KR20130100944A - 다중 소수력 발전기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물의 낙차와 하중에 의해 회전하는 축을 다수 개 설치하여 그 축의 수량만큼 많은 전기를 생산할 수 있도록 함으로써 발전효율을 극대화시킬 수 있는 다중 소수력 발전기 장치에 관한 것으로,
회전축의 중심이 상, 하, 좌, 우측 방향으로 일정간격을 두고 다각형의 형상으로 배치 고정되는 하나 이상의 회전축(10)과, 상기 각각의 회전축(10)에 하나 이상 축 삽입 고정되는 스프로킷(20)과, 상기 각각의 스프로킷(20)과 연결되어 무한 회전이 용이하도록 연결 구성되며, 하나 이상 구성되는 무한 궤도형 체인(30)과, 상기 체인(30)을 구성하는 아웃플레이트(31)와 인플레이트(32) 중 하나의 아웃플레이트(31)와 일체형으로 고정되되, 하강구간(70) 또는 상승구간(72)에서 수평구간(71)으로 진입을 할 때 스프로킷(20)과 서로 간섭을 받지 않도록 장착되며, 하측 방향으로 테이퍼가 형성되어 물이 채워짐과 비워짐이 용이한 구조로 형성되는 한편, 일정간격을 두고 하나 이상 배치 고정되는 버킷(40)과, 상기 각각의 회전축(10)과 연동 되며, 다수 개의 기어가 조합되어 구성된 기어박스(50)와, 상기 기어박스(50)의 출력축에 연결되는 발전기(60)를 포함하여 구성되어 각각의 회전축(10) 마다 전기를 생산할 수 있도록 한 것이다.

Description

다중 소수력 발전기 장치{Multi-device small hydroelectric generators}

본 발명은 다중 소수력 발전기 장치에 관한 것으로서 더욱 상세히는 회전하는 축을 다수 개 설치하여, 물의 낙차와 하중에 의해 그 축이 회전되도록 하고, 회전하는 축의 수량만큼 많은 전기를 생산할 수 있도록 함으로써 간편한 구조와 적은 물의 양으로도 발전효율을 극대화시킬 수 있는 다중 소수력 발전기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 생산하기 위한 발전방식으로는 수력발전과 화력발전, 풍력발전, 태양광발전 및 원자력발전으로 대별할 수 있는데, 이들 중 여러 가지 측면에서 수력발전이 가장 보편적으로 이용되고 있다.

수력발전은 지형적 조건을 이용, 강에 그를 가로지르는 거대한 댐(dam)을 건설하여 다량의 물을 저수(貯水)한 뒤, 댐의 상부에 마련된 수문을 통해서 방출되는 물의 낙차에 따른 힘으로 터빈(turbine)을 돌려 발전기를 가동함으로써 전기를 생산하는 방식이다. 따라서 수력발전은 계절적 요인이나 가뭄 등에 별다른 영향을 받지 않고 언제나 일정량의 물을 방출할 수 있기 때문에 대규모의 전기를 안정적으로 생산할 수 있으며, 화력발전이나 원자력발전과 달리 환경오염의 우려도 적을 뿐 아니라 특히 발전을 위해 건설된 댐에 저수된 물을 농업용수나 공업용수 등으로 활용할 수 있는 장점을 가진다.

그렇지만, 이러한 수력 발전은 댐의 건설기간이 상당히 길고 막대한 비용과 인력이 소요될 뿐 아니라, 특히 댐 건설로 인한 심각한 자연생태계의 파괴와 함께 수몰지역 주민에 대한 보상 문제 등으로 그 확충에 심한 저항이 따르고 있다.

상기와 같은 수력발전의 문제점을 감안하여 국내 실용신안등록번호 제20-359792호에는 하천 수 등의 조류력(current energy)에 의해 수차를 회전시켜서 발전기를 구동하는 소위 조류발전장치들이 제시되어 있으나, 물의 조류력에 의해 회전하는 수차를 수위변화에 대응하여 승강시켜야 하므로 구조가 복잡할 뿐 아니라 수위변화에 따라 승강하는 수차의 회전동력을 발전기에 전달하기가 상당히 어려운 문제점이 있다.

또 다른 예로는 대한민국 공개특허 제10-2005-0029585호가 있으나 장치에 비해 발전량이 적고, 구조적으로 복잡하다는 단점이 있다.

