KR20110033465A - Micro generating system using hydraulic pressure difference in a water pipe - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A micro power generating device using the water pressure difference of a water supply pipe is provided to generate environment-friendly renewable energy at a relatively low cost by converting pressure energy to electric energy in a pressure reducing process. CONSTITUTION: A micro power generating device using the water pressure difference of a water supply pipe comprises turbines(310), power generating units(330), primary power converters(340), secondary power converters(350), and a control circuit for the power generating units(360). The turbines are installed in the pipe of the outlet end of a pipe system of a water supply facility. The turbines rotate, if the water in the pipe flows at a given water pressure or higher. A shaft is rotatably installed inside and outside a pipe and supports the turbines. The power generating units comprise rotators and stators. The power generating units generate electricity by the interaction of the rotator and the stator.

Description

수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치{Micro generating system using hydraulic pressure difference in a water pipe}Micro generating system using hydraulic pressure difference in a water pipe}

본 발명은 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치에 관한 것으로서, 특히 수도관 급수 시스템에서 고압을 저압으로 감압하는 과정에서 소멸되는 압력에너지를 전기에너지로 변환함으로써 저비용으로 친환경적 재생에너지를 생산할 수 있는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a micro power plant using a water pressure difference of a water pipe, and more particularly, to convert the pressure energy dissipated in the process of depressurizing a high pressure to a low pressure in a water pipe water supply system to electrical energy to produce eco-friendly renewable energy at low cost. The present invention relates to a micro power generator using a hydraulic pressure difference.

일반적인 수력발전은 강이나 간만의 차이가 큰 지역의 바닷물을 댐에 가두어 저수된 물을 방류시키면서 터빈을 회전시켜 물의 낙차에너지를 전기에너지로 변환하는 방식을 말한다. 이와 함께 하수처리장과 정수장 등에서 방류되는 미활용 소수력자원에 대하여 소수력발전(small hydropower) 기술을 개발하여 댐건설비 등의 막대한 초기투자비를 크게 절감하는 경제성이 높은 수자원에너지 개발방식 역시 일반화된 기술이다. 소수력발전이란 우리나라의 경우 설비용량이 3,000kW 이하의 수력발전소를 말한다. 정부에서는 1982년‘소수력개발방안’을 공표하고 민자투자를 유도하기 위하여 토목공사비 지원, 생산전력 매입 등 정부차원에서 지원하고 있는 사업이다. 수력발전 또는 소수력발전은 그 규모가 다르기는 하지만 대단위 설비투자 를 바탕으로 비교적 큰 규모의 터빈발전으로 수력에너지를 전기에너지로 변환하는 점에서 유사하다. In general, hydroelectric power refers to a method of converting freefall energy of water into electric energy by rotating a turbine while trapping seawater in a region with a large difference between a river and a tidal wave and discharging the stored water. Along with this, the development of high-efficiency water resource energy, which develops a small hydropower technology for the unused hydropower resources discharged from sewage treatment plants and water purification plants, greatly reduces enormous initial investment costs such as dam construction costs, is also a generalized technology. Small hydro power refers to hydro power plants with less than 3,000kW capacity in Korea. In 1982, the government announced the “Hydrogen Power Development Plan” and supported it at the government level to support civil construction cost and purchase production power to induce private investment. Although hydropower and hydropower are different in size, they are similar in that they convert hydro energy into electrical energy with relatively large turbine generation based on large-scale facility investment.

매우 작은 규모의 수력발전은 전세계적으로 진행되고 있는 기술인데 최근에는 전력설비 등이 잘 갖추어져 있지 않은 저개발국가의 오지를 중심으로 계곡물 등 저낙차 저수, 수로변경 등의 방식으로 5kW 이하의 낮은 전력을 생산하는 피코하이드로(picohydro), 마이크로하이드로(microhydro) 발전시스템이 개발되어 이용되고 있다. Hydropower generation on a very small scale is a technology that is being carried out all over the world. In recent years, low power of less than 5kW, such as valley water, low water flow and change of waterway, etc. Producing picohydro and microhydro power generation systems have been developed and used.

도 1은 수력발전의 개념도로서 저수된 물의 위치에너지인 낙차를 이용하여 터빈을 회전시키고, 터빈의 회전에 따라 발전설비에 의해 발생한 전기를 원거리로 송전하는 것을 보여주고 있다. 또한, 도 2는 소수력 발전의 개념도로서, 도 1의 수력발전과 동일한 개념이나 발전 규모면에서 수력발전에 비해 작고, 터빈이 배관 내부에 설치되는 점에서 차이가 있다. 1 is a conceptual diagram of hydroelectric power generation, and shows that the turbine is rotated by using a drop of potential energy of water stored therein, and the electricity generated by the power generation facility is transmitted at a long distance according to the rotation of the turbine. In addition, FIG. 2 is a conceptual view of hydroelectric power generation, which is smaller than hydroelectric power in terms of the same concept and power generation scale as that of hydropower generation of FIG. 1, and has a difference in that a turbine is installed inside a pipe.

이상과 같은 수력발전 및 소수력발전에서의 발전방식은 대량의 저수용량으로 인한 큰 낙차에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜서 발전시키는 방식이므로, 이때의 터빈 및 발전기 용량은 산업적 규모로서 매우 크기 때문에 일반 가정의 수도관, 아파트 상수도 공급관, 아파트 및 대규모 목욕탕 등 옥내외 물탱크(저수조) 하부배출관, 도로지하 매설 상수도관 등의 높은 수압을 이용한 소규모 발전 설비로는 적합하지 않다. Since the power generation method in hydroelectric and small hydroelectric power generation is a method of generating power by rotating a turbine using large drop energy due to a large amount of low capacity, the turbine and generator capacity at this time is very large as an industrial scale, so It is not suitable for small-scale power generation facilities that use high water pressure such as water pipes, apartment water supply pipes, apartments and large-scale public baths, indoor and outdoor water tank (drainage) bottom discharge pipes, and underground underground water supply pipes.

일반적인 수력발전 개념과 함께 일부에서는 피코하이드로(picohydro), 마이크로하이드로(microhydro) 발전시스템과 같이 저낙차 저수, 수로변경 등의 5kW 이 하의 낮은 전력을 생산하는 방식으로서 종래에 개발된 초소형 발전설비(장치)가 사용되고 있기는 하나, 수도관과 같이 상대적으로 수압이 높은 1∼10kg/㎠의 압력에서 발전용량 및 발전효율을 높이기 위해 개발한 발전기의 예는 거의 없다. In addition to the general hydropower concept, in some cases, such as picohydro and microhydro power generation systems, a small power generation system (device) that is developed as a method of producing low power of 5kW or less such as low drop water, channel change, etc. ) Is used, but there are few examples of generators developed to increase power generation capacity and power generation efficiency at pressures of 1 to 10 kg / cm 2 with relatively high water pressure, such as water pipes.

