KR101728687B1 - 개폐창문을 이용한 수력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전부에 방사형으로 결합되는 회전날개에 있어 일 방향 개방 구조를 갖는 개폐창문을 구비하도록 하여 해류 또는 조류 등을 포함한 수력과 대향하는 하나의 회전날개에만 수력이 작용하도록 하고 다른 회전날개는 개폐창문이 개방되어 해류 또는 조류가 통과되도록 함으로써 유체의 저항을 최소화할 수 있기 때문에 회전부의 회전 효율을 향상시키고 결과적으로 발전 효율을 향상시킬 수 있는 할 수 있는 개폐창문을 이용한 수력발전장치에 관한 것으로, 상세하게는 해저면으로부터 직립형으로 고정 설치되되 사면이 개방된 회전 공간을 구비하고 상기 회전 공간에는 적어도 한 쌍의 가이드 레일이 길이방향을 따라 설치되는 고정부; 상기 고정부의 회전 공간 내에서 설치되는 본체와, 상기 본체의 하부에 결합되어 수위면 높이를 유지하기 위한 부력구와, 상기 부력구의 하부에서 상기 본체로부터 수직 또는 수평으로 결합되는 회전축 및 수중 위치하며 상기 회전축에 방사형으로 결합되어 해류 내지 조류를 포함하는 수력에 의해 회전하는 복수의 회전날개를 포함하는 회전부; 상기 회전 공간 내에서 상기 회전부를 일체로 체결 및 고정하며 그 외측면에는 상기 가이드 레일을 따라 승강하는 적어도 한 쌍의 가이드 롤러가 구비되는 승강 유도부; 및 상기 회전부의 회전축과 결합되며 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

개폐창문을 이용한 수력발전장치{Water-power Generating Apparatus Using Open And Close Window}

본 발명은 회전부에 방사형으로 결합되는 회전날개에 있어 일 방향 개방 구조를 갖는 개폐창문을 구비하도록 하여 해류 또는 조류 등을 포함한 수력과 대향하는 하나의 회전날개에만 수력이 작용하도록 하고 다른 회전날개는 개폐창문이 개방되어 해류 또는 조류가 통과되도록 함으로써 유체의 저항을 최소화할 수 있기 때문에 회전부의 회전 효율을 향상시키고 결과적으로 발전 효율을 향상시킬 수 있는 개폐창문을 이용한 수력발전장치에 관한 것이다.

1990년대 이후 기후변화 협약으로 인해 온실가스 감축이 급박한 과제로 등장하면서 수력 발전은 화력이나 원자력 발전에 대응한 대안 중의 하나로 국내의 활용 가능성이 높게 인식되는 계기가 되었고 현재는 매우 빠른 속도로 발전하는 단계에 있다.

통상적으로 수력 발전의 하나의 방법으로서 터빈을 이용한 전기생산은 잘 알려져 있다. 제어된 유체의 흐름이 프로펠러 타입의 회전자나 블레이드의 회전을 일으키도록 터빈이 댐에 설치된다.

그러한 비교적 빠른 유속 조건은 고낙차 조건(high head condition)으로 알려져 있으며, 만, 강어귀 또는 근해에서의 조수 흐름에 의해 생산되는 것과 같이, 저낙차 조건(low head condition)에 터빈을 설치하는 것 또한 알려져 있다.

수력발전의 경우에 발전 용량을 늘리려면 물이 더 큰 위치에너지를 가지도록 해야 한다. 즉 낙차가 클수록 유리함을 알 수 있다.

이와 관련하여 자연낙차, 자연유량을 이용하는 방식을 수로식(水路式) 발전이라고 하는데 그 발전량은 지형, 계절과 강우량의 영향을 많이 받는다. 따라서 안정적인 발전량을 유지하고 낙차도 크게 하기 위해서 댐식 발전을 사용한다.

댐을 짓더라도 댐의 상류에 비가 오랜 기간 오지 않으면 발전기가 지속적으로 작동할 수 없기 때문에 여름철에 강수가 집중되어 다른 계절에는 발전에 필요한 물이 부족한 우리나라는 양수식(揚水式) 발전을 이용하기도 한다. 이는 전력 소비가 적은 야간에 남는 전력을 이용하여 댐의 하류로 흘려보낸 물을 펌프를 이용하여 다시 댐의 상류로 끌어올려 두었다가 낮에 다시 발전에 사용하는 방식이다.

그 밖에 큰 낙차를 얻는 방법으로 유역변경식(流域變更式) 발전이 있다. 이는 기존의 하천의 흐름을 낙차가 큰 방향으로 변경하여 발전소를 세우는 방법이 있다.

