KR101024541B1

KR101024541B1 - 조력 발전 모듈 및 이를 이용한 조력 발전 방법

Info

Publication number: KR101024541B1
Application number: KR1020100087320A
Authority: KR
Inventors: 전양호; 전영균; 김정숙
Original assignee: 주식회사 삼광특수기계; 김정숙
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2011-03-31

Abstract

본 발명은 조력 발전 모듈 및 이를 이용한 조력 발전 방법에 관한 것으로서, 조수에 의한 상하운동수단의 상하이동과 함께 해수면의 수위가 변화되지 않는 만조 및 간조 시에도 압축 공기 또는 해수의 중력을 이용하여 연속 발전 가능하도록 하기위한 것이다.

Description

조력 발전 모듈 및 이를 이용한 조력 발전 방법{Tidal Generating Module and method}

본 발명은 조력 발전 모듈 및 이를 이용한 조력 발전 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 조수에 의한 상하운동수단의 상하이동과 함께 해수면의 수위가 변화되지 않는 만조 및 간조 시에도 압축 공기 또는 해수의 중력을 이용하여 연속 발전 가능한 조력 발전 모듈 및 조력 발전 방법에 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.

또한, 밀물 및 썰물 외의 해수면이 변화되지 않는 간조 및 만조 시기에는 조력발전을 할 수 없게 되어 원하는 시간대에 필요한 전력수급을 원활하게 할 수 없고 발전량을 임의로 조정할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 영구적인 에너지원인 조력을 이용하여 경제적이며 안정적으로 발전할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

특히, 본 발명의 목적은 조수에 의한 상하운동수단의 상하이동과 함께 해수면의 수위가 변화되지 않는 만조 및 간조 시에도 압축 공기 또는 해수의 중력을 이용하여 연속 발전 가능한 조력 발전 모듈 및 조력 발전 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 해상에 영구적으로 건설되지 않고, 조력 발전이 가능한 곳에 이동 고정되어 발전한 후, 조력 발전이 필요하지 않는 경우에는 다시 부상되어 이동 가능하여 초기 건설비용을 줄일 수 있으며, 해저 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 줄일 수 있고, 유지 및 보수가 용이한 조력 발전 모듈 및 조력 발전 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 조력발전모듈 구조체는, 둘 이상이 상호 일정거리 이격되도록 구비되어 연결부재에 의해 연결되며, 하부에는 해저면에 고정을 위한 닻이 형성되고, 내부에 해수의 저장 또는 배출이 가능한 구조를 이루는 하부 구조물과; 상기 하부 구조물의 상부에 기둥형태로 구비되며, 상측에 공기가 유출입되는 공기유출입부, 및 하측에 해수가 유출입되는 해수유출입부가 형성되며, 다수개로 구비되어 각기 개별적인 작동이 이루어지는 압축공기형성탱크와; 상기 압축공기형성탱크의 상부에 구성되며 중앙 영역에 중공부가 형성되어져 있는 상부 구조물과; 상기 상부 구조물의 중공부에 의해 상하유동이 안내되도록 구비되며, 상기 압축공기형성탱크로 부터 유입된 압축공기를 공급하기 위한 공기공급부가 상부에 구성되고, 하부에는 상기 공기공급부를 통해 공급된 공기가 저장되는 다수의 공간부가 구획 형성되어져 있으며, 상기 공간부 저면에는 해수의 유입이 가능하도록 개구부가 형성되어진 상하운동수단과; 상기 상부 구조물에 형성되어 상기 상하운동수단)의 상하운동을 회전운동으로 전환하여 발전하는 발전부;를 포함하는 구성을 이룸을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은, 영구적인 에너지원인 조력을 이용하여 경제적이며 안정적으로 발전할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 조수에 의한 상하운동수단의 상하이동과 함께 해수면의 수위가 변화되지 않는 만조 및 간조 시에도 압축 공기 또는 해수의 중력을 이용하여 연속 발전가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 해상에 영구적으로 고착되게 건설되지 않고, 조력 발전이 가능한 곳에 이동 고정되어 발전한 후, 조력 발전이 필요하지 않는 경우에는 다시 부상되어 이동 가능하여 초기 건설비용을 줄일 수 있으며, 해저 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조력 발전 모듈의 사시도
도 2는 본 발명 조력 발전 모듈의 측면 개략도.
도 3은 본 발명 조력 발전 모듈의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 하부 구조물을 나타낸 사시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 조력 발전 모듈의 간조 및 만조 시, 조력에 의하여 압축공기를 형성하는 압축공기형성탱크와 발전부를 나타낸 측단면 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 상부 구조물을 나타낸 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 상하운동수단을 나타낸 사시도 및 단면개략도.
도 9는 본 발명에 따른 조력 발전 모듈의 압축공기형성탱크로부터 상하운동수단의 공간부로 해수 이동을 설명한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 상하운동수단의 상하운동을 발전부의 회전운동으로 전환하는 모양을 나타낸 개략도.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 조력 발전 모듈의 간조 및 만조 시, 정면 개략도.
도 13은 본 발명에 따른 조력 발전 모듈의 고압 압축공기를 형성하기 위한 다른 형태의 압축공기형성탱크를 나타낸 것으로서,
13a는 기본예 도면.
13b는 응용예 도면.
도 14는 본 발명에 따른 조력 발전 모듈의 다른 사시도.
도 15는 하부구조물 내부의 구조를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명에 따른 조력 발전 방법을 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 따른 조력 발전 방법의 연속 발전 수행 예를 나타낸 개략도.(세로축H는 조수 수위를 표시하고, 가로축t는 시간을 표시함)
도 18 및 도 19는 본 발명 조력 발전 모듈에 풍력발전장치가 설치된 상태도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조력발전모듈(1000)의 전체적인 구조를 살펴보면, 크게 하부 구조물(100)과, 압축공기형성탱크(200), 상부 구조물(300), 상하운동수단(500), 및 발전부(400)로 나뉘어질 수 있다.

<하부 구조물(100)의 구조 및 작용>

그중 본 실시 예에서의 하부 구조물(100)은 조력 발전 모듈(1000)을 하측에서 지지하는 부분으로서, 한 쌍이 상호 일정거리 이격되도록 구비되어 상호간에 연결부재(101)에 의해 연결 구비되며, 하부에는 해저면 고정을 위한 닻(120)이 구성되었다.

특히, 하부 구조물(100) 내부에는 도 15에서와 같이 해수밸러스트탱크(Sea water ballast tank)(130)가 형성되어 해수의 저장 또는 배출이 가능하도록 하였으며, 이러한 해수밸러스트탱크(130)의 해수가 이송되어 외부로 배출되는 이송부(150) 및 저장된 해수를 배출하기 위한 배출펌프(141)를 포함하여 부상 가능한 구조를 이루도록 하였다.

