KR101077220B1 - 수력발전 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100); 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200); 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300); 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물을 제시함으로써, 댐을 전제로 하지 않으면서도, 하천의 수력을 효율적으로 전기에너지로 전환할 수 있도록 한다.

Description

수력발전 구조물{STRUCTURE FOR WATERPOWER GENERATION}
본 발명은 토목 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 수력발전을 위한 구조물에 관한 것이다.
바다의 조력, 하천의 수력 등은 환경오염을 거의 수반하지 않는 청정 에너지원이므로, 이를 효율적으로 활용하고자 하는 연구가 지속적으로 시도되어 왔다.
특히, 하천의 경우 일정한 방향을 향하여 지속적으로 물의 흐름이 이루어지므로, 수차(발전용 프로펠러)를 일정한 방향으로 회전시키면서 발전 작업을 할 수 있으므로, 바다의 조력 발전에 비해 발전 설비의 제작 및 운용이 간편하다는 장점이 있다.
종래 하천의 수력발전은, 하천에 댐을 구축하고 그 댐의 낙차에 의해 발생하는 물의 위치에너지를 수차의 운동에너지로 변화하는 방식을 사용하여 왔다.
그런데, 이러한 종래의 방식은 댐을 시공해야 하는 수고와 비용의 소요가 크다는 점, 댐의 저류부에 의한 수몰지역이 발생한다는 점 등의 문제가 지적되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 댐을 전제로 하지 않으면서도, 하천의 수력을 효율적으로 전기에너지로 전환할 수 있도록 하는 수력발전 구조물을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100); 상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200); 상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300); 상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물을 제시한다.
상기 유량 증대부재(200)는 외측으로 만곡진 구조인 것이 바람직하다.
상기 유량 증대부재(200)의 외측 단부는 상류측을 향하여 뾰족한 유선형 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 유량 증대부재(200)는 상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 2개의 파일(100a)에서 상류측을 향하여 각각 외측으로 연장설치된 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(300)는 내측으로 만곡진 구조인 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(300)는 상류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(300)는 하류측 단부가 복수의 상기 파일(100b)에 결합한 것이 바람직하다.
상기 파일(100)은 상류측 및 하류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 수차(10)는 상기 복수의 파일(100)의 사이 영역에 설치된 것이 바람직하다.
상기 복수의 파일(100)의 상부에는 지상에서 연장된 데크(110)가 설치된 것이 바람직하다.
상기 수차(10)의 하부 영역에는 웨어(12)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 웨어(12)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 복수의 파일(100)의 하류측에는 복수의 2열 파일(120)이 상호 간격을 두고 설치되고, 상기 파일(100)과 2열 파일(120) 사이에는 유로 형성부재(400)가 설치되며, 상기 복수의 2열 파일(120)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에는 상기 수차(10)가 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 댐을 전제로 하지 않으면서도, 하천의 수력을 효율적으로 전기에너지로 전환할 수 있도록 하는 수력발전 구조물을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 제1 실시예의 평면도.
도 2는 제2 실시예의 평면도.
도 3은 제2 실시예의 정면도.
도 4는 제2 실시예의 측면도.
도 5는 제3 실시예의 평면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 수력발전 구조물은 기본적으로, 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100); 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200); 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300); 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하여 구성된다.
즉, 먼저 하천에 복수의 파일(100)을 설치하고, 이를 기준으로 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)를 설치함으로써, 이들 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)에 의해 하천의 유량이 수차(10)가 설치된 영역으로 집중하여, 유속을 크게 함에 따라 수차(10)의 회전속도를 높여 발전효율을 높이도록 한 것이다.
이는 하천에서 발전설비의 설치를 위하여 일정한 유량 및 수심이 확보되는 지역이면, 종래와 같이 댐을 설치하지 않으면서도 효율적인 수력발전을 가능하게 하므로, 댐 시공에 의한 수몰지역 발생 등의 문제를 발생시키지 않으면서도, 수력발전소의 시공을 위한 수고와 비용을 절감하며, 효율적인 수력발전을 가능하게 한다는 효과가 있다.
유량 증대부재(200)는 하천을 흐르는 물이 발전용 유로(수차(10)가 설치된 영역)에 집중되도록 하여, 유량 및 유속을 키우기 위한 부재이다.
유량 증대부재(200)는 파일(100a)의 상류측을 향하여 판형 구조의 부재를 외측으로 만곡진 구조로 설치하는 것이 시공의 편의성 및 발전의 효율성을 위하여 바람직하다.
유량 증대부재(200)의 외측 단부에 와류 등이 발생하지 않도록 하기 위해서는, 그 유량 증대부재(200)의 외측 단부는 상류측을 향하여 뾰족한 유선형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 유량 증대부재(200)의 외측 단부의 내측은 쇄석, 콘크리트 등의 충전재에 의해 충전하여 강성을 증대할 수 있다.
하천의 물이 효율적으로 발전용 유로로 집중되도록 하기 위해서는, 유량 증대부재(200)는 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 2개의 파일(100a)에서 상류측을 향하여 각각 외측으로 연장설치된 구조(외측을 향하여 벌어진 구조)를 취하는 것이 바람직하다.
유로 차단부재(300)는 복수의 파일(100) 사이에 형성된 영역 중 발전용 유로를 형성하지 않는 영역(도 1의 100b와 100b 사이)으로의 물의 흐름을 차단하고, 차단된 물을 발전용 유로로 돌리기 위한 부재이다.
이러한 유로 차단부재(300)는 내측으로 만곡진 구조를 취하는 것이 원활한 물의 흐름의 유도를 위하여 바람직하다.
이와 마찬가지 이유로, 유로 차단부재(300)가 2개의 판형 부재에 의해 형성되는 경우, 상류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 유로 차단부재(300)의 구조는 그 유로 차단부재(300)의 하류측 단부가 복수의 파일(100b)에 결합하는 경우, 구현이 용이하다.
유로 차단부재(300)의 상류측 단부 내측의 경우에도, 쇄석, 콘크리트 등의 충전재에 의해 충전하여 강성을 증대할 수 있다.
전체 구조물 시공의 기준이 되는 파일(100)은 일반적인 원형 단면의 구조를 취할 수도 있으나, 파일(100)의 상류측 및 하류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성되는 경우, 시공이 간편하고, 발전용 유로에서 물의 흐름에 대한 방해를 최소화할 수 있다는 장점이 추가된다.
수차(10)는 발전용 유로의 영역 중 어디에 설치되더라도 관계없으나, 복수의 파일(100)의 사이 영역에 설치되는 것이 시공도 간편하고, 수력의 부하를 집중할 수 있다는 측면에서 바람직하다(물의 흐름이 파일 및 수차의 저항을 동시에 받게 되므로).
복수의 파일(100)의 상부에 지상에서 연장된 데크(110)를 설치하는 경우, 수력발전 구조물의 시공 및 유지관리가 용이하다는 장점이 추가된다(도 2).
이때, 파일(100)은 교각의 역할을 하게 되고, 데크(110)는 교량 상판의 역할을 하게 된다.
수차(10)의 하부 영역에는 웨어(weir)(12)가 형성됨으로써, 이를 넘는 물의 흐름의 부하가 수차(10)에 집중되도록 하는 것이 바람직하다(도 3,4).
구체적으로, 웨어(12)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성되는 것이 가장 효율적이다.
나아가, 복수의 파일(100)의 하류측에는 복수의 2열 파일(120)이 상호 간격을 두고 설치되고, 파일(100)과 2열 파일(120) 사이에는 유로 형성부재(400)가 설치되며, 복수의 2열 파일(120)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에는 수차(10)가 설치된 구조를 취하는 경우, 기왕에 형성된 발전용 유로에 대하여 복수의 수차(10)를 설치할 수 있으므로, 더욱 우수한 발전효율을 기대할 수 있다(도 5).
유량 및 유속이 좋은 하천의 경우, 2열 파일(120) 뒤에 3열 파일(140) 및 유로 형성부재(400)를 추가하여 더욱 많은 수차(10)를 설치할 수도 있다.
이상에서는, 본 발명에 의한 수력발전 구조물이 하천에 설치되는 실시예에 대하여 설명하였으나, 바다 기타의 경우에도 일정 방향으로의 물의 흐름이 있는 지역이면 어디든지 설치될 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 수차 12 : 웨어
100,100a,100b : 파일 110 : 데크
200 : 유량 증대부재 300 : 유로 차단부재
400 : 유로 형성부재

