KR101423535B1 - 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치 - Google Patents

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Abstract

저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치가 개시된다. 본 발명의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치는, 물의 저낙차를 이용하여 발전하는 것으로서, 일측에 외부로부터 물을 공급받기 위한 제1 급수구가 형성되고 내측에 다수의 제1 노즐이 마련되는 제1 급수부; 상기 제1 급수부의 내측 둘레에 조를 형성하도록 상기 제1 급수부에 설치되되 일측에 상기 제1 급수구로부터 물을 공급받기 위한 제2 급수구가 형성되고 외측에 상기 제1 노즐과 대응되는 다수의 제2 노즐이 마련되는 제2 급수부; 상기 제1 급수부의 타측에 설치되며 상기 수조의 물을 배출하도록 마련되는 배수부; 상기 수조에 부유된 상태로 설치되며 저면에 다수의 날개가 형성되어 물의 흐름에 따라 회전운동하도록 마련되는 수평회전부; 상기 제2 급수부의 내측에 상기 수평회전부와 방사형 연결부를 매개로 연결되도록 설치되며 상기 수평회전부의 회전력을 전달받아 회전하도록 마련되는 회전축; 및 상기 제2 급수부의 하부에 설치되며 상기 회전축의 회전력으로 발전하도록 마련되는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치{HORIZONTAL HYDRAULIC POWER GENERATER USING LOW HEAD}
본 발명은 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물의 저낙차 에너지를 이용하여 수평 상태로 설치된 수차를 회전시키고 이를 통해 전력을 생산함으로써 친환경 에너지의 활용성을 높이고, 홍수, 폭우, 대형 파도 등에 탄력적으로 대응할 수 있도록 지면이나 수면의 다양한 장소에 설치할 수 있으며, 설비를 소형화 및 간소화할 수 있는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력의 생산 방법은, 화력 발전, 원자력 발전, 수력 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 조력 발전 등이 있다. 즉, 화력 발전 및 원자력 발전은 열에 의해 발생된 증기로 발전기 내의 터빈(turbine)을 회전시켜 전기를 발생하는 것이고, 수력 발전은 댐에 저수된 물의 낙차에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 발생하는 것이다.
그러나, 화력 발전은 석탄 또는 석유 등의 화석연료를 에너지원(energy source)로 사용하는 것으로 발전소의 건설비가 상대적으로 저렴하나 화석연료 등의 매장량이 한계가 있어 점차 고갈되며 환경을 오염시키는 문제점이 있다.
또한, 원자력 발전은 우라늄 등의 방사능 물질을 핵분열시킬 때 발생되는 막대한 양의 열을 에너지원으로 사용하는 것으로 발전 용량이 크나, 방사능에 의한 환경 오염이 심각한 문제점이 있다.
따라서, 오래전부터 환경 오염을 방지하면서도 발전할 수 있는 수력발전 및 그 이용에 대한 실질적인 장치의 개발을 위한 연구와 노력이 이루어져 왔다.
그러나 종래의 수력발전장치는 고낙차의 지형을 이용하므로 지리적 환경을 이용하거나, 높은 댐의 낙차를 얻기 위하여 막대한 토목 구조를 필요로 하였다.
이러한 고낙차의 구조적 장벽으로 인하여 발전소의 상류와 하류는 생태적으로 연결이 차단되는 현상을 피할 수 없으며, 종래의 수력발전은 대체로 경사면이 있는 산간 지역에 위치하여 수급자가 몰려있는 도심지와는 먼 거리여서 전기의 수송 시설 비용이 많이 소요된다.
이에 저낙차 및 완만한 유속에서 사용할 수 있도록 개시된 대한민국공개특허 제10-2010-0104694호(공개일자:2010.09.20)은 지면에 설치되는 지지부재 사이에 저낙차 및 물의 유속에 따라 회전하는 회전체를 설치하여 발전을 하는 형태로써, 효율이 좋은 발전이 예상되나, 설치장소가 지면에 한정되어 실용성이 부족한 단점이 있다.
한편, 저낙차 및 완만한 유속에서 사용할 수 있는 부유식 수력발전장치는 여러 종류가 시도되고 있으나 다음과 같은 문제로 실제 사용에는 제한적이다.
대한민국 등록실용신안 제20-0329785호(등록일자: 2003.10.01)는 부유하는 구조물에 다수의 수차를 설치하여 수차의 절반 이하를 물에 잠수시켜 발전을 하는 형태로써, 부유시설에 비하여 수차의 효율이 상대적으로 낮을 수밖에 없는 구조로 비효율적이다.
