JP2018518620A - 水力発電装置及び水流を利用した発電施設 - Google Patents

Abstract

本発明は、発電施設に関し、建造物、前記建造物と連結されて外部からの水流を前記建造物に供給し、または前記建造物から水流を排水するための水流施設部、及び前記水流施設部を介して移動する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産する発電部を含む発電施設を提供する。本発明による場合、建物に設置される給水施設及び排水施設の水流を利用して電気エネルギを生産することでエネルギ自給率を高めることができ、電力が十分に提供されない地域にも施設を設置して運営できるという長所がある。

Description

本発明は、水力発電装置及び発電施設に関し、具体的には、水流を利用して電気エネルギを自体的に生産することができる水流を利用した発電施設に関する。

一般的に、水力発電とは、流水の落差による位置エネルギまたは流水の運動エネルギを利用して発電装置を駆動して電気エネルギを発電させる装置を意味する。

このような水力発電装置は、川や河川に地形的に大きい落差を形成する位置に発電所を建設して電気エネルギを生産することが一般的であり、最近、波力や水での浮力を利用して電気エネルギを生産する研究が活発に進行している。

特に、最近原子力発電所及び火力発電所による環境汚染の危険が大きく台頭するにつれ、環境汚染の憂慮がない水力発電方式に対して一層関心を払っている実情である。

ただし、従来の水力発電は、主に地形的な条件を利用する方式であり、または大規模工事を伴う方式で行われてきた。したがって、電力需要が必要な位置から遠距離に位置して発電を実行するため、電力損失を引き起こせざるを得ず、大規模工事を介した大規模発電方式であるため、民間次元で発電設備を備えて電気エネルギを生産することが至難であるという問題があった。

本発明の目的は、前記のような問題を解決するために、それぞれの建造物に備えられる給水施設または排水施設を介して移動する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産することができる水力発電装置及びこれを利用した発電施設を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、建造物、前記建造物と連結されて外部からの水流を前記建造物に供給し、または前記建造物から水流を排水するための水流施設部、及び前記水流施設部を介して移動する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産する発電部を含む発電施設を提供する。

ここで、前記水流施設部は、内部に水流が通過する少なくとも一つ以上の管路部を含んで構成され、前記発電部は、前記管路部の内側に備えられる。

ここで、前記水流施設部の前記管路部は、前記水流が移動する方向に下向き傾斜するように設置される。

または、前記水流施設部は、前記管路に沿って前記水流を移動させるための動力源をさらに含んで構成される。

一方、前記発電部は、前記管路部の内部に固設され、巻線されたコイルを備える軸部材、前記管路部を通過する水流により前記軸部材が軸で回転可能に設置され、前記巻線されたコイルと対向される位置に配置される永久磁石が備えられた回転部材を含んで構成される。

ここで、前記回転部材は、内部に前記軸部材が収容される中空が形成されたボディ部及び前記ボディ部の外側に沿って螺旋形態で設置される羽根部を含んで構成される。

さらに、前記管路部の両側には前記管路部の内部管路に対応される形状の開口部が形成される連結部をさらに含み、前記連結部の内部には前記軸部材の両端が固設される支持フレームが設置されるように構成される。

ここで、前記支持フレームは、内側開口部の中心に備えられて前記軸部材が挿設される締結部及び前記締結部の外側方向に延設されて前記締結部及び前記軸部材を支持する支持部を含んで構成される。また、前記締結部及び前記支持部は、前記軸部材と電気的に連結され、前記軸部材の前記コイルで生産される電気エネルギは、前記締結部及び前記支持部を介して前記建造物または前記水流施設部に提供されるように構成される。

一方、発電施設は、建造物の屋根上側に設置され、太陽光を利用して電気エネルギを生産する太陽光パネルをさらに含む。

また、前記建造物は、水産物を養殖する空間を形成する養殖場施設である。さらに、前記建造物は、多層構造で形成される。

一方、前記した本発明の目的は、内部に水流が通過する管路を形成する管路部、前記管路部の内部に固設され、巻線されたコイルを備える軸部材、前記管路部を通過する水流により前記軸部材が軸で回転可能に設置され、前記巻線されたコイルと対向される位置に配置される永久磁石が備えられる回転部材、及び前記巻線されたコイルと電気的に連結されて前記コイルから発生される電気エネルギが伝達されて外部に提供される電力伝達部を含む水力発電装置によっても達成される。

本発明による場合、建物に設置される給水施設及び排水施設の水流を利用して電気エネルギを生産することでエネルギ自給率を高めることができ、電力が十分に提供されない地域にも施設を設置して運営できるという長所がある。

特に、本発明による水力発電装置を利用する場合、隣接した位置に配置される排水管、給水管などの管路を利用し、または川や山、渓谷、河川などと隣接した地域に管路を埋設して水力発電を進行することができるため、大規模な施工なく電気エネルギの生産が可能であり、電力需要が多い都心地域でも水力発電を進行することができるという長所がある。

