KR20230151253A - 수력발전기 - Google Patents

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KR20230151253A
KR20230151253A KR1020220050701A KR20220050701A KR20230151253A KR 20230151253 A KR20230151253 A KR 20230151253A KR 1020220050701 A KR1020220050701 A KR 1020220050701A KR 20220050701 A KR20220050701 A KR 20220050701A KR 20230151253 A KR20230151253 A KR 20230151253A
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Abstract

하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치하고 하류물탱크와 상류물탱크를 회전관으로 연결하고 상부회전물탱크 끝단에는 모터를 연결하고 회전물공급관 겉표면에는 진공관겸 안전관으로 구성하고 상류물탱크 외부 일측과 발판에 지지대를 설치하고 상류물탱크 내 상부에는 칸막이를 구성하고 상류물탱크내 상부에는 제1진공실과 제2진공실을 마련하고 상류물탱크 외부 일측에는 공기배출관과 진공펌프를 설치하고 상류물탱크와 하류물탱크 발전기와 밸브가 장착된 물공급관으로 구성된 것에 특징이 있다.

Description

수력발전기{omitted}
본 발명은 기존의 물을 지속적으로 재활용할 수 있는 수력발전장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 에너지효율을 극대화할 수 있고 장치가 간단하여 설치가 용이하면 유지비용이 절약될뿐 아니라 물을 소비하지 않고 지속적으로 재사용할 수 있는 친환경적인 수력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 수력발전은 개울물이나 공장에서 나온 폐수를 이용한 소수력발전이 있고 상류저수지와 하류저수지 두 개를 건설해놓고 비교적 전력사용요금이 저렴한 심야전력을 이용하여 하류저수지내 물을 상류저수지로 공급해 놓았다가 전력사용이 증가한 주간이나 또는 하절기나 동절기 전력사용이 가장 많은 전력 사용 피크시간 때 일명 블랙아웃(정전)을 막기 위한 수단으로 상류저수지 내 물을 하류저수지내로 낙하시켜 전력을 생산하는 양수펌프 발전이 있고 강물을 막아 댐을 설치하여 수력발전을 한 댐수력발전이 있으며 자연의 바람을 이용한 풍력발전이 있고 원자핵 반응을 이용한 원자력발전이 있으며 석유, 석탄, 가스를 이용한 화력발전이 있다.
물레방아 소수력발전을 살펴보면 날개가 수직으로 회전하기 때문에 물의 낙차거리가 짧아 에너지효율이 떨어지며, 양수펌프발전은 다량의 물을 저장해야하는 문제점이 있고 댐수력발전은 물의 흐름을 막아 자연을 훼손하며, 원자력발전은 핵폐기물을 발생시켜 핵폐기물을 처리해야 할 문제점을 안겨주고 있으며, 화력발전은 미세먼지를 발생시키거나 아황산가스나 이산화탄소 CO2를 발생시켜 지구온난화 문제를 증가시키고 있는 등 해결하고자 하는 과제들이 산재해 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 물공급관을 회전하게 설계하여 양수펌프를 사용하지 않거나 일부만 작동시켜 물의 원심력을 이용하거나 싸이폰원리를 이용하여 소량의 에너지로 물의 에너지를 흡입하여 하부탱크내 물을 상부 탱크내로 물을 공급할 수 있는 해결방법을 제시하는 것에 의해 달성된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 물공급관 자체를 회전시켜 물의 원심력으로 관내벽에 달라붙은 현상이 발생하게 하여 물의 수압을 최대한 감소시켜 하부물탱크내 물을 상부물탱크내로 공급할 수 있으며, 물을 펌프내 인페라로 밀어올리지 않고 싸이폰원리를 이용 흡입하여 소량 일부만 펌프를 이용하여 수력발전기를 가동할 수 있으며, 물을 소비하지 않고 지속적으로 계속 반복하여 재사용할 수 있는 친환경적인 발명이다.
