KR101195082B1 - 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 통유관과, 통유관의 중심에 배치되는 중심축 및 상기 중심축의 둘레에 구비되는 다수개의 블레이드를 포함하여 이루어지며 통유관내를 유동하는 용수에 의해 회전되는 회전유닛과, 통유관의 앞부분에 배치되어 상기 통유관으로 유입되는 용수의 흐름을 조절함으로써 상기 회전유닛의 회전효율을 높이는 가이드유닛과, 회전유닛으로부터 발생되는 구동력을 발전기로 전달하기 위한 동력인가수단을 포함하여 이루어진다.
상기 회전유닛은 상기 통유관 내에서 각 블레이드의 외곽을 둘러서 감싸는 형태로 구성되어 블레이드와 함께 회전되는 회전드럼과, 통유관의 내면과 회전유닛의 회전드럼 외면 사이에 개재되어 통유관과 회전드럼의 직접 마찰을 방지하는 슬리브베어링를 포함하여 이루어진다.
상기 가이드유닛은 회전유닛의 통유관과 연결되는 가이드관과, 가이드관의 내에서 회전유닛의 중심축과 정렬되는 센터보스와, 센터보스의 둘레에서 가이드관의 내면으로 이어지도록 구성되며, 회전유닛의 블레이드의 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 기울기가 형성되는 다수개의 가이드핀으로 이루어진다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 소수력 발전장치에 따르면, 가이드유닛에 의해 용수의 흐름이 조절되어 발전효율이 향상될 뿐만 아니라, 회전유닛 및 가이드유닛을 비롯한 각각의 구성요소가 분리 가능하게 구성된 용이하게 유지관리가 용이하다는 이점이 있다.

Description

소수력 발전장치{Powerplant system}

본 발명은 정수처리장 및 하수처리장과 같은 수처리 시설 및 소하천 등에서 용수를 활용하여 발전작용을 수행하는 소수력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 수력발전설비는 물의 흐름에 따른 낙차현상을 이용하여 발전을 행하는 것으로서, 규모에 따라 하천의 댐에 구성되는 이른바 대수력 발전설비와, 소하천과 농수로 및 각종 수처리시설 등에 구성되는 소수력 발전설비로 구분될 수 있다.

여기서, 대수력 발전설비는 발전용량은 크지만, 대규모의 댐과 함께 구성되어야 하므로 시설 가능 지역이 극히 제한적이다.

반면에 소수력 발전설비는 대수력 발전설비와 달리 주변 자연환경에 대하여 큰 영향을 미치지 않으며, 구성이 비교적 간단하기 때문에 친환경 에너지원으로서 새롭게 주목받고 있다.

종래의 소수력 발전설비는, 수처리 시설에 갖추어진 것을 예로 들어 설명하자면, 도 1에 나타난 것과 같이 집수정(10)으로부터 하향 경사지게 이어지는 용수배출관(12)상에 배치된 발전터어빈(20) 및 발전장치(22) 등을 포함하여 이루어져 있다.

발전장치(22)는 용수의 수력에 의해 회전되는 발전터어빈(20)에 연결되어 가동됨으로써 전류를 생성하는 것으로서 회전자 및 회전자와 상호 작용하는 고정자 등을 포함하여 이루어져 있다.

이와 같은 종래의 소수력 발전설비에 의하면 집수정(10)에서 용수배출관(12)을 통해 유동되는 용수의 수력에 의하여 발전터어빈(20)이 회전하게 되고, 발전장치(22)가 발전터어빈(20)에 의해 가동됨으로써 발전장치(22)에서 전류가 생성되는 것이다.

한편, 소수력 발전설비의 발전량은 용수의 유동량과 용수흐름의 낙차 등의 요인에 의해 좌우되는 반면, 수처리시설 및 소하천에서의 용수 유동량은 제한적일 수 밖에 없으며, 특히 수처리시설에서의 용수배출관(12)은 수처리시설 본래의 목적에 부합되는 범위를 벗어나도록 변형될 수 없기 때문에 고정된 것이라고 볼 수 있다.

즉, 수처리시설에서의 소수력 발전설비는 수처리시설의 고유목적을 저해하지 않는 한도내에서 그 구성이 이루어지는 만큼, 제한된 조건하에서 최대한의 발전효율을 이끌어내는 것이 중요하다고 볼 수 있다.

