WO2012057521A2 - 양수식 발전 구조물 - Google Patents

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WO2012057521A2
WO2012057521A2 PCT/KR2011/008034 KR2011008034W WO2012057521A2 WO 2012057521 A2 WO2012057521 A2 WO 2012057521A2 KR 2011008034 W KR2011008034 W KR 2011008034W WO 2012057521 A2 WO2012057521 A2 WO 2012057521A2
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rotary
generation structure
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정광옥
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Chung Kwang Ok
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    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to the field of civil engineering, and more particularly, to a structure for hydro power generation.
  • Pumped-type power generation refers to a method in which water is used to drain water into a reservoir by using electricity remaining in the middle of the night, and then discharged and generated when power demand is driven during the day.
  • the amount of power required for pumping is about 30% more than the power generated by the discharge power generation, so it can be regarded as a power loss. It is evaluated.
  • Conventional pumped power generation has used a method of changing the potential energy of water generated by the fall of the upper reservoir into the kinetic energy of the aberration, as in the dam type hydroelectric power generation.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a pump-type power generation structure that can minimize energy loss and allow repeated generation of power generation by multiple pumping once. .
  • the present invention is the upper reservoir (10) formed in the high ground to contain the pumped water; A water channel 20 formed to flow water from the upper reservoir 10 to the lower portion; A flow path blocking member 200 installed to block a part of the flow of water to form a power generation flow path a; It proposes a pump-type power generation structure comprising a; aberration 100 installed to expose all or part of the power passage (a).
  • One side or both sides of the waterway 20 is preferably provided with a water supply pipe 30 for pumping water toward the upper reservoir 10 from the bottom.
  • the water channel 20 is preferably formed in the stream flowing through the city center.
  • the water channel 20 is preferably formed on an inclined closed road, or is formed around a slope of a mountain or a hill.
  • the aberration 100 includes a rotation shaft 110 formed in the vertical direction; And a plurality of rotary blades 120 installed in a radial structure around the rotary shaft 110, wherein the rotary blades 120 formed on one side of the rotary shaft 110 are downstream of the flow path blocking member 200. Located in, the rotary blade 120 formed on the other side of the rotating shaft 110 is preferably positioned to be exposed to the power passage (a).
  • the plurality of rotary blades 120 are formed to be curved in a longitudinal direction in a predetermined direction.
  • auxiliary blades 123 protrude from the plurality of rotary blades 120 in a direction facing a predetermined direction.
  • the rotary blade 120 is preferably formed so that the area of the cross section is gradually reduced toward the outer end.
  • the hollow part 121 in which the penetration of water is prevented is formed in the rotary blade 120.
  • the hinge portion 111 protrudes outward from the side of the rotation shaft 110, and the rotation blade 120 is installed to be hinged in a rotational direction with respect to the hinge portion 111.
  • a plurality of contact surfaces 122a and 122b are formed at the inner end of the rotary blade 120 to contact the outer wall of the rotary shaft 110 and have different inclinations.
  • the flow path blocking member 200 has a pile portion 200a formed in a streamlined cross-sectional structure; It is preferable to include a; aberration receiving groove 201 formed on one side or both sides of the pile portion 200a so that the rotary blade 120 formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 is accommodated.
  • the flow path blocking member 200 is provided with a plurality, it is preferable that the deck 410 extending from the ground is installed on the upper portion of the plurality of flow path blocking members 200.
  • the power generator 420 connected to the rotating shaft 110 is installed above the deck 410.
  • the wear b is formed in the lower region of the aberration 100.
  • the weir b is preferably formed such that the upstream inclination is steep and the downstream inclination is gentle.
  • the steel plate 21 is provided so as to cover the inner wall of the waterway 20.
  • the aberration 100 includes a rotation shaft 110 formed in the vertical direction; Includes a plurality of rotary blades 120 provided in a radial structure around the rotary shaft 110, the inner wall of the waterway 20, the rotary blades formed on one side of the rotary shaft 110 of the aberration 100 (
  • the aberration accommodating groove 22 is formed to accommodate the 120, and the rotary blade 120 formed at the other side of the rotating shaft 110 is preferably positioned to be exposed to the power generation passage a.
  • the water channel 20 is partitioned by the partition wall 50, and a plurality is formed, and the rotary blades 120 formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 are accommodated on both inner walls of the partition wall 50.
  • the aberration accommodating grooves 22 are formed so that the aberration accommodating grooves 22 on both inner walls of the partition wall 50 are preferably formed at staggered positions.
