KR100628525B1 - 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지를 절약하고 환경오염을 감소시키기 위한 선박(1)에 관한 것으로서, 특히 선박을 운행하는 도중에 발생하는 맞바람, 해수 및 태양열을 이용하여 축전지를 충전시킴으로써, 이를 선박에 설치된 여러 가지 전기기구들에 사용하거나 직접 동력원으로 사용하여 연료의 사용량을 크게 절감시킴과 동시에 대기 및 해양오염 또한 감소시킬 수 있도록 하는 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박(1)에 관한 것이다.

본 발명은 선박의 운행 시 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있도록 형성된 하나 이상의 풍동(10); 상기 풍동(10) 내부에 흐르는 맞바람에 의하여 회전할 수 있도록 설치되어 동력을 얻는 터빈(11); 상기 터빈(11)의 회전에 의하여 얻어진 동력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(12); 선박 하부 양측으로 길게 형성되어 있으며 해수를 유입하고 배출하는 입구 및 출구가 구비된 해수유입통(20); 상기 해수유입통(20) 내부에 유입된 해수에 의하여 회전하여 동력을 얻도록 설치된 하나 이상의 터빈(21); 상기 터빈(21)의 회전에 의하여 발생한 동력에 의하여 전기를 발생시키는 발전기(22); 선박 지붕에 설치되어 있고 전도판 및 집열관 등이 내설된 태양열을 모으는 집열판(30); 상기 집열판(30)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자(31)가 구비된 발전기(33); 그리고, 상기 발전기(12)(22)(33)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지(40)로 구성되어 있다.

그리고 위에서 충전된 전기에너지를 활용하는 한 측면으로 선박의 추진력을 개선하기 위하여 선박 하부에 해수의 유로를 만들고 선박의 항해 시 유입되는 해수를 별도의 임펠러를 이용하여 강하게 분출시킴으로써 종래에 선박 후미의 프로펠러만으로 얻을 수 있었던 것 보다 우수한 추진력을 더욱 얻을 수 있게 하였다.

선박, 풍동, 터어빈, 해수유입통, 집열판, 축전지, 발전기

Description

풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박{Ship Having Apparatus which Generates Electricity Using the Force of Wind, Water and Sun heat}

도 1은 본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 에너지절약형 선박의 정면도,

도 2a는 본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 에너지절약형 선박의 횡단면도,

도 2b는 본 발명에 따른 선박하부의 해수유입통, 터빈 및 발전기로 구성된 선박하부 쪽의 측단면도.

도 3은 본 발명에 따른 선박에 구비된 풍동 및 터빈을 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 선박에 구비된 맞바람을 이용한 전기발생장치의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 선박에 구비된 태양열을 이용한 전기발생을 위한 집광장치의 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 선박에 구비된 태양열을 이용한 전기발생을 위한 집광장치의 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 선박에 구비된 수력을 이용한 전기발생장치의 구성도 이다.

<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 선박 10: 풍동

11: 터빈 12: 발전기

20: 해수유입통 21: 터빈

22: 발전기 23: 양수모터

30: 집열판 31: 열전소자

33: 발전기 40: 축전지

51: 유도판 52: 보호망

53: 터빈 제어기 54: 조작패널

55: 메모리 56: A/D컨버터

61: 덮개 62: 전압제어기

63: 도선

71: 터빈구동력단속부 72: 제어부

73: 과충전검출기 74: 보호망

81: 해수 유입구 82: 해수 배출구

84: 해수유로

본 발명은 에너지를 절약하고 환경오염을 감소시키기 위한 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박을 운행하는 도중에 발생하는 맞바람, 해수 및 태양열을 이용하여 전기를 얻어 축전지에 충전시킴으로써, 이를 선박 내부의 여러 가지 전기기구들에 사용하거나 직접 동력원으로 사용하여 연료의 사용량을 크게 절감시킴과 동시에 대기 및 해양오염 또한 감소시킬 수 있도록 하는 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박에 관한 것이다.

