KR101293537B1 - 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치 - Google Patents

에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 물의 흐름을 안내하는 관로와; 유입되는 물의 와류현상을 방지하도록 물의 흐름 방향을 안내하는 유동체 안정판과; 상기 관로내 설치되는 제1,제2 고정대에 중심축의 양단이 고정 설치되고, 하우징이 회전가능하게 이루어져 전기를 생산하는 아웃로터 방식의 AFPM 발전기와, 상기 AFPM발전기 하우징의 외측면에 경사진 방사형으로 부착 설치되어 유입되는 물에 의해 상기 AFPM 발전기의 하우징을 회전시키는 복수의 수차날개 및 상기 AFPM 발전기의 회전축 전단부에 회전가능하게 설치되어 유입되는 물을 상기 수차날개로 안내하는 유동체 보산패널을 포함하여 구성되고, 이러한 본 발명은 제1수차와 제2수차를 2단으로 설치하여 제1수차의 후방부에서 발생되는 와류현상을 방지할 수 있도록 구성함에 특징이 있다.

Description

에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치{Water power generator using AFPM generator}
본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아웃로터 방식의 코어리스형 AFPM 발전기의 하우징에 수차 날개를 형성하여 회전력을 얻을 수 있도록 한 에이에프피엠(AFPM) 발전기를 이용한 소수력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 수력발전장치는, 물의 위치 에너지를 이용하는 것으로서, 물이 흐르는 경로 상에 수차(임펠러)를 설치하고, 수차의 회전력으로 발전장치를 구동시켜 전기를 생산하는 장치이다. 즉, 물이 흐르는 경로의 외부에 발전장치를 설치하여 수차의 회전력을 전달받는 구조로 구성된다.
그런데 이와 같은 일반적인 수력발전장치는, 물이 흐르는 경로상에는 수차가 설치되고, 수차의 회전력을 전달받아 발전하는 발전장치는 물이 흐르는 경로의 외측에 설치되는 구조이다. 이에 따라 소수력 발전장치에 적용되는 경우는 수차의 회전축을 물의 흐름 경로 외부로 인출하여 회전동력을 전달하여 발전장치를 구동시켜야 하므로, 설치 공간이 커지고, 물의 흐름이 저속인 경우에는 발전효율이 매우 낮아 설비비에 비해 전기 생산 효율이 낮다는 단점이 있다.
또한 수차의 회전축을 외부의 발전장치에 연결하여 발전장치를 구동시키므로, 발전장치의 냉각을 위한 별도의 냉각구조를 설치해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 물의 흐름 경로상에 에이에프피엠(AFPM) 발전장치를 설치하고, 발전기 회전자의 하우징에 수차를 설치함으로써 물의 흐름 경로상에 수차 및 발전장치가 일체형으로 내장된 형태로 구성하여 설치공간을 줄이고, 동력을 외부로 전달시키는 구성 없이 수차와 일체형으로 이루어진 회전자를 회전시켜 발전시키도록 함으로서 저속의 물흐름에서도 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치를 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은, 물의 흐름 경로상에 1차 발전장치를 설치하고, 통과된 물의 와류 현상을 줄일 수 있도록 2차 발전장치를 연속 설치하여 유체의 와류 현상을 최소화하여 효율을 증대시키고자 한다.
