KR20150092482A - 수로발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수로를 형성하도록 상호 대향되게 설치되는 수로벽 사이에 고정되며 복수의 프레임으로 구성되며 양측에 레일이 구비된 격자 형상의 프레임부와; 상기 프레임부를 상기 수로벽 사이에 고정시키기 위한 고정부와; 상기 수로를 따라 유동하는 유체의 흐름 방향을 따라갈수록 단면이 작아지도록 형성되어 상기 프레임부에 형성된 상기 레일에 결합되는 레일 결합부를 구비한 하우징과, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 유체의 흐름에 따라 발전 가능하도록 하는 발전기와 상기 발전기의 회전체와 연결된 회전축 및 상기 회전축에 고정되며 상기 수로상에 위치하는 터빈으로 구성되는 발전부를 포함한 수로발전 장치를 제시함으로써, 소유량의 물의 흐름에도 효과적으로 발전을 할 수 있으며, 배수로에 물이 흐르는 상태에서도 용이하게 설치할 수 있다.

Description

수로발전 장치{Power generating apparatus used in water passage}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소수량의 물이 흐르는 수로에서 효과적으로 전기를 발전할 수 있는 수로 발전장치에 관한 것이다.

수력발전은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 물의 위치에너지에 의해 발생한 물의 흐름을 이용하거나, 물의 압력차에 의해서 발생하는 물의 흐름을 이용하여 터빈을 회전시켜 전기에너지를 발생시키는 것을 말한다.

이러한 수력발전은 화력발전이나, 원자력 발전과 달리 환경오염물질을 배출하지 않는다는 장점이 있으나, 큰 물의 흐름을 발생시키기 위해서 대형 댐을 건설하거나, 방조제를 건설해야 하는 등의 환경파괴적인 요인이 있다. 또한, 수력에너지는 수량에 따라 증감이 있어, 우리나라와 같이 계절적으로 유량의 차이가 있는 경우 안정적인 전기 생산을 보장하기 어렵다는 단점이 있다.

이와 같은 수력발전의 단점은 많은 양의 유량이 있어야 경제성이 있는 발전을 할 수 있는 효율이 떨어지는 발전기로 인해서 발생되는 것이다. 만약에 소유량의 물의 흐름에도 효과적인 발전을 할 수 있다면, 소규모 저수시설 혹은 일반 하천수, 상하수도 등 환경을 파괴하지 않고 버려지는 다양한 물의 흐름을 이용하여 발전을 할 수 있게 된다.

따라서, 소유량의 물의 흐름에도 효과적인 발전을 할 수 있는 발전장치의 개발이 절실히 요청되고 있는 실정이다.

또한, 끊임없는 물이 배수되는 하수종말 처리장의 배수로, 화력발전소 등의 배수로 등의 배수로에 발전설비를 설치하기 위해서는, 별도의 우회 배수로를 설치하여야 하는 등 설치가 많이 번거로움이 있어, 이에 대해서도 효과적인 대응책이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 소유량의 물의 흐름에도 효과적으로 발전을 할 수 있으며, 배수로에 물이 흐르는 상태에서도 용이하게 설치할 수 있는 수로 발전장치를 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 수로를 형성하도록 상호 대향되게 설치되는 수로벽 사이에 고정되며 복수의 프레임으로 구성되며 양측에 레일이 구비된 격자 형상의 프레임부와; 상기 프레임부를 상기 수로벽 사이에 고정시키기 위한 고정부와; 상기 수로를 따라 유동하는 유체의 흐름 방향을 따라갈수록 단면이 작아지도록 형성되어 상기 프레임부에 형성된 상기 레일에 결합되는 레일 결합부를 구비한 하우징과, 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 유체의 흐름에 따라 발전 가능하도록 하는 발전기와 상기 발전기의 회전체와 연결된 회전축 및 상기 회전축에 고정되며 상기 수로상에 위치하는 터빈으로 구성되는 발전부를; 포함한 것을 특징으로 하는 수로 발전장치를 제시한다.

