KR101127565B1 - 조류 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로, 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈을 향해 해수의 흐름이 집중 유도되도록 하여 유속을 증가시키도록 구성함으로써, 발전 모듈의 전기 에너지 생산량이 향상되어 고효율의 성능을 발휘할 수 있고, 또한 발전 모듈을 설치할 수 있는 장소를 확대시켜 조류 발전에 의한 전기생산을 대규모로 증가시키는 것이 가능하며, 발전 모듈을 지상에서 일체로 조립한 후 인양하는 방식으로 해저에 설치하도록 함으로써, 그 설치 및 보수 작업이 용이하고 유지 관리가 용이한 조류 발전 장치를 제공한다.

Description

조류 발전 장치{Tidal Current Power Generating Apparatus}
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈을 향해 해수의 흐름이 집중 유도되도록 하여 해수의 속도를 증가시키도록 구성함으로써, 발전 모듈의 전기 에너지 생산량이 향상되어 고효율의 성능을 발휘할 수 있고, 발전 모듈을 지상에서 일체로 조립한 후 인양하는 방식으로 해저에 설치하도록 함으로써, 그 설치 및 보수 작업이 용이하고 유지 관리가 용이한 조류 발전 장치에 관한 것이다.
근래 에너지 문제는 국내 뿐아니라 국제적으로도 큰 문제가 아닐 수 없다. 특히 발전용으로 가장 널리 사용되고 있는 화석에너지는 대기오염과 함께 에너지의 고갈이라는 문제점을 안고 있다.
이에 따라 세계적으로 대체 에너지의 개발이 추진되고 있는 실정이며, 그 일 예로서 원자력에너지를 들 수 있다. 그러나 현재 화석에너지의 대체 에너지로서 주종을 이루는 원자력에너지는 핵 폐기물의 처리와 방사능 유출로 인한 폐해가 커 논란의 대상이 되고 있는 실정이다. 태양광이나 풍력을 이용한 발전설비도 있지만, 이는 국내 실정에 비추어 충분한 전력을 얻기 어려운 문제점이 있다. 또한 수력발전은 건설 비용이 많이 들고, 넓은 지역을 수몰시켜 댐을 건설해야 하기 때문에 환경파괴가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 제반 문제점들을 감안하여 최근에는 해수의 운동 에너지를 이용한 조류 발전 장치가 주목받고 있다. 일반적으로 조류 발전은 해수의 유속이 빠른 곳에 발전기를 설치하여 전기를 생산하는 것으로 설치 방법에 따라 선박의 이동이 자유로움은 물론 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않는 환경친화적인 대체 에너지 시스템이고, 해수의 이동이 규칙적이므로 발전량 예측이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
이러한 조류 발전 장치는 터빈을 회전시켜 전기를 생산하기 위하여 일정속도 이상의 해수흐름을 가져야 하기 때문에 주로 밀물이나 썰물의 해수 흐름이 지형적인 조건에 의하여 빨라지는 지역에 설치되고 있다.
그러나, 이와 같은 일반적인 조류 발전 장치를 설치할 수 있는 장소는 한정되어 있으며 정해진 해수의 유속에 의하여 출력을 확대시키는 데에는 한계가 있고 대량발전에 의한 경제성확보에 어려움이 있어 아직까지 보급이 널리 확대되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈을 향해 해수의 흐름이 집중 유도되도록 하여 해수의 속도를 증가시키도록 구성함으로써, 발전 모듈의 전기 에너지 생산량이 향상되어 고효율의 성능을 발휘할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발전 모듈을 지상에서 일체로 조립한 후 인양하는 방식으로 해저에 설치하도록 함으로써, 그 설치 및 보수 작업이 용이하고 유지 관리가 용이한 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지지 가이드 바디 사이에 배치된 발전 모듈의 위치를 상하 이동 가능하게 장착함으로써, 발전 모듈의 유지보수시 별도의 장비나 잠수작업 없이도 경제적인 방법으로 필요한 작업을 수행할 수 있으며 해수의 흐름에 대한 상하 유속 분포에 따라 최적의 위치로 발전 모듈을 이동시켜 더 높은 발전 효율 성능을 발휘할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 상황에 따라 발전 모듈을 향해 유입되는 해수의 흐름을 정지시킬 수 있도록 함으로써, 발전 모듈의 설치 작업 등을 육상에서와 같은 조건에서 수행함으로써 해수흐름이나 해상기상조건에 상관없이 필요한 작업을 수행할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 조수 간만의 차이에 의해 발생하는 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조류 발전 장치에 있어서, 상호 이격되게 해저에 배치되는 다수개의 지지 가이드 바디; 및 상기 지지 가이드 바디의 사이사이에 위치하도록 상기 지지 가이드 바디에 결합되며, 해수의 흐름에 의해 회전하는 회전 날개를 구비하고 상기 회전 날개의 회전력을 통해 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈을 포함하고, 상기 지지 가이드 바디는 해수의 흐름이 상기 발전 모듈을 향해 집중 유도되도록 하여 해수의 흐름 속도를 증가시킬 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치를 제공한다.
