KR101992780B1 - 배수관에 설치되는 소수력 발전장치 - Google Patents

배수관에 설치되는 소수력 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배수관를 통해 낙하하는 배출수에 의한 발전효율을 높일 수 있고, 배수관에 배출수의 수량이 증가하더라도 원활한 배출이 가능하도록 구성한 소수력 발전장치를 제공한다. 본 발명은, 상하로 연장된 배수관의 중간에 설치되어 배수관을 통한 배출수가 내부공간을 통해 상하방향으로 통과하는 유동관체와, 상기 유동관체의 일측면에 설치되고 내부공간에 설치된 임펠러와 상기 임펠러와 연결되어 발전하는 발전기를 포함한 발전장치와, 상기 내부공간에서 유동관체의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되어 배출수를 임펠러의 상측으로 안내하는 유동안내부재를 포함하되, 유동안내부재는 상측에서 하측으로 가면서 반시계방향으로 연장되고 임펠러의 상측에 끝단부가 위치하여 임펠러에 배출수를 낙하시킨다.

Description

배수관에 설치되는 소수력 발전장치{SMALL HYDROPOWER GENERATING APPARATUS INSTALLED IN DRAIN PIPE}
본 발명은 배수관에 설치되는 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 공동주택 등에서 버려지는 배출수가 낙하하는 배수관에 설치되고, 배출수가 회전하면서 낙하하는 관내 흐름특성을 유동안내부재에 의해 유지하면서 발전장치의 임펠러를 회전시켜 발전효율을 보다 높일 수 있도록 한 소수력 발전장치에 관한 것이다.
공동주택 등의 건물에서는 수직의 배출구를 통해 많은 양의 배출수가 버려지고 있고, 이러한 배출수는 고층 건물일수록 큰 낙차를 가지므로 에너지로 활용할 수 있는 가치가 높다.
그러한 배출수를 에너지 자원으로 활용하는 것은 설치상의 어려움과 복잡한 구조로 인해 기피되는 경우가 많고, 낮은 경제적 효율성의 문제가 큰 걸림돌이 되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 건물의 배수관에 설치되는 소수력 발전장치의 구성을 도시하는 것으로서, 등록특허 제10-1001609호와 등록특허 10-1830846호에 각각 기재된 것이다.
도 1 및 도 2의 소수력 발전장치는 공동주택 등의 배수관(1)에 발전을 위한 임펠러(2)가 설치되고 배출수가 임펠러(2)를 타격하여 회전시킴으로써, 발전이 이루어진다.
도 2에서는 임펠러(2)의 상측에 배출수를 집수하여 임펠러(2)로 유도하는 유도관체(3)를 설치함으로써, 보다 발전효율을 높일 수 있도록 구성하고 있다. 도면부호 4는 임펠러축이고 도면부호 5는 발전기이다.
전술한 종래의 소수력 발전장치를 살펴보면, 도 1은 배수관(1)의 중앙부에 단순히 임펠러(2)를 설치하여 배출수 중 일부만이 임펠러(2)를 타격하여 회전시키고 나머지 배출수는 배수관(1)의 내주면을 따라 낙하하면서 임펠러(2)와 접촉하지 않아, 발전효율이 매우 낮을 수 밖에 없는 구성이다.