그러나, 종래기술은 단순히 용수의 흐름을 그대로 받아서 발전작용을 행할 뿐이며, 발전효율에 관련된 특별한 구성이 없기 때문에 발전효율을 효과적으로 높일 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 정수처리장과 같은 수처리시설 및 소하천에서 용수의 흐름을 유도하여 높은 발전효율을 얻을 수 있는 소수력 발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 통유관과, 상기 통유관의 중심에 배치되는 중심축 및 상기 중심축의 둘레에 구비되는 다수개의 블레이드를 포함하여 이루어지며 통유관내를 유동하는 용수에 의해 회전되는 회전유닛과, 상기 통유관의 앞부분에 배치되어 상기 통유관으로 유입되는 용수의 흐름을 조절함으로써 상기 회전유닛의 회전효율을 높이는 가이드유닛과, 상기 회전유닛으로부터 발생되는 구동력을 발전기로 전달하기 위한 동력인가수단을 포함하여 이루어진다.

상기 회전유닛은 상기 통유관 내에서 각 블레이드의 외곽을 둘러서 감싸는 형태로 구성되어 블레이드와 함께 회전되는 회전드럼을 포함하여 이루어진다.

상기 회전드럼은 다수개의 통수홀이 형성된 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명에 따른 소수력 발전장치는 상기 통유관의 내면과 상기 회전유닛의 회전드럼 외면 사이에 개재되어 통유관과 회전드럼의 직접 마찰을 방지하는 슬리브베어링을 포함하여 이루어진다.

상기 가이드유닛은, 상기 회전유닛의 통유관과 연결되는 가이드관과, 상기 가이드관의 내에서 회전유닛의 중심축과 정렬되도록 배치된 센터보스와, 상기 센터보스의 둘레에서 가이드관의 내면으로 이어지도록 구성되며, 상기 회전유닛의 블레이드에 가해지는 용수의 충격이 증대되도록 블레이드의 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 기울기가 형성되는 다수개의 가이드핀(guide fin)을 포함하여 이루어진다.

상기 회전유닛의 중심축과 가이드유닛의 센터보스는 직경이 서로 동일하게 이루어진다.

상기 가이드유닛의 가이드핀은 그 표면을 타고 흐르는 용수의 유속이 빨라지도록 횡단면이 유선형으로 이루어진다.

상기 동력인가수단은 상기 통유관과 연결되어 통유관으로부터 유동되는 용수의 흐름이 내부를 통하여 연속되도록 하며, 내부에 용수가 침투되지 않는 챔버가 구성된 관형태의 하우징과, 상기 하우징에 회전 가능하게 장착되어 앞선단이 회전유닛의 중심축과 연결되며 후선단이 상기 하우징의 챔버로 이어지는 회전축과, 상기 하우징의 챔버내에서 회전축으로부터 회전력을 인가받아서 발전기로 전달하는 전달기구를 포함하여 이루어진다.

상기 하우징은 상면이 개방된 형태로 이루어지고, 상기 챔버는 하우징의 개방된 상면을 통해 내부가 하우징의 외부와 연통되도록 이루어지며, 상기 하우징의 내에는 상기 챔버의 주위로 용수의 유동이 가능한 간극이 형성된다.

상기 하우징내에는 상기 챔버에서 상기 회전유닛의 중심축으로 이어지는 연결관이 구성되며, 상기 회전축은 상기 연결관을 통과하여 상기 회전유닛의 중심축과 연결되며, 상기 회전축은 상기 연결관내에 구비된 다수개의 베어링에 의해 지지되며, 상기 회전유닛의 중심축의 내부에는 장착공간이 마련되고, 상기 장착공간내에는 통유관내의 용수가 연결관으로 유입되지 않도록 하는 메카니컬실이 구성된다.

상기 연결관내에는 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 충진되며, 본 발명은 상기 연결관 내부로 용수가 유입되는 누수(漏水)현상 및 상기 연결관 내에 충진된 윤활유가 외부로 누설되는 누유(漏油)현상을 감지할 수 있는 복합센싱수단을 포함하여 이루어진다.

상기 복합센싱수단은 상기 연결관내에서 윤활유의 최저충진수위와 동일한 높이로 배치되는 저위(低位)센서와, 상기 연결관내에서 상기 저위센서 보다 상대적으로 높은 위치에 배치되는 고위(高位)센서와, 상기 저위센서와 고위센서에 의해 센싱되는 수위를 분석하여 이상상황의 발생여부를 판단하는 연산장치와, 상기 연산장치에 의해 이상상황의 발생으로 판단되는 경우 경고신호를 발생하는 경고장치를 포함하여 이루어진다.

상기 전달기구는 챔버내에서 회전축의 후선단에 분리 가능하게 장착되는 구동풀리와, 발전기의 가동축에 장착되는 종동풀리와, 상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트와, 상기 구동풀리와 일단이 분리 가능하게 결합되고, 타단이 챔버에 회전가능하게 지지되어 회전축의 만곡을 방지하는 보조회전축을 포함하여 이루어진다.