また、管路の内部に備えられる回転部材により発電が進行されると同時に管路の内部に沈澱物が形成されることを最小化することができ、管路の内部に異常発生時、該当位置のみを分離して容易に維持補修を進行したり交替したりすることができるという長所がある。

本発明の一実施例に係る発電施設を概略的に示す断面図である。

図１での発電施設の建造物の内部の正面を示す断面図である。

図１の発電施設の建造物の内部の側面を示す断面図である。

図２の養殖タンクの構造を示す概略図である。

図３の移送部の構成を示す断面図である。

図１の発電部が設置される管路部の断面を示す断面図である。

図６での軸部材及び回転部材の断面を示す断面図である。

図６での連結部を示す正面図である。

本実施例に係る複数個の管路部が連設される一例を示す正面図である。

本実施例に係る複数個の管路部が連設される他の例を示す平面図である。

本発明の第２の実施例に係る発電施設の管路部を示す。

本発明の第３の実施例に係る発電施設を示す。

本発明の第４の実施例に係る発電施設を示す。

本発明の第５の実施例に係る発電施設の正面を示す。

以下、図面を参考して本発明の実施例に係る発電施設に対して具体的に説明する。以下の説明において、各構成要素の位置関係は、原則的に図面を基準にして説明する。また、図面は、説明の便宜のために、発明の構造を単純化し、または必要な場合には誇張または省略して表示する。したがって、本発明がこれに限定されるものではなく、その他の各種装置を付加し、または変更／省略して実施することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る発電施設を概略的に示す断面図である。図１に示すように、本実施例に係る発電施設は、建造物１００、建造物と連結されて外部から建造物に水流を提供し、または建造物１００から発生される水流を外部に排流するための水流施設部２００、及び水流施設部を通過する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産する発電部２３０を含んで構成される。

建造物１００は、地上または地下に築造される各種施設である。本実施例では、例えば、建造物として養殖場施設を利用することができる。ただし、これは一例に過ぎず、住宅、工場、商店街、学校、畜舎、温室、共同住宅など、給水施設または排水施設が要求される多様な用途の施設を利用して建造物を構成することができる。

図２は、図１での発電施設の建造物の内部の正面を示す断面図であり、図３は、図１の発電施設の建造物の内部の側面を示す断面図である。

図２及び図３に示すように、建造物は、単層構造の養殖場施設１０００で構成される。養殖場施設１０００は、四方の側壁を形成する壁体構造物１００１及び壁体構造物の上側に形成される屋根構造物１００３が形成される。

一方、養殖場施設１０００の内部には多数個の養殖タンク１１００が備えられる。それぞれの養殖タンクは、内部に水が収容され、水産物が養殖される空間を形成する。養殖タンク１１００に収容される水は、養殖される水産物の種類によって変わることができる。本実施例では、海産物を養殖する養殖場施設を利用して説明し、養殖タンクに収容される水は海水である。ただし、説明の便宜のために、養殖タンクに収容される水は、海水と陸水を通称する。

多数個の養殖タンク１１００は、格子形状で配置され、多数個の養殖タンク間には作業者が通行できる歩行通路１２００が形成される。図２及び図３に示すように、複合施設の長さ方向では、多数個の養殖タンク１１００が連続的に配置され、複合施設の幅方向では、一つまたは二つの養殖タンク毎に歩行通路１２００が形成される。したがって、作業者は、歩行通路に沿って移動しながらそれぞれの養殖タンクを対象にして作業を進行することができる。

図４は、図２の養殖タンクの構造を示す概略図である。養殖タンク１１００は、上側が開放された水槽形態で構成され、内部に水産物を養殖するための水が収容される。また、養殖タンク１１００に収容される水を供給するための給水部１１１０及び収容された水を外部に排水するための排水部１１２０を含んで構成される。

給水部１１１０は、後述する水流施設部の給水施設を介して水の供給を受けて養殖タンク１１００に水を提供するように構成される。このような給水部１１１０は、給水施設から直接水の提供を受けて養殖タンク１１００に水を供給するように構成することも可能であり、別途の貯水タンク（図示せず）に貯留された水を揚水して養殖タンク１１００に水を供給することも可能である。

排水部１１２０は、養殖タンク１１００の下側に形成され、養殖タンクに貯留された水を後述する水流施設部の排水施設を介して外部または別途の排水槽に排水する。このとき、養殖タンク１１００の底面は、排水部を介して水が円滑に排水されることができるように、排水部１１２０方向に下向き傾斜するように構成される。また、排水部１１２０を介して水産物が通り抜けることを防止することができるように排水部の上側にはメッシュ構造のフィルタ１１２１が設置される。

このように、養殖タンク１１００内部に貯留された水は、給水部１１１０と排水部１１２０の運転を介して周期的に交替される。ただし、給水部と排水部を介して移動する水の流路は、海、川、湖などで揚水された水が供給されて再使用なく外部に排水されるように流路を形成することも可能であり、別途の貯水槽を媒介にして水が循環する循環流路を形成することも可能であり、前述した２種類の流路が組み合わせた形態で構成することも可能である。

