KR101083635B1

KR101083635B1 - 수중발전장치

Info

Publication number: KR101083635B1
Application number: KR1020110078661A
Authority: KR
Inventors: 김변수; 정현석; 손영대
Original assignee: 김변수
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2011-11-16

Abstract

본 발명은 수중발전장치에 관한 것으로서, 수중에서의 조류 및 파력에 의해 발전이 이루어지는 수중발전장치에 있어서, 하부에는 해수출입구가 관통형성되고 외주연이 실링처리된 하우징;과 상기 하우징 내의 상부에 설치되는 발전기; 상기 하우징 내의 하부에서 회전가능하게 설치되고 조류 및 파력에 의해 회전되는 구동축; 및 상기 구동축의 회전력을 상기 발전기로 전달시키는 동력전달장치;를 포함하여 이루어지고, 상기 하우징에는 오일주입구가 구비되어, 상기 오일주입구를 통해 주입된 오일층이 수중에서 공기층과 해수층 사이에 개재됨으로써 상기 발전기가 해수로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 하우징 내의 공기압과 외부의 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 찌그러지며 파손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 하우징 내부에 존재하는 공기층에 의해 발전기의 침수도 방지되는 유리한 효과가 있으며, 수중발전장치가 수중에 설치될 때 공기층과 해수층 사이에 오일층이 개재됨으로써 하우징 내부의 공기가 해수에 용해되는 것을 막는 동시에 해수의 증발에 따른 염분으로 인한 발전기의 부식도 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

수중발전장치{APPARATUS FOR UNDERWATER POWER GENERATION}

본 발명은 수중발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치 내의 공기압과 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 찌그러지며 파손되는 것을 막을 수 있고, 발전장치를 수중에 설치하더라도 하우징 내부에 존재하는 공기층에 의해 발전기를 방수시킬 수 있을 뿐만 아니라 공기층과 해수층 사이에 오일층을 개재시켜 해수층의 수증기로부터 발전기를 보호할 수 있는 수중발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 조류는 달과 태양의 인력에 의해 발생되는 조석현상에 의한 주기적인 해수의 흐름을 말한다. 이는 달과 태양의 인력에 의하여 해수면이 이동하면서 발생되는데, 주로 연안으로부터 멀어지면서 약화되고 해안 가까이 다가가면서 강화된다. 특히 만(bay)으로 들어가는 입구가 좁아지는 장소나 육지 사이의 해협이나 수로 등에서 조류가 강하다.

조류발전은 이러한 조류의 역학적 운동에너지를 이용하여 수차를 돌려서 발전기를 구동하는 발전방식으로서, 비고갈성 청정에너지를 이용하므로 무공해 발전이 가능하고 조력발전과 같이 댐축조가 불필요하여 경제성이 우수한 장점이 있다.

대한민국 공개특허 제2011-0035310호에서는 해저면에 배치되는 지지블록과, 지지블록에 하단부가 연결되고 그 상단부가 상방으로 연장되는 지지와이어, 지지와이어의 상단부에 연결되고 수중에 배치되는 부력체, 부력체의 상단부에 설치되어 수면으로 노출되는 상부구조물, 상부구조물에 상단부가 지지되고 그 하단부가 수중에 배치되는 발전기행거 및, 발전기행거 하단부에 연결되고 수류에 의해 축 회전되면서 발전이 가능하게 되는 로터가 마련된 발전기를 포함하여 이루어지는 조류 발전장치가 개시되어 있다.

