特許 7142191 水力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-15

(45)【発行日】2022-09-27

(54)【発明の名称】水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/10 20060101AFI20220916BHJP

   E02B 9/00 20060101ALI20220916BHJP

【ＦＩ】

F03B3/10 A

E02B9/00 Z

【請求項の数】 38

(21)【出願番号】P 2021502675

(86)(22)【出願日】2019-02-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-07-29

(86)【国際出願番号】 KR2019001790

(87)【国際公開番号】W WO2019190051

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-10-27

(31)【優先権主張番号】10-2018-0034787

(32)【優先日】2018-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】520372560

【氏名又は名称】ベー、ミュン・スーン

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ベー、ミュン・スーン

【審査官】吉田 昌弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０７１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１７２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１３８１０２２（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１６４２６７７（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ ３／１０

Ｆ０３Ｂ １１／０６

Ｆ０３Ｂ １１／０２

Ｆ０３Ｂ １１／０８

Ｆ０３Ｂ １３／１８

Ｅ０２Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる複数の駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部を含むこと、
前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを含み、
前記ブレード組立体は、ブレード部にブレードブラケットが形成された少なくとも一つ以上のブレードと、前記駆動軸に結束されて、前記ブレードブラケットが結合されるブレード接続部材を含むこと、
前記ブレード接続部材は、中央に前記ブレードブラケットが締結されるブラケット接続部が形成されて，前記ブラケット接続部の前記駆動軸の長さ方向に沿った前後に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、
前記ブレードブラケットはブラケット結束突部が突出され、前記ブラケット接続部は前記ブラケット結束突部が挿入されるブラケット結束溝が凹入され、前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記結合リングの軸結束穴の内周面に前記凹凸突部の挿入される凹凸溝部が形成されたことを特徴とする水力発電装置。

【請求項2】

前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路を含むことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項3】

前記回転支持装置は、
前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、
前記流動管路に結合され、前記駆動軸軸受が接続される軸支持部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項4】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含み、
前記流動管路は、複数本が長さ方向に配列されて互いに接続されることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項5】

前記回転支持装置は、隣り合う前記駆動軸の間に配置され、隣り合う前記駆動軸を接続するために、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材がさらに備えられることを特徴とする請求項４に記載の水力発電装置。

【請求項6】

前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを備え、
前記駆動軸接続部材は、中央に前記駆動軸軸受が挿入され、両側に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、
前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記軸結束穴の内周面に前記凹凸突部に挿入される凹凸溝部が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の水力発電装置。

【請求項7】

前記流動管路は前後に配置される前記流動管路を互いに結束するための接続フランジを備え、
前記支持フランジは、前記接続フランジとの間に介在されて固定されることを特徴とする請求項４に記載の水力発電装置。

【請求項8】

前記流動管路は、内部を観察して、内部の状態を検出するための監視部が備えられることを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項9】

前記監視部は、
前記流動管路の前記ブレード組立体の設置位置に該当する位置に穿孔された観察及びメンテナンス用開口部と、
前記観察及びメンテナンス用開口部に水密的に結合される観察窓と、
前記観察窓に取り付けられ、前記ブレード組立体の動作状態又は流体の状態を検出する検出手段を含むことを特徴とする請求項８に記載の水力発電装置。

【請求項10】

流路の屈曲部位に配置され、前記流動管路に接続される屈曲流動管と、
前記屈曲流動管の内部に設けられ、隣り合う前記駆動軸の間に配置され、隣り合う前記駆動軸を連結する接続ジョイント部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項11】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が挿入される中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含み、
前記屈曲流動管は、前記流動管路の接続フランジと対応する形状の接続フランジが屈曲本体の両端に結合された構造で形成され、
前記屈曲流動管の接続フランジと前記流動管路の接続フランジの間に前記支持フランジが介在され、接続固定されることを特徴とする請求項１０に記載の水力発電装置。

【請求項12】

前記回転支持装置は、前記屈曲流動管の前後に配置され、前記駆動軸に接続され、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材をさらに含み、
前記接続ジョイント部材は前方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第１ユニバーサルジョイントと、後方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第２ユニバーサルジョイントと、前記第１ユニバーサルジョイント及び第２ユニバーサルジョイントの間に接続されるジョイント軸を含むことを特徴とする請求項１１に記載の水力発電装置。

【請求項13】

前記駆動軸または前記流動管路に接続され、浮遊本体にブレードが形成された補助回転力発生体を含むことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項14】

前記浮遊本体は中空部を有する筒体に注入口が形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。

【請求項15】

前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成により構成され、接続ジョイント部材を媒介とし接続したことを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。

【請求項16】

前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成され、接続ジョイント部材によって互いに接続され、
複数の前記補助回転力発生体の中の最後端に接続されて緊張力を発生して印加する緊張手段を含むことを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。

【請求項17】

前記緊張手段は、流体の流入される入口が大口径であり、流体の排出される出口が小口径の流動孔を有する前広後狭の構造の緊張本体を含むことを特徴とする請求項１６に記載の水力発電装置。

【請求項18】

前記駆動軸の長さ方向に沿って配置されて前記回転支持装置に結合される構造用支持手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項19】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成される軸支持部材と、前後に配置される前記駆動軸を接続するために前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材を含み、
前記構造用支持手段は、前記軸支持部材に管結合部材を媒介として設けられる複数の支持構造管を含むことを特徴とする請求項１８に記載の水力発電装置。

【請求項20】

前記流動管路に設けられて、流入される異物を破砕する破砕装置を含むことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項21】

前記発電部は、
前記流動管路に設けられる発電部ハウジングと、
前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、
前記発電部ハウジングに設けられ、前記動力伝達装置に接続されて伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機ユニットを含むことを特徴とする請求項２，１０，１３，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項22】

前記動力伝達装置は、
前記発電部ハウジングの内部に配置され、前記駆動軸から回転力を受ける大径入力プーリと、
前記発電部ハウジングに配置され、前記発電機の回転軸に設けられる小径出力プーリと、
前記大径入力プーリと前記小径出力プーリに連結されるベルトを含むことを特徴とする請求項２１に記載の水力発電装置。

【請求項23】

前記大径入力プーリと前記駆動軸の間に結束されて回転力を伝達する動力伝達軸を含み、
前記動力伝達軸の両端は、前記発電部ハウジングの前後に配置され、前記流動管路に結束される前記回転支持装置によって回転可能に支持されることを特徴とする請求項２２に記載の水力発電装置。

【請求項24】

前記発電部は、
前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、
前記動力伝達装置に接続されて、伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機を含むことを特徴とする請求項１，２，１０，１３，１８，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項25】

前記動力伝達装置は、
前記駆動軸に設けられる駆動ギアと、
前記駆動ギアに噛合する伝動ギヤと、
前記伝動ギヤに結合される動力伝達軸と、
前記動力伝達軸に接続され、前記発電機の回転軸に回転力を伝達する増速ギア部を含むことを特徴とする請求項２４に記載の水力発電装置。

【請求項26】

前記増速ギア部は、前記動力伝達軸に接続される第１増速ギアと、前記第１増速ギアに噛合して前記発電機の回転軸に接続される第２増速ギアを含み、
前記駆動ギア及び伝動ギアと、前記第１増速ギア及び第２増速ギアはかさ歯車で構成されて互いに噛合することを特徴とする請求項２５に記載の水力発電装置。

【請求項27】

異物の流入を遮断するように前記流動管路の入口部分に設けられる異物遮断部材を含むことを特徴とする請求項２，１０，１３，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項28】

前記異物遮断部材は、帯状部材が螺旋状に旋回形成された異物除去ネジと、前記異物除去ネジの先端に形成され牽引穴が備えられた係留用固定部と、前記異物除去ネジの後端に形成されるネジフランジを含むことを特徴とする請求項２７に記載の水力発電装置。

【請求項29】

前記流動管路の内部へ流入される異物を破砕する破砕装置を備え、
前記破砕装置は、複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方、または複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方と最後端の流動管路の後方にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項２，１０，１３のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項30】

前記破砕装置は、
前記流動管路の内部に回転可能に設けられ、複数の回転カッターが備えられる回転カッター組立体と、
前記回転カッターと対向配置される複数の固定カッターが備えられる固定カッター組立体を含むことを特徴とする請求項２９に記載の水力発電装置。

【請求項31】

前記流動管路に分岐形成されるバイパス管路装置を含むことを特徴とする請求項２，１０，１３，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項32】

前記バイパス管路装置は、前記流動管路の最先端に接続される第１ティー型管路と、前記流動管路の最後端に接続される第２ティー型管路と、前記第１ティー型管路と第２ティー型管路との間に接続されるバイパス管路と、前記流動管路の方向への流動を遮断するように前記第１ティー型管路と接して設けられる第１制御弁と、前記バイパス管路に設けられる第２制御弁と、前記流動管路の最後端に設けられる第３制御弁を含むことを特徴とする請求項３１に記載の水力発電装置。

【請求項33】

浮力を提供するために結合される浮力体を含むことを特徴とする請求項１，２，１０，１３，１８，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項34】

浮力を提供するために結合される浮力体と、
水中に定位置させる固定力を提供するように設けられるアンカー手段をさらに含むことを特徴とする請求項２，１０，１３，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項35】

前記アンカー手段は、内部に高比重物質の投入のための空間部が形成されたアンカー本体と、前記アンカー本体の前後端に形成され牽引穴を有する係留用固定部と、前記アンカー本体の外面に突出する複数のフックを備えるアンカー体を含むことを特徴とする請求項３４に記載の水力発電装置。

【請求項36】

前記アンカー手段は、前記流動管路に形成される複数の管路固定フックを含むことを特徴とする請求項３４に記載の水力発電装置。

【請求項37】

浮力を提供するために結合される浮力体を備え、
前記浮力体は、前記流動管路に設けられる浮力体固定ブラケットと、前記浮力体固定ブラケットに設けられる浮遊具を含むことを特徴とする請求項２，１０，１３，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【請求項38】

浮力を提供するために結合される浮力体を含み、
前記浮力体に結束される結束部材、及び前記結束部材に牽引力を印加する牽引装置が備えられた係留手段を含むことを特徴とする請求項１，２，１０，１３，１８，２０のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力発電装置に関するものであり、より詳細には、構造が簡潔且つ単純で、流体の流動経路に沿って多段にブレード組立体を配置して、効率的に電気エネルギーを発電することができ、ブレード組立体の配置位置や設置数量を流量、流速、設計容量、現場の条件に合わせて適切に調整することができて発電効率を向上させることができるだけでなく、設置作業を容易に行うことができ、設置コストを大幅に低減することができる水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、小水力発電は、小さな川から農業用貯水池、農業用堰、下水処理場、養殖場の排水路、多目的ダムの放水路などに適用することができるという点で、開発潜在量が豊富なので、代替エネルギー資源として十分な価値がある。