도 2는 임펠러(2)를 회전시키기 위해 낙하하는 배출수를 집수하여 임펠러(2)로 유도하는 유도관체(3)가 설치되어 임펠러(2)를 회전시키는 수력을 높일 수 있으나, 배수관(1)에 보다 많은 양의 배출수가 발생하여 낙하하는 경우, 유도관체(3)가 오히려 배수관(1)을 막아 배출수의 신속한 배출이 곤란하게 함으로써 배수관(1)이 갖추어야 할 본질적 기능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배수관을 통해 낙하하는 배출수에 의한 발전효율을 높일 수 있고, 배수관에 배출수의 수량이 증가하더라도 원활한 배출이 가능하도록 구성한 소수력 발전장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 상하로 연장된 배수관의 중간에서 상기 배수관에 상단과 하단이 연결되는 것으로서 상기 배수관을 통한 배출수가 내부공간을 통해 상하방향으로 통과하는 유동관체와, 상기 유동관체의 일측면에 설치되고 상기 내부공간에 설치된 임펠러와, 상기 임펠러와 연결되어 발전하는 발전기를 포함한 발전장치와, 상기 내부공간에서 상기 유동관체의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되어 상기 내부공간을 통과하는 배출수를 상기 임펠러의 상측으로 안내하는 유동안내부재를 포함하되, 상기 유동안내부재는 상측에서 하측으로 가면서 반시계방향으로 연장되도록 설치되고 상기 임펠러의 상측에 끝단부가 위치하여 상기 임펠러에 배출수를 낙하시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서, 상기 유동관체는 상기 배수관보다 단면적이 더 큰 관체이고, 상기 유동관체가 상기 배수관과 연결되는 상단과 하단에는, 각각 점진적으로 단면적이 증가하는 직경확대부와, 점진적으로 단면적이 감소하는 직경축소부가 포함된 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서, 상기 발전장치는 제1임펠러가 설치된 제1발전장치와, 상기 제1발전장치의 하측에 설치되는 것으로서 제2임펠러가 설치된 제2발전장치를 포함하고, 상기 유동안내부재는 상기 제1임펠러의 상측에서 상기 제1임펠러에 배출수를 안내하는 제1유동안내부재와, 상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러 사이에 설치되고 상기 제2임펠러에 배출수를 안내하는 제2유동안내부재를 포함하며, 상기 제1임펠러와 상기 제2임펠러는 임펠러축이 상기 유동관체의 길이방향과 직교하는 방향으로 설치되고, 상기 제1임펠러의 날개는, 상기 배출수가 낙하하면서 상기 제1임펠러를 타격한 후 상기 반시계방향으로의 회전을 유지하도록, 상기 배출수를 상기 유동관체의 벽면으로 유도하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 소수력 발전장치에서, 상기 임펠러의 후방에서 상기 유동관체에 설치되어, 상기 임펠러의 후방에서 상기 임펠러의 전방을 향하는 방향으로 상기 임펠러의 날개에 세척수를 분사하는 세척노즐이 설치되고, 상기 임펠러의 상기 날개는 상기 임펠러의 후방에서 상기 임펠러의 전방을 향하는 방향을 기준으로 경사지게 형성됨으로써, 상기 세척노즐의 세척수가 타격시 상기 임펠러가 회전하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 다른 관점에서 본 발명은, 위의 소수력 발전장치가 설치되고 상하방향으로 연장되어 배출수가 낙하하는 배수관과, 상기 배수관에서 상기 소수력 발전장치가 설치된 부분의 하측에 설치되어 상기 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제1개폐밸브와, 상기 제1개폐밸브의 개폐작동을 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 제1개폐밸브가 설정시간동안 폐쇄작동한 후, 상기 세척노즐이 상기 세척수를 분사하도록 제어하는 소수력 발전장치를 제공한다.
또한, 그러한 소수력 발전장치는, 상기 배수관과 나란히 상하방향으로 설치되어 타배출수가 낙하하는 타배수관과, 상기 배출수가 상기 소수력 발전장치를 우회하도록 상기 소수력 발전장치의 상단과 하측에서 상기 배수관과 각각 상단과 하단이 연결되는 바이패스관과, 상기 타배수관과 상기 배수관을 상기 소수력 발전장치의 상단과 상기 바이패스관의 상단 사이에서 서로 연결하여 타배출수를 상기 소수력 발전장치로 유도하는 제1연결관과, 상기 소수력 발전장치의 하측에서 상기 배수관과 상기 타배수관을 서로 연결하여 상기 소수력 발전장치를 통과하는 타배출수를 상기 타배수관으로 유도하는 제2연결관과, 상기 제1개폐밸브는 상기 소수력 발전장치와 상기 바이패스관의 하단 사이에 설치되고, 상기 바이패스관의 상단과 상기 제1연결관 사이의 상기 배수관에 설치되어 상기 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제2개폐밸브와, 상기 제1연결관에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제3개폐밸브와, 상기 제2연결관에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제4개폐밸브와, 상기 제1연결관과 상기 제2연결관 사이에서 상기 타배수관을 통한 타배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제5개폐밸브 포함하고, 상기 제어기는 제5개폐밸브를 폐쇄하고 상기 제3개폐밸브 및 상기 제4개폐밸브의 개방작동시, 상기 제1개폐밸브 및 상기 제2개폐밸브를 폐쇄시켜, 상기 배출수가 상기 바이패스관을 통해 상기 소수력 발전장치를 우회하도록 유도하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 유동안내부재가 상측에서 하측으로 가면서 반시계방향으로 연장되도록 설치되고 임펠러의 상측에 끝단부가 위치하여 상기 임펠러에 배출수를 낙하하도록 구성된다.
