KR102299629B1 - 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 수력 발전소에서 발전 후 방출되는 방출수가 유입되는 발전 채널; 상기 발전 채널에 설치되어, 상기 방출수에 의해 회전되면서 상기 방출수에 원심력을 부여하는 제1 스크류; 상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 후류에 배치되고, 상기 제1 스크류를 거친 상기 방출수의 원심력에 의해 회전되는 제2 스크류; 회전력을 입력받아 회전하여 전기를 생산하도록 구성되는 발전 모듈; 및 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류를 상기 발전 모듈에 연결하고, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전에 따라 생성되는 상기 회전력을 상기 발전 모듈에 전달하는 동력 전달 모듈을 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템을 제공한다.

Description

수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템{SYSTEM FOR GENERATING ELECTRICITY USING WATER DISCHARGED FROM HYDROELECTRIC POWER PLANT}
본 발명은 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 수력발전(水力發電)은 물이 가지고 있는 위치 에너지를 운동 에너지로 변환시켜 전기를 생산하는 발전 방식을 말한다. 이러한 수력 발전은 통상 댐에 설치되고, 댐에 가두어진 물의 위치 에너지를 이용하는 것이다.
이러한 수력발전은 친환경적인 발전 방식으로서 의미가 있다. 즉, 환경 파괴를 일으키지 않을 뿐더러, 재생 가능한 에너지원이라 할 수 있다.
그러나, 수력발전을 위해 사용된 물은 그대로 강이나 바다에 흘려지게 된다. 이러한 방출수는 여전히 에너지를 갖고 있기에, 방출수에 대한 추가적인 활용이 없는 점은 유용한 자원의 낭비가 될 수 있다. 화석 연료의 사용을 줄이고 재생 에너지의 사용을 늘리자는 인식이 높아진 요즘에, 이러한 낭비는 더욱 크게 부각되고 있다.
본 발명의 일 목적은, 수력 발전을 거친 방출수를 활용하여 추가적으로 친환경 발전을 가능하게 하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 방출수를 이용하여 추가적으로 발전을 함에 있어, 방출수에 원심력을 부여하여 방출수에 의한 발전의 효율을 높일 수 있는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템은, 수력 발전소에서 발전 후 방출되는 방출수가 유입되는 발전 채널; 상기 발전 채널에 설치되어, 상기 방출수에 의해 회전되면서 상기 방출수에 원심력을 부여하는 제1 스크류; 상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 후류에 배치되고, 상기 제1 스크류를 거친 상기 방출수의 원심력에 의해 회전되는 제2 스크류; 회전력을 입력받아 회전하여 전기를 생산하도록 구성되는 발전 모듈; 및 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류를 상기 발전 모듈에 연결하고, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전에 따라 생성되는 상기 회전력을 상기 발전 모듈에 전달하는 동력 전달 모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 동력 전달 모듈은, 상기 발전 채널의 중심축을 따라 배치되어, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류에 연동되어 상기 중심축을 중심으로 회전하는 중심 샤프트; 및 상기 발전 채널의 반경축을 따라 배치되어, 상기 중심 샤프트 및 상기 발전 모듈을 연동시키며 상기 반경축을 중심으로 회전하는 반경 샤프트를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 전류에 설치되어, 상기 제1 스크류로 유입되는 상기 방출수의 수압을 조절하도록 구성되는 수압 조절 모듈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수압 조절 모듈은, 상기 발전 채널에 스윙 가능하게 설치되어, 상기 발전 채널의 개방 정도를 조절하는 개폐판을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발전 