KR102655431B1 - 수중매입형 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새로운 구조를 통하여 메카니컬씰의 방수기능이 제대로 작동할 수 있도록 하고, 메카니컬씰의 더욱 강화된 방수 기능을 확보하여 발전효율을 극대화시키면서 내구성을 향상시킬 수 있는 수중매입형 소수력 발전장치에 관한 것으로, 수중에 매입되어 설치되고, 일측면에 형성된 유입구를 통해 내부로 물이 유입되며, 하면에 형성된 유출구를 통해 내부로 유입된 물이 유출되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 수직으로 설치되고, 내부에 회전 가능하게 설치된 회전축과 축결합된 로터 및 상기 로터의 외경방향으로 스테이터가 고정 설치된 발전기하우징과, 상부가 상기 발전기하우징의 하부에 결합되고, 하부에는 상기 회전축을 회전 지지하는 베어링이 결합된 베어링하우징과, 상부가 상기 베어링하우징의 하부에 결합되고, 내부에는 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축을 밀봉하는 메카니컬씰이 구비된 메카니컬씰하우징과, 상기 메카니컬씰하우징의 내부 상단에 설치되고, 상면이 상기 베어링하우징의 하면에 고정 결합되는 메카니컬씰고정링과, 상기 회전축의 하단에 결합되고, 상기 케이싱의 유출구를 통해 유출되는 물에 의해 회전하는 수차를 포함하여 이루어진다.

Description

수중매입형 소수력 발전장치{SUBMERGED TYPE SMALL HYDROELECTRIC POWER GENERATOR}

본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로 것으로, 보다 상세하게는 경관을 해치지 않으면서 소음을 최소화할 수 있도록 수중에 수직으로 매입하여 설치되고, 저낙차에도 고효율 및 가성비가 좋은 수중매입형 소수력 발전장치에 관한 것이다.

최근에는 기후변화에 따른 환경정책의 문제로 인해 소수력 발전을 통하여 수력에너지를 더욱 확보하기 위해, 즉 산간 및 하천 지역의 소규모 댐에 저장된 물을 이용할 뿐만 아니라, 육상 양식장, 생활하수, 폐수처리장, 저수지, 보의 배수로, 건물의 배관 등으로부터도 수력에너지를 확보하고자 한다.

이때, 경관을 해치지 않으면서 소음을 최소화할 수 있도록 소수력 발전장치를 수중에 매입하여 설치하는 수중매입형 소수력 발전장치에 대한 연구가 최근 활발하게 이루어지고 있고, 상기 수차 발전기를 수중매입시 회전축이 수평으로 설치되는 수평식 발전기와 수직식 발전기로 나눌 수 있다.

상기 수직식 발전기의 경우 등록특허공보 제10-1663248호의 '수중 매입형 소수력 발전 장치', 등록특허공보 제10-2140490호의 '수중발전기의 내부상태를 확인할 수 있는 소수력 발전장치' 및 등록특허 제10-2396186호의 '수중매입형 소수력 발전장치' 등이 있다. 이러한 수직식 발전기는 발전부와 수차부가 수직으로 수중에 매입되어 설치되기 때문에 수평식에 비하여 시공 및 관리가 쉽다는 장점이 있다. 그러나, 수직식 발전기 역시 최대한 방수를 하더라도 내부로 물이 침투되기 쉽다는 문제는 여전히 가진다.

즉, 케이싱의 내부에 고정 설치된 발전부의 방수는 크게 문제가 없지만 수차부의 수차와 연결되는 회전축의 하단을 통하여 물이 유입되는데, 이를 방지하기 위해 메카니컬씰이 설치되더라도 메카니컬씰의 마모, 수차의 캐비테이션에 따른 진동에 의해 물이 쉽게 침투하게 되고, 메카니컬씰하우징에 저수되면서 누전, 부식, 윤활특성 저하 등에 의한 파손 및 고장의 우려는 여전히 문제가 되고, 이를 해결하고자 종래기술에서 추가적으로 저수 감지 및 경고기능이나 배수기능을 부여하기도 하지만 근본적인 해결책이 되지는 못한다.

