KR20120008204A - Small hydraulic turbine having screw shape - Google Patents

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KR20120008204A KR1020100068932A KR20100068932A KR20120008204A KR 20120008204 A KR20120008204 A KR 20120008204A KR 1020100068932 A KR1020100068932 A KR 1020100068932A KR 20100068932 A KR20100068932 A KR 20100068932A KR 20120008204 A KR20120008204 A KR 20120008204A
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Abstract

PURPOSE: A small hydro power generator using a screw-shaped hydraulic turbine is provided to maintain uniform generation capacity even in a droughty season. CONSTITUTION: A small hydro power generator using a screw-shaped hydraulic turbine comprises a channel(210), a hydraulic turbine, a fixing unit, and a generator(202). The channel is installed to be inclined to the bottom of a dam or a beam. The hydraulic turbine comprises a hydraulic turbine shaft(101) and turbine blades(102). The turbine blades are formed on the outer surface of the hydraulic turbine shaft. The hydraulic turbine is accepted into the channel. The fixing unit fixes the hydraulic turbine to the inner side of the channel. The generator converts the kinetic energy of the hydraulic turbine into electric energy.

Description

스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치 {Small hydraulic turbine having screw shape}Small hydraulic turbine having screw shape}

본 발명은 댐이나 보에 설치되는 소수력발전에 사용되는 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration used for hydroelectric power generation installed in a dam or a beam.

석유나 석탄 등의 화석연료의 대량 소비는 지구온난화와 산성비 등의 환경문제를 발생시키고 있고, 한정된 자원으로 인하여 화석연료의 고갈이라는 문제에 직면해 있다. 이러한 문제점들에 대한 대책으로서 현재 주목받고 있는 것이 재생 가능한 자연에너지이다. 그 중에서 소수력발전은 물의 자연순환을 이용하는 것으로서 이산화탄소 등의 가스배출이 없기 때문에 온실효과 등에 의한 지구 환경에 대한 부하가 거의 없는 청정한 재생 가능한 에너지이며, 안정적인 전력공급의 확보 및 지구환경보전 등의 관점에서도 앞으로 더욱 계획적으로 개발이 촉진되어야 하는 중요한 자연에너지이다.Mass consumption of fossil fuels such as petroleum and coal is causing environmental problems such as global warming and acid rain, and faced with the depletion of fossil fuels due to limited resources. As a countermeasure against such problems, renewable natural energy is currently attracting attention. Among them, hydro-power generation uses natural circulation of water, and since there is no gas emission such as carbon dioxide, it is a clean renewable energy with little load on the global environment due to the greenhouse effect, and also from the viewpoint of securing a stable power supply and preserving the global environment. It is an important natural energy that should be promoted more deliberately in the future.

소수력 발전은 대규모 수력발전과 같은 원리이나 다만 규모의 차이가 있으며, 소규모 하천이나 저수지의 유량과 낙차의 위치에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 방식이다.Small hydro power generation is the same principle as large-scale hydro power generation, but there are differences in scale, and it is a method of producing electric energy by using small streams or reservoirs and potential energy of free fall.

수차를 회전시키는 물의 유량이 많고 낙차가 클수록 시설 용량이 커지고 발전량도 비례하여 많아진다. 소수력발전은 신?재생에너지 개발 및 이용?보급촉진법 시행규칙에서 물의 유동에너지를 이용하여 발전하는 시설용량 10,000kW 이하의 설비로 규정되어 있다.The larger the flow rate of water that rotates the aberration and the larger the drop, the larger the capacity of the facility and the proportion of power generation. Small-scale power generation is regulated as a facility with a capacity of 10,000kW or less that is generated by using the flow energy of water in the Enforcement Regulations of New and Renewable Energy Development, Use and Dissemination Promotion Act.

이러한 소수력발전의 구성 중 수차는 발전설비 중에서도 차지하는 비율이 높고, 준공 후에도 지속적으로 운영 관리하여야 하는 가장 중요한 설비이다.The aberration in the composition of small hydro power generation is a high proportion among the power generation facilities, and is the most important facility to be continuously operated and managed after completion.

