KR100936907B1 - 조류 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류의 흐름 방향에 따라 회전하여 항상 프로펠러의 축이 조류를 정면으로 맞이하도록 함과 아울러 수심에 따라 다르게 나타나는 조류속도를 감지하여 가장 빠른 수심을 찾아 프로펠러를 이동시킴으로써 발전 효율을 극대화시키는 조류 발전 장치에 관한 것이다.

상기 본 발명의 구성은, 해저면에 수직 설치되어 해수면 상부로 노출되는 지주; 상기 지주를 따라 상하로 설치되어 깊이에 따른 유속의 변위를 측정하는 조류유속측정부; 상기 지주를 따라 승하강함과 동시에 수평 회전이 가능한 승강대; 상기 승강대의 둘레에 설치되며, 내부에 공기 또는 해수를 채워 부력조절을 함으로써 상기 승강대를 승하 강이 이루어지도록 하는 부력체; 상기 부력체의 내부에 공기를 공급하는 압축기; 상기 승강대의 양측에 고정 설치되는 고정몸체와 상기 고정몸체의 끝 부분에 관절부에 의해 상하회동 가능하게 연결되는 회동몸체로 이루어진 아암; 상기 관절부에 설치되어 상기 회동몸체를 회동시키는 구동부; 상기 양측 회동몸체에 설치되어 해수의 흐름에 의해 회전하는 프로펠러; 상기 프로펠러 회전축과 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기; 상기 지주의 상부에 설치되어 그 내부에 상기 압축기와, 발전 및 송전에 관련된 장치 또는 제어부 들을 내설하는 기계실; 로 이루어진다.

상기와 같은 구조에 의해 해수의 흐름 방향이 변경되더라도 본체가 자동으로 회동하여 프로펠러가 항상 해수의 흐름과 마주보게 됨으로써 최적의 에너지를 얻을 수 있는 상태를 유지하고, 지주를 타고 승하강 함으로써 해수의 흐름이 빠른 수면과 근접시킴으로써 더욱 최적의 상태로 에너지를 추출할 수 있다.

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Description

조류 발전 장치{The tidal generator system}

본 발명은 조류의 흐름 방향에 따라 회전하여 항상 프로펠러의 축이 조류를 정면으로 맞이하도록 함과 아울러 수심에 따라 다르게 나타나는 조류속도를 감지하여 가장 빠른 조류층을 찾아 프로펠러가 이동하도록 함으로써 발전 효율을 극대화시키는 조류 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 조류 발전 장치의 기본 구조는 공개 특허 제10-2003-0024225호 "파일 고정식 해류 발전시스템"에 나타난 바와 같은, 해저면에 고정하는 지주; 상기 지주의 상부에 설치되어 해수의 흐름에 의해 회전되는 프로펠러; 상기 프로펠러와 축 결합되어 프로펠러의 회전운동을 전기 에너지로 변환하는 발전기; 로 이루어진다.

이와 같은 종래의 조류 발전 장치는 해수의 흐름이 발생하면 프로펠러가 회전하여 프로펠러와 연결된 축이 회전함에 따라 발전기에서 전기 에너지를 생산하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 조류 발전 장치는 해저면에 고정된 지주에 발전기 및 프로펠러가 고정된 구조를 갖기 때문에 해수의 흐름 방향이 바뀌게 되면 프로펠러의 회전이 불규칙하여 전기의 추출이 불안정하게 되며, 흐름에 대한 저항이 심해져 장치의 각종 변형을 일으켜 자주 수리해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 해수의 흐름 방향이 반대가 되면 이를 감지하는 시스템 등이 필히 설치되어야 하므로 이에 따른 제조비용이 상승하는 단점이 있으며, 고장으로 인해 수리를 해야할 경우 장치 전체를 수면 위로 끌어 올려야 하는 막대한 작업이 수반되거나 수리비용이 저렴한 잠수부를 이용할 경우 작업 시간이 매우 오래 걸리는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 해수의 흐름 방향이 변경되더라도 본체가 자동으로 회동하여 프로펠러가 항상 해수의 흐름과 마주보게 하도록 하면서 조류의 흐름이 빠른 수심에 위치하도록 승하강 동작할 수 있도록 함으로써 최적의 상태로 에너지를 생산하도록 함에 따라 발전 효율이 극대화시키는 조류 발전 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조류 발전 장치는,

해저면에 수직 설치되어 해수면 상부로 노출되는 지주;

상기 지주를 따라 승하강 및 회동하는 승강대;

상기 승강대의 양측에 설치하되 지주보다 뒤에 위치되는 수평의 아암;

상기 아암의 말단에 설치되어 해수의 흐름에 의해 회전하는 프로펠러;

상기 프로펠러의 회전되는 축으로부터 전기 에너지를 발생시키는 발전기; 로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 승강대는 내부에 공기를 넣거나 뺄 수 있는 부력탱크로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 양 아암에 스크루를 설치하여 상기 아암을 강제 회전시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 조류 발전 장치는 해수의 흐름 방향이 변경되더라도 본체가 자동으로 회동하여 프로펠러가 항상 조류의 흐름을 맞이하도록 자동 제어되게 함으로써 최상의 발전효율을 얻을 수 있다.

