KR20090107477A

KR20090107477A - 소수력 발전장치와 하수정화처리기

Info

Publication number: KR20090107477A
Application number: KR1020090089897A
Authority: KR
Inventors: 김용수
Original assignee: 김용수
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2009-10-13

Abstract

본 발명은 중력으로 발생 되는 수압을 이용한 하수정화처리용 양수 소수력발전시스템에 관한 것이다.

깔대기 모형의 대형수조(100)내부에 물의 회전을 유도하는 회전판(110)과 유도판(111)을 설치하고 물이 가득 채워진 상태에서 토출부(290)를 열게 되면 수압으로 인하여 물이 와류현상을 일으키며 회전력을 가지게 된다. 토출부(290) 내부에 수차(240)를 내장시켜 발생 된 회전력을 상단의 변속기(210)에 전달하고 증속된 동력이 회전축(220)에 의해 상단펌프가 작동하여 하단수조(120)의 물을 끌어올리게 된다. 하단수조(120)에서 펌핑된 물(¾)과 옥상 수조(140)의 물(¼)이 보충되어 상단수조(100)의 물 높이가 일정하게 유지되므로 수압은 항상 같게 된다.

대형수조의 토출부에서 배출한 물은 발전기가 내장된 수차(300)를 회전시키게

되고 수차날개(310)가 토출부(290)를 막았다 여는 역활로 물은 순간적인 압축과 팽창력을 갖게 되어 대형수조의 수압이 그대로 전달되어 수차의 회전력을 증가시키게 된다.

발전기가 내장된 수차(300) 내부에는 고정자(350)와 회전자(360)가 역방향으로 회전하며 교차하게 되어 회전비를 산정한 외부의 기어나 체인의 설치 없이 저속으로도 전기를 얻는 수차내장 일체형 발전장치이다.

소수력발전시스템의 대형수조 내부에서 물의 회전과 빠르게 순환 과정 속에 생활하수와 오폐수(280)를 투입하므로 깨끗한 물과 빗물(140)이 함께 희석되고 많은 산소가 자동 공급되므로 중수로 만들어진다. 고층 아파트나 다가구주택단지에서 배출된 중수는 습지와 개천 거쳐 연못까지 흐르는 순환과정(800) 속에 일부는 미생물이 생성되고 물고기가 살 수 있는 정도의 물로 만들어져 재활용되고 일부는 지하수로 유입되어 자연여과되므로 생태계조성에 사용되는 하수정화처리기(700)용 소수력발전시스템이다.

소수력발전시스템, 중력,수압, 역방향발전기, 하수정화처리기

Description

소수력 발전장치와 하수정화처리기{Micro hydropower and Apparatus For Purify Waste Water}

본 발명은 중력을 이용한 소수력발전장치와 하수정화처리기에 관한 것으로, 고층주택단지의 각 가정이나 빌딩에서 소비하는 전기를 생산하여 충당하고 생활하수와 오폐수를 정화하여 중수를 재활용하는 소수력발전시스템에 관한 것이다.

수직으로 발생하는 중력은 같은 수량일지라도 하천이나 강처럼 수평으로 흐르는 형태의 수압보다 물의 무게 만큼 수압을 최대한 이용할 수 있고 빠르게 순환하는 과정으로 지속적인 발전을 할 수 있다.

일반적으로 소수력발전을 하는 방법 있어 수력은 하천이나 골짜기를 막아 수중보나 관을 이용하여 물을 유도하여 발전을 하고 풍력은 지리적 조건을 따져 많은 비용을 드려 설치하지만 바람이 불지 않은 상태에서는 전력을 얻을 수 없고 태양열이나 태양광은 햇빛이 없는 날이나 야간에는 그 효율성이 매우 떨어지는 단점을 가지고 있다.

본 발명의 소수력발전시스템은 물이 공급되는 어느 곳이나 설치 가능하여 발전장치를 수직으로 중첩되게 설치하는 경우에는 일정한 소량의 물로도 다량의 전력을 생산할 수 있다.

고층주택단지의 각 가정이나 빌딩에서 필요한 소수전력을 생산하여 충당하고 물을 재활용하는 하수정화용 소수력발전시스템으로 상단에 대형수조(100)와 중간에 발전기를 내장한 수차(300)를, 그리고 하단에는 하단 집수조(120)를 수직으로 배열을 한다. 상단 대형수조(100)에 물을 가득 채워 수압으로 발생 되는 회전력을 이용하여 하단 수조(120)의 물을 상단 수조(100)로 끌어올려 일정한 수압을 유지하게 하게 하고 대형수조에서 배출되는 물로 발전기장치를 내장한 수차(300)의 돌려 저속으로도 전기를 얻는 소수력발전장치에 관한 것이다.

