KR100931499B1 - 조력을 이용한 전기 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강이나 하천 등의 급류지역에 설치하여 자연적으로 진행하는 물의 조력에 의해 전기를 생산할 수 있도록 된 조력을 이용한 전기발전장치에 관한 것으로써, 그 구성은 수면에 뜨도록 마련된 부력선의 중앙부에 물의 조력에 의해 회전되게 등 간격으로 날개를 설치하여 된 물레를 축의 매개로 그 축과 함께 회전되게 설치하되, 상기 축의 양단은 부력선에 설치된 지지브래킷에 의해 지지되게 설치되고, 상기 물레의 축 단부에는 축의 회전력을 전달하는 동력전달부재를 매개로 발전기를 연결 설치하여 된 조력을 이용한 전기 발전장치에 있어서, 상기 물레를 형성하는 각 날개는 각도조절수단에 의해 각도조절 가능하게 설치되고, 상기 각 날개의 상부에는 날개의 폭 방향을 따라 장홈이 형성되며, 상기 각 날개의 하부에는 관통 공이 형성되어 각각의 고정 핀으로 상기 장홈과 관통 공을 관통하며 물레의 양측면판에 고정 설치되고, 상기 물레의 중앙부를 관통하며 설치된 축에는 그 축을 중심으로 회전되어 부력선 외부로 노출된 물레부분 및 물속에 잠겨진 물레부분을 선택적으로 수용하며 보호하는 물레보호커버가 설치된다.

조력발전, 전기발전, 부력선, 물레

Description

조력을 이용한 전기 발전장치{Electric generating apparatus use tidal power}

본 발명은 조력을 이용한 전기발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강이나 하천 등의 급류지역에 설치하여 자연적으로 흐르는 물의 조력(current energy)에 의해 전기를 생산할 수 있도록 된 조력을 이용한 전기발전장치에 관한 것이다.

주지하다시피 전기(電氣)는 일상생활에서부터 모든 산업에 걸쳐 광범위하게 이용되는 가장 기본적인 에너지로써 인류의 생활에 없어서는 안 될 대단히 중요한 요소(factor)이다.

특히, 근래 들어 첨단산업의 발달과 더불어 전기를 에너지로 사용하는 다양한 제품들이 속속 등장하면서 전기의 사용량이 급격히 증가하고 있는 바, 현대에 있어 안정적인 전력수급은 매우 중요하다.

전기를 생산하기 위한 발전방식으로는 수력발전과 화력발전 및 원자력발전이 주로 이용되고 있는데, 이들 발전방식은 막대한 비용이 소요될 뿐 아니라 환경문제 등에 직면하고 있어 시설확충에 많은 제약이 따른다.

즉, 수력발전은 댐과 같은 거대한 시설을 건설하여 물의 낙차에 의한 힘으로 터빈(turbine)을 돌려 발전기를 가동하므로 건설기간이 상당히 길고 막대한 비용과 인력이 소요됨은 물론, 댐 건설로 인한 환경파괴의 문제가 있고, 화력발전은 화석연료로 물을 가열하여 발생하는 수증기로 터빈을 돌려 발전기를 가동하기 때문에 많은 연료비가 소요될 뿐 아니라 심각한 대기오염을 유발하는 문제를 안고 있다.

또한, 원자력발전은 우라늄의 핵분열시 방출되는 열에너지로 물을 가열하여 발생하는 증기로써 터빈을 돌려 발전기를 가동하는 바, 방사능 누출에 대한 안전성을 담보하기 어려울 뿐 아니라 핵폐기물 처리에 따른 환경오염 문제가 걸림돌이 되고 있다.

한편, 이와 같은 기존 발전방식들의 문제점을 감안하여 태양열이나 풍력, 지열 또는 조류력 등 자연적인 청정에너지를 그대로 이용하여 발전하는 다양한 형태의 발전방식들에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

예를 들어 대한민국 특허공고번호 제1987-2370호 및 제94-10971호와 실용신안등록번호 제20-359792호 등에는 하천수 등의 조류력을 이용하여 발전기를 구동시키는 조류발전장치들이 제시되어 있다.