상기 챔버는 일측벽면에 관통홀이 형성된 구조로서, 상기 관통홀에 이탈 가능하게 끼워지는 마개판을 포함하여 이루어지며, 상기 보조회전축의 타단은 상기 마개판에 의해 지지된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 소수력 발전장치에 따르면, 가이드유닛에 의해 용수의 흐름이 조절되어 발전효율이 향상될 뿐만 아니라, 회전유닛 및 가이드유닛을 비롯한 각각의 구성요소가 분리 가능하게 구성되므로 유지관리가 용이하다는 이점이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 소수력 발전설비의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 소수력 발전장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 소수력 발전장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 소수력 발전장치를 나타낸 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서 연결관 내부가 정상적으로 유지되는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서 연결관 내부로 용수가 유입된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5c는 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서 연결관 내부의 윤활유가 누설된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서 구동풀리의 교체를 위한 분해상태를 나타낸 예시단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도 2부터 도 6 까지 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 소수력 발전장치는 도 2와 도 3 및 도 4에 나타난 것과 같이, 용수가 유입되는 통유관(30)과, 상기 통유관(30)내를 유동하는 용수에 의해 회전되는 회전유닛(40)과, 상기 통유관(30)의 앞부분에 배치되어 상기 통유관(30)으로 유입되는 용수의 흐름을 조절함으로써 상기 회전유닛(40)의 회전효율을 높이는 가이드유닛(50)과, 상기 회전유닛(40)으로부터 발생되는 구동력을 발전기(80)로 전달하기 위한 동력인가수단을 포함하여 이루어진다.

상기 회전유닛(40)은 통유관(30)내에서 회전 가능하게 지지되는 중심축(42) 및 중심축(42)의 둘레에 배치되는 다수개의 블레이드(44)와, 상기 각 블레이드(44)의 외곽을 둘러서 감싸는 회전드럼(46)과, 상기 회전드럼(46)의 외면과 통유관(30)의 내면 사이에 개재되는 슬리브베어링(32)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 회전드럼(46)은 다수개의 통수홀(46a)이 구비된 형태로 이루어지며, 상기 슬리브베어링(32)은 테프론 등의 윤활성있는 비금속 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 통유관(30)에 분리 가능하게 고정된다.

상기 가이드유닛(50)은 상기 회전유닛(40)의 통유관(30)과 연결되는 가이드관(52)과, 상기 가이드관(52)의 축중심에 배치된 센터보스(54)와, 상기 센터보스(54)의 둘레에서 가이드관(52)의 내면으로 이어지도록 구성되는 다수개의 가이드핀(guide fin)(56)으로 이루어진다.

상기 가이드핀(56)은 용수의 흐름을 유도하여 상기 회전유닛(40)의 블레이드(44)에 가해지는 용수의 충격이 증대되도록 블레이드(44)의 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 기울기가 형성되며, 그 표면을 타고 흐르는 용수의 유속이 빨라지도록 횡단면이 유선형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 회전유닛(40)의 회전드럼(46)과 가이드유닛(50)의 가이드관(52)은 서로 동일한 직경으로 구성되며, 상기 회전유닛(40)의 중심축(42)과 가이드유닛(50)의 센터보스(54)는 역시 직경이 서로 동일하게 이루어지는데, 상기 중심축(42)과 센터보스(54)의 직경은 회전드럼(46) 및 가이드관(52) 내경의 1/2 이상 1/1.5 이하가 되도록 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중심축(42) 및 센터보스(54)의 직경이 회전드럼(46) 및 가이드관(52)의 직경에 대해 일정 비율 범위내에서 설정되도록 한 것은 용수의 흐름이 에너지효율이 낮은 중심 측으로 불필요하게 유도되지 않고 외곽측으로 유도되도록 하기 위한 것이다.

상기 동력인가수단은, 그 내부에 용수가 침투되지 않는 챔버(62)가 구성된 하우징(60)과, 상기 하우징(60)에 회전 가능하게 장착되어 회전유닛(40)과 함께 회전되는 회전축(70)과, 상기 회전축(70)으로부터 회전력을 인가받아서 발전기(80)로 전달하는 전달기구를 포함하여 이루어진다.(도 4 참조)

상기 하우징(60)은 상기 통유관(30)과 연결되어 통유관(30)으로부터 유동되는 용수의 흐름이 내부를 통하여 연속되도록 하는 관형태로서, 상면이 개방된 형태로 이루어진다.

상기 챔버(62)는 하우징(60)의 개방된 상면을 통해 그 내부가 하우징(60)의 외부와 연통되도록 이루어진다.

즉, 챔버(62) 역시 상면이 개방된 형태로 이루어지며, 챔버(62)의 개방된 상면이 하우징(60)의 개방된 상면과 일치되도록 구성됨으로써 챔버(62)의 내부가 하우징(60)의 외부로 개방되는 것이다.

