KR101081026B1

KR101081026B1 - 양방향 조력발전장치

Info

Publication number: KR101081026B1
Application number: KR1020110045618A
Authority: KR
Inventors: 이승철; 이명훈
Original assignee: 이명훈; 이승철
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2011-11-09
Also published as: WO2012157840A1

Abstract

본 발명은 양방향 조력발전장치에 관한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 수중 바닥으로부터 일정한 폭과 높이로 구비되는 기초 프레임(10)과; 상기 기초 프레임(10)의 상단면에서 일정한 높이로 형성되는 수문 가이드(20)와; 상기 수문 가이드(20)의 사이에서 상부와 하부에 적층되도록 하고, 양측의 단면에는 랙기어(33)가 형성되도록 하여 승강용 가이드홈(21)을 따라 일정한 높이를 승강 가능하도록 구비되는 해수차단문(30)과; 상기 수문 가이드(20)의 내부에서 일정 높이차를 두고 구비되는 구동 모터(41)와 감속기(42)와 상기 해수차단문(30)의 랙기어(33)와 치합되어 상기 해수차단문(30)을 승강시키도록 하는 피니언 기어(44)로 이루어지는 수문 승강 구동부(40)와; 상부측 제1 해수차단문(31)의 일부 절개된 중앙부 상부면에 일정 높이로 승강 가능하게 구비되고, 바디(51)의 상부 일측에는 입수유도관(52)을 구비하며, 상기 입수유도관(52)과 반대 방향에는 출수구(53)가 구비되고, 상기 바디(51) 내부 중앙의 날개(54)를 축지지하는 회전축(55) 상부의 발전부(56)를 통해 발전이 이루어지도록 하는 발전기(50)와; 상기 발전기(50)를 상기 제1 해수차단문(31)으로부터 일정 높이를 승강하도록 하면서 일정 각도로 회전시키도록 하는 발전기 회전부(60)가 결합되도록 하므로서 조수의 방향에 관계없이 안정적이고 지속적이며, 높은 발전 효율을 구현할 수 있도록 하는 특징이 있다.

Description

양방향 조력발전장치{Tidal power generating apparatus}

본 발명은 양방향 조력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀물과 썰물의 해수 이동 압력을 모두 이용하여 안정적으로 발전이 이루어질 수 있도록 하는 동시에 출수구의 높이가 해수면보다는 높게 형성되도록 하므로서 출수구를 통한 해수의 원활한 배출에 의해 발전 효율이 한층 향상되도록 하는 양방향 조력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전은 수력을 이용하는 수력발전과 화석연료를 이용하는 화력발전 그리고 원자력을 이용한 원자력발전을 주로 사용하고 있다.

이런 발전방식은 설치장소에 제약이 따르거나 에너지원을 화석연료에 의존해야 하므로 자원이 고갈되는 문제가 있으며, 특히 원자력의 경우는 방사능 유출의 치명적인 위험이 우려되고 있다.

한편 수력발전은 발전 용량이 크지 않아 현재는 주로 화력발전과 원자력발전에 의존하는 경향이 크며, 특히 원자력발전에 의한 발전 용량이 화력발전에 비해서도 경제적이라는 이점 때문에 비록 위험이 따르기는 하나 전기를 사용하는 소비량이 지속적으로 증가하면서 원자력발전을 이용한 발전이 가장 확실한 해결 방안으로 제시되고 있다.

하지만 체르노빌 원전이나 후쿠시마 원전에서의 사례에서와 같이 원자력발전은 아무리 안전장치를 구비한다 하더라도 천재지변이나 안전사고에 의한 방사능 누출 사고 발생 시 방사능 오염으로 인한 불가항력의 결과를 초래하면서 지구환경 및 인류에 치명적인 피해가 발생되므로 최근 선진국에서는 원자력보다는 좀더 자연친화적인 발전방식으로 에너지를 생산하도록 하는 방식이 점차 늘고 있는 추세이다.

이런 원자력발전을 대체하기 위하여 주로 가장 많이 사용하는 것이 태양열 발전과, 풍력발전 및 바다의 조수 간만의 차를 이용한 조력발전이 있다.

