KR20120033592A - 자가발전이 가능한 송수시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고지대의 집수정에서 공급되는 높은 수압을 순차적으로 감압시켜 저지대의 가정까지 물을 공급하는 송수시스템에 적용됨으로써 감압밸브에 의해 버려져 왔던 수압 에너지를 이용하여 수차를 회전시키고, 이 수차에 종동되어 발전기를 구동시킴으로써 전기에너지를 획득할 수 있도록 한 자가발전이 가능한 송수시스템에 관한 것이다.
본 발명은 고지대에 위치한 집수정; 상기 집수정에 연결되어 하방으로 향하는 다수의 대형 송수관이 연결된 송수라인; 상기 송수라인의 말단부에 위치한 송수관과 연결되어 저지대의 각 가정을 연결하는 세대 송수관을 포함하며, 상기 대형송수관에 설치되어 감속 기능과 발전 기능을 병행하도록 송수관 내부에 흐르는 유량의 흐름에 의해 회전되는 수차가 구비된 구동장치; 상기 구동장치에 연결되어 수차의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고지대에 위치한 집수정; 상기 집수정에 연결되어 하방으로 향하는 다수의 대형 송수관이 연결된 송수라인; 상기 송수라인의 말단부에 위치한 송수관과 연결되어 저지대의 각 가정을 연결하는 세대 송수관을 포함하며, 상기 대형송수관에 설치되어 감속 기능과 발전 기능을 병행하도록 송수관 내부에 흐르는 유량의 흐름에 의해 회전되는 수차가 구비된 구동장치; 상기 구동장치에 연결되어 수차의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자가발전이 가능한 송수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고지대의 집수정에서 공급되는 높은 수압을 순차적으로 감압시켜 저지대의 가정까지 물을 공급하는 송수시스템에 적용됨으로써 감압밸브에 의해 버려져 왔던 수압 에너지를 이용하여 수차를 회전시키고, 이 수차에 종동된 발전기를 구동시킴으로써 전기에너지를 획득할 수 있도록 한 자가발전이 가능한 송수시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기에너지를 얻기 위한 발전 방식은 수력, 화력, 원자력 발전 방식이 주로 운용되고 있다.
그러나 이들 발전 방식은 자연을 훼손하고, 지구의 매장자원을 사용해야 하므로 한정적이고 원가가 고간인 문제점이 있다.
이에 근래에는 지구에 존재하며 무궁무진하고 환경오염이 없는 대체에너지에 관심이 집중되고 있으며, 아울러 환경 파괴가 거의 없고 무한정으로 제공될 수 있는 청정에너지 개발에 더욱 집중하고 있다.
이러한 연구 개발에 의해 현재까지 알려진 대체에너지는 조력, 풍력, 태양광이며 이를 이용한 발전장치가 다양한 형태로 개발되고 있다.
그러나 상기 대체 에너지의 발전장치는 장치의 구성이 매우 복잡하고, 초기 설치비용도 많이 소요되는 단점이 있다.
특히 이렇게 많은 초기 설치비용을 들여서 완성하더라도 충분한 전력을 생산하지 못하는 문제점이 있었다.
즉 날씨의 변화에 의해 에너지 생성을 못하는 경우가 발생되므로 투자 비용 대비 그다지 효율이 높다고 볼 수 없는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 고지대의 집수정에서 배관을 통해 저지대의 가정까지 공급되는 송수시스템에서 대형의 송수관 내에 설치되어 내부의 유속을 이용하여 수차를 회전시키고, 이 수차에 연결된 발전기의 구동에 의해 전력을 생산하도록 한 자가발전이 가능한 송수시스템에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적은, 고지대에 위치한 집수정; 상기 집수정에 연결되어 하방으로 향하는 다수의 대형 송수관이 연결된 송수라인; 상기 송수라인의 말단부에 위치한 송수관과 연결되어 저지대의 각 가정을 연결하는 세대 송수관을 포함하며, 상기 대형송수관에 설치되어 감속 기능과 발전 기능을 병행하도록 송수관 내부에 흐르는 유량의 흐름에 의해 회전되는 수차가 구비된 구동장치; 상기 구동장치에 연결되어 수차의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템에 의해 달성될 수 있다.
상기 송수관에는 수압을 감소시키는 감압밸브가 더 장착된 것을 특징으로 한다.