또한, 챔버(62)를 감싸는 하우징(60)의 일정구간은 타부위보다 직경이 크게 이루어짐으로써 하우징(60)의 내부에 챔버(62)의 주위로 용수의 유동이 가능한 간극이 형성된다.

그리고, 상기 회전축(70)은 그 앞선단(701)이 회전유닛(40)의 중심축(42)과 연결되며 후선단(702)이 상기 하우징(60)의 챔버(62) 내부로 이어지도록 구성된다.

상기 하우징(60)내에는 상기 챔버(62)에서 상기 회전유닛(40)의 중심축(42)으로 이어지는 연결관(64)이 구성되며, 상기 회전축(70)은 상기 연결관(64)을 통과하여 상기 회전유닛(40)의 중심축(42)과 연결된다.

상기 회전축(70)은 상기 연결관(64)내에 앞뒤로 일정 간격을 두고 구비된 한쌍의 베어링(65)(65')에 의해 지지되며, 상기 양 베어링(65)(65') 사이에는 윤활유가 충진되고, 연결관(64)의 후단측(챔버 내부측)에는 윤활유의 누설을 막는 실링커버(68)가 장착된다.

여기서, 상기 회전축(70)의 앞선단(701)은 회전유닛(40)의 중심축(42) 내부로 삽입되어 중심축(42)과 스플라인(spline) 방식으로 연결된다.

상기 회전유닛(40)의 중심축(42)의 내부에는 상기 연결관(64)과 접하여 장착공간(42a)이 마련되고, 상기 장착공간(42a)내에는 연결관(64)으로부터 회전축(70)이 돌출된 구조상 연결관(64)과 회전축(70) 사이에 발생하게 되는 간극을 실링하는 메커니컬실(mechanical seal)(48)이 장착된다.

또한, 본 발명은 상기 연결관(64) 내부로 용수가 유입되는 누수(漏水)현상 및 상기 연결관(64) 내에 충진된 베어링 윤활유가 외부로 누설되는 누유(漏油)현상을 감지할 수 있는 복합센싱수단을 포함하여 이루어진다.

상기 복합센싱수단은 상기 연결관(64)의 앞선단에서 회전축(70)과 접하도록 형성된 센싱공간(64a)에 구비되는 누수센서(641) 및, 상기 연결관(64)내에 배치되는 저위(低位)센서(90)와 고위(高位)센서(92) 및, 상기 각 센서들에 의한 감지상태를 분석하여 이상상황의 발생여부를 판단하는 연산장치(미도시)와, 상기 연산장치에 의해 이상상황의 발생으로 판단되는 경우 경고신호를 발생하는 경고장치(미도시)로 이루어진다.

여기서, 상기 저위센서(90)는 전후 베어링(65)(65') 사이에서 윤활유의 최저충진수위와 동일한 높이로 배치되고, 상기 고위센서(92)는 양베어링(65)(65') 사이에서 상기 저위센서(90) 보다 상대적으로 높은 위치에 배치되는데, 윤활유의 최고충진높이와 동일한 높이로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 전달기구는 챔버(62)내에서 회전축(70)에 분리 가능하게 장착되는 구동풀리(72)와, 발전기(80)에 장착되는 종동풀리(74)와, 상기 구동풀리(72)와 종동풀리(74)를 연결하는 벨트(76) 및 회전축(70)의 만곡을 방지하기 위한 보조회전축(78)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 회전축(70)은 그 후선단(702)이 상기 챔버(62)내부의 중간정도에 까지만 이르는 길이로 이루어지고, 상기 보조회전축(78)의 일측단은 구동풀리(72)의 일측면에 나사결합 등에 의해 분리 가능하게 결합되며, 타측단은 챔버(62)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

상기 보조회전축(78)에 대한 챔버(62)의 지지구조는, 상기 챔버(62)의 일측벽면에 관통홀(62a)이 형성되고, 상기 관통홀(62a)에 마개판(66)이 이탈 가능하게 끼워지며, 상기 마개판(66)에 베어링(67)이 장착되어 보조회전축(78)을 지지하는 방식으로 이루어진다.

여기서, 상기 마개판(66)은 관통홀(62a)에 끼워지는 막음부(661)와, 상기 막음부(661)의 일측에 구성되어 챔버(62)의 외면과 결합됨으로써 관통홀(62a)을 차단하는 커버부(662)로 이루어지며, 상기 베어링(67)은 막음부(661)의 안쪽면에 장착된다.

상기 발전기(80)는 하우징(60)의 외부에 설치되는데, 발전기(80)의 설치 위치는 동력의 전달이 가능한 곳이라면 제약은 없으나, 하우징(60)의 상방에 지지되는 받침대(82)에 올려지는 형태로 설치될 수 있으며, 상기 벨트(76)는 챔버(62)의 개방된 상면을 통해 상기 종동풀리(74)와 연결된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 소수력 발전장치는 도 4에 나타난 것과 같이 가이드유닛(50)의 가이드관(52)의 앞선단이 수처리시설의 용수배출관(12) 등과 결합되고, 하우징(60)의 후선단 역시 용수배출관(12')과 연결되는 구조로 설치된다.