특히 태양열 발전이나 풍력발전 및 조력발전은 친환경적이면서도 사용이 무한하다는 이점이 있으며, 또한 한번 설치하면 유지 관리가 경제적인 이점이 있다.

그러나 이중 종전의 조력발전은 초기 설비 투자 비용이 과다한 반면 발전 효율은 그만큼 높지 않아 효율면에서 비경제적인 단점이 있고, 특정한 지리적 조건의 설치 한계가 있는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 발전기의 해수 입수구와 출수구의 방향이 조수의 방향에 따라 전환될 수 있도록 하므로서 밀물과 썰물의 모든 상황에서도 지속적이고 안정적으로 발전이 가능하도록 하는 양방향 조력발전장치를 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 파고의 높이에 따라 해수차단문이 승강되도록 하면서 출수구가 해수면보다는 항상 낮게 형성되도록 하므로서 조수간만의 효율을 최대한 극대화시켜 발전 효율이 대폭적으로 향상되도록 하는 양방향 조력발전장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

특히 본 발명은 해수차단문의 양측으로 해수가 채워지면서 양측의 수위 차가 발생되는 부위에서만 수압이 작용하게 되므로 해수차단문의 내구력이 향상되도록 하는 동시에 사용수명을 한층 연장시킬 수 있도록 하는 양방향 조력발전장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기의 목적 달성을 위하여 본 발명의 양방향 조력발전장치는, 수중 바닥으로부터 일정한 폭과 높이로 구비되고, 상단면에는 일정한 간격마다 일정 폭과 높이로 하향 요입되도록 도어삽입홈을 형성하는 기초 프레임과; 도어삽입홈 사이의 상기 기초 프레임의 상단면에서 일정한 높이로 형성되고, 서로 마주보는 면에 상단부로부터 상기 기초 프레임의 상단면에 근접하는 위치에 이르는 높이로 승강용 가이드홈을 형성하는 수문 가이드와; 상기 수문 가이드의 사이에서 상부와 하부에 적층되도록 하고, 양측의 단면에는 랙기어가 형성되도록 하여 승강용 가이드홈을 따라 일정한 높이를 승강 가능하도록 구비되는 해수차단문과; 상기 수문 가이드의 내부에서 일정 높이차를 두고 구비되는 구동 모터와 상기 구동 모터의 구동력을 감속시키는 감속기와 상기 감속기로부터 상기 수문 가이드의 승강용 가이드홈으로 인출되도록 한 구동축에 축고정되면서 상기 해수차단문의 랙기어와 치합되어 상기 해수차단문을 승강시키도록 하는 피니언 기어로 이루어지는 수문 승강 구동부와; 상부측 제1 해수차단문의 일부 절개된 중앙부 상부면에 일정 높이로 승강 가능하게 구비되고, 상부로부터 하부로 점차 외경이 축소되는 형상인 바디의 상부 일측에는 깔대기 형상의 입수유도관을 구비하며, 상부의 입수구로부터 하부의 상기 입수유도관과 반대 방향으로 구비되는 출수구로 점차 관내경이 축소되도록 하여 내부를 소용돌이치며 해수가 배출되도록 하고, 해수의 유동 압력에 의해 바디 내부 중앙의 날개가 회전되도록 하여 회전축 상부의 발전부를 통해 발전이 이루어지도록 하는 발전기와; 상기 발전기의 하부측 제1해수 차단문에 고정되도록 한 상향 개방된 원통의 고정캡의 내부에서 하부에 고정된 스크류잭 모터에 의해 일정 높이를 승강하는 원통의 승강캡이 구비되도록 하고, 상기 승강캡의 내부에는 스텝모터가 고정되도록 하면서 상단부에는 상기 발전기의 하단부와 회전 가능하게 베어링 결합되도록 하며, 상기 발전기와 연결되는 베어링의 내륜에 부착된 내접 링기어는 상기 스텝모터의 구동축에 축고정된 구동기어와 치합되도록 하는 발전기 회전부로서 이루어지는 구성이다.