그러나 이러한 종래의 조류 발전장치들은 물의 조류력에 의해 회전하는 수차(water mill)가 수위변화에 따라 수직으로 이동하는 구조이기 때문에 수차의 회전동력을 발전기에 전달하기가 상당히 어려운 문제가 있다.

즉, 수차는 수위변화에 따라 레벨이 달라지므로 수차의 회전동력을 발전기에 전달하기 위해서는 발전기 자체를 수차의 레벨변화에 대응하여 승강시키거나 또는 동력전달수단을 수차의 레벨변화에 따라 그 변화폭만큼 가변될 수 있도록 구성해야 하는 바, 장치의 구성이 상당히 복잡해지고 동력전달의 정확성을 확보하기 곤란해지는 것이다.

특히, 하천의 경우 수위가 수미터까지 변화될 수 있는데, 동력전달수단이 수위변화에 대응하도록 수미터의 가변량을 가지기는 사실상 불가하다.

또한, 특허공고번호 제94-10971호의 경우는 수차가 균형추에 지지되어 물의 부력에 의해 수면상에 떠 있기 때문에 수차가 물결에 따라 요동칠 수 있어 안정된 발전이 어렵다.

그리고 특허공고번호 제1987-2370호는 사실상 하천을 가로지르는 보(reservoir)를 설치하는 것과 같아 수차와 발전기를 장착하여 승강하는 발전기대에 대단히 큰 수압이 작용하는 바, 수량이 많아질 경우 파손의 우려가 높고 구조적으로 매우 복잡하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로써, 그 목적은 물의 진행방향에 관계없이 물레를 일 측 방향으로 회전시켜 전기를 발전시킴은 물론, 물레의 수리하고자 할 경우에 그 수리대상 물레를 육상으로 운송 하지 않고도 수상에서 물레의 작동(회전)을 정지시켜 수리할 수 있으며, 또 물레가 회전을 할 때에 바람의 영향을 받지 않고 회전할 수 있도록 하여 전기발전효율을 향상시킬 수 있도록 한 조력을 이용한 전기 발전장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단은, 수면에 뜨도록 마련된 부력선(14)의 중앙부에 물의 조력에 의해 회전되게 등 간격으로 날개(18)를 설치하여 된 물레(10)를 축(11)의 매개로 그 축(11)과 함께 회전되게 설치하되, 상기 축의 양단은 부력선(14)에 설치된 지지브래킷(B)에 의해 지지되게 설치되고, 상기 물레의 축 단부에는 축의 회전력을 전달하는 동력전달부재(12)를 매개로 발전기(13)를 연결 설치하여 된 조력을 이용한 전기 발전장치에 있어서,

상기 물레(10)를 형성하는 각 날개(18)는 각도조절수단(20)에 의해 각도조절 가능하게 설치되고, 상기 각 날개(18)의 상부에는 날개의 폭 방향을 따라 장홈(18a)이 형성되며, 상기 각 날개의 하부에는 관통 공(18b)이 형성되어 각각의 고정 핀(19a,19b)으로 상기 장홈과 관통 공을 관통하며 물레의 양측면판에 고정 설치되고, 상기 물레(10)의 중앙부를 관통하며 설치된 축(11)에는 그 축을 중심으로 회전되어 부력선(14) 외부로 노출된 물레부분(10a) 및 물속에 잠겨진 물레부분(10b)을 선택적으로 수용하며 보호하는 물레보호커버(17)가 설치된 것으로 이루어진다.

