KR101363416B1 - 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조 - Google Patents

하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조에 관한 것이다. 본 발명은 수차 런너(1)의 회전축에 롯드(4)가 형성되며, 롯드(4)의 중앙 영역에는 상기 롯드(4)를 감싸는 하나의 스테이터(7), 상기 스테이터(7)를 중심으로 수직으로 2개의 영구자석(5)이 대칭적으로 형성되어, 상기 수차 런너(1)의 회전이 수행되도록 하며, 수차 런너(1)의 각 날개는, 평면에서 반원의 형상으로 유수와의 접촉면적을 1.3 배 증가시키기 위해 반원형상의 가운데는 원형의 구멍을 설계하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 일반하천의 댐건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기투자비 저감으로 하천을 이용하여 발전하는 것에 비해 경제성이 있으며, 안정적인 유량확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하며, 가동율은 하천(약 40 내지 50%)의 두 배(약 90% 이상)로 발전량이 증대되도록 하는 효과를 제공한다. 또한, 하수처리장 배출구의 도수로를 밴츄리관을 설치하여 유속을 증가시키며, 강관 충진 및 내부공에 의한 강도증가와 진동흡수가 가능한 효과를 제공한다.

Description

하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조{Turbine-generator for small hydropower plant using treated water at sewage disposal plant and construction system structure}
본 발명은 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 일반하천의 댐건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기투자비 저감으로 하천을 이용하여 발전하는 것에 비해 경제성이 있으며, 안정적인 유량확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하며, 가동율은 하천(약 40 내지 50%)의 두 배(약 90% 이상)로 발전량이 증대되도록 하기 위한 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조에 관한 것이다.
바야흐로 세계는 에너지부족 및 기후변화에 대한 글로벌 위기감에 직면하고 있어 선진국에서는 국가적 수준의 에너지 대책 마련에 주력하고 있다.
지구온난화의 영향 및 화석연료고갈과 국제유가상승 등의 이유로 인하여 신재생 에너지에 대한 관심과개발이 활발하게 이루어지고 있는 추세이며 지구온난화에 대한 규제와 온실가스 감축에 대한 국제협약인 기후변화협약의 실질적 이행에 대한 교토의정서에 의하여 우리나라도 2013년부터는 온실가스 감축의무대상의 지정이 유력화되고 있어 청정에너지에 대한개발 수요가 증가하고 있다.
우리정부 또한 2008년 대한민국의 새로운 국가비전으로 “저탄소 녹색성장”을 선포하였으며 기후변화적응 및 에너지 자립 전략을 위해 온실가스 감축, 탈석유에너지 자립강화, 기후변화 적응역량 강화의 정책방향을 수립하여 수행하고 있다.
다량의 에너지를 소비하는 수처리 시설분야에도 에너지고갈과 기후변화에 대응하기 위하여, 영국에서는 “수처리의 에너지사용 효율화”를 수처리관련 5 대 기술 중 하나로 제시하고 있으며 미국 EPA는 수처리시설의 에너지 절감 및 온실가스 감축을 위한 다양한 노력을 하는 등 수처리에 소모되는 에너지 절감 및 대체 에너지 생산을 통한 에너지 자립의 필요성이 증대하고 있다.
최근 우리정부는 국제사회 요구 수준을 감안해 온실가스 30% 감축 목표를 확정한 바 있으며 환경부는 녹색성장과 기후변화 대비의 일환으로 하수처리시설을 저탄소 녹색성장의 성장동력으로 활용할 계획으로 2030년까지 다량의 에너지를 소비하는 하수처리시설의 에너지 자립화 50% 달성을 목표로 하는 “에너지 자립화 기본계획”을 수립하여 단계별로 진행하고 있다.
