KR101003457B1 - 조력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

바닷물에 부유한 상태로 설치되는 부력유닛과; 바닷물의 밀물 및 썰물 시 부력유닛의 승강 이동을 가이드하고, 바닷물에 의해 위치이동되는 것을 방지하는 가이드용 교각부재와; 교각부재의 상부에 설치되는 발전실과; 부력유닛의 상부에 설치되며, 부력유닛의 승 하강 동작에 연동하여 회전동력을 발생시키는 동력발생부와; 동력발생부의 회전력을 가속시켜 발전실로 전달하는 동력가속전달유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전장치가 개시된다.
조류, 발전, 전력, 부력, 동력가속전달, 교각

Description

조력 발전장치{AN ENERGY GENERATOR POWERED BY TIDAL CURRENTS}
본 발명은 조력을 이용하여 전력을 생산하는 조력 발전장치에 관한 것이다.
조력발전은 밀물과 썰물을 이용하여 전력을 생산하는 것으로서, 최근 화석연료나 석유 및 천연가스 등의 부존 자원의 고갈을 대비하기 위한 대체에너지원의 하나로서 많은 연구 개발 및 적용사례가 증가하고 있다.
이와 같이 바닷물의 조수 간만의 차를 이용하여 발전을 하는 조력발전장치는 주로 밀물 시 바닷물을 가두어 두었다가 필요 시에 이를 배출시키면서 발전을 하도록 하는 방식과, 조수 간만의 차에 의해 발생되는 해수의 흐름을 이용하는 정도의 발전장치가 대표적이다.
그런데 바닷물을 가두어 두었다가 필요 시에 이를 배출시키면서 발전을 하는 조력발전장치는, 대용량의 댐을 건설해야 하므로, 일반적으로 보급하기에는 어려움이 있고, 정부나 큰 기업에서 대규모 투자를 통해서 입지를 선정한 후 건설 및 관리해야 하므로, 실질적으로 널리 일반화하여 보급하기에는 비용, 시간, 지리적 요건 등에 의한 적용 한계가 있다.
그리고 다음으로는 통상 바닷물에 떠 있을 수 있는 부력체에 회전날개와 발 전기가 설치되어 밀물 및 썰물에 의한 강력한 조력이 상기 회전날개를 회전시키며, 이 때 회전날개에서 생성된 회전력을 동력전달장치를 통해 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산할 수 있는 기본적인 구조를 갖는다. 그러나, 이러한 구조의 조력발전장치의 경우에는 대형으로 실물제작시 충분한 전력을 생산할 수 있을 정도의 회전력을 생성하지 못할 뿐만 아니라 원활한 작동을 보장할 수 없고, 밀물 및 썰물, 기타 기후여건에 따른 외력에 충분하게 견딜 수 있는 내구성을 확보할 수 없어 제대로 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 보다 상세하게는 지리적인 조건에 관계없이 또한 그 사이즈에 관계없이 바닷가에 쉽게 적용할 수 있는 조력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조력발전장치는, 바닷물에 부유한 상태로 설치되는 부력유닛과; 바닷물의 밀물 및 썰물 시 상기 부력유닛의 승강 이동을 가이드하고, 바닷물에 의해 위치이동되는 것을 방지하는 가이드용 교각부재와; 상기 교각부재의 상부에 설치되는 발전실과; 상기 부력유닛의 상부에 설치되며, 상기 부력유닛의 승 하강 동작에 연동하여 회전동력을 발생시키는 동력발생부와; 상기 동력발생부의 회전력을 가속시켜 상기 발전실로 전달하는 동력가속전달유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력발생부는, 상기 발전실의 하부에 회전 가능하게 설치되는 회전부재와; 상기 회전부재에 연결되도록 상기 부력유닛에 상하 직립되게 설치되며, 상기 부력유닛의 승 하강 동작시에 함께 승 하강 이동되면서 상기 회전부재를 연동시켜 회전시키는 연동부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연동부재는 상기 회전부재에 연동되게 연결되도록 상하 방향으로 형성된 랙기어부를 포함하며, 상기 회전부재는 회전축을 중심으로 상기 랙기어부에 기어연결되게 형성된 연동기어부를 가지는 것이 좋다.
또한, 상기 회전부재 및 상기 랙기어부 각각은 복수 개가 전후 좌우 각각 대칭되게 설치된 것이 좋다.
