KR101002086B1 - 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 조수간만에 차에 의한 수두 압력을 이용하여 압축 공기 형성이 가능하며, 다단 피스톤을 이용하여 공기를 더욱 고압으로 압축가능하고, 형성된 압축 공기를 발전 등의 용도로 다양하게 이용가능한 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치에 관한 것이다.

Description

조력을 이용한 압축 공기 형성 장치{APPARATUS FOR GENERATING COMPRESSED AIR USING TIDAL FORCES}
본 발명은 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 조수간만에 차에 의한 수두 압력을 이용하여 압축 공기 형성이 가능하며, 다단 피스톤을 이용하여 공기를 더욱 고압으로 압축가능하고, 형성된 압축 공기를 발전 등의 용도로 다양하게 이용가능한 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈과 함께 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히, 추가적인 환경오염을 유발하지 않으며, 안정적으로 발전하기 위한 방법으로서, 자연 에너지를 이용한 방법에 대한 연구가 수행되고 있다.
그 중 조력 발전은 조석간만의 차가 심한 곳에 댐을 건설하여 밀물 때 수문을 닫아두었다가 수문을 열면 물이 쏟아져 들어오면서 발전기 터빈을 돌려 발전하게 되며, 썰물 때는 터빈의 날개가 반대방향으로 돌면서 발전하게 된다.
조력 발전은 청정에너지로 조석간만의 차이를 예측 가능하여 발전용량을 예측할 수 있는 장점이 있고 특히, 우리나라 서해안 지역은 큰 조석간만의 차이를 갖고 있어 조력발전에 적합하다.
그러나 종래의 조력 발전은 댐을 건설함에 따라 초기 건설비가 매우 높으며, 유지 보수가 용이하지 않고, 해저 환경에 인공 구조물이 대형으로 건설되어야 하므로 자연생태계에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조수 간만에 차에 의한 수두 압력을 이용하여 압축 공기를 형성함으로써, 발전 등의 다양한 용도로 이용가능한 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 몸체 내부에 탱크부가 형성가능하여 몸체 내부의 압력을 조절하여 해수의 유출입이 원활히 하면서도 형성된 압축 공기를 원활하게 이용가능하며, 다단 피스톤을 이용하여 공기를 더욱 고압으로 압축할 수 있는 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 몸체 하부에 하부 구조물이 형성됨으로써 압축 공기를 형성하기에 적합한 수심을 갖는 장소에서 고정된 후, 압축 공기 형성이 필요치 않은 경우에는 다시 부상되어 이동됨으로써 초기 건설비용을 줄일 수 있으며, 해안 지역의 자연 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 줄일 수 있고, 유지 및 보수가 용이한 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 높이방향으로 길게 형성되는 몸체(100); 상기 몸체(100)의 상측에 공기가 유출입되도록 형성되는 공기유출입부(200); 상기 몸체(100) 내부의 압축 공기를 이송하는 이송부(300); 및 상기 몸체(100)의 하측에 해수가 유출입되는 해수유출입부(400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 해수면 상승 시, 상기 공기유출입부(200)가 폐쇄되고 상기 해수유출입부(400)가 개방되며 상기 제1조절부(501)가 개방되어 밀물 시기에 상승하는 조수에 의하여 압축 공기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 만조 시기에 형성된 최초의 압축공기를 탱크부(500)내부에 형성하게 별도로 저장하여 독립적으로 활용하기 위하여, 상기 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100) 내부에 독립적인 공간을 형성하되, 제1조절부(501)에 의해 개폐되는 탱크부(500)가 형성되고, 상기 공기유출입부(200)가 상기 탱크부(500) 외부의 몸체(100) 내부 공기와 연통되는 제1공기유출입부(210) 및 상기 탱크부(500) 내부와 연통되는 제2공기유출입부(220)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 간만의 차이 수두에 의하여 형성되는 압력보다 더 높은 고압의 압축공기를 탱크부(500) 내부에 형성하기 위하여, 상기 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 탱크부(500) 하측에 상기 제1조절부(501)가 형성되며, 상기 몸체(100) 내부와 연통됨을 조절하는 제2조절부(511)가 형성된 실린더(510); 및 상기 몸체(100) 내부에서 해수의 유출입에 따라 상하로 이동되는 제1이동부(610)와, 상기 제1이동부(610)의 중심에 일정 높이를 갖도록 형성되는 로드(620)와, 상기 로드(620)의 상측에 상기 제1이동부(610)보다 작은 면적을 가지며, 상기 실린더(510) 내부에 구비되는 제2이동부(630)를 포함하는 다단의 피스톤(600); 이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체(100)는 높이방향으로 상측 및 하측에 상기 제1이동부(610)의 이동 높이를 제한하도록 돌출되는 제한부(640)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100) 하부에 해수의 저장 또는 배출이 가능하며, 하측에 닻(710)이 형성된 하부구조물(700)이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치는 조수 간만에 차에 의한 수두 압력을 이용하여 압축 공기를 형성함으로써, 발전 등의 다양한 용도로 이용가능한 장점이 있다.