이에 따라 해당 기술 분야 중 하수처리장의 경우 처리된 배출수를개수로를 이용하여 하천에 방류하기 때문에 유입관을 이용하는 반동수차의 수차케이스 방류관, 운영 및 유지보수를 위한 수문을 설치하지 않는 흐름식 소수력 수차발전기를개발하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
[관련기술문헌]
1. 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법(Pro-environment-like small hydroelectric system and method) (특허출원번호 제10-2010-0065972호)
2. 소수력발전시스템의 원격감시 및 제어시스템(a Remote Control System For Generation System Of WaterPower) (특허출원번호 제10-2004-0039804호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일반하천의 댐건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기투자비 저감으로 하천을 이용하여 발전하는 것에 비해 경제성이 있으며, 안정적인 유량확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하며, 가동율은 하천(약 40 내지 50%)의 두 배(약 90% 이상)로 발전량이 증대되도록 하기 위한 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 하수처리장 배출구의 도수로를 밴츄리관을 설치하여 유속을 증가시키며, 강관 충진 및 내부공에 의한 강도증가와 진동흡수가 가능하도록 하기 위한 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조를 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기는, 수차 런너(1)의 회전축에 롯드(4)가 형성되며, 롯드(4)의 중앙 영역에는 상기 롯드(4)를 감싸는 하나의 스테이터(7), 상기 스테이터(7)를 중심으로 수직으로 2개의 영구자석(5)이 대칭적으로 형성되어, 상기 수차 런너(1)의 회전이 수행되도록 하며, 수차 런너(1)의 각 날개는, 평면에서 반원의 형상으로 유수와의 접촉면적을 1.3 배 증가시키기 위해 반원형상의 가운데는 원형의 구멍을 설계하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2개의 영구자석(5)과 철심에 해당하는 상기 스테이터(7)에 의해 상기 롯드(4)를 회전축으로 하여 수직방향으로 대칭되게 각 영구자석(5)에서 연장되어 형성된 두 개의 상기 수차 런너(1)가 회전하며, 회전시 베어링(6)은 롯드(4)의 축에 걸리는 하중을 지지하면서 상기 수차 런너(1)가 회전하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 롯드(4)의 양 끝에 형성된 롯드 지지구조물(10)은, 원형강(12), 그리고 원형강(12) 외부에 공간을 확보할 수 있는 내부원형강(11)의 이중 구조로 형성되며, 원형강(12)과 내부원형강(11) 사이에 모래 또는 콘크리트 소재의 충진제(13)를 삽입하여 기존의 원형강의 강도를 2 배로 증가시키고 내부 중공으로 진동을 흡수하여 회전진동을 최소화할 수 있는 구조를 제공하는 것이 바람직하다.
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본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조는, 일반하천의 댐건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기투자비 저감으로 하천을 이용하여 발전하는 것에 비해 경제성이 있으며, 안정적인 유량확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하며, 가동율은 하천(약 40 내지 50%)의 두 배(약 90% 이상)로 발전량이 증대되도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조는, 하수처리장 배출구의 도수로를 밴츄리관을 설치하여 유속을 증가시키며, 강관 충진 및 내부공에 의한 강도증가와 진동흡수가 가능한 효과를 제공한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조를 설명하기 위한 종래의 기술에 따른 수차발전기를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서 사용되는 수차 런너의 형상을 설명하기 위한 도면으로, 도 3a는개념도이며 도 3b는 실제적인 수차 런너의 날개를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서의 수차지지대의 길이를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기의 운전방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기의 건설 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서의 병렬구조 설계를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기를 이용한 유량 변화에 따른 정출력 수차발전기의 병렬구조 설계를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 시스템 구조를 설명하기 위한 종래의 기술에 따른 수차발전기를 나타내는 개념도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 이하 설명하도록 한다. 소수력(SHP : Small Hydropower) 발전은 일반의 수력발전과 같이 유수가 가지는 위치에너지, 운동에너지, 압력에너지를 수차에 의해 회전의 회동에너지로 변환하여 발전기를 회전시켜 전력을 얻는 것이다. 하수처리장의 배출수를 이용한 소수력발전은 일반의 수력발전과 달리 대규모 토목시설을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하고 있다. 그 운용시에는 온실효과가스의 배출은 없다. 특히, 수량이 안정된 하수처리시설을 대상으로 했을 경우는 밤낮을 불문하고 안정된 전력을 얻을 수 있다.
다만 소수력발전설비의 출력은 낙차 및 유량에 의존하기 때문에 설치장소의 조건에 의해 거의 결정되어 임의의 출력으로 계획하는 일은 불가한 것에 유의한다.
소수력 발전은 이름 그대로 소규모의 수력발전을 의미하는바, 이의 적용을 위해서는 적용 가능한 수량의 낙차가 대체로 2m 이상이며, 유량은 0.2 m3/s 이상이어야 한다. 또한 수차 설치장소의 부근에 부대설비를 설치할 수 있는 여유 공간이 있어야 한다. 하수처리시설에서 널리 이용되는 고정날개 프로펠라 수차의 경우 필요한 수차의 설치용지는 10 kw 정도의 설비에서 4.3 x 2.6 m 정도이며, 수차 설치 용지 이외에 2 x 2.5 m의 배전반 설치 용지도 필요하다. 우리나라에서 현재 소수력발전설비를 설치한 처리장은 대구의 신천하수처리장, 충남의 천안, 아산하수처리장, 경남 진해하수처리장, 그리고 경기도 안양의 석수하수처지장 등 5개 하수처리장이며, 전체 발전 시설용량은 620 kW이다. 일본의 경우도 현재 4개소의 하수처리장에서 도입되어 있다.
