KR101000805B1 - 파일고정식 해류발전의 방향전환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해류의 방향에 따라 자유롭게 회전 되도록 하여 프로펠러와 해류의 방향이 항상 동일한 방향으로 향하도록 회전하여 항상 최적의 유체 입사각에 프로펠러가 위치되도록 함과 동시에 해류발전장치의 유지/보수시 수면위로 상승시킨 후에 작업을 수행함으로써, 간편하고 안전하게 유지/보수작업을 수행할 수 있도록 한 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수면위로 돌출되게 해저면에 고정되는 지지파일과, 상기 지지파일에 유동되게 체결되어 수면에 부유되는 부유체와, 상기 지지파일에 체결되되, 부유체의 하부로 이격되게 구비된 작동부와, 상기 작동부의 전면에 설치되어 동력을 생산하는 동력발생부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
해류, 발전기, 유속, 프로펠러, 방향날개

Description

파일고정식 해류발전의 방향전환장치{Direction changeable device for pile fixed ocean stream generation}
본 발명은 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해류의 방향에 따라 자유롭게 회전 되도록 하여 프로펠러와 해류의 방향이 항상 동일한 방향으로 향하도록 회전하여 항상 최적의 유체 입사각에 프로펠러가 위치되도록 함과 동시에 해류발전장치의 유지/보수시 수면위로 상승시킨 후에 작업을 수행함으로써, 간편하고 안전하게 유지/보수작업을 수행할 수 있도록 한 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것이다.
일반적인 발전장치로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 물의 위치에너지를 이용하는 수력발전, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전, 해류의 수심에 따른 온도 차이를 이용하는 해양온도차발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전 및 조수 간만의 차이나 지형적인 영향 등으로 해류를 에너지원으로 하는 해류발전 등이 있다.
그 중 화력발전 및 수력발전은 막대한 건설비가 요구되며, 화력발전은 화석 에너지에 따른 공해문제를 발생하며, 수력발전은 댐 건설 후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화는 물론 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 제기되고 있는 실정이다.
또한 풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로, 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전시스템을 가동시킬 수 없다.
그리고, 원자력발전은 방사선 누출을 차단하기 위해 시설 투자에 막대한 비용이 소비되며, 또한 폐기물 처리에 막대한 비용을 소비해야 하는 등의 여러 제약이 따르는 문제가 있으며, 한 번의 사고라도 발생되면 심각한 환경파괴를 초래하는 위험이 항상 존재한다.
또한, 파력발전 및 해양온도차발전은 입지조건에 적당한 지역이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제가 있는 실정이다.
그리고, 조력발전은 조석현상에 의한 조수 간만의 차이를 이용하는 것으로, 조석현상은 달과 태양의 인력에 의해 지배적으로 발생되며, 지구가 공전할 때 생기는 원심력의 차이도 영향을 미친다. 조력발전은 조수 간만의 차이가 발생하는 지역의 하구나 만을 댐으로 막아 해수를 가두고 수차발전장치를 설치하여 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다. 상기 조력발전은 발전을 하는 장소가 결정되면 조위의 변화를 예측 할 수 있으며, 청정에너지라는 유리한 측면이 있지만, 갯벌을 황폐화시키고, 방대한 지역이 요구되어 해양 환경에 막대한 영향을 미치며, 실제로 사용할 수 있는 에너지로 변환하기 위한 최소 유효낙차는 약 5m 로, 적어도 약 5m 이상의 조수차가 발생되는 장소에 시스템이 설치되어야 하며, 보다 큰 효율을 얻기 위 해서는 댐을 기준으로 서로 다른 측에 위치한 조수의 차이가 커야 한다.
한편, 건설된 댐을 기준으로 양측간의 해수의 위치에너지에 의한 수압차만을 이용하여 발전하는 조력발전 시스템과 해류발전 시스템과는 차이가 있는데, 이러한 차이점 중 가장 큰 점은 해류발전을 하는 경우에는 해류의 운동에너지를 적극적으로 이용한다는 측면에 있다. 그러므로 해류발전은 조수 간만의 차이가 큰 지역뿐 아니라 해류 속도가 빠른 지역 및 조수차가 작은 지역에서도 발전할 수 있다.
