KR101136812B1

KR101136812B1 - 소수력 발전수단과 그 장치

Info

Publication number: KR101136812B1
Application number: KR1020110095041A
Authority: KR
Inventors: 손창희; 김영호; 고지영
Original assignee: 손창희
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-04-17

Abstract

본 발명은 호수나 댐, 양어장, 하수처리장 등에서 배출되는 배출수를 이용하여 저비용으로 전력을 생산할 수 있도록 하는 소수력 발전수단과 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은 상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도 흡기하는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)로부터 입수된 물을 터빈날개(21)로 공급하여 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 소수력발전수단으로써 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 밀폐됨으로 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인해 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력을 얻을 수 있도록 호퍼(11)로 외부공기의 유입을 차단하는 것이며 이러한 진공상태를 유지하여 흡입력에 의한 유속의 가속에 의해 동력 발생력을 증대하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.
또한 구성이 간단하여 제조가 용이하고 고장이 없으며 특히 저낙차에서도 큰 동력을 발휘함으로서 발전량을 충족하는 효과를 발휘하는 것이다.

Description

소수력 발전수단과 그 장치{Apparatus and method for generating environmentally friendly clean electric power}

본 발명은 호수나 댐, 양어장, 하수처리장 등에서 배출되는 배출수를 이용하여 저비용으로 전력을 생산할 수 있도록 하는 소수력 발전수단과 그 장치에 관한 것이다.

수력을 이용하는 수력발전에서 고효율의 동력을 얻기 위해서는 큰 낙차가 필요하고 이러한 낙차를 가지기 위해서는 급경사로 이루어지는 강에 댐을 건설하여야 함으로서 많은 공시비용과 주변 환경파괴 및 유지와 관리의 어려움 그리고 또한 홍수, 태풍 등에 의한 유실 위험으로부터 안전하지 못한 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 소수력 발전으로 연구된 결과, 물을 대량으로 사용하는 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천을 이용할 수 있도록 소형화된 발전설비들이 알려지고 있다.

이러한 소수력발전에서는 방류수를 재활용하므로 별도의 댐건설에 따른 비용 절감과 함께 유실 에너지의 재생효율과 각각의 전력사용처에서 자체적으로 전력을 생산 공급을 함으로서 전력낭비를 방지하고 저렴한 생산비로 경제성을 충족할 수 있는 특징이 발휘된다.

국내의 소수력 개발 현황으로는 한국전력 공사가 주관하여 수행하고 있는 1.850KW(2개소)와 민간업체에서 설치한 30,190KW(15개소)가 운영되고 있고 국내 개발가능 한 하수처리장 방류수의 이용가능 지역으로는 전국적으로 약 2,400개소가 추정되고 있으며, 이를 이용할 경우 시설용량 약 580,000KW를 개발 설치할 수 있음이 충분히 예상되어지고 있다.

이와 함께 최근에는 어장의 황폐화에 따른 대응으로 양식업이 활성화되면서 대량의 물을 사용하고 사용 후 방류되는 방류수를 적절히 이용하고 있지 못하고 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 한국남부발전(주)는 제주특별자치도에 방류수를 활용한 사이펀형 소수력 발전설비를 발명하여 실험 중에 있다.

상기 사이펀식 소수력 발전기는 낙차가 낮아서 발전기를 설치할 수 없는 경우에 사이펀 관으로 물을 흐르게 하여 발전기 설치공간을 확보할 수 있게 설계된 설비로, 설치가 용이하고 토목공사비가 저렴하여 유사한 환경조건에 확대적용이 가능한 설비라 설명되고,

또한 사이펀형 소수력발전은 발전소에서 냉각수로 활용 후 바다로 배출되는 방류수를 활용하여 오염이 전혀 없는 친환경적 발전설비를 확보하고 CO2 배출을 줄임으로써 신재생에너지 의무할당제(RPS) 시행에 적극 대비하는 한편, 남제주화력의 조명부하 용 전기를 신재생에너지로 대체하기 위하여 추진되었다. 지난 2010년경 공사를 시작하여 상업운전을 시작한 사이펀형 소수력 발전설비는 설비용량이 90kW(22.5kWx4기)로서 연간 발전량은 약 714MWh로, 이는 제주도내 200여 가구가 1년간 사용할 수 있는 양이며 연간 약 336톤의 CO2 절감효과와 중유 약 156,000리터의 연료 대체효과가 있어 저탄소 녹색성장 시대의 새로운 친환경 수익모델을 구축하는데 크게 기여할 것으로 기대하고 있다. 또한 위 회사는 어류 양식장에서 방류되는 배출수를 활용한 해양소수력 발전설비를 개발하고 있는 것으로 알려지고 있다.

이와 관련하여 선행된 기술로 실용신안등록 제 20-0180047호에서는 낙차 높이가 적어도 4m이상이 유지되고 방류수가 안내되는 낙하지점에 방류수의 낙차와 흐름에 의해 가동되는 수력 터빈을 구성시켜 동력을 얻도록 하였으나, 낙차가 극히 미미하고 저속으로 흐르는 물만으로 효과적으로 터빈을 구동할 수 없는 문제가 발생된다.

