KR100995918B1 - 떠 있는 조력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 떠 있는 조수 발전 장치에 관한 것이다. 이 발전장치는, 조수의 흐름에 의해 동작하여 전력을 생산하는 전력생산수단과, 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력수단과, 부력수단을 해저의 지면과 연결하는 위치고정수단과, 조수의 흐름을 상기 전력생산수단 측으로 유도하여 조수압을 증가시키기 위한 조수압 증가수단을 포함하여 이루어진다. 이 발전장치는, 해상에 부유 상태로 존재하여 방향의 전환과 장소의 이동에 유리하여 조력의 효율적인 이용이 가능하며, 조수의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 전력생산 효율이 우수하다.

조수, 발전, 장치

Description

떠 있는 조력 발전 장치{ A TIDAL POWER GENERATION SYSTEM FLOATING ON THE SEA }

본 발명은 떠 있는 조력 발전 장치에 관한 것으로서, 특히 해상에 부유 상태로 존재하여 방향의 전환과 장소의 이동에 유리하여 조력의 효율적인 이용이 가능하며, 조수의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 전력생산 효율이 좋은 떠 있는 조력 발전 장치에 관한 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.

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

그런데, 종래 대부분의 조력발전장치들은 고정된 장소에 그리고 고정된 방향으로 수차를 설치하고 있다. 그러나 조수의 방향과 조력은 시간에 따라 수시로 변하게 되므로, 종래의 조력발전장치는 조수의 변화에 따라 효율적으로 발전을 하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 해상에 부유 상태로 존재하여 방향의 전환과 장소의 이동에 유리하여 조력의 효율적인 이용이 가능하며, 조수의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 전력생산 효율이 좋은 떠 있는 조력 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 떠 있는 조력 발전 장치는, 조수의 흐름에 의해 무동력으로 동작하여 전력을 생산하는 전력생산수단; 상기 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력수단; 상기 부력수단을 해저의 지면과 연결하는 위치고정수단; 및 상기 조수의 흐름을 상기 전력생산수단 측으로 유도하여 조수압을 증가시키기 위한 조수압 증가수단;을 포함하여 이루어진다.

상기 전력생산수단은, 상기 조수의 흐름에 의해 수압을 받는 다수의 날개를 가지며, 상기 부력수단에 회전가능하게 설치되는 터어빈; 및 상기 터어빈의 회전력을 전력으로 변환하는 발전장치;를 포함하여 이루어진다.

상기 날개에는 다수의 관통공이 형성될 수 있다.

또한 상기 날개에는, 상기 조수의 압력을 받는 위치에서는 상기 관통공을 폐쇄하고, 상기 조수의 압력을 받지 않는 위치에서는 상기 관통공을 개방하기 위한 개폐장치를 구비할 수 있다.

상기 개폐장치는, 상기 날개에 힌지 회전 가능하게 결합되어 상기 관통공을 개폐하는 차단판; 및 상기 차단판을 관통공을 폐쇄하는 위치로 복귀시키기 위한 탄성부재가 설치된다.

상기 날개는 상기 조수를 받는 측이 상기 조수를 끌어 안는 형상으로 라운드진다.

상기 전력생산수단은, 상기 날개를 지난 상기 조수를 상기 터어빈의 회전방향으로 유도하기 위한 조수 유도 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 부력수단은, 상기 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력탱크; 및 상기 부력탱크의 내부에 저장되는 물의 충전량을 조절하여 상기 전력생산수단의 수면에 대한 상대적인 높이를 조정하기 위한 밸런스 조절장치를 포함하여 이루어진다.

상기 부력탱크는, 상기 전력생산수단을 사이에 두고 양측에 설치되는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 부력탱크의 저면을 연결하는 저면판이 설치된다.

상기 한 쌍의 부력탱크에는, 상기 한 쌍의 부력탱크의 사이로 더 많은 양의 상기 조수를 유도하기 위한 제 1수문이 설치될 수 있다.

