KR101933012B1

KR101933012B1 - 소수력 발전 시스템

Info

Publication number: KR101933012B1
Application number: KR1020170090846A
Authority: KR
Inventors: 정의석
Original assignee: 정의석
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-12-27

Abstract

소수력 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 소수력 발전 시스템은, 액체가 저장되는 저장 탱크; 저장 탱크에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프; 저장 탱크와 펌프를 연결함과 아울러 펌프와 사용처를 연결하는 메인 라인; 메인 라인에서 분기되는 분기 라인; 및 일측부는 저장 탱크에 결합 되고 타측부는 분기 라인과 연결 되며 분기 라인을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기를 포함하고, 발전기를 통과한 액체는 저장 탱크로 공급되고, 펌프는 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프인 것을 특징으로 한다.

Description

소수력 발전 시스템{SMALL HYDRO POWER SYSTEM}

본 발명은, 소수력 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 소요처가 없더라도 특수한 상황 또는 조건에 의해 지속적으로 펌프를 운전해야만 하는 경우 펌프의 최소 유량을 재순환시키는 배관에서 소수력 발전을 할 수 있는 소수력 발전 시스템에 관한 것이다.

물을 이용한 발전 방법으로써 물의 낙차를 이용해 발전하는 수력 발전이 알려져 있다.

이러한 수력 발전의 일 예로 한국 공개특허공보 제10-2011-0122932호(2011.11.14) "집단주거지역의 마이크로 발전시스템과 이를 이용한 발전방법"이 개시되어 있다.

이 선행기술은 발전기 전단에 지속적으로 압력이 유입되지만 물의 흐름은 정지되어 있으며, 물의 사용시 발생하는 흐름과 압력차를 에너지원으로 이용하는 발전 방법이 개시되어 있다.

하지만 물의 사용처가 없을 경우 발전이 되지 않는 단점이 있다.

소수력 발전을 도모함에 있어서 소요처가 없더라도 특수한 상황 또는 조건에 의해 지속적으로 펌프를 운전해야만 하는 설비가 있으며, 이에 의한 전력 낭비를 최소화 하는 것이 가장 큰 과제이고 또한 발전기의 이용률을 높이는 것 역시 큰 과제이며 특히 소화설비 및 용수 설비가 그러하다.

또한 펌프의 특성상 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프, 즉 펌프의 근처에 있는 탱크로 물을 되돌려보내는 방법의 운전을 하는 방식이 있다.

이 경우 탱크로 되돌려 보내는 물을 이용하여 발전을 하면 전력 낭비를 최소화하고 이용률을 극대화할 수 있으므로 이에 대한 개선책이 요구된다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국등록공보 제10-1690601호(주식회사 씨이피) 2016. 12. 22.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소요처가 없더라도 특수한 상황 또는 조건에 의해 지속적으로 펌프를 운전해야만 하는 경우 펌프의 최소 유량을 재순환시키는 배관에서 소수력 발전을 할 수 있는 소수력 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체가 저장되는 저장 탱크; 상기 저장 탱크에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프; 상기 저장 탱크와 상기 펌프를 연결함과 아울러 상기 펌프와 상기 사용처를 연결하는 메인 라인; 상기 메인 라인에서 분기되는 분기 라인; 및 일측부는 상기 저장 탱크에 결합 되고 타측부는 상기 분기 라인과 연결 되며 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기를 포함하고, 상기 발전기를 통과한 액체는 상기 저장 탱크로 공급되고, 상기 펌프는 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프인 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템이 제공될 수 있다.

상기 분기 라인에 마련되어 상기 발전기로 공급되는 액체를 차단시키는 차단 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 저장 탱크에 마련되어 상기 발전기의 작동 시 상기 발전기의 블레이드 하우징의 하부를 개방시켜 상기 블레이드 하우징의 내부로 유입된 액체가 상기 저장 탱크의 내부로 떨어지도록 하는 차단부를 더 포함하고, 상기 차단부는, 상기 블레이드 하우징에 이동 가능하게 마련되어 상기 블레이드 하우징의 하측부를 개폐시키는 개폐판; 및 상기 저장 탱크에 마련되어 상기 개폐판을 이동시키는 개폐판 구동부를 포함할 수 있다.

