KR20240064954A - Small hydro power generation device using a water wheel - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 물이 유입되는 유입관과 상기 유입관을 통해 유입된 물에 의해 회전되는 수차와 상기 수차에 직렬로 축결합되는 회전자의 회전에 의하여 기전력이 발생되어 전기 에너지를 발생하는 발전기와 상기 발전기를 감싸도록 형성되어 상기 발전기의 하중을 분산하고, 상기 발전기의 구동에 의한 진동을 흡수하는 발전기 하우징과 상기 발전기에 연결되어 상기 회전자의 회전속도가 기설정된 범위를 벗어나지 않게하는 전기 변환모듈과 상기 발전기에 연결되어, 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력 및 온도를 측정하는 측정모듈 및 상기 측정모듈에서 측정한 측정 결과에 따라 상기 전기 변환모듈를 제어하는 제어모듈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 발전기의 내부에 물이 침입하지 않도록 밀봉 처리를 하고, 유입되는 물의 유량이 일정하지 못한 경우에도, 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention includes an inlet pipe through which water flows, a water wheel rotated by water flowing in through the inlet pipe, and a generator that generates electrical energy by generating electromotive force by the rotation of a rotor axially coupled to the water wheel in series. A generator housing formed to surround the generator to distribute the load of the generator and absorb vibration caused by driving the generator, and an electrical conversion module connected to the generator to prevent the rotation speed of the rotor from exceeding a preset range. and a measurement module connected to the generator to measure the pressure and temperature acting on the generator according to the flow rate of the introduced water, and a control module to control the electrical conversion module according to the measurement results measured by the measurement module. Do it as
According to the present invention, the purpose is to seal the inside of the generator to prevent water from entering and to enable continuous and stable power production even when the flow rate of incoming water is not constant.
Description
본 발명은 수차를 이용한 소수력발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유입되는 유량이 일정하지 못한 경우에도 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능한 수차를 이용한 소수력발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a small hydro power generation device using a water turbine, and more specifically, to a small hydro power generation device using a water wheel that can continuously and stably produce power even when the inflow rate is not constant.
일반적으로 물을 이용하여 전기를 발전하는 분야는 댐에 저장된 물이 갖는 위치 에너지를 이용하는데 치중하였으나, 물의 위치 에너지를 확보하기 위한 자연의 입지가 제한되어 있고, 댐의 건설로 인한 환경오염의 문제가 부각되어 수력 에너지를 확보하기가 어려운 점이 있어, 10,000kW 이하의 소규모 발전을 통하여 수력 에너지를 확보하는 소수력 발전(小水力 發電, Small hydro)이 점차 주목받고 있다.In general, the field of generating electricity using water has focused on using the potential energy of water stored in dams, but natural locations to secure the potential energy of water are limited, and the problem of environmental pollution due to the construction of dams As it is difficult to secure hydroelectric energy, small hydro power generation, which secures hydroelectric energy through small-scale power generation of less than 10,000 kW, is gradually attracting attention.
최근에는 산간 및 하천 지역의 댐에 저장된 물을 이용할 뿐만 아니라, 육상 양식장, 생할 하수, 생활 폐수 및 산업 폐수 처리장, 저수지, 보의 배수로 등 500kW 이하의 소규모 발전을 통하여 수력 에너지를 확보하는 초소수력 발전(Microhydro) 역시 등장하여 주목받고 있다.Recently, ultra-small hydropower generation is used to secure hydroelectric energy through small-scale power generation of less than 500 kW, such as by using water stored in dams in mountainous and river areas, as well as through land-based fish farms, raw sewage, domestic wastewater and industrial wastewater treatment plants, reservoirs, and dam drains. (Microhydro) has also appeared and is attracting attention.
구체적으로, 육상에 설치되고 해수를 저장하여 어패류를 양식하는 육상 양식장의 경우, 해수를 저장하여 어패류를 양식하도록 하는 수조가 설치되고, 수조는 육상에 설치됨으로써 바다의 해수면보다는 높은 곳에 위치되며, 수조에 저장된 해수를 바다로 배출하는 경우에 중력으로 인해, 해수가 위치에너지 및 운동에너지를 갖게 됨으로써, 배출되는 해수는 수차를 회전시킬 수 있게 되고, 수차의 회전에 의해 소수력 발전 시설에서 전력을 발생할 수 있게 되는 것이다.Specifically, in the case of a land-based aquaculture farm that is installed on land and stores seawater to cultivate fish and shellfish, a water tank is installed to store seawater to cultivate fish and shellfish, and the water tank is installed on land and is located higher than the sea level of the sea. When the seawater stored in the water is discharged into the sea, the seawater has potential energy and kinetic energy due to gravity, so the discharged seawater can rotate the water wheel, and the rotation of the water wheel can generate power in a small hydro power plant. It will exist.
