KR101088832B1 - 조류발전용 양수펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류(潮流, tidal current, 또는 해류)발전용 양수펌프에 관한 것으로, 조류에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 양수펌프(Pumping-Up Power Pump)를 가동시켜 발전(揚水發電)에 필요한 충분한 양의 양수(揚水,해수)를 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한 본 발명은 해수의 조류운동에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하여 양수발전에 필요한 충분한 양의 양수(揚水)를 얻을 수 있게 되므로, 연료가 불필요한 청정 그린(Green)의 무한발전(無限發電)을 달성할 수 있다.

Description

조류발전용 양수펌프{PUMP FOR PUMPED STORAGE POWER GENERATION USING TIDAL CURRENT}

본 발명은 조류발전용 양수펌프에 관한 것으로, 조류(潮流, tidal current)에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 양수펌프(Pumping-Up Power Pump)를 가동시켜 양수발전(揚水發電)에 필요한 충분한 양의 양수(揚水)를 얻을 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 다양한 발전방법과 그 장치들이 사용되고 있다. 예컨대, 풍력발전, 태양광발전, 태양열발전, 조력발전, 파력발전, 수력발전, 화력발전, 원자력발전, 지열을 이용하는 지열발전, 연료전지, 생물전지, 압전효과를 이용하는 피에조 발전, 온도차를 이용하는 발전 등 실로 다양하다.

근래에는 범지구적인 온난화와 환경오염 때문에 화석연료를 이용한 발전방식 대신 자연의 에너지나 청정연료를 이용하여 발전하는 무공해 발전방식이 각광받고 있으나, 대부분 구성이 복잡하거나 설비비용이 비싸고 효율이 낮아 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

이를테면, 풍력이나 태양광을 이용한 발전방식의 경우, 바람이 불지 않거나 태양이 없는 밤이나 흐린날씨, 우천, 강설시에는 발전(發電)할 수 없는 등의 문제점이 있으며, 특히, 풍력발전의 경우 소음이 발생될 뿐 아니라 바람의 이동을 변경시키거나 혼란시켜 주변 동/식물에 여러가지 나쁜 영향을 주는 문제점이 있다.

또한 발전소의 아래와 위에 저수지를 각각 만들어 발전과 양수를 반복하는 양수발전(揚水發電)은, 물이 많을 때나 야간에 풍부하게 남아도는 전력으로 펌프를 가동시켜 아래쪽 저수지의 물을 위쪽 저수지로 퍼 올리고, 물이 부족해지는 시기나 주간처럼 전력이 많이 필요할 때 물을 방류시켜 발전하는 방식으로 무공해 발전이기는 하지만, 발전소보다 충분히 높은 위치에 많은 양의 물을 저장할 수 있도록 크기가 큰 자연호수 또는 인공호수가 있어야 하는 문제점이 있으며, 가뭄시에는 효율이 떨어지거나 정상발전(정상운전)이 어려운 등의 문제점이 있었다.

한편, 바다에서는 달과 태양의 인력으로 인해 해수면의 높이가 변하는 조석현상이 일어난다. 이런 조석현상에 따라 바닷물이 이동하는 조류(潮流, tidal current)가 발생되며, 상기 조류에 의해 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 양수발전(揚水發電, 또는 조력발전)은 지구의 약 70%를 점유하는 물(또는 海水)의 운동에너지(청정 에너지)를 이용하여 발전하는 무공해 발전방식으로 별도의 연료없이 무한 발전이 가능하다.

따라서 본 발명에서는 조류(또는 해류나 강물)에 의해 발생되는 유수압(운동에너지)으로 복수의 양수펌프(Pumping-Up Power Pump)를 가동시켜 조류발전에 필요한 대량의 양수(揚水)를 얻을 수 있도록 함으로써 연료없이 무공해 발전이 가능한 고효율의 조류발전용 양수펌프를 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 증속기(증속 변속)를 이용하여 양수펌프의 회전속도를 증가시켜 펌핑 효율을 향상시킬 수 있도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 조류발전용 양수펌프는, 상/하부 원판 사이에 소정 간격으로 설치되며 조류의 흐름방향에 따라 개폐되는 복수의 수압판으로 펌프 회전동력을 얻는 수차와, 상기 수차의 회전동력에 의해 동작하면서 양수를 펌핑하는 복수의 펌프와, 상기 복수의 펌프에 의해 펌핑된 양수를 모아 양수발전설비로 보내는 송수관을 포함하여 구성된다.

상기 수차는, 상부 원판과 하부 원판과, 상기 상부 원판과 하부 원판의 중앙을 관통하여 연결하는 소정 내경의 연결관과, 상기 연결관 내부를 관통하여 상하로 돌출되는 송수관과, 상기 연결관과 송수관의 상/하부에 각각 고정 설치되는 축 베어링과, 상기 상부원판과 하부원판의 가장자리 부분에 소정 간격으로 설치되는 복수의 축봉과, 상기 축 봉에 각각 고정되는 수압판과, 상기 수압판에 설치되어 조류의 흐름 방향에 따라 개폐되는 개폐수단과, 상기 상부 원판과 하부 원판에 소정간격으로 설치되는 복수의 구동부재와, 상기 상부 원판의 상부면 가장자리 부분에 설치되는 제1 원형기어와, 상기 하부 원판의 저부면 가장자리 부분에 설치되는 제2 원형기어를 포함하여 구성된다.

