KR101662493B1 - 수류 발전 시스템 - Google Patents

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KR101662493B1
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정인주
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Abstract

수류 발전 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 수류 발전 시스템은 회전하우징의 내주면에 방사상으로 복수개 설치되어 회전하우징을 회전시키는 블레이드들 중, 상호 인접하는 블레이드와 블레이드의 측면은, 회전하우징의 일단부측에서 보았을 때, 회전하우징의 원주방향으로 간격을 가지지 않는다. 즉, 회전하우징의 원주방향을 따라 연속적이다. 그러면, 블레이드에 물에 의한 항력이 최대한 작용하므로, 블레이드의 공전 속도가 향상된다. 이로 인해, 발전 용량이 향상되는 효과가 있을 수 있다.

Description

수류 발전 시스템{WATER CURRENT GENERATION SYSTEM}
본 발명은 발전 용량을 증대시킬 수 있는 수류 발전 시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 대비하기 위한 일환으로, 고갈되지 않고 지속적으로 이용할 수 있는 재생에너지가 미래의 에너지원으로 주목받고 있다.
수류 발전기는 수류(水流)를 이용하여 발전하는 장치로, 재생에너지를 생성할 수 있다.
회전축의 외주면에 설치된 블레이드를 구비하는 수류 발전기가 관로에 설치되어 사용될 경우, 수류 발전기의 블레이드에 이물질 등이 끼이게 되면 블레이드가 관로의 수류를 방해할 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해소한 한국공개특허공보 제10-2013-0107380호에 개시된 종래의 소수력 발전기(100)에 대하여 설명한다.
종래의 소수력 발전기(100)는 동심을 이루면서 배치된 회전자(110), 메인지지관(130) 및 고정자(150)를 포함한다.
회전자(110)는 원통형관(112), 원통형관(112)의 내주면에 설치된 복수의 블레이드(111) 및 원통형관(112)의 외주면에 일정간격으로 설치된 자성체(117)를 포함하고, 고정자(150)는 원통형관(112)을 감싸는 형태로 설치된 하우징(155), 하우징(155)의 내주면에 설치된 코어(151) 및 코어(151)에 권선된 코일(153)을 포함한다. 그리고, 메인지지관(130)은 회전자(110)와 고정자(150) 사이에 개재되어 회전자(110)와 고정자(150)를 지지한다.
그리하여, 유체의 흐름에 의하여 블레이드(111)에 항력이 작용하면, 블레이드(111)는 원통형관(112)의 중심을 기준으로 공전하게 된다. 그러면, 블레이드(111)에 의하여 원통형관(112) 및 자성체(117)도 회전하고, 이로 인해 회전자(110)와 고정자(150)의 작용에 의하여 코일(153)에 기전력이 유도되므로 전기가 생성된다.
회전자(110)의 블레이드(111)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 원통형관(112)의 내주면에 원주방향을 따라서 복수의 블레이드(111)가 일정 간격으로 설치된다. 이때, 복수의 블레이드(111)는 동일 원주상에 간격을 가지면서 설치되며, 회전자(110)의 일단부측에서 보았을 때, 상호 인접하는 블레이드(111)와 블레이드(111)의 측면 사이에는 간격이 존재한다.
상기와 같은 종래의 소수력 발전기(100)는, 회전자(110)를 일단부측에서 보았을 때, 상호 인접하는 블레이드(111)와 블레이드(111)의 측면 사이에 간격이 존재한다. 그러면, 원통형관(112)의 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 유체가 상호 인접하는 블레이드(111)와 블레이드(111)의 측면 사이의 간격을 통과하므로, 유체에 의하여 항력을 받는 블레이드(111) 부위의 면적이 작다. 이로 인해, 회전자(110)의 회전 속도가 저하되어 발전 용량이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 수류 발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 물에 의하여 블레이드에 최대한의 항력이 작용할 수 있도록 구성하여, 발전 용량을 증대시킬 수 있는 수류 발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수류 발전 시스템은, 상호 연통되어 유로를 형성하는 제1관로(管路) 및 제2관로; 상호 대향하는 상기 제1관로의 일단부측 및 상기 제2관로의 일단부측과 각각 연통되며 회전가능하게 설치된 회전하우징, 상기 회전하우징의 내주면에 방사상으로 복수개 설치되며 상기 회전하우징의 내부를 흐르는 물에 의한 항력에 의하여 상기 회전하우징의 중심을 기준으로 공전하면서 상기 회전하우징을 회전시키는 블레이드, 상기 회전하우징의 외주면에 설치되어 상기 회전하우징과 함께 회전하는 마그네트를 가지는 회전자; 상기 회전하우징을 감싸는 형태로 설치되며 일측 및 타측이 상기 제1관로 및 상기 제2관로에 고정된 고정하우징, 상기 고정하우징의 내주면에 설치된 코일을 가지는 고정자를 포함하며, 상호 인접하는 어느 하나의 상기 블레이드와 다른 하나의 상기 블레이드는, 상기 회전하우징의 일단부측에서 보았을 때, 상기 회전하우징의 원주방향으로 연속적일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수류 발전 시스템은, 회전하우징의 내주면에 방사상으로 복수개 설치되어 회전하우징을 회전시키는 블레이드들 중, 상호 인접하는 블레이드와 블레이드의 측면은, 회전하우징의 일단부측에서 보았을 때, 회전하우징의 원주방향으로 간격을 가지지 않는다. 즉, 회전하우징의 원주방향을 따라 연속적이다. 그러면, 블레이드에 물에 의한 항력이 최대한 작용하므로, 블레이드의 공전 속도가 향상된다. 이로 인해, 발전 용량이 향상되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수류 발전 시스템의 단면도.
