전하도록 결합되면, 수류의 유체흐름방향이 도면상에서 좌측 방향으로 향할 때(화살표 "A" 참조), 강봉(11)은 오른나사와 같은 저항을 받게 되므로 플랜지(32) 쪽에서 볼 때에 시계 방향으로 회전하게 된다(화살표 "B" 참조), 계속해서, 상기 강봉(11)의 회전력은 플랜지를 통해 축결합된 강봉아이어(31)를 같은 방향으로 회전시키게 되고, 이러한 회전력에 의해 상기 발전기(41)가 전력을 생산하여 전선(43)을 통해 필요한 곳으로 전력을 전송하게 된다.
계속해서, 도 4b를 참조하여 상기 연결부(30)(특히, 강봉와이어(31))의 기능에 대해 설명한다. 상기 연결부(30)의 구성에 대해 재설명하면, 도 3에서과 같이 플랜지(32) 상단으로 강봉와이어(31)를 축결합시킨 후, 강봉와이어(31)를 통해 조립된 판코일부(10)를 물속에 늘어뜨려 담그면, 유속이 없는 물일 경우 판코일 몸체(10)는 무게로 수직으로 아래로 향하게 되는바, 이때, 상기 강봉와이어(31)는 소정의 직경을 갖는 강한 강철로 제작되어 어느 정도 탄성을 갖도록 제작된다.
도 4b는 본 발명의 판코일 발전장치의 강봉와이어의 작용 설명도인바, 도 4b의 (a)는 유속이 시작할 순간에 판코일 발전장치(100)를 위에서 본 모습이고, 도 4b의 (b)는 유속으로 판코일(12)이 위에서 보아 시계방향으로 회전 시 밀리는 것만을 가정한 상태의 판코일 발전장치(100)를 위에서 본 모습이며, 도 4b의 (c)는 유속이 상방향 힘 (도 4b의 (b)에서의 "S"의 힘) 을 받아 안정된 균형상태의 판코일 발전장치(100)를 위에서 본 모습이다.
유속없는 상태에서는 펼쳐진 판코일(12)이 수직으로 서게 되면서 나선형의 좌우 대칭 모양이 된다. 즉, 물 속에 담긴 상태이고 물이 흐르지 않으므로 그 상태로 그대로 있으나, 여기서 만약 물이 유속을 가지고 흐르게 되면 흐르는 물에 항력을 받아 판코일(12)이 뒤로 밀리게 되고 수직을 유지할 수 없고, 물이 흐르는 정면에서 보아 판코일(12)이 아랫부분이 뒤로 더 밀리는 경사진 모양이 되면서, 도 4b의 (a)에서 보는 바와 같이 된다. 왜냐하면 상단 부분은 강봉와이어(31)가 발전기(41)로부터 잡아주고 있기 때문이다. 다시 만약 수직된 스크류 모양의 판코일(12)이 물의 유속을 정면으로 받는다면, 본 발명의 도면 상태에서의 도 4b의 (c)는 유속이 본격적으로 빨라진 상태이므로, 도 3의 경우와 같이 본 발명의 판코일(12) 좌측은 위에서 보아 시계방향으로, 판코일(12) 우측은 위에서 보아 반시계방향으로 항력을 받아 회전하려 할 것이다. 다만, 좌우 면적이 동일해 왼쪽은 아래로 누르며 시계방향으로, 오른쪽은 위로 들리며 반시계방향으로 회전하려 해 같은 모양과 면적이라 힘이 상쇄되어 회전이 어렵게 된다.
결국, 위에서 언급한 대로 흐르는 물에 항력을 받아 판코일(12)이 뒤로 밀리게 되고 수직을 유지할 수 없게 되며, 물이 흐르는 정면에서 보아 판코일(12)이 아랫부분이 뒤로 더 밀리는 경사진 모양이 된다. 그러면 이번에는 도 3의 경우의 스크류 모양에서, 판코일(12)의 왼쪽의 모양이 더 넓게 보이고 오른쪽은 납작해져 작게 보인다. 이것은 스크류의 모양에서 기인한 것으로 위에서 보아 왼나사의 모양에서 기인한 것이고, 위에서 보아 오른나사의 모양에서는 지금과 같이 위에서 언급한 대로 흐르는 물에 항력을 받아 판코일(12)이 뒤로 밀리게 되고 수직을 유지할 수 없고, 물이 흐르는 정면에서 보아 판코일(12)이 아랫부분이 뒤로 더 밀리는 경사진 모양이 되면 이번에는 유속이 흐르는 정면에서 보아 스크류 모양은 판코일(12)의 오른쪽의 모양이 더 넓게 보이고 왼쪽은 납작해져 작게 보인다. 본 도면에서와 같이 다시 돌아와 스크류 모양은 판코일(12)의 왼쪽의 모양이 더 넓게 보이고 오른쪽은 납작해져 작게 보여 항력의 차이가 생긴다. 이것은 경사가 클수록 대체적으로 더 차이가 커진다. 이 항력의 좌우 차이로 판코일(12)은 회전력을 받게 되고 회전하게 된다. 판코일(12)의 무게로 물의 유속과 서로 균형을 이루며 판코일(12)이 아랫부분이 뒤로 밀려 경사진 상태로 계속 판코일(12)이 시계방향으로 회전하게 된다.
