WO2013055061A1

WO2013055061A1 - 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치

Info

Publication number: WO2013055061A1
Application number: PCT/KR2012/008060
Authority: WO
Inventors: 송태원
Original assignee: Song Tae-Won
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2013-04-18
Also published as: KR20130038506A; KR101258892B1

Abstract

본 발명은 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 확장 발전터빈이 일정 간격으로 설치된 확장 발전유로를 복수 개로 설치하여 적은 수량(水量)으로도 효율적인 발전이 이루어지도록 함과 동시에 발전횟수를 증대시켜 지속적인 발전이 가능하도록 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상류에 저수지를 형성하는 일정 높이의 댐와; 댐의 하부를 하방으로 경사지게 관통하면서 유입측에는 수량을 조절하는 수문이 설치되고 유출측에 전력을 생산하는 발전터빈이 설치된 관체 형상의 발전유로로 구성된 통상의 수력 발전 장치에 있어서, 상기 댐에 저수지와 연통된 관체 형상의 확장 발전유로가 하나 이상 설치되어, 발전유로로 유입되는 수량보다 적은 수량으로 터빈의 전기 생산량에 대응하는 전기를 발전할 수 있게 됨을 특징으로 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치가 제공된다.

Description

복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치

본 발명은 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 확장 발전터빈이 일정 간격으로 설치된 확장 발전유로가 복수 개로 설치되어 적은 수량(水量)으로도 효율적인 발전이 이루어지도록 함과 동시에 발전횟수를 증대시켜 지속적인 발전이 가능하도록 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수력발전은 높은 곳에 위치한 물의 위치에너지를 발전기 터빈의 운동에너지로 변환시키고 발전기 내부의 전자기유도 현상을 이용하여 전기를 얻는 방법이다.

따라서 수력발전을 위하여 강을 막아 물을 일정 높이까지 저장할 수 있는 저수지를 형성하도록 댐이 건설되고, 댐의 하부를 하방으로 경사지게 관통하면서 유입측에는 수량을 조절하는 수문이 설치되며, 유출측에 전력을 생산하는 발전터빈이 설치된 관체 형상의 발전유로가 설치됨으로써 수력 발전 장치를 구성하게 된다. 이에 따라 댐의 상류에 형성된 저수지에 물을 가두었다가 수문을 열어 발전유로로 물을 흘려보내 발전터빈을 회전시켜 전기를 생산하게 된다.

다시 말해, 저수지에 저장된 물의 위치에너지가 발전터빈의 운동에너지로 전환되고, 발전터빈 내부의 로터 코일이 발전터빈을 따라서 회전하면서 전자기유도 현상이 일어나 전류를 생산하게 된다.

그러나 상기한 구성을 가진 종래의 수력 발전 장치는 전력을 생산하기 위해 많은 양의 물을 사용하였다. 이에 따라 댐의 상부에 형성되는 저수지에 일정한 양의 물이 보유되어야만 용이한 발전이 이루어지게 됨으로써, 발전터빈을 회전시킬 수 있는 횟수가 제한되어 지속적으로 발전하는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소할 수 있도록 적은 수량으로도 발전이 용이하도록 구성되어 지속적인 발전이 이루어질 수 있도록 한 수력 발전 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 상류에 저수지를 형성하는 일정 높이의 댐과; 댐의 하부를 하방으로 경사지게 관통하면서 유입측에는 수량을 조절하는 수문이 설치되고 유출측에 전력을 생산하는 발전터빈이 설치된 관체 형상의 발전유로로 구성된 통상의 수력 발전 장치에 있어서, 상기 댐에 저수지와 연통된 관체 형상의 확장 발전유로가 하나 이상 설치되어, 종래의 발전유로로 유입되는 수량보다 적은 수량으로 발전터빈의 전기 생산량에 대응하는 전기를 발전할 수 있게 됨을 특징으로 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치를 제공한다.

본 발명은 탄소가 배출되지 않는 친환경적인 발전으로, 적은 수량으로도 효율적인 발전이 이루어짐으로써 발전 횟수가 증대되어 지속적인 발전이 가능함에 따라 전력공급이 원활하고, 종래의 수력 발전 장치에 용이하게 구성할 수 있어 댐의 추가적인 건설에 따른 건설비용을 절감할 수 있으며, 댐의 높이에 대응하여 효율적인 발전이 이루어지도록 구성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예를 도시한 측단면도.