  • the aberration 100 includes a rotation shaft 110 formed in the vertical direction; And a plurality of rotary blades 120 installed in a radial structure around the rotary shaft 110, wherein the flow path blocking member 200 is installed at one inner wall of the channel 20, and the channel 20 of the channel 20 is disposed.
  • the power generation flow path (a) is formed on the other side, and the aberration 100 is installed at the rear of the flow path blocking member 200, and a part of the rotary blades 120 is connected to the power generation flow path (a). It is preferred to be installed so as to be exposed.
  • the flow path blocking member 200 is preferably formed in a streamlined cross-sectional structure.
  • the flow path forming member 200b is installed at one inner wall of the channel 20 so as to be installed at the rear of the flow path blocking member 200 to form a streamlined cross-sectional structure as a whole, and the flow path blocking member 200 and the flow path are formed.
  • the aberration accommodating groove 202 is formed between the members 200b, and the rotary blade 120 formed at one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 is accommodated in the aberration accommodating groove 202,
  • the rotary blade 120 formed on the other side of the rotary shaft 110 is preferably positioned to be exposed to the power passage (a).
  • the aberration 100 is preferably installed in a stacked structure so that the plurality of units (100a, 100b, 100c) is removable.
  • the present invention proposes a pump-type power generation structure that can minimize the loss of energy and allows for repeated generations of power generation once by pumping.
  • Figure 1 shows an embodiment of the pumped-type power generation structure according to the present invention
  • 1 is a configuration diagram of a first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a second embodiment.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a third embodiment.
  • 4 and 5 are process diagrams of a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of a fourth embodiment
  • FIG. 9 is a perspective view of a rotary blade.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a rotary blade.
  • Fig. 13 is a front view of the fifth embodiment.
  • 15 is a plan view of a sixth embodiment
  • 16 is a plan view of a seventh embodiment.
  • 17 is a plan view of an eighth embodiment.
  • FIG. 18 is a plan view of a ninth embodiment.
  • 19 is a perspective view of a tenth embodiment.
  • hinge portion 120 rotary blade
  • the pumped-up power generation structure basically, the upper reservoir 10 formed in the highlands to contain the pumped water; A water channel 20 formed so that water flows from the upper reservoir 10 to the lower portion; A flow path blocking member 200 installed to block a part of the flow of water to form a power generation flow path a; It is configured to include; aberration 100 installed to expose all or part of the power passage (a).
  • the upper reservoir 10 moves downstream along a stream (Anyang stream, Yangjae stream, Tancheon, heavy stream, etc.) of a large river (Han River, etc.).
  • the flow path blocking member 200 blocks a part of the flow of water to form the power generation flow path a, and then the power generation is performed by the aberration 100 installed in the power generation flow path a. It was to lose.
  • FIG. 1 is an embodiment of the power generation structure according to the present invention, by installing the upper reservoir tank 10 upstream of the Anyang stream, pumping the Han River water, while flowing water to the Han River 40 to achieve repeated hydro power generation It is a block diagram.
  • Water flowing down through the water channel 20 is discharged to the river 40 or the lower reservoir, which is again transferred to the upper reservoir 10 through the water pipe 30 in the intake pump station 41.
  • the water pipe 30 is preferably installed on one side or both sides of the waterway 20 can minimize the water supply distance, it is preferable in terms of convenient construction (Fig. 5).
  • the water channel 20 formed so that the water flows slowly may be formed in the stream flowing through the city, and in this case, it is possible to obtain additional effects such as maintaining a constant depth of the urban stream and improving the surrounding landscape. May be (FIG. 1).
  • it may be formed on an inclined closed road (for example, the former Yeongdong Expressway from Daegwallyeong to Wonju (Dunnae) or Gangneung) (FIG. 2), or may be formed around a slope of a mountain or a hill (FIG. 3).
  • an inclined closed road for example, the former Yeongdong Expressway from Daegwallyeong to Wonju (Dunnae) or Gangneung
  • FIG. 3 the former Yeongdong Expressway from Daegwallyeong to Wonju (Dunnae) or Gangneung
  • the aberration 100 includes a rotation shaft 110 formed in the vertical direction; It is preferable to apply a structure including a; a plurality of rotary wings 120 installed in a radial structure around the rotary shaft 110.
  • the rotation axis 110 of the general aberration is formed in the horizontal direction (water flow direction), whereas in the case of the aberration 100, the rotation axis 110 is formed in a vertical direction (vertical direction with respect to the water flow direction).
  • the contact area between the rotary blade 120 and the water can be increased, compared to the general aberration having the configuration of the horizontal axis of rotation, thereby increasing the power generation efficiency by hydraulic power. You can get it.