一方、養殖タンク１１００に貯留される水は、水産物の種類によって適した養殖環境を維持するように管理される必要がある。具体的に、水産物の生長環境に合う水温、塩度及び溶存酸素量などの環境条件を維持しなければならず、このような条件が適正な水準から外れる場合、養殖中である水産物の大量へい死を招くこともある。

したがって、本実施例に係る養殖場施設１０００は、それぞれの養殖タンク１１００毎に水温を測定する温度センサ１１３０、水の塩度を測定する塩度センサ１１４０、及び水の溶存酸素量を測定する溶存酸素量検知センサ１１５０を設置することで、養殖タンクの環境情報を管理するように構成される。

一方、養殖場施設１０００は、養殖タンク１１００内部に光を照射する光照射部１１６０をさらに備える。光照射部１１６０は、養殖タンクの内部照度を調節するように構成され、水産物の種類によって有利な成長環境を提供することができる。このような光照射部１１６０は、養殖タンクの内部に設置される複数個の発光ダイオードで構成することも可能であり、養殖タンクの上側に発光ダイオードを利用した電灯形態で構成することも可能である。

また、養殖タンク１１００は、収容された水の溶存酸素量を高めるための酸素供給部１１７０をさらに備えることができる。酸素供給部１１７０は、酸素タンクを含んで構成され、養殖タンクの内部に気泡形態で酸素を提供し、または酸素気泡を含む水を養殖タンクの内部に提供するように構成される。したがって、酸素供給部１１７０は、所定周期にまたは溶存酸素量が低くなったことが検知されると、養殖タンクの内部に酸素を供給するように駆動される。

さらに、本実施例に係る養殖タンク１１００は、水流発生部１１８０をさらに含んで構成される。水流発生部１１８０は、養殖タンク１１００に収容される水に水流を発生させて海水環境または淡水環境と類似する環境条件を造成することによって、養殖される水産物の活力を増加させて品質を改善することができ、底に沈澱される飼料を持続的に浮遊させて水の腐敗を防止し、かつ飼料使用量を節減することができる効果を有する。

このような水流発生部は、多様な方式で構成されて養殖タンクの内部に水流を提供することが可能である。一例として、強い圧縮空気を噴射して水流を発生させながら底に沈澱される飼料などの物質を浮遊させることができる。または、別途の水流発生板のような部材を養殖タンクの内で移動させる方式に水流を発生させることも可能である。また、その他、多様な方式を利用して水流発生部を構成することができる。

以上で説明したように、本実施例に係る養殖タンク１１００は、給水部１１１０及び排水部１１２０により水の給水及び排水が行われ、光照射部１１６０、酸素供給部１１７０、水流発生部１１８０などを利用して適した養殖環境を造成することができる。

一方、養殖場施設１０００は、養殖タンクで採集された水産物または飼料などのように養殖作業に必要な各種物品を移送することができる移送部１３５０をさらに含むことができる（図２及び図３参照）。このような移送部１３５０は、作業者が移動できる歩行通路１２００に沿って移動可能に設置される。したがって、作業者は、移送部１３５０を利用して養殖場の内部で行われる各種作業を容易に進行できる。

図５は、図３の移送部の構成を示す断面図である。図５に示すように、天井構造物１００２の下側には歩行通路方向に延設されるガイドレール１３１０が形成される。また、ガイドレール１３１０の内部にはガイドレールに沿って移動可能に設置される移動部１３２０が挿置される。

ここで、移動部１３２０は、両側で回転可能に設置される輪部材１３２１及び前記輪部材を回転させる駆動モータ１３２２を含んで構成される。また、ガイドレール１３１０の底面は、線形でかつ開口されたスリット１３１２の両側に各々フランジ１３１１が形成される。したがって、移動部１３２０の輪部材１３２１は、ガイドレール底面の両側フランジに沿って回転しながら移動できる。

一方、移動部１３２０の下側にはワイヤー１３４０が巻き取られるシリンダ１３３０が備えられる。ここで、シリンダ１３３０は、動力を利用して回動可能に構成される。したがって、シリンダ１３３０が回動するにつれてワイヤー１３４０を巻き取り、または巻き出すことができる。また、ワイヤーの下段には移送部１３５０が着脱可能に設置される。

したがって、移送部１３５０は、移動部１３２０が移動しながら歩行通路に沿って水平方向に移動が可能であり、シリンダ１３３０が回動しながら上下方向に昇降できる。このとき、移動部１３２０の駆動モータ１３２２及びシリンダ１３３０は、作業者の入力信号により運転が制御される。したがって、作業者は、作業位置及び作業内容によって移送部の位置及び高さを調節しながら容易に作業を進行することが可能である。

以上で説明したように、養殖場施設は、多数個の揚水タンクに備えられる各種構成要素を利用して養殖に適した環境を提供すると同時に、歩行通路に沿って移動して昇降される移送部を備えることによって有利な作業環境を提供することが可能である。

