KR101418011B1 - 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반하천이나 댐 방류천 등에 설치하면서 물의 흐름을 이용하여 간편하게 동력을 얻어 전기를 생산할 수 있도록 하는 수력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배와 같이 하천 등에 부력으로 떠 있는 부유수단을 이동이 가능하도록 설치하고 상기 부유수단의 하부에 물의 흐름을 유도하여 그 통과하는 유속의 수력에 의해 회전할 수 있도록 하는 수차를 구비하여 이를 통해 전기의 생산이 용이하도록 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치에 관한 것이다.

Description

이동이 가능한 부유식 수력 발전장치{ a movable floating water power generation equipment}
본 발명은 일반하천이나 댐 방류천 등에 설치하면서 물의 흐름을 이용하여 간편하게 동력을 얻어 전기를 생산할 수 있도록 하는 수력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배와 같이 하천 등에 부력으로 떠 있는 부유수단을 이동이 가능하도록 설치하고 상기 부유수단의 하부에 물의 흐름을 유도하여 그 통과하는 유속의 수력에 의해 회전할 수 있도록 하는 수차를 구비하여 이를 통해 전기의 생산이 용이하도록 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치에 관한 것이다.
현재의 우리 인간생활에서 전기는 없어서는 안될 중요한 요소이며, 이 전기는 주로 화석연료나 원자력에 의해 생산됨으로써 탄소나 방사능으로 인한 대기오염이 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이다.
그에 비해 무공해 자연에너지인 물의 힘으로 전기를 생산하는 수력발전은 일반적으로 위치에너지와 운동에너지를 이용하여 전기를 얻는 발전방식으로 주로 높은 쪽 하천의 수량 일부를 낮은 하천으로 끌어들이는 방식으로 댐을 건설하여 하천의 적당한 곳을 가로막아 수위를 높여서 낙차 에너지로 터빈을 회전시키는 방법이 많이 사용되고 있다.
이러한 방법은 물의 유속이나 낙차에 의해 발생되는 힘을 이용해 수차나 프로펠러를 회전시켜 발전기의 로터를 돌려 발전시키는 방법으로 대기오염은 거의 발생되지 않는다.
그러나 이러한 수력발전을 하기 위해서는 댐을 쌓거나 보를 높여 수압이나 낙차를 크게 해야 발전효율을 높일수 있는바, 높은 수압이나 큰 낙차를 확보해 발전기를 설치할 수 있는 장소가 한정적이고, 또한 발전기의 위치가 고정되어 있기 때문에 수량의 변화가 심한 갈수기나 홍수 때에는 정상적인 발전을 할 수 없는 단점이 있다.
또한 프로펠러나 수차를 회전시켜 발전을 하는 일반적인 수력발전은 일정 이상의 물의 속도나 낙차를 확보할 수 있어야 수력발전이 가능하기 때문에 물의 이동경로 상에서 상류에 속하는 계곡이나 댐에 주로 발전시설이 위치하고 있어서 전기를 실제 필요로 하는 시설에 신속하게 공급할 수 없다는 문제가 있고, 또한, 주택이나 사회시설, 공장 등에서 요구되는 대용량의 발전시설은 그 설치 위치나 설치 비용 등을 감안하게 되면 생활 주변에 설치하는 것이 거의 불가능하다.
이에 근래에 이르러 태양열이나 풍력 등과 같이 생활 주변에서 용이하게 얻을 수 있는 전력장치가 요구되게 되었고, 그 중에 하나가 지류 하천이나 댐의 하류 방류천 등에 부유체를 설치하고 방류되는 유속을 이용하여 소규모의 발전이 가능하도록 하는 수력 발전장치의 연구가 활발하게 연구되고 있는 실정이다.
상기와 같이 부유수단을 이용하는 종래의 발전장치는 다수의 기술이 공지되어 있다.
그 중에 실용신안등록 제20-0329785호의 '부유식 수력발전 장치'는 부유하는 구조물에 다수의 수차를 설치하여 수차의 절반 이하를 물에 잠수시켜 발전을 하는 형태이고,
또한, 실용신안등록 제20-0415733호의 '부유식 유수발전장치'는 부유체를 양편에 띄우고 그 사이에 수차를 설치하는 구조의 발전 방식이며,
또한, 실용신안등록 제20-0415748호의 '부유식 수력발전 장치'는 부유하는 바지선 형태의 구조물에 수차를 설치하여 수면 밑 부분의 수차가 동력을 발생하여 발전하는 구조로 되어 있다.
