WO2010143922A2

WO2010143922A2 - 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치

Info

Publication number: WO2010143922A2
Application number: PCT/KR2010/003802
Authority: WO
Inventors: 김정태
Original assignee: (주)탑스엔지니어링
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2010-12-16
Also published as: CN102459865A; CN102459865B; WO2010143922A3; KR100931316B1

Abstract

본 발명에 따라, 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수의 공정간 이송 수로에 부유식 소수력 발전장치를 설치함으로써, 기후 조건 및 수위에 관계없이 안정적이고 일정한 전력생산을 이룰 수 있다. 또한, 개활지에 설치되지 않음으로써 유지보수비용이 저렴하고, 설치비용 대비 에너지 효율이 뛰어난 장점이 있다. 현재까지 하수처리장 및 정수장의 수로에서 무심코 흐르는 물은 본 발명을 통해 새로운 에너지로 변환될 수 있고, 이는 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경적인 청정에너지인 것이다.

Description

하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치

본 발명은 수력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수처리장 및 정수장 유출수가 이동하는 수로에 설치하여 전력을 생산할 수 있는 부유식 소수력발전장치에 관한 것이다.

태양열이나 풍력, 지열 또는 조류력 등 자연적인 청정에너지를 이용하여 발전하는 발전방식들에 대한 연구개발은 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 태양열, 풍력 등을 이용하는 발전방식은 초기 투자 비용이 과도하여 비용 회수기간에 상당한 시간이 요구되며, 날씨에 따라 지속적인 발전을 이룰 수 없는 단점이 수반된다. 보통 태양열 발전의 가동률은 약 12% 내외이며, 풍력 발전의 평균 가동률은 약 20% 정도로 투자 대비 지속적인 에너지를 얻기 힘든 실정이다.

이러한 에너지 효율의 저하로 인하여 새로이 부각되는 에너지원은 강이나 하천 또는 용수로 등에서 자연스럽게 흘러 가는 수력에 관한 것이다. 강이나 소하천의 수류를 이용하여 발전을 수행하는 장치에 관한 문헌으로는 대한민국 등록실용 0214498호, 등록실용 0359794호, 등록실용 0329785호 등이 있다.

그러나, 상기의 문헌들은 실제 발전에 이용되는 것에는 한계가 있다. 즉, 강이나 소하천 등의 개활지에는 발전장치를 설치하기가 용이하지 않으며 설사 설치했다 하더라도 기후 변화로 인하여 홍수와 가뭄이 빈번하게 생기는 여건상 관리가 불가능하며 그 효율성 또한 저조한 실정이다. 이에 따라, 비교적 안정된 수류가 생기며 외부 환경변화에도 비교적 관리가 용이한 수로가 형성된 시설에 소수력 발전을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.

수로가 형성된 시설로는 농수로나 취수장, 정수장, 하수처리장 등이 있으며, 이용가능성이 있도록 수류가 유지되는 시설은 하수처리장 또는 취수장 및 정수장을 예로 들 수 있다. 이러한 시설에 미약하게나마 사용되는 발전방식은 보통 낙차를 이용하는 형태로 낙차가 작거나 없을 경우에는 발전이 불가하므로 보통 인위적인 둑이나 제방 또는 수로관을 만들어 낙차를 일으켜 발전을 하고 있다. 상술한 방식은 부가적인 비용이 소요될 뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 바람직하지 않을 수 있다.

또한, 상술한 문헌들의 일반적인 수력 발전형태는 강이나 소하천 등의 개활지에 설치되는 것이 주된 용도이므로 수로에 적용은 사실상 용이하지 않으나, 용도 변경하여 수로에 적용하였을 경우에도 여러 문제점이 발생되게 된다. 즉, 수차가 수면과 접촉되는 수위가 고정되어 있어 수류의 유속의 변화에 대응할 수 없으므로 효과적인 회전력을 얻기 어려우며, 또한 유속이 세거나 물결이 심할 경우에는 부상재의 부상이 정상적으로 진행되지 않아 수차가 기울어지거나 요동치는 문제점이 발생한다. 반대로 유속이 느릴 경우에는 수차의 회전력을 조정할 수 없어 안정적인 전력을 생산할 수도 없게 된다. 상술한 문제점 이외에도 다른 여러 문제점이 내재되어 있어 상기 문헌들의 발전장치는 상용화에는 어려운 면이 있다.

