KR101320636B1 - 유수관용 수력발전장치 - Google Patents

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KR101320636B1
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Abstract

본 발명에 의하면, 유수관의 전단부와 후단부 사이에 연결 구성되는 연결부; 상기 연결부의 내부에 구성되어 연결부 내부의 유수의 힘에 의해 회전되어 회전력을 발생시키는 수차부; 상기 수차부의 중심축에 관통된 상태에서 상기 연결부의 일측에 일단이 고정되고 상기 연결부의 타측에 구성된 케이싱에 타측이 관통된 상태를 가지며 구성되어 상기 수차부의 회전력을 전달받아 회전되는 회전부; 상기 케이싱의 내부에 구성되어 상기 회전부로부터 발생된 회전력을 가속시키는 가속부; 상기 케이싱의 내부에 구성되어 상기 가속부에 의해 가속된 회전력을 전달받아 회전력을 전력으로 전환시켜 저장하는 소수력발전부; 상기 연결부 내부 수차부의 전방에 구성되어 유수관의 유수를 집진하여 수차부의 하측부를 향해 집중 분사시켜 수차부의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 집중분사부; 상기 연결부 내부 집중분사부와 수차부의 전방 사이에 구성되어 수차부의 중심축 보다 수차부 전방의 유수 수위가 낮은 상태를 가지도록 하여 수차부의 하측으로만 유수가 유입되도록 하는 흐름유도부; 및 상기 연결부 내부 수차부의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부와 함께 수차부의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부에 의해 수차부의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지하는 역류방지부를 포함하는 유수관용 수력발전장치가 제공된다.

Description

유수관용 수력발전장치{A waterpower generator for pipe flowing water}
본 발명은 유수관용 수력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수종말처리장 등에서 정화 처리된 하수나 수영장 등에서 사용된 저장수를 방류하는 유수관(流水管)에 구성되어 유수의 힘에 의해 회전되면서 전력에너지를 얻는 소규모 수력발전장치에 있어서 유수의 힘에 의해 회전되는 수차부의 전방에 유수를 집진한 후 분사하는 집중분사부가 구성되고 수차부의 전방과 후방에 구성된 흐름유도부와 역류방지부를 통하여 수차부의 원활한 회전을 가능하게 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 유수관용 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력에너지를 생산하는 방법으로, 석유나 석탄 등의 화석연료를 이용한 화력발전과 우라늄이나 플루토늄 등의 핵연료를 이용한 원자력발전이 현재 가장 많은 전력에너지를 생산하는 방법으로 전세계적으로 사용되고 있으나, 상기와 같은 화력발전과 원자력발전은 지구온실화, 지하자원의 고갈, 핵폐기물처리, 방사능유출과 같은 각종 심각한 환경문제 등을 유발하여 차세대 에너지원으로서 그 효용가치가 감소하고 있다.
반면, 바람의 힘을 이용한 풍력발전, 물의 힘을 이용한 수력발전, 조수간만의 차를 이용한 조력발전, 태양에너지를 이용한 태양광 및 태양열발전은 친환경적이면서도 인체에 무해한 자연에너지를 이용하여 전력에너지를 얻기 위한 방법들로 현재 차세대 에너지원으로 크게 각광받고 있다.
그러나 수력발전장치는 높은 곳에 위치한 물의 위치에너지를 발전기의 운동에너지로 변환시키면서 발전기 내부의 전자기 유도 현상을 이용하여 전기를 얻는 방법으로, 발전 용량을 높이기 위해서는 물이 더 큰 위치에너지를 가져야 하므로, 통상 댐의 상류에 비가 오랜 기간 오지 않을 경우 댐에 많은 유량의 물을 저장하기 어려워 발전 효율이 크게 저하되고, 대규모의 설비 등에 따른 막대한 비용이 소요되는 문제점이 있다.
이에, 상기와 같은 수력발전장치의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허 10-1202678호의 하수방류관용 수력발전장치 등이 개시된 바 있다.
