KR101042650B1 - 유수에 설치되는 소수력 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흐르는 강에 설치되어 물살을 발전기 내부로 유입시켜 물의 흐름에 따라 발전이 일어나도록 구성한 유수에 설치되는 소수력 발전기에 관한 것이며, 원통형 몸체(10)의 상부 측면 일측에 입수구(14)가 형성되고, 몸체(10)의 하부 측면 일측에 출수구(15)가 형성되며, 입구수(14)와 출수구(15)를 연결하도록 몸체(10)의 벽체부(11) 내측면을 따라 수류이동홈(12)이 나선형으로 형성되고, 수류이동홈(12)의 홈단부(13)와 인접하여 회전하도록 날개(50)가 몸체(10) 내부에 회전가능하게 고정되며, 날개(50)의 중심축(53)과 몸체(10) 상면의 홈부(16)에 설치된 발전기(20)가 연결되고, 발전기(20)는 커버(30)와 실러(40)에 의해 수밀되도록 설치되며, 입수구(14)에 입수유도체(60)가 설치되고, 입수유도체(60)로 들어온 유수가 회전하면서 몸체(10) 내부의 수류이동홈(12)을 따라 돌면서 날개(50)를 같이 회전시키면서 발전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유수에 설치되는 소수력 발전기 {A water power generation fixing in flowing water}

본 발명은 유수에 설치되는 소수력 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흐르는 강에 설치되어 물살을 발전기 내부로 유입시켜 물의 흐름에 따라 발전이 일어나도록 구성한 유수에 설치되는 소수력 발전기에 관한 것이다.

일반적인 발전방법에는 수력을 이용한 수력발전, 화석연료를 이용한 화력발전, 원자력을 이용한 원자력발전 등이 있다.

이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비와 발전설비를 가동시키기 위한 막대한 양의 에너지원을 필요로 하며 설치장소에 제약이 따른다. 특히, 화력발전에 이용되는 에너지원으로써 석유나 석탄 등의 화석연료는 타연료에 비해 그 의존도가 매우 크기 때문에 자원의 고갈과 같은 문제를 야기시킨다. 또한, 대기오염과 방사능의 유출 우려가 있어 환경 친화적이지 않다는 문제가 있으며, 동력을 발생시키기 위한 자원이 제한되어 있어 그 사용이 영구적이지 못하다는 한계를 안고 있다.

따라서, 석유나 석탄 등의 사용에 따른 자원의 고갈과 석유나 석탄 등을 연소시킴으로써 발생되는 지구온난화에 따른 각종 재해 및 각종 공해물질의 발생으로 인한 환경오염을 방지하기 위해, 최근에는 태양열, 조력, 파력, 풍력 및 수력 등의 자연에너지를 이용한 친환경적이며 영구적으로 에너지원을 활용할 수 있는 발전 방법들이 개발되어 적용되고 있다.

그 중 태양에너지 또는 풍력에너지를 전기에너지로 변환하여 전력축전지 등에 저장하는 방식의 전력생산방식은 날씨와 환경에 상당한 제약이 따른다. 그리고, 조력발전은 조수간만의 차가 심한 지역에 설치해야 전력을 얻을 수 있으므로, 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수밖에 없으며, 파력발전 역시 상기 조력발전과 마찬가지로 파도가 지속적으로 발생되는 한정된 장소에만 적용할 수밖에 없어 설치장소에 제약이 따르는 단점이 있다.

또한, 수력발전의 경우 방대한 양의 물이 저류되는 호수 또는 저수지를 필요로 하므로 이 역시 한정된 장소에만 적용할 수밖에 없어 설치장소에 제약이 따른다. 그러나, 수력을 이용한 발전장치는 한번 설치하면 유지비가 거의 들지 않고 전력을 안정되게 반영구적으로 얻을 수 있는 장점을 제공한다.

한편, 일반적인 형태의 수력발전장치는 높은 위치에 있는 물의 낙차를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이므로, 댐과 같은 저수시설과, 댐 아래쪽에 설치되는 발전설비와, 발전에 사용된 물을 강이나 바다로 보내기 위한 배수시설이 비교적 대규모로 건설되어야만 하는 설치상의 문제가 있었다.

또한, 종래의 수력발전장치는 저수시설에 물이 충분히 저장되지 않는 갈수기나 가뭄이 있는 경우에는 발전장치의 운전 효율이 저감되는 한계점을 갖고 있었다.

유속이 느린 조력이나 강물의 유수력을 동력으로 전환시킴에 있어서는 유수력을 받는 날개가 커야 할 뿐 아니라 그 수효가 많아야 한다.