해수밸러스트탱크(130)의 안내유로는 압축공기형성탱크(200) 하단부와 연결된 해수유출입부(220)와 연통되어져 있으며, 상기 안내유로에는 제1이송밸브(151)가 구비되어 제1이송밸브(151)의 개폐여부에 따라 해수유출입부(220)를 통한 해수 유입 조절이 가능하며, 이송부(150)는 제1이송밸브(151)와 함께 배출펌프(141)의 전단에 위치한 제2이송밸브(152)와 배출펌프(142)의 후단에 위치한 제3이송밸브(153)를 포함하여 형성된다.

따라서, 해수 배출시에는 제1이송밸브(151)를 닫은 상태에서 제2이송밸브(152)와 제3이송밸브(153)을 열고 배출펌프(142)를 구동시킴으로서 해수유출입부(220)를 통한 해수의 강제 배출이 가능하게 된다.

또한, 해수밸러스트펌프(130)의 해수 배출에 따라 공기가 유출입될 수 있도록 상기 해수밸러스트펌프(130)의 일측에는 상부구조물(300)의 상부와 연통되는 밸러스트탱크용 공기유출입부(160)가 형성됨이 바람직하다.

이 때, 하부 구조물(100)은 도 4에 도시한 바와 같이, 둘 이상이 조류방향에 평행하게 구비되되, 그 사이가 판형 연결부재(101)에 의해 고정되도록 한다. 도 4에서 화살표는 조류의 이동방향을 의미한다.

연결부재(101)는 하부 구조물(100)을 연결하는 역할을 담당할 뿐만 아니라 파고가 있는 조류가 이동될 경우에, 상기 연결부재(101) 사이를 해수가 통과함에 따라 파고를 감소시켜, 상하운동수단(500) 주변에서 조류를 수평으로 흐름이 용이하도록 한다.

이러한 구조를 이루는 본 발명에서의 하부 구조물(100)은 해수밸러스트탱크(130) 내부에 해수가 저장되지 않을 경우에는 선박과 같이 뜬 상태를 유지하며, 해수밸러스트탱크(130) 내부에 해수가 유입되면서 해수 저면으로 이동되며, 닻(120)에 의해 해저면에 고정되고, 발전이 유지되는 동안에는 해수가 저장된 상태를 유지한다.

한편, 본 발명 모듈을 육상에서의 유지 및 보수가 필요하거나 폐기해야할 필요가 있는 것과 같이, 이동이 필요한 경우에는 펌프실(140)에 비치된 배출펌프(141)와 이송부(150)를 이용하여 해수밸러스트탱크(130) 내부의 저장된 해수를 배출하여 부력을 발생시킴으로써, 전체 조력 발전 모듈(1000)이 해수면으로 부상되어 예인선에 의해 이동될 수 있도록 한다.

이를 통해 본 발명의 조력 발전 모듈(1000)은 발전이 필요한 위치에서 해저면으로 이동되고 고정되어 발전이 이루어진 후, 조력 발전 모듈(1000)의 이동이 필요할 경우에는 하부 구조물(100)의 해수밸러스트탱크(130)에 저장된 해수를 배출함으로써 다시 부상됨으로써 해저 공간에 발전 시설을 설치하기 위한 높은 건설비용을 현저히 줄일 수 있고, 해저 생태계의 훼손을 방지할 수 있는 장점이 있다.

<압축공기형성탱크(200)의 구조 및 작용>

본 실시 예에서의 압축공기형성탱크(200)는 4개로 구비되어 각각의 공급유로상에 구성된 개별 제6밸브(563)의 선택적인 개폐조절에 의해 상호 독립적인 압축공기 공급을 위한 작동이 이루어지게 되는데, 하부 구조물(100)의 상측에 일정 높이를 갖도록 기둥형태로 형성되며, 상기 하부 구조물(100)과 상부 구조물(300)을 안정적으로 지지할 수 있도록 그 개수 및 형상이 다양하게 조절되어질 수 있게 된다.

압축공기형성탱크(200)의 상부와 하부에는 각각 공기유출입부(210) 및 해수유출입부(220)가 형성되어 내부공간에 공기 및 해수가 선택적으로 저장되며, 해수면의 변동에 따라 압축공기형성탱크(200) 내부에 압축공기가 형성된다.

공기유출입부(210)는 압축공기형성탱크(200)의 상측의 외부 대기와 연통되어 공기의 유출입을 조절할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 일 예로 도 5a 및 도 5b와 같이, 제2밸브(211)에 의해 개폐여부가 조절되도록 함으로써 공기의 유출입이 조절되도록 할 수 있다.

해수유출입부(220)는 압축공기형성탱크(200)의 하측의 하부 구조물(100)을 관통하도록 형성되어 제3밸브(221)에 의해 개폐여부가 조절될 수 있다.

도 5a는 공기유출입부(210) 및 해수유출입부(220)가 모두 개방되어{제2밸브(211) 및 제3밸브(221) 개방} 공기 및 해수가 압축공기형성탱크(200) 내부에 동시에 존재하며, 내부 공기의 압력은 외부 대기압과 동일한 상태이며, 해수의 유입된 정도 역시, 해수면과 동일하게 유지된다.

그런데, 밀물 시기에는 공기유출입부(210)가 폐쇄되고, 해수유출입부(220)가 개방되는 경우에, (제2밸브(211) 폐쇄, 제3밸브(221) 개방) 도 5b에 도시된 바와 같이, 내부에 저장된 공기는 수위 상승 시 수두(Water Head)만큼의 압력이 발생되어 압축공기형성탱크(200) 내부에 압축공기가 형성된다.

즉, 상기 압축공기는 해수면의 변동에 의한 자연압을 이용하여 조력으로 형성되는 것으로서, 별도의 전기적인 작동 없이 간단하게 공기유출입부(210) 및 해수유출입부(220)의 개폐여부를 조절함으로써 형성될 수 있게 된다. (압축공기형성탱크(200)는 다단의 피스톤(260)을 이용하여 고압의 압축공기를 형성하는 예와 상기 고압의 압축공기보다 낮은 압력의 압축공기를 형성하는 것으로 구분할 수 있는 바, 낮은 압력의 압축공기를 형성하는 예에서 압축공기형성탱크(200) 내부의 압축공기가 형성되는 공간을 도 13b에서 저압탱크부(280)로 표시하였으며, 고압의 압축공기를 형성하는 예는 아래에서 다시 설명한다.)

즉, 도 13a에 도시된 바와 같이, 압축공기형성탱크(200) 내부에 고압탱크부(240), 실린더(250) 및 피스톤(260)이 더 형성되어 조수간만의 차이 수두(Water Head)에 의한 수압보다 더 큰 고압의 압축공기를 형성할 수 있다.