  • this configuration has a problem that some of the rotary wing 120 is driven in the forward direction by the flow of water, but the other part is driven in the reverse direction with respect to the flow of water, thereby preventing the rotation.
  • the rotary blade 120 formed on one side of the rotary shaft 110 is located on the downstream side of the flow path blocking member 200, the rotary blade 120 formed on the other side of the rotary shaft 110 is in the power generation passage (a)
  • the aberration 100 can be rotated by the flow of water while taking the structure of the vertical rotation shaft 110.
  • auxiliary blade 123 protrudes on a surface of the plurality of rotary blades 120 facing the predetermined direction (the same rotational direction)
  • the water flowing along the surface in contact with the rotary blade 120 is the auxiliary blade above Also in contact with 123, the effect that more hydraulic energy can be transmitted to the rotary blade 120 is added (Fig. 12).
  • the area of the cross section of the rotary blade 120 is preferably formed to gradually decrease toward the outer end in terms of reducing the generation of vortex.
  • the hinge portion 111 protrudes outward from the side of the rotation shaft 110, and the rotary blade 120 is installed to be hinged in the rotational direction with respect to the hinge portion 111, the power generation flow path a. If exposed, the rotary blade 120 is extended drive, otherwise it will be a folded drive bar, there is an effect that can further reduce the resistance in the above-described reverse drive (Figs. 11 and 12).
  • the flow path blocking member 200 has a pile part 200a formed in a streamlined cross-sectional structure;
  • the aberration receiving groove 201 formed on one side or both sides of the pile part 200a may be accommodated so that the rotary blade 120 formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 is accommodated (FIG. 6,7).
  • the inner wall of the channel 20 is good in that covering by the steel plate 21 can minimize the resistance to water, in this case formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 on the inner wall of the channel 20 It may take a structure in which the aberration receiving groove 22 is formed so that the rotary blade 120 is received, the effect is as described above (Fig. 6).
  • Installing the power generator 420 connected to the rotary shaft 110 on the upper portion of the deck 410 is advantageous in terms of facilitating the installation and maintenance of the power generator 420 (Figs. 13 and 14).
  • a weir b is formed in the lower region of the aberration 100, so that the load of the water flow exceeding the aberration 100 is concentrated on the aberration 100 (FIGS. 13 and 14).
  • the wear b is formed such that the upstream slope is steep and the downstream slope is gentle.
  • the aberration receiving groove 22 is formed on the inner wall of the waterway 20 so that the rotary blade 120 formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 is formed, and formed on the other side of the rotation shaft 110.
  • the rotary blade 120 may take a configuration positioned to be exposed to the power generation passage (a) (FIG. 15).
  • the aberration is accommodated so that the rotary blades 120 formed on one side of the rotation shaft 110 of the aberration 100 are accommodated on both inner walls of the partition wall 50.
  • the accommodation grooves 22 are formed, and the aberration accommodation grooves 22 on both inner walls of the partition wall 50 can obtain the above effect by having a configuration formed at staggered positions (FIG. 16).
  • a flow path blocking member 200 is installed at one inner wall of the water channel 20, and the power generation flow path a is formed at the other side of the water channel 20, and the aberration 100 is formed of the flow path blocking member 200.
  • the rotary blade 120 is part of the structure installed so as to be exposed to the power generation passage (a), it is possible to obtain an effect that efficient power generation is possible even in a narrow passage (20) (Fig. 17). ).
  • the flow path blocking member 200 is preferably formed in a streamlined cross-sectional structure as described above.
  • the flow path forming member 200b is installed at one inner wall of the channel 20 so as to be installed at the rear of the flow path blocking member 200 to form a streamlined cross-sectional structure as a whole, and the flow path blocking member 200 and the flow path forming member (
  • the aberration receiving groove 202 is formed between the 200b), the rotary blade 120 formed on one side of the rotary shaft 110 of the aberration 100 is accommodated in the aberration receiving groove 202, the other side of the rotary shaft 110 Rotating blade 120 formed in the take the structure to be exposed to the power generating flow path (a), the flow of the power generation flow path (a) is smooth, so that the effect of increasing the power generation efficiency is added (Fig. 18).
  • the aberration 100 may be installed in a stacked structure so that the plurality of units 100a, 100b, and 100c are mutually detachable in the vertical direction.
  • the size of the aberration 100 is adjusted according to the flow rate flowing through the water channel 20.
  • the advantage is that it can be added ( Figure 19).