KR 20-0329785 (등록번호) 2003.10.01. KR 20-0415733 (등록번호) 2006.05.01. KR 20-0415748 (등록번호) 2006.05.01.
상기와 같은 종래의 발전장치에 있어, 실용신안등록 제20-0415733호의 '부유식 유수발전장치'는 부유 시설에 비하여 수차의 효율이 상대적으로 낮아 비효율적이고, 실용신안등록 제20-0415733호의 '부유식 유수발전장치'는 하천 등에 떠내려 오는 이물질의 처리가 어려운 문제가 있으며, 실용신안등록 제20-0415748호의 '부유식 수력발전 장치'는 바지선의 고정 및 저 유량의 장소에 부적합한 면이 있다.
또한 상기와 같은 종래의 발전장치는 효율적인 운영을 위해 그 이동성에 많은 제약이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,
유속이 있는 일반 하천이나 댐 하류의 방유천에서도 간편하게 수력 발전이 가능하도록 하여 생활 주변에 용이하게 전기를 생산 공급할 수 있도록 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 발전장치를 용이하게 이동이 가능하도록 구성함으로써 주변 여건에 의해 유속의 변동이 있는 경우 이를 신속하게 이동 설치하여 경제성이나 운용효율이 획기적으로 향상될 수 있도록 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저수장 또는 물탱크로부터의 급수관에 간편하게 설치하여 급수관을 유동하는 유체 흐름의 운동에너지를 이용하여 효율 높은 전기를 생성할 수 있는 수력 발전장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하천을 따라 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 수력 발전장치에 있어서,
일반 하천이나 댐 하류의 방류천을 따라 흐르는 유수면에 부상(浮上)이 가능하도록 유선형으로 설치된 부유수단과, 하천이나 방류천 양측부에 형성된 제방이나 둑의 사이에 설치되면서 상기 부유수단이 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어로프를 연결 고정시킬 수 있도록 설치된 다공플레이트와, 상기 부유수단의 하부측에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단으로 구성되되,
상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차와, 상기 날개접이식수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축과, 상기 회동축에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축, 상기 회동전환축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 상기 발전기의 입구부에 구비되어 회전력을 전달 또는 단절시킬 수 있도록 하는 동력차단기 및 상기 발전기와 동력차단기의 작동을 제어하는 제어부로 구성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 수력 발전장치에 있어서,
배관에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단을 포함하되, 상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차와, 상기 날개접이식수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축과, 상기 회동축에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축, 상기 회동전환축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로 구성되며, 상기 날개접이식수차는 상기 회동축이 그 중심에 삽설되어 회전되는 원통형몸체와, 상기 원통형몸체의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체를 회전시킬 수 있도록 그 단면의 일측은 두껍게 형성되는 라운드부와 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부로 형성된 접이식 날개로 구성되되, 상기 원통형몸체에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개가 삽설되는 요홈이 형성되고, 상기 요홈 사이에는 상기 접이식 날개가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면과 상기 접이식 날개가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면이 형성되는 돌기부가 형성되며, 상기 요홈의 양측면에는 접이식 날개가 회동이 가능하도록 끼움핀이 삽입 설치되는 설치구멍이 형성된 돌기편이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치는 배 형상과 같이 물의 표면에 부력으로 떠 있는 부유수단에 유속에 의해 회전이 가능한 수차를 설치하여 유속이 빠른 일반 하천이나 댐 하류의 방유천에서도 간편하게 수력 발전이 가능하도록 하여 생활 주변에 용이하게 전기를 생산 공급할 수 있는 있점이 있고,
또한, 본 발명은 하천 유속의 변동이 있는 경우 발전장치를 신속하게 이동 설치할 수 있도록 구성함으로써 경제성이나 운용효율이 획기적으로 향상될 수 있도록 하는 장점도 있다.
