KR101314465B1 - 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비 - Google Patents

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강수덕
홍연주
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윈월드(주)
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Abstract

공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비가 개시된다. 개시된 발전설비는 공장에서 사용되는 공업용수 라인의 일측에 형성되어 리턴집수조로 공업용수를 배출하며, 지면으로부터 소정높이 이격형성되는 공업용수 배출포트; 및, 상기 공업용수 배출포트의 하방향으로 소정거리 이격설치되어, 상기 공업용수 배출포트를 통해 배출되는 상기 공업용수를 받아서 전기를 생산하는 소수력 발전장치를 포함하고, 상기 소수력 발전장치는, 외통과 내통을 같는 이중관체; 상광하협형상의 상하가 개방된 통형상으로 형성되고, 상기 외통의 하단에 결합설치되는 테이퍼 관체; 상기 외통과 상기 내통 사이에 나선형상으로 형성되어, 상기 외통과 상기 내통의 상부로 유입된 상기 공업용수에 하향 선회하는 수류를 형성하는 선회가이드 베인; 상기 내통의 내부 하측에 설치되는 발전기; 및, 상기 테이퍼 관체의 하부에 위치하도록 상기 발전기의 회전축과 연결되도록 설치되는 터빈부재;를 포함하여, 상기 공업용수 배출포트로부터 배출된 상기 공업용수는 상기 외통과 내통 사이로 유입되어, 상기 선회가이드 베인에 안내되어 하향선회수류가 형성된 후, 상기 테이퍼 관체를 거쳐 하방으로 배출되면서, 상기 터빈부재를 회전시킴으로써, 상기 발전기에서 전기가 생산되는 것을 특징으로 한다.

Description

공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비{SMALL HYDROELECTRIC POWER GENERATION FACILITIES USING INDUSTRIAL WATER LINE}
본 발명은 소수력 발전설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비에 관한 것이다.
통상 수력발전은 댐 또는 저수지의 물을 낮은 곳으로 보내 낙차를 얻어 물의 운동 에너지로 수차를 돌려 전기에너지를 얻는 것을 말한다.
이러한 방식은 수원지에서 관로를 타고 내려온 물이 관속의 수차(프란시스 수차 또는 펜턴 수차)를 고속 회전시켜 전기를 얻는다.
한편, 제철소나 석유화학 등의 공장에서는, 냉각수(공업용수) 라인에서, 쿨링 타워(Cooling Tower)로 보내기 위한 리턴 집수조로 냉각수가 배출되는데, 이 냉각수는 잉여 압력(통상 2kgf/cm2)을 갖고 있으나, 이 냉각수로부터 수력에너지를 회수려하는 시도가 없었다. 아울러, 이 냉각수에서 수력 에너지로 회수하려 할 경우, 기존 수력발전에서 사용되는 프란시스수차, 펠턴 수차와 같은 구조를 사용할 수 없었다. 그 이유는 냉각수 라인 배관속에 수차를 넣을 경우 냉각수 라인 배관에 압력이 발생하여 냉각수를 펌핑하는 펌프에 과부하가 발생함으로써, 펌프가 고장나는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하도록 창안된 것으로서, 냉각수용 공업용수를 활용하여 소수력 발전을 할 수 있을 뿐 아니라, 고효율의 발전이 이루어질 수 있도록 구조가 개선된 형태의 소수력 발전설비를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비는 공장에서 사용되는 공업용수 라인의 일측에 형성되어 리턴집수조로 공업용수를 배출하며, 지면으로부터 소정높이 이격형성되는 공업용수 배출포트; 및, 상기 공업용수 배출포트의 하방향으로 소정거리 이격설치되어, 상기 공업용수 배출포트를 통해 배출되는 상기 공업용수를 받아서 전기를 생산하는 소수력 발전장치를 포함하고, 상기 소수력 발전장치는, 외통과 내통을 같는 이중관체; 상광하협형상의 상하가 개방된 통형상으로 형성되고, 상기 외통의 하단에 결합설치되는 테이퍼 관체; 상기 외통과 상기 내통 사이에 나선형상으로 형성되어, 상기 외통과 상기 내통의 상부로 유입된 상기 공업용수에 하향 선회하는 수류를 형성하는 선회가이드 베인; 상기 내통의 내부 하측에 설치되는 발전기; 및, 상기 테이퍼 관체의 하부에 위치하도록 상기 발전기의 회전축과 연결되도록 설치되는 터빈부재;를 포함하여, 상기 공업용수 배출포트로부터 배출된 상기 공업용수는 상기 외통과 내통 사이로 유입되어, 상기 선회가이드 베인에 안내되어 하향선회수류가 형성된 후, 상기 테이퍼 관체를 거쳐 하방으로 배출되면서, 상기 터빈부재를 회전시킴으로써, 상기 발전기에서 전기가 생산되는 것을 특징으로 한다.