도1은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 개략도
도2는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 개략도
도3은 본 발명의 제3실시예를 나타낸 개략도
도4 및 도5는 본 발명의 제4실시예를 나타낸 개략도
도1은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 것으로서, 그 구성 및 그에 따른 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다. 발판(50)위에 하류물탱크(11)를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크(10)를 설치하고 하류물탱크(11)와 상류물탱크(10)를 회전물공급관(13)으로 연결하고 상부 회전물공급관 끝단에는 모터(12)를 연결하고 회전물공급관(13) 겉표면에는 안전관(33)이나 진공관(52)으로 활용하고 회전물공급관(13)과 진공관(52) 사이에는 회전지지대(34)를 장착하고 상류물탱크(10) 외부일측과 발판(50)을 지지대(기둥)(21)을 설치하고 상류물탱크(10)내 상부에는 칸막이(31)(32)를 구성하여 제1진공실(47)과 제2진공실(48)를 마련하고 상류물탱크(10) 외부일측에는 밸브(22)가 부착된 공기배출관(37)과 진공펌프(30)를 설치하고 수위감지센서(27)와 공기공급통(28)을 설치하고 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11)를 발전기(14)와 밸브(22)가 장착된 물공급관(15)으로 연결하고 하류물탱크(11) 상부 일측에는 공기공급통(28과) 볼탑밸브(24)를 설치하고 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11) 외부 일측에는 펌프(23)를 포함하여 물공급관(17)으로 구성되어 있다. 이와같이 구성된 본 발명의 제1실시예의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11)내에 설정양의 물이 채워진 상태에서 진공펌프(30)를 가동하여 공기배출관(37)을 통해 제1진공실(47)과 제2진공실(48)이 완전 진공상태가 된 시점에서 모터(12)에 전력을 공급하면, 모터(12)에 의한 회전력이 물공급관(13)에 전달되어 수직으로 회전하기 시작한다. 물공급관(13)이 회전하여 관내에 있는 물은 원심력이 발생하여 관내 벽면에 달라붙은 현상이 발생하여 수압이 감소되어 하류물탱크(11) 수압보다 낮은 수압이 발생하게 되므로 회전물공급관(13) 내에 있는 물은 어쩔 수 없이 떠밀려서 토출관(20)을 통해 제1진공실(47)내로 공급되어 바닥내 칸막이(31)(32) 화살표방향 빈공간을 순환하여 물공급관(15)을 통해 발전기(14)에 공급되어 전력을 생산하게 되는 것이다. 소정의 시간이 경과되고 상류물탱크(10)내 물이 공기공급통(28)을 통해 증발되어 설정양의 물이 수위감지센서(27)에 감지되면 펌프(23)가 작동되어 물공급관(17)을 통해 공급되는 것이다. 예를 들어 하류물탱크(11)내 물 높이가 약 50m라고 하면 약 5K의 수압이 발생한다. 회전물공급관(13) 길이가 약 100m라고 하면 약 10K의 수압이 발생한다.
그러나 관(13)내 빈공간이나 상류물탱크(10) 빈공간을 진공펌프(30)를 가동하여 공기배출관(37)을 통해 공기를 다 제거하고 진공상태를 유지하고 회전관(13)에 모터(12)의 회전력을 전달하면 공기저항없이 원활하게 회전하여 관내 물은 원심력이 발생하여 관내벽면에 달라붙은 현상이 발생하고 또한 토출구(20) 주위가 대기압력을 완전차단한 진공상태를 유지하므로서 예측수압 약 1K의 수압으로 감소하므로 양정 약 20m 높이까지 퍼올릴 수 있는 펌프모터를 사용해도 약 100m 높이까지 올릴 수 있는 효과를 볼 수 있는 것이다. 통상에서는 인페라를 회전시켜 물을 퍼 올린다. 인페라로 물을 밀어올리기 때문에 과부하가 발생하여 전력소모가 많이 발생하게 되는 것이다. 그러나 본 발명은 펌프를 사용하지 않고 물공급관(13) 본체를 회전시키기 때문에 더 많은 양의 물을 공급하여도 경부하가 발생하면서 물공급효율을 높일 수 있는 것이다. 상기와 같이 본 발명은 길이가 긴 관을 회전시키기 때문에 떨림현상이 발생하기 때문에 회전관(13)과 진공관(52) 사이에 회전하는 지지대(34)를 장착하는 것이 바람직하다.
도2는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로서 하류물탱크(11) 외부측면에 안전관(33)과 회전지지대(34)가 포함된 회전물공급관(13)을 베어링이 포함된 회전축(38)에 연결하고 회전관 하부에는 체크밸브(25)와 밸브(22)가 장착된 회전축(38)과 하류물탱크(11) 하부 측면에 연결하고 상부회전축(38) 일측에는 감속기어(35)와 모터(12)를 장착하고 회전축(38) 타측에는 밸브(22)가 부착된 물공급관(17)을 상류물탱크(10A) 상부에 구부러진 형태로 연결하고 상부물탱크(10A) 내에는 펌프(23)와 밸브(22)가 부착된 물공급관(17)을 설치하고 상류물탱크(10)내에는 토출관(20)과 칸막이(31)를 설치하여 진공실(47)를 마련하고 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11)를 발전기(14)와 밸브(22)가 부착된 물공급관(15)을 연결하고 상류물탱크(10) 측면과 하류물탱크(11) 측면을 펌프(23)가 장착된 물공급관(17)을 연결하고 하류물탱크 내 측면에는 물을 보충할 수 있는 볼탑밸브(24)를 설치하고 상류물탱크(10A) 외부 하부 일측에는 물흡입관(30을 밸브(22)와 연결하고 상류물탱크(10) 상부, 외부 일측에는 공기공급통(28)과 수위감지센서(27)로 구성되어 있고 하류물탱크(11) 상부, 외부 일측에는 공기공급통(28)으로 이루어져 있다.
