KR20120055904A - 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물의 유동에너지를 회전력으로 변환하기 위한 마이크로 소수력용 발전장치로서 이제까지는 자연방류 하던 공장의 수처리장이나 상, 하수처리장의 방류구 및 관말 등에 설치하여 전력을 생산하고자 함에 있어 낙차와 유량의 한계로 인하여 상대적으로 낮았던 발전효율을 제고하고자 물의 유동에 따라 회전하는 수차와 수차의 회전력에 따라 자연적으로 생성되는 풍력을 이용하여 수차발전과 풍력발전을 동시에 구현하여 복합적인 발전을 도출 함으로서 동일조건 대비 발전효율을 높이고자 하는 하이브리드형 마이크로 소수력용 발전장치이다.

Description

하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치{Hybrid type micro small hydroelectric power generator}
본 발명은 소수력 발전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수차의 회전수를 높이고 회전하는 수차의 반대편에서 자연 발생되는 풍력을 유도하여 수력과 풍력을 동시에 이용하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 소수력 발전(small hydro power)이란, 설비용량이 15,000kW 미만의 소규모 수력발전을 의미하며, 우리나라의 경우에는 보통 3,000㎾ 미만인 경우를 소수력 발전이라 칭하고 있다.
이러한 소수력 발전은, 그 원리적인 측면에서는 일반적인 대규모의 수력발전과 차이가 없으나, 국지적인 지역조건과 조화를 이루도록 비교적 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력발전이라고 할 수 있다.
또한, 소수력 발전은, 최근 공해가 없는 청정에너지로서 주목받고 있으며, 다른 대체 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있음으로 인해 개발가치가 큰 부존자원으로 평가되어 구미 선진국을 중심으로 기술개발과 개발 지원사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있다.
예를 들면, 우리나라에서는, 82년 '소수력개발 활성화 방안'이 공표되면서부터 소수력 자원의 개발이 본격적으로 추진되기 시작하였으며, 국내의 소수력 자원은 대략 150,000㎾ 정도가 개발이 가능한 것으로 평가되고 있다.
또한, 우리나라의 경우, 자연낙차가 큰 소수력발전 입지가 매우 제한되어 있기 때문에, 현재 가동중인 소수력발전소는 대부분 자연낙차가 크지 않아, 낙차가 작은 저낙차 소수력발전소의 건설에 대한 요구가 증가하고 있다.
아울러, 국내에서 가동되고 있는 소수력 발전소의 대부분은 낙차가 큰 곳에 위치해 있으며, 이에 따라 발전소 건설을 위한 낙차가 큰 입지가 점점 줄어들고 있는 실정에 따라 고낙차 소수력발전소에 비하여 경제성 면에서 뒤지지 않는 저낙차용 수차의 개발이 시급한 실정이다.
이와 더불어, 소수력 발전의 경제성을 극대화시킬 수 있는 새로운 발전장치에 대한 요구가 증가하고 있으나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
즉, 상기한 바와 같은 종래기술의 발전장치의 예로서, 예를 들면, 2007년 4월 6일자로 일본 특허청에 출원된 일본특허 제2007-101030호(2007.04.06.)에 개시된 바와 같은 "수력발전장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 일본특허 제2007-101030호의 "수력발전장치"는, 기존의 물의 낙차를 이용하는 방식의 수력발전장치에서는 수로의 도중에 단차가 형성되도록 수차의 설치 이외에 발전을 위한 전용 설비를 부설하는 것이 필요했던 문제를 해결하기 위해, 물의 낙차 등을 적극적으로 이용하지 않고도 비교적 작은 수류로 효율적으로 수력발전을 행할 수 있는 수력발전장치를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 상기한 상기한 일본특허 제2007-101030호에는, 관통구멍으로 형성된 수로를 가지고 흐름이 발생한 수중에 수몰시켜 사용하는 케이싱 부재와, 케이싱 부재의 수로 내에 각각 수심방향에 기립한 자세로 설치되어 있는 동시에 각각의 일단부(一端部)를 수면으로부터 부상시킨 상태로 또한 상기 수로의 폭방향에 간격을 두고 대향 배치된 한쌍의 회전축과, 각 회전축과 각각 일체적으로 고정되어 있는 동시에 상기 케이싱 부재의 수로 내에 배치된 복수의 날개부를 가지는 회전날개와, 각 회전축의 일단부측에 설치된 발전기와, 케이싱 부재의 입수측 개구부에 설치되어 그 개구단의 면적을 하류측을 향해 서서히 감소시키도록 형성된 수류 증속부를 구비한 수력발전장치를 개시하고 있다.