이에 본원 발명에서는 상기와 같은 문제점을 일소키 위해 안출한 것으로 물의 낙차와 하중에 따른 힘을 이용하여 회전축이 회전되도록 하되, 하나의 회전축이 아닌 다수 개의 회전축이 동시에 연동을 하여 각각의 축에서 모두 전기가 생산되도록 함으로써 간단한 구조와 적은 물의 향으로도 발전효율을 대폭 향상시킬 수 있는 다중 소수력 발전기 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 다중 소수력 발전기 장치(S)는,

회전축의 중심이 상, 하, 좌, 우측 방향으로 일정간격을 두고 다각형의 형상으로 배치 고정되는 하나 이상의 회전축(10)과, 상기 각각의 회전축(10)에 하나 이상 축 삽입 고정되는 스프로킷(20)과, 상기 각각의 스프로킷(20)과 연결되어 무한 회전이 용이하도록 연결 구성되며, 하나 이상 구성되는 무한 궤도형 체인(30)과, 상기 체인(30)을 구성하는 아웃플레이트(31)와 인플레이트(32) 중 하나의 아웃플레이트(31)와 일체형으로 고정되되, 하강구간(70) 또는 상승구간(72)에서 수평구간(71)으로 진입을 할 때 스프로킷(20)과 서로 간섭을 받지 않도록 장착되며, 하측 방향으로 테이퍼가 형성되어 물이 채워짐과 비워짐이 용이한 구조로 형성되는 한편, 일정간격을 두고 하나 이상 배치 고정되는 버킷(40)과, 상기 각각의 회전축(10)과 연동 되며, 다수 개의 기어가 조합되어 구성된 기어박스(50)와, 상기 기어박스(50)의 출력축에 연결되는 발전기(60)를 포함하여 구성되어 각각의 회전축(10) 마다 전기를 생산할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 버킷(40)의 측면에는 체인(30)과의 견고한 고정을 위해 보강 플레이트(41)가 일체형으로 장착 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 버킷(40)과 체인(30)의 고정은 용접에 의한 융착 고정 또는 볼트와 너트에 의한 체결고정 중 어느 하나의 방식으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 다중 소수력 발전기 장치는 물의 낙차와 하중에 따른 힘을 이용하여 회전축이 회전되도록 하기 때문에 별도의 전력 및 전기구동장치의 사용이 없어 전기에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 오히려 전기에너지를 생산할 수 있음은 물론, 하나의 회전축이 아닌 다수 개의 회전축이 동시에 연동을 하기 때문에 간편한 구조와 적은 물의 양으로도 많은 양의 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 정면구성도
도 2는 본 발명의 다중 수력 발전기 장치 중 체인과 버킷이 장착된 상태를 도시한 정면도
도 3은 본 발명의 다중 수력 발전기 장치 중 2개의 체인과 버킷이 장착된 상태를 도시한 정면도
도 4의 (가)는 스프로킷이 하나만 장착된 상태를 도시한 정면도이며, (나)는 스프로킷이 2개가 장착된 상태를 도시한 정면도
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시 예를 보인 정면구성도

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시 예에 따라 본원 발명을 상세히 설명한다.

먼저 본원 발명에서 제공하는 다중 소수력 발전기 장치(S)는, 도 1에서 도시된 바와 같이 일정간격을 두고 상, 하, 좌, 우측 방향에 설치하여 코너가 되도록 회전축(10)을 설치하고 각각의 회전축(10)에 물이 채워지는 버킷(40)이 일체형으로 장착된 무한 궤도형 체인(30)을 연결시켜 물이 낙차 하는 힘과 하중을 이용하여 체인(30)이 회전되도록 하고 회전과 동시에 각각의 회전축(10)이 회전되면서 회전축마다 소정의 전기가 생산될 수 있도록 함으로써 간편한 구조만으로도 효율적인 전기를 생산하도록 한 것이 본원 발명의 핵심이다.

이에 따라 상기 다중 소수력 발전기 장치(S)는 도 1에서 도시된 바와 같이 회전축의 중심이 상, 하, 좌, 우측 방향으로 일정간격을 두고 다각형의 형상으로 배치 고정되는 하나 이상의 회전축(10)이 구비된다.

상기 회전축(10)은 무한 궤도형 체인(30)이 회전할 때 코너의 기능을 수반하면서 체인이 움직일 때 동시에 회전을 하는 것이다.

또한 상기 회전축(10)에는 체인(30)과 이 물림이 되어 연동 될 수 있도록 하나 이상의 스프로킷(20)이 축 삽입 고정된다.

또한 상기 각각의 스프로킷(20)과 연결되어 무한 회전이 용이하도록 연결 구성되며, 하나 이상 구성되는 무한 궤도형 체인(30)이 구비된다.

이때 상기 스프로킷(20)과 체인의 수는 버킷(40)의 용량에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어 도 2에서 도시된 바와 같이 버킷의 크기가 작아서 하나의 체인만으로도 충분히 견고한 고정 상태를 제공받을 수 있다면 스프로킷과 체인의 수는 각 하나가 될 것이며, 버킷의 크기가 커서 2개의 체인으로 견고한 고정 상태를 제공받을 수 있다면 도 3에서 도시된 바와 같이 스프로킷과 체인의 수는 각 2개가 되는 것이다.

또한 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 체인(30)을 구성하는 아웃플레이트(31)와 인플레이트(32) 중 하나의 아웃플레이트(31)와 일체형으로 고정되되, 하강구간(70) 또는 상승구간(72)에서 수평구간(71)으로 진입을 할 때 스프로킷(20)과 서로 간섭을 받지 않도록 장착되며, 하측 방향으로 테이퍼가 형성되어 물이 채워짐과 비워짐이 용이한 구조로 형성되는 한편, 일정간격을 두고 하나 이상 배치 고정되는 버킷(40)이 구비된다.

