KR100834448B1 - 조력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조수에 의해 회전되는 수차를 다수열과 다수층으로 된 수로에 다수개 구비하여 한꺼번에 많은 양의 전력을 생산함과 동시에 전력을 간조와 만조에 상관없이 지속적으로 생산할 수 있도록 하되, 유속을 빠르게 유도하여 수차를 항상 원활하게 회전시킬 수 있도록 함으로써 발전의 효율성을 높이도록 한 조력발전장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 조수의 유입방향을 향해 다수열과 다수층으로 수로를 각각 형성하고, 각 수로의 앞쪽에는 양쪽으로 안내면을 형성하며, 각 수로에는 다수의 수차를 등간격으로 각각 설치하되 각 수차의 회전축은 각 수로의 양쪽벽에 각각 회전가능하게 설치하며, 각 수차의 회전축에는 발전기를 각각 연결하고, 각 발전기로부터 발전된 전력을 축전시키기 위한 축전지를 구비하여 각 발전기와 전기적으로 통하도록 연결하여서 된 조력발전장치에 있어서, 지주에 위쪽문과 아래쪽문이 서로 직각을 이루도록 형성된 개폐문을 구비하여 지주가 각 수로의 입구쪽과 출구쪽에서 그 한쪽벽과 밀착되도록 각각 회전가능하게 설치하여 조수가 유입될 때에는 아래쪽문이 수로의 아래쪽을 막아주고 조수가 배출될 때에는 위쪽문이 수로의 위쪽을 막아주도록 구성한 것이다.

Description

조력발전장치{TIDAL POWER GENERATION DEVICE}

본 발명은 조력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조수에 의해 회전되는 수차를 다수열과 다수층으로 된 수로에 다수개 구비하여 한꺼번에 많은 양의 전력을 생산함과 동시에 전력을 간조와 만조에 상관없이 지속적으로 생산할 수 있도록 하되, 유속을 빠르게 유도하여 수차를 항상 원활하게 회전시킬 수 있도록 함으로써 발전의 효율성을 높이도록 한 것이다.

일반적인 발전방법으로 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 했으므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 공해도 큰 문제가 되고 있으며, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.

한편, 석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전방법으로는 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 가운데 조 수간만의 차이에 따라 조수가 수평이동하는 힘을 이용한 것이 조력발전이다.

다시 말해, 간조에서 만조로 갈수록 점차 해수면이 차오르게 되고, 이에 따라 조수가 연안쪽으로 수평이동하게 되는데, 이러한 조수의 유입방향쪽에 수차를 설치하여 수차가 조수에 의해 회전되면 그 회전력에 의해 발전기를 구동하여 이로부터 전력을 생산하는 방식이 조력발전으로, 지구와 달이 존재하는 한 항상 균일한 조수의 수평이동이 이루어지게 되므로 조력발전에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

그런데, 종래 대부분의 조력발전장치들은 단일개소에 수차를 한두 개만 구비하는 것이 보통이므로 조수가 아무리 많이 밀려온다 하더라도 그 발전량에는 한계가 있을 수밖에 없으며, 수차의 효율성도 높지 못해 발전이 제대로 이루어질 수 없는 실정에 있다.

또한, 기존의 조력발전장치들은 조수의 유입부위 및 배출부위가 모두 개방되어 있어 조수의 유속을 조절할 수 없는 것이므로 그 발전효율에 한계가 있었다.

