KR20190009888A - 자성체를 이용한 수력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유동되는 물을 이용하여 전력을 생산하는 수력 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하면 유동되는 물을 1차적으로 수평방향으로 회전하는 제1회전체로 공급하여 수력에 의하여 발전하고, 상기 제1회전체에서 회전하며 배출되는 물을 수직방향으로 회전하는 제2회전체의 상부로 공급하여 2차 발전을 할 수 있는 자성체를 이용한 수력 발전장치에 관한 것이다.

Description

자성체를 이용한 수력 발전장치{Generation apparatus using magnetic substance}
본 발명은 유동되는 물을 이용하여 전력을 생산하는 수력 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하면 유동되는 물을 1차적으로 수평방향으로 회전하는 제1회전체로 공급하여 수력에 의하여 발전하고, 상기 제1회전체에서 회전하며 배출되는 물을 수직방향으로 회전하는 제2회전체의 상부로 공급하여 2차 발전을 할 수 있는 자성체를 이용한 수력 발전장치에 관한 분야이다.
일반적으로 전기는 화력, 원자력, 수력, 조력, 풍력 등을 이용하여 전기를 생산하고 있으나 자연파괴에 의한 환경적인 문제, 특정한 장소에 건립해야 하고 막대한 설립비용이 투자되는 문제 등으로 고심을 하고 있다.
또한 전기를 발생시키기 위해서는 발전소를 건설하여야 하는데 에너지원이 무엇이냐에 따라 설비의 과정과 엄청난 비용이 투입되기도 하며 환경오염의 문제도 동시에 발생한다.
특히, 화석연료를 연소시켜 동력을 발생시켜 전기를 발생시키는 화력발전의 경우 화석연료가 연소될 때 각종 황오염 물질이 발생하여 오존층 파괴를 유발하고 있으며, 상기 화석연료의 매장량은 유한하기 때문에 이러한 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지원과 장치가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
다음은 발전장치에 관한 대표적인 종래기술이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0045154호는 편심 회전차를 이용한 발전장치에 관한 것으로, 메인축이 편심 낙차로 인한 원심력으로 회전되도록 테두리 일측으로 무게가 편심된 형태의 회전차가 상기 메인축을 중심으로 편심부위가 상호 일정각도차를 갖도록 축결합되어 편심낙차로 인한 원심력으로 메인축을 회전시키고 메인축에 발전기를 연결하는 구성을 하였다.
아울러 상기 종래기술은 기계적인 편심구조를 갖음으로써 주변여건에 관계없이 전력을 수득할 수 있으며 수득된 전력의 일부로 회전가속을 위한 구동수단을 작동시킴으로써 안정적으로 전력수득이 가능한 효과를 실현하였으나, 자연력인 원동력에 대하여 부가되는 에너지원이 없어 효율성이 다소 떨어지는 문제가 발생하여 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0986151호(2010.10.01.) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0124157호(2012.11.13.) 대한민국 공개실용신안 제20-2010-0005954호(2010.06.11.) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0045154호(2004.06.01.)
본 발명은 수력 발전장치에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 수력 발전장치는 자연력에 의하여 취득된 회전력을 단수 번 발전기에 전달하여 전력을 생산하기 때문에 발전효율이 다소 낮은 문제점이 발생하였고;
발전효율을 증가시킨 일부 발전기는 구성이 복잡하여, 복잡한 구성 때문에 발생하는 마찰력 및 저항력에 의하여 에너지의 손실이 증가하는 문제가 발생하였기 때문에, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
물을 측방으로 유입받아 수평방향으로 회전하는 터빈을 상부에 구비하고, 터빈으로 유입된 물을 내부공간의 상부에서 하부로 유동시킨 후 배출시키며, 상기 터빈과 함께 수평방향으로 회전하는 제1회전체; 상기 제1회전제의 하부에 위치되어 제1회전체의 하부에서 배출된 물에 의하여 수직방향으로 회전하는 제2회전체;를 포함하여 구성되고, 상기 제1회전체 및 제2회전체 각각의 회전중심축은 발전기의 회전축과 연결되어 전력을 생산하도록 구성되는 자성체를 이용한 수력 발전장치를 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치는 물의 유동에 의하여 생성된 자연력을 이용하여 제1회전체와 제2회전체를 복수 번 회전시켜 회전력을 생성시키기 때문에, 발전효율이 증가될 수 있는 효과를 얻을 수 있고;
발전장치를 구성하는 구성이 복잡하지 않아, 복잡한 구성으로 인하여 발생하는 마찰력 및 저항력으로 손실되는 에너지를 줄임으로써, 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치를 나타내는 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치의 터빈과 제1회전체를 나타내는 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치를 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치를 타나내는 평면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치에 와류날개가 구비된 경우를 나타내는 정면 단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치의 테두리 자성부재와 구동 자성부재의 관계를 나타내는 평면 단면도.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치와 연결되는 크랭크를 나타내는 사시도 및 부분 단면도.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자성체를 이용한 수력 발전장치에 풍력 발전장치가 더 연결된 경우를 나타내는 정면도.