아울러, 수심에 따른 조류의 속도를 감지하여 가장 빠른 수심을 찾아 그 위치로 프로펠러를 이동시키거나 또는 물때에 따라 가변 되는 수심에 따라 프로펠러가 위치하는 깊이를 가변시킬 수 있도록 되어 있으므로 발전효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 프로펠러의 위치를 승하강시키는 동작을 아암의 회동몸체 후미부에 설치된 경사가변날개의 각도를 가변시켜 이동하는 조류의 힘을 받아 이동하도록 되어 있고, 또 발전기 동체를 지주에서 승하강시키는 동작을 부력을 이용하여 이루어지도록 되어 있으므로 발전효율 향상을 위한 주변장치의 운용에 따른 소비전력이 최소화되는 장점이 있다.

또한, 발전에 가장 핵심부분인 프로펠러 및 발전기 부분을 유지보수할 때, 상기 아암의 회동몸체를 수직으로 세운 상태에서 동체를 승강시켜 수면위로 노출시키면 상기 프로펠러 및 발전기가 완전히 수면 외부로 노출되기 때문에 유지보수가 편리해지는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 승하강 동작상태도이고, 도 4a~4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 경사가변날개 구조 및 동작상태도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 조류에 대응하는 동체의 동작상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 구성은 크게 해저면에 수직 설치되어 해수면 상부로 노출되는 지주(10); 상기 지주(10)를 따라 승하강 및 회동하는 승강대(20); 상기 승강대(20)의 양측에 설치하되 지주(10)보다 뒤에 위치되는 수평의 아암(30); 상기 아암(30)의 말단에 설치되어 해수의 흐름에 의해 회전하는 프로펠러(40); 상기 프로펠러(40)의 회전되는 축으로부터 전기 에너지를 발생시키는 발전기(50); 로 구성된다.

상기 지주(10)는 승강대(20)가 회전할 수 있도록 원지주 또는 원통(다각 지주이어도 무방함)으로 형성되며, 그 하부는 해저면에 고정 설치되어 수직으로 위치 하고 그 상부 말단은 해수면 상부로 노출된다. 그리고 상기 지주(10)의 상부에는 기계실(100)이 설치되어 이에 부력탱크에 에어를 공급하는 콤프레셔와, 제어부, 및 발전 및 송전을 위한 각종 장치들이 설치된다. 이때 기계실(100)은 내부로 물이 유입되지 않도록 방수 구조를 가지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 지주(10)에는 상하 조류유속측정부(110)를 장치하여 해수의 깊이에 따른 조류의 속도를 측정하여 가장 유속이 빠른 깊이를 알아내는 조류유속측정부(110)가 설치되어 있다. 상기 조류유속측정부(110)는 지주(10)의 둘레에 유속을 측정하는 센서들이 세로로 설치된다. 유속을 측정하는 센서는 유속에 의해 회전하는 소형 회전체들과 이들에 의해 출력되는 펄스 등과 같은 디지털 또는 아날로그 신호를 받아 유속을 감지하기도 하며, 압력센서 등과 같은 각종 센서들을 통칭한다.

또한, 상기 승강대(20)는 내측 상하부에 이동륜(22)이 설치되어 지주(10)를 따라 승하강동작하도록 되어 있다. [도 8, 도 10 참조] 상기 승강대(20)의 둘레에는 부력체(70)가 설치되어 부력에 의해 상기 승강대(20)와 함께 승하강하도록 구성된다. 상기 부력체(70)의 사이에는 베어링(24)[도 8참조]이 설치되어 상기 부력체(70)가 승강대(20)의 둘레에서 회전이 자유롭도록 구성된다.[도 2, 도 7, 도 8 참조]

상기 아암(30)은 승강대(20)의 양측에 일체로 설치되는 것으로 약 30~45°후측 방향으로 형성된 후 다시 양측 수평으로 절곡 형성한 구조를 갖으며, 이러한 아암(30)은 그 선단이 곡면으로 형성되어 조류의 저항이 최소화되도록 한다. 이와 같은 구조에 의한 아암(30)은 후측으로 형성되다가 양측으로 절곡 됐기 때문에 해류의 흐름 저항으로 승강대(20)가 전방에 위치하고 날개 및 그에 장착된 프로펠 러(40)는 후방에 위치하여 항상 해류를 정면으로 맞이하는 방향으로 자동으로 조정된다.

