물 고압분사 전기발전 시스템 {WATER HIGH PUMPING GENERATORS SYSTEM}

본 발명은 발전소 및 산업체의 지하 피트실에 유입되는 물을 정화하고 강이나 하천으로 버려지는 물을 상부조에 받아 수차 회전에 필요한 동력원으로 사용하며 여분의 물을 축전지 충전 동력으로 사용하는 물 고압분사 전기발전 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 전 세계적인 이상 기후로 여름철과 겨울철의 전력 소비가 급증함으로써 전력 생산 및 확보가 매우 중요한 문제로 부각되고 있고, 이로 인하여 각각의 국가에서는 안정적인 전력 확보 측면에서 전기공급소 건설이 추진되고 있다.

그러나, 원자력 발전은 안전에 대한 위험성을 갖고 있고, 석탄이나 석유를 이용한 화력 발전은 환경오염 규제 강화에 대한 충족을 요구하며, 댐을 이용한 수력전기공급은 대규모 환경 파괴로 인한 대응책을 요구하고 있다. 무엇보다도 원자력 발전, 화력 발전, 수력발전은 그 규모가 크고 건설 기간이 매우 길어 당장의 전력 요구 수요에 부합하기에 어려움이 있을 수밖에 없다.

또한, 현재 운용중인 양수 전기공급소는 전력 생산 비용에서 경쟁력이 떨어지고, 건설 시 막대한 건설비용과 환경파괴요인이 되며, 이로 인해 당장의 전력 요구에 부합할 수 있는 소규모 전기공급 설비의 필요성과 이용성이 크게 증가되고 있는 추세이다.

통상, 소규모 전기공급 설비는 전기를 많이 소모하는 산업시설의 주변에 직접 설치됨으로써 원자력 발전, 화력 발전, 수력발전, 양수발전과 같은 대규모 전력기반시설이 요구되지 않고, 특히 원자력 발전소, 화력 발전소, 수력발전소, 양수발전소가 건설되기 전 당장의 전력 요구에 부합할 수 있게 된다.

이러한 소규모 전기공급 설비로 양수 전기공급 시스템이 있다. 통상, 양수 전기공급 시스템은 저수지나 강으로부터 물을 펌핑하고, 펌핑된 물을 수차에 낙차를 이용함으로써 전기가 생산되는 방식이다.

본 발명의 목적은 발전소 및 산업체에서 버려지는 피트의 물을 재활용하여 생산된 전력을 시스템 구동을 위한 자체 전력으로 활용할 수 있는 전기발전 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르는 전기발전 시스템은 물을 저장하는 상부 저수조와, 상기 상부 저수조로부터 낙하한 물을 저장하는 하부 저수조와, 상기 상부 저수조로부터 낙하하는 물을 가압하여 분출시키는 압력챔버와, 상기 분출된 물에 의해 회전하는 수차 및 축전기에 의해 구동되도록 형성되는 전기발전기와, 상기 상부 저수조로부터 바이패스 되는 물과 외부로부터 공급되는 물을 이용해 전력을 생산하여 상기 축전기를 충전시키는 예비 발전설비와, 상기 축전기에 의해 구동되고 상기 하부 저수조의 물을 상기 상부 저수조로 펌핑하도록 형성되는 펌프를 포함하며, 상기 전기발전기는 생산된 전력을 시스템 내부 장치들에 공급하는 내부전력 전기발전기와, 생산된 전력을 시스템 외부로 공급하는 외부전력 전기� ��전기를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기발전기는 상기 축전기로부터 전력을 공급받아 구동되는 초회전 모터와, 상기 초회전 모터 및 상기 수차에 의해 구동되도록 형성되고 상기 내부전력 발전기와 외부전력 발전기의 회전축들과 맞물려 회전하는 출력축을 포함한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 초회전 모터는 상기 출력축이 일정 회전 속도 이하일 때 구동되도록 형성된다.