상기 분기 라인에서 분기 되어 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체를 상기 발전기를 바이 패스 하여 상기 저장 탱크로 공급시키는 바이 패스부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액체가 저장되는 저장 탱크; 상기 저장 탱크에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프; 상기 저장 탱크와 상기 펌프를 연결함과 아울러 상기 펌프와 상기 사용처를 연결하는 메인 라인; 상기 펌프와 상기 사용처를 연결 하는 상기 메인 라인에 마련되는 개폐 밸브; 상기 메인 라인에서 분기되는 분기 라인; 일측부는 상기 저장 탱크에 결합 되고 타측부는 상기 분기 라인과 연결 되며 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기; 상기 분기 라인에 마련되어 상기 발전기로 공급되는 액체를 차단시키는 차단 밸브; 상기 블레이드 하우징에 이동 가능하게 마련되어 상기 블레이드 하우징의 하측부를 개폐시키는 개폐판 및 상기 저장 탱크에 마련되어 상기 개폐판을 이동시키는 개폐판 구동부가 구비된 차단부; 상기 분기 라인에서 분기 되어 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체를 상기 발전기를 바이 패스시켜 상기 저장 탱크로 공급시키는 바이 패스부; 및 상기 저장 탱크에 마련되어 상기 발전기에서 발전 된 전기 에너지가 저장되며 상기 전기 에너지를 상기 개폐판 구동부로 공급시키거나 전력 계통에 연계되어 전기 소요처에 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장부를 포함하고, 상기 펌프는 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프이고, 상기 발전기의 작동 시 제어부는 상기 개폐 밸브와 상기 바이 패스부의 바이 패스 밸브를 닫아 상기 펌프에서 펌핑 되는 액체를 상기 발전기로 공급시키고, 상기 발전기의 수리 시 상기 제어부는 상기 개폐 밸브와 상기 차단 밸브를 닫고 상기 바이 패스 밸브를 열어 상기 펌프에서 펌핑 되는 액체를 상기 저장 탱크로 공급시키고, 상기 발전기에서 발전된 전기 에너지는 상기 전력 계통에 연계되어 상기 전기 소요처로 전력을 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 산업 설비에 부설되는 펌프의 최소 유량 재순환 운전에 의해 낭비되는 에너지를 절감할 수 있다.

또한 기존 산업설비에도 쉽게 적용 및 설치가 가능하여 배관 및 부속 설비가 적게 소요되어 적은 비용으로도 간단히 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전기의 작동도이다.
도 3은 도 1에 도시된 바이 패스부의 작동도이다.
도 4는 도 1에 도시된 발전기의 영역에 마련된 차단부를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 발전기의 작동도이고, 도 3은 도 1에 도시된 바이 패스부의 작동도이고, 도 4는 도 1에 도시된 발전기의 영역에 마련된 차단부를 개략적으로 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 소수력 발전 시스템(1)은, 액체가 저장되는 저장 탱크(10)와, 저장 탱크(10)에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프(20)와, 저장 탱크(10)와 펌프(20)를 연결함과 아울러 펌프(20)와 사용처를 연결하는 메인 라인(40)과, 펌프(20)와 사용처를 연결 하는 메인 라인(40)에 마련되는 개폐 밸브(30)와, 메인 라인(40)에서 분기되는 분기 라인(50)과, 일측부는 저장 탱크(10)에 결합 되고 타측부는 분기 라인(50)과 연결 되며 분기 라인(50)을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기(60)와, 분기 라인(50)에 마련되어 발전기(60)로 공급되는 액체를 차단시키는 차단 밸브(70)와, 블레이드 하우징(61)에 이동 가능하게 마련되어 블레이드 하우징(61)의 하측부를 개폐시키는 차단부(80)와, 분기 라인(50)에서 분기 되어 분기 라인(50)을 통해 공급되는 액체를 발전기(60)를 바이 패스시켜 저장 탱크(10)로 공급시키는 바이 패스부(90)와, 저장 탱크(10)에 마련되어 발전기(60)에서 발전 된 전기 에너지가 저장되며 전기 에너지를 개폐판 구동부(82)로 공급시키거나 전력계통에 연계되어 전기 소요처에 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장부(100) 및 발전기(60)에서 전력계통에 연계되어 전기 소요처에 전력을 공급할 수 있는 방식의 시스템을 구비한다.

저장 탱크(10)에는, 사용처로 공급될 물을 포함하는 액체가 저장되며, 저장 탱크(10)의 상측부에는 블레이드 하우징(61)의 내부로 유입되는 액체가 저장 탱크(10)의 내부로 떨어지도록, 도 4에 도시된 바와 같이, 홀이 마련된다.

펌프(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)와 연결되어 저장 탱크(10)에 저장된 물을 사용처로 공급하거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기(60)로 공급하거나, 도 3에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)로 공급할 수 있다.

본 실시 예에서 펌프(20)는 상시 운전을 하되 펌프(20)의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환시키는 펌프(20)일 수 있다.

개폐 밸브(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(20)와 사용처를 연결하는 메인 라인(40)에 마련되어 펌프(20)에서 메인 라인(40)을 개폐시킨다.

