KR200297627Y1 - Hydraulic power generating system with vacuum condition - Google Patents

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KR200297627Y1 KR2020020019092U KR20020019092U KR200297627Y1 KR 200297627 Y1 KR200297627 Y1 KR 200297627Y1 KR 2020020019092 U KR2020020019092 U KR 2020020019092U KR 20020019092 U KR20020019092 U KR 20020019092U KR 200297627 Y1 KR200297627 Y1 KR 200297627Y1
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Abstract

물의 위치에너지를 이용, 수차를 돌려 동력을 얻는 수력발전에 관한 것이다. 완전한 낙차를 수차에 이용하기 위해 저수지측에 인접한 부위에 설치되는 수차의 출구에 진공식 흡출관을 설치, 진공압 및 진공식 흡출관내의 수두를 이용하여 지금까지 사장되어 왔던 기존 장치의 설치 및 구조적인 낙차를 유효낙차로 전환, 완전한 낙차를 얻어 현재의 비수익성 수력자원개발에 기여하고 장치를 소형화하며 설치 및 유지관리비용을 절감함은 물론 동력효율을 높여서 청정에너지인 수력발전의 원가를 낮출 수 있다.The present invention relates to hydroelectric power that uses a potential energy of water to generate power by rotating aberrations. In order to use a full drop for aberration, a vacuum draft tube is installed at the outlet of the aberration adjacent to the reservoir side, and the installation and structure of the existing apparatus, which has been abandoned so far, by using the head in the vacuum pressure and vacuum draft tube By converting an ordinary drop into an effective drop, it can contribute to the development of current non-profitable hydro resources, downsize the device, reduce installation and maintenance costs, and increase power efficiency to lower the cost of hydropower, which is clean energy. have.

Description

진공식 흡출관 이용 완전낙차 수력 시스템{Hydraulic power generating system with vacuum condition}Hydraulic power generating system with vacuum draft tube

고효율의 동력을 얻기 위해서는 큰 낙차가 필요했는데 그러기 위해서는 수차를 최종 방수연의 수면위 최저 높이에 설치하게 되었는데 어려운 공사와 유지 및 관리가 어렵고 홍수, 파도 및 수차 자체의 방출수에 의해 잠기거나 유실 위험 등으로 부터 안전여유 및 구조적 공간을 두고 설치했는데 이들 안전여유 등은 곧 낙차 손실이었다.In order to obtain high-efficiency power, a large drop was required. To this end, the aberration was installed at the lowest level above the surface of the final waterproofing lead. The safety margin and structural space were installed from the company, and the safety margin was free fall loss.

수차를 최종 방수연 수면위 10M정도의 높이에 설치, 완전한 낙차를 얻기위해 진공식 흡출관을 설치하여 진공압으로 진공식 흡출관내의 공기를 빼서 방수연의 물을 수차의 출구측 까지 흡인한다. 이 물은 위치에너지를 가지고 있어서 중력에 의해 밑으로 낙하함으로 인해 진공압이 형성되며 수차실 내의 노즐에 작용하는 물에 진공압력이 보태어진 수류는 수차를 돌리게 되고 이후 진공식 흡출관을 통하여 방수연으로 방출된다.The aberration is installed at the height of 10M above the final waterproof lead surface, and a vacuum draft tube is installed to obtain a complete drop, and the water of the waterproof lead is drawn to the outlet side of the aberration by vacuuming the air in the vacuum draft tube. This water has potential energy, so the vacuum pressure is formed by falling down due to gravity, and the water flow with the vacuum pressure added to the water acting on the nozzle in the aberration chamber rotates the aberration. Is released.

도1은 상부저수지가 수차보다 낮은 경우를 나타낸 계통도1 is a system diagram showing a case where the upper reservoir is lower than the aberration

도2는 상부저수지가 수차보다 높은 경우를 나타낸 계통도Figure 2 is a system diagram showing the case where the upper reservoir is higher than the aberration

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 중력식 도수관 2 : 흡인식 도수관1: gravity water pipe 2: suction water pipe

3 : 수차 4 : 진공펌프3: aberration 4: vacuum pump

5 : 컨트롤러(Controller) 6 : 컨트롤밸브(Control valve)5: Controller 6: Control valve

7 : 진공식 흡출관 8 : 수위계7: vacuum draft tube 8: level gauge

9 : 방수연 10 : 노즐9: waterproof lead 10: nozzle

11 : 중력식 도수관낙차 12 : 흡인식 도수관낙차11: gravity-type water pipe drop 12: suction-type water pipe drop