본 발명은 유동되는 물을 이용하여 전력을 생산하는 수력 발전장치에 관한 것으로서, 물을 측방으로 유입받아 수평방향으로 회전하는 터빈(10)을 상부에 구비하고, 터빈(10)으로 유입된 물을 내부공간의 상부에서 하부로 유동시킨 후 배출시키며, 상기 터빈(10)과 함께 수평방향으로 회전하는 제1회전체(20); 상기 제1회전체(20)의 하부에 위치되어 제1회전체(20)의 하부에서 배출된 물에 의하여 수직방향으로 회전하는 제2회전체(30);를 포함하여 구성되고, 상기 제1회전체(20) 및 제2회전체(30) 각각의 회전중심축(21, 31)은 발전기의 회전축과 연결되어 전력을 생산하도록 구성되는 자성체를 이용한 수력 발전장치에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 10을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명에 의한 수력 발전장치는 수력과 같은 자연력을 회전력으로 변환시킨 외부동력을 원동력으로 하여 작동한다. 즉, 자연력이 회전력으로 변환되어 회전하는 제1회전체(20)와 제2회전체(30)의 회전중심축(21, 31)은 공지의 발전기 회전축과 연결되어 전력을 생산하는 구성을 한다.
이때, 상기 공지의 발전기는 회전자와 고정자를 포함하여 구성되고, 상기 회전자의 회전중심에는 회전축이 구비되어, 본 발명에 의한 수력 발전장치의 제1회전체(20)와 제2회전체(30)의 회전중심축(21, 31) 각각과 연결되는 구성을 하고, 다른 실시예로서는 상기 제1회전체(20)의 회전중심축(21)은 상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)과 연결되고, 상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)은 발전기의 회전축과 연결되는 구성을 할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 수력 발전장치를 구성하기 위하여 사용되는 베어링, 기어 또는 조인트 등과 같은 각종의 연결부재는 마찰력이 작게 작용하는 것을 이용하여 연결부재에 의하여 손실되는 에너지를 최소화하여야 함은 자명할 것이다.
아울러 본 발명에 의한 수력 발전장치는 복수 개의 프레임 간의 체결로 만들어지는 하우징(100)에 의하여 지지되고, 이하의 설명에서 특별히 언급하지 않는 구성의 연결관계에 관한 사항은 하우징(100)의 일정부분에 의하여 실현될 수 있다.
더불어 본 발명에 의한 발전장치는 공지의 발전장치와 연결되어 공지의 발전장치의 발전효율을 증가시키기 위한 장치로 사용될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 수력 발전장치는 거시적으로 제1회전체(20)와 제2회전체(30)를 포함하여 구성되고, 1차적으로 상기 제1회전체(20)에 유입되어 제1회전체(20)를 회전시킨 후 제1회전체(20)에서 배출된 물은 2차적으로 상기 제2회전체(30)에 유입되어 제2회전체(30)를 회전시키는 회전력을 제공한다.
구체적으로, 상기 제1회전체(20)는 물을 측방으로 유입받아 수평방향으로 회전하는 터빈(10)을 상부에 구비하고, 터빈(10)으로 유입된 물을 내부공간의 상부에서 하부로 유동시킨 후 배출시키며, 상기 터빈(10)과 함께 수평방향으로 회전하는 구성으로서, 유동되는 물을 1차적으로 유입받아 물의 유동력을 회전력을 변환시키는 구성이다.
보다 상세하면, 상기 제1회전체(20)의 상부에 구비되는 터빈(10)은 도 3과 같이 터빈의 회전축(14)을 중심을 방사형으로 구비된 복수 개의 터빈 날개(11)와 상기 복수개의 터빈 날개(11)를 지지시키는 터빈 프레임(12)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 터빈 프레임(12)은 수평방향으로 링형태로 구성되고, 내부에는 상기 터빈(10)의 회전축(14)이 위치되는 구성을 한다. 또한 상기 터빈 프레임(12)과 터빈(10)의 회전축(14)은 복수 개의 가이드 프레임(13)으로 연결되어 상기 터빈 프레임(12)이 터빈(10)의 회전축(14)을 중심으로 수평 회전할 수 있도록 구성되고, 상기 터빈(10)의 회전축(14, 터빈 프레임(12)의 회전축과 동일함.)은 본 발명에 의한 수력 발전장치의 하우징(100) 상부에 회전 가능하도록 체결되어 지지된다.