수력발전을 위한 대형 터빈 및 발전기와 피코하이드로 발전을 위한 소형 터빈 및 발전기는 모두 크기만 다를 뿐, 물이 있는 높이차에서 발생하는 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 방식으로 동일한 개념이라 할 수 있다. 또한 이와 같은 수력발전 또는 피코하이드로 발전용 터빈 및 발전기는 물이 터빈을 통과한 후, 즉 위치에너지가 전기에너지로 변환된 이후에는 자연 방류와 같이 물이 배출되는 방식이므로, 다시 말해서 터빈을 통과한 이후에도 일정 범위 이상의 압력에너지를 갖도록 하는 구조가 아니기 때문에, 물이 배관을 통과할 시에 관(pipe)과 관 사이에서 수압의 크기만을 낮추면서 수압의 차이만큼 압력에너지를 전기에너지로 전환시키고 일정 수압은 다시 배관 급수가 가능하도록 유지하거나, 2차 또는 3차의 에너지 변환시스템을 구동시킬 수 있어야 하는 환경(필요성)에는 적용하기 어려운 점이 있다.Large turbines and generators for hydroelectric power generation and small turbines and generators for picohydro power generation are all different in size, and the same concept is used to convert potential energy generated from a height difference of water into electrical energy. In addition, such hydropower or picohydro power turbines and generators are water discharged like natural discharge after water passes through the turbine, that is, after the potential energy is converted into electrical energy. Since it is not a structure that has a pressure energy beyond a certain range afterwards, when the water passes through the pipe, the pressure energy is converted into electrical energy by the difference of the water pressure while reducing the magnitude of the pressure between the pipe and the pipe. It is difficult to apply to the environment (requirement) that must be able to maintain the pipe water supply again or to operate the secondary or tertiary energy conversion system.

본 발명은 이상과 같은 종래 터빈 및 수력발전 장치에서의 재생에너지 생산의 한계성 및 설비투자의 고비용성 등을 감안하여 창출된 것으로서, 현재의 수도관 급수 시스템에서 고압을 저압으로 감압하는 과정에서 소멸되고 있는 압력에너지를 전기에너지로 변환함으로써 비교적 저비용으로 친환경적 재생에너지를 생산할 수 있는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다. The present invention was created in view of the above-mentioned limitations of renewable energy production and high cost of facility investment in the conventional turbine and hydroelectric power generation apparatus, and is being extinguished in the process of reducing the high pressure to low pressure in the current water pipe water supply system. It is an object of the present invention to provide a micro power generation apparatus using water pressure difference of a water pipe that can produce eco-friendly renewable energy at relatively low cost by converting pressure energy into electric energy.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치는,In order to achieve the above object, the micro-generation apparatus using the water pressure difference of the water pipe according to the first embodiment of the present invention,

수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부에 설치되며, 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 회전하는 터빈;A turbine installed inside the pipe of the discharge end of the water supply piping system and rotating when water inside the pipe flows with a water pressure above a predetermined pressure;

상기 터빈과 기계적으로 연결되고 배관의 내외부에 걸쳐 회전가능하게 설치되며, 상기 터빈을 지지 및 고정하는 축;A shaft mechanically connected to the turbine and rotatably installed over the inside and the outside of the pipe, the shaft supporting and fixing the turbine;

상기 축의 배관의 외부로 노출된 부위에 설치되는 회전자와 그 회전자를 에워싸도록 설치되는 고정자를 가지며, 상기 터빈의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하여 회전자와 고정자와의 상호 작용에 의해 전기를 발생하는 발전 유니트;It has a rotor and a stator is installed to surround the rotor exposed to the outside of the pipe of the shaft, the rotor rotates in accordance with the rotation of the turbine by the interaction of the rotor and the stator electric Generating unit;

상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트에서 발생한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 1차 전력변환기; A primary power converter electrically connected to the power generation unit and converting an AC voltage generated in the power generation unit into a DC voltage;

상기 1차 전력변환기와 전기적으로 연결되며, 1차 전력변환기에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 2차 전력변환기; 및A secondary power converter electrically connected to the primary power converter and converting a DC voltage converted by the primary power converter into an AC voltage; And

상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트의 회전자의 권선수를 조절함으로써 발전 유니트의 출력 전압을 제어하는 발전유니트 제어회로를 포함하는 점에 그 특징이 있다. It is characterized in that it is electrically connected to the power generation unit, and includes a power generation unit control circuit for controlling the output voltage of the power generation unit by adjusting the number of turns of the rotor of the power generation unit.

여기서, 상기 발전 유니트의 회전자는 각각 독립적으로 구성된 복수의 권선뭉치가 상기 축에 다단계의 적층 구조로 설치되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단 부가 출력단자 A에 공통으로 연결된다. Here, the rotor of the power generation unit is a plurality of winding bundles each independently configured in a multi-stage stacking structure on the shaft, one end of the winding of each winding bundle is commonly connected to the output terminal A.

또한, 상기 발전유니트 제어회로는 상호 병렬 접속 관계의 복수의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 구비하고, 각 온/오프 스위치의 일측 단자는 상기 회전자의 복수의 권선뭉치의 다른 쪽 단부에 각각 연결되며, 온/오프 스위치의 타측 단자는 출력단자 B에 공통으로 연결된다.The power generation unit control circuit may include a plurality of on / off switches S / W1 to S / W4 in parallel connection relationship, and one terminal of each on / off switch may include a plurality of winding bundles of the rotor. It is connected to the other end, respectively, and the other terminal of the on / off switch is commonly connected to the output terminal B.

