KR101081428B1

KR101081428B1 - 심해용 수차 발전장치

Info

Publication number: KR101081428B1
Application number: KR1020100050637A
Authority: KR
Inventors: 김형진
Original assignee: 김형진
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-11-08

Abstract

본 발명은 심해용 수차 발전장치에 관한 것으로서, 강이나 바다속의 심해에 설치가 이루어짐으로서 수위의 변화에 관계없이 조류력을 이용하여 항상 안정적인 발전효과를 나타낼 수 있도록 한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 발전장치는, 원통형상을 이루며 회동 가능하게 구성된 회동하우징(10)과; 상기 회동하우징(10)을 감싸는 형태를 이루며 별도의 고정수단에 의해 수중에 고정 설치되는 고정케이싱(40)과; 상기 회동하우징(10)의 외표면에 나선형상으로 돌출 구비된 가이드돌기(11)와; 상기 회동하우징(10)의 회전을 지지하기 위해 회동하우징(10)의 내부를 길이방향으로 관통하여 설치된 회전 지지축(20)과; 상기 회동하우징(10) 내주면에 형성되어져 있는 래크부(12)와; 상기 래크부(12)와 치합된 구동기어(13)와; 상기 구동기어(13)의 구동축(13a)을 통해 회동력이 전달되고, 상기 회전지지축상(20)에 고정 설치된 발전기(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

심해용 수차 발전장치{A POWER GENERATION MACHINE STRUCTURE USING WATER WHEEL}

본 발명은 수차를 이용한 조류력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심해에 설치되어 조류력을 이용하여 전기 발전이 이루어지도록 설치되어지는 발전식 수차에 관한 것이다.

일반적으로 오래전부터 인류는, 기존의 화석에너지 자원이 점차 고갈되어갈 뿐만 아니라 지구환경을 오염시키기 때문에, 환경을 오염시키지 않는 청정대체 에너지를 이용할 수 있는 장치개발을 위하여 많은 연구와 노력을 기울여 왔다.

상술한 바와 같은 청정대체 에너지로는 태양 에너지, 풍력 에너지, 조류력 에너지, 조력 에너지, 지열 에너지, 생화학 에너지 등이 있다.

상기와 같은 청정대체 에너지 중 조류력 에너지는 세계 곳곳에 상당히 빠른 해류가 발생하는 곳이 많이 있고 우리나라 남해안에도 10놋트 이상의 고속 조류지역이 있어 대용량의 발전장치를 구동하는데 많이 사용되어 왔다.

상기와 같이 대용량의 발전장치를 구동하는데 사용되어 온 종래의 조류력 발전 장치는 도 1에서 도시된 바와 같이, 수차 지지구조물(10)의 상부면에 고정식 구조물(20)이 설치되고, 상기 고정식 구조물(20)의 하부에 수직 원통형 수차(50)가 설치되며, 상기 고정식 구조물(20) 상부면에 설치되어 상기 수직 원통형 수차(50)와 연결되는 증속기(30)를 구비하고, 상기 증속기(30)와 연결된 발전기(60)로 구성된다.

그러나 상기와 같이 구성된 수직 원통형 수차(50)를 설치한 조류력 발전장치는 수직 원통형 수차(50)가 물속에 완전히 잠겨있으므로 조류가 있을 때 한 쪽에서는 회전력을 발생하지만 반대로 다른 쪽에서는 회전에 저항하는 저항력이 발생한다는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 도 2에서 도시된 바와 같이 상기 수직 원통형 수차(50)에 발생되는 저항력을 제거하여 주어진 조류의 상태에서 가능한 많은 전력이 생산되도록 큰 회전력을 발생하는 수평 수차형 조류력 발전장치를 사용하여 왔다.

상기 도 2에 도시된 수평 수차형 조류력 발전장치는 수차 지지구조물(1) 상단에 고정식 구조물(9)이 장착되며, 상기 고정식 구조물(9) 중앙부에 수차(8)가 설치되고, 상기 고정식 구조물(9)의 상부에 설치되어 수차(8)와 연결된 증속기(5)를 구비하고, 상기 증속기(5)와 연결된 발전기(6)를 구비하여 구성된다.