대한민국 등록실용신안 제20-0415733호(등록일자: 2006.05.01)는 부유체를 양편에 띄우고 그 사이에 수차를 설치하는 구조의 발전방식으로 시설비용을 상대적으로 줄이고 효율 좋은 발전이 예상되나, 구조적인 안정성이나 실현성의 측면에서 부유체의 고정 및 수차와의 구조적 결합 기술이 상세히 제시되지 못하여 불안정한 요소가 많다.
대한민국 등록실용신안 제20-0415748호(등록일자: 2006.05.01)는 부유하는 바지선 형태의 구조물에 수차를 설치하여 수면 밑 부분의 수차가 동력을 발생하여 발전하는 형태의 기술로써 부유 바지선의 시설은 안정되어 보이나, 바지선의 고정 및 저유량의 장소에 부적합한 면이 있다.
이와 같이 현재까지의 부유형태의 구조물에 수차를 설치하는 형태의 수력발전장치는 부유체의 시설비용과 부유체에 의한 동력손실 등 실용성과 효율 면에서 부족한 점이 많다고 볼 수 있다.
근래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 많은 수력 및 조력발전 시설이 등장하고 있다. 발전에너지의 원가절약을 위하여 인공 저수지를 마련하여 낙차를 이용한 수력발전설비가 많이 생긴 것은 이러한 이유라 할 수 있다.
특히, 완만한 경사지형의 강물은 서서히 흐르며, 현재로서는 이를 이용한 발전에 많은 어려움이 있으며, 현재 그러한 발전시설은 거의 없는 실정이다.
이에 따라, 낙차가 그지 크기 않은 지형의 완만한 흐름의 물줄기를 이용하여 다양한 환경 변환에도 적절하게 사용할 수 있는 저낙차를 이용한 수력발전장치에 관한 연구개발이 요구되고 있다.
1. 대한민국공개특허 제10-2010-0104694호(공개일자:2010.09.20) 2. 대한민국 등록실용신안 제20-0329785호(등록일자: 2003.10.01) 3. 대한민국 등록실용신안 제20-0415733호(등록일자: 2006.05.01) 4. 대한민국 등록실용신안 제20-0415748호(등록일자: 2006.05.01)
본 발명의 기술적 과제는, 물의 저낙차 에너지를 이용하여 수평 상태로 설치된 수차를 회전시키고 이를 통해 전력을 생산함으로써 친환경 에너지의 활용성을 높일 수 있는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 홍수, 폭우, 대형 파도 등에 탄력적으로 대응할 수 있도록 지면이나 수면의 다양한 장소에 설치할 수 있고 설비를 소형화 및 간소화할 수 있는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라, 물의 저낙차를 이용하여 발전하는 것으로서, 일측에 외부로부터 물을 공급받기 위한 제1 급수구가 형성되고 내측에 다수의 제1 노즐이 마련되는 제1 급수부; 상기 제1 급수부의 내측 둘레에 수조를 형성하도록 상기 제1 급수부에 설치되되 일측에 상기 제1 급수구로부터 물을 공급받기 위한 제2 급수구가 형성되고 외측에 상기 제1 노즐과 대응되는 다수의 제2 노즐이 마련되는 제2 급수부; 상기 제1 급수부의 타측에 설치되며 상기 수조의 물을 배출하도록 마련되는 배수부; 상기 수조에 부유된 상태로 설치되며 저면에 다수의 날개가 형성되어 물의 흐름에 따라 회전운동하도록 마련되는 수평회전부; 상기 제2 급수부의 내측에 상기 수평회전부와 방사형 연결부를 매개로 연결되도록 설치되며 상기 수평회전부의 회전력을 전달받아 회전하도록 마련되는 회전축; 및 상기 제2 급수부의 하부에 설치되며 상기 회전축의 회전력으로 발전하도록 마련되는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치에 의해 달성된다.