또한, 상기 발전 유니트의 회전자는 복수의 권선뭉치가 축을 중심으로 축 주변에 자유롭게 배치되어 전체적으로 하나의 덩어리를 이루도록 구성되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단부는 출력단자 A에 공통으로 연결되며, 권선의 다른 쪽 단부는 상기 발전유니트 제어회로의 복수의 온/오프 스위치를 통해 상기 출력단자 B에 공통으로 연결되는 구조로 구성될 수도 있다.In addition, the rotor of the power generation unit is configured so that a plurality of winding bundles are freely disposed around the shaft to form a single mass as a whole, one end of the winding of each winding bundle is commonly connected to the output terminal A, The other end of the winding may be configured to be connected in common to the output terminal B through a plurality of on / off switch of the power generation unit control circuit.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치는,In addition, in order to achieve the above object, the micro-generation apparatus using the water pressure difference of the water pipe according to the second embodiment of the present invention,

수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부에 설치되며, 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 회전하는 터빈;A turbine installed inside the pipe of the discharge end of the water supply piping system and rotating when water inside the pipe flows with a water pressure above a predetermined pressure;

상기 터빈과 기계적으로 연결되고 배관의 내외부에 걸쳐 회전가능하게 설치되며, 상기 터빈을 지지 및 고정하는 축;A shaft mechanically connected to the turbine and rotatably installed over the inside and the outside of the pipe, the shaft supporting and fixing the turbine;

상기 축의 배관의 외부로 노출된 부위에 설치되는 회전자와 그 회전자를 에워싸도록 설치되는 고정자를 가지며, 상기 터빈의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하여 회전자와 고정자와의 상호 작용에 의해 전기를 발생하는 발전 유니트;It has a rotor and a stator is installed to surround the rotor exposed to the outside of the pipe of the shaft, the rotor rotates in accordance with the rotation of the turbine by the interaction of the rotor and the stator electric Generating unit;

상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트에서 발생한 교류 전 압을 직류 전압으로 변환하는 1차 전력변환기; A primary power converter electrically connected to the power generation unit and converting an AC voltage generated in the power generation unit into a DC voltage;

상기 1차 전력변환기와 전기적으로 연결되며, 1차 전력변환기에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 2차 전력변환기를 포함하는 점에 그 특징이 있다. It is characterized in that it comprises a secondary power converter electrically connected to the primary power converter, and converts the DC voltage converted by the primary power converter into an AC voltage.

이와 같은 본 발명에 의하면, 수도관 급수 시스템에서 고압을 저압으로 감압하는 과정에서 소멸되고 있는 압력에너지를 전기에너지로 변환함으로써 화석연료 등을 연소시켜 얻었던 전기에너지의 일부를 대체할 수 있고, 아울러 화석연료의 연소에 따른 탄소의 배출을 줄일 수 있다.According to the present invention, it is possible to replace a part of the electric energy obtained by burning the fossil fuel, etc. by converting the pressure energy dissipated in the process of depressurizing the high pressure to low pressure in the water pipe water supply system to electrical energy, and at the same time To reduce the carbon emissions of combustion.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.3 is a view schematically showing the configuration of a micro power generation apparatus using the hydraulic pressure difference of the water pipe according to the first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치는 수도관에 유입되는 수압이 일정하고, 송출되는 수압을 인위적으로 조절할 필요가 있는 경우에 적용되는 형태로서, 터빈(310), 축(320), 발전 유니트(330), 1차 전력변환기(340), 2차 전력변환기(350), 발전유니트 제어회로(360)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the micro power generator using the water pressure difference of the water pipe according to the first embodiment of the present invention is applied when the water pressure flowing into the water pipe is constant and it is necessary to artificially adjust the water pressure transmitted. , A turbine 310, a shaft 320, a power generation unit 330, a primary power converter 340, a secondary power converter 350, and a power generation unit control circuit 360.

상기 터빈(310)은 수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부에 설치되며, 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 회전한다. The turbine 310 is installed inside the pipe of the discharge end of the water supply piping system, and rotates when water in the pipe flows at a water pressure of a predetermined pressure or more.

상기 축(320)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(310)과 기계적으로 연결되고 배관의 내외부에 걸쳐 회전가능하게 설치되며, 상기 터빈(310)을 지지 및 고정한다.As shown in FIG. 5, the shaft 320 is mechanically connected to the turbine 310 and rotatably installed over the inside and the outside of the pipe, and supports and fixes the turbine 310.

상기 발전 유니트(330)는 상기 축(320)의 배관의 외부로 노출된 부위에 설치되는 회전자와 그 회전자를 에워싸도록 설치되는 고정자(335∼336)를 가지며, 상기 터빈(310)의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하여 회전자와 고정자(335,336)와의 상호 작용에 의해 전기를 발생한다.The power generation unit 330 has a rotor installed in a portion exposed to the outside of the pipe of the shaft 320 and stators (335 to 336) installed to surround the rotor, the turbine 310 of the As the rotor rotates, the rotor generates electricity by interaction between the rotor and the stators 335 and 336.

상기 1차 전력변환기(340)는 상기 발전 유니트(330)와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트(330)에서 발생한 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.The primary power converter 340 is electrically connected to the power generation unit 330, and converts an AC voltage generated in the power generation unit 330 into a DC voltage.

상기 2차 전력변환기(350)는 상기 1차 전력변환기(340)와 전기적으로 연결되며, 1차 전력변환기(340)에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.The secondary power converter 350 is electrically connected to the primary power converter 340 and converts the DC voltage converted by the primary power converter 340 into an AC voltage.

상기 발전유니트 제어회로(360)는 상기 발전 유니트(330)와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트(330)의 회전자의 권선수를 조절함으로써 발전 유니트(330)의 출력 전압을 제어한다. The power generation unit control circuit 360 is electrically connected to the power generation unit 330 and controls the output voltage of the power generation unit 330 by adjusting the number of turns of the rotor of the power generation unit 330.

여기서, 상기 발전 유니트(330)의 회전자는 도 5에 도시된 바와 같이, 각각 독립적으로 구성된 복수의 권선뭉치(331∼334)가 상기 축(320)에 다단계의 적층 구조로 설치되고, 각 권선뭉치(331∼334)의 권선의 한 쪽 단부가 출력단자 A에 공통으로 연결된다. Here, as shown in FIG. 5, the rotor of the power generation unit 330 has a plurality of winding bundles 331 to 334 configured independently of each other in a multi-stage stacking structure on the shaft 320, and each winding bundle One end of the windings 331 to 334 is commonly connected to the output terminal A.

또한, 상기 발전유니트 제어회로(360)는 상호 병렬 접속 관계의 복수의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 구비하고, 각 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)의 일측 단자 는 상기 회전자의 복수의 권선뭉치(331∼334)의 다른 쪽 단부에 각각 연결되며, 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)의 타측 단자는 출력단자 B에 공통으로 연결된다.In addition, the power generation unit control circuit 360 includes a plurality of on / off switches S / W1 to S / W4 in a parallel connection relationship, and each of the on / off switches S / W1 to S / W4. One terminal is connected to the other end of the plurality of winding bundles 331 to 334 of the rotor, respectively, and the other terminal of the on / off switch S / W1 to S / W4 is commonly connected to the output terminal B. .

