KR20040107916A - 소수력 발전장치 및 이를 위한 수차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수력 발전장치 및 이를 위한 수차에 관한 것으로서,

수직 상방을 향해 앵커 볼트(12)가 내설되며, 설치 지형 상태에 따라 배치되는 콘크리트 부재(10); 상기 앵커 볼트(12)가 관통 고정되는 결합구멍(22)이 형성된 대략 판상의 베이스 프레임(20); 상기 베이스 프레임(20)의 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지대(30); 상기 지지대(30)에 구비된 베어링(32)을 개재하여 설치되며, 다수개의 회전 날개(42)를 구비하여 상부의 유입구(82)를 통해 낙하하는 유수에 의해 회전 구동되는 수차(40); 상기 베이스 프레임(20)의 다른 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지 프레임(50); 상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 수차(40)의 회전축(46)에 연결 설치되는 증속기(60); 상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 증속기(60)와 커플링(72)을 개재하여 연결 설치되며, 후단의 전력변환기(74)로 전기적으로 연결된 발전기(70); 상기 베이스 프레임(20) 상에 조립식으로 설치되며, 상기 유입구(82) 및 수차(40)로부터 배출된 유수를 배출하는 배출구(84)를 구비한 케이스(80);를 포함하여 구성되며,

각 구성 부재들이 조립식으로 구성되며 간단한 현장 조립 작업에 의한 설치가 가능하므로, 설치 작업시에 양호한 작업 편의성 및 우수한 현장 적용성을 제공하며, 양호한 회전 동력 발생 효율을 제공한다.

Description

소수력 발전장치 및 이를 위한 수차{Small Hydropower Generating Apparatus and Water mill therefor}

본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소규모 하천 등에 설치되어 비교적 낙차가 크지 않은 유수에 의해 작동되는 소수력 발전장치로서, 특히 조립식으로 구성되어 설치 환경에 대한 적용성 및 설치를 위한 작업 편의성이 향상된 소수력 발전장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 수차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소수력 발전장치에 설치되어 유수에 의해 회전 구동력을 발생시키는 수차로서, 특히 유수의 낙차가 크지 않은 경우에도 회전 구동력을 효율적으로 얻도록 형성된 수차에 관한 것이다.

일반적인 수력 발전소의 구조를 보면, 큰 낙차에 의해 발생되는 물의 위치 에너지를 유수의 운동 에너지로 변환하고, 이를 이용하여 발전기와 연결된 발전용 터빈을 회전 구동시켜 전기 에너지를 얻는 구조를 취한다.

그런데, 이러한 수력 발전소를 설치하기 위하여는 물의 낙차 발생을 위하여 큰 높이의 댐을 설치해야 하는데, 이를 위하여는 대규모의 토목 공사가 이뤄져야 하므로 발전소 건설을 위한 공사비가 크게 소요된다는 한계가 있었다.

또한, 이러한 대규모의 수력 발전소는 주변 환경에도 영향을 미치게 되므로, 여러 가지 환경 요인 및 경제성 등을 고려한 입지 선정이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

이로 인해 비교적 작은 규모의 일반 하천에 설치될 수 있으면서 경제성을 갖춘 소수력 발전장치의 개발이 절실하게 요청되는 상황이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 소규모 하천 등에 설치되어 비교적 낙차가 크지 않은 유수에 의해 작동되는 소수력 발전장치로서, 특히 조립식으로 구성되어 설치 환경에 대한 적용성 및 설치를 위한 작업 편의성이 향상된 소수력 발전장치를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이러한 소수력 발전장치에 설치되어 유수에 의해 회전 구동력을 발생시키는 수차로서, 특히 유수의 낙차가 크지 않은 경우에도 회전 구동력을 효율적으로 얻도록 형성된 수차를 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전장치의 사시도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전장치의 정면 구성도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 정면 구성도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 측면 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 콘크리트 부재 12: 앵커 볼트

