KR101056933B1 - 조류발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수면에 부유되는 부력체; 상기 부력체에 회전되도록 수직으로 위치되되, 그 일측이 수면 아래에 잠기는 회전축; 상기 회전축의 일측에 수직으로 고정 결합되어 상기 회전축에 회전력을 전달하는 적어도 하나의 회전력 전달축; 상기 회전력 전달축에 결합되며, 상기 회전력 전달축에 유체의 흐름에 의한 유속력을 전달하는 회전판; 및 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조류발전장치는 변경되는 조류의 흐름 방향과 상관없이 회전축이 일정하게 회전되도록 하여, 조류가 흐르는 한 꾸준하게 전기를 생산하도록 하는 효과가 있다.

Description

조류발전장치{TIDAL CURRENT POWER PLANT}

본 발명은 조류발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체의 흐름을 효과적으로 이용하여 대용량의 전기를 용이하게 생산할 수 있도록 하는 조류발전장치에 관한 것이다.

현재, 우리가 현재 사용하는 대부분의 에너지원인 석유, 석탄, 우라늄 등은 한번 사용하면 다시 사용할 수 없는 원료이다. 문제는 이들 원료의 매장량에 한계가 있다는 것이다. 현대 산업사회가 가장 많이 의존하고 있는 석유는 10~20년까지 생산량이 지속적으로 감소할 것으로 예상되며, 향후 50년 이내에는 고갈될 것으로 예상되고 있다.

이러한 에너지 자원의 부족을 대비하기 위해서 신 재생에너지 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 신 재생에너지로는 태양에너지, 풍력에너지, 해양에너지 등이 있다. 이중 해양에너지는 조석을 동력원으로 하여 해수면의 상승하강 운동을 이용하여 전기를 생산하는 조력발전, 조류의 흐름이 빠른 곳에 터빈을 설치해 해수의 운동에너지를 이용하여 발전하는 조류발전 등이 있다.

조력발전은 하구나 만을 방조제로 막아 조석으로 인해 발생되는 방조제 내부와 외부의 수위차를 이용하여 발전을 하는 것으로, 수위가 높은 쪽으로부터 낮은 쪽으로 바닷물을 낙하시키면서 수차발전기를 돌려 전력을 생산하게 된다. 이러한 조력발전은 넓은 범위의 연해나 연안에 거대한 댐을 건설하여야 하기 때문에 막대한 시설비용이 필요할 뿐만아니라, 유지비가 많이 소요되는 등의 단점도 있어, 우리나라를 비롯하여 입지조건이 우수한 환경을 갖춘 나라들에서만 제한적으로 이루어지고 있다.

조류발전은 조류의 흐름을 이용하여 전기를 생산하는 것으로서, 도 1을 참조하면, 종래 조류발전장치는 해수의 흐름에 의해 회전되는 프로펠러(103)와, 프로펠러(103)와 축결합되는 발전기(미도시)를 포함하는 발전기 어셈블리(101)와, 발전기어셈블리(101)를 해저면(104)에 고정시키는 지주부(102)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구비된 종래 조류발전장치는 발전기 어셈블리(101)와 프로펠러(103)가 해저면(104)에 고정되는 구조이기 때문에, 해수의 흐름 방향이 바뀌게 되면 프로펠러(103)의 회전이 일정하게 되지 않아 발전량에는 한계가 있을 수밖에 없으며, 그 효율성도 높지 못하여 발전이 제대로 이루어질 수 없게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 유체가 흐르는 방향에 상관없이, 대용량의 전기를 용이하게 생산할 수 있도록 하고, 시설 규모를 간소화할 수 있는 조력발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수면에 부유되는 부력체; 상기 부력체에 회전되도록 수직으로 위치되되, 그 일측이 수면 아래에 잠기는 회전축; 상기 회전축의 일측에 수직으로 고정 결합되어 상기 회전축에 회전력을 전달하는 적어도 하나의 회전력 전달축; 상기 회전력 전달축에 결합되며, 상기 회전력 전달축에 유체의 흐름에 의한 유속력을 전달하는 회전판; 및 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치를 제공한다.