또한, 상기 발전 유니트(330)의 회전자는 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 권선뭉치(331∼334)가 축(320)을 중심으로 축 주변에 자유롭게 배치되어 전체적으로 하나의 덩어리를 이루도록 구성되고, 각 권선뭉치(331∼334)의 권선의 한 쪽 단부는 상기 출력단자 A에 공통으로 연결되며, 권선의 다른 쪽 단부는 상기 발전유니트 제어회로(360)의 복수의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 통해 상기 출력단자 B에 공통으로 연결되는 구조로 구성될 수도 있다. In addition, as shown in FIG. 6, the rotor of the power generation unit 330 is configured such that a plurality of winding bundles 331 to 334 are freely disposed around the shaft about the shaft 320 to form one mass as a whole. One end of the winding of each of the winding bundles 331 to 334 is commonly connected to the output terminal A, and the other end of the winding is connected to a plurality of on / off switches S / of the power generation unit control circuit 360. It may be configured to have a structure commonly connected to the output terminal B through W1 ~ S / W4).

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.4 is a view schematically showing a configuration of a micro power generation apparatus using a hydraulic pressure difference of a water pipe according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치는 수도관에 유입되는 수압이 일정하고, 송출되는 수압도 일정하게 유지되는 경우에 적용되는 형태로서, 상기 도 3의 제1 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 구조와 큰 차이는 없다. 다만, 이 제2 실시예의 경우는 상기 제1 실시예에서의 발전 유니트 제어회로(360)가 없다는 것에 특징적으로 차이점이 있다.Referring to FIG. 4, the micro power generation apparatus using the water pressure difference of the water pipe according to the second embodiment of the present invention is applied when the water pressure flowing into the water pipe is constant and the water pressure being discharged is kept constant. There is no significant difference from the structure of the micro power generator using the water pressure difference of the water pipe according to the first embodiment of FIG. However, in the case of this second embodiment, there is a characteristic difference in that there is no power generation unit control circuit 360 in the first embodiment.

도 4에서의 터빈(410), 발전 유니트(430), 1차 전력변환기(440), 2차 전력변환기(450)는 도 3에서의 터빈(310), 발전 유니트(330), 1차 전력변환기(340), 2차 전력변환기(350)에 각각 대응되며, 따라서 도 4에서의 각 구성요소들, 즉 터빈 (410), 발전 유니트(430), 1차 전력변환기(440), 2차 전력변환기(450)에 대한 설명 은 도 3에서의 각 대응되는 구성요소들인 터빈(310), 발전 유니트(330), 1차 전력변환기(340), 2차 전력변환기(350)에 대한 설명으로 대체한다.The turbine 410, the power generation unit 430, the primary power converter 440, and the secondary power converter 450 in FIG. 4 are the turbine 310, the power generation unit 330, and the primary power converter in FIG. 3. 340, respectively, corresponding to the secondary power converter 350, and thus each component in FIG. 4, namely, the turbine 410, the power generation unit 430, the primary power converter 440, the secondary power converter The description of 450 is replaced with the description of the corresponding components in FIG. 3, the turbine 310, the power generation unit 330, the primary power converter 340, and the secondary power converter 350.

그러면, 이상과 구성을 갖는 본 발명에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 동작에 대해 도 3을 참조하여 간략히 설명해 보기로 한다.Then, the operation of the micro power generator using the water pressure difference of the water pipe according to the present invention having the above configuration will be briefly described with reference to FIG. 3.

상수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 터빈(310)은 회전한다. 즉, 직경 50∼300mm의 수도관에 일정압력 이상으로 비교적 큰 수압이 존재할 때, 물을 일시적 또는 고정적으로 사용하거나 소방용 수압을 유지하도록 순환시킴으로써 유속이 발생하게 되면, 고속(예를 들면, 50ℓ/sec, 8m/sec)으로 관을 통과하는 물이 수도관 내의 터빈(310)을 회전시키게 된다. 이와 같이, 터빈(310)이 회전하면, 터빈(310)을 지지 및 고정하는 축(320)이 회전하고, 동시에 축(320)에 고정되어 있는 회전자(즉, 권선뭉치 331∼334)가 회전하여 회전자와 고정자(335,336)의 상호 작용에 의해 전기(교류 전압)를 발생한다.The turbine 310 rotates when water in the pipe of the discharge end of the water supply piping system flows with water pressure above a certain pressure. That is, when there is a relatively large water pressure above a certain pressure in a water pipe having a diameter of 50 to 300 mm, if a flow rate is generated by temporarily or fixedly using water or circulating to maintain a water pressure for fire fighting, a high speed (for example, 50 l / sec , Water passing through the pipe at 8 m / sec causes the turbine 310 in the water pipe to rotate. As such, when the turbine 310 rotates, the shaft 320 supporting and fixing the turbine 310 rotates, and at the same time, the rotor (that is, the winding bundles 331 to 334) fixed to the shaft 320 rotates. Thus, electricity (alternating voltage) is generated by the interaction between the rotor and the stators 335 and 336.

1차 전력변환기(340)는 상기 발전 유니트(330)에서 발생한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 2차 전력변환기(350)는 1차 전력변환기(340)에 의해 변환된 직류 전압을 다시 교류 전압으로 변환하여 출력한다. 이때, 최종 교류 전압은 요구되는 전압(예를 들면, 220V 50/60Hz 또는 110V 50/60Hz)으로 조정되어 출력된다.The primary power converter 340 converts the AC voltage generated in the power generation unit 330 into a DC voltage, and the secondary power converter 350 converts the DC voltage converted by the primary power converter 340 again into an AC voltage. Convert to and print it out. At this time, the final AC voltage is adjusted to the required voltage (for example, 220V 50 / 60Hz or 110V 50 / 60Hz) is output.

한편, 발전유니트 제어회로(360)는 발전 유니트(330)의 회전자의 권선수를 조절함으로써 발전 유니트(330)의 출력 전압을 제어한다. 이에 대하여 조금 더 자세히 설명해 보기로 한다.On the other hand, the power generation unit control circuit 360 controls the output voltage of the power generation unit 330 by adjusting the number of turns of the rotor of the power generation unit 330. Let's explain this in more detail.