특히, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치는 몸체 내부에 탱크부가 형성가능하여 몸체 내부의 압력을 조절하여 해수의 유출입이 원활히 하면서도 형성된 압축 공기를 원활하게 이용가능하며, 다단 피스톤을 이용하여 공기를 더욱 고압으로 압축할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치는 몸체 하부에 하부 구조물이 형성됨으로써 압축 공기를 형성하기에 적합한 장소에서 고정된 후, 압축 공기 형성이 필요치 않은 경우에는 다시 부상되어 이동됨으로써 초기 건설비용을 줄일 수 있으며, 해안 지역의 자연 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 줄일 수 있고, 유지 및 보수가 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 간조시기의 압축 공기 형성 장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 만조 시기에 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 조력을 이용하는, 독립된 압축 공기 형성 장치의 다른 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 조력을 이용하는, 독립된 고압의 압축 공기 형성 장치의 또 다른 예를 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 몸체(100), 공기유출입부(200), 이송부(300) 및 해수유출입부(400)를 포함하여 형성된다.
상기 몸체(100)는 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)의 기본이 되는 구성품으로서, 높이방향으로 길게 형성된다.
이 때, 상기 몸체(100)는 해수면이 최대 상승되는 만조 시기에 상측 부분이 일정 높이만큼 돌출될 수 있는 정도의 높이를 갖도록 형성된다.
본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100)가 하나의 기본 단위체로, 하나 이상이 복수개 형성될 수 있으며, 상기 몸체(100)의 부피를 조절함으로써 압축 공기양이 결정되며, 공기의 압축 정도는 조수 간만의 차에 비례한다.
공기의 압축 정도를 높이기 위한 방안은 아래에서 다시 후술한다.
상기 공기유출입부(200)는 상기 몸체(100) 내부와 연통되어 공기가 유출입되도록 형성되는 부분으로서, 유출입을 조절하기 위한 제1밸브(201)를 포함하여 형성된다.
상기 이송부(300)는 상기 몸체(100) 내부에 형성된 압축 공기를 이송하는 부분으로서, 압축 공기의 이송을 제어하는 이송밸브(310)를 포함하여 형성된다.
도 1에서 상기 제1밸브(201) 및 이송밸브(310)는 하나의 파이프가 분기된 곳에 각각 형성된 예를 도시하였으나, 이는 일 실시예로서, 각각 별도의 파이프가 형성되어도 무방하다.
상기 해수유출입부(400)는 상기 몸체(100)의 하측에 해수가 유출입되는 부분으로서, 제2밸브(410)를 포함하여 해수의 유출입이 조절되도록 할 수 있다.