채널에 연통되고, 상기 방출수를 상기 제1 스크류를 향한 경로에서 벗어나 연장하는 우회 경로로 안내하는 우회 채널; 및 상기 우회 채널의 입구에 설치되어, 상기 우회 채널을 개폐하는 우회 개폐 모듈이 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 전류에 배치되는 제3 스크류; 및 상기 제3 스크류를 회전 구동하도록 구성되는 전동 모듈이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템은, 수력 발전소에서 발전 후 방출되는 방출수가 유입되는 발전 채널; 상기 발전 채널에 연통되고, 상기 발전 채널의 중심축을 중심으로 회전 가능하게 상기 발전 채널에 연결되는 회전 바디; 상기 회전 바디를 감싸도록 배치되는 고정 바디; 상기 회전 바디와 상기 고정 바디 중 하나에 설치되는 N극 자석과, 상기 회전 바디와 상기 고정 바디 중 다른 하나에 설치되는 S극 자석을 구비하는 자력 모듈; 상기 N극 자석과 상기 S극 자석 사이에 배치되어, 상기 회전 바디의 회전에 따른 상기 자력 모듈에 의한 자기력선의 변화에 의해 유도된 전류가 흐르는 코일 모듈; 및 상기 회전 바디 내에 상기 방출수에 의해 회전되게 배치되어, 상기 방출수에 원심력을 부여하고 상기 방출수를 상기 회전 바디를 향해 공급하여 상기 회전 바디의 회전을 유도하는 스크류를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 회전 바디의 내주면에 상기 원심력이 부여된 상기 방출수와 충돌하도록 돌출 형성되어, 상기 회전 바디의 회전을 촉진하는 충돌 베인이 더 구비될 수 있다.
여기서, 회전력을 발생시키는 전동 모듈; 및 상기 전동 모듈과 상기 스크류를 연동시켜, 상기 회전력에 의해 상기 스크류가 시동되게 하는 연동 모듈이 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 스크류의 시동 후에, 상기 스크류의 회전력을 상기 연동 모듈을 통해 입력받아 회전하여 전기를 생산하도록 구성되는 보조 발전 모듈이 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 회전 바디를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지 모듈을 더 포함하고, 상기 회전 지지 모듈은, 상기 발전 채널에 대해 상기 회전 바디를 지지하는 제1 베어링; 및 상기 고정 바디에 대해 상기 회전 바디를 지지하는 제2 베어링을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템에 의하면, 발전 채널에는 제1 스크류 및 제2 스크류가 차례로 배치되고, 그들은 수력 발전소를 거친 방출수에 의해 회전되면서 그 방출수에 원심력을 부여하여 보다 강하게 회전될 수 있고, 그들의 회전에 의한 회전력을 동력 전달 모듈에 의해 발전 모듈에 전달되어 전기가 생산되게 하므로, 수력 발전을 거친 방출수로 추가적인 친환경 발전을 가능하게 되고, 그 발전은 방출수에 대한 원심력 부여에 의해 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(100)에 대한 개념도이다.
도 2는 도 1의 제1 스크류(120)의 전류에 배치되는 제3 스크류(180) 및 관련 구성을 보인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(200)에 대한 개념도이다.
도 4는 도 3의 발전 시스템(200)에 대한 일 변형예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(200')을 보인 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(100)에 대한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 발전 시스템(100)은, 발전 채널(110), 제1 스크류(120), 제2 스크류(130), 발전 모듈(140), 동력 전달 모듈(150), 수압 조절 모듈(160), 우회 채널(170)을 포함할 수 있다.
발전 채널(110)은 댐(D)에 저장된 물(W) 중에서 수력 발전(HP)을 거친 방출수(DW)를 받아 들이는 채널이다. 이를 위해, 발전 채널(110)은 수력 발전(HP)의 하류 측에 배치되고, 대체로 중심축(C)을 따라 연장하게 된다. 발전 채널(110)은 관체를 일 라인을 따라 배열하여 형성되거나, 지중에 동굴 형태의 채널을 굴착하여 형성될 수도 있다. 발전 채널(110)은 또한 상류에서 하류로 갈수록 경사지게 배치될 수 있다.