상기의 구성에 따른 본 발명의 양방향 조력발전장치는 썰물과 밀물의 해수가 유동하는 방향을 따라 발전기의 입수구와 출수구의 방향이 전환되도록 하므로서 조수방향에 관계없이 지속적인 발전을 수행할 수 있도록 하는 동시에 해수차단문에 의해 해수가 발전기측으로 집중되도록 하면서 해수면을 따라서는 발전기의 높이가 이동하도록 하므로서 발전 효율을 극대화시킬 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 해수차단문에서의 수압이 가해지는 부위는 수위 차가 발생되는 비교적 짧은 부위에 불과하므로 해수차단문의 내구력을 대폭적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용 수명을 극대화시킬 수 있고, 한번 설치하면 유지 관리비가 거의 소요되지 않아 경제적인 유지 관리가 가능하도록 하는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치를 예시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 예시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 예시한 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 예시한 정단면도,
도 5는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 예시한 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 수문 승강 구동부를 예시한 요부 확대도,
도 7은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기 회전부를 확대 도시한 단면도,
도 8과 도 9는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 작동에 따른 해수차단문의 승강 구조를 도시한 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기를 상승시킨 작동 구성을 도시한 발전기 회전부의 확대도,
도 11은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기를 상승시킨 작동 구성을 도시한 사시도,
도 12는 본 발명에 따른 발전기의 회전 작동 구조를 예시한 평면도,
도 13은 본 발명에 따라 발전기를 회전시킨 상태의 측단면도,
도 14는 본 발명에 따라 발전기를 회전시킨 상태의 사시도.

이하 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치를 예시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 결합된 구성을 예시한 평면도이고, 도 4는 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 5는 도 2의 B-B선 단면도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 양방향 조력발전장치는 크게 기초 프레임(10)과 수문 가이드(20)과 해수차단문(30)과 수문 승강 구동부(40)와 발전기(50)와 발전기 회전부(60)로서 이루어지는 구성이다.

상기의 구성에서 기초 프레임(10)은 수중 바닥면을 따라 일정 길이로서 구비되도록 하는 구성으로서, 기초 프레임(10)은 수중 바닥으로부터 일정한 폭과 높이로 건설되는 콘크리트 구조물이며, 상단면에는 일정한 간격마다 일정 폭과 높이로 하향 요입되게 하므로서 도어삽입홈(11)이 형성되도록 한다.

이러한 기초 프레임(10)은 조수간만의 차가 큰 해안를 따라 구축되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 수문 가이드(20)는 기초 프레임(10)의 상부면에서 도어삽입홈(11)들간 사이에 일정한 높이로서 구비되는 구성으로서, 수문 가이드(20)는 기초 프레임(10)과 함께 콘크리트 성형에 의해 동시에 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

수문 가이드(20)는 수평의 단면이 사각형 또는 다각형 등의 다양한 형상으로 형성이 가능하고, 그외에도 도시한 바와 같이 타원형상으로 형성되게 할 수도 있으며, 다만 내부는 중공을 갖는 형상으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같은 수문 가이드(20)에는 서로 마주보는 면으로 상향 개방되도록 하면서 상단부로부터 기초 프레임(10)의 상단면에 근접하는 높이에 이르는 길이로 수직의 승강용 가이드홈(21)이 형성되도록 하고, 승강용 가이드홈(21)의 마주보는 내측면간 간격은 기초 프레임(10)의 상단면에 형성되는 도어삽입홈(11)의 길이보다는 길게 형성되도록 하는 것이 보다 바람직하며, 상단부는 수면에 잠기지 않는 높이로서 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 해수차단문(30)은 양측의 수문 가이드(20) 사이에서 승강 가능하게 구비되는 구성으로서, 해수차단문(30)은 양측단부가 수문 가이드(20)의 승강용 가이드홈(21)을 따라 일정 높이를 승강이 가능하게 구비되도록 하는 구성이다.

해수차단문(30)은 다시 상부의 제1 해수차단문(31)과 이 제1 해수차단문(31)의 하부에 나란히 병설되는 제2 해수차단문(32)으로 이루어지는 구성으로서, 이때 하부의 제2 해수차단문(32)은 기초 프레임(10)의 상단면에 형성한 도어삽입홈(11)으로의 하향 삽입 및 상향 인출이 가능하도록 한다.