상기 제1 급수부 및 상기 제2 급수부에 부력을 제공하도록 마련되는 부력부를 더 포함하되, 상기 부력부는, 상기 제1 급수부의 저면에 설치되어 부력을 제공하도록 마련되는 제1 부력체; 및 상기 제2 급수부의 저면에 설치되어 부력을 제공하도록 마련되는 제2 부력체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐은, 상기 수조에 대해 상기 수평회전부를 일방향으로 회전시킬 수 있는 물의 흐름을 형성하도록 상기 제1 급수부 및 상기 제2 급수부의 내측에 상기 수평회전부의 회전방향으로 경사지도록 상호 일정간격 이격 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 수평회전부는, 상기 수조에서 부력을 형성하도록 중공형의 부력체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
다수의 날개는, ‘〉’형상으로 형성되어 상기 수평회전부의 저면에 상호 일정간격 이격되며 상기 제1 노즐 및 제2 노즐에서 공급되는 물에 의해 양쪽에서 회전력을 받을 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 급수부에는, 상부 둘레를 따라 표면으로부터 돌출되는 안내레일이 형성되며, 상기 방사형 연결부는, 하부에 회전가능하게 결합되며 상기 안내레일을 따라 안내되는 안내롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 급수구로 유입되는 물은 상기 제1 급수부의 내부로 유입된 뒤 상기 제1 노즐을 통해 상기 수조에 공급되고, 상기 제2 급수구로 유입되는 물은 상기 제2 급수부의 내부로 유입된 뒤 상기 제2 노즐을 통해 상기 수조에 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 급수부의 저면 일측에는, 상기 제2 급수구로 유입되는 물을 내부로 공급할 수 있도록 적어도 하나의 급수공이 형성되며, 상기 제2 급수부의 저면 타측에는, 상기 수조에 채워진 물을 상기 배수부로 배출할 수 있도록 적어도 하나의 배수공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 물의 저낙차 에너지로 수평회전부를 회전운동시켜 전력을 생산할 수 있는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치를 제공함으로써, 수력발전의 용이성을 통해 친환경 에너지의 활용성을 높이고 이를 통해 환경오염의 방지에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치는 홍수, 폭우, 대형 파도 등으로 인한 수위 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 구조를 제공함으로써 지면이나 수면의 다양한 장소에 설치할 수 있다.
아울러, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치는 설비의 소형화 및 간소화를 통해 수력발전의 구축시 발생하는 막대한 경제적 부담을 줄이면서도 실용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 분해 사시도이다.
도 3과 도 4는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 제1 급수부를 나타낸 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 제2 급수부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 배수부를 나타낸 사시도이다.
도 9와 도 10은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 수평회전부를 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 발전부를 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 부력부를 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 평면도이다.
도 14는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 내부를 개략적으로 나타낸 정단면도이다.
도 15는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 내부를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 작동상태를 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 분해 사시도이며, 도 3과 도 4는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 제1 급수부를 나타낸 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 제2 급수부를 나타낸 사시도이며, 도 8은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 배수부를 나타낸 사시도이고, 도 9와 도 10은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 수평회전부를 나타낸 사시도이며, 도 11은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 발전부를 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 부력부를 나타낸 사시도이며, 도 13은 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 평면도이고, 도 14는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 내부를 개략적으로 나타낸 정단면도이며, 도 15는 도 1에 도시된 수평식 수력발전장치의 내부를 개략적으로 나타낸 측단면도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 작동상태를 나타낸 단면도이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평식 수력발전장치의 작동상태를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 물을 공급받을 수 있도록 마련되는 제1 급수부(110)와, 제1 급수부(110)로부터 물을 공급받을 수 있도록 형성되며 제1 급수부(110)의 내측에 수조(121)를 형성하도록 마련되는 제2 급수부(120)와, 수조(121)의 물을 외부로 배출하도록 마련되는 배수부(130)와, 수조(121)에 부유된 상태로 설치되며 물의 흐름에 따라 회전하도록 마련되는 수평회전부(140)와, 수평회전부(140)의 회전력을 전달하는 방사형 연결부(152)에 의해 회전하도록 마련되는 회전축(150)과, 회전축(150)의 회전력으로 발전하도록 마련되는 발전부(160)와, 그리고 제1 급수부(110) 및 제2 급수부(120)를 수면 위로 띄울 수 있는 일정 부력을 제공하도록 마련되는 부력부(170)를 포함한다.
여기서 저낙차라 함은 통상적으로 유속이 느린 하천 또는 보에서 낮은 높이로 형성되는 물의 높낮이의 차를 말한다.
제1 급수부(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)의 외측프레임을 형성하며 제1 급수구(112) 및 다수의 제1 노즐(114)이 마련되는 구성이다.
이러한 본 실시예의 제1 급수부(110)는 후술하는 다수의 노즐(114)에 물을 원활하게 공급하기 위하여 제1 급수구(112)와 가까운 부분의 단면적이 제1 급수부(112)로부터 멀어지는 다른 부분보다 넓게 형성되는 도넛 형상의 중공제로 형성되나, 굳이 이에 국한되지 않으며 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
즉, 제1 급수부(110)는 다수의 노즐(114)에 물을 원활하게 공급할 수 있는 구조를 갖는다면 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것이다.
제1 급수구(112)는 외부로부터 물을 공급받을 수 있도록 마련되는 구성이며, 제1 급수부(110)의 일측 상부에 표면으로부터 돌출되도록 일체로 형성된다. 이에 제1 급수구(112)로 유입되는 물은 제1 급수부(110)의 내부로 원활하게 공급될 수 있게 된다.