또한 해류발전은 날씨의 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 다른 발전시스템보다 유리하다.
도 1 및 도 2는 종래의 해류발전장치를 도시한 것으로, 도 1은 종래에 적용하고 있는 해류발전장치를 보인 것이다.
에에 도시된 바와 같이, 프로펠러(1)와 발전기(2)가 지지파일(3)에 부착되고, 지지파일(3)은 해수면 위로 돌출되어 있어 파도의 압력이나 유체의 저항을 많이 받게 되며, 프로펠러(1) 및 발전기(2)의 유지/보수/수리를 위해 수면위로 상승시키는 상하이동장치(4)가 구비되고, 지지파일(3) 상부에는 유지/수리를 위한 유지/보수 상부구조물(5)이 구비되어 있다.
또한 유체 방향에 따른 변화를 프로펠러(1)의 피치각을 조정하지만 그 효율이 현저히 떨어진다.
도 2는 종래에 해류발전장치가 설치된 상태를 보인 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 프로펠러(1)와 발전기(2)를 수면위로 올리기 위해 상하이동장치(4)와 이를 고정시키기 위한 대형 구조물이 있으며 지지파일(3)와 이런 구조물로 인해 뒤에서 유체가 입사할 경우 간섭효과 및 유체 분산으로 프로펠러(1)의 피치각을 변화시켜 주어 그 효율과 출력이 현격히 저하되었다.
즉, 프로펠러(1)가 유체의 입사각에 유연히 대처하거나 회전을 할 수 없는 구조로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 종래의 해류발전장치는 지지파일을 이용해 지지구조물을 세우고 프로펠러 및 발전기가 지지파일에 부착되어 있어 수리 및 유지/관리를 위해서 수면위로 올리기 위해서 지지파일이 수면위에 일정 높이까지 돌출되게 설치한다. 이로 인해 해양의 외력이 커짐으로 (파력과 유력은 수면근처에서 가장 크다) 파일이 대형으로 설계된다.
또한 프로펠러, 발전기 및 내부 전력 변환장치 등을 보수, 수리할 수 있는 공간을 확보하여야 하기 때문에 지지파일 위에 큰 상부구조물이 설치가 됨으로써 모멘트가 크게 작용한다.
이로 인해 외관상 뿐 아니라 선박의 항해 및 충돌 시 큰 손상을 발생시키는 장애물 역할을 하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 변화하는 유체의 입사각을 프로펠러에 최대가 되게 하기 위하여 일반적인 해류발전이나 조류발전은 프로펠러안에 피치조정장치가 설계되어야 하는 문제점이 있었다.
그러나, 지지파일 뒤에서 유입되는 유체일 경우 대형구조물로 인한 간섭과 유체의 분산으로 피치 조정장치의 큰 효과를 상실하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 해수면으로 돌출되고 해저면에 고정되는 지지파일을 구비하고, 이 지지파일에 해류의 방향에 따라 자유로롭게 회전하도록 하여 항상 프러펠러가 해류 방향과 일치하도록 하여 최대의 에너지를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 부유체에 의해 해류발전장치가 수중의 일정한 위치에 위치되도록 함으로써, 파력 및 유체저항에 영향을 받지 않으면서 유속을 최대한 활용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
그리고, 상기 지지파일의 상부에 해류발전장치를 수면위로 올릴 수 있는 장치가 구비되어 있어 유지 보수 및 점검을 간편하고, 안전하게 실시할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수면위로 돌출되게 해저면에 고정되는 지지파일과, 상기 지지파일에 유동되게 체결되어 수면에 부유되는 부유체와, 상기 지지파일에 체결되되, 부유체의 하부로 이격되게 구비된 작동부와, 상기 작동부의 전면에 설치되어 동력을 생산하는 동력발생부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 지지파일의 상단부에는 상부구조물이 형성되고 지지파일의 길 이 방향의 하단부 에는 작동부가 안착되는 걸림구가 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부유체는 중앙부에 지지파일에 체결되는 관통공이 형성되고, 상부에는 다수개의 고리가 형성되며, 하단부에는 작동부와 연결되게 고정시키는 고정부재가 구비된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부유체의 