도 2는 본 발명의 제1실시예의 확장 발전유로를 도시한 부분 단면도.

도 3은 본 발명의 제2실시예의 확장 발전유로를 도시한 부분 단면도.

도 4는 도 2의 유로관과 유로관에 설치된 확장 발전터빈을 정면에서 바라본 상태를 도시한 단면도.

도 5은 본 발명의 전체 구성을 도시한 평면도

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치(100)는 상류에 저수지(L)를 형성하는 일정 높이의 댐(1)과; 댐(1)의 하부를 하방으로 경사지게 관통하면서 유입측에는 수량을 조절하는 수문(2)이 설치되고 유출측에 전력을 생산하는 발전터빈(3)이 설치된 관체 형상의 발전유로(4)로 구성된 통상의 수력발전 장치에 있어서, 상기 댐(1)에 저수지(L)와 연통된 확장 발전유로(20)가 하나 이상 설치된 구성이다.

여기서 상기 확장 발전유로(20)는 댐(1)을 하방으로 경사지게 관통하면서 저수지(L)와 연통된 일정 길이의 유로관(21)과; 유로관(21)의 관벽을 관통하여 유로관(21)을 따라 흐르는 물이 유동하는 방향으로 회전하도록 유로관(21)의 관벽에 일정 간격으로 축설되고, 유로관(21)의 관벽을 경계로 일측은 유로관(21)의 내부에 위치한 상태에서 유로관(21)을 따라 흐르는 물에 일정 깊이 잠기고, 타측은 유로관(21)의 외부로 노출되는 복수 개의 확장 발전터빈(22)과; 유로관(21)의 관벽에 확장 발전터빈(22)이 설치된 위치에 대응하여 외부로 노출된 확장 발전터빈(22)의 타측을 완전히 감싸도록 설치되면서 확장 발전터빈(22)이 위치한 내측에 공기가 수용되는 돌출커버(23)와; 유로관(21)의 유입측에 설치되어 유입되는 물의 량을 조절하는 확장 수문(24)으로 구성된다.

그리고 상기 유로관(21)의 내주면에는 확장 발전터빈(22)이 설치된 위치와 대향되는 위치에 유로관(21)의 관경을 축소시키는 돌출턱(25)이 형성된다.

또한 상기 유로관(21)에 유로관(21)의 외부와 내부를 연통하는 공기주입관(26)이 관통되어, 공기주입관(26)을 통해 주입되는 공기로 유로관(21)을 따라 흐르는 물을 가압하여 유속을 증대시킨다.

이뿐만 아니라 상기 유로관(21)의 유출측에 관체 형상의 압력조절장치(27)가 설치되어 유로관(21)의 내부에 대기압이 작용될 수 있는 구조를 가진다.

이와 같이 구성된 본 발명은 물의 위치에너지를 이용하여 전기를 생산하기 위한 것이다.

특히, 본 발명은 적은 수량으로도 발전이 용이하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 간격을 두고 유로관(21)의 길이 방향으로 복수 개로 축설된 확장 발전터빈(22)을 가지는 확장 발전유로(20)가 댐(1)에 하나 이상 설치되는 구조에 의해 달성된다.

즉, 저수지(L)와 연통된 확장 발전유로(20)의 확장 수문(24)을 열게 되면, 유로관(21)을 따라 저수지(L)의 물이 흐르면서 유로관(21)에 일정 간격으로 설치된 복수 개의 확장 발전터빈(22)을 회전시켜 전기를 생산하게 되는 것이다.

이때, 확장 발전유로(20)에는 댐(1)의 하부에 설치된 발전유로(4) 보다 적은 양의 물이 유입되지만 유로관(21)에 복수 개로 설치된 확장 발전터빈(22)을 통해 발전터빈(3)에서 생산하는 전력량과 동일하거나 더 많은 전력량을 생산할 수 있게 된다. 특히 도 5의 평면도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 확장 발전유로(20)는 댐(1)에 여러 방향으로 다수 개 연결되고, 각각의 확장 발전유로(20)에는 다수 개의 확장 발전터빈(22)이 설치되므로 그 발전 용량이 증대될 수 있다.