본 발명은 이러한 감안하여 제안된 것으로, 조수에 의해 회전되는 수차를 다수열과 다수층으로 구비하여 한꺼번에 많은 양의 전력을 생산함과 동시에 전력을 간조와 만조에 상관없이 지속적으로 생산할 수 있도록 하되, 유속을 빠르게 유도하여 수차를 항상 원활하게 회전시킬 수 있도록 함으로써 발전의 효율성을 높이도록 한 조력발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 조수의 유입방향을 향해 다수열과 다수층으로 수로를 각각 형성하고, 각 수로마다 다수의 수차를 등간격으로 설치하여 한꺼번에 다수의 수차를 통해 발전이 이루어지게 함과 동시에 해수면이 간조 때부터 만조를 거쳐 다시 간조가 될 때까지 지속적으로 발전을 수행할 수 있도록 함으로써 발전량을 증대시키고 발전의 효율성을 높일 수 있도록 함과 동시에 각 수로마다 조수에 의해 자동 회전되는 개폐문을 설치하여 만조 때까지 조수를 수차의 위쪽 방향으로 유도하고, 만조를 지나 간조로 갈수록 조수를 아래쪽 방향으로 유도하여 유속을 빠르게 함으로써 수차를 항상 원활하게 회전시킬 수 있도록 하여 발전의 효율성을 높이고자 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 조수의 유입방향으로 다수열, 다수층으로 수로를 형성하고, 각 수로마다 다수의 수차를 등간격으로 설치한 것이므로 한 꺼번에 다수의 발전기로부터 발전이 이루어질 수 있음은 물론 간조에서부터 만조가 끝날 때까지 조수의 유입에 따라 다수의 발전기로부터 발전이 이루어질 수 있고, 또 만조가 끝나는 시점에서부터 간조시까지는 조수가 배출되면서 다수의 발전기로부터 발전이 이루어질 수 있어 발전이 지속적으로 이루어질 수 있게 되며, 각 수로마다 설치된 개폐문에 의해 조수의 유입시에는 수로 위쪽의 유속이 더 빠르게 유도될 수 있고, 조수의 배출시에는 수로 아래쪽의 유속이 더 빠르게 유도될 수 있어(또는 조수의 유입시에는 수로 오른쪽의 유속이 더 빠르게 유도될 수 있고, 조수의 배출시에는 수로 왼쪽의 유속이 더 빠르게 유도될 수 있어) 수차의 회전이 보다 원활해지도록 할 수 있으며, 각 수차에 설치되는 추진날개의 중간부가 각진 형상으로 굽어져 있어 조수로부터 압력을 받기에 양호하고 반대면에서는 저항을 최소화할 수 있고, 또 각 추진날개마다 조수배출문을 형성하여 조수가 바깥쪽에서 작용될 경우 조수를 그대로 통과시킬 수 있어 수차의 회전이 더 빨라지게 되어 발전 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예와 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 조력발전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 조력발전장치의 개략 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 조력발전장치의 정단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 조력발전장치에 적용되는 수차의 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 조력발전장치에 적용되는 개폐문의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 유입시 상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 조력발전장 치의 조수 배출시 상태도이고, 도 8은 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 유입시 단위 수차의 상태도이며, 도 9는 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 배출시 단위 수차의 상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조력발전장치는 조수의 유입방향을 향해 다수열과 다수층으로 수로(100)를 각각 형성하고, 각 수로(100)의 앞쪽에는 양쪽으로 조수의 유입을 안내하는 안내면(101)을 형성하며, 각 수로(100)에는 다수의 수차(200)를 등간격으로 각각 설치하되 각 수차(200)의 회전축(201)은 각 수로(100)의 양쪽벽에 각각 회전가능하게 설치하며, 각 수차(200)의 회전축(201)에는 발전기(300)를 각각 연결하고, 각 발전기(300)로부터 발전된 전력을 축전시키기 위한 축전지(400)를 구비하여 각 발전기(300)와 전기적으로 통하도록 연결한 것으로, 수차(200)의 회전속도 대비 발전기(300)의 회전속도를 증속시킬 수 있도록 수차(200)의 회전축(201)에는 구동기어(220)를 고정하고, 발전기(300)의 축에는 구동기어(220)보다 작은 크기의 종동기어(301)를 고정하여 구동기어(220)와 종동기어(301)가 기어결합하게 한다.

또한, 지주(501)에 위쪽문(502)과 아래쪽문(503)이 서로 직각을 이루도록 형성된 개폐문(500)을 구비하여 지주(501)가 각 수로(100)의 입구쪽과 출구쪽에서 그 한쪽벽과 밀착되도록 각각 회전가능하게 설치함으로써 조수가 유입될 때에는 아래쪽문(503)이 수로(100)의 아래쪽을 막아주고 조수가 배출될 때에는 위쪽문(502)이 수로(100)의 위쪽을 막아주도록 구성한다.

이때, 수차(200)는, 원통형의 몸체(202) 양쪽으로 회전축(201)이 각각 설치 되어 수로(100)의 양쪽벽에 각각 회전가능하게 설치되고, 몸체(202)의 테두리부 양쪽에는 다수의 추진날개(210)가 지그재그로 각각 등간격으로 설치되어 이루어진다.

