KR101021593B1 - 간석지 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 간석지 발전장치는 간석지에 배치되고, 일단이 개구되어 수면 밑에 배치되고 타단이 수면 위에 배치되며, 간조 또는 만조 시 발생되는 해수의 수위변화에 의해 내부 공기를 압축 또는 팽창시키는 배관과, 상기 배관의 타단에 배치되어 상기 압축/팽창된 공기의 압력에 의해 전기를 발생시키는 발전장치와, 상기 발전장치 및 상기 배관 사이에 배치되어 상기 발전장치에 상기 압축/팽창된 공기가 공급되도록 개방 또는 폐쇄되는 밸브와, 상기 발전장치에서 발생된 전기를 저장하기 위한 축전지를 포함하고, 해수에 의해 압축/팽창되는 공기를 이용하여 전기를 발전시키기 때문에 친환경적인 에너지일뿐만 아니라 갯펄이나 해안을 훼손시키지 않기 때문에 해안생태계의 손상을 최소화하는 효과가 있다.

Description

간석지 발전장치{Tideland power generation}
본 발명은 간석지 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수면의 높이차가 발생되는 해안에 설치되어 밀물/썰물에 의한 해수의 이동에 의해 관 내부의 공기가 압축되고, 상기 압축된 공기에 의해 에너지를 얻을 수 있는 간석지 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 자연 에너지를 이용하는 발전장치는 태양력 발전소, 풍력발전소 또는 조력발전소 등을 예로 들 수 있다.
여기서 조력발전소는 조수간만의 차를 이용하여 밀물 때 물을 가둔 후, 썰물 때 저장된 물을 낙하시키면서 방출하고, 상기 해수의 방출과정에서 발생되는 에너지를 이용해 발전을 실시한다.
이하, 조력발전소의 단점을 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 종래의 조력발전소는 해수를 이용하여 발전을 수행하기는 하지만, 발전소가 설치되는 위치의 제약이 심하여 적절한 부지를 찾기 어려운 문제점이 있다.
둘째, 해수를 가두기 위한 구조물을 설치해야하기 때문에 넓은 면적이 필요할 뿐만 아니라, 해안 생태계에 악영향을 끼치는 문제점이 있다.
셋째, 인위적인 구조물을 건설해야하기 때문에 막대한 골재가 필요할 뿐만 아니라 공사과정에서 갯벌 생태계의 파괴가 발생되고, 조류흐름의 변화로 인한 수산자원이 고갈되는 문제점이 있다.
본 발명은 해수면의 높이차가 발생되는 해안에 설치되어 밀물/썰물에 의한 해수의 이동에 의해 관 내부의 공기가 압축되고, 상기 압축된 공기에 의해 에너지를 얻을 수 있는 간석지 발전장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 간석지에 배치되고, 일단이 개구되어 수면 밑에 배치되고 타단이 수면 위에 배치되며, 간조 또는 만조 시 발생되는 해수의 수위변화에 의해 내부 공기를 압축 또는 팽창시키는 배관과, 상기 배관의 타단에 배치되어 상기 압축/팽창된 공기의 압력에 의해 전기를 발생시키는 발전장치와, 상기 발전장치 및 상기 배관 사이에 배치되어 상기 발전장치에 상기 압축/팽창된 공기가 공급되도록 개방 또는 폐쇄되는 밸브와, 상기 발전장치에서 발생된 전기를 저장하기 위한 축전지를 포함하는 간석지 발전장치를 제공한다.
여기서 상기 배관 내부에는 상기 해수의 높낮이 변화에 따라 부유되는 분리부재가 더 배치될 수 있다.
또한, 상기 배관 내부에는 상기 해수보다 비중이 작고 상기 공기보다 비중이 큰 액체상태의 물질로 형성된 분리부재가 더 배치될 수 있다.