그러나 상기한 일본특허 제2007-101030호의 수력발전장치는, 마이크로 소수력 발전에 적용하기 위한 것이라기 보다는 종래의 수력발전기에 더 적합한 것이었다.
또한, 종래기술의 다른 예로서, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2008-0114543호(2008.12.31. 공개)에 개시된 "풍력발전장치의 구조"와 같은 것이 있다.
더 상세하게는, 상기한 공개특허 제10-2008-0114543호의 풍력발전장치의 구조는, 종래, 하나의 팔랑개비에 하나의 발전기가 대응하는 형태의 풍력발전장치로부터 생성된 전기를 사용하고자 하는 시도는 많이 이루어지고 있으나, 바람의 세기, 풍력발전장치의 구조적 결함 때문에 생각했던 만큼 충분한 전기에너지를 얻지 못하여, 실제로 실용화 하는데 많은 어려움이 있었던 문제를 해결하기 위한 풍력발전장치의 구조에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 공개특허 제10-2008-0114543호는, 지지대를 중심으로 하나의 팔랑개비와 팔랑개비의 양쪽에 각각 하나씩의 발전기 두개가 구비되어 있으며, 이러한 풍력발전장치를 바람의 진행 방향으로 보아 풍력발전장치 중 발전기의 위치를 기준으로 앞에서 뒤쪽으로 또는 상하로 또는 2단 이상 겹쳐서 쌓아놓은 형태의 앞뒤 아래위로 여러 개를 동시에 연결하여 구비한 풍력발전장치의 구조를 개시하고 있다.
그러나 상기한 공개특허 제10-2008-0114543호의 풍력발전장치는, 수력발전에는 그대로 적용할 수 없는 것이었다.
또한, 상기한 바와 같은 종래기술의 또 다른 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0933472호(2009.12.15. 등록)에 개시된 바와 같은 "교각에 설치되는 수력과 풍력을 이용한 복합 발전장치"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0933472호의 발전장치는, 조수간만의 차가 크거나 유속이 빠른 지역의 이미 건설된 교량이나 건설중인 교량의 상판 측으로 부는 바람을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전장치와, 수면 아래의 유속이 빠른 지점에 임펠러를 설치하여 임펠러의 회전으로 전기 에너지를 생산하는 수력 발전장치에 의해 통합된 전력을 교량의 전기설비에 공급하는 교각에 설치되는 수력과 풍력을 이용한 복합 발전장치에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 등록특허 제10-0933472호는, 횡단방향으로 일렬배치되는 다수의 교각을 따라 상면으로 조적되는 상판의 저면 교각지지부 측에 하방으로 배치되는 적어도 하나 이상의 풍력 임펠러를 구비한 풍력 발전장치와, 상기 교각의 수면 아래 일측에 흐르는 물로부터 회전되는 임펠러를 수면 편차에 따른 높이 조정이 가능한 폴프레임을 구비한 수력 발전장치와, 상기 수력 발전장치와 풍력 발전장치의 어느 하나에 의해 각각 발생시킨 전기 에너지를 축전장치에 축전시켜 축전된 전력을 공급하는 복합 발전기를 포함하여 구성되는 교각에 설치되는 수력과 풍력을 이용한 복합 발전장치를 개시하고 있다.
그러나 상기한 등록특허 제10-0933472호의 발전장치는, 단순히 종래의 수력발전장치와 풍력발전장치를 결합한 것일 뿐으로, 교량이 아닌 마이크로 소수력 발전과 같은 용도에는 적용할 수 없는 것이었다.
따라서 마이크로 소수력 발전에 있어서 낙차와 유량의 한계로 인해 상대적으로 낮은 발전효율을 가질 수밖에 없었던 종래의 발전장치를 대신하여, 보다 높은 발전효율을 가지는 마이크로 소수력 발전장치에 대한 요구가 높아지고 있다.
더 상세하게는, 물의 유동에너지를 전력으로 환산하는 경우, W=QH/102 (KW)와 같은 수식에 의해 계산되는데, 이러한 이론적인 W값에 기계효율과 발전효율을 곱한 값을 실제적인 발전량으로 본다.
