KR101375889B1 - Siphon type small hydro power apparatus having fuction for responsing to variation of flow rate - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a siphon type small hydropower generation apparatus with a function for dealing with the fluctuation of a flow rate to maintain power generation efficiency at a constant level at a place like a sewage treatment plant. The siphon type small hydropower generation apparatus with a function for dealing with the fluctuation of a flow rate includes: a siphon tube which is connected from a water storage tank to a dewatering outlet to suck water flowing from the water storage tank and convey the water to the dewatering outlet; a water wheel which has a casing installed in the water storage tank, a generation shaft installed in the casing to be rotated, a hub installed on the bottom end of the generation shaft; and multiple wheel blades installed on the outer surface of the hub; and a flow control valve installed in an area adjacent to the dewatering outlet of the siphon tube. The flow control valve can control the opening thereof in response to the fluctuation of flowing water discharged from a water source to the water storage tank. [Reference numerals] (50) Control panel

Description

유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치{SIPHON TYPE SMALL HYDRO POWER APPARATUS HAVING FUCTION FOR RESPONSING TO VARIATION OF FLOW RATE}SIPHON TYPE SMALL HYDRO POWER APPARATUS HAVING FUCTION FOR RESPONSING TO VARIATION OF FLOW RATE}

본 발명은 사이펀식 소수력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수처리장 등과 같이 유량변동이 심한 곳에서 유량변동에 대응하여 발전효율을 일정하게 유지할 수 있는 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치에 관한 것이다. The present invention relates to a siphon-type hydropower generator, and more particularly, to a siphon-type hydropower generator having a flow variation response function capable of maintaining a constant power generation efficiency in response to a flow variation in a place where the flow variation is severe, such as a sewage treatment plant. It is about.

소수력발전(small hydro power)은 설비 용량이 15,000 ㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 보통 10,000㎾ 미만(2003.1, 산업자원부 제192호)을 소수력발전으로 부르고 있다. 소수력발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리면에서는 차이가 없으나 대규모 수력발전이 환경에 부정적 영향을 미치는 점을 생각한다면 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다.Small hydro power means small-scale hydroelectric power generation with a capacity of less than 15,000 kW, but in Korea, it is usually called "small hydro power generation" with less than 10,000 kW (2003.1, Ministry of Commerce, Industry and Energy No. 192). Small-scale hydropower generation is no different from general large-scale hydropower generation in principle, but considering that large-scale hydropower generation has a negative impact on the environment, it can be regarded as a small and technically simple hydroelectric power generation in harmony with local conditions.

소수력발전은 공해가 없는 청정 에너지로서 국내에도 15MW 정도의 부존량이 확인되어 있으며, 다른 재생가능한 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존 자원으로 평가되어 구미 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있다.Small hydro power generation is clean energy without pollution and has a capacity of 15MW in Korea. Because it has high energy density compared to other renewable energy sources, it is evaluated as an outstanding resource with high development value. And development support projects are actively being actively promoted.

또한, 소수력발전은 다른 에너지원에 비해 CO2 배출량이 적고, 친환경적인 대표적 저탄소 녹색기술로 평가 받고 있으며, 국내 신재생에너지 중 단위 용량당 에너지생산량이 가장 높은 에너지원으로 적용 요소 기술의 역사가 길고, 원자재의 해외의존도가 낮은 검증된 실용에너지다.In addition, small hydro power generation has low CO2 emission compared to other energy sources and is regarded as an eco-friendly representative low carbon green technology.It is the energy source with the highest energy production per unit capacity among new renewable energy in Korea, and has a long history of applied element technology. It is a proven utility energy with low overseas dependency.

한편, 최근에는 소수력발전을 하수처리시설에 적용함으로써 하수처리되는 물을 재활용하는 방안이 널리 연구 및 개발되고 있다. 최근에는 하수처리시설의 저수조에서 하천으로 낙하하는 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 사이펀식 소수력발전장치가 적용되고 있다. On the other hand, recently, a method of recycling the sewage-treated water by applying the small hydroelectric power to the sewage treatment facility has been widely researched and developed. Recently, a siphon-type hydroelectric power generating apparatus for converting potential energy falling into a river from a reservoir of a sewage treatment plant into electric energy has been applied.

하지만, 하수처리시설 등과 같이 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장(site)에 소수력발전이 적용되는 경우에 그 유량 변동으로 인해 발전되는 전력량의 변동이 심하게 발생하는 단점이 있었다. However, in the case where small hydroelectric power generation is applied to a site where the flow rate fluctuates severely during the day, such as a sewage treatment facility, there is a disadvantage that the amount of electric power generated due to the fluctuation of the flow rate is seriously fluctuated.

한편, 새벽시간대 등과 같이 하수처리시설에서 배출되는 유량이 낮은 경우에는 유량 감소로 인해 수차의 구동이 정지하게 되고, 이로 인해 수차를 재기동시키기 위해서는 별도의 전력이 소비되어야 함에 따라 전체적인 발전효율이 저하될 수 있는 단점이 있었다. 특히, 심한 경우에는 발전되는 전력량에 비해 재기동을 위한 전력소비가 더 커질 경우에는 소수력발전이 완전히 실패할 수도 있는 치명적인 문제점이 있었다. On the other hand, when the flow rate discharged from the sewage treatment facility is low, such as the dawn time, the driving of the aberration is stopped due to the decrease in the flow rate, and thus, the total power generation efficiency may be deteriorated due to the separate power consumption to restart the aberration. There were drawbacks to this. In particular, in severe cases, when the power consumption for restarting is larger than the amount of power generated, there is a fatal problem that the small hydro power generation may fail completely.