20: 베이스 프레임 22: 결합구멍

30: 지지대 32: 베어링

40: 수차 41: 기저판

42: 회전 날개 43: 대향판

43a: 개구부 46: 회전축

50: 지지 프레임 60: 증속기

70: 발전기 72: 커플링

74: 전력변환기 80: 케이스

82: 유입구 84: 배출구

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소수력 발전장치는, 수직 상방을 향해 앵커 볼트(12)가 내설되며, 설치 지형 상태에 따라 배치되는 콘크리트 부재(10); 상기 앵커 볼트(12)가 관통 고정되는 결합구멍(22)이 형성된 대략 판상의 베이스 프레임(20); 상기 베이스 프레임(20)의 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지대(30); 상기 지지대(30)에 구비된 베어링(32)을 개재하여 설치되며, 다수개의 회전 날개(42)를 구비하여 상부의 유입구(82)를 통해 낙하하는 유수에 의해 회전 구동되는 수차(40); 상기 베이스 프레임(20)의 다른 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지 프레임(50); 상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 수차(40)의 회전축(46)에 연결 설치되는 증속기(60); 상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 증속기(60)와 커플링(72)을 개재하여 연결 설치되며, 후단의 전력변환기(74)로 전기적으로 연결된 발전기(70); 상기 베이스 프레임(20) 상에 조립식으로 설치되며, 상기 유입구(82) 및 수차(40)로부터 배출된 유수를 배출하는 배출구(84)를 구비한 케이스(80);를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 수차는, 원형의 기저판(41); 상기 기저판(41)과 소정 간격을 갖도록 이격 형성되며, 중앙에 형성된 원형 개구부(43a)가 외측으로 돌출되도록 중앙부를 향해 상향 경사진 단면 프로파일을 갖도록 형성된 원형의 대향판(43); 상기 기저판(41)과 대향판(43) 사이에 설치되어 양측을 소정 간격으로 고정시키고, 대향판(43)의 외주부 위치로부터 중앙의 개구부(43a) 위치까지 연장된 형태로 만곡 형성되며, 기저판(41)의 중심부를 기준으로 다수개가 대칭 형성된 회전 날개(42); 상기 기저판(41)의 중심부에 수직으로 관통 형성된 회전축(46);을 포함하여 구성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전장치의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 소수력 발전장치의 정면 구성도이다.

설치 지형 상태에 따라 하천의 바닥에 배치되어 전체 발전장치의 기저부를 구성하는 콘크리트 부재(10)가 구비된다. 콘크리트 부재(10)에는 수직 상방을 향해 예시된 형태로 앵커 볼트(12)가 내설된다.

콘크리트 부재(10)의 구체적인 형태나 갯수는 설치될 지형의 특징에 맞도록적절하게 변경 구성될 수 있으며, 본 실시예의 경우 대략 육면체형으로 형성된 콘크리트 부재(10)가 사각형 베이스 프레임(20)의 각 모서리부에 대응하도록 총 4개가 구비된다.

앵커 볼트(12)가 관통 고정되는 결합구멍(22)이 형성된 베이스 프레임(20)이 구비된다. 베이스 프레임(20)은 소정의 두께를 갖는 사각형의 판상으로 형성되며, 예를 들어 내방청성 도장층이 형성된 철재 소재로 형성된다.

베이스 프레임(20)의 일측에는 한쌍의 지지대(30)가 볼트 결합식으로 조립된다. 각 지지대(30)의 상세 구조를 보면, 수직으로 설치되는 한쌍의 지지각과 이를 연결하는 수평대, 지지각과 수평대 양측에 고정되어 이들을 견고하게 고정시키는 중간부재로 구성된다.

또한, 수평대의 상부 대략 중앙에는 수차(40)의 회전축(46)을 회전 가능한 상태로 지지하는 베어링(32)이 설치된다.

지지대(30)에 구비된 베어링(32)을 개재하여 수차(40)가 설치된다. 이러한 수차(40)는 다수개의 회전 날개(42)를 구비하여 상부의 유입구(82)를 통해 낙하하는 유수에 의해 회전 구동된다.