따라서, 용수배출관(12)으로부터 상기 가이드관(52)으로 유입된 용수는 센터보스(54)에 의해 가이드관(52)의 가장자리 측으로 분산되는 흐름을 갖게 됨과 더불어 상기 가이드핀(56)에 의해 가이드되어 회전유닛(40)의 블레이드(44)의 기울어진방향과 대향되도록 편향 유도된다.

즉, 용수의 흐름은 가이드유닛(50)을 통과하는 과정에서 상기 가이드핀(56)에 의해 블레이드(44)의 저항력이 최대가 되는 방향으로 형성되며, 가이드핀(56)의 표면을 따라 흐르는 과정에서 가이드핀(56)의 유선형 단면구조상 용수의 유속은 더욱 빨라지게 된다.

그리고, 가이드관(52)을 통과한 용수는 회전유닛(40)의 블레이드(44)와 부딪히게 됨으로써 블레이드(44)에 의해 저항력이 유발되고, 이에 의해 회전유닛(40)이 회전되는데, 이때 회전유닛(40)의 중심축(42)이 센터보스(54)와 동일한 직경으로 이루어진 특성상 에너지효율이 낮은 중심 측으로 불필요하게 용수의 흐름이 유도되지 않고 외곽측으로 유도되기 때문에 회전유닛(40)의 작동효율은 더욱 높아지게 된다.

한편, 회전유닛(40)의 회전과정에서 블레이드(44)는 용수의 흐름에 의해 유발되는 강한 충격을 불규칙하면서도 지속적으로 받게 되며, 이러한 충격은 용수의 흐름이 가이드유닛(50)에 의해 블레이드(44)의 외곽측으로 유도되는 특성상 블레이드(44)의 외곽측으로 가면서 더욱 강해지게 된다.

따라서, 상기 블레이드(44)의 외곽측 선단은 용수의 흐름으로 인해 매우 강한 충격을 받는 상태가 되나, 본 발명에 의하면 상기 블레이드(44)의 외곽을 회전드럼(46)이 감싸는 형태로 이루어지는 회전유닛(40)의 구조적인 특성상 각 블레이드(44)가 상기 회전드럼(46)에 의해서 견고하게 지지되기 때문에, 이 같이 용수의 흐름에 의해 블레이드(44)에 강한 충격이 지속적으로 가해지는 경우에도 블레이드(44)가 뒤틀리는 등의 현상이 발생하지 않게 된다.

더불어, 회전드럼(46)이 슬리브베어링(32)에 의하여 감싸지는 구조이기 때문에 금속재질로 이루어지는 회전드럼(46)과 통유관(30)이 직접 접하여 마찰되지 않고, 슬리브베어링(32)과 회전드럼(46)이 접하여 회전유닛(40)의 회전작동이 부드럽게 이루어지게 되며, 더욱이 회전드럼(46)내로 유입된 용수가 회전드럼(46)에 형성된 통수홀(46a)을 통해 회전드럼(46)과 슬리브베어링(32) 사이의 간극으로 유입되어 윤활액과 같은 역할을 함으로써 회전유닛(40)이 더욱 원활하게 회전된다.

회전유닛(40)이 회전하게 되면, 회전유닛(40)의 중심축(42)에 그 일단이 스플라인 연결된 회전축(70)이 회전하게 되고, 이에 따라 회전축(70)에 장착된 구동풀리(72)가 회전하게 되며, 구동풀리(72)와 벨트(76)에 의해 연결된 종동풀리(74) 가 회전하게 됨으로써 발전기(80)가 가동되어 발전작동이 이루어지게 된다.

회전유닛(40)을 통과한 용수는 하우징(60)으로 유입되고, 하우징(60) 내부에서 챔버(62)와의 사이에 형성된 간극을 통해 유동되어 하우징(60)의 외부로 배출된다.

한편, 구동풀리(72)와 종동풀리(74)가 벨트(76)에 의해 연결되는 전달기구의 특성상 벨트(76)의 장력에 의해 상시 상방으로 일정한 텐션을 받고 있는 상태가 되는데, 특히 용수량이 발전장치의 작동에 이르지 못하는 수량부족상태가 계속되는 등의 이유로 발전장치를 가동하지 않고 장기간 방치하게 되면, 회전축(70)이 멈추어 있는 상태에서 특정방향만으로 텐션이 가해지게 되므로, 미세하게 나마 회전축(70)이 일측으로 만곡되는 현상에 대한 우려가 있을 수 있다.

