KR101908867B1 - 상수도에 설치하는 소수력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수도의 배관에 설치되어 배관에 흐르는 물의 수력(수압, 유량)을 이용한 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전을 수행하여 전력을 생산되게 하며, 발전을 수행하는 과정에서 상수도의 유입 배관의 일정하지 않은 수압, 유량의 변환에 대응하여 유출 배관의 수압, 유량을 일정하게 조절되게 함으로 상수도의 단수를 방지할 수 있게 하는 소수력발전장치에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은; 상수도의 물이 유입되는 유입배관(110) 및 유입된 물이 배출되는 유출배관(120)을 갖으며, 상기 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1,2직관(130,140)이 각각 연결된 병렬 관로 부재(100)와; 상기 제1직관(130)에 연결되어 물이 유입 후 배출되며, 그 유입되는 물을 이용해 수차(210)를 돌려 발전기(220)를 작동시킴으로 전력을 생산하는 발전 부재(200)와; 상기 제2직관(140)에 연결되는데, 상기 유입배관(110) 또는 유출배관(120)의 물 유동 압력이 설정압력보다 높거나 낮아지면, 이에 대응하여 상기 제2직관(140)으로 유동하는 물의 개폐율을 조절하고, 그 제2직관(140)의 개폐율 조절에 의한 유량 변동 작용을 통해 상기 유출배관(120)으로 최종 배출되는 물의 압력을 급수구역에 공급 가능한 설정압력으로 일정하게 유지되게 하는 감압 부재(300)를 포함하여 구성된다.

Description

상수도에 설치하는 소수력발전장치 {Small Hydro Power Device using waterworks}

본 발명은 상수도의 배관에 설치되어 배관에 흐르는 물의 수력(수압, 유량)을 이용한 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전을 수행하여 전력을 생산되게 하며, 발전을 수행하는 과정에서 상수도의 유입 배관의 일정하지 않은 수압, 유량의 변환에 대응하여 유출 배관의 수압, 유량을 일정하게 조절되게 함으로 상수도의 단수를 방지할 수 있게 하는 소수력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수력발전은 물이 흐름으로 생성되는 수압, 유량을 이용한 기계적 운동에너지를 전기에너지로 전환하여 발전을 수행하는 것이며, 하천의 물을 막거나 댐을 건설하여 유수를 이용한 낙차 현상으로 발전하는 대용량 수력 발전 또는, 소하천, 농수로, 수처리 시설 및 상수도에서 물이 흐르는 배관에 적용되어 설치 용량이 15,000kw 미만의 소수력발전으로 구분되고 있다.

이 중 소수력발전은 대용량 수력발전과 원리 면에서 차이가 없으나, 대용량 수력발전의 부정적 요인(대규모 설비에 의한 환경파괴, 설치 가능 지역의 제한 등등)을 해결할 수 있으며, 소수력발전은 다른 발전설비 대비 친환경적이고, 단위 용량당 에너지 생산량이 많으며, 원자재의 해외 의존도가 없어 광범위하게 사용하고 있는 실정이다.

예를 들어, 종래 국내등록특허공보 제10-1369522호를 살펴보면, 유체가 통과하는 유로 상에서 설치된 터빈 및 상기 터빈의 회전에 따라 발전하는 발전기를 포함하고, 상기 터빈은 본체; 상기 본체의 외측에 각도조절가능하게 설치된 복수의 날개; 상기 복수의 날개 측에 개별적으로 연결된 복수의 날개 회전축을 구비하며, 각 날개 회전축의 일단에는 각 날개가 결합되고, 상기 액츄에이터에는 제어부가 전기적으로 접속되고, 상기 제어부는 상기 유로를 통과하는 유체의 유량 변동에 대응하여 액츄에이터의 구동을 제어함으로 날개의 각도를 가변하는 구성이다.

그러나 종래에는 개선해야할 기술적 문제점들이 노출되고 있는 상황이다.

이를 살펴보면, 종래 소수력발전설비가 상수도에 적용되는 경우 상수도는 수돗물 유입 배관의 최초 압력을 일정압력(예:2.0kg/cm²) 이상으로 유지하여 기준치(예: 5층) 이하의 건물들에 원활히 수돗물을 공급되게 하는데, 수돗물 유입 배관의 압력이 필요 이상으로 높아 지면 배관 및 밸브가 파손될 수 있으며, 유입 배관의 압력이 일정 값 이하로 떨어지거나, 유입 배관의 유량이 부족하면 상수도에 연결된 건물들에 단수를 야기하고, 상수도의 압력 및 유량이 일정하지 않으면 발전을 원활히 수행할 수 없는 문제점들이 있었다.