이와같이 구성된 본 발명의 제2실시예를 더욱더 상세히 설명하면, 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11) 및 회전공급관(13) 물공급관(17) 물흡입관(39) 등에 적정량의 물을 채워주고 진공실(47)은 진공펌프(30)를 가동하여 공기배출관(37)을 통해 완전 진공상태를 만들어주고 모터(12) 및 펌프(23)를 가동한 다음 밸브(22)를 개방하면 하류물탱크(11) 물공급관(16)을 통해 회전관(13)을 순환하여 물공급관(17)을 통해 토출관(20)으로 배출되는 것이다. 이때 물공급관(15) 밸브(22)를 개방하면 발전기(14)에 강력한 물살이 공급되어 전력을 생산하게 되는 것이다. 감속기어(35)를 통해 회전관(13)이 약 600~800rpm으로 감속회전하면서 회전력은 증가한다. 또한 관이 회전함으로서 물의 수압이 분산되어 하류물탱크(11)내 물은 대기압력에 의해 강한 물살이 배관(16)을 통해 회전관(13)으로 공급되어 회전관(13)내 물은 상대적으로 약하게 작용하게 되고, 펌프(23)의 작동에 의해 하류물탱크(11)내 물을 보다 쉽게 진공물탱크(47)내로 공급할 수 있는 것이다. 또한 흡입관(39)이 하류물탱크내 물을 흡입(빨아당가니는 힘)하는 형태를 유지하고 있기 때문에 펌프(23)의 작은 에너지를 이용하면서도 다량의 물을 흡입할 수 있는 것이다. 통상적으로는 펌프내 인페라를 회전시켜 물을 밀어올리지만 본 발명은 펌프(23)로 흡입하여 상류물탱크(10)내로 공급하는 것이다. 또한 물이 토출되는 입구를 진공상태를 만들어 대기압을 완전 봉쇄함으로서 하류물탱크(11)내 물을 원활하게 끌어올릴 수 있는 것이다. 예컨대 양수펌프(23)의 양정이 약 10m 높이까지 물을 밀어올릴 수 있는 펌프를 가동하여 약 100m 높이까지 빨아당길 수 있는 것이다. 예를들어 하류물탱크(11)내 물 수위가 약 100m라고 하면 물공급관(16)내 물은 약 10K의 수압이 발생하는 것이다. 반면에 회전물공급관(13)의 길이는 약 200m라고 하면 약 2K의 수압이 발생하거나 아예 제로(0)가 될 수도 있다. 왜냐하면 본 발명의 제2실시예는 싸이폰의 원리를 이용해서 물을 빨아당기는 힘이 존재하고 있고 물토출관(20)을 대기압의 압력을 진공상태를 만들어 완전차단했기 때문이다. 그리고 하류물탱크(11) 바닥면에서부터 물입입관(39) 길이를 약 50m까지 설치할 경우, 약 5K의 수압이 증가하여 약 15K의 수압이 발생하게 되는 셈이다. 왜냐하면 물은 항상 높은곳에서 낮은곳으로 흐르는 성질이 있기 때문이다. 물흡입관(39) 끝단 밸브(22)를 개방하지 않아도 흡수하는 형태를 항상 갖추고 있는 것이다. 회전물탱크(13)를 회전시키면 물이 원심력이 발생하여 관내 벽면으로 달라붙은 현상이 일어나 물의 수압이 감소하여 양수펌프(23)가 물을 흡입하기가 원활해지므로 에너지효율을 높일 수 있는 것이다. 이와같이 발전기를 가동하고 소정의 시간이 경과되어 상류물탱크(10)내 물이 공기공급통(28)을 통해 물이 증발하면 수위감지센서(27)에 의해 설정수위가 감지되면 펌프(23)가 작동되어 물공급관(17)을 통해 하류물탱크(11)내 물이 공급되는 것이다. 하류물탱크(11)내 물은 볼탑밸브(24)를 통해 수돗물, 바닷물, 강물, 지하수 등이 공급되는 것이다. 전력을 생산할 시는 반드시 공기공급통(28)을 통해 공기가 공급되어야 한다. 이와같이 본 발명은 물은 소비하지 않고 지속적으로 반복하여 재사용함으로서, 에너지고갈이 없는 친환경적인 발명인 것이다.