또한 빠르게 회전하는 물의 순환과정(600) 속에 생활하수나 오폐수를 투입하여 중수와 희석시키면 산소가 자동 공급되므로 미생물이 형성되고 물고기가 살 수 있는 중수를 배출하는 하수정화처리기로도 사용하는 소수력발전시스템인 것이다.

[문헌1] 대형수조에 시설에 관한 것

국제출원번호 PCT/US2000/41082 , 출원번호 10-2008-0004789

공고번호 실1992-0002384 , 특1998-086275

[문헌2] 양방향 저속 발전장치에 관한 것

특허특 2002-0012964 , 특허10-2005-0117999

등록번호 20-0217447, 등록번호 20-0438048

[문헌3] 하수처리에 관한 것

특1999-0039419, 등록번호 20-0162956

공개번호 20-2008-0002111

본 발명은 중력을 이용한 소수력발전시스템으로 어떠한 지리적 환경과 상관없이 물이 공급되는 지구상 어느 곳이나 설치할 수 있어 생활에서 쓰고 버리는 물을 모아 재활용하여 전기를 생산하는 방법이 고갈되어 가는 화석연료를 아끼고 환경을 살려야 하는 현실에서 작게는 각 가정에서부터 소량의 전기를 생산과 빌딩과 공장이나 각 산업체에서 시설규모에 달리하여 필요한 전력을 직접생산함은 대형으로 발전시설을 하는 것보다 효용가치가 크며 오염되어가는 물을 살리어 주변환경을 개선하는데 그 목적이다.

본 발명은 중력을 이용하기 위해 상단에 대형수조(100)와 중간에 발전기를 내장한 수차(300)를, 그리고 하단에는 하단 집수조(120)를 수직으로 배열을 하고 상단 대형수조(100)에 물을 가득 채워 수압으로 발생 되는 회전력을 이용하여 하단 수조(120)의 물을 상단 수조(100)로 끌어올려 일정한 수압을 유지하게 하게 한다. 대형수조(100)에서 수압을 유지한 채 배출되는 물로 발전기장치를 내장한 수차(300)의 돌려 저속으로 소수력발전장치를 가동하여 전기를 얻고, 수직으로 빠르게 회전하는 물의 순환과정(600) 속에 생활하수나 오폐수를 투입하여 중수와 희석시켜 배출시키므로 산소가 자동 공급되며 미생물이 형성되고 물고기가 살 수 있는 보다 깨끗한 하수를 배출할 수 있다.

현 전력생산과 분배는 중앙집중식으로 이루어지는 바이고 실질적으로 전기를 모 으고 소비하는 곳까지 전달하기 위한 많은 비용이 창출되므로 소량이나마 전기를 직접 생산하여 사용하면 수많은 과정이 축소되어 경제적인 효과가 매우 크며 물을 재활용하는 과정에서 전기가 얻어지므로 환경오염으로 막아 녹색에너지를 얻는 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1과 같이 전체적인 모형은 깔대기 모양을 한 대형수조(100)을 제작하되 그 상단에는 보조수조(130)을 두고 대형수조(100) 내부에 물 회전을 줄 수 있도록 유도판(111)를 사선으로 탱크 외측에 고정하여 단 구조로 제작하고 각 단과 단 사이에 회전판(110)를 끼워 동력전달축(220)의 지지대 역활을 하게 한다. 하단에 모아지는 물은 와류현상으로 회전력을 가지게 되며 회전하는 물의 속도가 줄지 않도록 트임부(200)를 사선으로 뚫어 토출부(200) 내부로 유입되게 한다.

토출부(200) 내부에는 펌프의 역기능을 하는 모양의 수차(201)를 두어 회전 하게 하고 상단수조(100)의 수압이 수차발전기(300)에 손실 없이 전달되도록 수차내부에 흡입날개(202)를 배치한다. 토출부(200)상단의 변속기(210)내의 원형 내치기어(211)는 수차의 회동을 회전하게 되며 중간기어(212)의 역활로 회전력이 증가된다. 증속된 회전력은 축(220)에 전달되어 상단펌프(240)을 돌게 하여 하단수조(120)의 집수된 물을 환수관(250)을 통해 환수되며 대형수조(100)의 수압을 형성하는데 3/4를 담당하게 하고 1/4을 보충수조(130)에서 보완하여 일정한 수압을 유지하게 된다.

