KR101143453B1 - 소수력 발전기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수력 발전기에 관한 것으로서, 수로상에 설치되며, 회전축과 상기 회전축의 동심원상에 복수의 날개판이 등간격마다 배치된 수차의 회전력을 동력으로 발전하는 소수력 발전기에 있어서, 상기 회전축과 상기 날개판의 사이에 배치되는 동심격벽; 상기 동심격벽을 등분하도록 상기 회전축을 구심점으로 방사상으로 배치된 방사격벽; 상기 동심격벽 및 상기 방사격벽으로 이루어진 공간을 밀폐하도록 상기 격벽들로 이루어진 공간의 측방향 양단에 부착되는 측판; 및 상기 동심격벽, 상기 방사격벽 및 상기 측판으로 이루어진 밀폐공간에 물을 주입할 수 있도록 상기 측판에 구비되는 주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

소수력 발전기{Power generator using flowing water}
본 발명은, 수로상에 설치되며, 회전축과 상기 회전축의 동심원상에 복수의 날개판이 등간격마다 배치된 수차의 회전력을 동력으로 발전하는 소수력 발전기에 있어서, 상기 회전축과 상기 날개판의 사이에 배치되는 동심격벽; 상기 동심격벽을 등분하도록 상기 회전축을 구심점으로 방사상으로 배치된 방사격벽; 상기 동심격벽 및 상기 방사격벽으로 이루어진 공간을 밀폐하도록 상기 격벽들로 이루어진 공간의 측방향 양단에 부착되는 측판; 및 상기 동심격벽, 상기 방사격벽 및 상기 측판으로 이루어진 밀폐공간에 물을 주입할 수 있도록 상기 측판에 구비되는 주입구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전기에 관한 것이다.
현대사회의 문명을 이용하고 누리기 위해서는 이른바 전기 에너지의 힘을 빌리지 않으면 안되는 상황이 대부분이다. 그러나, 전기 에너지의 대부분이 화석연료, 즉 석탄 및 석유를 태워 증기터빈을 돌려 얻는 화력발전에 의지하고 있는 것이 현실이다. 그러나 화석연료는 그 매장량이 한정적이고 또한 화석연료를 태울 때 발생되는 이산화탄소 등으로 인한 환경오염 및 지구온난화 등의 문제가 항상 대두되어 왔다.
따라서 이와 같은 화석연료의 대체 에너지로서 태양에너지, 원자력에너지, 수력에너지, 조력에너지 등에 대한 연구가 진행되어 왔으나, 이 중 원자력에너지는 방사능 오염 폐기물 처리에 따른 고비용 문제 및 방사능 누출등의 원전사고 등의 문제가 있고, 또한, 위에 언급한 원자력에너지 및 수력 에너지, 조력 에너지는 국가단위의 큰 사업 규모 및 지형적 제한의 문제가 있었다.
그러나, 전기 에너지를 필요로 하는 다수의 수요는 가정, 업소, 농업 등의 소 전력을 필요로 하는 곳이 대부분이므로, 이 수요에 맞는 발전방식으로 태양열 에너지가 대두되게 되었다. 그러나, 이러한 태양열 에너지 역시 해가 떠 있는 낮시간동안만 사용 가능한 한계가 있었으며, 날씨가 흐리거나 태양이 구름에 가릴 경우 발전효율이 떨어지는 문제가 있었다. 따라서, 위에 언급된 문제들을 해결하고자 화석 연료를 사용하지 않고, 유해물을 배출할 위험이 없으며, 날씨의 변화에 크게 영향이 없는 발전형태가 필요하게 되었다.
전술한 여러 문제들을 해결하기 위한 방법 중 하나로서 소수력 발전기가 주목받게 되었다. 소수력 발전기는 댐을 설치할 필요가 없이 하천, 개울 등 수로의 도중에 수차를 설치하여 전기 에너지를 생산하는 발전방식으로서, 극심한 가뭄이 지속되는 경우를 제외하고 비교적 안정적인 전력 생산이 가능한 방법이다.
그러나, 이러한 소수력 발전기의 경우에도 유량 및 유속이 항시 일정하지 않아 발전효율이 떨어지는 문제가 있었다. 이 경우 발전기에서 생산해내는 전기 에너지의 양이 불규칙하여 전기에너지의 효율적인 사용에 많은 제약이 있었다.
