KR102271940B1 - 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치 - Google Patents

휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치에 관한 것으로, 내부를 관통한 유로가 형성되어 유수를 흘려보내는 유수 유입부, 상기 유수 유입부와 마주하는 지지부, 상기 유수 유입부와 상기 지지부를 연결하고 있으며 길이가 가변 될 수 있으며 상기 유로를 통과한 유수가 부딪힐 수 있는 회전 스크류 및 상기 회전 스크류와 연결되어 상기 회전 스크류의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 발전부를 포함한다.

Description

휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치{Ultra-small hydroelectric power generating apparatus of rotating screw with the portable type}
본 발명은 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치에 관한 것이다.
재생에너지에는 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력 등이 있고, 화석에너지의 고갈 문제와 환경문제에 대한 중요성이 언급되면서 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
재생에너지 중 수력은 흐르는 물의 운동에너지를 이용하여 터빈, 수차 등을 돌려 전기를 얻는다. 주로 하천, 수로, 호수 등에 인위적으로 댐을 설치하여 상류의 물을 막은 후 수문을 제어하여 물을 하류로 흘려보내 터빈, 수차 등을 돌려 발전기를 작동시켜 전력을 생산하게 된다. 그러나, 이러한 기존의 수력발전으로 전력을 생산하기 위해서는 환경에 큰 영향을 미치는 대규모 댐, 건설비용이 많이 드는 고압관로 및 터빈, 수차 등이 필요하여, 새로운 대규모의 발전 사업이 어려운 실정이다.
이에 환경파괴 등의 영향으로부터 자유로운 소규모 수력발전이 새롭게 주목받고 있으며, 특히 초소규모의 수력 발전은 최근 들어 다양하게 연구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1213565호 (2012.12.12.)
본 발명은 길이 가변으로 발전 효율을 향상시키고 휴대 및 보관이 용이한 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치는 내부를 관통한 유로가 형성되어 유수를 흘려보내는 유수 유입부, 상기 유수 유입부와 마주하는 지지부, 상기 유수 유입부와 상기 지지부를 연결하고 있으며 길이가 가변 될 수 있으며 상기 유로를 통과한 유수가 부딪힐 수 있는 회전 스크류 및 상기 회전 스크류와 연결되어 상기 회전 스크류의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 발전부를 포함한다.
상기 회전 스크류는 상기 유수 유입부와 상기 지지부를 연결하고 있으며 길이 조절 가능한 회전축, 그리고 상기 회전축을 따라 나선 형태로 배치되어 있고 상기 유로를 통과한 유수가 부딪힐 수 있는 회전날개를 포함할 수 있다.
상기 회전축은 일단과 타단이 상기 유수 유입부와 상기 지지부에 각각 회전할 수 있게 지지되어 있고 복수의 축부재가 슬라이딩할 수 있게 연결되어 가변 될 수 있다.
상기 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치는 상기 회전축과 상기 회전날개를 연결하는 연결점을 포함하고, 상기 연결점은 상기 회전날개의 양단부에 위치할 수 있다.
상기 유수 유입부는 상기 유로와 상기 발전부가 위치한 배치공간이 형성되어 있으며 상기 유로는 유입구와 유출구를 가지며 상기 유입구에서 상기 유출구로 갈수록 상기 유로의 단면적은 협소해질 수 있다.
상기 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치는 상기 유수 유입부와 연결된 이탈방지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유수가 단면적이 축소되는 유로를 통과하여 회전 스크류와 부딪히므로 유수 흐름에서 발생시킬 수 있는 회전축의 비틀림 모멘트가 증대되어 발전 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치의 설치, 휴대, 보관 등에 따라 회전 스크류의 길이를 가변시킬 수 있다. 휴대, 보관 시 회전 스크류의 길이를 줄이므로 휴대 및 보관성이 향상되는 효과가 발생한다. 그리고 수로, 하천 등에 설치 시 회전 스크류의 길이를 늘려 사용한다. 회전 스크류의 늘어난 길이에 의해 발전 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전축의 외부 둘레에 스크류 형태의 회전날개가 형성되어 있어 저유량, 저낙차, 부유물질로 인한 휴대용 초소수력 발전 장치의 운영 중지 및 파손을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전날개가 스크류 형태로 형성되어 하천, 수로 등의 불순물이 회전날개에 고착되지 않는다. 이에 회전부의 회전이 용이하여 발전효율이 향상되며 유지 관리가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치의 길이가 가변된 상태를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 유수 유입부를 절단한 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치 개략도.
도 4는 도 3의 유수 유입부를 나타낸 확대도.
도 5는 도 3의 회전 스크류의 가변 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 초소수력 발전 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치의 길이가 가변된 상태를 나타낸 개략도이며, 도 3은 도 2의 유수 유입부를 절단한 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치 개략도이고, 도 4는 도 3의 유수 유입부를 나타낸 확대도이며, 도 5는 도 3의 회전 스크류의 가변 상태를 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치(이하, 초소수력 발전 장치라 함)(1)는 길이가 가변 되어 휴대 및 보관이 용이하며 길이 증가시켜 발전 효율을 높인다. 초소수력 발전 장치(1)는 유수 유입부(10), 지지부(20), 회전 스크류(40) 및 발전부(50)를 포함한다. 초소수력 발전 장치(1)는 이탈방지부(30)를 더 포함할 수 있다.