국내등록특허공보 제10-1369522호가 제시되어 있다.

본 발명은 종래 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 상수도에서 유입 배관의 압력이 높은 곳에 소수력발전장치를 설치하여 유입 배관의 높은 압력에서 잉여의 압력을 발전에 사용가능하게 함에 따라 상수도의 높은 압력이 낮아짐으로 배관 및 밸브를 파손되지 않도록 하고, 상수도에 적용된 소수력발전장치가 발전을 수행하는 과정에서 일정하지 않은 수돗물의 압력과 유량을 감압 부재, 바이패스를 이용해 조절하여 일정하게 유지되게 함에 따라 수돗물의 압력과 유량이 변동되어도 수돗물의 공급에는 지장이 없도록 하는 상수도에 설치하는 소수력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은;

상수도의 수력을 이용해 발전하여 전력을 생산하는 소수력발전장치로서,

상수도의 물이 유입되는 유입배관 및 유입된 물이 배출되는 유출배관을 갖으며, 상기 유입배관과 유출배관 사이로 제1,2직관이 각각 연결된 병렬 관로 부재와;

상기 제1직관에 연결되어 물이 유입 후 배출되며, 그 유입되는 물을 이용해 수차를 돌려 발전를 작동시킴으로 전력을 생산하는 발전 부재와;

상기 제2직관에 연결되는데, 상기 유입배관 또는 유출배관의 물 유동 압력이 설정압력보다 높거나 낮아지면, 이에 대응하여 상기 제2직관으로 유동하는 물의 개폐율을 조절하고, 그 제2직관의 개폐율 조절에 의한 유량 변동 작용을 통해 상기 유출배관으로 최종 배출되는 물의 압력을 급수구역에 공급 가능한 설정압력으로 일정하게 유지되게 하는 감압 부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 상수도에 설치하는 소수력발전장치를 제공한다.

이러한 본 발명에 따르면, 상수도에서 높은 압력 중 잉여 압력으로 발전을 수행함으로 상수도의 높은 압력이 낮아져 배관 및 밸브가 파손되지 않고, 일정하지 않은 수돗물의 압력과 유량을 조절하여 일정하게 유지함으로 수돗물의 압력과 유량이 변동되어도 수돗물의 공급에는 지장이 없어 단수를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치에 대한 각부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치의 작동 상태도.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치가 적용된 예시도.

본 발명에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치를 첨부된 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하거나 속하지 아니한 기술분야에서 광범위하게 널리 알려져 사용되고 있는 구성요소에 대해서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하며, 이는 불필요한 설명을 생략함과 더불어 이에 따른 본 발명의 요지를 더욱 명확하게 전달하기 위함이다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 각 실시 예에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치를 설명하기 위해 도시한 도면들이다.

이에 따른 소수력발전장치(1)를 개략적으로 살펴보면, 상수도의 물이 유입 및 배출되는 병렬 관로 부재(100); 물을 이용해 전력을 생산하는 발전 부재(200); 최종 배출되는 물의 압력을 급수구역에 공급 가능한 설정압력으로 일정하게 유지되게 하는 감압 부재(300)를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 기본구성으로서, 일 실시 예에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치에 대한 각부 구성을 도 1 내지 도 3을 참고로 구체적으로 설명한다. 도 1은 소수력발전장치의 평면도, 도 2는 소수력발전장치의 정면도, 도 3은 소수력발전장치의 측면도이다.

먼저, 상기 병렬 관로 부재(100)는;

상수도의 물이 유입되는 유입배관(110) 및 유입된 물이 배출되는 유출배관(120)을 갖으며, 상기 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1,2직관(130,140)이 각각 연결되어 이루어지며, 상수도의 물을 이용해 발전 부재(200)를 작동되게 하면서 급수구역에 물을 공급되게 하는 것이다.

본 발명의 기본 실시 예에 따른 병렬 관로 부재(100)는; 유입배관(110), 유출배관(120), 제1,2직관(130,140), 바이패스부(150)로 구성된다.

예를 들면, 상기 병렬 관로 부재(100)는; 상수도에 연결되어 물이 유입되는 유입배관(110)과; 상기 유입배관(110)을 통해 유입되는 물을 급수구역에 공급하는 유출배관(120)과; 상기 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이에 각각 발전 부재(200), 감압 부재(300)를 연결되게 하면서, 상기 유입배관(110)으로 유입된 물을 발전 부재(200), 감압 부재(300)로 유입시키면서, 그 발전 부재(200), 감압 부재(300)를 통과한 물을 상기 유출배관(120)으로 유입되게 하는 제1,2직관(130,140)을 더 포함한다.

