KR101213565B1 - 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 댐이나 보에 설치되는 소수력발전에 사용되는 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 댐 또는 보의 하류측으로 경사지도록 설치된 채널;과, 봉 형태의 수차축 외면에 스크류 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 채널의 내부에 수납된 수차;와, 상기 수차를 채널 내부에 고정하는 고정수단;과, 상기 수차의 수차축의 회전과 연결되어 수차의 운동에너지로 전기에너지를 생성하는 발전기;를 포함하여 구성된다.

Description

스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치 {Small hydraulic turbine having screw shape}

본 발명은 댐이나 보에 설치되는 소수력발전에 사용되는 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치에 관한 것이다.

석유나 석탄 등의 화석연료의 대량 소비는 지구온난화와 산성비 등의 환경문제를 발생시키고 있고, 한정된 자원으로 인하여 화석연료의 고갈이라는 문제에 직면해 있다. 이러한 문제점들에 대한 대책으로서 현재 주목받고 있는 것이 재생 가능한 자연에너지이다. 그 중에서 소수력발전은 물의 자연순환을 이용하는 것으로서 이산화탄소 등의 가스배출이 없기 때문에 온실효과 등에 의한 지구 환경에 대한 부하가 거의 없는 청정한 재생 가능한 에너지이며, 안정적인 전력공급의 확보 및 지구환경보전 등의 관점에서도 앞으로 더욱 계획적으로 개발이 촉진되어야 하는 중요한 자연에너지이다.

소수력 발전은 대규모 수력발전과 같은 원리이나 다만 규모의 차이가 있으며, 소규모 하천이나 저수지의 유량과 낙차의 위치에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 방식이다.

수차를 회전시키는 물의 유량이 많고 낙차가 클수록 시설 용량이 커지고 발전량도 비례하여 많아진다. 소수력발전은 신?재생에너지 개발 및 이용?보급촉진법 시행규칙에서 물의 유동에너지를 이용하여 발전하는 시설용량 10,000kW 이하의 설비로 규정되어 있다.

이러한 소수력발전의 구성 중 수차는 발전설비 중에서도 차지하는 비율이 높고, 준공 후에도 지속적으로 운영 관리하여야 하는 가장 중요한 설비이다.

수차는 충동수차와, 반동수차로 구분되는데, 충동수차는 펠톤(Pelton)수차, 튜고(turgo)수차, 오스버그(Ossberger)수차 등이 있다. 이러한 충동수차는 수차가 물에 완전히 잠기지 않고, 물이 수차의 일부 방향에서만 공급되며, 물의 운동에너지만을 전환하여 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 반동수차는 프란시스(Francis)수차, 튜브라(Tubular)수차, 벌브(Bulb)수차, 림(Rim)수차 등이 있는데 이러한 반동수차는 수차의 원주방향에서 물이 공급되는 구조이기 때문에 설치에 많은 제약이 있는 문제가 있다.

또한, 갈수시 소수력발전 용량의 급격한 저하와, 저수 및 도수로 인한 문제와, 홍수시 부유물질로 인한 수차의 파손이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 시공이 간편하고, 갈수기에도 일정한 발전용량을 유지할 수 있으며, 부유물질로 인한 발전설비 운영 중지 및 파손을 방지할 수 있는 소수력 발전장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 댐 또는 보의 하류측으로 경사지도록 설치된 채널;과, 봉 형태의 수차축 외면에 스크류 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 채널의 내부에 수납된 수차;와, 상기 수차를 채널 내부에 고정하는 고정수단;과, 상기 수차의 수차축의 회전과 연결되어 수차의 운동에너지로 전기에너지를 생성하는 발전기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고정수단은, 수차축이 내부에서 회전 가능하도록 수납된 파이프 형태의 수차고정대;와, 상기 수차고정대와 수차축 사이에 설치된 베어링;과, 상기 수차고정대의 양측에 돌출되어 채널에 힌지결합된 지지봉;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 채널의 단부에는 수차의 수차날개가 채널의 바닥면에 접촉하지 않도록 수차축 단부를 지지하는 지지대가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수차의 수차날개는 채널의 바닥면에 대해 미리 결정된 각도(α)로 성형된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수차의 수차축은 채널을 따라 흐르는 물에 대해 미리 결정된 부력을 지니도록 중공형태로 성형된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수차축과 발전기는 베벨기어 또는 유니버셜 조인트로 연결된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 시공이 간편하고, 갈수기에도 일정한 발전용량을 유지할 수 있으며, 부유물질로 인한 발전설비 운영 중지 및 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 수차의 단면도.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 수차의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치는 댐 및 수중보의 일측(하류측)에 경사진 경사진 채널(210)을 형성하고, 상기 채널(210) 내부에 스크류형태의 수차(100)가 설치되며, 상기 수차(100)의 단부에는 수차(100)와 연결된 발전기(202)가 설치된다.

상기 채널(210)은 보(200) 상류측의 물이 보(200)의 유입로(201)와 경사진 채널(210)을 통해 하류로 흐를 수 있도록 소정 각도로 경사지게 설치된 것이다.

그리고, 상기 채널(210) 내부에 설치되는 수차(100)는 발전기(202)와 연결되어 채널(210)을 흐르는 물에 의해 회전하도록 구성된 것이다. 즉, 물의 위치에너지를 운동에너지로 변환하는 수단이다.