이에 따라, 배수관을 통해 반시계방향으로 회전하면서 낙하하는 배출수를 유동안내부재가 안내하여 배출수가 낙하하는 에너지를 유지하면서 임펠러를 집중적으로 타격할 수 있도록 함으로써, 배출수에 의해 발전효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소수력 발전장치는, 유동관체가 배수관보다 단면적이 더 큰 관체이고, 상단과 하단에서 각각 직경확대부와 직경축소부에 의해 연결되도록 구성하며, 유동관체의 내주면에 유동안내부재가 나선궤적으로 설치된다.
이에 따라, 직경이 증가된 유동관체의 내주면을 따라 유동안내부재가 나선궤적으로 설치되어, 배수관에서 배출수의 수량 증가시에도 유동안내부재가 안내할 수 있는 수량 이상의 수량에 대하여는 중간 부분을 통해 낙하시킬 수 있으므로, 유동안내부재가 배수정체를 유발하지 않고, 원활한 배출이 가능하도록 한다.
도 1는 종래 건물의 배수관에 설치되는 소수력 발전장치의 구성을 도시하는 구성설명도
도 2는 종래 건물의 배수관에 설치되는 소수력 발전장치의 다른 구성을 도시하는 구성설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치의 전체 구성을 도시하는 구성설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 발전장치와 유동안내부재를 구성을 확대하여 도시하는 구성설명도
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 제1유동안내부재와 제2유동안내부재를 각각 상측에서 하측을 향해 바라본 구성을 도시하는 구성설명도
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 발전장치가 설치된 부분에 관한 단면구성도
도 7의 (a) 및 (b)와, 도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 유동안내부재가 배출수를 임펠러에 낙하시키는 작용과, 임펠러의 날개가 배출수를 안내하는 작용을 설명하는 작용설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 배출수가 전체적으로 유동하는 과정을 설명하는 설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치에서 세척노즐의 구성 및 작용을 설명하는 설명도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전시스템의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 구성설명도
도 12는 도 11의 소수력 발전시스템에서 타배출수에 의해 발전이 이루어지는 과정 중, 각 개폐밸브의 작동과정을 설명하는 설명도
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전장치는, 상하로 연장된 배수관(10)의 중간에서 배수관(10)에 상단(24)과 하단(25)이 연결되는 것으로서 배수관(10)을 통한 배출수가 내부공간(34)을 통해 상하방향으로 통과하는 유동관체(20)와, 상기 유동관체(20)의 일측면에 설치되고 상기 내부공간(34)에 설치된 임펠러(31a,32a)와 상기 임펠러(31a,32a)와 연결되어 발전하는 발전기(31c,32c)를 포함한 발전장치(30)와, 상기 내부공간(34)에서 유동관체(20)의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되어 내부공간(34)을 통과하는 배출수를 임펠러(31a,32a)의 상측으로 안내하는 유동안내부재(40)를 포함한다.
유동관체(20)가 설치되는 배수관(10)은 공동주택 등에서 생활하수 등의 배출수가 낙하하는 수직의 관체로서, 상기 유동관체(20)는 상하로 연장된 배수관(10)의 중간에서 배수관(10)에 상단(24)과 하단(25)이 연결되는 것이다.
유동관체(20)가 배수관(10)의 중간에 설치됨으로써, 배수관(10)을 통해 낙하하는 배출수가 유동관체(20)의 내부공간(34)을 통과하여 상하방향을 따라 하측으로 낙하한다.
상기 유동관체(20)는 단면적이 확관된 관체로서, 배수관(10)보다 단면적이 더 크게 형성되고, 본체(21)가 배수관(10)과 연결되는 상단(24)과 하단(25)에는, 각각 본체(21)가 단면적이 더 작은 배수관(10)과 연결될 수 있도록, 점진적으로 단면적이 증가하는 직경확대부(22)와, 점진적으로 단면적이 감소하는 직경축소부(23)를 포함하고 있다.
직경확대부(22)는 상측의 배수관(10)측에서부터 하측으로 가면서 직경이 점차 확대되는 곡면을 가지고, 직경축소부(23)는 하측의 배수관(10)에 연결되도록 하측으로 가면서 직경이 점차 감소하는 곡면을 가지도록 형성된다.
이에 따라, 배수관(10)을 통해 낙하하는 배출수는 배수관(10)의 내주면에서 직경확대부(22)의 곡면을 따라 점차 단면적이 증가하는 영역으로 진입하므로 내주면에 밀착한 배출수의 유동하는 두께가 점차 감소한다.
내주면을 따라 낙하하는 배출수의 두께, 즉 내주면의 표면에서 측방향으로 측정된 배출수의 두께(수면높이)를 충수율이라 하고, 이 충수율은 단면적이 넓어지는 영역에 진입하면 흐르는 관체의 표면적이 증가하게 되므로 배출수가 퍼지면서 충수율이 낮아지게 되며, 내주면에 더 밀착된 낮은 두께로 배출수가 낙하한다.