이때, 방출되는 해수를 이용하여 전력을 발생하는 소수력 발전기술은 방출되는 해수를 난류 상태에서 층류 상태로 변환하고, 층류 상태의 해수를 이용하여 수차를 회전시키며, 수차에 연결된 소수력 발전기의 회전자가 수차와 함께 회전하며, 전력을 발생하게 된다.At this time, small hydro power generation technology that generates power using released seawater converts the released seawater from a turbulent state to a laminar flow state, uses the seawater in the laminar flow state to rotate a water wheel, and the rotor of the small hydro generator connected to the water wheel rotates the water wheel. It rotates together and generates power.
이러한 층류 상태의 해수는 흐름이 일정하여, 방출되는 양에 따라 수압과 유속이 결정되어, 일정한 양의 해수가 방출되는 것이 전력을 발생하기에 바람직하나, 육상 양식장의 경우, 현실적으로 일정한 양의 해수를 지속적으로 방출하기에는 어려움이 있어, 효율적인 전력발생이 불가능하다는 문제가 있다.The flow of seawater in this laminar state is constant, and the water pressure and flow speed are determined by the amount released. It is desirable for a constant amount of seawater to be released to generate electricity, but in the case of land-based aquaculture farms, realistically, a constant amount of seawater is required. There is a problem in that it is difficult to emit electricity continuously, making efficient power generation impossible.
또한, 소수력 발전 시설을 수중에 설치하기 때문에, 수차를 통과하는 물이 발전기의 내부로 유입되어, 발전기의 가동이 중단되거나 발전기에 파손되는 문제가 발생할 수 있어서 이와 같은 문제를 해결하고자 관련 선행기술들이 제안 되었다.In addition, because small hydro power generation facilities are installed underwater, water passing through the water wheel may flow into the inside of the generator, causing problems such as stopping the operation of the generator or causing damage to the generator. Related prior technologies have been developed to solve these problems. It was suggested.
제안된 선행기술의 소수력 발전설비(한국 등록특허 10-1234325호)는 양식장에서 버려지는 물을 이용하여 전력을 생산하여 소수력 발전기의 발전효율을 향상시킬 수 있는 소수력 발전설비에 관한 것으로, 양식장에서 배수되는 방류수의 이물질을 제거하기 위한 침전부와, 침전부에서 배수되는 물이 저수되는 저수부와, 저수부에 저수된 물이 높이차에 의해 흐르도록 저수부에 연결되며 저수부의 물을 바다로 배출시키는 소수력 발전부를 포함한다.The proposed prior art small hydro power plant (Korean Patent No. 10-1234325) relates to a small hydro power plant that can improve the power generation efficiency of small hydro generators by producing electricity using water discarded from fish farms. A sedimentation part to remove foreign substances from the discharged water, a reservoir to store the water drained from the sediment, and a reservoir connected to the reservoir so that the water stored in the reservoir flows according to the height difference, and the water from the reservoir is discharged to the sea. It includes a small hydro power generation unit that discharges discharge.
제안된 선행기술의 경우 배수되는 물을 저수되는 저수부를 구비하고 있지만, 유입되는 유량이 일정하지 못한 경우에 따른 압력차이를 고려하지 않아서 지속적이고 안정적으로 전력을 생산이 제한되는 문제가 있다.In the case of the proposed prior art, there is a water reservoir that stores drained water, but it does not take into account the pressure difference when the inflow rate is not constant, so there is a problem that the continuous and stable production of power is limited.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 유입되는 유량이 일정하지 못한 경우에도 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능한 수차를 이용한 소수력발전 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to provide a small hydro power generation device using a water turbine that can continuously and stably produce power even when the inflow rate is not constant.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 수차를 이용한 소수력발전 장치 물이 유입되는 유입관과 상기 유입관을 통해 유입된 물에 의해 회전되는 수차와 상기 수차에 직렬로 축결합되는 회전자의 회전에 의하여 기전력이 발생되어 전기 에너지를 발생하는 발전기와 상기 발전기를 감싸도록 형성되어 상기 발전기의 하중을 분산하고, 상기 발전기의 구동에 의한 진동을 흡수하는 발전기 하우징과 상기 발전기에 연결되어 상기 회전자의 회전속도가 기설정된 범위를 벗어나지 않게하는 전기 변환모듈과 상기 발전기에 연결되어, 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력 및 온도를 측정하는 측정모듈 및 상기 측정모듈에서 측정된 측정 결과에 따라 상기 전기 변환모듈를 제어하는 제어모듈을 구비한다.In order to achieve the above object, a small hydro power generation device using a water wheel according to the present invention includes an inlet pipe through which water flows, a water wheel rotated by water flowing in through the inlet pipe, and rotation of a rotor axially coupled to the water wheel in series. A generator that generates electrical energy by generating electromotive force, a generator housing that is formed to surround the generator to distribute the load of the generator and absorb vibration caused by driving the generator, and is connected to the generator and is connected to the rotor. An electrical conversion module that ensures that the rotation speed does not deviate from a preset range, a measurement module that is connected to the generator and measures the pressure and temperature acting on the generator according to the flow rate of the introduced water, and a measurement result measured by the measurement module. Accordingly, it is provided with a control module that controls the electrical conversion module.