이들 제1 해수차단문(31)과 제2 해수차단문(32)은 양측단부가 승강용 가이드홈(21)을 따라 승강이 가능하도록 일부가 승강용 가이드홈(21)에 삽입되며, 이들 삽입되는 양측단면을 따라서는 랙기어(33)가 각각 일체로 형성되도록 한다.

따라서 해수차단문(30)은 도어삽입홈(11)의 상부에서 수문 가이드(20)와 함께 해수의 유동을 차단시키는 작용을 하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 수문 승강 구동부를 예시한 요부 확대도이다.

본 발명의 수문 승강 구동부(40)는 수문 가이드(20)의 내부에 구비되는 구동 모터(41)와 감속기(42), 수문 가이드(20)의 승강용 가이드홈(21)측으로 구비되는 구동축(43)과 피니언 기어(44)로 이루어지는 구성이다.

즉 수문 가이드(20)의 내부에서 구동 모터(41)는 견고하게 고정되도록 하는 구성이고, 구동 모터(41)의 일측에서 구동 모터(41)로부터 발생되는 구동력을 감속시키는 감속기(42)가 연결되도록 한다.

감속기(42)로부터는 구동축(43)이 수문 가이드(20)의 내부에서 승강용 가이드홈(21)의 내측으로 노출되도록 하며, 이렇게 승강용 가이드홈(21)에 위치되는 구동축(43)의 단부에는 이 승강용 가이드홈(21)에 삽입된 해수차단문(30)의 양측단부에 형성되도록 한 랙기어(33)와 치합되도록 피니언 기어(44)가 축고정되도록 한다.

이와 같은 수문 승강 구동부(40)는 수문 가이드(20)에서 일정 높이차를 두고 형성되도록 하므로서 상부측 수문 승강 구동부(40)는 제1 해수차단문(31)과 기어결합되고, 하부측 승강 구동부(40)는 제2 해수차단문(32)과 기어결합되도록 한다.

따라서 제1 해수차단문(31)과 제2 해수차단문(32)은 각각 다른 수문 승강 구동부(40)에 의해서 승강되게 하므로서 각 해수차단문(30)은 개별적으로 승강될 수 있도록 한다.

한편 하나의 수문 가이드(20)에서 수문 승강 구동부(40)는 양측으로 상호 대칭이 되는 구성으로 형성되게 할 수도 있고, 역방향으로 뒤집힌 형상으로 형성되게 할 수도 있다.

또한 본 발명의 발전기(50)는 해수차단문(30) 중 상부에 구비되는 제1 해수차단문(31)의 상부에 구비되는 구성이다.

즉 상부측 제1 해수차단문(31)의 중앙부 상부면은 일부 절개되도록 하므로서 이렇게 절개된 부위에 발전기(50)가 구비되도록 하되 제1 해수차단문(31)의 절개된 부위의 측면을 따라 일정 높이로 승강 가능하게 구비되도록 한다.

발전기(50)는 상부로부터 하부로 점차 외경이 축소되는 형상으로 바디(51)를 형성하고, 바디(51)의 상부 일측에는 깔대기 형상의 입수유도관(52)이 구비되도록 하며, 입수유도관(52)이 연결되는 상부의 입수구로부터 입수유도관(52)과는 반대 방향으로 구비되는 출수구(53)측으로 점차 관내경이 축소되도록 하므로서 바디(51)의 내부를 소용돌이치며 유동하면서 해수가 배출되도록 한다.

바디(51)의 내부에는 중앙에 날개(54)가 구비되도록 하여 해수의 유동 압력에 의해 회전하도록 하며, 날개(54)를 축지지하는 회전축(55)의 상부에는 발전부(56)가 구비되도록 하므로서 회전축(55)의 회전력에 의해 발전부(56)에서 실질적으로 전력을 발생시키는 된다.

한편 본 발명의 발전기 회전부(60)는 발전기(50)의 하부측 제1 해수차단문(31)에 구비되도록 하여 그 상부의 발전기(50)를 일정 높이로 승강시키는 동시에 형성 방향을 전환시킬 수 있도록 하는 구성이다.