본 발명은 상기의 단점 및 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 하수처리시설 등과 같이 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장에서 유량변동에 대응하여 수차 측으로 공급되는 유량을 조절함으로써 전체적인 발전효율을 일정하게 유지할 수 있고, 또한 유량의 감소로 인해 수차의 가동이 정지됨을 방지하여 수차의 재기동을 위한 전력낭비를 방지할 수 있는 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to solve the above disadvantages and problems, it is possible to maintain the overall power generation efficiency by adjusting the flow rate supplied to the aberration side corresponding to the flow rate fluctuations in the site where the flow rate fluctuates even during the day, such as sewage treatment facilities In addition, it is also an object of the present invention to provide a siphon-type hydroelectric power generation apparatus having a flow rate response function that can prevent the operation of the aberration due to the reduction of the flow rate to prevent the waste of power for restarting the aberration.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치는, Siphon hydrophobic power generation apparatus having a flow rate response function according to the present invention for achieving the above object,

저수조에서 방류구까지 연결되어 저수조로부터 유수를 방류구까지 석션하여 이송하는 사이펀관;A siphon pipe connected to the outlet from the reservoir to suction and transfer the flow of water from the reservoir to the outlet;

상기 저수조 내에 설치된 케이싱, 이 케이싱 내에 회전가능하게 설치된 발전축, 이 발전축의 하단에 설치된 허브, 및 상기 허브의 외주면에 설치된 복수의 수차날개를 가진 수차;An aberration having a casing installed in the water reservoir, a power generation shaft rotatably installed in the casing, a hub provided at a lower end of the power generation shaft, and a plurality of aberration wings provided on an outer circumferential surface of the hub;

상기 수차의 발전축에 수직 상방으로 연결된 발전기; 및A generator vertically connected to the power generation shaft of the aberration; And

상기 사이펀관의 방류구 측에 인접한 부분에 설치된 유량조절밸브;를 포함하고, And a flow rate control valve installed at a portion adjacent to the outlet side of the siphon tube.

상기 유량조절밸브는 유수원으로부터 상기 저수조로 배출되는 유수의 유량변동에 대응하여 그 개도가 조절되는 것을 특징으로 한다. The flow rate control valve is characterized in that the opening degree is adjusted in response to the flow rate of the discharged water discharged from the water source to the reservoir.

상기 유량조절밸브는 사이펀관의 방류구에 인접한 부분에 설치되고, 상기 저수조에는 유수원으로부터 저수조로 배출되는 유수의 유량변동을 감지하는 유량변동 감지부가 설치되며,The flow control valve is installed in the portion adjacent to the discharge port of the siphon pipe, the water tank is installed in the flow rate sensing unit for detecting the flow rate of the discharged water discharged from the reservoir to the reservoir,

상기 유량조절밸브 및 상기 유량변동 감지부는 제어부에 전기적으로 접속되고, 상기 유량변동 감지부에 의해 감지된 유량변동에 대응하여 상기 제어부는 상기 유량조절밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다. The flow rate control valve and the flow rate change detection unit are electrically connected to a control unit, and the control unit controls the opening degree of the flow rate control valve in response to the flow rate change detected by the flow rate change unit.

상기 복수의 수차날개는 상기 허브의 외주면에 그 각도가 가변가능하게 설치되고, 상기 저수조의 유량변동에 대응하여 상기 수차날개의 각도가 가변되는 것을 특징으로 한다. The plurality of aberration blades are installed on the outer circumferential surface of the hub so that the angle is variable, characterized in that the angle of the aberration blades is variable in response to the flow rate of the reservoir.

상기 각 수차날개는 날개회전축을 매개로 상기 허브에 그 각도가 가변가능하게 설치되고, 상기 날개회전축의 일단부에는 각 수차날개가 결합되고, 상기 날개회전축의 타단부는 상기 허브의 내부공간에 위치하며, 상기 날개회전축의 타단부에는 액츄에이터가 연결되어 상기 날개회전축을 회전시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Each of the aberration blades are installed in the hub variable via the blade rotation axis variable, each aberration blade is coupled to one end of the blade rotation shaft, the other end of the blade rotation shaft is located in the inner space of the hub The actuator is connected to the other end of the blade rotation shaft to rotate the blade rotation shaft.

