KR20070097001A - 수도관 차압을 이용한 소수력발전용 수차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수도관 차압을 이용한 소수력발전용 수차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유수량(流水量)의 증감에 대응하여 수차의 런너베인(블레이드)에 각도(개방각도)의 자동조절기능을 갖게 함으로서 안정적으로 전력을 생산할 수 있게 한 것이다. 소수력발전용 수차는 수로에 유입되는 유수량과 수압에 의해 런너베인이 회전함으로서 발전하는 장치이나, 종래의 수차용 런너베인은 각도가 고정된 바, 유수량이 줄어들 경우에는 런너베인의 손상을 방지하고자 수차의 작동을 중지함에 따라 발전량이 불균일한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로서, 이의 발명요지는 낙차와 유량을 가지는 수도관로나 하수처리장의 방류수 또는 양어장의 관로를 통해 버려지는 유수의 수압을 이용하여 수차의 런너베인(블레이드)을 작동시켜 발전하는 소수력발전 시스템에 있어서, 본 발명은 유수량의 증감과 수압(수두)에 따라 런너베인의 각도를 자동으로 조절함으로서 유수량이 줄어들고 수압이 낮아질 경우에도 안정적으로 전력을 생산할 수 있도록 한 것으로써, 이는 구조가 간단하고 유지보수가 용이할 뿐만 아니라 유수량에 따라 수차의 런너베인의 각도를 자동 조절함으로서 발전량을 안정화시키는 매우 실용적이고 경제적인 특징이 있는 것이다.

소수력발전용 수차, 런너베인(블레이드), 유수량

Description

수도관 차압을 이용한 소수력발전용 수차{A Micro generating water mill using differential pressure of water pipes}

본 발명은 수로의 유수량과 수압에 따라 런너베인(블레이드)의 각도를 자동 조절할 수 있는 수도관 차압을 이용한 소수력발전용 수차에 관한 것이다.

수로의 유수량과 수압을 이용하여 런너베인을 회전시켜 발전하는 소수력발전에 있어, 런너베인의 각도를 유수량과 수압에 따라 자동조절함으로서 안정적으로 전기를 생산할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 수도관 차압을 이용한 소수력발전용 수차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유수량의 증감에 대응하여 수차의 런너베인(블레이드) 각도의 자동조절기능을 갖게 함으로서 안정적으로 전력을 생산할 수 있게 한 것이다. 물의 위치에너지를 운동에너지로 바꿔 수차를 회전시킴으로서 전기에너지를 생산하는 종래의 수력발전방식은 대용량발전시스템인 바, 이는 방대한 저수구역과 건설비용 및 건설기간이 소요되는 등의 결점이 있었다. 이를 해소하고자 안출한 소수력발전용 수차 는 수로에 유입되는 유량과 수압에 의해 런너베인이 회전하여 발전하는 장치이나, 종래의 수차용 런너베인은 각도가 고정됨으로서 유수량이 줄어들고 수압이 낮을 경우에는 런너베인의 손상을 방지하고자 수차의 작동을 중지함에 따라 발전량이 일정하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로서, 이를 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

베이스(6) 상단에 설치된 외부덮개(1)와 이 외부덮개(1)에 수용된 내부덮개(2) 및 수차 구동부(3)로 구성되는 소수력발전용 수차(100)에 있어서, 상기한 외부덮개(1)와 내부덮개(2) 사이에 수로(4)가 형성되고, 이 수로(4)로 유입되는 수량과 수압을 조절하여 런너베인(7)의 회전속도를 제어하는 가이드베인(5)이 내부덮개(2)와 외부덮개(1) 사이의 중앙부에 설치되고, 상기 수차 구동부(3)의 중심부에는 베어링부(11)를 개재하여 중공상태로 된 구동축(중공축)(10)을 장착하고, 상기 구동축(10)의 선단측에는 상?하부풀리(13)(14)에 타이밍벨트(15)가 설치되되 상기의 상부풀리(13)는 발전기(16)의 연결축(17)에 연결 설치되며, 상기 구동축(10)의 내부에는 전?후진하는 회전축(런너축)(9)을 체결한 바, 이 회전축(9)의 구조는 도3에서와 같이 좌측의 선단부는 직경이 굵고 우측의 후단부로 갈수록 직경이 얇은 다단계구조이며 슬라이드 나사로 된 회동축(26)의 요입홈에서 베어링(11a)을 개재하여 상기 회전축(9)이 나사 체결되고, 상기 회동축(26)의 선단부는 윔기어(19)와 결합된 윔휠(20)이 체결된 하우징(25)에 삽입 장착되고, 상기 회전축(9)의 후단부는 링크헤드(27)와 키홈을 통해 키로 체결하여 결합하되 상기 링크헤드(27)의 구조는 원판형상으로 된 링크헤드(27)의 앞쪽에는 각 런너베인(7)에 대응하는 링크(23)를 등간격으로 각각 장착하되 각 링크(23)는 각 런너베인(7)의 지지대(8)의 내측부와 결합한 것으로서, 상기 회전축(9)의 후진시에 상기의 링크(23)가 뒤로 밀림에 따라 상기 링크(23)와 접촉되는 런너베인(7)의 지지대(8)가 상기 링크(23)에 의해 피치각만큼 안쪽으로 방향을 전환하게 되는 것이다.

