KR20130078047A - 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 흐르는 물에 따라 회전하는 터빈과 상기 터빈에 연결되며, 터빈의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전기를 포함하며, 상기 터빈은 내부에 소정의 공간을 형성하는 본체, 상기 본체의 외측에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 날개, 일단부는 상기 각 날개에 결합되고 타단부는 본체의 내부에 위치하는 날개 회전축, 상기 날개 회전축의 타단부에 구비되는 회전판 및 상기 회전판의 일측에 결합되어 상기 회전판의 회전을 간섭하는 적어도 하나의 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치를 제공한다.

Description

소수력 발전장치 {Apparatus for generating electricity of hydropower}

본 발명은 낙차가 있는 특정 장소에 국한되지 않고 일반적인 하천수, 유수 등의 자연에너지를 전기에너지로 변환하는 소수력 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 대한민국은 매년 화력(무연탄), 수력, 조력, 원자력 등을 에너지원으로 사용하고 있으며, 대체 에너지 개발에도 불구하고 에너지 자원 부존 국가 중 하나에 해당한다.

예컨대, 약 15억톤(3천kcal 이상 열량 기준)의 무연탄이 매장되어 있다고 보고되고 있으며, 그러한 무연탄의 이용가능 매장량은 약 7억톤(강원도 영월, 정선지역에 70% 매장)으로서, 1988년 생산량 2천 4백만톤 이후 가정용연료/난방 방법의 변화에 따라 생산량이 급감되고 있으며, 그러한 무연탄 자체도 비교적 열량이 낮아 산업용이나 발전용으로 적합하지 않은 상태이다.

또한, 수력의 경우에는 양수발전 등을 포함하여 대략 600만kW가 활용 가능하나, 이미 309만 3천kW 이상이 개발되어 사용 중이므로, 앞으로 활용 가능량은 대략 289만kW(원자력발전소 3기 발전량에도 못 미침)로 추정하고 있다.

또한, 조력의 경우에는 서해안 일부 지역에서 170만kW가 사용 가능한 것으로 추정하고 있으나, 역시 용량이 너무 적고 경제성이 약한 단점이 있다.

또한, 원자력의 경우에는 연료를 수입에 의존하고 있고, 비록 옥천 지역 등지에서 약 5만톤 정도의 우라늄을 보유하고 있지만, 그 우라늄-235의 함량이 0.03%인 저품위 광이어서 아직은 경제성이 없는 상태이다.

마지막으로, 대한민국에는 석유, 유연탄 등이 전혀 매장되어 있지 않거나 미확인 상태이며, 천연가스도 최근 근해 바다에 매장량과 규모 및 경제성도 불투명한 상태이다.

한편, 하천 주위에는 가로등 등과 같이 복수개의 전력 필요 시설물이 상용전력을 공급받도록 배선된 상태로 세워져서, 저녁시간 대에 조명장치로서 사용되고 있으며, 도시 미화 차원과 에너지 절약 차원에서 이해 상충된 상태로 에너지가 소비되고 있는 상태이다.

종래 기술에서는 가로등은 대체 에너지의 일환으로 태양에너지(태양광/태양열) 또는 풍력에너지를 전기에너지로 변환하여 전력축전지 등에 저장한 축전전력을 사용하고 있으나, 비가 오거나 바람이 불지 않은 때에는 전력 발전이 이루어지지 않아서, 작동 불능 상태가 되는 단점이 있다. 풍력에너지의 경우에는 도심지의 경우 바람이 많이 불지 않으면 전력 발생이 매우 적으므로 조명등에서 필요로 하는 전력량을 감당하지 못하고 있으며, 바람의 방향과 풍량에 따라 매우 유동적인 전력 발전이 이루어지는 단점이 있다.

종래 기술에 따른 소수력 발전장치는 흐르는 물을 따라 회전하는 터빈을 구비하는데, 이때 터빈에는 복수 개의 날개가 구비된다.

이러한 소수력 발전장치의 터빈에 있어서, 유량에 따라 최적의 날개 각도가 있는데, 종래에는 날개 각도를 조절하기 위해 유량 측정장치, 날개 각도를 변화시키는 모터장치 등이 구비되었다. 그런데, 이러한 소수력 발전장치의 터빈은 구조가 복잡하고 제작이 용이하지 않은 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 모터장치 등을 구비하지 않고도 유량에 따라 날개 각도가 조절되는 소수력 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명을 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 흐르는 물에 따라 회전하는 터빈과 상기 터빈에 연결되며, 터빈의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전기를 포함하며, 상기 터빈은 내부에 소정의 공간을 형성하는 본체, 상기 본체의 외측에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 날개, 일단부는 상기 각 날개에 결합되고 타단부는 본체의 내부에 위치하는 날개 회전축, 상기 날개 회전축의 타단부에 구비되는 회전판 및 상기 회전판의 일측에 결합되어 상기 회전판의 회전을 간섭하는 적어도 하나의 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치를 제공한다.