상기 수압판은, 상부 원판과 하부 원판에 소정 간격으로 축 설치되는 축봉과, 상기 축봉에 고정되는 수압판과, 상기 수압판의 전면에 요입 형성되는 수용부와, 상기 수압판의 후면에 형성되는 돌출부와, 상기 수압판의 상하부에 각각 형성되는 마구리판을 포함하여 구성된다.

상기 수압판은 요입형 수용부를 갖는 원호형이나 반원형이나 버킷형이나 다각형 중 어느 하나임을 특징으로 한다.

상기 펌핑수단은, 상부 원판 위로 돌출되는 송수관에 출구가 연결되어 방사상으로 배치되는 복수의 펌프와, 하부 원판 아래로 돌출되는 송수관에 출구가 연결되어 방사상으로 배치되는 복수의 펌프와, 상기 펌프 내부에 각각 설치되는 스크류와, 상기 펌프 외부로 돌출되는 스크류 축봉과, 상기 스크류 축봉 단부에 각각 설치되고 상부 원판 및 하부 원판에 고정된 원형기어에 치차 결합되는 복수의 스퍼어기어와, 상기 펌프 출구에 각각 설치되는 체크밸브와, 상기 펌프 입구에 각각 설치되는 걸름망을 포함하여 구성된다.

상기 송수관은 펌핑수단에 의해 이송되는 해수가 출구로 압출될 수 있도록 마구리판에 의해 하단부가 막힌 구조임을 특징으로 한다.

상기 펌프의 스크류 축봉과 스퍼어기어 사이에 증속기(증속 변속기)를 설치하여 펌프의 회전속도를 증가시켜 펌핑효율을 향상시키도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 복수의 양수펌프를 직열 및/또는 병열로 연결시켜 원하는 양의 양수를 얻을 수 있도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 양수펌프는 별도의 동력 없이 조류(潮流)의 유수압을 이용하여 수차를 회전시켜 회전동력을 얻고, 상기 회전동력을 이용하여 다수의 펌프를 가동하는 방법으로 조류발전에 필요한 대량의 양수 펌핑이 이루어지는 효과가 있다.

본 발명 수차에는 복수의 수압판이 개폐구조로 축설치되어 조류 흐름 방향에 따라 자연스럽게 열리고 닫히면서 최상의 회전동력과 펌핑효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

본 발명 양수펌프는 조류를 이용한 양수발전과 용수를 위한 해수보급에 이용될 수 있으며, 바다뿐 아니라 하천에도 설치 가능하고 농업용수의 확보를 위해서도 이용될 수 있는 효과가 있다.

일반 조류발전의 경우, 발전기를 수중에 설치한 형식의 경우 수밀구조를 위해 제작비용이 많이 소요되고, 고장이 발생할 경우 보수에 어려움이 있으나, 본 발명 양수펌프를 이용한 조류양수발전의 특징은 터빈과 발전기를 육상이나 물밖에 설치할 수 있어서 고장빈도를 낮추고 여러 대의 양수펌프에서 펌핑된 물을 모아 대용량 발전이 가능한 효과가 있다.

다수의 조류발전기를 수중에 설치한 방식은 각 발전기의 위치에서 유속과 수차가 받는 수압이 달라 발전된 전력을 모으는데 비효율적이고 기술적인 어려움이 있으나, 본 발명에서는 여러 대의 양수펌프에서 펌핑된 물을 모아 발전하므로 한대의 터빈과 발전기만 필요하므로 설치와 유지관리에 비용이 적게 소요되는 효과가 있다.

본 발명 양수펌프를 이용한 조류양수발전은 해상교각, 해저, 바지선, 무인도, 무인등대, 해상의 가두리양식장, 해저의 인공어초 등 다양한 위치를 이용한 설치가 가능하여 활용범위가 아주 넓다.

본 발명 양수펌프를 이용한 조류양수발전은 여러 대의 펌프에서 펌핑된 물을 모아 발전을 하게 되므로 비교적 조류의 유속이 낮은 곳에서도 효율적으로 이용될 수 있다.

본 발명은 조류에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 양수펌프를 가동시켜 발전용 터빈으로 해수(海水)를 고압 토출(고압 토출수)시켜 양수 발전할 수 있어서 무한정의 그린 청정발전이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 자연 발생되는 조류를 이용하여 발전에 필요한 충분한 양의 양수(揚水)를 얻을 수 있으므로 수력발전, 태양광발전, 풍력발전 등에 비해 연속적이면서 효율적인 발전이 달성되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 조류에 의해 수중(水中)에서 발생되는 운동에너지를 얻어 보다 안정적이면서 효율적인 펌핑으로 충분한 양의 양수를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 적어도 4개 이상의 양수펌프를 1개 조로 하는 복수 조의 양수펌프를 구성함으로써 보다 안정적인 양수발전이 이루어지는 효과가 있다.