이에 따라 저수지(L)에 일정 수량이 보유되어야만 전기를 생산할 수 있던 종래와 달리 확장 발전유로(20)를 통해 적은 수량으로 복수 개의 확장 발전터빈(22)을 돌려 발전터빈(3)에서 생산되는 전력량과 동일하거나 더 많은 전력량으로 발전할 수 있게 됨으로써, 수력 발전 장치(100)를 효과적으로 이용할 수 있고, 지속적인 발전을 통해 전기의 공급을 원활하게 할 수 있다.

즉, 가뭄과 같이 저수지(L)의 수량이 부족하게 되는 경우에도 전기의 효율적인 생산이 가능하다.

또한 상기 확장 발전유로(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개로 댐(1)에 설치하는 것이 가능하며, 확장 발전유로(20)의 경사각도와 개수를 조절하여 댐(1)의 높이에 따라 용이한 발전이 이루어지도록 구성하는 것이 가능함으로써, 댐(1)의 높이가 낮더라도 용이한 발전이 이루어질 수 있도록 수력 발전 장치(100)를 구성할 수 있다.

그리고 확장 발전터빈(22)은 타측이 유로관(21)의 외부로 노출되어 공기와 접한 상태에서 회전하도록 유로관(21)의 관벽에 축설된다.

즉, 유로관(21)을 따라 흐르는 물에 확장 발전터빈(22)의 전체를 잠기게 한 것이 아니라 일측만 잠기게 하여 물에 의한 저항이 확장 발전터빈(22)을 회전시키는 힘으로만 사용되도록 하여, 확장 발전터빈(22)이 용이하게 회전할 수 있도록 한 것이다.

이때, 유로관(21)의 외부로 노출된 확장 발전터빈(22)의 타측은 돌출커버(23)에 의해 완전히 감싸지면서 외부와 차단되며, 이는 확장 발전터빈(22)이 외부로 노출되는 것을 막아 부식이나 파손이 유발되는 것을 방지하기 위함이다.

여기서 확장 발전터빈(22)의 회전 운동에 의해 돌출커버(23)의 내측으로 물이 유입될 수 있으나, 유로관(21)이 경사지게 댐(1)에 설치됨으로써, 유로관(21)을 따라 흐르는 물이 가진 유속으로 인해 확장 발전터빈(22)이 물을 포함하지 않은 상태로 일측이 타측으로 회전하여 이동하게 됨으로써 돌출커버(23)로 유입되는 물의 양이 극히 적음에 따라 확장 발전터빈(22)의 타측은 공기 중에서 용이하게 회전하게 된다.

그리고 확장 발전유로(20)의 유로관(21)을 따라 흐르는 물의 유속을 증대시켜 확장 발전터빈(22)의 회전속도를 향상시키기 위해 유로관(21)에 돌출턱(25)과 공기주입관(26)과 압력조절장치(27)를 형성하거나 설치하게 된다.

여기서 돌출턱(25)은 확장 발전터빈(22)이 설치된 반대측 내면에 형성되어 유로관(21)의 관경을 국부적으로 축소시켜, 유로관(21)을 따라 흐르는 물이 동일한 유량으로 흐르게 하기 위하여 확장 발전터빈(22)과 돌출턱(25)의 사이에서 유속이 증대되도록 한다.

그리고 상기 공기주입관(26)는 외측 단부가 공기펌프와 연결되며, 공기펌프를 통해 일정압력으로 공기를 공급받아 유로관(21)에 공기를 공급하여 물의 유속을 증대시킨다.

이뿐만 아니라 상기 압력조절장치(27)는 유로관(21)의 내부에 대기압이 작용할 수 있도록 유로관(21)의 외부와 내부를 연통하는 관체 형상을 가지며, 압력조절장치(27)를 통해 작용하게 되는 대기압을 통해 유로관(21)의 내부를 흐르는 물을 가압하여 유속을 증대시키게 된다.

따라서 돌출턱(25)과, 공기주입관(26)과, 압력조절장치(27)를 통해 유로관(21)을 따라 흐르는 물의 속도가 상승하게 되고, 그 상승된 유속으로 확장 발전터빈(22)을 회전시키게 되면서 더욱 효과적으로 전기를 생산할 수 있도록 한다.

