KR102373476B1 - 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템은 물 보텍스를 이용하는 소형의 수력 발전시스템(1)에 있어서, 물이 유입되도록 유입구(11a)가 일측에 형성되며, 상기 물이 일방향으로 흐르도록 유도한 후 상기 물에 보텍스(vortex)를 발생시키는 유입부(10); 상기 유입부(10)의 하측에 배치되며, 하측으로 갈수록 직경이 작아져 상기 유입부(10)으로 유입되는 물의 유속을 증가시키는 경사면(21)을 구비한 저류조(20); 상기 저류조(20)의 하측에 배치되며, 상기 경사면(21)을 따라 하측으로 흐르는 물이 유출되도록 유출구(31)가 형성되는 유출부(30); 상기 유입부(10) 및 상기 저류조(20)에서 발생되는 물의 흐름에 따라 회전하는 상, 하 단면의 형상이 사각형인 블레이드(41)를 하나 이상 구비한 임펠러(40); 상기 임펠러(40)의 회전에 따라 회전하여 회전동력을 발전기로 전달하는 터빈(50); 및 상기 임펠러(40)의 회전동력을 상기 터빈(50)으로 전달하기 위한 동력전달축(60);을 포함할 수 있다.

Description

물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템{Micro hydropower system using water vortex}

본 발명은 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상, 하류의 수두 차에 흐르는 물에 보텍스를 발생시켜 전기에너지를 생산할 수 있는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템에 관한 것이다.

신재생에너지는 크게 신에너지와 재생에너지로 구분되며, 신에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학반응을 통해 전기 또는 열을 이용하는 에너지로서 연료전지, 석탄액화, 가스화, 수소에너지 등이 이에 해당된다. 한편, 재생에너지는 햇빛, 바람, 물, 지열, 강수, 생물의 유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로 태양열 및 태양광 발전, 바이오매스, 풍력, 수력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지 등이 이에 해당된다.

이 중 재생에너지는 기후변화에 대응하는 주요 수단으로 인정받아 상대적으로 낮은 경제성에도 불구하고 국내에서 꾸준하게 보급되고 있는 실정이다. 국내에서는 오래전부터 태양광과 풍력 중심으로 재생에너지가 보급되어 태양광과 풍력의 누적 설비용량이 증가하고 있으며, 태양광과 풍력의 고유 속성인 높은 변동성에 따른 전력계통의 불안정성 문제가 제기되고 있다.

한편, 태양광 및 풍력과 달리 물을 이용하여 전기에너지를 생산하는 수력 발전시스템은 국토의 2/3가 산지로 구성되어 있다는 점, 태양광과 풍력 발전시스템과 비교해 에너지 밀도가 높다는 점 및 발달된 하천망으로 인해 지형적인 측면과 수문학적 측면을 고려할 때 수자원을 이용하기가 용이하다는 점 등의 장점이 있다.

그러나 10,000 kW 이상의 대수력 발전시스템은 환경파괴에 대한 우려로 인해 추가 건설에 있어 많은 제약을 받고 있는 실정이며, 10,000 kW 이하의 소수력 발전시스템은 국내의 한국수자원공사, 한국전력, 한국농어촌공사 등 30여개의 지역에서 142개소가 운영되고 있으나 초기 건설비가 매우 크며, 계절별 강수량 등의 요인에 따라 발전량의 변동이 크다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1676695호 대한민국 등록특허공보 제10-1787818호 대한민국 등록특허공보 제10-1565461호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 설치 장소의 환경에 해를 주지 않는 구조물로 이용하면서 설치 및 유지관리 비용의 절감을 위해 소형으로 구현되며, 물 보텍스를 생성하는 구조로 이루어짐에 따라 전기에너지를 자체적으로 생산할 수 있는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 후처리시설인 정화시설의 정화공정 시간을 단축시키기 위해 유입되는 물을 여과할 수 있는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템을 제공하는데 목적이 있다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템은 물 보텍스를 이용하는 소형의 수력 발전시스템(1)에 있어서, 물이 유입되도록 유입구(11a)가 일측에 형성되며, 상기 물이 일방향으로 흐르도록 유도한 후 상기 물에 보텍스(vortex)를 발생시키는 유입부(10); 상기 유입부(10)의 하측에 배치되며, 하측으로 갈수록 직경이 작아져 상기 유입부(10)으로 유입되는 물의 유속을 증가시키는 경사면(21)을 구비한 저류조(20); 상기 저류조(20)의 하측에 배치되며, 상기 경사면(21)을 따라 하측으로 흐르는 물이 유출되도록 유출구(31)가 형성되는 유출부(30); 상기 유입부(10) 및 상기 저류조(20)에서 발생되는 물의 흐름에 따라 회전하는 상, 하 단면의 형상이 사각형인 블레이드(41)를 하나 이상 구비한 임펠러(40); 상기 임펠러(40)의 회전에 따라 회전하여 회전동력을 발전기로 전달하는 터빈(50); 및 상기 임펠러(40)의 회전동력을 상기 터빈(50)으로 전달하기 위한 동력전달축(60);을 포함할 수 있다.