아울러 상기 터빈(10)에 구비되는 복수 개의 터빈 날개(11)는 물의 유입방향에 대하여 물의 유동압력을 터빈(10)에 최대한 전달할 수 있도록 굽어진 형태로 구성되어야 함은 자명할 것이다.
더불어 상기 구성의 터빈(10) 외부에서 터빈(10)으로 유입되는 물은 터빈 날개(11)에 유동압력을 가한 후 링형태의 터빈 프레임(12) 안쪽으로 유동되어 제1회전체(20)의 내부공간 상부로 유입된다.
또한 상기 터빈(10)은 외부의 물을 측방으로 유입받아 터빈 회전축(14)을 중심으로 수평방향으로 회전하는 구성을 하는데, 이때, 상기와 같이 수평방향으로 회전하는 터빈(10)은 중력에 의하여 아래쪽으로 떨어지는 물의 위치에너지 보다는 물의 유동력에 의한 유동압력을 1차적으로 이용하여 제1회전체(20)를 회전시킬 수 있고, 상기 제1회전체(20)의 회전력으로써 발전을 할 수 있는 효과를 실현시킬 수 있다.
아울러 본 발명은 상기 터빈 프레임(12)은 도 3과 같이 상기 터빈 날개(11)의 상부를 지지하는 상부 터빈 프레임(12a)과 터빈 날개(11)의 하부를 지지하는 하부 터빈 프레임(12b)을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 하부 터빈 프레임(12b)의 원형 외주에는 상기 복수 개의 터빈 날개(11)의 방사형 배치에 의하여 형성된 임의의 터빈 날개(11) 외경보다 더 큰 외경을 가지는 원형의 물받이(15)가 더 구비되는 구성을 할 수 있다.
이때, 상기 물받이(15)는 터빈(10)으로 유입되는 물이 터빈(10)의 바깥쪽에서 안쪽을 온전하게 유입될 수 있도록 하는 구성이고, 바람직하게는 물받이(15)의 내주는 상기 상부 터빈 프레임(12a)의 외주와 연결되고, 상기 물받이(15) 외주는 상향 돌출된 측벽이 형성되어 물받이(15) 안쪽의 터빈 날개(11)를 향하며 공급된 물이 물받이(15)의 외부로 유출되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1회전체(20)는 상기 구성의 터빈(10)을 상부에 구비하는 구성으로서, 물의 유입에 의하여 수평방향으로 회전하는 상기 터빈(10)에 의하여 수평방향으로 회전하고, 상기와 같은 수평방향 회전에 의한 회전력을 발전기에 전달하여 전력을 생산하는 구성이다.
즉, 상기 제1회전체(20)는 상기 터빈(10)으로 유입된 물을 내부공간의 상부에서 하부로 유동시킨 후 배출시키며, 상기 터빈(10)과 함께 수평방향으로 회전하는 구성으로서, 상기 터빈(10)의 회전에 의하여 함께 회전하여 회전력이 생성되고, 터빈(10)에서 공급되는 물을 내부공간 상부에서 하부로 유동시키는 구성이다.
이때, 상기 제1회전체(20)는 원통형으로 구성되어 원통형의 상부에는 상기 터빈(10)이 구비되고, 내부공간으로는 물을 상부에서 하부 방향으로 유동시키는 구성을 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1회전체(20)의 내부공간 상부는 상기 터빈(10)의 안쪽에 형성된 중공과 연통되는 구성을 하여, 터빈(10)의 외부에서 안쪽으로 유동된 물이 곧바로 제1회전체(20)의 내부공간 상부로 유동될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 제1회전체(20)의 상부는 하우징(100)에 회전 가능하도록 체결된 터빈(10)에 의하여 지지되고, 제1회전체(20)의 하부는 하우징(100)의 중간 부분에 구비된 프레임에 의하여 회전 가능하도록 체결되어, 제1회전체(20)의 회전중심축(21)의 상부와 하부가 회전가능한 상태를 가지도록 구성된다.