따라서, 시시각각 변하는 유량 및 유속의 한계를 극복하고자 종래에는 도 3의 종래의 소수력 발전기의 수차의 단면도에 도시된 바와 같이, 회전형 수차(1)의 대칭되는 곳에 관성추(2)를 결속하여 수차의 회전관성력을 크게 함으로써 이러한 문제를 해결하였다. 이 경우 유량 및 유속이 과도하게 급변하지 않는 이상 관성추(2)에 의한 회전관성력으로 어느 정도의 유량 및 유속 변화는 해결 가능하게 되었다.
그러나, 종래의 기술 역시 제작시 관성추를 결속해 완성품을 제작함으로써 이동 및 설치에 많은 노력이 필요하였으며, 또한 수차가 설치되는 장소에 따라 유량 및 유속이 다르고, 하나의 장소에도 계절에 따라 기준으로 삼을 유량 및 유속이 변하여서, 기준이 되는 유량 및 유속에 맞는 관성추의 무게가 세팅되어야 하는데 이를 원활히 교체하지 못하는 단점이 있었다.
따라서, 수차가 설치되는 장소 및 계절 등 환경 요건에 따라 관성추의 무게 조절이 가능한 수차를 가지는 소수력 발전기가 필요하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 밀폐공간에 물을 채워 관성추의 역할을 하게 함으로써, 제작 설치시 관성추를 매달 필요가 없으므로 무게가 가벼워 이동 및 설치가 용이한 소수력 발전기를 제공하는것이다.
본 발명의 다른 목적은, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 각 밀폐공간을 모두 채우지 않고 대칭되는 위치의 밀폐공간을 순차적으로 채워 수차(200)의 밸런스 및 관성추의 무게를 조정함으로써 계절의 변화 또는 설치 장소에 맞는 관성추의 무게를 용이하게 적용할 수 있는 소수력 발전기를 제공하는것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 각 부품을 현장에서 조립하여 설치가 가능하므로 운송수단의 선택에 있어서 선택의 폭이 넓은 소수력 발전기를 제공하는것이다.
본 발명의 소수력 발전기는, 수로상에 설치되며, 회전축(100)과 상기 회전축(100)의 동심원상에 복수의 날개판(250)이 등간격마다 배치된 수차(200)의 회전력을 동력으로 발전하는 소수력 발전기에 있어서, 상기 회전축(100)과 상기 날개판(250)의 사이에 배치되는 동심격벽(220); 상기 동심격벽(220)을 등분하도록 상기 회전축(100)을 구심점으로 방사상으로 배치된 방사격벽(230); 상기 동심격벽(220) 및 상기 방사격벽(230)으로 이루어진 공간을 밀폐하도록 상기 격벽들로 이루어진 공간의 측방향 양단에 부착되는 측판(240); 및 상기 동심격벽(220), 상기 방사격벽(230) 및 상기 측판(240)으로 이루어진 밀폐공간에 물을 주입할 수 있도록 상기 측판(240)에 구비되는 주입구(241)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 소수력 발전기는, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 밀폐공간에 물을 채워 관성추의 역할을 하게 함으로써, 제작 설치시 관성추를 매달 필요가 없으므로 무게가 가벼워 이동 및 설치가 용이한 효과가 있다.
또한 본 발명의 소수력 발전기는, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 각 밀폐공간을 모두 채우지 않고 대칭되는 위치의 밀폐공간을 순차적으로 채워 수차(200)의 밸런스 및 관성추의 무게를 조정함으로써 계절의 변화 또는 설치 장소에 맞는 관성추의 무게를 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 소수력 발전기는, 각 부품을 현장에서 조립하여 설치가 가능하므로 운송수단의 선택에 있어서 선택의 폭이 넓은 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기의 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기의 수차의 단면도.
도 3 은 종래의 소수력 발전기의 수차의 단면도.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기의 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기의 수차의 단면도이고, 도 3 은 종래의 소수력 발전기의 수차의 단면도이다.
볼 발명의 실시예에 따른 소수력 발전기는 도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이 회전축(100), 가이드(210), 동심격벽(220), 방사격벽(230), 측판(240), 날개판(250)으로 이루어져 있다.
회전축(100)은 통상적으로 사용하는 원기둥형태의 것으로서, 수차(200)가 최종적으로 장착되고, 수차(200)의 회전력을 발전기(300)에 전달하여 전기 에너지를 생산할 수 있도록 하는 구동축 및 수차(200)의 지지대 역할을 한다.