구체적으로 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 수중매입형 소수력 발전장치는, 수중에 매입되어 설치되고, 일측면에 형성된 유입구(11)를 통해 내부로 물이 유입되며, 하면에 형성된 유출구(12)를 통해 내부로 유입된 물이 유출되는 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)의 내부에 수직으로 설치되고, 내부에 회전 가능하게 설치된 회전축(21)과 축결합된 로터(22) 및 상기 로터(22)의 외경방향으로 스테이터(23)가 고정 설치된 발전기하우징(20)과, 상기 발전기하우징(20)의 하부에 결합되고, 상단에는 상기 회전축(21)을 회전 지지하는 베어링(31)이 결합되며, 하단에는 상기 회전축(21)에 연결되어 상기 회전축(21)을 밀봉하는 메카니컬씰(32)이 구비된 메카니컬씰하우징(30)과, 상기 회전축(21)의 하단에 결합되고, 상기 케이싱(10)의 유출구(12)를 통해 유출되는 물에 의해 회전하는 수차(40)를 포함하여 이루어진다.

이때, 회전축(21)은 도 2에 도시된 바와 같이 발전기하우징(20)의 상부에 설치된 상부베어링(31')과 발전기하우징(20)의 하부 또는 메카니컬씰하우징(30)의 상단에 설치된 베어링(31)에 2점으로 회전 지지되고, 메카니컬씰하우징(30)의 하단에는 회전축(21)과의 회전면에 방수를 위해 메카니컬씰(32)이 설치된다. 여기서, 메카니컬씰하우징(30)의 상하 길이가 긴 이유는 메카니컬씰(32)의 방수기능이 원활하지 못하여 내부로 물이 침투할 경우 메카니컬씰하우징(30)의 내부에 물이 충분히 저수될 수 있도록 하기 위함이다.

그런데, 이러한 메카니컬씰하우징(30)의 구조로 인해 오히려 메카니컬씰(32)의 기능이 제대로 작동하지 못하는 이유가 됨을 알 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(21)의 하부를 회전 지지하는 베어링(31)과 수차(40)와의 거리가 길어짐에 따라 베어링(31)과 수차(40) 사이의 회전축(21) 길이만큼 진동에 취약할 수밖에 없고, 그에 따라 자유단인 수차(40) 측의 회전축(21)이 더욱 크게 진동하면서 메카니컬씰(32)의 방수기능이 제대로 작동하지 못하여 물의 침투가 커지고, 급격하게 마모되기 쉽다는 문제가 있다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이 메카니컬씰(32)은 메카니컬씰하우징(30)의 하단에 압입 고정되는 고정씰부(32a)와 회전축(21)에 고정되어 함께 회전하는 회전씰부(32b)로 나눌 수 있는데, 상술한 문제로 인해 급격한 마모로 메카니컬씰(32)의 수명이 현저히 저하되고, 고정씰부(32a)의 고정이 점점 헐거워져 방수기능 자체가 무력화될 수 있다는 것도 큰 문제이다.