즉, 판코일(12)의 왼쪽 날개가 유속에 의해 힘을 더 받으므로 판코일(12)은 우측으로 밀리게 되고, 도 4b의 (a)에서 (b) 상태로 밀리게 된다. 그러면 경사각의 변동은 있을 수 있으나 회전력에는 큰 차이가 없다. 계속해서, 도 4b의 (b) 상태에서 유체흐름("A")으로 인해 "S" 부위에 뒤로 밀리는 유속의 저항력을 받게 되고 판코일(12)은 좌측으로 밀리게 되어 결국 왼쪽 날개가 유속에 의해 받는 힘의 우측으로 미는 힘과 도 4b의 (b) 상태에서 "S" 부위에서의 유체 흐름으로 인해 받는 힘의 좌측으로 밀리게 되는 서로의 힘의 균형을 이루는 지점에서 판코일(12)이 멈추게 되고 (도 4b의 (c) 참조), 판코일(12)은 유속과 저향력을 견디는 힘으로 비교적 큰 회전력을 계속 얻게 된다. 이 회전력은 발전으로 이어진다.
이제, 도 4c를 참조하여, 본 발명의 판코일 발전장치의 유체흐름방향에 따른 판코일과의 작용을 설명하면, 판코일(12)의 하단 부분이 뒤로 밀려 기울어지는 원리로 방사대칭이 깨져 방사비대칭이 되고, 뒤로 밀리는 각도(정도)에 따라 왼쪽 날은 더 넓게 되고 오른쪽 날은 작게 좁아지는 비율이 달라지므로 중량조절구(도 5의 21 참조)로 판코일(12)의 하단 부분이 뒤로 밀리는 정도를 조절해 가장 넓은 면적의 좌, 우 날개 차 면적을 만들어, 가장 효율적으로 발전할 수 있게 밀리는 각도를 적정하게 조정, 유지하며 발전할 수 있다.
도 4c의 (A), (B), (C), (D)는 하나의 판코일(12)이 유속을 받아 유속의 세기에 따라 기울기가 달라지는 모습으로 (A)는 유속이 없는 상태, (B)는 유속이 약한 상태, (C)는 유속이 (B)보다 커진 상태, (D)는 유속이 (C)보다 커진 상태로 (D)가 가장 유속이 큰 상태이다. (A)는 수직, (B)는 경사가 약간 생긴 경우, (C)는 (B)보다 수직에 대한 경사가 더 크고, 정면에서 보아 수직에 대한 경사도 크기는 (A)<(B)<(C)<(D) 순이다. 경사도 크기는 먼저, 도 4c의 (A)는 유체의 흐름이 없는 경우 유속이 없어 유체의 흐름이 없으므로 정면에서 보아 판코일(12)이 수직으로 되어 판코일(12) 날개의 면적이 정면에서 보면 좌, 우가 같다. 도 12의 (B)는 정면에서 약한 유속을 받는 경우 판코일(12) 하단이 약간 뒤로 밀린 경우로 기울기도 수직에서 작은 경사를 뒤로 가진다. 이에 따라 도 4c의 (A)에서 (B), (C), (D)로 갈수록 판코일(12) 하단이 뒤로 밀려, 들려 올려지는 크기가 커지므로 도 4c의 (A), (B), (C), (D)에서처럼 판코일(12) 날개의 면적이 정면에서 보아 다르게 보이며 정면에서 뒤로 수직으로 흐르는 유체에 닿는 면적이 다르게 된다. 즉 좌측이 날개 면적이 넓게 된다. 유체는 정면 앞쪽에서 뒤로 수직되게 흐르므로 판코일(12) 날개의 면적이 큰 쪽에서 유체의 항력이 커지므로 본 도면의 발명에서는 판코일(12)을 위에서 보아 시계방향으로 회전력을 갖는다. 따라서 판코일(12)의 좌측과 우측의 면적 차이가 클수록 큰 발전량이 된다. 본 도면에서는 (C)가 가장 큰 발전을 할 수 있는 모양이 된다. 판코일(12)의 하단이 뒤로 밀리는 각도가 너무 작아도(유속이 작아), 또는 너무 커도(유속이 커) 좌, 우측면적차가 작아진다. 좌, 우측 날개면적차가 커야 발전량이 크므로 이 각도가 맞게 효율을 높일 수 있게 유속에 따라 적정한 중량조절구(21)를 장착, 각도를 조절할 수 있다. 여기서 아무리 유속이 작아도, 또는 아무리 유속이 커도 수직과 수평 사이에 판코일(12)이 위치하므로 항시 발전은 가능하다.
참고로, 물의 유속은 에너지가 커 같은 물의 유속의 에너지는, 공기의 흐름에 따른 에너지의 약 840배가 되고, 큰 에너지를 얻을 수 있다. 판코일(12)의 큰 회전력으로 강봉와이어(31)를 회전시키면 발전기(41)에서 큰 전력을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 판코일(12)의 경우에는, 스크류 블레이드 날개의 회전 수가 많아 일반 프로펠러형 수차발전기보다 더욱 효율적인 발전이 가능하다.
(제1 실시예)
이제, 본 발명의 제1 실시예에 관한 판코일 발전장치에 대하여, 도 5 및 도 6을 주로 참조하고, 도 7을 보조적으로 참조하여 상술한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도로서, 도 5의 (a)는 중량조절부이고, 도 5의 (b)는 판코일부 및 연결부이며, 도 5의 (c)는 연결부의 우측면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 관한 판코일 발전장치 중, 도 5의 (b)는 판코일부의 및 연결부의 부분 단면도 및 연결부의 확대 단면도를 보여주고 있다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 판코일 발전장치의 부품도인바, 본 실시예에서도 참조되어진다.
