KR102281141B1 - 피봇 터빈 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수로의 수위 변화에 대응되게 낙차를 변동시키며 발전이 이루어지는 피봇 터빈 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 물이 내부로 유입되는 유입구가 형성된 터빈바디를 구비하되 상기 터빈바디의 유입구에 런너를 회전시켜 발전을 하게 되는 터빈을 설치하고, 상기 터빈바디의 후방으로 터빈을 통과한 물을 배출시키는 배출구가 형성된 배출바디를 결합시켜 터빈 발전장치를 구성하고, 상기 터빈바디의 상측은 보에 회동핀으로 회동되게 결합되고, 상기 배출바디의 측면과 수로 바닥 사이에는 배출바디의 높낮이를 조절하는 수위 실린더를 설치하고, 상기 터빈바디의 유입구를 막아주는 라운드 형태의 스크린을 설치하고, 상기 스크린의 배면에서 스크린에 끼워져 상부로 이동하면서 이물질을 걷어내는 스크래퍼를 설치하되 상기 스크래퍼는 수로의 측면에 힌지로 결합되고, 상기 스크래퍼는 수로의 측면에 청소 실린더와 링크로 연결하여 실린더가 스크래퍼를 스크린의 하측에서 상측으로 이동시키게 함으로써 이루어진다.

Description

피봇 터빈 발전 시스템{Pivot turbine power generation system}

본 발명은 수로의 수위 변화에 대응되게 낙차를 변동시키며 발전이 이루어지는 피봇 터빈 발전 시스템에 관한 것이다.

수압이나 낙차에 의한 에너지로 터빈의 런너를 회전시켜 발전을 하게 되는 터빈 발전장치는 유입구를 통하여 물의 유입이 이루어지는 동시에 배출구를 통하여 배출이 이루어지는 과정에서 런너를 회전시키게 되고, 상기 런너의 회전에 의해 발전기를 작동시킴으로서 발전이 이루어지는 터빈 발전기는 공지의 장치이다.

이러한 터빈 발전장치를 수로에 설치하되 보를 설치하여 수로를 흐르는 물이 보에 담수된 후 터빈의 런너를 회전시키게 설치되는 것이 일반적이나, 이러한 터빈 발전장치는 수위 변화에 관계없이 터빈 발전장치의 낙차를 조절하지 못하기 때문에 수위가 낮아질 때는 발전 출력이 낮아질 수밖에 없고, 또한, 유입구를 통하여 이물질이 유입되어 런너의 회전에 방해를 하거나 파손을 시키는 경우가 발생하는 문제와 함께 물 흐름을 막아주는 형태로 터빈 발전장치가 설치되기 때문에 어류가 상류로 이동하는 통로를 막아주게 되고, 이로 인하여 별도의 어도를 설치하여야 한다.

수로를 흐르는 물의 수위를 이용하여 발전을 하게 되는 터빈 발전장치는 수위 변화에 따라 높낮이가 변하지 않아 수위가 낮아질 때는 발전 출력이 낮아지기 때문에 수위 변화에 따라 발전량이 변하게 되어 일정한 발전 출력을 얻지 못함은 물론 터빈의 유입구를 통하여 유입되는 이물질을 제거하기 위하여 터빈의 전단에 스크린을 설치하게 되나, 상기 스크린은 터빈과는 별도로 이물질을 긁어내는 장치를 구비하여야 하므로 구조가 복잡하고 이중으로 동력장치를 운영할 필요가 있으며, 터빈 발전기는 물이 흐르는 통로를 막아주는 형태로 설치되기 때문에 별도의 어도를 설치하여야만 어류의 상류 이동을 보장할 수 있다.

또한, 기존의 터빈 발전장치는 크기로 인하여 공장에서 생산한 후 설치 현장에 이동시키기에 상당한 어려움을 겪게 된다.