즉, 상술한 종래 기술들을 살펴보면, 회전축(21)의 회전면을 따라 물이 침투하는 것을 방지하기 위하여 방수 기능이 탁월한 메카니컬씰(32)을 사용하는 것인데, 오히려 이러한 메카니컬씰(32)이 제대로 작동하지 못해 물이 침투함으로써 물의 저수를 감지하여 경고하거나 저수된 물을 외부로 배수하는 등의 기능을 추가로 설치해야 했던 문제를, 새로운 시각에서 회전축(21)의 회전면에 대한 방수기능이 탁월한 메카니컬씰(32)이 제대로 작동할 수 있도록 구조적 변화 및 더욱 강화된 기능을 부여함으로써 해결할 수 있을 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 새로운 구조를 통하여 메카니컬씰의 방수기능이 제대로 작동할 수 있도록 하고, 메카니컬씰의 더욱 강화된 방수 기능을 확보하여 발전효율을 극대화시키면서 내구성을 향상시킬 수 있는 수중매입형 소수력 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 수중에 매입되어 설치되고, 일측면에 형성된 유입구를 통해 내부로 물이 유입되며, 하면에 형성된 유출구를 통해 내부로 유입된 물이 유출되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 수직으로 설치되고, 내부에 회전 가능하게 설치된 회전축과 축결합된 로터 및 상기 로터의 외경방향으로 스테이터가 고정 설치된 발전기하우징과, 상부가 상기 발전기하우징의 하부에 결합되고, 하부에는 상기 회전축을 회전 지지하는 베어링이 결합된 베어링하우징과, 상부가 상기 베어링하우징의 하부에 결합되고, 내부에는 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축을 밀봉하는 메카니컬씰이 구비된 메카니컬씰하우징과, 상기 메카니컬씰하우징의 내부 상단에 설치되고, 상면이 상기 베어링하우징의 하면에 고정 결합되는 메카니컬씰고정링과, 상기 회전축의 하단에 결합되고, 상기 케이싱의 유출구를 통해 유출되는 물에 의해 회전하는 수차를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 메카니컬씰은, 상기 메카니컬씰고정링의 내주면에 압입된 후 고정핀에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰고정링의 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 고정씰부와, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 고정씰부를 향해 탄지되어 밀착되는 회전씰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메카니컬씰의 회전씰부는, 상기 회전축에 고정되는 축고정부재와, 상기 축고정부재에 일측이 지지되는 스프링과, 상기 스프링의 타측에 탄지되어 상기 고정씰부를 향해 상기 스프링의 탄성력이 작용하는 가동부재와, 상기 가동부재와 상기 고정씰부 사이에 개재되어 상기 가동부재의 작용으로 상기 고정씰부에 밀착되는 밀착부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 메카니컬씰은, 서로 마주보도록 상하로 연결된 더블씰 구조이고, 상기 메카니컬씰고정링의 내주면에 압입된 후 상부고정핀에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰고정링의 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 상부고정씰부와, 상기 메카니컬씰하우징의 하단 내주면에 압입된 후 하부고정핀에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰하우징의 하단 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 하부고정씰부와, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 상부고정씰부 및 하부고정씰부 각각을 향해 탄지되어 밀착되는 더블회전씰부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메카니컬씰의 더블회전씰부는, 상기 회전축에 고정되는 더블축고정부재와, 상기 더블축고정부재의 상부에 하단이 지지되는 상부스프링과, 상기 상부스프링의 상단에 탄지되어 상기 상부고정씰부를 향해 상기 상부스프링의 탄성력이 작용하는 상부가동부재와, 상기 상부가동부재와 상기 상부고정씰부 사이에 개재되어 상기 상부가동부재의 작용으로 상기 상부고정씰부에 밀착되는 상부밀착부재와, 상기 더블축고정부재의 하부에 상단이 지지되는 하부스프링과, 상기 하부스프링의 하단에 탄지되어 상기 하부고정씰부를 향해 상기 하부스프링의 탄성력이 작용하는 하부가동부재와, 상기 하부가동부재와 상기 하부고정씰부 사이에 개재되어 상기 하부가동부재의 작용으로 상기 하부고정씰부에 밀착되는 하부밀착부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 메카니컬씰이 설치되는 메카니컬씰하우징과 별도로 베어링이 설치되는 베어링하우징을 통하여 회전축을 회전 지지하는 베어링과 회전축의 회전면을 밀봉하는 메카니컬씰의 위치를 서로 인접하게 구성하는 새로운 구조를 도입함으로써 수차로부터 발생하는 진동폭을 최소화하여 메카니컬씰의 마모를 줄여 내구성을 확보하고, 수차의 캐비테이션에 따른 진동에 의해 물이 쉽게 침투되지 않도록 방수기능을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 메카니컬씰고정링을 통하여 메카니컬씰의 고정씰부를 고정핀을 통해 위치 고정시킴으로써 메카니컬씰에 진동이 전달되더라도 고정씰부의 위치가 틀어지지 않아 면접촉에 의한 밀폐를 더욱 확고히 할 수 있어 방수기능을 더욱 강화할 수 있다.