참고로, 배출수는 배수관(10)을 통해 낙하시 지구자전에 의해 반시계방향으로 회전하면서 낙하하므로, 배수관(10)의 중심부에서 자유낙하하는 것이 아니라 대부분의 배출수가 배수관(10)의 벽면에서 반시계방향의 나선궤적으로 유동하면서 낙하한다.
한편, 상기 발전장치(30)는 상측에 설치되는 제1발전장치(31)와 그 하측에 설치되는 제2발전장치(32)을 포함하고, 상기 제1발전장치(31)와 제2발전장치(32)는 각각, 유동관체(20)의 일측면에 설치되고 내부공간(34)에 설치된 임펠러(31a,32a)와, 상기 임펠러(31a,32a)와 연결되어 발전하는 발전기(31c,32c)를 포함한다.
상기 임펠러(31a,32a)는 유동관체(20)의 내부공간(34)에서 배출수가 타격함으로써 회전하고, 임펠러축(31d,32d)은 기어장치(31e,32e)를 매개로 발전기(31c,32c)와 연결되어 발전기(31c,32c)를 회전시킬 수 있다.
임펠러(31a,32a)가 설치된 유동관체(20)의 내부공간(34)의 측벽은 도 6과 같이, 측벽이 평면상의 벽면(27)을 형성하고 임펠러(31a,32a)가 대향하고 있는 맞은편 측벽(29)은 원주면을 형성하고 있다.
이러한 평면상의 측벽(27)은 임펠러(31a,32a)의 회전시 측벽이 간섭되지 않도록 하고 발전장치(30)의 설치가 용이하도록 한 것이다. 임펠러(31a,32a)의 상측에 위치하는 유동안내부재(40)의 설치 위치에서는 유동관체(20)의 측벽은 원형인 내주면으로 형성되어 내주면을 따라 유동안내부재(40)가 설치되는 것이며, 임펠러(31a,32a)가 설치된 부분만 한정하여 도 6과 같이 평면상의 측벽(27)이 형성된다.
상기 임펠러(31a,32a)는 임펠러축(31d,32d)이 유동관체(20)의 길이방향과 직교하는 방향으로 설치되고, 후술하는 제1임펠러(31a)와 제2임펠러(32a)가 모두 임펠러축(31d,32d)이 유동관체(20)의 길이방향과 직교하는 방향으로 설치된다.
임펠러(31a,32a)는 유동관체(20)의 내부공간(34)에 노출되어 있음에 반해, 발전기(31c,32c)는 유동관체(20)의 외부에 위치한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)는, 상기 배출수가 낙하하면서 상기 제1임펠러(31a)를 타격한 후 반시계방향으로의 회전을 유지하도록, 배출수를 유동관체(20)의 벽면으로 유도하는 방향으로 경사지게 형성된다.
즉, 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)는 임펠러축(31d,32d)의 둘레에서 방사상으로 일정간격을 가진 날개(31b,32b)가 복수개 배치되되, 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)는 임펠러축(31d,32d)의 길이방향, 즉 임펠러(31a,32a)의 후방에서 임펠러(31a,32a)의 전방을 향하는 방향을 기준으로 경사지게 형성된다.
상기 임펠러(31a,32a) 날개(31b,32b)의 경사는 판상으로 날개(31b,32b) 전체가 임펠러축(31d,32d)에 대하여 경사지게 배치할 수도 있으나, 임펠러축(31d,32d)의 특정한 둘레방향을 향해 도 6과 같이, 날개(31b,32b)의 전단부가 치우쳐 있는 형상의 유연한 곡면을 가진 경사가 보다 바람직하다.
상기 특정한 둘레방향은 임펠러(31a,32a)의 전방에서 임펠러(31a,32a)를 정면으로 볼 때, 반시계방향을 의미하는 것이고, 전체 날개(31b,32b)가 반시계방향으로 기울어져 있다.
이러한 임펠러(31a,32a) 날개(31b,32b)의 경사진 형상은 임펠러(31a,32a)에 부딪히 배출수가 임펠러(31a,32a)를 충격후 이탈시 유동관체(20)의 중앙부가 아닌 유동관체(20)의 내면 측으로 유도되도록 하는 역할을 한다.
배출수가 임펠러(31a,32a)를 충격후 유동관체(20)의 내면을 타고 낙하하면, 하측에 또 다른 발전장치(30)를 구비하여 그것의 임펠러(31a,32a)를 재차 회전시키기에 유리한다.