상기 제 1수문은 상기 부력탱크에 각도 조절가능하게 설치되고, 상기 제 1수문의 각도를 조절하기 위한 각도조절장치가 상기 부력탱크에 설치된다.

상기 조수압 증가수단은, 상기 조수의 흐름을 상기 전력생산수단 측으로 유도하기 위한 제 2수문; 및 상기 제 2수문을 상기 부력수단 상에서 유동시키기 위한 이동 유니트;를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 떠 있는 조력 발전장치는, 해상에 부유 상태로 존재하여 방향의 전환과 장소의 이동에 유리하여 조력의 효율적인 이용이 가능하며, 조수의 유속을 증가시키는 구조를 가짐으로써 전력생산 효율이 좋은 효과가 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 조력 발전 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 조력 발전 장치의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 조력 발전 장치의 다른 방향 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 터어빈의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 날개의 사시도이며, 도 6은 본 발명의 날개의 다른 예를 보인 사시도이다.

본 실시예의 떠 있는 조력 발전 장치는, 조수의 흐름에 의해 동작하여 전력을 생산하는 전력생산수단; 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력수단과, 부력수단을 해저의 지면과 연결하는 위치고정수단과, 조수의 흐름을 전력생산수단 측으로 유도하여 조수압을 증가시키기 위한 조수압 증가수단으로 이루어진다.

전력생산수단은, 조수의 흐름에 의해 수압을 받는 다수의 날개(120)를 가지며, 부력수단에 회전가능하게 설치되는 터어빈(100)과, 터어빈(100)의 회전력을 전력으로 변환하는 발전장치(150)로 이루어진다.

도 2를 기준으로 오른쪽에서는 날개(120)가 조수의 힘을 받지 않는 구간이므로, 터어빈(100)의 회전을 방해하는 힘으로 작용할 수 있다. 따라서 도 5와 같이 날개(120)에 관통공(126)을 형성하여 방해하는 힘을 줄이도록 한다.

날개(120)의 또 다른 예로서, 도 6과 같이 조수의 압력을 받는 위치에서는 관통공(126)을 폐쇄하고, 조수의 압력을 받지 않는 위치에서는 관통공(126)을 개방하기 위한 개폐장치가 구비된다.

이 개폐장치는, 날개(120)에 힌지 회전 가능하게 결합되어 관통공(126)을 개폐하는 차단판(122)과, 차단판(122)을 관통공(126)을 폐쇄하는 위치로 복귀시키기 위한 탄성부재로서 토션스프링(124)으로 이루어진다.

날개(120)는 조수를 받는 측이 조수를 끌어 안는 단면이 'C' 형상으로 라운드져서 조수로부터 효율적으로 힘을 받도록 하며, 조수의 힘을 받지 않는 구간에서는 저항을 줄여서 터어빈(100)회전력을 최대한으로 감소시키지 않도록 한다.

부력수단은, 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력탱크(200)와, 부력탱크(200)의 내부에 저장되는 물의 충전량을 조절하여 터어빈(100)의 수면에 대한 상대적인 높이를 조정하기 위한 밸런스 조절장치(미도시)를 갖는다. 밸런스 조절장치가 부력탱크(200)의 내부로 물을 공급하거나 인출시킴으로써, 터어빈(100)이 수면으로부터 돌출되는 높이를 발전에 최적의 조건이 되도록 조정한다. 밸런스 조절장치는 해수를 부력탱크(200)의 내부로 유입시키거나 부력탱크(200)의 내부의 해수를 외부로 인출하는 펌프를 포함하여 이루어진다.

부력탱크(200)는, 전력생산수단을 사이에 두고 양측에 설치되는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 부력탱크(200)의 저면을 연결하는 저면판(210)이 설치된다. 저면판(210)의 저면에는 빔을 부착하여 구조적인 강도를 높이고, 저면판(210)의 상 면은 매끄럽게 하여 해수의 흐름을 방해하지 않도록 한다.

각각의 부력탱크(200)는 여러 구획으로 분리되며, 밸런스 조절장치를 각각의 구획된 부분에 별개로 물을 충전하는 기능을 갖는다.