또한, 마이크로 수력에서는, 유량이나 낙차가 작으므로 발전효율 또한 작을 수밖에 없으며, 기존의 마이크로 수력에서는 단순히 수차만을 이용하는 방법이 유일하였다.
즉, 종래, 물의 유동에너지를 동력으로 변환하기 위해서는 충동식 수차나 반동식 수차를 이용하는데, 낙차가 작은 마이크로 수력에서는 일반적으로 이러한 수차를 이용할 수 없으므로, 변형된 형식의 수차가 요구된다.
따라서 기존의 수차를 이용한 발전장치를 대신하여, 마이크로 소수력 발전에 적합하도록 구성된 새로운 발전장치를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 기존의 수차를 이용한 발전장치를 대신하여 마이크로 소수력 발전에 적합하도록 구성된 새로운 마이크로 소수력 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명은, 수차의 회전수를 높이고 회전하는 수차의 반대편에서 자연 발생되는 풍력을 유도하여 수력과 풍력을 동시에 이용하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 있어서, 상기 발전장치의 외관을 형성하는 케이싱과, 상기 케이싱을 지지하는 베이스 플랫폼과, 상기 케이싱을 좌우로 이송하기 위한 이송스크류 및 베벨기어와, 상기 케이싱을 좌우로 이송할때 사용되는 스크류 회전용 핸들과, 물의 유동에너지를 이용하여 발전을 행하는 수력터빈부와, 상기 수력터빈부에 설치된 수차의 회전에 의해 그 반대편에 자연 발생되는 풍력을 유도하여 발전을 행하는 풍력터빈부와, 상기 수력터빈부에 설치된 상기 수차와 연동되도록 타이밍 풀리와 벨트를 포함하여 구성되는 동력전달부와, 배수량을 조절하기 위한 댐퍼와, 상기 댐퍼를 작동시키기 위한 댐퍼 작동용 스크류 및 상기 댐퍼를 작동시키기 위해 사용되는 댐퍼 스크류용 핸들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 수력발전장치가 제공된다.
여기서, 상기 수력터빈부는 수력발전기를 포함하여 구성되고, 상기 풍력터빈부는 풍력발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력전달부는, 체인 스프로켓과 체인을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 장치는, 상기 스크류 회전용 핸들을 작동하여, 상기 이송스크류 및 상기 베벨기어에 의해 상기 케이싱을 좌우로 이송하여 원하는 위치에 위치시키고, 또한, 상기 댐퍼 스크류용 핸들을 작동하여, 상기 댐퍼 작동용 스크류를 통하여 상기 댐퍼의 개폐를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수력터빈부에 설치된 수차는, 물의 반동에너지를 획득하기 위한 각도형 임펠러와, 풍력을 유도하기 위한 직선형 임펠러를 각각 적어도 하나 이상씩 다수 개 포함하여 구성되고, 그것에 의해, 수력과 풍력을 동시에 획득하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 풍력터빈부는, 회전하는 수차의 반대방향에서 자연발생 되는 풍력을 유도하기 위하여 적어도 하나 이상의 다수의 가이드 베인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 가이드 베인은, 연질의 고무 또는 실리콘고무 등의 소재를 부착하고 베어링이 취부된 플렉시블 디스크 및 캠(flexible disk & cam)을 핀으로 고정하여 미세한 압력에도 열림과 닫힘이 가능하도록 구성되며, 또한, 그 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록 역류방지용 판막형 디스크가 부착된 디스크 베이가 설치되고, 그것에 의해, 상기 수차의 회전에 의해 획득된 바람이 상기 가이드 베인으로 유도된 후 상기 플렉시블 디스크 및 캠을 통하여 배출되고, 역류방지 기능을 하는 상기 판막형 디스크 및 상기 디스크 베이에 의하여 역류되지 않고 상기 에어챔버 및 유도관으로 이동하여 방출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법에 있어서, 상기 기재된 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 이용하여 발전을 행하는 단계를 포함하여 구성되고, 그것에 의해, 물의 유동에너지를 이용하는 수력터빈부와, 회전하는 수차의 반대편에서 자연발생 되는 풍력을 유도하여 풍력터빈부를 동시에 구동시킴으로써, 종래의 수차만을 이용한 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법이 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 있어서, 상기 발전장치의 외관을 형성하는 케이싱과, 상기 케이싱을 지지하는 베이스 플랫폼과, 상기 케이싱을 좌우로 이송하기 위한 이송스크류 및 베벨기어와, 상기 케이싱을 좌우로 이송할때 사용되는 스크류 회전용 핸들과, 수력발전기를 포함하여 물의 유동에너지를 이용하여 발전을 행하는 수력터빈부와, 풍력발전기를 포함하여 상기 수력터빈부에 설치된 수차의 회전에 의해 그 반대편에 자연 발생되는 풍력을 유도하여 발전을 행하는 풍력터빈부와, 상기 수력터빈부에 설치된 수차와 연동되도록 체인 스프로켓과 체인을 이용하여 구성되는 동력전달부와, 배수량을 조절하기 위한 댐퍼와, 상기 댐퍼를 작동시키기 위한 댐퍼 작동용 스크류 및 상기 댐퍼를 작동시키기 위해 사용되는 댐퍼 스크류용 핸들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 수력발전장치가 제공된다.