이상과 같은 본 발명의 조력을 이용한 전기발전장치는 첫째, 물레보호커버에 의하여 물레가 회전을 할 때에 바람의 영향을 받지 않음으로 물레의 회전이 더욱 용이하게 이루어져 전기발전효율이 향상되고, 둘째, 물레의 이상발생으로 물레를 수리하고자 할 경우에 물에 잠겨있는 물레부분을 물레보호커버로 수요하며 보호함으로써 물레가 조력을 영향을 받지 않아 회전되지 않음으로 현지에서 물레의 수리를 용이하게 할 수 있으며, 셋째, 물레를 형성하는 각 날개의 각도를 조절함으로써 조력에 따라 물레의 회전속도를 조절하여 효과적인 전기발전을 유도할 수 있고, 넷째, 물의 진행방향에 따라 부력선이 이동하여 물레의 회전 방향을 일정하게 함으로써 항상 전기를 발전시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 조력을 이용한 전기 발전장치는 도1에 나타낸 바와 같으며 상기 도1에 나타낸 조력을 이용한 전기 발전장치에서 물의 진행방향 즉 조력에 따라 물레(10)가 회전되고, 그 회전되는 물레(10)와 함께 축(11)이 회전되면서 상기 축(11)과 동력전달부재(12)에 의해서 연결 설치되는 전기발전기(13)에 전기가 발전되는 원리는 이미 널리 알려진 주지의 사실임으로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 물레(10)를 포함하는 모든 전기를 발전하기 위한 구성들은 부력선(14)에 설치되는데, 그 이유는 물레(10)가 설치된 부력선(14)을 조력이 가장강한 부분에 위치시켜 전기발전의 효율을 극대화하기 위함이다.

그리고 상기 부력선(14)은 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이 고정지주(15)에 로프(16)를 이용하여 연결 설치하는데, 그 이유는 부력선(14)을 해당위치에 고정시킴은 물론, 밀물시와 썰물시의 물의 진행방향이 반대방향이 됨으로 그 방향에 부합하도록 하기 위해서이다.

상기 고정지주(15)를 부력선(14)이 위치하는 해당 곳에 설치하고 그 고정지주(15)와 부력선(14)의 앞 중앙부 간에는 로프(16)를 이용하여 고정함으로서 썰물시에는 도2에 나타낸 바와 같이 고정지주(15)를 중심으로 부력선(14)이 좌측에 위치하고, 밀물시에는 부력선(14)이 고정지주(15)를 중심으로 도3에 나타낸 바와 같이 우측에 위치하여 물레(10)는 항상 동일한 방향 즉 전기를 발전하는 방향으로 회전하게 되는 것이다.

단 상기 부력선(14)에는 로프(16)의 후단을 고정하도록 고리가 설치되어 있고, 고정지주(15)의 상부에는 로프(16)의 선단을 고정하도록 고정부재가 설치되어 있다.

한편 본 발명은 도4 및 도5에 나타낸 바와 같이 부력선(14)에 설치된 물레(15) 즉 부력선(14) 외부로 노출된 물레부분(10a) 및 물속에 잠겨진 물레부분(10b)을 선택적으로 수용하며 보호하는 물레보호커버(17)가 설치되는데, 그 물레보호커버(17)를 설치하는 이유는, 물레(10)가 조력에 따라 전기발전을 위하여 정상적으로 회전 할 때에 바람의 영향을 받지 않도록 보호함과 동시에 물레(10)의 이상발생으로 물레(10)를 수리 또는 점검하고자 할 경우에 물에 잠겨있는 물레부분(10b)을 물레보호커버(17)로 수용되게 하여 물레(10)가 조력의 영향을 받지 않도 록 함으로써 회전되지 않도록 하기 위함이다.

상기 물레보호커버(17)는 물레(10)의 중앙을 관통하며 설치된 축(11)의 양단에 회전가능하게 설치되어 부력선(14) 외부로 노출된 물레부분(10a)을 수용하며 상기 물레보호커버(17)의 회전량은 180ㅀ로써 물레(10)가 전기발전을 위하여 정상적으로 회전 할 때에는 부력선(14) 외부로 노출된 물레부분(10a)을 수용하도록 위치시키고, 물레(10)가 고장이 발생되어 수리로 인한 회전이 이루어지지 않도록 할 때에는 상기 물레보호커버(17)를 180ㅀ 회전시켜 물에 잠겨진 물레부분(10b)을 수용하도록 위치시킨다.

상기와 같이 물레보호커버(17)가 물에 잠겨진 물레부분(10b)을 수용하게 되면 그 물레는 조력의 영향을 받지 않음으로 회전되지 않고 정지 상태를 유지하게 되며, 인위적으로 물레를 회전시킬 때만 그 회전량만큼 회전됨으로 고장 수리 또는 점검을 안전하고 용이하게 할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 도6에 나타낸 바와 같이 물레(10)를 형성하는 각각의 날개(18)를 각도 조절할 수 있도록 하였는데, 그 이유는, 날개(18)에 미치는 물의 저항을 조절하여 조력변화에 따른 물레(10)의 회전속도를 조절하기 위함이다.