지금까지는 모두 압력식에 의한 수차발전설비로 기존토목구조물을 변형하여 설치해야하고 하천수위증가에 대한 대책이 미흡하며, 유지관리에 어려움을 겪고 있다.
이에 따라 본 발명에서는, 하수처리장의 배출수가 하천에 방류되는 점에 착안하여 하수처리장과 배출구는 하천의 홍수위선 보다 상위에 건설해야하므로 하천의 비홍기와의 수위차는 5 m를 유지하고 있다 하수처리장의 위치와 설비용량에 따라서 다소 차이는 있다. 하수처리장의 배출수는개수로를 이용하여 배출하고 있어개수로의 양안을 라운드화 구조를 설치 베츄리효과로 유속을 1.8 배 증가하므로 발전기의 출력을 약 5 배 정도 증가할 수 있다. 기존의 반동식 수차를 하천흐름을 이용하는 흐름식 수차에서 회전토크를 발생하는 접촉면을 원형화하여 접촉면적을 130%로 증가하여 발전기 출력을 1.3 배 증가할 수 있다. 접촉면을 지지하는 롯드(4)의 길이를 하수처리장의 여건에 맞게 증감하여 최적인 출력을 설계할 수 있다.
먼저, 수차의개발을 위해 흐름식 소수력 발전의 출력계산은 하기의 수학식 1에 의하며, 물과 접촉면적과는 비례하고 유속과는 3승에 비례한다.
Figure 112012106499994-pat00003
여기서, 각 파라미터는 "P : 발전기 출력(kW), A : 수차와 유수의 접촉면적(m2), ρ: 물의 밀도(1,000kg/), nt: 수차효율(%), ng: 발전기 효율(%), α: 접촉계수(원형 : 1.3)"에 해당한다. 상기 식의 유속은 다음 식인 수학식 2와 같이 하수처리장의 배수구에 적용할 수 있다.
Figure 112012106499994-pat00004
여기서, 각 파라미터는 "V : 유속(m/sec), n: 조도계수(콘크리트 0.011 내지 0.015), R : 동수반경(m)(유수단면적을 접수 주변장으로 나눈값), I : 하상경사(에너지경사)"에 해당한다.
본개발의 흐름식 수차발전기는 샤프트를 중심으로 롯드(4) 끝에 달린 수차 런너(1)는 유수와의 접촉면적에 원형으로 구성하고 중심에 구멍을 내어 유속의 흐름의 발란스를 잡아 주도록 하고, 롯드(4)는 수차런너(1)에 의해 회전력을 발생하는 회전토크로 기계동력을 얻을 수 있도록 한다. 또한 기계동력은 회전축의 발전기 회전자를 설치 수차와 발전기를 일체화하는 것이 바람직하다. 또한 상기 수차의 샤프트에는 증속기와 발전기가 연결되는 방법도 포함한다.
이 기술은 하수처리장의 처리된 물이 20 PPM 이하로 깨끗하게 처리된 물이 소하천으로 방류되는 낙차를 이용하여 물의 유속을 이용 소규모 발전이 가능하도록 해 소하천의 생태계에 영향을 최소화하면서 소하천 주변의 자연 완경사면에 소수력 발전장치의 설치가 가능한 소규모 무공해 수력발전 장치이며, 환경피해를 최소화 하면서 입지조건이나 설치 장소를 효율적으로 이용할 수 있는 것이 장점이다. 기존 화석연료의 대폭 절감 및 에너지의 절감이 가능하고, 이로 인해 소수력 발전장치 제품의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서 사용되는 수차 런너(1)의 형상을 설명하기 위한 도면으로, 도 3a는개념도이며 도 3b는 실제적인 수차 런너(1)의 날개를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 수차 런너(1)의 각 날개(2)는 평면에서 반원의 형상으로 유수와의 접촉면적을 1.3배 증가하여 발전 출력을 30% 향상하고 반원형상의 가운데는 원형의 구멍을 설계하여 유속의 흐름을 진동을 최소화하고 회전력의 진동의 축소한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서의 수차지지대(3)의 길이를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 회전체의 중심으로 회전토크를 얻기 위해 롯드(4)의 강도를 유수면적을 지지할 수 있도록 도 4와 같이 설계한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기의 운전방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 상술한 바와 같이 흐름식 소수력의 출력은 유속의 3 승에 비례하므로 하수처리장의 배출수의 도수로를 벤츄리관의 특성을 갖는 라운드관 또는 구조물을 설치하여 기존의 유속의 1.8 배를 증가하여 출력을 증가시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기의 건설 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 흐름식 수차에서는 롯드(4)의 끝에 달린 수차 런너(1)의 회전으로 회전모멘트가 커서 회전시 진동이 지지물에 전달될 수가 있다. 