도 2는 도 1의 "A-A"선 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 블레이드의 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수류 발전 시스템의 단면도.
도 5는 도 4의 "B-B"선 단면도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 수류 발전 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수류 발전 시스템의 단면도이고, 도 2는 도 1의 "A-A"선 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 블레이드의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수류 발전 시스템은 물의 흐름인 수류(水流)를 이용하여 발전할 수 있으며, 제1관로(管路)(110), 제2관로(120), 회전자(130) 및 고정자(140)를 포함할 수 있다.
제1관로(110) 및 제2관로(120)는 우수관거(雨水管渠)일 수 있으며, 상호 연통되어 유로를 형성할 수 있다. 제1관로(110)와 제2관로(120)는 하나의 관로를 절단한 후, 이격시켜 형성하거나, 각각 별도로 형성한 후, 이격시켜 형성할 수도 있다.
회전자(130)는 상호 대향하는 제1관로(110)의 일단면(一端面) 및 제2관로(120)의 일단면에 회전가능하게 지지 설치될 수 있으며, 제1관로(110)와 제2관로(120)를 연통시킬 수 있다. 따라서, 제1관로(110)와 회전자(130)와 제2관로(120)는 유로를 형성할 수 있다.
회전자(130)는 회전하우징(131), 블레이드(133a) 및 마그네트(135)를 포함할 수 있다.
회전하우징(131)은 원통형으로 형성될 수 있다. 회전하우징(131)의 일단면 및 타단면은 제1관로(110)의 일단면(一端面) 및 제2관로(120)이 일단면에 회전가능하게 지지 설치되어 제1관로(110)와 제2관로(120)를 연통시킬 수 있다.
회전하우징(131)이 제1관로(110) 및 제2관로(120)에 안정되게 설치되어 회전될 수 있도록, 제1관로(110)의 일단부 및 제2관로(120)의 일단부에는 내측관(111)(121)과 외측관(113)(123)이 각각 형성될 수 있다. 외측관(113)(123)은 내측관(111)(121)을 감싸는 형태로 내측관(111)(121)의 외측에 배치되며, 내측관(111)(121)과 외측관(113)(123)은 동심을 이룰 수 있다. 그리하여, 회전하우징(131)의 일측은 내측관(111)과 외측관(113) 사이에 삽입 설치될 수 있고, 타측은 내측관(121)과 외측관(123) 사이에 삽입 설치될 수 있다.
회전하우징(131)이 원활하게 회전할 수 있도록, 회전하우징(131)의 일측 및 타측에는 베어링(150)이 개재될 수 있다. 그리고, 회전하우징(131)의 일측과 제1관로(110)의 내측관(111)과 외측관(113) 사이 및 회전하우징(131)의 타측과 제2관로(120)의 내측관(121)과 외측관(123) 사이로 물이 유입되어, 회전하우징(131)의 외측으로 누설되는 것을 방지하기 위하여, 실링부재(미도시)가 설치될 수 있다.
블레이드(133a)는 2개 이상의 복수개로 마련될 수 있으며, 회전하우징(131)의 내주면에 방사상으로 설치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 블레이드(133a)가 4개 설치된 것을 예로 들어 도시한다.
블레이드(133a)는 제1관로(110)에서 제2관로(120)측으로 흐르는 물에 의한 항력 또는 제2관로(120)에서 제1관로(110)측으로 흐르는 물에 의한 항력에 의하여 회전하우징(131)의 중심을 기준으로 공전하면서, 회전하우징(131)을 회전시킬 수 있다. 즉, 회전하우징(131)은 블레이드(133a)에 의하여 회전할 수 있다.
