KR101015572B1 - 조류 발전용 수차 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류 발전용 수차 터빈에 관한 것으로, 해저면에 고정된 상태 설치되는 중량구조물에 형성된 조류통로의 전방에 고정 설치되어 있는 전방 지지간의 중심부에 전단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 전방 발전기본체와; 상기 중량구조물의 조류통로 후방에 고정 설치되어 있는 후방 지지간의 중심부에 후단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 후방 발전기본체와; 상기 전,후방 발전기본체 사이에 회전가능하게 개재된 상태로 형성되며 전,후방 축 각각은 전,후방 발전기본체의 후단 및 전단에서 내부를 향해 삽입 설치되어 그들 각 내부에 장착되어 있는 발전기에 회전동력을 전달할 수 있도록 연결 설치되는 회전체와; 상기 회전체의 외면에 등각도상으로 형성되는 복수의 평면부 각각에 돌출하도록 연결 설치되며, 또한 상기 회전체의 축방향을 기준하여 조류의 흐름방향에 대하여 둔각을 이루도록 일정각도 범위내에서 회전 이동이 가능한 상태로 설치되어 조류로부터 회전체를 일방향으로 회전시키는 추진력을 나타내는 복수의 회전추진날개와;를 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 발명이다.

조류 발전, 수차 터빈, 발전기본체, 회전체, 회전추진날개, 보조추진날개

Description

조류 발전용 수차 터빈{Water mill turbine developing tide}

본 발명은 조류 발전용 수차 터빈에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 조석으로 흐름방향이 바뀌는 조류를 이용하여 복수의 프로펠러와 상기한 각 프로펠러가 부착된 회전체가 일방향으로 회전하면서 발전하도록 구성된 조류 발전용 수차 터빈에 관한 것이다.

일반적으로 발전장치에는 석탄이나 석유 등의 연료를 사용하여 전기를 생성하는 화력발전장치와, 물의 낙차 또는 간만의 차를 이용하는 수력발전장치 그리고 원자력을 이용한 원자력발전장치 등이 대표적이다.

상기의 발전장치들 중 회력발전장치는 공해를 유발시킬 뿐 아니라 온난화 현상의 원인을 제공하고 있으며, 원자력발전장치는 핵연료의 사용에 따른 안정성에 심각한 문제점이 있다.

그리고 수력발전장치에는 물의 낙차를 이용하는 수로식, 댐식, 양수식 등이 잇으며, 또는 조수 간만의 차를 이용하는 조력발전식이 있다.

상기한 여러 수력발전장치들 중 댐식(dam 式) 수력발전의 경우에는 화력발전 장치 및 원자력발전장치와 같이 연료를 사용하지 않고 전기를 생성할 수 있다는 장점이 있는 반면에, 흐르는 강물을 가두어야 하므로 넓은 지역이 수몰되어 수몰지역의 주민을 이주시켜야 할 뿐 아니라 자연생태계를 파손시키는 등의 문제가 발생하게 되고, 또한 댐을 건축하는데에는 많은 시간과 인력 그리고 엄청난 건축비가 소요되는 문제점이 있으며, 또한 조수 간만의 차를 이용하는 조력발전장치는 넓은 연해나 연안에 거대한 댐을 건설해야 하기 때문에 막대한 건설비용이 소요될 뿐 아니라 해안의 일부를 바다와 차단하게 되므로 생태계가 파괴되고, 간조시에만 발전이 가능하고 만조시에는 발전이 불가능하게 되어 건설비에 비하여 발전효율이 저조한 문제점이 있어 널리 보급되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로, 해수면에 침지된 상태로 해저면에 고정 설치되는 고정구조물에 전,후로 관통하도록 개방된 채 상,하 및 좌,우측으로 연속해서 형성되는 복수의 조류통로 각각에 설치되며, 상기한 각 조류통로로 흐르는 조류가 조석으로 방향이 바뀌게 되더라도 항시 일방향으로 회전하도록 설치되어 발전효율을 높일 수 있도록 하는 조류 발전용 수차 터빈을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

해저면에 고정된 상태 설치되는 중량구조물에 형성된 조류통로의 전방에 고정 설치되어 있는 전방 지지간의 중심부에 전단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 전방 발전기본체와;

상기 중량구조물의 조류통로 후방에 고정 설치되어 있는 후방 지지간의 중심부에 후단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 후방 발전기본체와;