본 발명에 따르면, 발전소 및 산업체 지하 피트의 버려지는 물을 펌핑하여 상부저수조에 유입시키는 설비와 상부저수조의 물량이 최대가 될 때 바이패스 전환시켜 발전설비 동력원으로 사용하는 설비를 구비하여 시스템에서 생산된 여분의 전기를 재기동 전원으로 사용할 수 있다.

또한, 저렴한 심야전기로 물을 펌핑하여 일정량의 물이 지속적으로 순환되는 폭포로서의 미관을 가지게 하며 이를 통해 축전기를 충전하여 내부 전원공급원으로 사용할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 일부의 발전기에서 출력되는 전기는 수차 회전 속도 제어펌프 등 시스템 내부 장치의 전원으로 사용되고 다른 일부의 발전기에서 출력되는 전기는 외부 전력공급기를 통해 외부로도 제공할 수 있다. 이를 통해, 전기발전 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 초회전 모터, 로더, 기어에 대한 세부 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전시스템의 속도제어 펌프, 수차, 저수조, 수중펌프에 대한 세부 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 전기공급기들에 대한 세부 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 초기 스타트업 전기공급을 설명하는 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 양수 전기공급 방법을 설명하는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 구동 매커니즘을 설명하는 순서도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템의 구성을 나타낸다.

이하에서, 물 고압분사 전기발전 시스템의 일 실시예는 도면에 도시된 바와 같이 1 수차 4기동 발전기 전기발전 시스템으로 구성될 수 있다. 하지만, 이는 본 발명의 일 실시예에 해당할 뿐 본 발명의 개념이 적용되는 전기발전 시스템이라면 수차나 발전기의 숫자에 한정되지 않고 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

또한, 이하에서 설명하는 전력이나 회전수의 값은 본 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 일 실시예를 나타낸 것일 뿐 이러한 수치값에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

도시된 바와 같이, 물 고압분사 전기발전 시스템에는 물 순환을 위한 전력 생산이 이루어지는 스타트 업 유닛(10), 스타트 업 유닛(10)의 가동으로 전기 생성을 위한 회전력이 발생되는 트랜스미션 유닛(20), 고압분사로 회전되며 분리되는 스타트 업 유닛(10)의 회전력을 대체하는 수차 유닛(30), 물을 이송시키는 물 이송 유닛(40), 트랜스미션 유닛(20)의 회전력으로 전기공급이 이루어져 생산된 전력이 물 고압분사 전기발전 시스템의 자체 전력 수요를 담당함과 더불어 외부설비로 전력 공급이 이루어지는 전기공급 유닛(50), 지반에 설치되어져 스타트 업 유닛(10), 트랜스미션 유닛(20), 수차 유닛(30), 전기공급 유닛(50)이 각각 장착되는 설비 프레임(100)이 포함된다.

이하 설명되는 상기 물 고압분사 전기발전 시스템은 약 1400Kw의 전기공급용량에 맞춰 설명된다. 특히, 생성된 약 1400Kw의 전력중 약 350Kw은 물 고압분사 전기발전 시스템의 자체 전력 수요로 이용되고, 약 1050Kw는 외부설비 가동을 위한 전기로 공급된다.

그러나, 본 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템은 스타트 업 유닛(10)의 회전수, 수차 유닛(30)의 물 분사 압력, 물 순환 유닛(40)의 물 저장용량, 전기발전기 유닛(50)의 전기공급기 개수에 따라 1400Kw의 이상 전기공급용량으로 설계될 수 있으며, 이러한 전기공급 용량 확장은 이하 기술 내용으로부터 증명된다.

상기 스타트 업 유닛(10)에는 스타트업(Start Up)과 가동 제어를 위한 신호 조작이 이루어지는 제어패널(10-1)이 연결된다. 특히, 상기 스타트 업 유닛(10)에는 모터 스타터를 모터 보호 장치로 갖춘 초회전 모터(11)가 사용되고, 상기 초회전 모터(11)(Static Frequence Control Motor)는 서서히 회전수가 증가된 후 약 1,750rpm까지 상승된다. 본 실시예에서 상기 제어패널(10-1)에는 온오프(On/Off)용 파워 스위치, 가동 상태 표시용 모니터, 스텐바이용 외부 전원 연결과 UPS(Uninterruptible Power Supply)/ 축전지가 포함될 수 있다.