상기 측정모듈은 상기 발전기에 설치되어 상기 발전기에 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력을 측정하는 압력센서부 및 상기 발전기에 설치되어 상기 발전기의 내부에 온도를 측정하는 온도센서부를 구비한다.The measurement module includes a pressure sensor unit installed in the generator to measure the pressure acting on the generator according to the flow rate of water flowing into the generator, and a temperature sensor unit installed in the generator to measure the temperature inside the generator. .
상기 발전기는 상기 회전자를 지지하여 회전되도록 하는 베어링 및 상기 회전자와 상기 베어링 사이로 물의 침입이 방지되도록, 상기 회전자에 연결되어, 상기 회전자와 함께 회전되며, 상기 회전자의 밀봉을 유지하는 회전밀봉부재를 구비한다.The generator has a bearing that supports the rotor to rotate, and is connected to the rotor to prevent water from entering between the rotor and the bearing, rotates with the rotor, and maintains sealing of the rotor. It is provided with a rotating sealing member.
상기 발전기 하우징은 상기 발전기를 감싸도록 형성된 바디부 및 상기 수차를 통과하는 물의 유속을 향상시켜, 상기 수차의 회전속도가 향상되도록 하기 위해서 상기 바디부에 연결되도록 마련되고, 상기 수차에 인접한 사디 바디부의 일측에 연결되도록 형성되어, 상기 유입된 물의 흐름을 변화시킴으로써, 상기 수차를 향하여 이송되도록 유도하는 가이드 하우징부를 포함하고, 상기 수차를 통과하는 물의 유속을 향상시켜, 상기 수차의 회전속도가 향상되도록 하기 위해, 상기 수차를 통과한 물이 배출되도록 하되, 상기 배출되는 물이 이송되는 과정에서 낙차가 발생되도록 하여, 상기 배출되는 물의 유속이 향상되도록 하는 흡출관을 구비한다.The generator housing is provided to be connected to the body portion formed to surround the generator and the body portion to improve the rotational speed of the water wheel by improving the flow rate of water passing through the water wheel, and the body portion adjacent to the water wheel. It is formed to be connected to one side, and includes a guide housing portion that changes the flow of the introduced water and guides it to be transported toward the water wheel, and improves the flow rate of water passing through the water wheel to improve the rotation speed of the water wheel. To this end, a draft pipe is provided that allows the water that has passed through the water wheel to be discharged, but causes a drop in the process of transporting the discharged water, thereby improving the flow rate of the discharged water.
상기 제어모듈은 상기 회전자의 회전속도가 기 설정된 회전속도를 벗어나지 않도록 상기 측정모듈에서 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력이 증가 할수록 상기 전기 변환모듈을 제어하여 상기 회전자의 회전속도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.The control module controls the electrical conversion module to increase the rotation speed of the rotor as the pressure acting on the generator increases according to the flow rate of water in the measurement module so that the rotation speed of the rotor does not deviate from the preset rotation speed. It is characterized by ordering.
상기 제어모듈은 상기 측정모듈로부터 수신된 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력 및 온도가 기 설정된 압력 및 온도를 초과하여 기 설정된 작동시간을 초과하면 상기 발전기의 가동을 중지시키는 것을 것을 특징으로 한다.The control module stops operation of the generator when the pressure and temperature acting on the generator exceed the preset pressure and temperature and exceed the preset operating time according to the flow rate of the introduced water received from the measurement module. It is characterized by
본 발명의 수차를 이용한 소수력발전 장치는 발전기의 내부에 물이 침입하지 않도록 밀봉 처리를 하고, 유입되는 물의 유량이 일정하지 못한 경우에도, 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 수차를 통과하는 물의 유속이 향상되도록 하여, 전력 발생의 효율이 증가한다는 장점이 있다.The small hydroelectric power generation device using the water turbine of the present invention is sealed to prevent water from entering the generator, and can enable continuous and stable power production even when the flow rate of incoming water is not constant. Additionally, there is an advantage in that the flow rate of water passing through the water wheel is improved, thereby increasing the efficiency of power generation.