또한, 본 발명은 저수장 또는 물탱크로부터의 급수관에 간편하게 설치하여 급수관을 유동하는 유체 흐름의 운동에너지를 이용하여 효율높은 전기를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치가 하천에 병렬로 다수개 연결 설치된 개략적인 상태도이고,
도 2는 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치의 개략적인 사시상태도이고,
도 3은 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치의 개략적인 평면도와 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 수력 발전장치의 하부면에 설치된 날개접이식 수차의 요부에 대한 분리 확대 사시상태도이고,
도 5는 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치의 하부면에 설치된 날개접이식 수차의 확대 단면상태도이고,
도 6은 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치에 구비된 컨베이어 수단이 구비된 상태단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치의 바닥에 구비된 유속가이드플레이트의 상태단면도이고,
도 8과 9는 본 발명에 따른 이동이 가능한 수력 발전장치의 하부면에 설치된 다른 실시예의 캠형 수차의 개략적인 요부 분리사시도와 상태단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치가 급수배관에 설치된 상태에서 날개접이식 수차가 회전되면서 발전되는 개략적인 상태단면도이고,
도 11은 본 발명에 따른 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치가 급수배관에 설치된 상태에서 캠형 수차가 회전되면서 발전되는 개략적인 상태단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명에 따른 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치(100)은 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이,
일반 하천이나 댐 하류의 방류천(S) 등에 흐르는 유수면에 부상(浮上)이 가능하도록 유선형의 배형상으로 설치된 부유수단(110)과,
하천이나 방류천 양측부에 형성된 제방이나 둑(P)의 사이에 설치되면서 상기 부유수단(110)이 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어로프(121)를 연결 고정시킬 수 있도록 설치된 다공플레이트(120)와,
상기 부유수단(110)의 하부측에 설치되어 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 수차(130)의 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단(140)으로 구성되되,
상기 발전수단(140)은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식 수차(130)와, 상기 날개접이식수차(130)의 중심에 구비되어 상기 날개접이식수차(130)의 회전에 의해 돌아가는 회동축(131)과, 상기 회동축(131)에 연결되어 회전력 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축(132), 상기 회동전환축(132)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(141)와, 상기 발전기(141)의 입구부에 구비되어 회전력을 전달 또는 단절시킬 수 있도록 하는 동력차단기(142), 및 상기 발전기(141)와 동력차단기(142)의 작동을 제어하는 제어부(미도시)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 회동축(131)의 회전 방향을 상기 회동전환축(132)으로 방향 전환하는 장치(미도시)는 베벨기어 등과 같은 요소를 이용하여 일반 공지기술에 의해 통상적인 기술자가 용이하게 실시할 수 있는 것으로 그 상세 설명은 생략한다.
또한, 상기 부유수단(110)의 하부측에 구비된 상기 날개접이식수차(130)의 전면측으로는 유량이 용이하게 유입되어 공급될 수 있도록 유량공급통로부(133)가 형성되고, 상기 날개접이식수차(130)의 후면부에는 상기 날개접이식수차(130)를 회전시키면서 통과한 유량이 빠져나갈 수 있도록 된 유량배출통로부(134)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 유량공급통로부(133)는 그 전면부가 넓게 형성되고 그 후면부로 갈수록 점차 통로(직경)가 좁아지는 원뿔대 형상으로 형성되어 있다.
그리고, 상기 부유수단(110)에는 상기 날개접이식수차(130)가 좌우 한 쌍으로 구비되는 구조가 바람직하고, 이 경우 상기 날개접이식수차(130)에 구비된 상기 회동축(131)은 그 중간부에 차동장치(150)가 구비되어 연결되게 된다.
여기서, 상기 차동장치(150)는 제어부(미도시)의 작동 상태에 따라 그 양측에 연결된 상기 회동축(131)이 동시에 회전이 가능하게 할 수도 있고 또 각각 별도로 회전이 가능하도록 할 수도 있다. 이러한 구성은 공지된 차동장치의 기술 구성상 통상적인 기술자가 용이하게 실시 구성할 수 있어 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 다공플레이트(120)는 플레이트에 공기가 통과할 수 있도록 다수개의 통공을 형성한 플레이트로 설치하여 구성할 수도 있고, 강력한 와이어를 엮어서 만든 철망체로 구성할 수도 있다. 이는 경제성과 바람 등의 영향을 고려하여 설치하면 된다.