또한 본 발명은 체크밸브에 의해 양수의 역류가 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 염전이나 수족관, 해수온천, 해수 풀(인공해수욕장), 발전소용 냉각설비, 담수설비 등 필요한 곳에 별도의 에너지 없이 자연스럽게 물을 공급 및 이용할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 조류에 의해 발생 되는 운동에너지를 이용하므로 연료가 불필요하고 환경오염이 없는 그린 청정에너지의 발전방식이며, 발전설비가 수중에 설치되지 않아 유지관리가 용이하며, 건설용지가 풍부한 해안에 쉽게 설치할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 양수펌프의 사시도.
도 2 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 양수펌프의 단면도.
도 3 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 도 2의 A-A'선 단면도.
도 4 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 도 2의 B-B'선 단면도.
도 5 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 도 2의 C-C'선 단면도.
도 6 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 수압판 개폐수단 부분 확대 평면도.
도 7 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 축베어링 부분 단면도.
도 8 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 축부 단면도.
도 9 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 기어부분 구성도.
도 10 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 걸름망 부분 정면도.
도 11 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 체크밸브 부분 단면도로, 역류가 억제되는 상태도
도 12 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 체크밸브 부분 단면도로, 펌핑되는 상태도.
도 13 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 양수펌프 동작 상태 단면도.
도 14 : 본 발명에서 증속기를 사용한 다른 실시 예의 단면도.
도 15 : 본 발명 다른 실시 예의 평면도.
도 16, 도 17 : 본 발명 일 실시 예로 도시한 양수펌프의 동작 상태 단면도.
도 18 : 본 발명 일 실시 예의 사용 상태도.
도 19 : 본 발명 다른 실시 예의 사용 상태도.
도 20 : 본 발명 또 다른 실시 예의 사용 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

본 발명 조류발전용 양수펌프(1)는 조류(潮流)의 유수압(流水壓)에 의해 복수의 수압판이 자연스럽게 개폐되면서 회전동력을 얻는 수차(水車)와, 상기 수차의 회전동력에 의해 동작하면서 다량의 해수를 펌핑하는 복수의 펌핑수단과, 상기 펌핑수단에 의해 펌핑된 다량의 해수를 모아 양수발전설비나 양수발전시스템으로 보내는 송수관(送水管)으로 크게 구성된다.

상기 수차는 조류(潮流)의 유수압(流水壓)에 따라 회전력이 발생되는 복수의 수압판에 의해 조류의 방향과 관계없이 한쪽 방향으로만 회전하는 특성을 가지며, 상기 수압판은 조류의 흐름방향에 따라 축봉을 중심으로 자연스럽게 열리고 닫히는 개폐구조에 의해 역방향 회전토크가 최소화되고 회전동력과 효율은 크게 향상된다.

본 발명 양수펌프(1) 및/또는 수차의 직경은 설치위치와 용도에 따라 작게는 수십 cm에서 크게는 10m 이상까지 다양한 크기로 제작될 수 있으며, 양수펌프(1)를 가동하기 위한 용수로는, 바닷물이 흐르는 방향과 빠르기가 시간에 따라 변하는 조류(潮流)뿐 아니라 방향이 거의 변하지 않고 지속적인 흐름이 발생하는 해류(바닷물) 또는 강물 모두 이용할 수 있다.

본 발명에서 복수의 펌프를 동작시키는 수차(水車)는 다음과 같이 구성된다.

상/하부 원판(4)(5)과, 상/하부 원판(4)(5)의 중앙을 관통하여 연결하는 소정 내경의 연결관(3)과, 연결관(3) 내부를 관통하여 상하로 돌출되는 송수관(2)과, 연결관(3)과 송수관(2)의 상/하부에 각각 설치되는 축베어링(B1)(B2)(B3)(B4)과, 상/하부 원판(4)(5)의 가장자리 부분에 소정 간격으로 고정 설치되는 복수의 축봉(10)(11)(12)(13)과, 상부 원판(4)에 설치되어 상기 축봉(10)(11)(12)(13)의 상단부를 각각 지지하는 축지지구(16a)(17a)(18a)(19a), 하부 원판(5)에 설치되어 상기 축봉(10)(11)(12)(13)의 하단부를 각각 지지하는 축지지구(16)(17)(18)(19)와, 축봉(10)(11)(12)(13)에 각각 고정되는 수압판(6)(7)(8)(9)과, 상기 수압판(6)(7)(8)(9)에 설치되어 조류의 흐름 방향에 따라 개폐되는 개폐수단과, 조류가 바뀌는 시간에 일시적으로 수압판(6)(7)(8)(9)이 모두 열리면서 정방향과 역방향의 회전토크가 균형을 이루어 수차가 회전하지 못하는 상황을 방지하는 복수의 구동부재(80)(81)(82)(83)와, 복수의 펌프를 회전시킬 수 있게 상부 원판(4)의 상부면 가장자리 부분에 설치되는 제1 원형기어(20) 및 하부 원판(5)의 저부면 가장자리 부분에 설치되는 제2 원형기어(22)로 수차(水車)가 구성된다.

상/하부 원판(4)(5)은 소정 두께를 갖는 원판형 구조이며, 원판(4)(5)의 중앙을 관통하는 연결관(3)과 구동부재(80)(81)(82)(83)에 의해 원판(4)(5)이 상하(또는 좌우)로 소정 거리 이격되어 평행하는 구조이다.