상기와 같은 하수방류관용 수력발전장치는, 하수종말처리장 등에서 정화 처리된 하수나 수영장 등에서 사용된 저장수를 방류하는 유수관(流水管)에 연결 구성된 연결관의 내부에 유수의 힘에 의해 회전되는 수차부가 구성되고 상기 수차부의 회전력을 전달받는 소수력발전부에 의해 전력에너지가 생산 저장되도록 한다.
여기서, 상기 수력발전장치는, 상기 수차부의 전방에 흐름유도판이 구성되어 유수의 수위가 수차부의 중심축 보다 높더라도 수차부의 하측으로만 유수가 유입되도록 하여 수차부의 회전이 원활이 이루어질 수는 있다.
그러나 상기와 같은 수력발전장치는, 상기 수차부의 회전 후, 수차부의 후방으로 유출된 유수의 수위 또한, 수차부의 중심축 보다 높기 때문에 결국 수차부 후방과 전방이 유수의 수위에 잠긴 상태를 가지게 된다.
이에, 상기 수차부의 회전시 유수의 저항이 많이 발생하게 되고 또한, 수차부의 회전력에 따라 수차부의 후방으로 유출되는 유수에 와류가 발생하게 되어, 결국 수차부의 회전이 원활히 이루어지지 않게 되어, 발전 효율이 크게 저하되는 문제점이 있다.
한편, 상기와 같은 수력발전장치는, 상기 유수관의 중간부위나 해당 부위에 연결되기 때문에, 상기 수력발전장치가 연결된 부위에서 유속이 감소되어 상기 유수관이 수영장 등과 같은 시설물에 있어서 상기 유수관의 유수가 정화된 후 다시 수영장에 재공급되어야 하는 경우, 유수의 순환이 원활하지 못하여 시설물의 사용에 지장을 초래하게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 유수의 힘에 의해 회전되는 수차부의 전방에 유수를 집진한 후 분사하는 집중분사부가 구성되어 빠른 속도로 수차부가 회전되도록 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 유수관용 수력발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 수차부의 전방과 후방에 흐름유도부와 역류방지부가 구성되어 수차부의 회전 공간에 유수가 저장되지 못하도록 회전 공간을 확보하여 수차부의 중심축이 유수의 수위에 잠기는 것을 방지하고 수차부의 후방에 와류가 발생되는 것을 방지하여 원활한 회전을 가능하게 할 수 있는 유수관용 수력발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 수차부가 구성되는 유수관의 전방과 후방에 바이패스관이 연결되어 선택적으로 수차부를 이용한 발전이 가능하도록 하여 상기 유수관을 가지는 시설물의 운영에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있는 유수관용 수력발전장치를 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 유수관의 전단부와 후단부 사이에 연결 구성되는 연결부; 상기 연결부의 내부에 구성되어 연결부 내부의 유수의 힘에 의해 회전되어 회전력을 발생시키는 수차부; 상기 수차부의 중심축에 관통된 상태에서 상기 연결부의 일측에 일단이 고정되고 상기 연결부의 타측에 구성된 케이싱에 타측이 관통된 상태를 가지며 구성되어 상기 수차부의 회전력을 전달받아 회전되는 회전부; 상기 케이싱의 내부에 구성되어 상기 회전부로부터 발생된 회전력을 가속시키는 가속부; 상기 케이싱의 내부에 구성되어 상기 가속부에 의해 가속된 회전력을 전달받아 회전력을 전력으로 전환시켜 저장하는 소수력발전부; 상기 연결부 내부 수차부의 전방에 구성되어 유수관의 유수를 집진하여 수차부의 하측부를 향해 집중 분사시켜 수차부의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 집중분사부; 상기 연결부 내부 집중분사부와 수차부의 전방 사이에 구성되어 수차부의 중심축 보다 수차부 전방의 유수 수위가 낮은 상태를 가지도록 하여 수차부의 하측으로만 유수가 유입되도록 하는 흐름유도부; 및 상기 연결부 내부 수차부의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부와 함께 수차부의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부에 의해 수차부의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지하는 역류방지부를 포함하는 유수관용 수력발전장치가 제공된다.