또 다른 특허 제 10-0982352호는 상당한 높이로부터 공급되는 방류수를 물유입관과 이 물유입관내의 유로관체를 통해 낙수하되 유로관체를 잘록한 병목부로 구성하고 여기에 공기흡입소관으로 외부공기를 공급시켜 보다 빠른 물의 낙수를 유도하는 벤츄리구조로 구성하여 이 증가된 낙하속도로 터빈날개를 타격함으로 보다 빠른 회전을 할 수있다는 것이나, 벤츄리 또는 오리피스 구조에 의하여 속도를 증가하는 효과는 극히 미미하고 이러한 속도의 증가만으로 보다 향상된 회전력을 충족할 수 없는 단점이 있다.

그리고 특허 공개공보 제 10-2004-0002373호는 진공식 흡출관 이용 완전낙차 수력 시스템이라하여 저수지 물에 잠긴상태로 물을 흡입하는 흡인식 도수관과 하단부가 물에 잠겨 대기와 차단되어진 진공식 흡출관으로 구성되되 상기 도수관의 노즐로 배출되는 물의 낙수로 회전하는 수차가 구성되는 한편 컨트롤러에 의해 소정의 압력을 설정하도록 진공펌프를 가동시켜 흡인식 도수관 및 진공식 흡출관내를 진공상태로 유지함으로 상기 도수관내의 물은 노즐을 통해 배출하여 수차를 회전하고 진공식 흡출관은 진공상태에서 물이 채워진 만큼 밑으로 빠지는 구성이다.

이러한 구성은 상기 흡인식 도수관 및 진공식 흡출관을 진공상태로 유지하기가 극히 어렵고 또한 흡출관의 길이가 충분히 길어 진공압으로 물이 역류되지 않아야 되는 문제 및 구성이 복잡하여 쉽게 고장이 발생되는 문제가 있는 것일 뿐만이 아니라 기존의 댐식 발전구조와도 일치하는 구성에 지나지 않는 것이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제를 감안하여 이를 개선하고 보다 효율성과 제작 및 성능의 향상과 최소의 물로 최대의 효과를 얻을 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등의 물 공급부에서 수력터빈으로 유도하는 호퍼와, 공급되는 물의 에너지를 높이기 위해 터빈 날개로 물을 공급하도록 사이클론(cyclone) 날개 및 물 속도를 증가시키기 위한 오리피스(Orifice) 그리고 배출수 관로에 배출수가 만수로 배출되는 사이펀(siphon)관로로 구성됨과 함께, 배출수는 수위 또는 수압에 의한 부유로 제어되는 플로트(float)밸브에 의해 배출을 제어시켜 배출수가 충분한 경우 발전과, 배출수가 적을 때 발전을 정지하는 제어로 안정적인 발전 및 관리자 없이 유지 관리되므로서 관리비용이 최소화되는 수력 발전수단(手段)과 그 장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 발명은 배출수의 수위가 일정한 높이 이상이 되면 플로트밸브의 연동으로 사이펀관로의 플로트밸브가 개방되고 이때 이 사이펀관로내 배수 물이 중력에 의해 하부로 배출되면서 이 사이펀관로에 형성되는 진공에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 사이펀관로에서 호퍼로 물을 흡기하여 물이 입수됨과 함께 입수 물은 압력과 출수되는 흡입력에 의해 보다 빠르게 유속을 형성함과 함께 와류를 형성하면서 배출되고 이때 배출수에 의해 터빈날개를 구동함으로서 보다 강력한 동력으로 터빈을 가동하게 된다.

이와 같이 본 발명은 배출수의 압력을 형성하고 이러한 압력으로 발생된 흡입력을 이용함으로서 저 낙차에서도 충분한 출력을 얻을 수 있고 낙차가 적은 하천, 양어장등의 배출수를 이용할 수 있는 특징 및 해수를 이용하는 경우 공유수면에 설치물이 없어 민원발생이 없는 특징이 발휘됨을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 해결수단은 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은 상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도 흡기하는 호퍼(11)와,

상기 호퍼(11)로부터 입수된 물을 터빈날개(21)로 공급하여 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 소수력발전수단에 있어서,

상기 물 공급부(10)의 수중에 잠수상태로 수력터빈(20)에 물을 입기와 유도하도록 한 호퍼(11)로 이루어지는 물공급수단과,

상기 호퍼(11)로 공급되는 물의 에너지를 높이기 위한 와류 형성의 사이클론날개(22) 및 와류를 가속하기 위한 오리피스(23)로 이루어지는 유속 가속수단,

상기 오리피스(23)로 가속된 물로 수력터빈(20)의 터빈날개(21)를 회전시키는 수력터빈(20) 구동수단,

상기 터빈날개(21)를 구동하고 배출되는 물을 만수로 유지시키기 위한 사이펀관로(40)로 구성되는 배출수단 및

상기 배출수의 배출을 제어하기 위한 플로트밸브(50)와 이 플로트밸브(50)로 제어되는 게이트(52)로 제어하여 사이펀관로(40)내의 만수에 따른 진공압으로 유지하도록 진공압력제공수단,