상기 소수력 발전장치는, 상기 이중관체의 상면에 상기 외통과 상기 내통 사이의 공간과 연통하여 상기 공업용수 배출포트로부터 자유낙하하는 상기 공업용수를 유입하여 상기 외통과 내통 사이의 공간으로 보내는 유입관 및, 상기 테이퍼 관체의 개방된 하단에 결합되어, 상기 테이퍼 관체를 거친 상기 공업용수를 배출하는 배출관;을 더 포함하도록 구성할 수 있다.
상기 공업용수 배출포트는 상기 공업용수 라인으로부터 분기되어, 서로 대칭되도록 형성되는 발전용 배출포트와 집수조용 배출포트로 나뉘며, 상기 발전용 배출포트의 하부에 이격되게 상기 소수력 발전장치가 설치되어, 상기 발전용 배출포트를 통해 배출되는 상기 공업용수를 통해 상기 소수력 발전장치가 가동하여 발전이 이루어지고, 상기 집수조용 배출포트를 통해 배출된 상기 공업용수는 공장에 설치된 쿨링타워로 보내기 위한 리턴 집수조로 떨어져 모이도록 구성할 수 있다.
상기 배출관을 통해 배출되는 상기 공업용수는 상기 리턴집수조로 떨어지도록 구성할 수 있다.
상기 발전용 배출포트에는 유체흐름을 조절하는 제 1 밸브가 설치되고, 상기 집수조용 배출포트에는 유체흐름을 조절하는 제 2 밸브가 설치되어, 상기 소수력 발전장치의 가동시, 상기 제 1 밸브는 개방되고, 상기 제 2 밸브는 차단되어, 상기 발전용 배출포트를 통해 상기 공업용수가 배출되어 상기 소수력 발전장치를 거치면서 전기를 생산하고, 상기 배출관을 통해 상기 리턴집수조로 떨어지고, 상기 소수력 발전장치의 미가동시, 상기 제 1 밸브는 차단되고, 상기 제 2 밸브가 개방되어, 상기 집수조용 배출포트를 통해 상기 공업용수가 상기 리턴집수조로 바로 떨어져 집수되도록 구성할 수 있다.
상기 외통의 하단과 상기 테이퍼 관체의 상단에는 각각 플랜지가 설치되어, 상기 외통과 상기 테이퍼 관체는 볼트에 의해 분리가능하게 결합되도록 구성할 수 있다.
상기 발전기는 영구자석형 발전기로 이루어지며, 상기 소수력 발전장치의 가동시, 상기 공업용수가 상기 내통의 하측을 통해 상기 내통 내부로 일정높이까지 유입됨으로써, 상기 발전기가 상기 공업용수에 잠겨 냉각되도록 구성할 수 있다.
상기한 바에 따르면, 통상의 공장에서는 냉각수용 공업용수를 유동시키기 위하여 펌프가 지속적으로 사용되어 다량의 에너지가 사용되고 있으며, 이 냉각수는 일정의 압력을 가지고 있으나, 이 잉여에너지를 사용하지 못하고 있었다. 하지만, 본 발명에서는 공장의 공업용수 라인으로부터 배출되는 공업용수를 활용하여 전기를 생산해 줌으로써, 잉여 에너지를 회수하여 재생산해냄으로써, 에너지의 효율적인 재생산을 한다는 효과가 있다.
이와 같은 소수력 발전설비가 국내 전 사업장에 적용되면 원자력 발전소 하나(300MW)를 짓는것과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 공장의 공업용수 라인에서 떨어지는 물을 받기만 하면 발전이 이루어지기 때문에, 수력용 토목비용이나 원수확보 비용이 발생하지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 소수력 발전설비를 이용할 경우, 쉬는 기간 없이 지속적으로 가동을 할 수 있으나, 신재생 에너지 중 태양광 발전은 1일 3.5시간, 풍력은 1일 5시간 정도로, 타 신재생 에너지 발전에 비해 가동효율을 높다는 효과가 있다.