以上では、本実施例に係る発電施設の建造物の構成を詳細に説明した。以下、図面を参照して発電施設の水流施設部２００及び発電部２３０の構成に対し、より具体的に説明する。

前述したように、水流施設部２００は、建造物１００と連結されて外部から建造物に水流を提供し、または建造物から発生される水流を外部に排流するための構成である。したがって、本実施例に係る水流施設部２００は、建造物に水流を提供するための給水施設２１０及び排水施設２２０が備えられる。ただし、建造物の用途によって給水施設と排水施設のうちいずれか一つのみを備えて構成されることも可能である。

図１を参考にして説明すると、水流施設部２００の給水施設２１０は、海、川、湖またはその他の上水施設のような外部の給水源から水流（例えば、水）の提供を受けて建造物に水流を供給する。このような給水施設２１０は、前述した揚水タンクの給水部と連結されて水流を供給することができる。給水施設は、複数個の管路部２１００で構成され、揚水ポンプ（Ｐ）、モータなどの動力源及び各種バルブをさらに含むことができる。図１に示すように、高い所に位置した外部給水源から傾斜配置される管路部２１００を利用して位置エネルギにより給水が行われるように構成できる。

一方、水流施設部２００の排水施設２２０は、建造物１００から排出される水流を外部の下水施設に排水させる。このような排水施設２２０は、前述した揚水タンクの排水部と連結されて水流を排出させることができる。排水施設２２０も複数個の管路部２１００で構成され、ポンプ、モータなどの各種動力源及び各種バルブをさらに含んで構成される。

ただし、図１では水流施設部が地下に埋め立てられていると示しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、地表面に露出され、または地上に設置された管路部を介して水流が移動する経路を形成するように構成することも可能である。

一方、発電部２３０は、水流施設部２００を介して移動する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産するように構成される。養殖場施設以外にも大部分の建造物には給水施設及び排水施設が備えられ、これを介して水流が移動することが一般的である。ただし、従来の場合、このような給／排水施設を通過する水流の運動エネルギを放置したが、本発明による場合、このような水流の運動エネルギを活用して電気エネルギを生産することで、エネルギ活用性を極大化させることができるという長所がある。

特に、本実施例に係る発電施設は、発電部２３０で生産する電気エネルギを建造物１００または水流施設部２００に提供することによって、建造物に備えられる各種構成要素（例えば、光照射部、水流発生部、移送部等）または水流施設部に備えられる各種構成要素（例えば、モータ、ポンプ、バルブ等）を駆動して運転するのに活用できる。

以下、図面を参照して発電部の構成に対し、より具体的に説明する。

図６は、図１の発電部が設置される管路部の断面を示す断面図である。図６に示すように、本実施例に係る発電部は、水流が通過する管路部２１００、管路部の内部に設置される軸部材２１１０及び回転部材２１２０、及び管路部２１００の両側に設置される連結部２２００を含む水力発電装置で構成される。

管路部２１００は、水流施設部の管路と同様に、円筒形の管形で形成される。管路部は、内部に沿って水流が通過する管路２１０１を形成し、発電部の主要構成要素は、管路部２１００内部に設置される。管路部２１００の両端には外側に突出されるフランジ２１３０が形成され、フランジ２１３０を介して後述する連結部２２００と連結されることができるように構成される。

本実施例において、発電部の管路部は、前述した給水施設及び排水施設を構成する複数の管路部のうち一部または全部を利用して構成できる。一例として、本実施例では発電部が水流施設部の給水施設及び排水施設に各々設置されるを開示したが（図１参照）、その他、発電部を給水施設にのみ設置することも可能であり、または発電部を排水施設にのみ設置することも可能である。

一方、軸部材２１１０及び回転部材２１２０は、管路部２１００内部に設置される構成であって、管路部２１００を通過する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産する構成である。図６に示すように、軸部材２１１０は、管路部２１００内部に固設され、回転部材２１２０は、管路部２１００を通過する水流の運動エネルギにより軸部材２１１０が軸で回転可能に構成される。

ここで、回転部材２１２０は、ボディ部２１２１及びボディ部２１２１の外側に沿って設置される羽根部２１２２を含んで構成される。

ボディ部２１２１は、回転部材２１２０の長さ方向に沿って長く延設される円筒形部材で構成され、内部に中空が形成されて軸部材２１１０が収容される空間を形成することで、軸部材２１１０を軸で回転できる。このとき、回転部材２１２０のボディ部２１２１の内面と軸部材２１１０の外面との間には少なくとも一つ以上のベアリング２１４１が形成され、回転時に発生される摩擦を最小化することができる。

また、羽根部２１２２は、図６に示すように、ボディ部２１２１の外面に沿って螺旋形で巻かれる形態で構成される。このような羽根部２１２２は、水流がボディ部２１２１の長さ方向と直角方向を基準にして４０度以上の傾斜を有する螺旋形態で配置され、水流の進行に伴い最大の回転を得ることができるように流線型曲面を有するように形成される。