  • the flow path 20 of the power generation structure according to the present invention may be formed in a river formed in the embankment road 1 and the blunt 2 (FIG. 4), in which case the steel plate 21 is repaired by repairing the wall surface of the blunt 2. ) And by installing the above-described flow path blocking member 200, deck 410 and the like can implement a positive power generation structure (FIG. 5).

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Abstract

본 발명은 양수된 물을 담도록 고지대에 형성된 상부 저수조(10); 상부 저수조(10)에서 하부로 물이 흐르도록 형성된 수로(20); 물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성하도록 설치된 유로 차단부재(200); 발전용 유로(a)에 전부 또는 일부가 노출되도록 설치된 수차(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물을 제시함으로써, 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 장시간에 걸친 발전이 가능하도록 한다.

Description

양수식 발전 구조물
본 발명은 토목 기술분야에 관한 것으로서, 상세하게는 수력발전을 위한 구조물에 관한 것이다.
양수식 발전이란 한밤중에 남아도는 전력을 사용해서 저수조로 물을 퍼올려 두었다가 낮에 전력수요가 몰릴 때에 방류하여 발전하는 방식을 말한다.
일반적으로 양수에 필요한 전력량은 방류발전으로 나오는 전력량보다 약 3할정도 많기 때문에 전력손실로 볼 수도 있지만, 그렇지 않을 경우의 낭비되는 잉여전력을 사용해서 필요시에 전력을 재생하는 것이므로 도리어 경제성이 있는 것으로 평가받고 있다.
종래의 양수식 발전은 댐 방식의 수력발전과 마찬가지로, 상부 저수조의 낙차에 의해 발생하는 물의 위치에너지를 수차의 운동에너지로 변화하는 방식을 사용하여 왔다.
그런데, 이러한 종래의 방식은 에너지의 손실이 지나치게 크다는 점, 발전이 일시적으로 이루어질 수밖에 없다는 점 등의 문제가 지적되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 한번 양수에 의해 수차례에 걸친 반복된 발전이 가능하도록 하는 양수식 발전 구조물을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 양수된 물을 담도록 고지대에 형성된 상부 저수조(10); 상기 상부 저수조(10)에서 하부로 물이 흐르도록 형성된 수로(20); 물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성하도록 설치된 유로 차단부재(200); 상기 발전용 유로(a)에 전부 또는 일부가 노출되도록 설치된 수차(100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물을 제시한다.
상기 수로(20)의 일측 또는 양측에는 하부에서 상기 상부 저수조(10)를 향하여 물을 양수하기 위한 송수관(30)이 설치된 것이 바람직하다.
상기 수로(20)는 도심을 흐르는 지천에 형성된 것이 바람직하다.
상기 수로(20)는 경사진 폐도로에 형성되거나, 산 또는 구릉지의 경사면을 둘러 형성된 것이 바람직하다.
상기 수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고, 상기 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 유로 차단부재(200)의 하류 측에 위치하고, 상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 회전날개(120)는 종단면이 일정 방향을 향하여 만곡지게 형성된 것이 바람직하다.
상기 복수의 회전날개(120)에는 일정 방향을 향하는 면에 보조날개(123)가 돌출형성된 것이 바람직하다.
상기 회전날개(120)는 횡단면의 면적이 외측 단부를 향하여 점진적으로 감소하도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 회전날개(120)의 내부에는 물의 침투가 방지된 중공부(121)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 회전축(110)의 측방에는 힌지부(111)가 외측으로 돌출형성되고, 상기 회전날개(120)는 상기 힌지부(111)에 대하여 회전방향으로 힌지구동 가능하도록 설치된 것이 바람직하다.
상기 회전날개(120)의 내측 단부에는, 상기 회전축(110)의 외벽에 접촉함과 아울러, 상호 기울기가 다르게 형성된 복수의 접촉면(122a,122b)이 형성된 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(200)는 유선형 단면 구조로 형성된 파일부(200a); 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록, 상기 파일부(200a)의 일측 또는 양측에 형성된 수차 수납홈(201);을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(200)는 복수가 설치되고, 상기 복수의 유로 차단부재(200)의 상부에는 지상에서 연장된 데크(410)가 설치된 것이 바람직하다.
상기 데크(410)의 상부에는 상기 회전축(110)에 연결된 발전장치(420)가 설치된 것이 바람직하다.
상기 수차(100)의 하부 영역에는 웨어(b)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 웨어(b)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 수로(20)의 내벽을 덮도록 강판(21)이 설치된 것이 바람직하다.
상기 수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고, 상기 수로(20)의 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것이 바람직하다.