또한, 도 3에서 도시된 바와 같이 다수개의 수평형 수차를 조류가 발생하는 지역의 유속, 수심, 조류 폭 및 조석 간만의 차이 등 위치특성에 따라 복수열 또는 복수단으로 고정식 구조물(9)에 다수 설치하고, 각각의 수차(8)에 연결된 발전기(6)를 케이블(11)로 연결하여 구성한다.

그러나 도 2 및 도 3과 같이 구성된 수평 수차형 조류력 발전장치는 조석 간만의 차이로 인한 수위변화에 따라 수차가 발생하는 회전력이 큰 영향을 받아 발전량이 감소되거나 발전량을 일정하게 유지할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 수차가 수면위에 설치되어짐으로 수위의 상승 또는 하강에 따른 수위 변화에 능동적인 대처가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 조석 간만의 차에 따른 조류의 이동을 전기 에너지로 활용이 가능한 심해 설치용 수차 발전장치를 제공함으로써, 보다 효율적인 조류력을 이용한 전기 발전이 이루어질 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 수차 발전장치는, 원통형상을 이루며 회동 가능하게 구성된 회동하우징과; 상기 회동하우징을 감싸는 형태를 이루며 별도의 고정수단에 의해 수중에 고정 설치되는 고정케이싱과; 상기 회동하우징의 외표면에 나선형상으로 돌출 구비된 가이드돌기와; 상기 회동하우징의 회전을 지지하기 위해 회동하우징의 내부를 길이방향으로 관통하여 설치된 회전 지지축과; 상기 회동하우징 내주면에 형성되어져 있는 래크부와; 상기 래크부와 치합된 구동기어와; 상기 구동기어의 구동축을 통해 회동력이 전달되고, 상기 회전지지축상에 고정 설치된 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 수차 발전장치는, 강이나 바다속의 심해에 설치가 이루어짐으로서 수위의 변화에 관계없이 조류력을 이용하여 항상 안정적인 발전효과를 나타낼 수 있게 된다.

특히, 스크류형상을 이루는 회동하우징이 조류력과의 작용에 의해 자체 회동이 이루어지게 됨으로 발전효과를 극대화 할 수 있게 된다.

도 1은 종래 고정식 구조물에 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치.
도 2는 종래 고정식 수평 수차형 조류력 발전장치.
도 3은 종래 다수개의 수평수차를 설치한 조류력 발전장치.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 수차 발전장치의 정단면 구조도.
도 5는 도 5의 A부 확대도.
도 6은 도 5의 B-B부 단면도.
도 7은 본 발명 발전장치의 고정케이싱(40) 단면 구조도.
도 8은 본 발명 발전장치의 단일 설치 상태도
도 9는 본 발명 발전장치의 다수개 설치 상태도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수차 발전장치 단면 구조도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수차 발전장치 단면 구조도.

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

먼저, 일 실시 예에 따른 수차 발전장치의 구조를 도 4 내지 도 6을 통해 살펴보면, 고정케이싱(40) 내부에는 회동 하우징(10)이 구비되어지게 되는데, 회동하우징(10)은 중심을 관통하는 회전지지축(20)상에 베어링(16)에 의해 회동 가능하게 지지되어지며, 회동하우징(10) 외주면상에는 가이드돌기(11)가 나선형태로 돌출 형성되어짐으로 조류의 흐름에 의해 회동하우징(10)에 회동력이 전달될 수 있도록 하였다.

그리고, 고정케이싱(40)은 조류의 유입 및 유출이 이루어지는 양측단의 입구부 내경(D)이 단부로 갈수록 점차 넓어지는 좌우 대칭형상을 이루도록 함으로서 조류의 유입 및 유출이 원활히 이루어질 수 있도록 함과 함께 최대의 조류 이동력이 회동하우징(10)에 영향을 미칠 수 있도록 하였다.

한편, 회동 하우징(10) 내주면상에는 래크부(12)가 형성되어져 있으며, 래크부(12)에는 발전기(30)로 동력을 전달하기 위한 구동기어(13)가 치합 구성되어져 있다.

