KR20190143416A - 도립형 소형 수력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는, 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 복수 개의 블레이드가 회전 방향을 따라 이격되어 설치되는 로터와; 로터가 내부에 수용되며, 로터로 물을 가이드하는 입수부와 로터를 지나 물이 배출되는 출수부를 포함하는 하우징과; 하우징의 입수부에 설치되며, 하우징의 외부로부터 내부로 물이 유입되도록 구성되는 노즐;을 포함하고, 노즐이 하우징의 하부에 위치되고, 로터의 회전축이 노즐보다 하우징의 상부에 위치되어 노즐로부터 유입된 물이 블레이드와 접촉하여 로터를 회전시키고 출수부로 배출될 수 있다.

Description

도립형 소형 수력 발전 장치{INVERTED SMALL HYDRAULIC DEVICE}
본 발명에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치는 수력 발전을 하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 12는 종래 수력 발전 장치 체계의 개요도이다. 도 12를 참조하면, 이러한 종래 수력 발전 장치(100)를 효율적으로 운용하기 위해서는 해당 수력 발전 장치마다 정해져 있는 충분한 높이의 낙차(수두 혹은 물의 높이)를 확보해야만 하며, 이를 만족시키기 위해서 방대한 규모의 부대 시설이 필요로 한다는 문제점이 있다.
구체적으로, 종래 수력 발전 장치(100)는 파워 하우스(Power house; 700)의 내부에 설치되며, 발전을 위한 낙차를 확보하기 위한 수압관 구간(Penstock; 600), 수압관 구간(600)에 진입하기 전 일정량의 물을 모아두는 취수지(Forebay; 500), 취수지(500)에 항상 일정량의 물을 대기 위한 파워 채널(Power channel; 400), 필요 유량보다 과도한 물이 들어올 때를 대비한 배수로(Spilway; 300), 최초의 수원에서 물을 확보하기 위한 둑 및 취수구(Weir and Intake; 200), 마지막으로 수력 발전을 마친 물을 배출하기 위한 방수로(Tairace; 800)의 건설이 필수적으로 필요하며, 수질에 따라 수력 발전 장치의 고장을 방지하기 위해 침사지 등의 추가적인 시설이 필요하다는 문제점이 있다.
종래 수력 발전 장치 체계를 구성하기 위해 거대한 저수지를 조성하는 등의 광범위한 토목 공사가 필요하거나 이를 최대한 억제하기 위해 적절한 형상의 지형이 필요로 하는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안할 소형 수력 발전 장치가 목표로 하는 100kW이하의 전력을 생산하는 ‘소수력 발전'을 위해서도 대규모의 토목공사와 설비, 노동력 등을 요하게 된다.
뿐만 아니라, 낙차가 3m 미만이거나 0m 이며 유속이 0.5m/s 이상으로 정의되는 초저낙차 수자원으로는 소규모 하천, 상하수도, 농수로 등의 관개시설, 각 종 플랜트나 기타 설비들의 출수구처럼 수력발전 설비의 운용을 고려하지 않고 구성된 수로들이 있으며, 이러한 초소수력 발전 후보지들은 일반적인 수력발전 대비 낙차와 유량이 매우 부족하고 기존 수로들의 구조와 형상을 변경할 수 없기 때문에 전통적인 수력발전의 경우와 달리 토목 공사를 통한 담수 설비 확충 또한 불가능하다.