그러나 이러한 통상의 수력발전설비는 규모를 불문하고 입지선정에 따른 수몰지역민의 민원대책과 막대한 댐 건설비용 조달에서부터 공기 내내 안전유지와 건설 후의 유지보수, 발전소 운영에 필요한 전문인력의 확보, 건설 후 주변 지역에 끼칠 환경문제, 발전에 필요한 적정수위의 유지, 발전의 효율성 등 고려해야 할 사항이 많다는 문제점이 있다.

이에 구조를 간소화하면서도 효율적으로 수력을 이용할 수 있는 수력발전장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제 10-2013-0110238호(2013.10.10.)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 구조의 간소화와 수위 변화에도 유동적으로 회전부가 수중에 위치할 수 있도록 하는 개폐창문을 이용한 풍력발전장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또한 방사형으로 결합되는 복수의 회전날개 중 해류 또는 조류 등을 포함한 수력과 대향하는 하나의 회전날개에만 수력이 작용하도록 하고 다른 회전날개는 해류 또는 조류가 통과되도록 하여 유체의 저항을 최소화함으로써 회전부의 회전 효율을 향상시킬 수 있는 개폐창문을 이용한 풍력발전장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치는, 해저면으로부터 직립형으로 고정 설치되되 사면이 개방된 회전 공간을 구비하고 상기 회전 공간에는 적어도 한 쌍의 가이드 레일이 길이방향을 따라 설치되는 고정부; 상기 고정부의 회전 공간 내에서 설치되는 본체와, 상기 본체의 하부에 결합되어 수위면 높이를 유지하기 위한 부력구와, 상기 부력구의 하부에서 상기 본체로부터 수직 또는 수평으로 결합되는 회전축 및 수중 위치하며 상기 회전축에 방사형으로 결합되어 해류 내지 조류를 포함하는 수력에 의해 회전하는 복수의 회전날개를 포함하는 회전부; 상기 회전 공간 내에서 상기 회전부를 일체로 체결 및 고정하며 그 외측면에는 상기 가이드 레일을 따라 승강하는 적어도 한 쌍의 가이드 롤러가 구비되는 승강 유도부; 및 상기 회전부의 회전축과 결합되며 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 고정부에 설치되며 상기 승강 유도부와 연결부재에 의해 연결되어 승강 유도부를 승강시키는 승강 모터;를 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 고정부의 외부에서 승강 가능하도록 설치되며 상기 승강 유도부와 연결부재에 의해 연결되어 상기 회전부를 포함한 승강 유도부의 무게를 제어하는 중량체;를 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 회전날개는, 하나 이상의 통공이 형성된 결합플레이트; 상기 결합플레이트에 힌지 결합되어 상기 통공을 개폐하는 개폐창문; 및 상기 결합플레이트의 정면 또는 배면에 결합되어 상기 개폐창문의 개방 방향을 선택적으로 제한하는 스토퍼;를 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 개폐창문은 상기 회전축과 평행한 상부 또는 하부가 상기 결합플레이트의 통공에 힌지 결합되되, 힌지 결합부위로부터 이격되는 부위에는 무게추가 결합될 수 있다.

하나의 예로써, 상기 개폐창문은 대칭형을 이루도록 2개의 단위 창문으로 분리 구성되며, 각 단위 창문은 상기 결합플레이트의 통공에 각각 힌지 결합될 수 있다.

하나의 예로써, 상기 회전날개는, 상기 결합플레이트와 개폐창문 간을 연결하며 상기 개폐창문의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링;을 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 개폐창문의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크; 상기 회전축과 평행하도록 상기 연동링크에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크를 회동시켜 상기 개폐창문을 개방시키며, 상기 회전날개의 외측으로 연장되고 그 끝단에는 롤러가 결합되는 회동전환스틱; 상기 회전날개의 회전반경을 따라 상기 롤러와 대향하는 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부와 상기 턱부의 양 끝단에 각각 경사구배가 형성되는 회동전환레일; 및 상기 결합플레이트와 개폐창문 간을 연결하며 상기 개폐창문의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링;을 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 회전축은 내부 공간과 상기 내부 공간보다 상대적으로 작은 직경을 가지고 상기 내부 공간에 고정 설치되는 원통형의 고정체를 포함하며, 상기 개폐창문의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크; 상기 회전축과 직교하도록 상기 연동링크에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크를 회동시켜 상기 개폐창문을 개방시키며, 상기 회전축을 관통하여 상기 내부공간으로 연장되고 그 끝단에는 상기 고정체를 외주면을 따라 회전하는 롤러가 결합되는 회동전환스틱; 상기 고정체의 외주면을 따라 상기 내부공간에 위치하는 롤러가 접하도록 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부와 상기 턱부의 양 끝단에 각각 경사구배가 형성되는 회동전환레일; 및 상기 회전축과 회동전환스틱 간을 연결하며 상기 개폐창문의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링;을 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 고정부에 결합되어 해류 또는 조류의 방향을 감지하는 유체방향감지센서; 상기 유체방향감지센서로부터 측정된 감지신호를 수신하며, 입력된 감지신호를 분석하여 상기 회전축의 방향을 회동시키기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 출력된 제어신호에 의해 구동되어 상기 회전축을 회동시키는 회동수단;을 더 포함할 수 있다.