도 1의 (a)공정 및 (b)공정에서 보는 바와 같이, 일반적인 하수처리장 및 정수장에는 단계별로 진행되어야 하는 많은 공정이 있다. 그러한 공정은 약품소독이나 기타 정화 등의 목적으로 여러 형태의 매우 긴 수로(W.L)를 다수로 형성하여 물을 이동시키고 있다. 도면에 표시된 수로(W.L)의 형태는 매립 또는 노출관로로 반복되어 구성된 경우가 많다. 그러나, 현재 이러한 수로에 흐르는 물은 에너지원으로 변환하려는 노력은 거의 없이 무심코 흐르게 방치된 상태이다.

따라서, 부가적인 시설을 마련하지도 않고 기존 부상식 수력 발전장치의 문제점을 해소하여 수로에 무심코 흐르게 방치되고 있는 친환경적인 에너지원을 유용하게 이용할 수 있는 기술 개발이 필요하게 된다.

본 발명은 하수처리장 및 정수장의 수로에서 무심코 흘러가게 방치된 수류를 이용하여 친환경적이며 안정적인 전력을 생산할 수 있는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치를 제공하고자 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 수로를 따라 흐르는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치에 있어서, 수로 양측에 배치되며 수면 상측으로부터 상기 수로 바닥까지 직립되게 고정된 다수의 메인프레임; 상기 다수의 메인프레임 상호 이격공간 및 수로 중앙영역에 수평으로 배치되는 직방형의 메인플레이트; 상기 메인프레임과 상기 메인플레이트를 결합하며 상기 메인플레이트를 안정적으로 승하강시키는 부상력균등유닛; 상기 메인플레이트를 수류로부터 안정되게 고정하는 유동방지유닛; 상기 메인플레이트의 하측에 배치되어 상기 메인플레이트를 수면 상측으로 부상시키는 한쌍의 부상부재; 상기 부상부재 및 상기 메인플레이트와 결합되어 상기 메인플레이트의 부상높이를 조절하는 부상높이조정유닛; 상기 한쌍의 부상부재의 이격공간에 배치되는 다수의 수차; 상기 다수의 수차 하측에 배치되는 유속조정판; 상기 유속조정판과 상기 메인플레이트를 결합하며 상기 유속조정판의 기울기를 조정하는 기울기조정유닛; 상기 메인플레이트에 결합되며 상기 수차들의 회전력을 취합하여 전달하는 동력전달유닛; 상기 메인플레이트의 중앙영역에 배치되어 상기 동력전달유닛에서 전달된 회전력을 변환하는 증속기; 상기 증속기와 결착되어 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 발전기의 전력선과 연결되어 전력을 변환하는 전력조정기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치에 의해 달성된다.

상기 부상력균등유닛은 상기 메인플레이트에 인접한 상기 메인프레임의 일면에 부착된 렉기어와, 상기 렉기어에 맞물리고 상기 메인플레이트에 부착된 피니언기어부를 포함한다.

상기 유동방지유닛은 메인프레임 외측 수로에 상기 메인프레임과 동일하게 마련되는 고정프레임과 상기 고정프레임에 결착된 레일가이드와, 상기 레일가이드와 대응된 영역의 상기 메인플레이트에 부착된 로울러를 포함한다.

상기 부상높이조정유닛은 하단이 상기 부상부재의 커버에 부착되고 상기 메인플레이트의 상측까지 연장된 나선형봉과, 상기 나선형봉이 끼워지는 너트부가 마련되어 상기 메인플레이트에 고정되는 가이드와, 상기 부상부재의 양측면에 배치되는 부상부재가이드 및 상기 나선형봉 상단에 부착된 회전체를 포함하여 구성된다.

상기 유속조정판에는 수류를 상기 수차 방향으로 보내기 위한 다수의 보조판이 더 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 기울기조정유닛은 상기 유속조정판의 모서리 영역과 결착되고 상기 메인플레이트를 관통하여 일정 길이만큼 돌출되게 마련된 네개의 샤프트와, 인접한 상기 사프트를 상호 결착하고 중앙영역에 너트부가 마련된 가이드와, 상기 너트부에 끼워지고 상단에는 회전체가 부착되고 하단에는 상기 메인플레이트에 결합된 나선형봉과, 상기 샤프트의 하단에 부착되어 상기 유속조정판과 결착된 힌지부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 동력전달유닛은 두개의 동력전달기어와, 동력전달기어에서 전달된 동력을 취합하는 동력취합기어로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 전력조정기의 상태를 원격으로 파악하거나 제어할 수 있는 무선통신기기가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 수차는 원통 형태이고 외면에는 다수의 날개판이 부착되며, 양측 중앙을 관통하는 영역에는 회전축이 마련되고, 상기 회전축의 양측 끝단에는 베벨기어가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라, 하수처리장 및 정수장의 수로에서 무심코 흘러가게 방치된 수류를 이용하여 친환경적이며 안정적인 전력을 생산할 수 있는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 발전장치는 기후조건에 상관없이 안정적이고 일정한 전력생산을 이룰 수 있으며, 개활지에 설치되지 않음으로써 유지보수비용이 저렴하고, 설치비용 대비 에너지 효율이 뛰어난 효과가 있다.