수차는 충동수차와, 반동수차로 구분되는데, 충동수차는 펠톤(Pelton)수차, 튜고(turgo)수차, 오스버그(Ossberger)수차 등이 있다. 이러한 충동수차는 수차가 물에 완전히 잠기지 않고, 물이 수차의 일부 방향에서만 공급되며, 물의 운동에너지만을 전환하여 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 반동수차는 프란시스(Francis)수차, 튜브라(Tubular)수차, 벌브(Bulb)수차, 림(Rim)수차 등이 있는데 이러한 반동수차는 수차의 원주방향에서 물이 공급되는 구조이기 때문에 설치에 많은 제약이 있는 문제가 있다.The aberrations are classified into impulse aberrations and reaction aberrations. Impulse aberrations include Pelton aberrations, Turgo aberrations, and Ossberger aberrations. Such impulse aberration has a problem that the aberration is not completely immersed in water, water is supplied only in some directions of the aberration, and only the kinetic energy of the water is converted to reduce power generation efficiency. In addition, the reaction aberration includes Francis aberration, tubular aberration, bulb aberration, and rim aberration. These reaction aberrations have a structure in which water is supplied in the circumferential direction of the aberration. There is a problem with many limitations.

또한, 갈수시 소수력발전 용량의 급격한 저하와, 저수 및 도수로 인한 문제와, 홍수시 부유물질로 인한 수차의 파손이 발생하는 문제점이 있었다.
In addition, there is a problem of a sudden decrease in hydropower capacity, water and water, and breakage of aberration due to suspended matter during flooding.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 시공이 간편하고, 갈수기에도 일정한 발전용량을 유지할 수 있으며, 부유물질로 인한 발전설비 운영 중지 및 파손을 방지할 수 있는 소수력 발전장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
The present invention has been made in order to solve the above problems, it is easy to construct, can maintain a constant power generation capacity even in the dry season, provides a hydropower generator that can prevent the operation of the power generation equipment due to suspended matters and breakage It is an object of the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 댐 또는 보의 하류측으로 경사지도록 설치된 채널;과, 봉 형태의 수차축 외면에 스크류 형태의 수차날개가 형성되고, 상기 채널의 내부에 수납된 수차;와, 상기 수차를 채널 내부에 고정하는 고정수단;과, 상기 수차의 수차축의 회전과 연결되어 수차의 운동에너지로 전기에너지를 생성하는 발전기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a channel installed to be inclined to the downstream side of the dam or beam; and aberration blades of the screw type is formed on the outer surface of the rod-shaped aberration shaft, the aberration housed in the channel; And a fixing means for fixing the aberration in the channel, and a generator which is connected to the rotation of the aberration shaft of the aberration to generate electric energy with the kinetic energy of the aberration.

이때, 상기 고정수단은, 수차축이 내부에서 회전 가능하도록 수납된 파이프 형태의 수차고정대;와, 상기 수차고정대와 수차축 사이에 설치된 베어링;과, 상기 수차고정대의 양측에 돌출되어 채널에 힌지결합된 지지봉;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.At this time, the fixing means, the aberration shaft of the pipe-shape accommodated so that the aberration shaft is rotatable therein; and a bearing installed between the aberration shaft and the aberration shaft; Support rods; characterized in that comprises a.

또한, 상기 채널의 단부에는 수차의 수차날개가 채널의 바닥면에 접촉하지 않도록 수차축 단부를 지지하는 지지대가 설치된 것을 특징으로 한다.In addition, the end of the channel is characterized in that the support for supporting the end of the axle shaft is installed so that the aberration blade of the aberration does not contact the bottom surface of the channel.

또한, 상기 수차의 수차날개는 채널의 바닥면에 대해 미리 결정된 각도(α)로 성형된 것을 특징으로 한다.In addition, the aberration blade of the aberration is characterized in that it is molded at a predetermined angle (α) relative to the bottom surface of the channel.

또한, 상기 수차의 수차축은 채널을 따라 흐르는 물에 대해 미리 결정된 부력을 지니도록 중공형태로 성형된 것을 특징으로 한다.In addition, the aberration shaft of the aberration is characterized in that it is molded in a hollow shape to have a predetermined buoyancy with respect to the water flowing along the channel.

또한, 상기 수차축과 발전기는 베벨기어 또는 유니버셜 조인트로 연결된 것을 특징으로 한다.
In addition, the axle shaft and the generator is characterized in that connected by a bevel gear or a universal joint.