또한, 아암(30)의 절곡부에는 관절부(30-3)가 구성되며, 관절부(30-3)를 경계로하여 내측에는 승강대(20)에 지지되는 고정몸체(30-1) 그리고 외측에는 상기 관절부(30-3)에 의해 상하 회동이 가능한 회동몸체(30-2)가 구성된다. 상기 관절부(30-3)에는 구동부(30-4)가 장치되어 상기 회동몸체(30-2)를 상부 또는 하부로 회동시킨다. 즉, 관절부(30-3)의 후미부에 기어박스를 설치하고, 상기 기어박스 내에 구동모터(M) 및 상기 구동모터(M)와 연결된 워엄기어 및 워엄휠과 같은 감속기를 통해 상기 회동몸체(30-2)를 상부 또는 하부로 회동시킨다. 따라서 상기 회동몸체(30-2)의 상하부 회동거리에 의해 수심에 따라 가변되는 유속을 측정하고 가장 유속이 빠른 수심에 프로펠러가 위치되도록 하여 항상 최상의 발전효율을 발휘할 수 있도록 되어 있다.

또한, 회동몸체(30-2)의 후미부에는 조류속도가 빠른 곳으로 이동하기 위해 상부 또는 하부로 회동될 때 기어박스 내의 구동모터의 힘과 함께 조류의 힘을 이용하도록 함으로써 에너지 소모를 최소화할 수 있도록 하는 경사가변날개(30-5)가 구성된다.

상기 경사가변날개(30-5)는 회동몸체(30-2)의 후미부에 결합되는데, 상하 각변화를 갖도록 양측에 축을 형성하여 상기 회동몸체(30-2)에 회동가능하게 축 결합되며, 상기 경사가변날개(30-5)를 상하로 구동하는 날개구동부(30-6)가 장치된다. 상기 날개구동부(30-6)는 구동모터의 회전력을 워엄기어와 같은 동력전달장치를 통해 경사날개 축을 회전시켜 상기 경사가변날개(30-5)의 각도를 가변시킬 수도 있고, 엑츄에이터를 이용하여 경사가변날개(30-5)의 각도를 가변시킬 수도 있다.

이러한 경사가변날개(30-5)의 각도변화는 도 4a~4c에서와 같이 조류에 의해 저항을 주게 되며, 그 저항에 의해 저항이 발생되지 않는 방향으로 회동몸체(30-2)를 이동시키는 힘이 발생되며 결과적으로 상기 회동몸체(30-2)를 회전시키는 구동모터의 회전구동력을 보조하여 에너지 소모를 최소로 줄일 수 있게 된다. 또한, 상기 회동몸체(30-2)를 상향 회동시킨 후 부력체(70)를 이용하여 수면위로 노출시키면 상기 발전기나 프로펠러(40)가 완전히 수면 상부로 노출되기 때문에 유지보수작업이 매우 용이하게 된다.

한편, 상기 회동몸체(30-2)에 설치된 프로펠러(40)의 축에는 발전기(50)가 연결 설치되어 해수의 흐름에 의해 프로펠러(40)가 회전되면 이와 일체로 연결된 축이 회전하여 발전기(50)에서 전기 에너지를 생산하게 된다. 상기 발전기는 내부에 물이 유입되지 않도록 방수구조를 가지며, 생산된 전기는 전력케이블을 통해 송전 된다.

또한, 상기 양 아암(30)에는 작은 스크루(60)를 각각 설치하여 제어부(도면에 도시 생략됨)에 의해 선택적으로 동작하여 프로펠러(40)가 조류를 정면으로 맞이하도록 방향전환이 가능하게 구성된다.

상기 부력체(70)에 설치되고, 승강대(20)를 관통하여 상기 지주(10)을 향하여 출몰동작하여 부력체(70)와 승강대(20)를 승하강하거나 부력체(70)를 회전할 때에는 후퇴하여 원활한 동작이 이루어지도록 하고, 그 외에는 상기 지주(10)에 압박하여 고정하는 스토퍼(26)[도 8참조]가 장치된다.