도 1은 수로가 형성된 하수처리장 및 정수장의 공정 순서도이며,

도 2는 소수력 발전장치의 평면투시도이며,

도 3은 소수력 발전장치의 측단면도이며,

도 4는 소수력 발전장치의 정단면도이며,

도 5는 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 평면투시도이며,

도 6은 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 측단면도이며,

도 7은 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 정단면도이며,

도 8은 동력전달유닛과 수차의 간략한 평면투시도이며,

도 9는 동력전달유닛과 수차의 간략한 측단면도이며,

도 10은 동력전달유닛과 수차의 간략한 정단면도이며,

도 11은 부상높이조정유닛의 간략한 평면투시도이며,

도 12는 부상높이조정유닛의 간략한 측단면도이며,

도 13은 부상높이조정유닛의 간략한 정단면도이며,

도 14는 유속조정판과 기울기조정유닛의 간략한 측단면도이며,

도 15는 유속조정판과 기울기조정유닛의 간략한 정단면도이다.

*도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명

W.L: 수로 5: 베벨기어

10: 메인프레임 20: 메인플레이트

30: 부상력균등유닛 40: 유동방지유닛

50: 부상부재 60: 부상높이조정유닛

70: 수차 80: 유속조정판

90: 기울기조정유닛 100: 발전기

110: 동력전달유닛 120: 증속기

130: 전력조정기 135: 무선통신기기

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수로가 형성된 하수처리장 및 정수장의 공정 순서도이며, 도 2는 소수력 발전장치의 평면투시도이며, 도 3은 소수력 발전장치의 측단면도이며, 도 4는 소수력 발전장치의 정단면도이며, 도 5는 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 평면투시도이며, 도 6은 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 측단면도이며, 도 7은 부상력균등유닛과 유동방지유닛의 간략한 정단면도이며, 도 8은 동력전달유닛과 수차의 간략한 평면투시도이며, 도 9는 동력전달유닛과 수차의 간략한 측단면도이며, 도 10은 동력전달유닛과 수차의 간략한 정단면도이며, 도 11은 부상높이조정유닛의 간략한 평면투시도이며, 도 12는 부상높이조정유닛의 간략한 측단면도이며, 도 13은 부상높이조정유닛의 간략한 정단면도이며, 도 14는 유속조정판과 기울기조정유닛의 간략한 측단면도이며, 도 15는 유속조정판과 기울기조정유닛의 간략한 정단면도이다.

본 발명은 수로 양측에 배치되며 수면 상측으로부터 상기 수로 바닥까지 직립되게 고정된 다수의 메인프레임(10); 상기 다수의 메인프레임(10) 상호 이격공간 및 수로 중앙영역에 수평으로 배치되는 직방형의 메인플레이트(20); 상기 메인프레임(10)과 상기 메인플레이트(20)를 결합하며 상기 메인플레이트(20)를 안정적으로 승하강시키는 부상력균등유닛(30); 상기 메인플레이트(20)를 수류로부터 안정되게 고정하는 유동방지유닛(40); 상기 메인플레이트(20)의 하측에 배치되어 상기 메인플레이트(20)를 수면 상측으로 부상시키는 한쌍의 부상부재(50); 상기 부상부재(50) 및 상기 메인플레이트(20)와 결합되어 상기 메인플레이트(20)의 부상높이를 조절하는 부상높이조정유닛(60); 상기 한쌍의 부상부재(50)의 이격공간에 배치되는 다수의 수차(70); 상기 다수의 수차(70) 하측에 배치되는 유속조정판(80); 상기 유속조정판(80)과 상기 메인플레이트(20)를 결합하며 상기 유속조정판(80)의 기울기를 조정하는 기울기조정유닛(90); 상기 메인플레이트(20)에 결합되며 상기 수차(70)들의 회전력을 취합하여 전달하는 동력전달유닛(110); 상기 메인플레이트(20)의 중앙영역에 배치되어 상기 동력전달유닛(110)에서 전달된 회전력을 변환하는 증속기(120); 상기 증속기(120)와 결착되어 전력을 생산하는 발전기(100); 및 상기 발전기(100)의 전력선과 연결되어 전력을 변환하는 전력조정기(130)를 포함한다.

