KR102240500B1 - 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 22.9kV, 154kV 또는 345kV의 송배전선로를 운용하는 지하전력구에서 내부 환기를 위해 사용되는 공기를 새로운 에너지원으로 하여 저장 비축해 두었다가 첨두(Peak) 부하시 발전하여 활용함으로써 에너지 효율을 높이고, 에너지 부족분을 보충하면서 특히, 송배전용 지하전력구의 복합적, 다목적 활용에 기여할 수 있도록 개선된 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

Description

지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템{Power generation system using ventilation of underground power outlet}
본 발명은 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 22.9kV, 154kV 또는 345kV의 송배전선로를 운용하는 지하전력구에서 내부 환기를 위해 사용되는 공기를 새로운 에너지원으로 하여 저장 비축해 두었다가 첨두(Peak) 부하시 발전하여 활용함으로써 에너지 효율을 높이고, 에너지 부족분을 보충하면서 특히, 송배전용 지하전력구의 복합적, 다목적 활용에 기여할 수 있도록 개선된 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 지하전력구는 지하에 설치하는 공동구(utility-pipe conduit)의 일종으로서, 전력선, 가스관, 통신선 및 각종 케이블 등을 함께 수용하는 지하터널이다.
이는 전력선, 가스관, 통신선 및 각종 케이블 등을 지하에 설치된 구조물에 수용함으로써 도시의 미관을 아름답게 하고, 도로구조를 보존하며, 교통의 원활한 소통, 지상의 어지러운 선로 등에 의한 대형사고 예방 등의 효과가 있기 때문에 활용되고 있다.
이중에서 전력선과 관련해서는 각종 송배전선이 배선되는데, 특히 22.9kV, 154kV 또는 345kV의 송배전선로를 주로 운용하고 있다.
뿐만 아니라, 이러한 지하전력구에는 환기를 위해 다수의 송풍기가 설치되어 있다.
그런데, 이러한 지하전력구는 송배전선로를 구현한 것 외에 아무런 활용성이 없어 볼륨과 설치 비용 대비 비효율적이라는 지적이 끊이지 않고 있다.
국내 등록특허 제10-0911934호(2009.08.05.) 지하전력구의 배수펌프 및 송풍기 제어방법
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 22.9kV, 154kV 또는 345kV의 송배전선로를 운용하는 지하전력구에서 내부 환기를 위해 사용되는 공기를 새로운 에너지원으로 하여 저장 비축해 두었다가 첨두(Peak) 부하시 발전하여 활용함으로써 에너지 효율을 높이고, 에너지 부족분을 보충하면서 특히, 송배전용 지하전력구의 복합적, 다목적 활용에 기여할 수 있도록 개선된 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 지하전력구의 환기용 공기를 압축하여 저장하는 공기저장탱크(100); 상기 공기저장탱크(100)에 저장된 공기를 영하 30-40℃ 까지 냉각시키는 메인냉각기(200); 지하전력구에서 환기되는 공기를 도입하는 흡기팬(330); 상기 흡기팬(330)이 흡입한 공기를 순차적으로 높은 압력을 갖도록 압축하고, 압축된 공기를 냉각하도록 복수개가 차례로 설치된 컴프레셔(320) 및 공기냉각기(310); 상기 공기저장탱크(100)의 외주면 일측에 설치된 토출관(400); 상기 토출관(400)의 단부에 설치된 공기터빈(420); 상기 공기터빈(420) 전단의 토출관(400)에 구비되고, 공기터빈(420)과 연동하여 개폐되는 토출조절밸브(410); 상기 공기터빈(420)에 연결되어 전기를 생산하는 발전기(430);를 포함하고, 복수개의 상기 컴프레셔(320)를 순차로 통과하면서 압축되는 공기 압력이 점차 높아지게 하여 공기저장탱크(100)로 공급되는 최종단에서는 15-20bar로 유지되게 압축되며; 상기 흡기팬(330)의 내경에는 공기냉각기(310)로부터 분기된 냉각파이프(332)가 코일형태로 감겨 설치된 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 있어서;
상기 토출조절밸브(410)를 거치기 전의 토출관(400) 상에 기격완충구(500)를 더 설치하되, 상기 기격완충구(500)는 원통형상으로 형성되고, 내경 상단과 하단에는 각각 림(Rim)이 형성된 완충구본체(510); 완충구본체(510) 내부에 내장되고 역원뿔대 형상을 갖는 유동완충부재(520); 상기 완충구본체(510)의 내경 상단 림에 걸려있는 상태에서 유동완충부재(520)의 상단을 탄성가압하는 코일스프링(530); 상기 완충구본체(510)의 상측 토출관(400) 상에 연결설치된 압해소부재(540);를 포함하고;
상기 압해소부재(540)는 원통형상의 하우징(541)과, 상기 하우징(541)을 상기 토출관(400)에 연통시키면서 고정하는 연결관(543)과, 상기 하우징(541)의 전면 중앙에 형성되어 회수된 공기를 내부탱크(120)로 회귀시키는 회귀공(542)과, 상기 하우징(541)에 내장된 유동원판(544)과, 상기 유동원판(544)에 다수 천공형성된 통기공(545)과, 상기 하우징(541)의 전면과 유동원판(544) 사이에 개재된 완충스프링(546)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 22.9kV, 154kV 또는 345kV의 송배전선로를 운용하는 지하전력구에서 내부 환기를 위해 사용되는 공기를 새로운 에너지원으로 하여 저장 비축해 두었다가 첨두(Peak) 부하시 발전하여 활용함으로써 에너지 효율을 높이고, 에너지 부족분을 보충하면서 특히, 송배전용 지하전력구의 복합적, 다목적 활용에 기여할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 일반적인 지하전력구의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템을 보인 구성 블럭도이다.