이에 따라, 본 실시예에서는 발전장치(30)가 제1임펠러(31a)가 설치된 제1발전장치(30)와, 상기 제1발전장치(30)의 하측에 설치되는 것으로서 제2임펠러(32a)가 설치된 제2발전장치(30)를 포함하여 구성되고 있다.
상기 제1임펠러(31a)의 하측에 제2임펠러(32a)가 위치함으로써 제1임펠러(31a)를 타격한 배출수가 낙하하면서 제2임펠러(32a)도 순차적으로 타격하여 회전시킬 수 있도록 한다.
다만, 제2임펠러(32a)는 내부공간(34)의 양측 중 제1임펠러(31a)가 설치되는 위치의 반대편 측에 위치함으로써, 제2발전기(31c,32c)도 유동관체(20)에서 제1발전기(31c,32c)가 설치된 측의 반대측에 설치된다.
각 임펠러(31a,32a)의 후방에는 세척노즐(51)이 유동관체(20)에 설치된다.
도 10을 참고하면, 상기 세척노즐(51)은 임펠러(31a,32a)의 후방에서 임펠러(31a,32a)의 전방을 향하는 방향으로 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)에 세척수를 분사하도록 설치되어 날개(31b,32b)를 세척한다.
전술한 바와 같이, 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)는 임펠러(31a,32a)의 후방에서 임펠러(31a,32a)의 전방을 향하는 방향을 기준으로 모든 날개(31b,32b)가 일방향으로 경사지게 형성되어 있으므로, 세척노즐(51)의 세척수가 날개(31b,32b)를 타격시 임펠러(31a,32a)의 회전이 이루어질 수 있고, 세척노즐(51)이 회전하는 임펠러(31a,32a)를 전체적으로 세척할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 유동안내부재(40)는 내부공간(34)에서 유동관체(20)의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되어 내부공간(34)을 통과하는 배출수를 임펠러(31a,32a)의 상측으로 안내한다.
상기 유동안내부재(40)는 제1임펠러(31a)의 상측에서 제1임펠러(31a)에 배출수를 안내하는 제1유동안내부재(41)와, 상기 제1임펠러(31a)와 제2임펠러(32a) 사이에 설치되고 제2임펠러(32a)에 배출수를 안내하는 제2유동안내부재(42)를 포함한다.
유동안내부재(40)는 상측에서 하측으로 가면서 반시계방향으로 연장되도록 설치되고 임펠러(31a,32a)의 상측에 끝단부가 위치하여 임펠러(31a,32a)에 배출수를 낙하시키는 것으로서, 제1유동안내부재(41)와 제2유동안내부재(42)가 모두 그와 같은 구성으로 설치된다.
제1유동안내부재(41)를 기준으로 설명하면, 제1유동안내부재(41)는 제1임펠러(31a)의 상측에서 유동관체(20)의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되되, 하측으로 가면서 반시계방향으로 회전하는 방향으로 연장된다.
이는 배출수가 배수관(10)을 따라 낙하하면서 반시계방향으로 회전하는 원리에 따라, 배출수가 반시계방향을 낙하하는 속도를 유지하면서 배출수를 원활히 제1임펠러(31a)까지 안내하기 위한 것이다.
제1유동안내부재(41)의 하단의 끝단부는, 제1임펠러(31a)의 상측에 위치하여 유도되는 배출수를 제1임펠러(31a)의 날개(31b)에 공급하되, 도 7과 같이, 제1임펠러(31a)의 전방에서 제1임펠러(31a)를 볼 때, 제1임펠러(31a)가 반시계방향으로 회전하도록 제1임펠러(31a)의 상측에서 제1임펠러(31a)의 날개(31b)에 경사지게 배출수를 공급한다.
이에 따라, 제1임펠러(31a)의 날개(31b)가 전술한 바와 같이 제1임펠러(31a)의 후방에서 전방을 향하는 방향을 기준으로 모든 날개(31b)가 일방향으로 경사지게 형성되어 있으므로, 제1임펠러(31a)는 회전하면서 배출수를 내부공간(34)의 측벽 측으로 안내하여 유동시키고, 측벽으로 안내된 배출수는 내부공간(34)의 내주면을 따라 반시계방향으로 회전하면서 하강한다.
한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 유동안내부재(40)의 바닥면에는 안내하는 배출수가 층류를 형성할 수 있도록 서로 나란한 안내유도홈(41a,42a) 또는 안내유도돌기가 형성되고, 그러한 안내유도홈(41a,42a) 또는 안내유도돌기는 임펠러(31a,32a)의 하단의 끝단부(41c)에 도달하기 전에 도 5의 집중점(41b,42b)에서 서로 모이도록 형성된다.