특허등록 10-1268137호(2013.05.21 등록) 특허등록 10-1654899호(2016.08.31 등록) 특허공개 10-2012-0004599호(2012.01.13 공개) 특허등록 10-0843752호(2008.06.27 등록)

본 발명은 하천에 설치되어 유입구로 하천수를 유입시켜 런너를 회전시킴으로써 발전이 이루어지는 터빈 발전장치를 설치함에 있어서, 터빈 발전장치의 낙차를 변화시키지 못하여 수위가 낮아질 때 발전 출력이 낮아지는 문제와 함께 터빈의 유입구로 유입되는 이물질을 제거할 때 별도의 스크린 장치를 이용하여야 하는 문제가 있고, 또한, 터빈 발전장치가 수로를 막아서 어류를 상류로 이동시키기 위한 별도의 어도를 설치하여야 함은 물론 상당한 크기를 갖기 때문에 공장에서 조립한 후 설치 현장으로 이동시키기가 어려움은 물론 설치 과정에서도 겪게 되는 어려움을 해결하기 위한 것이다.

본 발명은 물이 내부로 유입되는 유입구가 형성된 터빈바디를 구비하되 상기 터빈바디의 유입구에 런너를 회전시켜 발전을 하게 되는 터빈을 설치하고, 상기 터빈바디의 후방으로 터빈을 통과한 물을 배출시키는 배출구가 형성된 배출바디를 결합시켜 터빈 발전장치를 구성하고, 상기 터빈바디의 상측은 보에 회동핀으로 회동되게 결합되고, 상기 배출바디의 측면과 수로 바닥 사이에는 배출바디의 높낮이를 조절하는 수위 실린더를 설치하고, 상기 터빈바디의 유입구를 막아주는 라운드 형태의 스크린을 설치하고, 상기 스크린의 배면에서 스크린에 끼워져 상부로 이동하면서 이물질을 걷어내는 스크래퍼를 설치하되 상기 스크래퍼는 수로의 측면에 힌지로 결합되고, 상기 스크래퍼는 수로의 측면에 청소 실린더와 링크로 연결하여 실린더가 스크래퍼를 스크린의 하측에서 상측으로 이동시키게 함으로써 이루어진다.

본 발명의 터빈바디와 배출바디로 이루어지는 터빈 발전장치는 바닥과 일정 높이를 형성하여 물고기의 이동 통로가 되게 하는 한편 터빈바디의 유입구를 막아주는 스크린에 걸린 이물질은 청소 실린더로 링크를 작동시켜 스크래퍼가 스크린에 걸린 이물질을 상부로 이동시킴으로써 이물질이 흐르는 물을 타고 터빈 발전장치의 상측으로 이동하여 하류로 배출된다.

본 발명의 터빈 발전장치는 배출바디에 설치된 수위 실린더로 배출구의 높낮이를 조절할 수 있으며, 이러한 터빈 발전장치의 기울기 변화는 도시되지 아니한 수위센서를 이용하여 수위를 감지한 후 수위변화에 따라 기울기를 조절하도록 하는 한편 스크래퍼도 주기적으로 작동시켜 이물질이 스크린에 걸려져 있지 않도록 한다.

본 발명은 수로에 설치된 터빈 발전장치의 배출구 높낮이를 수위 변화에 비례하여 조절함으로써 수위가 낮아지더라도 발전 출력이 저하되지 않도록 하는 한편 터빈 발전장치의 유입구로 이물질이 유입되는 것을 막아주는 스크린에 걸린 이물질은 주기적으로 스크래퍼를 작동시켜 제거하되 스크래퍼로 제거된 이물질은 터빈 발전장치의 상측을 통하여 하류로 이동되게 하고, 터빈 발전장치의 하측은 바닥과 일정 간격을 유지하여 어류가 상류쪽으로 이동하는 어도로 활용하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 터빈바디와 배출바디를 블록으로 제작한 수 설치 현장으로 이동하여 조립이 이루어지게 함으로써, 터빈 발전장치의 크기에 따른 이동과 설치의 문제를 해결할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 평면을 보인 단면도
도 2는 본 발명의 측면을 보인 단면도
도 3 및 도 4는 본 발명의 터빈 발전장치의 배출구 높낮이가 변화되는 상태를 보인 측면도
도 5는 본 발명에서 정상 수위 유지시의 발전 상태도
도 6은 본 발명에서 수위가 낮아질 때의 발전 상태도
도 7 및 도 8은 스크래퍼의 이동 상태를 보인 요부 측면도