조력의 수두 압력은 해수면의 상승 및 하강에 의해 일정 압력으로 제공되나, 본 발명의 조력 발전 모듈(1000)은 압축공기의 압축 정도를 더욱 높일 수 있도록 서로 다른 면적으로 형성된 이동부(제1이동부(261) 면적 〉제2이동부(262) 면적)를 포함하는 피스톤(260)을 이용하여 고압의 압축공기를 형성할 수 있도록 한 것이다.

더욱 상세하게, 고압탱크부(240)는 고압의 압축공기가 저장되는 공간으로서, 내부 상측에 독립적으로 구비되며, 상측에 제2밸브(211) 및 대기유입밸브(213)가 구비된 대기유입부(212)를 포함하는 공기유출입부(210)가 형성되고, 공기유출입부(210)는 마찬가지로 상하운동수단(500)의 공간부(550)에 압축공기를 공급하는 공기공급부(560)와 연결된다.

실린더(250)는 고압탱크부(240)의 하측에 형성되며, 고압탱크부(240)와 연통됨을 조절하는 제1조절밸브(251) 및 대기저장부(270)와 연통됨을 조절하는 제2조절밸브(252) 및 대기유입부(212)가 구비된다.

이 때, 실린더(250)의 단면적은 압축공기형성탱크(200)의 단면적보다 작게 형성되어, 압축공기형성탱크(200)와 함께 2중의 피스톤(260)이 이동될 수 있는 공간을 형성된다.

상기 2중의 피스톤(260)은 압축공기형성탱크(200) 내부에서 해수의 유출입에 따라 상하로 이동되는 제1이동부(261)와, 제1이동부(261)의 중심부에 일정 높이를 갖도록 실린더(250) 형성위치까지 연장 형성되는 로드(263)와, 로드(263)의 상측에 상기 제1이동부(261)보다 작은 면적을 가지며 실린더(250) 내부에 구비되는 제2이동부(262)를 포함한다.

이 때, 제1이동부(261)의 이동 높이를 제한하는 상측 및 하측 제한부(264)가 상기 압축공기형성탱크(200) 내부에 형성될 수 있다.

상기 고압의 압축공기를 형성하는 것은 피스톤(260)의 제1이동부(261)와 제2이동부(262)의 면적 차이에 의해 상측에 비례적으로 압력이 증가하는 원리를 이용하는 것이다.

보다 상세하게, 썰물 시기에는 해수면 하강 및 2중 피스톤의 자중에 의거 피스톤(260)은 하강하게 되며, 공기유출입부(210)의 대기유입밸브(213)와 제2밸브(252)가 개방되어 실린더(250) 내부로 공기가 유입된다.

또한, 밀물시기에는 공기유출입부(210)의 제2밸브(211) 및 제6밸브(563)가 폐쇄되고, 해수면 상승에 따라 피스톤(260)이 상측으로 이동되어 공기를 압축하며, 이 때, 제2조절밸브(252)는 폐쇄되고 제1조절밸브(251)는 개방되어 고압의 압축공기가 상기 고압탱크부(240)에 저장된다.

고압탱크부(240)에 저장된 고압의 압축공기는, 공기유출입부(210) 및 공기공급부(560)를 경유하여 상하운동수단(500)의 공간부(550)에 이동된다.

또한, 피스톤(260)과 실린더(250)와의 마찰을 줄이도록 무공해 윤활유 등이 피스톤(260)의 제1이동부(261) 및 제2이동부(262) 상면 위치에 공급될 수 있다.

한편, 도 9에서와 같이 압축공기형성탱크(200)는 만조 시기에 해수가 저장된 상태에서 상하운동수단(500)의 해수저장부(520)로 연통홀(521)을 통해 해수를 공급하는 해수공급부(230)가 구성되었다.

이러한 해수공급부(230)는 만조 시기에 저장된 해수의 공급이 필요할 경우에 개방되어 상기 상하운동수단(500)으로 해수를 공급하는 수단으로서, 제4밸브(231)가 형성되어 해수 공급여부를 조절함으로서 중력이 형성된다.

또한, 해수공급부(230)는 길이의 신축이 가능한 주름관 형태를 이루어 연통홀(521)과 연결시킴으로서 상하운동수단(500)의 높이가 변화되더라도 안정적인 해수 공급이 이루어질 수 있도록 함이 바람직하다.

<상부 구조물(300)의 구조 및 작용>

본 실시 예에서의 상부 구조물(300)은 만조 시 해수면보다 상측에 위치되도록 상기 압축공기형성탱크(200)의 상측에 구비되며 중앙 영역에 중공부(310)가 형성된다.

중공부(310)는 상하운동수단(500)의 상하 유동이 가이드되는 공간으로, 상하운동수단(500)의 단면 형상에 대응되도록 다각형, 원형 등으로 다양하게 형성될 수 있다.

이 때, 상부 구조물(300)의 중공부(310)는 도 6에 도시한 바와 같이, 상하운동수단(500)과 접하는 내측에 상기 상하운동수단(500)의 상하이동을 안내하는 아이들롤러(311)가 구비될 수 있다.

이러한, 상부 구조물(300)은 만조 수위보다 높은 위치에 존재하도록 압축공기형성탱크(200)의 높이를 조절하는 작용을 실시하게 된다.

<발전부(400)의 구조 및 작용>

본 실시 예에서의 발전부(400)는 상부 구조물(300)에 형성되어 상하운동수단(500)의 상하이동을 회전운동으로 전환함으로서 발전하는 구성이다.

즉, 도 5a, 도 5b, 도 7, 도 10, 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명에서의 발전부(400)는 통상의 발전기(410)와, 상하운동수단(500)의 측면에 형성된 래크 기어(501)와 치합되어 치합되어 회전되는 압착식 피니언 기어(470)와, 압착식 피니언 기어(470)의 회전력을 빠른 회전력으로 증속하는 증속기(420)와, 회전속도를 고르게 하기 위한 제1플라이휠(440) 및 제2플라이휠(460)을 포함하는 구성을 이룬다.

즉, 압착식 피니언 기어(470)는 래크 기어(501)와 치합되어 상하운동수단(500)의 상하이동을 회전운동으로 전환하는 구성으로서, 압착식 피니언 기어(470)의 회전에너지는 증속기(420), 풀리 벨트(430), 제1플라이휠(440), 회전 방향 전환식 클러치(450), 및 제2플라이휠(460)을 거쳐 발전기(410)에 전달되어 발전이 이루어진다.

증속기(420)는 발전 회전 속도로 회전이 가능하도록 하고, 풀리 벨트(430)는 과속 회전이 발생될 경우에 이를 완충한다.

제1플라이휠(440)은 간조와 만조 시, 상기 상하운동수단(500)의 하강 또는 상승 속도가 저속에서 고속으로 변경되는 과정에서 무부하 공회전하는 증속기(420)의 회전력을 누적하여 원활히 클러치(450) 접속 연결이 가능하도록 하기 위한 장치로서, 회전에너지로 충분히 저장할 수 있는 크기로 형성된다.