여가서, 상기 수력터빈부는 수력발전기를 포함하여 구성되고, 상기 풍력터빈부는 풍력발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동력전달부는, 타이밍 풀리와 벨트를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 장치는, 상기 스크류 회전용 핸들을 작동하여, 상기 이송스크류 및 상기 베벨기어에 의해 상기 케이싱을 좌우로 이송하여 원하는 위치에 위치시키고, 또한, 상기 댐퍼 스크류용 핸들을 작동하여, 상기 댐퍼 작동용 스크류를 통하여 상기 댐퍼의 개폐를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수력터빈부에 설치된 수차는, 물의 반동에너지를 획득하기 위한 각도형 임펠러와, 풍력을 유도하기 위한 직선형 임펠러를 각각 적어도 하나 이상씩 다수 개 포함하여 구성되고, 그것에 의해, 수력과 풍력을 동시에 획득하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 풍력터빈부는, 회전하는 수차의 반대방향에서 자연발생 되는 풍력을 유도하기 위하여 적어도 하나 이상의 다수의 가이드 베인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여가서, 상기 가이드 베인은, 연질의 고무 또는 실리콘고무 등의 소재를 부착하고 베어링이 취부된 플렉시블 디스크 및 캠(flexible disk & cam)을 핀으로 고정하여 미세한 압력에도 열림과 닫힘이 가능하도록 구성되며, 또한, 그 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록 역류방지용 판막형 디스크가 부착된 디스크 베이가 설치되어 있고, 그것에 의해, 상기 수차의 회전에 의해 획득된 바람이 상기 가이드 베인으로 유도된 후 상기 플렉시블 디스크 및 캠을 통하여 배출되고, 역류방지 기능을 하는 상기 판막형 디스크 및 상기 디스크 베이에 의하여 역류되지 않고 상기 에어챔버 및 유도관으로 이동하여 방출되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법에 있어서, 상기에 기재된 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 이용하여 발전을 행하는 단계를 포함하여 구성되고, 그것에 의해, 물의 유동에너지를 이용하는 수력터빈부와, 회전하는 수차의 반대편에서 자연발생 되는 풍력을 유도하여 풍력터빈부를 동시에 구동시킴으로써, 종래의 수차만을 이용한 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 낙차가 작은 마이크로 수력에서는 사용할 수 없었던 기존의 수차를 이용한 발전장치를 대신하여, 수차의 회전수를 높이고 회전하는 수차의 반대편에서 자연 발생되는 풍력을 유도하여 수력과 풍력을 동시에 이용하도록 구성되어, 마이크로 소수력 발전에 적합한 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 작동원리를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 설치되는 가이드 베인의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 물의 유동에너지를 회전력으로 변환하기 위한 마이크로 소수력용 발전장치에 관한 것으로, 종래, 자연방류하던 공장의 하수처리장이나 상, 하수처리장의 방류구 및 관말 등에 설치하여 전력을 생산하는 마이크로 소수력 발전장치에 있어서, 낙차와 유량의 한계로 인하여 상대적으로 낮았던 발전효율을 제고하기 위해, 동일조건하에 종래의 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 물의 유동에 따라 회전하는 수차와, 수차의 회전력에 따라 자연적으로 생성되는 풍력을 이용하여, 즉, 수차발전과 풍력발전을 동시에 구현하여 복합적인 발전을 도출함으로써, 동일조건하에 종래의 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치가 제공된다.