13 : 진공식 흡출관낙차 14 : 수차회전공간13: vacuum suction tube drop 14: water wheel rotation space

15 : 오리피스(Orifice) 16 : 총낙차15: Orifice 16: Total drop

도1은 수차가 상부저수지보다 높은 곳에 위치한 경우를 나타낸 계통도로서 1OM이하의 폭포 및 낙차에서는 이 형태의 시스템이 된다. 흡인식 도수관(2) 및 진공식 흡출관(7)의 하단부는 물에 잠겨 공기와 차단되어져 있어야 하며 컨트롤러(5)에 소정의 압력을 설정하고 진공펌프(4)를 가동하면 흡인식 도수관(2) 및 진공식 흡출관(7)내의 공기가 빠지면서 물이 채워지고 흡인식 도수관(2)내에 채워진 물은 노즐(10)로 빨려나오고 진공식 흡출관(7)에는 컨트롤러(5)의 소정의 압력 설정치만큼 물이 채워져서 위치에너지를 가지고 있으며 물이 밑으로 빠지려는 힘으로 진공압이 형성되고 이 진공압으로 노즐(10)을 빠져나온 물은 점도와 비중과 관성을 가지고 있어서 노즐(10)의 토출방향으로 곧게 뿜어져 수차(3)를 돌리고 진공식 흡출관(7)내의 물의 중력에 의해 진공식 흡출관(7)을 통하여 방수연(9)로 흘러내린다. 유효낙차는 총낙차(16)에서 수차회전공간(14)을 뺀 낙차가 된다. 반동식 수차를 사용할 경우 완전한 낙차를 사용할 수 있다. 오리피스(15)는 흡인식 도수관(2)내의 유속이 느릴 때 공기가 차 있으면 물의 흐름을 방해할 수 있으므로 잔여 공기를 배출, 물의 흐름을 원활히 해준다. 또 이 시스템에서 수차(3)를 빼고 흡인식 도수관(2)과 진공식 흡출관(7)을 바로 연결해서 10M 이하의 둑높이에서는 진공압력을 조절, 초기에만 최소의 동력을 사용해서 해당 위치에너지로 장애물을 넘어 다량의 물을 배출할 수 있는 수로 및 누수율이 제로(Zero)인 갑문으로 사용할 수 있으며 진공식 흡출관(7)과 수차실 및 흡인식 도수관(2)을 투명재료로 사용하고 발광식 수차블레이드(Blade)를 사용해서 학습교재 및 운치있는 실내외 장식 및 공원의 동력놀이기구로 사용가능하다. 도2의 중력식 도수관(1)은 상부저수지의 물을 중력으로 수차(3)로 보내주는 일반적인 도수관인데 지금까지 모든 수력발전의 동력은 이 중력식 도수관(1)의 압력으로만 동력을 얻어 왔었는데 이 고안은 진공식 흡출관(7)을 사용, 중력식 도수관낙차(11)에 진공식 흡출관낙차(13)가 보태어져 수차(3)를 돌려주며 10M 이상의 낙차에서는 이 형태의 시스템이 된다. 유효낙차는 중력식 도수관낙차(11)와 진공식 흡출관낙차(13)의 합이다.예1) 비유예를 들어보면 천장에 스프링 저울을 매달아 놓고 10kg의 추를 단다. 그 추의 밑에 다시 고무줄에 연결된 10kg의 추를 단다. 저울의 지침은 20kg이고 아래의 추를 단 고무줄을 잘라내면 지침은 10kg이다. 예1) 에서 위의 추가 중력식 도수관낙차(11)가 되고 아래의 추가 진공식 흡출관낙차(13)이며 위, 아래 추를 연결해주는 고무줄이 수차실의 진공압에 해당된다.예2) 실시예를 들어보면 자연상태에서 중력식 도수관(1) 하단부의 노즐(10)을 개방하면 물이 토출되면서 수차(3)를 돌리게 되며 진공펌프(4)를 가동하면 진공압력은 수차실의 모든 부분에 작용하여 동적인 2개소의 진공식 흡출관(7)과 노즐(10)에 변화를 주어 진공의 흡인압으로 진공식 흡출관(7)에 물을 채우게 되는데 진공식 흡출관(7)에 채워지는 물만큼 토출되고 있는 노즐(10)의 수류에 흡인압력이 작용해 고압의 수류로 수차(3)를 빠르게 돌리고 진공식 흡출관(7)의 수위를 유지하면서 하방 배출된다. 노즐(10)의 유량에 급작스럽게 변화를 주면 수차실에는 압력을 진공식 흡출관(7)에는 수위를 크게 변화시키게 되는데 그 이유는 밀폐된 공간에 연속시스템이기 때문이다. 예1)에서 아래의 추를 단 고무줄을 잘라내듯이 콘트롤밸브(6)를 열어 수차실에 공기를 유입시켜 진공압을 해제하면 진공식 흡출관(7)의 수위는 방수연(9)의 수면으로 떨어지고 노즐(10)에 작용하는 흡인력도 없어져 중력식 도수관낙차(11)만 사용할 수 있게 된다. 낙차의 손실을 보면서 수차회전공간(14)를 둔 것은 진공층이 수차(3)와 물과의 마찰을 피하게 하고 충격을 완화해 주면서 상부와 하부낙차를 연결해 준다.상기한 바와 같이 진공식 흡출관(7)을 사용해서 수차(3)의 높이를 방수연(9) 수면에서 10M정도의 높이에 설치하고도 완전한 낙차를 얻어 수차(3)를 방수연 수면에 설치한 효과와 같다. 진공펌프(4)는 초기 운전시에 가동, 진공식 흡출관(7)내에 물을 채우며 정상운전시에는 물과 공기의 유체충돌현상으로 물이 공기를 흡수하거나 흐르는 물의 유속에 의해 기포를 아래로 배출하므로 컨트롤러(5)의 영향을 받지만 극히 간헐적으로 가동되며 일반적으로는 진공압이 과도해서 소정의 압력을 유지하기 위해 소량의 공기를 넣어 주는 상태가 되어 진공펌프(4)를 가동할 일이 거의 없다. 진공식 흡출관(7)의 수위는 최대한 높게 유지해야 배출효율이 좋지만 수위가 과도하게 높은 경우 진공압력은 과도하게 낮아져 진공식 흡출관(7)내의 물이 기화되어 진공펌프(4)의 가동율 증가로 에너지 낭비를 초래할 수 있으나 기화된 물은 음용수로 활용가능하며 수온이나 대기압의 상태를 점검한 후 수위를 결정해야 한다. 진공식 흡출관(7)내의 진공압력이 과도하게 낮을경우 컨트롤러(5)의 제어를 받아 컨트롤밸브(6)가 열려 공기유입으로 압력 및 수위는 설정치 범위내로 유지된다 . 또 낙차의 여유가 있을 경우 컨트롤러(5)의 설정치 변화로 진공식 흡출관(7)내의 수위를 조절해 진공식 흡출관낙차(13)의 변화로 수차(3)의 회전수 및 출력조절이 가능하다. 진공식 흡출관(7)내의 공기를 진공펌프(4)로 흡입, 배출하므로 양수식 발전의 경우에도 진공식 흡출관(7)을 양수식펌프 흡입관으로 사용가능하므로 펌프를 하부저수지 아래로 설치할 필요가 없다. .1 is a system diagram showing a case where the aberration is higher than the upper reservoir, and this type of system is used for waterfalls and falls of 1OM or less. The lower end of the suction water pipe 2 and the vacuum suction pipe 7 should be immersed in water to be isolated from the air. When the controller 5 is set to a predetermined pressure and the vacuum pump 4 is operated, the suction water pipe 2 ) And the water in the vacuum suction tube 7 is filled with water, and the water filled in the suction water pipe 2 is sucked out by the nozzle 10 and the vacuum suction tube 7 has a predetermined pressure of the controller 5. The water is filled as much as the set value and has potential energy, and a vacuum pressure is formed by the force of water to fall downward, and the water exiting the nozzle 10 by this vacuum pressure has a viscosity, specific gravity, and inertia. It blows straight in a discharge direction, turns the aberration 3, and flows into the waterproof lead 9 through the vacuum draft tube 7 by the gravity of the water in the vacuum draft tube 7. The effective drop is the drop which is obtained by subtracting the water wheel rotation space 14 from the total drop 16. A full drop can be used when using reaction aberrations. Orifice (15) when the flow rate in the suction pipe (2) is slow, if the air is filled because it can interfere with the flow of water to discharge the residual air, to facilitate the flow of water. In this system, the aberration (3) is removed, and the suction water pipe (2) and the vacuum draft pipe (7) are directly connected to adjust the vacuum pressure at the height of the dam below 10M. Can be used as a channel that can discharge a large amount of water over obstacles and a lock with zero leakage rate, and a vacuum draft tube (7), aberration chamber and suction channel (2) are used as transparent materials and emit light. It can be used as learning