유수 유입부(10)와 지지부(20)는 서로 간격을 두고 마주하고 있다. 유수 유입부(10)와 지지부(20)는 폴리스티렌(polystyrene) 따위로 만들어질 수 있다. 이에 유수 유입부와 지지부(20)는 부력을 가져 초소수력 발전 장치(1)가 설치되는 수로, 하천 등에서 유수에 떠 있을 수 있다.
유수 유입부(10)에는 유로(11)와 배치공간(12)이 형성되어 있다. 유로(11)와 배치공간(12)은 격벽으로 분리되어 있다. 배치공간(12)에는 발전부(50)가 배치되어 있다. 발전부(50)는 발전기, 축전지, 제어부 등을 포함하며 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산한다. 발전부(50)의 세부 구조는 널리 공지된 초소수력 발전 장치의 발전 유닛이 적용될 수 있는바, 이하 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
유로(11)는 유수 유입부(10)의 일면에서 타면으로 관통하고 있으며, 배치공간(12)은 유수 유입부(10)의 내부에서 타면으로 개방되어 있다. 그러나 배치공간(12) 또한 유수 유입부(10)의 일면에서 타면으로 관통할 수 있다.
유로(11)는 유수 유입구(111)와 유수 배출구(112)를 갖는다. 유수 유입구(111)와 유수 배출구(112)는 연결되어 있다. 유수가 유입되는 유수 유입구(111)는 유수 유입부(10)의 일면에 형성되어 있고 유수 유입부(10)를 통과한 유수가 배출되는 유수 배출구(112)는 유수 유입부(10)의 타면에 형성되어 있다. 유로(11)는 유수 유입구(111)에서 우수 배출구(112)로 갈수록 단면적이 협소하게 형성되어 있다. 유수 배출구(112)가 유수 유입구(111)보다 협소하므로 유수 배출구(112)에서 배출되는 유수의 속도는 증가할 수 있다.
지지부(20)는 유수 유입부(10)와 동일 선상에 위치하고 있다. 지지부(20)에 복수의 유수 통과홀(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 유수 유입부(10)와 지지부(20)의 사이의 유수는 유수 통과홀을 통과하여 흐를 수 있다.
이탈방지부(30)는 유수 유입부(10)에 배치되어 있다. 그러나 이탈방지부(30)는 지지부(20)에도 배치될 수 있다. 이탈방지부(30)에는 수로, 하천의 둑에 고정되는 로프(도시하지 않음)가 결속될 수 있다. 로프의 연결로 수로, 하천 등에 설치된 초소수력 발전 장치(1)는 유실되지 않는다. 도면에서 이탈방지부(30)를 유수 유입부(10)의 상부측에 배치된 것으로 하였으나, 측면, 하면 등에 배치될 수 있다. 그리고 이탈방지부(30)에 로프가 연결된 것으로 하였으나, 수로, 하천의 바닥에 박혀 고정되는 말뚝 따위가 이탈방지부(30)를 관통할 수 있다.
회전 스크류(40)는 회전축(41), 회전날개(42) 및 연결점(43)을 포함하며 유수 유입부(10)와 지지부(20)를 연결하고 있다. 유수 유입부(10)를 통과한 유수에 의해 회전하여 발전부(50)를 작동시킨다.
회전축(41)은 일단이 유수 유입부(10)에 회전할 수 있게 지지되어 발전부(50)와 연결되어 있다. 회전축(41)의 타단은 지지부(20)에 회전할 수 있게 지지되어 있다. 회전축(41)은 직경이 다른 축부재(411, 411n)들이 슬라이드 가능하게 서로 결합되어 있다. 이에 축부재(411, 411n)는 일측에서 타측으로 갈수록 직경이 단계적으로 감소한다. 축부재(411, 411n)들의 개수는 초소수력 발전 장치(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도면에는 도시하지 않으나 축부재(411, 411n)들의 내부 둘레와 외부 둘레에는 세레이션(serration)이 형성되어 있다. 세레이션의 결합으로 축부재(411, 411n)들은 함께 축 회전할 수 있다. 축부재(411, 411n)들의 슬라이드 이동으로 회전축(41)의 길이는 가변 될 수 있다. 이에 도면 도 5에서 도시한 바와 같이 회전축(41)의 길이가 줄어들거나 길어질 수 있다.
회전날개(42)는 나선형으로 경사지게 형성되어 회전축(41)의 외부 둘레를 따라 배치되어 있다. 여기서 회전날개(42)의 일단과 타단은 연결점(43)으로 회전축(41)과 결합되어 있다. 연결점(43)은 회전날개(42)의 내측과 회전축(41)의 사이에 형성되며, 연결점(43)은 용접 비드일 수 있다. 그러나 연결점(43)은 회전날개(42)에서 돌출된 브래킷과 브래킷을 관통하여 회전축(41)에 체결된 체결수단일 수도 있다. 연결점(43)은 초소수력 발전 장치(1)의 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
양측 연결점(43) 사이의 회전날개(42) 내측은 회전축(41)과 접하고 있다. 회전날개(42)의 내측 둘레 직경은 일측에서 타측으로 갈수록 단계적으로 감소할 한다. 회전날개(42)의 내측 둘레 직경과 회전축(41)의 외부 둘레 직경과 같다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만 회전날개(42)의 내측에도 회전축(41)의 세레이션과 같은 세레이션이 형성될 수 있다. 이에 회전날개(42)와 회전축(41)을 세레이션으로 결합할 수 있다. 회전날개(42)의 내측이 회전축(41)에 고정되지 않고 접하고 있으므로 회전축(41)의 길이가 가변 될 때 회전날개(42)의 나선형 피치(P)는 벌어지거나 좁혀질 수 있다.
유수 배출구(112)에서 배출되는 유수는 회전날개(42)의 경사진 표면을 부딪히면서 수로를 흐르게 된다. 유수는 회전날개(42)에 압력을 가하게 되며, 회전축(41)이 유수 유입구(111)와 지지부(20)에 회전할 수 있게 지지되어 있으므로 회전날개(42)는 유수가 압력을 가하는 방향으로 회전하게 된다.
회전 스크류(40)의 회전으로 발전부(50)가 작동하게 되며, 발전부(50)는 회전 스크류(40)에서 전달되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하게 된다.
초소수력 발전 장치(1)를 사용 시 회전 스크류(40)의 길이를 늘리어 발전 효율을 높이고, 사용하지 않을 때 에는 회전 스크류(40)의 길이를 줄이어 초소수력 발전 장치(1)의 부피를 축소시켜 보관, 휴대성을 높인다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치
10: 유수 유입부 11: 유로
111: 유수 유입구 112: 유수 배출구
12: 배치공간 20: 지지부
30: 이탈방지부 40: 회전 스크류
41: 회전축 411, 144n: 축부재
42: 회전날개 43: 연결점
50: 발전부