또한, 상기 밸브는 압축 또는 팽창된 공기를 가두기 위해 제 1, 2 밸브로 구성되고, 상기 제 1 밸브는 상기 배관의 일단 측에 배치되고 상기 제 2 밸브는 상기 배관의 타단 측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 배관은 공기를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 상기 저장부의 타측은 상기 발전장치 측에 배치되며, 상기 발전장치 방향 측으로 진행될수록 상기 타측의 단면적이 축소되게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 간석지 발전장치는 해수에 의해 압축/팽창되는 공기를 이용하여 전기를 발전시키기 때문에 친환경적인 에너지일뿐만 아니라 갯펄이나 해안을 훼손시키지 않기 때문에 해안생태계의 손상을 최소화하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 간석지에 배관을 설치하고 지상에 발전장치를 설치하기 때문에 공사기간이 짧을 뿐만 아니라 입지조건의 제약이 적은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 간석지 발전장치가 도시된 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 간석지 발전장치의 사용예가 도시된 예시1도이고, 도 3은 도 1에 도시된 간석지 발전장치의 사용예가 도시된 예시2도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 간석지 발전장치는 간석지(10)에 배치되되 일단(22)이 수면 밑에 배치되고 타단(24)이 수면 위에 배치되어 해수의 밀물 또는 썰물에 의해 내부 공기를 압축 또는 팽창시키는 배관(20)과, 상기 배관(20)의 타단에 배치되어 상기 압축/팽창된 공기의 압력에 의해 전기를 발생시키는 발전장치(40)와, 상기 발전장치(40) 및 상기 배관(20) 사이에 배치되어 상기 압축/팽창된 공기를 단속하는 밸브(30)를 포함한다.
상기 간석지(10)는 강을 타고 운반된 미립 물질이 해안에 퇴적되어 생기는 개펄로서, 학술적인 정의로 약최저간조위(略最底干潮位)에서 약최고만조위 사이의 개펄을 말한다. 표지적(標識的)인 평지해안선에서는 바다가 멀리까지 얕기 때문에 물결이 해안에 와서 부서지지 않고 해안에서 멀리 떨어진 앞바다에서 부서지게 되므로, 여기서 일어나는 파랑(波浪)은 바다 밑에 있는 모래와 흙을 움직이게 한다. 이리하여 쌓인 토사는 오랜 세월이 흐르는 동안 해안선에 평행한 모래톱을 만들게 되는데, 이렇게 이루어진 모래톱과 해안선 사이에 있는 바다가 석호(潟湖)이며, 이러한 지형이 연안주(沿岸洲)이다.
본 실시예에서 상기 간석지(10)는 우리나라의 서해안 또는 남해안과 같이 경사도가 낮아서 썰물 때 수면 밖으로 넓게 드러나는 곳이 유리하다.
상기 배관(20)은 내부의 공기를 저장되기 위한 것으로서, 상기 간석지(10)의 해안선과 수직한 방향으로 설치된다. 즉 상기 배관(20)은 일단(22)이 간석지(10)의 경사방향 하측 향하도록 하고 타단(24)이 간석지(10)의 경사방향 상측을 향하도록 설치되며, 상기 타단(24)에 배치된 발전장치(40)는 지상에 위치되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 배관(20)의 직경은 상기 발전장치(40)의 용량에 따라 다양하게 설치될 수 있다. 또한 상기 배관(20)의 길이는 상기 간석지(10)의 길이에 좌우되나, 2km ~ 3km 정도로 설치된다.
상기 밸브(30)는 상기 발전장치(40)에 공급되는 공기를 단속하기 위한 것으로서, 해수의 만조 또는 간조 시에는 닫힌상태로 유지되어 배관(20) 내부의 공기가 압축 또는 팽창되도록 하고, 발전 시에는 개방 상태로 유지되어 발전장치(40)가 작동될 수 있도록 한다.
여기서 상기 밸브(30)는 압력센서(미도시) 등이 더 배치되어 설정된 압력에 따라 상기 배관(20)을 자동으로 개폐시킬 수 있다. 예를 들어 만조 시에는 상기 배관(20) 내부의 압력을 감지하면서 발전에 필요한 소정 압력 이상이 될 때까지 상기 배관(20)을 폐쇄시키고, 간조 시에는 상기 배관(20) 내부의 압력을 감지하면서 발전에 필요한 소정 압력 이하가 될 때까지 상기 배관(20)을 폐쇄시킬 수 있다.
상기 발전장치(40)는 공기의 유동에 의해 전기를 발생시키는 장치로서, 상기 공기가 터빈 또는 프로펠러 등의 회전자(回轉子, 미도시) 를 회전시키는 과정에 의해 전기를 발생시킬 수 있다. 여기서 상기 회전자는 상기 공기의 압력의 압력이 대기압보다 클 경우 정방향으로 회전되고, 대기압보다 낮을 경우 역방향으로 회전될 수 있고, 상기 회전자의 회전방향은 본 실시예와 반대로 설정되어도 무방하다.
또한, 상기 발전장치(40)는 발생된 전기를 축적하기 위한 축전지(50)와 연결되어 발생된 전기를 저장시킨다.