보다 상세하면, 상기 제1회전체(20)는 상기 원형관의 형태로 구성되고, 상부에 상기 터빈(10)을 구비하는 상단부(22); 상기 몸체부의 하부에 상부가 연결되고, 깔때기 형태로 구성되어 하부에 배출공(24)이 형성되는 하단부(23);를 포함하여 구성되고, 상기 배출공(24)의 내부에는 상기 하단부(23)에 고정되어 제1회전체(20)와 함께 회전하는 제2터빈(25)이 내입되도록 구성을 할 수 있다.
즉, 상기 구성의 제1회전체(20)는 거시적으로 상단부(22)와 하단부(23)를 포함하여 구성되는데, 상기 상단부(22)는 원형관의 형태로 구성되어 상기 터빈(10)을 상부에 위치시키는 구성이고, 상기 하단부(23)는 상기 상단부(22)보다 좁은 내경을 가지는 하부가 형성되어 상단부(22)의 내부공간(22a)에서 하단부(23) 하부의 내부공간(22b)으로 유동된 물을 제1회전체(20)의 하부 중앙으로 집중시켜 외부로 배출시키는 구성이다.
구체적으로, 상기 상단부(22)의 상부와 하부는 동일한 내경을 가지는 원형의 직관 형태로 구성되어 내부공간(22a)의 상부에서 하부로 물을 유동시킨다. 이때, 상기 상단부(22)의 내부공간(22a) 상부에서 하부로 유동되는 물은 제1회전체(20)가 수평방향으로 회전되는 상태이므로 수평방향으로 회전하여 하단부(23)의 내부공간(22b) 상부로 유동된다.
이때, 상기 상단부(22)의 내부공간(22a)에는 내부공간(22a)의 상부에서 하부 방향으로 길이가 형성되는 나선형의 와류날개(28)가 더 구비되는 구성을 할 수 있다. 즉, 상기 와류날개(28)는 상단부(22) 내부공간(22a)의 내벽에 나선형을 하며 구비되어 내부공간(22a)의 상부에서 하부로 유동되는 물이 와류날개(28)를 통하여 흘러내리며 제1회전체(20)의 회전을 가속화시킬 수도 있다.
또한 상기 하단부(23)의 상부는 상기 상단부(22)의 하부와 동일한 내경을 가지며 상단부(22)의 하부에 연결되고, 하단부(23)의 하부는 상단부(22)의 상부보다 더 좁은 형태의 내부공간(22b)이 형성되어, 하단부(23)의 내부공간(22b) 상부에서 하부로 유동되는 물이 보다 좁은 공간으로 집중될 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 하단부(23) 하부의 중앙에는 배출공(24)이 형성되어 하단부(23)의 하부로 유동된 물이 제1회전체(20) 하부의 외부로 배출될 수 있도록 구성된다.
더불어 상기 배출공(24)의 내부에는 상기 하단부(23)에 고정된 상태를 가지는 제2터빈(25)이 구비되어, 배출공(24)을 통하여 회전하며 제1회전체(20)의 외부로 배출되는 물에 의하여 제2회전체(30)가 더욱 강력하게 회전할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 구성의 제1회전체(20)는 상기 터빈(10)에 의하여 1차적으로 수평방향으로 회전되고, 상기 하단부(23)의 배출공(24)에 구비되는 제2터빈(25)에 의하여 2차적으로 가속 및 가중 회전될 수 있다.
또한 상기 제2터빈(25)은 중심축이 상기 하단부(23)의 배출공(24)에 구비된 지지대에 의하여 지지되고, 상기 중심축을 중심으로 방사형으로 구비된 복수 개의 터빈날개(25a)에 의하여 물의 회전력을 전달받아 제1회전체(20)에 회전력을 가하게 된다.
이때, 상기 제1회전체(20)의 회전력은 발전기의 회전축과 직접 연결되어 발전기가 전력을 생산할 수 있도록 구성될 수도 있고, 하기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)과 제1회전체(20)의 회전중심축이 상호 연결되어 발전기가 전력을 생산할 수 있도록 구성될 수도 있다. 아울러 상기 제1회전체(20)의 회전중심축(21)은 상기 터빈(10)의 회전축(14) 또는 하단부(23)의 중심축이 될 수 있다.