그러나, 본 발명에 의하면, 구동풀리(72)와 결합된 보조회전축(78)에 의해 회전축(70)의 일단이 보조회전축(78)에 의해 지지되는 것과 같은 구조를 이루기 때문에 회전축(70)이 멈춘상태에서 벨트(76)에 의한 텐션이 지속적으로 가해진다고 할 지라도 회전축(70)의 변형이 억제됨으로써, 만곡되는 현상이 발생하지 않게 된다.

그리고, 본 발명에 의하면, 상기 회전유닛(40)의 중심축(42)의 장착공간(42a)에는 메카니컬실(48)이 배치되므로, 용수가 통유관(30)의 내부로부터 하우징(60)으로 유동되는 과정에서 회전축(70)과 연결관(64) 사이의 간극을 통하여 연결관(64) 내부로 누수되는 현상이 적극적으로 방지된다고 볼 수 있다.

그러나, 장기간 사용으로 인해 메카니컬실(48)의 기능이 약화되어 용수가 연결관(64)내로 누수되는 경우에는 연결관(64)내에 충진된 윤활유가 희석되거나 변질됨으로써 베어링(65)(65')의 기능이 저하된다.

더불어, 실링커버(68)가 파손되는 등의 이유로 연결관(64)내에 충진된 윤활유가 누설되어 빠져나가 버리면 베어링(65)(65')의 기능이 급격히 약화된다.

따라서, 이러한 이상상황이 발생하면 회전축(70)의 회전작동이 원활하지 못하게 됨으로써 결과적으로 발전효율이 떨어지게 된다는 것을 예상할 수 있다.

그러나, 본 발명에 의하면 복합센싱수단에 의해 연결관(64) 내부로 용수가 유입되는 누수(漏水)현상 및 상기 연결관(64) 내에 충진된 윤활유가 외부로 누설되는 누유(漏油)현상을 감지함으로써 전달기구의 작동상태를 안정적으로 유지할 수 있게 되는데, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 용수 및 윤활유의 누설이 발생되지 않으면, 도 5a에 나타난 것과 같이 누수센서(641)에서 용수가 감지되지 않음은 물론, 윤활유는 저위센서(90)에 의해서만 감지되며, 연산장치에서는 이를 정상상황으로 판단하게 된다.

이때, 회전축(70)의 회전작동에 의해 연결관(64) 내에서 윤활유가 비산됨으로써 고위센서(92)에서도 윤활유가 감지될 수 있으나, 지속적으로 감지상태가 유지되는 것이 아니므로 연산장치에서는 고위센서(92)에 의한 윤활유의 감지빈도 등을 판단하여 정상상황으로 판단하게 된다.

그리고, 메카니컬실(48)의 기능 약화로 인해 도 5b에 나타난 것과 같이 연결관(64)측으로 용수가 누수되어 연결관(64)의 앞선단에 형성된 센싱공간(64a)으로 용수가 유입되면, 상기 센싱공간(64a)내에 구비된 누수센서(641)에 의해 용수가 감지되고, 연산장치에서는 이를 이른바 초기누수상황으로 판단하여 경고장치를 통해 초기누수상황 발생을 알리는 경고신호를 발생하게 된다.

따라서, 관리자는 상기 메카니컬실(48)을 개보수하는 등의 방법으로 초기누수상황에 따른 적절한 대처를 취함으로써 누수현상이 확대되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 이러한 초기누수상황에서는, 회전축의 작동에 즉각적인 큰 지장이 있는 것은 아니므로, 적절한 대처가 이루어질 때까지는 어느 정도 발전장치의 사용이 가능하다고 볼 수 있다.

계속해서, 초기누수상황에 대한 적절한 대처가 이루어지지 않아서, 용수가 연결관(64)내로 지속적으로 유입되어 수위가 높아짐으로써, 고위센서(92)에서도 액체(용수+윤활유)가 지속적으로 감지되면 연산장치에서는 이를 이른바 위험누수상황으로 판단하여 경고장치를 통해 위험누수상황의 발생을 알리는 경고신호를 발생하게 된다.

위험누수상황에서는 베어링(65)(65')의 작동이 원활하게 이루어지지 않아서 발전작동의 효율이 크게 저하될 뿐만 아니라 베어링(65)(65')의 훼손이 우려되므로 즉각적인 대처를 필요로 한다.

그리고, 윤활유가 누설되어 연결관(64)내 윤활유의 충진량이 최저치 이하가 되면, 도 5c에 나타난 것과 같이 저위센서(90)에 의해서도 윤활유가 감지되지 않기 때문에 연산장치에서는 이를 윤활유누설상황으로 판단하여 역시 경고장치를 통해 경고신호를 발생하게 된다.