본 실시예에 따른 판코일 발전장치는, 도 5 및 도 6에서 보듯이, 판코일부(10), 연결부(30) 및 발전부(40)로 구성되며, 바람직하게는 중량조절부(20)를 추가할 수 있다.
우선, 도 5에서 보듯이, 헬리컬 형상의 판코일(12)이 지지축으로 작용하는 강봉(11)에 지지되어 있는바, 강봉(11)은 플랜지(32)를 통해 강봉와이어(31)에 축결합되어 있다. 상기 강봉(11)의 재질은 강철과 같은 단단한 재질의 막대나 봉을 사용하면 바람직하나, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 다른 어느 정도 솔리드한 재질의 것을 사용하면 되며, 경우에 따라서는 어느 정도 유연성이 있는 재질의 것을 사용할 수도 있다.
상기 판코일(12)은 상기 강봉(11)에 고착되어 있는 고정형이어도 되지만, 더욱 바람직하게는 제2 실시예에서처럼 판코일 스프링과 같이 절첩가능한 것이 휴대 및 보관성 측면에서 바람직하다 (절첩형에 대해서는 제2 실시예에서 상술한다).
고정형이든 절첩형이든, 상기 판코일(12)의 일측(도 5에서 우측) 단부는, 판코일 연장부(12a)가 형성되어 플랜지(32)에 용접 기타 방식으로 고정되는 것이 좋다.
더 바람직하게는, 상기 플랜지(32)에는 플랜지 몸체 직경보다 더 큰 직경을 갖는 디스크 형태의 브라켓(32a)이 플랜지 몸체와 일체로 혹은 플랜지 몸체와 용접이나 기타 방식으로 고정되어 돌설되되, 이때 판코일 연장부(12a)는 상기 플랜지(32) 몸체와 상기 브라켓(32a)을 따라 굴곡 형성되어, 상기 플랜지 몸체에는 물론 상기 브라켓에도 용접 등이 방식으로 단단히 고정되도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 판코일(12)의 타측(도 5에서 좌측) 단부에는 고정핀(13)으로 강봉(11)에 고정되도록 하여야 하는바, 상기 판코일(12)이 상기 강봉(11)에 완전 고정되지 않는 방식인 경우, 상기 판코일(12)의 수류에 대한 저항력이 상기 일측(우측) 단부에 집중될 것이기 때문이다.
또한 바람직하게는, 상기 판코일(12: 도 5의 (b) 참조)의 타측(좌측) 단부에는 중량조절부(20: 도 5의 (a) 참조)를 추가하는 것이 바람직한바, 무게추를 달아서 수류에 충분히 잠겨야 하거나 혹은 반대로 코일부가 너무 무거울 경우에는 부유체를 매달아서 너무 잠기지 않도록 할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 도 5의 (a) 에서 중량조절구(21)는 유체보다 비중이 큰 무게추이거나 반대로 유체보다 비중이 작은 부유체, 어느 쪽도 가능하다. 중량조절구(21)에는 돌설된 결착용 볼트(23)가 상기 판코일(12: 도 5의 (b) 참조)의 타측(좌측) 단부에 위치하는 맨 말단의 판코일에 형성된 중량조절부 결착홈(14)에 결착하는 것이 요구되며, 일례로 결착용 너트(23)를 사용하여 결착하는 것이 가능하다.
다만, 본 실시예에서, 판코일(12) 자체가 솔리드한 재질로 이루어지는 경우 혹은 말단부에 중량조절구(21)로서의 무게추를 달아서 판코일부(10)가 자체적으로 전개되는 경우에는, 강봉(11) 없이도 수류에 의한 회전 및 발전이 가능하다 (도 7의 (c) 참조). 또한, 외력이 가해지지 않아도 도 7의 (c)에서처럼 어느 정도 전개되도록 하고 외력을 가하여 도 7의 (a)에서처럼 절첩이 가능하도록 압축스프링과 같은 방식으로 제작하면, 판코일(12) 자체 무게가 있으므로 중량조절구(21) 없이도 발전이 가능하게 하여 사용자의 편리성을 도모할 수 있다 (이 경우에는, 판코일(12)을 외측에서 안쪽으로 외력을 가하여 절첩한 상태에서, 와이어 등으로 묶어 부피를 작게한 후에, 보관 및 운반이 가능하다).
이제, 도 6을 참조하여, 판코일부(10)와 연결부(30)의 결합 구조에 대하여 상술한다.
도 6에서와 같이, 연결부(30)의 플랜지(32) 좌우측에 각각 강봉(11) 결합용 나사부(11a) 및 강봉와이어(31) 결합용 나사부(32b)를 형성하고, 상기 나사부와 각각 매칭되는 수 나사부(11a, 31a)를 강봉(11) 및 강봉와이어(31) 말단에 형성하여, 일차로 상기 나사부끼리 결합되도록 하며, 그 위에 각각 고정너트(33)를 체결한다. 이때, 판코일 쪽으로 난 나사부를 통해 강봉(11)을 조립할 경우, 판코일(12)이 회전하는 방향과 같은 방향으로 나사가 조립되게(도 5 및 도 6에서는 왼나사) 조립하는 것이 바람직하다. 판코일(12)이 플랜지(32)에서 보아 시계 반대방향으로 회전하면 강봉(11)은 오른나사가 된다 (도 5 및 도 6에서는 플랜지(32)에서 보아 시계 방향으로 회전하게 되므로, 판코일(12)은 유체흐름 방향("A")으로 시계 방향으로 회전하므로 강봉 나사부(11a)는 왼나사가 되어야 판코일(12)이 회전하여 발전할수록 잠기는 역할을 한다). 아울러, 상기 플랜지(32)와 강봉와이어(31) 간에도 상기와 유사한 방식으로 결합되도록 한다.