하나의 예로써, 상기 승강 유도부는, 상기 회전부를 수용하도록 그 외측면을 감싸는 보호막을 더 포함하되, 상기 보호막은 상기 부력구, 회전축 및 회전날개를 감싸도록 구성되는 여과망과 상기 본체를 감싸도록 구성되는 차단막을 포함할 수 있다.

본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치는 그 구조가 간소화될 수 있어 시공이 용이하며, 수위 변화에도 유동적으로 회전부가 수중에 위치하도록 함으로써 해류 또는 조류의 흐름을 최대로 이용할 수 있는 이점이 있다.

특히 회전부에 방사형으로 결합되는 회전날개에 있어 일 방향 개방 구조를 갖는 개폐창문을 구비하도록 하여 해류 또는 조류 등을 포함한 수력과 대향하는 하나의 회전날개에만 수력이 작용하도록 하고 다른 회전날개는 개폐창문이 개방되어 해류 또는 조류가 통과되도록 함으로써 유체의 저항을 최소화할 수 있기 때문에 회전부의 회전 효율을 향상시키고 결과적으로 발전 효율을 향상시킬 수 있는 할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치의 수직형 구조를 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치의 수평형 구조를 나타내는 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개의 구성을 나타내는 사시도.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 구성인 개폐창문의 실시 형태를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개폐창문의 개폐구조를 나타내는 정면도.
도 6a 내지 도 6c은 도 5에 따른 개폐구조의 작동 상태를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개폐창문의 개폐구조를 나타내는 정면도.
도 8a 내지 도 8c은 도 7에 따른 개폐구조의 작동 상태를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 여과망의 구성을 나타내는 정면도.

이하 본 발명의 실시 예들을 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치의 수직형 구조를 나타내는 정면도이며, 도 2는 본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치의 수평형 구조를 나타내는 정면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전날개의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4a 내지 4e는 본 발명의 일 구성인 개폐창문의 실시 형태를 나타내는 정면도이다.

본 발명의 개폐창문을 이용한 수력발전장치(이하 '수력발전장치'라 칭함)은 수중에 고정 설치되는 고정부(10), 상기 고정부(10)의 하부에서 회전 가능하도록 설치되는 설치되는 회전부(20), 상기 고정부(10) 내부에서 상기 회전부(20)의 승강을 유도하는 승강 유도부(40) 및 상기 회전부(20)의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 고정부(10)는 해저면으로부터 직립형으로 고정 설치되되 사면이 개방된 회전 공간을 구비할 수 있다. 이는 조류 내지 해류가 상기 회전 공간으로 유입되게 함으로써 이하에서 설명하는 회전부(20)의 회전날개(220)가 회전할 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 고정부(10)의 회전 공간에는 이하에서 설명하는 승강 유도부(40)의 안정적인 승강 유도를 위하여 적어도 한 쌍의 가이드 레일(100)이 길이방향을 따라 설치될 수 있다.

이러한 고정부(10)는 그 하부에서 회동 가능하도록 배치되는 상기 회전부(20)를 수용할 수 있다.

상기 회전부(20)는 도 1 등에서 도시된 바와 같이 본체(200)와, 부력구(290)와 회전축(210) 및 복수의 회전날개(220)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본체(200)는 상기 고정부(10)의 회전 공간 내에서 설치될 수 있다.

상기 부력구(290)는 상기 본체(200)의 하부에 결합되는 것으로, 회전부(20) 자체는 물론 이와 결합되는 승강 유도부(40)의 중량을 고려하여 수중에서 부력이 작용하도록 그 비중 및 크기가 결정될 수 있으며 그에 따른 수위면 높이를 유지하도록 한다.

상기 회전축(210)은 상기 부력구(290)의 하부에서 상기 본체(200)로부터 수직 또는 수평으로 결합될 수 있으며, 이때 회전축(210)의 일단은 상기 부력구(290)을 통과하여 상기 본체(200) 내에 위치할 수 있는 발전부(30)와 연결될 수 있다.

예를 들면 상기 회전축(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 본체(200)에 수직 방향으로 결합되는 것이거나, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(200)로부터 이격되어 평행하게 결합되는 것일 수 있다.

그리고 상기 회전날개(220)는 상기 회전축(210)에 방사형으로 결합되어 해류 내지 조류를 포함하는 수력에 의해 회전할 수 있다. 이때 상기 회전날개(220)는 앞서 설명한 부력구(290)로부터 상대적으로 하부에 위치하게 되므로 수위면보다 낮은 위치 즉 수중에 위치할 수 있게 된다.