또한, 상기 회전력 전달축은 다수 개가 구비되며, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 조류발전장치를 제공한다.

또한, 상기 회전력 전달축의 단부에는 그 길이방향과 수직 상방 또는 하방으로 가이드축이 연결되고, 상기 가이드축의 길이방향에 상기 회전판의 일측이 회동가능하도록 결합되어, 상기 회전판이 회전되도록 구성되며, 상기 회전판에는 스토퍼가 돌출 형성되고, 상기 스토퍼가 상기 회전력 전달축에 걸리면서 상기 회전판의 회전이 제한되도록 구성되어 상기 회전력 전달축에 유속력을 전달하는 것을 특징으로 하는 조류발전장치를 제공한다.

또한, 상기 스토퍼에는 상기 회전력 전달축이 걸리는 것을 가이드하도록 요홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치를 제공한다.

또한, 상기 스토퍼는 상기 회전판의 회전을 가속화 시키기 위하여 고 중량의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치를 제공한다.

본 발명에 따른 조류발전장치는 변경되는 조류의 흐름 방향과 상관없이 회전축이 일정하게 회전되도록 하여, 조류가 흐르는 한 꾸준하게 전기를 생산하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 조류발전장치는 회전축의 회전속도가 느리다 하더라도 다수 개의 회전판을 통하여 회전에너지(Torque)를 크게 형성할 수 있으며, 기어변환 등을 통하여 고 용량의 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 조류발전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치의 정면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전판을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치를 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치의 정면을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치는 유체의 흐름을 이용하여 대용량의 전기를 생산하기 위한 것이다. 이러한 조류발전장치는 바다 등에서 조류의 흐름이 빠른 지역에 위치되며, 부력체(10), 회전축(20), 회전력 전달축(30), 회전판(40) 및 발전기(미도시)를 포함하여 구성된다.

부력체(10)는 회전축(20), 회전력 전달축(30) 등이 바다 밑바닥으로 가라앉지 않도록 하는 것으로서, 수면에 떠 있도록 발포스티로폼 등의 중량이 가벼운 물질로 형성되거나, 내부에 공기가 수용되는 튜브 형상으로 형성된다.

회전축(20)은 부력체(10)의 길이방향과 직교하도록 부력체(10)의 중앙에서 수직 방향으로 삽입 위치된다. 그리고 회전축(20)에서 부력체(10)와 대향되는 외경에는 회전축(20)의 회전저항을 감소시키기 위한 베어링(22)이 배치된다. 베어링(22)은 부력체(10)에 고정되어, 회전축(20)이 부력체(10)에 회전 가능하게 지지되도록 구성된다.

회전력 전달축(30)과 회전판(40)은 회전축(20)의 하단에 구비되어 회전축(20)에 회전 동력을 제공하는 것으로서, 하기 도 3에서 설명하기로 한다.

상기 발전기는 회전축(20)의 회전력을 통하여 코일을 회전시켜서 전기장을 유도하고, 이로써 전기를 생산하는 통상적인 장치이다. 여기서 발전기와 회전축(20)과의 연결구조는 공지의 발전기와 회전축(20)의 연결구조와 동일하도록 구성된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치는 회전축(20)에 회전 동력을 제공하도록 회전력 전달축(30)을 포함한다.

회전력 전달축(30)은 적어도 하나 이상이 구성될 수 있으며, 다수개로 구성되는 것이 바람직하다. 회전력 전달축(30)은 일단부가 회전축(20)의 하측에 고정 결합된다. 이와 같이 고정 결합된 다수 개의 회전력 전달축(30)은 회전축(20)의 하측을 중심으로 하여 방사상으로 배열된다.