한편, 상기 판코일(12)의 일측(플랜지(32)의 좌측) 단부에는 판코일 연장부(12a)를 형성하여, 판코일 연장부(12a)를 상기 플랜지(32)에 용접이나 기타 방식으로 결합되도록 하는바, 더욱 바람직하게는 플랜지 몸체의 직경보다 더 큰 직경의 디스크 형상의 브라켓(32a)을 형성하고, 상기 판코일 연장부(12a)를 직각으로 구부린 다음, 상기 플랜지(32) 몸체와 상기 브라켓(32a)에 동시에 여러 곳에서 결합되도록 하는 것이 견고성의 측면에서 바람직하다. 플랜지(32) 몸체와 브라켓(32a)은 일체로 형성되어도 좋고, 별도로 형성된 후에 결합되어도 좋다.
미설명부호 (39)는 용접부인바, 용접부는 도 6에서 보는 바와 같은 브라켓(32a)과 판코일 연장부(12a) 간의 용접부 외에도, 도 5에서 보는 바와 같이 플랜지(32) 몸체와 브라켓(32a)이 별도로 형성된 후에 결합되어야 할 경우에는, 용접부를 여러개 형성하여야 할 수도 있다.
이후, 강봉와이어(31)의 타단이 공지의 방식으로 발전기(41)에 결합되며, 그리하여 유체흐름(도 3의 "A")에 따라 회전하는 판코일부(10) 및 그와 플랜지를 통해 축결합된 강봉와이어(31)가 회전하고, 강봉와이어(31)에 연결된 발전부(40)의 발전기(41)를 구동하여 전기를 생산하여 전선(43)으로 전기를 전송한다.
(제2 실시예)
이제, 본 발명의 제2 실시예에 관한 판코일 발전장치에 대하여, 도 7을 주로 참조하고, 상술한 도 5 및 도 6을 보조적으로 참조하여 상술한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 관한 판코일 발전장치의 부품도로서, 도 7의 (a)는 왼쪽부터 판코일(12) 및 플랜지(32) 결합체의 좌측면도, 정면도 및 우측면도이고, 도 7의 (b)는 강봉(11)의 도면이다. 도 7의 (c)는, 도 7의 (a)에서의 판코일과 플랜지 결합체에 강봉와이어(31)를 결합한 다음 판코일을 전개한 상태의 사시도이고, 도 7의 (d)는 중량조절부(20)의 도면이다.
본 실시예에 따른 판코일 발전장치의 가장 큰 장점은, 휴대 간편성이라 할 수 있다. 도 7에서 보듯이, 본 실시예에 따른 판코일 발전장치가, 판코일부(10), 연결부(30) 및 발전부(40)로 구성되는 점은 전술한 본 발명의 기존원리와 동일하나, 본 실시예에 따른 판코일 발전장치에서는, 도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, 판코일(12)이 헬리컬 스프링처럼 평소에 외력이 가해지지 않는 상태에서는 판과 판이 겹쳐져 있는 상태로 보관 및 휴대가능하다.
그리하여, 본 제2 실시예의 판코일 발전장치를 사용하고자 하는 경우, 먼저, 도 7의 (c)에서와 같이 판코일(12)을 전개하면서, 판코일(12)의 강봉 삽입홀(12b)에 강봉(11)을 삽입하여 도 6에서와 같이 플랜지(32)에 결합하고, 고정핀(13)을 핀삽입홀(11b)에 삽입함으로써 판코일이 더 이상 접히지 않고 고정되도록 하는 것이다. 이후, 필요에 따라, 도 7의 (c)에서와 같은 중량조절부(20)를 상기 중량조절부 결착홈(14)에 장착한다.
즉, 본 제2 실시예의 경우, 판코일(12)의 일측 단부에 연장된 판코일 연장부(12a)를 굽혀 플랜지(32) 몸체 및 브라켓(32a)에 용접 등의 방식으로 결합하고 두고, 보관 및 휴대 시에는 상기 판코일(12)의 타측은 힘을 가하지 않고 그냥 두면 도 7의 (a)에서와 같이 납작한 작은 크기로 되어 보관 및 휴대가 간편하도록 하는 것이다. 반면, 소수력 발전기로 사용할 시에는, 판코일을 인위적으로 또는 자체 하중으로 늘리면 도 7의 (c)에서와 같이 된다. 판코일(11)은 중앙에 강봉(11) 굵기보다 다소 큰 구멍인 강봉 삽입홀(12b)이 관통되어 나 있고, 여기로 판코일(12)을 길게 전개하면서 강봉(11)을 끼워 사용할 수 있는 것이다.
강봉(11)과 플랜지(32)의 결합방식은, 도 5 및 도 6에서와 같은 방식으로 결합시키면 되며, 도 5 및 도 6에서와 같이, 강봉(11)의 타측(좌측) 말단에 있는 핀삽입홀(11b)에 고정핀(13)으로 판코일(12)을 고정할 수 있다.
당연히, 본 제2 실시예의 변형례로서, 메인 플랜지(32')와 판코일부(10)의 판코일 연장부(12a) 간의 결합은, 반드시 용접 등의 고정방식이 아닌 별도의 탈착가능한 방식도 가능하다.