materials, elegant indoor and outdoor decorations, and motorized playground equipment in parks by using blades. Gravity-type water pipe (1) of Figure 2 is a general water pipe to send the water of the upper reservoir to the water wheel (3) by gravity, so far all the power of the hydroelectric power has been powered only by the pressure of this gravity water pipe (1) The design uses the vacuum draft tube 7, and the vacuum draft tube drop 13 is added to the gravity water pipe drop 11 to return the aberration 3 to a system of this type in a drop of 10M or more. The effective drop is the sum of the gravity water pipe drop (11) and the vacuum draft pipe drop (13). Example 1) For example, hang a spring scale on the ceiling and attach a weight of 10 kg. Under the weight, attach a weight of 10 kg connected to the rubber band again. The instructions for the scale are 20 kg, and if you cut the rubber band with the weight below, the instructions are 10 kg. In Example 1), the above-mentioned additional gravity water pipe drop (11) above, and the additional vacuum suction pipe drop (13) below, and the rubber band connecting the upper and lower weights correspond to the vacuum pressure of the aberration chamber. For example, in the natural state, opening the nozzle 10 at the bottom of the gravity-type water pipe 1 rotates the aberration 3 as the water is discharged. When the vacuum pump 4 is operated, the vacuum pressure acts on all parts of the aberration chamber. The two vacuum suction tubes 7 and the nozzles 10 which are dynamic are changed to fill the vacuum suction tube 7 with the vacuum suction pressure as much as the water filled in the vacuum suction tube 7. A suction pressure acts on the water flow of the nozzle 10 being discharged, and rapidly discharges the aberration 3 by the high pressure water flow and discharges downward while maintaining the water level of the vacuum suction tube 7. When the flow rate of the nozzle 10 is suddenly changed, the pressure in the aberration chamber is greatly changed in the water level in the vacuum draft tube 7, because the system is a continuous system in an enclosed space. In Example 1), open the control valve (6) to release the vacuum pressure by opening the control valve (6) to release the vacuum pressure, and then the water level of the vacuum suction tube (7) is the water level of the waterproof lead (9). The suction force that falls and acts on the nozzle 10 is also lost, so that only the gravity-type water pipe drop 11 can be used. Setting the water wheel rotation space 14 while seeing the loss of the free fall allows the vacuum layer to connect the top and bottom drops while avoiding friction between the aberration 3 and water and alleviating the impact. Using the pipe (7) to set the height of the aberration (3) at a height of about 10M from the surface of the waterproof lead (9), even if the complete drop is obtained, the same as the effect of installing the aberration (3) on the waterproof lead surface. The vacuum pump 4 operates at initial operation and fills the water in the vacuum draft tube 7, and during normal operation, the water absorbs air due to a fluid collision between water and air or discharges bubbles downward due to the flow rate of flowing water. Therefore, it is influenced by the controller 5, but operates extremely intermittently. In general, the vacuum pressure is excessive so that a small amount of air is put in order to maintain a predetermined pressure, so that the vacuum pump 4 is rarely operated. . The discharge efficiency is good when the water level of the vacuum draft tube 7 is maintained as high as possible, but when the water level is excessively high, the vacuum pressure is excessively lowered so that the water in the vacuum draft tube 7 is vaporized to increase the operation rate of the vacuum pump 4. This can cause energy waste, but vaporized water can be used as drinking water and the water level or atmospheric pressure must be checked before determining the water level. If the vacuum pressure in the vacuum evacuation tube 7 is excessively low, the control valve 6 is opened under the control of the controller 5 to open the pressure and the water level within the set value range due to the inflow of air. In addition, if there is a margin of free fall, the water level in the vacuum draft tube 7 is adjusted by changing the set value of the controller 5, and the rotation speed and output of the aberration 3 can be adjusted by the change of the vacuum draft tube 13. Do. Since the air in the vacuum evacuation tube 7 is sucked in and discharged by the vacuum pump 4, the vacuum evacuation tube 7 can be used as the pump pump intake pump even in the case of pumped power generation, so that the pump does not need to be installed below the lower reservoir. . .