このような羽根部２１２２は、ボディ部２１２１の外側に突設され、羽根部２１２２の端部は、ボディ部２１２１の中心軸から一定の半径を形成するように構成される。このとき、水流の進行に伴い最大の回転力を確保することが可能なように、羽根部２１２２は、軸部材の中心（ボディ部の中心）から端部までの長さが、管路部の内部半径の０．７５倍以上を有するように構成されることができ、実験結果、０．８５乃至０．９５倍に該当する場合、最大の回転運動を誘導することができるとあらわれた。このように、羽根部２１２２が管路半径と隣接した部分まで延設される場合、管路を通過する水流が少ない場合にも回転運動をすることが可能であり、管路の内部に異質物などが沈澱される現象を防止することができるという長所がある。さらに、水流は、羽根部により回転時に持続的に管路の内部で入り乱れるようになり、このような過程により水流が空気に頻繁に露出されながら水流の内部の溶存酸素量が増加するようになって水流の状態が良好になるという長所がある。

一方、軸部材２１１０は、回転部材２１２０のボディ部２１２１内部を貫通する形態で配置され、両端は、後述する連結部の支持フレーム２２１０に固設される。したがって、回転部材２１２０が水流進行時に回転するにつれて回転部材２１２０と相対的な回転運動が可能であり、このような相対回転運動を利用して電気エネルギを生産することが可能である。

図７は、図６での軸部材２１１０及び回転部材２１２０の断面を示す断面図である。図７のａに示すように、軸部材２１１０には巻線されたコイル２１１１が備えられ、回転部材２１２０には永久磁石２１２３が備えられる。したがって、回転部材２１２０の回転時、永久磁石２１２３と巻線されたコイル２１１１が相対的に移動しながら磁場が変化し、それによって、巻線されたコイル２１１１上に電流が流れながら電気エネルギを生産することができる。

本実施例では軸部材２１１０にコイルが巻線され、回転部材２１２０に永久磁石２１２３が備えられる構造を中心に説明したが、これは一例に過ぎず、他の例として軸部材に永久磁石が備えられて回転部材にコイルが巻線される構造で構成することも可能である。

具体的に、図７のａに示すように、軸部材２１１０に備えられるコイルは、軸部材２１１０の外側に沿って巻線される。また、回転部材と軸部材との間に流入されることができる水流を考慮し、巻線されたコイルは、防水性材質２１４２でコーティング処理される。

回転部材２１２０に備えられる永久磁石２１２３は、回転部材２１２０のボディ部２１２１内面に沿って配置され、ボディ部２１２１の中空に流入されることができる水流を考慮し、永久磁石２１２３が露出される部分は、防水性材質２１４２でコーティング処理される。

ただし、このような構造は、本実施例に係る一例に過ぎず、その他、図７のｂに示すように、コイル２１１１が外部に露出されないように軸部材２１１０の内側に巻線されるように構成し、永久磁石２１２３も外部に露出されないように回転部材のボディ部２１２１内部に備えられるように構成することも可能である。または、軸部材２１１０が収容される回転部材２１２０の中空部に水流が流入されることを基本的に防止するように、回転部材２１２０の両側端部には軸部材２１１０または支持フレーム２２１０との間の空間を水密パッキング処理するように構成することも可能である。

図８は、図６での連結部を示す正面図である。前述したように、連結部２２００は、管路部２１００の両側に結合される構成である。連結部２２００は、管路部２１００の両端フランジ２１３０と対応される形状を有するブロック形態で構成され、管路部２１００のフランジ２１３０と結合が行われるように構成される。また、連結部２２００の内側には管路部２１００の管路に対応される形状の開口が形成され、管路部２１００の管路と共に水流が進行する空間が形成される。

連結部２２００は、開口部２２０１内側に形成される少なくとも一つ以上の支持フレーム２２１０が形成される。図８に示すように、支持フレーム２２１０は、軸部材２１１０が固設される締結部２２１１及び締結部２２１１を支持する支持部２２１２を含んで構成される。

締結部２２１１は、軸部材２１１０の長さ方向に所定長さを有する中空が形成された円筒形部材で構成され、軸部材２１１０の端部は、締結部２２１１に挿置されて固定される。また、支持部２２１２は、開口部２２０１の内壁面から締結部２２１１の外側まで延設されて締結部２２１１を支持するように構成される。

このとき、締結部２２１１は、軸部材２１１０の端部が設置された状態で、軸部材２１１０のコイル２１１１と電気的に連結されることができるように構成され、コイル２１１１から発生された電気エネルギの伝達を受けることができる。締結部２２１１に伝達された電気エネルギは、締結部２２１１及び支持部２２１２に形成された電気線路に沿って外部に伝達され、前述したように、建造物及び水流施設部の各種構成要素に提供される。