이에 따라, 유동안내부재(40)에서 안내되는 배출수는 하단의 끝단부(41c)에서 임펠러(31a,32a)를 향해 낙하시 모여 집중된 상태로 임펠러(31a,32a)를 타격할 수 있으므로, 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)에 집중된 에너지를 전달할 수 있다.
도 7과 같이 제1유동안내부재(41)에서 안내된 배출수가 제1임펠러(31a)를 타격하고 제1임펠러(31a)가 회전한 후, 제1임펠러(31a)의 날개(31b)의 경사에 의해 배출수가 안내되어 배출수는 내부공간(34)의 측벽으로 붙어서 낙하하게 되고 낙하하는 배출수는 도 8 및 도 9와 같이, 제2유동안내부재(42)를 만나게 된다.
이후, 제2유동안내부재(42)에 의해 안내된 배출수는 제2임펠러(32a)를 회전시키되, 제1임펠러(31a)를 회전시킨 경우와 동일하게 제2임펠러(32a)가 전방에서 볼 때 반시계방향으로 회전하도록 상측에서 제2임펠러(32a)의 날개(32b)를 경사지게 타격한다.
그러한 배출수가 유동하는 전체 과정은 도 9에서 궤적으로 도시하고 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 소수력 발전장치가 설치된 배수관(10)과, 그 배수관(10)과 나란히 설치된 타배수관(60)을 포함하는 소수력 발전시스템을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 전술한 소수력 발전장치가 설치되고 상하방향으로 연장되어 배출수가 낙하하는 배수관(10)과, 상기 배수관(10)에서 소수력 발전장치가 설치된 부분의 하측에 설치되어 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제1개폐밸브(71)와, 상기 제1개폐밸브(71)의 개폐작동을 제어하는 제어기(미도시)를 포함한다. 상기 제1개폐밸브(71)는 상기 소수력 발전장치와 상기 바이패스관(15)의 하단(15b) 사이에 설치되되, 후술하는 제2연결관(78)과 바이패스관(15)의 하단(15b) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예의 소수력 발전시스템에는, 상기 배수관(10)과 나란히 상하방향으로 설치되어 타배출수가 낙하하는 타배수관(60)과, 상기 배출수가 소수력 발전장치를 우회하도록 소수력 발전장치의 상측과 하측에서 배수관(10)과 각각 상단과 하단이 연결되는 바이패스관(15)과, 상기 타배수관(60)과 배수관(10)을 소수력 발전장치의 상단과 바이패스관(15)의 상단(15a) 사이에서 서로 연결하여 타배출수를 소수력 발전장치로 유도하는 제1연결관(77)과, 상기 소수력 발전장치의 하측에서 배수관(10)과 타배수관(60)을 서로 연결하여 소수력 발전장치를 통과하는 타배출수를 타배수관(60)으로 유도하는 제2연결관(78)이 설치된다.
상기 타배수관(60)은 배수관(10)과 같이 생활하수 등의 배출수가 낙하하는 수직의 관체로서, 본 명세서에서 배수관(10)과 타배수관(60)을 구분하고, 타배수관(60)에서 낙하하는 배출수는 배수관(10)의 배출수와 구분하여 타배출수로 기재되었다.
또한, 본 실시예의 소수력 발전시스템에는, 바이패스관(15)의 상단(15a)과 제1연결관(77) 사이의 배수관(10)에 설치되어 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제2개폐밸브(72)와, 상기 제1연결관(77)에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제3개폐밸브(73)와, 상기 제2연결관(78)에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제4개폐밸브(74)와, 상기 제1연결관(77)과 제2연결관(78) 사이에서 타배수관(60)을 통한 타배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제5개폐밸브(75)를 포함한다.
도 12를 참고하면, 설정된 시간주기에 따라 임펠러(31a,32a)의 세척이 이루어지되, 제어기는 설정 시간주기에 실시되는 세척모드에서 제1개폐밸브(71)를 제어하여 차단한다.
이와 함께, 제어기는 제3개폐밸브(73)와 제4개폐밸브(74)를 폐쇄하고, 제2개폐밸브(72)는 소정의 설정된 시간후에 폐쇄시킴으로써, 배출수가 제1개폐밸브(71)를 통해 배출되지 못하고 유동관체(20) 내에 배출수를 채운 후, 제2개폐밸브(72)를 차단한다.
배수관(10)을 통해 배출되는 배출수는 제2개폐밸브(72)가 차단됨으로써, 배출수가 바이패스관(15)을 통해 소수력 발전장치를 우회하도록 유도하고 바이패스관(15)을 통해 배출수가 하강할 수 있다.