이때, 상기 지지 가이드 바디는 일측 방향으로 길게 형성되어 해수의 흐름 방향을 따라 길게 배치되며, 인접한 지지 가이드 바디의 상호 대향면 사이의 이격 거리가 해수의 흐름 방향으로 상기 발전 모듈에 근접함에 따라 해수의 흐름 속도가 점점 증가하도록 하는 구조를 갖도록 양측면에 경사면이 형성될 수 있다.
또한, 상기 경사면은 발전 모듈이 설치되는 위치에서 지지 가이드 바디 입구측에서의 해수 흐름보다 더 큰 속도를 갖도록 하는 어떤 형태로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 경사면은 해수의 흐름이 완전히 바뀐 상태에서도 발전 모듈이 작동할 수 있도록 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 중심부로부터 길이 방향 양측단부를 향해 각각 형성되며, 상기 발전 모듈은 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 중심부에 배치될 수 있다.
한편, 상기 지지 가이드 바디의 중심부에는 상하 방향으로 가이드 홈이 형성되고, 상기 발전 모듈은 상기 가이드 홈에 상하 방향으로 슬라이드 삽입 결합될 수 있다.
이때, 상기 발전 모듈은 내부에 발전기가 배치되며 일측에 상기 회전 날개가 결합되는 발전기 바디; 상기 발전기 바디의 양측에 수평 방향으로 돌출 형성되는 지지 로드; 및 상기 지지 로드의 일단에 각각 수직 방향으로 길게 형성되며 상기 가이드 홈에 슬라이드 삽입 결합되는 가이드 바를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 지지 로드는 해수의 흐름에 대한 저항이 감소되도록 길이 방향에 대한 수직 단면 형상이 중심부가 볼록하게 만곡진 유선형을 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 발전 모듈을 상기 가이드 홈을 따라 상하 방향으로 이동시키는 상하 구동 유닛이 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 상하 구동 유닛은 상기 가이드바에 장착되며 일측면에 랙기어가 형성되는 랙바; 상기 지지 가이드 바디에 장착되어 상기 랙기어와 맞물림되는 피니언 기어; 및 상기 피니언 기어를 회전 구동시키는 구동 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 양단부에는 해수의 유속을 측정할 수 있는 유속 감지 센서가 상하 방향으로 이격되게 다수개 배치되고, 상기 상하 구동 유닛은 상기 다수개의 유속 감지 센서에 의해 측정된 해수의 상하 유속 분포에 따라 상기 발전 모듈의 위치를 상하 조절할 수 있도록 별도의 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.
한편, 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 양단부에는 인접하는 지지 가이드 바디와의 사이에 배치되도록 별도의 차단 플레이트가 장착될 수 있다.
이때, 상기 지지 가이드 바디는 별도의 베이스 구조물에 안착되는 형태로 해저에 배치되며, 상기 차단 플레이트는 하향 이동시 상기 베이스 구조물에 수용되도록 구성될 수 있다.
한편, n개의 상기 지지 가이드 바디와 상기 지지 가이드 바디의 사이사이에 배치되는 n-1개의 발전 모듈은 하나의 발전 조립체를 이루고, 상기 발전 조립체는 지상에서 조립 완료된 상태에서 해저에 일체로 설치될 수 있다.