図８では本実施例に係る連結部の一例を単純化して図示しているが、連結部２２００は、前述した構造以外にも多様な形態で構成することができる。例えば、連結部は、一つのブロック形態で構成されることも可能であり、上部構造及び下部構造が分離可能な構造で形成することもできる。また、図８では一つの連結部に一つの支持フレームが備えられ、連結部の両側に配置された各管路部の二本の軸部材が一つの支持フレームに固設される構造で構成される。ただし、これは一例に過ぎず、連結部が両側に配置される管路の軸部材を各々固定させるために二つの支持フレームを備えるように構成されることも可能である。また、締結部及び支持部の形状は、軸部材及び水流特性を考慮して多様に変形実施することができる。

図９は、本実施例に係る複数個の管路部が連設される一例を示す正面図であり、図１０は、本実施例に係る複数個の管路部が連設される他の例を示す平面図である。

図９及び図１０に示すように、連結部２２００の両端は、各々、隣接した管路部（水流発生部の管路部も可能）と各々連結されるように構成される。複数個の管路部２１００は、連結部２２００を媒介にして連設される。したがって、複数個の管路部２１００と複数個の連結部２２００が交代に配置され、水流が進行する流路を形成しながら、流路の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産することができる。

このとき、連結部２２００は、複数個の管路部と連結されて直線方向の流路を形成するように直線型ブロックで構成することも可能である（図９参照）。または、連結部が折り曲げられた流路を有するブロックで構成され、複数個の管路部と連結されて折り曲げられた流路を形成することも可能である（図１０参照）。

前述したように、管路部２１００のフランジ２１３０と連結部２２００は、各々別途の締結部材（図示せず）により選択的に分離可能に設置される。したがって、製造及び設置が容易であるだけでなく、多様な構造の連結部を利用して多様な形態の流路を構成することが可能である。また、既に設置された水流施設部の管路部のうち一部を発電部に交替する施工が容易であり、さらに、維持補修作業を実行し、または交替する作業を容易に進行できるという長所がある。

以上で検討したように、本実施例に係る発電施設は、従来に利用しなかった給／排水施設の内部の水流を利用して電気エネルギを自体的に生産することで、建物のエネルギ自給率を向上させることができる。この場合、電気が供給されにくい山間、奥地及び島嶼地方でも自体的にエネルギを生産して施設を運営することが可能であるという長所がある。

一方、本実施例では管路形態の構造を有する発電部が発電施設の水流施設部に設置される構造を中心に説明したが、図６乃至図１０に示す発電部は、独立された水力発電装置であって、発電施設以外にも地上または地下に埋め立て設置される多様な管路に設置されて使われる。

以上では本実施例の発電施設が水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産することを中心に説明したが、エネルギ自給率を向上させることができるように、水力以外のエネルギ源を利用して電気エネルギを生産するように構成できる。

また、図２を中心に説明すると、本実施例に係る発電施設は、建造物の屋根構造物１０３上側に複数個の太陽光パネル１１０が設置される。太陽光パネル１１０は、太陽光を利用して電気エネルギを生産する。このような電気エネルギは、前述した発電部で生産された電気エネルギと同様に、建造物の各種構成要素または水力発電部の各種構成要素を運転するのに使われる。

複数個の太陽光パネル１０１０は、支持フレーム１０２０上に同じ高さを有する複数個の列を形成するように配置される（図２及び図３参照）。このような太陽光パネルは、外部に露出された状態で設置されるため、頻繁な維持補修が要求された。しかし、従来の場合、太陽光パネルが屋根傾斜面に大型構造物の形態で密着設置されて特定区域を維持補修することが至難であった。これに比べて、本実施例では太陽光パネルが複数個の列で構成されてそれぞれの列間を介して維持補修作業を進行することが可能であり、特に、太陽光パネルが設置された支持フレームが作業者の歩行通路としての機能を遂行するため、維持補修作業を容易に進行できるという長所がある。図面には別途に示していないが、作業者が支持フレーム上で移動が容易になるように、支持フレーム上にレールなどを利用して移動可能に設置される別途の作業パネルをさらに備えることも可能である。

このような太陽光パネル１０１０及び支持フレーム１０２０は、複数個のパネル支持部１０３０により屋根構造物の上側に設置される。図２に示すように、パネル支持部１０３０は、屋根構造物と支持フレームを連結する第１の部材１０３１及び支持フレームと太陽光パネルを連結する第２の部材１０３２を含む。

第１の部材１０３１の上段は、支持フレーム１０２０を固定するように締結され、下段には屋根構造物１００３の上面と密着設置されるフランジ及び別途の締結具を利用して設置される。また、第２の部材１０３２の上段は、太陽光パネル１０１０を支持するように設置され、下段は、支持フレーム１０２０に固定されるように設置される。このように、太陽光パネル１０１０は、支持フレーム１０２０及びパネル支持部１０３０により屋根フレーム１００４と一体に固設されることによって、一層強固な結合状態を維持することができる。