본 실시 예에서 개폐 밸브(30)는 사용처로 액체를 공급하는 경우에는 개방되어 있고, 이 외에는 닫혀 져 있을 수 있다.

또한 본 실시 예에서 개폐 밸브(30)와 바이 패스 밸브(92)는 전자 밸브 일 수 있다.

메인 라인(40)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크와 사용처를 연결하는 라인이며, 메인 라인(40)에는 펌프(20)와 개폐 밸브(30)가 마련될 수 있다.

분기 라인(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(20)와 개폐 밸브(30)를 연결하는 메인 라인(40)에서 분기되어 발전기(60)로 연결되며 펌프(20)에서 펌핑 되는 액체를 발전기(60)로 공급한다.

발전기(60)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)에 마련되며 분기 라인(50)을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되어 전기 에너지를 발생시킨다.

본 실시 예에서 발전기(60)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)의 상측부에 볼트 또는 용접 결합 되는 블레이드 하우징(61)과, 블레이드 하우징(61)의 내부에 회전 가능하게 마련되며 분기 라인(50)을 통해 공급되는 액체의 압력 에너지에 의해 운동 에너지로 변환되어 회전되는 복수의 블레이드(62)를 포함한다.

본 실시 예에서 발전기(60)의 내부에는 공지된 코일과 회전자와 자석이 마련될 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 개방된 블레이드 하우징(61)의 하측부는 개폐판(81)에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이, 닫혀 있고, 발전 시에는 개폐판(81)이 도 4를 기준으로 좌측으로 이동되어 블레이드 하우징(61)의 내부로 유입되어 복수의 블레이드(62)에 부딪힌 액체는 저장 탱크(10)의 내부로 유입될 수 있다.

한편 본 실시 예에서 발전기(60)에서 생성된 전기 에너지는 에너지 저장부(100)를 거치지 않고 바로 전기 소요처로 공급될 수 있다.

차단 밸브(70)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 발전기(60)와 근접된 영역의 분기 라인(50)에 마련되어 발전기(60)로 액체가 공급되지 않도록 분기 라인(50)을 개폐시키는 역할을 한다.

즉 발전기(60)의 유지 보수가 필요하여 발전기(60)로 공급되는 액체를 차단할 필요가 있는 경우 차단 밸브(70)를 잠궈 액체의 공급을 중지시킬 수 있다.

차단부(80)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)의 상측부에 마련되어 블레이드 하우징(61)의 하측부를 개폐시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 차단부(80)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 블레이드 하우징(61)에 이동 가능하게 마련되어 블레이드 하우징(61)의 하측부를 개폐시키는 개폐판(81)과, 저장 탱크(10)에 마련되어 개폐판(81)을 이동시키는 개폐판 구동부(82)를 포함한다.

차단부(80)의 개폐판(81)은, 발전기(60)의 미 작동 시, 도 4에 도시된 바와 같이, 블레이드 하우징(61)의 하측부를 막아 저장 탱크(10)의 내부에 있는 유체가 블레이드 하우징(61)의 내부로 유입되는 것을 막아 복수의 블레이드(62)의 부식을 방지할 수 있다.

차단부(80)의 개폐판 구동부(82)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장 탱크(10)의 상면부에 마련되어 개폐판(81)을 도 4를 기준으로 좌우 방향으로 이동시킬 수 있다.

본 실시 예에서 개폐판 구동부(82)는 공지된 실린더나 리니어 모터를 포함한다.

바이 패스부(90)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기 라인(50)에서 분기 되는 라인에 마련되어 펌프(20)에서 공급되는 액체를 발전기(60)로 공급하지 않고 바로 저장 탱크(10)의 내부로 공급시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 바이 패스부(90)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기 라인(50)에서 분기되어 저장 탱크(10)로 연결되는 바이 패스 라인(91)과, 바이 패스 라인(91)에 마련되는 바이 패스 밸브(92)를 포함한다.

본 실시 예에서 펌프(20)에서 공급되는 액체를 사용처와 발전기(60)로 공급하지 않고 저장 탱크(10)로 공급하는 경우 제어부는 개폐 밸브(30)와 차단 밸브(70)를 잠그고 바이 패스 밸브(92)를 개방시킬 수 있다.

에너지 저장부(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 발전기(60)에 연결되어 발전기(60)에서 생성된 전기 에너지를 저장할 수 있다.