여기서, 상기 유수관용 수력발전장치는, 상기 연결부가 구성되는 유수관의 전방부와 후방부 사이에 바이패스관이 연결되고 상기 바이패스관이 연결부의 전/후방에 구성된 밸브에 의해 개폐되도록 하여 선택적으로 수차부를 이용한 발전이 가능하도록 하는 바이패스부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 유수의 힘에 의해 회전되는 수차부의 전방에 유수를 집진한 후 분사하는 집중분사부가 구성되어 빠른 속도로 수차부가 회전되도록 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 수차부의 전방과 후방에 흐름유도부와 역류방지부가 구성되어 수차부의 회전 공간에 유수가 유입 또는 저장되지 못하도록 회전 공간을 확보하여 수차부의 중심이 유수의 수위에 잠기는 것을 방지하고 수차부의 후방에 와류가 발생되는 것을 방지하여 원활한 회전을 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 수차부가 구성되는 유수관의 전방과 후방에 바이패스관이 연결되어 선택적으로 수차부를 이용한 발전이 가능하도록 하여 상기 유수관을 가지는 시설물의 운영에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치를 나타낸 분해사시도;
도 2는 도 1의 유수관용 수력발전장치가 유수관에 결합된 상태를 나타낸 측단면도;
도 3은 도 1의 유수관용 수력발전장치에 있어서 수차부와 소수력발전부를 나타낸 도면; 및
도 4는 도 3의 유수관용 수력발전장치에 있어서 유수관에 바이패스관이 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 유수관용 수력발전장치가 유수관에 결합된 상태를 나타낸 측단면도이며, 도 3은 도 1의 유수관용 수력발전장치에 있어서 수차부와 소수력발전부를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 유수관용 수력발전장치에 있어서 유수관에 바이패스관이 연결된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치는, 하수종말처리장의 정화처리된 하수나 대형 수영장 등에서 사용된 저장수를 방류하는 유수관(10)의 전단부(11)와 후단부(12) 사이에 연결 구성되어 내부에 물이 흐르도록 하는 연결부(110), 상기 연결부(110)의 내부에 구성되어 연결부(110) 내부의 유수의 힘에 의해 회전되어 회전력을 발생시키는 수차부(120), 상기 수차부(120)의 중심축에 관통된 상태에서 상기 연결부(110)의 일측에 일단이 관통 고정되고 상기 연결부(110)의 타측에 구성된 케이싱(C)에 타측이 관통된 상태를 가지며 구성되어 상기 수차부(120)의 회전력을 전달받아 회전되는 회전부(130), 상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 회전부(130)로부터 발생된 회전력을 가속시키는 가속부(140), 상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 가속부(140)에 의해 가속된 회전력을 전달받아 회전력을 전력으로 전환시켜 저장하는 소수력발전부(150), 상기 연결부(110) 내부 수차부(120)의 전방에 구성되어 유수관(10)의 유수를 집진하여 수차부(120)의 하측부를 향해 집중 분사시켜 수차부(120)의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 집중분사부(160), 상기 연결부(110) 내부 집중분사부(160)와 수차부(120)의 전방 사이에 구성되어 수차부(120)의 중심축 보다 수차부(120) 전방의 유수 수위가 낮은 상태를 가지도록 하여 수차부(120)의 하측으로만 유수가 유입되도록 하여 수차부(120)의 회전이 원활이 이루어지도록 하는 흐름유도부(170) 및 상기 연결부(110) 내부 수차부(120)의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부(170)와 함께 수차부(120)의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부(120)에 의해 수차부(120)의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지하여 수차부(120)의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 역류방지부(180) 등을 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연결부(110)가 구성되는 유수관(10)의 전방부(11)와 후방부(12) 사이에 바이패스관(191)이 연결되고 상기 바이패스관(191)이 연결부(110)의 전방 또는 전/후방에 구성된 밸브(192)에 의해 개폐되도록 하여 선택적으로 수차부(120)를 이용한 발전이 가능하도록 하고, 이를 통하여, 상기 유수관(10)을 가지는 시설물의 운영에 지장을 초래하지 않도록 하는 바이패스부(190)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 유수관용 수력발전장치는, 상기 집중분사부(160)와 역류방지부(180)를 제외하고는, 등록특허 10-1202678호의 하수방류관용 수력발전장치와 나머지 구성부들이 동일 또는 유사하므로 상기 구성부들에 대해서는 개략적으로 설명하기로 한다.