베이스 프레임(20)의 다른 일측에는 지지 프레임(50)이 볼트 결합식으로 조립된다.

또한, 지지 프레임(50) 상에는 상기 수차(40)의 회전축(46)에 연결 설치되는 증속기(60) 및 증속기(60)와 커플링(72)을 개재하여 연결 설치되는 발전기(70)가 볼트 결합식으로 설치된다.

발전기(70)의 후단에는 발생된 교류 전력을 변환하기 위한 전력변환기(74)가 전기적으로 연결 설치되어, 발생된 전력을 적절하게 변환한 상태로 최종 수요처로 공급하게 된다.

상술한 수차(40)는 다양한 크기의 것들이 시리즈로 제작되어 설치 장소의 특성(예를 들어, 낙차 크기, 유량 등)에 따라 선택적으로 변경 설치될 수 있다.

또한, 지지대(30)와 지지 프레임(50)도 다양한 크기와 높이의 것들이 시리즈로 제작되어 설치 장소와 지지되는 장치의 크기 조건 등에 따라 선택적으로 변경 설치될 수 있다.

한편, 지지대(30) 및 지지 프레임(50)을 포함하는 각 구성 부재의 외표면에는 내방청성 도장층이 형성되어, 계속적인 사용시 발생될 수 있는 부식이 방지되도록 한다.

베이스 프레임(20) 상에 조립식으로 설치되는 대략 사각 박스형의 케이스(80)가 구비된다. 케이스(80)의 상부측에는 유수가 공급되는 유입구(82)가 설치되고, 하부측에는 수차(40)로부터 배출된 유수를 외부로 배출하는 배출구(84)가 설치된다.

이러한 케이스(80)는 각 구성 부재가 유수에 직접 노출되는 것을 방지하여 부식을 근원적으로 방지하게 되며, 유지 보수의 편의를 위하여 적절한 크기의 도어(87)를 구비하도록 형성된다.

이렇게 구성된 본 실시예의 소수력 발전장치는 각 구성 부재들이 조립식으로 구성되어, 간단한 현장 조립 작업에 의해 설치가 가능하다.

또한, 설치될 장소의 지형적 특성 또는 낙차 조건 등에 의해 각 기기의 크기 및 용량 조건을 변경하여 설치할 수 있으므로, 설치 환경에 대한 우수한 적용성을 제공하게 된다.

다음으로 본 발명에 의한 수차의 바람직한 일실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 사시도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 정면 구성도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 수차의 측면 구성도이다.

원형의 기저판(41) 및 상기 기저판(41)과 소정 간격을 갖도록 이격된 원형의 대향판(43)이 구비되며, 기저판(41)과 대향판(43) 사이에 설치된 다수개의 회전 날개(42)에 의해 양측이 일체로 고정된다.

대향판(43)은 중앙에 형성된 원형 개구부(43a)가 외측으로 돌출되도록 중앙부를 향해 상향 경사진 단면 프로파일을 갖도록 형성된다.

또한, 회전 날개(42)는 기저판(41)의 중심부를 기준으로 다수개가 대칭 형성되는데, 대향판(43)의 외주부 위치로부터 중앙의 개구부(43a) 위치까지 연장되며, 소정의 곡률 반경 프로파일을 갖도록 만곡 형성된다.

이러한 구조를 통해, 각 회전 날개(42)는 중심부의 회전축(46)까지 연장되지 않고, 대향판(43) 중앙에 형성된 개구부(43a) 위치까지만 연장되게 된다.

또한, 각 회전 날개(42)의 중심부측 단부를 보면, 기저판(41)측 단부가 대향판(43)측 단부보다 더욱 중심부 측으로 연장되도록 경사진 형태의 프로파일을 갖는다.

기저판(41)의 중심부에는 수직으로 회전축(46)이 관통 형성되어, 상술한 바와 같이 증속기와 같은 중간 기구를 개재하여 발전기로 회전 동력을 전달하게 된다.