한편, 본 실시예에서 상기 배관(20) 내부 공기의 최대 압력차는 상기 해수의 간조/만조 시 최대 높이차(H)에 비례된다.
이하, 본 발명에 따른 간석지 발전장치의 작동방법을 도 1 내지 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 배관(20)의 일단(22)은 해수면 아래에 배치되고, 상기 배관(20)의 내부에는 공기가 충진되어 있다.
여기서 썰물이 밀려올 때, 상기 해수의 높이(h1)가 높아지면서 상기 일단(22)에 가해지는 수압이 증가되고, 상기 수압의 증가에 의해 상기 배관(20) 내부의 압력이 상승하여 상기 배관(20) 내부 공기를 압축시킨다.
그리고 상기 배관(20) 내부 공기에 가해지는 압력은 만조 시 해수면의 상승 높이와 비례하고, 상기 배관(20) 내부 공기의 양은 배관(20) 내부의 체적과 같다.
그래서 썰물 때, 해수면이 상승하면, 도 2에 도시된 바와 같이 배관(20) 내부의 공기가 압축되면서 대기압보다 높은 압력을 형성시킨다.
그리고 소정 압력 이상으로 공기의 압력이 상승되면 상기 밸브(30)가 개방되어 상기 발전장치(40)의 회전자를 회전시킴으로서 전기를 생산할 수 있다.
여기서 상기 밸브(30)의 개폐 방법은 해수의 만조 시 한번에 개방할 수도 있고, 해수의 만조가 진행되는 과정에서 다단에 걸쳐 개폐가 진행되어도 무방하다.
다음으로, 상기 만조 상황에서 상기 배관(20)의 공기가 배출되면 상기 배관(20) 내부의 압력과 대기압이 평형을 이루게된다.
이후, 상기 밸브(30)가 폐쇄된 후, 해수의 썰물이 진행되면 배관(20) 내부에 채워져 있던 해수가 빠져나가면서 상기 배관(20) 내부의 압력을 부의 압력으로 형성시킨다. 즉, 상기 배관(20) 내부의 해수가 빠져나가면서 상기 배관(20) 내부의 공기는 팽창되고, 이로 인해 상기 배관(20) 내부의 압력이 도 3에 도시된 바와 같이, 대기압 보다 낮은 압력으로 형성된다.
여기서 상기 배관(20) 내부의 압력은 해수면의 하강 높이(h2)와 비례된다.
이후, 상기 배관(20) 내부의 압력이 소정 압력 이하가 되면, 상기 밸브(30)가 개방되고, 이로 인해 발전장치(40)의 회전자가 역 방향으로 회전되면서 전기가 생산된다. 그리고 상기 밸브(30)의 개폐 방법은 해수의 간조 시 한번에 개방할 수도 있고, 해수의 간조가 진행되는 과정에서 다단에 걸쳐 개폐가 진행되어도 무방하다.
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 일부 확대 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관(20)은 내부에 공기(14)와 해수(12)를 분리시키기 위한 분리부재(25)가 배치된다.
상기 분리부재(25)는 상기 해수(12)보다 비중이 작고 상기 공기(14)보다 비중이 큰 재질로 형성되어 상기 해수(12)의 이동에 따라 상기 해수(12)의 표면에서 함께 이동된다.
특히 상기 분리부재(25)는 상기 배관(20) 내벽에 밀착됨으로서 상기 공기(14)의 압축이 보다 용이하게 이루어지도록 한다.
이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 3 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 일부 확대 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관(20)은 공기(14)와 해수(12)를 분리시키기 위해 내부에 기름과 같은 액체상태의 분리부재(26)가 배치된다.
여기서 상기 분리부재(26)는 상기 해수(12)보다 비중이 작고 상기 공기(14)보다 비중이 큰 물질로 형성되고, 본 실시예에서는 기름 등이 사용된다.
여기서 상기 분리부재(26)는 액체상태이기 때문에 배관(20)의 타단(24)인 지상에서 용이하게 공급할 수 있다. 또한 상기 배관(20)의 일단(22) 내부는 항상 해수에 잠겨 있는 바, 굴 등의 부착생물이 서식하지 못하도록 하는 방지제를 포함하여 공급함으로서 상기 부착생물의 서식을 방지시킬 수 있다.
이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 상기 배관(20)이 복수개로 설치되되 상기 복수개의 배관(20)이 하나의 발전장치(40)와 연결되도록 구성된다.