상기 연결부(110)는, 유수관(10)의 전단부(11)와 후단부(12) 사이에 연결 구성되어 내부에 물이 흐르도록 하는 연결관으로, 상기 전단부(11)에 연결되는 제1연결관(111)과 상기 후단부(12)에 연결되는 제2연결관(112)이 하나의 연결관(113)으로 연결되는 구조를 가진다.
여기서, 상기 제1연결관(111)은 상기 전단부(11)의 플랜지(11a)에 볼팅 결합되는 제1플랜지(111a)와 제1플랜지(111a)에 대향되는 부위에 제2플랜지(111b)를 가지고, 상기 제2연결관(112)은 상기 후단부(12)의 플랜지(12a)에 볼팅 결합되는 제1플랜지(112a)와 제1플랜지(112a)에 대향되며 상기 제1연결관(111)의 제2플랜지(111b)에 볼팅 결합되는 제2플랜지(112b)를 가지며, 상기 제1연결관(111)과 제2연결관(112)이 각각 전단부(11)와 후단부(12)에 연결된 상태에서 제2플랜지(111b,112b)들을 통하여 상호간 결합되어 하나의 연결관(113)으로 조립된다.
따라서 상기 연결부(110)에 의하면, 복수개의 연결관(111,112)이 유수관(10)에 하나의 연결관(113)으로 연결 조립되는 구조를 통하여, 상기 연결관(113)의 내부에 상기 구성부 즉, 수차부(120), 집중분사부(160), 흐름유도부(170) 및 역류방지부(180)가 용이하게 구성되도록 할 수 있다.
상기 수차부(120)는, 상기 연결부(110)의 내부에 구성되어 연결부(110) 내부의 유수의 힘에 의해 회전되어 회전력을 발생시키는 수차수단으로, 상기 연결관(113)의 제2연결관(112)의 전방 내부 중심부분에 좌우수평방향으로 위치되며 중심부에 좌우수평방향으로 결합공(121)이 형성된 중심축(122)과, 상기 중심축(122)의 방사상으로 연결되어 유수의 힘에 의해 회전 동작하여 회전력을 발생시키는 복수개의 수차날개(123)를 포함한다.
여기서, 상기 수차날개(123)는, 움푹 들어간 바가지형상의 저항부(123a)가 연결관(113)의 유수 방향과 직교되도록 구성됨으로써, 상기 저항부(123a)에 유수가 담겨지도록 하여 유수의 힘을 최대한으로 전달받아 회전 동작되는 것이 바람직하다.
상기 회전부(130)는, 상기 수차부(120)의 중심축(122)에 관통된 상태에서 상기 연결관(113)의 폭방향 일측에 일단이 관통 고정되고 상기 연결관(113)의 폭방향 타측에 구성된 케이싱(C)에 타측이 관통된 상태를 가지며 구성되어 상기 수차부(120)의 회전력을 전달받아 회전되는 회전부재로, 상기 수차부(120)가 구성되는 연결관(113)의 제2연결관(112)의 일측에 형성된 고정공(112c)에 수차부(120)의 중심축(122)에 형성된 결합공(121)에 끼움 지지되도록 관통되는 회전축(131)의 일단이 회전 가능하게 고정되고, 상기 제2연결관(112)의 타측에 형성된 관통공(112d)에 상기 회전축(131)의 타단이 회전 가능하게 관통되어, 상기 수차부(120)의 회전시 회전축(131)이 회전된다.