그리고 플로트밸브(50)의 연동으로 사이펀관로(40)의 게이트(52)를 제어시켜 배출수를 단속하는 물배출제어수단과 함께 진공압으로 증가된 동력으로 수력터빈(20)을 가동과 연동장치(29)로 연동되는 발전기(30)에 의해 전기를 발전하는 전기발전수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 소수력 발전수단과 함께,

상기 물 공급부(10)의 물을 수력터빈(20)으로 유도하도록 수중에 잠수되게 구성되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11) 내주면에 흡기되는 물을 회전시켜 와류를 형성하기 위한 사이크론날개(22)와, 상기 호퍼(11)의 끝단으로부터 내향되어 좁은 관로로 구성되는 오리피스(23)로 구성되는 수력터빈(20),

상기 수력터빈(20)의 터빈날개(21)의 외부로 노출되는 출력축(24)에 피니언(26)을 체결시켜 밸트(27)와 가속기(28)로 이루어진 연동장치(29)에 의해 발전기(30)를 연동하는 연동장치(29)와,

상기 오리피스(23)의 끝단의 연결관로(41)와 체결되는 사이펀관로(40) 및 사이펀관로(40)의 끝단에 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)를 구성하되, 이 게이트(52)의 연동축(54)에 조작레버(55)를 구성하여 와이어(56)로 물 공급부(10)의 수면에 부상되는 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 조작간(57)과 연결시켜 수면의 수위에 따라 게이트(52)의 개폐를 제어하도록 구성함을 특징으로 하는 소수력발전장치를 제공하므로서 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 밀폐됨으로 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인해 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력을 얻을 수 있도록 호퍼(11)로 외부공기의 유입을 차단하는 것이며 이러한 진공상태를 유지하여 흡입력에 의한 유속의 가속에 의해 동력 발생력을 증대하는 것이다.

본 발명은 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은 상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도 흡기하는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11)로부터 입수된 물을 터빈날개(21)로 공급하여 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 소수력발전수단으로써 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 밀폐됨으로 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인하여 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력을 얻을 수 있도록 호퍼(11)로 외부공기의 유입을 차단하는 것이며 이러한 진공상태를 유지하여 흡입력에 의한 유속의 가속에 의해 동력 발생력을 증대하는 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

또한 구성이 간단하여 제조가 용이하고 고장이 없으며 특히 저낙차에서도 큰 동력을 발휘함으로서 발전량을 충족하는 효과를 발휘하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 전체를 도시한 구성설명도.
도 2는 본 발명의 중요부분에 대한 확대 설명도.
도 3은 본 발명의 사이펀관로의 게이트 작동설명도.
도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 구성설명도.
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 구성설명도.
도 6은 본 발명에 적용되는 밸브제어장치를 보인 작동설명도.

본 발명의 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 도 1의 제 1실시예에 따른 전체를 도시한 구성설명도와 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이 하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도 흡기하는 호퍼(11)와,

상기 호퍼(11)로부터 입수되어 물이 흐르는 관로상에 이 배출수의 동력을 이용하기 위한 터빈날개(21)를 구성시켜 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동하여 전기에너지를 생산하는 소수력발전수단에 있어서,

본 발명은 하수처리장, 양어장 또는 지천 등의 물 공급부(10)의 수중에 잠수상태로 수력터빈(20)에 물을 입기 유도하도록 한 호퍼(11)로 이루어지는 물공급수단과,

상기 호퍼(11)로 공급되는 물의 에너지를 높이기 위해 와류로 변환하여 안내하는 사이클론날개(22) 및 사이클론날개(22)에 의해 와류로 가속된 물의 속도를 증가시키기 위한 오리피스(23)로 이루어지는 유속(流速) 가속수단,

그리고 상기에서 형성된 와류와 오리피스(23)로 가속된 물로 수력터빈(20)의 터빈날개(21)를 회전시키는 수력터빈(20) 구동수단,

상기 터빈날개(21)를 구동하고 배출되는 물은 배출하되, 이 배출수를 만수로 유지시키기 위한 사이펀관로(40)로 구성되는 배출수단 및

상기 배출수는 수위 또는 수압에 의한 부유(51)로 제어되는 플로트밸브(50)로 사이펀관로(40)내의 배출수를 제어시켜 이 사이펀관로(40)내에 만수에 따른 진공압을 유지하도록 함과 함께 상기 물공급부(10)의 배출수가 충분한 경우 발전과 배출수가 적을 때 발전을 정지하는 제어로 안정적인 발전 및 관리자 없이 유지 관리 되도록 한다.

