KR101446876B1 - 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널의 배수로를 따라 흘러내려 버려지는 배수물을 이용하여 발전이 가능한 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 터널의 배수로; 상기 터널의 배수로에서 배수되는 물을 취수하는 도수관로; 상기 도수관로에서 수거된 물을 일시 저장하여, 퇴적물 처리와 오염 방지를 하는 침전 수거 처리조; 상기 도수관로에서 유입되는 물을 받아 발전을 위한 낙차를 가지도록 경사를 갖도록 설치된 수압관로; 및 상기 수압관로를 따라 낙하하는 물이 터빈의 회전력을 발생시키도록 하여 발전하는 발전부;를 포함하여 구성된다.

Description

터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템{small hydroelectric system of tunnel drain pipe}

본 발명은 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널의 배수로를 따라 흘러내려 버려지는 배수물을 이용하여 발전이 가능한 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력의 생산 방법은, 화력 발전, 원자력 발전, 수력 발전, 태양열 발전, 풍력 발전, 조력발전 등이 있다.

상기한 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 상기한 화력 발전은 석탄 또는 석유 등의 화석연료를 에너지원(energy source)로 사용하는 것으로 발전소의 건설비가 상대적으로 저렴하나 화석연료 등의 매장량이 한계가 있어 점차 고갈되며, 공해의 유발로 환경을 오염시키는 문제점이 있다.

그리고 원자력 발전은 우라늄 등의 방사능 물질을 핵분열시킬 때 발생되는 막대한 양의 열을 에너지원으로 사용하는 것으로 발전 용량이 크나, 핵연료의 사용에 따른 안전성, 발전 과정에서 발생되는 원자력의 폐기물 및 오염물질 등에 의한 환경오염 등의 문제점이 있다.

또한, 수력발전은 댐에 의해 저수된 물의 위치(낙차)에너지를 얻는 회전 에너지로 변환시키는 것으로 발전원가가 낮으나, 발전소가 건설되는 지역이 제한되며 넓은 면적의 땅이 수몰되어야 함으로, 지역주민 이주에 따른 사회적 문제와 자연생태계의 파손을 야기하는 문제점이 있다.

이에 따라 오래 전부터 상기한 화력 발전, 원자력 발전 및 수력 발전을 대체할 청정에너지에 대한 관심 및 그 이용에 대한 실질적인 장치의 개발을 위한 연구와 노력이 이루어져 왔다.

그러나 상술한 발전 시스템을 제외한 다른 청정에너지를 이용한 발전 시스템을 개발하는 것은 상당히 어려운 작업이어서 연구와 노력의 투자 대비 효과는 그리 크지 않았다.

한편 터널의 내부에는 지하수나 우수 등과 같은 하수를 배수할 수 있도록 된 배수로가 설치된다.

상기 배수로는, 지면에 매입설치되어 하수를 수집하는 집수덕트에 연결된 배수관으로 구성되어, 하수가 상기 집수덕트를 통해 집수정에 모인 후, 배수관을 통해 하천이나 다른 대형 하수관 등으로 배출되도록 구성된다.

따라서 이러한 배수관을 통해 배출되는 물에 일정한 낙차를 주어 소수력 발전을 하는 것은 전력 생산에 있어 많은 이득이 된다.

그러나 상기 배수관을 통해 하천이나 다른 대형 하수관 등으로 버려지는 물을 통해 소수력 발전을 하는 것도 오물에 의한 발전 장치 고장 및 문제발생시 접근성이 떨어지는 등 실제적으로 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 배수로에서 생성되는 퇴적물 처리와 오염 방지를 하는 침전 수거 처리조와 추가적으로 부착되는 센서들을 통해 오염물 유입에 따른 발전 장치 고장을 사전에 방지하고 문제발생시 접근성을 높인 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 터널의 배수로; 상기 터널의 배수로에서 배수되는 물을 취수하는 도수관로; 상기 도수관로에서 수거된 물을 일시 저장하여, 퇴적물 처리와 오염 방지를 하는 침전 수거 처리조; 상기 도수관로에서 유입되는 물을 받아 발전을 위한 낙차를 가지도록 경사를 갖도록 설치된 수압관로; 및 상기 수압관로를 따라 낙하하는 물이 터빈의 회전력을 발생시키도록 하여 발전하는 발전부;를 포함하여 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 침전 수거 처리조에는 퇴적물의 쌓인 높이를 측정하여 수치 정보를 생성하여 전송하는 퇴적물 센서; 및 상기 퇴적물 센서에서 수치 정보를 전달받아, 해당되는 퇴적물 높이 정보를 생성하는 퇴적물 센서부가 부착된다.