계속해서, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 상세한 구성에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치(10)는, 상기한 하이브리드 소수력 발전장치(10)의 외관을 형성하는 케이싱(11)과, 케이싱(11)을 지지하는 베이스 플랫폼(12)과, 상기 케이싱(11)을 좌우로 이송하기 위한 이송스크류(13) 및 베벨기어(14)와, 상기 케이싱(11)을 좌우로 이송할때 사용되는 스크류 회전용 핸들(15)과, 물의 유동에너지를 이용하여 발전을 행하는 수력터빈부(16)와, 상기 수력터빈부(16)에 설치된 수차의 회전에 의해 그 반대편에 자연 발생되는 풍력을 유도하여 발전을 행하는 풍력터빈부(17)와, 배출량 조절을 위한 댐퍼(18), 상기 댐퍼(18)를 작동시키기 위한 댐퍼 작동용 스크류(19) 및 댐퍼 스크류용 핸들(20)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 도 1에 있어서, 부호(W1)는 물의 유입방향이고, 부호(W2)는 유출방향이다.
또한, 수력터빈부(16)는 수력발전기(21)를 포함하고, 풍력터빈부(17)는 풍력발전기(22)를 포함하여 구성된다.
여기서, 수력발전기(21)는, 타이밍 풀리와 벨트로 구성된 동력전달부(23)를 통하여 수력터빈부(16)의 수차와 연동되도록 구성되어 있다.
또한, 동력전달부(23)의 구성은, 타이밍 풀리와 벨트 이외에, 예를 들면, 체인 스프로켓과 체인을 이용하여 구성할 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치(10)는, 물의 유동에너지를 이용하는 수력터빈부(16)와, 회전하는 수차의 반대편에서 자연발생되는 풍력을 유도하여 풍력터빈부(17)를 동시에 구동시켜 발전효율을 높일 수 있는 하이브리드형 마이크로 수력발전장치인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 스크류 회전용 핸들(15)을 작동하면 이송스크류(13) 및 베벨기어(14)에 의해 케이싱(11)을 좌우로 이송하여 원하는 위치에 위치시킬 수 있으며, 또한, 댐퍼 스크류용 핸들(20)을 작동시키면 댐퍼 작동용 스크류(19)를 통하여 댐퍼(18)의 개폐를 조절할 수 있다.
즉, 수력터빈이 큰 회전력을 얻기 위해서는, 유량에 비하여 임펠러의 반경을 최대한 크게 해야 하지만, 저낙차에서는 수차의 직경을 크게 할 수 없으므로, 배수량을 조절하기 위하여 상기한 바와 같이 댐퍼(18)를 구비하고, 이 댐퍼(18)를 외부에서 열고 닫기 위하여 댐퍼 작동용 스크류(19) 및 댐퍼 스크류용 핸들(20)을 구비하도록 구성한다.
계속해서, 도 2를 참조하여, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치(10)의 더욱 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 수력터빈부(16)의 수차는, 수력과 풍력을 동시에 획득하기 위해, 물의 반동에너지를 획득하기 위한 각도형 임펠러(24)와, 풍력을 유도하기 위한 직선형 임펠러(25)를 각각 복수 개 포함하여 구성되어 있다.
또한, 도 2에 삼각형으로 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 방향(W1 → W2)으로 물이 유입되어 수차가 시계방향으로 회전하면, 도 2에 화살표(W3)로 나타낸 바와 같이, 아래쪽으로부터 외부공기가 유입되고, 유입된 공기는 공기 유도용 가이드 베인(26)을 따라 에어챔버 및 유도관(27)을 통하여 화살표(W2)와 같이 풍력터빈부(17)의 상단부를 통하여 외부로 배출된다.
더 상세하게는, 풍력터빈부(17)는, 회전하는 수차의 반대방향에서 자연발생 되는 풍력을 유도하기 위하여 다수의 가이드 베인(26)을 구비하고, 이러한 가이드 베인(26)의 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록, 미세한 압력에도 개폐되도록 구성되고 판막형 디스크가 부착된 디스크 베이(28)가 설치되어 있다.
계속해서, 도 3을 참조하여, 상기한 바와 같은 가이드 베인(26)의 상세한 구성에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 설치되는 가이드 베인(26)의 구성을 구체적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 가이드 베인(26)은, 연질의 고무 또는 실리콘고무 등의 소재를 부착하고 베어링이 취부된 플렉시블 디스크 및 캠(flexible disk & cam)(31)을 핀으로 고정하여 미세한 압력에도 열림과 닫힘이 가능하도록 구성되며, 또한, 그 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록 역류방지용 판막형 디스크(32)가 부착된 디스크 베이(33)가 설치되어 있다.