즉 발전기 회전부(60)는 다시 고정캡(61)과 스크류잭 모터(62)와 수직상승형 프랜지(63)와 승강캡(64)과 스텝모터(65)와 베어링(66) 및 링기어(67)로서 구비되도록 하는 구성이다.

도 7은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기 회전부를 확대 도시한 단면도로서, 이를 보다 상세하게 설명하면 발전기 회전부(60)의 고정캡(61)은 제1 해수차단문(31)의 발전기(60)가 고정되는 부위의 하부에서 제1 해수차단문(31)에 견고하게 고정되도록 구비되는 구성으로서, 상향 개방되도록 한 원통형의 형상이다.

고정캡(61)의 내부에는 하부에 스크류잭 모터(62)가 고정되도록 하되 스크류잭 모터(62)로부터는 고정캡(61)의 중앙으로 회전 스크류(620)가 축결합되도록 하며, 이러한 고정캡(61)의 내부에는 고정캡(61)의 상단부에서 실링이 이루어지도록 하면서 승강이 가능하도록 하는 원통형상으로 승강캡(64)이 구비되도록 하되 승강캡(64)의 내부에는 평판의 격판(640)이 구비되도록 하고, 이 격판(640)의 중앙을 회전 스크류(620)가 관통하도록 하면서 격판(640)의 저면에는 회전 스크류(620)에 나사결합되는 수직상승형 프랜지(63)가 일체로 고정되도록 한다.

따라서 스크류잭 모터(62)의 구동에 의해 회전 스크류(620)를 회전시키게 되면 수직상승형 프랜지(63)가 회전 스크류(620)를 따라 승강하게 되므로 수직상승형 프랜지(63)가 고정된 승강캡(64)이 연동하면서 일정 높이를 승강하게 된다.

또한 승강캡(64)의 내부에서는 스텝모터(65)가 고정되도록 하되 스텝모터(65)는 별도의 브라켓을 이용하여 고정되게 할 수도 있으나, 내부의 격판(640)에 안착 고정되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

특히 스텝모터(65)는 중앙에서 일측으로 편심된 위치에 구비되도록 하며, 이 스텝모터(65)로부터 인출된 구동축(650)의 선단에는 구동기어(651)가 축고정되도록 한다.

한편 승강캡(64)의 상단부에는 베어링(66)이 고정되도록 하며, 베어링(66)은 외륜(660)에 승강캡(64)이 결합되고, 내륜(661)에는 발전기(50)의 하단부가 견고하게 결합되도록 한다.

다만 베어링(66)의 내륜(661)측 내경면에는 내접기어인 링기어(67)가 부착되도록 하며, 이 링기어(67)에는 스텝모터(65)의 구동축(650)에 축고정된 구동기어(651)가 기어결합되도록 한다.

따라서 스텝모터(65)의 구동에 의해서는 구동기어(651)가 회전되도록 하므로서 구동기어(651)와 기어결합한 링기어(67)를 회전시켜 발전기(50)를 회전시키도록 한다.

또한 상기한 구성에서 입수 유도관(52)은 바디(51)의 입수구에 연결되는 출수측 단부에 비해 해수가 유입되는 입수측 단부의 내경이 대폭적으로 확장되도록 하면서 입수측 단부로부터 출수측 단부로 점차 내경이 좁아지도록 하며, 특히 출수측 단부는 바디(51)의 상부측으로 위치되는데 대해 입수측 단부는 바디(51)의 정면 전체를 커버하는 사이즈로서 형성되도록 하여 출수측 단부가 상측으로 편심되도록 하는 것이 보다 바람직하고, 입수측 단부의 정면 형상을 원형보다는 장방형으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

한편 본 발명의 구성에서 일측의 수문 가이드(20) 상단부에는 콘트롤러(70)가 구비되도록 하고, 발전기(50)의 바디(51) 외주면에는 수위 센서(71)가 부착되게 하므로서 수면의 높이에 따라 콘트롤러(70)에 의해 수문 승강 구동부(40)의 구동 모터(41)를 구동시켜 해수차단문(30)을 승강시킬 수 있도록 한다.

