KR20240044693A - 초소수력 자가 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 상에 흐르는 유체를 이용한 초소수력 자가 발전 시스템에 있어서, 일측 배관과 타측 배관 사이에 결합되어 상기 일측 배관으로부터 유체가 유입됨에 따라 상기 유체의 토출압을 높여 수차를 회전시키며, 상기 유체를 상기 타측 배관에 배출하는 연결 장치와, 상기 수차와 연결되어 상기 수차의 회전에 따라 발전하는 발전기와, 상기 발전기의 발전에 의해 생성된 전력이 저장되는 에너지 저장 장치를 포함하는 초소수력 자가 발전 시스템을 제공할 수 있다.

Description

초소수력 자가 발전 시스템{Microhydraulic self-power generation system}

본 발명은 수력 기반의 자가 발전 시스템에 관한 것이다.

수소력발전(small hydro power)은 설비 용량이 15,000 ㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 보통 3,000㎾ 미만을 소수력 발전으로 부르고 있다. 소수력 발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리면에서는 차이가 없으나 대규모 수력발전이 환경에 부정적 영향을 미치는 점을 생각한다면 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다.

소수력 발전은 공해가 없는 청정 에너지로서 국내에도 15MW 정도의 부존량이 확인되어 있으며, 다른 재생가능한 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존 자원으로 평가되어 구미 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있다.

또한, 소수력 발전은 다른 에너지원에 비해 CO2 배출량이 적고, 친환경적인 대표적 저탄소 녹색기술로 평가 받고있으며, 국내 신재생에너지 중 단위 용량당 에너지생산량이 가장 높은 에너지원으로 적용 요소 기술의 역사가 길고, 원자재의 해외의존도가 낮은 검증된 실용에너지다.

최근에는 소수력 발전에 대한 관심과 더불어 초소수력, 초초소수력 발전 시스템에 대한 관심이 증대되고 있다. 이때, 초소수력 발전은 100∼1000kW의 전력을 수력 기반으로 생산하는 것을 의미하며, 초초소수력 발전은 5∼100kW의 전력을 수력 기반으로 생산하는 것을 의미한다.

이러한 초소수력 및 초초소수력 발전의 경우 물이 흐르는 유로가 형성된 장치 등에서 전력 생산이 용이한 장점이 있으나, 설비 투자 대비 효율을 극대화시키기 위한 연구가 진행 중에 있다.

한국등록특허 제10-1369522호(2014.02.25.등록.)

본 발명은 배관 상에 설치되어 배관 상에 흐르는 유체의 토출압을 높여 수차를 회전시키며, 회전에 따른 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 초소수력 자가 발전 시스템을 제공한다.

상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 초소수력 자가 발전 시스템은 배관 상에 흐르는 유체를 이용한 초소수력 자가 발전 시스템에 있어서, 일측 배관과 타측 배관 사이에 결합되어 상기 일측 배관으로부터 유체가 유입됨에 따라 상기 유체의 토출압을 높여 수차를 회전시키며, 상기 유체를 상기 타측 배관에 배출하는 연결 장치와, 상기 수차와 연결되어 상기 수차의 회전에 따라 발전하는 발전기와, 상기 발전기의 발전에 의해 생성된 전력이 저장되는 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연결 장치는 상기 유입구의 후단에 설치되어 상기 유입구를 통해 유입된 유체의 토출압을 증가시켜 배출하는 적어도 하나 이상의 배출용 홀을 구비하는 토출압 증가용 프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수차는 복수의 브레이드로 구성되고, 상기 배출용 홀은 상기 복수의 브레이드 중 적어도 하나 이상의 브레이드에 상기 유체가 배출되도록 상기 토출용 증가용 프레임에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배출용 홀은 상기 수차의 종류에 의거하여 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수차의 종류는 상기 연결 장치가 설치된 장소에 따라 펠톤 수차, 프란시스 수차, 프로펠러 수차 및 다중나선형 구조의 수차 중 어느 하나일 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 배관 상에 설치되어 배관 상에 흐르는 유체의 토출압을 높여 수차를 회전시키며, 회전에 따른 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 초소수력 자가 발전 시스템을 제공함으로써, 전력 생산 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초소수력 자가 발전 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소수력 자가 발전 시스템의 연결 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토출압 증가용 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이여서는 안 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 초소수력 자가 발전 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초소수력 자가 발전 시스템의 구조를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초소수력 자가 발전 시스템의 연결 장치의 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 토출압 증가용 프레임의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 초소수력 자가 발전 시스템은 배관(100)에 결합되어 일측 배관(100)에서 공급되는 유체가 유입구를 통해 유입됨에 따라 유입된 유체의 토출압을 높여 수차(230)를 회전시킴과 더불어 타측 배관(100)으로 배출하는 연결 장치(200), 연결 장치(200) 내부에 형성된 수차(230)와 연결되어 수차(230)의 회전에 따라 발전하는 발전기(250) 및 발전기(250)에서 발전된 전력이 저장되는 에너지 저장 장치(260) 등으로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연결 장치(200)는 일측 및 타측 배관(100)의 일단에 삽입되어 결합되거나 일측 및 타측 배관(100)에 클램프로 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연결 장치(200)는 유입구(210)를 통해 일측 배관(100)으로부터 유체가 유입됨에 따라 토출압 증가용 프레임(220)을 통해 수차(230)에 공급되어 수차(230)를 회전시킬 수 있다.