본 발명에 따르면 발전을 하기 위한 별도의 낙차(5~10m)가 필요없이 유속이 있는 기존 수로에 발전장치를 고정 설치함으로써 유량의 변화에도 일정한 전력을 지속적으로 생산할 수 있어 가동률 95% 이상을 수행할 수 있다. 또한, 동일한 발전장치를 수로를 따라 반복적으로 길게 설치하더라도 동력전달유닛(110)에 의해 효율적으로 동력을 발전기에 전달할 수 있으며, 부상력균등유닛(30), 유동방지유닛(40), 부상높이조정유닛(60), 유속조정판(80), 기울기조정유닛(90) 등에 의해 안정적으로 수차(70)를 회전시킬 수 있어 일정한 전력을 지속적으로 생산할 수 있다. 더욱이 기존 수로를 그대로 이용함으로써 부가적인 구조물을 설치하지 않아도 되므로, 전력을 생산하기 위한 비용이 절감된다.

본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상, 수로에서 수류가 들어오는 위치를 입수측, 수류가 빠져나가는 위치를 출수측으로 설명하기로 하며, 도 2 내지 도 4의 우측은 입수측이며 좌측은 출수측이다.

도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 메인프레임(10)은 사각기둥 형태로 입수측 및 출수측의 수로 양측에 두개씩 일정 이격거리를 갖도록 마련하며 수로 바닥에 직립되게 고정된다. 견고한 고정을 위해서는 더 많은 수의 메인프레임(10)을 배치할 수도 있다. 메인프레임(10)은 수면 상측으로 충분한 길이가 돌출되도록 마련하는 것이 바람직하며, 하단은 수로의 바닥에 피스 등으로 고정하거나 도 3에서 보는 바와 같이, 메인프레임(10)을 상호 결착하는 보조프레임(15)을 마련하여 자체 중량으로 수류에 유동되거나 떠내려가지 않도록 할 수 있다. 경우에 따라서는 메인프레임(10) 하단이나 보조프레임(15)에 중량추(미도시)를 부착할 수도 있다. 또한, 인접한 상호 메인프레임(10)의 중단에도 별도의 프레임(미도시)을 결착하여 견고하게 고정할 수 있다.

메인프레임(10)의 상호 이격공간 및 수로 중앙영역에는 메인플레이트(20)가 수평으로 배치된다. 메인플레이트(20)는 후술될 여러 유닛들이 장착되며 직방형으로 마련된다. 메인플레이트(20)는 후술되는 여러 유닛들의 중량을 지탱해야 하므로 일정 강도가 있는 강판을 사용하고, 그 너비는 수로 양측 메인프레임(10)의 이격거리에 대응되도록 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 후술될 부상부재(50)가 안치되는 영역은 절개되어 부상부재(50)의 상하이동이 용이하게 할 수도 있다.

도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 부상력균등유닛(30)은 메인플레이트(20)에 인접한 메인프레임(10)의 일면에 부착된 렉기어(31)와, 렉기어(31)에 맞물리고 메인플레이트(20)에 부착된 피니언기어부로 구성된다. 피니언기어부는 피니언기어(33)와 피니언기어(33)를 고정하는 피니언기어박스(35)로 구성된다.

부상력균등유닛(30)은 메인프레임(10)과 메인플레이트(20)를 결합하고 후술될 부상부재(50)에 의해 메인플레이트(20)가 안정되게 승하강하도록 마련된다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 피니언기어(33)는 일정 거리를 두고 렉기어(31)에 맞물리도록 상하로 두개를 피니언기어박스(35)에 고정한다. 수위가 상승 또는 하강하게 되면 피니언기어(33)가 회전하면서 안정적으로 메인플레이트(20)가 상승 및 하강하도록 한다.

본 발명의 실시예에서는 피니언기어(33) 두개를 사용하여 메인플레이트(20)가 수위의 변화에 따라 안정적으로 승하강하도록 하였으나 필요에 따라 한개 혹은 세개 이상의 피니언기어(33)를 사용할 수도 있다. 또한, 더욱 안정된 메인플레이트(20)의 승하강을 위해서는 수로 일측의 입수측과 출수측 두개의 피니언기어(33)를 기어봉(미도시)으로 상호 결착할 수도 있다.