제1 스크류(120)는 발전 채널(110)에 설치되어, 방출수(DW)의 수압에 의해 회전하도록 배치된다. 제1 스크류(120)는 방출수(DW)에 의해 회전하면서, 또한 방출수(DW)에 원심력을 부여하게 된다. 제1 스크류(120)는 구체적으로, 프로펠러(121), 설치대(123), 그리고 매개 유닛(125)으로 구성될 수 있다. 프로펠러(121)는 복수의 날개를 가져서, 입력되는 방출수(DW)에 의해 회전하게 된다. 프로펠러(121)는 그를 거친 방출수(DW)가 제2 스크류(130)를 향해 유동하게 하도록 형성된다. 설치대(123)는 발전 채널(110)에 고정되고, 그에는 프로펠러(121)가 회전 가능하게 설치된다. 매개 유닛(125)은 프로펠러(121)에서 발생하는 회전력을 후술할 중심 샤프트(151)로 전달하는 구성이다. 매개 유닛(125)은, 구체적으로 기어를 포함할 수 있다.
제2 스크류(130)는 발전 채널(110)에서 제1 스크류(120)의 후류에 배치되는 구성이다. 그는 제1 스크류(120)를 거친 방출수(DW)의 원심력에 의해 회전하게 된다. 제2 스크류(130)의 구체적 구성은 제1 스크류(120)와 대체로 동일한 바, 그의 프로펠러(131), 설치대(133), 및 매개 유닛(135)에 관한 구체적인 설명은 앞선 대응 구성들에 대한 설명으로 갈음한다.
발전 모듈(140)은 회전력을 입력받아 전기를 생산하는 구성이다. 발전 채널(110)은 교류 발전의 원리에 의해 발전하는 것일 수 있다. 또한, 발전 모듈(140)은 발전 채널(110)의 외측에 배치되어, 방출수(DW)에 의한 영향을 받지 않을 수 있다.
동력 전달 모듈(150)은 제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130)의 회전력을 발전 모듈(140)에 입력하기 위한 구성이다. 이를 위해, 동력 전달 모듈(150)은 제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130)를 발전 모듈(140)에 대해 연결하여, 그들이 연동되어 회전하게 한다.
동력 전달 모듈(150)은, 구체적으로 중심 샤프트(151)와 반경 샤프트(155)로 구성될 수 있다. 중심 샤프트(151)은 중심축(C)을 따라 배치되고, 그를 중심으로 회전하게 된다. 이러한 중심 샤프트(151)는 제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130)의 회전에 연동된다. 이를 위해, 중심 샤프트(151)는 매개 유닛(125, 135)을 통해 제1 스크류(120) 또는 제2 스크류(130)에 연결된다. 여기서, 프로펠러(121, 131)의 회전축은 중심 샤프트(151)의 회전축과 대체로 수직한 바, 매개 유닛(125, 135)은 수직한 축들 간의 동력 전달을 위한 베벨 기어를 포함하는 것일 수 있다. 반경 샤프트(155)는 반경축(R)을 따라 배치되고, 중심 샤프트(151)와 발전 모듈(140)을 연동시킨다. 반경 샤프트(155)는 중심 샤프트(151)에 대해 대체로 수직하게 배치되어, 역시 매개 유닛(153)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 매개 유닛(153)은 앞서 설명한 매개 유닛(125, 135)과 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다.
수압 조절 모듈(160)은 제1 스크류(120)로 입력되는 방출수(DW)의 수압을 조절하기 위한 구성이다. 이를 위해, 수압 조절 모듈(160)은 제1 스크류(120)의 전류에 위치하도록 발전 채널(110)에 설치될 수 있다. 구체적으로, 수압 조절 모듈(160)은 발전 채널(110)에 스윙 가능하게 설치되는 개폐판(161)을 가질 수 있다. 개폐판(161)은 하나로, 바람직하게는 두 개로 설치될 수 있다. 이러한 개폐판(161)이 스윙됨에 의해, 발전 채널(110)의 단면 중 방출수(DW)를 통과시키는 면적은 조절될 수 있다. 개폐판(161)의 스윙은 도시되지 않은 모터와 기어 등에 의해 구동될 수 있다. 그러한 면적의 조절에 의해, 제1 스크류(120)에 입력되는 방출수(DW)의 수압은 조절될 수 있다.