【0003】

このような小水力発電は、落差、発電方式などに応じて分類され、発電方式は水路式、デム式、トンネル式などに分類される。

【0004】

そして、小水力発電は、発電方法に応じて、衝動水車と反動水車に分類することができ、衝動水車の種類としては、ペルトン（ｐｅｌｔｏｎ）水車、ターゴ（ｔｕｒｇｏ）水車、及びオズバーガー（ｏｓｓｂｅｒｇｅｒ）水車などがあり、反動水車の種類としては、フランシス（ｆｒａｎｃｉｓ）水車とプロペラ水車に分けられる。

【0005】

また、小水力発電は、電力調達が困難な山岳地帯、奥地、離島などでも容易に施工して使用することができ、流量が一定である場合、比較的経済性が高く、様々な研究開発活動が行われている。

【0006】

例えば、韓国登録特許第１０－１２５６８２３号公報（登録日：２０１３．０４．１６）には、開示されたような小水力発電装置が開示されている。

【0007】

前述した従来の小水力発電装置は、ハウジング１１０内に流体の流入方向から第１プロペラ１３０と第２プロペラ１４０で構成される二つのプロペラと、第１ガイドベーン１５０、第２ガイドベーン１６０及び第３ガイドベーン１７０で構成される３つのガイドベーンが互いに重なるように設計する。また、前記ハウジング１１０の外部に発電機１２０を設け、前記発電機１２０と前記プロペラ１３０，１４０のうちのいずれか一つのプロペラの外周面に形成される接続部を互いに接続して、プロペラ１３０、１４０の運動エネルギーを電気エネルギーに発電を行うようにしたものである。

【0008】

また、ハウジング１００は、前方の内部に第１ガイドベーン１５０が設けられているところ、前記第１ガイドベーン１５０は、第１ハウジング１１１の内部へ流入される流体を第１プロペラ１３０に円滑に流入するようにする機能を果たす。

【0009】

一方、前記第１ガイドベーン１５０の背面には、第１プロペラ１３０が設けられているところ、前記第１プロペラ１３０は、前記第１ガイドベーン１５０を介して流入される流体によって生成される回転運動により運動エネルギーを発生するようにする構成部である。

【0010】

そして、小水力発電装置１００は、前記第１プロペラ１３０の背面に加えて、第２ガイドベーン１６０及び第２プロペラ１４０を設けるようにしている。これにより、前記第１プロペラ１３０を介して流れていく流体は、再び第２ガイドベーン１６０を介して流体の流れが渦流なしに第２プロペラ１４０に流入されることができる。

【0011】

前述した従来の小水力発電装置は、発電に必要な設備を水車の外部に設けて、流動場内の流動エネルギーの損失を減らすことができる長所があるが、以下のような様々な短所を持っている。

【0012】

まず、従来の小水力発電装置は、ハウジング１１０の内部に設置できるプロペラの数量が２個程度に制限されるので、発電することができる電気エネルギーの発電量が限定される短所がある。

【0013】

また、従来の小水力発電装置は、ハウジング１１０ごとに発電機１２０を設置しなければならないなので、設備コストが過度に上昇して、重量の増加により設置及び設備運用が難しいという短所がある。

【0014】

また、従来の小水力発電装置は、プロペラの前後の部分にガイドベーンが設けられる構造であって、構造的に複雑であり、製作コストが上昇するだけでなく、メンテナンスが難しい限界がある。

【0015】

特に、従来の小水力発電装置は、流路に沿って多段に設置しようとする場合、いちいちハウジング１１０を配列した後、接続作業を行わなければならないし、各ハウジングごとに発電機１２０を設けなければならなので、長い設置期間と作業工数が要求され、多数のハウジング１１０を定めた経路と設置の均一度を保持しながら、施工することは非常に難しく、施工品質が低下し、これにより発電効率も低下する短所がある。

【0016】

また、従来の小水力発電装置は、プロペラの故障時に小水力発電装置の全体を分離させた後に、メンテナンス作業を長時間行わなければならず、内部構造が複雑で、異物の流入が多くの河川などに設ける場合、容易に妨げられ、内部の損傷や故障が多く、休止時間が増加する短所があるだけでなく、流路が屈曲された部位に設けることができない限界がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【文献】韓国登録特許第１０－１２５６８２３号公報

【0018】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１１－００１０２６９号公報

【0019】

【文献】韓国登録特許第１０－１０８８１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

本発明は、前記内容に着目して提案したもので、構造が簡潔且つ単純で、流体の流動経路に沿って多段に簡単にブレード組立体を配置して、効率的に電気エネルギーを発電することができるようにした水力発電装置を提供することを技術的課題とする。

【0021】

本発明の他の目的は、迅速かつ簡便で、低コストで設置作業を行うことができ、ブレード組立体の配置位置や設置数量を流量、流速、設計容量、現場の条件などに応じて効率的に電気エネルギーを発電することができるようにした水力発電装置を提供することを技術的課題とする。

【0022】

本発明のもう一つの目的は、流路に屈曲部位があっても多段発電が可能で、異物の流入を未然に防止することができ、メンテナンス作業を容易に行えて発電時間を増大させることができ、耐久性とメンテナンス性を向上させることができる水力発電装置を提供することを技術的課題とする。

【0023】

本発明のもう一つの目的は、水面や水中に安定的に設置し、定位置させて発電することができ、設置作業を迅速かつ容易に行えるようにした水力発電装置を提供することを技術的課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0024】

前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部を含むことを特徴とする。

【0025】

また、前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路を含むことを特徴とする 。

【0026】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記流動管路に結合され前記駆動軸軸受が接続される軸支持部材を含んで構成されることができる。

【0027】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含んで構成され、前記流動管路は、複数本が長さ方向に配列されて互いに接続されることが望ましい。

【0028】

そして、前記回転支持装置は、前後に配置される前記駆動軸を接続するために、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材がさらに備えられることができる。

【0029】

好ましくは、前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを備え、前記駆動軸接続部材は中央に前記駆動軸軸受が挿入され、両側に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記軸結束穴の内周面に前記凹凸突部に挿入される凹凸溝部が形成されたことができる。

【0030】

前記流動管は前後に配置される前記流動管路を互いに結束するための接続フランジを備え、前記支持フランジは、前記接続フランジとの間に介在されて固定されることが望ましい。

【0031】

一方、前記流動管路は、内部を観察して、内部の状態を検出するための監視部を構成することができる。

【0032】

この際、前記監視部は、前記流動管路の前記ブレード組立体の設置位置に該当する位置に穿孔された観察及びメンテナンス用開口部と、前記観察及びメンテナンス用開口部に水密的に結合される観察窓と、前記観察窓に取り付けられ前記ブレード組立体の動作状態又は流体の状態を検出する検出手段を含んで構成されることができる。

【0033】

前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、流路の屈曲部位に配置され前記流動管路に接続される屈曲流動管と、前記屈曲流動管の内部に設けられて前後に配置される前記駆動軸を接続する接続ジョイント部材を含むことを特徴とする。

【0034】

ここで、前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が挿入される中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含むことができる。そして、前記屈曲流動管は、前記流動管路の接続フランジと対応する形状の接続フランジが屈曲本体の両端に結合された構造で形成され、前記屈曲流動管の接続フランジと前記流動管路の接続フランジの間に前記支持フランジが介在され、接続固定されることが望ましい。

【0035】

そして、前記回転支持装置は、前記屈曲流動管の前後に配置され、前記駆動軸に接続され、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材をさらに含み、前記接続ジョイント部材は前方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第１ユニバーサルジョイントと、後方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第２ユニバーサルジョイントと、前記第１ユニバーサルジョイント及び第２ユニバーサルジョイントの間に接続されるジョイント軸を含んで構成されることができる。

【0036】

前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、前記駆動軸または前記流動管路に接続され浮遊本体にブレードが形成された補助回転力発生体を含むことを特徴とする。

【0037】

ここで、前記浮遊本体は中空部を有する筒体に注入口が形成されることができる。

【0038】

そして、前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成され、接続ジョイント部材を媒介とし接続することができる。

【0039】

また、前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成され、接続ジョイント部材によって互いに接続され、複数の前記補助回転力発生体の中の最後端に接続されて緊張力を発生して印加する緊張手段を含んで構成されることができる。

【0040】

この際、前記緊張手段は、流体の流入される入口が大口径であり、流体の排出される出口が小口径の流動孔を有する前広後狭の構造の緊張本体を含んで構成されることができる。

【0041】

一方、前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、前記駆動軸の長さ方向に沿って配置されて前記回転支持装置に結合される構造用支持手段を含むことを特徴とする。

【0042】

前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成される軸支持部材と、前後に配置される前記駆動軸を接続するために前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材を含んで構成され、前記構造用支持手段は、前記軸支持部材に管結合部材を媒介として設けられる複数の支持構造管を含んで構成されることができる。

【0043】

一方、前記目的を達成するために、本発明に係る水力発電装置は、水力発電装置であって、流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、前記流動管路に設けられて、流入される異物を破砕する破砕装置を含むことを特徴とする。

【0044】

ここで、前記発電部は、前記流動管路に設けられる発電部ハウジングと、前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、前記発電部ハウジングに設けられ、前記動力伝達装置に接続されて伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機ユニットを含んで構成されることができる。

【0045】

前記動力伝達装置は、前記発電部ハウジングの内部に配置され、前記駆動軸から回転力を受ける大径入力プーリと、前記発電部ハウジングに配置され、前記発電機の回転軸に設けられる小径出力プーリと、前記大径入力プーリと前記小径出力プーリに接続されるベルトを含んで構成されることができる。ここで、前記大径入力プーリと前記駆動軸の間に結束されて回転力を伝達する動力伝達軸をさらに含んで構成され、前記動力伝達軸の両端は、前記発電部ハウジングの前後に配置され、前記流動管路に結束される前記回転支持装置によって回転可能に支持されることが望ましい。

【0046】

一方、前記発電部は、前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、前記動力伝達装置に接続されて、伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機を含んで構成されることができる。

【0047】

ここで、前記動力伝達装置は、前記駆動軸に設けられる駆動ギアと、前記駆動ギアに噛合する伝動ギアと、前記伝動ギアに結合される動力伝達軸と、前記動力伝達軸に接続され、前記発電機の回転軸に回転力を伝達する増速ギア部を含んで構成されることができる。