그러나 전술한 선행기술은, 도 1에 도시된 바와 같이, 발전장치의 일부가 수면으로 노출되어 수역을 잠식하고 있어서 어선 이동에 방해가 되므로 연근해 어민들의 반발이 따랐고, 이를 해결하기 위해 발전장치를 수중에 설치시에는 높은 수압에 의한 장치의 파손위험과 발전기의 방수문제를 해결해야하는 난점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 장치 내의 공기압과 외부의 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 파손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 발전장치를 수중에 설치하여도 하우징 내부에 존재하는 공기층에 의해 발전기의 방수가 가능한 수중발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 발전장치의 침수시에 장치 내부의 공기가 해수에 용해되어 공기압이 떨어지는 현상을 막을 수 있고 해수의 증발에 따른 염분 및 수증기로 인한 발전기의 누전과 부식도 방지할 수 있는 수중발전장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수중발전장치는, 수중에서의 조류 및 파력에 의해 발전이 이루어지는 수중발전장치에 있어서, 하부에는 해수출입구가 관통형성되고 외주연이 실링처리된 하우징;과 상기 하우징 내의 상부에 설치되는 발전기; 상기 하우징 내의 하부에서 회전가능하게 설치되고 조류 및 파력에 의해 회전되는 구동축; 및 상기 구동축의 회전력을 상기 발전기로 전달시키는 동력전달장치;를 포함하여 이루어지고, 상기 하우징에는 오일주입구가 구비되어, 상기 오일주입구를 통해 주입된 오일층이 수중에서 공기층과 해수층 사이에 개재됨으로써 상기 발전기가 해수로부터 보호되는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 하우징 내의 하부에는, 일 단부가 상기 해수출입구와 연통하여 체결되고 개방된 타 단부는 상기 하우징의 하부에 위치되도록 상부로 돌출형성된 역U자관이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 하우징의 내주연 및 상기 동력전달장치의 외주연과 체결되고 복수의 관통유로가 구비된 격판;이 더 구비되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 실링처리된 하우징 하부에 해수출입구가 구비됨으로써, 하우징 내의 공기압과 외부의 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 찌그러지며 파손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 발전기는 하우징 내의 상부에 설치하여 발전장치가 침수되더라도 하우징 내부에 존재하는 공기층에 의해 발전기의 침수가 방지되는 유리한 효과가 있다.

둘째, 하우징에 오일층을 형성시킬 수 있도록 오일주입구가 구비됨으로써, 발전장치의 침수시에 공기층과 해수층 사이에 오일층이 개재되어 하우징 내부의 공기가 해수에 용해되는 것을 막을 수 있고 해수의 증발에 따른 염분으로 인한 발전기의 부식도 방지할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 하우징의 하부에는 일 단부가 해수출입구와 연통하여 체결되고 개방된 타 단부는 하우징의 하부에 위치되도록 상부로 돌출형성된 역U자관이 더 구비됨으로써, 발전장치를 수중에 침수하기 이전에 하우징 내의 오일이 해수출입구로 누출되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 하우징의 내주연 및 동력전달장치의 외주연에 체결되고 복수의 관통유로가 구비된 격판이 더 구비됨으로써, 동력전달장치를 효과적으로 지지할 수 있을 뿐만 아니라 하부에서 작용되는 높은 수압을 일정부분 완화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 조류발전장치의 정면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중발전장치의 절개사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치의 사용상태도이다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치(100)의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중발전장치(100)의 절개사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치(100)는 하우징(10)과, 발전기(20), 구동축(30) 및, 동력전달장치(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(10)은 하부에 해수출입구(11)가 관통형성되어 수중발전장치(100)가 해수면 아래로 침수될 때 해수출입구(11)를 통해 해수가 유입되도록 한다. 또한 해수출입구(11)를 제외한 외주연은 실링처리되어 외부에서의 해수유입 및 내부에서의 공기유출을 방지한다. 하우징(10)의 실링을 위해서는 기 공지된 다양한 패킹 부재 및 체결구 등이 채용될 수 있다.

상기 발전기(20)는 하우징(10) 내의 상부에 설치되고, 상기 구동축(30)은 하우징(10) 내의 하부에서 회전가능하게 설치된다. 구동축(30)의 단부에는 임펠러 등의 회전수단(31)이 구비되어 조류에 따라 구동축(30)이 회전될 수 있게 한다. 회전수단(31)은 도 2 및 도 3에 도시된 것에 국한되는 것은 아니고 기 공지된 다양한 회전수단이 채용될 수 있다. 상기 동력전달장치(40)는 구동축(30)의 회전력을 발전기(20)의 축으로 전달시키는 역할을 하며, 기 공지된 기어 및 커플링 등으로 이루어진다.