상기 축베어링(B1)(B2)(B3)(B4)은 송수관(2) 외부에 결합되는 연결관(3)과, 상기 연결관(3)에 고정된 상/하부 원판(4)(5)이 회전할 수 있게 축 지지하는 구조이다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)은 일측으로 돌출되거나 휘어진 반원형, 또는 반타원형, 또는 버킷형, 또는 다각형 구조이며, 조류의 유수압이 작용되는 전면은 반원형이나 반타원형이나 다각형으로 요입된 수용부(6b)(7b)(8b)(9b)가 각각 형성되며, 후면은 반원형이나 반타원형이나 다각형의 돌출부가 각각 형성된다.

따라서, 도 16, 도 17과 같이 조류의 유수압이 수압판(6)(7)(8)(9)의 전면에 위치하는 수용부(6b)(7b)(8b)(9b)로 작용하면 수압판(6)(7)(8)(9)이 닫히면서 회전력이 크게 작용하고, 반대로 조류의 유수압이 수압판(6)(7)(8)(9)의 후면에 위치하는 돌출부로 작용하면 수압판(6)(7)(8)(9)이 자연스럽게 열리면서 한쪽 방향으로 회전하는 수차의 회전토크 저하가 방지되어 최대 효율의 회전동력을 얻을 수 있게 되며, 상기 회전동력에 의해 펌핑수단인 복수의 펌프(Pump)가 동작하면서 다량의 양수가 핌핑된다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)은 원판(4)(5)보다 돌출되게 설치하여 조류 유수압을 많이 받을 수 있게 구성함이 바람직하며, 물론 도 15와 같이 원판(4)(5)보다 돌출되지 않게 구성할 수도 있다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)이 설치되는 축봉(10)(11)(12)(13)은 도 5와 같이 수압판(6)(7)(8)(9)의 바깥 부분에서 안쪽 부분으로 대략 1/4 ~ 1/3 지점에 위치하도록 함으로써 도 16, 도 17과 같이 수압판(6)(7)(8)(9)이 조류의 흐름방향에 따라 축봉(10)(11)(12)(13)을 중심으로 자연스럽게 열리거나 닫힐 수 있도록 구성하되, 구동부재(80)(81)(82)(83)에 의해 열림이나 닫힘이 방해받지 않도록 구성된다.

이를테면 도 5에 도시한 것처럼, 축봉(11)과 스토퍼(55)가 설치된 수압판(7)의 안쪽 끝부분 까지의 반지름(R2)은 축봉(11)과 구동부재(80) 와의 이격거리 보다 작게 구성함으로써 조류의 유수압에 의해 수압판(7)이 축봉(11)을 중심으로 시계방향으로 회전하여 수압판(7)의 스토퍼(55) 부분이 걸림부(51)에 걸림될 수 있도록 하고, 축봉(11)과 수압판(7)의 바깥 끝부분 까지의 반지름(R1)은 축봉(11)과 반대편(수압판의 반대편) 구동부재(81)와의 이격거리 보다 작게 구성함으로써 조류의 유수압에 의해 수압판(7)이 축봉(11)을 중심으로 반 시계방향으로 회전할 수 있도록 하고, 비정상적인 조류의 흐름 회전에 의해 수압판(7)이 축봉(11)을 중심으로 반시계방향으로 과도하게 회전하더라도 스토퍼(55)가 위치하는 수압판(7)의 안쪽 부분이 상기 구동부재(81)에 걸림되게 구성함으로써 수압판(7)의 불필요한 회전이 방지될 뿐 아니라, 수압판(7)이 닫힘방향으로 신속히 복귀할 수 있게 된다.

상기 수압판(7) 뿐 아니라, 다른 수압판(6)(8)(9)과 구동부재(80)(81)(82)(83)의 관계 또한 마찬가지이다.

상기 개폐수단은, 수압판(6)(7)(8)(9)의 안쪽 끝부분에 형성되는 스토퍼(54)(55)(56)(57)와, 조류의 유수압이 수압판(6)(7)(8)(9)의 수용부(6b)(7b)(8b)(9b)로 작용되면 상기 스토퍼(54)(55)(56)(57)가 각각 걸림 될 수 있게 연결관(3)의 외면에 수직으로 설치되는 복수의 걸림부(50)(51)(52)(53)로 구성되며, 상기 걸림부(50)(51)(52)(53)에는 도 6과 같이 한쪽 방향, 이를테면 수차가 회전하는 반대방향으로 개방된 요입홈(50a)(51a)(52a)(53a)이 각각 형성되며, 상기 요입홈(50a)(51a)(52a)(53a)으로 일부의 조류 유수압이 작용되어 수차가 회전하는데 일조하게 된다.

상기 구동부재(80)(81)(82)(83)는 상/하부 원판(4)(5)의 가장자리 부분에 수직으로 설치되고, 축봉(10)(11)(12)(13) 사이에 각각 위치하며, 수차가 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록 반원형의 수용홈(80a)(81a)(82a)(83a)이 각각 형성된다.