고리에는 와이어가 체결 고정되고, 상기 상부구조물에는 와이어가 연결되는 권취롤이 구비된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 작동부는 중앙부에 지지파일에 체결되는 체결공이 형성된 회전체가 구비되고, 상기 회전체의 상부에 홈이 형성되고 이 홈에 체결되되, 부유체의 고정부재에 체결 고정되는 고정판이 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 동력발생부는 작동부의 회전체에 고정되는 발전기가 구비되고, 발전기의 전방에 구비되어 유속에 의해 회전하는 프로펠러가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전체의 후방에는 해류의 방향에 의해 동력발생부 방향을 전환시키는 방향 전환부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 방향 전환부는 회전체에 고정되는 몸체가 구비되고, 이 몸체의 상단부에는 해류에 영향을 받는 방향날개가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 해수면으로 돌출되고 해저면에 고정되는 지지파일을 구비하고, 이 지지파일에 해류의 방향에 따라 자유롭게 회전하도록 하여 항 상 프러펠러가 해류 방향과 일치하도록 하여 최대의 에너지를 얻을 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 부유체에 의해 해류발전장치가 수중의 일정한 위치에 위치되도록 함으로써, 파력 및 유체저항에 영향을 받지 않으면서 유속을 최대한 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.
그리고, 상기 지지파일의 상부에 해류발전장치를 수면위로 올릴 수 있는 장치가 구비되어 있어 유지 보수 및 점검을 간편하게 실시할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 평단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 단면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 파일고정식 해류발전의 방향전환장치의 해류발전기(100)를 수중에 설치하되, 수면위로 돌출되게 해저면에 고정되는 지지파일(110)이 구비된다.
여기서, 상기 지지파일(110)의 상부에는 상부구조물(112)이 형성되고, 지지 파일(110)의 길이 방향 하단부, 즉 수중에 위치한 지지파일(110)의 외주면에 걸림구(114)가 형성된다.
그리고, 상기 지지파일(110)에 승,하강 가능하게 체결되어 수면에 부유되는 부유체(210)가 구비된다.
여기서, 상기 부유체(210)는 중앙부에 지지파일(110)에 끼워지는 관통공(212)이 형성되고, 상부에는 다수개의 고리(214)가 형성되며, 부유체(210)의 하부에는 하단을 향하는 다수개의 고정부재(216)가 구비된다.
나아가, 상기 부유체(210)의 상부 고리(214)에는 와이어(218)가 체결 고정되고, 상기 상부구조물(112)의 상단면에 와이어(218)가 연결 고정되어 와이어(218)를 감거나 풀리도록 하는 동작을 수행하는 권취롤(220)이 구비된다.
이때, 상기 권취롤(220)의 작동은 별도의 제어부(미도시)가 구비되어 이 제어부의 조작에 의해 권취롤(220)이 동작을 하게 된다.
또한, 상기 지지파일(110)에 체결되되, 상기 부유체(210)의 하부로 이격되어 고정부재(216)에 체결되는 작동부(310)가 구비된다.
여기서, 상기 작동부(310)는 중앙부에 지지파일(110)에 체결되되, 승,하강 가능하게 체결공(314)이 형성된 회전체(312)가 구비된다.
나아가, 상기 이 회전체(312)는 상기 지지파일(110)의 걸림구(114)에 안착되게 체결되고, 상부에 홈(316)이 형성되며, 이 홈(316)에 체결되는 체결구(318a)가 형성되고, 상부에 부유체(210)의 고정부재(216)가 체결되어 회전체(312)를 상부에서 지지하는 고정판(318)이 구비된다.
이때, 상기 회전체(312)의 체결공(314)에는 해류에 의해 원활하게 회전할 수 있도록 베어링 또는 로울러를 더 구비할 수도 있고, 이 이외에 회전체(312)가 원활하게 회전할 수 있는 모든 수단이 적용 가능하다.