또한, 상기 블레이드(41)는, 상기 상, 하 단면과 평행한 경사면을 가지는 제1 형태, 소정 각도로 기울어진 경사면을 가지는 제2 형태 및 산과 골이 구비된 경사면을 가지는 제3 형태 중 하나로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 수력 발전시스템(1)은, 상기 유입구(11a)에 설치되어 상기 유입구(11a)로 유입되는 물에 포함된 오염물질을 제거하는 스크린(70); 상기 스크린(70)보다 상대적으로 후단에 배치되어 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 유량을 조절하는 유량조절부(80); 및 상기 유입부(10)의 상측에 설치되어 상기 유입부(10)의 상측으로부터 상기 유입부(10)의 내부로 낙하물의 투입을 차단하는 보호망(90);을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 유량조절부(80)는, 상기 유입부(10)의 내벽에 설치되며, 이동홈이 각각 형성되는 한 쌍의 수문 프레임(81); 상기 한 쌍의 수문 프레임(81)에 끼워져 상하 이동이 가능한 수문(82); 및 상기 수문(82)의 상측과 결합되며, 왕복운동을 통해 상기 수문(82)을 상하이동시키는 실린더(83);를 포함할 수 있다.

그리고 상기 유량조절부(80)는, 상기 이동홈에 설치되는 래크와 상기 수문(82)의 양측면에 각각 설치되는 피니언의 치합이 이루어져 상기 실린더(83)의 왕복운동을 통해 상기 수문(82)의 상하이동이 가능할 수 있다.

또한, 상기 유량조절부(80)는, 상기 수문(82)의 하측으로부터 탈착되어 상기 스크린(70)을 통과한 물에 포함되는 상기 오염물질보다 상대적으로 입자의 크기가 작은 미세 오염물질을 여과하기 위한 여재(84);를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 여재(84)는, 상기 수문(82)의 상하이동에 따라 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 수면에 배치되는 경우, 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 수면으로 부상하는 부유물질을 여과할 수 있다.

또한, 상기 여재(84)는, 상기 수문(82)이 상하이동에 따라 상기 스크린(70)을 통과하는 물에 투입되는 경우, 상기 스크린(70)을 통과하는 물 속에 포함된 침전물질을 여과할 수 있다.

본 발명의 수력 발전시스템은 소형임에 따라 설치 주변의 환경에도 해를 주지 않는 구조물로 이용이 가능하면서 설치 및 유지관리 비용의 절감이 가능하며, 물 보텍스를 생성하는 구조로 이루어짐에 따라 전기에너지를 자체적으로 생산할 수 있다.

또한, 본 발명의 수력 발전시스템은 수력발전에 이용될 물의 오염물질을 여과함에 따라 후처리시설인 정화시설의 공정시간을 단축시킬 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템의 개략적인 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 임펠러에 구비되는 블레이드의 형상을 설명하기 위한 개략적인 설명도이다.
도 3은 도 1에 도시된 여재의 오염물질 여과방식을 설명하기 위한 개략적인 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템의 개략적인 사용상태도이다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템(1)(이하에서는 '수력 발전시스템(1)')에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.