본 발명에 의하면, 하수처리시설 등과 같이 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장에서 유량변동에 대응하여 수차 측으로 공급되는 유량을 조절함으로써 전체적인 발전효율을 일정하게 유지할 수 있고, 배출되는 유량의 감소로 인해 수차의 가동이 정지됨을 방지하여 수차의 재기동을 위한 전력낭비를 방지할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, the overall power generation efficiency can be kept constant by controlling the flow rate supplied to the aberration side in response to the flow rate fluctuation even during the day, such as sewage treatment facilities, the day, due to the reduction of the discharge rate By preventing the operation is stopped, there is an advantage that can prevent the waste of power for the restart of the aberration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량변동 대응기능을 가진 사이펀 소수력발전장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 사이펀식 소수력발전장치의 수차 구성을 상세히 도시한 상세도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다. 1 is a block diagram showing a siphon hydrophobic power generation apparatus having a flow rate response function according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a detailed view showing the aberration configuration of the siphon-type hydropower generator according to the present invention in detail.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, the size of the components, the thickness of the line and the like shown in the drawings referred to in describing the present invention may be somewhat exaggerated for ease of understanding. The terms used in the description of the present invention are defined in consideration of the functions of the present invention, and thus may be changed depending on the user, the intention of the operator, customs, and the like. Therefore, the definition of this term should be based on the contents throughout the specification.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치를 도시한 도면이다. 1 to 3 is a view showing a siphon type hydroelectric power generation apparatus having a flow rate response function according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치는 저수조(1)에서 방류구(5)까지 하향 경사지게 연결된 사이펀관(11), 저수조(1) 내에 설치된 수차(20), 이 수차(20)의 회전에 의해 발전하도록 연결된 발전기(30), 사이펀관(11)의 방류구(5)에 인접한 부분에 설치된 유량조절밸브(40)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the siphon-type hydroelectric power generating apparatus having a flow fluctuation corresponding function according to the present invention has an aberration installed in the siphon pipe 11 and the reservoir 1 inclined downwardly from the reservoir 1 to the discharge port 5. (20), a generator 30 connected to generate power by the rotation of the aberration 20, and a flow control valve 40 provided at a portion adjacent to the discharge port 5 of the siphon pipe 11.

저수조(1)는 유수원(미도시)으로부터 배출되는 유수를 일정 시간 저장할 수 있도록 바닥벽(1a) 및 측벽(1b)을 가진 구조로 구성된다. 그리고, 저수조(1)의 상부에는 지붕(1d)이 형성되고, 이 지붕(1d)에 의해 저수조(1)의 상부 일부가 폐쇄될 수 있으며, 저수조(1)의 지붕(1d)에는 제어부(50) 등과 같은 부속설비가 설치될 수 있다. The reservoir 1 is composed of a structure having a bottom wall (1a) and a side wall (1b) to store the flow of water discharged from the water source (not shown) for a predetermined time. In addition, a roof 1d may be formed at an upper portion of the reservoir 1, and a part of the upper portion of the reservoir 1 may be closed by the roof 1d, and the controller 50 may be disposed at the roof 1d of the reservoir 1. ), Etc., may be installed.

저수조(1)의 내부공간에는 유수원(미도시)으로부터 연장된 배출관(2)의 배출구(2a)가 돌출되어 있으며, 이에 하수처리시설 등과 같은 유수원으로부터 배출되는 유수가 배출구(2a)를 통해 저수조(1) 내로 배출된 후에 일정시간 저장된다. The discharge port 2a of the discharge pipe 2 extending from the reservoir (not shown) protrudes in the inner space of the reservoir 1, so that the discharged water from the discharge source such as a sewage treatment facility is discharged through the discharge port 2a. 1) It is stored for a certain time after it is discharged into.

저수조(1)의 상부 일측에는 개구(1c)가 형성되어 있다. 이에, 유수원으로부터 배출되는 유수의 수위가 저수조(1)의 높이를 초과하여 상승할 경우 개구(1c)를 통해 유수가 월류(overflow)하도록 구성된다. An opening 1c is formed at one upper side of the reservoir 1. Thus, when the water level of the discharged water discharged from the discharge source rises above the height of the reservoir 1, the flow is overflowed through the opening (1c).

사이펀관(11)의 일단은 저수조(1)의 수차(20)에 연결되고, 사이펀관(11)의 타단은 브라켓(6)에 의해 지지되어 방류구(5) 측에 설치되며, 사이펀관(11)의 중간부는 중간 지지블록(15)에 의해 지지된다. 저수조(1) 내에 일시 저장된 유수는 사이펀관(11)으로 석션된 후에 방류구(5) 측으로 이송되어 방류된다. One end of the siphon tube 11 is connected to the aberration 20 of the reservoir 1, the other end of the siphon tube 11 is supported by the bracket 6 and installed at the outlet 5 side, and the siphon tube 11 The middle part of) is supported by the intermediate support block 15. The flow water temporarily stored in the reservoir 1 is suctioned into the siphon tube 11 and then transferred to the discharge port 5 side and discharged.

또한, 사이펀관(11)의 일측 특히, 수차(20)와 인접한 부분에는 진공펌프(12)가 설치될 수도 있고, 이 진공펌프(12)에 의해 사이펀관(11)을 통한 유수의 석션(suction)이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. In addition, a vacuum pump 12 may be installed at one side of the siphon tube 11, particularly in a portion adjacent to the aberration 20, and suction of the flowing water through the siphon tube 11 by the vacuum pump 12. ) Can be made easier.

수차(20)는 저수조(1)의 유수 수위 아래에 잠기도록 설치되고, 저수조(1)으로부터 유수가 사이펀관(11)을 통해 방류구(5) 측으로 석션(suction)되어 이송될 때 유수의 흐름에 의해 수차(20)가 구동하도록 구성된다. The aberration 20 is installed so as to be submerged below the water level of the water tank 1, and flows from the water tank 1 when it is suctioned and transported to the outlet 5 side through the siphon pipe 11. The aberration 20 is configured to drive by this.