도 6은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 평면도이고, 도 8은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 승하강 동작상태도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 조류 발전 장치의 스토퍼구조를 나타낸 요부 확대도이며, 도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 조류 발전장치의 이동륜 구조를 나타낸 요부 확대도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 조류 발전 장치는 상기 승강대(20)의 둘레로 부력탱크(70)를 설치하여 그 내부에 공기 및 해수를 유입시킬 수 있도록 한 것이다. 즉, 상기 부력탱크(70)는 해수 흐름의 저항이 최소화되도록 전후방으로 기다란 곡면의 형상을 갖으며 그 내부에 공기 및 물을 채울 수 있는 공간이 형성된다. 그리고 상기 지주(10)의 상부에는 기계실(100)이 해수면 위로 노출되게 설치되며, 기계실(100)에는 공기 압축기(90)가 설치되어 공기 압축기(90)의 에어 호스(91)가 부력탱크(70)와 연결된다. 또한, 부력탱크(70)의 일측에 해수가 유입되는 밸브가 설치되어 에어 공급시 해수가 배출되도록 한다. 여기서 상기 공기 압축기(90)는 발전기(50)에서 생산한 전기 에너지를 이용하여 구동하거나 또는 외부 전기를 이용하여 구동한다.

이와 같은 구조에 의해 상기 부력탱크(70)로 공기가 강제 유입되면 내부에 유입됐던 해수가 밸브(71)를 통해 외부로 배출되면서 부력이 점차 강해져 결국 승 강대(20)는 지주(10)를 타고 상부로 승강하게 된다. 반대로 공기의 유입을 차단하고 밸브(71)를 열면 해수가 부력탱크(70) 내로 유입되면서 부력이 점차 작아져 부력탱크(70)는 자중에 의해 하강하게 된다.

이는 상기 부력탱크(70)의 부력을 조절하여 발전기 동체를 승하강시킴으로 날개의 회동몸체(30-2)와 함께 조류속도가 빠른 위치로 이동할 수 있음은 물론이고 유지보수가 필요할 때 발전기 동체를 수면위로 노출시켜 유지보수작업을 실시할 수 있도록 되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 평면도.

도 3은 본 발명의 제1실예에 따른 조류 발전 장치의 승하강 동작상태도.

도 4a~4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 경사가변날개 구조 및 동작상태도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 조류에 대응하는 동체의 동작상태도.

도 6은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 사시도.

도 7은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 구조를 도시한 평면도.

도 8은 본 발명의 제2실예에 따른 조류 발전 장치의 승하강 동작상태도.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 조류 발전 장치의 스토퍼구조를 나타낸 요부 확대도.

도 10은 본 발명 제2실시예에 따른 조류 발전장치의 이동륜구조를 나타낸 요부 확대도.

**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 - 지주 20 - 승강대

30 - 아암 40 - 프로펠러

50 - 발전기 60 - 스크루

70 - 부력탱크 90 - 공기 압축기

Claims (5)

1. 해저면에 수직 설치되어 해수면 상부로 노출되는 지주(10);

   상기 지주를 따라 상하로 설치되어 깊이에 따른 유속의 분포 변화를 측정하는 조류유속측정부(110);

   상기 지주(10)를 따라 승하강함과 동시에 수평 회전이 가능한 승강대(20);

   상기 승강대(20)의 둘레에 설치되며, 내부에 공기 또는 해수를 채워 부력조절을 함으로써 상기 승강대(20)를 승하강이 이루어지도록 하는 부력체(70)와;

   상기 부력체(70)의 내부에 공기를 공급하는 압축기(90)와;

   상기 승강대(20)의 양측에 고정 설치되는 고정몸체(30-1)와, 상기 고정몸체(30-1)의 단부에 관절부(30-3)에 의해 상하 회동 가능하게 연결되는 회동몸체(30-2)로 이루어진 아암(30);

   상기 아암(30)의 회동몸체(30-2)의 후미부에 상하 각변화를 갖도록 양측이 축 결합된 경사가변날개(30-5);

   상기 경사가변날개(30-5)를 상하로 구동하는 날개구동부(30-6);

   상기 관절부(30-3)에 설치되어 상기 회동몸체(30-2)를 회동시키는 구동부(30-4);

   상기 양측 회동몸체(30-2)에 설치되어 해수의 흐름에 의해 회전하는 프로펠러(40);

   상기 프로펠러(40)의 회전되는 축과 연결되어 전기 에너지를 발생시키는 발전기(50);

   상기 지주(10)의 상부에 설치되어 그 내부에 상기 압축기(90)와, 발전 및 송전에 관련된 장치 또는 제어부 들을 내설하는 기계실(80);을 구성한 것을 특징으로 하는 조류발전장치.
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