회전하우징(131)의 내주면에서 회전하우징(131)의 중심을 향하는 블레이드(133a)의 단부까지의 길이(L)는 회전하우징(131)의 내경의 반지름(R) 보다 짧게 형성된다. 그러면, 회전하우징(131)의 중심을 향하는 블레이드(133a)의 단부와 회전하우징(131)의 중심 사이에는 빈공간이 형성되므로, 블레이드(133a)에 이물질이 끼여도 회전하우징(131)의 중앙부측을 통하여 물이 흐를 수 있다. 따라서, 수류는 블레이드(133a)에 의하여 간섭받지 않게 된다.
마그네트(135)는 회전하우징(131)의 외주면에 설치될 수 있다. 이때, 마그네트(135)는 회전하우징(131)의 중심을 기준으로 동일한 원주를 따라 일정간격을 가지면서 설치될 수 있다. 그리고, 회전하우징(131)의 중심을 기준으로 동일한 원주를 따라 일정간격을 가지면서 설치된 마그네트(135)는 회전하우징(131)의 길이방향을 따라 간격을 가지면서 설치될 수도 있다.
고정자(140)는 고정하우징(141)과 코어(143)와 코일(145)을 포함할 수 있다.
고정하우징(141)은 원통형으로 형성되어 회전하우징(131)을 감싸는 형태로 설치될 수 있다. 이때, 고정하우징(141)의 일측 및 타측은 제1관로(110) 및 제2관로(120)에 고정되어, 회전하우징(131)의 전체 부위를 감쌀 수 있다. 코어(143)는 고정하우징(141)의 내주면에 설치될 수 있으며, 마그네트(135)와 대향되게 배치될 수 있다. 그리고, 코일(145)은 코어(143)에 권선될 수 있다.
그리하여, 회전하우징(131)의 내부를 흐르는 물에 의한 항력에 의하여 블레이드(133a)가 회전하우징(131)의 중심을 기준으로 공전하면, 회전하우징(131)이 회전한다. 그러면, 회전하우징(131)의 외주면에 설치된 마그네트(135)와 코일(145)의 작용에 의하여 코일(145)에 기전력이 유도되므로 전기가 생성된다. 그리고, 코일(145)의 리드선은 축전기(미도시)와 접속될 수 있다.
전술한 바와 같이, 블레이드(133a)는 회전하우징(131)의 내주면에 방사상으로 복수개 설치된다. 그런데, 회전하우징(131)을 일단부측에서 보았을 때, 상호 인접하는 블레이드(133a)와 블레이드(133a)의 측면 사이에 간격이 존재하면, 상호 인접하는 블레이드(133a)와 블레이드(133a)의 측면 사이로 물이 통과할 수 있다. 그러면, 물에 의한 항력을 받는 블레이드(133a)의 면적이 작으므로, 블레이드(133a)의 공전 속도가 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수류 발전 시스템은, 블레이드(133a)의 공전 속도를 향상시키기 위하여, 블레이드(133a)가 물에 의한 항력을 최대한 많이 받을 수 있도록 구성할 수 있다.
이를 위하여, 회전하우징(131)을 일단부측에서 보았을 때, 상호 인접하는 어느 하나의 블레이드(133a)와 다른 하나의 블레이드(133a)는 회전하우징(131)의 원주방향으로는 간격을 가지지 않는다. 즉, 회전하우징(131)의 원주방향을 따라 연속적이다.
더 구체적으로 설명하면, 회전하우징(131)의 내주면과 접하는 블레이드(133a)의 부위를 제1테두리(133aa), 회전하우징(131) 중심측에 위치된 블레이드(133a)의 부위를 제2테두리(133ab), 제1테두리(133aa)의 일단부와 제2테두리(133ab)의 일단부 사이에 위치된 블레이드(133a)의 부위를 제3테두리(133ac) 및 제1테두리(133aa)의 타단부와 제2테두리(133ab)의 타단부 사이에 위치된 블레이드(133a)의 부위를 제4테두리(133ad)라 할 때, 상호 인접하는 어느 하나의 블레이드(133a)의 제3테두리(133ac)와 다른 하나의 블레이드(133a)의 제4테두리(133ad)는, 회전하우징(131)을 일단부측에서 보았을 때, 맞닿거나 겹칠 수 있다.
그러면, 회전하우징(131)을 흐르는 물의 흐름 방향에 대하여 상호 인접하는 블레이드(133a)와 블레이드(133a)의 측면 사이에는 간격이 존재하지 않으므로, 블레이드(133a)에는 물에 의한 항력이 최대한 작용한다. 이로 인해, 블레이드(133a)의 공전 속도가 향상되므로, 발전 용량이 향상될 수 있다.