이때, 상기 고정공(112c)에는 베어링부재와 실링부재가 구성되어 회전축(131)의 회전과 방수를 가능하게 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 케이싱(C)은, 상기 연결관(113)의 타측에 구성되어 상기 회전축(131)의 타단으로부터 회전력을 전달받는 가속부(140)와 상기 가속부(140)로부터 회전력을 전달받는 소수력발전부(150)가 구성되도록 하는 수납부재로, 상기 연결관(113) 즉, 제2연결관(112)의 관통공(112d)에 연통되는 연통공(C1)에 상기 회전축(121)의 타단이 회전 가능한 상태로 지지되어 수납공간에 위치되도록 일측면이 고정 부착되며, 상측이 개구수단에 의해 개폐되어 상기 가속부(140)와 소수력발전부(150)의 구성 및 유지 작업을 가능하게 한다.
이때, 상기 회전축(131)의 타단이 관통되는 관통공(112d)과 연통공(C1)에는, 통상의 실링부재가 구성되어 상기 케이싱(C)의 수납공간에 유수의 유입이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가속부(140)는, 상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 회전부(130)로부터 발생된 회전력을 가속시키는 가속수단으로, 상기 회전부(130) 회전축(131)의 타단에 구성된 회전기어(141), 상기 회전기어(141)에 치합되어 회전되는 종동기어(142) 및 상기 종동기어(142)의 종동축(143) 단부에 복수개의 기어군이 치합된 상태로 구성되어 상기 종동축(143)을 통해 전달되는 회전력을 일정비율로 증가시키는 가속기어군(144)을 포함한다.
여기서, 상기 종동기어(142)는 상기 회전기어(141) 보다 작은 기어비로 구성되고 상기 가속기어군(143)도 종동기어(142) 보다 기어비로 구성되도록 하여, 회전력이 더 가속되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 소수력발전부(150)는, 상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 가속부(140)에 의해 가속된 회전력을 전달받아 회전력을 전력으로 전환시켜 저장하는 발전수단으로, 상기 가속기어군(144)으로부터 전달되는 회전력을 전력으로 전환 및 저장시키는 통상의 구성을 가진다.
상기 집중분사부(160)는, 상기 연결관(113) 내부 수차부(120)의 전방에 구성되어 유수관(10)의 유수를 집진하여 수차부(120)의 하측부를 향해 집중 분사시켜 수차부(120)의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 집중분사수단으로, 상기 연결관(113)의 제1연결관(112)의 전방 내부에 위치되며 전방으로부터 후방으로 갈수록 폭이 급격하게 좁아지는 깔대기 형상을 통하여 연결관(113)의 유수를 집진하는 호퍼(161)와, 상기 호퍼(161)의 분사공(161a)에 탈착 가능하게 구성되어 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)에 집중적으로 유수를 분사하는 분사노즐(162)을 포함한다.
여기서, 상기 호퍼(161)의 분사공(161a)은, 제1연결관(112)의 중심부 보다 낮은 부위에 형성되어 상기 분사노즐(162)이 구성되지 않더라도 유수가 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)에 집중적으로 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분사노즐(162)은, 다양한 직경을 가지는 노즐이 선택적으로 분사공(161a)에 탈착 되는 것이 바람직하고, 분사각도도 조절되어 상기 분사공(161a)이 제1연결관(112)의 중심부에 위치하더라도 유수가 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)에 집중적으로 분사되도록 하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 집중분사부(160)에 의하면, 상기 유수관(10)의 유수를 집진하고 이를 수차부(120)의 하측부를 향해 집중 분사시킴으로써, 수차부(120)의 회전이 보다 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
상기 흐름유도부(170)는, 상기 연결관(113) 내부 집중분사부(160)와 수차부(120)의 전방 상측과 하측에 구성되어 수차부(120)의 중심축 보다 수차부(120) 전방의 유수 수위가 낮은 상태를 가지도록 하여 수차부(120)의 하측으로만 유수가 유입되도록 하는 흐름유도부재로, 수차부(120)의 전방 상측과 하측에 근접되게 설치되도록 제1연결관(111)의 후방부에 제1연결관(111)의 상부와 하부반부분을 차단하도록 구성되는 흐름유도판(171)을 포함한다.