이러한 회전날개(220)는 그 재질에 있어 경량으로 일정한 탄성을 갖는 재질로 구성되며 특히 수중 환경에 노출되는 점을 고려하여 내식성이 우수한 소재를 선택하는 것이 바람직하다.

한편 승강 유도부(40)는 상기 회전 공간 내에서 상기 회전부(20)의 각 구성들을 일체로 체결 및 고정하며 그 외측면에는 상기 가이드 레일(100)을 따라 승강하는 적어도 한 쌍의 가이드 롤러(400)가 구비될 수 있다. 이러한 승강 유도부(40)는 수직 및 수평으로 체결되는 복수의 프레임들로 구성될 수 있으며 각 프레임은 상기 회전부(20)의 본체(200) 내지 부력구(290) 등과 체결되어 일체 거동할 수 있도록 한다.

상기 승강 유도부(40)는 상기 가이드 레일(100)과 접하여 승강하는 가이드 롤러(400)가 구비됨으로써 상기 부력구(290)에 의해 회전부(20) 전체가 수면 또는 수중에서 승강하는 것을 안정적으로 지지 및 유도할 수 있도록 한다.

상기 발전부(30)는 상기 회전부(20)의 회전축(210)과 연결되어 회전축(210)으로부터 전달되는 회전력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

여기서 상기 발전부(30)와 상기 회전부(20) 간의 동력 전달 구조는 물론 발전부(30)의 발전 구조 및 발전 방법 등은 공지기술에 따라 다양하게 구현될 수 있는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 수력발전장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정부(10)에 설치되며 상기 승강 유도부(40)와 연결부재(500)에 의해 연결되어 승강 유도부(40)를 승강시키는 승강 모터(50)를 더 포함할 수 있다.

상기 승강 모터(50)는 관리자 조작 또는 이하에서 설명하는 제어부(310)의 제어신호에 의해 작동되는 것으로 수중에 위치하는 회전부(20)의 정기적인 유지 보수 시 상기 회전부(30)를 수면 상부로 상승시키는 등의 용도로 사용될 수 있다.

또한 본 실시 예에 따른 수력발전장치는 상기 고정부(10)의 외부에서 승강 가능하도록 설치되며 상기 승강 유도부(40)와 연결부재(500)에 의해 연결되어 상기 회전부(20)를 포함한 승강 유도부(40)의 무게를 제어하는 중량체(60)를 더 포함할 수 있다.

이때 상술한 연결부재(500)는 와이어, 체인, 벨트 중 어느 하나의 이들에 대한 힘의 방향을 바꾸거나 힘의 효력을 확대할 수 있는 하나 이상의 도르래를 포함할 수 있다.

상기 중량체(60)는 상기 회전부(20)를 포함하는 승강 유도부(40)의 중량과 같거나 다소 낮은 중량을 갖는 것으로, 상기 회전부(20)를 포함하는 승강 유도부(40)의 중량을 최소화함으로써 부력구(290)에 의한 수위 조절이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하며 부력구(290)의 부피를 최소화할 수 있도록 한다.

그리고 상기 중량체(60)는 도면에 도시된 바 없으나 상기 고정부(10)의 외측면과 가이드 구조를 통해 승강되도록 하여 안정적인 승강 작용이 이루어지도록 함이 바람직하다.

한편 본 발명의 수력발전장치는 상기 회전날개(220)에 있어 복수의 개폐창문(230)을 구비하도록 하며, 각 개폐창문(230)이 일방향으로 열리거나 닫히도록 구성됨으로써 조류 내지 해류 등을 포함한 수력과 대향하는 하나의 회전날개(220)에만 수력이 작용하도록 하고, 다른 회전날개(220)에 대해서는 조류 내지 해류 등이 개방된 개폐창문(230)을 통과하도록 하여 유체 저항을 최소화함으로써 회전부(20)의 회전 효율을 향상시킬 수 있도록 구성됨에 특징이 있다.

구체적으로 상기 회전날개(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상의 통공(241)이 형성된 결합플레이트(240)와, 상기 결합플레이트(240)에 힌지(242) 결합되어 상기 통공(241)을 개폐하는 개폐창문(230) 및 상기 결합플레이트(240)의 정면 또는 배면에 결합되어 상기 개폐창문(230)의 개방 방향을 선택적으로 제한하는 스토퍼(250)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 개폐창문(230)은 상기 통공(241)에 힌지 결합됨에 있어 다양한 실시 형태를 가질 수 있다. 예를 들면 상기 개폐창문(230)은 상기 도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이 단문형 또는 양문형으로 구성될 수 있으며 각 실시 형태에 따라 힌지(242)의 결합 위치가 달리 적용될 수 있다.