본 발명은 하천을 흐르는 물이 유입구로 유입되어 런너를 회전시킴으로서 발전이 이루어진 후 배출구를 통하여 배출되는 터빈 발전장치에 있어서, 터빈 발전장치의 기울기를 조절할 수 있도록 하는 한편 유입구에 이물질이 유입되는 것을 방지하는 스크린에 걸린 이물질을 스크래퍼로 걷어서 터빈 발전장치의 상부를 지나 하류로 배출시키는 것이며, 터빈 발전장치의 하측과 바닥 사이에 자연스럽게 어도가 형성되어 고기가 상류로 이동할 수 있도록 하는 것으로, 본 발명은 터빈 발전장치를 구성하는 터빈바디와 배출바디를 별도의 블록으로 제작한 후 현장으로 이동시킨 다음 현장에서 조립함으로써, 이동과 설치에 따른 문제를 해결하는 것이다.

본 발명은 하천을 가로질러 물을 담수하는 보의 일측에 형성된 수로를 통하여 물이 흐르게 하되 상기 수로에 공지의 터빈 발전장치를 설치하여 발전이 이루어지게 하되 수로를 흐르는 물의 수위 변화에 따라 터빈 발전장치의 기울기를 조절함으로써, 낙차를 이용한 효율적인 발전이 이루어지게 하는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예 도면을 참고로 상세히 설명한다.

본 발명은 하천을 가로막아 물을 담수하는 보(1)의 일측에 형성된 수로(2)에 설치되는 터빈 발전장치(100)에 관한 것으로, 상기 터빈 발전장치(100)는 유입구(11)가 형성되는 한편 내측으로 터빈(30)가 설치되는 터빈바디(10)와, 배출구(21)가 형성되는 한편 터빈바디(10)의 후방에 결합되는 배출바디(20)로 이루어지게 되며, 상기 터빈바디(10)는 상측이 보(1)의 일측에 회동핀(12)으로 매달리듯이 결합되는 한편 배출바디(20)는 바닥과의 사이에 설치되는 수위 실린더(40)로 받쳐져 높낮이가 조절되게 구성된다.

본 발명의 터빈 발전장치(100)는 터빈바디(10)와 배출바디(20)를 공장에서 블록 형태로 제작한 후 설치현장으로 이동하여 터빈바디(10)와 배출바디(20)를 결합하여 조립함으로써 이루어지는 것으로, 터빈바디(10)의 내부는 수로(2)를 흐르는 물이 유입되게 유입구(11)가 형성되는 한편 유입구(11)로 유입되는 물에 의해 터빈(30)의 런너(31)를 회전시킴으로써 터빈(30)의 내부에 설치된 발전기가 작동하여 발전이 이루어지고, 상기 유입구(11)는 터빈바디(10)의 내부에 설치된 터빈(30)와 일정 간격을 유지하며 물이 흐를 수 있도록 하고, 상기 배출바디(20)는 터빈(30)을 지난 물이 낙차를 갖고 배출될 수 있도록 내부에 배출구(21)를 형성한다.