우회 채널(170)은 수력 발전(HP)을 거친 방출수(DW)를 제1 스크류(120)를 향한 경로에서 벗어난 우회 경로로 안내하는 채널이다. 이를 위해, 우회 채널(170)은 제1 스크류(120)의 전류, 바람직하게는 수압 조절 모듈(160)의 전류에서 발전 채널(110)로부터 분기되는 채널일 수 있다. 우회 채널(170)의 입구에는 우회 개폐 모듈(175)이 설치될 수 있다. 우회 개폐 모듈(175)은 앞서 설명한 개폐판(161)과 유사한 구성을 가져서, 우회 채널(170) 내로의 방출수(DW)의 유입량을 조절할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 댐(D)에 저장된 물(W)은 수력 발전(HP)을 통해 전기가 생산되게 한 후에, 방출수(DW)로서 수력 발전(HP)으로부터 방출된다.
방출수(DW)는 발전 채널(110)로 유입되어, 제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130)를 회전시켜서 회전력을 발생시킨다. 이러한 회전력은 동력 전달 모듈(150)을 통해서 발전 모듈(140)로 입력되고, 발전 모듈(140)은 그를 통해 전기를 생산하게 된다.
방출수(DW)가 제1 스크류(120)를 회전시키는 것은 그의 수압에 의한 것일 수 있다. 제1 스크류(120)를 거친 방출수(DW)는 프로펠러(121)에 의해 원심 방향으로 가압됨에 의해, 원심력을 갖게 된다. 이렇게 제1 스크류(120)를 거쳐서 원심력이 부여된 방출수(DW)는 제2 스크류(130)에 작용하여, 그의 프로펠러(131)를 보다 강하게 회전시킬 수 있다. 제2 프로펠러(131)의 강한 회전은 중심 샤프트(151)에 의해 그에 연동된 제1 프로펠러(121)를 보다 강하게 회전되게 하기도 한다. 이러한 작용에 의해, 제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130)로부터 발전 모듈(140)에 의해 입력되는 회전력을 보다 극대화될 수 있다.
제1 스크류(120) 및 제2 스크류(130) 간의 상호 상승작용에 의한 회전력의 극대화를 위해서, 수압 조절 모듈(160)에 의해 제1 스크류(120)를 향해 유동하는 방출수(DW)의 수압은 적절히 조절되어야 한다. 특히, 제1 스크류(120)의 회전이 개시되는 시점에서, 방출수(DW)의 수압은 회전 개시 후보다는 높아야 한다. 이를 위해, 회전 개시를 위한 시점에는 수압 조절 모듈(160)은 방출수(DW)의 수압이 극대화되도록 작동되어야 한다.
나아가, 경우에 따라서는, 수압 조절 모듈(160)이 방출수(DW)의 유입을 차단한 채로, 우회 개폐 모듈(175)은 우회 채널(170)을 개방할 수 있다. 이는 발전 채널(110) 측의 구성, 구체적으로는 제1 스크류(120), 제2 스크류(130), 및 동력 전달 모듈(150)에 대한 정비나 수리가 필요한 경우일 수 있다.
이상에서는 제2 스크류(130)가 하나인 경우를 예시하고 있으나, 이는 대표적인 예시일 뿐이고, 그는 복수 개로 구비되어 방출수(DW)의 유동 경로, 즉 발전 채널(110)을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 그 경우, 제1 스크류(120)에서 방출수(DW)에 부여한 원심력은 하나 이상인 제2 스크류(130)를 거치면서 더욱 증폭되게 된다. 그에 의해, 제2 스크류(130)가 수 개에서 수십 개로 배치되고, 그들이 연쇄적인 원심력 강화 작용에 의해 강력한 회전력을 발생시킬 수 있다. 그 경우, 발전 채널(110)은 수 백 미터에서 수 킬로 미터, 나아가 수 백 킬로미터로까지 연장될 수 있다. 이러한 연쇄적인 스크류들의 회전에 의해, 발전 시스템에서 발전되는 전력의 크기는 극대화될 수 있다. 이는 기존의 수력 발전소 건설을 위해 댐을 짓는 것에 비해 훨씬 경제적이다.