상기 유입배관(110), 유출배관(120), 제1,2직관(130,140)은, 중공의 관로이며, 본 발명의 소수력발전장치(1)가 적용되는 상수도의 관로에 대응하여 관 이음이 가능하게 제작되고, 물의 유동 가능한 관로의 기능을 갖는 범위 안에서 다양한 길이로 제작될 수 있다.

상기 유입배관(110)은 상수도에서 본 발명의 소수력발전장치(1)가 연결되면 최초 상수도의 물이 공급되는 측에 위치하고, 상기 유출배관(120)은 제1,2직관(130,140)을 통해 연결된 발전 부재(200), 감압 부재(300)를 통과한 물이 유입되는 측에서 상수도의 급수구역에 공급가능한 측에 위치하며, 상기 제1직관(130)은 발전 부재(200)가 연결되어 물이 유동가능하게 하고, 상기 제2직관(140)은 감압 부재(300)가 연결되어 물이 유동가능하게 한다.

이때, 상기 제1직관(130), 제2직관(140)은 발전 부재(200), 감압 부재(300)의 설치 위치에 대한 설명의 편의를 위해 각각 지칭하였지만, 제1,2직관(130,140)은 동일 기능 및 구조를 갖는 것으로, 사용자의 선택에 따라 발전 부재(200) 또는 감압 부재(300)의 수를 추가로 늘릴 경우 제1,2직관(130,140)을 이에 대응하여 증설할 수 있다.

또한, 상기 병렬 관로 부재(100)는; 유입배관(110) 및 유출배관(120) 측에 각각 마련되어 상기 유입배관(110) 및 유출배관(120)에 유동하는 물의 압력을 실시간 측정하고, 그 실시간 측정한 값을 발전 부재(200), 감압 부재(300), 바이패스부(150)에 제공하는 제1,2압력계(111,121)를 더 포함한다.

상기 제1압력계(111)는, 유입배관(110) 측에 설치되어 유입배관(110)으로 유입되면서 유동하는 물의 압력을 실시간 측정한다.

상기 제2압력계(121)는, 유출배관(120) 측에 설치되어 유출배관(120)으로 유입되면서 유동하는 물의 압력을 실시간 측정한다.

상기 제1,2압력계(111,121)는 관로 내의 물의 압력을 측정하는 계측기 종류이며, 그 측정한 압력 데이터는 발전 부재(200), 감압 부재(300), 바이패스부(150)에 제공되어 활용한다.

이때, 상기 제1,2압력계(111,121)를 이용한 발전 부재(200), 감압 부재(300), 바이패스부(150)의 활용방식은 소수력발전장치(1)에서 바람직하게 운용할 수 있는 물의 압력에 대한 적정 설정값이 미리 설정저장되는 메모리를 갖는 프로세서(제어기)를 통해 제어할 수 있으며, 그 프로세서는 유입배관(110)의 알맞은 설정압력, 유출배관(120)의 알맞은 설정압력의 값이 메모리에 저장되고, 프로세서의 메모리에 저장된 설정값 및 제1,2압력계(111,121)에 의한 측정값을 기초로 해서, 발전 부재(200), 감압 부재(300), 바이패스부(150)의 동작을 제어하게 된다.

또한, 상기 병렬 관로 부재(100)는; 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1밸브(152)를 갖는 제3직관(151)을 이용해 연결되어 물이 유입되는데,

유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1밸브(152)를 갖는 제3직관(151)을 이용해 연결되어 물이 유입되는데, 평상시 상기 제1밸브(152)가 제3직관(151)을 폐쇄하여 물의 유동을 차단하고, 상기 유출배관(120)의 물 유동 압력이 설정압력보다 낮아지면 상기 제1밸브(152)가 제3직관(151)을 점진적으로 개방하면서 유출배관(120) 측으로 유동하는 물의 유량을 서서히 늘리는 작용을 통해 유출배관(120)의 물 유동 압력을 설정압력으로 높여서 유지되게 하는 바이패스부(150)를 더 포함한다.

상기 바이패스부(150)는, 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이에 제3직관(151)을 통해 연결하면서, 그 제3직관(151)에 제1밸브(152)를 설치하여 제3직관(151)으로 유동하는 물을 단속하며, 상기 제3직관(151)은 제1,2직관(130,140)과 동일 구조로 이루어지고, 상기 제1밸브(152)는 제2압력계(121)를 통해 실시간 측정된 물의 압력 값이 제공되어, 그 실시간 압력 값을 기반으로 동작한다.