수차(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 저수조(1) 내에 브라켓(3)을 매개로 고정적으로 설치된 케이싱(21), 이 케이싱(21) 내에 회전가능하게 설치된 발전축(22), 발전축(22)의 하단에 설치된 허브(27), 이 허브(27)의 외주면에 설치된 복수의 수차날개(23)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the aberration 20 includes a casing 21 fixedly installed in the reservoir 1 via the bracket 3, a power generation shaft 22 rotatably installed in the casing 21, and power generation. A hub 27 provided at the lower end of the shaft 22, and a plurality of aberration blades 23 provided on the outer circumferential surface of the hub 27 are included.

케이싱(21)은 곡면형으로 절곡된 구조로 구성되고, 케이싱(21)의 상단에는 사이펀관(11)과 연결되는 연결플랜지(21a)가 형성된다. 케이싱(21)의 하단에는 유수가 흡입되는 흡입구(24)가 설치되고, 저수조(1) 내의 유수는 흡입구(24)를 통과하여 수차날개(23) 측으로 유도됨으로써 수차날개(23) 및 발전축(22)을 회전시킨다. The casing 21 has a curved structure, and a connection flange 21a connected to the siphon tube 11 is formed at an upper end of the casing 21. Inlet 24 is provided at the lower end of the casing 21 to suck the flowing water, and the flowing water in the reservoir 1 is led to the aberration blade 23 through the inlet 24 so that the aberration blade 23 and the power generating shaft ( 22).

발전축(22)은 케이싱(21) 내에 수직방향으로 길게 연장된 구조로 설치됨과 더불어 케이싱(21) 내에서 회전가능하게 설치된다. The power generation shaft 22 is installed in the casing 21 to extend in the vertical direction and is rotatably installed in the casing 21.

허브(27)는 발전축(22)의 하단에 설치되어 케이싱(21)의 하단에 설치된 하부 회전지지부(25)에 의해 회전가능하게 지지된다. 발전축(22)의 중간부는 중간 회전지지부(26)에 의해 회전가능하게 지지된다. 그리고, 하부 회전지지부(25) 및 중간 회전지지부(26)는 베어링 등과 같은 회전지지구를 가진 구조로 구성된다. 발전축(22)의 상단은 발전기(30)에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. The hub 27 is installed at the lower end of the power generation shaft 22 and rotatably supported by the lower rotation support part 25 installed at the lower end of the casing 21. The middle part of the power generation shaft 22 is rotatably supported by the intermediate rotation support part 26. In addition, the lower rotary support 25 and the intermediate rotary support 26 is composed of a structure having a rotary support such as a bearing. The upper end of the power generation shaft 22 may be directly or indirectly connected to the generator 30.

복수의 수차날개(23)는 발전축(22)의 허브(27)의 외주면에 원주방향으로 설치된다. The plurality of aberration blades 23 are installed in the circumferential direction on the outer circumferential surface of the hub 27 of the power generation shaft 22.

케이싱(21)의 하단 즉, 흡입구(24)는 저수조(1)의 바닥벽(1a)으로부터 최소한 25~50cm 정도의 간격(t1)으로 이격된다. 이러한 간격(t1)에 의해 수차(20)의 흡입구(24) 측으로 유수가 원활하게 흡입됨을 확보할 수 있다. 더불어, 수차(20)의 흡입구(23) 측으로 유수의 흡입이 원활하게 이루어지도록 수차(20)의 중심축선(X1)은 저수조(1)의 측벽(1b)으로부터 최소한 100cm의 간격(t2)으로 이격됨이 바람직할 것이다. The lower end of the casing 21, that is, the suction port 24, is spaced apart from the bottom wall 1a of the reservoir 1 at intervals t1 of at least 25-50 cm. By this interval t1, it is possible to ensure that the flowing water is smoothly sucked to the suction port 24 side of the aberration 20. In addition, the central axis X1 of the aberration 20 is spaced at a distance t2 of at least 100 cm from the side wall 1b of the reservoir 1 so that the inflow of the running water to the inlet 23 of the aberration 20 is smoothly performed. It would be desirable.

발전기(30)는 수차(20)의 발전축(22)에 수직 상방으로 연결되고, 특히 케이싱(21)의 내부에서 수직방향으로 설치된 발전축(22)의 상단이 발전기(30)에 직접 연결됨으로써 수차(20)의 발전축(22)이 회전함에 따라 발전기(30)는 전기를 생성할 수 있다. The generator 30 is vertically connected to the power generation shaft 22 of the aberration 20, and in particular, the upper end of the power generation shaft 22 installed in the vertical direction inside the casing 21 is directly connected to the generator 30. As the power generation shaft 22 of the aberration 20 rotates, the generator 30 may generate electricity.