또한 본 발명은 물의 유입구에 허니컴 형태의 안정판을 설치하여 와류 현상에 따른 맥류에 의한 효율 저하를 줄일 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은,
물의 흐름을 안내하는 관로와;
상기 관로내 설치되는 제1,제2 고정대에 중심축의 양단이 고정 설치되고, 하우징이 회전가능하게 이루어져 전기를 생산하는 아웃로터 방식의 AFPM 발전기와;
상기 AFPM발전기의 하우징의 외측면에 경사진 방사형으로 부착 설치되어 유입되는 물에 의해 상기 AFPM 발전기의 하우징을 회전시키는 복수의 수차날개를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 AFPM 발전기의 앞단에 설치되어 유입되는 물의 와류현상을 방지하도록 물의 흐름 방향을 안내하는 유동체 안정판을 더 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 제1고정대에 회전가능하게 설치되고, 유입되는 물을 상기 수차날개로 안내하는 복수의 날개를 구비한 유동체 보산패널을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 수차날개가 하우징에 설치되고, 상기 유동체 보산패널이 설치된 아웃로터 방식의 AFPM 발전기를 제1수차로 설치하고, 상기 제1수차의 후방부에 제1수차와 동일 구조로 제2수차를 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 관로 내의 중심선에 대해서 상기 제1수차 중심축의 앞단과 뒷단의 경사가 상하 10 ~ 20도로 경사지게 설치되고, 상기 제2수차는 관로 내의 중심선과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 수차날개가 아웃로터 하우징에 형성된 복수의 AFPM 발전기를 하나의 중심축에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은, 아웃로터 방식의 AFPM 발전기의 하우징에 수차날개를 설치하여 수차를 수차와 발전기를 일체형으로 구성함으로써, 전체 설치 공간 및 부품수를 줄일 수 있어서 설치비용을 절감할 수 있고, 외부로 회전동력을 전달하여 발전기를 구동시키지 않아도 되므로 효율이 향상되고, 단순구조로서 유지관리가 편리하고, 발전기의 냉각 수단을 설치할 필요가 없어서 원가절감 및 내각효율 향상 효과가 있다.
또한 본 발명은 유동체 안정판, 유동체 보산패널을 부가적으로 더 설치하게 되면 물의 유입시 와류현상을 줄이고 수차날개에 유입되는 물을 그대로 안내할 수 있어서 발전효율이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 제1수차를 경사지게 설치하고, 후방부에 제2수차를 평행하게 설치함으로써 2단 수차에 의해 발전량을 높임과 아울러 제1수차의 후방에서 발생되는 와류현상을 줄여 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 상기 수차날개가 아웃로터 하우징에 형성된 복수의 AFPM 발전기를 하나의 중심축에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 AFPM 발전기를 이용한 소수력 발전장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 AFPM 발전기를 이용한 소수력 발전장치의 요부 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 보인 개념도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 예시도.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 AFPM 발전기를 이용한 소수력 발전장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 AFPM 발전기를 이용한 소수력 발전장치의 요부 사시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 물의 흐름을 안내하는 관로(10)와;
상기 관로(10)내 설치되는 제1,제2 고정대(11)(12)에 중심축(21)의 양단이 고정 설치되고, 하우징(22)이 회전가능하게 이루어져 전기를 생산하는 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20)와;
상기 AFPM발전기(20) 하우징(22)의 외측면에 경사진 방사형으로 부착 설치되어 유입되는 물에 의해 상기 AFPM 발전기(20)의 하우징(22)을 회전시키는 복수의 수차날개(30)를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명은, 상기 AFPM 발전기(20)의 앞단에 설치되어 유입되는 물의 와류현상을 방지하도록 물의 흐름 방향을 안내하는 유동체 안정판(40)을 더 설치하여 구성된다.
또한 본 발명은, 상기 제1고정대(11)에 회전가능하게 설치되고, 유입되는 물을 상기 수차날개(30)로 안내하는 복수의 날개를 구비한 유동체 보산패널(50)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 AFPM 발전기(20)는, 아웃로터 방식으로 하우징(22)이 회전자가 되어 내측면에 영구자석이 설치되고, 중심축(21)에 고정된 고정자판의 상하면에 상기 영구자석에 대응되는 코일이 설치된 아웃로터 방식의 코어리스형 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 발전기이다. 상기 AFPM발전기(20)의 코일에 연결되는 전선은 중심축(21)을 통한 후, 제2고정대(12)를 통해서 외부로 인출되어 전기를 출력할 수 있도록 구성된다. 또한, 본 발명에서 상세히 설명하지는 않았지만, 하우징(20)과 중심축(21) 사이에는 방수기능이 있는 베어링 구조로 회전가능하게 설치되어 발전기 내부로 물이 유입되는 것을 차단하도록 구성된다.