이때, 상기 제1밸브(152)는 평상시 닫힌 상태를 유지하여 제1,2직관(130,140)으로 물이 유입되게 하며, 상기 제2압력계(121)를 통해 측정되는 유출배관(120)의 압력이 설정압력보다 매우 낮으면, 이 경우 발전 부재(200) 또는 감압 부재(300)의 이상 작동에 의한 유출배관(120)의 압력 저하 원인일 가능성이 높음으로 상기 제1밸브(152)가 서서히 열리면서 제3직관(151)을 통해 유출배관(120) 측으로 물을 서서히 유입시켜 압력을 높이게 된다.

상기 제1밸브(152)가 개방 작동하면 발전 부재(200) 또는 감압 부재(300)의 이상 작동일 확률이 높기 때문에 그 이상 작동의 여부를 표시하여 곧바로 문제 해결을 수행할 수 있도록 제1밸브(152)의 동작과 동시에 경보 기능을 수행함이 바람직한 것이다.

그리고, 상기 발전 부재(200)는;

상기 제1직관(130)에 연결되어 물이 유입 후 배출되며, 그 유입되는 물을 이용해 수차(210)를 돌려 발전기(220)를 작동시킴으로 전력을 생산하기 위한 것이다. 상기 발전 부재(200)는 제1직관(130)을 통해 유입배관(110) 및 유출배관(120) 사이에 위치하고, 유입배관(110)을 통해 유입된 물이 제1직관(130)을 통해 발전 부재(200)에 유입되면, 상기 발전 부재(200)를 통과하여 발전을 수행한 후의 물은 제1직관(130)을 통해 유출배관(120)으로 유입되는 흐름을 갖고, 그 유체 흐름에 의한 수압, 즉 운동에너지를 이용해 전기에너지로 전환시켜 발전을 수행한다.

본 발명의 기본 실시 예에 따른 발전 부재(200)는; 수차(210), 발전기(220), 수냉냉각부(230), 공랭냉각부(240)를 포함하여 구성된다.

예를 들면, 상기 발전 부재(200)는; 수압과 유량을 이용해 회전작동하며 그 회전작동에 의한 운동에너지를 발전기(220)에 전달시켜 발전을 수행되게 하는 수차(210) 및, 상기 수차(210)가 연결되어 회전동력이 전달되며 그 회전동력으로 전기를 생산하면서 생산된 전기를 공급하는 발전기(220)를 더 포함한다.

상기 수차(210)는, 수압이 작용하는 다수의 날개가 발전기(220)에 연결된 축 상에 등간격 배치된 회전체로 제작되며, 본 발명의 소수력발전장치(1)가 적용되는 상황에 따라 다양한 형태의 수차를 적용할 수 있는 것이고, 수차(210)를 통과하는 유량을 가감하는 유량조절밸브가 적용된다.

상기 발전기(220)는, 수차(210)에 축을 이용해 연결되고, 병렬 관로 부재(100)에 제1직관(130)을 이용해 구비되는데, 수차(210)의 운동에너지를 전달받아 전기에너지로 전환하는 발전 구조의 범위 안에서 다양한 형태의 발전기를 적용할 수 있다.

여기서, 상기 발전기(220)는, 출력 조절을 위한 인버터(221)를 더 포함하는데, 상기 인버터(221)의 출력 값을 증가시켜 수차(210)의 회전수를 감소시키면 유입되는 물의 유량이 감소하고, 또는 상기 인버터(221)의 출력 값을 감소시켜 수차(210)의 회전수를 증가시키면 유입되는 물의 유량이 증가하는 것을 더 포함하고,

상기 인버터(221)의 출력 값 조정에 따라 수차(210)의 회전수가 임의 조정되고, 수차(210)의 회전수에 따라 유입되는 유량을 임의 조절함으로 상기 유입배관(110) 및 유출배관(120)의 압력을 조절하는 것을 더 포함한다.

이때, 유입배관(110) 측으로 유입되는 물의 압력이 높아지면서 수차(210)의 회전수가 빨라지면, 인버터(221)에 의한 발전기(220) 출력 값을 증가시키면서 수차(210)의 회전수를 낮춰 수차(210)가 기본 회전수로 회전되게 한다.

유입배관(110) 측으로 유입되는 물의 압력이 낮아지면서 수차(210)의 회전수가 느려지면, 인버터(221)에 의한 발전기(220)의 출력 값을 감소시키면서 수차(210)의 회전수를 증가시켜 수차(210)가 기본 회전수로 회전되게 하는데, 이 경우 발전기(220)를 통과하여 유출배관(120)으로 유입되는 물의 압력이 낮아짐으로 감압 부재(300)를 개방 작동하여 유출배관(120)의 압력을 높이도록 한다.

