KR20140147794A - 소수력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천이나 강에 설치하여 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 소수력 발전장치에 관한 기술로서, 부력을 가져 물 위에 부상되는 부력체; 상기 부력체의 내부에 설치되는 발전모듈; 상기 발전모듈에 회전력을 제공하기 위해 상기 부력체의 좌우로 배치되어 흐르는 물에 의해 회전하게 되는 로터; 물이 흐르는 양안에 설치된 구조물과 연결되는 와이어; 일단은 상기 와이어에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 부력체 내부에 마련되는 연결축에 회전 가능하게 연결되는 커넥터;를 포함하여 이루어져 전기를 생산하게 되되, 물의 수위 변동에 따라 상기 부력체가 이동될 수 있도록 함으로써 안정적인 전기 생산이 가능함을 특징으로 하는 소수력 발전장치이다.

Description

소수력 발전장치{Small hydraulic power apparatus}

본 발명은 하천이나 강에 설치하여 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 소수력 발전장치에 관한 기술이다.

화석연료의 고갈과 지구 온난화의 문제로 보다 친환경적인 전기 생산의 중요성은 높아지고 있다. 기존의 화력이나 원자력을 대체할 수 있는 친환경적인 에너지 확보 방안으로는 태양열, 풍력, 지열, 수력 등이 있지만, 시설비가 매우 비싸고 설치 가능 장소에 제약이 따른다는 문제점도 있다.

이에 비해 소규모로 설치가 가능하며, 지속적이고 안정적인 전기생산이 가능한 소수력 발전의 필요성이 높아지고 있다. 소수력 발전은 보통 안정적으로 물이 흐르는 하수처리장 등의 방류수가 흐르는 곳이나, 강이나 하천에 구조물을 만들어서 설치하기도 한다.

그리고 소수력 발전장치는 크게 물의 낙차를 이용하는 경우와 물의 자연스런 흐름, 즉 유속을 이용하는 경우가 있는데, 연중 물이 흐르는 강이나 하천에서 사용되기에는 유속을 이용하는 소수력 발전장치가 적합하다.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 등록특허 제10-0890635호(2009년3월19일 등록)의 "부유식 수력발전장치"가 있다.

도 1은 종래기술의 부유식 수력발전장치의 정면도이며, 도 2는 종래기술의 부유식 수력발전장치의 측면도를 나타낸 것이다.

종래기술의 부유식 수력발전장치는 부력에 의하여 수면에 부상하도록 설치되는 부유체와, 부유체에 회전가능하게 설치되어 유수에 의해 회전하는 복수의 블레이드를 가지며 상기 블레이드의 회전에 의해 회전력을 발생하는 수차와, 상기 수차에 연결되어 수차의 회전력에 의해 발전하는 발전기와, 부유체에 지지되어 상기 블레이드로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 스크린과, 부유체의 양측에 가각 위치하여 유수의 유동방향에 따라 부유체의 위치를 조정하는 한 쌍의 프로펠러와, 상기 각 프로펠러를 회전시키는 프로펠러 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

종래기술에 의한 부유식 수력발전장치는 강이나 하천에 띄워 설치할 수 있다는 장점이 있으나, 유수에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 위해 닻을 이용하도록 하며, 부유체의 위치를 조정하기 위한 프로펠러 및 프로펠러 구동부를 가지는 점에서 안정성이 떨어지므로 실제 적용 가능성에 문제점이 있다.

특히, 닻을 이용하여 일정 지점에 부유체가 머무를 수 있도록 하나, 장마철이나 태풍시 등에 닻이 풀릴 수 있기 때문에 고가의 발전장치가 유실되거나 심각한 파손이 발생될 수 있는 것이다.

대한민국 등록특허 제10-0890635호(2009년3월19일 등록)

따라서 본 발명은 강이나 하천에 부유되게 설치되는 소수력 발전장치로 수위 변동에 영향을 받지 않으면서 안정적이고도 지속적인 발전이 가능한 소수력 발전장치를 제공하고자 한다.