다음으로, 이상의 발전 시스템(100)에 대한 추가적인 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 제1 스크류(120)의 전류에 배치되는 제3 스크류(180) 및 관련 구성을 보인 개념도이다.
본 도면(및 도 1)을 참조하면, 제1 스크류(120)의 전류에는 제3 스크류(180)가 설치될 수 있다. 제3 스크류(180) 역시 발전 채널(110)에 설치되고, 또한 수압 조절 모듈(160)의 후류에 배치될 수 있다.
제3 스크류(180)은 대체로 제1 스크류(120), 또는 제2 스크류(130)와 유사한 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 제3 스크류(180) 역시 프로펠러(181)를 가진다. 프로펠러(181)는 설치대(183)에 회전 가능하게 설치된다. 여기서, 설치대(183)는 중심축(C) 및 반경축(R)이 이루는 평면에 대체로 수직한 방향을 따라 배열된 것일 수 있다. 매개 유닛(185)은 프로펠러(181)의 회전에 의해 회전력을 후술할 동력 전달축(186)에 전달하기 위한 구성이다. 프로펠러(181)의 회전축와 동력 전달축(186)의 회전축은 대체로 수직한 바, 이들 간의 동력 전달을 위하여 동력 전달축(186)은 베벨 기어를 포함할 수 있다.
동력 전달축(186)은 전동 모듈(190)에 연결된다. 전동 모듈(190)은 미도시된 모터와 기어 등을 가진 것으로서, 동력 전달축(186) 및 매개 유닛(185)을 통해 프로펠러(181)를 회전 구동하는 구성이다. 동력 전달축(186)의 반대 측에는 다른 발전 모듈(145)이 연결될 수 있다. 동력 전달축(186)을 발전 채널(110)에 대해 지지하기 위해서, 발전 채널(110)의 경계에는 베어링(187)이 설치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 제3 스크류(180)의 프로펠러(181)는 전동 모듈(190)로부터 동력을 입력받아 시동될 수 있다. 그에 의해, 제3 스크류(180)로 유입되는 방출수(DW)의 수압이 낮은 경우라도, 제3 스크류(180)의 시동을 보장할 수 있게 된다.
나아가, 그렇게 시동된 제3 스크류(180)는 그를 통과하는 방출수(DW)의 원심력을 높임에 의해, 제3 스크류(180)에 이어지는 제1 스크류(120), 제2 스크류(130)의 시동 및 이후의 회전은 보다 원활히 이루어질 수 있다.
이러한 제3 스크류(180) 및 그를 시동하는 전동 모듈(190)은, 수압 조절 모듈(160)에 의해 제1 스크류(120)를 시동하기 어려운 경우에 이용될 수 있다. 제3 스크류(180)에 의해 제1 스크류(120)가 시동된 후에, 그의 후류에 배치된 하나 이상의 제2 스크류(130)에 의해 연쇄적인 회전이 발생함은 앞서 설명한 바와 같다. 나아가, 제3 스크류(180)가 시동된 후에, 프로펠러(181)의 회전에 의해 발생하는 회전력은 다른 발전 모듈(145)에 의해 전기 생산에 쓰여질 수 있다.
이제, 앞선 실시예와 다른 형태의 발전 시스템(200)에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(200)에 대한 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 발전 시스템(200)은 발전 채널(210), 회전 바디(220), 고정 바디(230), 자력 모듈(240), 코일 모듈(250), 스크류(260), 그리고 회전 지지 모듈(270)을 포함할 수 있다.