상기 수로(20)는 격벽(50)에 의해 구획되어 복수가 형성되고, 상기 격벽(50)의 양측 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 상기 수차 수납홈(22)이 형성되며, 상기 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 것이 바람직하다.
상기 수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고, 상기 수로(20)의 일측 내벽에 상기 유로 차단부재(200)가 설치되며, 상기 수로(20)의 타측에 상기 발전용 유로(a)가 형성되고, 상기 수차(100)는 상기 유로 차단부재(200)의 후방에 설치됨과 아울러, 일부의 상기 회전날개(120)가 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 설치된 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(200)는 유선형 단면 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 유로 차단부재(200)의 후방에 설치되어 전체적으로 유선형 단면 구조를 형성하도록, 상기 수로(20)의 일측 내벽에 유로 형성부재(200b)가 설치되고, 상기 유로 차단부재(200)와 상기 유로 형성부재(200b)의 사이에는 수차 수납홈(202)이 형성되며, 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 수차 수납홈(202)에 수납되고, 상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것이 바람직하다.
상기 수차(100)는 복수의 유닛(100a,100b,100c)이 상호 착탈가능하도록 적층구조로 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 에너지의 손실을 최소화할 수 있고, 한번 양수에 의해 수차례에 걸친 반복된 발전이 가능하도록 하는 양수식 발전 구조물을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명에 의한 양수식 발전 구조물의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 제1 실시예의 구성도.
도 2는 제2 실시예의 구성도.
도 3은 제3 실시예의 구성도.
도 4,5는 제4 실시예의 공정도.
도 6은 제4 실시예의 평면도
도 7은 유로 차단부재 및 수차의 평면도.
도 8은 수차의 평면도.
도 9는 회전날개의 사시도.
도 10은 회전날개의 종단면도.
도 11은 수차의 주요부 단면도.
도 12는 수차의 사용상태도.
도 13은 제5 실시예의 정면도.
도 14는 제5 실시예의 측면도.
도 15는 제6 실시예의 평면도.
도 16은 제7 실시예의 평면도.
도 17은 제8 실시예의 평면도.
도 18은 제9 실시예의 평면도.
도 19는 제10 실시예의 사시도.
*부호의 설명*
a : 발전용 유로 b : 웨어
10 : 상부 저수조 20 : 수로
30 : 송수관 40 : 하천
100 : 수차 110 : 회전축
111 : 힌지부 120 : 회전날개
121 : 중공부 122a,122b : 접촉면
200 : 유로 차단부재 201 : 수차 수납홈
410 : 데크 420 : 발전장치
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 양수식 발전 구조물은 기본적으로, 양수된 물을 담도록 고지대에 형성된 상부 저수조(10); 상부 저수조(10)에서 하부로 물이 흐르도록 형성된 수로(20); 물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성하도록 설치된 유로 차단부재(200); 발전용 유로(a)에 전부 또는 일부가 노출되도록 설치된 수차(100);를 포함하여 구성된다.
즉, 종래의 양수 발전 방식과 같이 낙차에 의한 물의 위치 에너지를 이용하는 것이 아니라, 상부 저수조(10)에서 큰 강(한강 등)의 지천(안양천, 양재천, 탄천, 중량천 등)을 따라 하류를 향하여 물이 서서히 흐르도록 하고, 유로 차단부재(200)에 의해 물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성하도록 한 후, 발전용 유로(a)에 설치된 수차(100)에 의해 발전이 이루어지도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 발전 구조물의 일실시예로서, 안양천 상류에 상부 저수조(10)를 설치하여 한강물을 양수하고, 물을 한강(40)으로 흘려보내면서 반복적인 수력발전을 이루도록 한 경우의 구성도이다.
이는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 종래와 같이 댐에 의한 낙차 방식을 사용하지 않고, 서서히 흐르는 물의 흐름을 반복적으로 이용하여 발전을 실시하므로, 물의 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 효율이 높아져 에너지의 손실을 최소화할 수 있다.
둘째, 서서히 흐르는 물의 흐름을 반복하여 이용하므로, 수차례에 걸친 발전이 가능한바, 전력수요가 몰리는 시간에 충분한 양의 전기를 공급할 수 있다.
셋째, 기존의 하천 수로를 이용하여 건설할 수 있으므로, 용지구입비, 보상비, 기반 조성비 등이 불필요하여 공사비가 저렴하다.
넷째, 수로가 형성된 도심 소하천에 항상 일정한 수심의 강물이 흐르도록 할 수 있으므로 친환경적이다.