본 발명에서는 수도관의 송출부 수압에 해당하는 발전기의 출력 교류 전압을 미리 설정하여 데이터베이스화하는 것을 전제로 한다. 이와 같이 수도관의 송출부 수압에 대한 발전기의 출력 교류 전압의 데이터베이스가 구축된 상태에서, 현재 출력되고 있는 전력과 원하는 송출 수압과의 차이가 발생하여, 출력 전력이 기준값보다 클 경우에는, 발전유니트 제어회로(360)의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 제어하여(예를 들면, 처음에 4개의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)가 모두 닫혀 있는 (close) 상태였다고 하면, 그 중에서 임의의 스위치(예컨대, S/W4)를 개방(open)하여) 회전자를 구성하는 권선뭉치(331∼334)가 출력단자 B와 접속되는 개수를 줄임으로써(이에 의해 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 권선수는 줄어들게 됨), 발전량이 감소되도록 한다. 그리고, 출력 전력이 기준값보다 작을 경우에는 마찬가지로 발전유니트 제어회로(360)의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 제어하여(예를 들면, 처음에 2개의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W2)가 닫혀 있는(close) 상태였다고 하면, 나머지 스위치 S/W3, S/W4 중 적어도 하나를 더 닫아서) 회전자를 구성하는 권선뭉치(331∼334)가 출력단자 B와 접속되는 개수를 증가함으로써(이에 의해 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 권선수는 늘어나게 됨), 발전량이 증가되도록 한다.In the present invention, it is assumed that the output AC voltage of the generator corresponding to the water pressure of the discharge portion of the water pipe is set in advance and databased. As described above, when the output AC voltage database of the generator with respect to the water pressure of the water supply part of the water pipe is built, a difference between the current power output and the desired power water pressure occurs, and the output power is greater than the reference value. The on / off switches S / W1 to S / W4 of the circuit 360 are controlled (e.g., the first four on / off switches S / W1 to S / W4 are all closed). In the state of the present invention, the number of winding bundles 331 to 334 constituting the rotor is connected to the output terminal B by opening any of the switches (for example, S / W4), thereby reducing the number of stators. The number of turns of the rotor, which links with the magnetic field of the motor, is reduced. When the output power is smaller than the reference value, the on / off switches S / W1 to S / W4 of the power generation unit control circuit 360 are similarly controlled (for example, the first two on / off switches S). If / W1 to S / W2) were closed, at least one of the remaining switches S / W3 and S / W4 was further closed), and the bundles 331 to 334 constituting the rotor were connected to the output terminal B. By increasing the number of connections (thereby increasing the number of turns of the rotor that links with the magnetic field of the stator), the amount of power generation is increased.

한편, 이상은 오직 전력발생 관점에서만 동작을 설명한 것이다. 그러나, 본 발명의 발전장치가 적용되는 수도 시설 배관 시스템의 특성상 전력 생산과 함께 송출되는 수압을 또한 고려하지 않을 수 없다. 즉, 본 발명을 적용함에 있어서는 정압기와 같은 감압장치의 송출압력을 반드시 고려하고, 정압기의 감압에 의한 압력차이만을 전기에너지로 발전시켜야 한다. 따라서, 이와 관련하여 고찰해 보기로 한다.On the other hand, the above has described the operation only in terms of power generation. However, due to the characteristics of the water supply piping system to which the power generation apparatus of the present invention is applied, it is also necessary to take into account the water pressure transmitted along with the power generation. That is, in applying the present invention, the discharge pressure of the decompression device such as the constant pressure pressure must be considered, and only the pressure difference due to the pressure reduction of the constant pressure pressure pressure generator should be generated as electrical energy. Therefore, it will be discussed in this regard.

(1) 수도관에 유입되는 수압이 일정하고, 송출되는 수압을 인위적으로 조절할 필요성이 있는 경우:(1) When the water pressure flowing into the water pipe is constant and it is necessary to artificially adjust the water pressure flowing out:

본 발명과 같은 발전시스템의 송출부 출력압력을 특정 압력으로 유지하도록 조절하기 위한 방법으로, 발전유니트 제어회로(360)를 통해서 터빈(310)에 걸리는 저항을 간접 제어하는 방식으로 정압을 유지시키는 동시에 압력차 발전을 하는 개념이다. 우선 터빈(310)의 회전에 의해서 발전 유니트(330)로부터 전력이 생산되고, 이어서 1차 전력변환기(340)에서 정류한다. 정류된 직류(DC) 전압은 다시 2차 전력변환기(350)에 의해 교류(AC) 전압으로 변환된다. 이때 최종 교류 전압은 예를 들면, AC 220V 50/60Hz 또는 110V, 50/60Hz로 필요 전압으로 조절하여 출력시킨다.As a method for adjusting the output pressure of the output unit of the power generation system such as the present invention to maintain a specific pressure, while maintaining a constant pressure by indirectly controlling the resistance applied to the turbine 310 through the power generation unit control circuit 360 It is the concept of developing pressure differential. First, power is produced from the power generation unit 330 by the rotation of the turbine 310, and then rectified in the primary power converter 340. The rectified direct current (DC) voltage is converted into an alternating current (AC) voltage by the secondary power converter 350 again. At this time, the final AC voltage is adjusted to the required voltage, for example, AC 220V 50 / 60Hz or 110V, 50 / 60Hz to output.

송출부 수압에 해당하는 발전기 출력 교류 전압을 사전에 데이터베이스화 (DB)하였을 때, 현재 출력되고 있는 전력과 원하는 전력(즉, 송출 수압에 해당하는 전력) 간에 차이가 발생할 경우, 예를 들면 출력 전력이 기준값보다 클 경우에는 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 낮추어(즉, 발전 유니트(330)의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 적게 하여) 발전량이 줄어들도록 하며, 출력 전력이 기준값보다 적을 경우에는 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 높여(즉, 발전 유니트(330)의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 많게 하여) 발전량이 증가되도록 조절한다. 이렇게 조절하는 것은 발전유니트 제어회로(360)에 의해 조절되며, 수도관내 터빈(310)의 회전 저항의 조정은 발전기 내의 권선 뭉치를 회전축에 더해지거나 감해지도록 함으로써(이는 권선뭉치가 회전축에 기계적으로 결합 또는 회전축으로부터 분리되는 것을 의미하는 것은 아니며, 전술 한 바와 같이 권선뭉치(331∼334)가 출력단자 B와 접속되는 개수를 증가 혹은 감소시키는 것을 의미함) 이루어진다. When the generator output AC voltage corresponding to the output water pressure is previously databased (DB), if a difference occurs between the currently output power and the desired power (that is, the power corresponding to the water pressure), for example, the output power If the reference value is larger than the reference value, the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe is lowered (that is, the number of turns of the coil of the rotor that links with the magnetic field of the stator of the power generation unit 330) to reduce the amount of power generation, When the output power is less than the reference value, the power generation amount is increased by increasing the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe (that is, by increasing the number of windings of the coil of the rotor that bridges the magnetic field of the stator of the power generation unit 330). Adjust. This adjustment is controlled by the power generation unit control circuit 360, and the adjustment of the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe is made by adding or subtracting the bundle of windings in the generator to or from the rotational shaft (which is mechanically coupled to the rotary shaft). Or it does not mean to be separated from the rotating shaft, as described above means that the number of winding (331 ~ 334) is connected to the output terminal B to increase or decrease).