상기와 같이 구성된 본 발명은 시공이 간편하고, 갈수기에도 일정한 발전용량을 유지할 수 있으며, 부유물질로 인한 발전설비 운영 중지 및 파손을 방지할 수 있다.
The present invention configured as described above is easy to construct, can maintain a constant power generation capacity even in the dry season, it is possible to prevent the operation of the power generation equipment due to suspended matters and breakage.

도 1은 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 수차의 단면도.1 is a plan view of a hydrophobic power generating apparatus using a screw-shaped aberration according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view of a hydrophobic power generating apparatus using a screw-shaped aberration according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the aberration according to the present invention.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 수차의 단면도이다.1 is a plan view of a hydrophobic power generating apparatus using a screw-shaped aberration according to the present invention, Figure 2 is a perspective view of a hydrophobic power generating apparatus using a screw-shaped aberration according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view of the aberration according to the present invention.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치는 댐 및 수중보의 일측(하류측)에 경사진 경사진 채널(210)을 형성하고, 상기 채널(210) 내부에 스크류형태의 수차(100)가 설치되며, 상기 수차(100)의 단부에는 수차(100)와 연결된 발전기(202)가 설치된다.1 and 2, a hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration according to the present invention forms an inclined inclined channel 210 on one side (downstream side) of a dam and an underwater beam, and the channel 210 A screw-shaped aberration 100 is installed in the inside thereof, and a generator 202 connected to the aberration 100 is installed at an end of the aberration 100.

상기 채널(210)은 보(200) 상류측의 물이 보(200)의 유입로(201)와 경사진 채널(210)을 통해 하류로 흐를 수 있도록 소정 각도로 경사지게 설치된 것이다.The channel 210 is installed to be inclined at a predetermined angle so that water upstream of the beam 200 can flow downstream through the inflow path 201 and the inclined channel 210 of the beam 200.

그리고, 상기 채널(210) 내부에 설치되는 수차(100)는 발전기(202)와 연결되어 채널(210)을 흐르는 물에 의해 회전하도록 구성된 것이다. 즉, 물의 위치에너지를 운동에너지로 변환하는 수단이다.In addition, the aberration 100 installed in the channel 210 is connected to the generator 202 and configured to rotate by water flowing in the channel 210. That is, it is a means for converting the potential energy of water into kinetic energy.

상기 수차(100)는 도 1 내지 도 3과 같이 봉 형태의 수차축(101) 외면에 스크류형태의 수차날개(102)가 형성되고, 상기 수차축(101)의 상류측 단부는 고정수단에 의해 채널(210) 내부에 고정되며, 발전기(202)의 축(203)과 수차축(101)이 연결되도록 구성된다.The aberration 100 is a screw-shaped aberration blade 102 is formed on the outer surface of the rod-shaped aberration shaft 101 as shown in Figures 1 to 3, the upstream end of the aberration shaft 101 by a fixing means The inside of the channel 210 is fixed, and the shaft 203 and the aberration shaft 101 of the generator 202 is configured to be connected.

상기 고정수단은 도 2에 도시한 바와 같이 수차(100)의 수차축(101)이 내부에 삽입되어 내부에서 수차축(101)이 자유롭게 회전할 수 있는 수차고정대(103)가 형성되고, 상기 수차고정대(103)의 양측에는 돌출된 지지봉(104)이 보(200) 또는 채널(210)의 내벽에 힌지 고정된다. 이때, 상기 수차고정대(103) 내부에 베어링을 설치함으로써 수차축(101)이 원활하게 회전할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.As shown in Figure 2, the aberration shaft 101 of the aberration 100 is inserted into the aberration as shown in FIG. Protruding support rods 104 are hinged to the inner wall of the beam 200 or the channel 210 on both sides of the fixing table 103. At this time, it is preferable that the aberration shaft 101 is configured to smoothly rotate by installing a bearing inside the aberration stand 103.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작동을 설명한다.The operation of the present invention configured as described above will be described.

보 상류측 물이 채널(210)을 따라 하류로 흐르면서 수차(100)의 수차날개(102)와 충돌하게 되고, 스크류형상으로 형성된 수차날개(102)는 회전하며 수차축(101)을 회전시킨다. 회전하는 수차축(101)은 베벨기어 또는 유니버셜조인트로 연결된 발전기(202)의 축(203)을 회전시킴으로써 발전기(202)에서는 전기를 생산한다.As the water upstream of the beam flows downstream along the channel 210, it collides with the aberration blade 102 of the aberration 100, and the aberration blade 102 formed in a screw shape rotates and rotates the aberration shaft 101. The rotating aberration shaft 101 generates electricity in the generator 202 by rotating the shaft 203 of the generator 202 connected by bevel gears or universal joints.