따라서 실링처리된 하우징(10) 하부에 해수출입구(11)가 구비됨으로써 하우징(10) 내의 공기압과 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 찌그러지며 파손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 발전기(20)는 하우징(10) 내의 상부에 설치하여 발전장치가 수중에 설치되더라도 하우징(10) 내부에 존재하는 공기층(A)에 의해 발전기(20)의 침수가 방지되는 유리한 효과가 있다. 필요에 따라 하우징(10) 내부에 공기가 아닌 질소가스 등이 충진되도록 가스주입구(13)가 더 구비될 수도 있다.

또한 전술한 하우징(10)에는 오일주입구(12)가 더 구비되는데, 이를 통해 본 발명인 수중발전장치(100)를 해수에 침수하기 이전에 하우징(10) 하부에 오일층(O)을 형성시킴으로써 수중에서 공기층(A)과 해수층(W) 사이에 오일층(O)이 개재되어 하우징(10) 내부의 공기가 해수에 용해되는 것을 막을 수 있고 해수의 증발에 따른 염분으로 인한 발전기(20)의 부식도 방지할 수 있는 차별화된 효과가 있다. 이때 하우징(10) 내에 주입되는 오일은 발전기(20)의 전기 절연을 위해 절연유(insulating oil)를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 필요에 따라 하우징(10)내의 오일층(O) 하부에는 해수 투입구(미도시)를 더 구비하여 이를 통해 해수를 강제 투입시켜 오일층 하부에 해수층을 형성시켜 하우징내부의 압력 변화시 해수출입구를 통한 오일 누유를 방지하여 환경을 보호할 수 있도록 하는 것이 바람직하다,

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치(100)는, 하우징(10) 내의 하부에 일 단부가 해수출입구(11)와 연통하여 체결되고 개방된 타 단부는 하우징(10)의 하부에 위치되도록 상부로 돌출형성된 역U자관(50)이 더 구비된다.

전술한 바와 같이 본 발명인 수중발전장치(100)의 하우징(10) 하부에는 해수출입구(11)가 구비되는데, 만일 하우징(10) 하부면에 해수출입구(11)를 단순히 관통형성시키게 된다면 오일주입시에는 해수출입구(11)를 폐쇄해야 하고 해수에 침수된 이후에 해수출입구(11)를 개방해야 하는 불편이 따른다.

따라서 소정의 높이로 상부로 돌출형성시킨 역U자관(50)을 해수출입구(11)에 연통하여 체결함으로써, 수중발전장치(100)를 침수하기 이전에 하우징(10) 내의 오일이 해수출입구(11)로 누출되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 필요에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 역U자관(50)의 타 단부가 위치되는 하우징(10) 하부면은 오목하게 홈(14)을 형성시켜 해수출입구(11)를 통해 유입된 해수가 오일층(O)의 하부로 원활하게 유도될 수 있도록 구성한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치(100)는, 하우징(10)의 내주연 및 동력전달장치(40)의 외주연과 체결되고 복수의 관통유로(61)가 구비된 격판(60)이 더 구비된다.

전술한 바와 같이, 동력전달장치(40)는 구동축(30)의 회전력을 발전기(20) 축으로 전달시키는데 이때 구동축(30)과 발전기(20)가 원격으로 배치될 경우에는 동력전달장치(40)에 굽힘모멘트가 발생되므로 이를 보강할 필요성이 있다.