상기와 연관하여, 상기 본 발명에 의한 제1회전체(20)는 상기와 같이 터빈(10)의 회전축(14) 또는 하단부(23)의 중심축과 회전중심축(21)이 동일한 상태로 구성되고, 상기 구성의 회전중심축이 발전기의 회전축 또는 제2회전체(30)의 회전중심축(31)과 연결되는 구성을 할 수도 있지만, 도 4, 8과 같이 상기 터빈(10)의 회전축(14) 또는 하단부(23)의 중심축과는 동일한 회전중심축(21)을 가지되, 제1회전체(20)의 회전력은 제1회전체(20)의 외주와 제1회전체(20)의 외주에 배치된 구동 자성부재(40)에 의하여 발전기에 전달되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1회전체(20)는 외주에 링형태로 돌출된 테두리부(26)가 형성되도록 구성되고, 상기 테두리부(26)에는 복수 개의 테두리 자성부재(27)가 등간격으로 내입되도록 구성되며, 상기 테두리부(26)의 외측에는 상기 테두리 자성부재(27)와 대응되어 인력 또는 척력이 작용되는 구동 자성부재(40)가 배치되도록 구성되며, 상기 구동 자성부재(40)의 회전력은 상기 발전기의 회전축으로 전달되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 제1회전체(20)의 외주에 형성된 테두리부(26)는 복수 개의 테두리 자성부재(27)를 등간격으로 내입시키는 구성으로서, 물에 의하여 수평방향으로 회전하는 터빈(10)과 연결되어 수평방향으로 회전하는 제1회전체(20)에 의하여 상기 제1회전체(20)의 회전중심축(21)을 중심으로 회전하는 링형태로 구성된다.
이때, 상기 테두리부(26)에 내입된 복수 개의 테두리 자성부재(27)는 회전되는 테두리부(26)에 의하여 제1회전체(20)의 회전중심축(21)을 중심으로 회전하고, 구동 자성부재(40)와 인력 또는 척력을 가하여 구동 자성부재(40)를 회전시킨다.
보다 상세하면, 상기 테두리 자성부재(27)는 도 8과 같이 테두리부(26)에 등간격으로 구비되어 테두리부(26)의 외주에 일정 간격으로 자력이 형성될 수 있도록 한다.
이때, 상기 테두리 자성부재(27)는 영구자석과 같은 자성체로 구성되고, 테두리부(26)의 외주에는 동일한 자성이 형성될 수 있도록 배열된다. 즉, 테두리 자성부재(27)에 의하여 테두리부(26)의 외주에 N극의 자성이 일정 간격으로 형성될 수도 있고(이때, 테두리 자성부재(27)의 S극은 제1회전체(20)의 중앙을 향하거나 중앙 쪽으로 향하되 일정의 기울어짐각을 가지도록 형성될 수 있다.), 상기와 반대로 테두리부(26)의 외주에는 S극의 자성이 일정 간격으로 형성될 수도 있다(이때, 테두리 자성부재(27) N극은 제1회전체(20)의 중앙을 향하거나 중앙 쪽으로 향하되 일정의 기울어짐각을 가지도록 형성될 수 있다.).
또한 상기 구동 자성부재(40)는 상기 테두리부(26)의 외측에 배치되는 구성을 하고, 상기 테두리 자성부재(27)와 대응하는 인력 또는 척력을 작용시켜 회전되는 구성으로서, 복수 개의 프레임 간의 체결로 만들어지는 하우징(100)에 의하여 회전 가능하도록 지지되는 구성을 한다.
즉, 상기 구동 자성부재(40)는 회전중심축(41)에 의하여 지지되며 회전하고, 구동 자성부재(40)의 어느 한 자극에 의한 자력이 제1회전체(20)의 외주에에 구비된 테두리 자성부재(27)에 가해지도록 구성된다.
이때, 상기 구동 자성부재(40)는 상기 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)에 연결되는 회전자의 외주에 복수 개의 영구자석이 등 간격으로 구비되고, 상기 회전자에 구비되는 영구자석은 회전자의 외주에 동일한 자극을 가지도록 구성될 수도 있고; 도 8과 같이 상기 구동 자성부재(40)는 원형의 영구자석으로 구성되되, 원형 영구자석의 중앙은 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)에 체결되어 회전하고, 원형 영구자석의 어느 한 자극은 상기 제1회전체(20)의 테두리부(26)에 지속적으로 상접되어 상기 테두리에 등간격으로 구비된 테두리 자성부재(27)에 일정의 자력을 가할 수 있도록 구성될 수 있다.
아울러 상기 테두리 자성부재(27)와 구동 자성부재(40)는 서로 다른 자극이 서로 인접 또는 상접되어 인력이 작용되도록 배열될 수도 있고, 동일한 자극이 서로 인접 또는 상접되어 척력이 작용되도록 배열될 수도 있다.