이러한 초저낙차 상황에서 정격발전이 가능한 종래의 수력 발전 장치는 아직까지 존재하지 않는데, 노즐, 하우징, 로터를 모두 포함한 전통적 횡류수차 방식의 수력 발전 장치의 크기와, 기존 수로에 추가적인 토목공사 없이 설치되는 초소수력 발전의 특성을 고려하였을 때, 초저낙차에서는 주어진 낙차의 1/3 이상을 수력 발전 장치의 구조물 높이로 인해 손실이 되기에 효과적인 발전을 할 수 없게 되기에 그러하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형 수력 발전 장치를 개발함에 있어서 취수구에서부터 방수로에 이르는 방대한 규모의 부대시설을 사용하지 아니하고, 농수로, 관개수로, 정비된 하천 등 다양한 종류의 기존 수로 시설에 설치 가능한 소형 수력 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는, 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 복수 개의 블레이드가 회전 방향을 따라 이격되어 설치되는 로터와; 로터가 내부에 수용되며, 로터로 물을 가이드하는 입수부와 로터를 지나 물이 배출되는 출수부를 포함하는 하우징과; 하우징의 입수부에 설치되며, 하우징의 외부로부터 내부로 물이 유입되도록 구성되는 노즐;을 포함하고, 노즐이 하우징의 하부에 위치되고, 로터의 회전축이 노즐보다 하우징의 상부에 위치되어 노즐로부터 유입된 물이 블레이드와 접촉하여 로터를 회전시키고 출수부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치를 수로의 바닥면에 설치할 때, 노즐은 바닥면에 인접하여 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치의 출수부는 노즐보다 하우징의 상부에 위치되고 입수부의 바닥면이 만곡되게 형성되어 출수부와 연결됨으로써 노즐로부터 유입된 물이 로터를 회전시키고 만곡된 바닥면을 따라 중력의 반대 방향으로 상승되어 상기 출수부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는 로터의 일측에 설치되며 노즐로부터 유입되어 로터의 블레이드와 접촉하는 물의 유속을 조절하는 가이드 베인을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치의 가이드 베인은 로터와 동축으로 회전하고, 로터의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는 가이드 베인의 회전 각도를 조절함으로써 가이드 베인이 로터를 둘러싸는 면적이 증감되고, 로터와 인접하는 입수부의 면적이 증감될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치의 로터에 설치되는 블레이드의 개수는 25개 이상 55개 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는 로터의 회전축으로부터 로터의 반경 방향으로 블레이드의 최외곽 단부까지의 거리를 로터의 외경이라 하고, 로터의 회전축으로부터 로터의 반경 방향으로 블레이드의 최내곽 단부까지의 거리를 로터의 내경이라 하였을 때, 로터의 외경에 대한 내경의 비인 내외경비가 0.72 이상 0.86 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 지역 소형 수력 발전 장치는 취수구에서부터 방수로에 이르는 방대한 규모의 부대시설을 사용하지 아니하고, 농수로, 관개수로, 정비된 하천 등 다양한 종류의 기존 수로 시설에 설치 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 개략적인 사시 투영도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치에서 측부 하우징을 제거한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치에서 상부 하우징을 제거한 사시도이다.
도 5는 도 3의 도립형 소형 수력 발전 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 로터의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 가이드 베인의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 로터에 설치되는 블레이드 개수에 따른 효율의 상관 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 로터의 내외경비에 따른 효율의 상관 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10은 종래 소형 수력 발전 장치를 수로의 바닥에 설치한 개념도이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치를 수로의 바닥에 설치한 개념도이다.
도 12는 종래 소형 수력 발전 장치 체계의 개요도이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 개략적인 사시 투영도이고, 도 2는 사시도이며, 도 3은 측부 하우징을 제거한 사시도이고, 도 4는 상부 하우징을 제거한 사시도이며, 도 5는 도 3의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치의 로터의 사시도이며, 도 7은 가이드 베인의 사시도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 소형 수력 발전 장치(1)를 살펴보면, 소형 수력 발전 장치(1)는 로터(10), 하우징(20), 및 노즐(30)을 포함하여 구성되며, 하우징(20) 내에 회전 가능하게 수용된 로터(10)가 노즐(30)을 통해 하우징(20) 내로 유입되는 물과 접촉하여 회전함으로써 전력을 생성하게 된다.