회전 방향 전환식 클러치(450)는 상기 상하운동수단(500)의 상하운동이 서로 전환되는 간조와 만조 시기에, 정회전 또는 역회전으로 회전 방향을 전환할 수 있는 조정식 기아가 내장되어진 클러치(450)이다.

제2플라이휠(460)은 상기 회전 방향을 전환하기 위하여 클러치(450)가 이격 분리될 경우, 축적된 회전에너지로서 다시 클러치(450)를 접속시키는 시간 동안 발전이 유지되도록 한다.

<상하운동수단(500)의 구조 및 작용>

본 실시 예에서의 상하운동수단(500)은 상부 구조물(300)의 중공부(310)에 지지되며, 조수간만의 차에 의해 상하방향으로 승강 이동되는 구조물이다.

이러한 상하운동수단(500)은 중단에 해수저장부(520)가 구비되고, 하부에는 공간부(550)가 형성되며, 상부에는 높이형성부(510)가 구성되고, 해수저장부(520)와 공간부(550) 사이에는 공기저장부(530) 및 해수이동부(540)가 각각 구비됨이 바람직하다.

그중 해수저장부(520) 및 공간부(550)는 밀물과 썰물에 의한 이동 외에 해수면이 정체되는 만조 시기 및 간조 시기에도 해수의 중력 또는 압축공기에 의한 부력 및 압축공기의 방출에 의한 부력의 소멸에 의해 상하운동수단(500)이 이동되어지도록 하는 기능을 수행한다.

특히, 해수저장부(520)는 압축공기형성탱크(200) 내부의 해수가 해수공급부(230)를 통해 공급되어 해수에 의한 추가 중력이 선택적으로 작용하게 되는 공간으로서, 일측 상부에 해수공급부(230)로부터 공급되는 해수가 내부로 이동될 수 있도록 연통홀(521)이 형성되고, 하부에는 해수를 배출하기 위한 제5밸브(522)가 형성된다.

또한, 공간부(550)는 압축공기 및 해수가 저장될 수 있는 공간으로서, 일반 상태에서는 하측에 개구부(555)가 형성되어 해수가 유입되어 저장되는데, 압축공기는 압축공기형성탱크(200)의 공기유출입부(210) 및 해수유출입부(220)의 조작과, 조력에 의해 형성된 부분으로서, 공기공급부(560)가 공기유출입부(210)와 연결되어 공간부(550)로 이송되어지게 된다.

이 때, 공기공급부(560)는 공기유출입부(210)와 연통되는 호스 및 공기유출입부(210)에 인접하게 형성되며 압축공기의 이동을 결정하는 4개의 제6밸브(563)와, 제8밸브(566) 및 상하운동수단(500)의 상측에 형성되며 공간부(550)에 압축공기의 공급여부를 결정하는 제7밸브(564) 및, 공간부(550) 내부 압축공기의 외부 배출을 조절하는 배출밸브(565)를 포함할 수 있다.

즉, 공간부(550)는 압축공기가 공급되지 않는 경우 또는 공간부(550)의 압축공기를 대기중으로 방출하는 경우에는 내부에 해수가 유입되어 저장되며 해수에 의해 중력이 발생되어 상하운동수단(500)을 하측으로 이동되도록 하고, 공기공급부(560)를 통해 압축공기가 공급되면 압축공기에 의해 해수가 배출되고 부력이 발생되어 상하운동수단(500)을 상측으로 이동되도록 한다.

특히, 공간부(550)는 높이방향으로 해수이동부(540)의 하측에 제1공간부(551), 제1공간부(551)의 하측에 상기 제1공간부(551)와 연통된 제2공간부(552) 및 제2공간부(552)의 양측에 수평방향으로 형성되는 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)로 형성되었다. 그리고, 제2공간부(552), 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)의 하면에는 개구부(555)가 각각 형성된다.

즉, 제1공간부(551)와 제2공간부(552)는 압축공기 및 해수가 연통되는 부분으로서, 압축공기는 제1공간부(551)에 먼저 유입된 후, 제2공간부(552)로 이동되며, 해수는 반대로 제2공간부(552)에 먼저 유입된 후, 제1공간부(551)로 이동된다.

또한, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)는 제2공간부(552)의 양측에 각각 형성되는 부분으로서, 조류의 흐름을 방해하지 않도록 조류의 이동방향으로 상기 제2공간부(552)의 양측에 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 공기공급부(560)는 제1공간부(551) 및 제2공간부(552)에 압축공기를 공급하는 제1공기공급부(561)와, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)에 압축공기를 공급하는 제2공기공급부(562)로 구성됨으로써, 제1공간부(551)와 제2공간부(552), 제3공간부(553)와 제4공간부(554)의 압축공기 공급 여부를 별도로 조작하도록 함으로써 상하운동수단(500)에 작용되는 부력 또는 중력을 다단 조절 가능하도록 한다.

아울러, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)는 상하운동수단(500)의 최대 상승 시기에, 상하운동수단(500)이 상부 구조물(300)의 중공부(310)를 이탈하지 않도록 한다.

본 실시 예에서의 높이형성부(510)는 상하운동수단(500)이 최하측으로 이동되었을 때, 상부구조물(300)의 상면 위로 돌출되어 외부 대기와 연통되도록 일정 높이를 갖는 것으로서, 상하운동수단(500)이 추락되는 등의 위기상황이 발생되는 경우에 비상용 예비 부력으로 작용되며, 높이형성부(510)가 형성됨으로써 상기 상하운동수단(500)은 해저로 하강되지 않고 부상될 수 있다.

공기저장부(530)는 해수저장부(520)의 하측에 일정 부력을 제공하도록 공기가 저장되는 부분으로서, 영구 밀폐되어 상하운동수단(500)의 자체 무게에 따른 중력을 상쇄하는 부력을 제공하는 부분이다.

해수이동부(540)는 공기저장부(530)의 하측에 높이방향으로 해수가 이동되도록 판형태로 수평으로 복수개 고정되는데, 해수이동부(540)는 해수가 층류를 형성하면서 이동되도록 함으로써 상하운동수단(500)이 해수면 아래로 잠수될 경우 부력을 발생시키지 않으면서 중력으로 작용하여, 용이하게 하측으로 이동되도록 하기 위한 구성으로서, 이 때, 해수이동부(540)를 고정하는 부분은 조류의 이동을 방해하지 않도록 형성되어야 한다.

한편, 본 발명에서의 각각의 유로를 개폐하는 밸브는 유,무선에 의해 개별적인 개폐조절이 이루어지도록 함이 바람직하다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 조력발전 모듈의 동작에 따른 구체적인 작용효과를 살표보기로 한다.