이에 따라, 유동관체(20) 내에 채워진 배출수에 의해 임펠러(31a,32a)에 부착된 이물질이 설정시간 동안 불려지고, 임펠러(31a,32a)로부터 탈락이 용이한 상태가 될 수 있다.
이후, 제1개폐밸브(71) 및 제2개폐밸브(72)를 개방하여 배출수를 배수관(10)을 통해 낙하시키고, 세척노즐(51)이 세척수를 분사하여 임펠러(31a,32a)를 회전시키면서 임펠러(31a,32a)에 부착된 이물질을 탈락시켜 세척이 이루어진다.
세척노즐(51)에 의한 세척수의 분사는 제1개폐밸브(71)가 설정시간동안 폐쇄작동한 후, 이루어지는 것으로서, 제1개폐밸브(71)가 개방되지 않은 상태에서 분사하여도 무방하다.
한편, 압력센서(84) 등의 감지에 의해 타배수관(60)에서 수량이 상대적으로 많은 경우, 타배출수에 의해 소수력 발전을 실시할 수 있고, 이 때, 제어기는 타배수관(60)을 통해 낙하하는 타배출수를 유동관체(20)로 유도하여 임펠러(31a,32a)를 회전시키며, 배수관(10)을 통한 배출수는 바이패스관(15)을 통해 우회로 낙하시킨다.
즉, 도 12를 참고하면, 상기 제어기는 제5개폐밸브(75)를 폐쇄하고 제3개폐밸브(73) 및 제4개폐밸브(74)의 개방작동하여 타배출수를 유동관체(20)로 유동하도록 하여 타배출수에 의한 발전을 진행하고, 이때, 제1개폐밸브(71) 및 제2개폐밸브(72)를 폐쇄시켜, 배수관(10)을 통해 낙하하는 배출수가 바이패스관(15)을 통해 소수력 발전장치를 우회하도록 유도하고 있다.
압력센서(84) 등의 감지에 의해 타배수관(60)에서 수량이 감소된 경우, 제어기는 제3개폐밸브(73) 및 제4개폐밸브(74)를 폐쇄작동시키고, 제1개폐밸브(71) 및 제2개폐밸브(72)와 제5개폐밸브(75)를 개방하여 배수관(10)의 배출수에 의한 발전상태로 복귀시킨다.
참고로, 도면부호 81~85는 배출수 및 타배출수의 유동여부를 제어기가 확인하기 위한 압력센서이다.
10; 배수관 15; 바이패스관
15a; 바이패스관의 상단 15b; 바이패스관의 하단
20; 유동관체 21; 본체
22; 직경확대부 23; 직경축소부
27; 평면상의 벽면 29; 맞은편 측벽
30; 발전장치 31; 제1발전장치
31a; 제1임펠러 31b,32b; 날개
31c,32c; 발전기 31d,32d; 임펠러축
31e,32e; 기어장치 32; 제2발전장치
32a; 제2임펠러 34; 내부공간
40; 유동안내부재 41; 제1유동안내부재
41a,42a; 안내유도홈 42; 제2유동안내부재
51; 세척노즐 60; 타배수관
71; 제1개폐밸브 72; 제2개폐밸브
73; 제3개폐밸브 74; 제4개폐밸브
75; 제5개폐밸브 77; 제1연결관
78; 제2연결관

Claims (6)

  1. 상하로 연장된 배수관(10)의 중간에서 상기 배수관(10)에 상단과 하단이 연결되는 것으로서 상기 배수관(10)을 통한 배출수가 내부공간(34)을 통해 상하방향으로 통과하는 유동관체(20)와,
    상기 유동관체(20)의 일측면에 설치되고 상기 내부공간(34)에 설치된 임펠러(31a,32a)와, 상기 임펠러(31a,32a)와 연결되어 발전하는 발전기(31c,32c)를 포함한 발전장치(30)와,
    상기 내부공간(34)에서 상기 유동관체(20)의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되어 상기 내부공간(34)을 통과하는 배출수를 상기 임펠러(31a,32a)의 상측으로 안내하는 유동안내부재(40)를 포함하되,
    상기 유동안내부재(40)는 상측에서 하측으로 가면서 반시계방향으로 연장되도록 설치되고 상기 임펠러(31a,32a)의 상측에 끝단부가 위치하여 상기 임펠러(31a,32a)에 배출수를 낙하시키는 것이며,
    상기 발전장치(30)는 제1임펠러(31a)가 설치된 제1발전장치(30)와, 상기 제1발전장치(30)의 하측에 설치되는 것으로서 제2임펠러(32a)가 설치된 제2발전장치(30)를 포함하고,
    상기 유동안내부재(40)는
    상기 제1임펠러(31a)의 상측에서 상기 제1임펠러(31a)에 배출수를 안내하는 제1유동안내부재(41)와,
    상기 제1임펠러(31a)와 상기 제2임펠러(32a) 사이에 설치되고 상기 제2임펠러(32a)에 배출수를 안내하는 제2유동안내부재(42)를 포함하며,
    상기 제1임펠러(31a)와 상기 제2임펠러(32a)는 임펠러축(31d,32d)이 상기 유동관체(20)의 길이방향과 직교하는 방향으로 설치되고,