로터(10)는 회전축(11)을 중심으로 회전하도록 구성되며, 복수 개의 블레이드(12)가 로터(10)의 회전 방향을 따라 이격되어 설치되어 있다. 보다 구체적으로, 로터(10)는 횡류수차 내지 미셸-뱅키 수차의 일종으로, 로터(10)의 양단부에 위치하는 단부 디스크(13)에 로터(10)의 길이 방향으로 연장되는 곡면 프로파일을 가지는 블레이드(12)를 로터(10)의 회전 방향을 따라 이격시켜 복수 개를 설치한다. 단부 디스크(13)에만 고정된 블레이드(12)는 길이 방향으로 긴 형상을 가지고 있기 때문에, 물과의 접촉에 의해 힘을 받으면 블레이드(12)가 변형될 염려가 있으며, 이를 방지하기 위하여 단부 디스크(13)들 사이에 중간 디스크(14)를 복수 개 이격시켜 설치할 수 있다. 중간 디스크(14)는 로터(10)의 길이 방향을 따라 등간격으로 설치될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 로터(10)의 크기와 형상 등은 수력 발전 장치(10)를 통해 확보하고자 하는 전력량과 효율에 따라 설계될 수 있으며, 로터(10)의 블레이드(12)의 개수, 크기 및 형상도 이와 마찬가지이며, 이들 파라미터와 효율 간의 관계는 후술하기로 한다.
로터(10)가 내부에 수용되는 하우징(20)은 로터(10)로 물을 가이드하는 입수부(24)와 로터(10)를 통과한 물이 배출되는 출수부(25)를 포함하여 구성된다. 하우징(20)은 로터(10)를 수로 외부 환경과 분리시켜 소정 유량의 물이 후술할 노즐(30)을 통해 입수부(24)를 지나 로터(10)를 회전시키고 출수부(25)를 통과하여 하우징(20) 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다.
하우징(20)은 수로의 바닥에 설치되어 도립형 수력 발전 장치(1)를 지지하도록 구성되는 베이스 하우징(21)과, 이 베이스 하우징(21)의 상부를 덮도록 고정하여 설치되는 상부 하우징(22)과, 베이스 하우징(21) 및 상부 하우징(22)의 측면에 고정 설치되어 하우징(20)의 측면을 외부 수로 환경과 분리하는 측부 하우징(23)으로 구성될 수 있다. 또한, 베이스 하우징(21), 상부 하우징(22), 및 측부 하우징(23)은 나사 결합 등 공지의 결합 수단으로 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이와 같이 구성하면, 하우징(20)을 간단하게 해체하거나 조립할 수 있어, 하우징(20) 내의 로터(10) 등의 유지 보수 접근성이 용이해질 수 있다. 베이스 하우징(21)의 하부에는 수로 바닥면에 도립형 수력 발전 장치(1)를 안정적으로 고정하여 설치할 수 있도록 하는 구조를 추가할 수도 있다. 측부 하우징(23)은 베이스 하우징(21) 및 상부 하우징(22)의 양 측면을 덮도록 구성되거나 일 측면을 덮도록 구성될 수 있으며, 로터(10)의 회전축(11)이 하우징(20)의 외부로 돌출되어 로터(10)의 회전을 전기 에너지로 변환할 수 있는 전력변환 수단(미도시)과 연결될 수 있다.
하우징(20)의 입수부(24)에는 노즐(30)이 설치될 수 있다. 노즐(30)은 하우징(20)의 외부로부터 내부로 소정의 유속과 유량을 가지는 물이 취수될 수 있도록 한다. 노즐(30)의 단면 형상과 크기는 도립형 수력 발전 장치(1)의 발전 용량과 효율 등의 설계 조건에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 노즐(30)은 본 발명의 일 실시예에서와 같이 하우징(20)에 일체로 형성되거나, 하우징(20)에 결합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 수력 발전 장치(1)는 종래의 횡류 수차 발전 장치를 중력방향으로 뒤집어 설치하고, 이에 맞추어 구성 요소들을 변경하여 구성될 수 있는데, 이와 같이 구성하게 되면, 취수를 하는 노즐(30)이 수로 바닥면에 최대한 인접하여 위치됨으로써 낙차를 최대한 활용할 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 노즐(30)은 하우징(20)의 하부에, 그리고, 설치 시에 수로 바닥면에 인접하여 위치되고, 로터(10)의 회전축(11)이 노즐(30)보다 하우징(20)의 상부에 위치되어 노즐(30)로부터 소정의 유량 및 유속으로 유입된 물이 입수부(23)를 통과하여 블레이드와 접촉할 때, 회전축(11)을 중심으로 회전 모멘트를 형성하게 되고 로터(10)를 회전시킬 수 있다. 또한, 출수부(24)는 노즐(30)보다 하우징(20)의 상부에 위치되고 입수부(23)의 바닥면이 만곡되게 형성되어 출수부(24)와 연결되어 노즐(30)로부터 유입된 물이 로터(10)를 회전시키고 만곡된 바닥면을 따라 중력의 반대 방향으로 상승되어 출수부(24)로 배출될 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 도립형 소형 수력 발전 장치(1)를 수로의 바닥면에 설치할 때, 노즐(30)을 바닥면에 인접하여 설치함으로써 주어진 낙차를 최대한 활용할 수 있게 된다.