이러한 수력발전장치로서 특허 제534546호 발명이 개시되어 있는데, 이러한 발명에 있어서는 물의 흐름방향과 평행하게 설치된 무한궤도상에 회전체를 설치하고 회전체의 회동력으로 발전기를 가동시키게 하되 무한궤도상에 설치되는 회전체가 다수의 물맞이판인 날개를 포함하고, 유력을 받는 다수의 날개가 유수 방향과 동일 방향으로 정렬되어 있어 후위의 날개는 선행의 날개에 의하여 저하된 유수력을 받게 되어 유수력의 이용이 경제적이지 못한 결점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 입수되면서 회전하여 들어가게 되어 소용돌이 형상의 물살을 만들고, 몸체 내부에서도 소용돌이 수류이동홈을 통해 회전하면서 출수구를 통해 나가게 하여 빠른 물살을 만들며, 빠른 물살이 날개의 날개판을 계속적으로 밀려오는 수압에 의해 돌리면서 회전시켜 발전효율을 증대시키는 유수에 설치되는 소수력 발전기를 제공하고자 한다.

유속이 있는 하천, 강, 관개수로의 저부에 고정하여 물의 흐름을 방해하지 않고 물고기의 이동 등 수중 생태계의 파괴를 방지하며, 환경 친화적이면서도 설치 장소 등의 조건에 크게 제약을 받지 않고, 수위 변동에 관계없이 저수 상태 등의 변동에 적절하게 대응하여 안정적으로 발전할 수 있게 하고자 하는 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 원통형 몸체(10)의 상부 측면 일측에 입수구(14)가 형성되고, 몸체(10)의 하부 측면 일측에 출수구(15)가 형성되며, 입구수(14)와 출수구(15)를 연결하도록 몸체(10)의 벽체부(11) 내측면을 따라 수류이동홈(12)이 나선형으로 형성되고, 수류이동홈(12)의 홈단부(13)와 인접하여 회전하도록 날개(50)가 몸체(10) 내부에 회전가능하게 고정되며, 날개(50)의 중심축(53)과 몸체(10) 상면의 홈부(16)에 설치된 발전기(20)가 연결되고, 발전기(20)는 커버(30)와 실러(40)에 의해 수밀되도록 설치되며, 입수구(14)에 입수유도체(60)가 설치되고, 입수유도체(60)로 들어온 유수가 회전하면서 몸체(10) 내부의 수류이동홈(12)을 따라 돌면서 날개(50)를 같이 회전시키면서 발전하도록 구성되며,
상기 날개(50)는 중공의 중심원통부(51)의 상하단을 관통하도록 중심축(53)이 고정되고, 중심축(53)의 상단은 몸체(10)의 상부 중앙을 관통하여 발전기(20)의 발전축과 고정되어 발전하게 되며, 날개(50)의 날개판(52)은 중심원통부(51)의 둘레에 다수개가 형성되되 수류의 방향을 향하여 볼록한 곡면부(52-1)가 형성되고,
상기 입수유도체(60)는 프레임(70)과 회전확관(80)으로 구성되고, 상기 프레임(70)은 몸체(10)의 입구수(14)에 형성된 플랜지와 체결되도록 플랜지(71)가 형성되고, 플랜지(71)의 직경보다 3 ~ 5배의 직경을 가진 원프레임(72)이 형성되며, 원프레임(72)과 플랜지(71)가 다수개의 프레임바(73)로 서로 연결 고정되고, 각 프레임(73)의 서로 마주보는 단부에 회전홈(73-1)이 같은 선상으로 형성되며,
상기 회전확관(80)은 프레임바(73)가 고정된 기울기를 가진 확관체(81)가 형성되고, 확관체(81)의 외경에 가이드레일(82)이 둘레를 따라 돌출 형성되어 프레임(70)의 회전홈(73-1)에 삽입되어 회전가능하게 고정되며, 확관체(81)의 내경에 다수개의 가이드 날개(83)가 일정간격으로 고정되는 것을 특징으로 하는 유수에 설치되는 소수력 발전기를 제공한다.

이상과 같이 본 발명은 유수의 저부에 설치되어 흐르는 물을 유입시켜 소용돌이 형태의 물 흐름을 발생시키므로 유수보다 빠른 유속이 발생되므로 발전의 효율이 높아지는 효과가 있다.

또한 수류이동홈을 통하여 물이 원심력을 받으면 소용돌이 치면서 회전하게 되므로 빠른 유속이 발생하고 날개를 회전하면서 계속 치게 되므로 발전 효율이 더욱 올라가게 된다.