Claims (6)

  1. 내부를 관통한 유로가 형성되어 유수를 흘려보내는 유수 유입부,
    상기 유수 유입부와 마주하는 지지부,
    상기 유수 유입부와 상기 지지부를 연결하고 있으며 길이가 가변 될 수 있으며 상기 유로를 통과한 유수가 부딪힐 수 있는 회전 스크류 및
    상기 회전 스크류와 연결되어 상기 회전 스크류의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 발전부
    를 포함하는 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 회전 스크류는
    상기 유수 유입부와 상기 지지부를 연결하고 있으며 길이 조절 가능한 회전축, 그리고
    상기 회전축을 따라 나선 형태로 배치되어 있고 상기 유로를 통과한 유수가 부딪힐 수 있는 회전날개
    를 포함하는
    휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 회전축은 일단과 타단이 상기 유수 유입부와 상기 지지부에 각각 회전할 수 있게 지지되어 있고 복수의 축부재가 슬라이딩할 수 있게 연결되어 가변되는 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 회전축과 상기 회전날개를 연결하는 연결점을 포함하고, 상기 연결점은 상기 회전날개의 양단부에 위치하고 있는 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 유수 유입부는 상기 유로와 상기 발전부가 위치한 배치공간이 형성되어 있으며 상기 유로는 유입구와 유출구를 가지며 상기 유입구에서 상기 유출구로 갈수록 상기 유로의 단면적은 협소해지는 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 유수 유입부와 연결된 이탈방지부를 더 포함하는 휴대용 회전 스크류를 갖는 초소수력 발전 장치.
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