또한, 노즐(30)을 통해 유입되는 유량은 기상 상황 등 외부 요인에 의해 달라지며, 이렇게 변화하는 유량에 따라 최적의 유속으로 로터(10)로 물이 입수될 수 있도록 입수부(24)의 면적을 넓히거나 좁히기 위해 가이드 베인(40)이 설치될 수 있다. 가이드 베인(40)은 로터(10)의 일측에 설치되며 노즐(30)로부터 유입되어 로터(10)의 블레이드(12)와 접촉하는 물의 유속을 조절할 수 있다. 가이드 베인(40)은 로터(10)와 하우징의 입수부(24) 사이에 설치되며, 로터(10)와 동축으로 회전하고, 로터(10)의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드 베인(40)은 4분 원통형으로 구성되어 로터(10)를 둘러싸도록 구성될 수 있으며, 로터(10)의 회전축(11)과 동축으로 회전하여 입수부(24) 중 물이 유동할 수 있는 면적을 줄이거나 넓힐 수 있다. 가이드 베인(40)이 입수부(24)의 유동 면적을 방해하지 않는, 즉, 정격 유량이 통과하는 위치로부터 소정의 각도만큼 가이드 베인(40)을 회전시켜 로터(10)로 입수되는 물의 유속을 최적으로 조절할 수 있게 된다. 예를 들어, 가이드 베인(40)을 10도씩 로터(10)의 회전축(11)을 따라 회전하게 구성될 수 있다.
이와 같이, 가이드 베인(40)의 회전 각도를 조절함으로써 가이드 베인(40)이 로터(10)를 둘러싸는 면적이 증감되어 로터(10)로 유입되는 물의 유속을 조절할 수 있게 된다. 즉, 수차에 인가되는 수력 에너지가 정격 유량 이하일 때 가이드 베인(40)의 각도를 적절히 조절하여 같은 유량에서도 유속을 증가시켜 더 효율적인 발전을 할 수 있게 된다.
본 발명의 도립형 수력 발전 장치(1)의 블레이드(12) 개수를 5개부터 55개까지 변화시키면서 블레이드 개수에 따른 정격발전 상황에서의 성능을 확인하였다. 로터의 분당 회전수는 125 RPM으로 상정하여 출력과 효율을 분석하였다. 블레이드(12) 개수 대비 도립형 수력 발전 장치(1)의 효율은 도 8에 도시되어 있으며, 블레이드(12) 개수가 증가할수록 효율이 증가하다가 25개 이상이 되면 수차의 효율 상승 정도가 포화되어 약 57% 내외의 효율을 갖게 됨을 확인할 수 있다. 블레이드(12) 개수가 31개일때 최고 효율을 보이지만, 블레이드(21) 개수가 25개 이상의 범위에서는 블레이드 개수와 효율이 비례적으로 증감하지 않게 된다. 따라서, 로터(10)에 설치되는 블레이드(12)의 개수를 25개 이상 55개 이하인 범위로 설계한다면 도립형 소형 수력 발전 장치(1)의 효율을 높은 수준에서 유지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 로터(10)에는 블레이드(12)가 설치되어 있으며, 로터(10)의 회전축(11)으로부터 로터(10)의 반경 방향으로 블레이드(12)의 최외곽 단부까지의 거리를 로터의 외경(D1)이라 하고, 로터(10)의 회전축으로부터 로터(10)의 반경 방향으로 블레이드(12)의 최내곽 단부까지의 거리를 로터(10)의 내경(D2)이라 하였을 때, 상기 로터의 외경(D1)에 대한 내경(D2)의 비를 내외경비(D2/D1)라 할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 블레이드(12) 개수가 31개인 로터(10)의 내외경비(D2/D1)를 0.66부터 0.86까지 변화시키며 효율과의 상관관계를 확인하였으며, 로터(10)의 내외경비(D2/D1)의 변화에 따른 도립형 수력 발전 장치(1) 의 효율 해석 값은 내외경비(D2/D1)가 0.72 이상 0.86 이하인 범위에서 효율 향상의 정도가 크며, 내외경비(D2/D1)가 0.76에서 최고 효율을 나타낼 수 있다.