도 1을 참조하면, 수력 발전시스템(1)은 상류 및 하류를 포함하는 장소(예: 산간, 하천, 공원, 하수처리장 등)에 설치되어 상, 하류의 수두(hydraulic head) 차에 의해 흐르는 물에 보텍스를 발생시켜 전기에너지의 생산이 가능한 소형의 수력 발전시스템으로서 유입부(10), 저류조(20), 유출부(30), 임펠러(40), 터빈(50), 동력전달축(60), 스크린(70), 유량조절부(80) 및 보호망(90)을 구비한다.

유입부(10)는 상류의 물이 저류조(20)를 향해 흐르도록 유도하기 위한 유입관(11) 및 유입조(12)로 이루어진다.

유입관(11)은 유입구(11a)가 일측에 형성되며, 유입구(11a)를 통과하는 물이 일방향으로 흐르도록 유도하기 위해 상부면이 개방되고, 하부면과 양측의 사이드면이 폐쇄되는 유(U)자 형태로 이루어질 수 있다. 다만, 유입관(11)의 형태는 이와 같이 국한되는 것은 아니며, 상부면도 폐쇄되는 사각형 또는 원통형의 관으로 이루어질 수 있다.

또한, 유입관(11)의 폭은 0.2~0.5 m 일 수 있으며, 유입관(11)의 높이는 0.1~0.5 m 일 수 있다.

유입조(12)는 저류조(20) 중 직경이 가장 큰 저류조(20)의 상부와 결합되는 형태로 배치되며, 유입관(11)을 통과하는 물에 보텍스(vortex)를 발생시키기 위해 저류조(20)의 상부와 동일 직경의 원통 형상으로 이루어진다.

이에, 유입부(10)에서의 물은 유입관(11)을 통과한 후에 유입조(12)의 내면과 부딪치면서 원통 형상인 유입조(12)의 내면을 따라 소용돌이와 같은 형태로 회전하면서 저류조(20)를 향해 하강하게 된다.

또한, 유입부(10)는 유입관(11) 및 유입조(12)을 통해 상측에서 바라볼 때를 기준으로 따옴표(')형상을 가지게 되어 유입부(10)로 유입되는 물을 따옴표의 형태로 흐르게 유도할 수 있다.

저류조(20)는 유입조(12)로부터 하측으로 흐르는 물이 유입되도록 유입조(12)의 하측에 배치되며, 유입조(12)로부터 흐르는 물의 유속을 증가시키기 위해 하측으로 갈수록 직경이 작아지는 경사면(21)을 구비한다.

이에, 저류조(20)에서의 물은 경사면(21)을 따라 회전하면서 경사면(21)의 하측으로 갈수록 유속이 점차 빨라지게 된다.

또한, 경사면(21)은 저류조(20)의 상부로부터 하부를 향한 각도가 10°일 수 있다.

유출부(30)는 저류조(20) 중 직경이 가장 작아지는 저류조(20)의 하부와 결합되는 형태로 배치되며, 경사면(21)을 따라 하측으로 흐르는 물을 유출시키기 위한 유출구(31)가 형성된다.

이에, 유출부(30)에서의 물은 유출구(31)를 통해 하류에 포함되어 하류의 흐름에 따라 후처리시설인 정화시설로 흐르거나 강, 바다 등에 방류된다.

또한, 유출구(31)는 물의 유출을 위한 직경이 0.1~0.3 m 일 수 있다.

임펠러(40)는 유입조(12)의 내면 및 저류조(20)의 경사면(21)에서 발생되는 물의 흐름에 따라 회전하기 위해 물과의 접촉이 발생되는 블레이드(41)를 하나 이상 구비한다.

블레이드(41)는 인접한 블레이드(41)와 동일한 형태로 이루어지면서 간격을 유지하며, 상측 단면과 하측 단면의 형상이 사각형일 수 있다.

이러한 블레이드(41)는 이하의 다양한 변형 실시에 중 하나로 채택되어 구현될 수 있다.

도 2의 (A)를 참조하면, 블레이드(41)는 상, 하 단면을 포함하는 경사면이 상기 상, 하 단면과 평행한 제1 형태로 이루어질 수 있다.

도 2의 (B)를 참조하면, 블레이드(41)는 상, 하 단면을 포함하는 경사면이 소정의 각도(θ)로 기울어지는 제2 형태로 이루어질 수 있으며, 소정의 각도(θ)는 1~30°에서 채택될 수 있다.