즉, 상기와 같이 테두리 자성부재(27)와 구동 자성부재(40)가 상호 인력이 작용되도록 배열되는 경우에는, 상기 제1회전체(20)가 회전중심축(21)을 중심으로 회전하며 테두리 자성부재(27)가 구동 자성부재(40) 쪽으로 인접되는 방향으로 이동할 때에, 상기 테두리 자성부재(27)와 구동 자성부재(40) 간에 인력이 작용되어 상호 잡아 당김으로써 구동 자성부재(40)가 회전중심축(41)을 중심으로 회전될 수 있도록 한다.
상기와 연관하여, 상기 테두리 자성부재(27)와 구동 자성부재(40)가 상호 척력이 작용되도록 배열되는 경우에는, 상기 제1회전체(20)가 회전중심축(21)을 중심으로 회전하며 테두리 자성부재(27)가 구동 자성부재(40) 쪽으로 인접되는 방향으로 이동할 때에, 상기 테두리 자성부재(27)와 구동 자성부재(40) 간의 척력이 작용되어 상호 밀어냄으로써 구동 자성부재(40)가 회전중심축(41)을 중심으로 회전될 수 있도록 한다.
또한 상기와 같은 원리에 의하여 회전되는 구동 자성부재(40)는 하우징(100)에 회전 가능하도록 체결된 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)을 회전시키고, 상기 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)은 발전기의 회전축과 연결되어 전력을 생산시키기거나, 하기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)과 연결되어 제2회전체(30)의 회전중심축(31)과 연결된 발전기의 회전축에 회전력을 전달하여 전력을 생산시킬 수 있다.
상기와 연관하여, 상기 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)과 제2회전체(30)의 회전중심축(31)이 상호 연결되는 경우, 상기 구동 자성부재(40) 회전중심축(41)의 회전속도와 제2회전체(30)의 회전중심축(31)의 회전속도가 서로 다를 수 있는데, 이에 본 발명은 상기 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)과 상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)은 클러치를 포함하는 변속기(50)로서 상호 연결되도록 구성하고, 상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)은 발전기의 회전축과 연결되도록 구성할 수 있다.
즉, 상기 클러치를 포함하는 변속기(50)는 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)에서 제2회전체(30)의 회전중심축(31)으로 전달되는 회전력의 전달여부 및 회전속도비를 조절하는 구성으로서, i) 제1회전체(20)의 비회전 또는 구동 자성부재(40)의 비회전 시에는 상기 변속기(50)의 회전력 전달이 차단되어 제2회전체(30)의 회전중심축(31)의 회전만으로 발전기의 회전축을 회전시킬 수 있고, ii) 구동 자성부재(40) 회전중심축(41)의 회전속도가 제2회전체(30)의 회전중심축(31)의 회전속도보다 빠른 경우에는 상기 변속기(50)는 기어비가 더 낮도록 변속되어 구동 자성부재(40) 회전중심축(41)에서 제2회전체(30) 회전중심축(31)으로 전달되는 회전속도를 느리게 조절할 수 있고(이때, 구동력은 더 커짐.), 상기와 반대로, iii) 구동 자성부재(40) 회전중심축(41)의 회전속도가 제2회전체(30)의 회전중심축(31)의 회전속도보다 느린 경우에는 상기 변속기(50)는 기어비가 더 높도록 변속되어 구동 자성부재(40) 회전중심축(41)에서 제2회전체(30) 회전중심축(31)으로 전달되는 회전속도를 빠르게 조절할 수 있다(이때, 구동력은 더 작아짐.).
아울러 상기 제2회전체(30)는 상기 제1회전체(20)의 하부에 위치되어 제1회전체(20)의 하부에서 배출된 물에 의하여 수직방향으로 회전하는 구성으로서, 상기 제1회전체(20)에서 배출되는 물의 위치에너지를 주되게 이용하여 2차적으로 전력을 발전시키는 구성이다.
즉, 상기 제2회전체(30)는 도 5와 같이 수차와 같은 형태로 구성되되, 회전중심축(31)이 수평방향으로 배치되어 제2회전체(30)의 상부에서 떨어지는 물에 의하여 수직방향으로 회전하도록 구성된다.
이때, 상기 제2회전체(30)의 상부에는 상기 제1회전체(20)의 배출구가 위치되어 제1회전체(20)의 배출구에서 배출된 물이 제2회전체(30)의 전방쪽 상부 또는 후방쪽 상부로 떨어질 수 있도록 구성된다. 아울러 상기 제2회전체(30)의 상부로 떨어지는 물은 제1회전체(20)가 회전되고 있는 상태이므로 회전되며 제2회전체(30)로 공급되기 때문에, 단순 낙하하는 물보다 회전력이 더해져 보다 강력한 낙하력으로 제2회전체(30)에 가해질 수 있는 효과를 실현시킬 수 있다.