기존 수로 시설의 특성상 확보 가능한 낙차가 약 3m 내외의 저수두(수심)이고 로터 직경의 2배 이상의 하우징 크기를 확보해야만 하는 수력 발전 장치의 특성상 종래기술을 사용한 전통적인 수력 발전 장치는 낙차(수두 또는 수심)의 손실이 매우 크다.
저낙차 상황에서 종래의 수력 발전 장치의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 노즐의 위치가 장치의 최상단에 위치하고 하우징이 로터 직경의 약 두 배 이상의 높이를 갖는 특성상 주어진 낙차를 모두 활용하지 못하고 발전량과 효율에 막대한 손실이 발생한다. 즉, 활용 가능한 낙차(H) 중에서, 수로의 바닥면에서부터 노즐의 위치까지는 손실 낙차(Hloss)로 사용하지 못하고, 손실 낙차(Hloss)를 제외한 정격 낙차(Hnet)를 발전에 활용하게 된다.
이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 도 11에서 볼 수 있듯이 노즐의 위치를 아래로 돌려 수로의 바닥면에 인접시키고, 도립형으로 수력 발전 장치의 구성요소들을 설계한다.
본 발명의 도립형 소형 수력 발전 장치(1)의 경우, 취수를 하는 노즐(30)을 수로 바닥면에 최대한 인접하여 위치시킴으로써 주어진 낙차를 모두 활용할 수 있어 동일 상황에서 종래의 수력 발전 장치 대비 고효율 발전이 가능하다. 즉, 종래의 수력 발전 장치의 손실 낙차(Hloss)와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 도립형 수력 발전 장치(1)는 노즐(30)로 취수된 물이 입수부(24)의 만곡면을 따라 상승하여 출수부(25) 배출되기까지의 손실만이 손실 낙차(Hloss)가 되어 낙차(H)를 최대한 활용할 수 있게 된다.
또한 기존 수로를 활용함으로써 수로를 막을 방벽 또는 둑을 설치하고 둑의 최하단에 발전 장치를 설치하면 수력 발전 체계의 설치가 완료됨으로써 종래기술에서 필수 불가결했던 다양한 종류의 부대시설들을 획기적으로 감소시켜 건설 및 설치비가 감소할 뿐 아니라 유지보수비용이 감소한다.
종래의 수력 발전 장치의 경우 종래기술에서 상술하였듯 수력 발전에 유리한 지형적 특성이 수원이 풍부한 산간지역이라는 제한이 발생하는데 본 발명의 경우 기설치된 수로 중 물의 유량만 충족하면 지형적 특성에 관계없이 설치 장소의 제약이 없을 뿐 아니라 기건설된 수로의 접근성이 종래 설치지역보다 월등히 좋으므로 유지보수를 위한 접근 난이도 및 접근 비용 또한 감소한다.
설치에 있어서도 종래기술의 경우 각 부대시설의 설치 및 건설에 있어 각각의 세부 시설별로 전문화된 인력이 필요한 반면, 본 장치의 설치에는 물을 막을 둑과 도립형 소형 수력 발전 장치를 설치할 인력만 있으면 충분하므로 설치 난이도와 인건비 그리고 공사 기간 또한 감소한다.