또한, 상기 발전 부재(200)는; 발전기(220)의 외부 측면에 직접 접촉되는 하나 이상의 냉각유로(231)에 냉각수를 지속적으로 공급순환가능하게 구비되며, 상기 냉각유로(231)를 통해 공급순환하는 냉각수의 열교환에 의한 냉각작용으로 상기 발전기(220)에서 발생하는 열을 냉각하는 수냉냉각부(230)를 선택적으로 더 포함한다.

여기서, 상기 수냉냉각부(230)는, 발전기(220)의 양쪽 끝에 중공의 원판으로 각각 결합되되, 그 안쪽에 링 형상의 공급홀(233) 및 다수의 분기홀(234)이 마련되며, 냉각수를 상기 공급홀(233)을 이용해 공급한 후 다수의 분기홀(234)을 통해 분시키기는 한 쌍의 분기플레이트(232)와; 상기 한 쌍의 분기플레이트(232) 사이에서 양단이 상기 분기홀(234)에 각각 연결되어 분기된 냉각수가 공급되되, 상기 발전기(220)의 외부 측면에 밀착되어 공급되는 냉각수를 이용해 냉각작용을 수행하는 하나 이상의 냉각유로(231)를 더 포함하여 구성된다.

상기 한 쌍의 분기플레이트(232)는, 발전기(220)의 측방 크기에 대응되는 플레이트로 중앙에 발전기(220)에 설치되도록 관통 구멍을 갖으며, 상기 분기플레이트(232)는 2중으로 접하는 내판(232a) 및 외판(232b)으로 이루어지는데, 상기 외판(232b)으로 링 형상의 공급홀(233)이 마련되고, 상기 내판(232a)에는 상기 공급홀(233)과 냉각유로(231)를 서로 연결하는 분기홀(234)이 마련된다. 상기 외판(232b)에는 상기 공급홀(233)에 연결되어 냉각수를 공급 또는 배출되게 하는 냉각수관(234)이 연결된다.

상기 냉각유로(231)는, 중공의 파이프 형태로 상기 한 쌍의 분기플레이트(232) 사이에서 냉각유로(231)의 양단이 분기홀(234)에 각각 연결설치되어 발전기(220)의 외부 측면에 접촉되고, 상기 한 쌍의 분기플레이트(232)를 통해 공급되는 냉각수가 냉각유로(231)를 통과하여 순환함에 따라 발전기(220)의 외부 측면의 열기와 열교환을 통해 냉각을 수행되게 한다.

이때, 상기 수냉냉각부(230)는 냉각수를 전동 밸브를 이용해 공급할 수 있게 하고, 발전기(220)의 온도를 온도 센서 등을 이용해 실시간 감지하여 송출되는 신호를 기반으로 냉각수 전동 밸브의 개폐량을 조절하여 냉각수의 공급량을 조절되게 하고, 냉각수의 공급량에 따라 발전기(220)의 냉각온도가 조절되게 된다.

또한, 상기 발전 부재(200)는; 발전기(220)의 외부 일측에 송풍팬(241)이 결합되되, 상기 송풍팬(241)이 발전기(220)에 외부 찬 공기를 강제로 송풍시켜 순환되게 하며, 그 순환하는 찬 공기의 열교환에 의한 냉각작용으로 상기 발전기(220)에서 발생하는 열을 냉각하는 공랭냉각부(240)를 선택적으로 더 포함한다.

상기 공랭냉각부(240)는, 발전기(220)의 외부 일측방을 덮어서 내부로 공간을 갖되, 발전기(220) 측으로 덮어진 내측에 관통된 배기홀(242a)을 이용해 송풍 공기를 발전기(220) 측으로 순환되게 하는 유로하우징(242)과; 상기 유로하우징(242) 내부로 발전기(220)의 구동축(222)에 직접 연결된 상태에서 상기 구동축(222)의 동력이 전달됨으로 회전작동하여 냉각작용을 위한 찬 공기를 발전기(220) 측으로 공급하는 송풍팬(241)을 더 포함하여 구성된다.

상기 유로하우징(242)은, 발전기(220)의 일측방을 덮어서 고정될 수 있을 정도의 크기를 갖는 일면이 개방된 케이스 형태로 제작되며, 상기 유로하우징(242)의 상부에는 외부 공기가 유입되는 유입홀(242b)이 하나 이상으로 관통형성된 상태에서 상기 유로하우징(242)의 하부로 개방된 부분, 즉 발전기(220) 측으로 덮어진 내측에는 다수의 배기홀(242a)이 마련된 구조이다. 상기 유로하우징(242)은 발전기(220)에 용접 또는 볼트체결로 고정될 수 있다.