여기서 상기 개폐창문(230)이 양문형으로 구성될 경우 각 개폐창문(230)은 대칭형을 이루도록 2개의 단위 창문(230-1, 230-2)으로 분리 구성되며, 각 단위 창문은 상기 결합플레이트(240)의 통공(241)에 각각 힌지(242) 결합되어야 함은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따른 수력발전장치는 상기 개폐창문(230)이 일 방향으로만 열리도록 구성됨으로써 회전축(210)을 중심으로 좌우 또는 상하로 대칭되는 회전날개(220)가 정면(a) 또는 배면(b)을 향할 경우 정면(a)에 해당되는 회전날개(220)의 모든 창문은 닫히게 되고 배면(b)에 해당되는 회전날개(220)의 모든 창문은 열릴 수 있게 된다.

이에 따라 하나의 회전날개(220)에만 수력이 작용(F)하게 되고 다른 회전날개(220)는 창문이 개방되어 유체에 대한 저항을 최소화함으로써 회전부(20)의 회전 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 개폐창문(230)은 단문형으로 구성될 경우 상기 회전축(210)과 평행한 상부 또는 하부가 상기 결합플레이트(240)의 통공(241)에 힌지(242) 결합될 수 있으며, 이 경우 힌지(242) 결합부위로부터 이격되는 부위 즉 힌지(242) 결합이 되지 않은 반대 부위에는 무게추(231)가 결합됨으로써, 개폐창문(230)이 자중에 의해 닫히는 과정이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

이에 더하여 상기 회전날개(220)는 상기 결합플레이트(240)와 개폐창문(230) 간을 연결하며 상기 개폐창문(230)의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링(260)을 더 포함할 수 있는 바, 수력의 영향이 작용하지 않는 위치에서 상기 개폐창문(230)이 쉽게 열리지 않도록 한다.

한편, 본 발명의 수력발전장치는 상기 회전날개(220)에 구성된 하나 이상의 개폐창문(230)을 해류 또는 조류 등의 수력 영향 없이도 일괄적으로 열리거나 닫히게 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개폐창문의 개폐구조를 나타내는 정면도이며, 도 6a 내지 도 6c은 도 5에 따른 개폐구조의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.

일 예로서 본 발명의 수력발전장치는 도 5에 도시된 바와 같이 각 개폐창문(230)의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크(271)와, 상기 회전축(210)과 평행하도록 상기 연동링크(271)에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크(271)를 회동시켜 상기 개폐창문(230)을 개방시키며, 상기 회전날개(220)의 외측으로 연장되고 그 끝단에는 롤러(272)가 결합되는 회동전환스틱(273)과, 상기 회전날개(220)의 회전반경을 따라 상기 롤러(272)와 대향하는 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱(273)의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부(274)와 상기 턱부(274)의 양 끝단에 각각 경사구배(275)가 형성되는 회동전환레일(276)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 회동전환레일(276)은 상기 본체(200)로부터 결합되는 지지프레임(201)에 의해 설치되어 상기 회전날개(220)와 인접하도록 구성될 수 있다.

그리고 본 실시 예의 수력발전장치는 상기 결합플레이트(240)와 개폐창문(230) 간을 연결하며 상기 개폐창문(230)의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링(277)을 더 포함할 수 있다.

이에 따르면 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 각 회전날개(220)는 개폐창문(230)을 열거나 닫을 수 있도록 연동하는 회동전환스틱(273)을 구성하며, 이러한 회동전환스틱(273)은 회전날개(220)의 회전반경을 따라 회전날개(220)와 함께 회전하게 되는데 상기 회동전환레일(276)이 형성된 구간과 회동전환레일(276)이 형성되지 않은 구간을 교번으로 지나치게 된다.

이때 상기 회동전환스틱(273)이 회동전환레일(276)이 형성된 반주의 구간을 회동하게 되는 경우 상기 롤러(272)는 회동전환레일(276)의 일단에 형성된 경사구배(275)를 접하면서 점차 가압되어 일 방향으로 유동하게 되며 이와 연동하는 연동링크(271)가 함께 회동하게 되면서 결과적으로 연동링크(271)에 의해 연동하는 각 개폐창문(230)의 힌지(242) 역시 상기 연동링크(271)의 회전방향과 동일한 방향으로 회동함으로써 일괄적으로 개폐창문(230)이 열리게 되는 것이다.

또한 상기 회동전환스틱(273)이 회동전환레일(276)의 일단에 형성된 경사구배(275)를 지나쳐 타 방향으로 유동하게 되어 점차 원위치로 복귀하게 되면, 상기 복원 스프링(277)의 복원력에 의해 각각의 개폐창문(230) 역시 원위치 즉 일괄적으로 닫히게 되는 것이다.