상기 트랜스미션 유닛(20)에는 회전력 전달을 위한 축과 회전방향 전환을 위한 기어가 사용된다. 하지만, 회전방향 전환은 기어대신 벨트가 적용될 수 있다.

상기 수차 유닛(30)에는 약 30~60bar의 물 분사 압력을 받아 회전되는 반곡선 날개 형 수차가 적용된다. 특히, 상기 수차의 회전수는 약 1,750rpm까지 상승된다.

상기 물 순환 유닛(40)은 순환되는 약 25톤의 물을 저장한다. 그러나, 발전소 및 산업체 지하피트의 저장용량에 따라 펌핑되어지는 물 용량은 전기공급 용량이 약 1400Kw을 넘어서는 경우 더 증가될 수 있다. 특히, 물 순환 유닛(40)에는 빙점이하의 기온에서 발생되는 동파 방지를 위한 히팅시스템이 더 부가될 수 있다.

상기 전기공급 유닛(50)은 트랜스미션 유닛(20)의 회전으로 약 1400Kw의 전기를 생산하는 전기공급이 이루어진다. 특히, 상기 전기공급 유닛(50)은 약 1400Kw의 전력중 물 고압분사 전기발전 시스템의 자체 전력 수요로 이용되는 약 350Kw의 전기공급용량을 담당하는 내부전력 전기발전기(60)와, 외부설비 가동을 위한 전기로 이용되는 약 1050Kw의 전기공급용량을 담당하는 외부전력 전기발전기(70)로 구성된다.

상기 내부전력 전기공급기(60)는 내장설비파워패널(60A)을 구비하고, 상기 내장설비파워패널(10-1)은 물 고압분사 전기발전 시스템의 전력 소비 설비로 전기 회로를 구성한다. 또한, 상기 외부전력 전기공급기(70)는 외부설비파워패널(70-1)을 구비하고, 상기 외부설비파워패널(70-1)은 전력공급이 이루어지는 외부 설비로 전기 회로를 구성한다. 본 실시 예에서 상기 내장설비파워패널(10-1)에는 전원을 단속하는 릴레이가 포함되고, 상기 외부설비파워패널(70-1)에는 전력을 저장하는 집전기와 전력을 배분하는 배분기가 포함될 수 있다.

한편, 도 2는 스타트 업 유닛(10)과 트랜스미션 유닛(20)의 세부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 스타트 업 유닛(10)은 초회전 모터(11), 스피드 센서(13), 모터 지지 프레임(15)을 포함한다.

상기 초회전 모터(11)(Static Frequence Control Motor)는 가동이 이루어지면, 가동 초기 회전수가 서서히 증가되다가 최대 약 1,750rpm에 도달된 후 축에서 분리 정지된다. 그러므로, 초회전 모터(11)는 가동 또는 축에서 분리 정지를 위한 신호가 제어패널(10-1)의 온(On) 또는 오프(Off)로 이루어질 수 있다, 또한, 초회전 모터(11)는 가동 시 제어패널(10-1)을 통해 외부 전원이 공급될 수 있으며 UPS/축전지 전원으로 사용할 수 있다.

상기 스피드 센서(13)는 초회전 모터(11)의 회전수가 약 1,750rpm에 도달됨을 검출한다. 그러므로, 스피드 센서(13)는 초회전 모터(11)의 모터 축 부위로 설치될 수 있고, 스피드 센서(13)의 검출 신호가 제어패널(10-1)에서 모니터링 될 수 있다. 특히, 작업자는 스피드 센서(13)의 검출 신호로 초회전 모터(11)를 중지할 수 있다.

상기 모터 지지 프레임(15)은 지반(또는 건물 바닥)에 설치되어져 초회전 모터(11)의 설치 상태를 안정하게 유지한다.

상기 트랜스미션 유닛(20)은 로더(21), 회전 연결기(22), 회전전환기(23), 전기공급 연결기(25)로 구성된다.