그리고 본 발명은 배와 같이 강이나 하천에 항상 부유되게 설치되므로 강이나 하천의 유수 흐름에 아무런 방해를 주지 않으면서 전기를 생산할 수 있는 소수력 발전장치를 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 소수력 발전장치는, 부력을 가져 물 위에 부상되는 부력체; 상기 부력체의 내부에 설치되는 발전모듈; 상기 발전모듈에 회전력을 제공하기 위해 상기 부력체의 좌우로 배치되어 흐르는 물에 의해 회전하게 되는 로터; 물이 흐르는 양안에 설치된 구조물과 연결되는 와이어; 일단은 상기 와이어에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 부력체 내부에 마련되는 연결축에 회전 가능하게 연결되는 커넥터;를 포함하여 이루어져 전기를 생산하게 되되, 물의 수위 변동에 따라 상기 부력체가 이동될 수 있도록 함으로써 안정적인 전기 생산이 가능함을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 부력체는 유선형의 배와 같은 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 로터는 원형으로 배치되는 복수의 블레이드로 이루어지되, 각각의 블레이드는 유속에 따라 각도가 변하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 부력체의 양측면으로 상기 로터의 앞쪽에 상기 로터를 보호하기 위한 프로텍터가 장착되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 부력체에 복수의 LED가 설치되어 야간 식별이 가능하도록 하고, 상기 LED는 상기 발전모듈에 의해 생산되는 전기를 이용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 커넥터는 상기 부력체의 전방과 후방에 각각 하나씩 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 소수력 발전장치는 수시로 수위가 변동되는 강이나 하천에 설치되어 수위변동에 따라 부력체가 안정적으로 상하 움직일 수 있도록 구성됨으로써 년중 안정적이고도 지속적인 전기생산이 가능하다는 효과가 있다.

그리고 강이나 하천의 폭에 따라 최소 한대에서 적당한 거리를 여러대를 연속 설치할 수 있으므로 전기 생산량을 높일 수 있고, 설치 비용도 절감할 수 있다는 효과도 있다.

도 1은 종래기술의 부유식 수력발전장치의 정면도.
도 2는 종래기술의 부유식 수력발전장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소수력 발전장치의 개략적인 구성도.
도 4는 소수력 발전장치의 개략적인 평면 구성도.
도 5는 블레이드에 대한 구성도.
도 6은 프로텍터에 대한 개략적인 사시도.

이하 본 발명에 의한 소수력 발전장치에 관해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 실시예를 제시하도록 한다. 단, 제시되는 발명의 실시예는 하나의 실시 가능한 예이므로 특허청구범위에 의해 본 발명의 권리범위는 해석되어야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소수력 발전장치의 개략적인 구성도이며, 도 4는 소수력 발전장치의 개략적인 평면 구성도를 나타낸 것이고, 도 5는 블레이드에 대한 구성도를 보여주고, 도 6은 프로텍터에 대한 개략적인 사시도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 소수력 발전장치는 부력체(100), 발전모듈(200), 로터(300), 와이어(400) 및 커넥터(500)를 포함하여 이루어진다.

부력체(100)는 자체적으로 부력을 가져 물 위에 부상되는 것으로서, 바람직하게는 유선형의 배와 같은 형상이 적합하다. 즉, 부력체(100)는 적당한 사이즈의 기존의 소형 선박을 개조하여 사용할 수 있을 것이다.

부력체(100)의 내부에 발전모듈(200)이 마련되며, 발전모듈(200)의 회전력을 받아 전기를 생산할 수 있는 일반적인 구성으로 이루어질 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

바람직하게 부력체(100)에 설치되는 발전모듈(200)은 비가 내리는 경우 등 물이 침투되지 않도록 구성하며, 부력체(100)에 지붕을 포함하는 일종의 챔버(미도시)를 만들어 챔버 내부에 발전모듈(200) 등이 내장되도록 한다.