이때, 상기 발전 조립체는 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향을 따라 상호 이격되게 다수개 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈을 향해 해수의 흐름이 집중 유도되도록 하여 해수의 속도를 증가시키도록 구성함으로써, 발전 모듈의 전기 에너지 생산량이 향상되어 고효율의 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발전 모듈과 이를 지지하는 지지 가이드 바디를 지상에서 일체로 조립한 후 인양하는 방식으로 해저에 설치하도록 함으로써, 그 설치 및 보수 작업이 용이하고 유지 관리가 용이한 효과가 있다.
또한, 지지 가이드 바디 사이에 배치된 발전 모듈의 위치를 상하 이동 가능하게 장착함으로써, 발전 모듈의 유지보수시 별도의 장비나 잠수작업 없이도 경제적인 방법으로 필요한 작업을 수행할 수 있으며 해수의 흐름에 대한 상하 유속 분포에 따라 최적의 위치로 발전 모듈을 이동시켜 더 높은 발전 효율 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.
또한, 특정 상황에 따라 발전 모듈을 향해 유입되는 해수의 흐름을 정지시킬 수 있도록 함으로써, 발전 모듈의 설치나 유지보수시의 필요한 작업을 해수의 흐름상태나 해상기상조건과 관계없이 육지에서와 같은 조건에서 작업할 수 있어 경제적인 설치 및 유지보수가 가능하다.
또한, 해수 흐름을 증가시킬 수 있는 지지 가이드 바디를 설치함으로써 기존의 해수 흐름에서는 발전 모듈에 의해 전기를 생산할 수 없는 지역에서도 발전모듈을 설치하여 대량의 전기생산이 가능해 지도록 하는 효과가 있다.
또한, 발전 모듈을 지지 가이드 바디의 길이 방향으로 연달아 설치하는 대단위 발전단지의 구축에 있어 지지 가이드 바디가 해수 흐름을 보다 빠르게 정상적인 층류상태로 회복시키는 구조를 가지므로 동일한 면적에 보다 많은 발전 모듈을 설치하는 것을 가능케 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 외형 구조를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 설치 상태를 개념적으로 도시한 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치에서 발생하는 해수의 흐름 상태를 개념적으로 도시한 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 지지 가이드 바디와 발전 모듈에 대한 결합 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 상하 구동 유닛에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 발전 모듈에 대한 상하 이동 상태를 개략적으로 도시한 측면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 지지 가이드 바디에 차단 플레이트가 장착된 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 설치 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 외형 구조를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 설치 상태를 개념적으로 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치에서 발생하는 해수의 흐름 상태를 개념적으로 도시한 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 밀물과 썰물의 해수 유동에 의해 발생하는 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치로서, 해수의 흐름을 유도하는 지지 가이드 바디(100)와, 지지 가이드 바디(100)에 결합되어 해수의 흐름에 따라 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈(200)을 포함하여 구성된다.
지지 가이드 바디(100)는 해수 흐름이 큰 바다의 해저에 배치되는데, 해저 바닥면에 안착되는 형태로 배치될 수도 있고 별도의 구조물을 통해 해저 바닥면으로부터 이격되는 형태로 배치될 수도 있다. 지지 가이드 바디(100)가 해저 바닥면에 배치되는 경우에도 별도의 베이스 구조물(미도시)을 해저 바닥면에 설치한 후 이러한 베이스 구조물에 지지 가이드 바디(100)가 안착되는 형태로 배치될 수 있다.
이러한 지지 가이드 바디(100)는 다수개 구비되어 상호 이격되게 배치되며, 이러한 지지 가이드 바디(100)의 사이사이에 발전 모듈(200)이 결합된다. 따라서, 지지 가이드 바디(100)는 발전 모듈(200)을 지지하는 기능을 수행하므로 바다의 해저에 안정적으로 고정 장착되는 것이 바람직하다. 또한, 지지 가이드 바디(100)는 내부에 수용 공간이 형성되도록 중공 형태로 형성될 수 있으며, 이러한 지지 가이드 바디(100)의 내부에는 후술하는 상하 구동 유닛(미도시)을 비롯한 다른 여러가지 부품이 장착될 수 있다. 따라서, 지지 가이드 바디(100)의 상면에는 도 1에 도시된 바와 같이 지지 가이드 바디(100)의 내부 공간을 개폐할 수 있는 별도의 바디 덮개(110)가 장착될 수 있다.