한편, 수차(20)의 초기 시동시에는 발전기(30) 측에 외부의 전력을 별도로 공급하여 일정시간동안만 발전축(22)을 회전시키고, 이러한 발전축(22)의 초기 회전력에 의해 저수조(1) 내의 유수는 사이펀관(11)으로 펌핑되어 이송될 수 있다. 이와 같이 유수가 사이펀관(11)을 통과하여 이송됨에 따라 수차(20)의 수차날개(23)가 구동하여 발전기(30)는 일정량의 전력을 발전할 수 있다. On the other hand, during initial start-up of the aberration 20, external power is separately supplied to the generator 30 side to rotate the power generating shaft 22 only for a predetermined time, and by the initial rotational force of the power generating shaft 22, The running water in 1) may be pumped to the siphon tube 11 and transferred. As the flow of water flows through the siphon tube 11 as described above, the aberration blade 23 of the aberration 20 is driven so that the generator 30 may generate a predetermined amount of electric power.

또한, 저수조(1)의 개구(1c)에 인접한 상측에는 개폐가능한 캐노피(28)가 설치될 수 있고, 비가 올 때 캐노피(28)가 폐쇄되어 발전기(30)를 빗물로부터 보호할 수 있다. In addition, an openable canopy 28 may be provided at an upper side adjacent to the opening 1c of the reservoir 1 and the canopy 28 may be closed when it rains to protect the generator 30 from rainwater.

유량조절밸브(40)는 사이펀관(11)의 도중에 설치되어, 유수원(미도시)으로부터 배출관(2)을 통해 저수조(1)로 배출되는 유수의 유량변동이 감지될 경우 그 유량변동에 대응하여 개도를 조절하도록 구성된다. Flow control valve 40 is installed in the middle of the siphon pipe 11, when the flow rate of the discharged water discharged from the water source (not shown) to the reservoir 1 through the discharge pipe 2 is detected in response to the flow change It is configured to adjust the opening degree.

이러한 유량조절밸브(40)의 개도 제어를 통해 수차(20)를 통과하여 사이펀관(11)으로 이송되는 유수의 유량이 조절됨으로써 발전기(30)의 발전효율을 일정하게 유지될 수 있다. 특히, 하수처리시설 등과 같이 새벽시간대에서 유수의 유량이 대폭 감소할 경우 유량조절밸브(40)는 그 개도를 매우 작게 조절함으로써 사이펀관(11)으로 이송되는 유수의 유량을 대폭 감소시킬 수 있고, 이를 통해 저수조(2) 내에서 수차(20)의 가동이 정지됨을 방지할 수 있다. By controlling the opening degree of the flow regulating valve 40, the flow rate of the flowing water passed through the aberration 20 to the siphon tube 11 is adjusted to maintain the power generation efficiency of the generator 30. In particular, when the flow rate of the flowing water is greatly reduced in the dawn time, such as sewage treatment facility, the flow control valve 40 can significantly reduce the flow rate of the flowing water to the siphon pipe 11 by adjusting the opening degree very small, Through this, it is possible to prevent the operation of the aberration 20 in the water reservoir 2 is stopped.

유량조절밸브(40)는 버터플라이밸브 등과 같이 그 개도 조절이 연속적으로 이루어짐과 더불어 밀봉성을 확보할 수 있는 구조로 이루어짐이 바람직하다. The flow control valve 40 is preferably made of a structure that can ensure the sealability as well as continuously adjusting the opening degree, such as a butterfly valve.

또한, 유량조절밸브(40)는 사이펀관(11)의 방류구(2)에 인접한 부분에 설치됨이 바람직하다. 이는 유량조절밸브(40)가 사이펀관(11)의 상류 또는 중간부에 설치될 경우 발전기(30)의 발전효율을 효과적으로 구현하기 위한 정격낙차를 감소시키는 요인이 될 수 있고, 또한 유량조절밸브(40)의 잦은 개도 제어로 인해 밸브의 스핀들 부분에서 공기 누설이 발생하여 진공도가 저하됨에 따라 정격낙차가 감소하기 때문이다. In addition, the flow control valve 40 is preferably installed in a portion adjacent to the outlet 2 of the siphon pipe (11). This may be a factor of reducing the rated drop for effectively implementing the power generation efficiency of the generator 30 when the flow control valve 40 is installed upstream or in the middle of the siphon pipe 11, and also the flow control valve ( This is because the frequent drop control of 40) causes air leakage in the spindle part of the valve, which reduces the rated drop as the vacuum decreases.

한편, 저수조(1) 내에는 유수원(미도시)으로부터 배출되는 유수의 유량변동을 감지하는 유량변동 감지부(3)가 설치된다. 이러한 유량변동 감지부(3)는 유수의 수위를 감지하는 수위감지센서로 구성되어 유수의 유량변동을 실시간으로 감지할 수 있다. On the other hand, the reservoir 1 is provided with a flow rate variation detection unit 3 for detecting the flow rate of the discharged water discharged from the source (not shown). The flow rate detection unit 3 is composed of a water level detection sensor for detecting the water level of the water can detect the flow rate of the flow in real time.