그리고 조류의 물살에 의하여 후술하는 회전판(40)이 회전력 전달축(30)의 타단부에 유속력에 의한 운동에너지를 전달하게 되면, 회전력 전달축(30)의 일단부는 회전축(20)에 고정되어 있으므로, 회전력 전달축(30)에 전달된 운동에너지가 회전에너지(Torque)로 변환된다. 이렇게 변환된 회전에너지는 회전축(20)을 회전시켜서, 발전기가 전기를 생산하도록 구성된다. 이는 하기에서 다시 설명하기로 한다.

그리고 회전력 전달축(30)의 타단부에는 회전판(40)이 수직으로 위치되도록 하기 위하여 그 길이방향과 수직 하방으로 가이드축(32)이 형성된다. 상기 가이드축(32)은 회전판(40)의 축 역할을 하는 것으로서, 볼트, 리벳 등과 같은 체결구에 의하여 회전력 전달축(30)의 타단부에 결합된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전판을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 회전판(40)은 해수의 물살에 대한 저항면적을 넓히도록 평평한 판형으로 형성되고, 그 일측은 가이드축(32)에 힌지 결합되어, 가이드축(32)을 축으로 하여 회전하도록 구성된다.

그리고 회전판(40)의 상측에는 스토퍼(42)가 돌출 형성된다. 스토퍼(42)는 회전판(40)이 좌우 회전되면서 회전력 전달축(30)의 하측에 위치될 때, 회전력 전달축(30)에 스토퍼(42)가 걸리게 되어, 회전판(40)의 회전운동을 제한시킴과 동시에, 회전력 전달축(30)에 유속력을 전달하도록 구성된다. 그리고 스토퍼(42)에는 요홈(42a)이 오목하게 형성되어, 회전력 전달축(30)이 걸리는 것이 가이드 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치의 작용을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조류발전장치는 강이나 바다와 같은 수상에 배치될 수 있으며, 유돌목(또는 유둘목)에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서는 조류가 흐르는 바다에 배치된다. 상기 조류발전장치가 바다에 배치되면, 부력체(10)가 해수면에 부유하게 되고, 부력체(10)의 하부에 위치된 회전력 전달축(30)과 회전판(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)은 해수면 아래에 잠기게 된다. 본 발명의 일 실시예에서 회전력 전달축(30)과 회전판(40)은 각각 6개가 구비되나, 이를 한정하는 것은 아님은 당연하고, 회전축(20)에 가해지는 회전에너지의 크기 또는 회전판(40)의 크기에 따라 이보다 적거나 많게 구비될 수 있다.

그리고 해수면 아래에는 조류가 일 방향으로 흐르게 되는데, 조류의 흐름방향을 기준으로 하여, 회전축(20)의 우측에 위치된 회전판(40a, 40b, 40c)은 조류의 흐름방향과 수평하게 회전되어, 유체저항이 발생되지 않는다.

그러나 상기 회전축(20)의 좌측에 위치된 회전판(40d, 40e, 40f)은 조류의 흐름방향과 수직한 방향으로 위치되어, 상기 회전판(40d, 40e, 40f)에는 조류의 흐름방향으로 밀리려고 하는 항력, 즉 유체저항이 발생된다. 이때, 회전축(20)의 좌측에 위치된 회전판(40d, 40e, 40f)은 스토퍼(42)에 의하여 회전력 전달축(30)에 걸리게 되면서 조류의 흐름방향과 수평방향으로 회전되지 못하고, 계속하여 조류의 흐름방향과 수직한 방향으로 위치된다. 그리고 이에 따라, 회전판(40d, 40e, 40f)에는 계속해서 조류에 의한 유체저항이 발생된다. 이러한 유체저항은 회전력 전달축(30)에 운동에너지를 전달시키게 되고, 회전력 전달축(30)은 이 운동에너지를 회전에너지로 변환시켜서, 회전력 전달축(30)이 회전되도록 구성된다. 그리고 회전력 전달축(30)이 회전되면, 회전축(20)이 같이 회전되며, 발전기는 회전축(20)의 회전력을 통하여 전기를 생산하게 된다.