또한, 수차(200)에 적용되는 각 추진날개(210)는, 그 중간부가 가로로 각지게 굽어진 형상으로 구성되며, 그 굽어진 부위를 기준으로 한쪽면과 다른쪽면에는 조수배출공(211)이 각각 형성되고, 한쪽면과 다른쪽면의 안쪽에는 각 조수배출공(211)을 개폐할 수 있도록 조수배출문(212)이 회전가능하게 각각 설치되며, 조수배출문(212)의 회전각을 제한하도록 한쪽면과 다른쪽면의 안쪽 양쪽에는 리테이너(213)가 각각 형성되어 이루어진다.

아울러, 각 수차(200)의 위쪽에 위치된 추진날개(210)는 그 안쪽면이 조수의 유입쪽을 향하도록 위치시키게 되고, 반대로 수차(200)의 아래쪽에 위치된 추진날개(210)는 그 바깥쪽면이 조수의 유입쪽을 향하도록 위치시키게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 조력발전장치는 다음과 같은 작용을 한다.

먼저, 간조 때에는 물이 완전히 빠져 해수면이 낮아지게 되고, 이러한 때에는 수차(200)를 회전시킬 수 없으므로 발전이 이루어지지 않게 된다.

간조가 지나 해수면이 조금씩 높아지게 되면 조수가 연안쪽으로 수평이동하게 되고, 조수가 최하층에 위치된 수로(100)쪽에서부터 상층부의 수로(100)쪽까지 차례차례 유입되기 시작한다.

이때, 수로(100)의 앞쪽에는 양쪽으로 안내면(101)이 형성되어 있어 조수가 수로(100)로 유입되기 쉽게 안내할 수 있으며, 수로(100)의 입구쪽과 출구쪽에 각각 설치되어 있는 개폐문(500)은 위쪽문(502)이 폐쇄되어 있고 아래쪽문(503)이 개 방되어 있는 상태에 있다가 조수가 수로(100)로 유입되면 개폐문(500)의 위쪽문(502)이 조수에 의해 밀려 지주(501)가 회전되면서 아래쪽문(503)이 수로(100)의 아래쪽을 폐쇄하고 수로(100)의 위쪽은 개방되므로 수로(100) 안에서 아래쪽은 조수의 흐름이 정체되고 위쪽에서만 조수가 빠른 속도로 흐르도록 유도할 수 있게 된다.

또한, 각 수로(100)에는 다수의 수차(200)가 회전가능하게 설치되어 있으며, 이러한 각 수차(200)의 위쪽 추진날개(210)는 그 안쪽면이 조수의 유입쪽을 향하도록 위치되어 있고 아래쪽 추진날개(210)는 그 바깥쪽면이 조수의 유입쪽을 향하도록 위치되어 있으며, 개폐문(500)에 의해 수로(100) 위쪽에서는 조수가 빠른 속도로 흐르고 아래쪽은 정체되므로 이러한 조수의 흐름에 의해 수차(200) 위쪽의 추진날개(210) 안쪽면이 큰 압력을 받아 수차(200)가 그 회전축(201)을 중심으로 회전될 수 있고, 반대로 수차(200)의 아래쪽에서는 조수의 흐름이 정체되어 있거나 아주 느리게 흐르게 됨은 물론 조수배출문(212)이 조수에 의해 개방되어 그 저항을 최소화할 수 있으므로 수차(200)의 회전을 크게 방해하지 않아 수차(200)를 원활히 회전시킬 수 있게 된다.

아울러, 수차(200)의 몸체(202) 테두리 양쪽에는 다수의 추진날개(210)가 지그재그로, 등간격으로 설치되므로 압력을 받는 추진날개(210)의 개수가 많아지게 되어 그에 해당하는 만큼 추진력이 더욱 커지게 되며, 수차(200)에 적용되는 추진날개(210)는 그 중간부가 가로로 각지게 굽어져 있으므로 추진날개(210)의 바깥쪽면과 접촉되는 조수는 이러한 각진 부위에 의해 그 저항이 최소화될 수 있다.

이러한 작용이 각 수로(100)의 끝까지 지속적으로 일어나게 됨은 물론 만조에 가까워질수록 상층부의 수로(100)에서도 이와 동일한 작동이 순차적으로 일어나게 되어 한번의 간조에서부터 만조까지 다수의 발전기(300)가 한꺼번에 구동하여 많은 양의 전력을 빠른 시간 안에 발생시킬 수 있는 것이다.