다수의 제1 노즐(114)은 수조(121)에 물을 공급하도록 마련되는 구성이며, 제1 급수부(110)의 내측에 상호 일정간격 이격 배치되도록 형성된다. 이때, 제1 노즐(114)은 수조(121)에 물의 일방향 흐름을 형성하도록 수평회전부(140)의 회전방향으로 경사지게 배치된다.
즉, 제1 노즐(114)은 수조(121)에 물을 공급하는 역할을 하면서도 수평회전부(140)의 회전방향으로 경사지게 배치됨에 따라 수조(121)에 공급되는 물의 일방향 흐름을 형성하게 된다.
제2 급수부(120)는 도 5 내지 도 7 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)의 내측프레임을 형성하도록 제1 급수부(110)의 내측에 설치되며 제2 급수구(122) 및 다수의 제2 노즐(124)이 마련되는 구성이다.
여기서 도 5는 제2 급수부(120)의 전체적인 형상을 나타낸 사시도이고, 도 6은 제2 급수부(120)의 내부를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 7은 제2 급수부(122)의 전체적인 형상을 나타낸 사시도이다.
이러한 본 실시예의 제2 급수부(120)는 제1 급수부(110)의 내측 둘레에 도넛 형상의 수조(121)를 형성하도록 된다. 이때, 제2 급수부(120) 및 수조(121)의 형상은 도넛 형상에 국한되지 않으며 물의 원활한 흐름을 형성할 수 있는 환경을 제공한다면 타원 형상을 포함하는 공지된 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
제2 급수구(122)는 제1 급수구(112)로부터 물을 공급받을 수 있도록 마련되는 구성이며, 제1 급수구(112)와 인접하도록 제2 급수부(120)의 일측에 일체로 형성된다. 이때, 제2 급수구(122)는 제1 급수구(112)와 연결된다.
여기서 전술한 제2 급수구(122)에 대해 보다 상세히 설명하면, 제1 급수구(112)로 유입되는 물을 제2 급수구(122)로 공급받을 수 있는 경우는 수조(121)에 일정량의 물이 채워진 상태에서 배수부(130)를 통해 배출되는 유량보다 제1 급수구(112)로 유입되는 유량이 많을 때이다. 즉, 제1 급수구(112)로 유입되는 유량보다 배수부(130)로 배출되는 유량이 적을 경우에는 제1 급수구(112)에 물의 넘치는 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상에 따라 제1 급수구(112)로 유입되는 물은 제2 급수구(122)로 자연스럽게 공급될 수 있게 되는 것이다. 이에 제2 급수구(122)로 유입되는 물은 제2 급수부(120)의 내부로 원활하게 공급될 수 있게 된다.
다수의 제2 노즐(124)은 제1 급수부(110)의 제1 노즐(114)과 마찬가지로 수조(121)에 물을 공급하도록 마련되는 구성이며, 제2 급수부(120)의 외측에 상호 일정간격 이격 배치되도록 형성된다. 이때, 제2 노즐(124)은 수조(121)에 물의 일방향 흐름을 형성하도록 수평회전부(140)의 회전방향으로 경사지게 배치된다.
즉, 제2 급수부(120)에 마련된 제2 노즐(124)의 배치구조에 따라 수조(121)에서 일방향 흐름을 형성하는 유속을 더욱 증속시킬 수 있게 되며, 이에 따라 수평회전부(140)는 유속에 부합하는 속도로 회전운동할 수 있게 된다.
제2 급수부(120)의 저면 일측에는 적어도 하나의 급수공(120A)이 형성된다. 이때, 급수공(120A)은 물의 원활한 급수를 위해 다수가 상호 일정간격 이격 배치되도록 마련된다.
제2 급수부(120)의 저면 타측에는 적어도 하나의 배수공(120B)이 형성된다. 이때, 배수공(120B)은 물의 원활한 배출을 위해 다수가 상호 일정간격 이격 배치되도록 마련된다.
여기서 급수공(120A)은 제2 급수구(122)로 유입되는 물을 제2 급수부(120)의 내부로 공급할 수 있도록 마련되는 구성이며, 배수공(120B)은 수조(121)에 채워진 물을 배수부(130)로 배출할 수 있도록 마련되는 구성이다.