이러한 본 발명은 사이펀관로(40)에 배출수가 만수로 채워진 상태로 배출되고 이러한 만수상태에 따라 사이펀관로(40)내에는 진공압이 형성됨으로 이 진공압이 형성된 사이펀관로(40) 내부 압력은 배수되는 량 만큼의 상부의 배출수를 흡입하여 배출속도를 증가함으로 수력터빈(20)은 가속된 배출수로 속도와 힘을 증가시켜 터빈날개(21)의 회전력과 동력을 증가하도록 함으로 적은량의 물로 전력을 생산할 수 있는 동력을 얻을 수 있으며 입기 호퍼(11)에서 흡입력의 향상으로 배출수량을 충분히 보장할 수 있게 되는 진공압력제공수단,

이러한 본 발명은 배출수의 수위가 일정한 높이 이상이 되면 플로트밸브(50)의 연동으로 사이펀관로(40)의 게이트(52)를 개방하고 이때 이 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인해 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 사이펀관로(40)에서 호퍼(11)로 물을 흡입하여 물이 흡입됨과 함께 흡입 물은 와류와 출수되는 상기 흡입력에 의해 보다 빠르게 와류를 형성하면서 터빈날개(21)를 고속으로 구동하는 물배출제어수단과 함께

이러한 진공압으로 보다 강력한 동력을 얻어 수력터빈(20)을 가동하여 발전수단으로 이루어지는 것이다.

따라서 본 발명은 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 밀폐됨으로 이 관로는 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태의 압력과 중력으로 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력을 얻을 수 있고 이러한 가속력에 의해 동력발생력이 증대하는 것이다.

그리고 상기 수력터빈(20)의 터빈날개(21)가 회전하여 발생된 회전동력을 출력축(24)의 피니언(26), 밸트(27) 및 가속기(28)로 구성된 연동장치(29)로 연동되는 발전기(30)에 의해 전기를 발전하는 전기발전수단으로 이루어지는 것이다.

이러한 본 발명의 도 1 내지 도3에 도시된 제 1실시예의 구성을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하수처리장, 양어장 또는 지천 등의 물 공급부(10)의 물을 수력터빈(20)으로 유도하도록 수중에 잠수되게 구성되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11) 내주면에 흡기되는 물을 회전시켜 와류를 형성하기 위한 복수개의 사이클론날개(22)와, 상기 호퍼(11)의 끝단으로부터 소정각으로 내향되어 좁은 관로로 구성되는 오리피스(23)로 구성되는 수력터빈(20),

상기 수력터빈(20)의 오리피스(23)내로 위치되는 터빈날개(21)를 구성하되, 이 터빈날개(21)의 출력축(24)은 보호관(25)으로 힌지 구성하여 호퍼(11) 입구측의 체결날개(12)에 체결하고 외부로 노출되는 출력축(24)에 피니언(26)을 체결시켜 밸트(27)와 가속기(28)로 이루어진 연동장치(29)를 거처 발전기(30)의 구동축(31)으로 연동되도록 구성한다.

그리고 상기 오리피스(23)의 끝단에는 연결관로(41)와 함께 대략 10m이상으로 구성되는 사이펀관로(40)로 연결되며, 이 사이펀관로(40)의 끝단에는 사이펀관로(40)의 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)를 구성하되, 이 게이트(52)는 하부측에는 중량체(53)를 구성시켜 자중으로 게이트(52)가 닫힘되도록 함과, 게이트(52)의 연동축(54)은 조작레버(55)를 구성하여 와이어(56)로 물 공급부(10)의 수면에 부상되는 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 조작간(57)과 연결시켜 수면의 수위 위치에 따라 조작되는 플로트밸브장치(50)로 게이트(52)의 개폐를 제어하도록 구성되는 것이다.

그리고 상기 게이트(52)의 외부로 노출된 연동축(54)에도 도 3에서와 같이 조작레버(55)의 연동으로 게이트(52)를 단속하기 위한 일방향랫크장치(59)가 구성되어 물공급부(10)의 수면이 상승할 때 조작레버(55)에 의해 연동되어 게이트(52)를 개방하고 수면이 하강될 때 게이트(52)의 중량체(53)의 자중으로 닫힘되도록 함으로 배출수를 제어하게 된다.

상기 제 1실시예에서 미설명된 부호 13은 흡기되는 물이 외측으로 입기되어 와류현성을 증대하기 위한 안내컵을 도시 한 것이다.

또한 본 발명의 도 4와 도 6에서 도시한 제 2실시예는 도면에서 도시한바와 같이 제 1실시예의 발전기(30)와 수력터빈(20)이 수면 밖으로 구성되는 실시예와 변형된 플로트밸브장치(50) 및 게이트(52)를 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 상기한 물 공급부(10)의 수면위로 구성되는 설치프레임 또는 댐(100)에 구성시켜 수면 위로 수력터빈(20)을 구성함과,

상기에 의해 수면위로 구성되는 호퍼(11)에 물을 공급하기 위하여 이 호퍼(11)에 체결되고 수중으로 일정 깊이 잠수되는 기역자형상의 물흡입관(14)을 구성시켜 호퍼(11)로 물이 공급하도록 함과,

상기 물흡입관(14)을 관통하여 외부로 노출된 단부와, 수력터빈(20)의 터빈날개(21)의 출력축(24)에 체결되는 피니언(26)과 밸트(27)를 분리되게 밀폐된 상태로 구성되는 분리관(15)을 구성하여 호퍼(11)로 외부 공기의 유입을 차단하도록 구성된다.