여기서, 상기 고정부는 상기 프레임부의 길이 방향을 따라 복수의 개소에 구비되어 상기 수로벽과 복수의 개소에서 접촉되어 상기 프레임부가 상기 수로벽 사이에 고정되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 고정부는 상기 프레임의 양측에 관통 형성된 복수의 삽입공에 각각 삽입 결합되는 체결볼트와, 상기 체결볼트가 상기 삽입공에 체결되어 고정되도록 상기 삽입공이 형성된 상기 프레임의 주연부에 상호 반대 방향으로 체결력을 가하도록 상기 체결볼트에 나사결합되는 체결너트와, 상기 체결볼트의 일단부에 구비되어 상기 수로벽과 접촉됨으로써 상기 프레임부를 상기 수로벽 사이에 고정시키는 탄성부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 레일은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 프레임부의 전방 양측에 직립되게 배치된 좌측레일과 우측레일로 구성되고, 상기 레일 결합부는 상기 하우징의 전방 양측 직립되게 배치되어 상기 좌측레일과 우측레일에 각각 삽입되는 좌측레일 결합부와, 우측레일 결합부로 구성될 수 있다.

아울러, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 유체가 유입되는 상기 하우징의 전방은 사각 형상으로 형성되고, 상기 유체가 유출되는 상기 하우징의 후방은 원형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 발전기는 상기 하우징에 고정되며 중공이 형성된 고정체와, 상기 중공의 내주면에 설치된 스테이터와, 상기 회전축과 연결되어 상기 중공에 설치되며, 직경이 상기 회전축 보다 크게 형성된 회전체와, 상기 회전체의 외주면에 설치되어, 상기 스테이터와 마주보는 로터; 및 상기 회전체와 상기 고정체 사이에 설치되어 상기 회전체를 지지하는 베어링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 로터 및 상기 스테이터의 방수를 위해, 상기 중공의 전방 및 후방에는 각각 방수씰이 설치될 수 있다.

본 발명은 소유량의 물의 흐름에도 효과적으로 발전을 할 수 있으며, 배수로에 물이 흐르는 상태에서도 용이하게 설치할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수로발전 장치의 구조를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 수로발전 장치의 하우징의 구조를 도시한 횡단면도이고,
도 3은 도 1의 수로발전 장치의 고정부의 구조를 도시한 사시도이며,
도 4는 도 1의 수로발전 장치의 발전기의 구조를 분해하여 도시한 분해사시도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수로발전 장치의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 수로발전 장치의 하우징의 구조를 도시한 횡단면도이고, 도 3은 도 1의 수로발전 장치의 고정부의 구조를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 1의 수로발전 장치의 발전기의 구조를 분해하여 도시한 분해사시도이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 수로발전 장치는, 수로를 형성하도록 상호 대향되게 설치되는 수로벽(1) 사이에 고정되며 복수의 프레임(110)으로 구성되며 양측에 레일(120)이 구비된 격자 형상의 프레임부(100)와, 프레임부(100)를 수로벽(1) 사이에 고정시키기 위한 고정부(200)와, 상기 수로를 따라 유동하는 유체의 흐름 방향을 따라갈수록 단면이 작아지도록 형성되어 프레임부(100)에 형성된 레일(120)에 결합되는 레일 결합부(311)를 구비한 하우징(310)과, 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 유체의 흐름에 따라 발전 가능하도록 하는 발전기(320)와 발전기(320)의 회전체(321)와 연결된 회전축(331) 및 회전축(331)에 고정되며 상기 수로상에 위치하는 터빈(330)으로 구성되는 발전부(300)를 포함하여 구성되어 있다.

프레임부(100)는 상기 수로상에 고정되도록 설치되어 발전부(300)가 수로상에 고정되어 발전이 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하는 부재로서, 복수의 프레임(110)이 상호 교차되도록 하여 격자 형상으로 형성되어 있다.

프레임부(100)를 수로벽(1) 사이에 고정시킬 수 있도록 프레임(110)의 일측에는 고정부(200)의 일부가 삽입되는 삽입공이 관통 형성되어 있다.