이처럼 본 실시 예에 따른 수력발전장치는 상기 회전날개(220)의 회전반경을 따라 그 반주에 걸쳐 회동전환레일(276)을 설치함으로써 상기 회동전환레일(276)이 형성된 구간과 회동전환레일(276)이 형성되지 않은 구간으로 교번 구성하도록 하여 개폐창문(230)이 일괄적으로 열리고 닫히는 과정을 반복적으로 실시하도록 함과 더불어 수력이 하나의 회전날개(220)에만 작용되게 할 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 개폐창문의 개폐구조를 나타내는 정면도이며, 도 8a 내지 도 8c은 도 7에 따른 개폐구조의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.

다른 예로서 본 발명의 수력발전장치는 도 7에 도시된 개폐구조를 제시할 수 있다.

본 실시 예에 따르면 먼저 상기 회전축(210)은 이중 구조를 가질 수 있는 바, 내부 공간(211)과 상기 내부 공간보다 상대적으로 작은 직경을 가지고 상기 내부 공간 상에 고정 설치되는 원통형의 고정체(212)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 회전축(210)은 그 내부에 회전축(210)과 연동되지 않는 고정체(212)가 고정 설치되는 것이다.

이때 상기 고정체(212)는 도 7에서 2개로 분리된 형태를 제시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되지 않으며 상기 내부 공간(211)의 길이방향을 따라 설치되는 단일 고정체로 구성될 수도 있다.

한편 본 실시 예의 수력발전장치는 상기 개폐창문(230)의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크(281) 및 상기 회전축(210)과 직교하도록 상기 연동링크(281)에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크(281)를 회동시켜 상기 개폐창문(230)을 개방시키며, 상기 회전축(210)을 관통하여 상기 내부공간(211)으로 연장되고 그 끝단에는 상기 고정체(212)를 외주면을 따라 회전하는 롤러(282)가 결합되는 회동전환스틱(283)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 회전축(210)은 도면에 도시된 바 없으나 상기 회동전환스틱(283)의 롤러(282)가 관통할 수 있도록 상기 롤러(282)와 대향하는 부위에 관통공이 형성될 수 있다.

그리고 본 실시 예의 수력발전장치는 상기 고정체(212)의 외주면을 따라 상기 내부공간(211)에 위치하는 롤러(282)가 접하도록 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱(283)의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부(284)와 상기 턱부(284)의 양 끝단에 각각 경사구배(285)가 형성되는 회동전환레일(286) 및 상기 회전축(210)과 회동전환스틱(283) 간을 연결하며 상기 개폐창문(230)의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링(287)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 실시 예에 따른 개폐창문(230)의 작동 구조를 살펴보면 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 각 회전날개(220)는 개폐창문(230)을 열거나 닫을 수 있도록 연동하는 회동전환스틱(283)을 구성하며, 이러한 회동전환스틱(283)은 그 끝단에 형성된 롤러(282)가 상기 회전축(210)을 관통하여 상기 고정체(212)의 외주면을 따라 회전하게 되는데, 앞서 설명한 실시 예와 동일하게 상기 회동전환레일(286)이 형성된 구간과 회동전환레일(286)이 형성되지 않은 구간을 교번으로 지나치게 된다.

이때 상기 회동전환스틱(283)의 롤러(282)가 회동전환레일(286)이 형성된 반주의 구간을 회동하게 되는 경우 상기 롤러(282)는 회동전환레일(286)의 일단에 형성된 경사구배(285)를 접하면서 점차 가압되어 일 방향 즉 회전축(210)으로부터 멀어지는 방향으로 유동하게 되며, 이와 연동하는 연동링크(281)가 함께 회동하게 되면서 결과적으로 연동링크(281)에 의해 연동하는 각 개폐창문(230)의 힌지(242) 역시 상기 연동링크(281)의 회전방향과 동일한 방향으로 회동함으로써 일괄적으로 개폐창문(230)이 열리게 되는 것이다.

또한 상기 회동전환스틱(283)의 롤러(282)가 상기 회동전환레일(286)의 일단에 형성된 경사구배(285)를 지나쳐 타단 방향으로 유동하게 되면 상기 회동전환스틱(283)은 상기 복원 스프링(287)의 복원력에 의해 타 방향 즉 회전축(210) 방향으로 유동되면서 점차 원위치로 복귀됨으로써 회동전환스틱(283)과 연결된 각각의 개폐창문(230) 역시 원위치 즉 닫힘 상태로 복귀하게 되는 것이다.

이처럼 본 실시 예는 앞서 설명한 실시 예와 마찬가지로 회전축(210) 내부에 고정 설치되는 고정체(212)의 반주에 걸쳐 회동전환레일(286)을 설치함으로써 상기 회동전환레일(286)이 형성된 구간과 회동전환레일(286)이 형성되지 않은 구간으로 교번 구성하도록 하여 개폐창문(230)이 일괄적으로 열리고 닫히는 과정을 반복적으로 실시하게 되어 수력이 하나의 회전날개(220)에만 작용되게 할 수 있는 것이다.