특히, 본 발명은, 가이드 베인에 의해서 하향 선회수류가 생성되면서 냉각수의 유동속도가 증가하고, 테이퍼 관체에서 유동속도가 더욱 증가한 후, 터빈을 회전하여 발전이 이루어지기 때문에 발전효율이 높은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비를 개략적으로 나타낸 사시도이고,
도 2는 도 1의 소수력 발전설비를 다른 방향에서 바라보고, 소수력 발전장치를 절개하여 내부구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 소수력 발전장치의 일부를 삭제하고, 이중관체 및 테이퍼관체를 투시하여 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 3을 정면에서 바라본 상태를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 2의 소수력 발전장치의 발전기 및 터빈을 확대하여 나타낸 사시도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비(1)를 설명한다.
본 실시 예에 따른 소수력 발전설비(1)는 공업용수 라인을 활용하여, 공업용수 라인으로부터 떨어지는 공업용수의 잉여 운동에너지에서 전기에너지를 생산해낸다.
즉, 통상의 공장 그 중에서도 제철소, 석유화학 공장에서는 냉각수(공업용수) 라인에서 배출된 냉각수가 리턴집수조에 떨어져 집수되고, 집수된 리턴집수조의 냉각수는 쿨링타워(Cooling Tower)로 이동하게 된다. 이때, 냉각수 라인은 펌프와 연결되어, 펌프의 구동에 따라, 냉각수가 냉각수 라인을 유동하게 되며, 이러한 냉각수는 대략 2kgf/cm2 의 잉여 압력에너지가 존재한다.
본 발명은 리턴집수조에 냉각수를 배출하는 냉각수 라인(10)을 분기하여 서로 대칭되게 발전용 배출포트(20)와 집수조용 배출포트(30)를 형성하고, 발전용 배출포트(20)의 하부에 소수력 발전장치(100)를 설치한다.
이때, 발전용 배출포트(20) 및 집수조용 배출포트(30)에는 각각 유체흐름을 조절하는 제 1 밸브(50)와 제 2 밸브(70)를 설치하여, 소수력 발전장치(100)를 가동할 경우, 제 1 밸브(50)를 개방하고, 제 2 밸브(70)를 차단하여, 발전용 배출포트(20)로만 냉각수가 배출되게 하여, 소수력 발전장치(100)를 가동하지 않을 경우에는 제 1 밸브(50)를 차단하고, 제 2 밸브(70)를 개방하여, 집수조용 배출포트(30)로만 냉각수가 배출하여, 냉각수가 바로 리턴집수조로 떨어져 집수될 수 있도록 한다. 본 실시 예에서는 발전용 배출포트(20)의 끝단의 높이가 지면으로부터 6m가 되도록 형성되고, 배출포트의 직경은 900mm가 되도록 형성된다.
소수력 발전장치(100)는 발전용 배출포트(20)의 하방향으로 소정간격 이격되게 설치된다.
구체적으로, 소수력 발전장치(100)는 이중관체(A), 테이퍼 관체(105), 선회가이드 베인(115), 발전기(141), 터빈(143)을 포함한다.
이중관체(A)는 동일중심축을 갖는 외통(101)과 내통(110)을 갖도록 구성되며, 상면(102)은 막혀 있도록 구성된다. 도 2 및 도 3과 같이, 내통(110)은 외통(101)보다 하측으로 보다 길게 연장되도록 형성된다. 본 실시 예에서는 외통(101)의 직경을 2000mm, 내통(110)의 상하길이를 2390mm로 구성한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 그 치수는 필요에 따라 변경될 수 있다.
이중관체(A)의 상면(102)에는 외통(101)과 내통(110) 사이의 공간과 연통되는 유입관(103)이 형성된다. 유입관(103)은 발전용 배출포트(20)의 끝부분과 동일한 중심축을 갖도록 배치된다. 아울러 유입관(103)은 상부가 상향되게 확장되는 확관부(103a)가 마련된다.