상기 발전기와 연결되어 생성된 전기를 저장하는 축전부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 구동장치는, 양단부에 파이프와 연결되는 결합플랜지가 형성되고 엘보우형으로 구부러져 형성된 본체; 상기 본체의 내측의 구부러진 부위에 설치되는 수차를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수차는 송수관로의 내측 중앙에 배치되거나 편향되게 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 수차는 유체의 흐름에 대향되는 날개가 회전축에 결합된 부싱의 외주면에 다수 형성된 것
상기 수차는 회전축에 결합된 부싱의 외주면에 다수로 형성된 유선형의 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 샤프트에는 회전속도를 감지하는 센서와, 감속기가 더 설치되며, 상기 센서는 외부의 제어부와 연동되도록 한 것으로, 상기 샤프트의 과속 회전시 감속기를 구동시켜 회전속도를 감속시키도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 샤프트에는 회전속도를 감지하는 센서와, 샤프트와 회전축의 연결 및 분리를 제어하는 클러치가 더 포함된 것으로, 회전축의 과속시 클러치의 작동에 의해 샤프트와 분리되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 송수관 내에 설치되어 내부의 유속을 이용하여 수차를 회전시키고, 이 수차에 연결된 발전기의 구동에 의해 전력을 생산하도록 한 자가발전이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'의 다른 실시예를 나타낸 정단면도.
도 2는 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'의 다른 실시예를 나타낸 정단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템(A)은, 고지대에 위치한 집수정(2); 상기 집수정(2)에 연결되어 하방으로 향하는 다수의 대형 송수관(P1,P2,P3)이 연결된 송수라인(P); 상기 송수라인(P)의 말단부에 위치한 송수관(P3)과 연결되어 저지대의 각 가정(H)을 연결하는 세대 송수관(P4)을 포함한다.
본 발명의 자가발전이 가능한 송수시스템(A)은 상기 집수정(2)에 연결되어 하방으로 향하는 1차 송수관(P1); 상기 1차 송수관(P1)의 압력을 감압시키도록 장착된 1차 감압밸브(V1); 상기 1차 송수관(P1)의 하부에 연결된 2차 송수관(P2); 상기 2차 송수관(P2)의 압력을 감압시키도록 장착된 2차 감압밸브(V2); 상기 2차 송수관(P2)으로부터 다수로 분기되어 가정에 연결되는 3차 송수관(P3,P4) 등으로 여러 단계의 송수관 및 감암밸브가 연결되어 송수라인(P)을 구성한다.
본 실시예의 설명에서는 3개의 송수관(P1,P2,P3)을 예로 들었으나 반드시 이에 한정되지 않고 더욱 많은 갯수의 송수관 및 그에 종속된 감압밸브가 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 여러 단계의 송수관의 연결은 대관경의 1차 송수관(P1)으로부터 소관경의 3차 송수관(P3)으로 연결되는 것이며, 이렇게 1차 송수관(P1)에서 3차 송수관(P3)을 연결하되 대관경의 압력을 감압시켜주기 위해 연결 부위에는 감압밸브(V1,V2,V3)가 설치된다.
감압밸브(V1,V2,V3)는 대관경의 1차 송수관(P1)에 설치되어 소관경의 3차 송수관(P3)이 수용할 수 있는 압력으로 감압시키게 된다.
한편 본 발명은 감압밸브(V1,V2,V3)를 대체하여 유속의 저항을 받는 수차(46)를 구비한 구동장치(4)가 설치된다.
도 2는 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'를 나타낸 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 구동장치(4)는 상기 대형 송수관(P1,P2,P3)에 설치되어 감속 기능과 발전 기능을 병행하게 된다.
상기 구동장치(4)는, 양단부에 파이프와 연결되는 결합플랜지(100)가 형성되고 엘보우형으로 구부러져 형성된 본체(42); 상기 본체(42)의 내측의 구부러진 부위에 설치되는 수차(46)로 구성된다.
그리고 상기 수차(46)가 결합된 회전축(44); 상기 회전축(44)과 외부의 발전기(6)를 연결하는 샤프트(48)를 더 포함한다.
