WO2014168287A1 - 간이 수력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 간이 수력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물의 흐름을 유도하여 그 통과하는 유속의 수력에 의해 회전할 수 있도록 하되 낮은 유속과 적은 유량에도 많은 발전이 가능한 수차구조를 통하여 전기의 생산이 용이하도록 하는 이동이 가능한 간이 수력 발전장치에 관한 것이다.

Description

간이 수력 발전장치
본 발명은 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 간이 수력 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물의 흐름을 유도하여 그 통과하는 유속의 수력에 의해 회전할 수 있도록 하되 낮은 유속과 적은 유량에도 많은 발전이 가능한 수차구조를 통하여 전기의 생산이 용이하도록 하는 이동이 가능한 간이 수력 발전장치에 관한 것이다.
현재의 우리 인간생활에서 전기는 없어서는 안될 중요한 요소이며, 이 전기는 주로 화석연료나 원자력에 의해 생산됨으로써 탄소나 방사능으로 인한 대기오염이 심각한 문제로 대두되고 있는 실정이다.
그에 비해 무공해 자연에너지인 물의 힘으로 전기를 생산하는 수력발전은 일반적으로 위치에너지와 운동에너지를 이용하여 전기를 얻는 발전방식으로 주로 높은 쪽 하천의 수량 일부를 낮은 하천으로 끌어들이는 방식으로 댐을 건설하여 하천의 적당한 곳을 가로막아 수위를 높여서 낙차 에너지로 터빈을 회전시키는 방법이 많이 사용되고 있다.
이러한 방법은 물의 유속이나 낙차에 의해 발생되는 힘을 이용해 수차나 프로펠러를 회전시켜 발전기의 로터를 돌려 발전시키는 방법으로 대기오염은 거의 발생되지 않는다.
그러나 이러한 수력발전을 하기 위해서는 댐을 쌓거나 보를 높여 수압이나 낙차를 크게 해야 발전효율을 높일수 있는바, 높은 수압이나 큰 낙차를 확보해 발전기를 설치할 수 있는 장소가 한정적이고, 또한 발전기의 위치가 고정되어 있기 때문에 수량의 변화가 심한 갈수기나 홍수 때에는 정상적인 발전을 할 수 없는 단점이 있다.
또한 프로펠러나 수차를 회전시켜 발전을 하는 일반적인 수력발전은 일정 이상의 물의 속도나 낙차를 확보할 수 있어야 수력발전이 가능하기 때문에 물의 이동경로 상에서 상류에 속하는 계곡이나 댐에 주로 발전시설이 위치하고 있어서 전기를 실제 필요로 하는 시설에 신속하게 공급할 수 없다는 문제가 있고, 또한, 주택이나 사회시설, 공장 등에서 요구되는 대용량의 발전시설은 그 설치 위치나 설치 비용 등을 감안하게 되면 생활 주변에 설치하는 것이 거의 불가능하다.
이에 근래에 이르러 태양열이나 풍력 등과 같이 생활 주변에서 용이하게 얻을 수 있는 전력장치가 요구되게 되었고, 그 중에 하나가 지류 하천이나 댐의 하류 방류천 등에 부유체를 설치하고 방류되는 유속을 이용하여 소규모의 발전이 가능하도록 하는 수력 발전장치의 연구가 활발하게 연구되고 있는 실정이다.
종래의 발전장치는 다수의 기술이 공지되어 있다.
그 중에 실용신안등록 제20-0329785호의 '부유식 수력발전 장치'는 부유하는 구조물에 다수의 수차를 설치하여 수차의 절반 이하를 물에 잠수시켜 발전을 하는 형태이고,
또한, 한국특허등록 제10-1172847호의 '소수력 발전장치'는 중심축의 둘레에 구비되는 다수개의 블레이드를 앞에서 뒤로 갈수록 축을 감싸면서 유선형으로 곡선지게 하여 적은 유량에서도 발전이 가능한 구조로 되어 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR 10-1172847 (등록번호) 2012.08.03.