본 발명의 수차(100)는 부유기능을 갖도록 구성함으로써 홍수시에도 발전장치를 구동할 수 있다. 즉, 수차(100)의 수차축(101) 내부를 중공(中空) 형태로 성형함으로써 물에 대해 소정의 부력을 지니도록 한다.The aberration 100 of the present invention can be configured to have a floating function can drive the power generation device even during flooding. That is, the inside of the aberration shaft 101 of the aberration 100 is molded into a hollow shape so as to have a predetermined buoyancy with respect to water.

홍수시 토사와 나무가지 등의 이물질을 포함한 많은 수량의 물이 채널(210)을 통과하거나 보(200)를 넘어 하류로 흐르는데 이때, 부력을 지닌 수차(100)는 일정 부분만 잠기도록 뜨게 되면서 물 속의 부유이물질에 영향을 받지 않고 지속적인 발전을 가능하도록 한다.During flooding, a large amount of water including foreign matter such as soil and tree branches flows downward through the channel 210 or beyond the beam 200. At this time, the buoyancy aberration 100 floats to lock only a portion of the water. Sustainable development is possible without being affected by suspended matter in the stomach.

도 2에 도시한 바와 같이, 늘어난 수량에 따라 수차(100)가 뜨게 되면 수차축(101)을 지지하고 있는 수차고정대(103)의 양측에 형성된 지지봉(104)이 채널(210) 또는 보(200)의 내벽과 힌지 결합하고 있기 때문에 상기 지지봉(104)을 중심으로 수차축(101)이 회전하며 뜨게 되는 것이다. As shown in FIG. 2, when the aberration 100 floats according to the increased quantity, the support rods 104 formed on both sides of the aberration stand 103 supporting the aberration shaft 101 are the channel 210 or the beam 200. Because the hinge is coupled to the inner wall of the axle shaft 101 is rotated and float around the support rod 104.

도 2에서는 발전기 축(203)과 수차축(101)이 베벨기어(204)로 연동되도록 구성하였으나, 수차(100)의 회전 각도가 크면 기어(204)의 치합이 유지되지 않을 수 있다. 이럴 때는 축방향이 일치하지 않는 축을 연결할 수 있는 유니버셜조인트 등의 공지된 기술을 사용하여 연결할 수 있다.In FIG. 2, the generator shaft 203 and the aberration shaft 101 are configured to be interlocked by the bevel gear 204. However, when the rotation angle of the aberration 100 is large, the engagement of the gear 204 may not be maintained. In this case, it is possible to connect using a known technique such as a universal joint that can be connected to the axis that does not match the axial direction.

또한, 갈수기 때는 채널을 따라 흐르는 수량이 줄어들게 되는데, 수차(100)는 줄어든 수량에 맞게 하강하여 항상 수차(100)의 수차날개(102)가 물에 일정 부분 잠기도록 함으로써 수량에 관계없이 지속적인 발전이 가능하도록 한다.In addition, during the dry season, the amount of water flowing along the channel decreases, and the aberration 100 descends according to the reduced amount so that the aberration blade 102 of the aberration 100 is always submerged in water by a certain portion, so that continuous development is achieved regardless of the quantity. Make it possible.

그리고, 도 3에 도시한 바와 같이 수차(100)의 회전날개(102) 각도를 채널(210)의 바닥과 소정각도(α) 기울어지도록 성형함으로써 채널(210)을 따라 흐르는 물이 기울어진 수차날개(102)와 충돌하며 기울어진 각도에 의해 수차(100)의 부력을 증대시키도록 구성할 수 있다.As shown in FIG. 3, the water flowing along the channel 210 is inclined by forming the angle of the rotary blade 102 of the aberration 100 to be inclined with the bottom of the channel 210 by a predetermined angle α. It may be configured to increase the buoyancy of the aberration 100 by the angle of inclination and collides with the (102).