따라서, 해류에 의해 회전체(312)가 회전시에 고정판(318)은 회전을 하지않고 고정된 상태를 유지하고 권취롤(220)의 작동에 의해 와이어(218)가 감기면서 부유체(210)가 상승하게 되고, 상기 부유체(210)가 상승할 때 회전체(312)도 같이 상승시키게 된다.
그리고, 상기 작동부(310)의 전면에 설치되어 유속에 의해 동력을 생산하는 동력발생부(410)가 구비된다.
여기서, 상기 동력발생부(410)는 상기 작동부(310)의 회전체(312) 전면, 즉 해류 방향에 발전기(412)가 구비된다.
이때, 상기 발전기(412)에는 생산되는 동력을 외부로 이동시키는 전선(미도시)이 연결된다.
나아가, 상기 발전기(412)와 연결되게 전방에 설치되어 유속에 의해 회전하여 발전기(412)에서 동력이 생산되도록 하는 프로펠러(414)가 구비된다.
따라서, 상기 프로펠러(414)가 유속에 의해 회전을 하게 되고, 이 회전력은 발전기(412)로 전달되어 발전기(412)에서 동력이 생산되게 된다.
또한, 상기 작동부(310)에는 해류의 방향에 따라 프로펠러(414) 방향으로 자동 조절되도록 하는 방향 전환부(510)가 더 구비된다.
여기서, 상기 방향 전환부(510)는 회전체(312)에 고정되되, 상기 프로펠 러(414)가 구비된 반대 방향에 몸체(512)가 구비되고, 이 몸체(512)의 상부로 돌출되어 해류에 영향을 받는 방향날개(514)가 구비된다.
따라서, 상기 방향날개(510)는 해류의 영향을 받아 항상 프로펠러(414)가 유속에 의해 회전할 수 있도록 방향을 조절하고, 이 프로펠러(414)의 회전에 의해 발전기(412)에서 동력이 생산될 수 있도록 회전체(312)를 회전시키게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 대한 작용관계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치의 작용관계를 보인 도면이다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 파일고정식 해류발전의 방향전환장치의 해류발전장치(100)는 해류의 방향에 의해 상기 방향날개(514)가 회전하면서 해류방향으로 프로펠러(414)가 위치되도록 하여 유속에 의해 프로펠러(414)가 회전을 하게 되고, 이 프로펠러(414)의 회전에 의해 발전기(412)에서 동력이 발생하게 된다.
이때, 상기 방향날개(514)에 의하여 해류의 방향이 바뀌어도 회전체(312)를 회전시켜 항상 프로펠러(414)가 해류 방향을 향하도록 함으로써, 항상 최적의 유체 입사각을 유지하여 프로펠러(414)가 최대 효율로 작동하게 된다.
여기서, 상기 회전체(312)가 방향날개(514)에 의해 회전시에는 고정판(318)은 고정된 상태에서 회전체(312)만 회전을 하게 된다.
또한, 상기 해류발전장치(100)의 유지 보수 및 점검시에는 상부구조물(112) 에 구비된 권취롤(220)을 작동시키게 되면 와이어(218)가 권취롤(220)에 감기게 되며 부유체(210)는 지지파일(110)의 가이드에 의해 상승하게 되고, 이때 상기 고정부재(216)에 연결된 회전체(312)가 수면위로 부유체(210)와 같이 상승하게 된다.
이와 같이 상기 권취롤(220)의 작동에 의해 회전체(312)를 수면위로 상승시킨 후에 작업자는 해류발전장치의 유지 보수 및 점검을 하면 된다.
이렇게 상기 해류발전장치를 수면위로 상승시켜 작업을 끝마친 후에는 권취롤(220)을 부유체(210)를 상승시킬 때의 반대 방향으로 작동시키게 되면 와이어(218)가 풀리면서 회전체(312)와 부유체(210)가 하강하게 되어 상기 회전체(312)는 지지파일(110)의 걸림구(114) 상부에 안착되고, 부유체(210)는 수면위에 부유된 상태가 유지되게 된다.
