KR101125235B1

KR101125235B1 - 방수성이 우수한 소수력 발전장치

Info

Publication number: KR101125235B1
Application number: KR1020100025787A
Authority: KR
Inventors: 정규원; 이인호; 이우춘; 김남호
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2012-03-21
Also published as: KR20110106631A

Abstract

본 발명은 특별한 장소와 지형적인 여건의 제약 없이 기본적으로 물이 확보되는 곳이라면 간편하게 설치한 후 소수력을 이용하여 고품질의 전력을 생산하는 소수력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 상기 소수력 발전장치의 주요구성(수차축, 발전축 및 발전모터)이 확실한 방수구조로 이루어져 우수에 노출되더라도 누전사고 등의 우려 없이 정상적인 발전이 원활하게 이루어지면서 지속적인 전력생산이 가능하며, 수차에 공급되는 물의 수압을 손실 없이 전달하면서도 수차가 회전하는 동안 많은 담수량을 보유하면서 수차의 회전동력을 더욱 높일 수 있도록 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치에 관한 것이다.

Description

방수성이 우수한 소수력 발전장치{Generating apparatus for small hydropower with excellent waterproof ability}

본 발명은 우수에 노출되더라도 누전사고 등의 우려 없이 정상적인 발전이 원활하게 이루어지면서 지속적인 전력생산이 가능한 소수력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 물이 가지고 있는 위치에너지를 운동에너지로 바꿔 수차를 돌리고 이에 연결된 발전모터로 발전하여 전기 에너지를 일으키는 방식의 소수력발전의 유형으로 댐형 수력발전과 수로식 수력발전 및 이를 복합화한 댐?수로식 수력발전등의 다양한 형태의 발전방식이 알려져 있다.

상기 댐 형식 수력발전은 전통적 수력발전방식의 하나로서 대용량의 물을 저장할 수 있는 댐을 쌓아 물을 저장한 후, 이 물을 도수터널을 통하여 도수 시키고 이때 발생하는 고 낙차에 의한 수차의 회전과 이에 연결된 발전모터를 이용 발전을 하게 되며 사용된 물은 방류구를 통하여 하천 하류 측으로 방류하게 되는 형태이다.

또한, 수로식 수력발전의 경우 강 상류 측의 취수구에서 물을 유도한 후 본류와의 낙차를 이용하여 발전하는 방식을 일컬으며, 상기의 양 방식을 복합화한 형태의 발전방식을 댐?수로방식이라고 한다.

이와 같은 상기의 종래 수력발전방식은 모두 대용량의 발전에만 그 목적을 두고 설치, 운영되는 발전방식에 해당함으로써 이를 건설하기 위해서는 방대한 저수유역과 대규모의 토목 공사를 수반하므로 건설비용 및 건설기간이 많이 소요됨은 물론 특히 댐 등을 건설할 경우 자연생태계는 물론 생활환경이 변화되는 등의 문제점이 야기된다.

또한, 종래의 수력발전장치는 강수량이 많은 장마철에 발전모터가 우수에 노출되는 경우 누전, 감전사고 등의 우려가 있음은 물론 수차가 원활하게 회전하지 않아 수력발전이 불가하여 지속적인 전력 생산에 현저한 지장을 받고 있는 실정이다.

아울러 수차로 유입되는 물이 수차에 에너지를 전달하는 부분(수차의 실제 담수량)이 매우 작아 전력생산의 능률이 저하되는 개선점을 내포하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 수력 발전장치가 내포하고 있는 제반 문제점을 적극적으로 해소하기 위한 것으로, 특별한 장소와 지형적인 여건의 제약 없이 기본적으로 물이 확보되는 곳이라면 간편하게 소수력 발전장치를 설치한 후 소수력을 이용하여 지속적인 전력을 생산할 수 있도록 하고, 상기 소수력 발전장치의 주요구성(수차축, 발전축 및 발전모터)을 확실하게 방수처리할 수 있도록 하며, 상기 수차에 공급되는 물의 수압을 손실 없이 전달하면서도 수차가 회전하는 동안 많은 담수량을 보유하면서 수차의 회전동력을 더욱 높일 수 있도록 함을 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로 수차 하우징의 내부에 수차를 회전가능하게 설치하고, 상기 수차 하우징의 상단에는 수차에 물을 공급하는 유입수로를 설치하며, 상기 수차에 설치된 일측의 수차축은 베어링 케이싱의 내부를 관통하여 설치하되 상기 베어링 케이싱의 선단에는 커버장착판 및 커넥팅홀더를 연속적으로 연결 설치하는 한편, 상기 커넥팅홀더의 선단에 설치된 발전모터의 발전축 및 수차축을 상호 축커플링을 매개로 일체화 연결하고, 상기 커버장착판에는 발전모터 및 커넥팅홀더의 외부를 감싸는 방수커버를 설치하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따르면, 소수력 발전장치의 주요구성인 수차축, 발전축 및 발전모터가 확실한 방수구조로 이루어짐으로써 상기 소수력 발전장치가 우수에 노출되더라도 수차가 제대로 회전되지 않거나 누전사고가 발생하는 등의 어떠한 제약 없이 정상적인 발전이 원활하게 이루어져 지속적으로 전력을 생산할 수 있고, 소수력을 이용함으로써 설치공간 및 점유면적이 작아 저렴한 시설비용으로 고품질의 전력을 생산하는 효과를 제공한다.