발전 채널(210)은, 앞선 실시예와 동일하게, 댐(D)에 저장된 물(W) 중에서 수력 발전(HP)을 거친 방출수(DW)가 유입되는 채널을 형성한다. 발전 채널(210)은, 앞선 실시예와 달리, 베이스 채널(205) 내에 설치된다. 베이스 채널(205)이 외부 관체라면, 발전 채널(210)은 그 내부에 설치되는 내부 관체일 수 있다.
회전 바디(220)는 발전 채널(210)에 연통되어 방출수(DW)를 받아들이고, 발전 채널(210)에 대해 회전 가능하게 연결되는 구성이다. 이를 위해, 회전 바디(220)는 대체로 양단부가 개방된 원통체의 형상을 가질 수 있다. 회전 바디(220)는 발전 채널(210)의 중심축(C)을 중심으로 회전하게 배치될 수 있다. 회전 바디(220)의 내주면에는 충돌 베인(225)이 돌출 형성될 수 있다.
고정 바디(230)는 회전 바디(220)를 감싸도록 배치되는 구성이다. 고정 바디(230)는 베이스 채널(205)에 연결되어, 회전 바디(220)와 달리 고정된다.
자력 모듈(240)은 N극 자석(241)과 S극 자석(245)을 가진다. N극 자석(241)과 S극 자석(245)은 회전 바디(220)와 고정 바디(230)에 서로 대응하여 설치될 수 있다. 예를 들어, N극 자석(241)이 회전 바디(220)에 설치되면, S극 자석(245)은 그에 대응하도록 고정 바디(230)에 설치되는 것이다. 이러한 N극 자석(241) 및 S극 자석(245) 간에는 자기력선이 형성된다.
코일 모듈(250)은 자력 모듈(240)과의 관계에서 유도된 전류가 흐르는 코일을 가지는 구성이다. 구체적으로, 코일 모듈(250)은 N극 자석(241)과 S극 자석(245) 사이에 배치된다.
스크류(260)는 회전 바디(220) 내에서 방출수(DW)에 의해 회전되어 회전 바디(220)의 회전을 촉진하는 구성이다. 회전 바디(220)는 방출수(DW)의 수압에 의해 회전되는 프로펠러(261)를 가질 수 있다. 이러한 프로펠러(261)는 회전 바디(220)에 설치되는 설치대(263)에 장착될 수 있다. 또한, 프로펠러(261)는 도면상 2개로 예시하였으나, 1개 또는 3개 이상여도 무방하다.
회전 지지 모듈(270)은 회전 바디(220)를 회전 가능하게 지지하기 위한 구성이다. 회전 지지 모듈(270)은, 구체적으로 제1 베어링(271)과 제2 베어링(275)을 가질 수 있다. 제1 베어링(271)은 발전 채널(210)과 회전 바디(220)를 연결하며 그들을 회전 가능하게 지지한다. 이를 위해, 제1 베어링(271)은 발전 채널(210)과 회전 바디(220)가 연결되는 지점에서, 그들의 단부를 연결하도록 배치될 수 있다. 제2 베어링(275)은 고정 바디(230)에 대해 회전 바디(220)가 상대 회전하도록 회전 바디(220)를 지지하는 것이다. 이를 위해, 제2 베어링(275)은 고정 바디(230)의 내주면과 회전 바디(220)의 외주면 사이에서, 회전 바디(220)의 원주 방향을 따라서 배치될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 댐(D)에서 방류된 물(W)은 수력 발전(HP)을 거친 방출수(DW)로서 발전 채널(210)에 유입된다. 방출수(DW)의 수압에 의해 회전 바디(220) 내의 프로펠러(261)가 회전됨에 따라, 프로펠러(261)는 다시 그 방출수(DW)에 원심력을 부여하게 된다.