도 1는 본 발명에 수차를 이용한 소수력발전 장치의 일 실시예의 따른 사시도이고,
도 2는 도 1의 측단면도이고,
도 3은 도 1의 블록도이고,
도 4는 도 1의 측단면도이다.Figure 1 is a perspective view of an embodiment of a small hydro power generation device using a water turbine according to the present invention,
Figure 2 is a side cross-sectional view of Figure 1,
Figure 3 is a block diagram of Figure 1,
Figure 4 is a side cross-sectional view of Figure 1.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수차를 이용한 소수력발전 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 대하여, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.Hereinafter, a small hydro power generation device using a water turbine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Since the present invention can make various changes and take various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the attached drawings, the dimensions of the structures are enlarged from reality to ensure clarity of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있다는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. No.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)의 일 실시예가 도시되어 있다.1 to 3 show an embodiment of a small hydro
본 발명에 따른 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)는 발전기(400)의 내부에 물이 침입하지 않도록 밀봉 처리를 하여, 유입되는 물의 유량이 일정하지 못한 경우에도, 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능하도록 하고, 수차(200)를 통과하는 물의 유속이 향상되도록 하여, 전력 발생의 효율이 증가되도록 하기 위해 마련된다.The small hydro
본 발명에 따른 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)는 물이 유입되는 유입관(100)과 상기 유입관을 통해 유입된 물에 의해 회전되는 수차(200)와 상기 수차(200)에 직렬로 축결합되는 회전자(410)의 회전에 의하여 기전력이 발생되어 전기 에너지를 발생하는 발전기(400)와 상기 발전기(400)를 감싸도록 형성되어 상기 발전기(400)의 하중을 분산하고, 상기 발전기(400)의 구동에 의한 진동을 흡수하는 발전기 하우징(500)과 상기 발전기(400)에 연결되어 상기 회전자(401)의 회전속도가 기설정된 범위를 벗어나지 않게하는 전기 변환모듈(600)과 상기 발전기(400)에 연결되어, 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기(400)에 작용하는 압력 및 온도를 측정하는 측정모듈(700) 및 상기 측정모듈(700)에서 측정된 측정 결과에 따라 상기 전기 변환모듈(600)를 제어하는 제어모듈(800)를 구비한다.The small hydro
상기 유입관(100)은 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)가 설치된 시설의 수로를 따라 물이 유입되기 위해 마련된다. 일예로 유입관(100)은 해수를 수용하는 수조에서 방출되는 해수가 바다까지 도달하도록 마련되는 육상 양식장과 같은 시설의 수로에 연결되어, 방출된 해수가 유입관(100)을 통해 유입되도록 할 수 있다.The inflow pipe 100 is provided to allow water to flow in along the waterway of the facility where the small hydro
한편, 상기 유입관(100)은 상기 발전기용 하우징(500)과 연결되기 위해, 제1 연결 부재(110)가 구비되어, 유입관(100)으로부터 유입된 물이 수차(200)를 통과하는 과정에서 누수되는 것을 최소화시키고, 유압을 유지시켜 줄 수 있다.Meanwhile, the inlet pipe 100 is provided with a first connection member 110 to be connected to the generator housing 500, and the water flowing in from the inlet pipe 100 passes through the water wheel 200. It can minimize water leakage and maintain hydraulic pressure.
상기 수차(200)는 유입된 물에 의해 회전되어, 운동 에너지를 발생시키기 위해 마련된다. 보다 구체적으로 기술하면 상기 수차(200)는 러너의 각도, 구면, 길이, 넓이, 회전 시에 발생되는 진동 등이 고려되어 제작되는 프란시스 수차(Prancis Turbine)가 적용되는 것이 바람직하나. 이것에 한정하지 않고, 수력발전이 가능한 종래의 수차기술이면 무엇이든 적용가능하다.The water wheel 200 is rotated by introduced water and is provided to generate kinetic energy. To be more specific, it is preferable that the water turbine 200 be a Francis Turbine, which is manufactured taking into account the angle, sphere, length, width, and vibration generated during rotation of the runner. It is not limited to this, and any conventional water turbine technology capable of generating hydroelectric power can be applied.
상기 수차용 하우징(300)은 수차(200)를 보호하기 위해 마련된다. 보다 구체적으로, 상기 수차용 하우징(300)은 상기 수차(200)를 감싸도록 형성되고, 내부에 상기 수차(200)를 수용하도록 마련되어, 유입된 물이 상기 수차(200)를 통과하며, 상기 수차(200)가 회전되는 경우, 유입된 물이 유입과정에서 발생된 거품이 수차(200)의 고속 회전에 의해 터지는 과정 또는 고속 회전에 의해 거품이 발생되는 과정(공동현상 또는 캐비테이션)에서, 수차(200)에 전달되는 충격을 흡수하여 수차(200)를 보호할 수 있다.The water wheel housing 300 is provided to protect the water wheel 200. More specifically, the water wheel housing 300 is formed to surround the water wheel 200 and is provided to accommodate the water wheel 200 therein, so that the introduced water passes through the water wheel 200, and the water wheel 200 is provided to accommodate the water wheel 200. When (200) is rotated, in the process in which bubbles generated during the inflow of water burst by the high-speed rotation of the water wheel 200 or in the process in which bubbles are generated by high-speed rotation (cavitation or cavitation), the water wheel (200) The water wheel 200 can be protected by absorbing the shock transmitted to the 200.