또한 상기 제1회전체(20)의 배출구에 상기 제2터빈(25)이 더 구비된 경우에는, 제2터빈(25)에 의한 물의 회전력이 더욱 증가되어 제2회전체(30)로 떨어지는 물의 낙하력이 더욱 증가될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 본 발명은 제1회전체(20)의 회전중심축(21) 또는 제2회전체(30)의 회전중심축(31)의 회전가속력과 회전력을 향상시키기 위하여, 상기 회전중심축(21, 31)에는 영구자석과 같은 자성부재(72)가 일측 말단에 구비된 커넥팅 로드(71)가 체결되는 크랭크(70)가 하나 이상 연결되도록 구성하고, 상기 자성부재(72)는 하우징(100)에 일측이 체결되고 내부공간의 상부에는 전자석(73)이 내재되는 실린더(74)의 내부공간에 내입되도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 상기 크랭크(70)는 회전중심축(2, 이하, 제2회전체(30)의 회전중심축(31)에 크랭크(70)가 연결되는 경우를 바람직한 실시예로 설명함.)과 함께 회전할 수 있고, 크랭크(70)에 체결된 커넥팅 로드(71)의 일측 말단에 구비된 자성부재(72)는 자성부재(72)를 내재하는 실린더(74)의 내부공간에 내재된 전자석(73)에 의하여 수직이동하며 크랭크(70)를 주기적으로 가압하여 회전중심축(31)을 가속회전시킨다.
즉, 상기 실린더(74)는 일측이 하우징(100)에 고정체결되고, 내부공간에는 상기 자성부재(72)가 말단에 구비된 커넥팅 로드(71)를 내입시킨다. 이때, 내부공간의 상부에는 전자석(73)이 내재되어 자성부재(72)가 전자석(73)에 인접되면 전자석(73)이 작동하여 자성부재(72)를 척력으로 밀어내고, 척력을 받은 자성부재(72)는 커넥팅 로드(71)를 밀어 크랭크(70)를 가압함으로써, 크랭크(70)와 연결된 회전중심축(31)을 더욱 가속회전시킨다.
아울러 상기 전자석(73)은 작동방법 및 작동시점은 당업자의 판단에 따라 다양한 방식으로 구성가능하고, 보다 바람직하게는 상기 회전중심축(31)에는 하나 이상의 캠(80, Cam)이 구비되고, 상기 캠(80)에는 리미트 스위치(81, limit switch)가 연동되어 작동되도록 구성되며, 리미트 스위치(81)에 의한 작동신호는 상기 전자석(73)을 온·오프시키도록 구성가능하다.
즉, 상기 캠(80, Cam)은 회전중심축(31)에 체결되어 회전하되, 회전중심축(31)을 중심으로 어느 한쪽 부분 이상의 외주가 회전중심축(31)으로부터 돌출 형성되도록 구성되고, 상기 리미트 스위치(81, limit switch)는 캠(80)의 돌출 부분과 접하면 작동 신호를 생성하는 구성이다.
이때, 상기 리미트 스위치(81)는 캠(80)과 인접된 하우징(100)의 일정부분에 체결되고, 리미트 스위치(81)의 작동신호는 전자석(73)으로 전달되어 전자석(73)을 온·오프시킨다.
더불어 리미트 스위치(81)에 의하여 작동신호가 생성되는 시점은 자성부재(72)가 전자석(73)에 인접된 위치에 놓일 때가 되는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에 의한 수력 발전장치는 상기와 같이 수력에 의하여 전력을 생산할 수도 있고, 풍력이 더해져 전력을 생산할 수도 있다.
즉, 상기 제1회전체(20)의 상부에는 상기 터빈(10)의 회전중심에는 상부로 길이를 가지는 회전축(14)이 더 구비되도록 구성되고, 상기 터빈의 회전축(14)은 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)이 연결되도록 구성되며, 상기 터빈의 회전축(14)과 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)은 클러치 베어링(62)으로 연결되도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)는 공지의 풍력발전장치의 회전날개(60)와 동일 또는 유사한 형태로 구성되어 바람에 의하여 회전될 수 있고, 상기 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)은 터빈(10)의 회전축(14, 제1회전체(20)의 회전중심축(21)과 동일함.)과 연결되어 터빈(10)에 의하여 회전하는 회전축(14)과 연결되는 구성을 한다.
