KR101606909B1 - 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수력 발전장치에 관한 것으로, 수문에 매입된 상태로 흡출관의 탈부착으로 반동식 수차와 충동식 수차를 혼용하여 사용할 수 있도록 하는 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 수문의 상부내측으로 흡입되고 수문의 내부를 관통하여 수문의 하부외측으로 배출되게 수로관을 설치하고, 상기 수문의 상부 내측으로 형성되는 수로관의 입구에는 보조수문을 설치하며, 상기 수로관의 하부에는 수로관을 흐르는 물에 의해 회전되는 크로스 플로우 수차를 설치하고, 상기 수차의 회전력에 의해 전기에너지를 생산하고 수문에 내장되는 발전기를 설치하며, 상기 수문의 하부 외측에 형성되는 수로관의 출구에는 플렌지를 통하여 탈부착이 이루어지는 흡출관을 설치함으로써 이루어진다.

Description

수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치{Sluice buried discharge pipe detachable power generator}

본 발명은 수력 발전장치에 관한 것으로, 수문에 매입된 상태로 흡출관의 탈부착으로 반동식 수차와 충동식 수차를 혼용하여 사용할 수 있도록 하는 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치에 관한 것이다.

수력 발전용 수차는 충동식 수차와 반동식 수차로 구분될 수 있으며, 충동식 수차의 대표적인 펠톤 수차(Pelton turbine)는 회전원판의 주위에 12~24개의 버킷을 부착하고, 높은 압력으로부터 노즐을 통해 뿜어져 나오는 고속도의 분사수를 충돌시켜 회전력을 얻는 것이고, 반동식 수차의 대표적인 프랜시스 수차(Francis turbine)는 비교적 높은 낙차에서 원추형 회전체 보스에 날개깃을 8~20매 붙이고, 날개깃 외곽의 가장자리는 링 모양의 밴드로 막은 후 큰 압력 에너지를 갖고 있는 물이 보스와 밴드 및 날개깃 사이로 빠르게 지나가면서 날개차도 상대속도로 운동되어 회전력을 얻게 된다.

이러한 충동식 수차 또는 반동식 수차는 설치 장소의 낙차와 설치 조건에 따라 선택적으로 사용하게 되고, 수차의 선택이 완료되면 발전을 위한 수로의 구조와 공사 방식 등이 결정되기 때문에 충동식 수차와 반동식 수차는 하나의 구조물에서 선택적으로 사용할 수 없는 것이었다.

특히, 수문에 설치되어 발전을 하는 경우 수차의 종류에 따라 각기 다른 형태의 수로를 제작하는 경우, 제작의 범용성이 쉽지 않고, 충동식 수차와 반동식 수차에 따른 별도의 수문 제작을 필요로 하는 문제가 따르게 된다.

대한민국 특허 등록 10-1363416호(2014.02.10 등록) 대한민국 특허 등록 10-1440540호(2014.09.04 등록) 대한민국 특허 등록 10-1271143호(2013.06.29 등록) 대한민국 특허 등록 10-0284644호(2000.12.21 등록)

본 발명은 충동식 수차와 반동식 수차를 혼용으로 사용할 수 있는 발전장치가 구비되지 않았던 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단히 수로의 선단부에 흡출관의 탈부착이 이루어질 수 있도록 함으로써, 흡출관의 탈부착과 충동식 수차 또는 반동식 수차를 선택적으로 사용하는 것이다.

본 발명은 수문의 상부내측으로 흡입되고 수문의 내부를 관통하여 수문의 하부외측으로 배출되게 수로관을 설치하고, 상기 수문의 상부 내측으로 형성되는 수로관의 입구에는 보조수문을 설치하며, 상기 수로관의 하부에는 수로관을 흐르는 물에 의해 회전되는 크로스 플로우 수차를 설치하고, 상기 수차의 회전력에 의해 전기에너지를 생산하고 수문에 내장되는 발전기를 설치하며, 상기 수문의 하부 외측에 형성되는 수로관의 출구에는 플렌지를 통하여 탈부착이 이루어지는 흡출관을 설치함으로써 이루어지는 것으로, 물에 잠기는 흡출관을 부착하여 반동식 수차의 사용이 가능케 하거나 흡출관을 제거하여 충동식 수차의 사용이 가능케 하는 것이다.

본 발명의 수로관은 출구가 물에 잠기지 않은 채로 설치되는 한편 흡출관이 플렌지로 탈부착될 수 있도록 하되 상기 흡출관은 수로관의 출구에 부착되면 물에 잠기도록 한다.