전기를 생산하는 발전기는 여러 종류가 있으며 그 방법 또한 여러 가지가 있으나 일반적으로는 동력을 얻기 위해서는 연료를 소비하여 얻어 왔으며, 이와 같이 연료를 소비하여 동력을 얻는 장치로는 연료의 소비형태에 따라 내연기관 및 외연기관으로 구분하였다. 보편적으로는 연료를 연소시키는 내연기관으로 발전기 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 방식을 사용하고 있다. 전력을 생산하기위한 동력원이나, 자동차등 교통수단의 동력원, 또는 작업기계를 구동하기위한 동력원으로는 내연기관이나 외연기관의 형태가 될 것이고 이러한 기관에서는 연료를 연소시켜야만 동력을 얻을 수 있는 것이다.

종래기술의 문제점은 자동차등 교통수단에 모든 동력을 제공하고, 전력생산을 위한 모든 동력과 작업기계를 구동하기위한 모든 동력에 대하여 연료를 사용함으로써 지구의 온실화를 유발하는 탄산가스의 배출이 많아지게 되어 지구환경의 오염과 연료의 연소 시에 발생하는 소음 등의 문제가 심각 하였고, 석유의 고갈로 인한 석유전쟁의 유발 및 석유생산의 부족으로 인한 인류의 생존의 위협을 초래 하는 문제점이 있었다. 이에 대체 에너지 자원의 개발이 요구되고 있다. 이 대체 에너지 자원으로 풍력, 수력, 태양력을 이용하는 방안이 강구되고 있으나 발전소등 광범위한 구조의 형태가 일반적이며, 자동차나 선박 등에 적용되는 사례는 드물다.

주로 선박은 연료로서 벙커C유와 경유의 혼합유를 사용하고 있는데, 이러한 연료는 지구상에 무한정 존재하는 것이 아니므로 얼마 있지 않아 고갈된다고 하며 이러한 이유 때문에 각 산업분야에서 대체에너지 개발을 서두르고 있다. 석유자원의 고갈에 대비하여 대체연료로서 유망한 것은 전기, 석탄액화유, 알코올, 식물성 기름 등이다. 그러나 석탄을 사용하는 방법은 오래 전부터 연구되어 왔으나 연소시간이 증가하고 기관의 마모가 심하므로 더 이상의 개발이 어려운 실정이고 알코올이나 식물성 기름 등은 연구가 아직까지 미진한 것이 현실이다.

그리고 선박에는 선체에서 전기를 원활하게 사용하고 비상시를 대비할 수 있도록 하기 위해 자체적으로 발전기가 설치되어 있으며, 발전기는 엔진의 기계적 운동에 의해 발생되는 에너지를 공급받아 이를 발전기 내부의 고정자와 회전자의 자계적 결합에 의해 전기에너지로 변환시켜 부하에 전기에너지를 공급한다.

한편 혼합유 등의 석유연료는 연소 시 유해한 가스를 발생하여 대기 및 해양오염을 일으키는데, 최근에는 선박의 수가 크게 증가하여 대기 및 해양환경을 크게 오염시키고 있으며 그에 따라 해양생물 뿐만 아니라 생태계 전반에 걸쳐 심각한 악영향을 주고 있다. 반면 풍력이나 해수 또는 태양과 같은 에너지원은 고갈되지 않는 무한의 청정에너지라고 할 수 있다.