도 4의 개념은 수도관에 유입되는 수압이 일정하고 송출되는 수압 역시도 일정하게 유지되는 경우로서 상기(1)과 같이 1차, 2차 전력변환기를 통해서 최종 필요 전압을 얻는 방식은 동일하지만, 송출 수압을 조절할 필요가 없어서 발전유니트 제어회로(360)가 생략된 구조이다. 이러한 경우에는 터빈의 구조와 회전날개의 개수를 조절하여 동일한 수압이 입력되면 일정하게 감압된 수압과 발전량을 얻는 구조이다. 도 4의 기본 개념은 도 3을 통하여 본 발명에서 구현하고자 하는 개념에 포함된 구조라 할 수 있다. The concept of FIG. 4 is a case where the water pressure flowing into the water pipe is constant and the water pressure being discharged is also kept constant. The method of obtaining the final required voltage through the primary and secondary power converters as in (1) is the same, but the water pressure is discharged. There is no need to adjust the power generation unit control circuit 360 is omitted structure. In this case, if the same hydraulic pressure is inputted by adjusting the structure of the turbine and the number of the rotor blades, the pressure and the amount of power generated are constantly reduced. The basic concept of FIG. 4 may be referred to as a structure included in the concept to be implemented in the present invention through FIG. 3.

(2) 수도관에 유입되는 수압은 일정하지 않으나, 송출되는 수압을 일정하게 유지시킬 필요성이 있는 경우:(2) If the water pressure flowing into the water pipe is not constant, but it is necessary to keep the water pressure discharged constant:

이 경우는 수도관 입력부의 수압은 일정압력 이상이지만 어떤 하나의 고정값으로 일정한 값은 아니나, 수도관 송출부의 압력을 일정하게 유지시키기는 방법으로서, 발전유니트 제어회로(360)를 이용해서 터빈(310)에 걸리는 저항을 간접 제어하는 것이다. 이는 정압을 유지하는 방식으로 수압의 차이를 발전의 원리에 이용한 것인데, 전력 생산 및 변환은 앞의 (1)의 경우와 동일하지만 제어기능이 추가된 점은 다르다. 발전기의 최종 출력 전력을 전력계(미도시)로 실시간 모니터링하게 되며, 모니터링 결과 전력이 일정수준에서 그 이하로 떨어지거나 그 이상으로 과도하게 상승될 경우에는 수도관 입력부로 유입되는 수압이 변화된 것으로 볼 수 있다. In this case, the water pressure of the water pipe input part is equal to or greater than a certain pressure, but is not a constant value at any one fixed value, but a method of maintaining a constant pressure of the water pipe sending part. Is to indirectly control the resistance. This method uses the difference of water pressure in the principle of power generation by maintaining the static pressure. The power generation and conversion is the same as in the case of (1), but the control function is added. The final output power of the generator is monitored in real time with a wattmeter (not shown), and as a result of the monitoring, when the power drops excessively above or below a certain level, it may be considered that the water pressure flowing into the water pipe input part is changed. .

따라서, 이때 출력 수압을 정압으로 유지시키기 위한 방법으로는 전자의 경 우(전력이 일정수준 이하로 떨어진 경우), 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 더 낮추어(즉, 발전 유니트(330)의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 더 적게 하여) 발전량이 줄어들도록 함으로써 일정 수준보다 더 낮은 전력을 생산하게 되지만, 물의 유속 저항이 감소하여 부하가 낮아져서 출력부의 수압을 올릴 수 있다. 이와는 반대로 후자의 경우(전력이 일정수준 이상으로 상승된 경우)에는 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 더 높여서(즉, 발전 유니트(330)의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 더 많게 하여) 발전량이 늘어나도록 하면 일정 수준보다 더 큰 전력을 생산하게 되지만, 물의 유속 저항이 증가하여 부하가 증가되어 수도관 배출부의 수압을 낮출 수 있다. Therefore, in this case, as a method for maintaining the output water pressure at a constant pressure, in the case of the former (when the power falls below a certain level), the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe is further lowered (that is, the power generation unit 330). By reducing the number of turns of the coil of the rotor, which interlinks the stator's magnetic field, the amount of power generated is reduced, which produces lower power than a certain level. have. On the contrary, in the latter case (when the power is raised above a certain level), the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe is further increased (that is, the coil of the rotor that links with the magnetic field of the stator of the power generation unit 330). Increasing the number of turns) will produce more power than a certain level, but the water flow resistance will increase, increasing the load and lowering the water pressure at the outlet.

이상과 같은 방법 외에, 압력센서(미도시)를 출력부에 설치하여 실시간 모니터링한 수치를 발전유니트 제어회로(360)로 보내어 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 조절하는 것도 가능하다. 보다 효과적으로 정압을 유지하는 방법은 발전기의 출력 전력계의 계측신호와 압력센서의 계측신호를 종합적으로 수신하여 발전유니트 제어회로(360)에서 시스템적으로 수도관내 터빈(310)의 회전 저항을 자동으로 조절하는 것이다.In addition to the above-described method, it is also possible to adjust the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe by installing a pressure sensor (not shown) to the output unit and sending the value monitored in real time to the power generation unit control circuit 360. The method of more effectively maintaining the static pressure is to comprehensively receive the measurement signal of the output power meter of the generator and the measurement signal of the pressure sensor to automatically adjust the rotational resistance of the turbine 310 in the water pipe systemically in the power generation unit control circuit 360. It is.

(3) 수도관에 유입되는 수압이 일정하지 않고, 송출되는 수압 역시 일정하게 유지시킬 필요성이 없으나 출력 전압을 정전압으로 유지시키고자 할 경우:(3) When the water pressure flowing into the water pipe is not constant and the water pressure flowing out does not need to be kept constant, but wants to keep the output voltage at a constant voltage:

예를 들어, 가정용 또는 업무용의 수도 사용이 대부분 이 (3)의 경우에 해당된다고 할 수 있는데, 필요시에만 물을 사용하게 되면 수도관 압력발전기의 양단에 걸리는 압력은 일시적으로 차이가 나타나다가 사용하지 않으면 다시 양단의 압력이 같아져서 더 이상 유량(물의 흐름)이 발생하지 않아 발전을 하지 않게 된다. For example, the use of water for household or business use is most of the time in this case (3). If water is used only when necessary, the pressure across the water pipe pressure generator will be temporarily different. If not, the pressures at both ends are the same again, so no more flow rate (water flow) is generated and no power is generated.