상기 전,후방 발전기본체 사이에 회전가능하게 개재된 상태로 형성되며 전,후방 축 각각은 전,후방 발전기본체의 후단 및 전단에서 내부를 향해 삽입 설치되어 그들 각 내부에 장착되어 있는 발전기에 회전동력을 전달할 수 있도록 연결 설치되는 회전체와;

상기 회전체의 외면에 등각도상으로 형성되는 복수의 평면부 각각에 돌출하도록 연결 설치되며, 또한 상기 회전체의 축방향을 기준하여 조류의 흐름방향에 대하여 둔각을 이루도록 일정각도 범위내에서 회전 이동이 가능한 상태로 설치되어 조류로부터 회전체를 일방향으로 회전시키는 추진력을 나타내는 복수의 회전추진날개와;

를 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전추진날개 각각의 연결단 일측에는 회전체의 외면에 형성된 복수의 평면부 각각에 형성된 축수공에 회전가능하게 끼워지는 고정축이 돌출 형성 되어 있으며, 또한 상기 회전추진날개 각각의 연결단 타측에는 회전체의 각 평면부에 원호상으로 형성된 회전안내홈에 회전이동이 가능하게 끼워지는 회전안내돌기가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 회전추진날개 각각에는 회전체의 회전속도 및 회전력을 증강시키기 위한 복수의 보조추진날개가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 조류의 흐름이 빠르게 나타나는 해저면에 설치되어 밀물 및 썰물시 조류의 흐름방향이 바뀌게 되더라도 회전추진날개를 항시 같은 방향으로 회전시킬 수 있게 되므로서 수차 터빈은 항시 일방향으로 회전하게 되므로써 지속적으로 발전할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 해저면에 가라앉는 상태로 설치되는 간단한 구조의 중량구조물에 상,하 및 좌,우측에 연속해서 형성된 복수의 조류통로 각각에 한대씩 설치되는 여러 대의 수차 터빈을 설치하여 전기를 발전할 수 있으므로 하나의 중량구조물에서 많은 량의 전기를 생산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명에 의한 조류 발전용 수차 터빈에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 수차 터빈의 설치상태 정면도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 발명의 수차 터빈의 정면도이며, 도 4는 본 발명의 수차 터빈의 회전체와 회전추진날개의 결합구조를 나타내기 위한 일부 확대 단면도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 단면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 수차 터빈의 작동상태 측면도를 도시한 것이다.

도면부호 1은 수차 터빈을 나타내는 것으로, 상기 수차 터빈(1)은 콘크리트로 제작된 중량구조물(100)에 상,하 및 좌,우측으로 연속해서 형성되는 복수의 조류통로(110) 각각에 한대씩 설치된다.

상기 수차 터빈(1)은 각 조류통로(110) 내부에 고정 설치되는 전,후방 발전기본체(2a)(2b)와, 이들 발전기본체 사이에 개재된 상태로 회전가능하게 설치되는 회전체(3)로 이루어져 있다.

즉, 상기 전방 발전기본체(2a)의 경우는 작은 직경으로 형성된 전단(21)이 전방 지지간(4a)에 고정 부착되어 있고, 상기한 후방 발전기본체(2b)의 경우에는 작은 직경으로 된 후단(23)이 후방 지지간(4b)에 고정 부착되어 있으며, 그리고 상기 전방 발전기(2a)에서 큰 직경으로 형성된 후단(22)과 상기 후방 발전기본체(2b)에서 큰 직경으로 형성된 전단(24) 사이에는 상기 회전체(3)가 회전가능하게 설치되는데, 이를 위해 상기 회전체(3)의 전,후 양측에 돌출하는 전,후방 축(31)(32) 각각은 전,후방 발전기본체(2a)(2b) 각각의 전단(22) 및 후단(24)의 중심부에 회전가능하게 지지되도록 설치되는 것이며, 또한 상기 회전체(3)의 전,후방 축(31)(32)들은 전,후방 발전기본체(2a)(2b) 각각의 내부에 장착되어 있는 발전기(5a)(5b)에 연결되도록 삽입 설치되어 상기한 발전기(5a)(5b)를 발전작동시킬 수 있도록 구성 되어 있다.

상기 회전체(3)의 외면에 등각도상으로 형성된 복수의 평면부(33) 각각에는 상기 회전체(3)를 일방향으로 회전작동시키기 위한 회전추진날개(6)가 하나씩 연결 조립되는데, 상기한 복수의 평면부(33) 각각에 형성된 축수공(34)에는 상기 회전추진날개(6)의 연결단(61) 일측에 돌출된 고정축(62)이 회전가능하게 끼워져 있으며, 또한 상기한 복수의 평면부(33) 각각에 원호상으로 형성된 회전안내홈(35)에는 상기 회전추진날개(6)의 연결단(61) 타측에 돌출된 회전안내돌기(63)가 고정축(62)을 회전기점으로 하여 회전이동이 가능하게 끼워져 있다.