따라서 자연력인 바람, 해수 및 태양열 등을 활용하여 발생시킨 전기를 축전 지에 저장해 두었다가 선체에 설치된 여러 가지 전기기구들에 사용하거나 이를 직접 동력원으로 사용하여 선박의 구동력 및 발전의 원료가 되는 혼합유의 사용량을 크게 절감시킴으로써 에너지를 절약하고 나아가 대기 및 해양오염 또한 감소시킬 수 있는 전기발생장치가 구비된 선박의 제조가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 선박의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 선박을 운행하는 도중에 발생하는 맞바람, 해수 및 태양열을 이용하여 전기를 발생시켜 축전지를 충전시킴으로써, 이를 선박에 설치된 여러 가지 전기기구들에 사용하거나 직접 동력원으로 사용하여 연료의 사용량을 크게 절감시킴과 동시에 대기 및 해양오염 또한 감소시킬 수 있도록 하는 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 해수유로를 설치하고, 여기에 임펠러를 설치하여 기존의 프로펠러에만 의존하였던 선박의 속도를 한층 향상 시킬 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 에너지절약형 선박의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 에너지절약형 선박의 횡단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 선박에 구비된 풍동 및 터빈을 나타내는 단면도이며, 그리고 도 4는 본 발명에 따른 선박에 구비된 맞바람을 이용한 전기발생장치의 구성도이다. 도 5는 본 발명에 따른 선박에 구비된 태양열을 이용한 전기발생을 위한 집광장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 선박에 구비된 태양열을 이용한 전기발생을 위한 집광장치의 구성도이며 도7은 본 발명에 따른 선박에 구비된 수력을 이용한 전기발생장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박(1)은 선박을 운행 시 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있도록 형성된 하나 이상의 풍동(10); 상기 풍동(10) 내부에 흐르는 맞바람에 의하여 회전할 수 있도록 설치된 터빈(11); 상기 터빈(11)의 회전에 의하여 발생한 동력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(12); 선박 하부 양측으로 길게 형성되어 있으며 해수를 유입하고 배출하는 입구 및 출구가 구비된 해수유입통(20); 상기 해수유입통(20)내부에 유입된 해수에 의하여 회전할 수 있도록 설치된 하나 이상의 터빈(21); 해수의 유입력을 증가시키는 양수모터(23);상기 터빈(21)의 회전에 의하여 얻어진 동력을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(22); 선박 지붕에 설치되어 있고 전도판 및 집열관 등이 내설된 태양열을 모으는 집열판(30); 상기 집열판(30)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자(31)가 구비된 발전기(33); 그리고, 상기 발전기(12)(22)(33)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지(40)로 구성되어 있다.

본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박(1)의 풍동(10)은 선박에 운행 시 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있도록 하나 이상이 형성되어 있으며, 선박의 전면 또는 측면 등에 다양하게 형성시킬 수 있으 며 전방 및 후방이 개방된 형태로 형성되어 있다.

상기 풍동(10)에서 받아들이는 맞바람은 선박 운행 시 정면을 통해 불어오는 바람뿐만 아니라 측면 및 선박을 타고 넘어온 후면 바람까지도 이용할 수 있으며, 선박은 소형보트에서부터 대형선박 등 다양한 종류에 적용 가능하다.

터빈(11)은 상기 풍동(10) 내부에 흐르는 맞바람에 의하여 회전할 수 있도록 설치되어 있으며, 흐르는 맞바람에 의해 구동되어 회전하면서 발생한 구동력을 이용하여 전기를 발생시키기 위해 발전기(12)에 연결되어 있다. 그리고 조작패널(54)을 통하여 사용자의 원하는 입력을 처리하고 터빈(11)을 제어하는 터빈제어기(53)가 부착되어 있다.
이때 상기 풍동(10)을 통과하는 바람의 풍속은 최소한 2m/sec 이상이어야 발전기(12)가 작동하게 되고, 상기 선박(1)은 무풍(0.5m/sec 이하)일 경우 최소한 4노트(Kn) 이상의 속도로 달려야 발전기(12)가 작동하게 된다.
상기 선박(1)이 수면을 달리는 상태에서 맞바람이 부는 경우에, 상기 풍동(10)을 통과하는 바람의 풍속은 2m/sec - 8m/sec가 적당하다.