사장된 낙차를 완전히 사용할 수 있기 때문에 높은 수압으로 장치의 소형화가 가능하고 유효낙차활용의 극대화로 발전효율이 상승되므로 비수익성 낙차를 고수익으로 활용가능하며 수차를 방수연 수면위 10M의 높이로 설치하고도 완전한 낙차를 얻어 홍수, 파도 및 수차방출수로 부터 안전하며 설치 및 유지관리 비용의 절감은 물론 장치의 초소형화, 초대형화 및 수로, 갑문, 운치있는 실내외 장식품 등 응용성이 높고 파도를 극복해야 하는 조수력이나 저낙차이며 소규모 발전에 특히 유효하며 사장된 에너지원을 개발하고 또 저렴한 비용으로 호스( Hose)나 간단한 파이프배관으로 기 설치된 발전소에도 진공식 흡출관 및 진공장치의 추가 설치가 가능하므로 지구상의 수력자원 이용율을 극대화해서 청정한 지구환경조성에 기여할 것이다.Since it is possible to use the dead drop completely, the device can be miniaturized with high water pressure and the power generation efficiency is increased by maximizing the effective drop utilization, so the non-profitable drop can be used with high profit, and the aberration can be installed at the height of 10M above the waterproofing water level. It is safe from floods, waves, and aberrations, and it is highly applicable to the miniaturization, supersized and waterways, locks, elegant indoor and outdoor decorations, and overcomes waves. It is especially effective for small-scale power generation, low drop-off, small-scale power generation, development of dead energy source, and it is possible to install additional vacuum draft tube and vacuum device in the power plant installed by hose or simple pipe piping at low cost. It will contribute to the creation of a clean global environment by maximizing the use of hydro resources on the planet.