상기 송풍팬(241)은, 유로하우징(242)의 내부로 수용될 정도의 크기를 갖는데, 회전작동에 의해 외부 공기를 유로하우징(242) 내부로 유입되게 하는 다수의 날개를 갖고, 상기 발전기(220)을 관통한 구동축(222)에 송풍팬(241)이 직접 연결됨으로 회전작동이 가능하다. 상기 송풍팬(241)이 발전기(220)의 회전에 대응하여 동일한 회전을 수행하면 외부 공기가 유로하우징(242)의 유입홀(242b)을 통해 발전기(220) 측으로 유입되면서 냉각을 수행되게 한다.

그리고, 상기 감압 부재(300)는;

상기 제2직관(140)에 연결되는데, 상기 유입배관(110) 또는 유출배관(120)의 물 유동 압력이 설정압력보다 높거나 낮아지면, 이에 대응하여 상기 제2직관(140)으로 유동하는 물의 개폐율을 조절하고, 그 제2직관(140)의 개폐율 조절에 의한 유량 변동 작용을 통해 상기 유출배관(120)으로 최종 배출되는 물의 압력을 급수구역에 공급 가능한 설정압력으로 일정하게 유지되게 하는 것이다.

예를 들면, 상기 감압 부재(300)는 제2직관(140)을 통해 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이에 연결설치되어 상기 유입배관(110)을 통해 물이 제2직관(140)으로 유입되면서 감압 부재(300)를 통과하며, 그 감압 부재(300)는 제2직관(140)을 통해 유입되는 물의 유동을 단속하는 다이어프램식 감압 밸브의 일종이다.

상기 감압 부재(300)는 유입배관(110)을 통해 감압 부재(300)로 유입되는 물의 압력을 감압 부재(300)를 통과한 후의 설정압력으로 감압하는데, 그 감압 부재(300)를 통과한 후의 설정압력은 사용자 임의로 조절하여 결정할 수 있으며, 상기 유입배관(110)을 통해 유입되는 물의 압력변동에 관계없이 감압 부재(300)를 통과하여 유출배관(120) 측으로 유입되는 물의 압력을 제2압력계(121)를 이용해 측정하여 감압 부재(300)에 설정된 압력보다 제2압력계(121)를 통해 측정한 압력이 변화하면 감압 부재(300)의 개폐율이 자동 조절되면서 유출배관(120)으로 유입되는 물의 압력을 가감시켜 항상 일정한 수압을 유지할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 작동 예시로서, 상수도에 설치하는 소수력발전장치의 작동 상태를 도 4를 참고로 구체적으로 설명한다.

전술한 구조로 이루어진 소수력발전장치(1)는 유입배관(110)으로 공급되는 물의 설정압력이 7kg/cm²상황에서 발전 부재(200)의 수차(210)에서 4kg/cm²의 물의 압력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 회수하고, 발전 부재(200)를 통과하여 유출배관(120)으로 유입된 물의 압력은 3kg/cm²이 되어 급수구역에 공급할 수 있는 최소한의 압력 2.3kg/cm²보다 많은 압력을 확보하여 발전을 수행하면서 원활한 물의 공급을 가능하게 한다.(도면 4의 ① 경로)

또한, 유입배관(110)으로 유입되는 물의 압력이 9kg/cm²정도로 높아지는 경우, 그 9kg/cm²의 높은 압력에 의해 발전 부재(200)의 수차(210) 회전수가 증가하게 되며, 수차(210)의 회전수가 빨라지면 인버터(221)에 의한 발전기(220) 출력 값을 증가시키면서 수차(210)의 회전수를 낮춰 9kg/cm²물의 압력에 의한 운동에너지를 전기에너지로 회수하게 하고, 발전 부재(200)를 통과한 물의 압력은 급수구역에 공급할 수 있는 최소한의 압력보다 높음으로 유입배관(110)의 압력이 높아져도 발전 부재(200)에 의해 회수되는 운동에너지에 의해 원활한 물의 공급이 가능하다.(도면 4의 ② 경로)

또한, 유입배관(110)으로 유입되는 물의 압력이 5kg/cm²정도로 낮아지는 경우, 그 5kg/cm²의 낮은 압력에 의해 발전 부재(200)의 수차(210) 회전수가 느려지며, 수차(210)의 회전수가 느려지면 인버터(221)에 의한 발전기(220)의 출력 값을 감소시키면서 수차(210)의 회전수를 증가시켜 유출배관(120) 측으로 유입되는 유량을 증대되게 한다.