수로(20)를 통해 흘러내린 물은 하천(40) 또는 하부 저수조로 배출되는데, 이는 다시 취수펌프장(41)에서 송수관(30)을 통해 상부 저수조(10)로 이송된다.
이러한 송수관(30)은 수로(20)의 일측 또는 양측에 설치되는 것이 송수거리를 최소화할 수 있다는 측면, 시공이 편리하다는 측면에서 바람직하다(도 5).
물이 서서히 흐르도록 형성되는 수로(20)는 도심을 흐르는 지천에 형성될 수 있는데, 이 경우 도심 소하천의 수심을 일정하게 유지할 수 있다는 점, 주변 경관이 좋아진다는 점 등의 효과를 추가로 얻을 수 있다(도 1).
그 밖에 경사진 폐도로(예컨대 대관령에서 원주(둔내) 또는 강릉을 향하는 구 영동고속도로)에 형성될 수도 있고(도 2), 산 또는 구릉지의 경사면을 둘러 형성될 수도 있다(도 3).
이하, 본 발명에 의한 발전 구조물의 구체적 구조에 관한 실시예에 대하여 설명한다.
수차(100)는 연직방향으로 형성된 회전축(110); 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하는 구조를 적용하는 것이 바람직하다.
즉, 일반적인 수차의 회전축이 수평방향(물의 흐름방향)을 향하여 형성됨에 비해, 위 수차(100)의 경우에는 회전축(110)이 연직방향(물의 흐름방향에 대하여 수직방향)으로 형성됨에 특징이 있는 것이다.
이러한 구성을 취하는 경우, 수평방향 회전축의 구성을 취하는 일반적인 수차에 비해, 회전날개(120)와 물의 접촉면적을 증대할 수 있다는 점, 이로 인하여 수력에 의한 발전효율을 높일 수 있다는 점 등의 효과를 얻을 수 있다.
다만, 이러한 구성은 회전날개(120) 중 일부는 물의 흐름에 의해 정방향으로 구동하지만, 다른 일부는 물의 흐름에 대하여 역방향으로 구동하므로, 회전을 방해할 수 있다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해서는, 유로 차단부재(200)에 의해 물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성함으로써 역방향 회전에 의한 방해를 최소화할 수 있다(도 6,7).
즉, 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)는 유로 차단부재(200)의 하류 측에 위치시키며, 회전축(110)의 타측에 형성된 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하도록 상기 수차(100)를 설치하는 경우, 연직방향 회전축(110)의 구조를 취하면서도 물의 흐름에 의해 수차(100)가 회전할 수 있게 된다.
또한, 복수의 회전날개(120)의 종단면이 일정 방향을 향하여 만곡지게 형성된 구조(발전용 유로(a)에 노출되는 회전날개(120)의 종단면이 하류 측을 향하여 돌출된 구조)를 취하는 경우, 발전용 유로(a)에 노출되는 회전날개(120)는 많은 물의 저항을 받게 되고, 반대측의 회전날개(120)는 유선형이 되어 물의 저항을 적게 받게 되므로, 원활한 회전을 이룰 수 있다는 효과가 있다(도 8,9).
나아가, 복수의 회전날개(120)의 일정 방향(동일한 회전방향)을 향하는 면에 보조날개(123)가 돌출형성되는 경우, 회전날개(120)에 접촉하여 그 면을 따라 흐르던 물이 위 보조날개(123)에도 접촉하게 되는바, 더 많은 수력 에너지가 회전날개(120)에 전달될 수 있다는 효과가 추가된다(도 12).
회전날개(120)의 횡단면의 면적이 외측 단부를 향하여 점진적으로 감소하도록 형성되는 것이 와류 발생 등을 줄일 수 있다는 측면에서 바람직하다.
회전날개(120)의 내부에 물의 침투가 방지된 중공부(121)가 형성되는 경우, 그 중공부(121)에 함유된 공기의 부력으로 인하여, 회전날개(120)가 가벼워짐에 따라, 수력에 의한 수차(100)의 회전을 더욱 촉진할 수 있다는 장점이 추가된다(도 10).
회전축(110)의 측방에는 힌지부(111)가 외측으로 돌출형성되고, 회전날개(120)는 힌지부(111)에 대하여 회전방향으로 힌지구동 가능하도록 설치되는 경우, 발전용 유로(a)에 노출되는 경우는 회전날개(120)가 펼침구동을 하고, 그렇지 않은 경우는 접힘구동을 하게 될 것인바, 상술한 역방향 구동 시 저항을 더욱 줄일 수 있다는 효과가 있다(도 11,12).