즉, 구동기어(13)가 일단에 결합되어져 있는 구동축(13a)의 타단에는 피동기어(14)가 구성되어져 있으며, 발전기(30)의 동력전달축(15a)상에 설치된 종동기어(15)는 상기 피동기어(14)와 치합 구비됨으로서 동력 전달이 이루어질 수 있도록 구성되었다.

본 발명에서의 발전기(30)는 회전지지축(20)에 고정 설치된 설비이며 래크부(12)는 부유 하우징(10)의 중간에 위치시킴으로서, 좌우 균형이 유지될 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 회동 하우징(10) 내부 양측에는 발전설비측으로 해수의 유입을 방지하기 위한 차단격벽(17)이 구성되어져 있다.

그리고, 회전지지축(20)과 고정케이싱(40)은 일단부에서 지지봉(22)에 의해 상호 연결 결합됨으로서 회동하우징(10)이 회동되어지더라도 회전지지축(20)과 고정케이싱(40)은 고정된 상태가 유지될 수 있도록 하였다.

그리고, 고정케이싱(40)의 유동을 방지하는 고정수단은 수면에 부유되는 위치표시용 부구와(41), 상기 부구(41)와 고정케이싱(40)을 연결하며 소금에 잘견딜 수 있는 내염코팅이 이루어진 내염성 케이블(42)과, 상기 고정케이싱(40)의 하부와 지지케이블(43)로 연결되어져 위치를 지지하기 위해 일정 중량을 갖는 닷(44)으로 이루어진다.

한편, 발전기(30)에서 발전된 전기는 별도의 전선을 통해 외부 축전기에 축전되어지거나 외부 시설물에 공급되어지게 되는 것으로 이는 공지의 기술이므로 구체적인 구성설명 및 도시를 생략하였다.

이와 같은 구조를 이루는 본 발명 수차 발전장치의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

도 8과 같은 형태로 설치가 이루어진 상태에서 조류가 고정케이싱(40)의 일측 입구부를 통해 유입되어지게 되면, 조류의 유동력이 나선형태로 구비된 가이드돌기(11)를 밀어주게 되고 이에 따라 회동하우징(10)은 회전지지축(20)을 중심으로 하여 일방향 회동이 이루어지게 된다.

즉, 고정케이싱(40)은 내염성케이블(41) 및 닷(43)에 의해 유동되어지지 않도록 고정상태가 유지되고, 지지봉(22)에 의해 연결된 회전지지축(20) 역시 고정상태가 유지됨으로서 회동하우징(10) 만이 회동작용을 일으키게 됨을 알 수 있다.

그리고, 이러한 회동하우징(10)의 회동이 이루어짐에 따라 내부에서 래크부(12)와 치합되어져 있는 구동기어(13)에 구동력이 전달되고, 이에 따라 구동축(13a)을 통해 단부에 결합되어져 있는 피동기어(14)가 함께 회동됨으로서 동력전달축(15a)상의 종동기어(15)로 회동력 전달이 이루어지게 된다.

따라서, 동력전달축(15a)의 회동이 이루어짐으로서 발전기(30)에서의 발전작용이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 이러한 본 발명의 수차 발전장치는 도 9에서와 같이 다수개를 연결하여 설치함으로서 보다 많은 대용량 발전이 이루어질 수도 있게 된다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수차 발전장치를 나타낸 것으로서, 발전기(30)의 설치 위치를 변경하여 동력전달 구성을 보다 단순화한 것이다.

즉, 도시된 바와 같이 발전기(30)를 회동하우징(10)과 함께 회동되어지도록 서포트 로드(18)로 연결 구성하고, 회전 지지축(20)이 발전기(30)를 관통하도록 설치함으로서 발전기(30)의 자체 회전 동작에 의한 전기 발전작용이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

이와 함께, 고정케이싱(40) 내주면에는 입구측에서 유입되는 물을 소용돌이 형태로 안내하여 가이드돌기(11) 및 회동하우징(10)의 회동작용력을 더욱 극대화 시키기 위한 안내돌기(41)를 나선형태로 돌출 구비시킨 것이다.

따라서, 발전설비의 구성을 간략화 함으로서 전체적인 수차의 경량화를 이룸과 함께 조류력에 의한 회동하우징(10)의 회전력을 향상시키는 효과를 나타낼 수 있게 된다.