제2 급수부(120)에는 상부 둘레를 따라 표면으로부터 돌출되는 안내레일(126)이 형성된다. 즉, 안내레일(126)은 후술하는 방사형 연결부(152)에 회전가능하게 결합되는 안내롤러(154)가 안착되어 안내될 수 있도록 마련되는 구성이며, 이에 관한 설명은 후술하는 회전축(150)에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 제1 급수부(110) 및 제2 급수부(120)에서 설명되지 않은 미설명 부호 ‘116’및 ‘128’는 제1 급수부(110) 및 제2 급수구(122)의 내부로 유입되는 이물질을 배출할 수 있도록 마련되는 이물질 배출공을 나타낸 것이다. 즉, 제1 급수부(110)의 이물질 배출공(116)은 배수부(130)와 연결되도록 형성되며, 제2 급수구(122)의 이물질 배출공(128)은 수조(121)의 바닥면에 형성된다. 이러한 이물질 배출공(116, 128)에 의해 제1 급수부(110) 및 제2 급수구(122)의 내부로 유입되는 이물질을 원활하게 배출할 수 있게 된다.
여기서 제2 급수구(122)의 이물질 배출공(128)은 후술하는 배수부(130)의 이물질 배출공(134)과 연결되도록 형성된다. 이에 따라, 제2 급수구(122)의 내부로 유입되는 이물질은 이물질 배출공(128, 134)을 통해 배수부(130)의 내부로 유입된 뒤 외부로 배출될 수 있게 되는 것이다.
배수부(130)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 급수부(110)의 타측에 설치되며 배출구(132)가 마련되는 구성이다. 즉, 배수부(130)는 수조(121)에서 제2 급수부(120)의 배수공(120B)을 통해 배출되는 물을 외부로 배출할 수 있도록 제1 급수부(110)의 타측에 설치된다.
배출구(132)는 배수부(130)의 내부로 유입되는 물을 외부로 배출할 수 있도록 마련되는 구성이다. 이때, 배출구(132)는 수조(121)에 적당한 양의 물이 채워지도록 유량을 조절하여 배출할 수 있는 크기로 형성된다.
여기서 수조(121)에 채워지는 물의 적당한 양은 수평회전부(140)를 약간 띄워서 회전시킬 수 있을 정도의 유량을 말한다.
한편, 배수부(130)에서 설명되지 않은 미설명 부호 ‘134’는 제2 급수구(122)의 이물질 배출공(128)을 통해 내부로 유입되는 이물질을 배출할 수 있도록 마련되는 이물질 배출공을 나타낸 것이다. 이러한 이물질 배출공(134)에 의해 배수부(130)의 내부로 유입되는 이물질을 원활하게 배출할 수 있게 된다.
수평회전부(140)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 수조(121)에 부유된 상태로 설치되며 다수의 날개(142)가 마련되는 구성이다. 이때, 수평회전부(140)는 수조(121)에 부합되는 도넛 형상을 가지면서도 물에 부유될 수 있는 중공체로 형성되며 다수의 날개(142)의 상부에 중공체로 설치되어 제1 노즐(114)과 제2 노즐(124)에서 날개(142)로 분사되면서 발생하는 소음과 물의 소용돌이를 제거하는 역할을 한다.
다수의 날개(142)는 수평회전부(140)의 저면에 마련되는 구성이다. 즉, 다수의 날개(142)는 수조(121)에 잠수될 수 있도록 수평회전부(140)의 저면에 상호 일정간격 이격 형성된다. 이때, 다수의 날개(142)는 대략 ‘〉’형상으로 형성되며 이에 따라 제1 노즐(114) 및 제2 노즐(124)에서 공급되는 물에 의해 양쪽에서 회전력을 받을 수 있는 구조를 갖는다.
이러한 날개(142)는 제1 노즐(114) 및 제2 노즐(124)에서 분사되는 물에 의해서 회전력을 얻는 역할을 한다. 또한 날개(142)의 배치구조에 따라 수조(121)에 자연스럽게 형성되는 물의 흐름으로부터도 동력을 전달받아 수평회전부(140)를 회전시키는 역할을 담당한다.
회전축(150)은 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 제2 급수부(120)의 내측에 설치되며 방사형 연결부(152)가 마련되는 구성이다. 즉, 회전축(150)은 방사형 연결부(152)를 매개로 수평회전부(140)와 연결되도록 제2 급수부(120)의 내측에 회전가능하게 설치된다. 이에 회전축(150)은 수평회전부(140)와 함께 회전운동을 하게 된다.
여기서 수평회전부(140)는 방사형 연결부(152)를 매개로 회전축(150)과 연결됨으로써 수조(121)에 많은 유량이 유입되는 경우에도 수위 변화에 따라 수조(121)의 상하 방향으로 이동될 수 있으나, 수조(121)의 외부로 이탈되지 않는 구조를 갖는다.