또한, 수차에 전달되는 물의 수압 손실을 방지함과 동시에 상기 수차가 회전하는 동안 더욱 많은 담수량을 보유함으로써 수차의 회전동력을 높여 전력의 생산성을 향상시키는 효과를 제공하다.

따라서, 환경친화적인 에너지의 개발을 통한 지역개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급효과의 극대화 및 관련기술의 수출 산업화 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용된 소수력 발전장치의 정면도
도 2는 본 발명 소수력 발전장치의 측단면도
도 3은 본 발명의 방수케이싱, 커넥팅홀더, 발전모터 및 방수커버의 조립상태 확대단면도
도 4는 본 발명의 베어링 케이싱, 수차축 및 발전축의 조립상태 확대단면도
도 5는 본 발명의 축커플링에 발전축이 조립되는 상태의 확대단면도
도 6은 본 발명의 베어링 케이싱 및 수차축의 조립상태 확대단면도

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결수단을 보다 구체적으로 구현하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전체적인 기술구성을 첨부된 도면에 의거 개략적으로 살펴보면, 하측이 개방되고, 양 측벽(11)의 외면에 베어링 케이싱(12)(12a)이 부착된 수차 하우징(10)과; 상기 수차 하우징(10)의 내부에 배치되되, 일측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)이 측벽(11)을 관통하여 베어링 케이싱(12a)의 내부에 회전가능하게 설치되고, 타측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)은 측벽(11) 및 베어링 케이싱(12)을 관통하여 노출상태로 회전가능하게 설치된 수차(20)와; 상기 수차 하우징(10)의 상단에 설치되고, 후단에 설치된 유출구(32)가 수차 하우징(10)의 내부로 연결되어 수차(20)에 물을 낙하 공급하는 유입수로(30)와; 상기 베어링 케이싱(12)의 선단에 연속적으로 부착되되, 상기 베어링 케이싱(12)과 함께 체결부재(1)로 관통하여 일체화 연결 설치된 커버장착판(40) 및 커넥팅홀더(50)와; 상기 커넥팅홀더(50)의 선단에 부착 설치되고, 발전축(61)이 커넥팅홀더(50)의 일측을 관통하여 내부의 커플링부(53)에 위치하는 발전모터(60)와; 상기 수차축(22) 및 발전축(61)이 양단에 끼워지되, 양측 상하를 관통하는 한 쌍의 체결부재(1)가 각각 수차축(22) 및 발전축(61)을 동시에 관통하여 결합된 축커플링(70)과; 상기 발전모터(60) 및 커넥팅홀더(50)의 외부를 감싼 상태로 커버장착판(40)에 일체로 부착되는 방수커버(80)의 유기적인 결합구성으로 이루어짐을 알 수 있다.

이하, 상기 개략적인 구성으로 이루어진 본 발명을 실시 용이하도록 좀더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 수차 하우징(10)은 수차(20)를 내부에 회전가능하게 수용하기 위한 것으로, 상기 수차(20)를 회전시키고 난 물이 외부로 배출될 수 있도록 하측이 개방되고, 양 측벽(11)의 외면에는 수차(20)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 케이싱(12)(12a)이 일체로 부착된다.

상기 수차 하우징(10)의 내부에 회전가능하게 배치되는 수차(20)는 이격된 한 쌍의 원형측판(21)의 중앙을 수차축(22)이 관통하여 설치되고, 이 원형측판(21)의 사이에는 다수의 저수벽(23)이 방사상으로 연결 설치되며, 상기 저수벽(23)은 수차축(22)의 외주연에 집중하여 연결됨으로써 저수벽(23)의 사이에는 물을 담수할 수 있는 담수실(24)이 마련된다.