이러한 구성은 상술한바와 같이 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 밀폐됨으로 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인해 하부로 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력을 얻을 수 있도록 호퍼(11)로 외부공기의 유입을 차단하는 것이며 이러한 진공상태를 유지하여 흡입력에 의한 유속의 가속에 의해 동력 발생력을 증대하는 것이다.

그리고 제 2실시예에서의 플로트밸브장치(50)는 도 6에서 도시한 바와 같이 미도시한 프레임에 힌지 구성으로 연동되는 부유(51)의 승하강으로 승하강 연동하는 개폐키(61),

상기 개폐키(61)로 단속되는 랙기어(62)를 랙레일(63)에서 슬라이드 안내되고 랙레일(63) 또는 고정부와 스프링(64)으로 탄축 구성하여 전,후진함과,

상기 랙기어(62)를 와이어(56)로 연결하여 게이트(52)를 연동하도록 구성된다.

또한 상기 게이트(52)는 도 4에서 도시한바와 같이 사이펀관로(40)의 끝단에 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)로 구성하되, 이 게이트(52)의 연동축(54)에 조작레버(55)를 구성하고 와이어(56)로 물 공급부(10)의 수면에 부상되는 부유(51)로 연동되는 플로트밸브장치(50)의 조작으로 연동되도록 함과,

상기 연동축(54)에 외향된 부구(58)를 체결시켜 배출수조의 수면이 낮을 때 게이트(52)의 닫힘과 함께 랙기어(62)가 스프링(64)의 탄축으로 복귀되도록 함으로서 입수와 배출수를 수면에 따라 물 배출을 제어하게 되는 것이며 상기 사이펀관로(40)는 그 입구가 항시 수중에 잠길 수 있도록 하향되게 굴곡된 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 실시예 2에서의 수력터빈(20)의 내부 구조는 상기에서 설명한 제 1실시예와 같이 함으로 그 구체적인 구성의 설명을 생략하였다.

본 발명의 또다른 실시예 3은 도 5에서 도시힌 바와 같이 상기 제 2실시예에서 설명된바와 같이 발전기(30)와 수력터빈(20)이 수면 밖으로 구성되는 실시예와 변형된 플로트밸브장치(50) 및 게이트(52)를 특징으로 하되,

상기에 의해 수면위로 구성되는 호퍼(11)에 물을 공급하기 위하여 호퍼(11)에 체결되고 수중으로 일정 깊이 잠수되는 기역자형상의 물흡입관(14)을 구성시켜 호퍼(11)로 물이 공급함과,

상기 수력터빈(20)의 터빈날개(21)의 출력축(24)과 이 출력축(24)의 보호관(25)이 상기 물흡입관(14)을 수평으로 관통시켜 외부로 노출하되 출력축(24)에 발전기(30)를 직접적으로 구성하는 실시예로 구성되는 것이다.

이러한 구성은 습하고 물 튀김으로 발생되는 누전, 합선등의 폐단을 방지하고 조립과정이 용이하도록 함에 있다.

이러한 본 발명에서 수력터빈(20)의 고장으로 인한 수리 또는 부품의 교체 등으로 발전을 정지하고 수리를 할 때, 상기 수력터빈(20)내의 잔여 물을 제거하고 물공급부의 물을 계속배출하기 위하여 상기한 사이펀관로(40)를 계속 개방하여 물공급부의 물을 배출하여야 할 필요가 요구된다.

이때 물을 배출하기 위해 상기 사이펀관로(40)와 물공급부(10)를 연결하는 임시배출관(71)이 형성되고 이 임시배출관(71)을 개폐하기 위한 개폐게이트(70)가 구성되어 필요시 개폐할 수 있도록 하였다.

이상에서 도시하고 설명된 본 발명은 바람직한 일실시예로 설명되고 있으나, 이러한 발명과 장치에서 성능을 높이기 위함과 물 에너지 효과를 보다 효과적으로 이용하기 위하여 사이펀관로(40), 오리피스(23) 및 터빈 날개(21)의 형상 모양은 설계 변경될 수 있음은 당연하다.

특히 본 발명은 배출수의 진공압력을 형성하고 이러한 진공압력으로 발생된 흡입력을 이용함으로서 저 낙차에서도 충분한 출력을 얻을 수 있고 낙차가 작은 하천, 양어장 등의 배출수를 이용할 수 있는 특징 및 해수를 이용하는 경우 공유수면에 설치물이 없어 민원발생이 없는 특징이 발휘되는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 실시예 따른 작용효과를 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 하수처리장, 양어장 또는 지천 등의 물 공급부(10)의 물을 수력터빈(20)으로 유도하도록 수중에 잠수되는 호퍼(11)와 호퍼(11)로 흡입된 물의 유속으로 회전되는 터빈날개(21) 및 배출과 관로의 진공상태를 유지하는 사이펀관로(40)에 의해 이루어진다.