이와 같은 작동에서도 유출배관(120)으로 유입되는 물의 압력이 급수구역에 공급할 수 있는 최소압력 2.3kg/cm²보다 낮으면, 감압 부재(300)의 개방 커지면서 유출배관(120) 측으로 유입되는 유량을 증대시켜 압력을 높임으로 급수구역에 물의 공급을 원활하게 한다.(도면 4의 ③ 경로)

한편, 유출배관(120)으로 배출되는 물의 유량이 증가하는 경우, 감압 부재(300)가 작동하면서 개방량을 늘려 유출배관(120)으로 유입되는 물의 유량을 증대시키고, 유출배관(120)을 통해 배출되는 물의 유량이 감소하면 감압 부재(300)의 개방량이 줄어들어 유출배관(120)으로 유입되는 물의 유량을 감소시키고, 이를 통해 유출배관(120)으로 유동하는 물의 압력을 일정하게 유지되게 한다.(도면 4의 ④경로)

또한, 유출배관(120)으로 유입되는 물의 압력이 2.3kg/cm²이하로 낮아지는 경우, 발전 부재(200), 감압 부재(300)의 고장 원인일 가능성이 높음으로 바이패스부(150)의 제1밸브(152)가 서서히 열리면서 제3직관(151)을 통해 유출배관(120) 측으로 유입되는 물의 유량을 서서히 증가시켜 유출배관(120)으로 유입되는 물의 압력을 높이게 하고, 상기 제1밸브(152)가 작동하면서 발전 부재(200), 감압 부재(300)의 고장을 알리는 경보표시를 수행한다.(도면 4의 ⑤경로)

즉, 본 발명은 상수도에서 유입배관(110)의 압력이 높은 곳에 소수력발전장치(1)를 설치하여 유입배관(110)의 높은 압력에서 잉여의 압력을 발전에 사용가능하게 함에 따라 상수도의 높은 압력을 낮춰 배관 등의 파손을 방지할 수 있고, 상수도에 적용된 소수력발전장치(1)가 발전을 수행하는 과정에서 일정하지 않은 수돗물의 압력과 유량을 발전 부재(200), 감압 부재(300), 바이패스부(150)을 이용해 조절하여 일정하게 유지되게 함에 따라 수돗물의 압력과 유량이 변동되어도 수돗물의 공급에는 지장이 없어 단수를 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상수도에 설치하는 소수력발전장치가 적용된 예시도이다.

예를 들면, 전술한 구조로 이루어진 소수력발전장치(1) 중 상기 발전 부재(200)는; 단단펌프 소수력발전, 인라인 소수력발전, 라인스크류 소수력발전, 외장형 라인스크류 소수력발전, 양흡입펌프 소수력발전, 다단펌프 소수력발전 중 어느 하나를 선택 적용하는 것을 더 포함한다.

도 5는 단단펌프 소수력발전을 적용한 실시 예이고, 도 6은 인라인 소수력발전을 적용한 실시 예이고, 도 7은 라인스크류 소수력발전을 적용한 실시 예이고, 도 8은 외장형 라인스크류 소수력발전을 적용한 실시 예이고, 도 9는 양흡입펌프 소수력발전을 적용한 실시 예이고, 도 10은 다단펌프 소수력발전을 적용한 실시 예이다.

이때, 상기 단단펌프 소수력발전, 인라인 소수력발전, 라인스크류 소수력발전, 외장형 라인스크류 소수력발전, 양흡입펌프 소수력발전, 다단펌프 소수력발전은 소수력발전을 위해 사용되는 발전기의 일종이며, 물의 수력(수압, 유량)을 이용해 발전하는 작용에서 크게 차이가 없음으로 이에 대한 상세한 구조의 설명은 생략하도록 하고, 이들에 적용되는 발전기(220)의 구조는 모두 동일한 것으로 수냉냉각부(230)를 적용가능한 것이다.

또한, 본 발명에서는 도 6의 인라인 소수력발전을 적용한 것을 기본으로 도시하였으며, 발전 부재(200)에 적용되는 소수력발전의 종류에 따라 공랭냉각부(240)의 구성이 선택적으로 적용되거나, 적용되지 않을 수 있고, 병렬 관로 부재(100) 역시 기본적인 유로 구조에서 크게 벗어나지 않는 범위 안에서 형상 변경이 이루어질 수 있다.