또한 본 실시 예에서 에너지 저장부(100)는 발전기(60)의 작동 시나 작동 완료 시 개폐판 구동부(82)로 전기 에너지를 공급할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 소수력 발전 시스템
10 : 저장 탱크
20 : 펌프
30 : 개폐 밸브
40 : 메인 라인
50 : 분기 라인
60 : 발전기
70 : 차단 밸브
80 : 차단부
90 : 바이 패스부
100 : 에너지 저장부

Claims

액체가 저장되는 저장 탱크;
상기 저장 탱크에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프;
상기 저장 탱크와 상기 펌프를 연결함과 아울러 상기 펌프와 상기 사용처를 연결하는 메인 라인;
상기 메인 라인에서 분기되는 분기 라인; 및
일측부는 상기 저장 탱크에 결합 되고 타측부는 상기 분기 라인과 연결 되며 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기를 포함하고,
상기 발전기를 통과한 액체는 상기 저장 탱크로 공급되고,
상기 펌프는 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프이고,
상기 저장 탱크에 마련되어 상기 발전기의 작동 시 상기 발전기의 블레이드 하우징의 하부를 개방시켜 상기 블레이드 하우징의 내부로 유입된 액체가 상기 저장 탱크의 내부로 떨어지도록 하고,
상기 발전기의 미 작동시 상기 발전기의 블레이드 하우징을 하측부를 막아 상기 저장 탱크의 내부에 있는 유체가 상기 블레이드 하우징의 내부로 유입되는 것을 막는 차단부를 더 포함하고,
상기 차단부는, 상기 블레이드 하우징에 이동 가능하게 마련되어 상기 블레이드 하우징의 하측부를 개폐시키는 개폐판 및 상기 저장 탱크에 마련되어 상기 개폐판을 이동시키는 개폐판 구동부를 포함하는 소수력 발전 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 분기 라인에 마련되어 상기 발전기로 공급되는 액체를 차단시키는 차단 밸브를 더 포함하는 소수력 발전 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 분기 라인에서 분기 되어 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체를 상기 발전기를 바이 패스 하여 상기 저장 탱크로 공급시키는 바이 패스부를 더 포함하는 소수력 발전 시스템.
액체가 저장되는 저장 탱크;
상기 저장 탱크에 저장된 액체를 사용처로 공급하는 펌프;
상기 저장 탱크와 상기 펌프를 연결함과 아울러 상기 펌프와 상기 사용처를 연결하는 메인 라인;
상기 펌프와 상기 사용처를 연결 하는 상기 메인 라인에 마련되는 개폐 밸브;
상기 메인 라인에서 분기되는 분기 라인;
일측부는 상기 저장 탱크에 결합 되고 타측부는 상기 분기 라인과 연결 되며 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체에 의해 발전되는 발전기;
상기 분기 라인에 마련되어 상기 발전기로 공급되는 액체를 차단시키는 차단 밸브;
상기 발전기의 블레이드 하우징에 이동 가능하게 마련되어 상기 블레이드 하우징의 하측부를 개폐시키는 개폐판 및 상기 저장 탱크에 마련되어 상기 개폐판을 이동시키는 개폐판 구동부가 구비된 차단부;
상기 분기 라인에서 분기 되어 상기 분기 라인을 통해 공급되는 액체를 상기 발전기를 바이 패스시켜 상기 저장 탱크로 공급시키는 바이 패스부; 및
상기 저장 탱크에 마련되어 상기 발전기에서 발전 된 전기 에너지가 저장되며 상기 전기 에너지를 상기 개폐판 구동부로 공급시키거나 전력 계통에 연계되어 전기 소요처에 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장부를 포함하고,
상기 펌프는 상시 운전을 하되 펌프의 유량이 흐르지 않음에 의한 과부하를 방지하기 위해 최소 유량을 재순환하는 펌프이고,
상기 발전기의 작동 시 제어부는 상기 개폐 밸브와 상기 바이 패스부의 바이 패스 밸브를 닫아 상기 펌프에서 펌핑 되는 액체를 상기 발전기로 공급시키고,
상기 발전기의 수리 시 상기 제어부는 상기 개폐 밸브와 상기 차단 밸브를 닫고 상기 바이 패스 밸브를 열어 상기 펌프에서 펌핑 되는 액체를 상기 저장 탱크로 공급시키고,
상기 발전기에서 발전된 전기 에너지는 상기 전력 계통에 연계되어 상기 전기 소요처로 전력을 공급할 수 있고,
상기 차단부는 상기 발전기의 작동 시 상기 발전기의 블레이드 하우징의 하부를 개방시켜 상기 블레이드 하우징의 내부로 유입된 액체가 상기 저장 탱크의 내부로 떨어지도록 하고,
상기 발전기의 미 작동시 상기 발전기의 블레이드 하우징을 하측부를 막아 상기 저장 탱크의 내부에 있는 유체가 상기 블레이드 하우징의 내부로 유입되는 것을 막는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템.