상기 도6에서 실선의 각 날개(18) 각도는 정상적인 상태를 의미하는 것이며, 상기 실선을 중심으로 양측의 점선 날개 각도는 조력에 따른 물의 저항이 날개에 미칠 때 그 미치는 저항을 크게 하거나 작게 하는 것을 나타낸 것이다.

한편 상기 날개 각도조절수단(20)은 날개(18)의 하단이 설치되는 부분인 물레의 내경에 회전드럼(21)이 설치되고, 그 회전드럼의 일 측 측면에는 일정 폭 만 큼 렉크(22)가 형성되며, 상기 렉크(21)에는 피니언(23)이 결합되고, 상기 피니언(23)에는 샤프트(24)가 결합되며, 상기 샤프트의 상단에는 핸들(25)이 설치되고, 상기 피니언(23), 샤프트(24), 핸들(25)은 물레(10)의 일 측면 설치개소로부터 분해결합가능하게 설치된다.

상기 피니언(23), 샤프트(24), 핸들(25)을 물레(10)의 일 측면 설치개소로부터 분해결합가능하게 설치하는 이유는 물레가 회전할 때에 물의 저항을 최소화하기 위함인바, 상기 날개(18)의 각도조절 방법은 상기 피니언(23), 샤프트(24), 핸들(25)은 물레(10)의 설치개소에 설치한 후 핸들(25)을 원하는 방향으로 회전시키면 샤프트(24)와 피니언(23)이 연동하면서 상기 피니언(23)과 결합된 회전드럼(21)의 일 측 측면에 형성된 렉크(22)에 의해 회전드럼(21)이 회전을 하게 되고 그에 따라 날개(18)는 각도가 변하게 되는 것이다.

단 상기 회전드럼(21)에 형성되는 렉크(22)는 회전드럼의 원주방향을 따라 전체적으로 형성돼도 되고 일정 량 만큼만(날개의 각도 조절 량만큼) 형성시켜도 된다. 상기 날개(18)의 각도 조절이 끝난 회전드럼(21)은 물레가 회전하면서 임으로 회전되지 않도록 고정수단(도면 미도시)에 의해 고정한다.

또 상기 날개(18)가 각도 조절될 때에 그 날개의 용이한 움직임을 위하여 상기 날개(18)의 상부에 날개의 폭 방향을 따라 장홈(18a)이 형성되고, 하부에는 관통 공(18b)이 형성되어 각각의 고정 핀(19a,19b)으로 해당 홈과 공을 관통하며 물레(10)의 양측면판에 고정 설치된다. 따라서 상기 날개의 이동은 하부의 고정 핀(19b)을 축으로 움직이게 되고 장홈(18a)은 날개(18)의 이동 량을 보상함으로 날 개 각도의 조절이 용이하게 이루어진다.

이상에서 설명한 날개 각도조절수단(20)은 하나의 실시 예 일뿐 그 외에도 도면에서는 표현하지 않았지만 버티 컬의 각도조절수단과 같은 다양한 방법으로 각도를 조절할 수 있다.

그리고 본 발명은 도7a에 나타낸 바와 같이 하나의 부력선(14)에 1개의 물레(10)를 설치하고 그 물레의 축(11) 일측단에 발전기(13)를 설치하여 사용하거나, 도7b에 나타낸 바와 같이 하나의 부력선(14)에 1개의 물레(10)를 설치하고 그 물레의 축(11) 양측단에 각각의 발전기(13)를 설치하여 사용하거나, 도7c에 나타낸 바와 같이 하나의 부력선(14)에 2개의 물레(10)를 설치하고 그 각 물레의 축(11) 일측단에 각각의 발전기(13)를 설치하여 사용하거나, 도7d에 나타낸 바와 같이 하나의 부력선(14)에 2개 이상의 물레(10)를 설치하고 그 각 물레의 축(11) 일측단에 발전기(13)를 설치하여 사용하는 등 다양한 방법으로 발전기를 연결 설치하여 발전량을 높일 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 상기 효과에서 설명하였듯이 물레보호커버에 의하여 물레가 회전을 할 때에 바람의 영향을 받지 않음으로 물레의 회전이 더욱 용이하게 이루어져 전기발전효율이 향상되고, 또 물레의 이상발생으로 물레를 수리하고자 할 경우에 물에 잠겨있는 물레부분을 물레보호커버로 수요하며 보호함으로써 물레가 조력을 영향을 받지 않아 회전되지 않음으로 현지에서 물레의 수리를 용이하게 할 수 있으며, 물레를 형성하는 각 날개의 각도를 조절함으로써 조력에 따라 물레의 회전속도를 조절하여 효과적인 전기발전을 유도할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 조력을 이용한 전기발전장치는 별도의 에너지원을 사용하지 않고 자연발생적인 조력을 이용하여 전기를 발전하여 사용함으로 전기에너지 난을 해소할 수 있음은 물론, 날로 상승하는 유류를 절약할 수 있음으로 산업발전에 이바지 할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 사시도