수문에 설치된 수로관의 하측에서 수문의 배면으로 돌출되는 부분에 설치되는 수차와, 상기 수차의 회전력을 받아 전기에너지를 생산하는 발전기는 서로 독립된 공간에 설치되고, 발전기가 설치된 공간은 물에 의해 냉각이 이루어지도록 하며, 본 발명의 수로관과 흡출관은 원통형 또는 사각통 형태를 갖게 되며, 흡출관의 상측이 하측보다 넓도록 한다.

본 발명은 수문에 내장된 수로관을 통하여 수문의 상측에서 배출되는 물에 의해 발전이 이루어지게 수차를 설치하되 수로관의 하단부에 흡출관을 탈부착시킴에 따라 충동식 수차와 반동식 수차를 선택적으로 사용할 수 있는 것으로, 간단한 구조에 의해 발전 여건에 따른 수차의 선택적 사용이 가능하고, 수문의 상측으로 막혀지는 물을 사용하게 되어 냉해를 입지 않고, 수차와 발전기가 독립된 공간에 설치되게 하여 수밀을 이루는 한편 냉각파이프를 이용한 방열이 쉽게 이루어지도록 한다.

특히 본 발명은 흡출관을 분리하여 간단하게 충동식 수차로 운용하고, 흡출관을 부착하는 경우 반동식 수차로 운용하되 방수로 수위까지 낙차로 활용하는 효과가 있으며, 흡출관의 탈부착이 간단히 이루어지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 수문의 측단면도
도 2는 본 발명 수문의 정면도
도 3은 본 발명 수문의 배면도
도 4는 본 발명에서 흡출관이 장착되지 않은 상태의 요부 단면도
도 5는 본 발명에서 흡출관이 장착된 상태의 요부 단면도
도 6은 본 발명의 수차와 발전기 설치 상태 정단면도
도 7은 본 발명의 수로관과 흡출관이 결합되기 전 사시도
도 8은 본 발명의 수로관과 흡출관이 결합된 상태의 사시도
도 9는 본 발명의 흡출관 단면도

본 발명은 수문의 내측을 통하여 수문의 상부 내측에 채워진 물이 방류될 수 있도록 수문의 내측으로 수로관을 설치하고, 상기 수문의 상부 내측으로 설치되는 수로관의 입구에는 보조수문을 설치하여 수로관으로 방출되는 물의 량을 조절하되 상기 보조수문은 수문의 상측으로 설치된 핸들을 회전시킴에 따라 상하로 이동되면서 수량의 선택이 이루어지는 것으로, 핸들 이외에 모터를 이용할 수 있으며, 이러한 보조수문의 구조는 당 업자가 용이실시 가능한 것이다.

본 발명은 수로관이 수문의 내부를 관통하여 수문의 하부 외측으로 배출구가 형성되게 하되 상기 수로관의 하측에는 수로관을 가로지는 방향으로 수차를 설치하되 상기 수차가 설치되는 공간은 수문의 외측으로 돌출되어 형성되고, 상기 수로관의 배출구는 지면을 향하게 설치하되 상기 수로관의 배출구에는 흡출관이 플렌지로 탈부착될 수 있도록 한다.

여기서, 수차는 발전기로 회전력을 전달하게 되고, 상기 발전기는 수차가 설치된 공간과 수밀을 유지하는 공간에 설치하는 한편 상기 발전공간은 외측으로 워터쟈켓을 설치하여 내부의 열을 방출하거나 발전공간으로 물이 흐르는 파이프를 설치하여 발전시 발생되는 열을 외부로 배출할 수 있도록 한다.

본 발명의 크로스 플로우(Cross flow)수차는 수로관을 흐르는 물에 직교되는 방향으로 설치되고, 상기 수차에 설치된 런너 블레이드를 치고 물이 배출되면서 수차의 회전이 이루어지고, 상기 수차의 전방에는 가이드 베인을 설치하여 회전력을 높이도록 한다.

본 발명에서 수로관의 배출구에 흡출관이 연결되지 않을 경우 수로관의 배출구는 물에 잠기지 않게 설치되고, 흡출관이 연결되는 경우는 흡출관이 물에 잠기도록 한다.

본 발명의 수로관과 흡출관은 원통형 또는 사각통 형태로 제작이 가능하고, 흡출관을 수로관과 연결될 때 기밀이 유지되도록 이중의 실링과 루즈 플렌지를 사용하도록 하며, 본 발명의 흡출관은 상측 넓이가 하측 넓이보다 넓게 형성한다.

