KR101654899B1 - 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 저수조(50)로부터 표고차에 의해 일정 각도로 하향 경사지게 구비되는 수압철관(60)의 상기 저수조(50)측 단부로 일정 길이가 맞춤 삽입되는 플랜지관(10); 상기 플랜지관(10)의 플랜지면(11)을 따라 일정 간격으로 일단이 나사결합되는 복수의 장볼트(20); 상기 플랜지관(10)과 일정 거리가 이격되도록 하여 상기 장볼트(20)의 타단에 일단면이 볼트 결합되는 발전기 본체(31)에는 상기 플랜지관(10)측으로 구동축(33)의 일단이 축고정되고, 상기 구동축(33)의 타단은 상기 플랜지관(10)의 내부에 위치되도록 하는 영구자석 발전기(30); 및 상기 영구자석 발전기(30)의 상기 플랜지관(10) 내부에 위치하는 상기 구동축(33)의 단부에 축고정되면서 방사상으로 형성한 복수의 날개(41)가 일체로 비틀린 각도로서 형성되는 수차(40)를 포함하는 구성으로 이루어지도록 하는데 특징이 있다.

Description

소수력 발전장치{Small hydro power generating device}

본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저수조로부터 일정 이상의 표고차를 갖는 수압철관의 저수조측 입구에 설치하여 중력 가속도와 함께 반등 수압인 배큠압에 의해 좀더 강력한 토크와 항상 일정량의 방류에 의해 수차가 회전되게 함으로써 보다 안정적으로 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 소수력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 소수력 발전(small hydro power)는 설비 용량이 15,000㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하는 것으로서, 국내에서는 보통 10,000㎾ 미만(2003. 1, 산업자원부 제192호)을 소수력 발전이라고 한다.

소수력 발전은 공해가 없는 청정 에너지로서 다른 재생 가능한 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 개발 가치가 큰 부존 자원으로 평가되고 있다.

또한 소수력 발전은 다른 에너지원에 비해 CO2 배출량이 거의 없고 친환경적인 대표적인 녹생기술로 평가되고 있고, 국내 신재생 에너지 중 단위 용량당 에너지 생산량이 가장 높은 에너지원이다.

소수력 발전은 대수력 발전에 비해 친환경적이고, 연 유지비가 투자비의 3.63%로 아주 낮으며, 비교적 설계 및 시공기간이 짧고, 주위의 인력이나 자재를 이용하기가 쉬우며, 민간 주도의 반영구적 공익 사업으로서 지역 개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급 효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있으나 초기 투자비용이 많고 자연낙차가 큰 입지가 매우 제한적이라는 한계가 있다.

등록특허 제1043174호(2011.06.14.명칭:소수력 발전장치)는 수차의 날개 끝 부분에 부착된 영구자석과 이 영구자석에 상응하는 원주의 양측에 배치되어 영구자석에 상응하는 원주의 양측에서 영구자석과 척력을 발생시키는 보조회전체로 이루어지는 회전강화수단을 하천이나 수로 등에 설치하여 전기를 최대의 효율로 생산해낼 수 있도록 하였다.

하지만 종래 기술의 발전장치에 사용되는 수차에 의해서는 유속에 의한 회전력과 영구자석간 척력에 의해서 발생되는 회전력으로 토크를 생성하게 되는데 이때 발생되는 토크에는 한계가 있으므로 충분한 발전량을 기대하기 불가할 뿐만 아니라 설치비의 상승과 유지 관리에 어려움이 있는 문제점이 있다.

등록특허 제1043174호(2011.06.14.)

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 저수조로부터 일정 낙차를 갖고 방류되는 저수조의 입구에 구비되도록 하여 수차에 가해지는 중력 가속도와 일정 경사각을 타고 유동하는 유속의 반등에 의해 발생되는 배큠압에 의해서 좀더 강력한 토크를 발생시켜 필요로 하는 전력 생산이 가능한 소수력 발전장치를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 저수조에 연결되는 수압철관의 입구에서 간단히 수압철관에 삽입되는 수차와 함께 발전기가 수중에 설치되도록 함으로써 간소한 설치의 편의를 제공하는 소수력 발전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