상호 인접하는 어느 하나의 블레이드(133a)의 제3테두리(133ac)와 다른 하나의 블레이드(133a)의 제4테두리(133ad)는, 회전하우징(131)을 일단부측에서 보았을 때, 맞닿거나 겹치는 형태이다. 즉, 회전하우징(131)의 중심을 기준으로, 블레이드(133a)의 제3테두리(133ac)가 회전하우징(131)의 제1원주(C1) 상에 위치되고, 제4테두리(133ad)가 제1원주(C1)와 이격된 회전하우징(131)의 제2원주(C2) 상에 위치되면, 상호 인접하는 어느 하나의 블레이드(133a)의 제3테두리(133ac)측과 다른 하나의 블레이드(133a)의 제4테두리(133ad)측은 회전하우징(131)의 원주방향을 따라 맞닿거나, 겹친 형태가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수류 발전 시스템은 회전하우징(131)의 내주면에 방사상으로 복수개 설치되어 회전하우징(131)을 회전시키는 블레이드(133a)들 중, 상호 인접하는 블레이드(133a)와 블레이드(133a)는, 회전하우징(131)을 일단부측에 보았을 때, 회전하우징(131)의 원주방향으로 간격을 가지지 않는다. 즉, 회전하우징(131)의 원주방향을 따라 연속적이다. 그러면, 블레이드(133a)에 물에 의한 항력이 최대한 작용하므로, 블레이드(133a)의 공전 속도가 향상되고, 이로 인해 발전 용량이 향상된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수류 발전 시스템의 단면도이고, 도 5는 도 4의 "B-B"선 단면도로서, 이를 설명한다.
도시된 바와 같이, 제1원주(C1)와 제2원주(C2) 사이에 배치된 복수의 블레이드(233a)들을 블레이드군(群)(233)이라 할 때, 블레이드군(233)은 회전하우징(231)의 길이방향을 따라 복수개 마련될 수 있다. 그리고, 상호 인접하는 어느 하나의 블레이드군(233)의 블레이드(233a)(도 5의 실선 참조)들과 다른 하나의 블레이드군(233)의 블레이드(233b)(도 5의 점선 참조)들은, 물에 의한 항력을 더욱 많이 받을 수 있도록, 상이한 위상을 가지는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제1관로
120: 제2관로
130: 회전자
133: 블레이드군
133a: 블레이드
140: 고정자

Claims (5)

  1. 상호 연통되어 유로를 형성하는 제1관로(管路) 및 제2관로;
    상호 대향하는 상기 제1관로의 일단부측 및 상기 제2관로의 일단부측과 각각 연통되며 회전가능하게 설치된 회전하우징, 상기 회전하우징의 내주면에 방사상으로 복수개 설치되며 상기 회전하우징의 내부를 흐르는 물에 의한 항력에 의하여 상기 회전하우징의 중심을 기준으로 공전하면서 상기 회전하우징을 회전시키는 블레이드, 상기 회전하우징의 외주면에 설치되어 상기 회전하우징과 함께 회전하는 마그네트를 가지는 회전자;
    상기 회전하우징을 감싸는 형태로 설치되며 일측 및 타측이 상기 제1관로 및 상기 제2관로에 고정된 고정하우징, 상기 고정하우징의 내주면에 설치된 코일을 가지는 고정자를 포함하며,
    상기 회전하우징의 내주면과 접하는 상기 블레이드의 부위를 제1테두리, 상기 회전하우징의 중심측에 위치된 상기 블레이드의 부위를 제2테두리, 상기 제1테두리의 일단부와 상기 제2테두리의 일단부 사이에 위치된 상기 블레이드의 부위를 제3테두리 및 상기 제1테두리의 타단부와 상기 제2테두리의 타단부 사이에 위치된 상기 블레이드의 부위를 제4테두리라 할 때,
    상호 인접하는 어느 하나의 상기 블레이드의 상기 제3테두리와 다른 하나의 상기 블레이드의 제4테두리는, 상기 회전하우징의 일단부측에서 보았을 때, 상기 회전하우징의 원주방향으로 연속적인 것을 특징으로 하는 수류 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드의 상기 제1테두리의 일단부는 상기 회전하우징의 제1원주 상에 위치되고, 상기 제1테두리의 타단부는 상기 제1원주와 이격된 상기 회전하우징의 제2원주 상에 위치된 것을 특징으로 하는 수류 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1원주와 상기 제2원주 사이에 배치된 복수의 상기 블레이드를 블레이드군(群)이라 할 때,
    상기 블레이드군은 상기 회전하우징의 길이방향을 따라 복수개 마련되고,
    상호 인접하는 어느 하나의 상기 블레이드군과 다른 하나의 상기 블레이드군은 상이한 위상을 가지는 것을 특징으로 하는 수류 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1관로의 일단부측 및 상기 제2관로의 일단부측에는 내측관과 상기 내측관의 외측에 위치되는 외측관이 각각 형성되며,
    상기 회전하우징의 일측 및 타측은 상기 제1관로의 상기 내측관과 상기 외측관 사이 및 상기 제2관로의 상기 내측관과 상기 외측관 사이에 삽입 설치된 것을 특징으로 하는 수류 발전 시스템.
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