본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100) 내부에 공기 및 해수가 저장되도록 형성되되, 상기 공기유출입부(200) 및 해수유출입부(400)를 제어함으로써 해수면이 상승되는 간조에서 만조 시기 동안 조수간만의 차에 의한 수두 압력만큼 내부에 압축 공기를 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 간조 시기, 도 2는 만조 시기를 도시한 것으로서, 더욱 상세하게, 간조 시기에 상기 공기유출입부(200)의 제1밸브(201) 및 해수유출입부(400)의 제2밸브(410)는 개방되어 몸체(100) 내부는 외부 해수면과 동일한 높이를 갖도록 해수가 저장되며, 공기의 압력은 대기압과 동일한 상태이다.
이 후에 해수면이 상승되는 간조에서 밀물이 시작될 때 상기 공기 유출입부의 제1밸브(201)는 폐쇄되고, 상기 해수유출입부(400)는 개방됨으로써 내부의 공기가 압축되기 시작하며 만조 시기에 최대의 공기 압력이 몸체(100) 내부에 형성된다.
즉, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 조수간만에 의한 자연 에너지를 이용이 용이한 압축 공기의 형성이 가능하다.
이 때, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100) 하부에 하부구조물(700)이 더 형성되는 것이 바람직한데, 상기 하부구조물(700)은 상기 몸체(100)를 지지하는 부분으로서, 해수의 저장 또는 배출이 가능하게 형성되며, 하면에 닻(710)이 형성된다.
이를 통해, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 몸체(100)를 고정하기 위하여 해상에 영구 구조물을 건설하는 것이 아니라, 압축 공기 형성이 필요한 위치에 상기 하부구조물(700)에 해수가 유입되도록 하고, 닻(710)을 통해 고정되도록 함으로써 초기 건설 비용을 줄일 수 있으며, 해안지역의 자연 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 저감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 압축 공기 형성 양을 조절하거나, 구조적 안정성을 보다 높이기 위하여 상기 하나의 하부구조물(700)에 몸체(100)가 하나 이상 다수개를 형성될 수 있으며, 상기 하부구조물(700) 한 쌍이 일정거리 이격되도록 형성된 후, 각각에 몸체(100)가 형성될 수도 있다.
도 3에 도시한 형태는 몸체(100) 내부에 탱크부(500)가 형성된 예로서, 이 때, 상기 공기유출입부(200)는 몸체(100) 내부(탱크부(500) 외부의 탱크부(500)와 몸체(100) 사이 영역)와 연통되는 제1공기유출입부(210)와, 상기 탱크부(500)와 연통되는 제2공기유출입부(220)를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 공기유출입부(200)는 제1공기유출입부(210) 및 제2공기유출입부(220)를 포함하여 형성되므로, 각각에 형성되어 공기의 연통을 조절하도록 각각의 제1밸브(201)가 형성된다.
원활한 설명을 위하여 상기 제1공기유출입부(210)에 형성되어 공기의 유출입을 제어하는 부분을 제1-1밸브(211)로, 상기 제2공기유출입부(220)에 형성되어 공기의 유출입을 제어하는 부분을 제1-2밸브(221)로 구분하여 설명한다.
상기 탱크부(500)는 몸체(100) 내부에 독립적인 공간을 형성하되 제1조절부(501)에 의해 개폐가능하게 형성되는 부분으로서, 상기 제1조절부(501)가 개방되는 경우에는 상기 몸체(100)와 연통되며, 상기 제1조절부(501)개 폐쇄되는 경우에는 상기 몸체(100)와 독립적인 공간을 형성하게 된다.
본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 탱크부(500)가 형성됨으로써 해수면 상승에 의해 형성된 압축 공기가 다양한 부분에 용이하게 이용되면서도, 해수면이 하강되는 경우에도 탱크부(500) 내부에 안정되게 독립적으로 압축공기를 저장하여 활용할 수 있는 장점이 있다.
상기 도 3에 도시한 형태의 압축 공기 형성 및 압축 공기 이용 등을 보다 상세히 설명하며, 간조 상태에서 만조 상태로 해수면이 상승되는 밀물 시기에는 상기 제1-1밸브(211) 및 제1-2밸브(221)는 폐쇄되고, 상기 제1조절부(501)는 개방된 상태로 유지된다.