또한, 단일의 메카니컬씰은 물론, 메카니컬씰을 서로 마주보도록 상하로 연결된 더블씰 구조를 채택하고, 상부고정씰부 및 하부고정씰부의 사이에 더블회전씰부를 구성하되 더블축고정부재를 중앙에 공유하도록 구성함으로써 컴팩트한 구조를 가지면서도 더욱 강화된 방수기능을 확보하여 발전효율을 극대화시키면서 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 수중매입형 소수력 발전장치의 일 실시예를 도시한 측면도이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 케이싱을 제외한 발전부 및 수차부를 도시한 측단면도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 회전축의 하부에 설치된 베어링, 메카니컬씰 및 수차를 확대하여 도시한 측단면도이고,
도 4는 도 3의 실시예 중 메카니컬씰을 통해 메카니컬씰하우징의 내부로 물이 침투되는 상태를 확대 도시한 요부 측단면도이며,
도 5는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치의 발전부 및 수차부의 제1 실시예를 도시한 측단면도이고,
도 6은 도 5의 실시예 중 회전축의 하부에 설치된 베어링, 메카니컬씰 및 수차를 확대하여 도시한 측단면도이며,
도 7은 도 6의 실시예 중 베어링 및 메카니컬씰을 중심으로 확대 도시한 요부 측단면도이고,
도 8은 도 7의 실시예 중 메카니컬씰의 고정씰부 및 회전씰부의 결합관계를 확대 도시한 요부 측단면도이며,
도 9는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치의 발전부 및 수차부의 제2 실시예를 도시한 측단면도이고,
도 10은 도 9의 실시예 중 회전축의 하부에 설치된 베어링, 메카니컬씰 및 수차를 확대하여 도시한 측단면도이며,
도 11은 도 10의 실시예 중 베어링 및 메카니컬씰을 중심으로 확대 도시한 요부 측단면도이고,
도 12는 도 11의 실시예 중 메카니컬씰의 상부고정씰부, 하부고정씰부 및 더블회전씰부의 결합관계를 확대 도시한 요부 측단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 도 1을 참조하여 도 5, 6, 9 및 10에 도시된 바와 같이 케이싱(10), 발전기하우징(100), 베어링하우징(200), 메카니컬씰하우징(300), 메카니컬씰고정링(400) 및 수차(500)를 포함하여 이루어지고, 상기 발전기하우징(100)에는 회전축(110), 로터(120) 및 스테이터(130)로 구성된 발전부가 구비되고, 베어링하우징(200)에는 베어링(210)이 설치되며, 메카니컬씰하우징(300)에는 메카니컬씰(310)이 설치되어 수차(500)와 함께 수차부를 구성한다. 또한, 상기 메카니컬씰(310)은 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 단일의 고정씰부(310) 및 회전씰부(320)로 구성되거나 보다 강화된 방수기능을 위하여 도 11 및 12에 도시된 바와 같이 한 쌍의 상부고정씰부(313) 및 하부고정씰부(314)와 함께 더블회전씰부(315)를 통한 더블씰 구조를 가질 수도 있다.

케이싱(10)은 도 1을 참조하여 수중에 매입되어 설치되고, 일측면에 형성된 유입구(11)를 통해 내부로 물이 유입되며, 하면에 형성된 유출구(12)를 통해 내부로 유입된 물이 유출된다. 상기 케이싱(10)의 유입구(11)에는 유입관을 통해 물이 유입되도록 물을 공급하고, 상기 케이싱(10)의 유출구(12)에는 유출관을 통해 유출되는 물을 저수조로 배출시킨다. 이러한 케이싱(10)의 하부에는 방사상으로 복수의 베인(미도시)이 설치되어 후술하는 수차(500)의 회전력을 높이도록 내부로 유입된 물을 가이드한다. 상기 케이싱(10)은 수중에 매입되어 설치되므로 충분한 강성을 가지면서 해수에 의한 부식에 강한 재질 및 부식 방지를 위한 표면처리 등이 요구된다.

발전기하우징(100)은 도 1을 참조하여 도 5 및 9에 도시된 바와 같이 상기 케이싱(10)의 내부에 설치되고, 내부에 회전 가능하게 설치된 회전축(110)과 축결합된 로터(120) 및 상기 로터(120)의 외경방향으로 스테이터(130)가 고정 설치된다. 발전기하우징(100)의 내부에 구비된 로터(120) 및 스테이터(130)를 통해 회전축(110)의 회전으로 로터(120)가 함께 회전하면서 발전하므로 발전부를 구성하며, 이러한 발전부는 널리 알려져 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