유체의 흐름 방향을 따라 프레임부(100)의 전방에는 후술할 발전부(300)의 전방이 프레임부(100)에 체결되도록 하는 별도의 레일(120)이 설치되는데, 레일(120)은 프레임부(100)의 전방 양측에 직립되게 배치된 좌측레일(121)과 우측레일(122)로 구성되어 있다.

고정부(200)는 프레임부(100)의 길이 방향을 따라 복수의 개소에 구비되어 수로벽(1)과 복수의 개소에서 접촉되어 프레임부(100)가 수로벽(1) 사이에 고정되도록 하는 역할을 한다.

이러한 고정부(200)는 프레임(110)의 양측에 관통 형성된 복수의 삽입공에 각각 삽입 결합되는 체결볼트(210)와, 체결볼트(210)가 상기 삽입공에 체결되어 고정되도록 상기 삽입공이 형성된 상기 프레임(110)의 주연부에 상호 반대 방향으로 체결력을 가하도록 체결볼트(210)에 나사결합되는 체결너트(220)와, 체결볼트(210)의 일단부에 구비되어 수로벽(1)과 접촉됨으로써 프레임부(100)를 수로벽(1) 사이에 고정시키는 탄성부재(230)를 포함하여 구성되어 있다.

체결볼트(210)의 길이는 적어도 프레임(110)의 측면에서 수로벽(1)의 내벽까지의 거리보다는 길게 형성되는 것이 바람직하며, 이는 안정적으로 체결볼트(210)의 단부를 프레임(110)의 삽입공에 삽입시켜 체결할 수 있도록 하기 위함이다.

체결볼트(210)의 헤드(211)는 일측에 탄성부재(230)가 부착될 수 있도록 평탄면이 형성되어 있으며, 헤드(211)의 직경은 탄성부재(230)의 직경보다는 작게 형성되어 있다.

그리고, 체결볼트(210)의 외면에는 헤트(211)의 일측면과 접촉되어 헤드(211)에 작용하는 압력을 분산시킬 수 있는 보강너트(212)가 구비되는데, 보강너트(212)는 체결볼트(210)의 외면에 형성된 나사산에 체결된 상태로 구비된다.

체결너트(220)는 두 개가 한 쌍을 이루도록 구성되어 체결볼트(210)의 나사산에 체결되는 부재로서 두 개의 체결너트(220) 사이에 프레임(110)이 배치된 상태에서 두 개의 체결너트(220)를 상호 반대 방향으로 회전시켜 체결너트(220)가 프레임(110)을 견고하게 조임으로써 고정부(200)가 프레임부(100)에 고정 되도록 한다.

여기서, 체결너트(220)가 체결볼트(210)의 외면에 조여지는 위치는 체결볼트(210)의 일측에 구비된 탄성부재(230)가 수로벽(1)을 외측으로 밀어내는 척력이 작용할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

탄성부재(230)는 상기한 체결너트(220)가 체결볼트(210)의 외면에 체결되어 수로벽(1)을 외척으로 밀어내는 척력이 작용할 경우에 수로벽(1)이 손상됨을 방지함과 동시에 미끄러짐을 방지하여 프레임부(100)가 안정적으로 수로벽(1) 사이에 고정되도록 하기 위한 부재이다.

발전부(300)는 수로벽(1) 사이의 수로상에 설치되어 발전이 이루어지도록 하는 부재로서 발전부(300)는 크게 외면을 형성하는 하우징(310)과, 하우징(310)의 내부에 설치되는 발전기(310)와, 발전기(310)에서 발전이 이루어지도록 발전기(310)와 회전축(331)에 의하여 연결되는 터빈(330)으로 구성되어 있다.

하우징(310)은 수로를 따라 흐르는 물이 유입되는 입구측이 되는 전방은 사각 형상으로 형성되어 있고, 내부로 유입된 물이 외부로 유출되는 출구측이 되는 후방은 원형상으로 형성되어 있다.