그리고 중공의 중심원통부는 날개의 원활한 회전을 유도하고, 날개판은 물보다 조금 높은 비중을 가진 탄소섬유로 만들어 별다른 무게 저항없이 회전할 수 있는 효과가 있다.

몸체 상부에 형성된 홈부는 발전기를 설치할 수 있는 공간을 제공할 뿐만 아니라 내부 공간부가 중앙이 낮고 외부가 높은 형상을 만들어 물이 외측으로 잘 돌 수 있게 하는 효과가 있다.

본 발명의 입수유도체는 유수를 몸체 내부로 잘 유입시킬 수 있도록 하고, 회전확관이 회전하면서 물을 흐름을 나선형으로 바꾸어 소용돌이 치도록 유입시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 유수에 설치되는 소수력 발전기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 유수에 설치되는 소수력 발전기를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 유수에 설치되는 소수력 발전기를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 유수에 설치되는 소수력 발전기를 도시한 분해 사시도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 강과 같은 일정 속도 이상의 흐름을 가진 유수에 잠기도록 설치하여 흐르는 물에 의해 발전을 할 수 있게 하도록 몸체(10)의 입구에 입수유도체(60)를 설치하고, 입수유도체(60)에 의해 유입된 물이 회전하면서 배출되도록 나선형 수류이동홈(12)을 형성하며, 수류이동홈(12)을 통과하는 물에 의해 회전되도록 날개(50)를 회전가능하게 몸체(10) 내부에 고정하고, 날개(50)의 중심축(53) 상단을 발전기(20)와 연결시켜 발전하도록 구성한 것이다.

내부에 공간부(18)가 형성된 원통형 몸체(10)의 상부 측면 일측에 입수구(14)가 형성되고, 몸체(10)의 하부 측면 일측에 출수구(15)가 형성되며, 입수구(14)와 출수구(15)를 연결하도록 몸체(10)의 벽체부(11) 내측면을 따라 수류이동홈(12)이 나선형으로 형성된다. 입수구(14)를 통해 들어온 물은 수류이동홈(12)을 따라 회전하면서 출수구(15)로 배출된다. 이때 회전하는 물은 원심력에 의해 수류이동홈(12)을 타고 흐르게 된다.

날개(50)는 수류이동홈(12)을 따라 흐르는 물에 의하여 회전하게 되고, 회전하는 날개(50)에 의해 발전이 된다.

수류이동홈(12)은 단면이 반원형을 이루고, 각 반원형의 홈이 나선을 이루며 입수구(14)부터 출수구(15)에 이르게 된다. 수류이동홈(12)의 홈단부(13)와 인접하여 회전하도록 날개(50)가 몸체(10) 내부에 회전가능하게 고정되고, 날개(50)의 중심축(53)과 몸체(10) 상면의 홈부(16)에 설치된 발전기(20)가 연결된다.

발전기(20)는 커버(30)와 실러(40)에 의해 수밀되도록 설치되고, 발전기로부터 발생된 전기는 전선을 통해 외부에서 저장되도록 할 수 있다. 이러한 전선의 유입구 또한 실링 처리하여 물이 발전기로 들어가는 것을 방지한다.

또한 입수구(14)에 입수유도체(60)가 설치되고, 입수유도체(60)로 들어온 유수가 회전하면서 몸체(10) 내부의 수류이동홈(12)을 따라 돌면서 날개(50)를 같이 회전시키면서 발전하도록 구성된다. 입수유도체(60)는 유수에 설치할 때 물을 내부로 들어가게 하는 중요 구성으로 프레임(70)과 회전확관(80)으로 이루어진다.

프레임(70)은 몸체(10)의 입구수(14)에 형성된 플랜지(14-1)와 체결되도록 플랜지(71)가 형성되고, 플랜지(71)의 직경보다 3 ~ 5배의 직경을 가진 원프레임(72)이 형성된다.

원프레임(72)과 플랜지(71)가 다수개의 프레임바(73)로 서로 연결 고정되고, 각 프레임(73)의 서로 마주보는 단부에 회전홈(73-1)이 같은 선상으로 형성된다. 회전홈(73-1)에는 세라믹 베어링과 같은 회전확관(80)의 회전을 용이하게 해주는 베어링이 설치된다.