상기 터빈(11)은 도 3에서 회전축을 따라 맞바람에 의해 교대로 회전하는 날개가 부착되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 프로펠러나 기타 바람에 의해 구동할 수 있는 다양한 장치들이 사용될 수 있다.

본 발명의 전기발생장치는 풍동(10) 내부로 흐르는 맞바람이 유도판(51)에 의하여 풍동(10)내부가 좁아져 맞바람의 풍속이 빨라지고, 이 빠른 풍속의 힘은 터빈(11)의 회전력을 증가시키게 된다. 터빈(11)의 회전으로 회전력을 얻는 다음, 그 터빈(11)과 연결되어 있는 발전기(12)를 돌리고 그 발전기(12)가 돌면서 전기를 발생시킨다. 터빈(11)의 위치가 도 1에서는 선박의 측면 상부 전면에 장착하였으나, 정면 또는 지붕에도 장착가능하다.

도3 및 도4를 참조하면, 본 발명의 풍동(10)에 유입된 맞바람의 풍속을 증가시켜 터빈(11)의 회전력을 높이기 위해 형성된 유도판(51)이 있고, 맞바람에 의한 복수의 회전익을 지닌 터빈(11), 보호망(52) 및 발전기(12)로 구성된다. 유도판(51)은 전방에서 넓은 개구가 형성되어 있는 풍동(10)내부의 터빈(11)의 앞에 형성되어 있다. 터빈(11)은 횡류 구동형으로 하여 설치 높이는 유도판(51)의 중앙부에 위치하도록 설치한다. 터빈(11)은 그 일부가 중앙유로상으로 노출되도록 설치되게 한다.

도3에서 겨울철에 터빈(11)의 회전익 내부로 유입되는 물이나 습기, 눈으로 인하여 터빈(11)의 회전익이 동결되는 것을 방지하기 위해 선박의 실내로 유입되는 온풍의 일부분을 빼내 유도판(51)내에 형성되는 송풍구로 주입되도록 하여 회전익을 동결을 방지하도록 한다.

한편, 전술한 전기발생장치는 유도판(51), 임펠러, 터어빈(11)을 모두 포함하는 유니트 형태로 제작된다. 이와 같은 독립적 구조를 택하면 선박의 지붕은 물론 다른 면에도 추가로 부착하여 용량을 증설하는 것이 가능하다. 기구적인 결합으로 볼트를 사용하고 회로적 연결로 커넥터를 사용하면 전문적인 지식이 없어도 착ㆍ탈이 용이하다.

도 4는 본 발명에 따른 풍력을 이용한 전기발생장치의 구성도로서, 본 발명에 따른 전기회로의 연결 상태를 나타낸다. 또한, 도4는 상기 발전기(12)에 의해 발생되는 AC 전압을 축전지(40)의 충전에 필요한 DC전원으로 변환하는 AC/DC 컨버터(56)를 구비한다. 또한, 본 발명에 따른 전기회로에서 상기 발전기(12)에서 발생한 전력의 쓰임은 도시 되지 않았으나 구동장치 및 그밖에 편의장치(에어컨, 음향기기 등)에서 소모되고 나머지는 배터리로 충전된다.

터빈제어기(53)는 조작패널(54)을 통하여 사용자의 원하는 입력을 처리하고 터빈(11)과 편의장치를 제어한다. 이때, 본 발명에 따른 터빈제어기(53)는 상기 전기발생장치가 출력을 발휘하는 동안 상기 동력제공수단으로서 배터리의 전원을 한시적으로 인가하는 알고리즘(Algorithm)을 추가로 구비한 메모리(55)에 연결된다. 축전지(40)는 맞바람에 의한 상기 터빈(11)의 회전에 의하여 상기 발전기(12)에서 발생된 전기를 전달받아 저장하며 납축전지나 알칼리전지 등이 사용된다.