즉, 제 1실시예는 도 1내지 도 3에서 도시한 바와 같이 수중에 잠긴 호퍼(11)로 물공급부(10)의 물이 입수되면서 사이클론 날개(22)에 의해 물 흐름을 안내하여 호퍼(11)내에서 와류형성과 함께 터빈날개(21)로 안내하고 이때 상기 호퍼(11)에 형성되는 오리피스(23) 구조 즉, 호퍼(11)내에서 흐르는 물이 갑자기 좁아진 관로를 통과할 때 유속이 증가되어 가속됨으로 빠른고 높은 압력으로 터빈날개(21)를 보다 효과적이고 큰힘으로 마찰하여 터빈날개(21)의 회전속도와 힘을 가중하게 된다.

상기한 사이클론 날개(22)에 안내되어 발생된 와류는 물의 방향을 터빈날개(21)와 효과적인 방향으로 안내시켜 회전효과를 증대함으로 적은 물로 빠르고 강한 힘을 얻을 수 있게 된다.

상기에 의해 터빈날개(21)를 회전하므로서 이 터빈날개(21)의 출력축(24)은 피니언(26)과 밸트(27)로 구성되는 연동장치(29)에 의해 발전기(30)를 구동함으로서 발전기에서 전기를 생산하게 되는 것이다.

상기에서 터빈날개(21)를 구동하고 배출되는 배출수는 연결관로(41)와 함께 사이펀관로(40)를 통해 배출된다.

상기 사이펀관로(40)는 대략 10m이상으로 구성되는 것이 바람직하고 그 끝단은 배출수조에 잠수되어 외부공기의 유입이 차단된다.

그리고 호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 외부공기가 유입되지 않도록 밀폐됨으로 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 압력과 중력으로인해 하부로 배출수가 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력과 배출힘을 얻을 수 있어 상기한 와류와 오리피스구조에 의한 가속력이 더 부가되어 터빈날개(21)를 보다 강력하고 빠르게 구동할 수 있게 되는 것이다.

상기 사이펀관로(40)의 진공상태의 유지 및 배출수의 조절은 사이펀관로(40)의 끝단에 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)에 의해 여닫이됨으로 배출수를 제어하도록 함으로 발전량을 제어할 수 있으며 이 게이트(52)는 하부측에 구성된 중량체(53)로 닫힘과 함께 게이트(52)의 연동축(54)을 조작레버(55)와 와이어(56)로 물 공급부(10)의 수면에 부상되는 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 조작간(57)과 연결시켜 수면의 수위 위치에 따라 조작되는 플로트밸브장치(50)로 게이트(52)의 개폐를 제어하도록 함으로 물공급부(10)의 수위에 의해 자동 제어되는 것이다.

그리고 본 발명의 도 4와 도 6에서 도시한 제 2실시예는 도면에서 도시한바와 같이 제 1실시예의 발전기(30)와 수력터빈(20)이 수면 밖으로 구성되는 실시예와 변형된 플로트밸브장치(50) 및 게이트(52)를 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 상기한 물 공급부(10)의 수면위로 구성되는 설치프레임 또는 댐(100)에 구성시켜 수면 위로 수력터빈(20)이 구성되고 이 수력터빈(20)에 물공급부(10)의 물을 흡입하기 위한 물흡입관(14)을 구성함으로써, 이 물흡입관(14)로에 흡기된 물은 호퍼(11)로 유입되어 사이클론 날개(22)에 안내되면서 와류를 발생하여 방향을 터빈날개(21)로 안내함과 호퍼(11)의 오리피스(23) 구조 즉, 호퍼(11)내에서 흐르는 물이 갑자기 좁아진 관로를 통과할 때 유속이 증가되어 가속됨으로 빠르고 높은 압력으로 터빈날개(21)를 보다 효과적이고 큰힘으로 마찰하여 터빈날개(21)의 회전속도와 힘을 가중시키게 된다.

그리고 터빈날개(21)를 구동후 배출수는 사이펀관로(40)를 따라 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 만수상태를 유지하고 이 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)는 물 공급부(10)에 부상된 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 개폐키(61)로 단속하여 랙기어(62)의 연동에 따라 와이어(56)로 연결하여 게이트(52)를 연동하여 물의 배출을 제어하게 된다.

이러한 제어로 상기 사이펀관로(40)의 진공상태의 유지 및 배출수의 조절로호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 외부공기가 유입되지 않도록 밀폐되고 이 관로에 진공상태로 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태의 압력과 중력으로인해 하부로 배출수가 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력과 배출힘을 얻을 수 있어 상기한 와류와 오리피스구조에 의한 가속력이 더 부가되어 터빈날개(21)를 보다 강력하고 빠르게 구동할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 도 5와 도 6에서 도시한 제 3실시예는 도면에서 도시한바와 같이 제 1 및 제 2실시예의 발전기(30)와 수력터빈(20)이 수면 밖으로 구성되는 실시예와 변형된 플로트밸브장치(50) 및 게이트(52)를 특징으로하되 수력터빈(20)으로 구동하는 발전기(30)를 터빈날개(21)의 출력축(24)과 수평되게 구성되는것을 특징으로 하였다.