윤활유의 누설상황에서도 역시 베어링(65)(65')의 작동이 매끄럽지 못하여 회전축(70)이 원활하게 회전되지 않기 때문에 즉각적인 대처를 필요로 한다.

더불어 본 발명에 의하면, 상기 가이드관(52)과 용수배출관(12)은 플랜지방식으로 분리 가능하게 연결되며, 상기 통유관(30)과 가이드유닛(50)의 가이드관(52) 및 통유관(30)과 하우징(60) 역시 용이하게 분리 가능한 플랜지 방식으로 연결된다.

이에 따라, 본 발명에 의하면 용수의 배출량이 감소되는 상황에 맞추어 용량이 다른 가이드유닛(50) 및 회전유닛(40)의 사용함으로써 용수의 배출량 변화에도 불구하고 발전량을 어느 정도 보상하는 것이 가능하게 된다.

즉, 하절기 등과 같이 용수의 배출량이 많은 시기를 기준으로 하여 크기가 큰 이른바 대용량의 가이드유닛(50) 및 회전유닛(40)을 사용하게 되고, 이를 용수의 배출량이 감소되는 동절기에도 그대로 유지하게 되면, 가이드유닛(50)에 의한 용수의 흐름조절 효과가 감소될 뿐만 아니라, 회전유닛(40)의 회전속도 역시 저하되므로 결과적으로 발전량 역시 크게 감소된다는 것을 예측할 수 있다.

그러나, 본 발명에 의하면 용수배출관(12)과 가이드관(52), 통유관(30)과 하우징(60)이 서로 분리 가능하게 연결된 특성상 용수의 배출량이 감소하는 시기에는 대용량의 가이드유닛(50)과 회전유닛(40)을 크기가 작은 소용량의 것으로 대체함으로써 용수의 배출량이 감소됨에도 불구하고 발전량이 감소되는 것을 어느 정도 보상할 수 있게 되는 것이다.

소용량의 가이드유닛과 회전유닛은 대용량 가이드유닛 및 회전유닛에 비해 전체적으로 크기가 작게 구성된 것으로서 어댑터관(미도시)을 이용하여 용수배출관 및 하우징과 연결하게 된다.

소용량의 회전유닛은 크기가 작은 만큼 중량부하가 작기 때문에 용수 배출량이 감소되어도 회전속도면에 있어서의 손실이 줄어들게 되며, 가이드유닛에 의한 용수의 흐름조절효과 역시 유지되기 때문에 상당한 정도로 발전량의 보전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 회전유닛(40)과 가이드유닛(50) 및 하우징(60)이 서로 분리 가능하게 구성되기 때문에 회전유닛(40)의 보수가 용이할 뿐만 아니라, 상기 구동풀리(72)가 파손되거나 하여 교체할 필요가 있는 경우에는 하우징(60)의 개방된 상면을 통하여 구동풀리(72)에 대한 보수작업을 수행할 수 있다.

여기서, 구동풀리(72)를 회전축(70)에서 분리하는 경우에는, 도 6에 나타난 것과 같이, 우선 하우징(60)의 후선단과 연결된 배관(12')을 분리하여 하우징(60)의 후방을 개방한 다음, 하우징(60)의 후방을 통해 챔버(62)에 부착된 마개판(66)을 챔버(62)로부터 탈거하여, 보조회전축(78)이 챔버(62)의 관통홀(62a)을 통과하여 움직일 수 있도록 관통홀(62a)을 개방하게 된다.

이어서, 구동풀리(72)와 보조회전축(78)의 결합을 해제한 다음, 보조회전축(78)을 관통홀(62a)측으로 움직여서 구동풀리(72)가 회전축(70)의 선단으로부터 이탈될 수 있는 간극을 마련한 상태에서, 구동풀리(72)를 회전축(70)으로부터 빼내어 분리하는 방식으로 구동풀리(72)를 교체할 수 있게 된다.

30: 통유관 32: 슬리브베어링
40: 회전유닛 42: 중심축
44: 블레이드 46: 회전드럼
46a: 통수홀 48: 메카니컬실
50: 가이드유닛 52: 가이드관
54: 센터보스 56: 가이드핀
60: 하우징 62: 챔버
64: 연결관 65: 베어링
66: 마개판 70: 회전축
72: 구동풀리 74: 종동풀리
76: 벨트 78: 보조회전축
90: 저위센서 92: 고위센서

Claims (14)

1. 통유관과,
   상기 통유관의 중심에 배치되는 중심축 및 상기 중심축의 둘레에 구비되는 다수개의 블레이드를 포함하여 이루어지며, 통유관내를 유동하는 용수에 의해 회전되는 회전유닛과,
   상기 통유관의 앞부분에 배치되어 상기 통유관으로 유입되는 용수의 흐름을 조절함으로써 상기 회전유닛의 회전효율을 높이는 가이드유닛과,
   상기 회전유닛으로부터 발생되는 구동력을 발전기로 전달하기 위한 동력인가수단을 포함하여 이루어지며,
   