한편, 회전력 전달축(30)의 회전에 의하여 회전축(20)의 좌측에 위치된 회전판(40d, 40e, 40f)은 우측으로 이동되는데, 이때에는 스토퍼(42)가 회전력 전달축(30)에 걸리지 않도록 위치되므로, 회전판(40d, 40e, 40f)이 조류의 흐름방향과 수평한 방향으로 위치된다. 반대로 회전력 전달축(30)의 회전에 의하여 회전축(20)의 우측에 위치된 회전판(40a, 40b, 40c)은 좌측으로 이동되는데, 이때에는 스토퍼(42)가 회전력 전달축(30)에 걸리도록 위치되므로, 회전판(40a, 40b, 40c)이 조류의 흐름방향과 수직한 방향으로 위치되어, 회전판(40a, 40b, 40c)에 유체저항이 발생되고, 이어서 회전력 전달축(30)에 운동에너지를 전달시킨다.

이처럼 회전력 전달축(30)이 일 방향으로 회전될 때, 좌측 회전판(40d, 40e, 40f)에는 유체저항이 발생되고, 우측 회전판(40a, 40b, 40c)에는 유체저항이 발생되지 않게 된다. 따라서 조류의 흐름 방향이 변경된다 하더라도, 변경된 조류의 흐름 방향을 기준으로 하여 좌측 회전판(40d, 40e, 40f)에만 유체저항이 발생되므로, 조류가 흐르는 한 상기 발전기가 꾸준하게 전기를 생산할 수 있다.

한편, 유체저항은 회전판(40)의 중량에 따라 또는 조류가 흐르는 속도에 따라, 그 힘이 커지므로, 회전판(40) 또는 스토퍼(42)를 고 중량의 물질로 구성하거나 조류의 속도가 빠른 곳에 본 발명의 조류발전장치를 설치하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 조류발전장치는 회전축(20)의 회전속도가 느리다 하더라도 회전판(40)을 다수 개 구비하여 회전에너지(Torque)를 크게 형성할 수 있으므로, 기어변환 등을 통하여 고 용량의 전기를 생산할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10: 부력체 20: 회전축
22: 베어링 30: 회전력 전달축
32: 가이드축 40: 회전판
42: 스토퍼 42a: 요홈

Claims (3)

1. 수면에 부유되는 부력체; 상기 부력체에 회전되도록 수직으로 위치되되, 그 일측이 수면 아래에 잠기는 회전축; 상기 회전축의 일측에 수직으로 고정 결합되어 상기 회전축에 회전력을 전달하는 적어도 하나의 회전력 전달축; 상기 회전력 전달축에 결합되며, 상기 회전력 전달축에 유체의 흐름에 의한 유속력을 전달하는 회전판; 및 상기 회전축의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하여 구성되는 조류발전장치에 있어서,
   상기 회전력 전달축은 다수 개로서 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배열되고,
   상기 회전력 전달축의 단부에는 그 길이방향과 수직 상방 또는 하방으로 가이드축이 연결되고, 상기 가이드축의 길이방향에 상기 회전판의 일측이 회동가능하도록 결합되어, 상기 회전판이 회전되도록 구성되며,
   상기 회전판에는 스토퍼가 돌출 형성되고, 상기 스토퍼가 상기 회전력 전달축에 걸리면서 상기 회전판의 회전이 제한되도록 구성되어 상기 회전력 전달축에 유속력을 전달하는 것을 특징으로 하는 조류발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스토퍼에는 상기 회전력 전달축이 걸리는 것을 가이드하도록 요홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 스토퍼는 상기 회전판의 회전을 가속화시키기 위하여 고 중량의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치.

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