KR101443807B1 - 수력발전용 수차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수력발전시설의 물 유동로 측에 설치되어 공급되는 물에 와류가 형성되도록 한 다음 그 와류에 의해 회전날개가 회전되도록 해 1차적인 회전력이 발생되도록 하고, 날개부재와 동일 축 상에 설치되는 회전부재 내부에 회전날개를 회전시킨 물이 유입되도록 한 다음 외부로 분사시켜 그 분사력에 의해 회전부재가 회전되도록 해 2차적인 회전력이 발생 되도록 함으로써 높은 효율의 전력이 생산될 수 있도록 한 수력발전용 수차에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수력발전용 수차는 내부로 유입되는 물에 와류가 형성될 수 있도록 달팽이관 형상으로 형성되며 그 중심부가 중공 형성되는 공급관부와, 상기 공급관부의 중심부에 수직방향으로 연결되어 상기 공급관부와 연통되고 상기 공급관부를 통해 공급된 물이 와류가 유지되면서 상측에서 하측으로 유동될 수 있도록 상기 공급관부와의 연통지점에는 와류 형성방향으로 경사지게 배치되는 다수의 유도판이 방사상 동일 간격으로 이격 설치된 수직관부와, 상기 수직관부와 연통 되도록 상기 수직관부의 하단에 연결되되 상기 수직관부와는 독립적으로 회전되고 내부에는 다수의 격벽에 의해 구획되는 다수의 수용공간이 형성되며 상기 수용공간마다에는 내부에 수용된 물이 분사되는 분사구가 형성되어 물의 분사 여부에 따라 일방향 회전되는 회전부재와, 상기 수직관부 및 회전부재의 중앙에 회전가능하게 관통 설치되되 상기 회전부재와는 고정되어 상기 회전부재의 회전력에 의해 일체로 회전되는 축 부재가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

수력발전용 수차{WATER TURBINE FOR WATER POWER GENERATION}

본 발명은 수력발전용 수차에 관한 것으로 보다 상세하게는 수력발전시설의 물 유동로 측에 설치되어 공급되는 물에 와류가 형성되도록 한 다음 그 와류에 의해 회전날개가 회전되도록 해 1차적인 회전력이 발생되도록 하고, 날개부재와 동일 축 상에 설치되는 회전부재 내부에 회전날개를 회전시킨 물이 유입되도록 한 다음 외부로 분사시켜 그 분사력에 의해 회전부재가 회전되도록 해 2차적인 회전력이 발생 되도록 함으로써 높은 효율의 전력이 생산될 수 있도록 한 수력발전용 수차에 관한 것이다.

수력발전(hydroelectric power generation , 水力發電)이란 하천 또는 호수 등에서 물이 가지는 위치에너지를 수차에 의해서 기계에너지로 변환하고, 다시 이것을 발전기를 이용해 전기에너지, 즉 전력으로 변환하는 발전방식을 뜻한다.

수력발전의 출력은 낙차와 수량과의 곱에 비례하므로 발전소 부근의 포장수력(包藏水力)에 좌우되지만, 이들의 물을 1개 소에 집중하도록 인공적으로 유수(流水)를 바꾸고, 또 수차에 큰 낙차가 작용할 수 있는 지점을 선정하고 있다.

최근에는 낮과 밤의 전력수요가 상당한 차를 보이고 있고, 또한 대형 원자력발전소의 가동 등으로 밤에 남는 잉여전력을 흡수하여 낮에 소비하기 위해 밤에는 낮은 곳의 물을 높은 곳으로 퍼올리고, 낮에는 이 물을 이용하여 발전하는 특수형태의 수력발전인 양수 발전도 등장하게 되었다.

수력발전은 낙차를 얻는 방법과 유량을 얻는 방법에 따라서 그 종류를 나눌 수 있다. 낙차를 얻는 방법으로 분류하면 수로식 발전, 댐식 발전, 댐수로식 발전, 유역변경식 발전 등이 있고, 유량을 사용하는 방법으로 분류하면 유입식 발전, 조정지식 발전, 저수지식 발전, 양수식 발전, 조력 발전 등이 있다.

이와 같은 수력발전에 사용되는 수차는 대한민국 특허등록 제10-10032960000호 (2010.12.16)에서와 같이 기본적으로 상측의 물이 하측으로 낙하되는 힘에 의해 회전력을 얻게 되는데, 일반적으로 낙하되는 물로부터 힘을 받는 순간에 한해서 한 차례만 회전력을 얻게 되므로 정해진 유량에 대한 발전 가능한 전기의 생산량이 제한적인 실정이었다. 따라서 추가적으로 수차에 회전력이 전달되도록 해 전기의 생산량이 극대화될 수 있는 방법의 모색이 요구되는 시점이다.