해수유입통(20)은 선박 하부 중앙에 길게 형성되어 있고 해수를 유입하고 배출하는 입구 및 출구가 구비되어 있으며, 내부에 유입된 해수에 의하여 회전할 수 있도록 한개 이상의 터빈(21)이 설치되어 있다. 상기의 터빈(21)의 회전력을 전기에너지로 변환할 발전기(22)가 해수유입통(20)의 뒤쪽의 상부공간에 구성되어 있다.

상기 해수유입통(20)의 입구는 해수유입통(20) 전체의 직경보다 작게 형성시키거나 창살과 같은 이물질의 유입을 방지시키기 위한 장치를 형성시켜 어업등으로 버려진 폐 그물이나 기타 큰 이물질들에 의해 터빈(21)이 손상되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 해수유입통(20) 뒤쪽에는 양수모터(23)가 설치되어 있어 해수유입통(20)쪽으로 많은 양의 해수가 유입되어 터빈(21)을 회전시켜 더 큰 회전력을 얻어 발전기를 가동시키므로 더 큰 전력을 얻을 수 있다.

상기 터빈(21)은 도 1에서 회전축을 따라 해수에 의해 회전하는 다수개의 날개가 부착되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 터빈(21)이나 기타 해수에 의해 구동할 수 있는 다양한 장치들이 사용될 수 있다.

집열판(30)은 태양열을 모으기 위해 선박 지붕에 설치되어 있고 일반적으로 사용되는 것과 같이 전도판, 집열관 및 단열층 등이 내설되어 있다. 본 발명에 있어서 태양열을 모으기 위한 배터리 충전장치는 태양열을 받아 전기에너지로 변환하는 태양전지와; 상기 태양전지에서 출력된 전기에너지를 입력받아 배터리에 충전을 알맞게 조정해주는 전압조정부와; 상기 전압조정부에서 출력된 전압 및 전류를 저장하는 배터리와; 상기 배터리의 충전되는 전류를 계속 감지하여 미리 설정된 소정의 전류 이상 측정되면 상기 전압 조정부에 제어신호를 보내어 전류를 차단시키든지 아니면 전류의 양을 줄이는 것을 제어하는 충전 제어부를 포함하여 구성할 수 있다. 그렇게 함으로써 태양전지에서 태양열을 전기 에너지로 변환하여 출력하면 전압 조정부에서 배터리에 충전되는 양을 조절하고, 배터리에 충전되는 것을 충전 제어부에서 제어하여 배터리에 미리 설정된 전류이상 충전이 되지 않도록 작동하게 할 수 있다. 따라서 상기 태양전지에서 출력되는 전압이 배터리에 입력 시 배터리의 입력 레벨에 적정한 레벨의 전압으로 출력될 수 있도록 제어하고 상기 태양전지에서 출력되는 전압을 일정 레벨의 전압으로 강하 또는 상승시켜 출력하는 전압 조정부를 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 집광유닛(4)이 설치된 상태를 나타내고, 도 6은 도 5의 구성상태도인 도 5의 1-1선 단면 확대도이다. 여기에서 태양에너지를 모으기 위한 장치로 집광유닛(4)을 각각의 독립된 단위 유닛으로 컴팩트화 시켜 구성할 수 있는데, 이는 어떠한 위치나 기구 및 장치 등에 부착 또는 설치하기가 용이한 구조로 적용성이 뛰어나다. 집광유닛(4)은 상기 집열판(30)의 전상면에 위치되고, 상기 집 열판(30)의 밑에 위치되는 열전소자(31)와, 상기 열전소자(31)의 뒤에 장착되는 도선(63)을 통하여 전기적으로 연결하는 축전지(40)로 구성되어 밀폐되는 하우징내에 배치된다.