또한 콘트롤러(70)를 통해 발전기 회전부(60)의 스크류잭 모터(62)와 스텝모터(65)의 구동이 제어되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이에 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치를 이용한 발전작용을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 8과 도 9는 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 작동에 따른 해수차단문의 승강 구조를 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 양방향 조력발전장치는 기초 프레임(10)의 도어삽입홈(11)으로부터 제2 해수차단문(32)이 완전히 인출되도록 상승되도록 한 상태에서 제2 해수차단문(32)의 상단부에는 제1 해수차단문(31)이 적층되는 상태가 되도록 한다.

이와 같이 제1 해수차단문(31)과 제2 해수차단문(32)이 완전히 상승되면 해수가 유도되는 방향의 수위가 그 반대쪽 수위보다는 높아지게 된다.

즉 해수차단문(30)의 형성 높이가 수면보다 높아지면 해수차단문(30)에 의해 수면이 양분되는 상태가 되며, 이때 파도가 밀려오는 방향에서는 수위가 점차 상승하게 되는데 반해 해수차단문(30)의 반대쪽 방향에는 거의 수위 변화가 없는 상태가 되면서 수위 차이가 발생하게 된다.

따라서 발전기(50)의 입수유도관(52)이 파도가 밀려오는 방향을 향해 형성되도록 하면 파도가 입수유도관(52)을 통해 강력한 압력으로 바디(51)의 내부로 유도되고, 바디(51)의 내부를 지나면서 해수는 소용돌이를 일으키게 된다.

해수의 소용돌이 유동에 의해서 바디(51)의 내부에 축지지되어 있는 날개(54)가 회전하게 되면 이 회전력에 의해 날개(54)를 축지지하는 회전축(55)을 회전시킬 수가 있게 되므로 회전축(55) 상부로 구비된 발전부(56)에서는 회전축(55)의 회전 구동력에 의해 전력을 생성시키게 되는 것이다.

이때 바디(51)의 내부를 소용돌이치면서 상부로부터 하부로 이동하게 되는 해수는 바디(51) 하부의 출수구(53)를 통해 배출되게 되는데 이때의 출수구(53)는 수면보다는 상부에 위치되게 하므로서 출수구(53)를 통한 해수의 배출이 한층 원활하게 이루어질 수가 있게 된다.

이렇게 밀물에 의한 파도가 입수유도관(52)으로 유도되면서 입수구로부터 출수구(53)로 점차 내경이 축소되게 하므로서 더욱 강력한 소용돌이가 발생되도록 하고, 이러한 소용돌이는 수면의 상부에 위치되도록 하는 출수구(53)를 통해 배출이 원활해지면서 한층 유동 유속을 증대시켜 회전력을 극대화시킬 수가 있도록 한다.

만일 해수차단문(30) 양측의 수위를 동일한 상태가 되도록 하기 위해서는 도 8의 구성에서 하부측 제2 해수차단문(32)을 하강시켜 기초 프레임(11)의 도어 삽입홈(11)에 삽입되도록 하면 제1 해수차단문(31)과 제2 해수차단문(32)간 벌어진 공간을 통해 해수가 이동되도록 한다.

그리고 수면의 수위가 점차 낮아지게 되면 도 9에서와 같이 해수차단문(30)을 수위에 따라 하강시키도록 한다.

다시 썰물이 시작되면 우선 해수의 유동 방향이 전환되므로 발전기(50)를 회전시켜 입수 유도관(52)의 입수측 단부가 반대 방향에 위치되도록 해야만 한다.

하지만 발전기(50)는 제1 해수차단문(31)의 상부에 구비된 상태에서는 회전이 불가하며, 따라서 발전기 회전부(60)에서의 스크류잭 모터(62)를 구동시켜 승강캡(64)을 일정 높이로 상승되도록 한다.

도 10은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기를 상승시킨 작동 구성을 도시한 발전기 회전부의 확대도이고, 도 11은 본 발명에 따른 양방향 조력발전장치의 발전기를 상승시킨 작동 구성을 도시한 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 발전기 회전부(60)에서 승강캡(64)의 상승 높이는 발전기(50)가 제1 해수차단문(31)의 상부로부터 상향 이탈되는 위치가 되도록 하며, 이를 위해 발전기(50)는 바디(51)의 양측으로 슬라이드 월(57)이 일체로 형성되도록 하고, 제1 해수차단문(31)에는 슬라이드 월(57)이 회전은 방지되면서 슬라이드 승강할 수 있도록 한다.