그리고, 사각 형상으로 형성된 전방의 높이와 폭이 원형상으로 형성된 후방으로 갈수록 점진적으로 작아지도록 형성됨으로써 전방을 통하여 내부로 유입된 유속이 후방으로 갈수록 빨라지도록 함으로써 발전 효율을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유체의 흐름 방향을 따라 하우징(310)의 후방 내측에는 하우징(310)의 직경을 축소시켜 상기 유체의 흐름이 빨라지도록 하는 직경축소부재(312)가 구비되는 것이 더욱 효과적이다.

직경축소부재(312)의 외면은 유체의 흐름을 방해하지 않도록 하여 유속이 더욱 빨라질 수 있도록 볼록한 형상으로 굴곡지게 형성되어 있다.

이러한 하우징(310)을 프레임부(100)에 결합시키기 위하여 유체의 흐름방향을 따라 유체가 하우징(310)의 내부로 유입되는 입구측인 하우징(310)의 전방에는 레일 결합부(311)가 구비된다.

레일 결합부(311)는 하우징(310)의 전방 양측 직립되게 배치되어 좌측레일(121)과 우측레일(122)에 각각 삽입되는 좌측레일 결합부(311a)와, 우측레일 결합부(311b)로 구성되어 있다.

발전기(320)는 하우징(310)에 고정되며 중공(321a)이 형성된 고정체(321)와, 중공(321a)의 내주면에 설치된 스테이터(322)와, 회전축(331)과 연결되어 중공(321a)에 설치되며, 직경이 회전축(331) 보다 크게 형성된 회전체(323)와, 회전체(323)의 외주면에 설치되어, 스테이터(322)와 마주보는 로터(324) 및 회전체(323)와 고정체(321) 사이에 설치되어 회전체(323)를 지지하는 베어링(325)을 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 로터(324) 및 스테이터(322)의 방수를 위해 중공(321a)의 전방 및 후방에는 각각 방수씰(326)이 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 수로 발전장치를 수로상에 설치하는 과정은 다음과 같다.

우선, 수로 발전장치를 설치하고자 하는 위치를 수로상에 선정한 후에 내부에 발전기(320)와 터빈(330)이 설치된 하우징(310)을 상기한 위치에 안착시킨다.

발전부(300)의 배치가 완료되면 하우징(310)에 구비된 레일결합부(311)가 레일(120)에 삽입되도록 프레임부(100)를 하우징(310)의 상측에서 하측으로 하강시켜 프레임부(100)에 발전부(300)가 체결되도록 한다.

이때, 프레임부(100)의 양측에는 프레임부(100)의 길이 방향을 따라 고정부(200)가 체결된 상태이며, 고정부(200)는 고정부(200)가 프레임부(100)에 체결된 상태에서 프레임부(100)가 수로벽(1) 사이에 삽입될 수 있을 정도의 폭을 갖도록 프레임부(100)에 체결되어야 한다.

즉, 고정부(200)의 체결볼트(210)의 단부가 프레임(110)의 삽입공에 체결되는 것이 아니라 체결볼트(210)의 중간 영역이 삽입공에 삽입된 상태에서 프레임부(100)의 레일(110)과 하우징(310)의 레일결합부(311) 사이의 결합이 이루어지도록 한다.

그 후, 고정부(200)의 체결너트(220)를 이용하여 고정부(200)의 탄성부재(230)가 수로벽(1)과 접촉되도록 체결너트(220)를 회전시키게 되면 체결볼트(210)가 프레임부(100)의 외측으로 서서히 인출된다.

여기서, 프레임부(100)의 양측에 각각 구비된 고정부(200)의 체결볼트(210)를 각각 조정하여 프레임부(100)가 수로의 폭방향에 대하여 중앙 영역에 배치되도록 하는 것이 발전 효율을 높이는데 있어서 효과적이다.