본 발명의 터빈(30)은 유입구(11)의 내측에 설치되어 스테이베인(32) 등으로 고정되는 한편 유입구(11)를 흐르는 물에 의해 런너(31)를 회전시킴으로써, 터빈(30)의 내부에 설치된 발전기를 작동시켜 발전이 이루어지는 공지의 장치이고, 상기 터빈(30)이 설치되는 터빈바디(10)의 후방에는 배출바디(20)가 조립되어 설치되며, 상기 터빈바디(10)와 배출바디(20) 사이의 공간에는 콘트롤러(41)를 설치하여 도시되지 아니한 수위센서로 감지되는 수위 변화에 따라 터빈 발전장치(100)의 기울기를 조절하는 한편 주기적으로 스크래퍼(50)를 작동시켜 스크린(60)에 걸린 이물질을 털어내도록 한다.

본 발명의 터빈바디(10)의 상측이 회동핀(12)으로 보(1)에 회동 가능하게 설치되고, 상기 배출바디(20)의 측면에는 바닥과의 사이에 수위 실린더(40)를 설치하여 수위 실린더(40)의 작동에 따라 배출바디(20)의 높낮이가 조절될 수 있도록 하며, 상기 수위 실린더(40)는 배출바디(20)와 힌지 결합되게 함으로써, 수위 실린더(40)의 신축에 따라 터빈 발전장치(100)는 회동핀(12)을 중심으로 기울기가 변하게 된다.

여기서, 터빈 발전장치(100)의 기울기는 수평 상태에서 배출구(21)의 후방이 하측을 향하게 조절되고, 배출구(21)의 후방이 수평 상태보다 상측으로 기울어지지 않는다.

본 발명의 터빈바디(10)에 형성된 유입구(11)로 이물질이 유입되지 않도록 유입구(11)를 막아주는 형태로 빗살 형태의 스크린(60)을 설치하고, 상기 스크린(60)은 터빈바디(10)의 전방에서 볼 때 라운드진 형태로 설치함으로써, 터빈바디(10)의 전방에서 스크래퍼(50)를 회동시킬 때 스크래퍼(50)가 원호를 그리며 회전하면서, 스크린(60)에 걸린 이물질을 상부로 긁어낼 수 있도록 한다.

수로(2)의 측면에는 고정대(51)를 전방으로 돌출시켜 고정하고, 상기 고정대(51)의 선단에 스크래퍼(50)를 힌지(52)로 결합시키며, 상기 고정대(51)의 선단 하측에는 ㄴ자 형태의 작동편(53)을 힌지(54)로 결합시키되 상기 작동편(53)의 선단에는 이동편(55)을 힌지(56)로 결합시키는 한편 상기 이동편(55)의 타측은 스크래퍼(50)에 힌지(57)로 결합시키고, 상기 작동편(53)의 중간 부위에는 청소 실린더(70)를 힌지(71)로 결합시키되 상기 청소 실린더(70)는 수로(2)의 측면에 설치한다.

본 발명의 작동편(53)과 이동편(55)은 청소 실린더(70)와 스크래퍼(50)를 링크로 결합시키는 것으로, 청소 실린더(70)의 신축에 따라 작동편(53)을 밀거나 당기게 되고, 상기 작동편(53)이 밀리거나 당겨짐에 따라 이동편(55)이 스크래퍼(50)를 밀거나 당기게 되는 것으로, 청소 실린더(70)로 스크래퍼(50)를 밀어내게 되면, 상기 스크래퍼(50)는 스크린(60)의 내벽을 타고 원호 운동을 그리며 상부로 이동하기 때문에 스크린(60)의 전방에 걸린 이물질을 상부로 긁어주게 되고, 스크린(60)의 상부로 긁어진 이물질은 터빈 발전장치(100)의 상측 공간을 통하여 물과 함께 하류로 흘러가게 되며, 이와는 반대로 청소 실린더(70)로 스크래퍼(50)를 당기게 되면, 상기 스크래퍼(50)는 스크린(60)의 내벽을 타고 원호 운동을 그리며 하부로 이동하게 되며, 이때에도 스크린(60)에 걸린 이물질을 하부로 긁어내어 물과 함께 흘려 보내게 된다.