출력 전압을 정전압으로 유지시키기 위하여, 전술한 바와 같이 1, 2차 전력변환기(340)(350)를 통하여 최종 교류 전압을 얻고, 이를 다시 일반 가정에서 바로 사용가능한 110/220V 60Hz의 교류(AC) 전압으로 조절하여 출력한다. 이때, 1차 전력변환기(340)에 의해 DC 전압으로 변환된 전압은 축전지(미도시)에 저장된다. 도 4에서 기술한 발전 방식은 터빈 회전판의 수와 구조를 통해서 터빈의 회전속도 (rpm)를 조절하고, 발전기의 권선수(코일을 감은수) 등을 고려하여 특정 전압을 출력할 수 있도록 터빈 및 발전용량을 직접 설계하는 방식이지만, 상기 도 43의 방식은 터빈 회전판 및 권선수 등의 물리적 외형을 변경하는 방식 대신에 전력변환기에 의한 상태 변환(AC→DC→AC)과 축전지를 이용하여 정해진 시간 동안 정전압을 얻어 사용하는 방식이다. 이 도 3의 방식은 도 4의 방식과 비교해서 에너지 변환 효율은 낮지만 입출력 물의 압력의 크기와 관계없이 정전압을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이 (3)의 경우는 앞의 (1)과 (2)의 경우와 달리 출력부의 수압을 정압으로 유지시킬 필요가 없으므로 구조 및 동작상에 있어서 매우 단순화 할 수 있다. In order to maintain the output voltage at a constant voltage, as described above, the final AC voltage is obtained through the primary and secondary power converters 340 and 350, which are again used in a general home 110 / 220V 60Hz AC (AC). Adjust the voltage to output. In this case, the voltage converted into the DC voltage by the primary power converter 340 is stored in the storage battery (not shown). The power generation method described in FIG. 4 regulates the rotational speed (rpm) of the turbine through the number and structure of the turbine rotor, and outputs a specific voltage in consideration of the number of turns (coil wound) of the generator and the like. Although the capacity is directly designed, the method of FIG. 43 uses a state converter (AC → DC → AC) and a storage battery for a predetermined time instead of a method of changing the physical appearance of the turbine rotor and the number of turns. This is a method of obtaining and using a constant voltage. The method of FIG. 3 has a lower energy conversion efficiency than the method of FIG. 4, but has an advantage of obtaining a constant voltage regardless of the magnitude of the pressure of the input / output water. In this case (3), unlike in the case of (1) and (2) above, it is not necessary to keep the pressure of the output part at a constant pressure, which can be greatly simplified in structure and operation.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치는 현재의 수도관 급수 시스템에서 고압을 저압으로 감압하는 과정에서 소멸되고 있는 압력에너지를 전기에너지로 변환함으로써 화석연료 등을 연소시켜 얻었던 전기에너지의 일부를 대체할 수 있고, 아울러 화석연료의 연소에 따른 탄소의 배출을 줄일 수 있다.As described above, the micro power generation apparatus using the water pressure difference of the water pipe according to the present invention burns fossil fuel and the like by converting the pressure energy that is extinguished in the process of reducing the high pressure to low pressure in the current water pipe water supply system to electric energy. This can replace some of the electrical energy gained from this process and reduce carbon emissions from burning fossil fuels.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 저수된 물의 위치에너지(낙차)를 이용한 터빈의 회전에 따라 전기를 발생하는 수력발전의 개념을 보여주는 도면.1 is a view showing the concept of hydroelectric power generating electricity according to the rotation of the turbine using the potential energy (fall) of the stored water.

도 2는 배관 내부에 설치된 터빈의 회전에 따라 전기를 발생하는 소수력 발전의 개념을 보여주는 도면.2 is a view showing the concept of hydrophobic power generation to generate electricity in accordance with the rotation of the turbine installed inside the pipe.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.3 is a view schematically showing the configuration of a micro power generation apparatus using the water pressure difference of the water pipe according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.4 is a view schematically showing a configuration of a micro power generation apparatus using a hydraulic pressure difference of a water pipe according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 발전 유니트의 내부 구조를 보여주는 도면.5 is a view showing the internal structure of the power generation unit of the micro power generator using the water pressure difference of the water pipe according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치의 다른 실시예의 발전 유니트의 내부 구조를 보여주는 도면.6 is a view showing the internal structure of a power generation unit of another embodiment of a micro power generation device using the water pressure difference of the water pipe according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

310,410...터빈 320,420...축310,410 ... turbine 320,420 ... axes

330,430...발전 유니트 340,440...1차 전력변환기330,430 ... Power Generation Units 340,440 ... Primary Power Converters

331∼334...권선뭉치 335,336...고정자331 ~ 334 ... reel bundles 335,336 ... stator

350,450...2차 전력변환기 360...발전유니트 제어회로350,450 ... 2nd power converter 360 ... Generation unit control circuit

Claims (8)