또한 상기 터빈(10)과 회전날개(60)의 회전축(61)을 상호 연결시키는 회전축(14)은 별도의 구성품으로 구성될 수도 있고, 터빈의 회전축(14)이 상부로 길이연장되어 구성될 수도 있다.
아울러 상기 클러치 베어링(62)은 상기 터빈의 회전축(14)과 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)을 상호 연결시키는 구성으로서, 회전날개(60)가 미약한 세기의 바람에 의하여 회전되어 터빈의 회전축(14)다 회전날개(60)의 회전축(61)이 더 느린 속도로 회전하는 경우에는 회전날개(60)의 회전축(61)과 터빈 회전축(14)의 동력 전달을 차단하고, 상기와 반대로 회전날개(60)의 회전축(61)이 터빈의 회전축(14) 보다 더 빠른 속도로 회전하는 경우에는 회전날개(60)의 회전축과 터빈 회전축(14)의 동력을 연결하여 회전날개(60)의 회전력이 터빈(10)으로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10 : 터빈 11 : 터빈 날개
12 : 터빈 프레임 12a : 상부 터빈 프레임
12b : 하부 터빈 프레임 13 : 가이드 프레임
14 : 터빈의 회전축 15 : 물받이
20 : 제1회전체 21 : 회전중심축
22 : 상단부 22a : 내부공간
23 : 하단부 22b : 내부공간
24 : 배출공 25 : 제2터빈
25a : 터빈 날개 26 : 테두리부
27 : 테두리 자성부재 28 : 와류날개
30 : 제2회전체 31 : 회전중심축
40 : 구동 자성부재 41 : 회전중심축
50 : 변속기 60 : 회전날개
61 : 회전날개의 회전축 62 : 클러치 베어링
70 : 크랭크 71 : 커넥팅 로드
72 : 자성부재 73 : 전자석
74 : 실린더 80 : 캠
81 : 리미트 스위치 100 : 하우징

Claims (5)

  1. 물을 측방으로 유입받아 수평방향으로 회전하는 터빈(10)을 상부에 구비하고, 터빈(10)으로 유입된 물을 내부공간의 상부에서 하부로 유동시킨 후 배출시키며, 상기 터빈(10)과 함께 수평방향으로 회전하는 제1회전체(20);
    상기 제1회전체(20)의 하부에 위치되어 제1회전체(20)의 하부에서 배출된 물에 의하여 수직방향으로 회전하는 제2회전체(30);를 포함하여 구성되고,
    상기 제1회전체(20) 및 제2회전체(30) 각각의 회전중심축(21, 31)은 발전기의 회전축과 연결되어 전력을 생산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 수력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체(20)는,
    상기 원형관의 형태로 구성되고, 상부에 상기 터빈(10)을 구비하는 상단부(22);
    상기 몸체부의 하부에 상부가 연결되고, 깔때기 형태로 구성되어 하부에 배출공(24)이 형성되는 하단부(23);를 포함하여 구성되고,
    상기 배출공(24)의 내부에는 상기 하단부(23)에 고정되어 제1회전체(20)와 함께 회전하는 제2터빈(25)이 내입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 수력 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체(20)는,
    외주에 링형태로 돌출된 테두리부(26)가 형성되도록 구성되고,
    상기 테두리부(26)에는 복수 개의 테두리 자성부재(27)가 등간격으로 내입되도록 구성되며,
    상기 테두리부(26)의 외측에는 상기 테두리 자성부재(27)와 대응되어 인력 또는 척력이 작용되는 구동 자성부재(40)가 배치되도록 구성되며,
    상기 구동 자성부재(40)의 회전력은 상기 발전기의 회전축으로 전달되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 수력 발전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동 자성부재(40)의 회전중심축(41)과 상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)은 클러치를 포함하는 변속기(50)로서 상호 연결되도록 구성되고,
    상기 제2회전체(30)의 회전중심축(31)은 발전기의 회전축과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 수력 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전체(20)의 상부에는 상기 터빈(10)의 회전중심에는 상부로 길이를 가지는 회전축(14)이 더 구비되도록 구성되고,
    상기 터빈의 회전축(14)은 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)이 연결되도록 구성되며,
    상기 터빈의 회전축(14)과 풍력에 의하여 회전하는 회전날개(60)의 회전축(61)은 클러치 베어링(62)으로 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자성체를 이용한 수력 발전장치.
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