【0048】

この際、前記増速ギア部は、前記動力伝達軸に接続される第１増速ギアと、前記第１増速ギアに噛合して、前記発電機の回転軸に接続される第２増速ギアを含み、前記駆動ギア及び伝動ギアと、前記第１増速ギア及び第２増速ギアはかさ歯車で構成されて互いに噛合することが望ましい。

【0049】

一方、前記ブレード組立体は、ブレード部にブレードブラケットが形成された少なくとも一つ以上のブレードと、前記駆動軸に結束されて、前記ブレードブラケットが結合されるブレード接続部材を含んで構成されることができる。

【0050】

ここで、前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを含み、前記ブレード接続部材は、中央に前記ブレードブラケットが締結されるブラケット接続部が形成されて，前後に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、前記ブレードブラケットはブラケット結束突部が突出され、前記ブラケット接続部は前記ブラケット結束突部が挿入されるブラケット結束溝が凹入され、前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記結合リングの軸結束穴の内周面には前記凹凸突部が挿入される凹凸溝部が形成されたことが望ましい。

【0051】

一方、本発明に係る水力発電装置は、異物の流入を遮断するように前記流動管路の入口部分に設けられる異物遮断部材を含んで構成されることができる。

【0052】

この際、前記異物遮断部材は、帯状部材が螺旋状に旋回形成された異物除去ネジ、前記異物除去ネジの先端に形成され牽引穴が備えられた係留用固定部と、前記異物除去ネジの後端に形成されるネジフランジを含んで構成されることができる。

【0053】

そして、本発明に係る水力発電装置は、前記流動管路の内部へ流入される異物を破砕する破砕装置を備え、前記破砕装置は、複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方、または複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方と最後端の流動管路の後方にそれぞれ設けられることができる。

【0054】

前記破砕装置は、前記流動管路の内部に回転可能に設けられ、複数の回転カッターが備えられる回転カッター組立体と、前記回転カッターと対向配置される複数の固定カッターが備えられる固定カッター組立体を含んで構成されることができる。

【0055】

一方、本発明に係る水力発電装置は、前記流動管路に分岐形成されるバイパス管路装置が構成されることができる。

【0056】

ここで、前記バイパス管路装置は、前記流動管路の最先端に接続される第１ティー型管路と、前記流動管路の最後端に接続される第２ティー型管路と、前記第１ティー型管路と第２ティー型管路との間に接続されるバイパス管路と、前記流動管路の方向への流動を遮断するように前記第１ティー型管路と接して設けられる第１制御弁と、前記バイパス管路に設けられる第２制御弁と、前記流動管路の最後端に設けられる第３制御弁を含んで構成されることができる。

【0057】

前記目的を達成するために、前述した本発明に係る水力発電装置は、浮力を提供するために結合される浮力体を含むことを特徴とする。

【0058】

そして、前述した本発明に係る水力発電装置は、浮力を提供するために結合される浮力体と、水中に定位置させる固定力を提供するように設けられるアンカー手段をさらに含んで構成されることができる。

【0059】

この際、前記アンカー手段は、内部に高比重物質の投入のための空間部が形成されたアンカー本体と、前記アンカー本体の前後端に形成され牽引穴を有する係留用固定部と、前記アンカー本体の外面に突出する複数のフックを備えるアンカー体を含んで構成されることができる。

【0060】

そして、前記アンカー手段は、前記流動管路に形成される複数の管路固定フックを含んで構成されることができる。

【0061】

一方、前述した本発明に係る水力発電装置は、浮力を提供するために結合される浮力体を備え、前記浮力体は、前記流動管路に設けられる浮力体固定ブラケットと、前記浮力体固定ブラケットに設けられる浮遊具を含んで構成されることができる。

【0062】

また、前述した本発明に係る水力発電装置は、浮力を提供するために結合される浮力体を含み、前記浮力体に結束される結束部材と、前記結束部材に牽引力を印加する牽引装置が備えられた係留手段をさらに含んで構成されることができる。

【発明の効果】

【0063】

本発明に係る水力発電装置によると、ブレード組立体が結合された駆動軸が流動管路に内蔵されて互いに接続され、多段構造に配置されるので、限られた流体の負荷を反復的に用いて電気を発電することができ、多数のブレード組立体から生成された高回転トルクを用いて電気エネルギーを獲得するので、発電量を最大化することができる効果がある。

【0064】

この際、駆動軸は、回転支持装置によって安定的に支持されるので、流路に沿ってブレード組立体の配置位置や設置数量を調節しながら流量、流速、設計容量、現場の条件に合って構造的に安定した高効率の発電システムを具現することができる効果がある。

【0065】

そして、本発明に係る水力発電装置によると、多数のブレード組立体が多段に配列された単位回転ユニットの回転トルクを単一の発電機にて電気エネルギーに得ることができ、流動管路の内部に複雑な装置を排除して多数のブレード組立体を備えた駆動軸を内蔵した簡潔且つ単純な構造であるので、重量が軽くて設備コスト、施工コスト、維持管理コストが大幅に低減される長所がある。

【0066】

また、本発明に係る水力発電装置によると、流動管路のブレード組立体の設置部位に観察およびメンテナンス用監視部が備えられ、動作状態を観察および検出して安定した動作状態を保持することができ、流体の流入箇所に異物遮断部材及び破砕装置が備えられ、内部ブレード組立体への異物の流入を事前に遮断することにより、故障を未然に防止することができて、耐久性が向上される長所がある。

【0067】

特に、本発明に係る水力発電装置によると、流路の長さ、サイズ、規格などに合わせて製作した流動管路に複数のブレード組立体を組み立てる形態で発電装置をブロック化することができ、過酷な現場でいちいち組み立てずにブロック組み立て方法で迅速かつ容易に施工することができるので、工期の短縮と工数の削減により施工コストを大幅に低減することができ、流動管路とブレード組立体の設置精度と施工の均一性を確保することができ、耐久性の向上と発電効率の向上を期待することができる。

【0068】

一方、本発明に係る水力発電装置によると、流体の流動経路が河川の形態や地形に応じて屈曲されていても屈曲部の曲率半径に合う屈曲流動管を設け、内部に接続ジョイント部材を取り付けて接続すると、前方の駆動軸の回転力が後方の駆動軸と一体化されて、発電機に回転力を伝達して発電することができるので、地形や外部の条件等に影響されず、水力発電システムを効果的に具現することができる。

【0069】

そして、本発明に係る水力発電装置によると、アンカー手段、浮力体、係留手段が備えられて、水面や水中に安定的に設置及び定位置させることができ、設置作業を迅速かつ容易に行うことができる長所がある。

【0070】

また、本発明に係る水力発電装置によると、ブレード組立体が内蔵された流動管路が多段構造で配置され、駆動軸に補助回転力発生体接続されて回転力を追加で発生して印加することにより、発電効率をさらに向上させることができる長所がある。

【図面の簡単な説明】

【0071】

【図1】従来の小水力発電装置を説明するための図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置の全体構造を概略的に示した図である。

【図3a】図２のＡ部を示し、一部を断面化して示した拡大図である。

【図3b】図２のＡ部の分離斜視図である。

【図3c】図２のＢ部の拡大図である。

【図3d】図２のＢ部の分離斜視図である。

【図3e】図２のＣ部の拡大断面図である。

【図3f】図２のＣ部の分離斜視図である。

【図3g】図２のＤ部の拡大図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第１変形例を説明するための図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第２変形例を説明するための図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第３変形例を説明するための図である。

【図7a】図６のＥ部の拡大図である。

【図7b】図７ａのＦ－Ｆ線に沿った断面図である。

【図8a】本発明の第２実施形態に係る水力発電装置の一部を示す斜視図である。

【図8b】図８ａのＧ部の分離斜視図である。

【図9a】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置を説明するための図である。

【図9b】図９ａのＨ部の分離斜視図である。

【図10a】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第１変形例の外観構造を示す斜視図である。

【図10b】図１０ａのＩ部の拡大斜視図である。

【図11a】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第２変形例を説明するための図である。

【図11b】図１１ａのＪ部の拡大斜視図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第３変形例を説明するための斜視図である。

【図13a】本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第４変形例を説明するための斜視図である。

【図13b】図１３ａのＫ部の拡大斜視図である。

【図13c】図１３ａのＬ部の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0072】

以下、本発明の好ましい実施形態を添付する図面の図２乃至図１３ｃに基づいて詳細に説明し、図２乃至図１３ｃにおいて同じ構成要素については、同じ参照番号を付与する。一方、各図面で一般的な技術から、この分野の従事者が容易に知ることができる構成とその作用及び効果についての図示及び詳細な説明は、簡略したり、省略して、本発明に関連する部分を中心に示した。

【0073】

図２は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の全体構造を概略的に示す図であり、水力発電装置の長さが非常に長いことを考慮して、長さ方向に沿って部分省略し、内部の構造が示すよう一部を切開して図示して、要部（Ｂ部とＤ部）は断面構造が表示されるように示した。

【0074】

図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置は、流動管路１と、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５が備わることで、流体の流動経路に沿って駆動軸２を配置し、この駆動軸に多段にブレード組立体を配置して構成した単位回転ユニットから生成された回転力を、単一の発電機を用いて発電することができるように構成した点に主な特徴がある。

【0075】

図３ａは、図２のＡ部を示して一部を断面化して示した拡大図であり、図３ｂは図２のＡ部の分離斜視図であり、図３ｃは図２のＢ部の拡大図であり、図３ｄは図２のＢ部の分離斜視図である。

【0076】

図２および図３ａを参照すると、流動管路１は、流体の流動のための流路が形成された管路部材として、長方形管など、様々な形状に構成されたことが適用できるが、本実施形態では、流体の種類、流体の温度、流量、流速、設計容量、現場の条件等に合うように、市中に流通している円形管の中で選択して構成することができる。

【0077】

流動管路１は、図３ｃの拡大部に示すように次いで配置される流動管路との接続のために接続フランジ１ｂが結合されたものであり、この接続フランジ１ｂは後述する軸支持部材４１の支持フランジ４１ｃが介在された状態で互いに接続される。

【0078】

そして、流動管路１には、図３ｂに示すように、内部を観察したり、内部の駆動軸やブレード組立体の動作状態などを検出したり、監視するための監視部１３が構成されている。

【0079】

前記監視部１３は、ブレード組立体３の設置位置に該当する流動管路の部分に穿孔された観察およびメンテナンス用開口部１３ａと、観察およびメンテナンス用開口部１３ａにボルトのような締結部材によって締結される観察窓１３ｃと、観察窓１３ｃに取り付けられる検出手段１３ｄが備えられている。