(제3 실시예)
계속해서, 본 발명의 제3 실시예에 관한 판코일 발전장치에 대하여, 도 8a 및 도 8b를 주로 참조하고, 상술한 도 7을 보조적으로 참조하여 상술한다.
도 8a는 본 발명의 제3 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도이고, 도 8b는 본 발명의 제3 실시예의 변형예에 관한 판코일 발전장치의 정면도이다.
본 실시예에 따른 판코일 발전장치의 가장 큰 특징은, 제2 실시예의 판코일 발전장치에서의 연결부(30)를 변형해서, 강봉와이어(31)를 발전기(41)의 크기와 필요에 따라 수십 cm 에서 혹은 수 m 정도로 크기로 분할하여 보관성 및 휴대성을 더욱 개량한 점이다. 다만, 이 경우, 상술한 제2 실시예의 플랜지(32)와 달리, 본 제3 실시예의 메인 플랜지(32')의 경우에는, 도 8a에서 보는 바와 같이, 메인 플랜지(32')와 판코일부(10) 간에는 용접 등의 방식으로 고정형으로 제작하고, 타측 말단부에는 적어도 일측에 암 나사부(32b)가 형성된 보조 플랜지(32")가 추가로 형성되도록 하며, 이곳 보조 플랜지(32")에 강봉와이어(31)가 결합용 홀더(38)를 통해 탈착 가능하도록 한다.
즉, 강봉와이어(31)의 전체 길이를 여러 개의 단위 길이로 분절가능하며, 더욱이 연결봉(34)과 강봉와이어(31)를 별개의 재질로 거기에 맞게 취사 선택가능하다는 추가적인 장점을 지닌다. 이때, 강봉와이어(31)는 제1 및 제2 실시예에서와 같이 판코일부의 회전력("B")을 발전기(41)로 전달할 수 있는 재질이면 좋으며, 연결봉(34)은, 수류에 의해 회전력을 발생시키는 판코일부(10)와 회전력으로 전력을 생산하는 연결부(30) 및 발전부(40) 간의 방향전환에 유리한 다소 탄성을 가진 재질이면 좋다.
더욱, 상세히는, 메인 플랜지(32')의 좌측에 형성된 암 나사부(32b)에 강봉(11)이 결합되도록 하며, 메일 플랜지의 우측과 용접에 의해 고정 결착된 연결봉(34)의 우측 말단에 보조 플랜지(32")가 결착되며, 역시 보조 플랜지(32")의 우측에 형성된 암 나사부(미 도시됨)에 수 나사부를 갖는 홀더(38)가 탈착가능하도록 결합된다. 홀더(38)와 강봉와이어(31) 역시 고정 결착되도록 한다.
결국, 긴 강봉와이어(31)를 수 개로 나누어 분리 가능하도록 함으로써, 보관성 및 휴대성과 이동성을 더욱 좋게 할 수 있다. 사용 시에는 홀더(38)와 보조 플랜지(32")를 나사 결합에 의해 조립해 하나의 긴 강봉와이어(31, 34)를 만들어 사용할 수 있고, 사용하지 않을 시에는 발전부(40)와 절첩 가능한 판코일과 연결봉의 어셈블리(12,32',34,32")를, 분리된 강봉와이어(31)와 별도로 보관 및 운반함으로써, 보관성 및 휴대성이 보다 용이해지고, 어디든지 편리하게 쉽게 설치하여 발전가능하므로, 소형 소수력 발전장치로서 매우 적합하다.
더욱이, 본 제3 실시예의 변형례로서, 도 8b에서 보는 바와 같이, 상기 강봉와이어(31) 대신, 가는 와이어 여러 가닥을 꼰 꼬임와이어(31')를 사용할 경우, 유연성이 좋아 잘 휘어지며 회전력 전달 유지도 좋으며, 상기 꼬임와이어(31')를 연결부(30)의 보조 플렌지(32")와 발전기(41) 사이에 연결하게 하여 사용하되, 사용하지 않을 시에는 분리하여 둘둘 말아 보관 및 이동하기 좋게 하므로, 주로 비교적 전력이 낮은 휴대용(예 60W, 캠핑의 텐트 사용의 발전용 등 및 기타) 발전기에 이동용으로 사용하기에 적합하다. 본 제3 실시예의 변형례의 발전장치는, 제3 실시예에 비해서도, 휴대성이 한층 더 개선되었다.
(제4 실시예)
계속해서, 본 발명의 제4 실시예에 관한 판코일 발전장치에 대하여, 도 9a 및 도 9b를 주로 참조하고, 상술한 도 8a 및 도 8b를 보조적으로 참조하여 상술한다.
도 9a는 본 발명의 제4 실시예에 관한 판코일 발전장치의 정면도이고, 도 9b는 본 발명의 제4 실시예의 변형예에 관한 판코일 발전장치의 정면도이다.
본 제4 실시예에 따른 판코일 발전장치는, 상술한 제3 실시예의 판코일 발전장치와 거의 유사하며, 단지 차이점은, 제3 실시예의 판코일 발전장치에서의 연결봉 (34: 도 8a 참조) 이, 좀 더 탄성이 우수한 스프링 (35: 도 9a 참조) 으로 대체된 점이다. 나머지는 제3 실시예와 동일하므로, 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
본 제4 실시예의 변형예에 따른 판코일 발전장치 역시, 제3 실시예의 변형예의 판코일 발전장치에서의 연결봉 (34: 도 8b 참조) 이, 좀 더 탄성이 우수한 스프링 (35: 도 9b 참조) 으로 대체되었다. 결국, 탄성력도 우수하여 발전장치의 설치에 대한 융통성이 더욱 개선되면서, 휴대성도 한층 더 개선된 판코일 발전장치가 가능하다.