상기 구동부재(80)(81)(82)(83)는 상/하부 원판(4)(5)을 지지함과 동시에 조류의 방향이 바뀌는 시간에 일시적으로 수압판(6)(7)(8)(9)이 모두 열려 수차가 회전하지 못하는 경우를 방지하기 위한 것으로, 조류의 유수압이 수용홈(80a)(81a)(82a) (83a)으로 작용하면서 회전 기동력이 발생되면서 수차가 회전하고, 이어 유수압의 작용에 따라 수압판(6)(7)(8)(9)이 축봉(10)(11)(12)(13)을 중심으로 닫히면서 수차가 정상적으로 회전하게 된다.

상기 수차의 상/하부에 설치되는 펌핑수단은 다음과 같이 구성된다.

상부 원판(4) 위로 돌출되는 송수관(2)에 출구가 연결되어 방사상으로 배치되는 복수의 펌프(25)(26)(27)(28)와, 하부 원판(5) 아래로 돌출되는 송수관(2)에 출구가 연결되어 방사상으로 배치되는 복수의 펌프(33)(34)(35)(36)와, 상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36) 내부에 각각 설치되는 스크류(40)(41)(42)(43)(60)(61)(62)(63)와, 상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36) 외부로 돌출되는 스크류의 축봉(40a)(41a)(42a)(43a)(60a)(61a)(62a)(63a) 단부에 각각 설치되고 상/하부 원판(4)(5)에 고정되는 제1, 2 원형기어(20)(22)의 치차(21)(22) 부분에 치합되는 복수의 스퍼어기어(29)(30)(31)(32)(37)(38)(39)(40)와, 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 출구 부분에 각각 설치되거나 송수관(2)의 출구 부분에 설치되는 체크밸브(46)와, 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 입구에 각각 설치되어 이물 등의 유입을 방지하는 걸름망(47)으로 크게 구성된다.

상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)는 축류 펌프뿐 아니라, 회전동력에 의해 구동할 수 있는 여타 다른 방식의 펌프 또는 기성제품의 펌프를 사용할 수 있다.

상기 스크류의 축봉(40a)(41a)(42a)(43a)(60a)(61a)(62a)(63a) 양단부는 펌프 케이스의 입구와 출구에 각각 설치되는 축부재(44)(45)에 의해 축 지지되며, 상기 축부재(44)(45)는 도 10과 같이 폭이 좁은 복수의 연결부재(44b)에 의해 복수의 흡입구(44a) 및 배출구(45a)가 각각 형성된다.

상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)가 방사상으로 고정되는 송수관(2)은 펌핑된 해수가 출구(2a)로 압출될 수 있도록 마구리판(15)에 의해 단부가 막힌 구조이며, 도 18 ~ 도 20과 같이 양수펌프(1)가 직열로 연결되는 경우, 송수관(2) 끼리 서로 연결되며, 상기 다른 양수펌프의 송수관(2) 상단부(출구)는 연결관(68)을 통하여 집수관(69)에 연결되고, 상기 집수관(69)은 양수발전설비(71) 또는 양수발전시스템(도시안됨)으로 공급되며, 따라서 발전에 필요한 충분한 양의 양수가 펌핑되어 양수발전이 달성된다.

본 발명에서 수차에 설치되는 펌프는 설명의 편의상 4방향으로 1개씩 설치되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 용도와 규모에 따라 펌프와 송수관 사이에 매개관(보조연결관)을 사용하여 설치 수를 많이 할 수 있다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)은 조류의 유수압이 매우 효율적으로 작용될 수 있게 원호형이나 반원형이나 버킷형 또는 다각형이며, 이러한 구조에 의해 전면에 수용부(6b)(7b)(8b)(9b)가 형성되어 개폐수단이 쉽고 자연스럽게 닫히면서 조류의 유수압이 효율적으로 작용되어 큰 회전력을 얻을 수 있게 되며, 반대방향으로 수압이 작용할 경우 개폐수단이 자연스럽게 열리면서 회전토크 저하가 방지되어 최상의 효율로 수차가 회전할 수 있게 되고, 펌프 또한 최상의 동작으로 다량의 양수를 펌핑할 수 있게 된다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)의 상/하부에는 상부 마구리판(6a)(7a)(8a)(9a)과 하부 마구리판(6b)(7b)(8b)(9b)이 각각 설치된 버킷형으로 구성되어 조류(潮流)의 유수압(流水壓)이 보다 효율적으로 작용될 수 있는 구조이다.

상기 수압판(6)(7)(8)(9)은 조류의 흐름 방향과 수차의 회전 및 축봉(10)(11)(12)(13)의 이동 위치에 따라 축봉(10)(11)(12)(13)을 중심으로 회전하면서 자연스럽게 열리거나 닫히게 되며, 상/하부 원판(4)(5)은 조류의 유수압에 의해 송수관(2)을 축으로 하여 한쪽 방향으로만 회전하는 동작패턴을 갖는다.

따라서, 수압판(6)(7)(8)(9)의 상부 마구리판(6a)(7a)(8a)(9a)과 하부 마구리판(6b)(7b)(8b)(9b)은 동작패턴이 상이한 상/하부 원판(4)(5)과는 접촉하지 않도록 이격되지만 상/하부 원판(4)(5)과 마구리판(6a)(6b)(7a)(7b)(8a)(8b)(9a)(9b) 사이의 공간이 줄어들 수 있게 근접 설치시켜 조류의 유수압이 수압판(6)(7)(8)(9)에 보다 효율적으로 작용될 수 있게 구성함이 바람직하다.