특히, 본 발명은 수중에 설치되는 발전기를 외부에서의 모니터링이 가능하면서 안전한 영구자석 발전기로서 구비되게 함으로써 설비의 유지 보수를 위한 관리 주기를 최대한 장기화할 수 있는 소수력 발전장치를 제공하는데 또다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 저수조로부터 표고차에 의해 일정 각도로 하향 경사지게 구비되는 수압철관의 상기 저수조측 단부로 일정 길이가 맞춤 삽입되는 플랜지관; 상기 플랜지관의 플랜지면을 따라 일정 간격으로 일단이 나사결합되는 복수의 장볼트; 상기 플랜지관과 일정 거리가 이격되도록 하여 상기 장볼트의 타단에 일단면이 볼트 결합되는 발전기 본체에는 상기 플랜지관측으로 구동축의 일단이 축고정되고, 상기 구동축의 타단은 상기 플랜지관의 내부에 위치되도록 하는 영구자석 발전기; 및 상기 영구자석 발전기의 상기 플랜지관 내부에 위치하는 상기 구동축의 단부에 축고정되면서 방사상으로 형성한 복수의 날개가 일체로 비틀린 각도로서 형성되는 수차를 포함하는 구성이 특징이다.

상기의 구성에서 상기 플랜지관은 상기 저수조에 연결되는 수압철관의 내부를 따라 일정 길이가 맞춤 삽입되고, 수압철관의 저수조측 단면에는 플랜지면이 밀착되도록 결합한다.

상기 영구자석 발전기는 발전기 본체에서 구동축과 오일리스 베어링으로 축결합되도록 하며, 상기 수차는 카플란 수차로서 적용되도록 한다.

상기한 구성에 따른 소수력 발전장치를 통해 취수원의 수원지나 정수장의 배수지에서 저수조로부터 일정 각도의 수압철관을 통해 방류하는 수압철관의 입구에 설치되도록 하여 저수조로부터 방류되는 중력 가속도에 더해 경사진 수압철관을 유동하는 유압에 의해 생성되는 반등 수차인 배큠압에 의해서 보다 빠르게 수차를 회전시키도록 하는 동시에 수압철관으로 유동하는 유동량이 일정하므로 항상 안정되고 전력 생산이 가능하도록 한다.

또한, 본 발명은 수중 설치가 가능한 발전기의 적용으로 저수조 내에서 보다 간단하게 설치할 수가 있으므로 설치 비용을 최소화할 수 있는 경제적 이점이 있다.

특히, 본 발명은 영구자석 발전기의 적용에 의해 외부에서의 간단한 모니터링에 의해 관리가 가능할 뿐만 아니라 유지 보수를 더욱 안정적이면서 장기적으로 할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 요부 구성을 예시한 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 조립 단면도
도 3은 본 발명의 소수력 발전장치를 저수조측 수압철관에 설치되는 구조를 예시한 구조도
도 4는 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 설치구조를 예시한 확대도
도 5는 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 작동 상태도

이하, 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 요부 구성을 예시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 소수력 발전장치의 조립 단면도로서, 도시한 바와 같이 본 발명은 크게 플랜지관(10)과 장볼트(20)와 영구자석 발전기(30)와 수차(40)의 결합에 의해 이루어지는 구성이다.

본 발명의 플랜지관(10)은 저수조에 연결되는 수압철관의 내경면에 일정 길이가 맞춤 삽입될 수 있도록 형성되면서 수압철관의 저수조측 단부의 주면에 일정 폭으로 밀착되도록 플랜지면(11)을 형성하는 구성이다.

따라서 플랜지관(10)의 외경은 수압철관의 내경으로 강제적으로 맞춤 끼워질 수 있도록 하며, 이렇게 플랜지관(10)이 연결되는 수압철관은 저수조로부터 일정 각도로 경사지게 할 수도 있으나, 저수조측의 일정 길이는 수평되게 형성되도록 한 후 경사지는 형상으로 형성되게 하는 것이 보다 바람직하다.

이런 플랜지관(10)의 플랜지면(11)에는 플랜지면(11)을 따라 일정 간격으로 볼트홀(12)이 형성되도록 하고, 이 볼트홀(12)에는 일정 길이의 장볼트(20)의 일단이 연결된다.