따라서 상기한 바와 같은 가이드 베인(26)의 구성을 통하여, 도 3의 화살표로 나타낸 바와 같이, 수차의 회전날개에 의해 획득된 바람은 가이드 베인(26)으로 유도된 후 플렉시블 디스크 및 캠(31)을 통하여 배출되고, 역류방지 기능을 하는 판막형 디스크(32) 및 디스크 베이(33)에 의하여 역류되지 않고 에어챔버 및 유도관(27)으로 이동된다.
즉, 상기한 바와 같이, 수차에 의해 생성된 압축공기는 에어챔버로 모아지고, 상기한 바와 같은 구성에 의하여, 일정 압력에 달하면 토출구로 이동하여 방출된다.
따라서, 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행함으로써, 기존의 수차만을 이용하는 마이크로 소수력 발전장치에 비하여 발전효율을 더욱 높일 수 있는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치
11.케이싱 12. 베이스 플랫폼
13. 이송용 스크류 14. 베벨기어
15. 스크류 회전용 핸들 16. 수력터빈부
17. 풍력터빈부 18. 댐퍼
19. 댐퍼 작동용 스크류 20. 댐퍼스크류용 핸들
21. 수력 발전기 22. 풍력 발전기
23. 동력전달부 24. 각도형 임펠러
25. 직선형 임펠러 26. 가이드 베인
27. 에어챔버 및 유도관 31. 플렉시블 디스크 및 캠
32. 판막형 디스크 33. 디스크 베이
W1. 유입 방향 W2. 유출 방향
W3. 유입 방향 W4. 유출 방향

Claims (16)

  1. 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 있어서,
    상기 발전장치의 외관을 형성하는 케이싱과,
    상기 케이싱을 지지하는 베이스 플랫폼과,
    상기 케이싱을 좌우로 이송하기 위한 이송스크류 및 베벨기어와,
    상기 케이싱을 좌우로 이송할때 사용되는 스크류 회전용 핸들과,
    물의 유동에너지를 이용하여 발전을 행하는 수력터빈부와,
    상기 수력터빈부에 설치된 수차의 회전에 의해 그 반대편에 자연 발생되는 풍력을 유도하여 발전을 행하는 풍력터빈부와,
    상기 수력터빈부에 설치된 상기 수차와 연동되도록 타이밍 풀리와 벨트를 포함하여 구성되는 동력전달부와,
    배수량을 조절하기 위한 댐퍼와,
    상기 댐퍼를 작동시키기 위한 댐퍼 작동용 스크류 및
    상기 댐퍼를 작동시키기 위해 사용되는 댐퍼 스크류용 핸들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 수력발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수력터빈부는 수력발전기를 포함하여 구성되고,
    상기 풍력터빈부는 풍력발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 동력전달부는, 체인 스프로켓과 체인을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스크류 회전용 핸들을 작동하여, 상기 이송스크류 및 상기 베벨기어에 의해 상기 케이싱을 좌우로 이송하여 원하는 위치에 위치시키고,
    또한, 상기 댐퍼 스크류용 핸들을 작동하여, 상기 댐퍼 작동용 스크류를 통하여 상기 댐퍼의 개폐를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수력터빈부에 설치된 수차는,
    물의 반동에너지를 획득하기 위한 각도형 임펠러와,
    풍력을 유도하기 위한 직선형 임펠러를 각각 적어도 하나 이상씩 다수 개 포함하여 구성되고,
    그것에 의해, 수력과 풍력을 동시에 획득하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력터빈부는, 회전하는 수차의 반대방향에서 자연발생 되는 풍력을 유도하기 위하여 적어도 하나 이상의 다수의 가이드 베인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  7. 제 7항에 있어서,
    상기 가이드 베인은, 연질의 고무 또는 실리콘고무 등의 소재를 부착하고 베어링이 취부된 플렉시블 디스크 및 캠(flexible disk & cam)을 핀으로 고정하여 미세한 압력에도 열림과 닫힘이 가능하도록 구성되며,
    또한, 그 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록 역류방지용 판막형 디스크가 부착된 디스크 베이가 설치되고,
    그것에 의해, 상기 수차의 회전에 의해 획득된 바람이 상기 가이드 베인으로 유도된 후 상기 플렉시블 디스크 및 캠을 통하여 배출되고, 역류방지 기능을 하는 상기 판막형 디스크 및 상기 디스크 베이에 의하여 역류되지 않고 상기 에어챔버 및 유도관으로 이동하여 방출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  8. 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법에 있어서,
    청구항 1항 내지 7항에 기재된 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 이용하여 발전을 행하는 단계를 포함하여 구성되고,
    그것에 의해, 물의 유동에너지를 이용하는 수력터빈부와, 회전하는 수차의 반대편에서 자연발생 되는 풍력을 유도하여 풍력터빈부를 동시에 구동시킴으로써, 종래의 수차만을 이용한 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법.