수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부에 설치되며, 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 회전하는 터빈;A turbine installed inside the pipe of the discharge end of the water supply piping system and rotating when water inside the pipe flows with a water pressure above a predetermined pressure; 상기 터빈과 기계적으로 연결되고 배관의 내외부에 걸쳐 회전가능하게 설치되며, 상기 터빈을 지지 및 고정하는 축;A shaft mechanically connected to the turbine and rotatably installed over the inside and the outside of the pipe, the shaft supporting and fixing the turbine; 상기 축의 배관의 외부로 노출된 부위에 설치되는 회전자와 그 회전자를 에워싸도록 설치되는 고정자를 가지며, 상기 터빈의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하여 회전자와 고정자와의 상호 작용에 의해 전기를 발생하는 발전 유니트;It has a rotor and a stator is installed to surround the rotor exposed to the outside of the pipe of the shaft, the rotor rotates in accordance with the rotation of the turbine by the interaction of the rotor and the stator electric Generating unit; 상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트에서 발생한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 1차 전력변환기; A primary power converter electrically connected to the power generation unit and converting an AC voltage generated in the power generation unit into a DC voltage; 상기 1차 전력변환기와 전기적으로 연결되며, 1차 전력변환기에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 2차 전력변환기; 및A secondary power converter electrically connected to the primary power converter and converting a DC voltage converted by the primary power converter into an AC voltage; And 상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트의 회전자의 권선수를 조절함으로써 발전 유니트의 출력 전압을 제어하는 발전유니트 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.And a power generation unit control circuit electrically connected to the power generation unit and controlling the output voltage of the power generation unit by adjusting the number of turns of the rotor of the power generation unit. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 발전 유니트의 회전자는 각각 독립적으로 구성된 복수의 권선뭉치가 상기 축에 다단계의 적층 구조로 설치되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단부가 출력 단자 A에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.The rotor of the power generation unit is a plurality of winding bundles each independently configured in a multi-stage stacking structure on the shaft, one end of the winding of each winding bundle is connected to the output terminal A in common Micro power generator using hydraulic pressure difference. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 발전유니트 제어회로는 상호 병렬 접속 관계의 복수의 온/오프 스위치(S/W1∼S/W4)를 구비하고, 각 온/오프 스위치의 일측 단자는 상기 회전자의 복수의 권선뭉치의 다른 쪽 단부에 각각 연결되며, 온/오프 스위치의 타측 단자는 출력단자 B에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.The power generation unit control circuit includes a plurality of on / off switches (S / W1 to S / W4) in parallel connection relationship, and one terminal of each on / off switch is the other of the plurality of winding bundles of the rotor. Respectively connected to the ends, and the other terminal of the on / off switch is connected to the output terminal B in common; 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 발전 유니트의 회전자는 복수의 권선뭉치가 축을 중심으로 축 주변에 자유롭게 배치되어 전체적으로 하나의 덩어리를 이루도록 구성되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단부는 출력단자 A에 공통으로 연결되며, 권선의 다른 쪽 단부는 상기 발전유니트 제어회로의 복수의 온/오프 스위치를 통해 출력단자 B에 공통으로 연결되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.The rotor of the power generation unit is configured such that a plurality of winding bundles are freely arranged around the shaft to form a single mass as a whole, and one end of the winding of each winding bundle is commonly connected to the output terminal A. The other end of the micro-generation apparatus using a water pressure difference of the water pipe, characterized in that the structure is connected in common to the output terminal B through a plurality of on / off switch of the power generation unit control circuit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수도 배관의 출력 수압을 정압으로 유지시키기 위하여, 상기 2차 전력 변환기를 거쳐 출력되는 최종 출력 전력을 모니터링하기 위한 전력계를 더 구비하고, In order to maintain the output water pressure of the water pipe at a constant pressure, further comprising a power meter for monitoring the final output power output through the secondary power converter, 상기 전력계로 최종 출력 전력을 실시간으로 모니터링하여 전력이 일정 수준 이하로 떨어지면 수도관내 상기 터빈의 회전 저항을 더 낮추어(즉, 발전 유니트의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 더 적게 하여) 발전량이 줄어들도록 함으로써 가스 유출부의 수압을 높이고, 출력 전력이 일정 수준 이상으로 높아진 경우에는, 상기 터빈의 회전 저항을 더 높여서(즉, 발전 유니트의 고정자의 자계와 쇄교하는 회전자의 코일의 권선수를 더 많게 하여) 발전량이 늘어나도록 함으로써 수도관 배출부의 수압을 낮추는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치. The power meter monitors the final output power in real time and when the power drops below a certain level, further lowers the rotational resistance of the turbine in the water pipe (i.e., increases the number of turns of the coil of the rotor, which links with the magnetic field of the stator of the power generation unit). By reducing the amount of power generated, thereby increasing the water pressure in the gas outlet, and in the case where the output power is higher than a certain level, the rotational resistance of the turbine is further increased (i.e., the rotor that links with the magnetic field of the stator of the power generation unit). Micro-power generator using the water pressure difference of the water pipe, characterized by lowering the water pressure of the water pipe outlet by increasing the number of turns of the coil to increase the amount of power generated. 수도 시설 배관 시스템의 배출단의 배관 내부에 설치되며, 배관 내부의 물이 일정 압력 이상의 수압으로 흐를 경우 회전하는 터빈;A turbine installed inside the pipe of the discharge end of the water supply piping system and rotating when water inside the pipe flows with a water pressure above a predetermined pressure; 상기 터빈과 기계적으로 연결되고 배관의 내외부에 걸쳐 회전가능하게 설치되며, 상기 터빈을 지지 및 고정하는 축;A shaft mechanically connected to the turbine and rotatably installed over the inside and the outside of the pipe, the shaft supporting and fixing the turbine; 상기 축의 배관의 외부로 노출된 부위에 설치되는 회전자와 그 회전자를 에워싸도록 설치되는 고정자를 가지며, 상기 터빈의 회전에 따라 상기 회전자가 회전하여 회전자와 고정자와의 상호 작용에 의해 전기를 발생하는 발전 유니트;It has a rotor and a stator is installed to surround the rotor exposed to the outside of the pipe of the shaft, the rotor rotates in accordance with the rotation of the turbine by the interaction of the rotor and the stator electric Generating unit; 상기 발전 유니트와 전기적으로 연결되며, 발전 유니트에서 발생한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 1차 전력변환기; 및 A primary power converter electrically connected to the power generation unit and converting an AC voltage generated in the power generation unit into a DC voltage; And 상기 1차 전력변환기와 전기적으로 연결되며, 1차 전력변환기에 의해 변환된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 2차 전력변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치. And a secondary power converter electrically connected to the primary power converter and converting the DC voltage converted by the primary power converter into an AC voltage. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 발전 유니트의 회전자는 각각 독립적으로 구성된 복수의 권선뭉치가 상기 축에 다단계의 적층 구조로 설치되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단부가 출력단자 A에 공통으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.The rotor of the power generation unit is a plurality of winding bundles each independently configured in a multi-stage stacking structure on the shaft, one end of the winding of each winding bundle is connected to the output terminal A in common Micro power generator using hydraulic pressure difference. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 발전 유니트의 회전자는 복수의 권선뭉치가 축을 중심으로 축 주변에 자유롭게 배치되어 전체적으로 하나의 덩어리를 이루도록 구성되고, 각 권선뭉치의 권선의 한 쪽 단부는 출력단자 A에 공통으로 연결되며, 권선의 다른 쪽 단부는 발전유니트 제어회로의 복수의 온/오프 스위치를 통해 출력단자 B에 공통으로 연결되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 수도관의 수압차를 이용한 마이크로 발전장치.The rotor of the power generation unit is configured such that a plurality of winding bundles are freely arranged around the shaft to form a single mass as a whole, and one end of the winding of each winding bundle is commonly connected to the output terminal A. The other end of the micro-generation apparatus using a water pressure difference of the water pipe, characterized in that the structure is connected in common to the output terminal B through a plurality of on / off switch of the power generation unit control circuit.
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