【0080】

ここで、観察窓１３ｃは、観察を容易にするように透明な素材で形成されることができ、リークが発生しないように水密的な結合のためにガスケットパッドなどのような水密部材１３ｂが介在されている。

【0081】

そして、検出手段１３ｄは、ブレード組立体３の回転速度を検出することができる回転速度検出センサが設けられるが、これに限定されず、流速を検出することができる流速検知センサ、流体の温度を検出することができる温度センサなど様々な種類のセンサなどが一緒に設けられる。ここで、回転速度検出センサは、磁場の大きさの変化に応じて動く速度を検出する回転数検出センサや、光の受信状態を用いて回転速度を検出する光センサ等を適用することができる。

【0082】

駆動軸２は、流動管路１の内部に配置されて回転支持装置４によって回転可能に支持される軸であり、ブレード組立体３を設けることができる軸部材であれば、特別な制限なしに選択して構成することができる。例えば、駆動軸２は、ブレード組立体３と回転支持装置４との間に配置されるパイプ２１と、このパイプの端部に結合されてブレード組立体３と回転支持装置４との結束の際に用いられる結合リング２２で構成されている。

【0083】

また、結合リング２２は、図３ａ乃至図３ｃに示すように段顎２２ｂを有する円形状の結合リング本体２２ａの内部の中心に後述するブレード接続部材３２や駆動軸接続部材４２の軸結束突部３２ｂ、４２ｃの凹凸突部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が挿入されるように凹凸溝部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が形成された軸結束穴２２ｃが形成されている。ここで、後述する軸結束突部３２ｂ、４２ｃは、大略セレーションが形成されたスプライン軸状に形成されるので、軸結束穴２２ｃは互いに型合わせるようにセレーションが形成されている。

【0084】

ブレード組立体３は、駆動軸２の長さ方向に沿って複数個が配置されて、流体の流動時に回転される回転体として流動管路１の内部に挿入されてボルトのような締結部材にて駆動軸２に固定、設けられるものであり、流量、流速、設計容量、現場の条件などに応じて、一定の間隔を有するように、適切な数量で離隔、設けられる。この際に、ブレード組立体３の設置間隔は、ブレード３１の回転時に乱流が発生するので、発電効率を考慮して、前方のブレード組立体で発生した乱流が消失される地点に後方のブレード組立体が位置する形態で互いに離隔距離を持つように設けられることが望ましい。

【0085】

また、ブレード組立体３は、図３ａ及び図３ｂに示されるように流動管路１の内部に挿入されて締結部材にて駆動軸２に固定、設けられ、少なくとも一つ以上のブレード３１と、ブレード３１が接続されるブレード接続部材３２で構成されている。

【0086】

ブレード３１は、流体と接触するブレード部３１ａと、ブレード部３１ａの根の部分に結合されるブレードブラケット３１ｂで構成されている。また、ブレードブラケット３１ｂは、縦断面形状が大略弧の形状を有するブラケット本体の内側に突出するブラケット結束突部３１ｃと、ブラケット本体に穿孔される締結孔３１ｄが形成されている。

【0087】

前記ブレード接続部材３２は、中央にブレードブラケット３１ｂが締結されるブラケット接続部３２ａが形成され、前後に駆動軸２に接続される軸結束突部３２ｂが形成されている。ここで、軸結束突部３２ｂは、外周面に前述した結合リング２２の軸結束穴２２ｃに挿入される凹凸突部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が形成されている。

【0088】

そして、ブラケット接続部３２ａは、ブラケット結束突部３１ｃが挿入されるブラケット結束溝３２ｃが凹入された構造で形成されたものであり、ブラケット結束溝３２ｃには締結孔３２ｄが形成されて、ブレードブラケット３１ｂを介して締結される締結部材が締結されるようになっている。

【0089】

前述したように、ブレード３１のブレードブラケット３１ｂにはブラケット結束突部３１ｃが形成されており、ブレード接続部材３２のブラケット接続部３２ａにはブラケット結束溝３２ｃが形成されているので、ブラケット結束突部３１ｃとブラケット結束溝３２ｃが互いに型合わせる場合、単純なボルト締結方式に比べて強固に固定されるので、大きな回転負荷にも安定した固定状態を保持することができる長所がある。

【0090】

一方、ブレード組立体３は、流体の流動時に揚力により回転される揚力式ブレードと、流体の流動に応じて抗力によって回転される抗力式ブレードと、揚力式ブレードと抗力式ブレードを混合した方式などの様々な形態のブレードを制限せずに選択して構成することができて、設置時に流体が一定の方向に流れる場所では流体の速度に応じて抗力及び揚力において効率的な非対称ブレードを設けることができて、流体の流れが時間差をおいて変更される潮流地域では流体の速度に応じて対称ブレードを設けることができる。

【0091】

例えば、ブレード組立体３のブレード部３１ａは、流体の流動方向が一方向かつ比較的流速が速い流路の場合に揚力型非対称ブレードを設けることができて、流体の流動方向が一方向かつ比較的流速が遅い流路の場合に抗力型非対称ブレードを設けることができて、流体の流動方向が時間差をおいて正逆方向に変更される潮流地域の場合揚力及び抗力式対称ブレードを設けることができる。

【0092】

一方、回転支持装置４は駆動軸２を回転可能に支持する構成要素であり、図３ｃ及び図３ｄを参照して具体的に説明する。

【0093】

回転支持装置４は、駆動軸２を回転可能に支持することができれば、特別な制限なしに、様々な構造で形成されることができるが、本実施形態では、図３ｃ及び図３ｄに示すように、複雑な接続作業や設置作業が要求されずに流動管路１の接続作業と駆動軸２の支持作用を同時に行うことができるように、軸支持部材４１、駆動軸接続部材４２、および駆動軸軸受４３を備える。

【0094】

軸支持部材４１は、流動管路１に結合され、駆動軸軸受４３が接続される大略ホイール形状を有する部材であって、駆動軸軸受４３が設けられるように中心に中心穴４１ｄが形成された支持ハブ４１ｅと、支持ハブ４１ｅの周囲に一端が接続されその間に流体が流動する流動孔が形成されるように等角度で配置された複数の支持台４１ｂと、支持台４１ｂの他端に形成されたリング状の本体４１ａと、リング状の本体４１ａの一側に形成され接続作業時に流動管路１の接続フランジ１ｂとの間に介在される支持フランジ４１ｃが備えられている。ここで、支持ハブ４１ｅの中心穴４１ｄには、図３ｃに示すように、軸受の離脱防止作用を行うように内周面に突出する中心穴段顎が形成されている。

【0095】

駆動軸接続部材４２は、図３ｄに示すように前後に配置される駆動軸２を接続するために、軸支持部材４１の中心に挿入設置される部材であり、中心穴４１ｄに回転可能に設けられる丸棒形状の本体４２ａの一側に軸受安着顎４２ｂが突出され、前後に駆動軸２に接続される軸結束突部４２ｃが形成されている。ここで、軸結束突部４２ｃは、図３ｄの拡大部に示すように、外周面に凹凸突部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が形成されて駆動軸２の結合リング２２に形成された軸結束穴２２ｃの凹凸溝部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）に型合わせるようになっている。

【0096】

図３ｅは図２のＣ部の拡大断面図であり、図３ｆは図２のＣ部の分離斜視図である。

【0097】

図３ｅ及び図３ｆを参照すると、発電部５は、駆動軸２の回転力を受けて電気を発電して収穫する構成要素であり、駆動軸２の回転力を電気エネルギーに変換する手段であれば、構造や形態に特別な制限なしに構成することができるが、本実施形態では、発電部ハウジング５１、動力伝達装置５２）および発電機ユニット５３で構成されている。

【0098】

発電部ハウジング５１は、前後に回転支持装置４が介在された状態で、流動管路１に接続される部材であり、正面で見える形状が大略円錐状に形成された第１発電ケース５１ａと、第１発電ケース５１ａの背面に結合される第２発電ケース５１ｂで構成されている。

【0099】

第１発電ケース５１ａは、図３ｆに示すように、前面板５１ｄと、前面板５１ｄの端に直交して屈曲延在する周囲版５２ｅからなり、前面板５１ｄは下部に流体が流動する孔５１ｆと、上部に発電機５３ａが設けられる発電機取り付け穴５２ｇが形成されており、孔５１ｆと発電機取り付け穴５２ｇの周囲と周囲版５２ｅの端部にそれぞれ締結孔が形成されている。

【0100】

第２発電ケース５１ｂは、第１発電ケース５１ａの周囲版５２ｅに締結されるように対応する板状部材に孔が形成されたものであり、孔の後方に接続フランジ部５１ｃが突出している。

【0101】

動力伝達装置５２は、駆動軸２に接続されて印加される回転力を発電機に伝達する構成要素であり、ベルトにて動力を伝達するベルト動力伝達方式で構成されている。

【0102】

より具体的に説明すると、動力伝達装置５２は、駆動軸２の端部に設けられて、相対的に直径が大きく形成された大径入力プーリ５２ａと、後述する発電機５３ａの回転軸５３ｂに設けられて大径入力プーリ５２ａに比べて直径が小さく形成された小径出力プーリ５２ｂと、大径入力プーリ５２ａと小径出力プーリ５２ｂに連結されるベルト５２ｃで構成されている。

【0103】

そして、大径入力プーリ５２ａには、駆動軸２と接続される動力伝達軸５４が結合されるとして中心ハブに後述するプーリ結束部５４ａに形成された凹凸突部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）と型合わせるように凹凸溝部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が形成されている。

【0104】

動力伝達軸５４は、図３ｆに示すように丸棒形状を有する伝達軸本体の中央に大径入力プーリ５２ａに接続されるように形成されたプーリ結束部５４ａと、伝達軸本体の前後部に駆動軸２の結合リング２２に結束されるように形成された軸結束突部５４ｂと、前後の軸結束突部５４ｂとプーリ結束部５４ａとの間に回転支持装置４の駆動軸軸受４３が取り付けられる軸受接続部５４ｃが形成されている。

【0105】

そして、プーリ結束部５４ａは、外周面に凹凸突部（ｓｅｒｒａｔｉｏｎ）が形成されており、一側に抜け止め顎５４ｄが突出しており、他側に後述する固定リング５４ｆ及びＥ形リング５４ｇ（Ｅ－ｒｉｎｇ）が結合される据付部５４ｅが形成されている。