  9. 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치에 있어서,
    상기 발전장치의 외관을 형성하는 케이싱과,
    상기 케이싱을 지지하는 베이스 플랫폼과,
    상기 케이싱을 좌우로 이송하기 위한 이송스크류 및 베벨기어와,
    상기 케이싱을 좌우로 이송할때 사용되는 스크류 회전용 핸들과,
    수력발전기를 포함하여 물의 유동에너지를 이용하여 발전을 행하는 수력터빈부와,
    풍력발전기를 포함하여 상기 수력터빈부에 설치된 수차의 회전에 의해 그 반대편에 자연 발생되는 풍력을 유도하여 발전을 행하는 풍력터빈부와,
    상기 수력터빈부에 설치된 수차와 연동되도록 체인 스프로켓과 체인을 이용하여 구성되는 동력전달부와,
    배수량을 조절하기 위한 댐퍼와,
    상기 댐퍼를 작동시키기 위한 댐퍼 작동용 스크류 및
    상기 댐퍼를 작동시키기 위해 사용되는 댐퍼 스크류용 핸들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 수력발전장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수력터빈부는 수력발전기를 포함하여 구성되고,
    상기 풍력터빈부는 풍력발전기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 동력전달부는, 타이밍 풀리와 벨트를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 스크류 회전용 핸들을 작동하여, 상기 이송스크류 및 상기 베벨기어에 의해 상기 케이싱을 좌우로 이송하여 원하는 위치에 위치시키고,
    또한, 상기 댐퍼 스크류용 핸들을 작동하여, 상기 댐퍼 작동용 스크류를 통하여 상기 댐퍼의 개폐를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 수력터빈부에 설치된 수차는,
    물의 반동에너지를 획득하기 위한 각도형 임펠러와,
    풍력을 유도하기 위한 직선형 임펠러를 각각 적어도 하나 이상씩 다수 개 포함하여 구성되고,
    그것에 의해, 수력과 풍력을 동시에 획득하도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 풍력터빈부는, 회전하는 수차의 반대방향에서 자연발생 되는 풍력을 유도하기 위하여 적어도 하나 이상의 다수의 가이드 베인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 가이드 베인은, 연질의 고무 또는 실리콘고무 등의 소재를 부착하고 베어링이 취부된 플렉시블 디스크 및 캠(flexible disk & cam)을 핀으로 고정하여 미세한 압력에도 열림과 닫힘이 가능하도록 구성되며,
    또한, 그 상단에는, 유도된 풍력이 역류되지 않도록 역류방지용 판막형 디스크가 부착된 디스크 베이가 설치되고,
    그것에 의해, 상기 수차의 회전에 의해 획득된 바람이 상기 가이드 베인으로 유도된 후 상기 플렉시블 디스크 및 캠을 통하여 배출되고, 역류방지 기능을 하는 상기 판막형 디스크 및 상기 디스크 베이에 의하여 역류되지 않고 상기 에어챔버 및 유도관으로 이동하여 방출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치.
  16. 수차에 의해 수력발전을 행하는 동시에, 수력발전시의 상기 수차의 회전에 의해 발생되는 풍력을 유도하여 풍력발전을 동시에 행하도록 구성되는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법에 있어서,
    청구항 9항 내지 15항에 기재된 하이브리드형 마이크로 소수력 발전장치를 이용하여 발전을 행하는 단계를 포함하여 구성되고,
    그것에 의해, 물의 유동에너지를 이용하는 수력터빈부와, 회전하는 수차의 반대편에서 자연발생 되는 풍력을 유도하여 풍력터빈부를 동시에 구동시킴으로써, 종래의 수차만을 이용한 발전장치에 비하여 발전효율을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드형 마이크로 소수력 발전방법.
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