한편 본 발명의 수력발전장치는 상기 회전축(210)의 방향을 수력의 흐름과 마주하는 위치로 회동시킴으로써 회전축(210)에 결합된 회전날개(220)가 정면에서 해류 또는 조류의 흐름에 작용할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 수력발전장치는 상기 고정부(10)에 결합되어 해류 또는 조류의 방향을 감지하는 유체방향감지센서(300)와, 상기 유체방향감지센서(300)로부터 측정된 감지신호를 수신하며, 입력된 감지신호를 분석하여 상기 회전축(210)의 방향을 회동시키기 위한 제어신호를 출력하는 제어부(310) 및 상기 제어부(310)로부터 출력된 제어신호에 의해 구동되어 상기 회전축(210)을 회동시키는 회동수단을 포함할 수 있다.

즉, 상술한 바에 따르면 유체방향감지센서(300)는 해류 또는 조류의 방향을 감지하고 제어부(310)에서는 상기 유체방향감지센서(300)의 감지신호를 기반으로 해류 또는 조류의 방향과 마주하는 위치 정보를 분석할 수 있다.

그리고 상기 제어부(310)는 현재 회전축(210)의 방향에 따른 위치 정보와 분석된 위치 정보를 비교분석하여 회전축(210)의 방향을 보정하는 제어신호를 출력하게 되는 것이다.

이러한 제어신호를 수신하는 상기 회동수단은 상기 제어신호에 대응하도록 상기 회전축(210)을 회동시켜 회전축(210)에 결합된 회전날개(220)가 해류 또는 조류의 흐름 방향과 마주하도록 위치시킬 수 있다.

이때 상기 회동수단은 상기 제어부(310)의 제어신호에 의해 구동되는 방향전환모터(320)와 상기 회전축(210)과 맞물리며 상기 방향전환모터(320)의 회전력에 의해 회전하는 방향전환기어(330)를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 여과망의 구성을 나타내는 정면도이다.

한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 수력발전장치는 수중에 위치하는 회전부(20)로 이물질들이 유입되는 것을 방지함과 더불어 수면 외부로 노출되는 회전부(20)에 대해서는 파도나 비, 바람으로부터 보호할 수 있도록 구성될 수 있다.

일 예로 상기 승강 유도부(40)는 상기 회전부를 수용하도록 그 외측면을 감싸는 보호막을 더 포함하도록 하며, 이때 상기 보호막은 상기 부력구(290), 회전축(210) 및 회전날개(220)를 감싸도록 구성되는 여과망(410)을 포함하며 그 내부에 위치하는 회전부(20)의 구동 요소들이 이물질 침적 등으로 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 상기 보호막은 상기 여과망(410)의 상부에서 상기 본체(200)를 감싸도록 구성되는 차단막(420)을 포함하여 상기 차단막(420)에 의해 상기 본체(200)를 파도나 비, 바람으로부터 보호할 수 있도록 한다.

또한 상기 고정부(10)는 그 상부에 지붕(7)이 결합되어 비 또는 눈이 내부의 회전 공간으로 유입되지 않도록 할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 고정부 20 : 회전부
30 : 발전부 40 : 승강 유도부
200 : 본체 210 : 회전축
220 : 회전날개 230 : 개폐창문
240 : 결합플레이트 250 : 스토퍼
260 : 스프링 290 : 부력구

Claims (11)