【0106】

また、動力伝達軸５４には、プーリ結束部５４ａの据付部５４ｅに締結される固定リング５４ｆと、固定リング５４ｆに接して結合されるＥ形リング５４ｇが備えられる。

【0107】

一方、発電機ユニット５３は、動力伝達装置５２と接続されて伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する構成要素であり、回転軸５３ｂを備えた発電機５３ａと、発電機５３ａの外部に覆るように形成されて、第１発電ケース５１ａに結合されることにより、流体の流入を遮断する水密用ケース５３ｃで構成されている。

【0108】

図３ｇは図２のＤ部の拡大図であり、流動管路１の入口部分に設けられて駆動軸２を支持する回転支持装置４を示す断面図である。

【0109】

図３ｇを参照すると、回転支持装置４は、軸支持部材４１と、駆動軸接続部材４２と、駆動軸軸受４３を含んで構成され、流動管路１の入口部分に該当する駆動軸接続部材４２に設けられる抵抗減少部材４８が備えられている。

【0110】

抵抗減少部材４８は、大略円錐状のキャップで形成されたものであり、流体の流入時に抵抗を低減して、乱流の発生を最小限にする作用を行う。

【0111】

以下、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の作用を簡単に説明する。

【0112】

まず、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の組立工程を簡単に説明すると、図２に示すように、流体の流量、流速、設計容量、現場の条件等に合って駆動軸２にブレード組立体３を定められた間隔で組み立て、流動管路１の内部に挿入して配置する。以後、軸支持部材４１の支持ハブ４１ｅに駆動軸軸受４３と駆動軸接続部材４２を挿入し、駆動軸接続部材４２の軸結束突部４２ｃを駆動軸２の結合リング２２に挿入組み立てる方式で前後に配置された駆動軸２を互いに接続する。

【0113】

そして、軸支持部材４１の支持フランジ４１ｃを前後の流動管路１の接続フランジ１ｂとの間に介在させた状態で、ボルトを用いて互いに締結すると、隣接する流動管路１が互いに接続され、このような方法で流体の移動方向に沿って複数の流動管路１を配列組み立てる。

【0114】

このように組み立てられた流動管路１の内部へ流体を流動させると、流体の負荷によってブレード組立体３が回転し、ブレード組立体２が結束された駆動軸２が回転するので、図２、図３ｅ及び図３ｆに示すように、流動管路の末端に設けられた発電部５が電気を発電する。

【0115】

発電部５の作用をより具体的に説明すると、ブレード組立体３の回転に連動している駆動軸２の回転力が動力伝達軸５４を媒介として大径入力プーリ５２ａに伝達され、これに結束されたベルト５２ｃが無限軌道運動を行いながら小径出力プーリ５２ｂを回転させ、小径出力プーリ５２ｂが回転軸５３ｂを回転させ、発電機５３ａが電気を発電する。

【0116】

そして、第１実施形態に係る水力発電装置は、流動管路１を介して、限られた流体が流動しても、各流動管路１ごとに複数のブレード組立体３が結合された駆動軸２が設けられて、これらが互いに接続されて多段の構造に配置されることにより、流体の負荷が反復的に用いながら高回転トルクを生成するので、高出力の電気エネルギーを獲得することができる。

【0117】

図４は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第１変形例を説明するための図であって、設けられた水力発電装置の全体的な外観構造を示す斜視図である。

【0118】

図４を参照すると、第１実施形態の第１変形例に係る水力発電装置は、ブレード組立体３などのメンテナンスのために稼働を中止しようとする場合に、流動管路１の内部への流体の流れを遮断するための手段が備わることに特徴があるもので、図４に示すように流動管路１の先端から分岐されるように構成されたバイパス管路装置６がさらに構成されている。

【0119】

前記バイパス管路装置６は、流動管路１の最先端に接続されて大略「Ｔ」字状を有する第１ティー型管路６ａと、流動管路の最後端に接続される第２ティー型管路６ｂと、第１ティー型管路６ａと第２ティー型管路６ｂとの間に接続されるバイパス管路６ｃと、流動管路１の方向への流動を遮断するように第１ティー型管路６ａと接して設けられる第１制御弁６ｄと、バイパス管路６ｃに設けられる第２制御弁６ｅと、流動管路１の最後端に設けられる第３制御弁６ｆで構成されている。そして、バイパス管路６ｃは、その前後端に接続されるエルボー６ｇにて第１ティー型管路６ａおよび第２ティー型管路６ｂと接続されている。

【0120】

図４に示された第１変形例に係る水力発電装置は、流動管路１に流体を流動させて電気を発電する場合、第１制御弁６ｄと第３制御弁６ｆを開放し、第２制御弁６ｅが閉鎖されるように操作すると、流動管路１のみ流体が流動しながら、ブレード組立体３が回転して、これと連動する駆動軸２の回転力が発電部５に伝達され、電気を発電することができる。

【0121】

逆に、メンテナンスなどのために、第１制御弁６ｄと第３制御弁６ｆを閉鎖し、第２制御弁６ｅを開放すると、バイパス管路６ｃに流体が迂回して流動されて、流動管路１の内部への流体の流れが遮断されるので、流動管路の内部の駆動軸２と、ブレード組立体３と、発電部５などのメンテナンス作業を便利に行うことができる。

【0122】

また、前記バイパス管路６ｃは、内部にブレード組立体が組み立てられた駆動軸が内蔵されるように構成することにより、流動管路１のメンテナンス時にも継続的に電気エネルギーを発電するように具現することもできる。

【0123】

図５は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第２変形例を説明するための図であり、前述した第１実施形態と同じ、類似した構造で形成される部分の図示は省略して、差別化された主な部分を切開して示し、理解を助けるために、部分的に断面構造が表示されるように示した。

【0124】

図５を参照すると、本発明に係る第１実施形態の第２変形例に係る水力発電装置は、流体が流動する流路を有する流動管路１と、流動管路１の長さ方向に沿って設けられる駆動軸２と、流動管路１の内部に設けられるブレード組立体３と、駆動軸２を回転可能に支持するように接続される回転支持装置４を備えて、流体の流動経路が屈曲されても、流体の流れを保持するとともに駆動軸２を接続して多段にブレード組立体３を配置して発電することができるように屈曲流動管７１との接続ジョイント部材７２が備えられた屈曲接続部７が構成されている。

【0125】

屈曲流動管７１は、流動管路１の屈曲部位に接続される曲管形の構成要素であり、流動管路と対応する形状の本体の両端に接続フランジ７１ａが結合された構造で形成される。

【0126】

また、屈曲流動管７１は、流動経路の曲率半径に応じて１５°、４５°など、様々な角度で形成されるものであり、本実施形態では流動管路１が円形管で構成されているので、同じ内径を持って約１５°程度屈曲された円形管の構造で形成されている。

【0127】

また、屈曲流動管７１は、その両端に回転支持装置４が配置された状態で、接続フランジ７１ａが隣接する流動管路１の接続フランジ１ｂとの間に支持フランジ４１ｃが介在させた状態で互いに結合されるようになっている。

【0128】

接続ジョイント部材７２は、屈曲流動管７１の内部に設けられて前後に配置される駆動軸２と接続される構成要素であり、前方に位置する回転支持装置４の駆動軸接続部材４２に接続される第１ユニバーサルジョイント７２ａと、背面に位置する駆動軸接続部材４２に接続される第２ユニバーサルジョイント７２ｂと、第１ユニバーサルジョイント７２ａと第２ユニバーサルジョイント７２ｂとの間に接続されるジョイント軸７２ｃで構成されている。ここで、第１ユニバーサルジョイント７２ａおよび第２ユニバーサルジョイント７２ｂは、互いにずらして配置された一対のヨーク（ｙｏｋｅ）、ニードル軸受が結合された「十」字軸（ｓｐｉｄｅｒ）などが備えられ、外部にはカバーの機能を果たすブート（ｂｏｏｔ）が形成された公知の機械要素を適用しているので、具体的な図示や説明を省略する。

【0129】

図５を参照して、第２変形例に係る水力発電装置の作用を簡単に説明すると、流体の流動経路である河川や水路の形状が地形などにより屈曲されていても屈曲部の曲率半径に合う屈曲流動管７１を設けて、内部に接続ジョイント部材７２を設けて接続すると、前方の駆動軸２の回転力が後方の駆動軸２と一体化されて発電部５に回転力を伝えることができるので、地形や外部条件などに影響を受けずに水力発電システムを効果的に具現することができる。

【0130】

図６は、本発明の第１実施形態に係る水力発電装置の第３変形例を説明するための図であり、水力発電装置の長さが非常に長いことを考慮して、長さ方向に沿って部分を省略し、内部の構造が表示されるように一部を切開して図示して、要部は断面構造が表示されるよう示した。図７ａは図６のＥ部の拡大図であって、要部は部分的に断面化して図示したものであり、図７ｂは図７ａのＦ－Ｆ線に沿った断面図である。

【0131】

図６乃至図７ｂを参照すると、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る水力発電装置は、流動管路１と、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５を備え、発電部５は動力伝達装置５５と発電機５６で構成されて、動力伝達装置５５はギアのかみ合いを介して動力を伝達するギア動力伝達方式で構成されている。

【0132】

動力伝達装置５５は、多段に配置されたブレード組立体３の回転時に生成された回転力を伝達するように駆動軸２と発電機５６との間に構成される構成要素であり、図７ａおよび図７ｂに示したように駆動ギア５５ａと、伝動ギア５５ｂと、動力伝達軸５５ｃと、増速ギア部５５ｄで構成されている。

【0133】

駆動ギア５５ａは、駆動軸２の端部に設けられるギアであり、伝動ギア５５ｂは駆動ギア５５ａと噛合するように動力伝達軸５５ｃに設けられるギアであって、入力側かさ歯車部と出力側かさ歯車部が噛合されて一つのギアユニットを形成するかさ歯車で構成されている。

【0134】

動力伝達軸５５ｃは、流体の流れ方向に対して直交する方向に設けられて接続される部品の形状に対応するように外径が異なる複数の段顎を有する棒状部材で形成されたものであり、駆動ギア５５ａと対応する位置にかみ合う伝動ギア５５ｂが結合されて、外部に露出される上段に増速ギア部５５ｄが接続されている。

【0135】

そして、動力伝達軸５５ｃは、流動管路１に直接設けられることができるが、本実施形態では、別に構成された発電管路ブロック５７に回転可能に設けられる。

【0136】

増速ギア部５５ｄは、動力伝達軸５５ｃに接続されて発電機５６の回転軸５６ｂに回転力を伝達する構成要素であり、安定した動作と増速効率に優れなら、様々な形態の増速機を適用することができるが、本実施形態では、動力伝達軸５５ｃに接続される第１増速ギア５５ｅと、第１増速ギア５５ｅと噛合されて発電機５６の回転軸に接続される第２増速ギア５５ｆで構成されている。