따라서 본 발명의 목적은 수력발전시설의 물 유동로 측에 설치되어 공급되는 물에 와류가 형성되도록 한 다음 그 와류에 의해 회전날개가 회전되도록 해 1차적인 회전력이 발생되도록 하고, 날개부재와 동일 축 상에 설치되는 회전부재 내부에 회전날개를 회전시킨 물이 유입되도록 한 다음 외부로 분사시켜 그 분사력에 의해 회전부재가 회전되도록 해 2차적인 회전력이 발생 되도록 함으로써 높은 효율의 전력이 생산될 수 있도록 한 수력발전용 수차를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은 내부로 유입되는 물에 와류가 형성될 수 있도록 달팽이관 형상으로 형성되며 그 중심부가 중공 형성되는 공급관부와, 상기 공급관부의 중심부에 수직방향으로 연결되어 상기 공급관부와 연통되고 상기 공급관부를 통해 공급된 물이 와류가 유지되면서 상측에서 하측으로 유동될 수 있도록 상기 공급관부와의 연통지점에는 와류 형성방향으로 경사지게 배치되는 다수의 유도판이 방사상 동일 간격으로 이격 설치된 수직관부와, 상기 수직관부와 연통 되도록 상기 수직관부의 하단에 연결되되 상기 수직관부와는 독립적으로 회전되고 내부에는 다수의 격벽에 의해 구획되는 다수의 수용공간이 형성되며 상기 수용공간마다에는 내부에 수용된 물이 분사되는 분사구가 형성되어 물의 분사 여부에 따라 일방향 회전되는 회전부재와, 상기 수직관부 및 회전부재의 중앙에 회전가능하게 관통 설치되되 상기 회전부재와는 고정되어 상기 회전부재의 회전력에 의해 일체로 회전되는 축 부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 수력발전용 수차를 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 전술한 수직관부의 내부에 위치되는 상기 축 부재 상에는 상기 공급관부로부터 유입되는 물에 의해 회전되는 날개부재가 설치되는 것으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 전술한 수직관부와 회전부재가 연결되는 부분에는 상기 수직관부로부터 상기 회전부재의 수용공간 내부로 유입되는 물의 누수가 방지될 수 있도록 패킹부재가 마련되는 것으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면 전술한 회전부재는 원판형상으로 형성되고 상기 분사구는 상기 회전부재의 45° 간격마다 형성되되 상기 회전부재가 회전되는 접선방향의 후방을 향하도록 돌출 형성되는 것으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수력발전용 수차는 수력발전시설의 물 유동로 측에 설치되어 공급되는 물에 와류가 형성되도록 한 다음 그 와류에 의해 회전날개가 회전되도록 해 1차적인 회전력이 발생되도록 하고, 날개부재와 동일 축 상에 설치되는 회전부재 내부에 회전날개를 회전시킨 물이 유입되도록 한 다음 외부로 분사시켜 그 분사력에 의해 회전부재가 회전되도록 해 2차적인 회전력이 발생 되도록 함으로써 높은 효율의 전력이 생산될 수 있는 탁월한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 부분절개 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 사용상태도.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 사시도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 부분절개 사시도가 도시되며, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수력발전용 수차의 사용상태도가 도시된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수력발전용 수차(1)는 내부로 유입되는 물에 와류가 형성될 수 있도록 달팽이관 형상으로 형성되며 그 중심부가 중공 형성되는 공급관부(10)와, 상기 공급관부(10)의 중심부에 수직방향으로 연결되어 상기 공급관부(10)와 연통되고 상기 공급관부(10)를 통해 공급된 물이 와류가 유지되면서 상측에서 하측으로 유동될 수 있도록 상기 공급관부(10)와의 연통지점에는 와류 형성방향으로 경사지게 배치되는 다수의 유도판(11)이 설치된 수직관부(20)와, 상기 수직관부(20)와 연통 되도록 상기 수직관부(20)의 하단에 연결되되 상기 수직관부(20)와는 독립적으로 회전되고 내부에는 다수의 격벽(37)에 의해 구획되는 다수의 수용공간(31)이 형성되며 상기 수용공간(31) 마다에는 내부에 수용된 물이 분사되는 분사구(33)가 형성되어 물의 분사 여부에 따라 일방향 회전되는 회전부재(30)와, 상기 수직관부(20) 및 회전부재(30)의 중앙에 회전가능하게 관통 설치되되 상기 회전부재(30)와는 고정되어 상기 회전부재(30)의 회전력에 의해 일체로 회전되는 축 부재(40)가 포함된다.