한 쌍의 부력탱크(200)에는, 한 쌍의 부력탱크(200)의 사이로 더 많은 양의 조수를 유도하기 위한 제 1수문(220)이 설치된다.

터어빈(100)이 위치하는 부력탱크(200)에는 물을 충전하지 않으며, 터어빈(100)을 기준으로 양측 각 1세트의 발전장치(150)가 설치된다. 발전장치(150)는 터어빈(100)의 회전축(110)과 연결되며, 부력탱크(200)에는 발전장치(150) 측의 방수를 위하여 회전축(110)을 회전 가능하게 방수하는 방수 베어링 장치(112)가 설치된다.

제 1수문(220)은 부력탱크(200)에 각도 조절가능하게 힌지 회전하도록 설치되고, 제 1수문(220)의 각도를 조절하기 위한 각도조절장치인 실린더(230)가 부력탱크(200)에 설치된다. 실린더(230)의 작용에 의해 제 1수문(220)의 각도가 조절되어 한 쌍의 부력탱크(200)의 사이로 유입되는 조수의 양 및 유속이 조절된다.

전력생산수단은, 날개(120)를 지난 조수를 터어빈(100)의 회전방향으로 유도하기 위한 조수 유도 수단(240)을 더 포함할 수 있다. 조수 유도 수단(240)은 저면판(210)에 터어빈(100)의 곡률에 비례하도록 라운드진 돌기 형태로 형성한다.

조수압 증가수단은, 조수의 흐름을 전력생산수단 측으로 유도하기 위한 제 2수문(400)과, 제 2수문(400)을 부력탱크(200) 상에서 유동시키기 위한 이동 유니트(410)로 이루어진다.

이동 유니트(410)는 바람직하게는, 상기 제 2수문(400)을 전후방향의 이동과, 좌우방향의 이동과, 회전각도를 조절할 수 있는 3가지 동작을 구현하는 장치를 사용한다.

제 2수문(400)은 전체적으로 조수를 하방으로 밀도록 경사지게 설치되며, 제 2수문(400)의 하단부는 터어빈(100)의 하방으로 조수를 유도하는 최적의 상태로 설치됨이 바람직하다.

위치고정수단은 저면판(210)을 해저의 지면에 연결하기 위한 앵커(300)로 구성한다. 따라서 저면판(210)은 및 부력탱크(200)는 조수의 방향에 따라 앵커(300)를 기준으로 자유롭게 회전할 수 있게 된다.

본 실시예의 조력 발전 장치의 위치를 옮기고자 할 경우에는 앵커(300)를 지면으로부터 이탈시키면, 조력 발전 장치의 이동이 가능해진다.

이하에서는 상기와 같은 구성으로 된 조력 발전 장치의 작용을 설명한다.

조수는 제 1수문(220)의 가이드에 의해 한 쌍의 부력탱크(200)의 사이로 모이게 된다.

조수는 부력탱크(200)의 사이로 유입된 조수는 제 2수문(400)의 경사면으로 타고 터어빈(100)의 하방측으로 물리게 된다. 조수는 터어빈(100)과 저면판(210)의 사이로 흐르면서, 날개(120)에 미는 힘을 가하여 터어빈(100)을 회전시킨다.

이에 따라 터어빈(100)은 회전축(110)을 회전시켜 발전장치(150)에서 발전이 이루어지도록 한다.

날개(120)를 밀어낸 조수는 저면판(210)에 형성된 조수 유도 수단(240)의 라운드진 면을 따라 상승하면서 날개(120)를 지속적으로 밀게 된다.

날개(120)를 지난 조수는 도 2를 기준으로 오른 쪽으로 흘러서 부력탱크(200)를 벗어나게 된다.

날개(120)는 수면 위로 돌출되는 부분에서는 저항이 발생하지 않으므로, 터어빈(100)의 회전을 방해하는 힘이 없게 된다.