베어링하우징(200)은 도 5 내지 7 및 9 내지 11에 도시된 바와 같이 상부가 상기 발전기하우징(100)의 하부에 결합되고, 하부에는 상기 회전축(110)을 회전 지지하는 베어링(210)이 결합된다. 이러한 베어링하우징(200)은 베어링(210)을 설치하기 위한 구성으로, 종래와 달리 후술하는 메카니컬씰하우징(300)과 별도로 구성한 이유는 메카니컬씰하우징(300)의 내부에 설치되는 메카니컬씰(310)의 용이한 설치를 위한 것과 함께 설치되는 베어링(210)의 위치를 베어링하우징(200)의 하부에 두면서 메카니컬씰(310)과 인접하게 설치하기 위한 것이다.

이때, 상기 회전축(110)은 회전 지지를 위해 2점 지지가 되어야 하는데, 회전축(110)의 상단은 도 5 및 9에 도시된 바와 같이 발전기하우징(100)의 상부에 설치된 상부베어링(210')에 의해 회전 지지되고, 회전축(110)의 하부는 상기 베어링하우징(200)의 하부에 설치된 베어링(210)에 의해 회전 지지된다. 회전축(110)의 하부를 회전 지지하는 베어링(210)의 하방으로 연장된 회전축(110)의 하단에는 수차(500)가 결합되어 자유단을 형성하는데, 베어링(210)의 지지점으로부터 자유단의 길이를 최소화하여 회전시 발생하는 진동을 최소화할 수 있다.

메카니컬씰하우징(300)은 도 5 내지 6에 도시된 바와 같이 상부가 상기 베어링하우징(200)의 하부에 결합되고, 내부에는 상기 회전축(110)에 연결되어 상기 회전축(110)을 밀봉하는 메카니컬씰(310)이 구비된다. 이러한 메카니컬씰(310)은 종래 메카니컬실하우징(300)의 하단에 압입되는 방식으로 고정되는데, 본 발명에서는 후술하는 메카니컬씰고정링(400)에 위치 고정되어 결합되는 특징이 있다.

메카니컬씰고정링(400)은 상기 메카니컬씰하우징(300)의 내부 상단에 설치되고, 상면이 상기 베어링(200)의 하면에 고정 결합된다. 이러한 메카니컬씰고정링(400)은 상기 메카니컬씰(310)의 고정씰부(311)을 고정시키기 위한 구성이면서, 상기 베어링(210)과 메카니컬씰(310)이 인접하게 위치하도록 고정시키는 역할을 한다.

수차(500)는 상기 회전축(110)의 하단에 결합되고, 상기 케이싱(10)의 유출구(11)를 통해 유출되는 물에 의해 회전한다. 이러한 수차(500)는 도면상 프로펠러 타입으로 케이싱(10)의 유출구(11)로 안내되는 물에 의해 수차(500)가 회전하면서 회전축(110)과 축결합된 로터(420)를 회전시키며, 그에 따라 스테이터(430)에 기전력이 발생하여 발전하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 메카니컬씰(310)이 설치되는 메카니컬씰하우징(300)과 별도로 베어링(210)이 설치되는 베어링하우징(200)을 통하여 회전축(110)을 회전 지지하는 베어링(210)과 회전축(110)의 회전면을 밀봉하는 메카니컬씰(310)의 위치를 서로 인접하게 구성하는 새로운 구조를 도입함으로써 수차(500)로부터 발생하는 진동폭을 최소화하여 메카니컬씰(310)의 마모를 줄여 내구성을 확보하고, 수차(500)의 캐비테이션에 따른 진동에 의해 물이 쉽게 침투되지 않도록 방수기능을 확보할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 발전기하우징(100) 및 베어링하우징(200)은 수중에 매입된 케이싱(10)의 내부에 위치하여 발전기하우징(100) 및 베어링하우징(200) 역시 수중에 설치되므로 물이 침투되지 않도록 긴밀하게 밀봉되어야 하고, 메카니컬씰하우징(300)은 메카니컬씰(310)을 통해 회전축(110)의 노출된 하단의 회전 지지와 함께 밀봉 기능을 구현하게 된다. 상술한 바와 같이 베어링(210)과 메카니컬씰(310)의 위치가 서로 인접하게 구성됨에 따라 진동폭을 최소화하여 메카니컬씰(310)의 방수기능이 제대로 작동하게 되지만, 고정씰부(311)와 회전씰부(312)로 구성되는 메카니컬씰(310) 중 고정씰부(311)가 메카니컬씰고정링(400)에 단순 압입 고정된 상태라면 미세한 진동으로 위치가 틀어져 물의 침투가 염려될 수 있다.

