KR20080109703A - 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기에너지를 생산해 내기 위한 수차(14)의 구성을 경사가 완만한 장소에서 지그재그 형태로 다수개 배치하여 상기 각각의 수차(14)를 통해 전기를 생산해 낼 수 있도록 하되 상기 다수 설치된 수차(14)에 의해 얻어지는 총 발전량 중 그 일부만을 지속적 발전을 위한 물의 펌핑 동력으로 사용하고 나머지 잉여 전력은 지속적으로 생산해 낼 수 있도록 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 관한 것으로, 본 발명을 적용하면 일정한 경사가 있는 곳에서는 설치가 가능하므로 설치장소에 크게 제한이 없고, 상부에서 지그재그로 돌아 물의 흐름을 완만하게 유지시키면서 다수의 수차(14)를 병렬로 연속되게 배치함으로써 물의 손실을 최소화하면서 최대의 발전력을 발생시킬 수 있는 장점이 있으며, 아울러 수로(10)의 구조를 좁고 깊게 설계하여 물의 위치 에너지를 불안정하게 함으로써 적은 물의 양이라도 효과적인 전기 에너지를 생산해 낼 수 있다.

병렬 배치, 수차, 양수 발전, 양수 펌프.

Description

병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템{WATER PUMPING GENERATOR SYSTEM ESTABLISHED MANY WATER MILL IN PARALLEL}

본 발명은 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중력에 의해 수차의 로터를 회전시켜 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 시스템에 있어 전기에너지를 생산해 내기 위한 수차의 구성을 경사가 완만한 장소에서 지그재그 형태로 다수개 배치하여 상기 각각의 수차를 통해 전기를 생산해 낼 수 있도록 하되 상기 다수 설치된 수차에 의해 얻어지는 총 발전량 중 그 일부만을 지속적 재 발전을 위한 물의 펌핑 동력으로 사용하고 나머지 잉여 전력은 지속적으로 생산해 낼 수 있도록 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이다.

주지된 바와 같이, 발전 시스템은 수용가들의 전기 사용량을 얼마나 효율적으로 분산 시키느냐의 문제와, 투입된 에너지 대비 얼마나 많은 전기량을 발전시키느냐의 문제가 궁극적인 해결 과제이다.

통상의 수력 발전 시스템은 물의 위치 에너지가 높은 지점, 즉 해발 높이가 높은 위치에 저수된 물을 낮은 위치로 낙하시켜, 팰턴 수차와 같은 수차장치를 통 해 발전을 행하는 시스템이다.

이와 같은 수력 발전시스템은 수용가들의 전기 사용량을 효과적으로 분산시키기 위해 수용가들의 요구 전기량이 낮은 시점, 즉 야간에 다시 낙하된 물을 상부 수조로 양수시키는 양수 발전 시스템과 연동되어 수용가들의 전기 사용량이 많은 낮이나 초저녁 시간대에 물을 낙하시켜 발전을 행하게 구성된다.

그러나, 이러한 팰턴 수차를 통한 수력 발전의 경우에는 짧은 시간동안에 많은 양의 물이 한 꺼번에 낙하하면서 그 낙하된 물의 위치 에너지 변동량을 전기로 변환해야 하므로 낙하된 물이 팰턴 수차를 벗어나는 경우가 매우 빈번하였고, 그로인해 낙하된 물의 양에 비해 생산되는 전기량이 적다는 문제점이 있는데, 이는 낙하되어 발전을 행해야 하는 물의 상당량이 발전과 무관하게 다른 곳으로 튀어 발전효율이 떨어지기 때문이다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래의 수력 발전시스템 내지는 양수 발전시스템과는 전혀 다른 시스템으로 중력에 의해 수차의 로터를 회전시켜 전기에너지를 생산할 수 있도록 하는 시스템이 있어 전기에너지를 생산해 내기 위한 수차의 구성을 경사가 완만한 장소에서 지그재그 형태로 다수개 배치하여 상기 각각의 수차를 통해 전기를 생산해 낼 수 있도록 하되 상기 다수 설치된 수차에 의해 얻어지는 총 발전량 중 그 일부만을 지속적 재 발전을 위한 물의 펌핑 동력으로 사용하고 나머지 잉여 전력은 지속적으로 생산해 낼 수 있도록 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 설치장소의 정상 부근에 물을 저장하는 상부 수조와; 상기 상부 수조의 배출구와 연결되어져 있고 경사면을 지그재그 형태로 돌아서 물이 완만하게 흐를 수 있게 설치되면서 그 하부는 하부 수조에 연결된 좁고 깊게 설계되는 수로와; 상기 수로를 따라 병렬로 연속되게 설치되어 물의 위치에너지를 전기에너지로 변환시키는 수차로 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