【0137】

前記第１増速ギア５５ｅと第２増速ギア５５ｆは、前述のようなかさ歯車で構成されて互いに噛合されて、増速のために、第１増速ギア５５ｅは直径が大きい大径の入力側かさ歯車部で構成され、第２増速ギア５５ｆは相対的に直径が小さい小径の出力側かさ歯車部で構成されている。

【0138】

発電機５６は、動力伝達装置５５と接続されて伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する構成要素であり、駆動軸２に設けられるブレード組立体３の構造や数量、流動管路１に流動される流体の流量、流速等に応じて計算された発電容量に合った発電機を選択して設ける。

【0139】

そして、発電機５６は、発電機本体５６ａを後述する発電管路ブロック５７に結合するための発電機固定部材５６ｃが備えられている。

【0140】

一方、本発明に係る水力発電装置は、前記動力伝達装置５５と発電機５６が設けられる発電管路ブロック５７が流動管路１に接続設けられている。

【0141】

発電管路ブロック５７は、複数本が配列、組み立てられた流動管路１の前方や中央部分にも設けられるが、図６に示すように、複数の流動管路１が組み込まれて構成された流動管路組立体の末端に位置する流動管路１に接続されることが望ましい。

【0142】

そして、発電管路ブロック５７は、流動管路１と対応する形状の本体の両端に接続フランジ５７ｂが結合された構造で形成されたものであり、本実施形態では流動管路１が円形管で形成されることに応じて、同じ内径を有する円形管の構造で形成されている。

【0143】

また、発電管路ブロック５７の前方には、隣接する流動管路１と接続フランジ１ｂとの間に介在される形態で回転支持装置４が設けられる。回転支持装置４は、内部に配置された駆動軸２の末端を支持しながら駆動ギア５５ａと動力伝達軸５５ｃに結合された伝動ギア５５ｂの噛合状態が強固に保持されるように支持する機能を果たす。

【0144】

また、発電管路ブロック５７には、下側に動力伝達軸５５ｃが回転可能に支持される下部伝達軸支持部５８が設けられており、上側に上部伝達軸支持部５９が設けられる。

【0145】

下部伝達軸支持部５８は、発電管路ブロック５７の下部の外面に結合されるキャップの形態の下部軸固定部材５８ａと、下部軸固定部材５８ａの内部に挿入されて動力伝達軸５５ｃの下端に結合される伝達軸下部軸受５８ｂで構成されている。

【0146】

上部伝達軸支持部５９は、発電管路ブロック５７の上部の外面に結合される上部軸固定部材５９ａと、上部軸固定部材５９ａの内部に挿入されて動力伝達軸５５ｃの上端に結合される伝達軸上部軸受５９ｂで構成されている。そして、上部軸固定部材５９ａは、発電管路ブロック５７に結合されるノズルの形態の上部軸固定本体５９ｃと、上部軸固定本体５９ｃの上部に結合され内部に伝達軸上部軸受５９ｂが内蔵される上部軸固定キャップ５９ｄで構成されている。この際に、上部軸固定本体５９ｃと上部軸固定キャップ５９ｄには、接続用フランジが形成されて、ボルトにて締結される。そして、動力伝達軸５５ｃの外周面と上部軸固定キャップ５９ｄに形成された穴の間には、リークを防止するためのシールのような気密部材５９ｅが介在されている。

【0147】

図６乃至図７ｂに示すように本発明の第１実施形態の第３変形例に係る水力発電装置は、動力伝達装置５５をギア動力伝達方式で構成することにより、駆動軸２の回転力が駆動ギア５５ａと、伝動ギア５５ｂと、動力伝達軸５５ｃと、増速ギア部５５ｄの順に伝達される過程がギアの噛合動作によって行われるので、回転力を正確に伝えることができて動力伝達が安定した長所がある。

【0148】

以下、本発明に係る他の実施形態を説明して、前述した第１実施形態とその変形例に示した構成要素と類似した構成要素については、具体的な説明を省略して相違点を有する構成要素を中心に説明する。また、以下の他の実施形態では、第１実施形態とその変形例などに示した構成要素または他の実施形態に示した構成要素の中で、互い採用可能な構造であれば、選択的に適用することもできて、具体的な説明や図面上の図示は省略する。

【0149】

図８ａは、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置の一部を示す斜視図であり、図８ｂは図８ａのＧ部の分離斜視図である。

【0150】

図８ａ及び図８ｂを参照すると、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置は、前述した第１実施形態と同様に、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５を主要な構成要素で構成されて、第１実施形態に示した構成要素の中で流動管路は削除され、駆動軸２とブレード組立体３を含む回転支持装置４を支持する構造用支持手段８が構成されている。

【0151】

駆動軸２は、流体が流動する経路に沿って設けられる軸部材であり、ブレード組立体３は駆動軸２の長さ方向に沿って設けられて流体の負荷によって回転する構成要素であり、発電部（図示せず）は駆動軸２の回転力を受けて電気を発電する構成要素であり、前述した第１実施形態に示したものと同じで且つ類似するので、具体的な説明を省略して相違点を有する構成要素を中心に説明する。

【0152】

回転支持装置４は、駆動軸２を回転可能に支持する構成要素であり、前述した第１実施形態と同様に、軸支持部材４１と、駆動軸接続部材４２と、駆動軸軸受４３を含んで構成され、軸支持部材４１に構造用支持手段８を固定するための管結合部材８５が結合されている。

【0153】

管結合部材８５は、構造用支持手段８の形態や設置数量などに応じて多様に構成されることができるが、本実施形態では、軸支持部材４１の外面に等角度で４つが配置され、構造用支持手段８に密着される弧状の管密着部８５ａと、管密着部８５ａに形成される二つの管支持部８５ｂで構成されている。

【0154】

構造用支持手段８は、駆動軸２の長さ方向に沿って配置されて回転支持装置４に結合される構成要素であり、パイプ形状の支持構造管で形成されて管結合部材８５に結合され、パイプフランジ８２にて互いに接続されるように構成されている。

【0155】

前述したように、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３などが構造用支持手段８によって支持される構造であるので、前述した第１実施形態と同様に駆動軸２とブレード組立体３が流動管路１によって密閉されることではなく、外部に露出されることにより駆動軸２とブレード組立体３の動作状態を容易に確認することができ、メンテナンス作業を容易に行うことができる長所がある。

【0156】

そして、本発明の第２実施形態に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３などが外部に露出されることにより浮遊物による悪影響を受けるので、このような点を考慮して、浮遊物が存在しない河川や流路などに設けて使用することが望ましい。

【0157】

図９ａは本発明の第３実施形態に係る水力発電装置を説明するための図であり、水力発電装置の長さが非常に長いことを考慮して、長さ方向に沿って部分を省略して一部は内部の構造が示すように流動管路を長さ方向に沿って切開して示した。図９ｂは図９ａのＨ部の分離斜視図である。

【0158】

図９ａ及び図９ｂを参照すると、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置は、前述した第１実施形態と同様に、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５を主要な構成要素として構成され、流体に含まれて流動管路１に流入される異物を破砕する破砕装置９が構成されている。

【0159】

前記破砕装置９は、流体に含まれて流入される異物を細かく破砕することができる装置であれば、特別な制限なしに多様に構成することができるが、図９ａ及び図９ｂに示すように流路の内部に回転可能に設ける回転カッター組立体９１と、回転カッター組立体９１と対向配置される固定カッター組立体９２で構成されている。

【0160】

回転カッター組立体９１は、図９ｂに示すようにリング状の回転カッター本体９１ａの内部に複数の回転カッター９１ｂが等角度で形成されたもので、中心軸９１ｃに挿入される軸受９１ｄによって回転可能に設けられる。

【0161】

固定カッター組立体９２は、回転カッター組立体９１と対応するように設けられて、回転カッター組立体９１の回転時に相互作用によって切断作用を行うものであり、円筒状の本体の両側にフランジ９２ｃが形成された固定カッター本体９２ａと、固定カッター本体９２ａの内部に回転カッター９１ｂと対向するように設けられる複数の固定カッター９２ｂで構成される。

【0162】

一方、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置は、図９ａに示すように、異物の流入を遮断するように流動管路１の入口部分に設けられる異物遮断部材９４が構成されている。

【0163】

前記異物遮断部材９４は、進入される異物を外部に誘導することにより、流動管路１の内部に異物が入らないようにする作用を行うことができれば、特別な制限なしに様々な形態で構成することができる。例えば、異物遮断部材９４は、帯状部材が螺旋状に旋回、形成された異物除去ネジ９４ａと、異物除去ネジ９４ａの先端に形成されてロープなどの結束のための牽引穴を有する係留用固定部９４ｂと、異物除去ネジ９４ａの後端に形成されるねじフランジ９４ｃで構成されている。

【0164】

そして、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置は、図９ａに示すように、前記破砕装置９と異物遮断部材９４が設けられる別の流線形状の先端管路１ａが形成されて、隣接する最先端の流動管路１の接続フランジ１ｂと接続されている。

【0165】

前述した本発明の第３実施形態に係る水力発電装置は、流体に異物が含まれて流入されると、異物遮断部材９４が異物を流動管路１の外部に誘導することにより、流動管の内部へ流入されることを１次的に遮断する。そして、異物が内部に流入する場合には、流速によって回転カッター組立体９１が回転して、固定カッター組立体９２との相互作用によって異物を破砕するので、駆動軸２やブレード組立体３に異物が巻かれて故障を誘発する問題を未然に防止することができる。

【0166】

一方、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置は、廃ビニールや廃織物のように面積が広い異物が流動管路の入口部分を全体的に覆って流体が流入されない現象を未然に防止することができるように異物を切断するカッター装置（図示せず）が設けられることもできる。

【0167】

前記カッター装置は流線形状の先端管路１ａの外周面に刃を取り付ける方式で構成することができるものであり、廃ビニール、廃織物などのような広い面積の異物が流動管路の入口部分に進入すると、カッター装置がこれを容易に切断することができ、広い面積の異物による誤作動を未然に防止することができる。

【0168】

図１０ａは、本発明の第３の実施形態に係る水力発電装置の第１変形例の外観構造を示す斜視図であり、図１０ｂは図１０ａのＩ部の拡大斜視図である。

【0169】

図１０ａ乃至図１０ｂを参照すると、本発明の第３実施形態の第１変形例に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５と、異物遮断部材９４を含む破砕装置９を備え、流動管路１を水中に定位置させるように設けられるアンカー手段１０がさらに構成されている。