도 17은 본 발명의 조력 발전 방법의 일 예를 나타낸 것으로서, 상하운동수단(500)을 해수면의 수위와 비교하여 개략적으로 도시하고, 그 내부에 해수가 저장된 정도를 검은색으로 표현하였는데, 상측에서 네 번째에 위치되는 해수이동부(540)는 항상 하중으로 작용되는 영역이므로 빗금으로 표시하였고, 상하운동수단(500)의 해수저장부(520) 및 공간부(550)는 검은색으로 표시되지 않은 부분은 압축공기가 저장된 상태이다.

본 발명의 조력 발전 방법은 도 17에 도시된 바와 같은 제1발전 단계(S21) 내지 제6발전 단계(S26)를 포함하며, 제1발전 단계(S21) 내지 제6발전 단계(S26)가 반복 수행된다.

먼저, 제1발전 단계(S21)는 해수 밀물 후 정체되어 해수면이 가장 높은 만조 상태일때, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)에 해수가 유입되도록 하여 상하운동수단(500)이 하강되어 발전되는 단계이다.

즉, 이때에는 제6밸브(563)는 폐쇄된 상태를 이루도록 하여 압축공기가 압축공기형성탱크(200)로 역이동되는 것을 방지하는 가운데, 작업자가 유,무선 제어를 통해 제7밸브(564) 및 배출밸브(565)를 개방시키게 되면 압축공기가 저장되어져 있던 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)는 개구부(555)를 통해 해수가 유입되면서 자연적으로 내부의 공기가 외부로 배출되어 부력이 감소되고, 따라서 상하운동수단(500)의 1차적인 하강이 이루어진다.

그리고, 제2발전 단계(S22)는 썰물에 의해 해수면이 하강됨에 따라 상하운동수단(500)이 더욱 하강되는 2차적인 하강상태를 이룸으로서 발전이 이루어지는 단계로서, 상하운동수단(500) 내부의 압축공기량 및 해수의 양은 제1발전 단계(S21) 마지막 상태와 동일하게 유지된다.

그리고, 제3발전 단계(S23)는 물이 가장 많이 빠져나간 간조상태일때, 제1공간부(551), 제2공간부(552), 및 해수저장부(520)에 해수가 유입되도록 하여 상하운동수단(500)이 더욱 하강되면서 발전부(400)를 통한 발전이 이루어지는 단계를 나타낸 것으로서, 이때 제6밸브(563)는 폐쇄된 상태를 이루도록 하여 공기가 압축공기형성탱크(200)로 역 이동되는 것을 방지하는 가운데, 제8밸브(566) 및 배출밸브(565)를 개방시켜 제1공간부(551) 및 제2공간부(552) 내부의 압축공기가 외부로 배출되도록 함으로써 하부의 개구부(555)를 통해 제1공간부(551) 및 제2공간부(552)로 해수가 유입되어 상하운동수단(500)의 부력을 더욱 감소시키고, 이와 함께 4개의 압축공기형성탱크(200) 중 2개의 압축공기형성탱크(200)에서 해수공급부(230)의 제4밸브(231)를 개방시켜 도 9에서와 같이 압축공기형성탱크(200) 내에 일정 수위로 저장되어져 있던 해수가 연통홀(521)을 통해 해수저장부(520)에 해수가 저장되어지도록 하게 되는 것이다.

이에 따라, 제1공간부(551) 및 제2공간부(552)는 압축공기의 배출을 통해 자연적으로 해수가 유입되어 부력이 제거되고, 해수저장부(520)는 상기 해수공급부(230)의 제4밸브(231)가 개방되어 연통홀(521)을 통해 해수가 유입됨으로서 상하운동수단(500)이 자체 하중 증가에 따른 하강 운동이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 제4발전 단계(S24)는 제3발전 단계(S23) 이후에, 제3발전 단계에서 해수 공급을 위해 동작하지 않은 다른 2개의 압축공기형성탱크(200) 중 1개의 압축공기형성탱크(200)로 부터 공급되는 압축공기에 의하여 제1공간부(551) 및 제2공간부(552) 내부의 해수가 배출되도록 하고, 이와 동시에 해수저장부(520)의 제5밸브(522)를 개방하여 내부의 해수가 배출되도록 함으로서, 상하운동수단(500)이 서서히 상승되어 발전부(400)의 발전이 이루어지도록 하는 단계이다.

즉, 이때에는 해당 압축공기형성탱크(200)의 제6밸브(563) 및 제8밸브(566)를 개방시킴으로서 제1공기공급부(561)을 통해 압축공기가 공급되어지게 되는 것이다.

그리고, 제5발전 단계(S25)는 밀물에 의해 해수면이 점차 상승됨에 따라 상하운동수단(500)이 해수면 변화를 따라 서서히 상승되어지면서 발전부(400) 에서의 발전이 이루어지는 단계로, 상하운동수단(500) 내부의 압축공기 및 해수의 양은 제4발전 단계(S24)의 마지막 상태와 동일한 상태로 유지된다.

이후, 제6발전 단계(S26)는 만조 시, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)에 저장된 해수가, 상기의 마지막으로 작동되지 않은 1개의 압축공기형성탱크(200)에서 생성된 압축공기의 작용에 의하여 배출되어 부력이 생성됨으로서, 상하운동수단(500)이 더욱 상승되어 발전되는 단계이다.

즉, 이때에는 해당 압축공기형성탱크(200)의 제6밸브(563) 및 제7밸브(564)을 개방시킴으로서 제2공기공급부(562)를 통해 압축공기가 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)로 공급되어짐으로서 해당 공간부의 개구부(555)를 통해 해수의 배출이 이루어지게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 조력 발전 방법은 제2발전 단계(S22) 및 제5발전 단계(S25)와 같이, 밀물과 썰물 진행과정에서 수위 변화에 의한 발전이 이루어질 뿐만 아니라, 수위가 정체되는 만조 시기에 제1발전 단계(S21) 및 제6단계(S26)가, 또한 수위가 정체되는 간조 시기에 제3발전 단계(S23) 및 제4발전 단계(S24)가 수행됨으로써 연속 발전이 가능한 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 조력 발전 방법은 영구히 반복되는 조수 간만의 차를 이용하여 제1발전 단계(S21) 내지 제6발전 단계(S26)가 반복적으로 수행되어 안정적이고 효율적으로 발전가능한 장점이 있다.

또한, 본 조력 발전 방법은 도 16에서와 같이 상기 발전 단계(S20)가 수행되기 이전에 조력 발전 모듈(1000)을 적정 위치에 고정하는 조력 발전 모듈(1000) 고정 단계(S10) 및 조력 발전 모듈(1000)의 이동이 필요할 경우에 부상 이동 단계(S30)가 수행된다.