또한, 상기 다공플레이트(120)에 구비되어 상기 부유수단(110)을 잡아줄 수 있도록 하는 상기 와이어로프(121)는 상기 부유수단(110)의 상부측 선단부를 잡아 고정시키는 제1와이어로프(121a)와 상기 부유수단(110)의 하부측 선단부를 잡아 고정시키는 제2와이어로프(121b)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 다공플레이트(120)는 상기 부유수단(110)의 인장력 등과 같은 외력에 처지지 않도록 그 전방측에 콘크리트 구조물과 같은 별도의 지지수단(미도시)을 구비하여 처짐방지와이어로프(121c)를 설치할 수도 있다.
또한, 상기 부유수단(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 발전효율과 설치비용 등을 극대화할 수 있도록 하기 위해 물의 흐름을 대항하여 다수개를 병열로 연이어 설치 구성되도록 하였다.
또한, 상기 부유수단(110)의 하단 선단부에는 물의 흐름이 상기 유량공급통로부(133)로 용이하게 유입될 수 있도록 하는 유속가이드플레이트(111)가 힌지수단(112)에 의해 회동가능하도록 설치 구비되어 있다.
따라서, 상기 부유수단(110)이 하천 물이 불어나 상승하게 되면 상기 유속가이드플레이트(111)는 상기 힌지수단(112)에 의해 회동되면서 그 끝단부가 하천 바닥으로 회전되게 된다. 이로 인해 유량이 상기 유량공급통로부(133)로 더욱 빠르게 유입될 수 있게 된다.
또한, 상기 부유수단(110)의 선단부에는 하천을 따라 떠내려오는 부유물을 제거할 수 있도록 하는 이물질 여과컨베이어수단(160)이 설치되어 있고, 상기 부유수단(110)의 선단 상부면에는 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)으로부터 걷어 올린 이물질을 쌓아 별도의 집하수단으로 이송시킬 수 있도록 하는 이물질 이송컨베이어수단(170)이 설치되어 있다.
여기서, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160) 상기 이물질 이송컨베이어수단(170)은 상기 부유수단(110)의 내부에 설치된 구동수단(미도시)에 의해 구동될 수 있도록 구성된다.
그리고, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)의 상단부에는 상기 부유수단(110)의 상부측 선단부에 힌지수단(161)에 의해 회동이 가능하도록 상부연결로드(162)가 설치되어 있고, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)의 하단부에는 상기 부유수단(110)의 하부측 선단부에 앞·뒤힌지수단(163,164)에 의해 회동이 가능하도록 하부연결로드(165)가 설치되어 있다.
여기서, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)은 하부측이 전방부로 상부측이 후방부로 하여 경사지게 설치되어 있다. 따라서 전방으로부터 떠내려오는 이물질을 회동하면서 효율적으로 걷어올릴 수가 있게 된다.
그리고, 상기 하부연결로드(165)는 실린더 형태와 같이 그 길이를 신축(伸縮)시킬 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)에는 유량이 잘 통과할 수 있도록 다수개의 통공(166)이 형성되어 있고, 또 히전하면서 부유물을 용이하게 걷어올릴 수 있도록 다수개의 돌기(167)가 구비되어 있다.
또한, 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)의 하단부에는 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)의 경사를 조절할 수 있도록 하는 작동수단(180)이 설치 구비되어 있다.
여기서, 상기 작동수단(180)은 별도의 고정수단(미도시)에 의해 고정되면서 상하 슬라이딩으로 작동시킬 수 있도록 되어 있다.
따라서, 수면으로 떠내려오는 이물질이 통나무 등과 같이 대형물체인 경우 상기 작동수단(180)을 상승시켜 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)을 가능한한 수면과의 경사도를 최소화시켜 줌으로써, 통나무 등의 대형 이물질이 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)를 통해 상기 이물질 이송컨베이어수단(170)으로 용이하도록 넘어갈 수 있게 된다.