이를 해소하기 위해 롯드 지지구조물(10)은 원형강(12), 그리고 원형강(12) 외부에 공간을 확보할 수 있는 내부원형강(11)의 이중 구조로 형성되며, 원형강(12)과 내부원형강(11) 사이에 모래 또는 콘크리트 소재의 충진제(13)를 삽입하여 기존의 원형강의 강도를 2 배로 증가시키고 내부 중공으로 진동을 흡수하여 회전진동을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기(100)를 설명하기 위한 도면이다. 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기(100)는 충동식과 반동식의 2가지 형태를 갖고 있다. 기존의 하수처리장의 배출수를 이용한 소수력발전소의 건설은 반동식 수차를 적용하였으나, 본 발명에서는 충동식의 반동식을 병용한 물의 유속을 이용한다. 본 발명에서는 기존의 유입관, 유입발브, 수차케이싱, 듀라튜브, 발전소 구조물 등의 복잡한 공정과 구조물을 필요로 하지만, 흐름식의 경우는 유수와 접촉하는 수차 런너(1)와 발전기 회전하는 회전체 지지구조물만으로 건설할 수 있어 유지관리 및 경제성이 뛰어나다.
도 7을 참조하면, 수차 런너(1)의 회전축에 롯드(4)가 형성되며, 롯드(4)의 중앙에는 스테이터(7), 영구자석(5), 베어링(6)에 의한 수차 런너(1)의 회전이 수행된다. 즉, 2개의 영구자석(5)과 철심에 해당하는 스테이터(7)에 의해 롯드(4)를 회전축으로 하여 수직방향으로 대칭되게 각 영구자석(5)에서 연장된 두개의 수차 런너(1)가 회전하며, 회전에 따라 베어링(6)은 롯드(4)의 축에 걸리는 하중을 지지하면서 수차 런너(1)가 회전하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기에서의 병렬구조 설계를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 하수처리장의 시설용량에 따라서 배출구의 크기가 다르다. 하수처리장의 규격에 맞추어개별의 소수력발전 수차발전기를 병렬로 연결 운전하므로 배수로의 배출량을 최대한 발전출력으로 재생할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기를 이용한 유량 변화에 따른 정출력 수차발전기의 병렬구조 설계를 설명하기 위한 도면이다. 하수처리장은 하루 24시간 가동하여 처리수를 배출하므로 주간과 야간의 배출량이 변화가 있다. 따라서 배수량의 차이에 따른 발전기 출력변화를 조절하여 일정하게 공급할 수 있도록 인버터(300)와 발전기 제어기에 해당하는 로컬 제어기(400)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기(100)는 컨트롤러(200)에 의한 제어가 수행되며, 로컬 제어기(400)는 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기(100)로부터 유속 및 유량을 수신하며, 발전기 상태에 대한 제어를 수행한다. 또한 로컬 제어기(400)는 인버터(300)에 대한 제어를 통해 컨트롤러(200)와 연결된 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기(100)의 영구자석(5)과 스테이터(7)에 의한 수차 런너(1)에 대한 회전이 수행되도록 한다.
한편, 발전관리서버(600)는 DB(610)에 저장된 알고리즘에 의해 통신망(500)을 통해 로컬 제어기(400)에 대한 제어 명령을 전달할 수 있다. 본 발명에서 통신망(500)은 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망일 수 있다. 통신망(500)이 이동통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 통신망(500)은 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP망일 수 있다. 통신망(500)은 로컬 제어기(400)와 발전관리서버(600), 그 밖의 시스템 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
상술한 바에 따른 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기 및 그 건설 방법에 의하면, 하수처리장은 24시간 안정적인 유량을 확보할 수 있고 365일 중 15 일의 홍수기 최대홍수량을 제외하고는 적정 3 내지 5 m의 낙차를 확보할 수 있어 소규모의 설치비로 안정적인 전력을 재생할 수 있다. 또한 온실가스 감축에 기여할 수 있다.
기존의 반동 수차에서 흐름식의 유속을 이용한 수차를개발하여 하수처리장의 배출수를 이용하여 기존의 물레방안 수차(Under Water heel)의 평면 수차 날개를 상술한 바와 같이 원형 런너(1)로개발하고, 길이에 비례하는 회전 토크를 위한 롯드(4)를 회전축에 설치하며, 회전축에 발전기를 설치 수차와 발전기 일체형을 구성한다.