이러한 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수문(10)에 설치되는 발전장치에 관한 것으로, 통상의 수위 조절용 수문과 같은 역할을 수문(10)에 수차(50)를 설치하되 상기 수차(50)는 흡출관(70)의 탈부착에 따라 충동식 수차 또는 반동식 수차가 선택적으로 사용된다.

일반적인 사각체 형태의 수문(10)은 도면에 도시되지 않았지만 수문틀에 끼워진 채로 권양장치에 의해 상하 이동하면서 수위를 조절하게 되는 것으로, 본 발명은 이러한 공지의 수문(10)에 설치되는 발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 수문(10)의 내부를 관통하여 수로관(30)이 설치되게 하되 상기 수로관(30)의 흡입구는 수문(10)의 상부 내측으로 형성되게 하고, 상기 수로관(30)의 배출구는 수문(10)의 하부 외측으로 형성되게 하며, 상기 수로관(30)은 원통형 또는 사각통 형태로 제작한다.

본 발명에서, 수문(10)의 상부 내측으로 형성되어 수문(10)을 닫았을 때 저장된 물의 상층부 물이 수로관(30)을 타고 흐르도록 하고, 상기 수로관(30)의 흡입구에는 공지의 보조수문(20)을 달아 핸들(21)의 조작으로 보조수문(20)의 개폐가 이루어지게 함으로써 수로관(30)을 통해 배출되는 수량을 조절할 수 있도록 하고, 상기 핸들(21)에 의해 보조수문(20)의 개폐정도를 조절하는 것은 공지의 기술이고, 핸들(21)을 사용하지 않고 전동기를 이용하여 자동으로 개폐가 이루어지게 할 수 있다.

본 발명은 수문(10)을 닫았을 때 보조수문(20)의 개폐에 따라 물이 수로관(30)을 통하여 배출되는 것으로, 수로관(30)에 수차(50)를 설치하는 한편 상기 수차(50)의 회전동력을 받아 전기 에너지를 생산하는 발전기(55)를 설치함으로써, 발전이 이루어지게 하되 상기 수로관(30)의 배출구에 흡출관(70)을 탈부착시킴에 따라 수차(50)를 충동식 수차 또는 반동식 수차를 선택하여 사용할 수 있다.

수문(10)에 내장되어 설치되는 수로관(30)은 수문(10)의 하부 외측으로 돌출된 형태를 갖도록 하되 상기 수로관(30)의 하부에는 플렌지(60)를 설치하여 흡출관(70)의 탈부착이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 수로관(30)의 하측에는 크로스 플로우 형태의 수차(50)를 설치하여 수로관(30)을 타고 흐르는 물에 의해 수차(50)의 런너 블레이드(51)에 전달되는 에너지를 이용하여 수차(50)의 회전이 이루어질 수 있도록 한다.

본 발명의 수로관(30)에는 수차(50)의 전방에 가이드 베인(40)을 설치하여 수차(50)의 회전력을 높이도록 하고, 상기 수차(50)의 회전력은 기밀이 유지된 공간에 설치된 발전기(55)로 전달되어 전기 에너지를 생산하게 되며, 상기 수차(50)의 회전력은 증속용 기어(52)를 통하여 발전기(55)로 전달되게 한다.

상기 수차(50)와 발전기(55)는 베어링(53)으로 지지되어 안정된 회전이 이루어질 수 있도록 하고, 상기 베어링(53)은 수로관(30)의 외부공간에 설치되어 물에 닿지 않도록 하며, 수차(50)의 회전축과 발전기(55)의 회전축은 리데나 등을 이용하여 외부로 기밀이 유지되면서 회전력이 전달될 수 있도록 한다.

따라서, 수차(50)는 수로관(30)에서 물에 접촉되면서 회전이 이루어지고, 이러한 회전력은 기밀이 유지된 공간에 설치된 발전기(55)로 전달되어 발전이 이루어지는 것으로, 베어링(53)은 수차(50)가 설치된 공간 이외의 공간에 설치되어 물과의 접촉이 이루어지 않도록 한다.