도2는 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 썰물시 작용을 설명하기 위한 측면도,

도3은 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 밀물시 작용을 설명하기 위한 측면도,

도4는 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 측면도로써, 물레보호커버가 물레의 상부를 보호하는 상태를 나타낸 작용도,

도5는 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 측면도로써, 물레보호커버가 물레의 하부를 보호하는 상태를 나타낸 작용도,

도6은 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 물레날개 각도조절수단을 설명하기 위한 측면 작용도,

도7a 내지 도7d는 본 발명에 따른 조력을 이용한 전기발전장치의 평면도로써, 발전기의 설치구성을 나타낸 상태도.

※도면의 주요부분에 대한 부호 설명※

10 : 물레 11 : 축

12 : 동력전달부재 13 : 발전기

14 : 부력선 15 : 고정지주

16 : 로프 17 : 물레보호커버

18 : 날개 18a : 장홈

18b : 관통 공 19a,19b : 고정 핀

20 : 날개 각도조절수단 21 : 회전드럼

22 : 렉크 23 : 피니언

24 : 샤프트 25 : 핸들

Claims (3)

1. 수면에 뜨도록 마련된 부력선(14)의 중앙부에 물의 조력에 의해 회전되게 등 간격으로 날개(18)를 설치하여 된 물레(10)를 축(11)의 매개로 그 축(11)과 함께 회전되게 설치하되, 상기 축의 양단은 부력선(14)에 설치된 지지브래킷(B)에 의해 지지되게 설치되고, 상기 물레의 축 단부에는 축의 회전력을 전달하는 동력전달부재(12)를 매개로 발전기(13)를 연결 설치하여 된 조력을 이용한 전기 발전장치에 있어서,

   상기 물레(10)를 형성하는 각 날개(18)는 각도조절수단(20)에 의해 각도조절 가능하게 설치되고, 상기 각 날개(18)의 상부에는 날개의 폭 방향을 따라 장홈(18a)이 형성되며, 상기 각 날개의 하부에는 관통 공(18b)이 형성되어 각각의 고정 핀(19a,19b)으로 상기 장홈과 관통 공을 관통하며 물레의 양측면판에 고정 설치되고, 상기 물레(10)의 중앙부를 관통하며 설치된 축(11)에는 그 축을 중심으로 회전되어 부력선(14) 외부로 노출된 물레부분(10a) 및 물속에 잠겨진 물레부분(10b)을 선택적으로 수용하며 보호하는 물레보호커버(17)가 설치된 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 전기발전장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 날개 각도조절수단(20)은 날개(18)의 하단이 설치되는 부분인 물레의 내경에 회전드럼(21)이 설치되고, 그 회전드럼의 일측 측면에는 일정 폭 만큼 렉크(22)가 형성되며, 상기 렉크에는 피니언(23)이 결합되고, 상기 피 니언에는 샤프트(24)가 결합되며, 상기 샤프트의 상단에는 핸들(25)이 설치되고, 상기 피니언(23), 샤프트(24), 핸들(25)은 물레(10)의 설치개소로부터 분해결합가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 전기발전장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 물레(10)의 축(11) 단부와 동력전달부재(12)를 매개로 연결 설치되는 발전기(13)는 적어도 2개 이상임을 특징으로 하는 조력을 이용한 전기발전장치.

Images