즉, 본 발명의 링크는 청소 실린더(70)의 신축에 따라 스크래퍼(50)를 당기거나 밀면서 스크린(60)에 걸린 이물질을 긁어서 상측으로 이동시키거나 하측으로 이동하게 되는 것으로, 주기적으로 청소 실린더(70)를 작동시켜 스크린(60)에 걸린 이물질을 털어내게 된다.

이러한, 구성의 본 발명에서는 수로(2)를 타고 이동하는 물이 유입구(11)로 유입되어 터빈(30)의 런너(31)를 회전시킨 후 배출구(21)를 통하여 배출되면서, 터빈(30)에서 발전기를 작동시켜 발전이 이루어지는 것으로, 수위가 터빈 발전장치(100)에서 정상 발전이 이루어질 정도로 충분하면, 도 5와 같이 터빈 발전장치(100)를 바닥과 수평으로 만든 다음 발전이 이루어지게 하고, 수위가 낮아지게 되면 도시되지 아니한 수위센서에서 이를 감지하여 콘트롤러(41)에서 수위 실린더(40)를 수축시키게 함으로써, 터빈 발전장치(100)는 도 6과 같이 유입구(11)보다 배출구(21)가 낮게 하여 터빈 발전장치(100)를 통과하는 수량이 적어지더라도 낮은 배출구(21)를 통한 낙차가 커지기 때문에 수위가 낮아질 때에도 터빈 발전장치(100)의 발전 출력이 줄지 않고, 정상적인 출력을 유지하게 된다.

수위가 아주 낮아지게 되면, 터빈 발전장치(100)는 발전을 멈추게 되고, 수위가 다시 상승하게 되면, 콘트롤러(41)에서는 수위 감지센서를 이용하여 수위 상승을 인지한 후 터빈 발전장치(100)의 기울기를 수평으로 한 다음 발전이 이루어지게 한다.

본 발명에서, 발전을 하는 중에 스크린(60)에는 이물질이 걸리게 되고, 이러한 이물질은 주기적으로 제거하지 않는 한 유입구(11)로 유입되는 수량이 적어지게 되므로, 콘트롤러(41)에서는 청소 실린더(70)를 신장시켜 작동편(53)을 밀어냄으로써 이동편(55)이 밀리면서 스크래퍼(50)가 고정대(51)의 선단을 중심으로 상측으로 원호 운동을 하며 이동되게 하고, 이러한 스크래퍼(50)의 움직임에 의해 스크린(60)에 걸린 이물질은 스크린(60)의 상측으로 긁어내게 되고, 스크린(60)의 상측으로 긁어낸 이물질은 물에 의해 터빈 발전장치(100)의 상측 공간을 통하여 하류로 배출되며, 스크래퍼(50)는 상측으로 이동한 후 청소 실린더(70)를 수축시켜 원래 위치로 이동시키게 된다.

본 발명은 스크린(60)에 걸린 이물질을 주기적으로 스크래퍼(50)가 긁어서 상측으로 이동시킴으로써 물 흐름에 의해 터빈 발전장치(100)의 상측을 통하여 이물질의 제거가 이루어지게 된다.

그리고, 본 발명은 터빈 발전장치(100)와 수로(2)의 바닥 사이에는 일정 간격을 유지하게 되고, 터빈 발전장치(100)의 기울기가 변하더라도 공간이 형성되기 때문에 회유성 물고기가 상류로 이동할 때 터빈 발전장치(100)의 저면 공간을 어도처럼 이용하여 이동하게 된다.

한편, 본 발명은 터빈바디(10)와 배출바디(20)가 조립되어 결합된 상태로 설치 장소로 이동하지 않고, 공장에서 블록 형태로 제작된 터빈바디(10)와 배출바디(20)를 설치 현장으로 이동시킨 후 현장에서 터빈바디(10)와 배출바디(20)를 조립 설치함으로써, 터빈바디(10)와 배출바디(20)를 분리하여 이동시키는 이점이 있다.