만조가 지나면 해수면이 점차 낮아지면서 조수가 수로(100)로부터 유입시와는 반대로 배출되기 시작하며, 조수가 수로(100)로부터 배출되기 시작하면 수로(100) 입구쪽과 출구쪽에 설치되어 있는 개폐문(500)의 아래쪽문(503)이 배출되는 조수에 의해 바깥쪽으로 밀리면서 지주(501)가 회전되어 수로(100)의 위쪽은 폐쇄되고 아래쪽은 개방되며, 이러한 작용으로 수로(100) 안에서 위쪽은 조수의 흐름이 정체되고, 아래쪽에서는 조수가 빠른 속도로 흐르게 된다.

또한, 조수가 배출될 때에는 수차(200)의 아래쪽에서는 추진날개(210)의 안쪽면이 조수의 배출쪽을 향하고 있고, 수차(200)의 위쪽에서는 추진날개(210)의 바깥쪽면이 조수의 배출쪽을 향하고 있으므로 추진날개(210)의 안쪽면이 빠른 유속을 갖는 조수에 의해 압력을 받아 수차(200)가 조수의 유입시와 동일한 방향으로 회전될 수 있고, 또 수차(200)의 위쪽에서는 조수가 정체되거나 매우 느리게 흐르게 되며, 이러한 조수에 의해 추진날개(210)의 조수배출문(212)이 개방되어 조수가 그대로 빠져나가 저항이 거의 없게 되고, 이때에도 수차(200)의 몸체(202) 테두리 양쪽에 지그재그로 설치된 다수의 추진날개(210)에 의해 압력을 받는 추진날개(210)의 개수가 많아지게 되어 그에 해당하는 만큼 추진력이 더욱 커지게 되며, 추진날개(210)의 바깥쪽면에 조수가 접촉될 때 그 각진 굽어진 형상 때문에 저항이 최소 화되어 조수 유입시와 동일하게 수차(200)가 큰 저항 없이 원활하게 회전될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면 간조에서부터 만조가 끝날 때까지 조수의 유입에 따라 다수의 발전기(300)로부터 발전이 이루어질 수 있고, 또 만조가 끝나는 시점에서부터 간조시까지는 조수가 배출되면서 다수의 발전기(300)로부터 발전이 이루어질 수 있어 한꺼번에 다량의 전력을 발전시킬 수 있음은 물론 그 발전이 지속적으로 이루어질 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 조력발전장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 조력발전장치의 개략 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 조력발전장치의 정단면도.

도 4는 본 발명에 따른 조력발전장치에 적용되는 수차의 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 조력발전장치에 적용되는 개폐문의 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 유입시 상태도.

도 7은 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 배출시 상태도.

도 8은 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 유입시 단위 수차의 상태도.

도 9는 본 발명에 따른 조력발전장치의 조수 배출시 단위 수차의 상태도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 수로 101 : 안내면 200 : 수차

201: 회전축 202 : 몸체 210 : 추진날개

211 : 조수배출공 212 : 조수배출문 213 : 리테이너

220 : 구동기어 300 : 발전기 301 : 종동기어

400 : 축전지 500 : 개폐문 501 : 지주

502 : 위쪽문 503 : 아래쪽문

Claims (1)

1. 조수의 유입방향을 향해 다수열과 다수층으로 수로(100)를 각각 형성하고, 상기 각 수로(100)의 앞쪽에는 양쪽으로 안내면(101)을 형성하며, 상기 각 수로(100)에는 다수의 수차(200)를 등간격으로 각각 설치하되 상기 각 수차(200)의 회전축(201)은 상기 각 수로(100)의 양쪽벽에 각각 회전가능하게 설치하며, 상기 각 수차(200)의 회전축(201)에는 발전기(300)를 각각 연결하고, 상기 각 발전기(300)로부터 발전된 전력을 축전시키기 위한 축전지(400)를 구비하여 상기 각 발전기(300)와 전기적으로 통하도록 연결하여서 된 조력발전장치에 있어서,

   지주(501)에 위쪽문(502)과 아래쪽문(503)이 서로 직각을 이루도록 형성된 개폐문(500)을 구비하여 상기 지주(501)가 상기 각 수로(100)의 입구쪽과 출구쪽에서 그 한쪽벽과 밀착되도록 각각 회전가능하게 설치하여 조수가 유입될 때에는 상기 아래쪽문(503)이 상기 수로(100)의 아래쪽을 막아주고 조수가 배출될 때에는 상기 위쪽문(502)이 상기 수로(100)의 위쪽을 막아주도록 구성한 것을 특징으로 하는 조력발전장치.

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