KR20110006357A

KR20110006357A - 이물질 유입이 가능한 잠수형 수차 발전기

Info

Publication number: KR20110006357A
Application number: KR1020090063950A
Authority: KR
Inventors: 이승수; 유원주
Original assignee: 이승수; 유원주
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-01-20

Abstract

본 발명은 낙차가 있거나 일정한 흐름이 있는 하천, 폭포, 폐수처리장, 하수도, 정수장, 해양 조류 등에서 이물질이나 어류가 혼합된 상태로 유입되어도 손상되지 않고 물의 에너지를 이용하여 전기에너지로 변환할 수 있는 잠수형 수차 발전기를 제공하고자 한다.

본 발명의 수력을 이용한 발전기는 유수를 그대로 활용하거나 수차로 일정거리를 유도하는 유도관로가 플랜지로 결합되어 수차와 연결되어 있고, 수차에 이물질이나 어류 유입시에도 회전부에 끼거나 마찰되지 않도록 원심력이 크게 작용하는 회전날개의 바깥쪽으로 부착된 회전 케이싱이 회전날개가 함께 회전하는 구조의 수차와; 유체중의 이물질이 회전부로 유입되지 않도록 하는 밀봉구조와; 수차의 회전으로 전기를 생산하는 잠수형 발전기와; 상기 발전기로부터 출력되는 발전전력을 적절히 변환하여 전력 요구 시설물로 공급하는 것을 포함한다.

수차, 수력발전, 유도 관로, 안내날개, 회전날개, 림 터빈

Description

이물질 유입이 가능한 잠수형 수차 발전기{Submerged Hydraulic Power Turbine}

본 발명은 낙차가 있거나 일정한 흐름이 있는 물의 에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 잠수형 수차 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하천, 폭포, 폐수처리장, 하수도, 정수장, 해양조류 등 다양한 입지 조건에서 이물질이나 어류가 혼합된 상태로 물이 유입되어도 수차가 손상되지 않고 발전을 하여 전력 필요 시설물의 동력원으로 사용케 하는 잠수형 수차 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 하천이나 폐수처리장, 하수도, 정수장, 해양조류 등의 물에는 이물질이나 어류가 혼합된 상태로 유입되므로 수차에서 원심력에 의해 회전부의 외면에 끼면서 회전에 방해가 되거나 회전날개 손상으로 인해서 수력 에너지를 적절히 활용하는데 어려움이 있었다.

이를 해결하기 위하여 종래 기술에서는 이물질이나 어류가 원천적으로 들어오지 못하도록 입구에 미세한 그름 망이나 집수조를 설치하여 수질관리를 하였고, 이물질 이 많이 유입되는 홍수기 등에는 사용하지 않도록 차단밸브를 동작하였다. 또한 종래의 유사한 구조로 회전날개가 부착된 케이싱이 회전하는 림 터빈 수차에서, 미국특허 공개번호 2005/0285407 림 터빈 수차는 림에 부착된 회전날개의 가운데를 원형 공간으로 하고 조류발전기에 설치하여 이물질이나 어류가 지나가도록 하였으며, 1920년대 미국특허 특허번호 1,498,154과 미국특허 공개번호 2007/0018460 림 터빈 수차는 모두 회전날개가 부착된 림이 회전하면서 회전 케이싱의 외부와 고정케이싱 사이에 설치된 발전기로 전력을 생산하는 방식을 제시하였다. 그러나 회전케이싱의 외부와 고정 케이싱 사이에 발전기를 설치할 경우 회전하는 넓은 원통 부분에 베어링 설치가 어렵고 체적이 커져서 중량이 증가하므로 산업상에 이용하는데 문제점이 있었다.