상기 축지지구(16)(16a)(17)(17a)(18)(18a)(19)(19a)와 축봉(10)(11)(12)(13) 사이에는 도 2, 도 7과 같이 미끄럼베어링(19b) 또는 메탈베어링이 각각 설치되어 축봉(10)(11)(12)(13)의 회전저항이 크게 감소되며, 수차의 연결관(3)은 축베어링(B1)(B2)(B3)(B4)에 의해 송수관(2)에 축지지 되므로 수차의 상/하부 원판(4)(5)이 회전하게 된다.

도 6은 수압판(6)(7)(8)(9)의 개폐수단을 도시한 것으로, 수압판(6)(7)(8)(9)에 설치되는 스토퍼(54)(55)(56)(57)와, 연결관(3) 외면에 설치되는 걸림부(50)(51)(52)(53)의 작용에 의해 도 16, 도 17에 도시한 것처럼 조류의 흐름방향으로 수용부(6a)(7a)(8a)(9a)가 위치하는 경우 수압판(6)(7)(8)(9)이 축봉(10)(11)(12)(13)을 중심으로 닫히면서 조류 유수압을 최대로 받게 되어 상/하부 원판(4)(5) 및 수차가 한쪽 방향으로 회전하게 되며, 조류의 흐름방향으로 후면 돌출부가 위치하는 수압판(6)(7)(8)(9)은 축봉(10)(11)(12)(13)을 중심으로 열리면서 조류 유수압을 거의 받지 않게 되므로 한쪽 방향으로 회전하고 있던 수차의 회전토크 저하가 방지되며, 따라서 상/하부 원판(4)(5) 및 수차는 최상의 효율로 한쪽 방향으로만 계속하여 회전하게 되며, 제1, 2 원형기어(20)(22)의 치차(21) 부분에 치합된 스퍼어기어(29)(30)(31)(32) (37)(38)(39)(40)와 스크류(40)(41)(42)(43)(60)(61)(62)(63)가 회전하면서 해수가 펌핑되어 송수관(2)으로 압출되어 양수발전이 달성된다.

도 16의 (a)는 조류의 흐름 방향(A)에 의해 수압판(6)(7)의 스토퍼(54)(55)가 걸림부(50)(51)의 홈으로 유입되어 걸림되고, 수압판(6)의 상/하부에 설치되는 마구리판(6a)(6b)(7a)(7b)에 의해 조류의 유수압이 수용부(6b)(7b)로 대부분 작용하게 되며, 다른 수압판(8)(9)은 스토퍼(56)(57)의 걸림이 해제되면서 축봉(12)(13)을 중심으로 조류의 흐름방향(A)으로 회전하여 조류의 유수압이 거의 작용하지 않게 되므로 상/하부 원판(4)(5)을 포함한 수차가 반 시계방향으로 회전하게 된다.

도 16의 (b)는 도 16의 (a)에서 45도 회전한 상태이며, 조류의 흐름 방향(A)에 의해 열렸던 수압판(9)이 축봉(13)을 중심으로 반 시계방향으로 회전하여 스토퍼(57)가 걸림부(53)의 홈 속으로 유입되어 자연스럽게 닫히게 되며, 도 16의 (a)와 도16의 (b)의 과정을 반복하며 반시계방향으로 지속적인 회전이 이루어진다.

도 16의 (c)는 조류의 방향이 바뀐 상태를 나타낸 것으로, 조류의 흐름 방향(B)에 의해 수압판(6)(9)의 스토퍼(54)(57)가 걸림부(50)(53)의 홈으로 각각 유입되어 걸림 된 상태에서 조류의 유수압에 의해 반 시계방향으로 회전되고 있는 상태이며, 조류의 흐름 방향(B)이 작용하는 다른 수압판(7)(8)은 스토퍼(51)(52)의 걸림이 각각 해제된 상태에서 조류 작용에 의해 조류의 흐름 방향(B)과 같은 방향으로 회전하며, 따라서 상/하부 원판(4)(5)을 포함한 수차가 여전히 반시계방향으로 회전하게 된다. 즉, 조류의 흐름 방향이 (A)방향에서 (B)방향으로, 또는 (B)방향에서 (A)방향으로 바뀌더라도 수차가 회전하는 방향은 바뀌지 않으며 지속적인 회전을 유지한다.

도 16의 (d)는 조류의 흐름 방향(B)과 유수압에 의해 수차가 반 시계방향으로 조금 더 회전된 상태이며, 도 16의 (c)에서 열려있던 수압판(8)이 수차의 회전으로 도 16의 (d)의 위치로 이동하면서 수압판(8)의 스토퍼(56)가 걸림부(52)의 홈으로 유입되어 닫히게 되며 수압을 받아 반 시계방향으로의 회전이 지속 된다.