그리고, 수량에 따라 부유하는 수차(100)가 채널(210)의 바닥면에 접하지 않도록 도 2에 도시한 바와 같이, 채널(210)의 단부에 지지대(211)를 설치함으로써 하강하는 수차축(101)이 상기 지지대(211)에 거치되도록 하여 수차날개(102)가 채널(210)의 바닥에 접하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the aberration shaft descending by installing the support 211 at the end of the channel 210 so that the aberration 100 floating according to the quantity does not contact the bottom surface of the channel 210 ( It is preferable to configure 101 so that the aberration blade 102 does not contact the bottom of the channel 210 by being mounted on the support 211.

이상, 본 발명에 의한 스크류형상 수차를 이용한 소수력 발전장치에 대해 설명하였다. The hydrophobic power generator using the screw-shaped aberration according to the present invention has been described above.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the technical features of the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, and the meanings of the claims and All changes or modifications derived from the scope and the equivalent concept shall be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 수차
101 : 수차축
102 : 수차날개
103 : 수차고정대
104 : 지지봉
200 : 보
201 : 유입로
202 : 발전기
203 : 축
204 : 기어
210 : 채널
211 : 지지대100: aberration
101: aberration shaft
102: aberration wing
103: aberration stand
104: support rod
200: Bo
201: funnel
202: generator
203: axis
204: gear
210: channel
211 support

Claims (6)

댐 또는 보의 하류측으로 경사지도록 설치된 채널(210);과,
봉 형태의 수차축(101) 외면에 스크류 형태의 수차날개(102)가 형성되고, 상기 채널(210)의 내부에 수납된 수차(100);와,
상기 수차(100)를 채널(210) 내부에 고정하는 고정수단과;
상기 수차(100)의 수차축(0101)의 회전과 연결되어 수차의 운동에너지로 전기에너지를 생성하는 발전기(202);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
A channel 210 installed to be inclined downstream of the dam or beam; and,
On the outer surface of the rod-shaped aberration shaft 101, a screw-shaped aberration blades 102 are formed, the aberration 100 housed in the channel 210; and,
Fixing means for fixing the aberration 100 in the channel 210;
A hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, comprising: a generator (202) connected to the rotation of the aberration shaft (0101) of the aberration (100) to generate electrical energy from the kinetic energy of the aberration.
제 1항에 있어서,
상기 고정수단은,
수차축(101)이 내부에서 회전 가능하도록 수납된 파이프 형태의 수차고정대(103);와,
상기 수차고정대(103)와 수차축(101) 사이에 설치된 베어링;과
상기 수차고정대(103)의 양측에 돌출되어 채널에 힌지결합된 지지봉(104);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
The method of claim 1,
Wherein,
Aberration shaft 103 in the form of a pipe, in which the aberration shaft 101 is rotatably housed; and,
A bearing installed between the aberration holder 103 and the aberration shaft 101; and
A hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, characterized in that it comprises a; a support rod (104) protruding on both sides of the aberration fixing (103) hinged to the channel.
제 1항에 있어서,
상기 채널(210)에는 수차의 수차날개(102)의 바닥면에 접촉하지 않도록 수차축(101)지지하는 지지대(211)된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
The method of claim 1,
The channel 210 is a hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, characterized in that the support (211) for supporting the aberration shaft (101) so as not to contact the bottom surface of the aberration blade (102) of the aberration.
제 1항에 있어서,
상기 수차의 수차날개(102)의 바닥면에 대해 미리 결정된 각도(α)로 경사지게 성형된것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
The method of claim 1,
The hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, characterized in that formed to be inclined at a predetermined angle (α) with respect to the bottom surface of the aberration blade (102) of the aberration.
제 1항에 있어서,
상기 수차(100)의 수차축(101)은 채널(210)을 따라 흐르는 물에 대해 미리 결정된 부력을 지니도록 중공형태로 성형된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
The method of claim 1,
The aberration shaft 101 of the aberration 100 is a hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, characterized in that it is molded in a hollow form to have a predetermined buoyancy with respect to the water flowing along the channel (210).
제 1항에 있어서,
상기 수차축(101)과 발전기(202)는 베벨기어 또는 유니버셜 조인트로 연결된 것을 특징으로 하는 스크류형상의 수차를 이용한 소수력 발전장치.
The method of claim 1,
The aberration shaft 101 and the generator 202 is a hydrophobic power generation apparatus using a screw-shaped aberration, characterized in that connected by a bevel gear or a universal joint.
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