상기 버킷(40)은 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이 하측 방향으로 테이퍼 즉, 하방경사지게 형성되어 수로(100)에서 낙하하는 물을 수월하게 받아들일 수 있으며, 하강구간(70)에 수평구간(71)을 지나는 지점에서 쉽게 물을 비울 수 있다.

또한 도 4 내지 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 각각의 회전축(10)과 연동되며, 다수 개의 기어가 조합되어 구성된 기어박스(50)와, 상기 기어박스(50)의 출력축에 연결되는 발전기(60)가 구비된다.

이때 상기 기어박스(50)는 도 4에서 도시된 바와 같이 회전축(10)과 축 이음 연결할 수도 있고, 도 5에서 도시된 바와 같이 별도의 벨트(90)를 이용하여 연동 되게 장착할 수도 있다.

상기와 같은 특징으로 갖는 본원발명의 다중 수력 발전기 장치(S)에 대한 작동을 설명하면, 도 1에서 도시된 바와 같이 하천에서 흐르는 물이 버킷(40)의 상부에 낙하 될 수 있도록 설치된 수로(100)를 개방하여 물이 버킷(40)에 낙하와 동시에 채워지도록 한다.

버킷(40)에 물이 채워지면, 하중에 의해 버킷(40)은 하강구간(70)을 지나가게 되고, 하강구간이 끝나는 지점에서 수평구간(71)으로 지나가는 코너지점에서는 버킷이 자연스럽게 기울어지는 상태가 되며, 이때 버킷에 채워진 물이 하측 방향으로 쏟아지게 되는 것이다.

이에 따라 하강구간(70)에 있는 버킷(40)에는 물이 채워지기 때문에 상승구간(72)에 위치하는 버킷(40)에 비해 상대적으로 무거울 수밖에 없으며, 그 하중에 의해 체인 및 체인(30)과 일체형으로 고정된 버킷(40)이 무한회전을 하게 되며, 무한 회전이 되는 과정에서 각 코너에 배치된 회전축(10)이 동시에 회전을 하고, 그 회전력에 의해 전기를 생산할 수 있게 되는 것이다.

또한 일반적인 물레방아와 같이 회전축이 하나만 있는 것이 아니라, 본원발명에서는 회전축이 각 코너에 사각형의 형상으로 배치되는 것이 특징이며, 이에 따라 각각의 회전축에 모두 기어박스(50)와 발전기(60)를 연결하여 전기를 생산할 수 있어 물레방아에 비해 적어도 4배 이상의 전기를 생산할 수 있는 것이다.

한편, 상기 회전축(10)에는 일반적인 회전축의 구조와 같이 베어링(80)이 하나 이상 축 삽입 고정되며, 입체구조를 갖는 프레임에 유기적으로 설치 고정시킴이 바람직하다.

S: 다중 소수력 발전기 장치
10:회전축 20:스프로킷
30:체인 31:아웃플레이트
32:인플레이트 40:버킷
41:보강플레이트 50:기어박스
60:발전기 70:하강구간
71:수평구간 72:상승구간
80:베어링 90:벨트
100:수로

Claims (3)

1. 회전축의 중심이 상, 하, 좌, 우측 방향으로 일정간격을 두고 다각형의 형상으로 배치 고정되는 하나 이상의 회전축(10);
   상기 각각의 회전축(10)에 하나 이상 축 삽입 고정되는 스프로킷(20);
   상기 각각의 스프로킷(20)과 연결되어 무한 회전이 용이하도록 연결 구성되며, 하나 이상 구성되는 무한 궤도형 체인(30);
   상기 체인(30)을 구성하는 아웃플레이트(31)와 인플레이트(32) 중 하나의 아웃플레이트(31)와 일체형으로 고정되되, 하강구간(70) 또는 상승구간(72)에서 수평구간(71)으로 진입을 할 때 스프로킷(20)과 서로 간섭을 받지 않도록 장착되며, 하측 방향으로 테이퍼가 형성되어 물이 채워짐과 비워짐이 용이한 구조로 형성되는 한편, 일정간격을 두고 하나 이상 배치 고정되는 버킷(40);
   상기 각각의 회전축(10)과 연동 되며, 다수 개의 기어가 조합되어 구성된 기어박스(50);
   상기 기어박스(50)의 출력축에 연결되는 발전기(60); 를 포함하여 구성되어 각각의 회전축(10) 마다 전기를 생산할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 다중 소수력 발전기 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 버킷(40)의 측면에는 체인(30)과의 견고한 고정을 위해 보강 플레이트(41)가 일체형으로 장착 고정되는 것을 특징으로 하는 다중 소수력 발전기 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 버킷(40)과 체인(30)의 고정은 용접에 의한 융착 고정 또는 볼트와 너트에 의한 체결고정 중 어느 하나의 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 다중 소수력 발전기 장치.

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