상기 회동축(26) 선단의 돌출나사부가 장입된 하우징(25)의 구조는 상기 회동축(26)과 수평형의 폭방향으로 직교되는 웜지지베어링(18)을 개재하여 웜기어(19)를 하방에 체결하고 아울러 상기한 웜기어(19)의 일측에는 상기의 웜기어(19)를 회전시키는 서브모터(21)를 커플링(12)을 개재하여 설치 구성한 것이다. (도2참조)

외부덮개(1)의 외일측에 설치된 발전기(16)의 연결축(17)은 상하풀리(13,14)에 설치된 타이밍벨트(15)에 의해 수차 구동부(3)의 구동축(10)의 선단부와 연결되고, 구동축(10)내의 회전축(9)의 선단부는 회전운동을 직선운동으로 변환하며, 상기 상하 풀리(13,14)와 타이밍벨트(15) 등으로 구성하여 외부덮개(1)의 외측에 설치된 발전기(16)에 연결되며, 상기 회동축(26)의 외일측에는 구동축(10)의 회전속도를 감지하여 메인판넬(미도시)의 PLC로 전달하는 회전감지센서(24)가 설치되며, 또 내부덮개(2)에 고정된 지지프램에 의해 지지된 웜기어(19)는 나사축으로 회동축(26)과 회동축(26)내의 회전축(9)의 선단부에서 베어링(11a)을 개재하여 상기 회동축(26) 및 회전축(9)과 결합되며 상기의 웜기어(19)를 구동하는 서브모터(21)는 고속의 소형전동기로써 웜기어(19)를 구동하는 최적의 엑설레이터이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 수도관차압을 이용한 소수력발전용 수차에 관한 것으로서, 이는 수로에 유입되는 유수량과 수두(물의 압력)에 따라 수차의 런너베인(블레이드)이 자동으로 각도를 조절함으로서 운전 가능한 유량범위를 확대하여 발전효율을 높여 안정적으로 전력을 생산할 뿐만 아니라, 런너베인의 링크장치를 웜기어와 웜힐을 사용하여 작동시킴으로써 동력 전달을 손실없이 최적화할 수 있으며 주기적으로 소모품을 교환할 필요가 없어 반영구적으로 사용할 수 있으며 또한 유지보수가 용이하며 전동식 구동장치인 바, 수차의 작동 중 기름누출이 없어 하천의 수질을 보호하는 등의 매우 실용적이고 경제적인 효과가 있는 것이다.

본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

소수력발전용 수차에 있어, 수로(4)로 공급되는 물은 수차 구동부(3)를 가동하여 발전하는 것으로서, 회전감지센서(24)에서 구동축(중공축)(10)의 회전속도를 감지하여 주판넬(미도시)의 PLC로 회전속도를 전달하며, 최적회전속도에서 유량 및 수압의 변화하여 속도가 증가하거나 감소하게 되면 발전출력을 일정하게 낼 수 없게 되므로, PLC에 저장된 속도에 따른 각도변화에 따라 서브모터(21)를 일정한 회전량만큼만 작동시키게 되고, 이에 따라 웜기어(19)가 회전함으로써 웜기어(19)와 결합된 웜휠(20)이 회전하며, 이와 동시에 상기 웜휠(20)과 체결된 하우징(25)도 회전하게 되고, 상기 하우징(25)에 슬라이드나사로 체결된 회동축(26)과 이 회동 축(26)에 연결된 회전축(런너샤프트)(9) 및 링크헤드(27)가 전?후진 방향으로 직선운동을 하게 됨에 따라 상기 링크헤드(27)에 장착된 링크(23)가 전?후진 시에 런너베인(7)의 지지대(8) 내측부와 접촉되면서 런너베인(7)의 방향은 내측으로 피치각 만큼 전환하게 되어 런너베인(7)이 회전하게 되며 런너베인(7)이 회전하여 최적회전수를 회전감지센서(24)가 감지하게 되면 서브모터(21)는 정지하여 회전하지 않음으로서 브레이크 역할을 하여 런너베인(7)은 일정피치를 유지하게 된다.