또한, 상기 동력가속전달유닛은, 상기 회전부재에 동축적으로 형성된 메인 대기어부와; 상기 메인 대기어부와 상기 발전실 사이에 회전 가능하게 설치되며, 중간 소기어부 및 중간 대기어부가 동축적으로 형성된 동력전달기어와; 상기 메인 대기어부와 상기 중간 소기어부에 연결되는 메인 동력전달체인; 및 상기 중간 대기어부와 상기 발전실에 설치되는 종동기어부의 소기어부를 연결하는 보조 동력전달체인;을 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 회전부재와 상기 종동기어부 사이에는 상기 동력전달기어가 복수 설치되며, 상기 복수의 동력전달기어 각각의 중간 소기어부 및 중간 대기어부 각각은 동력전달체인에 의해 연결되는 것이 좋다.
또한, 상기 보조 동력전달체인은 복수 개가 상기 복수의 동력전달기어에 의해 연결되며, 상기 메인 및 보조 동력전달체인들은 지그재그식으로 배치된 것이 좋다.
본 발명의 조력발전장치에 따르면, 해안의 기후조건이나 지리조건에 관계없이 설치가 용이하고, 그 시설의 크기를 원하는 데로 설계하여 적용 가능한 이점이 있다.
또한, 조수간만의 차가 적은 곳이라도, 동력가속전달유닛을 통해서 발전실로 전달되는 회전동력을 증대시킴으로써 충분한 양의 전력을 생산할 수 있기 때문에, 저비용 고효율의 발전장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
특히, 동력가속전달유닛의 동력전달체인 및 동력전달기어들을 지그재그식으로 복수 배치하여 설치함으로써 조력발전장치 전체의 높이 및 사이즈를 줄여 시공비를 줄이더라도 충분한 양의 전력을 생산할 수 있는 이점이 있다.
또한, 교각부재에 의해 발전실을 비롯하여 부력유닛 등이 안정되게 지지되므로 악천후의 기후조건에서도 파손을 방지하고 안정적인 발전을 도모하여 관리비용을 절감시킴은 물론, 안정적인 전력생산을 통해 주변의 전력소비처에서 안정적으로 전력을 공급받아 사용할 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조력발전장치를 자세히 설명하기로 한다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조력발전장치는, 바닷물에 부유한 상태로 설치되는 부력유닛(10)과, 바닷물의 밀물 및 썰물 시 상기 부력유닛(10)의 승강 이동을 가이드하고 바닷물에 의해 위치이동되는 것을 방지하는 가이드용 교각부재(20)와 ,상기 교각부재(20)의 상부에 설치되는 발전실(30)과, 상기 부력유닛(10)의 상부에 설치되며 상기 부력유닛(10)의 승 하강 동작에 연동하여 회전동력을 발생시키는 동력발생부(40)와, 상기 동력발생부(40)의 회전력을 가속시켜 상기 발전실(30)로 전달하는 동력가속전달유닛(50)을 구비한다.
상기 부력유닛(10)은 다수의 부력체들(11)을 체결부재(12)를 이용하여 서로 연결함으로써 즉, 뗏목 형태로 연결함으로써 원하는 평면적 및 평면형상으로 제작 이 가능하다. 상기 부력체(11)는 강한 풍랑이나 파도 등에 의해 분리되지 않도록 상기 체결부재(12)에 의해 견고하게 연결된다. 상기 부력체(11)로는 일반적으로 널리 사용되는 부력용 드럼 또는 수지재질로 형성된 부력체, 목재 등을 포함할 수 있으며, 부력체(11)의 재질이 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 다양한 종류의 부력체가 적용될 수 있다.
상기 교각부재(20)는 바다의 수중 바닥으로부터 바닷물의 상부로 돌출되며, 밀물시에도 일정부분은 바닷물에 잠기지 않을 정도의 충분한 높이로 설치된다. 이 교각부재(20)는 양측에 2개씩 서로 대칭되도록 총 4개가 설치된다. 물론 조력발전장치의 전체 사이즈와 부력유닛(10)의 사이즈에 따라서 교각부재(20)의 수는 더 늘어날 수도 있음은 당연하며, 교각부재(20)의 수가 본 발명을 한정하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 교각부재(20)는 콘크리트 구조물 또는 콘크리트와 철골로 이루어진 구조물 등 모두 가능하다.
상기 발전실(30)은 상기 교각부재(20)의 상부에 설치된다. 상기 발전실(20)은 내부에 발전기(35)가 설치되어 있고, 상기 발전기는 눈, 빗물, 바닷물의 침투를 방지하도록 외장케이스 또는 외관 하우징 내부에 설치된다. 그리고 발전실(30)의 발전기(35)에는 동력발생부(40)에서 발생되어 전달되는 동력을 전달받기 위한 종동기어부(31)가 설치된다. 여기서 상기 발전실(30)에는 복수의 발전기(35)가 설치되어 각각 독립적으로 전력을 생산할 수 있고, 또는 서로 연결된 복수의 발전기가 발전실(30) 내부에 설치될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 발전실(30)이 한 쌍의 교각(20)을 기준으로 하여 양측에 각각 설치 된 것을 예로 들어 설명한다.