도3은 본 발명의 제2실시예와 유사한 제3실시예를 나타낸 것으로서 간략하게 설명하면, 하류물탱크(11) 측면에 밸브(22)와 체크밸브(25)를 포함하여 물공급관(16)을 물공급관(17)에 연결해서 상류물탱크(10A)에 연결하고 상류물탱크 토출관(20)을 양수펌프(23)와 밸브(22)를 포함하여 토출관(20)을 진공실(47)내에 설치하고 물흡입관(39)을 상류물탱크(10A) 하부에 물흡입관(39)을 하류물탱크(11) 하부로부터 길게 연장하여 설치하였으며 그 외 구성은 본 발명의 제2실시예와 유사하게 구성되어 있다. 이와같이 구성된 본 발명의 제3실시예의 작용효과를 간략하게 설명하면, 적정량의 물이 채워진 상태에서 펌프(23)를 가동하고 공기통로(28) 뚜껑(36)을 열고 밸브(28)를 개방하고 하류물탱크(11) 하부 측면에 밸브(22)를 개방하면 물공급관(16)(17)을 통해 물토출관(20)으로 토출된다. 이때 물공급관(15) 밸브(22)를 개방하면 발전기(14)에 강력한 수압이 전달되어 전력을 생산하게 되는 것이다. 이와같이 본 발명은 기존의 물을 계속 재사용하기 때문에 하류물탱크(11)에서 물공급하는 양과 상류물탱크(11)에서 하류물탱크(10)로 공급하는 양이 항상 일치해야한다. 예를들어 토출관(20)을 통해 초당 10톤씩 토출된다고 하면, 발전기(14)에 공급되는 물도 반드시 초당 10톤씩 공급되어야 한다. 물흡입관(39)은 물을 빨아당기는 형태만 갑추고 있으며, 절대밸브(22)를 통해 배출해서는 안되거나 배출할 수도 있다. 상기와 같이 본 발명은 지속적으로 계속 반복하여 재사용이 가능하기 때문에 다량의 물이 필요하지 않기 때문에 발전기 설치장소에 대한 구애를 전혀 받지 않고 공해가 전혀 발생하지 않기 때문에 인구밀도가 높은 도시 한복판에서도 발전을 할 수 있는 친환경적인 발명인 것이다.
도4 및 도5는 본 발명의 지4실시예를 나타낸 것으로 2021.04.01. 출원번호10-2021-0042608호로 선출원한 바 있으므로 간락하게 설명하면 다음과 같다. 바다, 호수, 강, 저수지(42)등 기존 물위에 배 형태를 갖춘 부유장치(41)를 띄우고 부유장치 내에는 펌프(23)를 설치하고 펌프 일측에는 회전물공급관(13)겸 회전축(38)을 수평회전물공급관(13A)에 연결하고 수평회전물공급관(13A) 일측과 타측에는 수 개의 토출관(20)과 수개의 날개(터빈)(43)를 각각 장착하고 회전축(38) 주변에는 증속기어(40)를 발전기(14)와 연결하여 구성된 것이다. 이와같이 구성된 본 발명의 제4실시예에 의한 작용효과를 간략하게 설명하면, 펌프(23)에 전원을 공급하면 흡입관(39)을 통해 물이 회전축(38)겸 회전물공급관(13) 내를 순환하여 수평회전물공급관(13A) 내를 순환하여 다수의 토출관(20)을 통해 강력한 물살이 날개(터빈)(43)를 밀어주면 그 회전력이 수직회전물공급관(13)에 전달되어 회전하고 그 회전력이 증속기어(40)에 전달되고 증속기어 회전력이 발전기(14)에 전달되어 전력을 생산하게 되는 것이다. 이와같이 물저장탱크를 별도로 만들지않고 바다, 강, 호수, 저수지(42) 등을 활용함으로서 수력발전기 건설비용을 절감할 수 있으며 저수지내에 설치할 경우 특히 벼농사철에 물을 많이 사용할 경우 저수지내 수위에 맞추어 배 형태의 부유장치(41)가 자동으로 내려가고 수위가 높아지면 자동으로 올라가기 때문에 수력발전은 하는데도 아무런 지장이 없는 것이다. 통상의 양수펌프발전은 심야전력을 이용하여 하류저수지내 물을 상류저수지내로 퍼올려 높았다가 전력사용이 증가한 하절기나 동절기에 상류저수지내 물을 하류저수지내 발전기에 공급하여 전력을 생산함으로 수력발전소 건설비용이 많이 소요된다.