테이퍼 관체(105)는 상광하협형상의 상하가 개방된 통형상으로 형성되며, 상단의 직경은 외통(101)의 직경과 동일하도록 구성된다. 테이퍼 관체(105)의 상단은 외통(101)의 하단과 결합된다. 이때, 외통(101)의 하단과 테이퍼 관체(105)의 상단에는 각각 플랜지(101a,105a)가 형성되어, 볼트방식으로 상기 각각의 플랜지(101a,105a)를 결합함으로써, 외통(101)과 테이퍼 관체(105)를 분리가능하게 결합할 수 있다. 본 실시 예에서 외통(101)과 테이퍼 관체(105)의 상하 길이의 합은 3000mm가 되도록 구성된다.
테이퍼 관체(105)가 외통(101)에 결합되면, 도 2와 같이, 내통(110)의 하단 일부가 테이퍼 관체(105)의 내부를 침범하게 된다.
또한, 테이퍼 관체(105)의 개방된 하단에는 배출관(130)이 설치된다. 본 실시 예의 배출관(130)은 "ㄴ" 형상으로 형성되고, 배출관(130)을 통해 배출되는 공업용수는 리턴집수조에 떨어져 집수되도록 구성할 수 있다. 본 실시 예에서 배출관(130)의 직경은 500mm가 되도록 구성된다.
테이퍼 관체(105)의 하단과 배출관(130)의 상단에는 각각 플랜지(105b,131)가 형성되어, 볼트방식으로 각각의 플랜지(105b,131)를 결합함으로써, 배출관(130)이 테이퍼 관체(105)에 분리가능하게 결합된다.
선회가이드 베인(115)은 외통(101)과 내통(110) 사이에 설치되며, 나선형상으로 형성되어, 외통(101)과 내통(110) 사이에 유입된 공업용수가 안내되어 하향 선회수류가 형성되게 한다. 이때, 선회가이드 베인(115)은 지구 북반구에 설치될 경우, 상부에서 하방향으로 시계반대방향으로 설치되고, 지구 남반구에서는 시계방향으로 설치된다. 이는 북반구에서 물은 자연상태에서 시계반대방향으로 회전하면서 빠지고, 남반구에서는 시계방향으로 회전하면서 빠지기 때문이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 발전기(141)는 수중 사용이 가능한 영구자석형 발전기로 이루어져, 내통(110)의 내부 하측에 고정설치된다.
이때, 내통(110)의 하단에는 플랜지(111)가 형성되고, 발전기(141)를 고정판(113)에 설치한 후, 고정판(113)을 내통(110)의 플랜지(111)에 볼트방식으로 결합함으로써, 발전기(141)를 내통(110)의 내부 하단에 고정할 수 있다.
터빈(143)은 고정판(113)을 관통하여 발전기(141)의 회전축에 연결된다. 터빈(143)은 다수의 날개(143a)를 갖는 프로펠러형(카플란)으로 구성되며, 이 다수의 날개(143a)는 테이퍼 관체(105)의 하단부에 배치하도록 구성된다.
한편, 본 발명은 소수력 발전장치(100)의 가동할 경우, 외통(101)과 내통(110) 사이로 유입된 공업용수가 내통(110)의 하단측을 통해 내통(110) 내부로 일정높이 까지 유입됨으로써, 발전기(141)가 잠기게 되어 발전기(141)를 냉각시킬 수 있게 된다.
본 발명은 이중관체(A) 외측, 구체적으로 외통(101)에는 외주면으로부터 하방향으로 연장되게 제 1 지지대(108)가 설치됨으로써, 이중관체(A)가 지면으로부터 상부로 이격되게 지지되고, "ㄴ"형의 배출관(130)에도 하방향으로 연장되게 제 2 지지대(108)가 설치됨으로써, 배출관(103)이 지면으로 이격되게 지지되게 구성된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비의 동작을 설명한다.
제 1 밸브(50)가 개방되고, 제 2 밸브(70)가 차단되어, 발전용 배출포트(20)를 통해 냉각수(공업용수, w)가 배출되어 떨어지고, 이 냉각수(w)가 유입관(103)을 통해, 외통(101)과 내통(110) 사이의 공간 상부로 유입된다.