상기 동력발생부(40)는 상기 발전실(30)의 하부에 회전 가능하게 설치되는 회전부재(41) 및 연동부재(43)를 구비한다.
상기 회전부재(41)는 발전실(30) 하부의 하우징(33) 내에 회전 가능하게 설치되며, 바람직하게는 한 쌍이 서로 이웃하여 나란하게 배치된다. 이 회전부재(41)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전축(41a)과, 회전축(41)에 설치되는 연동기어부(41b)를 가진다. 상기 연동기어부(41b)는 상기 연동부재(43)에 연결되며, 연동부재(43)의 상하 이동에 연동하여 회전구동된다.
상기 연동부재(43)는 부력유닛(10)의 상부에 상하 수직 방향으로 직립되게 고정 설치된다. 이러한 연동부재(43)는 상기 회전부재(41)의 연동기어부(41b)에 연결되어 상하 이동시 회전부재(41) 즉, 연동기어부(41b)를 회전시키도록 하는 랙기어부(43a)를 가진다. 상기 랙기어부(43a)는 연동부재(43)의 서로 반대되는 양측에 각각 마련되고, 상하 길이 방향으로 연속되게 형성된다.
따라서 바닷물의 해수면 높이가 밀물 및 썰물에 의해서 변화될 때, 부력유닛(10)의 높이가 변하게 되고, 그 부력유닛(10)의 높이 변화시 연동부재(43)가 상승 또는 하강하면서 랙기어부(43a)가 연동기어부(41b)를 연동시켜 회전시키게 됨으로써 회전동력을 발생시킬 수 있게 된다.
여기서 상기 랙기어부(43a)는 일면에 기어치가 형성된 구조를 가질 수도 있고, 또는 도 4c에 도시된 바와 같이, 연동기어부(41b)의 기어이가 단계적으로 걸려서 회전되도록 일정 간격으로 배치된 체인 형태를 가질 수도 있다.
상기 동력가속전달유닛(50)은 동력발생부(40)에서 발생되는 회전력을 가속시켜서 상기 발전실(30)의 종동기어부(31)로 전달한다.
상기 동력가속전달유닛(50)은 상기 회전부재(41)에 동축적으로 형성된 메인 대기어부(51)와, 상기 메인 대기어부(51)와 상기 발전실(30) 사이에 회전 가능하게 설치되는 동력전달기어(53)와, 메인 동력전달체인(55) 및 보조 동력전달체인(57)을 구비한다.
상기 메인 대기어부(51)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전부재(41)의 회전축(41a)에 설치되며, 연동기어부(41b)을 중심으로 한 쌍이 서로 대칭되게 배치된다. 메인 대기어부(51)는 연동기어부(41b)가 랙기어부(43a)에 연동하여 회동 될 때, 회전축(41a)과 함께 일체로 회전된다.
상기 동력전달기어(53)는 메인 대기어부(51)와 발전실(30)의 종동기어부(31) 사이에 배치되며, 하나 또는 복수 설치될 수 있다. 동력전달기어(53)가 복수 설치될 경우, 메인 대기어부(51)와 종동기어부(31) 사이에서 지그재그식으로 좌우측에 대칭되게 배치된다.
상기 동력전달기어(53)는 중심축(53a)을 기준으로 동축적으로 결합되는 중간 소기어부(53b)와 중간 대기어부(53c)를 가진다. 상기 소기어부(53b)는 메인 동력전달체인(55)에 의해서 메인 대기어부(51)와 연결되어 동력을 전달받는다.
상기 중간 대기어부(53c)는 보조 동력전달체인(57)에 의해 다른 위치에 설치된 동력전달기어(53)의 소기어부(53b)에 연결된다. 그리고 최종적으로 종동기어부(31)에 인접한 동력전달기어(53)의 대기어부(53c)는 보조 동력전달체인(57)에 의 해서 종동기어부(31)의 소기어부(31a)에 연결되어 동력을 가속시켜 전달한다.