이때, 상기 회전판은 상기 날개 회전축의 일측에 결합되는 제1회전판과 타측에 결합되는 제2회전판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄성부재는 상기 제1회전판에 결합되는 제1탄성부재와 상기 제2회전판에 결합되는 제2탄성부재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1탄성부재는 상기 제1회전판의 상부면 및 하부면 중 어느 하나에 결합되며, 상기 제2탄성부재는 상기 제2회전판에 결합되되, 상기 제1탄성부재가 결합되는 반대면에 결합될 수 있다.

더불어, 상기 탄성부재는 스프링 또는 고무부재일 수 있다.

본 발명은, 모터장치 등을 구비하지 않고도 유량에 따라 날개 각도가 조절되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 소수력 발전장치의 터빈의 평면 단면도이다.
도 3은 소수력 발전장치의 터빈의 정면 단면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전장치는 흐르는 물에 따라 회전하는 터빈(10)과 상기 터빈(10)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 터빈(10)의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전기(20)를 포함할 수 있다.

상기 터빈(10)은 흐르는 물에 따라 회전한다. 상기 터빈(10)은 강, 하천, 또는 낙차에 의해 떨어지는 물에 설치될 수 있다. 상기 발전기(20)는 상기 터빈(10)의 회전에 따라 전기를 발전시킨다. 상기 발전기(20)와 터빈(10) 사이에는 상기 터빈(10)의 회전에 따라 회전하는 터빈 회전축(11)이 구비될 수 있다. 상기 터빈(10)이 회전하게 되면 상기 터빈(10)의 일측에 결합된 터빈 회전축(11)이 회전하며, 상기 터빈 회전축(11)의 회전에 따라 상기 발전기(20)에서 전기가 발생된다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 터빈(10)의 구성에 대해 상술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전장치의 터빈(10)은 내부에 소정의 공간을 형성하는 본체(110)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 본체(110)의 외측에 회전 가능하게 구비되는 복수 개의 날개(120)를 포함할 수 있다. 또한, 일단부는 상기 각 날개(120)에 결합되며, 타단부는 본체(110)의 내부에 위치하는 날개 회전축(130)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 날개 회전축(130)의 타단부에 구비되는 회전판(122)(124)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 회전판(122)(124)의 일측에 결합되어 상기 회전판(122)(124)의 회전을 간섭하는 적어도 하나의 탄성부재(142)(144)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 터빈(10)은 복수 개의 날개(120)를 포함하며, 복수 개의 날개(120)는 터빈(10)의 본체(110)의 외부에 회전 가능하게 구비된다. 상기 날개(120)의 회전을 가능하게 하기 위해 상기 각 날개(120)의 일측에는 날개 회전축(130)이 결합된다. 상기 복수 개의 날개(120)는 흐르는 물에 의해 일정한 회전 방향의 회전력을 받으며, 이 회전력에 의해 터빈(10)이 회전하게 된다. 상기 복수 개의 날개(120)는 상기 본체(110)에 대칭적으로 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 날개(120)는 흐르는 물의 유량에 따라 날개 각도, 즉, 날개(120) 피치가 변할 수 있다. 즉, 각 날개(120)는 회전 가능하게 구비되므로 흐르는 물의 유량에 따라 상기 날개 회전축(130)이 회전하여 날개 각도가 변할 수 있다.

상기 날개 회전축(130)의 일단부는 상기 날개(120)의 일측에 결합되며, 타단부는 본체(110)의 내부에 위치한다. 한편, 상기 본체(110)에는 상기 날개 회전축(130)이 관통하는 관통홀(111)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 날개 회전축(130)의 타단부에는 회전판(122)(124)이 구비된다. 보다 상세하게는 상기 날개 회전축(130)의 타단부의 일측에는 적어도 하나의 회전판이 구비되며, 바람직하게는 2개의 회전판(122)(124)이 구비된다.