이러한 본 실시예의 수차는, 대향판(43)의 중앙에 원형 개구부(43a)가 형성되고, 각 회전 날개(42)가 중심부의 회전축(46)까지 연장되지 않고, 대향판(43) 중앙에 형성된 개구부(43a) 위치까지만 연장된 구조를 갖는다.

이러한 구조를 취함으로써, 상부로부터 낙하하는 유수는 상부측의 회전 날개(42)를 돌려준 후 일부는 외주측을 따라 회전하면서 하부측으로 낙하하게 되고, 일부는 내부측으로 유입되어 하부에 위치한 다른 회전 날개(42)에 유입되어 추가적인 동력 전달을 하게 된다.

이로 인해 상부로부터 낙하하는 유수가 단순히 각 회전 날개(42)를 돌려준 후 외주측을 따라 회전하면서 하부측으로 낙하하는 종래의 수차 구조에 비해 양호한 회전 동력 발생 효율을 제공하게 된다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

이와 같은 본 발명의 소수력 발전장치는, 각 구성 부재들이 조립식으로 구성되며 간단한 현장 조립 작업에 의한 설치가 가능하므로, 설치 시에 양호한 작업 편의성을 제공한다.

또한, 설치될 장소의 지형적 특성 또는 낙차 조건 등에 의해 각 기기의 크기 및 용량 조건을 변경하여 설치할 수 있으므로, 설치 환경에 대한 우수한 적용성을 제공한다.

또한, 본 발명의 수차는, 상부로부터 낙하하는 유수를 이용하여 일차적인 회전력을 얻고 이후 내부로 유입된 유수를 이용하여 이차적인 회전력을 얻는 구조를 취하므로, 회전 동력 발생 효율이 양호하며, 이에 따라 유수의 낙차가 크지 않은 경우에도 양호한 회전 구동력을 제공한다.

Claims (2)

1. 수직 상방을 향해 앵커 볼트(12)가 내설되며, 설치 지형 상태에 따라 배치되는 콘크리트 부재(10);

   상기 앵커 볼트(12)가 관통 고정되는 결합구멍(22)이 형성된 대략 판상의 베이스 프레임(20);

   상기 베이스 프레임(20)의 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지대(30);

   상기 지지대(30)에 구비된 베어링(32)을 개재하여 설치되며, 다수개의 회전 날개(42)를 구비하여 상부의 유입구(82)를 통해 낙하하는 유수에 의해 회전 구동되는 수차(40);

   상기 베이스 프레임(20)의 다른 일측에 볼트 결합식으로 조립되는 지지 프레임(50);

   상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 수차(40)의 회전축(46)에 연결 설치되는 증속기(60);

   상기 지지 프레임(50) 상에 볼트 결합식으로 조립되며, 상기 증속기(60)와 커플링(72)을 개재하여 연결 설치되며, 후단의 전력변환기(74)로 전기적으로 연결된 발전기(70);

   상기 베이스 프레임(20) 상에 조립식으로 설치되며, 상기 유입구(82) 및 수차(40)로부터 배출된 유수를 배출하는 배출구(84)를 구비한 케이스(80);를 포함하여 구성된 소수력 발전장치.
2. 원형의 기저판(41);

   상기 기저판(41)과 소정 간격을 갖도록 이격 형성되며, 중앙에 형성된 원형 개구부(43a)가 외측으로 돌출되도록 중앙부를 향해 상향 경사진 단면 프로파일을 갖도록 형성된 원형의 대향판(43);

   상기 기저판(41)과 대향판(43) 사이에 설치되어 양측을 소정 간격으로 고정시키고, 대향판(43)의 외주부 위치로부터 중앙의 개구부(43a) 위치까지 연장된 형태로 만곡 형성되며, 기저판(41)의 중심부를 기준으로 다수개가 대칭 형성된 회전 날개(42);

   상기 기저판(41)의 중심부에 수직으로 관통 형성된 회전축(46);을 포함하여 구성된 수차.