도 2의 (C)를 참조하면, 블레이드(41)는 상, 하 다면을 포함하는 경사면이 산과 골을 구비하여 웨이브(wave)형인 제3 형태로 이루어질 수 있으며, 산과 골은 경사면에 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 임펠러(40)는 동력전달축(60)에 의한 상하이동을 통해 저류조(20)의 내측 뿐만 아니라 유출구(31)상에 배치될 수 있도록, 블레이드(41)를 포함하는 직경의 크기가 유출구(31)의 직경의 크기보다 작을 수 있다.

더 나아가, 임펠러(40)는 수력 발전시스템(1)에 하나만 구비되는 것으로 국한되는 것은 아니며, 서로 다른 위치에서 발생되는 물의 흐름에 따라 회전되기 위해 둘 이상 구비될 수 있다.

구체적인 일례로, 임펠러(40)는 저류조(20)의 내측에 배치되어 경사면(21)을 따라 흐르는 물의 흐름에 의해 회전되는 제1 임펠러와 유출구(31)상에 배치되어 유출구(31)를 통해 유출되는 물의 흐름에 의해 회전되는 제2 임펠러로 이루어질 수 있으며, 이 경우 제1, 2 임펠러는 동력전달축(60)을 통해 연결될 수 있으며, 이에 동력전달축(60)은 터빈(50)과 제1 임펠러를 연결하여 제1 임펠러의 회전동력을 터빈(50)으로 전달하는 제1 동력전달축 및 제1 임펠러와 제2 임펠러를 연결하여 제2 임펠러의 회전동력을 제1 임펠러로 전달하는 제2 동력전달축으로 이루어질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 터빈(50)은 전기에너지를 생산하는 발전기에 회전동력을 전달하기 위해 임펠러(40)의 회전에 따라 회전한다.

이러한 터빈(50)은 보호망(90)을 통해 안전하게 유입조(12)보다 상측에 배치된 상태로 발전기에 회전동력을 전달할 수 있다.

동력전달축(60)은 임펠러(40)의 회전동력을 터빈(50)으로 전달하기 위해 일단이 임펠러(40)와 연결되면서 타단이 터빈(50)과 연결된다.

이러한 동력전달축(60)은 임펠러(40)의 회전동력을 터빈(50)으로 전달할 뿐만 아니라, 임펠러(40)의 상하이동을 위해 상하방향으로 신장 또는 수축될 수 있다.

스크린(70)은 유입구(11a)로 유입되는 물에 포함된 오염물질을 제거하기 위해 유입구(11a)에 설치된다.

여기서, 스크린(70)에 의해 제거될 오염물질은 후술될 여재(84)를 통해 여과될 오염물질보다 입자의 크기가 상대적으로 큰 나뭇가지, 나뭇잎, 돌, 모래, 플라스틱, 스티로폼 등일 수 있다.

유량조절부(80)는 스크린(70)을 통과한 후 유입조(12)로 유입될 물의 유량을 조절하기 위해 스크린(70)보다 상대적으로 후단에 배치된다.

유량조절부(80)는 물의 유량을 조절하기 위해 한 쌍의 수문 프레임(81), 수문(82) 및 실린더(83)를 구비한다.

한 쌍의 수문 프레임(81)은 유입관(11)의 내벽에 설치되며, 수문(82)의 양측면이 끼워질 수 있는 폭의 이동홈이 내면에 각각 형성된다.

이러한 한 쌍의 수문 프레임(81)은 이동홈에 끼워진 수문(82)의 상하이동을 위한 래크가 이동홈 부근에 설치될 수 있다.

수문(82)은 유입구(11a)를 통과하는 물과의 접촉을 통해 물의 유량을 조절하는 수단으로서, 이동홈에 끼워진 상태로 상하이동되어 유입조(12)로 유입될 물의 유량을 조절한다.

이러한 수문(82)은 양측면에 설치되는 피니언을 통해 이동홈에 설치된 래크와 치합이 이루어져 상하이동될 수 있다.