본 발명에서 수차(50)의 회전에 의해 발전기(55)가 구동하면서 발전이 이루어지는 것은 공지의 기술이고, 본 발명과 같이 발전기(55)를 기밀이 유지된 공간에 설치하는 경우 발전기(55)의 방열에 문제가 되기 때문에, 발전기(55)가 설치된 공간의 외측을 워터쟈켓으로 형성하여 발전에 따른 열을 방출하도록 하거나, 발전기(55)가 설치된 공간을 가로지는 파이프를 설치한 후 상기 파이프로 물이 흐르게 함으로써 발전시 발생되는 열의 방출이 이루어지게 한다.

이러한 본 발명은 수로관(30)의 하측으로 플렌지(60)를 형성하여 흡출관(70)을 착탈시킬 수 있도록 하는 것으로, 흡출관(70)은 원통형 또는 사각통 형태로 이루어지는 것이어서, 탈부착이 가능하고, 흡출관(70)은 이중 실링과 루즈 플렌지를 이용하여 기밀이 유지되는 상태로 착탈이 이루어지게 한다.

본 발명에서, 흡출관(70)은 충동식 수차를 사용하는 경우에는 수로관(30)에 부착시키지 않기 때문에 흡출관(70)과 수로관(30)의 연결시 기밀에 문제가 되지 않으나, 반동식 수차를 사용하는 경우에는 흡출관(70)을 플렌지(60)로 연결하여 방수로 수위까지의 낙차를 활용하기 때문에 진공 형성을 위한 기밀 유지는 필수적이다.

따라서, 플레지(60)를 이용하여 흡출관(70)을 연결할 때 이중으로 실링이 이루어지게 하거나 루즈 플렌지를 사용하여 기밀이 유지된 채로 연결될 수 있도록 하고, 흡출관(70)은 물에 잠기도록 설치하게 된다.

이와 같이 본 발명은 흡출관(70)을 연결하는 경우 반동식 수차를 사용할 수 있고, 흡출관(70)을 분리하는 경우에는 충동식 수차를 사용하게 되는 것으로, 흡출관(70)의 탈부착과 수차를 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에서, 흡출관(70)은 도 9에 도시된 바와 같이 상부가 넓고(L) 하부가 좁게(l) 함으로써 진공상태가 높게 유지될 수 있도록 하고, 흡출관(70)을 플렌지(60)로 탈부착시킴에 따라 수로관(30)에 설치되는 수차(50)의 방식을 선택하여 사용할 수 있는 것으로, 흡출관(70)을 분리하여 수로관(30)의 길이를 짧게 하는 경우 충동식 수차를 사용하고, 흡출관(70)을 연결하여 수로관(30)의 길이를 길게 하는 한편 진공이 유지되게 흐는 경우에는 반동식 수차를 선택하여 사용하는 것이다.

10 : 수문 20 : 보조수문
30 : 수로관 40 : 가이드 베인
50 : 수차 51 : 런너 블레이드
52 : 기어 53 : 베어링
55 : 발전기 60 : 플렌지
70 : 흡출관

Claims (4)

1. 수문(10)의 상부 내측으로 흡입구가 형성되고 수문(10)의 내부를 관통하여 수문(10)의 하부 외측으로 배출구가 형성되게 수로관(30)을 설치하고,
   상기 수문(10)의 상부 내측으로 형성되는 수로관(30)의 흡입구에는 보조수문(20)을 설치하며,
   상기 수문(10)의 하부 외측으로 수로관(30)의 하부에는 수차의 회전력을 높이게 설치되는 가이드 베인(40)을 타고 흐르는 수로관(30)의 물에 의해 회전되는 크로스 플로우 수차(50)를 설치하고,
   상기 수차(50)의 회전력에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기(55)를 수차(50)와는 기밀이 유지되게 설치하는 한편 워터 쟈켓이나 물이 흐르는 파이프로 발전열을 배출시키는 공간에 설치하며,
   상기 수로관(30)의 배출구 선단에는 플렌지(60)로 흡출관(70)을 탈부착시켜 수차(50)를 선택하는 것을 특징으로 하는 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치.
2. 제1항에 있어서, 수로관(30)의 배출구에 상부 길이(L)가 하부 길이(l)보다 길게 이루어지는 흡출관(70)을 플렌지(60)로 기밀이 유지되게 연결하면 수로관(30)에 설치되는 수차(50)는 반동식 수차를 사용하고, 수로관(30)의 배출구에 상부 길이(L)가 하부 길이(l)보다 길게 이루어지는 흡출관(70)이 연결되지 않으면 수차(50)는 충동식 수차를 사용하는 것을 특징으로 하는 수문 매입형 흡출관 탈부착식 발전장치.
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