상기 조력 발전 모듈(1000) 고정 단계(S10)는 발전 이전에 상기 하부 구조물(100) 내부에 해수가 유입되어 해저면으로 하강되고, 닻(120)에 의해 고정되는 단계로서, 조력 발전 모듈(1000) 내부에 해수가 저장되지 않은 상태로 뜬 상태로 예인선에 의해 이동되어 발전 위치에서 원활히 발전될 수 있도록 하부 구조물(100)이 해저면에 고정되는 단계이다.

상기 부상 이동 단계(S30)는 발전 장소가 변경되어야 하거나 조력 발전 모듈(1000)의 수명이 다한 경우 등 조력 발전 모듈(1000)의 이동이 필요할 경우에, 상기 하부 구조물(100)의 해수밸러스트탱크(130) 내부의 해수가 배출펌프(141)에 의해 배출되어 부상되어 이동되는 단계이다.

즉, 해수의 배출에 의해 전체 조력 발전 모듈(1000)은 해수면 상으로 부상하며, 예인선을 이용하여 이동가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 조력 발전 방법은 조력 발전 모듈(1000)을 이동하여 고정하는 방법을 통해 영구 구조물을 해저에 건설할 필요가 없어 제작비를 현저히 줄일 수 있으며, 이동 가능한 형태로서 해저 생태계의 훼손 정도를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명 조력발전 모듈의 연속적인 싸이클 순환에 따른 지속적이고 반복적인 발전이 가능한 이유는 다수의 압축공기형성탱크(200)에 반복적인 해수 유입 조절에 따른 압력발생이 가능하기 때문이다.

즉, S26단계에서 밀물시기의 조력에 의하여 만조시기에 도달하기 직전에, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)에 형성된 압축공기를 제3.4공간부(553, 554)로 공급하고 상하운동수단(500)의 추가적인 부상력을 만든다.

그리고, 이 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)와 제3.4공간부(553, 554) 사이에서 압축공기가 역류하지 않도록 제6밸브(563) 및 제7밸브(564)를 잠그고, 압축공기형성탱크(200) 내부에 외부공기가 흡입되도록 도5a의 제2밸브(211), 도13a,b에서는 대기유입밸브(213)를 개방하여 둔다. 이로서 썰물시기에 외부공기 유입이 자연적으로 이루어진다. 그리고 간조시기를 거쳐 밀물이 시작되기 직전에 도5a,5b의 공기흡입용 제2밸브(211), 도13a,13b에서는 대기유입밸브(213)를 잠궈서 대기유입부(212)가 폐쇄되도록 함으로, 압축공기가 만조수위에 이를 때까지 독립된 압축공기형성탱크(200)에 형성되도록 한다.

다시, 만조시기에 도달하기 직전에 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)에 저장된 압축공기를 제3.4공간부(553, 554)로 공급하여 추가적인 부상력을 만든다.

즉 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)는 공기흡입→압축 공기형성→압축공기를 제3.4공간부(553, 554)로 공급(이때 상하운동수단(500)의 부상)→썰물시기에 외부 공기 재흡입(S21단계에서 제3.4공간부(553, 554) 압축공기의 배기 및 해수유입)→밀물시기에 압축공기를 독립적으로 재형성하는 싸이클 형식의 순환 과정이 연속적으로 이루어지게 된다.

다음은, 도17의 제24단계에서 제1.2공간부(551, 552)로 공급되는 압축공기의 형성→활용→배기→흡입→재압축에 관한 싸이클 형식의 연속적인 과정을 다음과 같이 기술한다.

만조시기에 도달할 때, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)에 저장한 압축공기를, 썰물시기가 지나고 간조시기에 해면 수위가 변하지 않는 정조시간대의 중간시점에, 제6.8밸브(563, 566)를 열어 상하운동수단(500)의 제1.2공간부(551, 552)로 상기의 저장된 압축공기를 공급하여, 밀물이 시작되는 시기까지 상하운동수단(500)을 부상시킨다.

그리고 밀물이 시작되는 시기 직전에, 제1.2공간부(551, 552)로부터 압축공기가 역류하지 않도록 제6.8밸브(563, 566)를 잠그고, 해수 입.출입용 제3밸브(221)와 공기흡입용 제2밸브(211)를 열어서, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200) 내부에 만조 수위 때 잔류된 잔여 해수를 외부로 자연 배출시킨다.

밀물이 시작되면 상부의 공기흡입용 제2밸브(211)를 닫고 다시 만조시기에 도달할 때까지, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)에 압축공기를 형성하도록 한다.

즉, 독립된 압축공기형성탱크(200)는 공기흡입, 공기압축과 압축공기의 저장, 제1.2공간부(551, 552)로 압축공기를 공급한 후, 다시 공기를 흡입하여 압축공기를 형성하는 싸이클 형식의 연속적인 과정이 이루어지게 된다.

다음은, 또 다른 압축공기의 형성에 관한 기술로서, 만조시기에 도달하는 동안 도13b에서와 같이 압축공기를 구형의 저압탱크부(280)에 저장할 수 있으며, 또는 도13a에서와 같이 압축공기를 구형의 고압탱크부(240)에 저장한 후, 해수 흡입용 제3밸브(221)와 상부의 대기유입밸브(213)를 열어두어 썰물시기 동안에 대기저장부(270)의 내부에 외부공기를 흡입함과 동시에, 독립된 압축공기형성탱크(200) 내부 해수를 외부로 자연배수가 가능하도록 한다.

이렇게 압축공기를 독립적으로 제어되는 별도의 구형의 저압.고압탱크부(280, 240)에 저장한 상태에서, 썰물시기가 지나고 간조시기에 해수면이 변하지 않는 정조시간대의 중간시점에, 상하운동수단(500)의 제1.2공간부(551, 552)로 제6,8밸브(563, 566)를 열어, 내부에 저장된 압축공기를 공급하여 상하운동수단(500)을 밀물이 시작되는 시기까지 부상시킨다. 그리고, 밀물이 시작되는 시기 직후에, 제1.2공간부(551, 552)의 내부 압축공기가 역류하지 않도록 제6.8밸브(563, 566)를 닫는다.

또한, 상부의 대기유입밸브(213)를 닫아, 다시 밀물이 시작되어 만조시기에 도달할 때까지, 독립적으로 제어되는 구형의 저압 및 고압탱크부(280, 240)에 압축공기를 형성하도록 한다. 이렇게 만조시기에 형성된 압축공기는 저압 및 고압탱크부(280, 240)에 저장되고, 상술한 바와 같이 만조시기와 썰물시기를 거쳐 간조시기에 해수면이 변하지 않는 정조시간대의 중간시점에 상하운동수단(500)의 제1.2공간부(551, 552)로 압축공기를 공급하여 상하운동수단(500)을 부상시킨다.