제어부(50)에는 유량변동 감지부(3), 유량조절밸브(40), 발전기(30) 등이 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 유량변동 감지부(3)에 의해 감지된 수위가 설정된 수위에 도달할 경우, 제어부(50)는 유량조절밸브(40)의 개도를 줄이도록 제어할 수 있다. 반대로 유량변동 감지부(3)에 의해 감지된 수위가 설정된 수위를 초과하는 경우, 제어부(50)는 유량조절밸브(40)의 개도를 높이도록 제어할 수 있다. The flow rate fluctuation detecting unit 3, the flow control valve 40, the generator 30, and the like are electrically connected to the control unit 50. By such a configuration, when the water level detected by the flow rate change unit 3 reaches the set water level, the controller 50 may control to reduce the opening degree of the flow control valve 40. On the contrary, when the water level detected by the flow rate change unit 3 exceeds the set water level, the controller 50 may control to increase the opening degree of the flow control valve 40.

한편, 수차(20)는 수차날개(23)의 하부가 최소한 5~10cm 이상 잠겨 있어야 그 가동이 정상적으로 이루어지며, 만일 그렇지 못할 경우 수차(20)의 가동이 정지되어 수차(20)의 재기동을 위해 별도의 전력이 낭비된다. 이에 본 발명은 유량조절밸브(40)의 개도 제어를 통해 저수조(1)의 수위를 일정하게 제어하여 최소한 수차날개(23)의 하부가 5~10cm 이상 잠길 수 있도록 할 수 있다. 즉, 본 발명은 유량변동 감지부(3) 및 유량제어밸브(40)에 의해 그 유량이 감소하더라도 수차(20)의 가동이 정지됨을 방지할 수 있고, 이를 통해 수차(20)의 재기동에 따른 별도의 전력 낭비가 방지될 수 있는 장점이 있다. On the other hand, the aberration 20, the lower part of the aberration wing 23 is locked at least 5 ~ 10cm or more the operation is made normally, if not the operation of the aberration 20 is stopped to restart the aberration 20 Extra power is wasted. Accordingly, the present invention can control the water level of the reservoir 1 through the control of the opening degree of the flow regulating valve 40 so that at least the lower part of the aberration wing 23 can be locked 5 ~ 10cm or more. That is, the present invention can prevent the operation of the aberration 20 is stopped even if the flow rate is reduced by the flow rate change unit 3 and the flow control valve 40, through which the aberration 20 is restarted There is an advantage that extra power waste can be prevented.

각 수차날개(23)는 그 각도가 가변가능하도록 발전축(22)의 허브(27)에 설치될 수도 있다. 특히, 저수조(1) 내의 수위 변화에 대응하여 수차날개(23)의 각도가 가변될 수 있다. Each aberration blades 23 may be installed on the hub 27 of the power generation shaft 22 so that the angle thereof is variable. In particular, the angle of the aberration blade 23 can be varied in response to the change in the water level in the reservoir (1).

도 3에 도시된 바와 같이, 각 수차날개(23)는 날개회전축(130)을 매개로 발전축(22)의 허브(27)에 설치되고, 날개회전축(130)의 일단부에는 각 수차날개(13)가 결합되고, 날개회전축(130)의 타단부는 허브(27)의 내부공간에 위치하며, 이 발전축(22)의 하측 내부공간에는 액츄에이터(60)가 설치된다. 이 액츄에이터(33)에는 날개회전축(130)의 타단부가 연결되고, 액츄에이터(60)는 날개회전축(130)을 회전시킴으로써 수차날개(23)의 각도를 가변할 수 있다. As shown in FIG. 3, each of the aberration blades 23 is installed on the hub 27 of the power generation shaft 22 via the wing rotation shaft 130, and each of the aberration blades is formed at one end of the wing rotation shaft 130. 13 is coupled, the other end of the blade rotation shaft 130 is located in the inner space of the hub 27, the actuator 60 is installed in the lower inner space of the power generation shaft 22. The other end of the blade rotation shaft 130 is connected to the actuator 33, and the actuator 60 may vary the angle of the aberration blade 23 by rotating the blade rotation shaft 130.

액츄에이터(60)는 도 3에 예시된 바와 같이, 서보모터(servo motor) 등과 같은 복수의 구동모터(60a)로 구성되고, 각 구동모터(60a)는 각 날개 회전축(130) 측에 연결될 수 있으며, 이에 각 수차날개(23)들의 각도가 개별적으로 조절될 수 있다. As illustrated in FIG. 3, the actuator 60 includes a plurality of drive motors 60a such as a servo motor, and each drive motor 60a may be connected to each blade rotation shaft 130. Therefore, the angles of the aberration wings 23 may be individually adjusted.

이와 달리, 액츄에이터(60)는 단일의 구동모터가 전동기구(예컨대, 기어전동열 등)을 통해 날개 회전축(130)들의 타단부 측에 연결될 수 있고, 이에 수차날개(23)들의 각도가 동시에 조절될 수도 있다. Alternatively, the actuator 60 may be connected to the other end side of the blade rotation shaft 130 through a single drive motor (for example, a gear train, etc.), so that the angle of the aberration wings 23 can be adjusted at the same time. It may be.

그리고, 액츄에이터(60)는 구동모터 뿐만 아니라 유압실린더, 공압실린더 등과 같이 그 외 다양한 구조가 적용가능할 것이다. In addition, the actuator 60 may be applicable to various other structures such as a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, and the like as well as a driving motor.