상기 발전기(400)는 상기 수차(200)에 회전자(410)가 직렬로 축결합되어, 회전자(410)가 회전되면, 기전력이 발생되어 전기 에너지가 발생되도록 하기 위해 마련된다. 이때, 상기 회전자(410)는 전동기, 발전기 또는 교류 발전기에서 전자기장를 발생시키기 위해서 회전하는 것으로 적용되는 발전기의 종래 기술에 따라 권선코일 또는 영구자석 등 적용될 수 있다.The generator 400 is provided so that a
상기 발전기(400)는 보다 구체적으로 기술하면 550~620V의 정격전압에 회전자(410)의 분당 회전수(RPM)가 900~1000RPM을 유지하며, 전기 에너지를 생산할 수 있다.To be more specific, the generator 400 maintains a rated voltage of 550 to 620 V, a revolutions per minute (RPM) of the
상기 발전기(400)는 수중에 설치되기 때문에, 수로에 유입된 물이 상기 발전기(400)의 내부로 침입하지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 상기 발전기(400)는 전술한 회전자(410)와 회전자(410)를 지지하여 회전자(410)가 회전되도록 하는 베어링(420)과, 상기 회전자(410)와 상기 베어링(420) 사이에 설치되어서 상기 발전기(400)의 내부로 내부로 물이 침입하는 것을 방지하기 위해 마련되는 회전 밀봉부재(430)를 더 구비할 수 있다.Since the generator 400 is installed underwater, it is very important to prevent water flowing into the waterway from entering the inside of the generator 400. Accordingly, the generator 400 includes the above-described
상기 회전 밀봉부재(430)은 회전자의 축(410a)과 베어링(420) 사이로 물이 침입하는 것을 방지하기 위해 마련된다. 보다 구체적으로 기술하면 상기 회전 밀봉부재(430)은 회전자의 축(410a)과 베어링(420) 사이에서 각각 면 접촉하되, 회전자의 축(410a)과 함께 회전하며, 회전자(410)가 물에 대하여 밀봉되도록 함으로써, 회전자의 축(410a)과 베어링(420) 사이에 물이 침입하는 것을 방지할 수 있다.The rotation sealing member 430 is provided to prevent water from entering between the rotor shaft 410a and the bearing 420. To be more specific, the rotation sealing member 430 makes surface contact between the shaft 410a of the rotor and the bearing 420, but rotates together with the shaft 410a of the rotor, and the
상기 발전기용 하우징(500)은 유입된 물이 상기 발전기(400)와 직렬로 축결합된 상기 수차(200)를 통과하도록 하는 이송경로를 제공하되, 상기 발전기(400)를 고정시키고, 보호하기 위해 마련된다. 더불어, 상기 발전기용 하우징(500)은 상기 발전기(400)의 하중을 부담하고, 상기 발전기(400)의 구동에 의해 발생되는 진동을 흡수할 수 있다 이를 위해, 상기 발전기용 하우징(500)은 몸체를 이루는 바디부(510)와 바디부(510)에 연결되어, 유입된 물의 흐름을 변화시키는 가이드 하우징부(520)로 구비한다.The generator housing 500 provides a transport path for the inflow water to pass through the water wheel 200 axially coupled in series with the generator 400, and is used to fix and protect the generator 400. It is prepared. In addition, the generator housing 500 can bear the load of the generator 400 and absorb vibration generated by driving the generator 400. To this end, the generator housing 500 is a body It is provided with a body portion 510 that forms a guide housing portion 520 that is connected to the body portion 510 and changes the flow of incoming water.
상기 가이드 하우징부(520)는 상기 바디부(510)에 연결되도록 마련되되, 상기 수차(200)에 인접한 상기 바디부(510)의 일측에 연결되도록 형성된 가이드 타입으로 마련되어, 상기 수차(200)에 인접한 상기 바디부(510)의 일측에 연결되도록 형성되어, 유입된 물의 흐름을 변화시킴으로써, 상기 수차(200)를 향하여 이송되도록 유도할 수 있다.The guide housing portion 520 is provided to be connected to the body portion 510, and is provided as a guide type formed to be connected to one side of the body portion 510 adjacent to the water turbine 200. It is formed to be connected to one side of the adjacent body portion 510, and by changing the flow of incoming water, it can be induced to be transported toward the water wheel 200.
이를 통해, 상기 수차(200)를 통과하는 물의 유속을 향상시킬 수 있으며, 통과하는 물의 유속이 향상되면, 상기 수차(200)의 회전속도가 향상되어, 전략 생산 효율이 증가될 수 있다.Through this, the flow rate of water passing through the water wheel 200 can be improved. When the flow rate of water passing through the water wheel 200 is improved, the rotation speed of the water wheel 200 can be improved, thereby increasing strategic production efficiency.