이 때, 상기 해수유출입부(400)의 제2밸브(410)는 개방되어 해수면의 상승에 따라 몸체(100) 내부 및 탱크부(500) 내부에 압축 공기를 형성한다.
만조 시, 상기 제1조절부(501) 제1-2밸브(221)는 폐쇄되고 상기 이송밸브(310)를 조절하여 만조 시기 및 썰물 시기 동안 독립적으로 상기 탱크부(500)에 저장된 압축 공기가 이송되어 이용될 수 있다.
이와는 별도로 상기 제1-1밸브(211) 및 제2밸브(410)는 내부 압력이 용이하게 조절되도록 개방 또는 폐쇄된다.
또 한편으로는 도 4에서와 같이, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 상기 탱크부(500)에 보다 고압의 압축 공기가 저장될 수 있도록, 상기 몸체(100) 내부에 실린더(510) 및 피스톤(600)이 더 구비될 수 있다.
상기 실린더(510)는 몸체(100) 내부에 높이방향으로 형성되되, 상측에 상기 제1조절부(501)가 위치되어 상기 고압탱크부(500)와 선택적으로 연통되게 형성되며, 일측에 상기 몸체(100) 내부와 연통됨을 조절하는 제2조절부(511)가 형성된다.
상기 실린더(510)는 상기 몸체(100)보다 작은 단면적을 갖는 부분으로서, 중앙부에 형성된다.
상기 피스톤(600)은 상기 몸체(100) 내부에서 해수의 유출입에 따라 상하방향으로 이동되는 제1이동부(610)와, 상기 제1이동부(610)의 상측 중심에 일정 높이를 갖도록 형성되는 로드(620)와, 상기 로드(620)의 상측의 상기 실린더(510) 내부에 구비되는 제2이동부(630)를 포함하여 형성된다.
즉, 상기 피스톤(600)은 상측에 상기 실린더(510)에 대응되는 작은 면적의(몸체(100)에 비교하여) 제2이동부(630)와, 하측에 상기 몸체(100)에 대응되는 큰 면적의(상기 실린더(510)에 비교하여) 에1이동부가 형성되며, 상기 제1이동부(610)와 제2이동부(630)는 로드(620)에 의해 연결된다.
상기 실린더(510) 및 피스톤(600)은 조력에 의한 수두 압력보다 더 큰 압력으로 압축된 공기를 형성하기 위한 것으로서, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 서로 다른 면적으로 형성된 제1이동부(610)와 제2이동부(630)를 갖는 피스톤(600)(제1이동부(610)의 면적 > 제2이동부(630)의 면적)을 이용하여 고압의 압축 공기를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 제1이동부(610)는 높이방향으로 위치할 수 있는 상측 및 하측 위치를 제한되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 몸체(100) 내주면에 제1이동부(610)의 이동 높이를 제한하도록 돌출된 제한부(640)가 더 형성 될 수 있다.
상기 탱크부(500)에 고압의 압축 공기를 형성하는 것은 피스톤(600)의 제1이동부(610)와 제2이동부(630)의 단면적 차이에 의해 상측에 비례적으로 압력이 증가하는 원리를 이용한 것이다.
보다 상세하게, 썰물 시기에는 해수면 하강 및 피스톤(600)의 자중에 의해 피스톤(600)은 하강되며, 상기 제1-1밸브(211) 및 제1-2밸브(221)는 개방되거나, 상기 제1-1밸브(211)만 개방되고 상기 제1조절부(501) 및 제2조절부(511)가 개방되어 상기 탱크부(500)를 포함하여 몸체(100) 내부로 공기가 유입된다.
또한, 밀물 시기에는 상기 제1-1밸브(211) 및 제1-2밸브(221)가 폐쇄되고, 해수면 상승에 따라 피스톤(600)이 상측으로 이동되어 공기를 압축하며, 이 때, 상기 실린더(510)의 제2조절부(511)는 폐쇄되고 상기 제1조절부(501)는 개방되어 고압의 압축 공기가 상기 고압탱크부(500)에 저장된다.