따라서 하우징(10)의 내주연 및 동력전달장치(40)의 외주연과 각각 체결되는 격판(60)을 더 구비함으로써 동력전달장치(40)를 효과적으로 지지할 수 있게 된다. 이와 더불어 상기 격판(60)은 오일과 해수의 이동통로가 되는 관통유로(61)를 제외하고는 상·하부를 밀폐시켜 하부에서 작용되는 높은 수압을 일정부분 완화시킬 수 있는 장점도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중발전장치(100)의 사용상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명인 수중발전장치(100)의 하우징(10) 내에 공기층(A)과 오일층(O)을 형성시킨 후에 지상에 설치된 크레인(1)을 이용하여 해수면 아래로 수중발전장치(100)를 침수시킨다. 이때 하우징(10) 하부에는 역U자관(50)이 구비되어 해수출입구(11)를 통해 오일이 누출되지는 않는다.

수중발전장치(100)의 침수깊이가 커질수록 작용되는 수압이 증가하게 되고 하우징(10) 내의 공기압과 평형을 이루면서 해수출입구(11)를 통해 해수가 유입된다. 이때 수중발전장치(100)의 외부에서 가해지는 수압은 점점 증가하지만 하우징(10) 내의 공기압으로 인해 하우징(10)이 찌그러지는 파손은 방지된다.

최종적으로 수중발전장치(100)를 해저면에 고정시키고 조류에 의해 발전이 이루어지도록 한다. 발전기(20)는 공기층(A)에 의해 침수가 방지되고 하부의 해수층(W) 사이에 개재된 오일층(O)은 공기의 용해 및 염분에 의한 발전기(20) 부식을 방지한다. 수중발전장치(100)의 고정방법으로는 하우징(10) 바닥면을 해저구조물(2)에 고정시킬 수도 있고 구동축(30)과 회전가능하게 체결된 별도의 고정수단(미도시)을 부가하거나 중량물(미도시)을 부가하여 해저면에 안착시키거나 하우징(10) 내의 공기층(A)의 중성부력을 이용하여 수중 중간에 위치하게 하여 앵커로 고정시키는 방법 등의 다양한 방법으로 구현될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 수중발전장치(100)는 하우징(10) 내의 공기압과 외부의 수압이 평형을 유지하여 수압으로 인해 장치가 찌그러지며 파손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 하우징(10) 내부에 존재하는 공기층(A)에 의해 발전기(20)의 침수도 방지되는 유리한 효과가 있으며, 수중발전장치(100)를 수중에 설치시에 공기층(A)과 해수층(W) 사이에 오일층(O)이 개재됨으로써 하우징(10) 내부의 공기가 해수에 용해되는 것을 막는 동시에 해수의 증발에 따른 염분으로 인한 발전기(20)의 부식도 방지할 수 있는 장점이 있다.

100 : 수중발전장치
1 : 크레인 2 : 해저구조물
10 : 하우징 11 : 해수출입구
12 : 오일주입구 13 : 가스주입구
14 : 홈 20 : 발전기
30 : 구동축 31 : 회전수단
40 : 동력전달장치 50 : 역U자관
60 : 격판 61 : 관통유로
A : 공기층 O : 오일층
W : 해수층

Claims

수중에서의 조류 및 파력에 의해 발전이 이루어지는 수중발전장치에 있어서,
하부에는 해수출입구가 관통형성되고 외주연이 실링처리된 하우징;과
상기 하우징 내의 상부에 설치되는 발전기;
상기 하우징 내의 하부에서 회전가능하게 설치되고 조류 및 파력에 의해 회전되는 구동축; 및
상기 구동축의 회전력을 상기 발전기로 전달시키는 동력전달장치;를 포함하여 이루어지고,
상기 하우징에는 오일주입구가 구비되어, 상기 오일주입구를 통해 주입된 오일층이 수중에서 공기층과 해수층 사이에 개재됨으로써 상기 발전기가 해수로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 수중발전장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징 내의 하부에는, 일 단부가 상기 해수출입구와 연통하여 체결되고 개방된 타 단부는 상기 하우징의 하부에 위치되도록 상부로 돌출형성된 역U자관이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수중발전장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내주연 및 상기 동력전달장치의 외주연과 체결되고 복수의 관통유로가 구비된 격판;이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수중발전장치.