이러한 본 발명은 상기한 물 공급부(10)의 수면위로 구성되는 설치프레임 또는 댐(100)에 구성시켜 수면 위로 수력터빈(20)이 구성되고 이 수력터빈(20)에 물공급부(10)의 물을 흡입하기 위한 물흡입관(14)을 구성함으로써, 이 물흡입관(14)로로 흡기된 물은 호퍼(11)로 유입되어 사이클론 날개(22)에 안내되면서 와류를 발생하여 방향을 터빈날개(21)로 안내함과 호퍼(11)의 오리피스(23) 구조 즉, 호퍼(11)내에서 흐르는 물이 갑자기 좁아진 관로를 통과할 때 유속이 증가되어 가속됨으로 빠르고 높은 압력으로 터빈날개(21)를 보다 효과적이고 큰힘으로 마찰하여 터빈날개(21)의 회전속도와 힘을 가중시키게 된다.

그리고 터빈날개(21)를 구동후 배출되는 배출수는 사이펀관로(40)를 따라 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 만수상태를 유지하고 이 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)는 물 공급부(10)에 부상된 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 개폐키(61)로 단속하여 랙기어(62)의 연동에 따라 와이어(56)로 연결하여 게이트(52)를 연동하여 물의 배출을 제어하게 된다.

이러한 제어로 상기 사이펀관로(40)의 진공상태의 유지 및 배출수의 조절로호퍼(11)로부터 사이펀관로(40)의 게이트(52)까지 외부공기가 유입되지 않도록 밀폐되고 이 관로에 진공상태가 유지되고 사이펀관로(40)내의 만수량에 의한 진공상태 의 압력과 중력으로 하부로 배출수가 배출되면서 이 사이펀관로(40)내에 생성된 진공압력에 의한 응집력으로 상부의 물을 하부로 당기는 힘이 발생되고 이러한 흡입력에 의해 가속력과 배출힘을 얻을 수 있어 상기한 와류와 오리피스구조에 의한 가속력이 더 부가되어 터빈날개(21)를 보다 강력하고 빠르게 구동할 수 있게 되는 것이다.

그리고 제 3실시예에서는 도 5에서 도시한 한바와 같이 제 1 및 제 2실시예의 발전기(30)와 수력터빈(20)이 수면 밖으로 구성되는 실시예와 변형된 플로트밸브장치(50) 및 게이트(52)를 특징으로하되, 수력터빈(20)으로 구동하는 발전기(30)를 터빈날개(21)의 출력축(24)과 수평되게 구성함으로서 물과 습기에 의한 발전기(30)의 고장을 방지하고 현장에서의 조립작업이 용이하도록 한다

상기 수력터빈(20)의 터빈날개(21)로 연동하는 출력축(24)이 발전기(30)의 구동축(31)으로 연결되어 구동하도록 함으로 연동장치에 따른 동력손실을 방지할 수 있고 습하고 물 튀김으로 발생되는 누전, 합선 등의 폐단을 방지하는 효과도 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에서 수력터빈(20)의 고장으로 인한 수리 또는 부품의 교체 등으로 발전이 정지되고 수리를 할 때, 상기 수력터빈(20)내의 잔여 물을 제거하고 물공급부의 물를 계속배출하기 위하여 상기한 사이펀관로(40)를 계속 개방하여 물공급부의 물을 배출할 수 있도록 한다.

이때 물을 배출하기 위해 상기 사이펀관로(40)와 물공급부(10)를 연결하는 임시배출관(71)이 형성되고 이 임시배출관(71)을 개폐하기 위한 개폐게이트(70)가 구성되어 필요시 개폐할 수 있도록 함으로 고장수리가 용이한 특징도 발휘되는 것이다.

10 : 물 공급부 11 : 호퍼 12 : 체결날개
14 : 물흡입관 15 : 분리관 20 : 수력 터빈
21 : 터빈날개 22 : 사이클론날개 23 : 오리피스
24 : 출력축 25 : 보호관 26: 피니언
27 : 밸트 28 : 가속기 29 : 연동장치
30 : 발전기 31 : 구동축 40 : 사이펀관로
41 : 연결관로 50 : 플로트밸브 51 : 부유
52 : 게이트 53 : 중량체 54 : 연동축
55 : 조작레버 56 : 와이어 57 : 조작간
58 : 부구 59 : 일방향랫크장치 61 : 개폐키
62 : 랙기어 63 : 랙레일 64 : 스프링
70 : 개폐게이트 71 : 임시배출관 100 : 댐

Claims

하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은 상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도시키기 위하여 입구로부터 점차적으로 폭이 좁아지는 형상의 호퍼(11)와,
상기 호퍼(11)로부터 입수된 물을 터빈날개(21)로 공급하여 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 소수력발전수단에 있어서,

상기 호퍼(11)가 물 공급부(10)의 수중에 잠수상태로 수력터빈(20)에 물을 입기시켜 호퍼(11)로 공급되도록 하는 물공급수단과,

상기 호퍼(11)로 공급되는 물 에너지를 높이기 위한 와류 형성의 사이클론날개(22) 및 와류를 가속하기 위한 오리피스(23)로 이루어지는 유속 가속수단,