여기서, 하우징은 예컨대, 경질 수지로 제작하면 가볍고도 견고하게 제작될 수 있다. 여기서 경질 알루미늄을 이용한 캐스팅으로 제작하면 가볍고도 견고하면서 엄밀한 밀폐력을 부여하기 손쉬우며, 하우징내에 배치되는 각 부품의 내구성을 향상시킬 수 있게 되며, 그 상면이 투명 창으로 되어 집열판(30)으로 태양 빛이 잘 조사되도록 되어 있으며, 밑에 배치되는 열전소자(31)는 조사된 빛에 의한 에너지를 전력으로 전환시켜서 축전지(40)에 저장하게 된다.

발전기(12)(22)는 전기를 발생시키기 위해 상기 터빈(11)(21)과 연결되어 있으며, 다른 발전기(33) 또한 전기를 발생시키기 위해 상기 집열판(30)과 연결되어 있으며 집열판(30)에서 전달된 열을 전기에너지로 변환시키는 열전소자(31)가 구비되어 있다.

축전지(40)는 상기 발전기(12)(22)(33)에서 발생된 전기를 전달받아 저장하기 위해 발전기(12)(22)(33)와 연결되어 있고 납축전지나 알칼리전지 등이 사용된다.

한편 선박의 하부 양측에는 해수유입통(20)에 연결된 복수의 해수유로(84)를 형성하여 선박이 진행하는 때에 자연스럽게 해수가 유로를 통하여 유입될 수 있도록 하며 이때 해수유로(84)를 통하여 들어오는 해수가 터빈(21)을 회전시키므로 이 회전력으로 발전기(22)를 가동시켜 전력을 얻고, 터빈(21)을 회전시킨 해수는 해수 배출구(82)를 통하여 배출시킬 수 있도록 구성되어 있다. 이때 해수배출구(82)의 앞쪽에 양수모터(23)가 설치되어 있어, 양수모터(23)에 의한 흡입력으로 해수가 해수유로(84)로 더 빨리 유입되므로 더 큰 구동력이 터빈(21)에 의해 인가되므로 더 큰 전력을 얻을 수 있다. 이 양수모터(23)의 필요 전력은 상기의 바람이나 태양열에 의해 축적된 전력을 이용 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박은 다음과 같이 작용한다.

본 발명에 따른 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박의 풍동(10)은 선박 운행 시 발생하는 맞바람을 개방된 전방을 통해 긴 공간을 따라서 받아들이며, 선박(1)의 상면, 측면 등 여러 곳에 다수 개를 설치할 수 있으므로 전체적으로 한꺼번에 많은 양의 바람을 받아들일 수 있다. 그리고 이 바람은 상기한 개구부를 통해 풍동(10)내로 유입되어 중앙유로에 포집된 후 그의 배출구멍을 통해 빠른 속도로 빠져 나가게 되므로 풍동(10) 내에 설치된 복수개의 회전익을 갖는 터빈(11)이 유입되는 바람의 풍압에 부응하는 회전수로 터빈(11)이 회전하게 된다. 이때, 상기 터빈(11)과 발전기(12)의 구동축 사이에는 터빈제어기(53)에 의해 그 구동이 단속되는 단속 기어와, 터빈(11)의 회전력을 발전기(12)에 크게 전달하기 위한 서로 다른 크기를 갖는 수개의 기어 등이 박스 내에 내장된 구성을 갖는 터빈구동력 단속부를 설치할 수 있으므로, 터빈의 회전력 및 납축전지(40)의 충전 상태 등을 고려하여 터빈의 회전력을 발전기(12)에 전달시킬 수도 있고 또 차단시킬 수도 있다.

또한, 상기 터빈의 구동축 일측부에는 그의 회전수를 전기적인 신호로 검출하는 검출센서가 설치될 수 있으므로 제어기에서 상기 회전수 검출센서의 출력신호를 입력받아 터빈(11)의 회전수를 인식할 수 있음은 물론, 터빈(11)의 회전수에 따라 터빈(11)의 구동력 단속부내의 단속 기어를 구동시킬지의 여부를 결정할 수 있다. 한편, 상기 터빈 구동력 단속부의 출력부에는 발전기(12)가 설치되어 있는데, 이는 상기 제어기(53)에 의해 그 구동여부가 단속되는 터빈 구동력 단속부를 통해 터빈의 구동력이 전달되어지면 그의 구동력에 부응하는 전력을 발생시키게 된다.