이와 같이, 수로(4)에서 공급되는 물의 유량과 수압에 대응하여 발전기(16)의 출력이 최대로 되게 수차 구동부(3)를 제어할 수 있으며 공급되는 유수량과 수압에 따라 발전기출력에 변화가 생기면, 미도시 된 제어장치가 발전기출력을 일정하게 유지하기 위해 런너베인(7)의 피치각을 최적상태로 전환하고 또한 유수량과 수압에 대응하여 서브모터(21)를 정방향이나 부방향으로 작동하도록 하며 런너베인(7)의 피치각은 구동축(10)의 회전수에 따라 회전감지센서(24)로 피치각을 산출함으로서 서브모터(21)의 작동이 정지되고 웜기어(19)가 축방향에 작용하는 힘이 없어지면 런너베인(7)에서 이에 반력이 생기며 회전축(9)에 의해 이것을 원래대로 되돌리게 되고, 웜휠(20)에 의한 역전을 방지하며 서브모터(21)가 정지함으로써 런너베인(7)은 피치각의 위치를 유지할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 정면도

도2는 본 발명의 좌측면도

도3은 구동축과 런너베인의 결합 상태도

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1-외부덮개 2-내부덮개 3-수차 구동부

4-수로 5-가이드베인 6-베이스

7-런너베인 8-런너베인 지지대 9-회전축(런너샤프트)

10-구동축(중공축) 11,11a-베어링부 12-커플링

13-상부풀리 14-하부풀리 15-타이밍벨트

16-발전기 17-연결축 18-웜 지지베어링

19-웜기어 20-웜휠 21-서브모터

23-링크 24-회전감지센서 25-하우징

26-회동축(슬라이드나사) 27-링크헤드

100-수차

Claims (1)

1. 베이스(6) 상단에 설치된 외부덮개(1)와 이 외부덮개(1)에 수용된 내부덮개(2) 및 수차 구동부(3)로 구성되는 소수력발전용 수차(100)에 있어서, 좌측의 선단부는 직경이 굵고 우측의 후단부로 갈수록 직경이 얇은 다단계구조로 된 회전축(9)의 선단부는, 선단측이 돌출형이며 탭구조이고 후측에는 요입홈을 형성하고 슬라이드 나사로 된 회동축(26)의 요입홈에서 베어링(11a)을 개재하여 상기 회전축(9)이 나사 체결되고, 상기 회동축(26)의 선단부는 윔기어(19)와 결합된 윔휠(20)이 체결된 하우징(25)에 삽입 장착되고 상기 회전축(9)의 선단부와 나사 체결되고 상기 회전축(9)의 후단부는 링크헤드(27)와 키홈을 통해 키로 체결하여 결합하되 상기 링크헤드(27)의 구조는 원판형상으로 된 링크헤드(27)의 앞쪽에는 각 런너베인(7)에 대응하는 링크(23)를 등간격으로 각각 장착하되 각 링크(23)는 각 런너베인(7)의 지지대(8)의 내측부와 결합한 것으로서, 상기 회전축(9)의 후진시에 링크(23)가 뒤로 밀림에 따라 상기 링크(23)와 접촉되는 런너베인(7)의 지지대(8)가 상기 링크(23)에 의해 피치각만큼 안쪽으로 방향을 전환하고, 구동축(10) 내부의 회전축(9) 선단부는 회전운동을 직선운동으로 변환하며, 외부덮개(1)의 외측에 설치된 런너베인 구동용의 서브모터(21)에 연결되며 상기 회동축(26)의 외일측에는 구동축(10)의 회전속도를 감지하여 메인판넬(미도시)의 PLC로 전달하는 회전감지센서(24)가 설치됨을 특징으로 하는 소수력 발전용 수차.

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