도 5는 수차 내부형 발전장치를 나타낸 도면으로 대형수조(100) 토출부(290) 하단에 수차가 회전하는 오차 범위에서 밀착 고정해야 하며 수차의 날개(310)가 토출부(290) 하단을 막았다(290-a) 열었다(290-b) 하는 역활을 하게 되고 토출부(290) 내부의 물은 압축과 팽창을 반복적으로 하게 된다. 그로 인해 수차는 토크량이 증가하게 된다.

발전을 하는 과정은 수차 내부 외측에 고정자(350)를 고정하고 내측에는 회전자(360)를 배치하여 내치기와 중간기어의 역활로 고정자(350)와 반대방향으로 회전하게 한다. 고정자(350)는 역회전하는 자석(360)에 의해 자기장이 발생 되어 수차의 속도가 따라 높은 기전력을 발생시킬 수 있다. 일반적으로 고정자(350)가 고정된 상태에서 회전자(360)만을 회전시켜 기전력을 발생시키는 기존의 방식보다 회전자(360)와 고정자(350)를 각기 반대 방향으로 회전시키면 상대속도가 증가하고 이와 비례하여 높은 기전력의 발생이 가능하다. 따라서 수차(300)를 저속으로 회전시키더라도 높은 기전력을 얻을 수 있고 발전자(350)에서 발생한 전력은 아마추어에 접촉된 상태에서 브러쉬(351)를 통하여 외부로 배출하게 한다.

소수력 발전시스템에서 전기를 얻는 방법은 대형수조의 물의 회전과 수차를 돌리는 충동과정이므로 생활하수와 오폐수를 투입하면 자연스럽게 정화가 되고 하수를 중수로 만드는 과정이 된다. 수압을 유지하고 남는 물은 수조의 배출구를 통해 배출하게 되며 아파트나 빌딩에서 발전시스템을 층층이 설치할 경우에는 보조수조(130) 설치 없이 대형수조의 수압을 유지하는데 쓰이게 된다.

도 7은 다세대 고층가구단지에서 설치할 때의 물 흐름도를 나타낸 도면이며 단 지내에 늪지대를 형성하고 개천을 형성하여 물이 지하로 스미게 하여 자연스럽게 여과된 상수(음료수)로 사용할 수 있고 연못를 만드는 것은 우천시 단지 내의 집수조 역활을 하게 하며 지하에 설치되는 소수력발전장치의 수압유지 보조탱크 역활도 하게 된다.

도 8은 발전한 전기를 제어장치를 사용하여 상용전력과 선택적 전력소비 형태를 나타낸 도면이며 잉여발전전기는 상용전력으로 나가게 되고 부족한 전기는 들어 오게 함으로써 우리 생활의 경제적 부담을 덜 수가 있으리라 본다.

도 1은 소수력발전시스템의 대표도

도 2는 대형수조의 상세도

도 3은 대형수조내부의 펌프와 유도판과 회전판을 나타낸 도면

도 4는 변속기와 토출부 내부 수차를 나타낸 도면

도 5는 수차발전기와 회전 기어을 나타낸 도면

도 6은 발전기의 구조와 고정자,회전자를 배열방법을 나타낸 도면

도 7은 수차발전기를 고층건물 다가구 단지 설치 개념도

도 8은 생산된 전기를 활용하는 배선도

※도면의 주요부분에 대한 부호설명※

100:상단대형수조(물탱크) 110:회전판 111:유도판

120:하단수조(집수조)

130:보조탱크수조 131:보충수수급관

140:옥상수조 141:옥상수조수급관

200:토출부 201:내부수차 202:흡입날개

210:변속기 211: 내치기어(원형) 212: 중간기어 213:베어링

220:동력전달축 221:전달축보호관

230:배출구 240:상단펌프

250:대형수조환수관

260:순환펌프

270:보조탱크양수펌프 271:보조탱크환수관

280:하수배출관 290:물넘침방지막

300:발전기내장수차 310:수차날개 330:내치기어 340:유성기어

350:고정자(발전자) 351: 부러쉬 352:출력전선 360:회전자(영구자석)

370:기어고정판 380:수차고정지지관 390:수차지지대

600:다가구 지상개념도

700:다가구 지하개념도

800:단지 내 순환과정 개념도

Claims

소수력발전장치의 수조내부에 회전판과 유도판을 설치하는 과정에 있어서

탱크(100) 내부의 물이 회전할 수 있도록 유도판(111)를 나사형으로 탱크 외측에 설치하여 단 구조로 제작하고 각 단과 단 사이에 회전판(110)를 끼워 동력전달축(220)의 지지대 역활을 하는 단계,