상기 풍동(10) 내부에 설치된 터빈(11)은 선박 운행 시 풍동(10)내를 흐르는 맞바람에 의하여 회전하며, 발전기(12)에 연결되어 있어서 흐르는 맞바람에 의해 구동되어 회전하면서 발전기(12)에 그 회전력을 전달하게 된다.

선박 하부 양측으로 길게 형성되어 있는 해수유입통(20)은 그 입구 및 출구를 통하여 해수를 유입하고 배출하며, 양측으로 설치할 수 있으므로 전체적으로 한꺼번에 많은 양의 해수를 받아들일 수 있고 내부에 설치된 터빈(21)은 유입된 해수에 의하여 회전한다. 이때 해수유입구를 크게 하고 점차적으로 그 직경을 줄여나가는 형태를 취하면 해수의 유속을 증가시킬 수 있으므로 배가 진행하는 본래의 속도에서 얻을 수 있는 것 보다 더 많은 터빈(21)의 회전수를 얻을 수 있다.

상기 터빈(21) 역시 발전기(22)에 연결되어 있어서 해수에 의해 구동되어 회전하면서 발전기(22)에 그 회전력을 전달하게 된다.

그리고 전기를 발생시키기 위해 상기 터빈(11)(21)과 연결되어 있는 발전기(12)(22)는 내설된 엔진의 기계적 운동에 의해 발생되는 에너지를 공급받아 이를 발전기 내부의 고정자와 회전자의 자계적 결합에 의해 전기에너지로 변환한다. 이러한 전기에너지는 직접 에너지원으로 사용되거나 납축전지 등에 충전되고 이러한 에너지원으로부터 출력되는 고전압, 고전류로 구동모터를 구동시키고 이를 다양한 기구들의 동작에 이용함으로써 에너지 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

선박 지붕에 설치되어 있는 집열판(30)은 태양열을 모으게 되는데 내설되어 있는 전도판에 입사되는 태양광을 흡수하여 열전소자(31)에 전달하고 단열층이 입사된 태양열을 외부로 전도되지 않도록 한다.

상기 집열판(30)도 역시 발전기(33)에 연결되어 있어서 흡수된 태양열 에너지를 발전기(33)에 전달하게 되며, 집광유닛(4)에 구비된 열전소자(31)가 내부에 부착된 두 금속의 온도차에 의한 기전력을 발생시키게 된다.

마지막으로 상기 발전기(12)(22)(33)와 연결되어 있는 축전지(40)는 발전기(12)(22)(33)에서 발생된 전기를 전달받아 저장하여 선박에 설치된 여러 가지 전기기구들에 사용할 수 있도록 하며, 이를 직접 동력원으로도 활용하면 연료의 사용량이 전체적으로 매우 감소하게 된다.

따라서 선박의 구동 및 발전의 원료가 되는 혼합유의 사용이 감소되어 에너지를 절약하게 됨으로써 선박에서 발생되는 유해물질이 줄어들고 따라서 대기 및 해양오염 또한 감소하게 되는 것이다.