그리고 밀물이 시작되는 시기 직전에, 제1.2공간부(551, 552)로부터 압축공기가 역류하지 않도록 제6.8밸브(563, 566)를 잠그고, 해수 입.출입용 제3밸브(221)와 대기유입밸브(213)를 열어서, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200) 내부에 만조 수위 때 잔류된 잔여 해수를 외부로 자연 배출시킨다.

밀물이 시작되면 상부의 대기유입밸브(213)를 닫고 다시 만조시기에 도달할 때까지, 독립적으로 제어되는 별도의 압축공기형성탱크(200)에 압축공기를 형성하도록 한다.

즉, 독립적으로 제어되는 구형의 저압 또는 고압의 압축공기형성탱크(200)는 공기흡입, 공기압축과 압축공기의 저장, 제1.2공간부(551, 552)로 압축공기를 공급한 후 다시 공기를 흡입하여 압축공기를 형성하는 싸이클 형식의 연속적인 과정이 이루어지게 되는 것이다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 조력발전모듈 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

예를 들면, 도 18 또는 도 19에서와 같이 본 발명 조력 발전 모듈(1000)의 상부구조물(300) 상면에 해상 풍력을 이용하기 위한 풍력발전부(600)를 더 설치함으로서 조력과 함께 해상풍력을 동시에 이용한 발전이 이루어질 수 있도록 할 수도 있게 된다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

100 : 하부 구조물 101: 연결부재
120 : 닻 130 : 해수밸러스트탱크
140 : 펌프실 141 : 배출펌프
150 : 이송부 151 : 제1이송밸브
152 : 제2이송밸브 153 : 제3이송밸브
160 : 밸러스트 탱크용 공기유출입부
200 : 압축공기형성탱크 210 : 공기유출입부
211 : 제2밸브 212 : 대기유입부
220 : 해수유출입부 221 : 제3밸브
230 : 해수공급부 231 : 제4밸브
240 : 고압탱크부 250 : 실린더
251 : 제1조절밸브 252 : 제2조절밸브
260 : 피스톤 261 : 제1이동부
262 : 제2이동부 263 : 로드
270 : 대기저장부 280 : 저압탱크부
300 : 상부 구조물 310 : 중공부
400 : 발전부 410 : 발전기
420 : 증속기 430 : 풀리 벨트
440 : 제1플라이휠 450 : 클러치
460 : 제2플라이휠 470 : 피니언 기어
500 : 상하운동수단 501 : 래크 기어
510 : 높이형성부 520 : 해수저장부
521 : 연통홀 522 : 제5밸브
530 : 공기저장부 540 : 해수이동부
550 : 공간부 551 : 제1공간부
552 : 제2공간부 553 : 제3공간부
554 : 제4공간부 555 : 개구부
560 : 공기공급부 561 : 제1공기공급부
562 : 제2공기공급부 563 : 제6밸브
564 : 제7밸브 565 : 배출밸브
566 : 제8밸브 600 : 풍력발전부
1000 : 조력발전모듈