일반적인 수력 발전기나 소수력 발전기는 댐이나 낙차가 큰 하천에서 깨끗한 물을 취수하여야만 발전이 가능하므로, 다양한 수력에너지를 사용할 수 있으면서도 제작과 설치가 간단한 수력발전시스템의 기술개발 요구가 대두되고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 낙차가 있는 특정 장소나 이물질이 유입될 수 있는 조건에 국한되지 않고 하천, 폭포, 폐수처리장, 하수도, 정수장, 해양조류 등 다양한 입지 조건에서 이물질이나 어류가 혼합된 상태로 물이 유입되어도 수차가 손상되지 않는 구조의 잠수형 수력발전기를 제공하는데 있다. 또한 본 발명은 고낙차 수차 외에도 기존에 설치된 하천의 보, 수로, 해양 조류 등에 간단히 설치하여 사용할 수 있는 구조의 잠수형 수차발전기를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 원심력에 의하여 회전날개의 끝부분으로 이물질이 모여서 고정부와 마찰을 일으키거나 충격이 가해지는 것을 방지하기 위하여 이물질이 회전부 틈사이로 흐르지 않도록 차단하고 잠수형 발전기를 중심축 유로 내부에 설치하여 체적과 중량을 줄이도록 하는 것을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명은 낙차가 있거나 일정한 흐름이 있는 하천, 폭포, 폐수처리장, 하수도, 정수장, 해양 조류 등에서 이물질이나 어류가 혼합된 상태로 유입되어도 손상되지 않고 다양한 장소에서 간단하게 설치하여 물의 에너지를 이용하여 전기에너지로 변환할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수력을 이용한 발전시스템은 이물질이 포함된 상태의 다양한 수력에너지를 이용 가능함에 따라서, 이물질 제거를 위하여 설치하던 수조나 거름망 등의 설치비용 절감이 가능하고 지금까지 활용이 어려웠던 다양한 분야의 수력에너지를 효과적으로 활용하여 전기에너지로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 수력을 이용한 발전시스템은 전기공급이 어려운 곳에서 하천수나 계곡의 수력에너지를 활용할 경우 자체적으로 에너지 문제를 해소시킬 수 있으며, 하전의 보나 정수장, 폐수처리장, 하수배관 등 이물질이 혼합되어 있으나 지속적으로 유수의 흐름이 있는 곳에 활용할 경우 연속적인 전기에너지 공급으로 재생에너지를 확보할 수 있는 효과가 있다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은 일반적인 수력의 유로는 물론 이물질이 유입될 수 있는 다양한 유로에 설치하여도 수차가 손상되지 않고 발전 가능한 잠수형 수력 발전기에 있어서, 과도한 이물질이나 홍수시 대량의 이물질로부터 수차를 보호하는 보호망(30)과; 상부의 유수를 수차 입구로 유도하는 유도관로(40)와; 상기 유도관로(40)가 플랜지(60)로 결합되어 있으며 고정부 역할을 하고 안내날개(110)가 연결된 내부공간을 갖는 고정 케이싱(100)과; 상기 고정 케이싱(100)에 연결되어 있으며 유입된 물을 회전날개(210)에 효과적으로 에너지를 전달토록 하는 안내날개(110)와; 상기 고정 케이싱(100)의 안내날개(110) 후단에 설치되어 있고 안내날개(110)로부터 유입되는 물의 흐름에 의해 회전하는 회전날개(210)와; 회전날개(210)가 부착되어 있고 동시에 회전하는 회전 케이싱(200); 회전날개(210)의 회전축(300)에 연결되어 회전하여 전기를 생산하는 발전기(400, 410)와; 상기 발전기로부터 출력되는 발전전력을 적절히 변환하는 변환하여 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 잠수형 수력 발전시스템에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 흐르는 물이나 경사면의 유수를 활용하기 위하여 적절한 각도로 기울여 설치할 수 있으며, 폭포와 같이 수직으로 떨어지는 물의 힘의 활용하기 위하여 수직으로 설치 할 수도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 설명하도록 하겠다.

도 1은 종래의 림 터빈 수차의 단면도를 나타낸 것으로, 이물질이나 어류의 유입으로부터 회전날개(210)를 보호하고 회전부에서의 마찰이나 끼임 현상을 방지하기 위하여 회전날개(210)를 회전케이싱(200)에 부착하였으며, 회전날개(210)의 회전에 의해 회전케이싱(200) 외부에 설치된 발전기 회전자(400)가 돌면서 고정 케이싱(100)에 연결된 발전기 고정자(410)와의 작용에 의해서 전기를 생산하도록 되어있다.

도 2는 본 발명의 잠수형 수차 발전기 단면도를 나타낸 것으로, 이물질이나 어류의 유입으로부터 회전부의 손상을 방지하기 위하여 회전날개(210)의 끝부분과 안쪽이 회전케이싱(200)에 부착되고 회전날개(210)의 회전에 의해 유로 내부로 연결된 회전축(300)이 잠수형 발전기 회전자(400)를 돌리게 된다. 또한 이물질이 회전부 사이로 유입되지 않고 유로의 내부로 흘러가도록 유도하는 외부 밀봉부(510)와 내부 밀봉부(500)가 설치된다. 회전축(300)에는 회전마찰과 추력을 감소시키는 베어링(80)이 설치되고 방수를 위한 커버(70)가 설치된다. 고정케이싱(100)은 전체 수차를 지지하는 역할을 하면서 안내날개(110)가 설치되어 있고 발전기 고정자(410)와 회전축(300)을 지지하도록 되어있다.

도 3은 본 발명 수차 회전날개의 평면도를 나타낸 것으로, 회전케이싱(200)에 회전날개(210)가 안쪽과 바깥쪽으로 부착되고 내부에는 회전축(300)과 발전기 회전자(400)에 연결되는 구조로 이루어진다.