이하에는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수력발전용 수차(1)의 구성부재 및 그 연결관계에 대해서 상세하게 설명한다.

여기서 공급관부(10)는 수력발전소 설비의 유로 측에 설치되어 유로의 물이 내부로 공급되도록 하되 추후에 설명될 날개부재(50)가 및 회전부재(30)의 회전력이 극대화될 수 있도록 와류를 형성시키는 역할을 하는 것으로 이를 위해 전술한 공급관부(10)는 와류의 형성이 가능한 달팽이관 형상으로 형성되며 며 그 중심부가 중공 형성된다.

이와 같은 공급관부(10)의 달팽이관 형상이나 크기 및 그 설치개수는 수력발전소의 설비와 유로의 규모를 고려하여 다양하게 변경 실시될 수 있음은 물론이다.

그리고 전술한 공급관부(10)의 내측단부에는 수직관부(20)가 연통되도록 연결 설치되는데 이 수직관부(20)는 공급관부(10)로부터 공급되는 물을 추후에 설명될 회전부재(30) 측으로 공급되도록 함과 동시에 축 부재(40)가 회전가능하게 설치되는 역할을 하는 것이다.

이와 같은 수직관부(20)는 전술한 공급관부(10)와 연통 되도록 상단이 공급관부(10)의 내측단부에 수직방향으로 연결 설치되고 전술한 공급관부(10)를 통해 공급된 물이 와류가 유지되면서 상측에서 하측으로 유동 될 수 있도록 공급관부(10)와의 연통지점에는 와류 형성방향으로 경사지게 배치되는 다수의 유도판(11)이 방사상 동일 간격으로 이격 설치되며 그 내부는 중공 형성된다. 따라서 공급관부(10) 내에서 형성된 와류는 수직관부(20)로 유동되면서 소멸되지 않으며 와류형성 방향으로 경사지게 배치된 다수의 유도판(11)에 의해 유지되면서 유동 될 수 있게 된다. 이때 전술한 수직관부(20)는 전술한 공급관부(10)를 통해 공급되는 물의 양을 고려하여 그 내경과 설치 길이가 변경 실시될 수 있다.

또한 전술한 수직관부(20)의 내부에 위치되며 추수에 설명될 축 부재(40) 상에는 날개부재(50)가 설치되는데 이 날개부재(50)는 공급관부(10)로부터 유입되는 와류가 형성된 물에 의해 회전됨으로 인해 축 부재(40) 상에 1차 회전력을 전달하는 역할을 하는 것이다. 이와 같은 날개부재(50)는 도면에 도시되는 바와 같이 공급관부(10)와 수직관부(20)가 서로 연결되는 위치에 설치되도록 하되 설치위치는 물론 설치개수 또한 다양하게 변경 실시될 수 있으며 수직관부(20)의 크기변화에 따라 날개부재(50) 또한 이에 대응되게 변경 실시될 수 있음은 물론이다.

한편 전술한 수직관부(20)의 하단에는 회전부재(30)가 회전가능하게 연결되는데 이 회전부재(30)는 전술한 수직관부(20) 내에서 와류가 유지되며 공급된 물이 각각의 수용공간(31) 내부로 유입된 다음 분사구(33)를 통해 외부로 분사되며 그 분사력에 의해 회전됨으로써 축 부재(40) 상에 2차 회전력이 전달되도록 하는 역할을 하는 것이다.

이와 같은 회전부재(30)는 전술한 수직관부(20)와 연통 되도록 상기 수직관부(20)의 하단에 연결되되 상기 수직관부(20)와는 독립적으로 회전되고 내부에는 다수의 격벽(37)에 의해 구획되는 다수의 수용공간(31)이 형성되며 상기 수용공간(31) 마다에는 내부에 수용된 물이 분사되는 분사구(33)가 형성되어 물의 분사 여부에 따라 일방향 회전이 이루어진다.

또한 전술한 회전부재(30)는 원판형상으로 형성되고 전술한 격벽(37)은 회전부재(30)의 45° 간격마다 일정하게 형성되되 분사구(33)는 회전부재(30)가 회전되는 접선방향의 후방을 향하도록 돌출 형성되어 있어 각각의 분사구(33)에서 분사되는 물의 분사력이 회전부재(30)를 일방향 회전시키는 회전력으로 용이하게 전달될 수 있게 된다. 또한 물이 분사되고 회전부재(30)가 회전될수록 회전부재(30)의 원심력이 증대되고 이로 인해 축 부재(40) 측으로 전달되는 회전력 또한 지속적으로 증대될 수 있다.