상기 로더(21)는 굴곡 없는 직선 축으로 이루어지고, 특히 커플러(21A)로 연결됨으로써 장축타입으로 전환된다. 본 실시 예에서 로더(21)의 한쪽 끝에는 수차 유닛(30)의 수차(35)가 연결됨과 더불어 반대쪽 끝에는 회전전환기(23)의 제1베벨기어(23A)가 연결된다.

상기 회전 연결기(22)는 제1기어(22A)와 이에 맞물려 반대방향으로 회전되는 제2기어(22B)로 이루어진다. 상기 제1기어(22A)는 초회전 모터(11)의 모터축으로 회전되고, 상기 제2기어(22B)는 제1기어(22A)의 회전력을 로더(21)에 전달한다. 그러므로, 제1기어(22A)는 초회전 모터(11)의 모터 축에 고정되며, 제2기어(22B)는 로더(21)에 고정된다. 본 실시 예에서 회전 연결기(22)는 풀리와 벨트로 구성될 수 있다.

상기 회전전환기(23)는 제1 베벨기어(23A)와 이에 맞물려 회전방향을 90도 전환하는 제2 베벨기어(23B)로 구성된다. 상기 제1 베벨기어(23A)는 로더(21)의 한쪽 끝에 고정되고, 상기 제2 베벨기어(23B)는 지반(또는 건물 바닥)에 설치된 기어 지지 프레임(24)으로 마운팅 된다. 특히, 상기 제2 베벨기어(23B)에는 기어 지지 프레임(24)에 마운팅 되는 베어링 결합된 마운팅 축이 포함되고, 마운팅 축의 반대쪽으로는 외주면에 기어를 갖춘 출력축(23B-1)이 더 포함된다. 본 실시예에서 회전전환기(23)는 풀리와 벨트로 구성될 수 있다.

상기 전기공급 연결기(25)는 각각 회전되는 4개의 제1,2,3,4 회전축(26,27,28,29)으로 구성된다. 특히, 제1,2회전축(26,27)은 제2 베벨기어(23B)의 출력축(23B-1)에 각각 맞물려 회전되고, 제3회전축(28)은 제1회전축(26)과 맞물리며, 제4 회전축(29)은 제2회전축(27)과 맞물린다. 그러므로, 제2 베벨기어(23B)의 회전력은 출력축(23B-1)을 매개로 제1,2회전축(26,27)에 각각 전달되고, 제1,2회전축(26,27)의 회전력은 각각 제3회전축(28)과 제4 회전축(29)으로 전달된다.

본 실시예에서 제1회전축(26) 및 제3회전축(28)의 사이와 제2회전축(27) 및 제4회전축(29)의 사이에는 회전력을 전달하고 회전비를 일치시키는 다수의 기어가 더 구비될 수 있다. 또한, 본 실시예에서 전기공급 연결기(25)는 풀리와 벨트로 구성될 수 있다.

한편, 도 3은 수차 유닛(30)과 물 순환 유닛(40)의 세부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 수차 유닛(30)은 속도제어 펌프(31), 수차(35)로 구성된다.

상기 속도제어 펌프(31)는 분당 6100리터의 물을 펌핑하여 약 30~60Bar로 분사한다. 이를 위해, 속도제어 펌프(31)에는 물을 약 30~50Bar로 가압하는 압력챔버(32)에 연결되고, 상기 압력챔버(32)에는 물유입라인(32-1)과 고압배출라인(32-2)이 연결되며, 상기 물유입라인(32-1)에는 온오프(On/Off)용 차단밸브(33)가 설치된다. 본 실시예에서 속도제어 펌프(31)는 설비 프레임(100)에 설치된다.

상기 수차(35)는 약 30~60Bar로 분사되는 고압배출라인(32-2)과 이어진 수차 챔버(35-1)에 설치되고, 수차 챔버(35-1)의 바깥에서 지반(또는 건물 바닥)에 설치된 수차 지지 포스트(35B)로 지지되는 수차 축(35A)을 구비한다. 상기 수차 축(35A)은 트랜스미션 유닛(20)의 로더(21)에 연결된다. 상기 수차 축(35A)과 상기 로더(21)의 연결은 커플러로 이루어질 수 있다.