상술한 과정에 의하여 프레임부(100)와 발전부(300) 사이의 체결이 완료되고, 탄성부재(230)에 의하여 프레임부(100)가 수로 사이에 고정되면 또 다른 체결너트(220)를 다른 체결너트(220) 측으로 이동시켜 체결너트(220)와 체결너트(220)가 프레임(110)의 외면과 견고하게 맞물리도록 함으로써 수로 발전장치의 설치가 완료된다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 프레임부 110 : 프레임
120 : 레일 200 : 고정부
210 : 체결볼트 220 : 체결너트
230 : 탄성부재 300 : 발전부
310 : 하우징 320 : 발전기
330 : 터빈

Claims (8)

1. 수로를 형성하도록 상호 대향되게 설치되는 수로벽(1) 사이에 고정되며 복수의 프레임(110)으로 구성되며 양측에 레일(120)이 구비된 격자 형상의 프레임부(100)와;
   상기 프레임부(100)를 상기 수로벽(1) 사이에 고정시키기 위한 고정부(200)와;
   상기 수로를 따라 유동하는 유체의 흐름 방향을 따라갈수록 단면이 작아지도록 형성되어 상기 프레임부(100)에 형성된 상기 레일(120)에 결합되는 레일 결합부(311)를 구비한 하우징(310)과, 상기 하우징(310)의 내부에 구비되어 상기 유체의 흐름에 따라 발전 가능하도록 하는 발전기(320)와 상기 발전기(320)의 회전체(321)와 연결된 회전축(331) 및 상기 회전축(331)에 고정되며 상기 수로상에 위치하는 터빈(330)으로 구성되는 발전부(300)를;
   포함한 것을 특징으로 하는 수로 발전장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정부(200)는 상기 프레임부(100)의 길이 방향을 따라 복수의 개소에 구비되어 상기 수로벽(1)과 복수의 개소에서 접촉되어 상기 프레임부(100)가 상기 수로벽(1) 사이에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 수로 발전장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정부(200)는 상기 프레임(110)의 양측에 관통 형성된 복수의 삽입공에 각각 삽입 결합되는 체결볼트(210)와, 상기 체결볼트(210)가 상기 삽입공에 체결되어 고정되도록 상기 삽입공이 형성된 상기 프레임(110)의 주연부에 상호 반대 방향으로 체결력을 가하도록 상기 체결볼트(210)에 나사결합되는 체결너트(220)와, 상기 체결볼트(210)의 일단부에 구비되어 상기 수로벽(1)과 접촉됨으로써 상기 프레임부(100)를 상기 수로벽 사이에 고정시키는 탄성부재(230)를 포함한 것을 특징으로 하는 수로 발전장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 레일(120)은 상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 프레임부(100)의 전방 양측에 직립되게 배치된 좌측레일(121)과 우측레일(122)로 구성되고, 상기 레일 결합부(311)는 상기 하우징의 전방 양측 직립되게 배치되어 상기 좌측레일과 우측레일에 각각 삽입되는 좌측레일 결합부와, 우측레일 결합부로 구성된 것을 특징으로 하는 수로발전 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 유체가 유입되는 상기 하우징(310)의 전방은 사각 형상으로 형성되고, 상기 유체가 유출되는 상기 하우징(310)의 후방은 원형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 수로발전 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 발전기(320)는 상기 하우징(310)에 고정되며 중공(321a)이 형성된 고정체(321)와, 상기 중공(321a)의 내주면에 설치된 스테이터(322)와, 상기 회전축(331)과 연결되어 상기 중공(321a)에 설치되며, 직경이 상기 회전축(331) 보다 크게 형성된 회전체(323)와, 상기 회전체(323)의 외주면에 설치되어, 상기 스테이터(322)와 마주보는 로터(324); 및 상기 회전체(323)와 상기 고정체(321) 사이에 설치되어 상기 회전체(323)를 지지하는 베어링(325)을 포함한 것을 특징으로 하는 수로발전 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 로터(324) 및 상기 스테이터(322)의 방수를 위해 상기 중공(321a)의 전방 및 후방에는 각각 방수씰(326)이 설치된 것을 특징으로 하는 수로발전 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체의 흐름 방향을 따라 상기 하우징(310)의 후방 내측에는 상기 하우징(310)의 직경을 축소시켜 상기 유체의 흐름이 빨라지도록 하는 직경축소부재(312)가 구비된 것을 특징으로 하는 수로발전 장치.

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