그리고 상기 회전추진날개(6)는 회전체(3)의 각 평면부(33)에 형성된 축수공(34)에 끼워진 고정축(62)을 회전기점으로 하여 조류의 흐름방향에 대하여 둔각(θ) 상태를 이루도록 설치되어 있다. 예를 들면, 도 6의 도시와 같이 조류가 도면상 우측에서 좌측으로 흐르게 될 때에는 상기 회전추진날개(6)는 고정축(62)을 회전기점으로 하여 회전안내돌기(63)가 원호상으로 된 회전안내홈(35)의 도면상 좌측 끝부분으로 이동되어 좌측방향으로 110∼160°각도범위내로 형성되어 조류가 화살표(F) 방향으로 흐르게 되면 회전추진날개(6)는 화살표(T) 방향으로 밀려나게 되며, 이에 따라 회전체(3)는 회전추진날개(6)가 밀려나게 되는 화살표(T) 방향으로 회전하게 되는 것이며, 또는 도 7의 도시와 같이 조류가 도면상 좌측에서 우측으로 흐르게 될 때에는 상기 회전추진날개(6)는 고정축(62)을 회전기점으로 하여 도면상 우측으로 회전 이동하여 원호상의 회전안내홈(35)의 우측 끝부분에 회전안내돌기(63)가 걸림된 상태가 되며, 이때에는 조류가 화살표(F) 방향으로 흐르게 되면 회진추진날개(6)는 화살표(T) 방향으로 밀려나게 되므로 상기 회전체(3)는 여전히 같은 방향(T)으로 회전하게 되는 것이다.

또한 상기 회전체(3)의 각 평면부(33)에 조립 설치된 각 회전추진날개(6)에는 보조추진날개(6a)가 복수개씩 부착되어 있는데, 상기한 각 보조추진날개(6a)들은 축(64)에 의해 결합되어 각 회전추진날개(6)가 조류의 흐름방향으로 일정각도 회전 이동하였을 때 그 회전추진날개(6)보다 조류의 흐름방향을 향해 더 기울어진 상태가 되어 조류가 각 회전추진날개(6)를 밀어내는 추진력을 향상시키는 작용을 하게 되는 것이다.

또한 상기한 중량구조물(100)의 각 조류통로(110)에 설치된 수차 터빈(1)을 폐그물 등의 이물질로부터 보호하기 위하여 중량구조물(100)의 전,후방에는 각 조류통로(110)로 이물질이 유입되지 못하도록 하는 스크린(7a)(7b)이 각각 설치되어 있다.

한편, 상기 회전체(3)에 등각도상으로 형성되어 있는 복수의 평면부(33)들 각각은 회전체(3)와는 별도로 제작되어 조립식으로 결합되는 것이므로 회전추진날개(6)의 연결단(61) 일측에 돌출 형성된 고정축(62)을 축수공(34)에서 빠져나오지 못하게 함과 동시에 회전가능하게 조립할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

조류가 심한 해저면에 중량구조물(100)을 가라앉히고 복수의 조류통로(110)가 조류의 흐름방향을 향하도록 위치시킨 상태에서 해저면에 박아 고정시키게 되는 고정기둥(120)을 이용하여 상기한 중량구조물(100)을 고정 설치한다.

상기와 같이 해저면에 고정 설치된 중량구조물(100)의 상,하 및 좌,우측에 형성된 복수의 조류통로(110) 각각에 한대씩 설치되어 있는 수차 터빈(1)들 각각은 밀물시 및 썰물시 조류의 흐름방향이 바뀌게 되더라도 회전체(3)가 한방향으로 회전하게 되므로써 발전이 가능해지는 것이다.