특히, 상기 수차(35)는 반곡선 날개를 갖추고, 반곡선 날개에 부딪힌 약 30~60bar의 물 분사 압력으로 약 1,750rpm까지 회전된다.

상기 물 순환 유닛(40)은 상부 저수조(41), 하부 저수조(43), 수중 펌프(45)로 구성된다.

상기 상부 저수조(41)는 지반(또는 건물 바닥)에 설치된 제1,2 저수조 지지 포스트(41-1,41-2)로 지지됨으로써 지반(또는 건물 바닥)으로부터 소정 높이에 위치된다. 본 실시예에서 상부 저수조(41)의 물 저장 용량은 약 25톤을 허용하고, 한파에 의한 결빙을 방지하는 히팅 시스템이 더 구비될 수 있다.

피트실 유입라인을 통해 물이 하부 저수조(43)로 유입되고, 하부 저수조(43)에 저장된 물은 수중 펌프(45)를 통해 상기 상부 저수조(41)에 공급된다. 상부 저수조(41)의 저장 용량이 최대값이 되면 물이 바이패스 라인(91)을 통해 바이패스 되어 예비 발전설비(80)의 수차를 회전시켜 UPS/축전지를 충전시킨다.

상기 하부 저수조(43)는 지반(또는 건물 바닥)의 아래쪽에 형성됨으로써 수차(35)를 회전시키고 떨어지는 물이 저장된다. 본 실시예에서 하부 저수조(43)의 물 저장 용량은 약 3톤을 허용하고, 한파에 의한 결빙을 방지하는 히팅 시스템이 더 구비될 수 있다.

상기 예비설비인 하부저수조에 수중 펌프(45)는 분당 6100리터의 물을 펌핑하도록 하부 저수조(43)에 설치됨으로써 하부 저수조(43)의 물을 상부 저수조(41)로 피드백시키고, 이를 통해 저장된 물이 상부 저수조(41)에서 하부 저수조(43)로 순환된다.

이를 위해, 예비설비인 하부저수조에 수중 펌프(45)에는 하부 저수조(43)에서 상부 저수조(41)로 이어진 복귀 라인(47)이 설치된다. 특히, 상기 복귀 라인(47)에는 상부 저수조(41)의 물이 하부 저수조(43)로 내려오지 못하도록 체크 밸브(47-1)가 설치된다.

본 실시예에서, 물 유입라인(32-1), 고압배출라인(32-2), 수차 챔버(35-1), 하부 저수조(43)에서 상부 저수조(41)로 이어진 복귀 라인(47)은 물 이송 라인으로 구성된다.

한편, 도 4는 전기발전 유닛(50)을 이루는 내부전력 전기발전기(60)와 외부전력 전기발전기(70)의 세부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 내부전력 전기발전기(60)는 약 350Kw의 전기공급용량을 갖는 제1 전기발전기(61)로 이루어지고, 전기공급을 위한 동력은 트랜스미션 유닛(20)의 전기발전기 연결기(25)중 제4회전축(29)으로부터 전달받는다. 또한, 상기 제1 전기공급기(61)에는 쿨링팬(61A)이 구비됨으로써 내부 열 상승이 방지된다.

상기 외부전력 전기발전기(70)는 각각 약 350Kw의 전기공급용량을 갖는 제2,3,4 전기발전기(71,72,73)로 이루어지고, 전기공급을 위한 동력은 트랜스미션 유닛(20)의 전기발전기 연결기(25)중 제1,2,3회전축(26,27,28)으로부터 전달받는다. 또한, 상기 제2,3,4 전기발전기(71,72,73)에는 쿨링팬(71A,72A,73A)이 각각 구비됨으로써 내부 열 상승이 방지된다.