여기서, 상기 흐름유도판(171)은, 상측 전방은 연결관(113) 즉, 제1연결관(111)의 상부에서 하부로 갈수록 상기 호퍼(161)의 상측 라인에 접촉된 상태로 점점 하향 경사지게 형성되고 상측 후방은 전방과 반대로 형성되며, 하측 전방은 제1연결관(111)의 하부에서 상부로 갈수록 상기 호퍼(161)의 하측 라인에 접촉된 상태로 점점 상향 경사지게 형성되고 하측 후방은 전방과 반대로 형성된다.
따라서 상기 흐름유도판(171)은, 상기 분사노즐(162)로부터 분사되어 수차부(120)의 전방에 고인 유수가 흐름유도판(171)에 의해 수차부(120)의 하부쪽으로 흐르도록 하고 이를 통하여, 수차부(120)가 유수의 수위에 잠기기 않도록 하여 수차부(120)의 원활한 회전을 가능하게 할 수 있다.
상기 역류방지부(180)는, 상기 연결관(113) 내부 수차부(120)의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부(170)와 함께 수차부(120)의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부(120)에 의해 수차부(120)의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지하는 역류방지부재로, 수차부(120)의 후방 상측에 근접되게 설치되도록 제2연결관(112)의 후방부에 제2연결관(111)의 상부 절반 이상 부분을 차단하도록 구성되는 역류방지판(181)을 포함한다.
여기서, 상기 역류방지판(181)은, 전방은 연결관(113) 즉, 제2연결관(112)의 상부에서 하부로 갈수록 점점 하향경사지게 형성되어 상기 흐름유도판(171)의 후방과 함께 수차부(120)가 회전되는 회전공간을 제공하고 후방은 전방과 반대로 형성되어, 원운동하는 수차날개(123)의 원심력에 의해 튕겨지는 유수가 수차부(120)의 후방으로 와류 또는 백스트로크(Backstroke) 되는 것을 방지하여 수차부(120)의 회전공간 내부로 유수가 유입되지 못하도록 하고, 이를 통하여, 수차부(120)가 유수의 수위에 잠기지 않도록 하여 수차부(120)의 원활한 회전을 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 역류방지판(181)의 전방과 후방의 경사면이 만나는 차단변(181a)은, 원운동하는 수차날개(123)의 원심력에 의해 튕겨지는 유수의 운동방향에 평행하도록 수차부(120)의 후방 하측을 향해 절곡된 형상을 가지도록 하여, 와류현상을 최소화하는 것이 바람직하다.
따라서 상기 역류방지부(180)에 의하면, 상기 연결관(113) 내부 수차부(120)의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부(170)와 함께 수차부(120)의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부(120)에 의해 수차부(120)의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지함으로써, 수차부(120)의 회전이 원활히 이루어지도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 하수종말처리장의 정화처리된 하수나 대형 수영장 등에서 사용된 저장수를 방류하는 유수관(10)의 전단부(11)와 후단부(12) 사이에 연결관(113)을 통하여 수력발전장치의 구성부들이 구성된 상태에서, 상기 연결관(113)에 유수관(10)으로부터 유수가 진입하게 된다. 이때, 상기 유수관(10)의 유수는 통상적으로 유수관(10)의 40% 내지 60% 정도의 수위를 유지한다.
이에, 상기 연결관(113)의 제1연결관(111)에 유수가 진입하게 되면, 제1연결관(111)의 전방에 구성된 집중분사부(160)의 호퍼(161)에 유수가 집진하게 되고 이어서, 호퍼(161)의 말단에 구성된 분사공(161a) 또는 상기 분사공(161a)에 구성된 분사노즐(162)을 통하여 제2연결관(112)의 전방에 구성된 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)에 집중적으로 분사된다.
이에, 상기 수차날개(123)는 빠른 속도로 회전하게 되고, 이에 따라 회전부(130)가 회전하게 되며, 상기 회전부(130)의 회전력이 가속부(140)에 의해 더 빠른 속도로 가속된 상태로 소수력발전부(150)에 전달되어 전력이 생산 및 저장된다.