방사형 연결부(152)는 회전축(150)과 수평회전부(140)를 서로 연결하도록 마련되는 구성이다. 즉, 방사형 연결부(152)는 회전축(150)으로부터 방사형으로 전개되어 수평회전부(140)와 연결되도록 형성된다.
방사형 연결부(152)는 수평회전부(140)와 연결되는 일측에 회전가능하게 결합되는 안내롤러(154)가 마련된다. 안내롤러(154)는 수평회전부(140)에 마련된 날개(142)가 수조(121)의 바닥면과 접촉되지 않을 정도의 간격을 유지하기 위해 안내레일(126)에 안착되도록 마련되는 구성이다.
즉, 수조(121)에 수평회전부(140)를 회전시킬 수 있는 최소의 유량이 채워지는 경우 안내롤러(154)는 수평회전부(140)의 날개(142)가 수조(121)의 바닥면과 접촉되지 않는 간격을 유지할 수 있도록 안내레일(126)에 안착되는 것이다.
이러한 안내롤러(154)는 수평회전부(140)의 날개(142)가 수조(121)의 바닥면과 접촉되지 않을 정도의 간격을 유지하도록 하면서도 안내레일(126)을 따라 안내됨으로써, 수평회전부(140)는 수조(121)에 최소의 유량이 채워지는 경우에도 원활한 회전운동이 가능할 수 있게 되는 것이다.
즉, 제1 급수구(112) 및 제2 급수구(122)로 유입되는 유량이 작아지는 경우 수조(121)에 채워지는 수위는 자연스럽게 낮아지게 된다. 이에 수평회전부(140)는 수위 변화에 따라 수조(121)의 바닥면으로 이동되면서 회전운동을 하게 된다.
이러한 수조(121)의 수위 변화에 따라 수평회전부(140)의 날개(142)가 수조(121)의 바닥면과 접촉되는 경우, 날개(142)와 수조(121)의 바닥면 사이에 심한 마찰이 발생하게 되며 이에 수평회전부(140)는 수조(121)에서 원활하게 회전운동을 할 수 없게 된다.
아울러, 안내롤러(154)는 수평식 수력발전장치(100)가 수면에 부유된 상태로 설치되는 경우, 발전부(160)에 마련된 부력박스(162)의 출렁임을 방지할 수 있게 된다.
즉, 안내롤러(154)는 안내레일(126)을 따라 안내되도록 형성됨으로써 부력박스(162)의 출렁이는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
발전부(160)는 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 급수부(120)의 내측에 설치되도록 마련되는 구성이다. 이러한 발전부(160)는 회전축(150)과 연결되도록 제2 급수부(120)의 내측에 설치된 상태에서 회전축(150)의 회전력으로 발전하는 역할을 담당한다.
여기서 회전축(150)의 회전력에 의해 발전하도록 마련된 발전부(160)는 발전기로 구성될 수 있으며, 이러한 발전기는 본 발명의 출원 전에 발전기 분야에서 당업자에 의해 널리 실시되고 있는 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 발전부(160)는 부력을 갖는 부력박스(162)로 감싸지도록 형성된다. 즉, 부력박스(162)는 물이 발전부(160)의 내부로 유입되는 것을 방지하면서도 일정 중량을 갖는 발전부(160)에 부력을 제공하도록 마련되는 구성이다.
여기서 발전부(160)는 수조(121)에 채워진 많은 양의 물과 수평회전부(140)와 날개(142)가 함께 회전하는 구조로서 회전 관성이 크게 되어 회전력의 변동이 적은 일정한 회전속도를 회전축(150)으로 전달하여 발전하게 됨으로써 발전부(160)의 부하변동에 따른 회전속도의 변화가 작아질 수 있는 구조를 갖게 된다.
부력부(170)는 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)에 일정한 부력을 제공할 수 있도록 마련되는 구성이며, 제1 급수부(110)에 마련되는 제1 부력부(172)와, 그리고 제2 급수부(120)에 마련되는 제2 부력부(174)를 포함한다.
제1 부력부(172)는 제1 급수부(110)의 저면에 설치되도록 마련되는 구성이며, 일정 중량을 갖는 제1 급수부(110)에 부력을 제공하도록 중공형의 부력체로 형성된다.
제2 부력부(174)는 제2 급수부(120)의 저면에 설치되도록 마련되는 구성이며, 일정 중량을 갖는 제2 급수부(120)에 부력을 제공하도록 중공형의 부력체로 형성된다.
이와 같은 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는 부력부(170)를 통해 수면에 부유된 상태로 설치하거나 또는 지면에 설치하여 홍수, 폭우, 대형 파도 등으로 인한 수위 변화에 탄력적으로 대응할 수 있게 되는 것이다.