また、図２及び図３に示すように、屋根フレーム１００４上側には太陽光パネル１０１０の下側に進行する空気の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産するファン１０４０が別途に形成される。空気の流動は、経路が狭くなる部分で流速が増加するため、相対的に空気が速く進行する屋根構造物と太陽光パネル１０１０との間に屋根構造物１００３の長さ方向に沿ってファン１０４０を設置することによって、風力を利用して電気エネルギを生産することができる。このようなファンは、屋根の傾斜面に沿って配置して傾斜面に沿って上昇する気流の運動エネルギを利用して電気を生産することも可能である。

また、図３に示すように、屋根フレーム１００４の上側には発電施設から外部に排気される排気風を利用して電気エネルギを生産する風力ファンをさらに含むことができる。発電施設の後側には施設の内部の空気を排気するための排気部が形成される。排気部は、排気ファン１０６１を介して施設の内部の空気が吐き出され、異質物処理部１０６２が備えられて施設の内部の空気を通過させて異質物を除去した状態で排気部の上側に形成された開口部を介して外部に排気させることができる。このとき、排気が行われる開口部の上側には風力ファン１０５０が設置され、排気風の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産することが可能である。このような風力ファンは、上下方向に設置される回転軸及び回転軸を螺旋形態で取り囲む形態で備えられる曲面形状の回転部に構成される。ただし、このような構造外にも多様な構造を利用して風力ファンを構成することも可能である。

このような風力ファン１０５０は、排気部の開口部の上側だけでなく、屋根構造物のその他の位置にも複数個備えられて自然風の風力エネルギを利用して電気エネルギを生産するように構成することも可能である。

このように、本実施例に係る発電施設は、水流施設部の水流の運動エネルギだけでなく、太陽光エネルギ及び風力エネルギを利用して電気エネルギを生産することによって、エネルギ自給率を高め、電力需給が困難な地域でも施設を建築して運営することが可能であるという長所がある。さらに、発電施設から生産された電気エネルギを外部施設に提供し、または電気エネルギを販売することも可能である。

ただし、以上で説明した発電施設は、本発明に対する一つの実施例に過ぎず、その他の多様な方式で変形実施できる。以下、多様な変形実施例のうち一部を図面を参考して説明する。

図１１は、本発明の第２の実施例に係る発電施設の管路部を示す。図１１に示すように、管路部（水力施設部の管路部及び発電部の管路部含む）は、地表面から埋め立てられて設置される。このとき、管路部は、内部の水流が位置エネルギにより特定方向へ移動することができるように傾斜した形態で埋め立てられる。

また、水力発電装置の管路部２１００は、外面に沿って小さい大きさの中空２１０２が形成される。このとき、中空２１０２の大きさは、土のような異質物は通過できず、水は通過できる程度で少ない直径を有するように構成される。したがって、地表面を介して流入される雨水または地下に存在する地下水が管路部２１００内側に流入されて水力発電に利用される。このとき、管路の内部を通過する水流が外部に漏水されることを防止することができるように、複数個の中空２１０２は、管路部２１００の上側にのみ形成されるように構成される。

これによる場合、管路を通過する水流の量が少ない地域でも地下に存在する水が流入されて水力発電に寄与することが可能であり、さらに、外部の給水源が十分でなくて給水が円滑でない場合にも、埋設された地層を介して流入される水を利用して水力発電を進行することが可能である。

図１２は、本発明の第３の実施例に係る発電施設を示す。図１３は、本発明の第４の実施例に係る発電施設を示す。

前述した第１の実施例では水流施設部の管路部が傾斜した形態で埋設されて位置エネルギにより水流が移動する構成である。ただし、図１２に示すように、水流施設部２００の管路部２１００が水平方向に形成され、ポンプ（Ｐ）などのような動力源により水流が進行するように構成することも可能である。

また、前述した実施例では地表面に露出された給水源から水流の提供を受ける方式を図示しているが、図１３では地下水源から給水される方式を示している。この場合、水流施設部２００は、ポンプ（Ｐ）を利用して地下水を上側にポンピングした後、建造物側に水流を提供することができる。この場合、地下水を垂直方向にポンピングした後、傾斜設置された管路部２１００に沿って建造物側に進行できるように構成することで、垂直方向にポンピングした後に水平方向の管路に沿って進行する構造に比べてポンプなどの駆動源の数を最小化することができる。

図１４は、本発明の第５の実施例に係る発電施設の正面を示す。前述した第１の実施例では養殖場施設からなる単層の建造物を利用して発電施設を構成したが、本実施例では複層構造を有する建造物を利用して発電施設を構成することも可能である。この場合、第１の層及び第２の層は、互いに異なる施設で構成できる。例えば、第１の層は、養殖場施設１０００で構成し、第２の層は、畜舎施設３０００で構成することも可能であり、その他、養殖場、畜舎、温室などの多様な建造物を組み合わせて構成することもできる。