또한, 상기 메인 동력전달체인(55)과 보조 동력전달체인(57)은 도 4a에 도시된 바와 같이 지그재그식으로 배치됨으로써, 상하로 동일한 높이라도 많은 수의 동력전달기어(53)를 배치할 수 있고, 따라서 그 회전력을 더 높은 비로 가속시켜 전달할 수 있게 된다. 따라서 썰물 및 밀물 시의 조수 간만의 차가 작은 바다에 본 발명의 조력발전장치를 설치하더라도, 충분한 양의 전력을 생산할 수 있게 된다. 즉, 연동부재(43)의 상하 길이가 짧고, 상하 방향으로의 이동량이 적더라도, 동력전달기어들(53)의 수를 늘리고. 그 배치를 좌우 지그재그식으로 배치하게 됨으로써 발전효율을 높일 수 있게 된다. 또한 교각부재(20)의 높이를 낮게 제작하여 그 제작비용을 절감할 수 있으면서도, 충분한 양의 전력을 생산하여 그 제작효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 연동부재(43)는 양측에 랙기어부(43a)를 배치한 구조를 가짐으로써, 하나의 연동부재(43)를 이용하여 양측에 마련된 동력가속전달유닛을 통해 발전실(30)로 동력을 더욱더 배가시켜 전달할 수 있으므로, 그만큼 전력생산량을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 조력발전장치에 따르면, 조수간만의 차에 관계없이 설치가 가능하고, 교각부재(20)의 두께, 폭 높이, 개수 등을 적절히 설계하고, 그 교각부재(20)에 의해 지지된 상태로 상하 이동이 가이드 되도록 부력유닛(10)을 설치함으로써, 악천후의 기상조건이나 지리적인 악조건에서도 안정성과 내구성을 확보하여 안정적이면서도 균일한 전력생산을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 육지로부터 전력을 공급받지 못하는 작은 섬에서부터 육지의 해안에 이르기까지 다양한 곳에 용이하게 설치하여 전력을 생산 및 공급할 수 있어, 매우 경제적이며, 앞으로 석유, 석탄, 천연가스 등과 같은 부존자원의 고갈에 대비한 차세대 대체에너지원으로서 무한한 생산성을 확보할 수 있는 바닷물을 효과적으로 이용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조류발전장치를 나타내 보인 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 조류발전장치를 나타내보인 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 조류발전장치를 나타내 보인 개략적인 평면구성도.
도 4a는 도 2에 도시된 동력가속전달유닛을 발췌하여 보인 부분 확대도.
도 4b는 도 4a의 회전부재 및 연동부재를 발췌하여 나타내 보인 부분 확대도.
도 4c는 도 4a 및 도 4b에 도시된 연동부재의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략적인 도면.
< 도면의 주요부분에 대하 부호의 설명 >
10..부력유닛 20..교각부재
30..발전실 40..동력발생부
41..회전부재 43..연동부재
50..동력가속전달유닛 51..메인 대기어부
53..동력전달기어 55..메인 동력전달체인
57..보조 동력전달체인

Claims (7)

  1. 바닷물에 부유한 상태로 설치되는 부력유닛과;
    바닷물의 밀물 및 썰물 시 상기 부력유닛의 승강 이동을 가이드하고, 바닷물에 의해 위치이동되는 것을 방지하는 가이드용 교각부재와;
    상기 교각부재의 상부에 설치되는 발전실과;
    상기 부력유닛의 상부에 설치되며, 상기 부력유닛의 승 하강 동작에 연동하여 회전동력을 발생시키는 동력발생부와;
    상기 동력발생부의 회전력을 가속시켜 상기 발전실로 전달하는 동력가속전달유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동력발생부는,
    상기 발전실의 하부에 회전 가능하게 설치되는 회전부재와;
    상기 회전부재에 연결되도록 상기 부력유닛에 상하 직립되게 설치되며, 상기 부력유닛의 승 하강 동작시에 함께 승 하강 이동되면서 상기 회전부재를 연동시켜 회전시키는 연동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연동부재는 상기 회전부재에 연동되게 연결되도록 상하 방향으로 형성된 랙기어부를 포함하며,
    상기 회전부재는 회전축을 중심으로 상기 랙기어부에 기어연결되게 형성된 연동기어부를 가지는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전부재 및 상기 랙기어부 각각은 복수 개가 전후 좌우 각각 대칭되게 설치된 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력가속전달유닛은,
    상기 회전부재에 동축적으로 형성된 메인 대기어부와;
    상기 메인 대기어부와 상기 발전실 사이에 회전 가능하게 설치되며, 중간 소기어부 및 중간 대기어부가 동축적으로 형성된 동력전달기어와;
    상기 메인 대기어부와 상기 중간 소기어부에 연결되는 메인 동력전달체인; 및
    상기 중간 대기어부와 상기 발전실에 설치되는 종동기어부의 소기어부를 연결하는 보조 동력전달체인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회전부재와 상기 종동기어부 사이에는 상기 동력전달기어가 복수 설치되며,
    상기 복수의 동력전달기어 각각의 중간 소기어부 및 중간 대기어부 각각은 동력전달체인에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보조 동력전달체인은 복수 개가 상기 복수의 동력전달 기어에 의해 연결되며, 상기 메인 및 보조 동력전달체인들은 지그재그식으로 배치된 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
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