도 3은 도 2의 발전시스템을 구성하는 공기저장탱크의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발전시스템을 구성하는 기격(氣擊)완충구의 예시도이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 예시된 것일 뿐 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명에 따른 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템은 도 1의 예시와 같은 지하전력구에 설치된다.
지하전력구는 도심의 지하에 건설된 대형 지하터널로서, 내부 환기를 위한 공기이동량이 상당하다.
이러한 지하전력구 내부에서 적어도 2개 이상의 터널이 교차하는 지점의 일측 공간에 본 발명에 따른 발전시스템이 설치된다.
도 2 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전시스템은 공기저장탱크(100)를 포함한다.
상기 공기저장탱크(100)는 공기를 압축시키고 냉각시켜 수축된 상태로 저장함으로써 빼내어 쓸 때 부피팽창에 의한 에너지를 동력으로 발전할 수 있도록 하기 위함이다.
통상, 대부분의 지하전력구 내부에서 환기용으로 사용되는 공기는 그냥 단순한 환기 이외에 다른 기능은 없었다. 하지만, 본 발명에서는 이러한 환기되는 공기를 별도로 저장하여 에너지원으로 사용하는데 그 촛점이 있다.
이를 위해, 상기 공기저장탱크(100)는 대형 외부탱크(110)와, 상기 외부탱크(110) 내부에 내장되는 내부탱크(120)를 포함한다.
이때, 상기 외부탱크(110)와 내부탱크(120)는 40bar 이상의 압력을 견딜 수 있는 압력용기로 제조되며, 내부탱크(120)의 외주면과 외부탱크(110)의 내부면에는 다수의 고정브라켓(130)이 설치되어 상호 고정하게 된다.
그리고, 상기 외부탱크(110)와 내부탱크(120) 사이에는 쿨런트(C)가 채워진다.
아울러, 상기 쿨런트(C)는 영하 40-50℃까지 냉각되어 내부탱크(120) 내부를 영하 30-40℃ 범주로 냉각시켜 저장된 공기가 냉각된 상태로 압축된 채 저장 유지되게 하여 준다.
이것은 압축된 공기가 부피팽창하지 않도록 강제적으로 억제하는 것이다.
이를 위해, 상기 외부탱크(110)의 상단부와 하단부에는 상기 쿨런트(C)와 연통되는 흡입관(P1)과 배출관(P2)이 각각 연결되고, 상기 흡입관(P1)과 배출관(P2)은 메인냉각기(200)에 연결 배관되어 쿨런트(C)를 상기 온도 범위로 항상 냉각시키게 된다.
즉, 쿨런트(C)가 흡입관(P1)-메인냉각기(200)-배출관(P2)의 경로를 반복적으로 거치면서 유동하도록 하여 냉각작용이 지속적으로 이루어지도록 구성된다.
한편, 상기 외부탱크(110)의 둘레에는 간격을 두고 다수의 공기주입관(300)이 설치되는데, 상기 공기주입관(300)의 일단은 외부탱크(110)를 관통하여 내부탱크(120)와 연통되게 배관된다.
그리고, 상기 공기주입관(300)의 타단에는 길이방향으로 간격을 두고 공기냉각기(310)와 컴프레셔(320)가 한 쌍을 이루어 다수쌍 구비된다.
이것은 복수개의 컴프레셔(320)를 순차로 통과하면서 공기를 압축하는 압력이 점차 높아지도록 하여 최종단에서는 대략 15-20bar 정도까지 압축되도록 한다.