일 실시예에 있어서, 상기 수압관로에는 유입되는 물에 대한 오염을 감지하여 수치 정보를 생성하여 전송하는 오염감지 센서; 및 상기 오염감지 센서에서 수치 정보를 전달받아, 해당되는 오염 정보를 생성하는 오염감지 센서부가 부착된다.

일 실시예에 있어서, 상기 퇴적물 센서부 또는 오염감지 센서부에는 상기 퇴적물 높이 정보와 오염 정보를 전송받아 기준치와 비교하여 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부를 판단하는 센서 제어부가 연결되고, 상기 센서 제어부에는 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부 판단 정보를 무선 전송하는 통신모듈이 포함된다.

본 발명에 따르면, 이미 설치되어 있는 배수로 구조를 이용하기 때문에, 자연훼손이 기존의 발전시설에 비해 적고, 설치비용이 현저하게 감소되므로 친환경적이고 경제성이 높아지는 효과가 있다.

본 발명에 따르면 침전 수거 처리조에서 오염 물질이 걸러진 여과수가 프로펠러나 발전장치에 영향을 미치지 않아 용이하게 발전작용을 지속하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템의 세부적인 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템은 터널의 배수로를 따라 흐르는 물을 통해 필요한 발전을 하기 위해 수로(水路)인 터널의 배수로(18, 20), 도수관로(30), 수압관로(50)를 포함하고, 상기 수로들 중 도수관로(30)와 수압관로(50) 사이에는 침전 수거 처리조(40)가 설치되며, 마지막 수로에서 나오는 여과수를 통해 발전하는 발전부(60)가 형성된다.

이를 위해 일반적인 산 또는 언덕을 관통하는 통로를 만들고, 통로의 표면을 연마한 후 상기 배수로(18, 20)를 설치한 후 방수막(12)을 덮고 콘크리트(14)를 바르고 타일(16)을 붙인다.

도수관로(30)는 상기 터널의 배수로(18, 20)에서 배수되는 물을 취수하는 수로로서, 터널의 배수로(18, 20)가 시작하는 부분과 끝나는 부분을 연결하여 중력에 의해 자연 낙하하는 배수물을 한곳에 모을 수 있게 한다.

침전 수거 처리조(40)는 상기 도수관로(30)에서 수거된 물을 일시 저장하면서 침전물을 만들어 여과하기 위해, 퇴적물 처리와 오염 방지를 하는 여러 겹의 분리망 또는 분리막(42, 44)이 일정 간격으로 설치된 시설물로서, 이하 설명하는 다양한 센서들이 부착된다.

수압관로(50)는 상기 도수관로(30)에서 유입되는 물을 받아 발전을 위한 낙차를 가지도록 경사를 갖도록 설치된 수로로서, 적정한 수준의 수압을 위한 낙차를 주기 위해 최대한 경사 각도가 크도록 하며 일직선을 유지하여 바로 발전부(60)까지 빠른 속도로 흐르게 한다.

발전부(60)는 상기 수압관로(50)를 따라 낙하하는 물이 터빈의 회전력을 발생시키도록 하여 발전하는 장치로서, 프로펠러, 프로펠러의 회전축, 회전자, 영구자석, 전기자철심, 및 전기자코일 등이 포함된다.

구체적으로 살펴보면, 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템은 배수로(18, 20)의 물이 도수관로(30)를 통해 모이면서 고이고 흘러나감을 반복하여 오물이 걸려지는 침전 수거 처리조(40)와, 상기 침전 수거 처리조(40)에 부착되어 퇴적물의 높이 등을 센싱(sensing)하는 퇴적물 센서부(72)와, 침전 수거 처리조(40) 출구인 수압관로(50)를 따라 낙차를 갖고 흐르는 여과수의 오염 농도 등을 감지하는 오염감지 센서부(74)와 상기 퇴적물 센서부(72)와 오염감지 센서부(74)를 제어하는 센서 제어부(80)와, 상기 센서 제어부(80)에서 생성된 최종 센서 정보를 전송하는 통신모듈(82)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 여과수는 발전부(60)로 유입되어 발전하게 되는 데, 상기 여과수가 통과되는 프로펠러가 회전함에 따라 프로펠러의 회전축에 연결된 발전장치의 회전자가 회전하게 되며, 회전자가 회전하게 되면 회전자의 영구자석이 형성하는 자계가 회전자와 근접한 고정자의 전기자철심에 자속변화를 유도하여 전기자코일에 전압이 형성됨으로써 발전작용이 이루어지게 된다.