이하, 도 16 및 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치의 작용을 설명한다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 저낙차를 갖는 하천수 또는 해수가 제1 급수구(112)를 통해 제1 급수부(110)의 내부로 유입되면, 제1 급수부(110)로 유입된 물(W)은 제1 노즐(112)을 통해 수조(121)로 공급되어 자연스럽게 화살표 방향으로 물(W)의 흐름을 형성하게 되며 이에 따라 수평회전부(140)는 물(W)의 흐름 방향으로 회전운동을 하게 된다.
즉, 수조(121)에서 흐름을 형성하는 물(W)은 수평회전부(140)에 마련된 날개(142)에 동력을 전달해 주는 역할을 하게 되며 이에 따라 수평회전부(140)는 물의 흐름 방향으로 회전운동을 하게 되는 것이다.
이와 동시에 제1 급수부(110)로 유입되는 유량이 많아짐에 따라 제1 급수구(112)에서 물(W)의 넘치는 현상이 발생되면, 제1 급수구(112)로 유입되는 물(W)의 일부는 자연스럽게 제2 급수구(122)를 통해 제2 급수부(120)의 내부로 유입된다. 제2 급수부(120)로 유입된 물(W)은 제2 노즐(124)을 통해 수조(121)로 공급되어 수조(121)에서 이미 흐름을 형성하는 물(W)과 합류하게 됨으로써 유속을 증속시키게 된다. 이에 따라 수평회전부(140)는 수조(121)에서 유속에 부합하는 속도로 회전운동할 수 있게 되는 것이다.
즉, 수평회전부(140)는 수조(121)에서 회전운동시 제1 급수구(112)로 유입되는 유량에 의한 회전속도보다 제1 급수구(112) 및 제2 급수구(122)로 동시에 유입되는 유량에 의한 회전속도가 더 빨라지게 된다. 이에 따라 물(W)이 제1 급수구(112) 및 제2 급수구(122)를 통해 동시에 유입되는 경우 발전부(160)의 발전량이 커지게 되는 것이다.
수평회전부(140)가 회전운동을 하게 되면, 수평회전부(140)와 방사형 연결부(152)를 매개로 연결된 회전축(150)이 함께 회전운동을 하게 되며 이에 따라 발전부(160)는 회전축(150)의 회전력으로 발전할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는 부력박스(162) 및 부력부(170)에 의해 일정한 부력을 갖게 됨으로써 홍수에 대응할 수 있도록 지면에 설치되거나 또는 폭우나 대형 파동에 대응할 수 있도록 수면에 부유된 상태로 설치될 수 있게 된다.
즉, 수력발전장치(100)가 지면에 설치된 상태에서 홍수로 인해 지면이 잠기는 경우 부력에 의해 수면 위로 부유될 수 있게 됨으로써 홍수에 적절하게 대처할 수 있게 된다.
이와는 달리, 수력발전장치(100)가 수면에 부유되도록 설치된 상태에서 폭우나 대형 파도가 발생하는 경우 부력에 따라 수위 변화에 탄력적으로 대응할 수 있게 된다.
여기서 수력발전장치(100)는 수평회전부(140)가 물에 잠기는 경우에도 제1 급수구(112) 및 제2 급수구(122)로 물이 유입될 수만 있다면 수위차에 의한 물의 흐름으로 발전이 가능할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예의 수평식 수력발전장치(100)는 댐에서 흘려보내는 물을 급수관로를 이용하여 제1 급수부(110) 및 제2 급수부(120)에 공급함으로써 추가전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 수평식 수력발전장치(100)는 강물을 막은 보에서 흘려 보내는 많은 물을 이용하여 수평회전부(140)를 회전시켜 발전할 수 있는데, 이러한 과정에서 보에서 방출되는 물의 낙차시 발생하는 소음을 방지하면서도 보의 하류에서 발생하는 쇄굴 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 수평식 수력발전장치(100)는 정수장의 급수구와 하수처리장의 배수구에서 발생하는 낙차를 이용하여 발전할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 실시예의 수평식 수력발전장치(100)는 조수 간만의 차를 이용하여 연속해서 발전할 수 있는 장점이 있다.