이때, 상기 집중분사부(160)로부터 수차날개(123)로 집중 분사된 유수는, 수차날개(123)의 회전공간을 제공하기 위하여 수차날개(123)의 전방과 후방에 각각 구성되는 흐름유도판(171)과 역류방지판(181)에 의하여, 수차날개(123)의 후방으로 와류 또는 백스트로크 되는 것이 방지되어, 수차날개(123)의 회전공간 전방과 후방으로 유수가 유입되지 못하게 되고, 이에, 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)만 유수의 수위에 잠긴 상태를 가지게 되어, 수차날개(123)가 원활하게 회전될 수 있다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유수관용 수력발전장치는, 상기 연결부(110)가 구성되는 유수관(10)의 전방부(11)와 후방부(12) 사이에 구성된 바이패스관(191)이 연결관(113)에 구성된 밸브(192)의 제어에 따라 개폐되도록 하여 선택적으로 수차부(120)를 이용한 발전이 가능하도록 하고, 이를 통하여, 상기 유수관(10)을 가지는 시설물의 운영에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 유수관용 수력발전장치는, 상기 제1연결관(111)에 집중분사부(160)와 흐름유도부(170)가 구성되고 상기 제2연결관(112)에 수차부(120)와 역류방지부(180)가 구성되도록 하고 있으나, 이는, 복수개의 연결관에 상기 구성부들이 구성되는 상태를 일예로 나타낸 것일 뿐 이에 한정되지 않음은 당업자에게는 분명한 사실이며, 다른 예로, 상기 제1 및 제2연결관(111,112) 대신에 하나의 연결관이 유수관(10)에 연결되고 상기 연결관 내부에 상기 집중분사부(160), 흐름유도부(170), 수차부(120) 및 역류방지부(180)가 모두 구성되는 등 다양하게 변경 실시될 수 있다.
따라서 상기와 같은 본 발명의 유수관용 수력발전장치에 의하면, 유수의 힘에 의해 회전되는 수차부(120)의 전방에 유수를 집진한 후 분사하는 집중분사부(160)가 구성되어 빠른 속도로 수차부가 회전되도록 하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 수차부(120)의 전방과 후방에 흐름유도부(170)와 역류방지부(180)가 구성되어 수차부(120)의 회전 공간에 유수가 유입 또는 저장되지 못하도록 회전 공간을 확보하여 수차부(120)의 중심이 유수의 수위에 잠기는 것을 방지하고 수차부(120)의 후방에 와류가 발생되는 것을 방지하여 원활한 회전을 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 수차부(120)가 구성되는 유수관(10)의 전방과 후방에 바이패스관(191)이 연결되어 선택적으로 수차부(120)를 이용한 발전이 가능하도록 하여 상기 유수관(10)을 가지는 시설물의 운영에 지장을 초래하지 않도록 할 수 있다.
상술한 본 발명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구 범위와 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

  1. 유수관(10)의 전단부(11)와 후단부(12) 사이에 연결 구성되는 연결부(110);
    상기 연결부(110)의 내부에 구성되어 연결부(110) 내부의 유수의 힘에 의해 회전되어 회전력을 발생시키는 수차부(120);
    상기 수차부(120)의 중심축에 관통된 상태에서 상기 연결부(110)의 일측에 일단이 고정되고 상기 연결부(110)의 타측에 구성된 케이싱(C)에 타측이 관통된 상태를 가지며 구성되어 상기 수차부(120)의 회전력을 전달받아 회전되는 회전부(130);
    상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 회전부(130)로부터 발생된 회전력을 가속시키는 가속부(140);
    상기 케이싱(C)의 내부에 구성되어 상기 가속부(140)에 의해 가속된 회전력을 전달받아 회전력을 전력으로 전환시켜 저장하는 소수력발전부(150);
    상기 연결부(110) 내부 수차부(120)의 전방에 구성되어 유수관(10)의 유수를 집진하여 수차부(120)의 하측부를 향해 집중 분사시켜 수차부(120)의 회전이 원활히 이루어지도록 하는 집중분사부(160);