상기와 같은 종래의 발전장치는 유선형의 긴 곡선 블레이드가 구비되어야 하므로 그 경사각도를 제조하기가 매우 어려워 제조시간이 길고, 제조비용이 높아지는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 적은 양의 물과 낮은 유속에도 많은 전기를 발생시킬 수 있는 간이 수력 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 간이 수력 발전장치에 있어서, 배관에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차(130)를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단(140)을 포함하되, 상기 발전수단(140)은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차(130)와, 상기 날개접이식수차(130)의 중심에 구비되어 회전되는 회동축(131)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로 구성되며, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 회전되는 원통형몸체(135)와, 상기 원통형몸체(135)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체(135)를 회전시킬 수 있도록 그 단면의 일측은 두껍게 형성되는 라운드부(136a)와 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부(136b)로 형성된 접이식 날개(136)로 구성되되, 상기 원통형몸체(135)에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개(136)가 삽설되는 요홈(137)이 형성되고, 상기 요홈(137) 사이에는 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면(138a)과 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면(138b)이 형성되는 돌기부(138)가 형성되며, 상기 요홈(137)의 양측면에는 접이식 날개(136)가 회동이 가능하도록 끼움핀(139a)이 삽입 설치되는 설치구멍(139b)이 형성된 돌기편(139)이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물이 적고 유속이 낮아도 단순한 구조로 많은 전기를 생산할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 저수장 또는 물탱크로부터의 급수관에 간편하게 설치하여 급수관을 유동하는 유체 흐름의 운동에너지를 이용하여 효율높은 전기를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수력 발전장치의 개략적인 상태도이고,
도 2는 도1에 따른 수력 발전장치의 날개접이식 수차의 요부에 대한 분리 확대 사시상태도이고,
도 3은 본 발명에 다른 일실시예에 따른 수력 발전장치의 개략적인 상태도이고,
도 4는 도3에 따른 수력 발전장치의 날개접이식 수차의 요부에 대한 분리 확대 사시상태도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
본 발명에 따른 간이 수력 발전장치는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이,
본 발명의 발전장치는 하천, 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터의 급수관내에 설치되는 것으로 긴 배관의 일측을 제거한 후, 입구쪽인 유량공급통로부(133)와 출구쪽인 유량배출통로부(134)에 조인트 결합하여 배관 사이에 설치되며, 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 수차(130)의 회전력을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단(140)으로 구성되되,
상기 발전수단(140)은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식 수차(130)와, 상기 날개접이식수차(130)의 중심에 구비되어 상기 날개접이식수차(130)의 회전에 의해 돌아가는 회동축(131)과, 상기 회동축(131)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기와, 상기 발전기의 작동을 제어하는 제어부(미도시)로 구성되어 있다.
또한, 상기 날개접이식수차(130)의 전면측으로는 유량이 용이하게 유입되어 공급될 수 있도록 유량공급통로부(133)가 형성되고, 상기 날개접이식수차(130)의 후면부에는 상기 날개접이식수차(130)를 회전시키면서 통과한 유량이 빠져나갈 수 있도록 된 유량배출통로부(134)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 유량공급통로부(133)는 그 전면부가 넓게 형성되고 그 후면부로 갈수록 점차 통로(직경)가 좁아지는 원뿔대 형상으로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135)와 상기 원통형몸체(135)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체(135)를 회전시킬 수 있도록 된 접이식 날개(136)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 원통형몸체(135)에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개(136)가 삽설되는 요홈(137)이 형성되고, 또 상기 요홈(137) 사이에는 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면(138a)과 상기 접이식 날개(136)가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면(138b)이 형성되는 돌기부(138)가 형성되어 있다.
그리고, 요홈(137)의 양측면에는 접이식 날개(136)가 회동이 가능하도록 끼움핀(139a)이 삽입 설치되는 설치구멍(139b)이 형성된 돌기편(139)이 구비되어 있다.
또한, 상기 접이식 날개(136)는 유선형상으로 되어 그 단면의 일측은 상기 요홈(137)에 안착되도록 두껍게 형성되는 라운드부(136a)로 형성되고 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부(136b)로 형성되어 있다.
그리고, 상기 라운드부(136a)에는 상기 끼움핀(139a)이 삽입될 수 있도록 하는 끼움구멍(136c)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 접이식 날개(136)는 유입되는 물이 상기 유입공급통로부(133)를 통해 유입되면 그 압력에 의해 상기 끼움핀(139a)을 중심으로 회동되면서 펼쳐지고, 이로 인해 상기 원통형몸체(135)가 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전된다.