물이 세어 나오지 않도록 방수를 철저히 하며 하단부분은 깔대기 모형으로 제작하되 소용돌이치며 회전하는 물의 속도가 줄지 않도록 트임부(200)를 사선으로 뚫어 토출부(200) 내부로 유입하게 하는 단계,

토출부(200) 내부에는 임펠라의 역기능을 하는 수차(201)를 두어 회전 하게 하고 수차내부에 흡입날개(202)를 배치하여 상단수조(100)의 수압을 수차발전기(300)에 손실 없이 작용하고 토출부(200)상단에 위치한 변속기(210)내의 원형 내치기 어(211)가 중간기어(212)에 전달되어 회전축(220)기어의 회전력을 증가시키게 하는 방법.
물을 상단대형수조(100)에 수직으로 순환하게 하는 양수장치에 관하여

변속기(210)의 증속된 회전력은 동력전달축(220)에 전달시켜 상단펌프(240)를 회동시켜 하단수조(120)의 물을 대형수조환수관(250)을 통해 대형수조(100)에 양수하는 단계,

상단펌프(240)의 양수의 양이 토출부(200)의 배출하는 양의 ¾ 이상이어야 하고 옥상수조(140)의 물의 양 ¼정도를 합하여 대형수조(100)의 수압을 일정하게 유지하게 할 때 동력전달축(220)이 회전하는 수조의 물의 간섭을 방지하기 위해 보호관(221)으로 축을 감싸게 하고 내부에는 물이 스미지 않도록 하여 저항를 최소화하는 방법.
수차의 날개가 토출부(200)를 개폐역활을 하게 제작하는 방법으로

상단대형수조(200) 아래에 설치하는 수차내장발전기(300)의 수차 날개(310)의 크기는 토출부(200)를 개폐역활을 할 수 있도록 크기와 같게 제작을 하며,

수차가 회전하는 범위 내의 오차만 두고 고정해야 하고 수차날개(310)에 담아 진 물이 270°까지 위치할 때까지 넘치지 않도록 물넘침방지막(290)으로 수차를 감싸 게 하고 물이 넘침을 방지하여 수차의 무게 중심이 항상 90°에 있게 하는 방법.
수차 일체형 소수력발전장치(300)를 제작하는 방법으로서

수차 내부 바같쪽에 발전자(350)를 고정하여 수차가 회전할 때 내치기어(330)와 중간기어(340)를 통해 회전력을 회전자축에 전달하게 하면 회전자(360)의 회전방향은 반대가 되며 기어의 회전비에 의해 회전속도가 증가하게 된다.

회전자(360)와 고정자(350)가 반대방향으로 회전하면 고정자(350)는 역회전하는 자석(360)에 의해 자기장이 발생 되어 수차의 속도가 따라 높은 기전력을 발생시킬 수 있다. 일반적으로 고정자(350)가 고정된 상태에서 회전자(360)만을 회전시켜 기전력을 발생시키는 기존의 방식보다 회전자(360)와 고정자(350)를 각기 반대 방향으로 회전시키면 상대속도가 증가하고 이와 비례하여 높은 기전력의 발생이 가능하다. 따라서 수차(300)를 저속으로 회전시키더라도 높은 기전력을 얻을 수 있는 것이다. 발전자(350)에서 발생한 전력은 아마추어에 접촉된 상태에서 브러쉬(351)를 통하여 전기를 얻는 방법이다.
생활하수와 오폐수를 정화하는 방법으로

소수력발전시스템은 물이 수직으로 빠르게 순환하는 과정에서 전기를 생산하기 때문에 생활하수나 오폐수를 투입하면 옥상수조에서 보충되는 맑은 물과 희석되고 산소가 자동공급되므로 하수가 중수로 만드는 단계,

중수된 배출되는 물은 습지와 개천을 거쳐 연못까지 흐르는 단계에서 지하수로 자연스럽게 유입되고 지하수를 충당하게 되어 음료수로 사용되는 상수를 얻을 수 있다. 흐르는 물속에는 미생물이 생성되고 수생식물이 자생하므로 물고기가 살 수 있는 수질로 개선하게 되며 연못은 우천시 빗물을 모으는 집수조 와 소수력발전시스템의 공급수 역활을 하며 발전하여 얻은 전력과 상용전기를 선택하여 다시 옥상공급수조(140)에 보내어 대형수조(100) 수압을 형성하는데 재활용하는 방법.