또한, 수문(82)은 도 3에 도시된 바와 같이, 유입관(11)의 하부면을 향해 이동되는 경우에 물의 유량이 감소되도록 하며, 유입관(11)의 하부면으로부터 이격되게 이동되는 경우에 물의 유량이 증가되도록 하는 것이 바람직하다.

실린더(83)는 수문(82)의 상하이동을 위해 수문(82)의 상측과 결합된 상태로 왕복운동이 이루어진다.

이러한 실린더(83)는 수문(82)의 상하이동을 위한 왕복운동이 가능한 유압실린더 또는 공압실린더일 수 있다.

한편, 유량조절부(80)는 스크린(70)을 통과하는 물을 여과하기 위한 여재(84)를 더 구비할 수 있다.

여재(84)는 스크린(70)을 통과하는 물에 포함될 수 있는 미세 오염물질을 여과하기 위해 수문(82)의 하측으로부터 탈착된다.

여기서, 여재(84)에 의해 여과될 미세 오염물질은 스크린(70)에 의해 제거된 오염물질보다 상대적으로 입자의 크기가 상대적으로 작은 농약, 염료, 진흙, 먼지, 부유물질, 현탁물질, 침전물질 등일 수 있다.

또한, 여재(84)는 미세 오염물질을 여과하는 것이 용이한 섬유볼 여재로 이루어질 수 있다.

그리고 여재(84)는 수문(82)의 상하이동 정도에 따라 스크린(70)을 통과하는 물로부터 다른 종류의 미세 오염물질을 여과할 수 있으며, 미세 오염물질의 다양한 여과 방식은 이하와 같다.

구체적인 일례로, 여재(84)는 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이 수문(82)의 상하이동에 따라 스크린(70)을 통과하는 물의 수면에 배치되는 경우, 스크린(70)을 통과하는 물의 수면으로 부상하는 부유물질을 여과할 수 있다.

구체적인 다른 예로, 여재(84)는 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 수문(82)의 상하이동이 따라 물에 투입되는 경우, 스크린(70)을 통과하는 물 속에 포함된 침전물질을 여과할 수 있다.

또한, 다른 예에서는 물의 수면과 접촉되는 유입구(11a)를 향한 수문(82)의 일측에 여재(84)와 동일한 여과수단이 구비되어 물의 수면으로 부상하는 부유물질을 여과할 수 있다.

이에, 다른 예에서는 스크린(70)을 통과하는 물의 부유물질 및 침전물질의 여과가 함께 이루어질 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 보호망(90)은 유입조(12)의 상측으로부터 유입조(12)의 내부로 낙하물이 투입되는 것을 차단하기 위해 유입조(12)의 상측에 설치된다.

이러한 보호망(90)은 유입조(12)의 내부로 낙하물이 투입되는 것을 차단할 뿐만 아니라, 유입조(12)의 상측에 배치되는 터빈(50)이 유입조(12)로 낙하되는 것을 차단할 수 있다.

상기 구성요소들을 포함하는 본 발명의 수력 발전시스템(1)은 이하의 다양한 실시예와 같이 설치되어 전기에너지를 생산할 수 있다.

도 4의 (A)를 참조하면, 수력 발전시스템(1)은 계단식 하천에 연속 설치되어 대량의 전기에너지를 생산할 수 있다.

구체적인 일례로, 제1 수력 발전시스템(1a)은 계단식 하천의 상류로부터 유입되는 물로 전기에너지를 생산하면서 하류로 물을 유출시키며, 제2 수력 발전시스템(1b)은 제1 수력 발전시스템(1a)로부터 유출된 물로 전기에너지를 생산하면서 하류로 물을 유출시키고, 제3 수력 발전시스템(1c)은 제2 수력 발전시스템(1b)로부터 유출된 물로 전기에너지를 생산하면서 하류로 물을 유출시키고, 제4 수력 발전시스템(1d)은 제3 수력 발전시스템(1c)로부터 유출된 물로 전기에너지를 생산하면서 물을 방류시킬 수 있다.

도 4의 (B)를 참조하면 수력 발전시스템(1)은 하수처리장의 방류부에 설치되어 방류부의 운영에 필요한 전기에너지를 생산할 수 있다.