Claims (1)

물의 낙차를 이용하는 학습교재, 실내외장식품, 놀이기구 및 수력발전기 등 수력시스템에 있어서, 물의 힘을 받아 돌아가는 수차(3)와 저수지의 물을 흡인시키는 흡인식 도수관(2)과 대기압에 상응한 일정 수두압을 유지하고 초과되는 물은 중력에 의해 하방으로 물을 배출시키므로 흡인식 도수관(2)과 수차(3)로의 물의 흐름을 연속적으로 하는 진공식 흡출관(7)으로 구성되어, 진공식 흡출관(7)과 흡인식 도수관(2) 및 수차(3)가 있는 수차실내에는 진공펌프(4)에 의해 진공이 형성되고 이 진공압에 의해 저수지의 물이 흡인되어 노즐(10)에서 토출된 물이 수차(3)를 돌려 동력을 발생하는 장치로 진공식 흡출관(7)이 수차(3)와 방수연(9)으로 연결되어 대기와 차단되어 진공식 흡출관(7)내의 수위와 진공압을 형성 하고 조절할 수 있는 컨트롤러(5)에 의해 제어되는 진공펌프(4)와 컨트롤밸브(6)로 공기를 배출하거나 유입할 수 있게 되는 구조로 구성되는 시스템을 구비하여 수차(3)를 돌려 동력을 발생시키는 진공식 흡출관 이용 완전낙차 수력시스템.In hydropower systems such as learning materials using water drops, indoor and outdoor foods, amusement rides and hydroelectric generators, aberrations (3) driven by water and suction water pipes (2) that suck water from the reservoir and constant head corresponding to atmospheric pressure Since the excess water maintains pressure and discharges water downward by gravity, it is composed of a suction type conduit 2 and a vacuum suction tube 7 which continuously flows the water to the aberration 3; A vacuum is formed by the vacuum pump 4 in the aberration chamber with the suction type water pipe 2 and the aberration 3, and the water of the reservoir is sucked by this vacuum pressure and discharged from the nozzle 10. A device for generating power by turning the aberration 3 is connected with the aberration type 3 and the watertight lead 9 to be cut off from the atmosphere, so that the water level and the vacuum pressure in the vacuum type outlet tube 7 are separated. Controlled by a controller (5) capable of forming and adjusting A vacuum pump (4) and the binary formula draft tube used completely free fall hydraulic system to discharge the air to the control valve 6, or provided with a system constituted by a structure of being able to be introduced to generate a power return the aberration (3).
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