여기서, 상기 작동수단(180)은 이를 상부측으로 들어 올려주게 되면 상기 앞·뒤힌지수단(163,164)에 의해 상기 하부연결로드(165)가 늘어나면서 회동되고, 이와 동시에 상기 앞힌지수단(163)과 상기 힌지수단(161)의 회동에 의해 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)이 경사지게 회동될 수 있게 된다.
상기와 같이 상기 이물질 여과컨베이어수단(160)과 상기 이물질 이송컨베이어수단(170)을 이용하여 하천의 부유물을 용이하게 제거할 수 있어 상기 부유식 수력 발전장치(100)의 운용성과 내구성이 향상될 수 있게 된다.
그리고, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135)와 상기 원통형몸체(135)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체(135)를 회전시킬 수 있도록 된 접이식 날개(136)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 원통형몸체(135)에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개(136)가 삽설되는 요홈(137)이 형성되고, 또 상기 요홈(137) 사이에는 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면(138a)과 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면(138b)이 형성되는 돌기부(138)가 형성되어 있다.
그리고, 요홈(137)의 양측면에는 접이식 날개(136)가 회동이 가능하도록 끼움핀(139a)이 삽입 설치되는 설치구멍(139b)이 형성된 돌기편(139)이 구비되어 있다.
또한, 상기 접이식 날개(136)는 유선형상으로 되어 그 단면의 일측은 상기 요홈(137)에 안착되도록 두껍게 형성되는 라운드부(136a)로 형성되고 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부(136b)로 형성되어 있다.
그리고, 상기 라운드부(136a)에는 상기 끼움핀(139a)이 삽입될 수 있도록 하는 끼움구멍(136c)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 접이식 날개(136)는 유입되는 물이 상기 유입공급통로부(133)를 통해 유입되면 그 압력에 의해 상기 끼움핀(139a)을 중심으로 회동되면서 펼쳐지고, 이로 인해 상기 원통형몸체(135)가 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전된다.
이때, 상기 접이식 날개(136)는 상기 라운드부(136a)의 일면이 상기 돌기부(138)에 형성된 상기 지지턱면(138a)까지만 회전되고 더이상 회전되지 않으면서 수압을 받아 상기 원통형몸체(135)를 회전시키게 된다.
그리고, 유입되는 물이 상기 유량배출통로부(134)로 빠져나가게 되면 상기 접이식 날개(136)는 상기 부유수단(110)의 하면부에 닿아 회동되되, 상기 쐐기부(136b)의 일면이 상기 돌기부(138)에 형성된 상기 압착면(138b)까지 접혀지면서 상기 원통형몸체(135)가 회전하게 된다.
따라서, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 유입공급통로부(133)와 상기 유량배출통로부(134)를 통과하는 물의 압력을 받는 상기 접이식 날개(136)에 의해 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전되고, 상기 회동축(131)의 회전에너지가 상기 발전기(141)에 전달되면서 전기를 생산할 수 있게 된다.
상기와 같은 접이식 날개를 갖는 날개접이식수차(130)는 도 8과 9에 도시되어 있는 바와 같이, 다른 실시예인 캠형 수차(130a)로 구성하여 적용될 수 있다.
즉, 상기 캠형 수차(130a)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135a)와, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체(135a)를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개(136a), 및 상기 원통형몸체(135a)의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개(136a)를 상기 원통형몸체(135a)의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰(出沒)시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈(191)이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트(190)로 구성되어 이루어져 있다
여기서, 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)은 일반적인 캠의 원리와 같이 상기 회동축(131)을 반경으로 하여 원주면을 따라 그 반경이 각각 달라지면서 형성되게 된다.
그리고, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에는 일정한 간격으로 상기 출몰식 날개(136a)가 삽설되는 요홈(135ab)이 형성 구비되어 있고, 상기 출몰식 날개(136a)의 양단부에는 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)에 삽입 설치되어 상기 원통형몸체(135a)가 회전되면서 상기 출몰식 날개(136a)가 상기 요홈(135ab)에서 슬라이딩 출몰이 가능하도록 하는 작동끼움돌기(136ab)가 구비되어 있다.