이와 같이 해류발전장치를 수중에 설치 후에는 전자에서와 같이 해류의 유속에 의해 프로펠러(414)가 회전하면서 동력이 생산되게 된다.
상기에서는 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
본 발명은 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것으로, 보다 상세하 게는 해류의 방향에 따라 자유롭게 회전 되도록 하여 프로펠러와 해류의 방향이 항상 동일한 방향으로 향하도록 회전하여 항상 최적의 유체 입사각에 프로펠러가 위치되도록 함과 동시에 해류발전장치의 유지/보수시 수면위로 상승시킨 후에 작업을 수행함으로써, 간편하고 안전하게 유지/보수작업을 수행할 수 있도록 한 파일고정식 해류발전의 방향전환장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 해류발전장치를 보인 도면.
도 2는 종래의 해류발전장치가 설치된 상태를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 평단면도.
도 5는 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치를 보인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 파일고정식 해류발전의 방향전환장치의 작용관계를 보인 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100 : 해류발전장치 110 : 지지파일
112 : 상부구조물 114 : 걸림구
210 : 부유체 212 : 관통공
214 : 고리 216 : 고정부재
218 : 와이어 220 : 권취롤
310 : 작동부 312 : 회전체
314 : 체결공 316 : 홈
318 : 고정판 318a : 체결공
410 : 동력발생부 412 : 발전기
414 : 프로펠러 510 : 방향 전환부
512 : 몸체 514 : 방향날개

Claims (8)

  1. 수면위로 돌출되게 해저면에 고정되는 지지파일과,
    상기 지지파일에 유동되게 체결되어 수면에 부유되는 부유체와,
    상기 지지파일에 체결되되, 부유체의 하부로 이격되게 구비된 작동부와,
    상기 작동부의 전면에 설치되어 동력을 생산하는 동력발생부로 이루어지되,
    상기 작동부는 중앙부에 지지파일에 체결되는 체결공이 형성된 회전체가 구비되고, 상기 회전체의 상부에 홈이 형성되고 이 홈에 체결되되, 부유체의 고정부재에 체결 고정되는 고정판이 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  2. 삭제
  3. 수면위로 돌출되게 해저면에 고정되는 지지파일과,
    상기 지지파일에 유동되게 체결되어 수면에 부유되는 부유체와,
    상기 지지파일에 체결되되, 부유체의 하부로 이격되게 구비된 작동부와,
    상기 작동부의 전면에 설치되어 동력을 생산하는 동력발생부로 이루어지되,
    상기 지지파일의 상단부에는 상부구조물이 형성되고 지지파일의 길이 방향의 하단부에는 작동부가 안착되는 걸림구가 형성되고,
    상기 부유체는 중앙부에 지지파일에 체결되는 관통공이 형성되고, 상부에는 다수개의 고리가 형성되며, 하단부에는 작동부와 연결되게 고정시키는 고정부재가 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부유체의 고리에는 와이어가 체결 고정되고, 상기 상부구조물에는 와이 어가 연결되는 권취롤이 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동부는 중앙부에 지지파일에 체결되는 체결공이 형성된 회전체가 구비되고, 상기 회전체의 상부에 홈이 형성되고 이 홈에 체결되되, 부유체의 고정부재에 체결 고정되는 고정판이 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력발생부는 작동부의 회전체에 고정되는 발전기가 구비되고, 발전기의 전방에 구비되어 유속에 의해 회전하는 프로펠러가 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전체의 후방에는 해류의 방향에 의해 동력발생부 방향을 전환시키는 방향 전환부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 방향 전환부는 회전체에 고정되는 몸체가 구비되고, 이 몸체의 상단부에는 해류에 영향을 받는 방향날개가 구비된 것을 특징으로 하는 파일고정식 해류발전의 방향전환장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102434371A (zh) * 2011-08-09 2012-05-02 浙江大学宁波理工学院 海流能捕获系统的对水装置

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