그리고 상기 확장 발전터빈(22)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 유로관(21)의 관벽 상부에 일정 간격으로 설치되거나, 도 3과 같이 유로관(21)의 양측에 수평으로 지그재그 설치된 구조도 가능하며, 유로관(21)의 상부와 양측에 모두 설치된 구조도 가능하다.

또한 수력 발전 장치(100)에서 발전유로(4)를 제외하고 확장 발전유로(20)만을 설치한 구조도 가능하며, 종래에 시공된 유역 변경식 댐에도 용이하게 적용할 수 있다. 여기서 유역 변경식 댐은 관로가 길고, 경사도를 높일 수 있어 본 발명을 통해 효과적으로 발전할 수 있다.

그리고 상기 수문(2)과 확장 수문(24)은 각각 발전유로(4)와 확장 발전유로(20)로 유입되는 물의 양을 조절하거나 단속한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치(100)는 탄소가 배출되지 않는 친환경적인 발전으로, 적은 수량으로도 효율적이 발전이 이루어짐으로써 발전 횟수가 증대되어 지속적인 발전이 가능함에 따라 전력공급이 원활하고, 종래의 수력 발전 장치뿐만 아니라 일반적인 댐에도 용이하게 적용할 수 있어 댐(1)의 추가적인 건설에 따른 건설비용을 절감할 수 있으며, 댐(1)의 높이에 대응하여 효율적이 발전이 이루어지도록 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 치환, 변형 및 변환이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 명백할 것이다.

Claims

상류에 저수지(L)를 형성하는 일정 높이의 댐(1)와; 댐(1)의 하부를 하방으로 경사지게 관통하면서 유입측에는 수량을 조절하는 수문(2)이 설치되고 유출측에 전력을 생산하는 발전터빈(3)이 설치된 관체 형상의 발전유로(4)로 구성된 통상의 수력 발전 장치에 있어서, 상기 댐(1)에 저수지(L)와 연통된 관체 형상의 확장 발전유로(20)를 하나 이상 설치하여, 발전유로(4)로 유입되는 수량보다 적은 수량으로 발전터빈(3)의 전기 생산량에 대응하는 전기를 발전할 수 있게 됨을 특징으로 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치.
제 1항에 있어서, 확장 발전유로(20)는 댐(1)을 하방으로 경사지게 관통하면서 저수지(L)와 연통된 일정 길이의 유로관(21)과; 유로관(21)의 관벽을 관통하여 유로관(21)을 따라 흐르는 물이 유동하는 방향으로 회전하도록 유로관(21)의 관벽에 일정 간격으로 축설되고, 유로관(21)의 관벽을 경계로 일측은 유로관(21)의 내부에 위치한 상태에서 유로관(21)을 따라 흐르는 물에 일정 깊이 잠기고, 타측은 유로관(21)의 외부로 노출되는 복수 개의 확장 발전터빈(22)과; 유로관(21)의 관벽에 확장 발전터빈(22)이 설치된 위치에 대응하여 외부로 노출된 확장 발전터빈(22)의 타측을 완전히 감싸도록 설치되면서 확장 발전터빈(22)이 위치한 내측에 공기가 수용되는 돌출커버(23)와; 유로관(21)의 유입측에 설치되어 유입되는 물의 량을 조절하는 확장 수문(24)으로 구성된 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치.
제 2항에 있어서, 유로관(21)의 내주면에는 확장 발전터빈(22)이 설치된 위치와 대향되는 위치에 유로관(21)의 관경을 축소시키는 돌출턱(25)이 형성된 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치.
제 2항에 있어서, 유로관(21)에 유로관(21)의 외부와 내부를 연통하는 공기주입관(26)이 관통되게 설치되어, 공기주입관(26)을 통해 주입되는 공기로 유로관(21)을 따라 흐르는 물을 가압하여 유속을 증대시킨 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치.
제 2항에 있어서, 유로관(21)의 유출측에 관체 형상의 압력조절장치(27)가 설치되어, 유로관(21)의 내부에 대기압이 작용될 수 있도록 한 복수의 터빈과 유로를 이용한 수력 발전 장치.