다만, 상기 수차(200)의 회전속도가 향상되는 경우에도, 상기 발전기(400)는 550~620V의 정격전압에 회전자(410)의 분당 회전수(RPM)가 900~1000RPM을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.However, even when the rotation speed of the water turbine 200 increases, the generator 400 maintains the revolutions per minute (RPM) of the
상기 전기 변환모듈(600)는 상기 발전기(400)와 연결되어, 회전하는 회전자(410)에 토크(torque)가 발생되도록 하여, 상기 회전자(410)의 회전속도가 기설정된 범위에 벗어나지 않도록 할 수 있다.The
구체적으로 상기 전기 변환모듈(600)은 회전자(410)의 회전속도가 기설정된 범위를 초과하면, 상기 회전자(410)의 회전방향의 역방향 토크를 발생시켜, 회전자(410)의 회전속도를 감소시킬 수 있으며, 반대로, 상기 회전자(410)의 회전속도가 기설정된 범위 이하인 경우, 정방향 토크를 발생시켜, 회전속도를 증가시킬 수 있다.Specifically, when the rotation speed of the
이를 통해, 유입되는 물의 유량이 일정하지 못한 경우에도, 회전자(410)의 회전속도를 기설정된 범위 이내로 유지하여, 상기 발전기(400)가 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.Through this, even when the flow rate of incoming water is not constant, the rotational speed of the
상기 측정모듈(700)은 상기 발전기(400)에 설치되어 상기 발전기에 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기(400)에 작용하는 압력을 측정하는 압력센서부(710)와 상기 발전기(400)에 설치되어 상기 발전기(400)의 내부에 온도를 측정하는 온도센서부(720)를 구비한다.The
상기 압력센서부(710)는 상기 발전기(400)에 설치되어, 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기(400)에 작용하는 압력(수압 및 유압)을 측정하기 위해 마련된다.상기 압력센서부(710)는 물의 유량에따라 압력을 측정하는 다양한 종래의 다양한 기술이 적용될 수 있으므로, 추가적인 기술은 생략하겠다.The
상기 온도센서부(720)는 상기 발전기(400)에 연결되어, 상기 발전기(400)의 내부의 온도를 측정하기 위해 마련되는 것으로, 종래의 상기 발전기(400)의 내부를 온도를 측정하는 기술이는 무엇이든 적용될 수 있으므로, 추가기술은 생략한다. The
상기 제어모듈(800)은 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)의 구성요소들을 제어하여, 상기 발전기(400)이 안정적으로 구동되도록 하기 위해 마련된다. 구체적으로 기술하면 상기 압력센서부(710) 및 온도센서부(720)에서 측정된 측정 결과를 상기 제어모듈(600)에 전달하고, 상기 제어모듈(600)은 수신된 측정 결과에 따라 전기 변환모듈(600)를 제어하여, 상기 발전기(400)가 안정적으로 구동되도록 할 수 있다.The
일 예로, 상기 제어모듈(800)은 상기 회전자(410)의 회전속도가 900rpm 내지 1000rpm을 벗어나지 않도록, 상기 전기 변환모듈(600)를 제어하되, 상기 발전기(400)에 작용하는 압력의 측정 결과가 클수록, 상기 회전자(410)의 회전속도가 증가되도록 제어할 수 있다. 이때, 상기 제어모듈(800)은, 사익 압력 센서부(710)로부터 수신된 압력의 측정 결과가 0.5~5kgf/cm2를 유지하도록 하되, 압력의 측정 결과가 회전자(410)의 회전속도가 증가되도록 제어함에도 불구하고, 6kgf/cm2를 초과한 상태로 상기 발전기(400)가 30분 이상 가동되면, 관리자의 입력 없이도, 상기 발전기의 가동이 강제 중단되도록 하여, 상기 발전기(400)의 손상을 예방할 수 있다.As an example, the
더불어, 상기 제어모듈(600)은, 상기 온도센서부(720)로부터 수신된 상기 발전기(400)의 온도 측정 결과에 따라 상기 회전자(410)의 회전속도가 감소되도록 제어하거나, 상기 발전기(400)의 가동을 강제 중단되게 한다.In addition, the
일 예로, 상기 제어모듈(800)은 상기 발전기(400)의 베어링(420)의 온도가 58℃~62℃의 범위 이내로 상기 발전기(400)가 가동되도록 하되, 상기 온도센서부(720)로부터 수신된 온도 측정 결과가 이를 초과하면, 온도 측정 결과에 따라 회전자(410)의 회전속도가 감소되도록 제어하며, 이러한 온도 비정상 문제가 30분 이상 지속하면, 관리자의 입력 없이도, 상기 발전기(400)의 가동을 강제 중단되게 한다.As an example, the
상기 제어 모듈(800)은 발전기(400)에 전원을 공급하기 위한 전원라인과 내부에 누수를 방지할 수 있는 방수 처리된 하우징이 구비될 수 있다. 이때, 하우징은, 용접을 통해 1차 방수 처리된 후, 실리콘 마감을 통해 2차 방수 처리될 수 있다.The
상기 흡출관(900)은 상기 수차(200)를 통과한 물이 배출되도록 하되, 배출되는 물이 이송되는 과정에서 낙차가 발생되어, 이송되는 물의 유속이 향상되도록 하기 위해 마련된다. 이때, 상기 흡출관(900)을 통해, 이송되는 물의 유속이 향상되면, 상기 수차(200)를 통과하는 물의 유속 역시 향상되고, 이에 따라 상기 수차(200)의 회전속도가 향상되어 전략 생산 효율이 증가될 수 있다.The draft pipe 900 is provided to allow water that has passed through the water wheel 200 to be discharged. However, a drop occurs while the discharged water is being transferred, thereby improving the flow rate of the transferred water. At this time, when the flow rate of water transported through the draft tube 900 is improved, the flow rate of water passing through the water wheel 200 is also improved, and the rotation speed of the water wheel 200 is accordingly improved, thereby increasing strategic production efficiency. can be increased.