발전모듈(200)에 회전력을 제공하기 위한 수단으로 로터(300)가 마련되며, 로터(300)는 부력체(100)의 좌우에 각각 하나씩 배치된다. 로터(300)는 샤프트(301)를 통해서 발전모듈(200)과 연결되며, 로터(300)는 흐르는 물에 의해 회전되어 발전모듈(200)에 회전력을 제공하게 된다.

보다 구체적으로 로터(300)는 방사상으로 배치되는 복수의 블레이드(340)를 포함하며, 바람직하게 각각의 블레이드(340)는 유속에 따라 각도가 자동 변경되게 하여 로터(300)의 회전속도가 제어될 수 있도록 한다.

예를 들어 비가 온 뒤 강이나 하천의 유속이 급격히 빨라지는 경우 로터(300)의 회전속도가 급격히 증가하게 될 것이므로, 가급적 로터(300)의 회전속도를 어느 일정한 범위내로 유지하기 위해 유속증가시 블레이드(340)의 각도를 변경시키도록 한다.

유속에 따른 블레이드(340)의 각도 변경을 위해 로터(300)는 아래와 같이 구성할 수 있다. 물론 여기에서 제시되는 로터(300)의 구조는 실시 가능한 하나의 예에 불과한 것이다.

로터(300)의 중심이 되는 로터코아(310)가 마련되며, 로터코아(310)는 샤프트(301)를 통해서 발전모듈(200)과 연결되고, 로터코아(310)의 외면을 따라 등간격으로 복수의 로터암(320)이 결합된다. 로터암(320)의 말단에 블레이드축(330)이 연결되고 블레이드축(330)에 블레이드(340)가 장착된다. 블레이드(340)의 회전을 위해 로터암(320)과 블레이드축(330)은 어느 하나가 다른 하나에 삽입되는 형태로 결합되며, 상호간 연결부위에 스프링(302)과 같은 탄성체를 마련하여 평상시에는 블레이드(340)가 물의 흐름에 대해 직각을 유지하도록 하고, 유속이 일정범위를 넘어 급격히 빨라지는 경우에 스프링(302)이 압축되면서 블레이드축(330)이 회전되어 결과적으로 블레이드(340)가 회전되게 함으로써 물에 대한 저항이 감소되게 작동되도록 한다.

강이나 하천과 같이 연중 물이 흐르는 곳에 설치되는 본 발명은 물이 흐르는 양안에 구조물(600)을 설치하도록 한다. 이러한 구조물(600)은 콘크리트와 같은 것을 이용한 구조물일 수 있으며, 양안에 마련된 구조물(600)을 이용하여 와이어(400)를 설치하도록 한다.

와이어(400)는 수면에 대해 평행하게 고정되며, 연중 최고 수면 높이를 고려하여 물에 침수되지 않을 정도로 높게 설치한다.

와이어(400)에 부력체(100)를 연결하기 위해 커넥터(500)가 마련되며, 도시된 바와 같이 커넥터(500)는 길다란 막대 형상의 부재로서 커넥터(500)의 일단은 와이어(400)에 회전 가능하게 연결되고, 커넥터(500)의 타단은 부력체(100) 내부에 마련되는 연결축(110)에 회전 가능한 구조로 결합하도록 한다.

즉, 도면과 같이 부력체(100)는 물 위에 부상되어 있으며, 커넥터(500)를 통해서 와이어(400)와 연결됨으로써 부력체(100)는 떠내려가지 않고 일정 위치를 유지하게 되고, 부력체(100)의 양측면에 장착된 로터(300)는 물의 흐름에 의해 회전하면서 회전력을 만들어 발전모듈(200)에 동력을 제공함으로써 발전모듈은 전기를 생산할 수 있게 된다.

그리고 본 발명에 의한 소수력 발전장치는 강이나 하천의 특성상 계절에 따른 물의 수위 변동이 발생하게 되는데, 와이어(400) 및 부력체(100)에 대해 회전 가능하게 연결된 커넥터(500)를 활용함으로써 물의 수위 변동이 있더라도 수위 변동에 따라 부력체(100)의 위치가 자연스럽게 변경되면서 연중 발전이 이루어질 수 있도록 한다는 특징을 가진다.