10 : 터빈바디 11 : 유입구
12 ; 회동핀 20 : 배출바디
21 : 배출구 30 : 터빈
40 : 수위 실린더 50 : 스크래퍼
51 : 고정대 53 : 작동편
55 : 이동편 60 : 스크린
70 : 청소 실린더 100 : 터빈 발전장치

Claims (5)

1. 수로(2)를 흐르는 물이 유입되는 유입구(11)가 형성된 터빈바디(10)를 구비하되 상기 터빈바디(10)의 내측으로 런너(31)를 회전시켜 발전을 하게 되는 터빈(30)을 설치하고,
   상기 터빈바디(10)의 후방으로 터빈(30)를 통과한 물을 배출시키는 배출구(21)가 형성된 배출바디(20)를 결합시켜 터빈 발전장치(100)를 구성하고,
   상기 터빈바디(10)의 상측은 보(1)에 회동핀(12)으로 회동되게 결합되고,
   상기 배출바디(20)의 측면과 수로(2) 바닥 사이에는 수위에 따라 배출바디(20)의 높낮이를 조절하는 수위 실린더(40)를 설치하고,
   상기 터빈바디(10)의 유입구(11)를 막아주는 라운드 형태의 스크린(60)을 설치하고,
   상기 스크린(60)의 배면에서 스크린(60)에 끼워져 상부로 이동하면서 이물질을 걷어내는 스크래퍼(50)를 설치하되 상기 스크래퍼(50)는 수로(2)의 양측에 힌지(71)로 결합되고,
   상기 스크래퍼(50)는 수로(2)의 측면에 설치된 청소 실린더(70)와 링크로 결합되어 청소 실린더(70)가 스크래퍼(50)를 스크린(60)의 배면을 타고 상하측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 피봇 터빈 발전 시스템.
2. 제1항에 있어서, 터빈바디(10)와 배출바디(20)는 블록으로 분리되어 제작된 후 설치 현장에서 터빈바디(10)의 후방으로 배출바디(20)를 결합하여 터빈 발전장치를 구성하는 것을 특징으로 하는 피봇 터빈 발전 시스템.
3. 제1항에 있어서, 청소 실린더(70)로 스크래퍼(50)를 작동시키는 링크는 수로(2)의 측면에 전방으로 돌출되는 고정대(51)를 설치하고, 상기 고정대(51)의 선단에 스크래퍼(50)를 힌지(52)로 결합시키며, 상기 고정대(51)의 선단 하측에는 ㄴ자 형태의 작동편(53)을 힌지(54)로 결합시키되 상기 작동편(53)의 선단에는 이동편(55)을 힌지(56)로 결합시키는 한편 상기 이동편(55)의 타측은 스크래퍼(50)에 힌지(57)로 결합시키고, 상기 작동편(53)의 중간 부위에는 청소 실린더(70)를 힌지(71)로 결합시키게 이루어지는 것을 특징으로 하는 피봇 터빈 발전 시스템.
4. 제1항에 있어서, 배출바디(20)의 측면과 수로(2)의 바닥 사이에는 수위 실린더(40)를 설치하고, 상기 수위 실린더(40)의 신축에 따라 터빈 발전장치(100)가 회동핀(12)을 중심으로 기울기가 조절되는 것을 특징으로 하는 피봇 터빈 발전 시스템.
5. 제1항에 있어서, 터빈바디(10)에 형성된 유입구(11)로 이물질이 유입되지 않도록 유입구(11)를 막아주는 형태로 빗살 형태의 스크린(60)을 설치하고, 상기 스크린(60)은 터빈바디(10)의 전방에서 볼 때 라운드진 형태로 설치하여, 스크린(60)의 후방에 설치되는 터빈바디(10)의 전방에서 스크래퍼(50)를 회동시킬 때 스크래퍼(50)가 원호를 그리며 회전하면서, 스크린(60)에 걸린 이물질을 긁어내는 것을 특징으로 하는 피봇 터빈 발전 시스템.

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