그런데, 컴프레셔(320)로 압축하게 되면 압축되던 공기의 온도가 올라가기 때문에 이를 냉각시키기 위해 컴프레셔(320)들 사이에 공기냉각기(310)가 필수적으로 설치되어야 한다. 그래야, 후속 컴프레셔(320)에서의 압축효율이 향상되게 된다.
아울러, 공기저장탱크(100)로부터 가장 원거리에 있는 컴프레셔(320)의 전단에는 흡기팬(330)이 더 설치되는데, 상기 흡기팬(330)은 지하전력구에서 환기되는 공기를 컴프레셔(320) 쪽으로 강제 진입시키는 기능을 수행하게 된다.
이때, 상기 흡기팬(330)의 내경에는 공기냉각기(310)로부터 분기된 냉각파이프(332)가 코일형태로 감겨 설치되게 함으로써 환기되는 공기를 흡입하여 컴프레셔(320)로 공급할 때 초기 냉각이 이루어지게 하여 압축효율을 높일 수 있도록 구성하면 더욱 좋다.
뿐만 아니라, 상기 공기주입관(300)의 내부탱크(120) 노출단에는 체크밸브(340)가 설치되어 내부탱크(120)의 압축된 공기가 외부로 역류되는 것을 차단하도록 구성된다.
그리고, 상기 공기저장탱크(100)의 외주면 일측에는 토출관(400)이 설치되고, 상기 토출관(400)에는 토출조절밸브(410)가 설치되며, 상기 토출조절밸브(410)는 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 제어되게 설계된다.
또한, 상기 토출관(400)의 단부에는 공기터빈(420)이 설치되고, 상기 공기터빈(420)에는 발전기(430)가 연결된다.
때문에, 토출관(400)을 통해 냉각되어 있던 압축된 공기가 토출되게 되면 승온되면서 급격한 부피팽창이 일어나고, 굉장히 빠른 속도로 공기터빈(420)을 통과하면서 이를 회전시키게 되므로 결국 발전기(430)가 회전되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 전력 생산은 첨두부하(尖頭負荷)시 이루어지게 하여 부하전력을 경감할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
여기에서, 첨두부하란 하루의 전력 사용 상황으로 보아 여러 가지 부하가 겹쳐져서 종합 수요가 커지는 시각의 부하를 말하는 것으로, 피크(Peak) 부하라고도 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 발전시스템은 단순히 환기 외에는 유용성이 없던 지하전력구내 환기되는 공기를 이용하여 첨부부하시 전력을 생산할 수 있도록 함으로써 지하전력구의 복합적, 다목적 활용이 가능한 효과를 제공하게 된다.
덧붙여, 본 발명에서는 도 4와 같은 기격(氣擊)완충구(500)를 더 구비한다.
상기 기격완충구(500)는 수격(水擊)에 의해 밸브가 파손되는 것처럼 압축된 공기가 급속하게 팽창하면서 빠른 속도로 이동하기 때문에 기체에 의해 밸브가 파손되는 이른 바, 기격(氣擊) 현상이 유발되어 무인 관리도중 사고가 발생하게 되면 커다란 손실이 발생되므로 이를 사전에 미리 방지하기 위한 수단이다.
이러한 기격완충구(500)는 토출조절밸브(410)를 거치기 전의 토출관(400) 상에 설치되는 것으로, 토출관(400)을 분리한 후 그 사이에 완충구본체(510)를 조립 설치하도록 구성된다.
이때 완충구본체(510)의 내부 구조를 잘 보이기 위해 도 4는 일부러 완충구본체(510)의 일부를 절개하여 도시하였다.
상기 완충구본체(510)는 원통형상으로 형성되고, 내경 상단과 하단에는 각각 림(Rim)이 형성된다.
그리고, 상기 완충구본체(510)의 내부에는 유동완충부재(520)가 내장된다.
여기에서, 상기 유동완충부재(520)를 내장하기 위해 상기 완충구본체(510)는 이분할된 상태에서 상호 나사체결되는 방식으로 조립될 수 있다.
아울러, 상기 유동완충부재(520)는 역원뿔대 형상을 가지며, 코일스프링(530)의 개재하에 내장된다.
따라서, 상기 유동완충부재(520)의 상단은 림에 걸려있는 코일스프링(530)에 의해 탄성완충되며, 유동완충부재(520)의 하단은 토출관(400)의 내부로 일부 삽입된 상태에서 둘레가 하부에 형성된 림에 걸림되게 배치된다.
그리하여, 압축된 공기가 팽창하면서 토출될 때 유동완충부재(520)가 밀려 올라가면서 기격(氣擊)을 완충하게 된다. 이때, 코일스프링(530)이 존재하고 있기 때문에 토출관(400)이 막히는 일은 없고 원활하게 배기된다.