즉, 상기 회전판(122)(124)은 상기 날개 회전축(130)의 일측에 결합되는 제1회전판(122)과 타측에 결합되는 제2회전판(124)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 회전판(122)(124)은 상기 날개 회전축(130)의 회전에 따라 같이 회전할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 회전판(122)(124)의 일측에는 적어도 하나의 탄성부재(142)(144)가 결합된다. 상기 탄성부재(142)(144)는 상기 회전판(122)(124)의 회전을 간섭하는 기능을 한다. 상기 탄성부재(142)(144)의 일단은 상기 회전판(122)(124)에 결합된다. 상기 회전판(122)(124)이 회전함에 따라 상기 탄성부재(142)(144)가 수축 또는 인장되며 탄성부재(142)(144)의 수축력 또는 인장력에 의해 상기 회전판(122)(124)의 회전이 간섭된다.

한편, 상기 본체(110)의 내부에는 상기 탄성부재(142)(144)를 고정하기 위해 지지 플레이트(112)(114)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 지지 플레이트(112)(114)는 상기 회전판(122)(124)의 상부와 하부에 2개가 구비될 수 있다. 즉, 상기 지지 플레이트(112)(114)는 상기 회전판(122)(124)의 상부에 구비되는 상부 지지 플레이트(112)와 상기 회전판(122)(124)의 하부에 구비되는 하부 지지 플레이트(114)를 포함할 수 있다.

상기 탄성부재(142)(144)는 상기 제1회전판(122)에 결합되는 제1탄성부재(142)와 제2회전판(124)에 결합되는 제2탄성부재(144)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1탄성부재(142)는 상기 제1회전판(122)의 상부면 및 하부면 중 어느 하나에 결합되며, 상기 제2탄성부재(144)는 상기 제2회전판(124)에 결합되되, 상기 제1탄성부재(142)가 결합되는 반대면에 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 제1탄성부재(142)가 제1회전판(122)의 상부면에 결합되는 경우, 제2탄성부재(144)는 제2회전판(124)의 하부면에 결합되는 것이 바람직하다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1탄성부재(142)는 상기 상부 지지 플레이트(112)와 제1회전판(122) 사이에 구비된다. 더불어, 제2탄성부재(144)는 상기 하부 지지 플레이트(112)와 제2회전판(124) 사이에 구비된다.

제1탄성부재(142)의 일단은 상기 상부 지지 플레이트(112)에 결합되며, 타단은 상기 상부 지지 플레이트(112)에 결합된다. 더불어, 제2탄성부재(144)의 일단은 상기 하부 지지 플레이트(114)에 결합되며, 타단은 상기 제2회전판(124)에 결합된다.

한편, 상기 탄성부재(142)(144)는 인장 및 수축이 가능한 부재이면 족하나, 바람직하게는 스프링 또는 고무부재일 수 있다. 보다 바람직하게는 스프링일 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 상부 지지 플레이트(112)와 하부 지지 플레이트(112)는 별도로 구비하고, 탄성부재(142)(144)의 일단이 상기 지지 플레이트(112)(114)에 결합되는 예를 설명하였으나, 상기 탄성부재(142)(144)의 일단은 상기 본체(110)의 내측벽에 바로 결합될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 터빈 11 터빈 회전축
20 발전기 110 본체
111 관통홀 112 상부 지지 플레이트
114 하부 지지 플레이트 120 날개
122 제1회전판 124 제2회전판
130 날개 회전축 142 제1탄성부재
144 제2탄성부재

Claims (5)

1. 흐르는 물에 따라 회전하는 터빈과 상기 터빈에 연결되며, 터빈의 회전에 따라 전기를 발생시키는 발전기를 포함하며,
   상기 터빈은,
   내부에 소정의 공간을 형성하는 본체;
   상기 본체의 외측에 회전 가능하게 결합되는 복수 개의 날개;
   일단부는 상기 각 날개에 결합되고 타단부는 본체의 내부에 위치하는 날개 회전축;
   상기 날개 회전축의 타단부에 구비되는 회전판; 및
   상기 회전판의 일측에 결합되어 상기 회전판의 회전을 간섭하는 적어도 하나의 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전판은 상기 날개 회전축의 일측에 결합되는 제1회전판과 타측에 결합되는 제2회전판을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성부재는 상기 제1회전판에 결합되는 제1탄성부재와 상기 제2회전판에 결합되는 제2탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1탄성부재는 상기 제1회전판의 상부면 및 하부면 중 어느 하나에 결합되며, 상기 제2탄성부재는 상기 제2회전판에 결합되되, 상기 제1탄성부재가 결합되는 반대면에 결합되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 탄성부재는 스프링 또는 고무부재인 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.

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