이와같이 본 발명의 제4실시예는 물이 관내를 순환하여 날개(터빈)(43)를 따라다니면서 물을 공급하기 때문에 발전기 자체의 무게를 초경량화하여 제작할 수 있으므로 발전효율을 높일 수 있으며 펌프(23)를 가동함과 동시에 발전기 터빈(43)에 물을 즉시 공급하므로 에너지효율을 높일 수 있는 것이다. 도5는 물탱크(11)내에 발전기와 펌프를 설치하여 전력을 생산할 수 있으며, 그 밖에 작용효과는 도4와 대등하게 작용하며 발전을 하는 과정에서 전혀 공해가 발생하지 않기 때문에 친환경적인 유익한 발명인 것이다.
10. 상류물탱크 11. 하류물탱크 12. 모터 13. 회전물공급관
14. 발전기 15,16,17. 물공급관 20. 토출관
21. 지지대 22. 밸브 23. 펌프 24. 볼탑밸브
25. 채크밸브 27. 수위감지센서 28. 공기공급통
29. 바닥층 30. 진공펌프 31.32. 칸막이
34. 회전지지대 35. 감속기어 36. 뚜껑 37. 공기배출관
38. 회전축 39. 흡입관 40. 증속기어
41. 부유장치 42. 바다,호수,저수지 43. 날개(터빈)
45. 발판 46. 고무바킹 47. 제1진공실
48. 제2진공실 50. 발판 52. 진공관

Claims (10)

  1. 발판(50)위에 하류물탱크(11)를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크(10)를 설치하고 하류물탱크(11)와 상류물탱크(10)를 회전물공급관(13)으로 연결하고 상부회전물탱크 끝단에는 모터(12)를 연결하고 회전물공급관(13) 겉표면에는 진공관(52)으로 구성하고 회전물공급관(13)과 진공관(52) 사이에는 회전지지대(34)를 장착하고 상류물탱크(10)외부 일측과 발판(50)에 지지대(기둥)(21)를 설치하고 상류물탱크(10)내 상부에는 칸막이(31)(32)를 구성하고 상류물탱크(10)내 상부에는 제1진공실(47)과 제2진공실(48)을 마련하고 상류물탱크(10) 외부 일측에는 밸브(22)가 부착된 공기배출관(37)과 진공펌프(30)를 설치하고 상류물탱크(10)와 하류물탱크(11)를 발전기(14)와 밸브(22)가 장착된 물공급관(15)으로 구성된 것을 특징으로 하는 수력발전기
  2. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 진공관(52) 내부에 회전물공급관(13)을 장착해서 제1진공실(47)에 연결하여 설치한 것을 특징으로 하는 수력발전기
  3. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 회전물공급관(13)과 진공관(52) 사이에 회전지지대(34)를 장착한 것을 특징으로 하는 수력발전기
  4. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 하류물탱크(11) 하부, 외부 측면에 수직으로 회전하는 물공급관(13)을 설치한 것을 특징으로 하는 수력발전기
  5. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 제1진공실(47)과 지2진공실(48)을 마련한 것을 특징으로 하는 수력발전기
  6. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 수직회전물공급관(13) 일측에 모터(12)와 감속기어(35)를 설치하여 수직회전물공급관(13)의 회전속도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 수력발전기
  7. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 진공실(47) 내부에 토출관(20)을 장착하여 대기압력을 차단할 수 있는 것으로 특징으로 하는 수력발전기
  8. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 하류물탱크(11)내 물을 물흡입관(39)이 빨아당기는 기능을 갖추개해서 상류물탱크(10)내 양수펌프(23)가 보다 쉽게 물을 빨아당겨서 진공실 물탱크(47) 내부에 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 수력발전기
  9. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 하류물탱크(11) 하부 일측으로 물흡입관(39)이 길게 연장되게 설치한 것을 특징으로 하는 수력발전기
  10. 제1항에 있어서
    발판위에 하류물탱크를 설치하고 하류물탱크 일측에는 상류물탱크를 설치한데 있어서 부유장치(41) 내부에 양수펌프(23)와 흡입관(39)을 장착하고 수평회전물공급관(13A) 일측에 수개의 물토출관(20)과 수개의 날개(터빈)(43)를 설치한 것을 특징으로 하는 수력발전기
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