부상력균등유닛(30)은 급작스런 강한 수류 또는 높은 물결에 의해 메인플레이트(20)가 기울어지거나 좌우로 요동치는 현상을 방지하고 안정적으로 상승 및 하강하여 후술될 수차(70)의 날개가 일정하게 수면과 접촉하여 회전하도록 하는데 그 목적이 있다.

도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 유동방지유닛(40)은 출수측에 마련되며 메인플레이트(20)가 수류에 의해 정위치에서 이탈되는 것을 방지하고 부상력균등유닛(30)에 토크가 걸리지 않게 하여 정상적으로 작동되도록 마련된다. 유동방지유닛(40)은 고정프레임(41)과 고정프레임(41)에 결착된 레일가이드(43)와, 레일가이드(43)와 대응된 영역의 메인플레이트(20)에 부착된 로울러(45)로 구성된다.

도 5 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 고정프레임(41)은 출수측 메인프레임(10) 바깥쪽에 메인프레임(10)과 동일하게 수로 양측으로 마련되어 수로 바닥에 고정되거나 연장된 보조프레임(15)과 결착된다. 레일가이드(43)는 메인플레이트(20)와 접한 고정프레임(41)의 일면에 상하방향으로 부착되며 레일가이드(43)의 폭은 로울러(45)의 두께에 대응되게 마련하는 것이 바람직하다. 로울러(45)는 레일가이드(43)의 위치에 대응되도록 메인플레이트(20)에 고정 결착된다.

이로써, 메인플레이트(20)는 수류의 힘에 의해 출수측으로 유동하지 않게 되고 로울러(45)에 의해 상하이동이 자연스럽게 된다. 본 발명의 실시예에서는 로울러(45)를 상하로 2개를 양측 고정프레임(41)에 배치하여 안정적으로 지탱하도록 하였으나, 필요에 따라 한개 혹은 여러개의 로울러(45)를 사용할 수도 있다.

메인플레이트(20)의 하측에는 수류방향 양측으로 일정길이와 두께의 부상부재(50)가 배치되어 메인플레이트(20)를 수면 상측으로 부상되게 한다. 부상부재(50)의 재질은 가벼우며 흡수성이 적은 스티로폼이 주로 사용되며, 이러한 스티로폼 제품은 어업용으로 다수로 개발되어 있고 여러 형태로 제작되어 저렴하게 시판된다. 본 발명에서는 정육면체인 여러 개의 스티로폼 제품을 일렬로 배열하여 상부를 커버(55)로 감싸 연결한 한쌍의 부상부재(50)를 메인플레이트(20)의 하측 및 수로 양측에 배치한다. 그러나, 스티로폼 소재 이외에도 일정 부력을 유지할 수 있는 정방형 플라스틱통 등 활용할 수 있는 재료는 다양할 수 있다. 상술한 커버(55)는 후술될 부상높이조정유닛(60)과 결착되어야 하므로 일정 경도가 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 무난하게는 강판을 사용할 수 있다.

도 11 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 부상높이조정유닛(60)은 하단이 부상부재(50) 커버(55)의 중앙영역에 부착되고 메인플레이트(20)의 상측까지 연장된 나선형봉(61)과, 나선형봉(61)이 끼워지는 너트부가 마련되어 메인플레이트(20)에 고정되는 가이드(63)와, 부상부재(50)의 길이방향 양측면에 배치되고 메인플레이트(20)에 결착된 부상부재가이드(65) 및 나선형봉(61) 상단에 부착된 회전체(67)를 포함한다. 이러한 구성에 의해 회전체(67)를 회전시키게 되면 부상부재(50)는 부상부재가이드(65)를 따라 하강하며 그와 동시에 메인플레이트(20)는 상승하게 되고 부상부재(50)는 수면에 일정하게 떠 있게 된다. 회전체(67)를 반대 방향으로 회전시키게 되면 메인플레이트(20)는 하강하게 된다.

본 발명의 실시예에서 부상높이조정유닛(60)은 하나의 부상부재(50)에 두개의 부상높이조정유닛(60)을 부착하여 안정적으로 부상부재(50)를 상승 및 하강시킬 수 있도록 하였으며, 이러한 동작에 의해 결과적으로 후술될 수차(70)의 높이를 하강 및 상승시킬 수 있다.