회전날개(120)의 내측 단부에, 회전축(110)의 외벽에 접촉함과 아울러, 상호 기울기가 다르게 형성된 복수의 접촉면(122a,122b)이 형성된 구조를 취하는 경우, 상술한 회전날개(120)의 펼침구동 시 및 접힘구동 시 각각의 접촉면(122a,122b)이 회전축(110)의 외벽에 접촉함에 따라, 상술한 힌지구동을 더욱 안정적으로 이룰 수 있다는 효과가 추가된다(도 11,12).
유로 차단부재(200)는 유선형 단면 구조로 형성된 파일부(200a); 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록, 파일부(200a)의 일측 또는 양측에 형성된 수차 수납홈(201);을 포함하는 구조를 취할 수 있다(도 6,7).
이 경우, 물의 흐름 방향에 대하여 역방향을 향하여 구동하는 회전날개(120)는 유로 차단부재(200)의 수차 수납홈(201) 내부에서 회전하게 되므로, 물의 흐름에 의한 저항을 최소화할 수 있다.
수로(20)의 내벽은 강판(21)에 의해 덮는 것이 물에 대한 저항을 최소화할 수 있다는 측면에서 좋고, 이 경우 수로(20)의 내벽에 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성된 구조를 취할 수 있는데, 이에 의한 효과는 상술한 바와 같다(도 6).
복수의 유로 차단부재(200)가 설치되고, 그 상부에 지상에서 연장된 데크(410)를 설치하는 경우, 발전 구조물의 시공 및 유지관리가 용이하다는 장점이 추가된다(도 13,14).
이러한 데크(410)의 상부에는 회전축(110)에 연결된 발전장치(420)를 설치하는 것이 발전장치(420)의 설치 및 유지관리를 용이하게 할 수 있다는 측면에서 유리하다(도 13,14).
수차(100)의 하부 영역에는 웨어(weir)(b)가 형성됨으로써, 이를 넘는 물의 흐름의 부하가 수차(100)에 집중되도록 하는 것이 바람직하다(도 13,14).
구체적으로, 웨어(b)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성되는 것이 가장 효율적이다.
이하, 수로(20)의 폭이 좁은 경우(도 2,3)에 관한 실시예에 관하여 설명한다.
이러한 경우에는, 수로(20)의 내벽에 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 회전축(110)의 타측에 형성된 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 구성을 취할 수 있다(도 15).
이는 수로(20)의 폭이 좁은 경우에도, 그 수로(20)의 폭에 비해 큰 폭을 갖는 수차(100)를 설치하도록 하므로, 발전효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
복수의 수로(20)가 격벽(50)에 의해 구획되어 형성되는 경우에는, 격벽(50)의 양측 내벽에 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며, 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 구성을 취함으로써 상기 효과를 얻을 수 있다(도 16).
또한, 수로(20)의 일측 내벽에 유로 차단부재(200)가 설치되며, 수로(20)의 타측에 상기 발전용 유로(a)가 형성되고, 수차(100)는 유로 차단부재(200)의 후방에 설치됨과 아울러, 일부의 회전날개(120)가 발전용 유로(a)에 노출되도록 설치된 구조를 취하는 경우, 폭이 좁은 유로(20)에서도 효율적인 발전이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다(도 17).
이때, 유로 차단부재(200)는 유선형 단면 구조로 형성되는 것이 바람직함은 상술한 바와 같다.
나아가, 유로 차단부재(200)의 후방에 설치되어 전체적으로 유선형 단면 구조를 형성하도록, 수로(20)의 일측 내벽에 유로 형성부재(200b)가 설치되고, 유로 차단부재(200)와 유로 형성부재(200b)의 사이에는 수차 수납홈(202)이 형성되며, 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 회전날개(120)는 수차 수납홈(202)에 수납되고, 회전축(110)의 타측에 형성된 회전날개(120)는 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 구조를 취하는 경우, 발전용 유로(a)의 흐름이 원활하게 되므로 발전효율이 증대된다는 효과가 추가된다(도 18).
수차(100)는 복수의 유닛(100a,100b,100c)이 연직방향으로 상호 착탈가능하도록 적층구조로 설치될 수 있는데, 이 경우 수로(20)를 흐르는 유량에 맞추어 수차(100)의 크기를 조절할 수 있다는 장점이 추가된다(도 19).
즉, 유량이 큰 경우에는 모든 유닛(100a,100b,100c)을 모두 적층하여 수차를 형성하고, 유량이 작은 경우에는 일부 유닛(100a)만을 활용하여 수차를 형성함으로써, 유량에 적합한 발전구조를 이룰 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 발전 구조물의 유로(20)는 제방도로(1) 및 둔치(2) 내에 형성되는 하천에 형성될 수 있는데(도 4), 이 경우 둔치(2)의 벽면을 보수하여 강판(21)을 설치하고, 상술한 유로 차단부재(200), 데크(410) 등을 설치함으로써 양수 발전 구조물을 구현할 수 있다(도 5).