바람직하게 상기 하부 수조와 상부 수조는 양수 배관으로 연결되고 상기 상부 수조의 일측에는 양수펌프가 더 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

바람직하게 상기 수로는 측면에서 바라볼 때 수차와 접하는 위치로 물이 더 잘 유통되면서 각 단위별 낙하력을 가질 수 있게 요부와 철부가 반복적으로 형성된 톱니형상인 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

바람직하게, 상기 수로의 폭은 수차 블레이드의 폭에 비해 근접되게 구성하여 물의 흐름압력이 수차 블레이드에 거의 전부 전달될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

바람직하게, 상기 수로로 유통되는 물은 낙하 하중을 높이기 위해 염화나트륨이 용해되고 그 염도는 70 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

바람직하게, 상기 수로는 평면에서 바라볼 때 수차의 중심축으로 부터 외측으로 경사진 입구 경사부가 구성되고 수로의 후단으로 갈수록 내측으로 좁아지면서 경사도가 급해지는 출구 경사부로 구성되며, 그 입구 경사부와 출구 경사부가 만나는 지점에는 수로의 폭이 최대로 구성되어 물의 흐름압력이 최대값을 갖도록 구성된 증력부가 첨탑 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 중력 발전시스템은, 전기에너지를 생산해 내기 위한 수차의 구성을 경사가 완만한 장소에서 지그재그 형태로 다수개 배치하여 상기 각각의 수차를 통해 전기를 생산해 낼 수 있도록 하되 상기 다수 설치된 수차에 의해 얻어지는 총 발전량 중 그 일부만을 지속적 발전을 위한 물의 펌핑 동력으로 사용하고 나머지 잉여 전력은 지속적으로 생산해 낼 수 있도록 하여 에너지 생산효율이 극대화 되는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 중력발전 시스템은 일정한 경사를 만들거나 또는 경사가 있는 곳에서는 설치가 가능하므로 설치장소에 크게 제한이 없고, 상부에서 지그재그로 돌아 물의 흐름을 완만하게 유지시키면서 다수의 수차가 병렬로 연속되게 배치함으로써 물의 손실을 최소화하면서 최대의 발전력을 발생시킬 수 있게 한 장 점이 있으며, 아울러 수로의 구조를 좁고 깊게 설계하여 물의 위치에너지를 불안정하게 함으로써 적은 물의 양이라도 효과적인 전기 에너지를 생산해 낼 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)은 경사진 부분에 설치하여 물의 낙차중력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 하되, 물의 손실을 최소화시켜 낙하되는 물의 거의 전체량을 모두 발전에 이용할 수 있게 하여 생산되는 전기 에너지중 일부만을 낙하된 물을 지속적으로 발전하기 위해 양수펌프(16)를 통해 하부수조(12)내의 물을 상부수조(8)로 펌핑하기 위한 동력으로 사용하고 나머지 잉여전력을 지속적으로 생산해 낼 수 있도록 한 지속적 발전이 가능한 중력 발전 시스템이다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)의 핵심구성은 다수개의 수차(14)를 완만하게 경사진 곳에 지그재그 형태로 구성된 수로(10)에 일정한 배치간격을 두고 설치한 것으로, 본 발명은 그 설치장소에 크게 구애 받지 않지만 본 발명의 일 실시예에서는 산 능선과 같은 경사진 설치장소(4)에 본 발명을 적용한 것을 예를 들어 설명하기로 한다.

우선, 첨부된 도면에 도시된 바와같이 본 발명은 설치장소(4)의 경사면(6)에 설치되면서 물을 담아두기 위한 상부수조(8) 및 하부수조(12)가 소정의 단차를 두 고 각각 배치된다.

상기 상부수조(8)와 하부수조(12)는 경사면(6)을 따라 지그재그 형태로 돌아서 물이 완만하게 흐를 수 있게 설계된 수로(10)에 의해 연결되며 편의상, 상기 수로(10)는 상부수조(8)와 연결된 부분은 상부수로(10a), 그리고 하부수조(12)와 연결된 부분은 하부수로(10b)로 칭하기로 하며, 바람직하게는 상기 수로(10)는 시멘트 콘크리트 재질로 상부가 개방된 수로이고, 물이 지면으로 흡수되지 않게 방수막이 내벽면에 골고루 도포되는 것이 좋다.