장볼트(20)는 일정 길이로 이루어지는 금속의 봉으로서, 양단부에는 일정 길이만큼 외주면으로 수나사가 형성되도록 하며, 이러한 장볼트(20)는 복수 개로서 구비되도록 하여 일단이 플랜지관(10)의 플랜지면(11)에 형성한 볼트홀(12)에 나사결합되도록 한다.

그리고 장볼트(20)의 타단에는 영구자석 발전기(30)의 일단에서 로크 너트(21)의 체결에 의해 고정되도록 한다.

영구자석 발전기(30)는 발전기 본체(31)의 일측 단부에 플랜지관(10)의 플랜지면(11)에 대응하도록 관통홀(320)을 형성하는 연결면(32)이 일체로 형성되고, 중앙에는 구동축(33)이 회전 가능하게 축고정되는 구성이다.

영구자석 발전기(30)에서 구동축(33)은 돌출 단부가 플랜지관(10)의 내부에 위치되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 영구자석 발전기(30)의 발전기 본체(21)의 내부에서 구동축(33)은 오일리스 베어링(미도시)에 의해 축지지되도록 한다.

영구자석 발전기(30)의 구동축(33)에는 플랜지관(10)측의 단부에 수차(40)가 결합되도록 한다.

본 발명의 수차(40)는 복수의 날개(41)가 비틀린 각도로 형성되도록 함으로써 저수조 내에서의 회전 가속도와 경사진 수압철관에서의 배큠압에 의해 회전력이 발생되는 구성이다.

이러한 수차(40)로는 카플린 수차를 적용하는 것이 가장 바람직하다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 소수력 발전장치는 도 3에서와 같이 일정 수량 이상이 저수되는 저수조(50)로부터 일정 높이의 표고차를 갖도록 구비되는 수압철관(60)의 저수조(50)측 단부에 설치되는 구성이다.

다시 말해 본 발며의 소수력 발전장치는 일정 수량을 저수하는 저수조(50)와 이 저수조(50)에 일단이 연결되지만 일정 높이의 표고차를 갖도록 경사지게 형성되는 수압철관(60)을 구비하는 설치 조건에서만 적용이 가능하다.

이를 좀더 상세하게 설명하면 본 발명의 소수력 발전장치는 도 4에서와 같이 플랜지관(10)은 저수조(50)에 연결되는 수압철관(60)의 내부로 분리가 가능하지만 수압철관(60)의 내주면과 외주면이 면간 접촉되면서 삽입되도록 한다.

즉 플랜지관(10)은 저수조(50)로부터 수압철관(60)측으로 삽입되면서 플랜지관(10)의 플랜지면(11)이 저수조(50)측에서 걸려지게 하여 수압철관(60) 내에서 단순히 삽입되어 있도록 한다.

이러한 플랜지관(10)의 플랜지면(11)으로는 플랜지면(11)의 주면을 따라 각 볼트홀(12)에 장볼트(20)의 일단이 각각 볼트 결합되도록 한다.

플랜지관(10)에 일단이 볼트 결합된 일단에 대응하는 장볼트(20)의 타단은 플랜지관(10)으로부터 일정 거리를 이격하여 영구자석 발전기(30)와 연결되도록 한다.

특히, 영구자석 발전기(30)에서 플랜지관(10)의 플랜지면(11)과 대응되게 형성되는 연결면(32)으로 장볼트(20)가 통과하도록 하면서 연결면(32)의 양측에서 로크 너트(21)를 체결시켜 영구자석 발전기(30)의 연결면(32)에서 견고하게 고정되도록 한다.

영구자석 발전기(30)는 수중에서도 안전하게 발전이 가능하도록 한 구성으로서, 특히 이 영구자석 발전기(30)에 구동력을 전달하는 구동축(33)은 영구자석 발전기(30)의 내부에서 오일리스 베어링에 의해 회전 가능하게 축고정되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이와 같이 복수의 장볼트(20)를 통해 플랜지관(10)과 영구자석 발전기(30)는 일정 거리가 이격되도록 하면서 상호 연결되도록 하고, 영구자석 발전기(30)측의 구동축(33) 단부에는 플랜지관(10)에 삽입되도록 수차(40)가 축고정되도록 한다.