도 4는 본 발명 수차 발전기 다른 실시예의 단면도를 나타낸 것으로, 도 2의 발전기 회전자(400)가 회전날개(210) 안쪽에 부착되고 회전 케이싱(200) 내부가 회전축(300)으로 연결되도록 구성되며, 고정된 안내날개(110)의 중심에 발전기 고정자(410)가 설치되고, 또한 회전부로의 이물질 유입을 방지하기 위하여 외부 밀봉부(510)와 내부 밀봉부(500)를 구성하는 구조로 이루어진다.

도 5는 도 2내지 4에 도시된 수차 발전기를 하천, 폐수처리장 등의 경사로에 설치한 상태를 나타낸 것으로, 유체가 유입되는 입구에 대형 이물질 유입시 내부로 들어오지 않도록 외부로 유도하는 보호망(30)을 설치하고 유입된 물은 유도관로(40)을 통하여 안내날개를 거친후 회전날개(210)를 돌려서 발전기(410)를 통하여 전기를 생산하게 된다.

도 1은 종래의 림 터빈 수차발전기를 설명하기 위한 단면도

도 2는 본 발명의 수차 발전기를 설명하기 위한 단면도

도 3은 본 발명의 수차 회전날개 평면도

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도

도 5은 도 2내지 4에 도시된 수차 발전기의 하천 경사로 설치도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 저수지

20 : 경사로 30 : 보호망

40 : 유도관로 50 : 배수관로

60 : 플랜지 70 : 커버

80 : 베어링

100 : 고정케이싱 110 : 안내날개

200 : 회전케이싱 210 : 회전날개

300 : 회전축

400 : 발전기 회전자 410 : 발전기 고정자

500 : 내부 밀봉부 510 : 외부 밀봉부

Claims

일반적인 수력에너지와 이물질이 포함된 상태의 수력에너지를 모두 이용할 수 있는 잠수형 수차 발전기에 있어서,

수차 발전기 몸체를 지지하고 안내날개(110)가 부착되는 고정 케이싱(100)과; 회전날개(210)가 부착되고 회전날개와 함께 회전축(300)을 중심으로 회전하는 회전 케이싱(200)과; 회전 케이싱(200)과 고정 케이싱(100) 사이 및 발전기(410,)와 회전날개(210) 사이 회전 접촉부의 이물질 유입을 막아주는 밀봉부(500, 510)와; 회전 케이싱(200)의 회전축(300)에 연결되어 회전하면서 전기를 생산하는 잠수형 발전기(400)와; 과도한 이물질이나 홍수시 대량의 이물질로부터 수차를 보호하는 보호망(30)과; 생산된 전기를 적절하게 변환하여 전기를 이송하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기
제1항에 있어서,

상기 고정 케이싱(100)은 스테인레스 철판, 강화 플라스틱 등의 소재로 내구성과 부식성에 강한 구조를 갖고 중심 회전축(300)이 연결되도록 지지 역할을 하며, 유체 에너지의 흐름 방향을 조절하여 효율을 높여주는 안내날개(110)가 설치 되어있는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기.
제1항에 있어서,

상기 회전 케이싱(200)은 회전축(300) 바깥쪽과 회전 케이싱(200) 안쪽으로 회전날개(210)가 부착되어 있고 회전축(300)을 중심으로 전체가 회전하는 구조로 되어 있어 이물질이나 어류의 유입시에도 회전부의 틈사이에 끼거나 마찰되지 않고 회전날개(210)와 회전 케이싱(200)의 면을 타고 흐르도록 구성하는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기.
제1항에 있어서,

상기 고정 케이싱(100)에는 회전 케이싱(200)과의 회전부 틈사이로 이물질 유입을 방지하여 원활한 회전이 가능하게 하는 외부 밀봉부(510)와, 회전축(300)과 연결된 발전기(400, 410)와 회전날개(210)의 회전부 틈사이로 이물질이 유입되지 않도록 하는 내부 밀봉부(500)가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기.
제1항에 있어서,

상기 발전기(400, 410)는 회전날개(210)가 설치된 회전 케이싱(200) 중심부의 회전축(300)에 발전기 회전자(400)가 설치되고, 고정 케이싱(100)에 연결되어 회전축(300)이 지지된 부분에 발전기 고정자(410)가 설치되어 회전 케이싱(200)과 회전 날개(210)의 회전에 의해 전기가 발생되는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기.
제1항에 있어서,

상기 보호망(30)은 평상시 과도한 이물질이나 홍수시 대량의 이물질로부터 수차를 보호하기 위하여 유도관로(40) 입구에 설치한 것으로, 바 형식으로 경사지게 설치하여 과도한 이물질은 수차 외부로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는 잠수형 수차 발전기.