여기서, 상기 작동끼움돌기(136ab)의 단부에는 상기 원통형몸체(135a)가 회전될 때 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)을 따라 그 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 자전되는 베어링수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조의 상기 캠형 수차(130a)는 상기 유입공급통로부(133)를 통해 유입되는 물이 돌출되는 상기 출몰식 날개(136a)를 가압하여 상기 원통형몸체(135a)가 회전되고 이에 따라서 상기 회동축(131)이 회전되도록 함으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이때, 상기 출몰식 날개(136a)는 하부측에 구비될 때는 상기 요홈(135ab) 내부로부터 돌출되어 물의 압력을 받게되고, 상부측에 구비될 때는 상기 요홈(135ab) 내부로 슬라이딩되어 들어가 물의 압력을 받지 않게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치(100)를 이용하여 전기를 생산하는 작동방법을 살펴보면 다음과 같다.
일반하천이나 댐하류의 방유천 등과 같이 흐르는 물의 속도가 있는 하천에 도 1과 같이 상기 부유수단(110)을 상기 다공플레이트(120)와 상기 와이어로프(121)을 이용하여 다수개 연이어 병렬로 수면 위에 띄워둔다.
이어, 하천 등을 흐르는 유속이 상기 부유수단(110)의 하부에 형성된 상기 유량공급통로부(133)로 흘러가게 된다. 이때 상기 유량공급통로부(133)는 후면부로 갈수록 통로가 좁아지도록 되어 있어 유속이 점차 빠르게 통과하면서 상기 날개접이식수차(130)를 회전시키게 된다.
그러면, 상술한 바와 같이, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 유입공급통로부(133)와 상기 유량배출통로부(134)를 통과하는 물의 압력에 의해 상기 접이식 날개(136)가 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전되고, 이러한 상기 회동축(131)의 회전에너지가 상기 발전기(141)에 전달되면서 전기를 생산하게 된다.
이와 같이 하여 생산된 전기는 별도의 시스템을 통해 소요처로 공급하여 사용하면 된다.
그리고, 수면에 부유물이 많이 떠내려 오게 되면 상기 이물질 여과칸베이어수단(160)을 작동하여 부유물을 상기 이물질 이송컨베이너수단(170)으로 걷어 올리고 상기 이물질 이송컨베이너수단(170)에 축적되는 부유물 등은 차량 등과 같은 이송수단으로 이송하여 제거한다.
그리고, 하천의 유량이 변하여 유속이 약해 더 이상 발전이 어렵게 되면 상기 외이어로프(121)를 풀어 상기 부유수단(110)를 유속이 센 하천으로 이동 설치하여 활용하면 된다.
이와 같이, 본 발명의 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치는 배와 같이 하천 등에 부력으로 떠 있을 수 있도록 하는 부유수단을 다수개 병열로 연결 설치하고, 상기 부유수단을 이동이 가능하도록 방죽이나 제방에 설치되는 다공망수단에 와이어수단으로 연결 고정하는 구성으로 하며, 상기 부유수단의 바닥부측으로는 이를 통과하여 흘러가는 물의 유속에 의해 회전되는 날개접이식 수차를 설치하여 물의 유속에 의해 상기 수차가 회전되는 힘에 의해 전기를 발생할 수 있도록 구성함으로써, 유속이 있는 일반 하천이나 댐 하류의 방유천에서도 간편하게 수력 발전이 가능하도록 하여 생활 주변에 용이하게 전기를 생산 공급할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 발명장치는 하천뿐 아니라 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터의 급수관내에 설치되어 동작 가능하다. 도 10 및 도 11은 급수배관에 설치되는 발전장치를 개략적으로 보여준다.
여기에서 발전장치는 부유수단을 제외하면 앞에서 설명한 발전장치와 동일한 구성으로, 도 10은 도 4 내지 도6과 같은 날개접이 수차를 대상으로 한 것이며, 도 11은 도 8 및 도9와 같은 캠형 수차를 대상으로 한 것이다.