이러한 구성에 의해, 유량변동 감지부(3)에 의해 저수조(1)의 수위가 감지됨에 따라 유수원(미도시)으로부터 배출되는 유수의 유량 변동을 실시간으로 감지하고, 이러한 유량변동 감지부(3)에 의해 유량 변동이 심하게 발생함이 감지되면, 제어부(50)는 액츄에이터(60)를 제어하여 날개 회전축(130)들을 동시에 또는 개별적으로 구동시켜 수차날개(23)들의 각도를 가변한다. By this configuration, as the water level of the reservoir 1 is sensed by the flow rate sensing unit 3, the flow rate of the flowing water discharged from the water source (not shown) is detected in real time, and the flow rate sensing unit 3 When it is detected that the fluctuation in the flow rate is severe, the controller 50 controls the actuator 60 to drive the blade rotation shaft 130 at the same time or separately to vary the angle of the aberration blades (23).

한편, 제어부(50)는 아래의 식(1)과 같은 실험식을 통해 유량 변동에 대응하 여 수차날개(23)들의 각도를 가변할 수 있다. On the other hand, the controller 50 may vary the angle of the aberration wings 23 in response to the flow rate variation through an experimental formula, such as the following equation (1).

y = 48x + 3...............................식(1)y = 48x + 3 .................. Equation (1)

y: 수차날개의 각도, x: 유량y: angle of aberration blade, x: flow rate

여기서, 수차날개(23)의 각도(y)는 수차(20)의 수직축선을 기준으로 경사진 기울기이고, 수차날개(23)의 각도(y)는 5~30°범위 내에서 가변되는 것이 바람직하다. 이는 수차날개(23)의 각도가 5~30°범위 내에서는 발전효율이 60~85% 정도로 일정하게 유지되지만, 수차날개(23)의 각도(y)가 5°이하이거나 30°이상일 경우에는 그 발전효율이 60% 이하로 낮아지기 때문이다. Here, the angle y of the aberration blade 23 is an inclination inclined with respect to the vertical axis of the aberration 20, and the angle y of the aberration blade 23 is preferably variable within a range of 5 to 30 degrees. Do. This is because the power generation efficiency remains constant at about 60 to 85% within the range of the aberration blade 23 within the range of 5 to 30 °, but when the angle y of the aberration blade 23 is less than 5 ° or more than 30 °, This is because power generation efficiency is lowered below 60%.

이와 같이, 본 발명은 수차날개(23)의 각도가 유량 변동에 대응하여 가변됨에 따라 발전기(30)에 의한 발전효율을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
As such, the present invention has the advantage that the power generation efficiency by the generator 30 can be kept constant as the angle of the aberration blade 23 is changed in response to the flow rate variation.

이하에서는, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 소수력발전장치의 작동관계를 상세히 설명한다. Hereinafter, the operation relationship of the hydropower generator according to the present invention configured as described above in detail.

먼저, 하수처리시설 등과 같은 유수원(미도시)에서 유수가 배출되면, 유수는 배출관(2)의 배출구(2a)를 통해 토출되어 저수조(1) 내에 일시 저장된다. First, when running water is discharged from an oil source (not shown) such as a sewage treatment facility, the running water is discharged through the discharge port 2a of the discharge pipe 2 and temporarily stored in the reservoir 1.

이렇게 저수조(1) 내에 일정량의 유수가 저장된 후에 발전기(30) 측에 외부의 전력을 공급하여 수차(20)의 발전축(22)을 일정시간동안만 회전구동시키고, 이에 수차(20)의 수차날개(23)는 저수조(1) 내의 저장된 유수를 사이펀관(11) 측으로 펌핑함으로써 유수는 사이펀관(11)을 통과하여 방류구(5) 측으로 이송된다. 이렇게 유수가 사이펀관(11)을 통해 방류구(5) 측으로 이송되기 시작하면 수차(20)의 수차날개(23)가 일정한 회전속도로 회전함으로써 발전기(30)는 소정의 전력을 발전한다. After a certain amount of running water is stored in the reservoir 1, the external power is supplied to the generator 30 to rotate and drive the power generating shaft 22 of the aberration 20 only for a predetermined time, and thus the aberration of the aberration 20. The wing 23 pumps the stored flow water in the reservoir 1 to the siphon tube 11 side, and the flow water passes through the siphon tube 11 and is transferred to the discharge port 5 side. When the flowing water starts to be transferred to the outlet port 5 through the siphon tube 11, the generator 30 generates electric power by rotating the aberration blade 23 of the aberration 20 at a constant rotation speed.

한편, 유수원(미도시)이 하수처리시설인 경우에는 새벽시간 대에 유수원(미도시)으로부터 배출되는 유수의 유량이 매우 감소하고, 이렇게 유량의 감소(즉, 유량 변동)이 감지되면 유량조절밸브(40)의 개도가 작아지도록 제어됨으로써 저수조(1)에서 방류구(5)측으로 이송되는 유수의 유량이 상대적으로 줄어들고, 이를 통해 저수조(1)의 수위가 급격하게 줄어들지 않아 수차(20)의 가동이 정지됨을 방지할 수 있다. On the other hand, when the water source (not shown) is a sewage treatment facility, the flow rate of the discharged water discharged from the water source (not shown) is greatly reduced during the dawn time, and when a decrease in the flow rate (ie, fluctuation in flow rate) is detected, a flow control valve By controlling the opening degree of the 40 to be reduced, the flow rate of the flowing water transferred from the reservoir 1 to the discharge port 5 side is relatively reduced, whereby the water level of the reservoir 1 is not drastically reduced, so that the operation of the aberration 20 is performed. Stopping can be prevented.