이러한 메카니컬씰(310) 중 고정씰부(311)의 방수기능을 강화하기 위하여, 상기 메카니컬씰(310)은 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 상기 메카니컬씰고정링(400)의 내주면에 압입된 후 고정핀(410)에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰고정링(400)의 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 고정씰부(311)와, 상기 회전축(110)에 연결되어 상기 회전축(110)과 함께 회전하면서 상기 고정씰부(311)를 향해 탄지되어 밀착되는 회전씰부(312)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 회전씰부(312)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 회전축(110)에 고정되는 축고정부재(312a)와, 상기 축고정부재(312a)에 일측이 지지되는 스프링(312b)과, 상기 스프링(312b)의 타측에 탄지되어 상기 고정씰부(311)를 향해 상기 스프링(312b)의 탄성력이 작용하는 가동부재(312c)와, 상기 가동부재(312c)와 상기 고정씰부(311) 사이에 개재되어 상기 가동부재(312c)의 작용으로 상기 고정씰부(311)에 밀착되는 밀착부재(312d)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 상기 메카니컬씰고정링(400)을 통하여 메카니컬씰(310)의 고정씰부(311)를 고정핀(410)을 통해 위치 고정시킴으로써 메카니컬씰(310)에 진동이 전달되더라도 고정씰부(311)의 위치가 틀어지지 않아 면접촉에 의한 밀폐를 더욱 확고히 할 수 있어 방수기능을 강화할 수 있다.

한편, 상술한 단일씰 구조를 가지는 메카니컬씰(310)의 특성상 고정씰부(311)의 설치위치를 보통 메카니컬씰하우징(300)의 상부, 즉 본 발명에서는 메카니컬씰고정링(400)에 고정시키게 되는데, 메카니컬씰(310)의 보다 강화된 방수기능을 확보하기 위하여 후술하는 더블씰 구조를 제안하고자 한다.

즉, 도 11 및 12에 도시된 바와 같이 상기 메카니컬씰(310)은 서로 마주보도록 상하로 연결된 더블씰 구조이고, 상기 메카니컬씰고정링(400)의 내주면에 압입된 후 상부고정핀(420)에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰고정링(400)의 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 상부고정씰부(313)와, 상기 메카니컬씰하우징(300)의 하단 내주면에 압입된 후 하부고정핀(430)에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰하우징(300)의 하단 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 하부고정씰부(314)와, 상기 회전축(110)에 연결되어 상기 회전축(110)과 함께 회전하면서 상기 상부고정씰부(313) 및 하부고정씰부(314) 각각을 향해 탄지되어 밀착되는 더블회전씰부(315)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 더블회전씰부(315)는 도 12에 도시된 바와 같이 상기 회전축(110)에 고정되는 더블축고정부재(315a)와, 상기 더블축고정부재(315a)의 상부에 하단이 지지되는 상부스프링(315b)과, 상기 상부스프링(315b)의 상단에 탄지되어 상기 상부고정씰부(313)를 향해 상기 상부스프링(315b)의 탄성력이 작용하는 상부가동부재(315c)와, 상기 상부가동부재(315c)와 상기 상부고정씰부(313) 사이에 개재되어 상기 상부가동부재(315c)의 작용으로 상기 상부고정씰부(313)에 밀착되는 상부밀착부재(315d)와, 상기 더블축고정부재(315a)의 하부에 상단이 지지되는 하부스프링(315e)과, 상기 하부스프링(315e)의 하단에 탄지되어 상기 하부고정씰부(314)를 향해 상기 하부스프링(315e)의 탄성력이 작용하는 하부가동부재(315f)와, 상기 하부가동부재(315f)와 상기 하부고정씰부(314) 사이에 개재되어 상기 하부가동부재(315f)의 작용으로 상기 하부고정씰부(314)에 밀착되는 하부밀착부재(315g)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수중매입형 소수력 발전장치는, 도 5 내지 8에 도시된 바와 같이 단일의 메카니컬씰(310)은 물론, 도 9 내지 12에 도시된 바와 같이 메카니컬씰(310)을 서로 마주보도록 상하로 연결된 더블씰 구조를 채택하고, 상부고정씰부(313) 및 하부고정씰부(314)의 사이에 더블회전씰부(315)를 구성하되 더블축고정부재(315a)를 중앙에 공유하도록 구성함으로써 컴팩트한 구조를 가지면서도 더욱 강화된 방수기능을 확보하여 발전효율을 극대화시키면서 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 케이싱
11 : 유입구 12 : 유출구
100 : 발전기하우징 110 : 회전축
120 : 로터 130 : 스테이터
200 : 베어링하우징 210 : 베어링
300 : 메카니컬씰하우징 310 : 메카니컬씰
311 : 고정씰부 312 : 회전씰부
312a : 축고정부재 312b : 스프링
312c : 가동부재 312d : 밀착부재
313 : 상부고정씰부 314 : 하부고정씰부
315 : 더블회전씰부 315a : 더블축고정부재
315b : 상부스프링 315c : 상부가동부재
315d : 상부밀착부재 315e : 하부스프링
315f : 하부가동부재 315g : 하부밀착부재
400 : 메카니컬씰고정링 410 : 고정핀
420 : 상부고정핀 430 : 하부고정핀
500 : 수차