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims (23)

  1. 양수된 물을 담도록 고지대에 형성된 상부 저수조(10);
    상기 상부 저수조(10)에서 하부로 물이 흐르도록 형성된 수로(20);
    물의 흐름 중 일부를 막아 발전용 유로(a)를 형성하도록 설치된 유로 차단부재(200);
    상기 발전용 유로(a)에 전부 또는 일부가 노출되도록 설치된 수차(100);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수로(20)의 일측 또는 양측에는 하부에서 상기 상부 저수조(10)를 향하여 물을 양수하기 위한 송수관(30)이 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수로(20)는 도심을 흐르는 지천에 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수로(20)는 경사진 폐도로에 형성되거나, 산 또는 구릉지의 경사면을 둘러 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수차(100)는
    연직방향으로 형성된 회전축(110);
    상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고,
    상기 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 유로 차단부재(200)의 하류 측에 위치하고, 상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 회전날개(120)는 종단면이 일정 방향을 향하여 만곡지게 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 회전날개(120)에는 일정 방향을 향하는 면에 보조날개(123)가 돌출형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 회전날개(120)는 횡단면의 면적이 외측 단부를 향하여 점진적으로 감소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 회전날개(120)의 내부에는 물의 침투가 방지된 중공부(121)가 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 회전축(110)의 측방에는 힌지부(111)가 외측으로 돌출형성되고,
    상기 회전날개(120)는 상기 힌지부(111)에 대하여 회전방향으로 힌지구동 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전날개(120)의 내측 단부에는, 상기 회전축(110)의 외벽에 접촉함과 아울러, 상호 기울기가 다르게 형성된 복수의 접촉면(122a,122b)이 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 유로 차단부재(200)는
    유선형 단면 구조로 형성된 파일부(200a);
    상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록, 상기 파일부(200a)의 일측 또는 양측에 형성된 수차 수납홈(201);을
    포함하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유로 차단부재(200)는 복수가 설치되고,
    상기 복수의 유로 차단부재(200)의 상부에는 지상에서 연장된 데크(410)가 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 데크(410)의 상부에는 상기 회전축(110)에 연결된 발전장치(420)가 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 수차(100)의 하부 영역에는 웨어(b)가 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 웨어(b)는 상류측 경사가 가파르고, 하류측 경사가 완만하도록 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 수로(20)의 내벽을 덮도록 강판(21)이 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 수차(100)는
    연직방향으로 형성된 회전축(110);
    상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고,
    상기 수로(20)의 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 수차 수납홈(22)이 형성되며,
    상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수로(20)는 격벽(50)에 의해 구획되어 복수가 형성되고,
    상기 격벽(50)의 양측 내벽에는 상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)가 수납되도록 상기 수차 수납홈(22)이 형성되며,
    상기 격벽(50)의 양측 내벽의 수차 수납홈(22)은 상호 엇갈린 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 수차(100)는
    연직방향으로 형성된 회전축(110);
    상기 회전축(110)을 중심으로 방사상 구조로 설치된 복수의 회전날개(120);를 포함하고,
    상기 수로(20)의 일측 내벽에 상기 유로 차단부재(200)가 설치되며, 상기 수로(20)의 타측에 상기 발전용 유로(a)가 형성되고,
    상기 수차(100)는 상기 유로 차단부재(200)의 후방에 설치됨과 아울러, 일부의 상기 회전날개(120)가 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유로 차단부재(200)는 유선형 단면 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 유로 차단부재(200)의 후방에 설치되어 전체적으로 유선형 단면 구조를 형성하도록, 상기 수로(20)의 일측 내벽에 유로 형성부재(200b)가 설치되고,
    상기 유로 차단부재(200)와 상기 유로 형성부재(200b)의 사이에는 수차 수납홈(202)이 형성되며,
    상기 수차(100)의 회전축(110)의 일측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 수차 수납홈(202)에 수납되고,
    상기 회전축(110)의 타측에 형성된 상기 회전날개(120)는 상기 발전용 유로(a)에 노출되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
  23. 제5항에 있어서,
    상기 수차(100)는 복수의 유닛(100a,100b,100c)이 상호 착탈가능하도록 적층구조로 설치된 것을 특징으로 하는 양수식 발전 구조물.
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