긴 배관의 일측을 제거한 후, 입구쪽인 유량공급통로부(133)와 출구쪽인 유량배출통로부(134)에 조인트 결합하여 배관 사이에 설치되며, 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차(130)와, 상기 날개접이식수차(130)의 중심에 구비되어 회전되는 회동축(131)과, 상기 회동축(131)에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축(132), 상기 회동전환축(132)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(141)로 구성되며, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 회전되는 원통형몸체(135)와, 상기 원통형몸체(135)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체(135)를 회전시킬 수 있도록 그 단면의 일측은 두껍게 형성되는 라운드부(136a)와 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부(136b)로 형성된 접이식 날개(136)로 구성되되, 상기 원통형몸체(135)에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개(136)가 삽설되는 요홈(137)이 형성되고, 상기 요홈(137) 사이에는 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면(138a)과 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면(138b)이 형성되는 돌기부(138)가 형성되며, 상기 요홈(137)의 양측면에는 접이식 날개(136)가 회동이 가능하도록 끼움핀(139a)이 삽입 설치되는 설치구멍(139b)이 형성된 돌기편(139)이 구비되어 이루어질 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9와 같이 캠형 수차를 이용하는 발전장치는 긴 배관의 일측을 제거한 후, 입구쪽인 유량공급통로부(133)와 출구쪽인 유량배출통로부(134)에 조인트 결합하여 배관 사이에 설치되며, 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 캠형수차(130a)와, 상기 캠형수차(130a)의 중심에 구비되어 회전되는 회동축(131)과, 상기 회동축(131)에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축(132), 상기 회동전환축(132)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(141)로 구성되고, 상기 캠형 수차(130a)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135a)와, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체(135a)를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개(136a), 및 상기 원통형몸체(135a)의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개(136a)를 상기 원통형몸체(135a)의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈(191)이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트(190)로 구성될 수도 있다.
위와 같은 구성의 급수관에 설치되는 발전장치는 인입구와 배출구가 형성된 발전장치로 배수관에 삽설되므로, 간단하게 유체의 흐름에 의해 전기를 생성할 수 있게 된다.
100:이동이 가능한 부유식 수력 발전장치
110:부유수단 111:유속가이드플레이트 112:힌지수단
120:다공플레이트 121:와이어로프 121a:제1와이어로프
121b:제2와이어로프 121c:처짐방지와이어로프
130,130a:수차
131:회동축 132:회동전환축 133:유량공급통로부
134:유량배출통로부 135:원통형몸체 136:접이식 날개
136a:라운드부 136b:쐐기부 136c:끼움구멍
137:요홈 138:돌기부 138a:지지턱면 138b:압착면
139:돌기편 139a:끼움핀 139b:설치구멍
140:발전수단 141:발전기 142:동력차단기 150:차동장치
160:이물질 여과컨베이어수단
161:힌지수단 162:상부연결로드 163:앞힌지수단
164:뒤힌지수단 165:하부연결로드 166:통공 167:돌기
170:이물질 이송컨베이어수단 180:작동수단
190:커버플레이트 191:오목슬롯홈

Claims (10)

  1. 하천을 따라 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 수력 발전장치에 있어서,
    일반 하천이나 댐 하류의 방류천을 따라 흐르는 유수면에 부상(浮上)이 가능하도록 유선형으로 설치된 부유수단과,
    하천이나 방류천 양측부에 형성된 제방이나 둑의 사이에 설치되면서 상기 부유수단이 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어로프를 연결 고정시킬 수 있도록 설치된 다공플레이트와,
    상기 부유수단의 하부측에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단으로 구성되되,
    상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차와, 상기 날개접이식수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축과, 상기 회동축에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축, 상기 회동전환축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 상기 발전기의 입구부에 구비되어 회전력을 전달 또는 단절시킬 수 있도록 하는 동력차단기 및 상기 발전기와 동력차단기의 작동을 제어하는 제어부로 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부유수단은 다수개가 병열로 설치되면서 각각의 상기 부유수단의 하부측으로는 상기 날개접이식수차가 좌우 한 쌍으로 연결 설치되며, 상기 날개접이식수차를 연결하는 상기 회동축의 중간부에는 회전력을 차단 또는 연결하는 차동장치가 구비되고,