한편, 경우에 따라 부력체(100)의 전후로 와이어(400)를 하나씩 마련하고, 두 개의 커넥터(500)를 준비하여 부력체(100)의 전방과 후방에 각각 하나씩의 커넥터(500)를 연결한 후 커넥터(500)를 와이어(400)와 연결시키는 구조로 설치될 수도 있다.

이와 같은 경우 각각의 커넥터(500)는 수위변동에 따라 이동하는 부력체(100)를 위해 커넥터(500)의 길이가 가변될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

두 개의 커넥터(500)를 활용하게 되면 와이어(400)에 작용하는 부담을 줄일 수 있어 보다 안정적인 운용이 가능할 것이다.

본 발명에 의한 소수력 발전장치를 구성함에 있어서, 보다 바람직하게는 부력체(100)의 양측면으로 로터(300)를 보호하기 위한 프로텍터(700)를 장착하도록 하는 것이다. 프로텍터(700)는 로터(300)의 앞쪽에 마련되어 떠내려오는 각종 부유물이 블레이드(340)에 충돌되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

프로텍터(700)는 부력체(100)의 전방측 양측면으로 돌출되게 결합되어 로터(300)의 블레이드(340)로 부유물이 진입되는 것을 방지하며, 바람직하게 프로텍터(700)에는 물이 원활히 통과할 수 있도록 하기 위한 관통된 복수의 관통홀(710)을 마련하도록 한다.

또한, 바람직하게 부력체(100)의 외부에 복수의 LED(120)를 설치하여 야간 식별이 용이하도록 하고, LED(120)를 켜는데 필요한 전기는 발전모듈(200)에 의해 생산되는 전기를 일부 이용하도록 한다.

발전모듈(200)에 의해 생산된 전기는 수요처로 공급되어야 하므로, 전기공급을 위한 전선(미도시)은 커넥터(500)을 통해서 와이어(400)를 따라 설치하도록 하면 될 것이다.

그리고 본 발명의 소수력 발전장치는 와이어가 설치되는 강이나 하천의 폭을 고려하여 동시에 여러대의 소수력 발전장치를 설치할 수 있음으로 매우 효율적으로 전기를 안정적으로 생산할 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명은 강이나 하천에서 소규모나 중규모로 소수력 발전을 하고자 할 때 유용하게 활용될 수 있다.

100 : 부력체 110 : 연결축
120 : LED 200 : 발전모듈
300 : 로터 301 : 샤프트
302 : 스프링 310 : 로터코아
320 : 로터암 330 : 블레이드축
340 : 블레이드 400 : 와이어
500 : 커넥터 600 : 구조물
700 : 프로텍터 710 : 관통홀

Claims (6)

1. 부력을 가져 물 위에 부상되는 부력체;
   상기 부력체의 내부에 설치되는 발전모듈;
   상기 발전모듈에 회전력을 제공하기 위해 상기 부력체의 좌우로 배치되어 흐르는 물에 의해 회전하게 되는 로터;
   물이 흐르는 양안에 설치된 구조물과 연결되는 와이어;
   일단은 상기 와이어에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 부력체 내부에 마련되는 연결축에 회전 가능하게 연결되는 커넥터;를 포함하여 이루어져 전기를 생산하게 되되, 물의 수위 변동에 따라 상기 부력체가 이동될 수 있도록 함으로써 안정적인 전기 생산이 가능함을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부력체는 유선형의 배와 같은 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 로터는 원형으로 배치되는 복수의 블레이드로 이루어지되, 각각의 블레이드는 유속에 따라 각도가 변하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 부력체의 양측면으로 상기 로터의 앞쪽에 상기 로터를 보호하기 위한 프로텍터가 장착되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 부력체에 복수의 LED가 설치되어 야간 식별이 가능하도록 하고, 상기 LED는 상기 발전모듈에 의해 생산되는 전기를 이용하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 커넥터는 상기 부력체의 전방과 후방에 각각 하나씩 마련되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전장치.
   
   

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