   상기 회전유닛은
   상기 통유관 내에서 각 블레이드의 외곽을 둘러서 감싸는 형태로 구성되어 블레이드와 함께 회전되는 회전드럼을 포함하여 이루어지는 것
   을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전드럼은 다수개의 통수홀이 형성된 구조로 이루어지는 것
   을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 통유관의 내면과 상기 회전유닛의 회전드럼 외면 사이에 개재되어 통유관과 회전드럼의 직접 마찰을 방지하는 슬리브베어링
   를 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 가이드유닛은
   상기 회전유닛의 통유관과 연결되는 가이드관과,
   상기 가이드관의 내에서 회전유닛의 중심축과 정렬되도록 배치된 센터보스와,
   상기 센터보스의 둘레에서 가이드관의 내면으로 이어지도록 구성되며, 상기 회전유닛의 블레이드에 가해지는 용수의 충격이 증대되도록 블레이드의 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 기울기가 형성되는 다수개의 가이드핀(guide fin)
   을 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전유닛의 중심축과 가이드유닛의 센터보스는 직경이 서로 동일하게 이루어지는 것
   을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 가이드유닛의 가이드핀은 그 표면을 타고 흐르는 용수의 유속이 빨라지도록 횡단면이 유선형으로 이루어지는 것
   을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 동력인가수단은
   상기 통유관과 연결되어 통유관으로부터 유동되는 용수의 흐름이 내부를 통하여 연속되도록 하며, 내부에 용수가 침투되지 않는 챔버가 구성된 관형태의 하우징과,
   상기 하우징에 회전 가능하게 장착되어 앞선단이 회전유닛의 중심축과 연결되며 후선단이 상기 하우징의 챔버로 이어지는 회전축과,
   상기 하우징의 챔버내에서 회전축으로부터 회전력을 인가받아서 발전기로 전달하는 전달기구
   를 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 하우징은 상면이 개방된 형태로 이루어지고,
   상기 챔버는 하우징의 개방된 상면을 통해 내부가 하우징의 외부와 연통되도록 이루어지며,
   상기 하우징의 내에는 상기 챔버의 주위로 용수의 유동이 가능한 간극이 형성되는 것
   을 특징으로 하여 이루어지는 소수력 발전장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징내에는 상기 챔버에서 상기 회전유닛의 중심축으로 이어지는 연결관이 구성되며,
    상기 회전축은 상기 연결관을 통과하여 상기 회전유닛의 중심축과 연결되며,
    상기 회전축은 상기 연결관내에 구비된 베어링에 의해 지지되며,
    상기 회전유닛의 중심축의 내부에는 장착공간이 마련되고,
    상기 장착공간내에는 통유관내의 용수가 연결관으로 유입되지 않도록 하는 메카니컬실이 구성되는 것
    을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 연결관내에는 베어링의 윤활을 위한 윤활유가 충진되며,
    상기 연결관 내로 용수가 유입되는 누수(漏水)현상 및 상기 연결관 내에 충진된 윤활유가 외부로 누설되는 누유(漏油)현상을 감지할 수 있는 복합센싱수단
    을 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 복합센싱수단은
    상기 연결관의 앞선단에 형성된 센싱공간에 구비되어 상기 통유관측으로부터 상기 센싱공간측으로 누수(漏水)된 용수를 감지하는 누수센서와,
    상기 연결관내에서 윤활유의 최저충진수위와 동일한 높이로 배치되는 저위(低位)센서와,
    상기 연결관내에서 상기 저위센서 보다 상대적으로 높은 위치에 배치되는 고위(高位)센서와,
    상기 누수센서 및 저위센서와 고위센서에 의한 감지상태를 분석하여 이상상황의 발생여부를 판단하는 연산장치와,
    상기 연산장치에 의해 이상상황의 발생으로 판단되는 경우 경고신호를 발생하는 경고장치
    를 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
    
13. 제8항에 있어서,
    상기 전달기구는 챔버내에서 회전축의 후선단에 분리 가능하게 장착되는 구동풀리와,
    발전기의 가동축에 장착되는 종동풀리와,
    상기 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트와,
    상기 구동풀리와 일단이 분리 가능하게 결합되고, 타단이 챔버에 회전가능하게 지지되어 회전축의 만곡을 방지하는 보조회전축
    을 포함하여 이루어지는 소수력 발전장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 챔버는 일측벽면에 관통홀이 형성된 구조로서,
    상기 관통홀에 이탈 가능하게 끼워지는 마개판을 포함하여 이루어지며,
    상기 보조회전축의 타단은 상기 마개판에 의해 지지되는 것
    을 특징으로 하는 소수력 발전장치.

Images