(제5 실시예)
마지막으로, 본 발명의 제5 실시예에 관한 판코일 발전장치에 대하여, 도 10을 주로 참조하고, 상술한 도 3을 보조적으로 참조하여 상술한다. 도 10의 (a)는 본 발명의 제5 실시예에 관한 판코일 발전장치의 사용상태도이고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a)에서 D-D 선 단면도이다.
상술한 본 발명의 판코일 발전장치의 원리에 대한 도 3의 설명에서, 강봉와이어(도 3의 31)로 연결된 발전부(40) 앞 부분은 강봉와이어(31)가 회전하므로 안전성이 확보되어질 필요가 있는바, 본 제5 실시예에 따른 판코일 발전장치의 가장 큰 특징은, 발전부(40) 앞 부분의 강봉와이어 결합 부위의 안전성이 확보를 위해, 도 10의 (a)에서 보는 바와 같이, 발전부(40) 앞 부분의 강봉와이어 결합 부위에 안전망(37)을 설치하도록 한다는 점이다. 또한, 강봉와이어(도 3의 31)의 고속 회전으로, 사람이 과다 근접하면 고속 회전하는 강봉와이어(31)에 옷소매 등이 감겨 매우 위험할 수 있으므로, 도 10의 (b)에서 보는 바와 같이, 강봉와이어(31) 바깥에 상당히 헐거운 고무호스(36)를 적당한 크기로 (일례로, 1m 정도 크기로) 잘라 바깥에 모두 씌운 다음, 발전기(41)를 가동하면, 강봉와이어가 회전할 시 고무호스(36)도 같이 따라 회전하나, 만약 사람이 잡거나 닿을 경우라도, 덧씌워진 고무호스(36)가 돌지 않고 멈추어 강봉와이어와는 겉돌아 사람이 감기는 등의 안전사고를 예방할 수 있다.
(변형예)
마지막으로, 본 발명의 판코일 발전장치에 대한 변형예에 관하여, 도 11을 참조하여 상술한다. 도 11은 본 발명의 변형예에 관한 판코일 발전장치의 판코일 정면도이다.
상술한 본 발명의 판코일 발전장치에서 판코일은 스크류와 같은 판 스프링이 헬리컬 형상으로 연속되는바, 일반적으로는 중심 회전축(즉, 강봉)의 임의의 지점에서 회전축에 수직한 방향으로 가상절단면을 살펴보면, 그 절단면은 회전각만 상이할 뿐, 동일하게 하여 방사대칭을 이루도록 하는 것이 통상적이다.
그러나, 판코일(12)이 강봉(11)을 감는 느슨함 정도가 상이하거나, 판코일(12)과 강봉(11) 간의 (기울어짐) 각도가 상이하거나, 일측 방향의 판코일면에 오목부를 형성하여, 좌우 비대칭으로 할 수 있다. 일례로, 도 11에서 보는 바와 같이, 좌측 판코일 날개 커브 ("CL") 와 우측 판코일 날개 커브 ("CR") 는 상이함으로 인하여, 아랫부분이 뒤로 기울어진 상태에서 앞에서 흐르는 물의 경우 왼쪽 날은 넓게 되고 오른쪽 날은 좁아지는바, 날개 하나하나에 힘을 받으므로 전체적으로 매우 큰 힘의 시계방향 회전력을 받게 된다.
(그외 응용예)
한편, 상술한 바와 같은 발전장치는, 소형 선박을 이용하는 경우에, 조류나 해류 혹은 선박의 운행시 발생하는 수류를 이용한 소수력발전용으로 최적이다. 바다에서는 여러 광범위한 이용이 가능하고, 육지에서도 강이나 계곡에서 발전이 가능하며, 제2 실시예에서처럼 간편하게 만들면 강봉(11)이 없이도 발전도 가능하며, 더욱이, 판코일(12) 끝에 중량조절구(21)로서 무게추를 달아 늘어뜨리거나, 자체 무게를 이용하여 별도의 추가 장치 없이도 수류에 의한 판코일(12)의 회전이 가능하다. 더욱이, 판코일(12)은 유속이 생기면 저항으로 스스로 길어져 펼쳐질 수도 있다. 다만, 너무 길게 펼쳐지면 스프링처럼 늘어뜨리는 데 힘이 더 커져 부작용이 발생하게 되므로, 일정 위치에서 늘어지는 것이 멈추고 안정적으로 회전하도록 고정핀(13)을 사용하는 것도 가능하다.
다른 한편, 판코일(12)은 얇게 만들 수 있어 휴대가 좋고, 도 7에서처럼 접어서 크기를 작게 하여 중앙에 난 구멍을 통하여 끈으로 묶어 작은 크기로 가지고 다닐 수도 있다. 다만, 도 7에서처럼 강봉와이어(11) 대신에 둘둘 말아 가지고 다니기 좋은 탄성력을 갖는 와이어를 사용하면, 인장력은 강하나 플랜지(32) 상부에서 꺾임 현상이 있을 수 있으므로, 이 경우라면, 도 9에서처럼 메인 플랜지(32') 상부에 일정부분 스프링(35)을 연결하여 사용하거나 도 8에서처럼 메인 플랜지(32') 상부에 일정 부분의 연결봉(34)으로서의 강봉와이어를 두고, 그 뒤로 보조 플랜지(32") 및 홀더(38)를 통해 와이어(31)를 연결하는 방법이 있다.