즉, 상기 배관(20)에는 압축 또는 팽창된 공기를 가두기 위해 복수개의 제 1, 2 밸브(32)(34)가 배치되고, 상기 제 1, 2 밸브(32)(34)는 밀물 또는 썰물 때 압축된 공기 또는 팽창된 공기를 배관(20)에 내부에 저장한다.
그리고 상기 발전장치(40) 측에 배치된 제 2 밸브(34)가 각 배관(20)에서 순차적으로 개방되어 상기 발전장치(40)에 공급되도록 한다.
그래서 상기 발전장치(40)는 해수에 의해 압축/팽창된 공기를 지속적으로 공급받게 됨으로서, 발전을 지속적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
특히 상기 배관(20)은 복수개의 배관(20)이 연결되는 합지관(27)을 더 포함한다.
이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 배관(20)에 대량의 공기를 저장할 수 있는 저장부(21)가 더 배치된 것을 제외하고 제 1 실시예와 동일하다.
여기서 상기 저장부(21)는 만조 시 해수면 아래로 잠길 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하고, 저장부(21) 내부의 공기가 모두 상기 배관(20)의 타단(24) 측으로 이동될 수 있도록 구성된다.
특히 상기 저장부(21)의 타측(21b)은 단면의 면적이 축소되도록 형성됨으로서, 공기의 압축이 효율적으로 이루어질수 있을 뿐만 아니라 압축되는 공기의 양을 대폭 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
그래서 본 실시예에서 상기 저장부(21)의 타측(21b)은 상기 간석지(10)의 경사면에 비해 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 단면도이다.
본 실시예에 따른 배관(20)은 방조제 또는 방파제 등과 같은 인공구조물(90)을 관통하여 배치된다. 즉, 방조제와 같은 인공구조물(90)의 건설 시 상기 배관(20)을 매립하여 설치하면, 방조제 안 쪽을 간척지로 매립하여 개발하여도 간석지 발전장치를 지속적으로 사용할 수 있고, 매립된 간척지에 별도의 전기시설을 설치하지 않아도 자체적으로 전기를 생산하여 공급할 수 있는 효과가 있다.
여기서 상기 간척지의 개발 후에도 조수간만의 차에 의해 해수의 높낮이가 변동됨에 따라 1 실시예와 같이 전기를 지속적으로 생산할 수 있음은 당연하다.
이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 간석지 발전장치가 도시된 단면도
도 2는 도 1에 도시된 간석지 발전장치의 사용예가 도시된 예시1도
도 3은 도 1에 도시된 간석지 발전장치의 사용예가 도시된 예시2도
도 4는 본 발명의 2 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 일부 확대 단면도
도 5는 본 발명의 3 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 일부 확대 단면도
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 평면도
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 단면도
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 간석지발전장치가 도시된 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간략한 설명>
10 : 간석지 20 : 배관
22 : 일단 24 : 타단
30 : 밸브 32 : 제 1 밸브
34 : 제 2 밸브 40 : 발전장치
50 : 축전지

Claims (6)

  1. 간석지에 배치되고, 일단이 개구되어 수면 밑에 배치되고 타단이 수면 위에 배치되며, 간조 또는 만조 시 발생되는 해수의 수위변화에 의해 내부 공기를 압축 또는 팽창시키는 배관과,
    상기 배관의 타단에 배치되어 상기 압축/팽창된 공기의 압력에 의해 전기를 발생시키는 발전장치와,
    상기 발전장치 및 상기 배관 사이에 배치되어 상기 발전장치에 상기 압축/팽창된 공기가 공급되도록 개방 또는 폐쇄되는 밸브와,
    상기 발전장치에서 발생된 전기를 저장하기 위한 축전지를 포함하고,
    상기 배관은 공기를 저장하는 저장부를 포함하며, 상기 저장부의 타측은 상기 발전장치 측에 배치되고, 상기 발전장치 방향 측으로 진행될수록 상기 타측의 단면적이 축소되게 형성된 간석지 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관 내부에는 상기 해수의 높낮이 변화에 따라 부유되는 분리부재가 더 배치된 간석지 발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관 내부에는 상기 해수보다 비중이 작고 상기 공기보다 비중이 큰 액 체상태의 물질로 형성된 분리부재가 더 배치된 간석지 발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브는 압축 또는 팽창된 공기를 가두기 위해 제 1, 2 밸브로 구성되고,
    상기 제 1 밸브는 상기 배관의 일단 측에 배치되고 상기 제 2 밸브는 상기 배관의 타단 측에 배치된 간석지 발전장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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