그리고 날개(120)는, 조수의 미는 힘을 받지 않으면서 수면까지 상승하는 구간에서는 차단판(122)이 물의 압력에 의해 토션스프링(124)을 밀면서 관통공(126)을 개방하여 터어빈(100)의 회전을 방해하는 힘을 줄인다. 개폐장치가 없는 경우도 동일하다.

본 발명의 떠 있는 조력 발전 장치는, 조수가 발생하는 지역에 설치하여 사용하는 것이 가능하고, 여울목과 같이 물살이 가장 빠른 위치에 언제 어디나 이동설치가 가능하며, 같은 장치를 여러 개로 연결하여 사용할 수 있다.

또한 갯벌에 자연적으로 생긴 소수로에도 사용할 수 있고, 수심 깊은 곳에는 수차의 크기를 원하는 대로 크게 만들어 발전 용량을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 설치 장소를 간편하게 이동시킬 수 있으며, 조수의 방향 변화에 영향을 받지 않으면서 효율 높은 전력 생산이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 조력 발전 장치의 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 조력 발전 장치의 단면도,

도 3은 도 1에 도시한 조력 발전 장치의 다른 방향 단면도,

도 4는 도 1에 도시한 터어빈의 사시도,

도 5는 도 4에 도시한 날개의 사시도,

도 6은 본 발명의 날개의 다른 예를 보인 사시도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 터어빈 110: 회전축

112: 방수 베어링 장치 120: 날개

122: 차단판 124: 토션스프링

126: 관통공 150: 발전장치

200: 부력탱크 210: 저면판

220: 제 1수문 230: 실린더

240: 조수 유도 수단 300: 앵커

400: 제 2수문 410: 이동 유니트

Claims (12)

1. 조수의 흐름에 의해 동작하여 전력을 생산하는 전력생산수단;

   상기 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력수단;

   상기 부력수단을 해저의 지면과 연결하는 위치고정수단; 및

   상기 조수의 흐름을 상기 전력생산수단 측으로 유도하여 조수압을 증가시키기 위한 조수압 증가수단;을 포함하여 이루어지며,

   상기 전력생산수단은,

   상기 조수의 흐름에 의해 수압을 받는 다수의 날개를 가지며, 상기 부력수단에 회전가능하게 설치되는 터어빈; 및

   상기 터어빈의 회전력을 전력으로 변환하는 발전장치;를 포함하여 이루어지며,

   상기 날개에는 다수의 관통공이 형성되고, 상기 조수의 압력을 받는 위치에서는 상기 관통공을 폐쇄하며 상기 조수의 압력을 받지 않는 위치에서는 상기 관통공을 개방하기 위한 개폐장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐장치는,

   상기 날개에 힌지 회전 가능하게 결합되어 상기 관통공을 개폐하는 차단판; 및

   상기 차단판을 관통공을 폐쇄하는 위치로 복귀시키기 위한 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 날개는 상기 조수를 받는 측이 상기 조수를 끌어 안는 형상으로 라운드진 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 전력생산수단은,

   상기 날개를 지난 상기 조수를 상기 터어빈의 회전방향으로 유도하기 위한 조수 유도 수단을 더 포함하여 이루어지는 떠 있는 조력 발전 장치.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 부력수단은,

   상기 전력생산수단을 수면 근방으로 부상시키기 위한 부력탱크; 및

   상기 부력탱크의 내부에 저장되는 물의 충전량을 조절하여 상기 전력생산수단의 수면에 대한 상대적인 높이를 조정하기 위한 밸런스 조절장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 부력탱크는, 상기 전력생산수단을 사이에 두고 양측에 설치되는 한 쌍으로 이루어지고,

   상기 한 쌍의 부력탱크의 저면을 연결하는 저면판이 설치된 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 한 쌍의 부력탱크에는, 상기 한 쌍의 부력탱크의 사이로 상기 조수를 유도하기 위한 제 1수문이 설치된 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 제 1수문은 상기 부력탱크에 각도 조절가능하게 설치되고, 상기 제 1수문의 각도를 조절하기 위한 각도조절장치가 상기 부력탱크에 설치된 것을 특징으로 하는 떠 있는 조력 발전 장치.
12. 삭제

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