각종 연결부위는, 나사 결합 방식이면 족하나, 더욱 안정된 결합을 위해 고정너트(33)를 사용할 수 있다. 판코일(12)을 펼쳐 늘릴 때 강봉(11) 보다 조금 더 큰 직경의 판코일(12) 중앙에 형성된 강봉 삽입홀(12b)을 가지고, 판코일(12)을 펼쳐 늘리면 판코일(12)이 늘어나면서 중앙 구멍이 작아지므로 강봉(11)을 죄어 고정시키며 더 이상 판코일(12)이 늘어나지 않는 고정 역할을 하므로 바람직하다. 강봉와이어(11)를 굵게 튼튼히 길게 하고 판코일(12) 날개 두께를 두껍게 하여 길이를 상당히 길게 하면 대단히 큰 발전도 가능하다할 것이다.
더 나아가, 본 발명의 판코일 발전장치는 판코일(12)의 무게를 더욱 가볍게 하고 헬륨 가스를 충전한 벌룬을 중량조절구(21)로 사용하여, 공중에 띄울 경우에는, 풍력 발전에도 적용이 가능하다.
무엇보다도, 일상생활에서 소형 발전기로 유용하나, 다만 산업용의 발전기로도 유용하게 적용할 수 있다. 물론, 소형 발전기로서 사용될 경우, 캠핑용이나 차량용으로 야외 활동을 할 경우 유용한 휴대용 발전기가 될 수 있다.
일례로, 본 발명에 관한 판코일 발전장치 하나당 5KW 발전기로 하는 경우, 2~3개를 연결하여 발전하면, 총 15KW 정도의 발전이, 장소에 구애받지 않고 가능하고, 특히 조석 간만의 차가 큰 서해안에서의 유속은 일 년 내내 2m/s 속도 이상이므로 2m/s 속도로 5KW가 나오려면 1.25m2의 스크류 좌, 우 날개차 면적이면 충분히 가능한 것으로 나타났다. 즉, 가로 40cm(한쪽 면) 이면서 길이 4.5m 정도의 스크류 날개 면적이면, 일 년 내내 쉬지 않고 한 개의 판코일 발전장치로 5KW로 연속 발전이 가능하고, 3개면 15KW가 가능하다는 결론이다. 무엇보다도, 장소나 지역에 구애받지 않고 친환경　재생에너지 발전이 가능한바, 이는, 가구당 평균　0.5KW 규모로 전기를 사용하는 우리나라에서, 30가구에 전력 공급이 가능하다는 결론이다.
상기 예측 모델에 대해, 전력 계산식은, 다음 <수학식1>과 같은 계산식을 사용하여 산출하였다.
<수학식 1>
P = (1/2)CP·A·U³
이때, P(KW) = 조류발전 터빈 출력
CP(물의 밀도1) = 터빈 출력계수 = 해수밀도(1.2)
A(m²) = 터빈날개 단면적
U(m/s) = 조류속도
(효율 생략)

Claims (15)

  1. 유체 흐름에 의해 회전력을 얻는 판코일부(10);
    지지체("C") 상에 장착되면서 상기 판코일부(10)의 회전력을 전력으로 변화하는 발전부(40); 및
    상기 판코일부(10)의 회전력을 상기 발전부(40)로 전달하는 연결부(30);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판코일부(10)는 유체 흐름에 의해 직접 회전하는 판코일(12)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판코일부(10)는, 판코일(12)과 상기 판코일(12)의 회전축으로 사용되는 강봉(11)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부(30)는, 상기 판코일부(10)와 물리적으로 축결합되면서 회전력을 전달하는 와이어와, 상기 와이어와 상기 판코일부(10)를 축결합하는 플랜지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 판코일부(10)는 유체 흐름에 의해 직접 회전하는 판코일(12)을 포함하며,
    상기 판코일(12)의 일측 단부는, 판코일 연장부(12a)가 형성되어 상기 플랜지(32)에 고정되는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플랜지(32)에는 플랜지 몸체 직경보다 더 큰 직경을 갖는 디스크 형태의 브라켓(32a)이 플랜지 몸체와 고정되어 돌설되며, 상기 판코일 연장부(12a)는 상기 플랜지(32) 몸체와 상기 브라켓(32a)을 따라 굴곡 형성되어, 상기 플랜지 몸체에는 물론 상기 브라켓에도 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 판코일(12)의 자유단에는 중량조절부(20)가 탈착가능하게 결착되는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결부(30)의 플랜지(32) 좌우측에 각각 강봉(11) 결합용 나사부 및 와이어 결합용 나사부를 형성하고, 상기 나사부와 각각 매칭되는 수 나사부를 강봉(11) 및 와이어 말단에 형성하며, 상기 나사부끼리 결합되도록 하여, 상기 연결부(30)가 상기 판코일부(10) 및 상기 와이어와 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 판코일(12)이 헬리컬 스프링처럼 판과 판이 겹쳐지도록 하는 상태로 보관 및 휴대가능한 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 판코일(12)이 헬리컬 스프링처럼 평소에 외력이 가해지지 않는 상태에서는 판과 판이 겹쳐져 있는 상태로 보관 및 휴대가능하며,
    상기 판코일 발전장치를 사용하여 발전을 하고자 할 경우에, 상기 판코일(12)을 전개하면서, 판코일(12)의 강봉 삽입홀(12b)에 강봉(11)을 삽입하여 플랜지(32)에 결합하고, 고정핀(13)으로 판코일을 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 플랜지는, 판코일부(10)와 축결합되는 메인 플랜지(32')와, 상기 와이어와 축결합되는 보조 플랜지(32")로 이루어지면서, 상기 메인 플랜지(32')와 상기 보조 플랜지(32")는 연결봉(34)으로 축결합되는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 플랜지는, 판코일부(10)와 축결합되는 메인 플랜지(32')와, 상기 와이어와 축결합되는 보조 플랜지(32")로 이루어지면서, 상기 메인 플랜지(32')와 상기 보조 플랜지(32")는 스프링(35)으로 연결되는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부(40) 앞 부분의 와이어 결합 부위에 안전망(37)을 설치하고 와이어 바깥에 고무호스(36)를 덧씌우는 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 강봉(11)에 대한 상기 판코일(12) 기울어짐 각도가 좌우측에 따라 상이하여 방사상 비대칭인 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 와이어는 여러 강선이 꼬인 꼬임와이어(31')인 것을 특징으로 하는 판코일 발전장치.