이때, 상기 접이식 날개(136)는 상기 라운드부(136a)의 일면이 상기 돌기부(138)에 형성된 상기 지지턱면(138a)까지만 회전되고 더이상 회전되지 않으면서 수압을 받아 상기 원통형몸체(135)를 회전시키게 된다.
그리고, 유입되는 물이 상기 유량배출통로부(134)로 빠져나가게 되면 상기 접이식 날개(136)는 하면부에 닿아 회동되되, 상기 쐐기부(136b)의 일면이 상기 돌기부(138)에 형성된 상기 압착면(138b)까지 접혀지면서 상기 원통형몸체(135)가 회전하게 된다.
따라서, 상기 날개접이식수차(130)는 상기 유입공급통로부(133)와 상기 유량배출통로부(134)를 통과하는 물의 압력을 받는 상기 접이식 날개(136)에 의해 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전되고, 상기 회동축(131)의 회전에너지가 상기 발전기에 전달되면서 전기를 생산할 수 있게 된다.
상기와 같은 접이식 날개를 갖는 날개접이식수차(130)는 도 3과 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 다른 실시예인 캠형 수차(130a)로 구성하여 적용될 수 있다.
즉, 긴 배관의 일측을 제거한 후, 입구쪽인 유량공급통로부(133)와 출구쪽인 유량배출통로부(134)에 조인트 결합하여 배관 사이에 설치되며, 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 캠형수차(130a)는 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135a)와, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체(135a)를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개(136a), 및 상기 원통형몸체(135a)의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개(136a)를 상기 원통형몸체(135a)의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰(出沒)시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈(191)이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트(190)로 구성되어 이루어져 있다
여기서, 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)은 일반적인 캠의 원리와 같이 상기 회동축(131)을 반경으로 하여 원주면을 따라 그 반경이 각각 달라지면서 형성되게 된다.
그리고, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에는 일정한 간격으로 상기 출몰식 날개(136a)가 삽설되는 요홈(135ab)이 형성 구비되어 있고, 상기 출몰식 날개(136a)의 양단부에는 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)에 삽입 설치되어 상기 원통형몸체(135a)가 회전되면서 상기 출몰식 날개(136a)가 상기 요홈(135ab)에서 슬라이딩 출몰이 가능하도록 하는 작동끼움돌기(136ab)가 구비되어 있다.
여기서, 상기 작동끼움돌기(136ab)의 단부에는 상기 원통형몸체(135a)가 회전될 때 상기 캠형상의 오목슬롯홈(191)을 따라 그 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 자전되는 베어링수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조의 상기 캠형 수차(130a)는 상기 유입공급통로부(133)를 통해 유입되는 물이 돌출되는 상기 출몰식 날개(136a)를 가압하여 상기 원통형몸체(135a)가 회전되고 이에 따라서 상기 회동축(131)이 회전되도록 함으로써 전력을 생산할 수 있게 된다.
이때, 상기 출몰식 날개(136a)는 하부측에 구비될 때는 상기 요홈(135ab) 내부로부터 돌출되어 물의 압력을 받게되고, 상부측에 구비될 때는 상기 요홈(135ab) 내부로 슬라이딩되어 들어가 물의 압력을 받지 않게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 간이 수력 발전장치를 이용하여 전기를 생산하는 작동방법을 살펴보면 다음과 같다.
저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 공급된 물이 상기 유량공급통로부(133)로 흘러가게 된다. 상기 날개접이식수차(130)는 상기 유입공급통로부(133)와 상기 유량배출통로부(134)를 통과하는 물의 압력에 의해 상기 접이식 날개(136)가 회전되면서 상기 회동축(131)이 회전되고, 이러한 상기 회동축(131)의 회전에너지가 상기 발전기에 전달되면서 전기를 생산하게 된다.
이와 같이 하여 생산된 전기는 별도의 시스템을 통해 소요처로 공급하여 사용하면 된다.
또한, 도 3 및 도 4와 같이 캠형 수차를 이용하는 발전장치는 긴 배관의 일측을 제거한 후, 입구쪽인 유량공급통로부(133)와 출구쪽인 유량배출통로부(134)에 조인트 결합하여 배관 사이에 설치되며, 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 캠형수차(130a)와, 상기 캠형수차(130a)의 중심에 구비되어 회전되는 회동축(131)과, 상기 회동축(131)의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로 구성되고, 상기 캠형 수차(130a)는 상기 회동축(131)이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체(135a)와, 상기 원통형몸체(135a)의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체(135a)를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개(136a), 및 상기 원통형몸체(135a)의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개(136a)를 상기 원통형몸체(135a)의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈(191)이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트(190)로 구성될수도 있다.