Claims (5)

1. 수중에 매입되어 설치되고, 일측면에 형성된 유입구를 통해 내부로 물이 유입되며, 하면에 형성된 유출구를 통해 내부로 유입된 물이 유출되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 수직으로 설치되고, 내부에 회전 가능하게 설치된 회전축과 축결합된 로터 및 상기 로터의 외경방향으로 스테이터가 고정 설치된 발전기하우징과, 상부가 상기 발전기하우징의 하부에 결합되고, 하부에는 상기 회전축을 회전 지지하는 베어링이 결합된 베어링하우징과, 상부가 상기 베어링하우징의 하부에 결합되고, 내부에는 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축을 밀봉하는 메카니컬씰이 구비된 메카니컬씰하우징과, 상기 메카니컬씰하우징의 내부 상단에 설치되고, 상면이 상기 베어링하우징의 하면에 고정 결합되는 메카니컬씰고정링과, 상기 회전축의 하단에 결합되고, 상기 케이싱의 유출구를 통해 유출되는 물에 의해 회전하는 수차를 포함하고,
   상기 메카니컬씰은,
   서로 마주보도록 상하로 연결된 더블씰 구조이고,
   상기 메카니컬씰고정링의 내주면에 압입된 후 상부고정핀에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰고정링의 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 상부고정씰부와,
   상기 메카니컬씰하우징의 하단 내주면에 압입된 후 하부고정핀에 의해 고정되어 상기 메카니컬씰하우징의 하단 내주면과 면접촉에 의한 밀폐를 형성하는 하부고정씰부와,
   상기 회전축에 연결되어 상기 회전축과 함께 회전하면서 상기 상부고정씰부 및 하부고정씰부 각각을 향해 탄지되어 밀착되는 더블회전씰부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중매입형 소수력 발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 메카니컬씰의 더블회전씰부는,
   상기 회전축에 고정되는 더블축고정부재와,
   상기 더블축고정부재의 상부에 하단이 지지되는 상부스프링과,
   상기 상부스프링의 상단에 탄지되어 상기 상부고정씰부를 향해 상기 상부스프링의 탄성력이 작용하는 상부가동부재와,
   상기 상부가동부재와 상기 상부고정씰부 사이에 개재되어 상기 상부가동부재의 작용으로 상기 상부고정씰부에 밀착되는 상부밀착부재와,
   상기 더블축고정부재의 하부에 상단이 지지되는 하부스프링과,
   상기 하부스프링의 하단에 탄지되어 상기 하부고정씰부를 향해 상기 하부스프링의 탄성력이 작용하는 하부가동부재와,
   상기 하부가동부재와 상기 하부고정씰부 사이에 개재되어 상기 하부가동부재의 작용으로 상기 하부고정씰부에 밀착되는 하부밀착부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중매입형 소수력 발전장치.
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