본 발명은 상기와 같은 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20)의 하우징(22) 외측면에 복수의 수차날개(30)를 경사지게 형성하여 수차를 구성한다. 이와 같이 구성된 수차는 관로(10) 내에 앞뒤로 제1,제2고정대(11)(12)를 설치하고, 제1,제2고정대(11)(12)에 상기 수차 즉, AFPM 발전기(20)의 중심축(21)을 앞뒤로 고정설치한다.
기본적으로, 상기와 같이 하우징(22) 외측면에 복수의 수차날개(30)를 형성한 AFPM 발전기(20)를 관로(10) 내부에 수차로서 설치하여 전기를 생산하는 소수력 발전장치를 구성할 수 있다.
본 발명에서는 관로(10) 내로 유입된 물이 상기 수차날개(30)에 AFPM 발전기(20)의 하우징을 회전시켜 전기를 생산하게 된다. 이때 관로(10)내로 유입되는 수차날개(30)에 부딪히면서 물의 흐름에 와류 현상이 발생 될 수 있으므로 와류 현상을 줄이기 위하여 본 발명에서는 관로(10) 상에 유동체 안정판(40)을 설치한다.
유동체 안정판(40)은 벌집형태(허니컴형태)로 이루어져 유입되는 물의 와류 현상을 방지하도록 한다.
또한 본 발명은 AFPM 발전기(20)의 하우징 상면에 물이 직접 부딪히지 않도록 상기 제1고정대(11)에 회전가능하게 유동체 보산패널(50)을 더 설치한다. 유동체 보산패널(50)은 삿갓 형태의 외측면에 복수의 날개가 형성되어 유입되는 물을 상기 수차날개(30)로 안내하게 된다.
따라서, 관로(10)의 입구부에 유동체 안정판(40)을 설치하고, AFPM 발전기(20)의 상면부에 회전되는 유동체 보산패널(50)을 더 설치함으로써, 와류 현상을 방지하고 수차날개(30)로 물의 흐름을 안내함으로써 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 보인 개념도로서, 이에 도시된 바와 같이,
상기 수차날개(30)가 하우징(22)에 설치되고, 상기 유동체 보산패널(50)이 회전가능하게 설치된 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20)를 제1수차(100)로 설치하고, 상기 제1수차(100)의 후방부에 제1수차(100)와 동일 구조로 제2수차(200)를 설치하여 구성된다.
또한 본 발명은 상기 제1,제2수차(100)(200)를 2단 설치하는 경우, 관로(10) 내의 중심선에 대해서 상기 제1수차(100) 중심축의 앞단과 뒷단의 경사가 상하 10 ~ 20°로 경사지게 설치되고, 상기 제2수차(200)는 관로(10) 내의 중심선과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1,제2수차(100)(200)를 설치하는 경우에, 관로(10)도 단차부(10a)를 형성하여 제1수차(100)와 제2수차(200)가 관로의 중심에 설치되도록 구성한다.
제1수차(100)의 후방부에서 수차날개(30)를 회전시키고 배출되는 물의 와류 현상이 발생될 수 있는데, 이를 제2수차(200)를 통과시킴으로써 와류 현상을 줄일 수 있으며, 더불어 2단으로 발전기를 설치함으로써 전체 발전 량을 증가시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 수차날개(30)가 아웃로터 하우징(22)에 형성된 복수의 AFPM 발전기(20-1. 20-2, 20-3)를 하나의 중심축(21)에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
이는 하나의 중심축(21)상에 복수개의 수차를 설치한 것과 같은 것으로서, 복수의 발전기를 구동시킴으로 생산 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명은, 아웃로터 방식의 AFPM 발전기의 하우징에 수차날개를 설치하여 수차를 수차와 발전기를 일체형으로 구성함으로써, 전체 설치 공간 및 부품수를 줄일 수 있어서 설치비용을 절감할 수 있고, 발전효율이 향상되고, 단순구조로서 유지관리가 편리하고, 발전기의 냉각 수단을 설치할 필요가 없어서 원가절감 및 내각효율 향상 효과가 있다.