상기 오리피스(23)로 가속된 물로 수력터빈(20)의 터빈날개(21)를 회전시키는 수력터빈(20) 구동수단,

상기 터빈날개(21)를 구동하고 배출되는 물을 만수로 유지시키기 위한 사이펀관로(40)로 구성되는 배출수단 및

상기 배출수의 배출을 제어하기 위한 플로트밸브(50)와 이 플로트밸브(50)로 제어되는 게이트(52)로 제어하여 사이펀관로(40)내에 만수에 따른 진공압을 유지하도록한 진공압력제공수단,

그리고 플로트밸브(50)의 연동으로 사이펀관로(40)의 게이트(52)를 제어시켜 배출수를 단속하는 물배출제어수단과 함께 진공압으로 증가된 동력으로 수력터빈(20)을 가동함과 함께 상기 수력터빈(20)의 출력축(24)으로 연동하는 연동장치(29)로 발전기(30)를 구동시켜 이 발전기(30)에 의해 전기를 발전하는 전기발전수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 소수력 발전수단.
하수처리장, 양어장의 방류수 또는 지천 등 낙차가 적은 상태의 물 공급부(10)에서 물을 수력 터빈(20)으로 유도시키기 위하여 입구로부터 점차적으로 폭이 좁아지는 형상의 호퍼(11)와,
상기 호퍼(11)로부터 입수된 물을 터빈날개(21)로 공급하여 터빈날개(21)를 회전하고 이 터빈날개(21)의 회전동력으로 발전기(30)를 구동시켜 전기에너지를 생산하는 소수력발전장치에 있어서,

상기 물 공급부(10)의 물을 수력터빈(20)으로 유도하도록 수중에 잠수되게 구성되는 호퍼(11)와, 상기 호퍼(11) 내주면에 흡기되는 물을 회전시켜 와류를 형성하기 위한 사이클론날개(22)와, 상기 호퍼(11)의 끝단으로부터 내향되어 좁은 관로로 구성되는 오리피스(23)로 구성되는 수력터빈(20),

상기 수력터빈(20)의 터빈날개(21)의 외부로 노출되는 출력축(24)에 피니언(26)을 체결시켜 밸트(27)와 가속기(28)로 이루어진 연동장치(29)에 의해 발전기(30)를 연동하는 연동장치(29)와,

상기 오리피스(23)의 끝단의 연결관로(41)와 체결되는 사이펀관로(40) 및 사이펀관로(40)의 끝단에 배출수를 제어하기 위한 게이트(52)를 구성하되, 이 게이트(52)의 연동축(54)에 조작레버(55)를 구성하여 와이어(56)로 물 공급부(10)의 수면에 부상되는 부유(51)로 연동하는 플로트밸브장치(50)의 조작간(57)과 연결시켜 수면의 수위에 따라 게이트(52)의 개폐를 제어하도록 구성함을 특징으로 하는 소수력발전장치.
제 2항에 있어서,
상기 물 공급부(10)의 수면위로 돌출되게 설치프레임 또는 댐(100)을 구성하고 상기 수면위로 돌출된 설치프레임 또는 댐(100)에 수력터빈(20)을 구성함과,

상기 수면위로 구성되는 수력터빈(20)에 구성된 호퍼(11)에 물을 공급하기 위하여 호퍼(11)에 체결되고 수중으로 일정 깊이 잠수되는 기역자형상의 물흡입관(14)과,

상기 물흡입관(14)을 관통하여 외부로 노출된 단부와, 터빈날개(21)의 출력축(24)에 체결되는 피니언(26)과 밸트(27)를 분리되게 밀폐된 상태로 외부공기를 차단하는 분리관(15)으로 구성됨을 특징으로 하는 소수력발전장치.
제 2항에 있어서,
상기 수면위로 구성된 호퍼(11)의 입구와 체결되고 수중으로 일정 깊이 잠수되도록 기역자 형상으로 이루어지는 물흡입관(14)을 구성시켜 물을 호퍼(11)로 공급하도록 함과,

상기 물흡입관(14)내로 구성된 터빈날개(21)의 출력축(24) 보호관(25)에 구성되는 출력축(24)을 상기 물흡입관(14)내로 관통시킨 출력축(24)과 연동하여 발전기(30)를 직열로 연결구성함을 특징으로 하는 소수력발전장치.
제 2항에 있어서,
상기 수력터빈(20)이 얻처지는 설치프레임(100)에 힌지 구성되어 연동되는 부유(51)의 승하강으로 승하강 연동하는 개폐키(61),
상기 개폐키(61)로 단속되는 랙기어(62)를 랙레일(63)에서 슬라이드 안내되고 랙레일(63) 또는 고정부와 스프링(64)으로 탄축 구성되어 전,후진함과,

상기 랙기어(62)를 와이어(56)로 연결하여 게이트(52)를 연동하도록 구성되는 플로트밸브장치(50)로 구성함을 특징으로 하는 소수력발전장치.
제 2항에 있어서,
상기 플로트밸브장치(50)의 게이트(52) 외부로 노출된 연동축(54)에 조작레버(55)와 게이트(52)를 단속하기 위한 일방향랫크장치(59) 또는 부구(58)를 구성시켜 게이트(52)를 단속하도록 구성됨을 특징으로 하는 소수력발전장치.