한편, 정조(조류의 멈춤)에 의해 도 17의 (c) 상태에서 정지되었던 수차가 재게된 조류의 흐름에 의해 수압판(7)이 도 17의 (d)와 같이 의도되지 않은 방향으로 회전할 경우 수차의 좌/우측 회전력이 균형을 이루면서 회전하지 못하는 현상이 발생되며, 이때 구동부재(80)(81)의 수용홈(80a)(81a)과 걸림부(54)의 요홈(54a)으로 조류의 유수압이 작용되면서 수차가 기동하여 반 시계방향으로 회전하면서 도 17의 (a)(b)(c)와 같이 수압판(6)(7)(8)(9)의 위치가 정상 위치로 회복되고, 위치가 회복된 수압판(6)(7)(8)(9)의 수용부(6a)(7a)(8a)(9a)로 조류 유수압이 작용되어 수차가 정상 회전하게 된다.

상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)는 출구 부분이 송수관(2)에 연결 및 고정되어 방사상으로 배치되는 구조여서 보강이 필요하므로 본 발명에서는 보강판(88)(89)을 이용하여 이웃하는 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36) 끼리 서로 연결함으로써 충분한 보강이 이루어진다.

상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 출구는 송수관(2)에 방사상으로 각각 연결되어 펌핑된 해수를 송수관(2)으로 압출하게 되며, 송수관(2)은 복수의 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)로부터 압출되는 해수(양수)를 모아 양수발전설비 또는 양수발전시스템으로 압송하게 된다.

상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 출구에는 체크밸브(46)가 각각 설치되어 펌핑력이 떨어지거나, 또는 일부 펌프의 고장이나, 또는 펌프 회전동력이 없는 등의 이유로 펌프 내부의 수압이 송수관(2)보다 낮을 경우 송수관(2)으로 압출된 양수의 역류가 방지된다.

즉, 도 12는 양수가 펌프에 의해 정상적으로 펌핑되면서 체크밸브(46)의 양측 밸브체(46a)(46b)가 축(48)을 중심으로 열려 송수관(2)으로 압출되는 상태이고, 도 11은 펌프 내부의 수압이 송수관(2)보다 낮아 체크밸브(46)의 양측 밸브체(46a)(46b)가 축(48)을 중심으로 닫히면서 축부재(45)에 걸려 펌프의 출구가 폐쇄되고 송수관(2)으로 압출된 양수의 역류가 방지되는 상태이다.

도 11과 도 12에서 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 출구에 설치되는 체크밸브(46)를 삭제하되, 대신 도 13, 도 19와 같이 송수관(2)의 출구, 또는 송수관(2)의 중간에 각각 설치하여 양수의 역류를 방지할 수도 있으며, 이러한 경우 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 출구마다 체크밸브(46)를 설치할 필요가 없다.

또한 상기 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 입구에는 도 2, 도 3, 도 4, 도 10, 도 13과 같이 걸름망(47)이 각각 설치되어 어류나 해초 기타 이물질 등의 유입이 방지되며, 따라서 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 고장이 방지된다.

본 발명에서 펌프의 스크류 축봉(40a)(41a)(42a)(43a)(60a)(61a)(62a)(63a)과 스퍼어기어(29)(30)(31)(32)(37)(38)(39)(40) 사이에 도 13, 도 14와 같이 증속기(증속변속기)(90)를 각각 설치시켜 펌프(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)의 회전속도를 증가시켜 펌핑효율을 향상시킬 수 있다.

상기 증속기(90)의 입력축에는 스퍼어기어(29)(30)(31)(32)(37)(38)(39)(40)의 축봉이 연결되고, 증속기(90)의 출력축에는 스크류 축봉(40a)(41a)(42a)(43a)(60a) (61a)(62a)(63a)이 연결되어 스크류(40)(41)(42)(43)(60)(61)(62)(63)의 회전속도가 2배 ~ 20배 범위로 증속되어 펌핑효율 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명 양수펌프(1)는 별도의 동력없이 조류(潮流)의 유수압을 이용하여 수차를 회전시켜 회전동력을 얻되, 개폐수단에 의해 수압판(6)(7)(8)(9)이 자연스럽게 열리고 닫히면서 최상의 효율로 양수발전에 필요한 다량의 양수를 펌핑하게 되므로, 효율이 극대화되며, 연료가 불필요한 청정그린 양수발전이 달성된다.

본 발명에서 대부분의 부품이나 구성품은 염분이나 수분에도 산화되지 않는 재질의 금속을 사용하거나 산화방지 피막을 형성하거나 부식방지 도막(도장)을 형성할 수 있다.

본 발명 양수펌프(1)를 이용한 조류 양수발전은, 도 18~도 20에 예시한 것처럼 양수발전설비(71)의 규모를 감안하여 복수 개로 구성하되 직열, 또는 병열, 또는 직/병열 혼합형으로 연결시켜 원하는 양(필요로 하는 양)의 양수를 얻을 수 있게 구성된다.

즉, 도 18과 같이 수상에 부유하거나 고정화된 해상구조물(71)에 설치하거나, 도 19와 같이 해저바닥(66)이 얕은 경우 해저바닥(66)에 깊이 들어가 고정되는 강관 파일(77)을 이용하여 설치할 수 있으며, 교각의 경우 도 20과 같이 해상 교각의 우물통(기초부) 등의 구조물(75)에 설비하면 되며, 또는 해저(면), 바지선, 무인도, 무인등대, 해상의 가두리양식장, 해저의 인공어초 등 다양한 위치를 이용한 설치가 가능하여 활용범위가 아주 넓다.