스크류잭 모터(62)를 구동시키게 되면 스크류잭 모터(62)의 구동에 의해 회전 스크류(620)가 회전되며, 이 회전 스크류(620)에는 수직상승형 프랜지(63)가 나사 결합되고, 수직상승형 프랜지(63)는 승강캡(64)의 수평 격판(640)에 일체로 연결되므로 결국 스크류잭 모터(62)에 의해 승강캡(64)을 일정 높이로 상승시킬 수가 있게 된다.

승강캡(64)이 상승되면 승강캡(64)에 베어링(66)으로 연결된 발전기(50)가 제1 해수차단문(31)을 벗어나는 높이까지 상승되면서 회전 가능한 상태가 되고, 이 상태에서 승강캡(64) 내부에 고정되도록 한 스텝모터(65)를 구동시켜 구동기어(651)를 회전시키므로서 구동기어(651)를 내접하는 링기어(67)가 회전하면서 베어링(66)을 통해 발전기(50)를 회전시킨다.

도 12는 본 발명에 따른 발전기의 회전 작동 구조를 예시한 평면도이고, 도 13은 본 발명에 따라 발전기를 회전시킨 상태의 측단면도이며, 도 14는 본 발명에 따라 발전기를 회전시킨 상태의 사시도이다.

발전기(50)를 썰물이 유입되는 방향으로 입수 유도관(52)이 위치되도록 회전시킨 후 다시 승강캡(64)을 역방향으로 상승시키게 되면 발전기(50)가 재차 제1 해수차단문(31)에 결합되게 하므로서 회전이 방지되는 상태가 되도록 한다.

이와 같은 상태에서도 입수 유도관(52)을 수면 높이에 위치되도록 제1 해수차단문(31)과 제2 해수차단문(32)을 상승시키게 되면 발전기(50)에서의 출수구(53)가 수면보다 낮아지는 상태가 되면서 밀물 때와 마찬가지로 지속적으로 전력을 발생시킬 수가 있게 된다.

따라서 본 발명의 양방향 조력발전장치를 통해 밀물과 썰물 시에 안정적이면서 지속적으로 발전을 할 수가 있게 되므로 발전 효율을 극대화시킬 수가 있게 된다.

특히 본 발명은 해수차단문(30)을 기준으로 양측의 수위 차가 발생되는 부위가 크지 않고 결국 수압은 이 수위 차가 발생되는 부위에서만 발생되므로 해수차단문(30)에 가해지는 스트레스를 최소화할 수 있게 됨과 함께 내구력 향상과 사용 수명을 최대한 향상시킬 수가 있도록 하며, 한층 간소화된 구성으로 구비되게 하므로서 시공이 간편하고, 시공비의 절감 및 유지 관리에도 상당한 경제적 이익과 편리함을 제공할 수가 있게 된다.

또한 콘트롤러(70)를 통해 해수차단문(30)의 승강과 발전기(50)의 승강 및 회전 구동을 제어할 수 있도록 하므로서 발전 설비의 관리가 대단히 간편해지는 이점을 제공한다.

10 : 기초 프레임 11 : 도어 삽입홈
20 : 수문 가이드 21 : 승강용 가이드홈
30 : 해수차단문 31 : 제1 해수차단문
32 : 제2 해수차단문 33 : 랙기어
40 : 수문 승강 구동부 41 : 구동 모터
42 : 감속기 43 : 구동축
44 : 피니언 기어 50 : 발전기
51 : 바디 52 : 입수 유도관
53 : 출수구 54 : 날개
55 : 회전축 56 : 발전부
57 : 슬라이드 월 60 : 발전기 회전부
61 : 고정캡 62 : 스크류잭 모터
620 : 회전 스크류 63 : 수직상승형 프랜지
64 : 승강캡 640 : 격판
65 : 스텝모터 650 : 구동축
651 : 구동기어 66 : 베어링
660 : 외륜 661 : 내륜
67 : 링기어 70 : 콘트롤러
71 : 수위 센서