그리고 전술한 수직관부(20)와 회전부재(30)가 연결되는 부분에는 수직관부(20)로부터 회전부재(30)의 수용공간(31) 내부로 유입되는 물의 누수가 방지될 수 있도록 패킹부재(35)가 마련되는 것이 바람직하다.

또한 전술한 수직관부(20) 및 회전부재(30)에는 축 부재(40)가 관통 설치되는데 이 축 부재(40)는 전술한 날개부재(50) 및 회전부재(30)로부터 전달되는 회전력에 의해 회전되며 그 단부에는 비록 도시되지 않았지만 축 부재(40)의 회전에너지를 전자기 유도 현상을 이용해 전기에너지로 변환하는 발전수단(도시되지 않음)이 연결 구비된다.

이와 같은 축 부재(40)는 전술한 수직관부(20) 및 회전부재(30)의 중앙에 회전가능하게 관통 설치되되 전술한 회전부재(30)와는 고정되어 회전부재(30)의 회전력에 의해 일체로 회전되는 것으로 한다.

이하에는 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수력발전용 수차(1)의 전체적인 작동관계에 대해서 상세하게 설명한다.

먼저 수력발전설비 유로 내의 물이 공급관부(10) 내로 유입되면, 달팽이관 형상의 공급관부(10) 내에서 유동 되면서 와류가 형성되고, 이 와류가 유지된 상태로 수직관부(20) 및 회전부재(30)의 수용공간(31)까지 유동공급된다.
공급관부(10) 내에서 와류가 형성된 물은 유도판(11)에 의해 수직관부(20) 내로 유입됨으로써 와류 형성이 유지된 상태로 물이 지속적으로 유동 될 수 있게 된다.

한편, 수직관부(20) 내에 위치된 날개부재(50)가 와류가 형성된 물에 의해 회전되면서 축 부재(40)에 1차적인 회전력이 전달되도록 하고, 그런 다음 각각의 수용공간(31) 내부로 유입된 뒤 분사구(33) 측으로 분사됨으로 인해 회전부재(30)가 회전됨으로써 축 부재(40)에 2차적인 회전력이 전달되도록 한다.

회전부재(30)가 지속적으로 회전되면서 원심력은 점차적으로 증대되고 원심력 또한 동시에 증대됨으로써 축 부재(40) 측으로 전달되는 회전력 또한 지속적으로 증대될 수 있어 높은 효율의 전력이 생산될 수 있게 된다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

1 : 수력발전용 수차
10 : 공급관부
11 : 유도판
20 : 수직관부
30 : 회전부재
31 : 수용공간
33 : 분사구
35 : 패킹부재
37 : 격벽
40 : 축 부재
50 : 날개부재

Claims (4)

1. 내부로 유입되는 물에 와류가 형성될 수 있도록 달팽이관 형상으로 형성되며 그 중심부가 중공 형성되는 공급관부;
   상기 공급관부의 중심부에 수직방향으로 연결되어 상기 공급관부와 연통되고 상기 공급관부를 통해 공급된 물이 와류가 유지되면서 상측에서 하측으로 유동될 수 있도록 상기 공급관부와의 연통지점에는 와류 형성방향으로 경사지게 배치되는 다수의 유도판이 방사상 동일 간격으로 이격 설치된 수직관부;
   상기 수직관부와 연통 되도록 상기 수직관부의 하단에 연결되되 상기 수직관부와는 독립적으로 회전되고 내부에는 다수의 격벽에 의해 구획되는 다수의 수용공간이 형성되며 상기 수용공간마다에는 내부에 수용된 물이 분사되는 분사구가 형성되어 물의 분사 여부에 따라 일방향 회전되는 회전부재; 및
   상기 수직관부 및 회전부재의 중앙에 회전가능하게 관통 설치되되 상기 회전부재와는 고정되어 상기 회전부재의 회전력에 의해 일체로 회전되는 축 부재;가 포함되는 것을 특징으로 하는 수력발전용 수차.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직관부의 내부에 위치되는 상기 축 부재 상에는 상기 공급관부로부터 유입되는 물에 의해 회전되는 날개부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 수력발전용 수차.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수직관부와 회전부재가 연결되는 부분에는 상기 수직관부로부터 상기 회전부재의 수용공간 내부로 유입되는 물의 누수가 방지될 수 있도록 패킹부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 수력발전용 수차.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전부재는 원판형상으로 형성되고 상기 분사구는 상기 회전부재의 45° 간격마다 형성되되 상기 회전부재가 회전되는 접선방향의 후방을 향하도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 수력발전용 수차.

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