미 설명부호 (72)(73)은 송수관(2)을 연결하는 보강프레임이고, (67)은 해수이고, (74)는 체결부재이고, (76)은 교각이고, (78)은 해상구조물 기둥이다.

본 발명 양수펌프(1)는 조류를 이용한 양수발전과 용수를 위한 해수 보급에 이용될 수 있으며, 바다뿐 아니라 하천에도 설치 가능하고 농업용수의 확보를 위해서도 이용될 수 있다.

또한 일반 조류발전의 경우, 발전기를 수중에 설치한 형식의 경우 수밀구조를 위해 제작비용이 많이 소요되고, 고장이 발생할 경우 보수에 어려움이 있으나, 본 발명은 양수펌프(1)만 수중에 설치되고 발전기와 터빈 및 양수실은 수상 구조물이나 지상에 설치되므로 상기와 같은 문제점들이 해소된다.

또한 조류발전기를 수중에 설치하는 종래방식은 각 발전기의 위치에서 유속과 수차가 받는 수압의 차이로 발전 된 전력의 전압이나 주파수 등이 달라 단일전력으로 변환하기가 비효율적이고 기술적인 어려움이 있으나, 본 발명에서는 여러 대의 양수펌프(1)에서 펌핑된 물을 모아 한대의 발전기와 터빈으로 발전하게 되므로 설치와 유지관리에 따른 비용이 적게 소요된다.

본 발명 양수펌프를 이용한 조류양수발전의 특징은 터빈과 발전기를 육상이나 물밖에 설치할 수 있어서 고장빈도를 낮추고 여러 대의 양수펌프(1)에 의해 펌핑된 양수를 모아 대용량 발전이 가능하다.

본 발명 양수펌프(1)를 이용한 조류 양수발전은 여러 대의 펌프에서 펌핑된 양수를 모아 발전하게 되므로 비교적 조류의 유속이 낮은 곳에서도 효율적으로 이용될 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1)--양수펌프 (2)--송수관
(2a)--송수관 출구 (3)--연결관
(4)--상부 원판 (5)--하부 원판
(6)(7)(8)(9)--수압판 (6b)(7b)(8b)(9b)--수용부
(6a)(7a)(8a)(9a)(6c)(7c)(8c)(9c)--마구리판
(10)(11)(12)(13)--축봉 (B1)(B2)(B3)(B4)--축베어링
(15)--마구리판 (16)(17)(18)(19)(16a)(17a)(18a)(19a)--축지지구
(20)--제1 원형기어 (21)(22)--치차
(22)--제2 원형기어
(25)(26)(27)(28)(33)(34)(35)(36)--펌프
(29)(30)(31)(32)(37)(38)(39)(40)--스퍼어기어
(40)(41)(42)(43)(60)(61)(62)(63)--스크류
(40a)(41a)(42a)(43a)(60a)(61a)(62a)(63a)--스크류 축봉
(44)(45)--축부재 (44a)--흡입구
(44b)--연결부재 (45a)--배출구
(46)--체크밸브 (47)--걸름망
(54)(55)(56)(57)--스토퍼 (50)(51)(52)(53)--걸림부
(50a)(51a)(52a)(53a)--요입홈 (68)--연결관
(69)--집수관 (71)--양수발전설비(양수발전시스템)
(80)(81)(82)(83)--구동부재 (80a)(81a)(82a)(83a)--수용홈

Claims (3)

1. 상/하부 원판 사이에 소정 간격으로 설치되며 조류의 흐름방향에 따라 개폐되는 수압판으로 펌프 회전동력을 얻는 수차;
   상기 수차의 회전동력에 의해 동작하면서 양수를 펌핑하는 복수의 펌프;
   상기 복수의 펌프에 의해 펌핑된 양수를 모아 양수발전설비로 보내는 송수관;
   을 포함하는 조류발전용 양수펌프.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   수차는,
   상부 원판과 하부 원판;
   상기 상부 원판과 하부 원판의 중앙을 관통하여 연결하는 소정 내경의 연결관;
   상기 연결관 내부를 관통하여 상하로 돌출되는 송수관;
   상기 연결관과 송수관의 상/하부에 각각 설치되는 축베어링;
   상기 하부 원판의 가장자리 부분에 소정 간격으로 설치되는 복수의 축봉;
   상기 축봉에 각각 고정되는 수압판;
   상기 수압판에 설치되어 조류의 흐름 방향에 따라 개폐되는 개폐수단;
   상기 상부 원판과 하부 원판에 소정간격으로 설치되는 복수의 구동부재;
   상기 상부 원판의 상부면 가장자리 부분에 설치되는 제1 원형기어;
   상기 하부 원판의 저부면 가장자리 부분에 설치되는 제2 원형기어;
   를 포함하는 조류발전용 양수펌프.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
   상기 수압판은,
   상부 원판과 하부 원판에 소정 간격으로 축 설치되는 축봉;
   상기 축봉에 고정되는 수압판;
   상기 수압판의 전면에 요입 형성되는 수용부;
   상기 수압판의 후면에 형성되는 돌출부;
   상기 수압판의 상하부에 각각 형성되는 마구리판;
   을 포함하는 조류발전용 양수펌프.

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