以上では水流施設部の水流を利用して電気エネルギを生産することができる発電施設の多様な実施例に対して説明した。ただし、前述した実施例は、本発明を具現するための一例に過ぎず、その他の多様な方式で変更設計して適用することもできる。したがって、本発明で請求する権利範囲は、実施例に記載された事項に限定されるものではなく、請求項に記載された特徴を実施するかどうかによって判断しなければならない。

Claims (21)

1. 建造物；
   前記建造物と連結されて外部からの水流を前記建造物に供給し、または前記建造物から水流を排水するための水流施設部；及び、
   前記水流施設部を介して移動する水流の運動エネルギを利用して電気エネルギを生産する発電部；を含む発電施設。
2. 前記水流施設部は、内部に水流が通過する少なくとも一つ以上の管路部を含んで構成され、
   前記発電部は、前記管路部の内側に備えられることを特徴とする請求項１に記載の発電施設。
3. 前記水流施設部の前記管路部は、前記水流が移動する方向に下向き傾斜するように備えられることを特徴とする請求項２に記載の発電施設。
4. 前記水流施設部は、前記管路に沿って前記水流を移動させるための動力源をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の発電施設。
5. 前記発電部は、
   前記管路部の内部に固設され、巻線されたコイルを備える軸部材；及び、
   前記管路部を通過する水流により前記軸部材が軸で回転可能に設置され、前記巻線されたコイルと対向される位置に配置される永久磁石が備えられた回転部材；を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の発電施設。
6. 前記回転部材は、内部に前記軸部材が収容される中空が形成されたボディ部及び前記ボディ部の外側に沿って螺旋形態で設置される羽根部を含んで構成されることを特徴とする請求項５に記載の発電施設。
7. 前記管路部の両側には前記管路部の内部管路に対応される形状の開口部が形成される連結部をさらに含み、
   前記連結部の内部には前記軸部材の両端が固設される支持フレームが設置されることを特徴とする請求項６に記載の発電施設。
8. 前記支持フレームは、内側開口部の中心に備えられて前記軸部材が挿設される締結部及び前記締結部の外側方向に延設されて前記締結部及び前記軸部材を支持する支持部を含んで構成され、
   前記締結部及び前記支持部は、前記軸部材と電気的に連結され、前記軸部材の前記コイルで生産される電気エネルギは、前記締結部及び前記支持部を介して前記建造物または前記水流施設部に提供されることを特徴とする請求項７に記載の発電施設。
9. 前記建造物の屋根上側に設置され、太陽光を利用して電気エネルギを生産する太陽光パネルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発電施設。
10. 前記建造物は、水産物を養殖する空間を形成する養殖場施設であることを特徴とする請求項１に記載の発電施設。
11. 前記建造物は、多層構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載の発電施設。
12. 内部に水流が通過する管路を形成する管路部；
    前記管路部の内部に固設され、巻線されたコイルを備える軸部材；
    前記管路部を通過する水流により前記軸部材が軸で回転可能に設置され、前記巻線されたコイルと対向される位置に配置される永久磁石が備えられる回転部材；及び、
    前記巻線されたコイルと電気的に連結されて前記コイルから発生される電気エネルギが伝達されて外部に提供される電力伝達部；を含む水力発電装置。
13. 前記回転部材は、内部に前記軸部材が収容される中空が形成されたボディ部及び前記ボディ部の外側に沿って螺旋形態で設置される羽根部を含んで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の水力発電装置。
14. 前記軸部材の中心から前記羽根部の外径までの距離は、前記管路部の０．７５倍以上であることを特徴とする請求項１２に記載の水力発電装置。
15. 前記管路部の両側には前記管路部の内部管路に対応される形状の開口部が形成される連結部をさらに含み、
    前記連結部の内部には前記軸部材の両端が固設される支持フレームが設置されることを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。
16. 前記支持フレームは、内側開口部の中心に備えられて前記軸部材が挿設される締結部及び前記締結部の外側方向に延設されて前記締結部及び前記軸部材を支持する支持部を含んで構成され、
    前記軸部材は、前記締結部及び前記支持部を介して前記電力伝達部と電気的に連結されることを特徴とする請求項１５に記載の水力発電装置。
17. 前記管路部は、前記連結部に着脱可能に設置され、前記複数個の管路部が前記連結部を媒介にして連結されることを特徴とする請求項１５に記載の水力発電装置。
18. 前記軸部材と前記回転部材との間には少なくとも一つ以上のベアリングが設置されることを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。
19. 前記軸部材の外面に巻線されるコイルまたは前記回転部材の内部に設置される永久磁石は、防水性材質でコーティングされることを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。
20. 前記コイルは、前記軸部材の外面に露出されないように内部に巻線され、または前記永久磁石は、前記回転部材の中空内壁に露出されないように前記回転部材の内側に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の水力発電装置。
21. 前記回転部材の両側端部には、内部の中空に水流が流入されることを防止することができるように、前記軸部材または前記支持フレームと隣接した位置に水密パッキングが形成されることを特徴とする請求項１６に記載の水力発電装置。

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