본 실시예에서 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)는 설비 프레임(100)에 설치된다. 특히, 상기 제1 전기발전기(61)가 생성한 전력은 속도제어 펌프(31), 차단밸브(33), 수중 펌프(45), 쿨링팬(61A,71A,72A,73A)으로 공급된다. 제1 전기발전기(61)의 전력공급은 내장설비파워패널(60-1)을 통해 이루어질 수 있고, 내장설비파워패널(60-1)은 제어패널(10-1)에 의하여 제어되고, 남는 전기는 UPS/축전지에 충전될 수 있다. 또한, 상기 제2,3,4 전기발전기(71,72,73)가 생성한 전력은 건물내 설비 장치나 외부 전력 설비로 공급된다. 제2,3,4 전기공급기(71,72,73)의 전력공급은 외부설비파워패널(70-1)을 통해 이루어질 수 있고, 외부설비파워패널(70-1)은 제어패널(10-1)로 제어될 수 있다. 상부 저수조의 소진된 물을 채우기 위해 바이패스 모듈을 해제하여 상부저수조로 유입되도록 한다.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템이 초기 가동되는 스타트업 전기공급 상태를 나타내고, 스타트업 전기공급을 위해 가동되는 설비는 스타트업 전기공급장치로 칭한다.

도시된 바와 같이, 스타트업 전기공급 상태에 진입되면, 초회전 모터(11)는 온(On)신호로 전원 공급이 이루어짐으로써 모터 스타터에 의해 저속 회전으로부터 고속 회전으로 서서히 진행된 후 최대 약 1,750rpm까지 도달된다. 이러한 초회전 모터(11)의 회전은 로더(21)에 전달됨으로써 로더(21)의 회전수도 초회전 모터(11)와 같이 증가하다 최대 약 1,750rpm까지 도달된다.

이때, 초회전 모터(11)와 로더(21)의 회전력 전달은 이들 사이를 이어주는 제1,2기어(22A,22B)나 또는 벨트로 이루어진다.

이어, 로더(21)의 회전은 제1 베벨기어(23A)로 전달되고, 제1 베벨기어(23A)의 회전은 이에 맞물린 제2 베벨기어(23B)로 전달됨으로써 회전방향이 90도 전환된다. 상기 제2 베벨기어(23B)의 회전력은 제2 베벨기어(23B)의 출력축(23B-1)에 맞물린 제1,2회전축(26,27)에 각각 전달됨으로써 제1,2회전축(26,27)의 회전으로 전환되고, 제3,4회전축(28,29)은 제1,2회전축(26,27)의 회전으로 각각 회전된다.

그러면, 제4회전축(29)은 제1전기발전기(61)를 회전시키고 동시에 제1,2,3 회전축(26,27,28)은 각각 제2,3,4전기발전기(71,72,73)를 회전시킴으로써 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)에서는 각각 전기 공급이 이루어진다.

상기와 같은 스타트업 전기 공급에서는 초회전 모터(11)의 회전 -> 제1,2기어(22A,22B)의 회전 -> 로더(21)의 회전 -> 제1,2 베벨기어(23A,23B)의 회전 및 방향전환 -> 제1,2회전축(26,27)의 회전 -> 제3,4회전축(28,29)의 회전 -> 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)의 전기 공급과정으로 이루어지고, 이러한 과정은 초회전 모터(11)를 통해 이루어진다.

이러한 스타트업 전기 공급은 초회전 모터(11)의 회전수가 약 1,750rpm도달 시까지 지속된 다음, 제1전기발전기(61)에 의한 물 순환으로 회전되는 수차(35)의 회전력이 초회전 모터(11)의 회전력을 대신함으로써 초회전 모터(11)의 정지가 이루어진 후 중단된다. 본 실시예에서 스타트업 전기공급 후 이루어지는 전기공급과정은 물 고압분사 전기발전 시스템으로 정의한다.

이를 위해, 초회전 모터(11)의 약 1,750rpm 검출은 스피드 센서(13)로 검출되고, 스피드 센서(13)의 검출신호는 제어패널(10-1)로 제공됨으로써 작업자에 의한 초회전 모터(11)의 가동 중단이 이루어질 수 있다.