수차(70)의 높이를 상승 및 하강시키는 목적은 기본적으로 수류의 변화에 따른 수차(70)의 회전력을 일정하게 유지하기 위함으로, 일예로 유속이 빠를 경우에는 수차(70)를 하강시켜 수몰 수위를 높게 하여 수차(70)의 회전력을 낮추고 유속이 낮을 경우에는 수차(70)를 상승시켜 수차(70)의 날개가 수면에 최대한의 마찰을 일으켜 회전력을 높이게 된다.

이러한 수차(70)의 부상높이조정은 현장 사정에 맞게 조절될 수 있으며 공지된 기존의 장치로는 수류의 유속에 따라 회전력을 조절하는 것은 용이하지 않다. 또한, 수로의 위치에 따라서도 어느 한 지점에서는 유속이 빠를 수 있고, 또 다른 지점에서는 유속이 느려 일정한 발전량을 얻을 수 없는 단점을 본 발명의 부상높이조정유닛(60)으로 해결할 수 있게 된다.

도 8 내지 도 13에서 보는 바와 같이, 한쌍의 부상부재(50)의 이격공간에는 일정 간격으로 다수개의 수차(70)가 배치된다. 수차(70)는 원통형으로 마련되며 원통면 둘레에는 수류방향에 직각되게 다수의 날개판(71)이 마련된다. 날개판(71)의 측단면은 수류의 역방향으로 곡선형으로 휘어져 수류와 마찰력이 최대가 되도록 마련된다. 일반적인 조건에서는 날개판(71)의 일정 부분만이 수몰되도록 수차(70)의 높이를 조절하여 수류와 마찰력이 최대가 되는 동시에 회전력이 최대가 되도록 한다.

수차(70)에는 양측 중앙영역을 관통하여 고정된 회전축(73)이 마련되고 회전축(73)의 양측 끝단에는 베벨기어(5)가 부착되어 있어 수차(70)의 회전력을 후술될 동력전달유닛(110)에 전달한다. 회전축(73)의 양측 끝단은 동력전달유닛(110)의 기어박스에 결합됨으로써 수차(70)의 고정이 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따른 수차(70)는 중앙영역을 기점으로 입수측으로 두개 출수측으로 두개를 배치하였으나, 하나 혹은 더 많은 수의 수차(70)를 배치할 수도 있다.

유속조정판(80)은 유속이 현저히 낮거나 너무 과도할 경우, 수차(70)의 정상적인 회전력을 얻기 어려울 경우에 사용되도록 마련된다. 유속조정판(80)은 다수의 수차(70)의 하부에 넓은 판 형태로 마련되며, 판의 상면에 일정 간격으로 수류를 수차(70)의 날개판(71)으로 보내기 위한 다수의 보조판(85)을 더 마련한다. 보조판(85)은 일정각도로 경사지게 용접 등으로 부착된다.

도 14 내지 도 15에서 보는 바와 같이, 기울기조정유닛(90)은 유속조정판(80)의 상면 모서리 영역과 결착되고 메인플레이트(20)를 관통하여 일정 길이만큼 돌출되게 마련된 네개의 샤프트(91)와, 인접한 사프트를 상호 결착하며 중앙영역에 너트부가 마련된 가이드(93)와, 너트부에 끼워지며 상단에는 회전체(97)가 부착되고 하단은 메인플레이트(20)에 결합된 나선형봉(95)과, 샤프트(91)의 하단에 부착되어 유속조정판(80)과 결착된 힌지부(99)를 포함하여 구성된다.

기울기조정유닛(90)은 상술한 유속조정판(80)의 경사를 조절하여 많은 양의 물이 수차(70)의 날개판(71)으로 향하도록 구성하여 수차(70) 주변의 유속을 증가시키도록 마련된다. 본 발명의 실시예에서는 샤프트(91)를 입수측에 두개 출수측에 두개를 사용하였으나, 샤프트(91)의 개수는 입수측 및 출수측에 더 추가될 수 있다.

이로써, 수류가 약할 경우에는 입수측의 회전체(97)를 회전시켜 샤프트(91)를 하강시키게 되면 유속조정판(80)이 입수측 하방으로 경사지게 된다. 반대로 수류가 너무 셀 경우에는 입수측의 유속조정판(80)을 상승시키고 출수측의 유속조정판(80)을 하강시켜 유속조정판(80)이 출수측 하방으로 경사지도록 조정한다. 기울기조정유닛(90)은 수차(70)의 높이를 조절할 수 없거나 수차(70)의 높이조절만으로 안정적인 회전력을 얻기 어려울 경우에 사용될 수 있다. 또한, 수차(70)의 높이조절없이 기울기조정유닛(90)만을 조정하여 수차(70)의 회전력을 일정하게 유지할 수도 있다.