원심력을 가진 방출수(DW)는 회전 바디(220)의 내주면을 향해 유동하여 회전 바디(220)의 회전을 위한 모멘트를 발생시킨다. 나아가, 원심력을 가진 방출수(DW)가 회전 바디(220)의 충돌 베인(225)에 충돌함에 따라서는, 회전 바디(220)의 회전을 위한 모멘트가 보다 강화되어 회전 바디(220)의 회전이 보다 촉진될 수 있다.
회전 바디(220)의 이러한 회전 시에 그에 설치된 N극 자석(241) 또는 S극 자석(245)과 고정 바디(230)에 설치된 S극 자석(245) 또는 N극 자석(241) 간의 상대 회전에 의해 자기력선의 변화가 발생함에 따라 코일 모듈(250)의 코일에는 전류가 유도된다. 그에 의해, 시스템(200)은 전기를 생산하게 되는 것이다.
이러한 시스템(200)에 추가되는 구성에 대해서는, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 3의 발전 시스템(200)에 대한 일 변형예에 따른 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템(200')을 보인 개념도이다.
본 도면을 참조하면, 발전 시스템(200')은 전동 모듈(280)을 더 포함할 수 있다. 전동 모듈(280)은 스크류(260)를 시동하기 위한 회전력을 발생시키기 위한 구성이다. 전동 모듈(280)은, 예를 들어, 모터와 기어 등으로 구성될 수 있다. 또한, 전동 모듈(280)은 방출수(DW)의 영향으로부터 독립되도록 발전 채널(210)의 외측에 배치될 수 있다. 전동 모듈(280)에 더해서는, 보조 발전 모듈(285)가 구비될 수 있다. 보조 발전 모듈(285)은 스크류(260)가 시동된 후에 그의 회전에 의해 발전하는 구성으로서, 전동 모듈(280)과 스위칭되어 사용될 수 있다.
전동 모듈(280)의 회전력을 스크류(260)의 프로펠러(261)에 전달하기 위해서는, 연동 모듈(290)이 추가로 구비된다. 연동 모듈(290)은 회전되는 샤프트와 기어 등을 통해서 전동 모듈(280)과 프로펠러(261)를 연동시킨다. 연동 모듈(290)은 앞선 실시예에서의 동력 전달 모듈(150)과 대체로 유사한 기술 원리에 기반한 구성이라 할 것이어서, 그에 대한 구체적 설명은 생략한다.
이러한 구성에 의하면, 스크류(260)에서 프로펠러(261)의 시동이 어려운 경우에는, 전동 모듈(280)을 이용한 외부 입력을 통해 프로펠러(261)가 회전되게 할 수 있다. 전동 모듈(280)의 출력으로서의 회전력은 연동 모듈(290)을 통해 프로펠러(261)를 구동하도록 그에 전달된다.
이렇게 해서 프로펠러(261)가 시동되어 원활히 회전하게 되면, 그는 앞서 설명한 바대로 회전 바디(220)의 회전을 유도한다. 그에 따라 코일 모듈(250)에서 전기가 생산되는 것에 더하여, 연동 모듈(290)이 보조 발전 모듈(285)에 대해 연결되면 보조 발전 모듈(285) 역시 전기를 생산할 수 있게 된다.