하지만, 초회전 모터(11)의 정지는 약 1,750rpm 도달을 자체적으로 감지한 초회전 모터(11)의 스스로 이루어질 수 있다.

도 6은 본 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템이 스타트업 전기공급 후 물 이송을 이용한 전기공급 상태를 나타내고, 전기공급을 위해 가동되는 설비는 이송 전기공급 장치로 칭한다.

도시된 바와 같이, 이송 전기공급이 이루어지면, 제1전기발전기(61)에서는 쿨링팬(61A,71A,72A,73A)의 가동을 위한 제1 전원(a), 속도제어 펌프(31)의 가동을 위한 제2 전원(b), 수중 펌프(45)의 가동을 위한 제3 전원(c), 차단밸브(33)의 열림(Open)을 위한 제4전원(d)이 공급되고, 이러한 자체 전력 이용으로 물이 상부 저수조(41)와 하부 저수조(43)를 이송하며, 상부저수조의 물을 수차(35)에 가하는 약 30~60bar의 압력으로 회전됨으로써 수차(35)는 초회전 모터(11)가 제공하던 약 1,750rpm의 회전력을 대신하게 된다.

일례로, 차단밸브(33)가 열림으로써 상부 저수조(41)의 물이 물유입라인(32-1)을 거쳐 압력챔버(32)로 유입되고, 압력챔버(32)에서는 속도제어 펌프(31)의 가동으로 물에 약 30~50bar의 압력이 가해지며, 약 30~60bar의 압력을 받은 물은 고압배출라인(32-2)으로 빠져나간 후 수차 챔버(35-1)에 설치된 수차(35)를 강하게 때리면서 하부 저수조(43)로 떨어진다.

이러한 과정에서 약 30~60bar의 압력을 갖고 상부 저수조(41)에서 하부 저수조(43)로 내려가는 물은 지속적으로 수차(35)를 강하게 때리게 되고, 이로 인해 수차(35)의 회전수는 지속적으로 상승됨으로써 약 1,750rpm까지 올라간다.

그러면, 수차(35)에 연결된 로더(21)는 수차(35)를 통해 약 1,750rpm으로 회전됨으로써 초회전 모터(11)의 가동 중단 상태에서도 수차(35)를 통한 회전이 지속된다.

이어, 로더(21)의 회전은 제1 베벨기어(23A)를 지속적으로 회전시키고, 제1 베벨기어(23A)의 회전은 이에 맞물린 제2 베벨기어(23B)에 지속적으로 전달됨으로써 제1,2,3,4회전축(28,29)도 지속적으로 회전되며, 제1,2,3,4회전축(28,29)의 회전은 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)의 전기공급을 지속함으로써 초회전 모터(11)의 가동 중단상태에서 수차회전 속도 펌프가 기동이 지속되는 UPS/축전지 전기공급으로 전환된다.

이러한 과정에서, 상부 저수조(41)에 물이 소진되면 발전소 및 산업체 피트에서 펌핑되는 물을 유입 라인의 차단밸브를 열어 물을 채운다. 또한, 상부저수조(41)를 채우고 바이패스 되는 물을 이용해 예비발전설비(80)을 돌리고 여기서 발생하는 전기를 이용해 UPS/축전지를 충전시킨다. UPS/축전지에 충전된 전기를 사용해 하부 저수조(43)의 수중펌프(45)를 가동시켜 하부 저수조(43)에 모인 물을 다시 상부 저수조(41)로 복귀시킨다. 또한, 쿨링팬(61A,71A,72A,73A)의 가동은 각각 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)를 냉각시켜줌으로써 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)가 과열에 대한 위험성 없이 안정적으로 전기공급 가동될 수 있다.

그러므로, 상기와 같은 전기공급에서는 물 고압 분사 -> 수차(35)의 회전 -> 로더(21)의 회전 -> 제1,2 베벨기어(23A,23B)의 회전 및 방향 전환 -> 제1,2회전축(26,27)의 회전 -> 제3,4회전축(28,29)의 회전 -> 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)의 전기공급 -> 물 이송의 과정으로 이 이루어지고, 이러한 과정은 초회전 모터(11)의 가동 중지와 함께 제1전기발전기(61)를 통한 전원공급으로 이루어진다.