이 외통(101)과 내통(110) 사이의 공간으로 유입된 냉각수(w)는 선회가이드 베인(120)에 안내되어 하향선회수류가 형성되고, 테이퍼 관체(105)를 거쳐, 배출관(130)을 통해 리턴집수조로 떨어져 모이게 된다. 이 경우, 테이퍼 관체(105)의 하단을 통해 배출관(130)으로 유동하는 냉각수(w)가 터빈(143)의 날개(143a)를 회전시킴으로써, 발전기(141)가 전기를 생산한다.
한편, 소수력 발전장치(100)를 가동하지 않을 시에는 제 1 밸브(50)를 차단하고, 제 2 밸브(70)를 개방하여, 집수조용 배출포트(30)를 통해 냉각수(w)가 바로 리턴집수조로 떨어져 모이게 할 수 있다.
상기한 구성으로, 본 발명은 리턴집수조로 냉각수를 배출하는 냉각수 라인(10)의 발전용 배출포트(20)로부터 소수력 발전장치(100)의 외통(101)이 이격되게 형성됨으로써, 발전용 배출포트(20)로부터 배출되어 떨어지는 냉각수(w)를 받아서 발전하기 때문에, 냉각수 라인(10)과 연결된 펌프(미도시)에는 부하가 걸리지 않게 된다.
아울러, 발전기(141)가 수중 사용이 가능한 영구자석형으로서, 냉각수(w)에 잠겨 냉각효과를 높일 수 있다. 즉, 기존 수력용 유도 전동기형 발전기는 수중 사용이 불가능하다. 구체적으로 기존 수력용 유도 전동기형 발전기는 계자 코일이 발전기 속에 있고 계자용 흑연 브러쉬를 수시로 교체해야 하고 방수가 안 되나, 본 발명에 적용된 영구자석형 발전기(141)는 방수가 가능하다.
또한, 공장 냉각수(공업용수)는 공장 설비를 냉각하고 열을 가지고 돌아와 쿨링타워에서 낙하하면서 온도를 낮추어 다시 냉각수 라인을 통해 펑핌되어 설비로 돌아가게 되는데. 이러한 냉각수(w)가 소수력 발전장치(100)를 거치면서, 평균 3~4도 정도 열을 배출함으로써 추가 냉각효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 외통(101)과 내통(110) 사이로 냉각수(w)가 유입되어 선회 가이드 베인(120)에 안내되어 하향 선회기류가 형성되면서 냉각수(w) 유속이 증가하고, 테이퍼 관체(105)를 거치면서 냉각수(w)의 속도가 더욱 증가하게 된 다음, 테이퍼 관체(105)의 하부에 배치된 터빈(143)을 회전시키기 때문에, 선회가이드 베인(120)과 테이퍼 관체(105)가 없는 것보다, 고속으로 터빈(143)을 회전시킬 수 있어, 발전효율을 향상시킬 수 있다.
참고로, 도 6은 본 발명의 소수력 발전장치 내에서 유동하는 공업용수(냉각수)의 속도분포를 나타낸 그림이다. 도 6에서 보는 바와 같이, 선회가이드 베인(120) 안내되면서 공업용수(냉각수)의 속도가 점차 증가하다가 테이퍼 관체(105) 내에서 속도가 더 증가한 후, 터빈(143)을 회전시켜 주는 것을 보여준다.