상기와 같은 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100,110',200,200': 발전 시스템 110,210: 발전 채널
120: 제1 스크류 130: 제2 스크류
140: 발전 모듈 150: 동력 전달 모듈
160: 수압 조절 모듈 170: 우회 채널
180: 제3 스크류 190,280: 전동 모듈
220: 회전 바디 230: 고정 바디
240: 자력 모듈 250: 코일 모듈
260: 스크류 270: 회전 지지 모듈
290: 연동 모듈

Claims (12)

  1. 수력 발전소에서 발전 후 방출되는 방출수가 유입되는 발전 채널;
    상기 발전 채널에 설치되어, 상기 방출수에 의해 회전되면서 상기 방출수에 원심력을 부여하는 제1 스크류;
    상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 후류에 배치되고, 상기 제1 스크류를 거친 상기 방출수의 원심력에 의해 회전되는 제2 스크류;
    회전력을 입력받아 회전하여 전기를 생산하도록 구성되는 발전 모듈; 및
    상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류를 상기 발전 모듈에 연결하고, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류의 회전에 따라 생성되는 상기 회전력을 상기 발전 모듈에 전달하는 동력 전달 모듈;
    상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 전류에 배치되는 제3 스크류; 및
    상기 제3 스크류를 회전 구동하도록 구성되는 전동 모듈을 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력 전달 모듈은,
    상기 발전 채널의 중심축을 따라 배치되어, 상기 제1 스크류 및 상기 제2 스크류에 연동되어 상기 중심축을 중심으로 회전하는 중심 샤프트; 및
    상기 발전 채널의 반경축을 따라 배치되어, 상기 중심 샤프트 및 상기 발전 모듈을 연동시키며 상기 반경축을 중심으로 회전하는 반경 샤프트를 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발전 채널에서 상기 제1 스크류의 전류에 설치되어, 상기 제1 스크류로 유입되는 상기 방출수의 수압을 조절하도록 구성되는 수압 조절 모듈을 더 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수압 조절 모듈은,
    상기 발전 채널에 스윙 가능하게 설치되어, 상기 발전 채널의 개방 정도를 조절하는 개폐판을 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발전 채널에 연통되고, 상기 방출수를 상기 제1 스크류를 향한 경로에서 벗어나 연장하는 우회 경로로 안내하는 우회 채널; 및
    상기 우회 채널의 입구에 설치되어, 상기 우회 채널을 개폐하는 우회 개폐 모듈을 더 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스크류는,
    복수 개로서 상기 방출수의 유동 경로를 따라 연속적으로 배열되는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  8. 수력 발전소에서 발전 후 방출되는 방출수가 유입되는 발전 채널;
    상기 발전 채널에 연통되고, 상기 발전 채널의 중심축을 중심으로 회전 가능하게 상기 발전 채널에 연결되는 회전 바디;
    상기 회전 바디를 감싸도록 배치되는 고정 바디;
    상기 회전 바디와 상기 고정 바디 중 하나에 설치되는 N극 자석과, 상기 회전 바디와 상기 고정 바디 중 다른 하나에 설치되는 S극 자석을 구비하는 자력 모듈;
    상기 N극 자석과 상기 S극 자석 사이에 배치되어, 상기 회전 바디의 회전에 따른 상기 자력 모듈에 의한 자기력선의 변화에 의해 유도된 전류가 흐르는 코일 모듈;
    상기 회전 바디 내에 상기 방출수에 의해 회전되게 배치되어, 상기 방출수에 원심력을 부여하고 상기 방출수를 상기 회전 바디를 향해 공급하여 상기 회전 바디의 회전을 유도하는 스크류; 및
    상기 회전 바디의 내주면에 상기 원심력이 부여된 상기 방출수와 충돌하도록 돌출 형성되어, 상기 회전 바디의 회전을 촉진하는 충돌 베인을 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    회전력을 발생시키는 전동 모듈; 및
    상기 전동 모듈과 상기 스크류를 연동시켜, 상기 회전력에 의해 상기 스크류가 시동되게 하는 연동 모듈을 더 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스크류의 시동 후에, 상기 스크류의 회전력을 상기 연동 모듈을 통해 입력받아 회전하여 전기를 생산하도록 구성되는 보조 발전 모듈을 더 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 회전 바디를 회전 가능하게 지지하는 회전 지지 모듈을 더 포함하고,
    상기 회전 지지 모듈은,
    상기 발전 채널에 대해 상기 회전 바디를 지지하는 제1 베어링; 및
    상기 고정 바디에 대해 상기 회전 바디를 지지하는 제2 베어링을 포함하는, 수력 발전에서의 방출수를 이용한 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003129931A (ja) * 2001-10-25 2003-05-08 Toshiba Eng Co Ltd 水力発電機
KR101549332B1 (ko) * 2014-03-18 2015-09-01 이지남 유체 압력 터빈

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