Claims

수중 바닥으로부터 일정한 폭과 높이로 구비되고, 상단면에는 일정한 간격마다 일정 폭과 높이로 하향 요입되도록 도어삽입홈(11)을 형성하는 기초 프레임(10)과; 도어삽입홈 사이의 상기 기초 프레임(10)의 상단면에서 일정한 높이로 형성되고, 서로 마주보는 면에 상단부로부터 상기 기초 프레임(10)의 상단면에 근접하는 위치에 이르는 높이로 승강용 가이드홈(21)을 형성하는 수문 가이드(20)와; 상기 수문 가이드(20)의 사이에서 상부와 하부에 적층되도록 하고, 양측의 단면에는 랙기어(33)가 형성되도록 하여 승강용 가이드홈(21)을 따라 일정한 높이를 승강 가능하도록 구비되는 해수차단문(30)과; 상기 수문 가이드(20)의 내부에서 일정 높이차를 두고 구비되는 구동 모터(41)와 상기 구동 모터(41)의 구동력을 감속시키는 감속기(42)와 상기 감속기(42)로부터 상기 수문 가이드(20)의 승강용 가이드홈(21)으로 인출되도록 한 구동축(43)에 축고정되면서 상기 해수차단문(30)의 랙기어(33)와 치합되어 상기 해수차단문(30)을 승강시키도록 하는 피니언 기어(44)로 이루어지는 수문 승강 구동부(40)와; 상부측 제1 해수차단문(31)의 일부 절개된 중앙부 상부면에 일정 높이로 승강 가능하게 구비되고, 상부로부터 하부로 점차 외경이 축소되는 형상인 바디(51)의 상부 일측에는 깔대기 형상의 입수유도관(52)을 구비하며, 상부의 입수구로부터 하부의 상기 입수유도관(52)과 반대 방향으로 구비되는 출수구(53)로 점차 관내경이 축소되도록 하여 내부를 소용돌이치며 해수가 배출되도록 하고, 해수의 유동 압력에 의해 상기 바디(51) 내부 중앙의 날개(54)가 회전되도록 하면서 회전축(55) 상부의 발전부(56)를 통해 발전이 이루어지도록 하는 발전기(50)와; 상기 발전기(50)의 하부측 제1 해수차단문(31)에 고정되도록 한 상향 개방된 원통의 고정캡(61)의 내부에는 하부에 고정되도록 한 스크류잭 모터(62)에 의해 일정 높이를 승강하는 원통의 승강캡(64)이 구비되도록 하고, 상기 승강캡(64)은 내부에 스텝모터(65)가 고정되도록 하면서 상단부에는 상기 발전기(50)의 하단부와 회전 가능하게 베어링 결합되도록 하며, 상기 발전기(50)와 연결되는 베어링(66)의 내륜(661)에 부착된 내접 링기어(67)는 상기 스텝모터(65)의 구동축(650)에 축고정된 구동기어(651)와 치합되도록 하여 상기 발전기(50)를 회전시키도록 하는 발전기 회전부(60);의 결합으로 이루어지는 양방향 조력발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 입수 유도관(52)은 상기 바디(51)의 입수구에 연결되는 출수측 단부에 비해 해수가 유입되는 입수측 단부의 내경이 보다 확장되도록 하면서 입수측 단부로부터 출수측 단부로 점차 내경이 좁아지도록 하는 양방향 조력발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수문 가이드(20)에서 승강용 가이드홈(21)의 마주보는 내측면간 간격은 상기 기초 프레임(10)의 상단면에 형성되는 도어삽입홈(11)의 길이보다 길게 형성되도록 하는 양방향 조력발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수문 가이드(20)는 일측의 상단부에 콘트롤러(70)가 구비되도록 하고, 상기 발전기(50)의 상기 바디(51) 외주면에는 수위 센서(71)가 부착되게 하므로서 수면의 높이에 따라 상기 콘트롤러(70)에 의해 상기 수문 승강 구동부(40)의 구동 모터(41)를 구동시켜 상기 해수차단문(30)의 승강이 제어되도록 하는 양방향 조력발전장치.