회전축(100)의 양단은 받침대(110)에 연결되어 회전운동을 할 수 있도록 하며, 회전축(100)의 중간부에 수차(200)의 가이드(210)가 고정 장착된다. 한편 회전축(100)의 양단 중 어느 한쪽 단에는 발전기(300)의 모터축과 연결될 수 있도록 풀리(120)가 구비되어 있으며, 풀리(120)에 연결된 벨트(121)를 통해 발전기(300)의 모터축을 회전시켜 전기에너지를 생성할 수 있도록 한다. 그러나 풀리(120)와 벨트(121)의 형태로 연결되지 않고, 기어, 체인 등에 의한 연결 역시 가능하다. 또한 회전축(100)이 직접 발전기(300)의 모터축과 직결되는 형태 역시 가능하며, 회전축(100)의 회전력이 발전기(300)의 모터축에 전달되어 전기에너지를 생성할 수 있는 형태이면 어느것이든 가능함은 물론이다.
수차(200)는 회전축(100)의 중간부에 끼워져 고정 장착되어서 물의 위치에너지 또는 운동에너지를 회전에너지로 바꾸어 회전축(100)에 전달하는 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 수차(200)는 가이드(210), 동심격벽(220), 방사격벽(230), 측판(240), 날개판(250)으로 구성되어 있다.
이를 좀 더 자세히 살펴보면, 가이드(210)는 수차(200)의 중심부에 위치하며, 내주연이 회전축(100)의 외주연과 밀착되어 견고하게 고정된다. 가이드(210)는 수차(200)의 방사격벽(230)이 등간격으로 장착되는 고정부재로서의 역할 및 수차(200)의 회전력을 회전축(100)에 전달하는 동력 전달부재로서의 역할을 한다.
동심격벽(220)은 회전축(100)과 날개판(250) 사이에 배치되며, 회전축(100)의 동심원상에 회전축(100)과 거리를 두도록 띠형의 격벽이 배치되어 원통형의 형상을 이룬다. 동심격벽(220)은 하술할 방사격벽(230)과 결합하여 물을 가둘 수 있도록 공간을 형성한다.
방사격벽(230)은 판형으로 제작되며, 회전축(100)을 구심점으로 복수개가 방사형으로 등간격을 이루도록 배치되어서 일단이 가이드(210)에 장착 고정된다. 방사격벽(230)은 회전축(100)과 동심을 이루도록 배치된 동심격벽(220)을 등분하여 공간을 형성한다.
측판(240)은 동심격벽(220)과 방사격벽(230)으로 이루어진 공간을 밀폐할 수 있도록 격벽들로 이루어진 공간의 측방향 양단에 부착되며, 동심격벽(220) 방사격벽(230) 측판(240)으로 이루어진 밀폐공간에 물을 주입하여 관성추의 역할을 할 수 있도록 일측에 주입구(241)가 구비된다.
한편, 측판(240)은 동심격벽(220)과 방사격벽(230)으로 이루어진 공간 중, 회전축(100)을 중심으로 서로 대칭된 위치에 있는 공간을 선택적으로 밀폐할 수도 있으며, 이 경우 측판(240)에 의해 밀폐되지 않은 공간은 측면으로부터 관통된 형상을 가진다.
날개판(250)은 방사격벽(230)의 타단에 고정되거나 회전축(100)을 기준으로 최외곽에 배치되는 동심격벽(220)에 등간격으로 고정되어서, 물의 운동에너지 또는 위치에너지를 전달하는 역할을 하며, 각 날개판(250)의 사이를 측판(240)이 연결하고 있는 형태를 도시하였으나 이에 한정하지 않고, 측판(240)이 연결되지 않은 채 날개판(250)만이 있는 형태, 삼각측판(240)의 형태, 버킷(Bucket)의 형태 등 여러 형태가 가능하며, 물의 위치에너지 또는 운동에너지를 직접 받아 수차(200)에 전달하는 구조이면 어느것이든 가능함은 물론이다.
한편, 관성추가 적용된 수차(200)는 정지상태에서 역시 관성력이 적용되고 있으므로, 서서히 가속하여 원활한 회전관성을 얻을 수 있기까지 시간이 걸린다. 이 시간동안 충분한 회전력을 얻지 못해 발전효율이 저하될 수 있으므로, 회전축(100)의 일단에는 정지상태의 수차(200)를 회전관성력이 발생하도록 초기 구동해주는 전동모터(미도시) 또는 수동핸들(미도시) 등의 초기구동장치가 더 포함되어 구성될 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 소수력 발전기의 사용 상태를 살펴보면, 밀폐공간이 비어있는 수차(200)를 설치장소로 용이하게 이동하여 회전축(100) 및 받침대(110)와 결합하고, 발전기(300) 등 각 고정부를 연결한 후, 물의 유량 및 유속을 판단하여 밀폐공간의 주입구(241)를 열고 물을 주입하여 관성추의 역할을 하도록 한다.