상기 본 발명의 설명에서, 공업용수 라인(10)이 분기되어, 발전용 배출포트(20)와 집수조용 배출포트(30)가 설치되고, 소수력 발전장치(100)가 발전용 배출포트(20)의 하부에 이격되게 설치되는 것을 설명하였으나, 이는 한정되는 것은 아니며, 통상의 공장 공업용수 라인(10)의 배출포트의 하부에 이격되게 소수력 발전장치(100)를 설치하여, 통상의 공장 공업용수 라인(10)으로부터 떨어지는 냉각수(공업용수)를 소수력 발전장치(100)가 받아, 발전이 이루어질 수 있으면, 공업용수 라인(10)을 분기하지 않고도, 통상의 공업용수 라인(10)의 배출포트 높이만 일정높이로 높이고, 그 밑에 소수력 발전장치(100)를 설치하여도 무방하다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
10...공업용수 라인
20...발전용 배출포트
30...집수조용 배출포트
100...소수력 발전장치
101...외통
103...유입관
105...테이퍼 관체
108...제 1 지지대
109...제 2 지지대
110...내통
120...선회가이드 베인
130...배출관
141...발전기
143...터빈
143a...날개

Claims (7)

  1. 공장에서 사용되는 공업용수 라인의 일측에 형성되어 리턴집수조로 공업용수를 배출하며, 지면으로부터 소정높이 이격형성되는 공업용수 배출포트;
    상기 공업용수 배출포트의 하방향으로 소정거리 이격설치되어, 상기 공업용수 배출포트를 통해 배출되는 상기 공업용수를 받아서 전기를 생산하는 소수력 발전장치를 포함하고,
    상기 소수력 발전장치는,
    외통과 내통을 같는 이중관체;
    상광하협형상의 상하가 개방된 통형상으로 형성되고, 상기 외통의 하단에 결합설치되는 테이퍼 관체;
    상기 외통과 상기 내통 사이에 나선형상으로 형성되어, 상기 외통과 상기 내통의 상부로 유입된 상기 공업용수에 하향 선회하는 수류를 형성하는 선회가이드 베인;
    상기 내통의 내부 하측에 설치되는 발전기; 및,
    상기 테이퍼 관체의 하부에 위치하도록 상기 발전기의 회전축과 연결되도록 설치되는 터빈부재;를 포함하여,
    상기 공업용수 배출포트로부터 배출된 상기 공업용수는 상기 외통과 내통 사이로 유입되어, 상기 선회가이드 베인에 안내되어 하향선회수류가 형성된 후, 상기 테이퍼 관체를 거쳐 하방으로 배출되면서, 상기 터빈부재를 회전시킴으로써, 상기 발전기에서 전기가 생산되는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수력 발전장치는,
    상기 이중관체의 상면에 상기 외통과 상기 내통 사이의 공간과 연통하여 상기 공업용수 배출포트로부터 자유낙하하는 상기 공업용수를 유입하여 상기 외통과 내통 사이의 공간으로 보내는 유입관 및,
    상기 테이퍼 관체의 개방된 하단에 결합되어, 상기 테이퍼 관체를 거친 상기 공업용수를 배출하는 배출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공업용수 배출포트는 상기 공업용수 라인으로부터 분기되어, 서로 대칭되도록 형성되는 발전용 배출포트와 집수조용 배출포트로 나뉘며,
    상기 발전용 배출포트의 하부에 이격되게 상기 소수력 발전장치가 설치되어, 상기 발전용 배출포트를 통해 배출되는 상기 공업용수를 통해 상기 소수력 발전장치가 가동하여 발전이 이루어지고,
    상기 집수조용 배출포트를 통해 배출된 상기 공업용수는 공장에 설치된 쿨링타워로 보내기 위한 리턴 집수조로 떨어져 모이는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배출관을 통해 배출되는 상기 공업용수는 상기 리턴집수조로 떨어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전용 배출포트에는 유체흐름을 조절하는 제 1 밸브가 설치되고,
    상기 집수조용 배출포트에는 유체흐름을 조절하는 제 2 밸브가 설치되어,
    상기 소수력 발전장치의 가동시, 상기 제 1 밸브는 개방되고, 상기 제 2 밸브는 차단되어, 상기 발전용 배출포트를 통해 상기 공업용수가 배출되어 상기 소수력 발전장치를 거치면서 전기를 생산하고, 상기 배출관을 통해 상기 리턴집수조로 떨어지고,
    상기 소수력 발전장치의 미가동시, 상기 제 1 밸브는 차단되고, 상기 제 2 밸브가 개방되어, 상기 집수조용 배출포트를 통해 상기 공업용수가 상기 리턴집수조로 바로 떨어져 집수되는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 외통의 하단과 상기 테이퍼 관체의 상단에는 각각 플랜지가 설치되어, 상기 외통과 상기 테이퍼 관체는 볼트에 의해 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전기는 영구자석형 발전기로 이루어지며,
    상기 소수력 발전장치의 가동시, 상기 공업용수가 상기 내통의 하측을 통해 상기 내통 내부로 일정높이까지 유입됨으로써, 상기 발전기가 상기 공업용수에 잠겨 냉각되는 것을 특징으로 하는 공업용수 라인을 활용한 소수력 발전설비.


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