구체적인 일례로, 수력 발전시스템(1)은 하수처리장의 방류부에 설치되어 하수처리장의 방류부를 통해 방류될 물로 전기에너지를 생산하면서 물을 방류시키며, 방류부의 운영을 위해 방류부의 발전기에 터빈(50)의 회전동력을 전달할 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

1: 수력 발전시스템, 10: 유입부,
11: 유입관, 11a: 유입구,
12: 유입조, 20: 저류조,
21: 경사면, 30: 유출부,
31: 유출구, 40: 임펠러,
41: 블레이드, 50: 터빈,
60: 동력전달축, 70: 스크린,
80: 유량조절부, 81: 수문 프레임,
82: 수문, 83: 실린더,
84: 여재, 90: 보호망.

Claims (8)

1. 물 보텍스를 이용하는 소형의 수력 발전시스템(1)에 있어서,
   물이 유입되도록 유입구(11a)가 일측에 형성되며, 상기 물이 일방향으로 흐르도록 유도한 후 상기 물에 보텍스(vortex)를 발생시키는 유입부(10);
   상기 유입부(10)의 하측에 배치되며, 하측으로 갈수록 직경이 작아져 상기 유입부(10)으로 유입되는 물의 유속을 증가시키는 경사면(21)을 구비한 저류조(20);
   상기 저류조(20)의 하측에 배치되며, 상기 경사면(21)을 따라 하측으로 흐르는 물이 유출되도록 유출구(31)가 형성되는 유출부(30);
   상기 유입부(10) 및 상기 저류조(20)에서 발생되는 물의 흐름에 따라 회전하는 상, 하 단면의 형상이 사각형인 블레이드(41)를 하나 이상 구비한 임펠러(40);
   상기 임펠러(40)의 회전에 따라 회전하여 회전동력을 발전기로 전달하는 터빈(50);
   상기 임펠러(40)의 회전동력을 상기 터빈(50)으로 전달하기 위한 동력전달축(60);
   상기 유입구(11a)에 설치되어 상기 유입구(11a)로 유입되는 물에 포함된 오염물질을 제거하는 스크린(70);
   상기 스크린(70)보다 상대적으로 후단에 배치되어 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 유량을 조절하는 유량조절부(80); 및
   상기 유입부(10)의 상측에 설치되어 상기 유입부(10)의 상측으로부터 상기 유입부(10)의 내부로 낙하물의 투입을 차단하는 보호망(90);을 포함하고,
   상기 유량조절부(80)는,
   상기 유입부(10)의 내벽에 설치되며, 이동홈이 각각 형성되는 한 쌍의 수문 프레임(81);
   상기 한 쌍의 수문 프레임(81)에 끼워져 상하 이동이 가능한 수문(82);
   상기 수문(82)의 상측과 결합되며, 왕복운동을 통해 상기 수문(82)을 상하이동시키는 실린더(83); 및
   상기 수문(82)의 하측으로부터 탈착되어 상기 스크린(70)을 통과한 물에 포함되는 상기 오염물질보다 상대적으로 입자의 크기가 작은 미세 오염물질을 여과하기 위한 여재(84);를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드(41)는,
   상기 상, 하 단면과 평행한 경사면을 가지는 제1 형태, 소정 각도로 기울어진 경사면을 가지는 제2 형태 및 산과 골이 구비된 경사면을 가지는 제3 형태 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 유량조절부(80)는,
   상기 이동홈에 설치되는 래크와 상기 수문(82)의 양측면에 각각 설치되는 피니언의 치합이 이루어져 상기 실린더(83)의 왕복운동을 통해 상기 수문(82)의 상하이동이 가능한 것을 특징으로 하는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 여재(84)는,
   상기 수문(82)의 상하이동에 따라 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 수면에 배치되는 경우, 상기 스크린(70)을 통과하는 물의 수면으로 부상하는 부유물질을 여과하는 것을 특징으로 하는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 여재(84)는,
   상기 수문(82)이 상하이동에 따라 상기 스크린(70)을 통과하는 물에 투입되는 경우, 상기 스크린(70)을 통과하는 물 속에 포함된 침전물질을 여과하는 것을 특징으로 하는 물 보텍스를 이용한 마이크로 수력 발전시스템.

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