또한 본 발명은 제1수차를 경사지게 설치하고, 후방부에 제2수차를 평행하게 설치함으로써 2단 수차에 의해 발전량을 높임과 아울러 제1수차의 후방에서 발생되는 와류현상을 줄여 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 상기 수차날개가 아웃로터 하우징에 형성된 복수의 AFPM 발전기를 하나의 중심축에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
10 : 관로 11, 12 : 제1,제2고정대
20 : AFPM 발전기 21 : 중심축
22 : 하우징 30 : 수차날개
40 : 유동체 안정판 50 : 유동체 보산패널
100 : 제1수차 200 : 제2수차

Claims (8)

  1. 물의 흐름을 안내하는 관로(10)와;
    상기 관로(10)내 설치되는 제1,제2 고정대(11)(12)에 중심축(21)의 양단이 고정 설치되고, 하우징(22)이 회전가능하게 이루어져 전기를 생산하는 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20)와;
    상기 AFPM발전기(20) 하우징(22)의 외측면에 경사진 방사형으로 부착 설치되어 유입되는 물에 의해 상기 AFPM 발전기(20)의 하우징(22)을 회전시키는 복수의 수차날개(30)를 포함하여 구성되되,
    상기 AFPM 발전기(20)는, 아웃로터 방식으로 하우징(22)이 회전자가 되어 내측면에 영구자석이 설치되고, 중심축(21)에 고정된 고정자판의 상하면에 상기 영구자석에 대응되는 코일이 설치된 아웃로터 방식의 코어리스형 AFPM 발전기로 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 AFPM 발전기(20)의 앞단에 설치되어 유입되는 물의 와류현상을 방지하도록 물의 흐름 방향을 안내하는 유동체 안정판(40)을 더 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1고정대(11)에 회전가능하게 설치되고, 유입되는 물을 상기 수차날개(30)로 안내하는 복수의 날개를 구비한 유동체 보산패널(50)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수차날개(30)가 아웃로터 하우징(22)에 각각 형성된 복수의 AFPM 발전기(20-1. 20-2, 20-3)를 하나의 중심축(21)에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  5. 물의 흐름을 안내하는 관로(10)와;
    유입되는 물의 와류현상을 방지하도록 물의 흐름 방향을 안내하는 유동체 안정판(40)과;
    상기 관로(10)내 설치되는 제1,제2 고정대(11)(12)에 중심축(21)의 양단이 고정 설치되고, 하우징(22)이 회전가능하게 이루어져 전기를 생산하는 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20) 및 상기 AFPM발전기(20) 하우징(22)의 외측면에 경사진 방사형으로 부착 설치되어 유입되는 물에 의해 상기 AFPM 발전기(20)의 하우징(22)을 회전시키는 복수의 수차날개(30)로 이루어진 제1수차(100)와;
    수차날개(30)가 하우징(22)에 설치된 아웃로터 방식의 AFPM 발전기(20)로 이루어져 상기 제1수차(100)의 후방부에 설치된 제2수차(200)를 포함하여 구성되되,
    상기 AFPM 발전기(20)는, 아웃로터 방식으로 하우징(22)이 회전자가 되어 내측면에 영구자석이 설치되고, 중심축(21)에 고정된 고정자판의 상하면에 상기 영구자석에 대응되는 코일이 설치된 아웃로터 방식의 코어리스형 AFPM 발전기로 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1수차(100) 및 제2수차(200)에는,
    각 수차의 앞단에 유입되는 물을 상기 수차날개(30)로 안내하는 복수의 날개를 구비하여 회전가능하게 설치된 유동체 보산패널(50)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    관로(10) 내의 중심선에 대해서 상기 제1수차(100) 중심축의 앞단과 뒷단의 경사가 상하 10 ~ 20°로 경사지게 설치되고, 상기 제2수차(200)는 관로(10) 내의 중심선과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제1,제2수차(100)(200)는,
    수차날개(30)가 아웃로터 하우징(22)에 형성된 복수의 AFPM 발전기(20-1. 20-2, 20-3)를 하나의 중심축(21)에 설치하여 멀티 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 에이에프피엠 발전기를 이용한 소수력 발전장치.
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KR20020034813A (ko) * 2000-11-03 2002-05-09 신현준 발전기 겸용 휠모터
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KR100870738B1 (ko) 2007-01-25 2008-11-26 태창엔이티 주식회사 에이에프피엠 코어리스형 멀티 발전기 및 모터

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