상기 수차(46)는 송수관(P1,P2,P3) 내부에 흐르는 유체의 흐름에 의해 회전되며, 유속과의 저항에 의해 감압을 유도하기 위한 것으로, 수차(46)는 유체의 흐름에 대향되는 날개(464)가 회전축(44)에 결합된 부싱(462)의 외주면에 다수 형성된다.
상기 수차(46)는 십자형태 또는 선풍기의 날개와 같은 프로펠러 형상으로 이루어지며, 유체의 흐름을 분사시켜 유속을 감속시키는 효과가 있다.
상기 수차(46)는 송수관(P1,P2,P3)의 내측 중앙에 배치되거나 편향되게 배치된다.
보다 고속으로 수차(46)가 회전되기 위해서는 송수관(P1,P2,P3)의 내측 일부위에 편향되게 배치됨이 바람직하다.
한편 상기 구동장치(4)에 연결되어 수차(46)의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기(6)가 포함된다.
상기 발전기(6)는 수차(46)의 회전축(44)에 연결된 샤프트(48)에 코일이 권취된 아마츄어와. 상기 아마츄어의 외측에 부착된 마그네트를 포함한다.
이러한 발전기의 구체적인 구조는 공지의 기술사상이므로 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
한편 상기 발전기(6)와 연결되어 생성된 전기를 저장하는 축전부(3)가 더 포함된다.
물의 사용이 거의 없는 야간에는 유체의 흐름이 없으므로 구동장치(4)의 작동이 없어 발전이 제대로 수행될 수 없는 단점이 야기되므로 발전기(6)에서 생성된 전기 중 잉여전기는 축전부(3)에 저장하여 예비전력으로 사용한다.
또한 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 샤프트(48)에는 수차(46)와 연동되는 회전축(44)의 회전속도를 감지하는 센서(10)와, 감속기(7)가 더 설치되며, 상기 센서(10)는 외부의 제어부와 연동되도록 한 것으로, 상기 샤프트(48)의 과속 회전시 감속기(7)를 구동시켜 회전속도를 감속시키도록 한다.
한편 도 3은 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템에서 '구동장치'의 다른 실시예를 나타낸 정단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 수평으로 배치된 파이프(P)에는 수차(46)가 수평으로 흐르는 유체에 의해 회전될 수 있도록 회전축(44)이 수평으로 장착되고, 상기 회전축(44)의 외면에 다수의 날개(464)가 형성되어 이루어진다.
그리고 회전축(44)의 회전속도를 감지하는 센서(10)와, 감속기(7)가 설치되며, 상기 센서(10)는 외부의 제어부와 연동되도록 한 것이다.
한편 비상상황 발생을 대비하기 위해 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 샤프트(48)에는, 수차(46)와 연동되는 회전축(44)의 회전속도를 감지하는 센서(10)와, 샤프트(48)와 회전축(44)의 연결 및 분리를 제어하는 클러치(9)가 더 포함된다.
따라서 회전축(44)의 과속시 클러치(9)의 작동에 의해 샤프트(48)와 분리되도록 하여 구동장치(4)와 발전기(6)가 분리되도록 한다.
이는 예를 들어 발전기(6)의 고장 발생시 구동장치(4)의 구동에 의한 동력전달을 차단함으로써 발전기(6)의 수리가 가능하다.
한편 상기 감속기(7)를 대체하여 속도를 증가시키기 위한 증속기(미도시)가 더 구비될 수도 있다.
상기 증속기의 일 예로는 연결축의 단부에 설치된 대기어, 상기 샤프트에 결합되며 상기 대기어와 치차 결합되는 소기어로 구성되며, 대기어와 소기어의 기어비를 이용하여 대기어의 1회전시 소기어는 2회전 이상 회전되도록 하여 작은 회전력을 최대로 증가시킬 수 있도록 한 것이다.
이하 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 자가발전이 가능한 송수시스템을 살펴보기로 한다.
중력에 의해 고지대에 위치한 집수정(2)으로부터 대형의 송수관(P1,P2,P3)을 다단계로 통과하면서 점차 감압된 후 최종에는 저지대의 가정(H)으로 급수가 이루어지게 된다.
예를들어 상기와 같이 1차, 2차, 3차 송수관(P1~P3)을 경유하면서 감압된다고 가정하기로 한다.