또한, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수차 발전장치를 나타낸 것으로서, 고정케이싱(40)의 양단 입구부에는 외부 이물질 유입을 방지하기 위한 유입 방지망(42)이 구비되고, 가이드돌기(11)의 테두리측에는 브러쉬(43)가 구비된 것이다.

이에 따라, 수초나 어류 등의 유입으로 인한 고장발생을 방지하며, 회동하우징(10) 회동에 따라 가이드돌기(11)에 구성된 브러쉬(43)가 고정케이싱(40) 내벽면을 청소하는 기능을 수행하게 됨으로 고정케이싱(40) 내벽면에 이끼가 제거되어질 수 있게 되어 장치의 고장 발생을 방지할 수 있는 이점을 나타내게 된다.

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

그러나, 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.

10 : 회동 하우징 11 : 가이드돌기
12 : 래크부 13 : 구동기어
14 : 피동기어 15 : 종동기어
16 : 베어링 17 : 차단격벽
20 : 회전지지축 22 : 지지봉
30 : 발전기 31 : 고정다리
40 : 고정케이싱 41 : 안내돌기
42 : 유입방지망 43 : 브러쉬
50 : 부구 51 : 내염성 케이블
52 : 지지케이블 53 : 닷

Claims

원통형상을 이루며 회동 가능하게 구성된 회동하우징(10)과;
상기 회동하우징(10)을 감싸는 형태를 이루며 별도의 고정수단에 의해 수중에 고정 설치되는 고정케이싱(40)과;
상기 회동하우징(10)의 외표면에 나선형상으로 돌출 구비된 가이드돌기(11)와;
상기 회동하우징(10)의 회전을 지지하기 위해 회동하우징(10)의 내부를 길이방향으로 관통하여 설치된 회전 지지축(20)과;
상기 회동하우징(10) 내주면에 형성되어져 있는 래크부(12)와;
상기 래크부(12)와 치합된 구동기어(13)와;
상기 구동기어(13)의 구동축(13a)을 통해 회동력이 전달되고, 상기 회전지지축상(20)에 고정 설치된 발전기(30);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.
원통형상을 이루며 회동 가능하게 구성된 회동하우징(10)과;
상기 회동하우징(10)을 감싸는 형태를 이루며 별도의 고정수단에 의해 수중에 고정 설치되는 고정케이싱(40)과;
상기 회동하우징(10)의 외표면에 나선형상으로 돌출 구비된 가이드돌기(11)와;
상기 회동하우징(10)의 회전을 지지하기 위해 회동하우징(10)의 내부를 길이방향으로 관통하여 설치된 회전 지지축(20)과;
상기 회전 지지축(20)이 관통 지지되며 회동하우징(10)과 함께 회동되어지도록 서포트 로드(18)로 연결 구성된 발전기(30);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고정케이싱(40)의 유동을 방지하는 고정수단은 수면에 부유되는 위치표시용 부구와(41), 상기 부구(41)와 고정케이싱(40)을 연결하는 내염성 케이블(42)과, 상기 고정케이싱(40)의 하부와 지지케이블(43)로 연결되어져 위치를 지지하기 위해 일정 중량을 갖는 닷(44)으로 이루어지며, 고정케이싱(40)은 회전 지지축(20)과 일단부에서 지지봉(22)에 의해 상호 연결 구성된 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고정케이싱(40)은 조류의 유입 또는 유출이 이루어지는 양측단의 입구부 내경(D)이 단부로 갈수록 점차 넓어지는 좌우 대칭형상을 이루는 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.
청구항 4에 있어서,
상기 고정케이싱(40) 내주면에는 입구측에서 유입되는 물을 소용돌이 형태로 안내하기 위한 안내돌기(41)가 나선형태로 돌출 구비된 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 고정케이싱(40)의 양단 입구부에는 외부 이물질 유입을 방지하기 위한 유입 방지망(42)이 구비되고, 가이드돌기(11)의 테두리측에는 브러쉬(43)가 구비된 것을 특징으로 하는 심해용 수차 발전장치.