하수처리 배출수의 도수로에 벤츄리관을 설치함으로써, 유속을 증가하여 출력을 향상시키고 수차발전기 설치 구조물의 내용을 진공과 충진을 통하여 진동과 강도는 공사방법을 향상시킨다.
상술한 본 발명에 따른 하수처리장에서 처리된 방류수를 이용한 소수력발전은 다음과 같은 특징이 있다. 첫째, 일반하천의 댐건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기투자비 저감으로 하천을 이용하여 발전하는 것에 비해 경제성이 있다. 둘째, 안정적인 유량확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하다. 셋째, 가동율은 하천(약 40 내지 50%)의 두 배(약 90% 이상)로 발전량이 증대되는 등의 장점이 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 수차 런너
2: 수차 런너의 각 날개
3: 수차지지대
4: 롯드
5: 영구자석
6: 베어링
7: 스테이터
10: 롯드 지지구조물
11: 내부원형강
12: 원형강
13: 충진제
100: 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기

Claims (9)

  1. 수차 런너(1)의 회전축에 롯드(4)가 형성되며, 롯드(4)의 중앙 영역에는 상기 롯드(4)를 감싸는 하나의 스테이터(7), 상기 스테이터(7)를 중심으로 수직으로 2개의 영구자석(5)이 대칭적으로 형성되어, 상기 수차 런너(1)의 회전이 수행되도록 하며,
    수차 런너(1)의 각 날개는, 평면에서 반원의 형상으로 유수와의 접촉면적을 1.3 배 증가시키기 위해 반원형상의 가운데는 원형의 구멍을 설계하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2개의 영구자석(5)과 철심에 해당하는 상기 스테이터(7)에 의해 상기 롯드(4)를 회전축으로 하여 수직방향으로 대칭되게 각 영구자석(5)에서 연장되어 형성된 두 개의 상기 수차 런너(1)가 회전하며, 회전시 베어링(6)은 롯드(4)의 축에 걸리는 하중을 지지하면서 상기 수차 런너(1)가 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 롯드(4)의 양 끝에 형성된 롯드 지지구조물(10)은,
    원형강(12), 그리고 원형강(12) 외부에 공간을 확보할 수 있는 내부원형강(11)의 이중 구조로 형성되며, 원형강(12)과 내부원형강(11) 사이에 모래 또는 콘크리트 소재의 충진제(13)를 삽입하여 기존의 원형강의 강도를 2 배로 증가시키고 내부 중공으로 진동을 흡수하여 회전진동을 최소화할 수 있는 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 배출수를 이용한 소수력발전 수차발전기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101606909B1 (ko) 2014-10-20 2016-03-28 주식회사 금성이앤씨 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치
KR101971579B1 (ko) 2017-11-20 2019-04-23 오민환 소수력 수차발전장치
CN110395813A (zh) * 2019-08-27 2019-11-01 孙灯成 一种餐饮废水处理装置
CN114409205A (zh) * 2022-02-17 2022-04-29 湖南艾布鲁环保科技股份有限公司 利用山丘区面源污染净化水发电处理村庄生活污水的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020031226A (ko) * 2000-10-23 2002-05-01 배오성 조력 및 유수력 발전장치용 적층 기초구조물 및 그 시공방법
KR20100093186A (ko) * 2009-02-16 2010-08-25 최찬목 소수력 발전장치
KR101002798B1 (ko) * 2010-05-06 2010-12-21 이동천 수풍발전기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020031226A (ko) * 2000-10-23 2002-05-01 배오성 조력 및 유수력 발전장치용 적층 기초구조물 및 그 시공방법
KR20100093186A (ko) * 2009-02-16 2010-08-25 최찬목 소수력 발전장치
KR101002798B1 (ko) * 2010-05-06 2010-12-21 이동천 수풍발전기

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101606909B1 (ko) 2014-10-20 2016-03-28 주식회사 금성이앤씨 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치
KR101971579B1 (ko) 2017-11-20 2019-04-23 오민환 소수력 수차발전장치
CN110395813A (zh) * 2019-08-27 2019-11-01 孙灯成 一种餐饮废水处理装置
CN110395813B (zh) * 2019-08-27 2022-02-15 深圳市尚源科技设备有限公司 一种餐饮废水处理装置
CN114409205A (zh) * 2022-02-17 2022-04-29 湖南艾布鲁环保科技股份有限公司 利用山丘区面源污染净化水发电处理村庄生活污水的方法

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