이상 설명한 바와 같이. 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예를 예시한 설명과 도면으로 표현하였으나, 여기서 사용하는 용어들은 본 발명을 용이하게 설명하기 위함이며, 이 용어들에 대한 의미 한정이나, 특허청구범위에 기재된 범위를 제한하기 위함이 아니며,

본 발명은 상기한 실시 예에 따른 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경 및 개조, 수정 등이 가능할 수 있음을 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1; 소수력발전장치 100; 병렬 관로 부재
110; 유입배관 120; 유출배관
130; 제1직관 140; 제2직관
150; 바이패스부 200; 발전 부재
210; 수차 220; 발전기
230; 수냉냉각부 240; 공랭냉각부
300; 감압 부재

Claims (6)

1. 상수도의 수력을 이용해 발전하여 전력을 생산하는 소수력발전장치로서,
   상수도의 물이 유입되는 유입배관(110) 및 유입된 물이 배출되는 유출배관(120)을 갖으며, 상기 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1,2직관(130,140)이 각각 연결된 병렬 관로 부재(100)와;
   상기 제1직관(130)에 연결되어 물이 유입 후 배출되며, 상기 유입되는 물을 이용해 수차(210)를 돌려 발전기(220)를 작동시킴으로 전력을 생산하는 발전 부재(200)와;
   상기 제2직관(140)에 연결되는데, 상기 유입배관(110) 또는 유출배관(120)의 물 유동 압력이 설정압력보다 높거나 낮아지는 것에 대응하여 상기 제2직관(140)으로 유동하는 물의 개폐율을 조절하고, 상기 제2직관(140)의 개폐율 조절에 의한 유량 변동 작용을 통해 상기 유출배관(120)으로 최종 배출되는 물의 압력을 급수구역에 공급 가능한 설정압력으로 일정하게 유지되게 하는 감압 부재(300)를 포함하여 구성되고,
   상기 병렬 관로 부재(100)는, 유입배관(110)과 유출배관(120) 사이로 제1밸브(152)를 갖는 제3직관(151)을 이용해 연결되어 물이 유입되는데, 평상시 상기 제1밸브(152)가 제3직관(151)을 폐쇄하여 물의 유동을 차단하고, 상기 유출배관(120)의 물 유동 압력이 설정압력보다 낮아지면 상기 제1밸브(152)가 제3직관(151)을 점진적으로 개방하면서 유출배관(120) 측으로 유동하는 물의 유량을 서서히 늘리는 작용을 통해 유출배관(120)의 물 유동 압력을 설정압력으로 높여서 유지되게 하는 바이패스부(150)를 더 포함하며,
   상기 발전 부재(200)는, 발전기(220)의 외부 측면에 직접 접촉되는 하나 이상의 냉각유로(231)에 냉각수를 지속적으로 공급순환가능하게 구비되며, 상기 냉각유로(231)를 통해 공급순환하는 냉각수의 열교환에 의한 냉각작용으로 상기 발전기(220)에서 발생하는 열을 냉각하는 수냉냉각부(230)를 선택적으로 더 포함하고,
   상기 발전 부재(200)는, 발전기(220)의 외부 일측에 송풍팬(241)이 결합되되, 상기 송풍팬(241)이 발전기(220)에 외부 찬 공기를 강제로 송풍시켜 순환되게 하며, 상기 순환하는 찬 공기의 열교환에 의한 냉각작용으로 상기 발전기(220)에서 발생하는 열을 냉각하는 공랭냉각부(240)를 선택적으로 더 포함하며,
   상기 병렬 관로 부재(100)는, 유입배관(110) 및 유출배관(120) 측에 각각 마련되어 상기 유입배관(110) 및 유출배관(120)에 유동하는 물의 압력을 실시간 측정하고, 상기 실시간 측정한 값을 발전 부재(200), 감압 부재(300)에 제공하는 제1,2압력계(111,121)를 더 포함하고,
   상기 수냉냉각부(230)는 발전기(220)의 양쪽 끝에 중공의 원판으로 각각 결합되되, 안쪽에 링 형상의 공급홀(233) 및 다수의 분기홀(234)이 마련되며, 냉각수를 상기 공급홀(233)을 이용해 공급한 후 다수의 분기홀(234)을 통해 분기시키는 한 쌍의 분기플레이트(232)와; 상기 한 쌍의 분기플레이트(232) 사이에서 양단이 상기 분기홀(234)에 각각 연결되어 분기된 냉각수가 공급되되, 상기 발전기(220)의 외부 측면에 밀착되어 공급되는 냉각수를 이용해 냉각작용을 수행하는 하나 이상의 냉각유로(231);를 더 포함하며,
   상기 공랭냉각부(240)는 발전기(220)의 외부 일측방을 덮어서 내부로 공간을 갖되, 발전기(220) 측으로 덮어진 내측에 관통된 배기홀(242a)을 이용해 송풍 공기를 발전기(220) 측으로 순환되게 하는 유로하우징(242)과; 상기 유로하우징(242) 내부로 발전기(220)의 구동축(222)에 직접 연결된 상태에서 상기 구동축(222)의 동력이 전달됨으로 회전작동하여 냉각작용을 위한 찬 공기를 발전기(220) 측으로 공급하는 송풍팬(241);을 더 포함한 상수도에 설치하는 소수력발전장치.
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