그러므로, 제1,2,3,4 전기발전기(61,71,72,73)에서는 스타트업 전기공급이나 양수 전기공급시 모두 전력 생성이 이루어질 수 있다.

상기 제1 전기발전기(61)가 생성한 전력은 속도제어 펌프(31), 차단밸브(33), 수중 펌프(45), 쿨링팬(61A,71A,72A,73A)으로 공급된다. 제1 전기발전기(61)의 전력공급은 내장설비파워패널(60-1)을 통해 이루어질 수 있고, 내장설비파워패널(60-1)은 제어패널(10-1)로 제어와 남는 전기는 UPS/축전지에 충전을 하고 예비설비인 수중펌프(45) 가동전원과 내부전력의 예비전력으로 사용할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제2,3,4 전기발전기(71,72,73)가 생성한 전력은 건물내 설비 장치나 외부 전력 설비로 공급된다. 제2,3,4 전기발전기(71,72,73)의 전력공급은 외부설비파워패널(70-1)을 통해 이루어질 수 있고, 외부설비파워패널(70-1)은 제어패널(10-1)로 제어될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 물 고압분사 전기발전 시스템에는 전기공급된 전력을 자체 설비 전력으로 공급하는 제1전기발전기(61)와 함께 전기공급된 전력을 외부 설비 전력으로 공급하는 제2,3,4전기발전기(71,72,73); 초회전 모터(11)의 회전력이 제1,2,3,4전기발전기(61,71,72,73)의 전기공급에 이용되며, 초회전 모터(11)의 가동이 제1전기발전기(61)에 의한 전력 공급 시 중단되는 스타트업 전기공급장치; 제1전기발전기(61)의 전력에 의해 가동된 속도제어 펌프(31)로 자체 이송되는 물의 분사 압력이 높아진 고압분사가 이루어지고, 고압분사로 회전되는 수차(35)의 회전력이 초회전 모터(11)대신 제1,2,3,4전기발전기(61,71,72,73)의 전기공급에 이용되는 전기공급 장치;가 포함됨으로써 대규모 저수지나 강과의 비연계성으로 자가 전기공급 설비의 지엽적인 제약 없이 해소되고, 특히 전기발전 설비와 함께 일정 용량의 물을 이송해 전기공급이 지속됨으로써 전기발전 설비 소형화도 가능하다.

10 : 스타트 업 유닛 10-1 : 제어패널
11 : 초회전 모터 13 : 스피드 센서
15 : 모터 지지 프레임 20 : 트랜스미션 유닛
21 : 로더 21A : 커플러
22 : 회전 연결기 22A : 제1 기어
22B : 제2 기어 23 : 회전전환기
23A : 제1 베벨기어 23B : 제2 베벨기어
23B-1 : 출력축 24 : 기어 지지 프레임
25 : 전기발전기 연결기 26 : 제1 회전축
27 : 제2 회전축 28 : 제3 회전축
29 : 제4 회전축 30 : 수차 유닛
31 : 속도제어 펌프 32 : 압력챔버
32-1 : 물유입라인 32-2 : 고압배출라인
33 : 차단밸브 35 : 수차
35A : 수차 축 35B : 수차 지지 포스트
35-1 : 수차 챔버 40 : 물 이송 유닛
41 : 상부 저수조 41-1 : 제1 저수조 지지 포스트
41-2 : 제2 저수조 지지 포스트 43 : 하부 저수조
45 : 수중 펌프 47 : 복귀 라인
47-1 : 체크 밸브 50 : 전기공급 유닛
60 : 내부전력 전기발전기 60-1 : 내장설비파워패널
61 : 제1 전기발전기 61A,71A,72A,73A : 쿨링팬
70 : 외부전력 전기발전기 70-1 : 외부설비파워패널
71,72,73 : 제2,3,4 전기발전기 100 : 설비 프레임