    상기 제1임펠러(31a)의 날개(31b)는, 상기 배출수가 낙하하면서 상기 제1임펠러(31a)를 타격한 후 상기 반시계방향으로의 회전을 유지하도록, 상기 배출수를 상기 유동관체(20)의 벽면으로 유도하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동관체(20)는 상기 배수관(10)보다 단면적이 더 큰 관체이고,
    상기 유동관체(20)가 상기 배수관(10)과 연결되는 상단과 하단에는, 각각
    점진적으로 단면적이 증가하는 직경확대부(22)와, 점진적으로 단면적이 감소하는 직경축소부(23)가 포함된 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임펠러(31a,32a)의 후방에서 상기 유동관체(20)에 설치되어, 상기 임펠러(31a,32a)의 후방에서 상기 임펠러(31a,32a)의 전방을 향하는 방향으로 상기 임펠러(31a,32a)의 날개(31b,32b)에 세척수를 분사하는 세척노즐(51)이 설치되고,
    상기 임펠러(31a,32a)의 상기 날개(31b,32b)는 상기 임펠러(31a,32a)의 후방에서 상기 임펠러(31a,32a)의 전방을 향하는 방향을 기준으로 경사지게 형성됨으로써, 상기 세척노즐(51)의 세척수가 타격시 상기 임펠러(31a,32a)가 회전하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치
  5. 제4항에 따른 소수력 발전장치가 설치되고 상하방향으로 연장되어 배출수가 낙하하는 배수관(10)과,
    상기 배수관(10)에서 상기 소수력 발전장치가 설치된 부분의 하측에 설치되어 상기 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제1개폐밸브(71)와,
    상기 제1개폐밸브(71)의 개폐작동을 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제1개폐밸브(71)가 설정시간동안 폐쇄작동한 후, 상기 세척노즐(51)이 상기 세척수를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전시스템
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배수관(10)과 나란히 상하방향으로 설치되어 타배출수가 낙하하는 타배수관(60)과,
    상기 배출수가 상기 소수력 발전장치를 우회하도록 상기 소수력 발전장치의 상측과 하측에서 상기 배수관(10)과 각각 상단과 하단이 연결되는 바이패스관(15)과,
    상기 타배수관(60)과 상기 배수관(10)을 상기 소수력 발전장치의 상단과 상기 바이패스관(15)의 상단(15a) 사이에서 서로 연결하여 상기 타배출수를 상기 소수력 발전장치로 유도하는 제1연결관(77)과,
    상기 소수력 발전장치의 하측에서 상기 배수관(10)과 상기 타배수관(60)을 서로 연결하여 상기 소수력 발전장치를 통과하는 타배출수를 상기 타배수관(60)으로 유도하는 제2연결관(78)과,
    상기 제1개폐밸브(71)는 상기 소수력 발전장치와 상기 바이패스관(15)의 하단(15b) 사이에 설치되고,
    상기 바이패스관(15)의 상단(15a)과 상기 제1연결관(77) 사이의 상기 배수관(10)에 설치되어 상기 배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제2개폐밸브(72)와,
    상기 제1연결관(77)에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제3개폐밸브(73)와,
    상기 제2연결관(78)에 설치되어 타배출수의 유동을 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제4개폐밸브(74)와,
    상기 제1연결관(77)과 상기 제2연결관(78) 사이에서 상기 타배수관(60)을 통한 타배출수의 배수를 선택적으로 허용하거나 차단하도록 개폐작동하는 제5개폐밸브(75) 포함하고,
    상기 제어기는 제5개폐밸브(75)를 폐쇄하고 상기 제3개폐밸브(73) 및 상기 제4개폐밸브(74)의 개방작동시, 상기 제1개폐밸브(71) 및 상기 제2개폐밸브(72)를 폐쇄시켜, 상기 배출수가 상기 바이패스관(15)을 통해 상기 소수력 발전장치를 우회하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전시스템
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