    상기 부유수단의 하부측에 구비된 상기 날개접이식수차의 전면측으로는 유량이 용이하게 유입되어 공급될 수 있도록 유량공급통로부가 형성되고, 상기 날개접이식수차의 후면부에는 상기 날개접이식수차를 회전시키면서 통과한 유량이 빠져나갈 수 있도록 된 유량배출통로부가 형성되며,
    상기 부유수단의 하단 선단부에는 물의 흐름이 상기 유량공급통로부로 빠르게 유입될 수 있도록 힌지수단에 의해 회동되는 유속가이드플레이트가 설치 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부유수단의 선단부에는 하천을 따라 떠내려오는 부유물을 제거할 수 있도록 하는 이물질 여과컨베이어수단이 설치되고, 상기 부유수단의 선단 상부면에는 상기 이물질 여과컨베이어수단으로부터 걷어 올린 이물질을 쌓아 집하수단으로 이송시킬 수 있도록 하는 이물질 이송컨베이어수단이 더 설치 구비된 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이물질 여과컨베이어수단의 상단부에는 상기 부유수단의 상부측 선단부에 힌지수단에 의해 회동이 가능하도록 상부연결로드가 설치되고, 상기 이물질 여과컨베이어수단의 하단부에는 상기 부유수단의 하부측 선단부에 앞힌지수단 및 뒤힌지수단에 의해 회동이 가능하도록 신축성이 있는 하부연결로드가 설치되며,
    상기 이물질 여과컨베이어수단에는 유량이 잘 통과할 수 있도록 다수개의 통공이 형성되고, 또 회전하면서 부유물을 용이하게 걷어올릴 수 있도록 다수개의 돌기가 구비되며,
    상기 이물질 여과컨베이어수단의 하단부에는 상기 이물질 여과컨베이어수단의 경사를 조절할 수 있도록 하는 작동수단이 설치 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 날개접이식수차는 상기 회동축이 그 중심에 삽설되어 회전되는 원통형몸체와, 상기 원통형몸체의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체를 회전시킬 수 있도록 그 단면의 일측은 두껍게 형성되는 라운드부와 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부로 형성된 접이식 날개로 구성되되,
    상기 원통형몸체에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개가 삽설되는 요홈이 형성되고,
    상기 요홈 사이에는 상기 접이식 날개가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면과 상기 접이식 날개가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면이 형성되는 돌기부가 형성되며,
    상기 요홈의 양측면에는 접이식 날개가 회동이 가능하도록 끼움핀이 삽입 설치되는 설치구멍이 형성된 돌기편이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  6. 하천을 따라 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 수력 발전장치에 있어서,
    일반 하천이나 댐 하류의 방류천을 따라 흐르는 유수면에 부상(浮上)이 가능하도록 유선형으로 설치된 부유수단과,
    하천이나 방류천 양측부에 형성된 제방이나 둑 사이에 설치되면서 상기 부유수단이 떠내려가지 못하도록 잡아주는 와이어로프를 연결 고정시킬 수 있도록 설치된 다공플레이트와,
    상기 부유수단의 하부측에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 캠형 수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단으로 구성되되,
    상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 캠형수차와, 상기 캠형수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축과, 상기 회동축에 연결되어 회전력의 방향을 바꾸어 전달할 수 있도록 하는 회동전환축, 상기 회동전환축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 상기 발전기의 입구부에 구비되어 회전력을 전달 또는 단절시킬 수 있도록 하는 동력차단기, 및 상기 발전기와 동력차단기의 작동을 제어하는 제어부로 구성되고,
    상기 캠형 수차는 상기 회동축이 그 중심에 삽설되어 상기 회동축과 함께 회전되는 원통형몸체와, 상기 원통형몸체의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개, 및 상기 원통형몸체의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개를 상기 원통형몸체의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트로 구성되어 이루어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원통형몸체의 외주면에는 일정한 간격으로 상기 출몰식 날개가 삽설되는 요홈이 형성 구비되고, 상기 출몰식 날개의 양단부에는 상기 캠형상의 오목슬롯홈에 삽입 설치되어 상기 원통형몸체가 회전되면서 상기 출몰식 날개가 상기 요홈에서 슬라이딩 출몰이 가능하도록 하는 작동끼움돌기가 설치 구비되되,
    상기 작동끼움돌기의 단부에는 상기 원통형몸체가 회전될 때 상기 캠형상의 오목슬롯홈을 따라 그 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 자전되는 베어링수단이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이동이 가능한 부유식 수력 발전장치.
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