이 때, 상기 피스톤(600)과 실린더(500) 사이의 마찰을 줄이도록 무공해 윤활유 등이 상기 피스톤(600)의 제1이동부(610) 및 제2이동부(630) 상면 위치에 공급될 수 있다.
즉, 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는 추가적인 전원의 공급없이 간단한 밸브의 조작만으로 조력을 이용하여 압축 공기 형성이 가능하며, 또한, 상기 몸체(100) 내부에 탱크부(500)가 형성가능하여 몸체(100) 내부의 압력을 조절하여 해수의 유출입이 원활히 하면서도 형성된 압축 공기를 원활하게 이용가능하며, 다단 피스톤(600)을 이용하여 공기를 간만의 차이 수두에 의한 압력보다 더욱 고압으로 압축할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)에 의해 형성된 압축 공기는 발전을 위한 터빈 또는 운동수단 등을 움직이게 하기 위한 동력으로 이용가능하며, 이 외에도 더욱 다양한 용도에 적용 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 풍력발전 설비를 구비하여 동시 발전이 가능토록 하는 경우와 같이 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치
100 : 몸체
200 : 공기유출입부 201 : 제1밸브
210 : 제1공기유출입부 211 : 제1-1밸브
220 : 제2공기유출입부 221 : 제1-2밸브
300 : 이송부 310 : 이송밸브
400 : 해수유출입부 410 : 제2밸브
500 : 탱크부 501 : 제1조절부
510 : 실린더 511 : 제2조절부
600 : 피스톤
610 : 제1이동부 620 : 로드
630 : 제2이동부
640 : 제한부
700 : 하부구조물 710 : 닻

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 높이방향으로 길게 형성되되, 내부에 독립적인 공간을 형성하며 제1조절부(501)에 의해 개폐되는 탱크부(500)가 형성 몸체(100);
    상기 몸체(100)의 상측에 공기가 유출입되도록 상기 탱크부(500) 외부의 몸체(100) 내부 공기와 연통되는 제1공기유출입부(210) 및 상기 탱크부(500) 내부와 연통되는 제2공기유출입부(220)를 포함하는 공기유출입부(200);
    상기 몸체(100) 내부의 압축 공기를 이송하는 이송부(300); 및
    상기 몸체(100)의 하측에 해수가 유출입되는 해수유출입부(400); 를 포함하며,
    해수면 상승 시, 상기 공기유출입부(200)가 폐쇄되고 상기 해수유출입부(400)가 개방되며 상기 제1조절부(501)가 개방되어 상승하는 조수에 의하여 상기 탱크부(500)에 압축 공기가 형성되는 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치(1000)는
    상기 탱크부(500) 하측에 상기 제1조절부(501)가 형성되며, 상기 몸체(100) 내부와 연통됨을 조절하는 제2조절부(511)가 형성된 실린더(510); 및
    상기 몸체(100) 내부에서 해수의 유출입에 따라 상하로 이동되는 제1이동부(610)와, 상기 제1이동부(610)의 중심에 일정 높이를 갖도록 형성되는 로드(620)와, 상기 로드(620)의 상측에 상기 제1이동부(610)보다 작은 면적을 가지며, 상기 실린더(510) 내부에 구비되는 제2이동부(630)를 포함하는 다단의 피스톤(600); 이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몸체(100)는 높이방향으로 상측 및 하측에 상기 제1이동부(610)의 이동 높이를 제한하도록 돌출되는 제한부(640)가 형성되는 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 압축 공기 형성 장치(1000)는
    상기 몸체(100) 하부에 해수의 저장 또는 배출이 가능하며, 하측에 닻(710)이 형성된 하부구조물(700)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 압축 공기 형성 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62284966A (ja) 1986-05-31 1987-12-10 Michinori Togawa 満干潮による圧縮空気の取り出し装置

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JPS62284966A (ja) 1986-05-31 1987-12-10 Michinori Togawa 満干潮による圧縮空気の取り出し装置

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