상기 흡출관(900)은 상기 수차(200)를 통과하는 물과 동일한 높이로 배출되도록 하는 제1 흡출관(910) 및 제1 흡출관(910)에 연결되어 제1 흡출관(910)으로부터 상기 수차(200)를 통과한 물이 유입되어 배출되도록 하되, 제1 흡출관(910) 보다 높이가 낮아 제1 흡출관(910)으로부터 유입되는 물에 낙차가 발생되도록 하는 제2 흡출관(920), 그리고 제1 흡출관(910)과 제2 흡출관(920) 사이에 마련되어, 제1 흡츨관(910)과 제2 흡출관(920)을 연결시켜주는 제2 연결 부재(930)로 구성될 수 있다.The draft tube 900 is connected to a first draft tube 910 and the first draft tube 910 so that the water passing through the water wheel 200 is discharged at the same height, so that the water flows from the first draft tube 910. A second draft pipe (920) that allows the water that has passed through the water wheel (200) to flow in and be discharged, but is lower in height than the first draft pipe (910) so that a drop occurs in the water flowing in from the first draft pipe (910). , and a second connecting member 930 provided between the first draft tube 910 and the second draft tube 920 and connecting the first draft tube 910 and the second draft tube 920. You can.
다만, 상기 흡출관(900)에 의해, 수차(200)의 회전속도가 향상되는 경우에도, 상기 발전기(400)는 550~620V의 정격전압에 상기 회전자(410)의 분당 회전수(RPM)가 900~1000RPM을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.However, even when the rotation speed of the water turbine 200 is improved by the draft tube 900, the generator 400 operates at a rated voltage of 550 to 620 V and the number of revolutions per minute (RPM) of the
상기 보호 프레임(1000)은 상기 수차(200) 및 발전기(400)와 같은 구성요소들이 보호하기 위해 마련된다. 구체적으로 기술하면 상기 보호 프레임(1000)은, 본 발명의 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)가 지중에 설치되는 경우, 상기 수차(200) 및 발전기(400)와 같은 구성요소들이 지면의 하중으로부터 보호되도록, 지면의 하중을 부담하고, 외부로부터 물리적인 충격이 상기 수차(200) 및 발전기(400)에 전달되지 않도록 보호할 수 있다.The protection frame 1000 is provided to protect components such as the water wheel 200 and the generator 400. Specifically described, the protection frame 1000 protects components such as the water turbine 200 and the generator 400 from the load of the ground when the small hydro
이를 위해, 상기 보호 프레임(1000)은 상부 보호 프레임(1010)과 하부 보호 프레임(1020)으로 구성되며, 각각의 프레임은 부식 대비를 위해, 표면에 부식방지제가 도포될 수 있다.To this end, the protection frame 1000 is composed of an upper protection frame 1010 and a lower protection frame 1020, and each frame may have a corrosion inhibitor applied to its surface to prevent corrosion.
상술된 본 발명의 수차를 이용한 소수력발전 장치(10)는 상기 회전 밀봉부재(430)에 의하여 상기 발전기(400)의 내부에 물이 침입하지 않도록 밀봉 처리를 하고, 상기 제어모듈(800)를 구비하고 있어서 유입되는 물의 유량이 일정하지 못한 경우에도, 지속적이고 안정적으로 전력 생산이 가능하다는 장점이 있다.The small hydro
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
10 : 수차를 이용한 소수력발전 장치.
100 : 유입관 110 : 제1 연결부재
200 : 수차
300 : 수차용 하우징
400 : 발전기 410 : 회전자
420 : 베어링 430 : 회전 밀봉부재
500 : 발전기용 하우징 510 : 바디부
520 : 가이드 하우징
600 : 전기 변환모듈
700 : 측정모듈 710 : 압력센서부
720 : 온도센서부
800 : 제어모듈
900 : 흡출관
1000 : 보호 프레임10: Small hydro power generation device using a water wheel.
100: inflow pipe 110: first connection member
200: aberration
300: Housing for water wheel
400: generator 410: rotor
420: Bearing 430: Rotating sealing member
500: Housing for generator 510: Body portion
520: Guide housing
600: Electrical conversion module
700: Measurement module 710: Pressure sensor unit
720: Temperature sensor unit
800: Control module
900: draft tube
1000: protection frame
Claims (6)
상기 유입관을 통해 유입된 물에 의해 회전되는 수차;
상기 수차에 직렬로 축결합되는 회전자의 회전에 의하여 기전력이 발생되어 전기 에너지를 발생하는 발전기;
상기 발전기를 감싸도록 형성되어 상기 발전기의 하중을 분산하고, 상기 발전기의 구동에 의한 진동을 흡수하는 발전기 하우징;
상기 발전기에 연결되어 상기 회전자의 회전속도가 기설정된 범위를 벗어나지 않게하는 전기 변환모듈;
상기 발전기에 연결되어, 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력 및 온도를 측정하는 측정모듈; 및
상기 측정모듈에서 측정한 측정 결과에 따라 상기 전기 변환모듈를 제어하는 제어모듈;를 구비하는 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
an inlet pipe through which water flows;
a water wheel rotated by water flowing in through the inflow pipe;
A generator that generates electrical energy by generating electromotive force by rotation of a rotor axially coupled to the water wheel in series;
A generator housing formed to surround the generator to distribute the load of the generator and absorb vibration caused by driving the generator;
An electrical conversion module connected to the generator to prevent the rotational speed of the rotor from exceeding a preset range;
a measurement module connected to the generator and measuring pressure and temperature acting on the generator according to the flow rate of the introduced water; and
Characterized in that it has a control module that controls the electrical conversion module according to the measurement results measured by the measurement module,
A small hydro power generation device using a water wheel.