【0170】

前記アンカー手段１０は、水力発電装置を水中に効果的に固定することができると、特別な制限なしに多様に構成して適用することができるが、本実施形態では、流動管路１に形成される複数の管路固定フック１０２と、牽引ロープ１０４を媒介として流動管路１の前方に結束されるアンカー体１０３で構成されている。

【0171】

管路固定フック１０２は、図１０ｂに示すように、フックブラケット１０２ａと、フックブラケット１０２ａに取り付けられるフック１０２ｂで構成されている。

【0172】

アンカー体１０３は、内部に高比重物質を投入するための空間部が形成されたアンカー本体１０３ａと、アンカー本体１０３ａの前後端に形成され牽引穴を有する係留用固定部１０３ｂと、アンカー本体１０３ａの外面に突出する複数のフック１０３ｃで構成されている。そして、係留用固定部１０３ｂの牽引穴には、牽引ロープ（図示せず）を結束して係留状態の解除時に引張力を印加する方法でアンガー体１０３の固定状態の解除作業等を容易に行うことができる。

【0173】

図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、本発明の第３実施形態の第１変形例に係る水力発電装置によると、管路固定フック１０２を水中の底にアンカリングする一方、アンカー体１０３の内部に水よりも比重が大きい高比重物質を投入して、牽引ロープ１０４を用いて流動管路１と結束した後、水中の底にアンカリングすると、水力発電装置を安定的に水中に固定することができるので、海流、潮流などのような流体の流動を用いた発電を安定的に行うことができる。

【0174】

図１１ａは本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第２変形例を説明するための図であり、水力発電装置の設置された状態を示した斜視図であり、図１１ｂは図１１ａのＪ部の拡大斜視図である。

【0175】

図１１ａ及び図１１ｂを参照すると、本発明の第３実施形態の第２変形例に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５と、異物遮断部材９４を含む破砕装置９を備えて、水上に浮遊または浸水させた状態で電気を発電することができるように流動管路１に浮力を提供する浮力体１１が構成されている。

【0176】

前記浮力体１１は、水力発電装置を水面や水中に浮遊させることができる構造であれば、構造や形態に特別な制限なしに多様に構成することができるが、本実施形態では、図１１ｂに示すように、流動管路１に設けられる浮力体固定ブラケット１１ｂと、浮力体固定ブラケット１１ｂに設けられる浮遊具１１ａで構成されている。

【0177】

ここで、浮遊具１１ａは、複数本が互いに接続された流動管路１の全体の長さと該当する長さを有する柱状の中空体で形成されたものであり、一対が互いに平行に配置された状態で浮力体固定ブラケット１１ｂに結合されて流動管路１に固定されている。この際、浮遊具１１ａの浮力は、流動管路１の部分が水中に位置し、浮遊具１１ａの部分は水面に露出する程度の浮力を持つように製作するものを適用する。

【0178】

一方、本発明の第３実施形態の第２変形例に係る水力発電装置は、河川や海上に浮遊させた状態で発電することができるように係留手段１２が構成されている。

【0179】

例えば、係留手段１２は、図１１ａに示すように流動管路１に結束されるロープ１２ａのような結束部材と、ロープ１２ａに牽引力を印加する牽引装置１２ｂと、ボラード１２ｃ（ｂｏｌｌａｒｄ）などで構成されている。ここで、牽引装置１２ｂは、図１１ａに示すように、支柱、均衡錐などが備わる牽引リフトなどで構成されることができる。

【0180】

また、係留手段１２は、水力発電装置を安定的に係留させることができれば構造や形態に特別な制限なしに構成することができるものであり、前記牽引装置１２ｂのほか、ウインチ、フェアリーダー（ｆａｉｒ ｌｅａｄｅｒ）などを用いて多様に構成することができる。

【0181】

図１２は、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第３変形例を説明するための斜視図である。

【0182】

図１２を参照すると、本発明の第３実施形態の第３変形例に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５と、異物遮断部材９４を含む破砕装置９と、浮力体１１を備えて、潮流地域のような時間差をおいて流体の流れ方向が変化する環境で、より効果的に電気エネルギーを発電するように構成したことに特徴がある。

【0183】

このため、図１２に示すように、異物遮断部材９４を含む破砕装置９は、複数の流動管路１が配列、接続された流動管路結合体の中の最先端に位置する流動管路の前方と、最後端に位置する流動管路の後方にそれぞれ構成されている。

【0184】

前述した本発明の第３実施形態の第３変形例に係る水力発電装置は、最先端と最後端の流動管路１に異物遮断部材９４を含む破砕装置９がそれぞれ配置されているので、流体がどの方向から流入しても、流体に含まれている異物を除去し、破砕することができて、安定的に電気エネルギーを生産することができる。

【0185】

図１３ａは、本発明の第３実施形態に係る水力発電装置の第４変形例を説明するための斜視図であり、図１３ｂは図１３ａのＫ部の拡大斜視図であり、図１３ｃは図１３ａのＬ部の部分断面図として一部を切開し図示して、要部は断面構造が表すように示す。

【0186】

図１３ａを参照すると、本発明の第３実施形態の第４変形例に係る水力発電装置は、駆動軸２と、ブレード組立体３と、回転支持装置４と、発電部５と、異物遮断部材９４を含む破砕装置９と、浮力体１１と、係留手段１２を備えて、駆動軸２により大きな回転力を印加することにより、発電効率を向上させることができるように補助回転力発生体１３が構成されている。

【0187】

補助回転力発生体１３は、図１３ｂに示すように、浮遊本体１３ａと、浮遊本体１３ａに形成されるブレード１３ｂと、接続ジョイント部材１３ｃなどで構成されたものであり、駆動軸２または流動管路１に接続されるように構成される。

【0188】

前記浮遊本体１３ａは、中空部が形成された筒体に注入口１３ｄが形成された構造で構成されている。この際、注入口１３ｄは浮力の調節のためのエア抜き作業が可能な構造で形成されたものを適用する。

【0189】

ブレード１３ｂは、様々な形態のブレードが設けられることができるが、本実施形態では、異物が巻かれる現象が防止されるように螺旋状にブレードが配列されたネジブレードが設けられる。この際、ネジブレードは巻かれた直径が後方に行くほど増加する形態で形成されることが望ましい。

【0190】

接続ジョイント部材１３ｃは、接続部位の回転動作を可能にするために構成されたものであり、複数の補助回転力発生体１３を前後方向に配列、結束した状態で、潮流や波浪の大きさ及び方向が急変しても方向切り替えが可能で、隣接する装置が互いに衝突することを防止することにより、損傷や破損せずに安定して動作するようにする機能を果たす。

【0191】

そして、接続ジョイント部材１３ｃは、前述した図５の説明部分に記載されたようなユニバーサルジョイントのような公知の機械要素を適用して構成することができるので、これに対する具体的な説明を省略する。

【0192】

一方、本発明の第３実施形態の第４変形例に係る水力発電装置は、複数の補助回転力発生体１３が「一」字の形状に配列されるようにするために緊張力を印加する緊張手段１４が構成されている。

【0193】

前記緊張手段１４は、図１３ａ及び図１３ｃに示すように、最後端の補助回転力発生体１３に接続された接続ジョイント部材１３ｃに接続されるものであり、緊張本体１４ａと、緊張本体１４ａの前方に接続ジョイント部材１３ｃ（または駆動軸）の軸受が軸受４３を媒介として接続されるように形成された支持部材１４ｂで構成されている。

【0194】

緊張本体１４ａは、流体の流入時に抵抗力を生成することができるように円錐状に形成されたものであり、入口が内径の大きい大口径であり、出口が内径の相対的に小さい小口径の流動穴１４ｃが形成されている。

【0195】

支持部材１４ｂは、緊張本体１４ａの大口径の入口部分に複数個が放射状に設けられるものであり、接続ジョイント部材１３ｃの軸受が接続されるように、中央に形成された接続ハブ１４ｄの外周面に緊張本体１４ａの内周面に結合される複数の支持板１４ｅが形成された構造になっている。

【0196】

前記緊張手段１４は、図１３ｃに示すように、流速を有する流体が支持部材１４ｂの方向である大口径の入口に流入した後、小口径の出口に移動すると、出口が狭くなるに従って緊張本体１４ａを後方に押し出す抵抗力（後方に押し出す力）が発生し、このような押し出す力は、接続ジョイント部材１３ｃを媒介として接続された複数の補助回転力発生体１３を引いて、「一」字の形状の構造で配列されるようにする機能を果たす。このように流動管路１と複数の補助回転力発生手段１３が同一線上に沿って一直線に配列されると、複数の補助回転力発生手段１３が互いに衝突するなどの問題を誘発せずに安定的に発電作用を行うことができる長所がある。

【0197】

以上で説明したのは、本発明に係る水力発電装置を実施するための一つの実施形態に過ぎないものであり、本発明は、前記実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも様々な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的思想がある。

【0198】

前記実施形態で使用した用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに別の方法で意味ない限り、複数の表現を含んでいる。本出願では、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするのであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