수차(40)는 복수의 장볼트(20)들을 통해 유동하는 수압에 의해 회전이 가능하도록 구비되며, 이때 수차(40)의 날개(41) 단부와 플랜지관(10)의 내경간을 1㎝ 내외의 공차로서 이격되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이렇게 저수조(50)의 외부에서 플랜지관(10)과 영구자석 발전기(30)를 장볼트(20)로서 상호 연결되도록 한 후 기중기를 이용하여 저수조(50) 내로 이송되도록 하면서 저수조(50)에 연결한 수압철관(60)의 내부로 플랜지관(10)이 간단히 삽입되도록 함에 의해서 설치될 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명의 결합 구조를 별도로 저수조(50) 내부에서 고정시킬 필요가 없으므로 설치가 매우 용이할 뿐만 아니라 부품의 교체나 수리 등을 위해 저수조(50)로부터 꺼내고자 할 때에도 수압철관(60)으로부터 플랜지관(10)을 간단히 빼내기만 하면 되므로 유지 관리가 매우 쉬워진다.

또한, 본 발명은 수차(40)와 수중에서 직접 영구자석 발전기(30)가 연결되도록 함으로써 구조가 매우 간소해지게 되므로 제작비의 대폭적인 절감과 구동력 손실을 최소화할 수가 있게 된다.

본 발명은 무엇보다도 도 5에서와 같이 저수조(50)로부터 일정 높이의 표고차를 갖도록 수압철관(60)이 연결되는 저수조(50)측의 수압철관(60)에서 저수조(50)에 채워져 방류되는 수압인 중력 가속도에 의해서 장볼트(20)들 사이를 통해 수차(40)를 회전시키면서 수차(40)의 날개(41) 사이로 물이 방류되도록 하고, 방류되는 물이 일정 높이를 경사져 하향 낙하하면서 발생하게 되는 반등 수압인 배큠압에 의해서 더욱 수차(40)의 날개(41) 회전이 가속화되게 함으로써 수차(40)의 구동력을 더욱 증강시킬 수 있도록 한다.

즉 수차(40)의 날개(40)는 후방으로부터 유도되는 중력 가속도에 의해서 회전하는 동시에 날개(40)를 통과하여 수압철관(60)을 따라 일정 높이를 물이 낙하하게 되면 낙하하는 물의 후방측 즉 날개(40)의 전방측으로는 반등의 수압인 배큠압이 발생되면서 날개(40)의 회전력을 더욱 증강시키게 된다.

이러한 배큠압은 표고차가 클수록 더욱 커지므로 수차(40)를 통한 구동력을 더욱 증강시키게 되므로서 발전량을 보다 증강시킬 수가 있게 된다.

10 : 플랜지관 11 : 플랜지면
20 : 장볼트 30 : 영구자석 발전기
31 : 발전기 본체 33 : 구동축
40 : 수차 50 : 저수조
60 : 수압철관

Claims (4)

1. 저수조로부터 표고차에 의해 일정 각도로 하향 경사지게 구비되는 수압철관의 저수조측 단부의 내부로 일정 길이가 맞춤 삽입되는 플랜지관;
   수압철관으로 관통하는 저수조측 단면에 밀착되도록 형성한 상기 플랜지관의 플랜지면을 따라 일정 간격으로 일단이 나사결합되는 복수의 장볼트;
   상기 플랜지관과 일정 거리를 이격되도록 하여 상기 장볼트의 타단에 일단면이 볼트 결합되는 발전기 본체에는 오일리스 베어링으로 축결합되는 구동축의 일단이 상기 플랜지관측으로 축고정되고, 상기 구동축의 타단은 상기 플랜지관의 내부에 위치되도록 하는 영구자석 발전기; 및
   상기 영구자석 발전기의 구동축 단부에 축고정되면서 상기 플랜지관 내부에 위치되도록 하고, 방사상으로 형성한 복수의 날개가 일체로 비틀린 각도로서 형성되도록 한 카플란 수차로서 이루어지는 수차;
   로서 결합되어 상기 영구자석 발전기와 상기 장볼트에 의해 연결된 상기 플랜지관을 수중에서 저수조에 플랜지관의 플랜지면이 밀착되면서 수압철관의 선단으로 맞춤 끼워지게 하여 설치되는 구성으로 이루어지는 소수력 발전장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images