도 8 내지 도 10에서 보는 바와 같이, 동력전달유닛(110)은 두개의 동력전달기어(111)와, 동력전달기어(111)에서 전달된 동력을 취합하여 후술될 증속기(120)에 전달하는 동력취합기어(113)로 구성된다.

동력전달기어(111)는 수차(70)의 회전축(73) 끝단에 부착된 베벨기어(5)의 회전력을 메인플레이트(20)의 중앙영역 방향으로 직각으로 변환하기 위해 마련되며 기어봉에 상이한 기어비의 베벨기어(5)가 다수로 부착되어 있는 형태로 마련된다. 본 발명의 실시예에서는 메인플레이트(20)의 중앙영역을 기준으로 입수측에 두개의 수차(70)와 출수측에 두개의 수차(70)가 배치되어 있으므로 동력전달기어(111)는 수차(70)의 양측에 총 4개가 마련된다. 또한, 수차(70)의 베벨기어(5)가 부착된 곳마다 직각으로 동력을 전달하기 위해 베벨기어(5)가 추가로 부착되어 있으며, 중앙영역에 이르러서는 회전력을 동력취합부에 전달하기 위해 베벨기어(5)가 추가로 부착된다. 입수측의 베벨기어(5)와 출수측의 베벨기어(5)는 역방향으로 배치되어야 회전력을 하나로 취합할 수 있다.

동력취합기어(113)는 기어봉 하단에 부착된 특정비의 베벨기어(5)와 동력취합기어(113)의 상단에 부착된 회전체로 구성되며, 동력전달기어(111)의 회전력을 수직 상방으로 전달한다. 동력취합기어(113)는 입수측 및 출수측 동력전달기어(111)의 끝단에 부착된 베벨기어(5) 두개의 회전력을 취합하여 상이한 기어비의 베벨기어(5)가 부착된 기어봉을 통해 상측으로 전달한다. 동력취합기어(113)의 기어봉은 메인플레이트(20)를 관통하여 상측까지 돌출되고 관통부위는 실링(미도시) 또는 베어링(미도시) 등으로 메인플레이트(20)에 고정하며, 기어봉의 끝단에는 특정 크기의 원형회전체(115)가 결착되어 있다. 원형회전체(115)에는 타이밍벨트(117) 등을 결합하여 회전력을 증속기(120)에 전달한다.

베벨기어(5)는 각각 용도에 맞도록 특정비의 기어를 사용하는 것이 바람직하며, 기어는 회전력을 하나로 취합할 수 있도록 적절하게 방향 및 위치를 계산하여 배치한다. 또한 기어와 기어가 맞물리는 구간에는 기어박스를 별도로 마련하여 기어의 손상 및 이물질의 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 수차(70) 양측에 두개의 동력전달유닛(110)을 배치하였으나, 필요에 따라서는 일측 또는 대각으로 동력전달유닛(110)을 배치할 수도 있다.

증속기(120)는 메인플레이트(20)의 상면 중앙영역에 배치되며 동력취합기어(113)의 원형회전체(115)에 걸려진 타이밍벨트(117)의 회전력을 증속기(120)에 구성된 작은 회전체에 전달함으로써 회전속도를 증가시키는 역할을 한다.

발전기(100)는 증속기(120)에 인접되게 마련되어 증속기(120)에서 전달된 회전력으로 전력을 생산하며, 회전력의 크기에 따라 다양한 용량의 전력을 생산할 수 있는 발전기(100)를 채택할 수 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 발전기(100)에서 생산된 전력은 전력선(105)을 통해 수로 외부에 마련된 전력조정기(130)로 유입되고 전력조정기(130)에서는 트랜스 또는 컨버터 등을 통해 원하는 전기의 형태로 변환할 수 있다. 또한, 전력조정기(130)의 상태를 원격으로 파악하거나 제어할 수 있는 무선통신기기(135)가 더 마련될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims

수로를 따라 흐르는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치에 있어서,

수로 양측에 배치되며 수면 상측으로부터 상기 수로 바닥까지 직립되게 고정된 다수의 메인프레임;

상기 다수의 메인프레임 상호 이격공간 및 수로 중앙영역에 수평으로 배치되는 직방형의 메인플레이트;