그리고 상기 일측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)은 도 6과 같이 수차 하우징(10)의 측벽(11)을 관통하여 베어링 케이싱(12a)의 내부에 회전가능하게 설치되고, 타측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)은 도 4와 같이 측벽(11) 및 베어링 케이싱(12)을 관통하여 외부로 노출상태로 회전가능하게 설치됨으로써 축커플링(70)을 매개로 발전축(61)과 일체화 연결 설치가 가능하다.

여기에서 상기 베어링 케이싱(12)(12a)의 내부에는 일측 선단에 형성된 플랜지판(13)에 각각 수차축(22)을 회전지지하는 베어링(14)이 고정설치되고, 상기 베어링(14)과 수차 하우징(10)의 사이에는 메카니칼 씰(15)이 수차축(22)의 외측에 추가로 끼움 설치됨으로써 수차축(22)이 관통하는 측벽(11)에 형성된 축구멍(11a)을 통해 베어링 케이싱(12)의 내부로 물이 유입됨을 메카니칼 씰(15)이 효과적으로 방지함으로써 베어링 케이싱(12)의 내부는 확실한 방수성을 유지하여 수차(20)의 원활한 회전작동을 보장할 수 있게 된다.

나아가 본 발명은 상기 일측 베어링 케이싱(12)에 형성된 플랜지판(13)의 외측에는 도 5와 같이 커버장착판(40)에 일체로 형성된 엔드판(46)이 밀착되되, 상기 플랜지판(13)과 엔드판(46)과의 밀착부위를 통해 물이 유입됨을 방지하면서 더욱 확실할 기밀을 유지하도록 상기 엔드판(46)에는 원주방향으로 링홈(17)이 함몰 형성되고, 이 링홈(17)에 오링(18)이 끼움 설치되며, 상기 플랜지판(13)에 원주방향으로 돌출 형성된 누수방지테(19)는 오링(18)을 압착하면서 링홈(17)에 끼워짐으로써 베어링 케이싱(12)은 완벽한 방수구조를 확보할 수 있게 된다.

또한, 상기한 타측 베어링 케이싱(12a)에 형성된 플랜지판(13)의 외측에는 도 6과 같이 별도의 독립된 엔드판(16)이 밀착되고, 상기 엔드판(16)에 원주방향으로 링홈(17)이 함몰 형성되고, 이 링홈(17)에 오링(18)이 끼움 설치되며, 상기 플랜지판(13)에 원주방향으로 돌출 형성된 누수방지테(19)는 오링(18)을 압착하면서 링홈(17)에 끼워짐으로써 베어링 케이싱(12a)은 더욱 완벽한 방수구조를 이룰 수 있게 된다.

상기 수차 하우징(10)의 상단에는 수차(20)에 물을 낙하 공급하면서 수차(20)에 회전동력원을 제공하는 유입수로(30)가 설치되는 것으로, 상기 유입수로(30)는 하천을 흐르는 물이나 계곡에서 흘러내리는 계곡수 등을 한데 모아 내부로 유입시키는 유입구(31)가 돌출 형성되고, 후방 하측에는 내부로 유입된 물을 수차(20)에 낙하 공급하는 유출구(32)가 수차 하우징(10)의 내부로 연결 설치된다.

이때 상기 유입수로(30)의 내부에는 도 2와 같이 제1 가이드판(33)이 후방 하향으로 경사지게 추가로 설치됨으로써 상기 제1 가이드판(33)은 유입구(31)를 통해 유입된 물이 수차(20) 쪽으로 원활하게 유입되도록 안내하는 역할을 수행함과 동시에 유입수로(30)의 후면벽에 부딪히면서 수압이 급격하게 저하됨을 방지하여 상기 수차(20)에 공급하는 물의 수압을 그대로 유지함으로써 수차(20)의 회전동력을 더욱 높일 수 있게 된다.

아울러 상기 수차 하우징(10)의 후방 상단에는 유출구(32)에서 유출되는 물이 수차 하우징(10)의 후면벽에 부딪히면서 수차(20)로 물이 공급되지 않고 그대로 버려짐을 방지하는 역할을 수행하는 제2 가이드판(25)이 후방 하향으로 경사지게 추가로 설치되고, 상기 제2 가이드판(25)의 하단에는 수차(20)의 담수실(24)에 담긴 물이 수차(20)가 회전하는 동안 외부로 급격하게 배출됨을 방지함으로써 담수량을 획기적으로 증가시키는 담수용 곡판(26)이 수차(20)의 후방 측 외주연을 감싸게 설치된다.