즉, 수력발전장치(100)의 상부와 하부에 하루에 소요되는 물을 저장할 수 있는 수조를 각각 설치한 뒤, 간조시기에는 하부수조의 물을 비우면서 상부수조에 유입되는 물을 이용하여 수평회전부(140)를 회전시키고, 만조시기에는 하부수조를 닫고 상부수조의 물을 하부수조로 방류하면 연속해서 수평회전부(140)를 회전시킬 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는 물의 저낙차 에너지로 수평회전부(140)를 회전운동시켜 전력을 생산하는 구조를 제공함으로써 수력발전의 용이성을 통해 친환경 에너지의 활용성을 높이고 이를 통해 환경오염의 방지에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는 홍수, 폭우, 대형 파도 등으로 인한 수위 변화에 탄력적으로 대응할 수 있는 구조를 제공함으로써 지면이나 수면의 다양한 장소에 설치할 수 있다.
아울러, 본 실시예의 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치(100)는 설비의 소형화 및 간소화를 통해 수력발전의 구축시 발생하는 막대한 경제적 부담을 줄이면서도 실용성을 향상시킬 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 제1 급수부 112: 제1 급수구
114: 제1 노즐 120: 제2 급수부
122: 제2 급수구 124: 제2 노즐
126: 안내레일 130: 배수부
140: 수평회전부 142: 날개
150: 회전축 152: 방사형 연결부
154: 안내롤러 160: 발전부
170: 부력부

Claims (8)

  1. 물의 저낙차를 이용하여 발전하는 것으로서,
    일측에 외부로부터 물을 공급받기 위한 제1 급수구가 형성되고 내측에 다수의 제1 노즐이 마련되는 제1 급수부;
    상기 제1 급수부의 내측 둘레에 수조를 형성하도록 상기 제1 급수부에 설치되되 일측에 상기 제1 급수구로부터 물을 공급받기 위한 제2 급수구가 형성되고 외측에 상기 제1 노즐과 대응되는 다수의 제2 노즐이 마련되는 제2 급수부;
    상기 제1 급수부의 타측에 설치되며 상기 수조의 물을 배출하도록 마련되는 배수부;
    상기 수조에 부유된 상태로 설치되며 저면에 다수의 날개가 형성되어 물의 흐름에 따라 회전운동하도록 마련되는 수평회전부;
    상기 제2 급수부의 내측에 상기 수평회전부와 방사형 연결부를 매개로 연결되도록 설치되며 상기 수평회전부의 회전력을 전달받아 회전하도록 마련되는 회전축; 및
    상기 제2 급수부의 하부에 설치되며 상기 회전축의 회전력으로 발전하도록 마련되는 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 급수부 및 상기 제2 급수부에 부력을 제공하도록 마련되는 부력부를 더 포함하되,
    상기 부력부는,
    상기 제1 급수부의 저면에 설치되어 부력을 제공하도록 마련되는 제1 부력체; 및
    상기 제2 급수부의 저면에 설치되어 부력을 제공하도록 마련되는 제2 부력체를 포함하는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐은, 상기 수조에 대해 상기 수평회전부를 일방향으로 회전시킬 수 있는 물의 흐름을 형성하도록 상기 제1 급수부 및 상기 제2 급수부의 내측에 상기 수평회전부의 회전방향으로 경사지도록 상호 일정간격 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수평회전부는, 상기 수조에서 부력을 형성하도록 중공형의 부력체로 형성되는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 날개는, ‘〉’형상으로 형성되어 상기 수평회전부의 저면에 상호 일정간격 이격되며 상기 제1 노즐 및 제2 노즐에서 공급되는 물에 의해 양쪽에서 회전력을 받을 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 급수부에는,
    상부 둘레를 따라 표면으로부터 돌출되는 안내레일이 형성되며,
    상기 방사형 연결부는,
    하부에 회전가능하게 결합되며 상기 안내레일을 따라 안내되는 안내롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 급수구로 유입되는 물은 상기 제1 급수부의 내부로 유입된 뒤 상기 제1 노즐을 통해 상기 수조에 공급되고,
    상기 제2 급수구로 유입되는 물은 상기 제2 급수부의 내부로 유입된 뒤 상기 제2 노즐을 통해 상기 수조에 공급되는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 급수부의 저면 일측에는,
    상기 제2 급수구로 유입되는 물을 내부로 공급할 수 있도록 적어도 하나의 급수공이 형성되며,
    상기 제2 급수부의 저면 타측에는,
    상기 수조에 채워진 물을 상기 배수부로 배출할 수 있도록 적어도 하나의 배수공이 형성되는 것을 특징으로 하는 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치.
KR1020130042740A 2013-04-18 2013-04-18 저낙차를 이용한 수평식 수력발전장치 KR101423535B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101061213B1 (ko) 2010-08-18 2011-09-01 강완희 부력을 이용한 수력발전기관 및 수력발전 방법
KR20110121368A (ko) * 2010-04-30 2011-11-07 남동명 와류의 회전력을 이용한 발전장치

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