위와 같은 구성의 급수관에 설치되는 발전장치는 인입구와 배출구가 형성된 발전장치로 배수관에 삽설되므로, 간단하게 유체의 흐름에 의해 전기를 생성할 수 있게 된다.
[부호의 설명]
130,130a:수차
131:회동축 133:유량공급통로부
134:유량배출통로부 135:원통형몸체 136:접이식 날개
136a:라운드부 136b:쐐기부 136c:끼움구멍
137:요홈 138:돌기부 138a:지지턱면 138b:압착면
139:돌기편 139a:끼움핀 139b:설치구멍
140:발전수단 190:커버플레이트 191:오목슬롯홈

Claims (3)

  1. 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 간이 수력 발전장치에 있어서,
    배관에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단을 포함하되,
    상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 날개접이식수차와, 상기 날개접이식수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로 발전기로 ,
    상기 날개접이식수차는 상기 회동축이 그 중심에 삽설되어 회전되는 원통형몸체와, 상기 원통형몸체의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력으로 펼쳐지면서 상기 원통형몸체를 회전시킬 수 있도록 그 단면의 일측은 두껍게 형성되는 라운드부와 타측은 단부로 갈수록 점차 얇아지는 쐐기부로 형성된 접이식 날개로 구성되되,
    상기 원통형몸체에는 원주면을 따라 일정 간격으로 상기 접이식 날개가 삽설되는 요홈이 형성되고,
    상기 요홈 사이에는 상기 접이식 날개가 더 이상 펼져지는 것을 막아주는 지지턱면과 상기 접이식 날개가 더 이상 접혀지지 않도록 하는 압착면이 형성되는 돌기부가 형성되며,
    상기 요홈의 양측면에는 접이식 날개가 회동이 가능하도록 끼움핀이 삽입 설치되는 설치구멍이 형성된 돌기편이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 간이 수력 발전장치.
  2. 저수지, 정수장 또는 건물의 물탱크로부터 물을 공급하는 급수관에 흐르는 물을 이용하여 전기를 생산하는 간이 수력 발전장치에 있어서,
    배관에 설치되면서 유입되는 유량의 수압에 의해 회전되는 날개접이식 날개접이식수차를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 발전수단을 포함하되,
    상기 발전수단은 유입되는 유량의 수압으로 회전되는 상기 캠형수차와, 상기 캠형수차의 중심에 구비되어 회전되는 회동축과, 상기 회동축의 단부에 구비되어 회전되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기로 구성되고,
    상기 캠형 수차는 상기 회동축이 그 중심에 삽설되어 이와 함께 회전되는 원통형몸체와, 상기 원통형몸체의 외주면에 일정간격으로 다수개가 설치되어 유입되는 물의 압력을 받아 그 압력으로 상기 원통형몸체를 회전시킬 수 있도록 된 출몰식 날개, 및 상기 원통형몸체의 양측면에 구비되고 상기 출몰식 날개를 상기 원통형몸체의 회전에 따라 그 내부 또는 외부로 출몰시킬 수 있도록 하는 캠형상의 오목슬롯홈이 내측면을 따라 형성된 커버플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 간이 수력 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원통형몸체의 외주면에는 일정한 간격으로 상기 출몰식 날개가 삽설되는 요홈이 형성 구비되고, 상기 출몰식 날개의 양단부에는 상기 캠형상의 오목슬롯홈에 삽입 설치되어 상기 원통형몸체가 회전되면서 상기 출몰식 날개가 상기 요홈에서 슬라이딩 출몰이 가능하도록 하는 작동끼움돌기가 설치 구비되되,
    상기 작동끼움돌기의 단부에는 상기 원통형몸체가 회전될 때 상기 캠형상의 오목슬롯홈을 따라 그 회전이 자유롭게 이루어질 수 있도록 자전되는 베어링수단이 구비되어 이루어진 것을 특징으로 하는 간이수력 발전장치.
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