또한, 정비된 수로라는 특성상 수로 내에 흐르는 물에 부유물이나 침전물 등의 이물질이 적거나 존재하더라도 그 크기가 무시 가능할 정도로 작고 균질할 것이다. 따라서 수력 발전 장치의 로터 및 기타 가동부들이 작동 중 이물질에 의해 파손되는 상황이 발생할 확률 역시 감소할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는 일정 유량 이상을 만족하는 모든 기존 수로 시설에 설치 가능하며, 국내외의 장마, 우기에 대응한 대규모 관개시설에 설치 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 소형 수력 발전 장치는 지형적 한계로 종래의 수력 발전이 불가능했던 지역에 설치가 가능하고, 기타의 이유로 전력 수급이 어려웠던 격오지의 전력난 해결이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 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 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 도립형 횡류 수차 발전 장치 10 로터
11 회전축 12 블레이드
13 단부 디스크 14 중간 디스크
20 하우징 21 베이스 하우징
22 상부 하우징 23 측부 하우징
24 입수부 25 출수부
30 노즐 40 가이드 베인
41 가이드부 42 측면 지지부
43 회전 지지부 D1 : 로터 외경
D2 : 로터 내경 H : 낙차
Hnet : 정격 낙차 Hloss : 손실 낙차
100 : 종래 횡류수차 발전 장치 200 : 둑 및 취수구
300 : 배수로 400 : 파워채널
500 : 취수지 600 : 수압관 구간
700 : 파워하우스 800 : 방수로

Claims (8)

  1. 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되며, 복수 개의 블레이드가 회전 방향을 따라 이격되어 설치되는 로터;
    상기 로터가 내부에 수용되며, 상기 로터로 물을 가이드하는 입수부와 상기 로터를 지나 물이 배출되는 출수부를 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징의 입수부에 설치되며, 상기 하우징의 외부로부터 내부로 물이 유입되도록 구성되는 노즐;을 포함하고,
    상기 노즐이 상기 하우징의 하부에 위치되고, 상기 로터의 회전축이 상기 노즐보다 상기 하우징의 상부에 위치되어 상기 노즐로부터 유입된 물이 상기 블레이드와 접촉하여 상기 로터를 회전시키고 상기 출수부로 배출되는 것을 특징으로 하는 도립형 소형 수력 발전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도립형 수형 수력 발전 장치를 수로의 바닥면에 설치할 때, 상기 노즐은 상기 바닥면에 인접하여 설치되는, 도립형 소형 수력 발전 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 출수부는 상기 노즐보다 상기 하우징의 상부에 위치되고 상기 입수부의 바닥면이 만곡되게 형성되어 상기 출수부와 연결됨으로써 상기 노즐로부터 유입된 물이 상기 로터를 회전시키고 만곡된 바닥면을 따라 중력의 반대 방향으로 상승되어 상기 출수부로 배출되는, 도립형 소형 수력 발전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터의 일측에 설치되며 상기 노즐로부터 유입되어 상기 로터의 블레이드와 접촉하는 물의 유속을 조절하는 가이드 베인을 더 포함하는 도립형 소형 수력 발전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 로터와 동축으로 회전하고, 상기 로터의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성되는, 도립형 소형 수력 발전 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가이드 베인의 회전 각도를 조절함으로써 상기 가이드 베인이 상기 로터를 둘러싸는 면적이 증감되고 상기 로터와 인접하는 상기 입수부의 면적이 증감되는, 도립형 소형 수력 발전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터에 설치되는 상기 블레이드의 개수는 25개 이상 55개 이하인, 도립형 소형 수력 발전 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 로터의 회전축으로부터 상기 로터의 반경 방향으로 상기 블레이드의 최외곽 단부까지의 거리를 상기 로터의 외경이라 하고, 상기 로터의 회전축으로 부터 상기 로터의 반경 방향으로 상기 블레이드의 최내곽 단부까지의 거리를 상기 로터의 내경이라 하였을 때, 상기 로터의 외경에 대한 내경의 비인 내외경비가 0.72 이상 0.86 이하인, 도립형 소형 수력 발전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200455277Y1 (ko) * 2011-05-23 2011-08-29 서원조 수관용 발전기
JP2016079892A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 独立行政法人国立高等専門学校機構 クロスフロー型発電装置

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