Claims

둘 이상이 상호 일정거리 이격되도록 구비되어 연결부재(101)에 의해 연결되며, 하부에는 해저면에 고정을 위한 닻(120)이 형성되고, 내부에 해수의 저장 또는 배출이 가능한 구조를 이루는 하부 구조물(100)과;
상기 하부 구조물(100)의 상부에 기둥형태로 구비되며, 상측에 공기가 유출입되는 공기유출입부(210), 및 하측에 해수가 유출입되는 해수유출입부(220)가 형성되며, 다수개로 구비되어 각기 개별적인 작동이 이루어지는 압축공기형성탱크(200)와;
상기 압축공기형성탱크(200)의 상부에 구성되며 중앙 영역에 중공부(310)가 형성되어져 있는 상부 구조물(300)과;
상기 상부 구조물(300)의 중공부(310)에 의해 상하유동이 안내되도록 구비되며, 압축공기형성탱크(200)로 부터 유입된 압축공기를 공급하기 위한 공기공급부(560)가 상부에 구성되고, 하부에는 공기공급부(560)를 통해 공급된 공기가 저장되는 다수의 공간부(550)가 구획 형성되어져 있으며, 공간부(550) 저면에는 해수의 유입이 가능하도록 개구부(555)가 형성되어진 상하운동수단(500)과;
상기 상부 구조물(300)에 형성되어 상하운동수단(500)의 상하운동을 회전운동으로 전환하여 발전하는 발전부(400);
를 포함하는 구성을 이룸을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 상하운동수단(500)은,
상기 공간부(550)의 상부에 해수가 이동 가능하도록 다수개가 연통공간이 적층형태로 구성된 해수이동부(540)와;
상기 해수이동부(540)의 상측에 일정 부력을 제공하도록 내부에 공기가 저장되는 공기저장부(530)와;
상기 공기저장부(530) 상부에 형성되는 해수저장부(520)와;
상기 해수저장부(520)의 벽면 상부에 형성된 해수 유입용 연통홀(521)과;
상기 해수저장부(520)의 벽면 하부에 구비된 해수 배출용 제5밸브(522)와;
상기 해수저장부(520)의 상측에서 외부 대기와 항상 연통되도록 일정 높이를 갖는 높이형성부(510)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 압축공기형성탱크(200)에는 상하운동수단(500)의 해수저장부(520)로 연통홀(521)을 통해 해수를 공급하는 해수공급부(230)가 형성된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 공간부(550)는, 높이방향으로 해수이동부(540)의 하측에 제1공간부(551), 상기 제1공간부(551)의 하측에 상기 제1공간부(551)와 연통하는 제2공간부(552) 및 상기 제2공간부(552)의 양측에 수평방향으로 형성되는 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)로 형성되고;
상기 개구부(555)는 제2공간부(552)와 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)의 저면에 개별적으로 각각 형성되어져 있으며;
상기 공기공급부(560)는, 압축공기형성탱크(200) 내부의 압축 공기를 상기 제1공간부(551) 및 제2공간부(552)로 공급하는 제1공기공급부(561)와, 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)로 이송하는 제2공기공급부(562)와, 상기 제1공기공급부(561)의 유로를 개폐하는 제7밸브(564)와, 상기 제2공기공급부(562)의 유로를 개폐하는 제8밸브(566)로 구성된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 4에 있어서,
상기 공기공급부(560)는 각각의 압축공기형성탱크(200) 상부의 공기유출입부(210)에 구비되어 제1공기공급부(561) 및 제2공기공급부(562)로의 공기공급유로를 개폐조절하는 제6밸브(563)와,
상기 공간부(550) 내부공기의 외부 배출을 조절하는 배출밸브(565)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 하부 구조물(100)에는 해수가 저장되는 해수밸러스트탱크(Sea water ballast tank)(130)와, 상기 해수밸러스트탱크(130)의 해수가 이송되어 외부로 배출되는 이송부(150) 및 저장된 해수를 외부로 강제 배출하기 위한 배출펌프(141)가 구성된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 압축공기형성탱크(200)는 공기유출입부(210) 및 해수유출입부(220)를 조절하여, 간조 시기에는 공기유출입부(210)가 개방되어 압축공기형성탱크(200) 내부에 대기를 저장하고, 만조 시기까지 공기유출입부(210)가 폐쇄되고 해수유출입부(220)가 개방되어 상승하는 조수에 의하여 압축공기형성탱크(200) 내부의 공기를 압축하여 내부에 압축공기가 형성되도록 구비된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 압축공기형성탱크(200)는,
내부 상측에 독립적으로 구비되는 고압탱크부(240)와;
상기 고압탱크부(240) 하측에 형성되되, 상기 고압탱크부(240)와 연통됨을 조절하는 제1조절밸브(251) 및 압축공기형성탱크(200) 내부와 연통됨을 조절하는 제2조절밸브(252)가 구비된 실린더(250); 및
압축공기형성탱크(200) 내부에서 해수의 유출입에 따라 상하로 이동되는 제1이동부(261), 상기 제1이동부(261)의 중심부에 일정 높이를 갖도록 형성되는 로드(263), 상기 로드(263)의 상측에 상기 제1이동부(261)보다 작은 면적을 가지며, 상기 실린더(250) 내부에 구비되는 제2이동부(262)를 포함하는 다단의 피스톤(260); 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 8에 있어서,
상기 압축공기형성탱크(200)는 다단의 피스톤(260)에 의하여 조수 간만의 차이 수두 압력보다 높은 압축공기를 실린더(250) 내부에 형성하고, 고압의 압축공기를 고압탱크부(240)에 저장하며, 고압탱크부(240)에 저장된 압축공기를 상기 공간부(550)에 공급 조절함으로서, 부력의 발생과 제거를 통하여 상하운동수단(500)을 승하강 이동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 상하운동수단(500) 측벽면에는 래크 기어(501)(Rack Gear)가 형성되고, 상기 발전부(400)는 상기 래크 기어(501)와 치합되어 회전되는 압착식 피니언 기어(470)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 9에 있어서,
상기 발전부(400)는 피니언 기어(470)의 회동력이 증속기(420), 풀리 벨트(430), 제1플라이휠(440), 회전 방향 전환식 클러치(450), 및 제2플라이휠(460)을 거쳐 전달되어 발전기(410)에 발전구동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 조력 발전 모듈(1000)은 상하운동수단(500)과 접하는 상부 구조물(300) 중공부(310) 내측에 상기 상하운동수단(500)의 상하이동을 안내하는 아이들롤러(311)(Idle Roller)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 압축공기형성탱크(200) 내부 상측에는 저압탱크부(280)가 독립적으로 구비된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 조력 발전 모듈(1000)의 상부구조물(300) 상면에는 해상 풍력을 이용하기 위한 풍력발전부(600)가 더 구성된 것을 특징으로 하는 조력 발전 모듈.
청구항 5의 구성을 이루는 조력 발전 모듈을 이용한 조력 발전 방법에 있어서,
만조 시 제6밸브(563)는 폐쇄된 상태를 이루도록 하는 가운데, 작업자가 제7밸브(564) 및 배출밸브(565)를 개방시켜 제3공간부(553) 및 제4공간부(554) 내부의 압축공기가 제2공기공급부(562)를 통해 외부로 배출되도록 함으로써, 개구부(555)를 통해 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)에 해수가 유입되도록 하여 상하운동수단(500)이 하강되어 발전부(400)에서의 발전동작이 이루어지는 제1발전 단계(S21);
썰물에 의해 해수면이 하강됨에 따라 상하운동수단(500)이 더욱 하강되어 발전이 이루어지는 제2발전 단계(S22);
간조 시 제6밸브(563)는 폐쇄된 상태를 이루도록 하는 가운데, 제8밸브(566) 및 배출밸브(565)를 개방시켜 제1공간부(551) 및 제2공간부(552) 내부의 압축공기가 제1공기공급부(561)를 통해 외부로 배출되도록 함으로써 개구부(555)를 통해 제1공간부(551) 및 제2공간부(552)로 해수가 유입되도록 함과 동시에 다수의 압축공기형성탱크(200) 중 일부 압축공기형성탱크(200)에서 해수공급부(230)의 제4밸브(231)를 개방시켜 압축공기형성탱크(200) 내에 일정 수위로 저장되어져 있던 해수가 연통홀(521)을 통해 해수저장부(520)로 공급되도록 하여 상하운동수단(500)이 더욱 하강되는 제3발전 단계(S23);
상기 제3발전 단계(S23) 이후에, 제1공간부(551), 제2공간부(552)에 다른 압축공기형성탱크(200)로 부터 공급되는 압축공기를 공급하여 내부 부력을 발생시킴과 함께, 해수저장부(520)의 제5밸브(522)를 개방하여 내부의 해수가 배출되도록 함으로서 자중 감소에 따른 상하운동수단(500)이 상승 발전되어지는 제4발전 단계(S24);
밀물에 의해 해수면이 상승됨에 따라 상하운동수단(500)이 상승되어 발전되는 제5발전 단계(S25);
만조 시, 상기 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)에 압축공기형성탱크(200)로 부터 공급되는 압축공기를 공급하여 내부 부력 증가에 따른 상하운동수단(500)이 더욱 상승되어 발전되는 제6발전 단계(S26);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 모듈을 이용한 조력발전 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제4발전 단계(S24)에서는 제7밸브(564) 및 배출밸브(565)는 폐쇄된 상태에서 해당 압축공기형성탱크(200)의 제6밸브(563) 및 제8밸브(566)를 개방하여 제1공기공급부(561)를 통해 제1공간부(551), 제2공간부(552)에 압축공기가 공급되어지는 것을 특징으로 하는 조력발전 모듈을 이용한 조력발전 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제6발전 단계(S26)에서는 해당 압축공기형성탱크(200)의 제6밸브(563) 및 제7밸브(564)을 개방시킴으로서 제2공기공급부(562)를 통해 압축공기가 제3공간부(553) 및 제4공간부(554)로 공급되어지는 것을 특징으로 하는 조력발전 모듈을 이용한 조력발전 방법.
청구항 15 내지 청구항 17중 어느 한 항에 있어서,
상기 조력발전 방법은, 발전 이전에 하부 구조물(100) 내부에 해수가 유입되어 해저면으로 하강되고, 닻(120)에 의해 고정되는 조력발전모듈 고정단계(S10)와;
이동이 필요할 경우, 하부 구조물(100)의 펌프실(140)에 구비된 배출펌프(141) 및 이송부(150)에 의해 해수밸러스트탱크(130) 내부 해수를 배출시켜 조력발전 모듈이 부상되도록 하는 부상 이동단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전 모듈을 이용한 조력발전 방법.