【0199】

本発明に係る水力発電装置は、構造が簡潔且つ単純で、流体の流動経路に沿って多段にブレード組立体を配置して、効率的に電気エネルギーを発電することができ、ブレード組立体の配置位置や設置数量を流量、流速、設計容量、現場の条件に合わせて適切に調整することができて発電効率を向上させることができるだけでなく、設置作業を容易に行うことができ、設置コストを大幅に削減することができる水力発電装置として、水が流れるすべての場所で効果的に発電することができる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部を含むことを特徴とする水力発電装置。
［２］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、
前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路を含むことを特徴とする水力発電装置。
［３］
前記回転支持装置は、
前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、
前記流動管路に結合され、前記駆動軸軸受が接続される軸支持部材を含むことを特徴とする［１又は２］に記載の水力発電装置。
［４］
前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含み、
前記流動管路は、複数本が長さ方向に配列されて互いに接続されることを特徴とする［２］に記載の水力発電装置。
［５］
前記回転支持装置は、前後に配置される前記駆動軸を接続するために、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材がさらに備えられることを特徴とする［４］に記載の水力発電装置。
［６］
前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを備え、
前記駆動軸接続部材は、中央に前記駆動軸軸受が挿入され、両側に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、
前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記軸結束穴の内周面に前記凹凸突部に挿入される凹凸溝部が形成されたことを特徴とする［５］に記載の水力発電装置。
［７］
前記流動管路は前後に配置される前記流動管路を互いに結束するための接続フランジを備え、
前記支持フランジは、前記接続フランジとの間に介在されて固定されることを特徴とする［４］に記載の水力発電装置。
［８］
前記流動管路は、内部を観察して、内部の状態を検出するための監視部が備えられることを特徴とする［２］に記載の水力発電装置。
［９］
前記監視部は、
前記流動管路の前記ブレード組立体の設置位置に該当する位置に穿孔された観察及びメンテナンス用開口部と、
前記観察及びメンテナンス用開口部に水密的に結合される観察窓と、
前記観察窓に取り付けられ、前記ブレード組立体の動作状態又は流体の状態を検出する検出手段を含むことを特徴とする［８］に記載の水力発電装置。
［１０］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、
前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、
流路の屈曲部位に配置され、前記流動管路に接続される屈曲流動管と、
前記屈曲流動管の内部に設けられて前後に配置される前記駆動軸を連結する接続ジョイント部材を含むことを特徴とする水力発電装置。
［１１］
前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が挿入される中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成され前記流動管路に結合される支持フランジが備えられる軸支持部材を含み、
前記屈曲流動管は、前記流動管路の接続フランジと対応する形状の接続フランジが屈曲本体の両端に結合された構造で形成され、
前記屈曲流動管の接続フランジと前記流動管路の接続フランジの間に前記支持フランジが介在され、接続固定されることを特徴とする［１０］に記載の水力発電装置。
［１２］
前記回転支持装置は、前記屈曲流動管の前後に配置され、前記駆動軸に接続され、前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材をさらに含み、
前記接続ジョイント部材は前方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第１ユニバーサルジョイントと、後方に位置する前記駆動軸接続部材に接続される第２ユニバーサルジョイントと、前記第１ユニバーサルジョイント及び第２ユニバーサルジョイントの間に接続されるジョイント軸を含むことを特徴とする［１１］に記載の水力発電装置。
［１３］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、
前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、
前記駆動軸または前記流動管路に接続され、浮遊本体にブレードが形成された補助回転力発生体を含むことを特徴とする水力発電装置。
［１４］
前記浮遊本体は中空部を有する筒体に注入口が形成されたことを特徴とする［１３］に記載の水力発電装置。
［１５］
前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成により構成され、接続ジョイント部材を媒介とし接続したことを特徴とする［１３］に記載の水力発電装置。
［１６］
前記補助回転力発生体は、前後に複数個が配列構成され、接続ジョイント部材によって互いに接続され、
複数の前記補助回転力発生体の中の最後端に接続されて緊張力を発生して印加する緊張手段を含むことを特徴とする［１３］に記載の水力発電装置。
［１７］
前記緊張手段は、流体の流入される入口が大口径であり、流体の排出される出口が小口径の流動孔を有する前広後狭の構造の緊張本体を含むことを特徴とする［１６］に記載の水力発電装置。
［１８］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って配置されて前記回転支持装置に結合される構造用支持手段を含むことを特徴とする水力発電装置。
［１９］
前記回転支持装置は、前記駆動軸に設けられる駆動軸軸受と、前記駆動軸軸受が取り付けられる中心穴が形成された支持ハブと、前記支持ハブの周囲に一端が接続される複数の支持台と、前記支持台の他端に形成される軸支持部材と、前後に配置される前記駆動軸を接続するために前記軸支持部材に挿入設置される駆動軸接続部材を含み、
前記構造用支持手段は、前記軸支持部材に管結合部材を媒介として設けられる複数の支持構造管を含むことを特徴とする［１８］に記載の水力発電装置。
［２０］
水力発電装置であって、
流体が流動する経路に沿って設けられる駆動軸と、
前記駆動軸の長さ方向に沿って設けられる複数のブレード組立体と、
前記駆動軸を回転可能に支持するように接続される回転支持装置と、
前記駆動軸の回転力を受けて電気を発電する発電部と、
前記駆動軸が内部に長さ方向に沿って設けられて流体が流動する流路が形成された流動管路と、
前記流動管路に設けられて、流入される異物を破砕する破砕装置を含むことを特徴とする水力発電装置。
［２１］
前記発電部は、
前記流動管路に設けられる発電部ハウジングと、
前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、
前記発電部ハウジングに設けられ、前記動力伝達装置に接続されて伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機ユニットを含むことを特徴とする［２，１０，１３，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［２２］
前記動力伝達装置は、
前記発電部ハウジングの内部に配置され、前記駆動軸から回転力を受ける大径入力プーリと、
前記発電部ハウジングに配置され、前記発電機の回転軸に設けられる小径出力プーリと、
前記大径入力プーリと前記小径出力プーリに連結されるベルトを含むことを特徴とする［２１］に記載の水力発電装置。
［２３］
前記大径入力プーリと前記駆動軸の間に結束されて回転力を伝達する動力伝達軸を含み、
前記動力伝達軸の両端は、前記発電部ハウジングの前後に配置され、前記流動管路に結束される前記回転支持装置によって回転可能に支持されることを特徴とする［２２］に記載の水力発電装置。
［２４］
前記発電部は、
前記駆動軸に接続されて回転力を伝達する動力伝達装置と、
前記動力伝達装置に接続されて、伝達された動力によって回転しながら電気エネルギーを発電する発電機を含むことを特徴とする［１，２，１０，１３，１８，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［２５］
前記動力伝達装置は、
前記駆動軸に設けられる駆動ギアと、
前記駆動ギアに噛合する伝動ギアと、
前記伝動ギアに結合される動力伝達軸と、
前記動力伝達軸に接続され、前記発電機の回転軸に回転力を伝達する増速ギア部を含むことを特徴とする［２４］に記載の水力発電装置。
［２６］
前記増速ギア部は、前記動力伝達軸に接続される第１増速ギアと、前記第１増速ギアに噛合して前記発電機の回転軸に接続される第２増速ギアを含み、
前記駆動ギア及び伝動ギアと、前記第１増速ギア及び第２増速ギアはかさ歯車で構成されて互いに噛合することを特徴とする［２５］に記載の水力発電装置。
［２７］
前記ブレード組立体は、
ブレード部にブレードブラケットが形成された少なくとも一つ以上のブレードと、
前記駆動軸に結束されて、前記ブレードブラケットが結合されるブレード接続部材を含むことを特徴とする［１，２，１０，１３，１８，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［２８］
前記駆動軸は、パイプと、前記パイプに結合され内部の中心に軸結束穴が形成された結合リングを含み、
前記ブレード接続部材は、中央に前記ブレードブラケットが締結されるブラケット接続部が形成されて、前後に前記駆動軸に接続される軸結束突部が形成された構造からなり、
前記ブレードブラケットはブラケット結束突部が突出され、前記ブラケット接続部は前記ブラケット結束突部が挿入されるブラケット結束溝が凹入され、前記軸結束突部は外周面に凹凸突部が形成され、前記結合リングの軸結束穴の内周面に前記凹凸突部の挿入される凹凸溝部が形成されたことを特徴とする［２７］に記載の水力発電装置。
［２９］
異物の流入を遮断するように前記流動管路の入口部分に設けられる異物遮断部材を含むことを特徴とする［２，１０，１３，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［３０］
前記異物遮断部材は、帯状部材が螺旋状に旋回形成された異物除去ネジと、前記異物除去ネジの先端に形成され牽引穴が備えられた係留用固定部と、前記異物除去ネジの後端に形成されるネジフランジを含むことを特徴とする［２９］に記載の水力発電装置。
［３１］
前記流動管路の内部へ流入される異物を破砕する破砕装置を備え、
前記破砕装置は、複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方、または複数本が接続された前記流動管路の中の最先端の流動管路の前方と最後端の流動管路の後方にそれぞれ設けられることを特徴とする［２，１０，１３］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［３２］
前記破砕装置は、
前記流動管路の内部に回転可能に設けられ、複数の回転カッターが備えられる回転カッター組立体と、
前記回転カッターと対向配置される複数の固定カッターが備えられる固定カッター組立体を含むことを特徴とする［３１］に記載の水力発電装置。
［３３］
前記流動管路に分岐形成されるバイパス管路装置を含むことを特徴とする［２，１０，１３，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［３４］
前記バイパス管路装置は、前記流動管路の最先端に接続される第１ティー型管路と、前記流動管路の最後端に接続される第２ティー型管路と、前記第１ティー型管路と第２ティー型管路との間に接続されるバイパス管路と、前記流動管路の方向への流動を遮断するように前記第１ティー型管路と接して設けられる第１制御弁と、前記バイパス管路に設けられる第２制御弁と、前記流動管路の最後端に設けられる第３制御弁を含むことを特徴とする［３３］に記載の水力発電装置。
［３５］
浮力を提供するために結合される浮力体を含むことを特徴とする［１，２，１０，１３，１８，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［３６］
浮力を提供するために結合される浮力体と、
水中に定位置させる固定力を提供するように設けられるアンカー手段をさらに含むことを特徴とする［２，１０，１３，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［３７］
前記アンカー手段は、内部に高比重物質の投入のための空間部が形成されたアンカー本体と、前記アンカー本体の前後端に形成され牽引穴を有する係留用固定部と、前記アンカー本体の外面に突出する複数のフックを備えるアンカー体を含むことを特徴とする［３６］に記載の水力発電装置。
［３８］
前記アンカー手段は、前記流動管路に形成される複数の管路固定フックを含むことを特徴とする［３６］に記載の水力発電装置。
［３９］
浮力を提供するために結合される浮力体を備え、
前記浮力体は、前記流動管路に設けられる浮力体固定ブラケットと、前記浮力体固定ブラケットに設けられる浮遊具を含むことを特徴とする［２，１０，１３，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
［４０］
浮力を提供するために結合される浮力体を含み、
前記浮力体に結束される結束部材、及び前記結束部材に牽引力を印加する牽引装置が備えられた係留手段を含むことを特徴とする［１，２，１０，１３，１８，２０］のいずれか一項に記載の水力発電装置。

【符号の説明】

【0200】

１：流動管路
２：駆動軸
３：ブレード組立体
４：回転支持装置
５：発電部
６：バイパス管路装置
７：屈曲接続部
８：構造用支持手段
９：破砕装置
１０：アンカー手段
１１：浮力体
１２：係留手段
１３：補助回転力発生体
１４：緊張手段

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図3e】

【図3f】

【図3g】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9a】

【図9b】

【図10a】

【図10b】

【図11a】

【図11b】

【図12】

【図13a】

【図13b】

【図13c】