이와 같이, 본 발명은 유량조절밸브(40), 수차날개(23)의 각도 가변구조 등을 구비함에 따라 유량변동에 용이하게 대응할 수 있고, 이를 통해 발전효율을 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention can easily cope with the fluctuation of the flow rate by providing the flow control valve 40, the angle change structure of the aberration wing 23, through which the power generation efficiency can be kept constant.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .

1: 저수조 2: 브라켓 5: 방류구
6: 브라켓 11: 사이펀관 12: 진공펌프
20: 수차 21: 케이싱 22: 발전축
23: 수차날개 24: 흡입구 25: 하부 회전지지부
26: 중간 회전지지부 30: 발전기 40: 유량조절밸브1: reservoir 2: bracket 5: outlet
6: Bracket 11: Siphon Tube 12: Vacuum Pump
20: aberration 21: casing 22: power generation shaft
23: aberration blade 24: suction port 25: lower rotary support
26: intermediate rotary support 30: generator 40: flow control valve

Claims (4)

저수조에서 방류구까지 연결되어 저수조로부터 유수를 방류구까지 석션하여 이송하는 사이펀관;
상기 저수조 내에 설치된 케이싱, 이 케이싱 내에 회전가능하게 설치된 발전축, 이 발전축의 하단에 설치된 허브, 및 상기 허브의 외주면에 설치된 복수의 수차날개를 가진 수차;
상기 수차의 발전축에 수직 상방으로 연결된 발전기; 및
상기 사이펀관의 방류구 측에 인접한 부분에 설치된 유량조절밸브;를 포함하고,
상기 유량조절밸브는 유수원으로부터 상기 저수조로 배출되는 유수의 유량변동에 대응하여 그 개도가 조절되며,
상기 유량조절밸브는 사이펀관의 방류구에 인접한 부분에 설치되고, 상기 저수조에는 유수원으로부터 저수조로 배출되는 유수의 유량변동을 감지하는 유량변동 감지부가 설치되며,
상기 유량조절밸브 및 상기 유량변동 감지부는 제어부에 전기적으로 접속되고, 상기 유량변동 감지부에 의해 감지된 유량변동에 대응하여 상기 제어부는 상기 유량조절밸브의 개도를 제어하며,
상기 복수의 수차날개는 날개회전축을 매개로 상기 허브에 그 각도가 가변가능하게 설치되고, 상기 날개회전축의 일단부에는 각 수차날개가 결합되고, 상기 날개회전축의 타단부는 상기 허브의 내부공간에 위치하며, 상기 날개회전축의 타단부에는 액츄에이터가 연결되어 상기 날개회전축을 회전시키도록 구성되고,
상기 액츄에이터에는 상기 제어부가 전기적으로 접속되고, 상기 제어부는 상기 저수조의 유량변동에 대응하여 상기 액츄에이터의 구동을 제어함으로써 상기 수차날개의 각도를 가변하고,
상기 제어부는 y = 48x + 3(여기서, y는 날개의 각도, x는 유량)의 실험식에 따라 유량 변동에 대응하여 수차날개의 각도를 가변하고, 상기 수차날개의 각도(y)는 5~30°범위 내에서 가변되는 것을 특징으로 하는 유량변동 대응기능을 가진 사이펀식 소수력발전장치.
A siphon pipe connected to the outlet from the reservoir to suction and transfer the flow of water from the reservoir to the outlet;
An aberration having a casing installed in the water reservoir, a power generation shaft rotatably installed in the casing, a hub provided at a lower end of the power generation shaft, and a plurality of aberration wings provided on an outer circumferential surface of the hub;
A generator vertically connected to the power generation shaft of the aberration; And
And a flow rate control valve installed at a portion adjacent to the outlet side of the siphon tube.
The flow rate control valve is adjusted to the opening degree corresponding to the flow rate of the discharged water discharged from the water source to the reservoir,
The flow control valve is installed in the portion adjacent to the discharge port of the siphon pipe, the water tank is installed in the flow rate sensing unit for detecting the flow rate of the discharged water discharged from the reservoir to the reservoir,
The flow control valve and the flow rate change detection unit is electrically connected to a control unit, the control unit controls the opening degree of the flow control valve in response to the flow rate change detected by the flow rate change unit,
The plurality of aberration blades are installed in the hub to the variable angle through the blade rotation axis, each aberration blade is coupled to one end of the blade rotation shaft, the other end of the blade rotation shaft in the inner space of the hub Located, the other end of the blade rotation shaft is connected to the actuator is configured to rotate the blade rotation shaft,
The control unit is electrically connected to the actuator, and the control unit changes the angle of the aberration blade by controlling the driving of the actuator in response to the flow rate change of the reservoir,
The control unit varies the angle of the aberration blade in response to the flow rate variation according to the empirical formula of y = 48x + 3 (where y is the angle of the blade, x is the flow rate), and the angle y of the aberration blade is 5 to 30. Siphon-type hydro-power generator having a function corresponding to the flow fluctuation, characterized in that it is variable within a range.
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