즉 본 발명은 상기 수로(10)의 구성이 경사면(6)을 지그재그 형태로 돌아서 구성되므로 더 긴 시간동안 물의 흐름압력을 이용하여 발전할 수 있고 상/하부 수조(8)의 단차를 줄여 펌핑시 사용되는 전력을 줄일 수 있도록 한 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)은 상기 수로(10)를 따라 병렬로 연속되게 수차(14)가 설치되며, 상기 수차(14)는 그 외주 원호면이 상기 수로(10)를 통해 유통되는 물의 높이보다 약간 낮은 상태로 구성되어져 물의 흐름을 이용하여 발전을 수행하면서도 물의 흐름압력을 완전히 소진시키지 않아서 이웃하는 다른 수차(14)들도 물의 흐름압력을 이용하여 발전을 수행할 수 있게 구성된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)은 상기 하부수조(12)와 상부수조(8)는 양수 배관(18)을 통해 상호 연결되고 상기 상부수조(8)에는 그 일측에 양수펌프(16)가 구성되어, 이 양수펌프(16)가 수차(14)로 부터 발생된 전력 중 그 일부를 사용하여 하부 수조(12)에 담 겨진 물을 상부 수조(8)로 펌핑할 수 있도록 구성된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)은 상부수조(8)에서 중력에 의해 자연적으로 배출된 물은 수로(10)를 따라 서서히 통과하면서 하부 방향으로 완만하게 흘러 내려가게 되고, 그 위치에너지 차이를 통해 발생된 물의 흐름압력이 상기 수로(10)에 순차적으로 연속되게 배치된 각각의 수차(14)를 동시에 회전시켜 상기 각각의 수차(14)가 동시에 전력을 생산해 내게 된다.

그리고, 상기 상부수로(10a) 및 하부수로(10b)를 거쳐 흘러 내려온 물은 하부수조(12)내에 담겨지게 되는 바, 이때 상기 수로(10)를 흐르게 되는 물은 낙하 하중을 높이기 위해 염화나트륨이 용해된 물이며, 그 염도는 70 에서 80% 를 적용하는 것이 바람직하다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차 구조를 도시한 측 단면도이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차의 설치를 도시한 정 단면도이며, 아울러 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차의 설치상태를 도시한 평면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)에 구성된 수로(10)는 정면에서 바라볼 때 좁고 깊게 설계되면서 측면에서 바라볼 때 요부(22)와 철부(20)의 형태로 단차지게 구성되어 수 로(10)내로 유입된 물은 그 흐름과정에서 물의 흐름이 불안정하여 낙하압력이 증대되고 또한, 물의 양이 적더라도 수차(14)의 블레이드(15)와 물이 접촉되므로 결국, 적은 양이 물의 수로(10)안으로 공급되더라도 가능하고 수로를 빠져나온 물을 상부수조(8)로 펌핑하기 위한 핌핑동력을 극소화 할 수 있어 결국, 발전효율을 크게 증대시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 어느 한 수차(14)로 유입되는 물은 상기 철부(20)와 요부(22)간의 높이차에 의해 물의 흐름압력이 점차적으로 크게 증대되어 적은 물의 양이라도 물의 단위 낙하력이 증대되고 이러한 단위 낙하력은 각 수차(14)마다 반복적으로 발생되므로, 결국 본 발명은 최초 발전시에는 수로(10)안으로 많은 양의 물을 흘려 보내 발전을 행한 후 발전이 시작된 이후에는 수량을 점차 줄여 수로(10)의 거의 바닥면까지 물의 양을 줄여 흘려 보내도 상기 수차(14)는 원심력에 의해 지속적으로 회전력을 유지할 수 있게 되어 일정한 전압의 전력생산이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 수로(10)의 폭이 수차 블레이드(15)의 폭에 거의 근접되게 설계됨으로서 물의 흐름압력을 수차 블레이드(15)에 전부 부여할 수 있고, 수로(10)안으로 흘려 보내는 물의 농도를 70 내지 80 % 의 염수로 구성할 경우 단위 체적당 m 값이 증대되어 수차(14)에 대한 회전압력을 증대시킬 수 있어 효율적인 전기에너지의 생산이 가능해 진다.