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100);
    상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200);
    상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300);
    상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하고,
    상기 유량 증대부재(200)는 상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 2개의 파일(100a)에서 상류측을 향하여 각각 외측으로 연장설치된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  5. 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100);
    상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200);
    상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300);
    상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하고,
    상기 유로 차단부재(300)는 내측으로 만곡진 구조인 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  6. 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100);
    상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200);
    상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300);
    상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하고,
    상기 유량 증대부재(200)는 외측으로 만곡진 구조이며,
    상기 유량 증대부재(200)의 외측 단부는 상류측을 향하여 뾰족한 유선형 구조로 형성되고,
    상기 유로 차단부재(300)는 상류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유로 차단부재(300)는 하류측 단부가 복수의 상기 파일(100b)에 결합한 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  8. 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100);
    상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200);
    상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300);
    상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하고,
    상기 파일(100)은 상류측 및 하류측 단부가 뾰족한 유선형 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  9. 상호 간격을 두고 설치된 복수의 파일(100);
    상기 복수의 파일(100) 중 최외측에 설치된 파일(100a)에서 상류측을 향하여 외측으로 연장설치된 유량 증대부재(200);
    상기 복수의 파일(100) 중 중앙부에 설치된 파일(100b)에서 상류측을 향하여 내측으로 연장설치된 유로 차단부재(300);
    상기 유량 증대부재(200) 및 유로 차단부재(300)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에 설치된 수차(10);를 포함하고,
    상기 수차(10)는 상기 복수의 파일(100)의 사이 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 파일(100)의 상부에는 지상에서 연장된 데크(110)가 설치된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수차(10)의 하부 영역에는 웨어(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웨어(12)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 파일(100)의 하류측에는 복수의 2열 파일(120)이 상호 간격을 두고 설치되고,
    상기 파일(100)과 2열 파일(120) 사이에는 유로 형성부재(400)가 설치되며,
    상기 복수의 2열 파일(120)의 내측 영역에 의해 형성된 유로에는 상기 수차(10)가 설치된 것을 특징으로 하는 수력발전 구조물.
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