이때, 토출압 증가용 프레임(220)는 연결 장치(200)의 내부에 삽입되어 결합되며, 복수의 배출용 홀(222)을 구비할 수 있다.

복수의 배출용 홀(222)은 삼각형, 사각형 등과 같이 다양한 형상을 가질 수 있다. 특히, 바람직하게는 복수의 배출용 홀(222)은 삼각형 형상을 가질 수 있으며, 유입구(210)를 통해 유입된 유체의 토출압을 증가시켜 수차(230)에 제공할 수 있다.

특히, 연결 장치(200)가 원통형 형상일 경우 본 발명의 실시예에서 토출압 증가용 프레임(220)은 원통형 형상의 연결 장치(200)의 내부에 삽입되어 결합될 수 있는 소정의 두께를 갖는 원형상일 수 있다. 이 경우, 배출용 홀(222)은 원호의 인근에 적어도 하나 이상 형성될 수 있는데, 바람직하게는 수차(230)의 브레이드에 대응되는 부분에 대응되는 토출압 증가용 프레임(220) 부분에 삼각형 형상의 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배출용 홀(222)은 수차(230)의 종류에 의거하여 결정될 수 있다.

또한, 수차(230)는 연결 장치(200)가 설치된 장소의 환경(예컨대 배관의 경사도)에 따라 펠톤 수차, 프란시스 수차, 프로펠러 수차 및 다중나선형 구조의 수차 중 어느 하나일 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서, 유체는 일측 배관(100) 상에 설치되는 펌프(미도시됨)의 동작에 따라 유입될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 초소수력 자가 발전 시스템의 동작 과정에 설명하면 아래와 같다.

먼저, 펌프에 의해 일측 배관(100)으로 유체가 유입됨에 따라 일측 배관(100)을 통해 연결 장치(200)의 유입구(210)에 유체가 유입된다.

유입구(210)를 통해 유입된 유체는 토출압 증가용 프레임(220)의 배출용 홀(222)을 통해 수차(230)에 제공할 수 있다. 유체는 토출압 증가용 프레임(220)에 형성된 배출용 홀(222)을 통해 토출압이 증가되어 수차(230)에 제공되어 수차(230)를 회전시킬 수 있다.

수차(230)의 회전에 따라 발전기(250)는 발전하게 되고, 이러한 발전에 의해 생산되는 전력은 에너지 저장 장치(260)에 저장될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 배관
200 : 연결 장치
210 : 유입구
220 : 토출압 증가용 프레임
222 : 배출용 홀
230 : 수차
250 : 발전기
260 : 에너지 저장 장치

Claims (5)

1. 배관 상에 흐르는 유체를 이용한 초소수력 자가 발전 시스템에 있어서,
   일측 배관과 타측 배관 사이에 결합되어 상기 일측 배관으로부터 유체가 유입됨에 따라 상기 유체의 토출압을 높여 수차를 회전시키며, 상기 유체를 상기 타측 배관에 배출하는 연결 장치와,
   상기 수차와 연결되어 상기 수차의 회전에 따라 발전하는 발전기와,
   상기 발전기의 발전에 의해 생성된 전력이 저장되는 에너지 저장 장치를 포함하는 초소수력 자가 발전 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연결 장치는,
   상기 유입구의 후단에 설치되어 상기 유입구를 통해 유입된 유체의 토출압을 증가시켜 배출하는 적어도 하나 이상의 배출용 홀을 구비하는 토출압 증가용 프레임을 포함하는 초소수력 자가 발전 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 수차는 복수의 브레이드로 구성되고,
   상기 배출용 홀은,
   상기 복수의 브레이드 중 적어도 하나 이상의 브레이드에 상기 유체가 배출도록 상기 토출용 증가용 프레임에 형성되는 초소수력 자가 발전 시스템.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 배출용 홀은,
   상기 수차의 종류에 의거하여 결정되는 초소수력 자가 발전 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 수차의 종류는 상기 연결 장치가 설치된 장소에 따라 펠톤 수차, 프란시스 수차, 프로펠러 수차 및 다중나선형 구조의 수차 중 어느 하나인 초소수력 자가 발전 시스템.