1. 해저면으로부터 직립형으로 고정 설치되되 사면이 개방된 회전 공간을 구비하고 상기 회전 공간에는 적어도 한 쌍의 가이드 레일이 길이방향을 따라 설치되는 고정부;
   상기 고정부의 회전 공간 내에서 설치되는 본체와, 상기 본체의 하부에 결합되어 수위면 높이를 유지하기 위한 부력구와, 상기 부력구의 하부에서 상기 본체로부터 수직 또는 수평으로 결합되는 회전축 및 수중에 위치하며 상기 회전축에 방사형으로 결합되어 해류 내지 조류를 포함하는 수력에 의해 회전하도록 하나 이상의 통공이 형성된 결합플레이트와 상기 결합플레이트에 힌지 결합되어 상기 통공을 개폐하는 개폐창문 및 상기 결합플레이트와 개폐창문 간을 연결하고 상기 개폐창문의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링으로 구성되는 복수의 회전날개를 포함하는 회전부;
   상기 회전 공간 내에서 상기 회전부를 일체로 체결 및 고정하며, 상기 가이드 레일에 대향하는 외측면에는 상기 가이드 레일과 접하도록 구성되는 적어도 한 쌍의 가이드 롤러가 구비되는 승강 유도부;
   상기 회전부의 회전축과 결합되며 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부;
   상기 회전부를 포함하는 승강 유도부의 중량과 같거나 낮은 중량을 가지고, 상기 고정부의 외부에서 승강 가능하도록 설치되며 상기 승강 유도부의 상부와 연결부재에 의해 연결되어 상기 회전부를 포함한 승강 유도부의 무게를 제어하는 중량체;
   상기 개폐창문의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크;
   상기 회전축과 평행하도록 상기 연동링크에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크를 회동시켜 상기 개폐창문을 개방시키며, 상기 회전날개의 외측으로 연장되고 그 끝단에는 롤러가 결합되는 회동전환스틱; 및
   상기 회전날개의 회전반경을 따라 상기 롤러와 대향하는 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부와 상기 턱부의 양 끝단에 각각 경사구배가 형성되는 회동전환레일;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
2. 해저면으로부터 직립형으로 고정 설치되되 사면이 개방된 회전 공간을 구비하고 상기 회전 공간에는 적어도 한 쌍의 가이드 레일이 길이방향을 따라 설치되는 고정부;
   상기 고정부의 회전 공간 내에서 설치되는 본체와, 상기 본체의 하부에 결합되어 수위면 높이를 유지하기 위한 부력구와, 상기 부력구의 하부에서 상기 본체로부터 수직 또는 수평으로 결합되는 회전축 및 수중에 위치하며 상기 회전축에 방사형으로 결합되어 해류 내지 조류를 포함하는 수력에 의해 회전하도록 하나 이상의 통공이 형성된 결합플레이트와 상기 결합플레이트에 힌지 결합되어 상기 통공을 개폐하는 개폐창문 및 상기 결합플레이트와 개폐창문 간을 연결하고 상기 개폐창문의 닫힘 방향으로의 복원력을 부여하는 복원 스프링으로 구성되는 복수의 회전날개를 포함하는 회전부;
   상기 회전 공간 내에서 상기 회전부를 일체로 체결 및 고정하며, 상기 가이드 레일에 대향하는 외측면에는 상기 가이드 레일과 접하도록 구성되는 적어도 한 쌍의 가이드 롤러가 구비되는 승강 유도부;
   상기 회전부의 회전축과 결합되며 상기 회전축의 회전력을 전달받아 발전하는 발전부;
   상기 회전부를 포함하는 승강 유도부의 중량과 같거나 낮은 중량을 가지고, 상기 고정부의 외부에서 승강 가능하도록 설치되며 상기 승강 유도부의 상부와 연결부재에 의해 연결되어 상기 회전부를 포함한 승강 유도부의 무게를 제어하는 중량체;
   상기 회전축은 내부 공간과 상기 내부 공간보다 상대적으로 작은 직경을 가지고 상기 내부 공간에 고정 설치되는 원통형의 고정체를 포함하며,
   상기 개폐창문의 힌지축과 연동하도록 결합되는 연동링크;
   상기 회전축과 직교하도록 상기 연동링크에 결합되어 상기 힌지축으로부터 상기 연동링크를 회동시켜 상기 개폐창문을 개방시키며, 상기 회전축을 관통하여 상기 내부공간으로 연장되고 그 끝단에는 상기 고정체를 외주면을 따라 회전하는 롤러가 결합되는 회동전환스틱; 및
   상기 고정체의 외주면을 따라 상기 내부공간에 위치하는 롤러가 접하도록 반주(半周)의 레일을 형성하되 상기 회동전환스틱의 유동범위와 대응하는 높이를 갖는 턱부와 상기 턱부의 양 끝단에 각각 경사구배가 형성되는 회동전환레일;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 고정부에 설치되며 상기 승강 유도부와 연결부재에 의해 연결되어 승강 유도부를 승강시키는 승강 모터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 회전날개는,
   상기 결합플레이트의 정면 또는 배면에 결합되어 상기 개폐창문의 개방 방향을 선택적으로 제한하는 스토퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 개폐창문은 상기 회전축과 평행한 상부 또는 하부가 상기 결합플레이트의 통공에 힌지 결합되되, 힌지 결합부위로부터 이격되는 부위에는 무게추가 결합되는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 개폐창문은 대칭형을 이루도록 2개의 단위 창문으로 분리 구성되며, 각 단위 창문은 상기 결합플레이트의 통공에 각각 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고정부에 결합되어 해류 또는 조류의 방향을 감지하는 유체방향감지센서;
    상기 유체방향감지센서로부터 측정된 감지신호를 수신하며, 입력된 감지신호를 분석하여 상기 회전축의 방향을 회동시키기 위한 제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 출력된 제어신호에 의해 구동되어 상기 회전축을 회동시키는 회동수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.
    
11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 승강 유도부는,
    상기 회전부를 수용하도록 그 외측면을 감싸는 보호막을 더 포함하되, 상기 보호막은 상기 부력구, 회전축 및 회전날개를 감싸도록 구성되는 여과망과 상기 본체를 감싸도록 구성되는 차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐창문을 이용한 수력발전장치.

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