즉, 상기한 중량구조물(100)에 형성된 각 조류통로(110)를 통해 흐르게 되는 조류가 도 6의 도시와 같이 도면상 우측에서 좌측으로 흐르게 될 때 화살표(F) 방향으로 흐르는 조류가 회전추진날개(6)를 밀어주게 되면 이때 회전추진날개(6)의 추진력은 화살표(T) 방향으로 작용하게 되며, 이에 따라 화살표(T) 방향으로 밀려나는 회전추진날개(6)는 회전체(3)를 화살표(T) 방향으로 회전시키게 되므로써 조류가 도면상 우측에서 좌측 발양을 향해 흐르는 동안에는 회전체(3)는 화살표(T) 방향을 향해 한방향으로 계속 회전하게 되며, 이에 따라 상기 회전체(3)의 전,후방 축(31)(32)이 한방향으로 회전하면서 전,후방 발전기본체(2a)(2b) 각각에 장착된 발전기(5a)(5b)를 발전작동시키게 되는 것이며, 이어서 조류의 방향이 바뀌게 되어 도면상으로 볼 때 좌측에서 우측으로 흐르게 될 때에는 상기 회전체(3)의 각 평면부(33)에 설치되어 있는 각 회전추진날개(6)들은 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 고정축(62)이 축수공(34)을 회전기점으로 하여 제자리에서 회전하게 되는 반면, 회전안내돌기(63)는 회전안내홈(35)을 따라 도면상 우측으로 회전 이동된 상태가 되는 것이며, 이에 따라 조류가 화살표(F) 방향으로 흐르면서 회전추진날개(6)에 작용하게 되면 상기 회전추진날개(6)는 화살표(T) 방향을 향해 추진력이 발생하게 되므로 이에 따라 회전체(3)는 화살표(T) 방향으로 회전하게 되는데, 이때 도 7의 화살표(T) 방향과 도 6의 화살표(T) 방향은 같은 방향이므로 결국 회전체(3)는 조류의 흐름방향에 상관없이 항시 한 방향을 향해 회전하게 되는 것이며, 따라서 상기 회전체(3)의 전,후방 축(31)(32) 각각은 전,후방 발전기본체(2a)(2b)에 장착되어 있는 발전기(5a)(5b)를 한 방향으로 계속 회전시켜서 전기를 생산하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 수차 터빈의 설치상태 정면도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명의 수차 터빈의 정면도.

도 4는 본 발명의 수차 터빈의 회전체와 회전추진날개의 결합구조를 나타내기 위한 일부 확대 단면도.

도 5는 도 4의 B-B선 단면도.

도 6 및 도 7은 본 발명의 수차 터빈의 작동상태 측면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수차 터빈 2a,2b : 전,후방 발전기본체

21,24 : 전단 22,23 : 후단

3 : 회전체 31,32 : 전,후방 축

33 : 평면부 34 : 축수공

35 : 회전안내홈 4a,4b : 전,후방 지지간

5a,5b : 발전기 6 : 회전추진날개

6a : 보조추진날개 61 : 연결단

62 : 고정축 63 : 회전안내돌기

64 : 축 7a,7b : 전,후방 스크린

100 : 중량구조물 110 : 조류통로

Claims (3)

1. 해저면에 고정된 상태 설치되는 중량구조물에 형성된 조류통로의 전방에 고정 설치되어 있는 전방 지지간의 중심부에 전단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 전방 발전기본체와;

   상기 중량구조물의 조류통로 후방에 고정 설치되어 있는 후방 지지간의 중심부에 후단이 고정 부착되어 있으며, 내부에는 발전기가 장착되어 있는 후방 발전기본체와;

   상기 전,후방 발전기본체 사이에 회전가능하게 개재된 상태로 형성되며 전,후방 축 각각은 전,후방 발전기본체의 후단 및 전단에서 내부를 향해 삽입 설치되어 그들 각 내부에 장착되어 있는 발전기에 회전동력을 전달할 수 있도록 연결 설치되는 회전체와;

   상기 회전체의 외면에 등각도상으로 형성되는 복수의 평면부 각각에 돌출하도록 연결 설치되며, 또한 상기 회전체의 축방향을 기준하여 조류의 흐름방향에 대하여 둔각을 이루도록 일정각도 범위내에서 회전 이동이 가능한 상태로 설치되어 조류로부터 회전체를 일방향으로 회전시키는 추진력을 나타내는 복수의 회전추진날개;를 구성하여서 되는 조류 발전용 수차 터빈에 있어서,

   상기 회전추진날개 각각의 연결단 일측에는 회전체의 외면에 형성된 복수의 평면부 각각에 형성된 축수공에 회전가능하게 끼워지는 고정축이 돌출 형성되어 있으며, 상기 회전추진날개 각각의 연결단 타측에는 회전체의 각 평면부에 원호상으로 형성된 회전안내홈을 따라 회전이동이 가능하게 끼워지는 회전안내돌기가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조류 발전용 수차 터빈.
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