따라서, 본 발명은 도 2와 같이 담수용 곡판(26)의 상하 구간을 통과하는 동안에는 담수실(24)에 담긴 물은 외부로 배출되지 않고 그대로 체류함으로써 담수량이 획기적으로 증가하여 수차(20)의 회전동력을 최대한 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 베어링 케이싱(12)의 선단에는 수차축(22)의 외측을 감싸는 커버장착판(40) 및 커넥팅홀더(50)가 연속적으로 부착되되, 상기 커버장착판(40) 및 커넥팅홀더(50)에 형성된 장착플랜지(51)는 베어링 케이싱(12)의 플랜지판(13)과 함께 상호 체결부재(1)로 관통하여 일체화 연결 설치된다.

이와 같은 커넥팅홀더(50)는 양단에 장착플랜지(51)가 각각 형성되고, 내부에 형성된 격벽(52)을 기준으로 양측에는 각각 커플링부(53) 및 발전축 삽입부(54)가 구획 설치되며, 상기 커플링부(53)의 상측 외주연에는 작업통로(55)가 관통 형성됨으로써 축커플링(70)에 형성된 커넥팅공(71)과 상기 축커플링(70)의 일측 선단에 끼워지는 발전축(61)의 체결통공(61a)을 도 5와 같이 동시에 체결부재(1)로 관통하여 간편하게 나사 결합할 수 있는 연결작업의 편의성을 제공한다.

이러한 커넥팅홀더(50)의 선단에 형성된 장착플랜지(51)에는 공지의 구성으로 이루어진 발전모터(60)가 부착되고, 상기 발전모터(60)의 일측에 돌출된 보스(62) 및 발전축(61)은 커넥팅홀더(50)의 일측을 관통하여 커플링부(53)에 전용으로 위치하며, 상기 발전축(61)은 수차축(22)과 동심축 상에 상호 근접된 상태를 유지한다.

그리고 마주하는 상기 수차축(22)과 발전축(61)은 축커플링(70)의 양단에 각각 끼워지되, 상기 축커플링(70)의 양측 상하를 관통하는 체결부재(1)가 각각 상기 수차축(22) 및 발전축(61)에 형성된 체결통공(61a)을 동시에 관통하여 나사 결합된다.

이를 위한 상기 축커플링(70)은 양단에 수차축(22) 및 발전축(61)이 동시에 끼워질 수 있도록 중공파이프의 형태로 구성되고, 양측에는 커넥팅공(71)이 상하로 관통하여 형성되는 구성을 구비한다.

따라서, 상기 수차축(22)에 축커플링(70)의 일측을 조립한 상태에서 발전축(61)을 도 5와 같이 발전축 삽입부(54) 및 격벽(52)에 형성된 축구멍(52a)을 경유하여 축커플링(70)의 타측에 끼우고, 작업통로(55)를 통해 체결부재(1)를 삽입하여 축커플링(70)의 타측과 발전축(61)을 일체로 조립한 후 발전모터(60)를 커넥팅홀더(50)의 장착플랜지(51)에 일체로 부착 설치할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 발전모터(60) 및 커넥팅홀더(50)의 외부를 감싸는 방수커버(80)가 커버장착판(40)에 일체로 부착됨으로써 장마철의 우수에도 발전모터(60)가 외부로 노출됨을 방지하면서 완벽한 방수구조를 이루어 발전모터(60)의 누전사고 및 모터가 늘어 붙는 등의 사고를 효율적으로 예방하여 어떠한 제약 없이 정상적인 발전이 원활하게 이루어져 지속적인 전력 생산이 가능하다.

그리고 상기 방수커버(80)에는 외부로 연결된 방수관(81)이 추가로 연통하여 설치됨으로써 상기 방수관(81)을 통해 발전모터(60)에 연결된 전력선(64)을 외부로 인출하여 필요한 목적으로 전력을 사용하면서도 상기 발전모터(60)에는 물이 유입됨을 방지할 수 있게 된다.