    상기 연결부(110) 내부 집중분사부(160)와 수차부(120)의 전방 사이에 구성되어 수차부(120)의 중심축 보다 수차부(120) 전방의 유수 수위가 낮은 상태를 가지도록 하여 수차부(120)의 하측으로만 유수가 유입되도록 하는 흐름유도부(170); 및
    상기 연결부(110) 내부 수차부(120)의 후방에 구성되어 상기 흐름유도부(170)와 함께 수차부(120)의 회전 공간을 제공하며 회전되는 수차부(120)에 의해 수차부(120)의 후방에 발생되는 와류가 회전 공간으로 유입되는 것을 방지하는 역류방지부(180)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부(110)가 구성되는 유수관(10)의 전방부(11)와 후방부(12) 사이에 바이패스관(191)이 연결되고 상기 바이패스관(191)이 연결부(110)의 전/후방에 구성된 밸브(192)에 의해 개폐되도록 하여 선택적으로 수차부(120)를 이용한 발전이 가능하도록 하는 바이패스부(190)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결부(110)는,
    상기 전단부(11)에 연결되는 제1연결관(111)과 상기 후단부(12)에 연결되는 제2연결관(112)이 하나의 연결관(113)으로 연결되며,
    상기 제1연결관(111)은 상기 전단부(11)의 플랜지(11a)에 볼팅 결합되는 제1플랜지(111a)와 제1플랜지(111a)에 대향되는 부위에 제2플랜지(111b)를 가지고,
    상기 제2연결관(112)은 상기 후단부(12)의 플랜지(12a)에 볼팅 결합되는 제1플랜지(112a)와 제1플랜지(112a)에 대향되며 상기 제1연결관(111)의 제2플랜지(111b)에 볼팅 결합되는 제2플랜지(112b)를 가지는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 집중분사부(160)는,
    상기 연결부(110)의 전방 내부에 위치되며 전방으로부터 후방으로 갈수록 폭이 급격하게 좁아지는 깔대기 형상을 통하여 유수를 집진하고 상기 집진된 유수가 분사공(161a)을 통하여 분사되도록 하는 호퍼(161)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 집중분사부(160)는,
    상기 호퍼(161)의 분사공(161a)에 탈착 가능하게 구성되어 수차부(120)의 하측에 위치된 수차날개(123)에 집중적으로 유수를 분사하는 분사노즐(162)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 흐름유도부(170)는,
    상기 수차부(120)의 전방에 근접되게 설치되는 흐름유도판(171)을 포함하며,
    상기 흐름유도판(171)은,
    상측 전방은 연결부(110)의 상부에서 하부로 갈수록 상기 호퍼(161)의 상측 라인에 접촉된 상태로 점점 하향 경사지게 형성되고 상측 후방은 전방과 반대로 형성되며,
    하측 전방은 연결부(110)의 하부에서 상부로 갈수록 상기 호퍼(161)의 하측 라인에 접촉된 상태로 점점 상향 경사지게 형성되고 하측 후방은 전방과 반대로 형성되는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 역류방지부(180)는,
    상기 수차부(120)의 후방 상측에 근접되게 설치되도록 연결부(110)의 후방부에 연결부(110)의 절반 이상 부분을 차단하도록 구성되는 역류방지판(181)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 역류방지판(181)은,
    전방은 연결부(110)의 상부에서 하부로 갈수록 점점 하향경사지게 형성되어 상기 흐름유도부(170)의 후방과 함께 수차부(120)가 회전되는 회전공간을 제공하고,
    후방은 전방과 반대로 형성되어 원운동하는 수차부(120)의 원심력에 의해 튕겨지는 유수가 수차부(120)의 후방으로 와류 또는 백스트로크(Backstroke) 되는 것을 방지하여 수차부(120)의 회전공간 내부로 유수가 유입되지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 역류방지판(181)의 전방과 후방의 경사면이 만나는 차단변(181a)은,
    원운동하는 수차부(120)의 원심력에 의해 튕겨지는 유수의 운동방향에 평행하도록 수차부(120)의 후방 하측을 향해 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유수관용 수력발전장치.
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