상기 수차(100)는 도 1 내지 도 3과 같이 봉 형태의 수차축(101) 외면에 스크류형태의 수차날개(102)가 형성되고, 상기 수차축(101)의 상류측 단부는 고정수단에 의해 채널(210) 내부에 고정되며, 발전기(202)의 축(203)과 수차축(101)이 연결되도록 구성된다.

상기 고정수단은 도 2에 도시한 바와 같이 수차(100)의 수차축(101)이 내부에 삽입되어 내부에서 수차축(101)이 자유롭게 회전할 수 있는 수차고정대(103)가 형성되고, 상기 수차고정대(103)의 양측에는 돌출된 지지봉(104)이 보(200) 또는 채널(210)의 내벽에 힌지 고정된다. 이때, 상기 수차고정대(103) 내부에 베어링을 설치함으로써 수차축(101)이 원활하게 회전할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명한다.

보 상류측 물이 채널(210)을 따라 하류로 흐르면서 수차(100)의 수차날개(102)와 충돌하게 되고, 스크류형상으로 형성된 수차날개(102)는 회전하며 수차축(101)을 회전시킨다. 회전하는 수차축(101)은 베벨기어 또는 유니버셜조인트로 연결된 발전기(202)의 축(203)을 회전시킴으로써 발전기(202)에서는 전기를 생산한다.

본 발명의 수차(100)는 부유기능을 갖도록 구성함으로써 홍수시에도 발전장치를 구동할 수 있다. 즉, 수차(100)의 수차축(101) 내부를 중공(中空) 형태로 성형함으로써 물에 대해 소정의 부력을 지니도록 한다.

홍수시 토사와 나무가지 등의 이물질을 포함한 많은 수량의 물이 채널(210)을 통과하거나 보(200)를 넘어 하류로 흐르는데 이때, 부력을 지닌 수차(100)는 일정 부분만 잠기도록 뜨게 되면서 물 속의 부유이물질에 영향을 받지 않고 지속적인 발전을 가능하도록 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 늘어난 수량에 따라 수차(100)가 뜨게 되면 수차축(101)을 지지하고 있는 수차고정대(103)의 양측에 형성된 지지봉(104)이 채널(210) 또는 보(200)의 내벽과 힌지 결합하고 있기 때문에 상기 지지봉(104)을 중심으로 수차축(101)이 회전하며 뜨게 되는 것이다.

도 2에서는 발전기 축(203)과 수차축(101)이 베벨기어(204)로 연동되도록 구성하였으나, 수차(100)의 회전 각도가 크면 기어(204)의 치합이 유지되지 않을 수 있다. 이럴 때는 축방향이 일치하지 않는 축을 연결할 수 있는 유니버셜조인트 등의 공지된 기술을 사용하여 연결할 수 있다.

또한, 갈수기 때는 채널을 따라 흐르는 수량이 줄어들게 되는데, 수차(100)는 줄어든 수량에 맞게 하강하여 항상 수차(100)의 수차날개(102)가 물에 일정 부분 잠기도록 함으로써 수량에 관계없이 지속적인 발전이 가능하도록 한다.

그리고, 도 3에 도시한 바와 같이 수차(100)의 회전날개(102) 각도를 채널(210)의 바닥과 소정각도(α) 기울어지도록 성형함으로써 채널(210)을 따라 흐르는 물이 기울어진 수차날개(102)와 충돌하며 기울어진 각도에 의해 수차(100)의 부력을 증대시키도록 구성할 수 있다.

그리고, 수량에 따라 부유하는 수차(100)가 채널(210)의 바닥면에 접하지 않도록 도 2에 도시한 바와 같이, 채널(210)의 단부에 지지대(211)를 설치함으로써 하강하는 수차축(101)이 상기 지지대(211)에 거치되도록 하여 수차날개(102)가 채널(210)의 바닥에 접하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치에 대해 설명하였다.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 수차
101 : 수차축
102 : 수차날개
103 : 수차고정대
104 : 지지봉
200 : 보
201 : 유입로
202 : 발전기
203 : 축
204 : 기어
210 : 채널
211 : 지지대

Claims (6)

1. 댐 또는 보의 하류측으로 경사지도록 설치된 채널(210);과,
   봉 형태이고, 채널(210)을 따라 흐르는 물에 대해 미리 결정된 부력을 지니도록 중공형태로 성형된 수차축(101) 외면에 스크류 형태의 수차날개(102)가 형성되고, 상기 채널(210)의 내부에 수납된 수차(100);와,
   수차축(101)이 내부에서 회전 가능하도록 수납된 파이프 형태의 수차고정대(103), 상기 수차고정대(103)와 수차축(101) 사이에 설치된 베어링, 상기 수차고정대(103)의 양측에 돌출되어 채널에 힌지결합된 지지봉(104)으로 구성되어 상기 수차(100)를 채널(210) 내부에 고정하는 고정수단과;
   상기 채널(210)에 형성되어 수차의 수차날개(102)가 채널(210) 바닥에 접촉하지 않도록 수차축(101)을 지지하는 지지대(211);
   상기 수차(100)의 수차축(101)의 회전과 연결되어 수차의 운동에너지로 전기에너지를 생성하도록 수차축(101)과 베벨기어 또는 유니버셜 조인트로 연결된 발전기(202);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수차의 수차날개(102)의 바닥면에 대해 미리 결정된 각도(α)로 경사지게 성형된것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
   
5. 삭제
6. 삭제

Images