1차 송수관(P1)과 2차 송수관(P2)이 연결되는 부위에는 감압밸브(V1)가 설치되어야 한다.
즉 1차 송수관(P1)의 말단부에 감압밸브(V1)가 설치됨으로서 2차 송수관(P2)으로 유입되는 유체의 압력을 적정한 수준으로 감소시킨다.
파이프 상에는 상기 구동장치(4)가 설치되되 바람직하게는 감압밸브(V1)를 지나서 설치됨이 바람직하다.
또한 2차 및 3차 송수관(P2,P3)의 말단부에도 감압밸브(V2,V3)가 설치된다.
또는 감압밸브(V1,V2,V3)를 제거하고 구동장치(4)만 설치함으로써 감압성능을 얻을 수도 있을 것이다.
따라서 구동장치(4)의 수차(46)가 물의 낙하 유속에 의해 고속으로 회전되고, 이에 종동되어 회전축(44)도 회전하게 된다.
그리고 회전축(44)에 연결된 샤프트(48)가 회전됨으로써 발전기(6)가 구동되어 전기에너지가 생성된다.
이렇게 생성된 전기에너지는 곧바로 가정(H)의 전원으로 공급되거나 또는 축전부(3)에 저장되어 예비 전력으로 사용된다.
따라서 감압에 의해 소실되던 유속에너지를 전기에너지로 전환시켜 발전시키고, 이를 생활용 전기로 제공함으로써 신종의 재생에너지를 얻을 수 있고, 기존의 화석에너지 및 대체에너지를 대체할 수 있게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
2 : 집수정 P1,P2,P3 : 송수관
P : 송수라인 4 : 구동장치
6 : 발전기 7 : 감속기
8 : 증속기 9 : 클러치
10 : 센서 42 : 본체
44 : 회전축 48 : 샤프트
46 : 수차
P : 송수라인 4 : 구동장치
6 : 발전기 7 : 감속기
8 : 증속기 9 : 클러치
10 : 센서 42 : 본체
44 : 회전축 48 : 샤프트
46 : 수차
Claims (11)
- 고지대에 위치한 집수정;
상기 집수정에 연결되어 하방으로 향하는 다수의 송수관이 연결된 송수라인;
상기 송수라인의 말단부에 위치한 송수관과 연결되어 저지대의 각 가정을 연결하는 세대 송수관을 포함하며,
상기 송수관에 설치되어 감속 기능과 발전 기능을 병행하도록 송수관 내부에 흐르는 유량의 흐름에 의해 회전되는 수차가 구비된 구동장치;
상기 구동장치에 연결되어 수차의 회전력을 받아 전기를 생성하는 발전기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 송수관에는 수압을 감소시키는 감압밸브가 더 장착된 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 발전기와 연결되어 생성된 전기를 저장하는 축전부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 구동장치는,
양단부에 파이프와 연결되는 결합플랜지가 형성되고 엘보우형으로 구부러져 형성된 본체;
상기 본체의 내측의 구부러진 부위에 설치되는 수차를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 수차가 결합된 회전축;
상기 회전축과 외부의 발전기를 연결하는 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 수차는 유체의 흐름에 대향되는 날개가 회전축에 결합된 부싱의 외주면에 다수 형성된 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 수차는 회전축에 결합된 부싱의 외주면에 다수로 형성된 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 샤프트에는
회전속도를 감지하는 센서와, 감속기가 더 설치되며,
상기 센서는 외부의 제어부와 연동되도록 한 것으로,
상기 샤프트의 과속 회전시 감속기를 구동시켜 회전속도를 감속시키도록 한 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 샤프트에는
회전속도를 감지하는 센서와, 증속기가 더 설치되며,
상기 센서는 외부의 제어부와 연동되도록 한 것으로,
상기 샤프트의 저속 회전시 증속기를 구동시켜 회전속도를 증속시키도록 한 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 9항에 있어서,
상기 증속기는 연결축의 단부에 설치된 대기어와,
상기 샤프트에 결합되며 상기 대기어와 치차 결합되는 소기어로 구성되며,
대기어와 소기어의 기어비를 이용하여 회전속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템. - 제 4항에 있어서,
상기 샤프트에는 회전속도를 감지하는 센서와, 샤프트와 회전축의 연결 및 분리를 제어하는 클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가발전이 가능한 송수시스템.
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