즉, 본 발명은 상기 수로(10)는 수차 블레이드(15)의 폭 보다 약간 넓게 구성되어 상기 수로(10)를 통해 물이 흘러갈 때 상기 수차 블레이드(15)에 압력을 가하지 않고 수로(10)와의 틈새로 그냥 흘러가는 물이 거의 없어 수차 블레이드(15) 에 가해지는 수압을 크게 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템(2)은 수로(10)의 평면 구조가 수차(14)의 중심축으로 부터 경사가 완만한 입구 경사부(26)가 구성되고 수로(10)의 후단으로 갈수록 경사도가 급해지는 출구 경사부(28)가 구성되며 그 입구 경사부(26)와 출구 경사부(28)가 만나는 지점에는 수로(10)의 폭이 최대로 되어 물의 흐름압력이 최대값을 갖도록 구성된 증력부(24)가 첨탑 형상으로 형성되어져 있어 물이 상기 입구경사부(26)를 통과하면서 그 폭이 넓어지는 증력부(24)에 도달하면서 더 높은 수압으로 상기 수차 블레이드(15)의 회전력을 증대시키게 되므로 적은 물의 양이라도 효율적인 발전이 이루어지게 되어 결국, 본 발명은 생산되는 전기에너지 중 일부만을 하부수조(12)에서 상부수조(8)로 펌핑하기 위한 양수동력으로 사용하고 나머지 잉여전력을 지속적으로 남길 수 있게 된다.

즉, 본 발명은 최소화된 수량으로 중력 에너지가 거대하게 제작되는 여러대의 수차(14)에 각각 작용하여 일정한 회전력을 얻게 됨으로서 수로(10)의 길이를 연장하고 그 수로(10)에 설치된 수차(14)의 숫자를 늘릴수록 보다 많은 잉여전력을 생산해 낼 수가 있는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템은 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 물이 흐를 수 있는 낙차가 있는 곳에서는 그 어디에서도 설치 가능하다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차 구조를 도시한 측 단면도이고,

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차의 설치상태를 도시한 정 단면도이며,

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템에 구성된 수차의 설치상태를 도시한 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

4:설치장소 6:경사면

8:상부수조 10:수로

12:하부수조 14;수차

16:양수펌프 18:양수배관

20:철부 22:요부

24:증력부 26:입구경사부

28:출구경사부

Claims (6)

1. 설치장소(4)의 정상 부근에 물을 저장하는 상부 수조(8)와; 상기 상부 수조(8)의 배출구와 연결되어져 있고 설치장소(4)의 경사면(6)을 지그재그 형태로 돌아서 물이 완만하게 흐를 수 있게 설치되면서 그 하부는 하부 수조(12)에 연결된 좁고 깊게 설계되는 수로(10)와; 상기 수로(10)를 따라 병렬로 연속되게 설치되어 물의 위치에너지를 전기에너지로 변환시키는 수차(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 수조(8)와 하부 수조(12)는 양수 배관(18)으로 연결되고 상기 상부 수조(8)의 일측에는 하부 수조(12)에 고인 물을 끌어 올리기 위한 양수펌프(16)가 더 구성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 수로(10)는 측면에서 바라볼 때 수차(14)와 접하는 위치로 물이 더 잘 유통되면서 각 단위별 낙하력을 가질 수 있게 요부(22)와 철부(20)가 반복적으로 형성된 톱니 형상인 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 수로(10)의 폭은 수차 블레이드(15)의 폭에 비해 근 접되게 구성하여 물의 흐름압력이 수차 블레이드(15)에 거의 전부 전달될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수로(10)로 유통되는 물은 낙하 하중을 높이기 위해 염화나트륨이 용해되고 그 염도는 70 내지 80% 인 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 수로(10)는 평면에서 바라볼 때 수차(14)의 중심축으로 부터 외측으로 경사진 입구 경사부(26)가 구성되고 수로(10)의 후단으로 갈수록 내측으로 좁아지면서 경사도가 급해지는 출구 경사부(28)로 구성되며, 그 입구 경사부(26)와 출구 경사부(28)가 만나는 지점에는 수로(10)의 폭이 최대로 구성되어 물의 흐름압력이 최대값을 갖도록 구성된 증력부(24)가 첨탑 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 병렬 배치 수차 구조로 이루어진 중력 발전시스템.

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