상기 메인프레임과 상기 메인플레이트에 결합되도록 설치되며, 맞물리게 배치되는 복수의 기어로 형성되어 수위에 따라 승하강됨으로써 결합된 상기 메인플레이트의 부상이 안정적으로 이루어지도록 하는 부상력균등유닛;

상기 메인프레임 외측으로 수로 양측에 배치되는 고정프레임에 상기 메인플레이트를 롤링가능하도록 연결하여 상기 메인플레이트가 수류에 의해 정위치를 이탈하지 않도록 함으로써 상기 메인플레이트의 유동을 방지하는 유동방지유닛;

상기 메인플레이트의 하측에 배치되어 상기 메인플레이트를 수면 상측으로 부상시키는 한쌍의 부상부재;

상기 부상부재의 상부로부터 상기 부상부재 상측의 상기 메인플레이트를 관통하도록 연장되는 나선형봉에 의하여 상기 부상부재를 가압함으로써 상기 부상부재와 상기 메인플레이트의 간격을 조절하여 상기 메인플레이트의 부상높이를 조절하는 부상높이조정유닛;

상기 한쌍의 부상부재의 이격공간에 배치되는 다수의 수차;

상기 다수의 수차 하측에 판형태로 수평되게 배치되어 기울기가 조정됨으로써, 상기 수차에 가해지는 수류의 세기를 조정할 수 있도록 마련된 유속조정판;

상기 유속조정판과 상기 메인플레이트를 결합하며 상기 유속조정판이 수평상태에서 수류방향 일측으로 기울어지도록 상기 유속조정판의 기울기를 조정하는 기울기조정유닛;

상기 메인플레이트에 결합되며 상기 수차들의 회전력을 취합하여 전달하는 동력전달유닛;

상기 메인플레이트의 중앙영역에 배치되어 상기 동력전달유닛에서 전달된 회전력을 변환하는 증속기;

상기 증속기와 결착되어 전력을 생산하는 발전기; 및

상기 발전기의 전력선과 연결되어 전력을 변환하는 전력조정기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 부상력균등유닛은 상기 메인플레이트에 인접한 상기 메인프레임의 일면에 부착된 렉기어와, 상기 렉기어에 맞물리고 상기 메인플레이트에 부착된 피니언기어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 유동방지유닛은 메인프레임 외측 수로에 상기 메인프레임과 동일하게 마련되는 고정프레임과 상기 고정프레임에 결착된 레일가이드와, 상기 레일가이드와 대응된 영역의 상기 메인플레이트에 부착된 로울러를 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 부상높이조정유닛은 상기 나선형봉이 끼워지는 너트부가 마련되어 상기 메인플레이트에 고정되는 가이드와, 상기 메인플레이트에 결착되며 상기 부상부재의 양측면에 판형태로 배치되어 상기 부상부재의 상하 이동을 보조하는 부상부재가이드 및 상기 나선형봉 상단에 부착되어 상기 나선형봉을 회전시켜 상기 부상부재를 가압함으로써 상기 메인플레이트의 부상높이를 조정하기 위한 손잡이가 형성된 원형의 회전체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 유속조정판의 상면에는 수류가 상기 수차 방향으로 용이하게 전달되도록 수류 방향에 경사지게 판 형상으로 마련된 다수의 보조판이 더 마련된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 기울기조정유닛은 상기 유속조정판의 모서리 영역과 결착되고 상기 메인플레이트를 관통하여 일정 길이만큼 돌출되게 마련된 네개의 샤프트와, 인접한 상기 샤프트를 상호 결착하고 중앙영역에 너트부가 마련된 가이드와, 상기 너트부에 끼워지고 하단에는 상기 메인플레이트에 결합된 나선형봉과, 상기 샤프트의 하단에 부착되어 상기 유속조정판과 결착된 힌지부를 포함하며,

상기 나선형봉의 상단에는 상기 나선형봉을 회전시켜 상기 유속조정판의 기울기를 조정하기 위한 손잡이가 부착된 원형의 회전체가 더 부착된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 동력전달유닛은 두개의 동력전달기어와, 동력전달기어에서 전달된 동력을 취합하는 동력취합기어로 구성된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 전력조정기의 상태를 원격으로 파악하거나 제어할 수 있는 무선통신기기가 더 포함된 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 다수의 수차는 원통 형태이고 외면에는 다수의 날개판이 부착되며, 양측 중앙을 관통하는 영역에는 회전축이 마련되는 것을 특징으로 하는 하수처리장 방류수 및 정수장 유출수를 이용한 부유식 소수력 발전장치.