상기 측정모듈은
상기 발전기에 설치되어 상기 발전기에 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력을 측정하는 압력센서부; 및
상기 발전기에 설치되어 상기 발전기의 내부에 온도를 측정하는 온도센서부;를 구비하는 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
According to paragraph 1,
The measurement module is
A pressure sensor unit installed in the generator to measure the pressure acting on the generator according to the flow rate of water flowing into the generator; and
Characterized in that it has a temperature sensor unit installed in the generator to measure the temperature inside the generator.
A small hydro power generation device using a water wheel.
상기 발전기는
상기 회전자를 지지하여 회전되도록 하는 베어링; 및
상기 회전자와 상기 베어링 사이로 물의 침입이 방지되도록, 상기 회전자에 연결되어, 상기 회전자와 함께 회전되며, 상기 회전자의 밀봉을 유지하는 회전밀봉부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
According to paragraph 1,
The generator is
a bearing that supports the rotor and allows it to rotate; and
Characterized in that it includes a rotating sealing member that is connected to the rotor, rotates with the rotor, and maintains the seal of the rotor to prevent water from entering between the rotor and the bearing.
A small hydro power generation device using a water wheel.
상기 발전기 하우징은
상기 발전기를 감싸도록 형성된 바디부; 및
상기 수차를 통과하는 물의 유속을 향상시켜, 상기 수차의 회전속도가 향상되도록 하기 위해서 상기 바디부에 연결되도록 마련되고, 상기 수차에 인접한 사디 바디부의 일측에 연결되도록 형성되어, 상기 유입된 물의 흐름을 변화시킴으로써, 상기 수차를 향하여 이송되도록 유도하는 가이드 하우징부;를 포함하고,
상기 수차를 통과하는 물의 유속을 향상시켜, 상기 수차의 회전속도가 향상되도록 하기 위해, 상기 수차를 통과한 물이 배출되도록 하되, 상기 배출되는 물이 이송되는 과정에서 낙차가 발생되도록 하여, 상기 배출되는 물의 유속이 향상되도록 하는 흡출관;을 구비하는 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
According to paragraph 1,
The generator housing is
a body portion formed to surround the generator; and
It is provided to be connected to the body part to improve the rotational speed of the water wheel by improving the flow rate of water passing through the water wheel, and is formed to be connected to one side of the body part adjacent to the water wheel to improve the flow of the introduced water. It includes a guide housing portion that guides the water wheel to be transferred by changing it,
In order to improve the flow rate of water passing through the water wheel and improve the rotational speed of the water wheel, the water passing through the water wheel is discharged, but a drop is generated in the process of transporting the discharged water, so that the discharge Characterized by having a draft pipe that improves the flow rate of water,
A small hydro power generation device using a water wheel.
상기 제어모듈은
상기 회전자의 회전속도가 기 설정된 회전속도를 벗어나지 않도록 상기 측정모듈에서 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력이 증가 할수록 상기 전기 변환모듈을 제어하여 상기 회전자의 회전속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
According to paragraph 1,
The control module is
Characterized by controlling the electrical conversion module to increase the rotation speed of the rotor as the pressure acting on the generator increases according to the flow rate of water in the measurement module so that the rotation speed of the rotor does not deviate from the preset rotation speed. doing,
A small hydro power generation device using a water wheel.
상기 제어모듈은
상기 측정모듈로부터 수신된 상기 유입된 물의 유량에 따라 상기 발전기에 작용하는 압력 및 온도가 기 설정된 압력 및 온도를 초과하여 기 설정된 작동시간을 초과하면 상기 발전기의 가동을 중지시키는 것을 것을 특징으로 하는,
수차를 이용한 소수력발전 장치.
According to clause 5,
The control module is
Characterized in stopping the operation of the generator when the pressure and temperature acting on the generator according to the flow rate of the introduced water received from the measurement module exceed a preset pressure and temperature and exceed a preset operation time,
A small hydro power generation device using a water wheel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220145224A KR20240064954A (en) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | Small hydro power generation device using a water wheel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220145224A KR20240064954A (en) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | Small hydro power generation device using a water wheel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240064954A true KR20240064954A (en) | 2024-05-14 |
Family
ID=91076049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220145224A KR20240064954A (en) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | Small hydro power generation device using a water wheel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240064954A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101234325B1 (en) | 2010-12-24 | 2013-02-18 | 한국남부발전 주식회사 | Small hydroelectric power plant |
-
2022
- 2022-11-03 KR KR1020220145224A patent/KR20240064954A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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