한편 해수유입구를 통해 들어와서 해수유로(84)를 따라 이동하는 해수는 터빈(21)의 강한 회전으로 인하여 해수배출구(82)를 통하여 분출되게 되는데 이때 분출되는 강한 해수의 힘의 반작용으로 인하여 선박은 보강된 추진력을 얻을 수 있게 되고 그러한 추진력은 종래 프로펠러에만 의존하였던 선박의 속도를 한층 향상 시킬 수 있게 된다. 그렇게 함으로써 상기와 같은 방법으로 충전하여 저장하고 있는 전기에너지를 보다 다면적으로 이용할 수 있게 되고, 또한 오염원으로의 피해가 심각한 석탄에너지의 사용을 피하여 배의 에너지원을 획득하는 효과 이외에 배에 우수한 추진력을 제공할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박은 자체적인 전기발생장치를 구비하여 축전지에 충전된 전기를 선박에 설치된 여러 가지 전기기구들에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 직접 동력원으로도 사용함으로써 연료의 사용량을 크게 절감시켜 에너지를 절약함과 동시에 환경오염을 감소시킬 수 있도록 하는 유용한 효과를 발휘한다.

또한, 태양열과 풍력 그리고 수력을 동시에 이용하여 축전지를 충전하여 비축하여 사용하기 때문에 날씨 등의 영향을 받지 않고 어떠한 기후조건에서도 에너지원을 생산해 낼 수 있다는 장점이 있다. 또한 해수유로가 설치되어있고, 여기에 임펠러를 설치하여 기존의 프로펠러에만 의존하였던 선박의 속도를 한층 향상 시킬 수 있게 할 수 있다. 이와 같이 구성된 본 발명의 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박은 친환경적 선박으로써 에너지원이 고갈될 염려가 없고, 미래의 에너지 산업에서 잠재력을 가지고 있으며, 발전용량에 신축성이 있고, 발전시설의 유동성이 있다. 무공해, 무한정한 자연에너지를 이용하므로, 연료비가 절감된다.

본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 자명한 것이며, 따라서 그러한 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

1. 선박 지붕에 설치되어 있고 전도판 및 집열관 등이 내설된 태양열을 모으는 집열판(30), 상기 집열판(30)에서 전달된 열에 의하여 전기를 발생시키는 열전소자(31)가 구비된 발전기(33), 상기 발전기(33)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지로 구성된 전기발생장치가 구비된 선박에 있어서,

   상기 선박을 운행 시 발생하는 맞바람을 받아들일 수 있도록 형성된 하나 이상의 풍동(10);

   상기 풍동(10) 내부에 흐르는 맞바람에 의하여 회전할 수 있도록 설치된 터빈(11);

   조작패널을 통하여 사용자의 원하는 입력을 처리하고 터빈(11)을 제어하는 터빈제어기(53);

   상기 터빈(11)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기(12);

   선박 하부 양측으로 길게 형성되어 있으며 해수를 유입하고 배출하는 입구 및 출구가 구비된 해수유입통(20);

   상기 해수유입통(20) 내부에 유입된 해수에 의하여 회전할 수 있도록 설치된 하나 이상의 터빈(21);

   해수의 유입력을 증가시켜 터빈(21)의 회전력 상승과, 선박(1)의 추진력을 상승시키는 양수모터(23);

   상기 터빈(21)의 회전에 의하여 전기를 발생시키는 발전기(22);

   상기 발전기(12)(22)에서 발생된 전기를 저장하는 축전지(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력, 수력 및 태양열을 이용한 전기발생장치가 구비된 선박.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전기발생장치는 풍동(10) 내부의 중앙유로에 유도판(51)이 형성되어 있어, 바람의 풍속을 증가시켜 복수의 회전익을 지니도록 구성된 횡류 구동형 터빈(11) 및 발전기(12)를 포함한 것을 특징으로 하는 선박.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 전기발생장치의 발전기(12)에 의해 발생되는 AC 전압을 축전지(40)의 충전에 필요한 DC전압으로 변환하는 A/D컨버터(56)를 포함한 것을 특징으로 하는 선박.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 터빈제어기(53)는 상기 전기발생장치의 출력을 발휘하는 동안 상기 동력수단으로 배터리의 전원을 인가하는 알고리즘을 추가로 구비한 메모리(55)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 선박.
5. 청구항 1에 있어서,

   선박의 하부에 임펠러(83)를 가지는 해수유로(84)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 선박.

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