회전확관(80)은 프레임바(73)가 고정된 기울기를 가진 나팔 형상의 확관체(81)가 형성되고, 확관체(81)의 외경에 가이드레일(82)이 둘레를 따라 돌출 형성되어 프레임(70)의 회전홈(73-1)에 삽입되어 회전확관(80)이 회전가능하게 고정된다.

상기 확관체(81)의 내경에 다수개의 가이드 날개(83)가 일정간격으로 돌출되도록 고정되고, 가이드날개(83)는 나선형으로 고정되어 물이 들어오면서 자연적으로 회전되며, 확관체(81)가 회전되면 유입되는 물은 더욱 회전되면서 몸체(10) 내부로 들어가게 된다.

몸체(10) 내부에 설치되는 날개(50)는 중공의 중심원통부(51)의 상하단을 관통하도록 중심축(53)이 고정되고, 중심축(53)의 상단은 몸체(10)의 상부 중앙을 관통하여 발전기(20)의 발전축과 고정되어 발전하게 된다.

날개(50)의 날개판(52)은 중심원통부(51)의 둘레에 다수개가 형성되되 수류가 진행하는 방향으로 볼록한 곡면부(52-1)가 형성되고, 물이 들어오는 방향과 마주보는 면은 오목하게 형성되어 물에 의한 회전이 더욱 잘 되도록 유도한다.

이와 같이 회전한 물은 몸체(10) 내부로 회전하면서 들어와 토네이도 형상의 흐름을 만들면서 빠르게 회전하여 배출된다.

10 : 몸체 11 : 벽체부
12 : 수류이동홈 13 : 홈단부
14 : 입수구 15 : 출수구
16 : 홈부 17 : 고정부
18 : 공간부 20 : 발전기
21 : 고정판 30 : 커버
40 : 실러 50 : 날개
51 : 중심원통부 52 : 날개판
52-1 : 곡면부 53 : 중심축
60 : 입수유도체 70 : 프레임
71 : 플랜지 72 : 원프레임
73 : 프레임바 73-1 : 회전홈
80 : 회전확관 81 : 확관체
82 : 가이드레일 83 : 가이드날개

Claims (3)

1. 원통형 몸체(10)의 상부 측면 일측에 입수구(14)가 형성되고, 몸체(10)의 하부 측면 일측에 출수구(15)가 형성되며, 입구수(14)와 출수구(15)를 연결하도록 몸체(10)의 벽체부(11) 내측면을 따라 수류이동홈(12)이 나선형으로 형성되고, 수류이동홈(12)의 홈단부(13)와 인접하여 회전하도록 날개(50)가 몸체(10) 내부에 회전가능하게 고정되며, 날개(50)의 중심축(53)과 몸체(10) 상면의 홈부(16)에 설치된 발전기(20)가 연결되고, 발전기(20)는 커버(30)와 실러(40)에 의해 수밀되도록 설치되며, 입수구(14)에 입수유도체(60)가 설치되고, 입수유도체(60)로 들어온 유수가 회전하면서 몸체(10) 내부의 수류이동홈(12)을 따라 돌면서 날개(50)를 같이 회전시키면서 발전하도록 구성되며,
   상기 날개(50)는 중공의 중심원통부(51)의 상하단을 관통하도록 중심축(53)이 고정되고, 중심축(53)의 상단은 몸체(10)의 상부 중앙을 관통하여 발전기(20)의 발전축과 고정되어 발전하게 되며, 날개(50)의 날개판(52)은 중심원통부(51)의 둘레에 다수개가 형성되되 수류의 방향을 향하여 볼록한 곡면부(52-1)가 형성되고,
   상기 입수유도체(60)는 프레임(70)과 회전확관(80)으로 구성되고, 상기 프레임(70)은 몸체(10)의 입구수(14)에 형성된 플랜지와 체결되도록 플랜지(71)가 형성되고, 플랜지(71)의 직경보다 3 ~ 5배의 직경을 가진 원프레임(72)이 형성되며, 원프레임(72)과 플랜지(71)가 다수개의 프레임바(73)로 서로 연결 고정되고, 각 프레임(73)의 서로 마주보는 단부에 회전홈(73-1)이 같은 선상으로 형성되며,
   상기 회전확관(80)은 프레임바(73)가 고정된 기울기를 가진 확관체(81)가 형성되고, 확관체(81)의 외경에 가이드레일(82)이 둘레를 따라 돌출 형성되어 프레임(70)의 회전홈(73-1)에 삽입되어 회전가능하게 고정되며, 확관체(81)의 내경에 다수개의 가이드 날개(83)가 일정간격으로 고정되는 것을 특징으로 하는 유수에 설치되는 소수력 발전기.
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