10: 수차 하우징 12, 12a: 베어링 케이싱
15: 메카니칼 씰 18: 오링
19: 누수방지테 20: 수차
22: 수차축 25: 제2 가이드판
26: 담수용 곡판 30: 유입수로
33: 제1 가이드판 40: 커버장착판
50: 커넥팅홀더 51: 장착플랜지
52: 격벽 53: 커플링부
55: 조립통로 60: 발전모터
61: 발전축 70: 축커플링
71: 커넥팅공 80: 방수커버

Claims

하측이 개방되고, 양 측벽(11)의 외면에 베어링 케이싱(12)(12a)이 부착된 수차 하우징(10)과;
상기 수차 하우징(10)의 내부에 배치되되, 일측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)이 측벽(11)을 관통하여 베어링 케이싱(12a)의 내부에 회전가능하게 설치되고, 타측의 원형측판(21)을 관통하여 설치된 수차축(22)은 측벽(11) 및 베어링 케이싱(12)을 관통하여 노출상태로 회전가능하게 설치된 수차(20)와;
상기 수차 하우징(10)의 상단에 설치되고, 후단에 설치된 유출구(32)가 수차 하우징(10)의 내부로 연결되어 수차(20)에 물을 낙하 공급하는 유입수로(30)와;
상기 베어링 케이싱(12)의 선단에 연속적으로 부착되되, 상기 베어링 케이싱(12)과 함께 체결부재(1)로 관통하여 일체화 연결 설치된 커버장착판(40) 및 커넥팅홀더(50)와;
상기 커넥팅홀더(50)의 선단에 부착 설치되고, 발전축(61)이 커넥팅홀더(50)의 일측을 관통하여 내부의 커플링부(53)에 위치하는 발전모터(60)와;
상기 수차축(22) 및 발전축(61)이 양단에 끼워지되, 양측 상하를 관통하는 한 쌍의 체결부재(1)가 각각 수차축(22) 및 발전축(61)을 동시에 관통하여 결합된 축커플링(70)과;
상기 발전모터(60) 및 커넥팅홀더(50)의 외부를 감싼 상태로 커버장착판(40)에 일체로 부착되는 방수커버(80)로 이루어진 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,
베어링 케이싱(12)(12a)의 내부에는 일측 선단에 형성된 플랜지판(13)에 수차축(22)을 회전지지하는 베어링(14)이 고정설치되고, 상기 베어링(14)과 수차 하우징(10)의 사이에는 메카니칼 씰(15)이 수차축(22)의 외측에 추가로 끼움 설치된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 2항에 있어서,
플랜지판(13)의 외측에는 커버장착판(40)에 일체로 형성된 엔드판(16)이 밀착되고, 상기 엔드판(16)에 원주방향으로 형성된 링홈(17)에는 오링(18)이 끼움 설치되며, 상기 플랜지판(13)에 원주방향으로 돌출 형성된 누수방지테(19)는 오링(18)을 압착하면서 링홈(17)에 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 2항에 있어서,
플랜지판(13)의 외측에는 별도의 독립된 엔드판(16)이 밀착되고, 상기 엔드판(16)에 원주방향으로 형성된 링홈(17)에는 오링(18)이 끼움 설치되며, 상기 플랜지판(13)에 원주방향으로 돌출 형성된 누수방지테(19)는 오링(18)을 압착하면서 링홈(17)에 끼움 결합된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,
유입수로(30)의 내부에는 유입되는 물의 수압저하를 방지하면서 수차(20)에 원활하게 공급하도록 하는 제1 가이드판(33)이 후방 하향으로 경사지게 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,
수차 하우징(10)의 후방 상단에는 유입수로(30)의 유출구(32)에서 유출되는 물이 수차(20)에 원활하게 공급하도록 하는 제2 가이드판(25)이 후방 하향으로 경사지게 추가 설치되고, 상기 제2 가이드판(25)의 하단에는 수차(20)가 회전하는 동안 수차(20)의 담수량을 증가시키는 담수용 곡판(26)이 수차(20)의 후방 측 외주연을 감싸게 설치된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,
커넥팅홀더(50)는 양단에 장착플랜지(51)가 형성되고, 내부에 형성된 격벽(52)을 기준으로 양측에 커플링부(53) 및 발전축 삽입부(54)가 구획 설치되며, 상기 커플링부(53)의 상측 외주연에는 축커플링(70) 및 상기 축커플링(70)에 끼워지는 발전축(61)을 동시에 체결부재(1)로 관통 결합하는 작업을 수행하기 위한 작업통로(55)가 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 7항에 있어서,
축커플링(70)은 양단에 수차축(22) 및 발전축(61)이 동시에 끼워지도록 중공파이프의 형태로 구성되고, 양측에는 상하로 관통된 커넥팅공(71)이 형성된 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,
방수커버(80)에는 외부로 연결된 방수관(81)이 추가로 연통 설치되고, 상기 방수관(81)을 통해 발전모터(60)에 연결된 전력선(64)을 외부로 인출하면서도 상기 발전모터(60)에 물이 유입됨을 방지하는 것을 특징으로 하는 방수성이 우수한 소수력 발전장치.