나아가, 기격(氣擊) 해소를 확실하게 하기 위해 완충구본체(510)의 상측 토출관(400) 상에는 압해소부재(540)가 연결 설치된다.
상기 압해소부재(540)는 순간적으로 고압이 걸렸을 때 그 일부를 회수하여 다시 내부탱크(120)로 회귀시킴으로써 토출관로 상에 순간적으로 걸리는 압을 해소할 수 있다.
이를 위해, 상기 압해소부재(540)는 원통형상의 하우징(541)과, 상기 하우징(541)을 상기 토출관(400)에 연통시키면서 고정하는 연결관(543)과, 상기 하우징(541)의 전면 중앙에 형성되어 회수된 공기를 내부탱크(120)로 회귀시키는 회귀공(542)과, 상기 하우징(541)에 내장된 유동원판(544)과, 상기 유동원판(544)에 다수 천공형성된 통기공(545)과, 상기 하우징(541)의 전면과 유동원판(544) 사이에 개재된 완충스프링(546)을 포함한다.
이때, 상기 회귀공(542)에는 회귀관이 연결 배관된다. 다만, 도면에서는 이를 생략하였다.
이에 따라, 과압이 걸렸을 경우, 일부압은 연결관(543)을 통해 하우징(541) 내부로 유입된 후 유동원판(544)을 밀면서 1차 완충되고, 이어 통기공(545)을 통해 빠져나가면서 순간적인 압을 해소하게 된다.
빠져나간 압, 즉 공기는 내부탱크(120)로 회귀된다.
이와 같이 구성함으로써 발전시스템의 장수명화를 달성할 수 있고, 고장 발생율을 현저히 줄일 수 있다.
100: 공기저장탱크
200: 메인냉각기
300: 공기주입관
400: 토출관
500: 기격완충구

Claims (1)

  1. 지하전력구의 환기용 공기를 압축하여 저장하는 공기저장탱크(100); 상기 공기저장탱크(100)에 저장된 공기를 영하 30-40℃ 까지 냉각시키는 메인냉각기(200); 지하전력구에서 환기되는 공기를 도입하는 흡기팬(330); 상기 흡기팬(330)이 흡입한 공기를 순차적으로 높은 압력을 갖도록 압축하고, 압축된 공기를 냉각하도록 복수개가 차례로 설치된 컴프레셔(320) 및 공기냉각기(310); 상기 공기저장탱크(100)의 외주면 일측에 설치된 토출관(400); 상기 토출관(400)의 단부에 설치된 공기터빈(420); 상기 공기터빈(420) 전단의 토출관(400)에 구비되고, 공기터빈(420)과 연동하여 개폐되는 토출조절밸브(410); 상기 공기터빈(420)에 연결되어 전기를 생산하는 발전기(430);를 포함하고, 복수개의 상기 컴프레셔(320)를 순차로 통과하면서 압축되는 공기 압력이 점차 높아지게 하여 공기저장탱크(100)로 공급되는 최종단에서는 15-20bar로 유지되게 압축되며; 상기 흡기팬(330)의 내경에는 공기냉각기(310)로부터 분기된 냉각파이프(332)가 코일형태로 감겨 설치된 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템에 있어서;
    상기 토출조절밸브(410)를 거치기 전의 토출관(400) 상에 기격완충구(500)를 더 설치하되, 상기 기격완충구(500)는 원통형상으로 형성되고, 내경 상단과 하단에는 각각 림(Rim)이 형성된 완충구본체(510); 완충구본체(510) 내부에 내장되고 역원뿔대 형상을 갖는 유동완충부재(520); 상기 완충구본체(510)의 내경 상단 림에 걸려있는 상태에서 유동완충부재(520)의 상단을 탄성가압하는 코일스프링(530); 상기 완충구본체(510)의 상측 토출관(400) 상에 연결설치된 압해소부재(540);를 포함하고;
    상기 압해소부재(540)는 원통형상의 하우징(541)과, 상기 하우징(541)을 상기 토출관(400)에 연통시키면서 고정하는 연결관(543)과, 상기 하우징(541)의 전면 중앙에 형성되어 회수된 공기를 내부탱크(120)로 회귀시키는 회귀공(542)과, 상기 하우징(541)에 내장된 유동원판(544)과, 상기 유동원판(544)에 다수 천공형성된 통기공(545)과, 상기 하우징(541)의 전면과 유동원판(544) 사이에 개재된 완충스프링(546)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하전력구의 환기를 이용한 발전시스템.
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