PCT/KR2021/011856 2020-12-03 2021-09-02 판코일 발전장치 WO2022119081A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200167872 2020-12-03
KR10-2020-0167872 2020-12-03
KR1020210013889A KR102239224B1 (ko) 2020-12-03 2021-02-01 판코일 발전장치
KR10-2021-0013889 2021-02-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022119081A1 true WO2022119081A1 (ko) 2022-06-09

Family

ID=75482666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/011856 WO2022119081A1 (ko) 2020-12-03 2021-09-02 판코일 발전장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102239224B1 (ko)
WO (1) WO2022119081A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102239224B1 (ko) * 2020-12-03 2021-04-13 김용택 판코일 발전장치
KR20230120191A (ko) 2022-02-07 2023-08-17 김용택 판코일 발전장치 및 그에 사용되는 판코일
KR20230134630A (ko) 2022-03-14 2023-09-22 김용택 판코일 발전장치 및 그에 사용되는 판코일 연결부
KR20230172364A (ko) 2022-06-14 2023-12-22 김용택 다수개의 판코일편을 갖는 판코일 발전장치
KR20240018370A (ko) 2022-08-01 2024-02-13 김용택 휴대용 파이프터빈 발전장치
KR20240018354A (ko) 2022-08-01 2024-02-13 김용택 휴대용 파이프터빈 발전장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110071930A (ko) * 2009-12-22 2011-06-29 신춘우 너울및 파도를 이용한 수력 발전장치
JP2012052517A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Kazumi Shinbashi 簡易設置水力発電装置
US20130134715A1 (en) * 2010-08-11 2013-05-30 Jupiter Hydro Inc. System and method for generating electrical power from a flowing current of fluid
KR20170018303A (ko) * 2014-03-21 2017-02-17 플루밀 에이에스 유체 동력학 에너지 변환 시스템 및 그의 용도
KR101723061B1 (ko) * 2016-08-22 2017-04-18 이종모 수차 및 이를 포함하는 조류 발전장치
KR102239224B1 (ko) * 2020-12-03 2021-04-13 김용택 판코일 발전장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5242135B2 (ja) 2007-11-12 2013-07-24 株式会社ノヴァエネルギー 水流発電装置
KR20170066062A (ko) 2015-12-04 2017-06-14 삼성중공업 주식회사 해류 발전장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110071930A (ko) * 2009-12-22 2011-06-29 신춘우 너울및 파도를 이용한 수력 발전장치
US20130134715A1 (en) * 2010-08-11 2013-05-30 Jupiter Hydro Inc. System and method for generating electrical power from a flowing current of fluid
JP2012052517A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Kazumi Shinbashi 簡易設置水力発電装置
KR20170018303A (ko) * 2014-03-21 2017-02-17 플루밀 에이에스 유체 동력학 에너지 변환 시스템 및 그의 용도
KR101723061B1 (ko) * 2016-08-22 2017-04-18 이종모 수차 및 이를 포함하는 조류 발전장치
KR102239224B1 (ko) * 2020-12-03 2021-04-13 김용택 판코일 발전장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102239224B1 (ko) 2021-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022119081A1 (ko) 판코일 발전장치
US8344535B2 (en) Platform for generating electricity from flowing fluid using generally prolate turbine
US9291153B2 (en) Fluid driven electric power generation system
JP5050077B2 (ja) 水流発電システム用フィン付きリングプロペラ
KR101548039B1 (ko) 침지식 수류 발전 장치의 설치 및 유지보수 방법
WO1998026177A2 (en) Apparatus for generating electric power using wind force
JP2016040466A (ja) 水流発電システムを輸送及び保守するためのシステム並びに方法
CN104454299A (zh) 直驱式的水下航行器垂直轴海流发电装置
JP5466703B2 (ja) 発電装置
CN112319703B (zh) 一种采用海能供电的漂浮式航标灯
CN115263654A (zh) 潜标供电的潮流能发电装置
CN217950575U (zh) 潜标供电的潮流能发电装置
KR101999659B1 (ko) 진동식 전기발전기
KR19980033493A (ko) 양방향 무중력 발전기 및 증폭발전 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21900769

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21900769

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1