이때 물이 유량 및 유속에 맞게 밀폐공간을 상하 좌우 대칭되게 한쌍씩 물을 주입하며, 모든 밀폐공간에 물을 주입할 필요는 없다.
예를들어, 여름에는 유량이 풍부하고 겨울에는 유량이 부족해지는 우리나라의 기후의 경우 여름에는 각 밀폐공간에 물을 가득 채워넣고 겨울에는 대칭을 이루는 복수쌍의 밀폐공간에서 물을 빼내에 회전관성력을 조절할 수 있도록 한다.
이때 회전축(100)을 기준으로 먼 곳의 밀폐공간부터 물을 채워나가는 것이 회전 관성력을 크게 받을 수 있으나, 상황에 맞게 가까운 곳의 밀폐공간부터 물을 채울 수도 있으며, 본 발명에서 그 순서를 제한하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 소수력 발전기는 공장에서 물을 채우지 않은 상태로 조립이 완료된 수차(200)를 설치장소까지 이동하여 설치할 수도 있지만, 각 부품들을 현장까지 운송하여 현장에서 조립하여 설치할 수도 있다. 따라서 커다란 수차(200)를 필요로 하는 경우, 이를 운송하기 위한 대형트럭이 필요치 않으므로 운송비 절감의 효과가 있으며, 또한, 대형트럭이 진입하지 못하는 좁은 길을 소형트럭으로 운송할 수 있으므로 설치장소까지의 운송수단의 선택의 폭이 넓은 효과가 있다.
이와같이 본 발명의 소수력 발전기는, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 밀페공간에 물을 채워 관성추의 역할을 하게 함으로써, 제작 설치시 관성추를 매달 필요가 없으므로 무게가 가벼워 이동 및 설치가 용이한 효과가 있으며,
또한 본 발명의 소수력 발전기는, 동심격벽(220), 방사격벽(230) 및 측판(240)으로 이루어진 각 밀폐공간을 모두 채우지 않고 대칭되는 위치의 밀폐공간을 순차적으로 채워 수차(200)의 밸런스 및 관성추의 무게를 조정함으로써 계절의 변화 또는 설치장소에 맞는 관성추의 무게를 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 소수력 발전기는, 각 부품을 현장에서 조립하여 설치가 가능하므로 운송수단의 선택에 있어서 선택의 폭이 넓은 효과가 있다.
100 : 회전축 110 : 받침대
120 : 풀리 121 : 벨트
200 : 수차 210 : 가이드
220 : 동심격벽 230 : 방사격벽
240 : 측판 241 : 주입구
250 : 날개판 300 : 발전기

Claims (4)

  1. 수로상에 설치되며, 회전축(100)과 상기 회전축(100)의 동심원상에 복수의 날개판(250)이 등간격마다 배치된 수차(200)의 회전력을 동력으로 발전하는 소수력 발전기에 있어서,
    상기 회전축(100)과 상기 날개판(250)의 사이에 배치되는 동심격벽(220);
    상기 동심격벽(220)을 등분하도록 상기 회전축(100)을 구심점으로 방사상으로 배치된 방사격벽(230);
    상기 동심격벽(220) 및 상기 방사격벽(230)으로 이루어진 공간을 밀폐하도록 상기 격벽들로 이루어진 공간의 측방향 양단에 부착되는 측판(240); 및
    상기 동심격벽(220), 상기 방사격벽(230) 및 상기 측판(240)으로 이루어진 밀폐공간에 물을 주입할 수 있도록 상기 측판(240)에 구비되는 주입구(241);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동심격벽(220)은, 회전축(100)의 동심원상에 회전축(100)과 거리를 두도록 띠 형의 격벽이 배치되어서 원통형의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 소수력 발전기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방사격벽(230)은, 판형으로 제작되어 복수개가 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측판(240)은, 상기 동심격벽(220) 및 상기 방사격벽(230)이 결합되어 이루는 공간 중, 상기 회전축(100)을 중심으로 서로 대칭이 되는 위치의 공간을 선택적으로 밀폐하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전기.
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