따라서 상기 침전 수거 처리조(40)에서 오염 물질이 걸러진 여과수가 프로펠러나 발전장치에 영향을 미치지 않고 용이하게 발전작용을 지속할 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템은 상기 침전 수거 처리조(40)에는 퇴적물의 쌓인 높이를 측정하여 최저치를 뺀 최고치의 수치 정보를 생성하여 전송하는 퇴적물 센서(45) 및 상기 퇴적물 센서에서 수치 정보를 전달받아, 해당되는 퇴적물 높이 정보를 생성하는 퇴적물 센서부(72)가 부착된다.

그리고 상기 수압관로(50)에는 유입되는 물에 대한 오염을 감지하여 수치 정보를 생성하여 전송하는 오염감지 센서(52) 및 상기 오염감지 센서(52)에서 상기 최고치 수치 정보를 전달받아, 해당되는 오염 정보를 생성하는 오염감지 센서부(74)가 부착된다.

상기 퇴적물 센서부(72)와 오염감지 센서부(74)에는 상기 퇴적물 높이 정보와 오염 정보를 전송받아 미리 저장된 기준치와 비교하여 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부를 판단하는 센서 제어부(80)가 연결되고, 상기 센서 제어부에는 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부 판단 정보를 무선 전송하는 통신모듈(80)이 포함된다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템은 도수관로(30)와 이 도수관로(30)에서 바이패스(bypass)되는 다른 도수관로(미도시)가 연결되고, 각 도수관로에는 개폐수문이 부착된다.

따라서 상기 센서 제어부는 상기 퇴적물의 높이가 위험 수치에 도달할 경우, 통신모듈(80)을 통해 이를 통보함과 동시에 상기 도수관로(30)의 개폐수문을 작동시킨 후 다른 도수관로로 바이패스시켜 퇴적물에 따른 발전 저하를 사전에 방지할 수도 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

12 : 방수막
14 : 콘크리트
16 : 타일
18, 20 : 배수로
30 : 도수관로
40 : 침전 수거 처리조
42, 44 : 분리망 또는 분리막
45 : 퇴적물 센서
50 : 수압관로
52 : 오염감지 센서
60 : 발전부
72 : 퇴적물 센서부
74 : 오염감지 센서부
80 : 센서 제어부

Claims (4)

1. 터널의 배수로;
   상기 터널의 배수로에서 배수되는 물을 취수하는 도수관로;
   상기 도수관로에서 수거된 물을 일시 저장하여 침전물을 만들어 여과하기 위해 분리막이 설치되어 퇴적물 처리와 오염 방지를 하는 침전 수거 처리조;
   상기 침전 수거 처리조에서 퇴적물 처리와 오염 방지된 물을 받아 발전을 위한 낙차를 가지도록 경사를 갖도록 설치된 수압관로; 및
   상기 수압관로를 따라 낙하하는 물이 터빈의 회전력을 발생시키도록 하여 발전하는 발전부;
   를 포함하여 구성되고,
   상기 침전 수거 처리조는,
   퇴적물의 쌓인 높이를 측정하여 수치 정보를 생성하여 전송하는 퇴적물 센서; 및
   상기 퇴적물 센서에서 수치 정보를 전달받아, 해당되는 퇴적물 높이 정보를 생성하는 퇴적물 센서부; 가 부착되고,
   상기 수압관로는,
   유입되는 물에 대한 오염을 감지하여 수치 정보를 생성하여 전송하는 오염감지 센서; 및
   상기 오염감지 센서에서 수치 정보를 전달받아, 해당되는 오염 정보를 생성하는 오염감지 센서부가 부착되어,
   오염물 유입에 따른 상기 발전부의 고장을 사전에 방지하는 것을 특징으로 하는 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 퇴적물 센서부 또는 오염감지 센서부에는 상기 퇴적물 높이 정보와 오염 정보를 전송받아 기준치와 비교하여 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부를 판단하는 센서 제어부가 연결되고,
   상기 센서 제어부에는 퇴적물의 처리 시기와 오염 여부 판단 정보를 무선 전송하는 통신모듈이 포함되는 것을 특징으로 하는 터널 배수로 취수 소수력 발전 시스템.

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