발전 모듈(200)은 상호 이격되게 배치되는 지지 가이드 바디(100)의 사이사이에 위치하도록 지지 가이드 바디(100)에 결합되며, 해수의 흐름에 의해 회전하는 회전 날개(210)를 구비하고 해수의 흐름에 의한 회전 날개(210)의 회전력을 통해 전기 에너지를 생산하도록 구성된다. 이때, 발전 모듈(200)은 해수의 흐름에 의해 회전하는 회전 날개(210)와, 회전 날개(210)의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생산하는 발전기(미도시)가 내부에 배치되는 발전기 바디(220) 등을 포함하여 구성되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 지지 가이드 바디(100) 사이로 유입되는 해수의 흐름에 의해 발전 모듈(200)의 회전 날개(210)가 회전하고 회전 날개(210)의 회전력을 통해 전기 에너지를 생산하도록 구성된다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 가이드 바디(100)는 해수의 흐름이 발전 모듈(200)을 향해 집중 유도되도록 형성된다. 이러한 지지 가이드 바디(100)의 형상에 따라 해수의 흐름은 발전 모듈(200)로 집중 유도되며 그 유속이 증가하게 되므로, 발전 모듈(200)의 회전 날개(210)의 회전 속도 및 회전력이 증가하여 전기 에너지 생산 효율이 향상된다.
좀 더 자세히 살펴보면, 지지 가이드 바디(100)는 일측 방향으로 길게 형성되며, 해수의 흐름 방향을 따라 길게 배치되는데, 상호 인접하는 지지 가이드 바디(100)의 상호 대향면 사이의 이격 거리가 해수의 흐름 방향으로 발전 모듈(200)에 근접함에 따라 점점 감소하도록 폭 방향 양측면에 경사면(120)이 형성된다. 이때, 경사면(120)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 곡면을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 따라 상호 인접한 지지 가이드 바디(100) 사이 공간으로 유입되는 해수의 흐름은 곡면 형태의 경사면(120)을 따라 유도되며 점점 그 유속이 증가하게 된다.
또한, 경사면(120)은 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향에 대한 중심부로부터 길이 방향 양측단부를 향해 각각 형성되며, 이때, 발전 모듈(200)은 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향 중심부에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 밀물에 의한 해수의 흐름뿐만 아니라 썰물에 의한 해수의 흐름 또한 발전 모듈(200)을 향해 집중 유도할 수 있는 구조로 되어 있다.
즉, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 밀물시 발생하는 해수의 흐름이 상호 인접한 지지 가이드 바디(100) 사이로 유입되면, 지지 가이드 바디(100)의 중심부로부터 일측단부를 향해 형성된 경사면(120)에 의해 발전 모듈(200)을 향해 갈수록 해수의 유동 단면적이 감소하게 되므로, 이에 따라 해수의 유속이 경사면(120)을 따라 증가하게 된다. 해수의 유속이 증가하면, 회전 날개(210)의 회전 속도가 증가하게 되므로, 발전기에 의해 생산되는 전기 에너지의 양이 해수 유속 증가량의 세제곱에 비례하여 증가하게 된다. 마찬가지로, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 썰물시 발생하는 해수의 흐름 또한 지지 가이드 바디(100)의 중심부로부터 타측에 형성된 경사면(120)에 의해 발전 모듈(200)을 향해 갈수록 해수의 유동 단면적이 감소하게 되므로, 마찬가지로 해수의 유속이 증가하게 되고, 이에 따라 회전 날개(210)의 회전 속도 및 발전기에 의한 전기 에너지 생산량이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 이러한 지지 가이드 바디(100)의 구조에 따라 해수의 흐름을 발전 모듈(200)로 집중 유도할 수 있으므로, 전기 에너지 생산 효율이 향상되는 구조이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 세부 구성에 대해 상세히 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 지지 가이드 바디와 발전 모듈에 대한 결합 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 상하 구동 유닛에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 발전 모듈에 대한 상하 이동 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 지지 가이드 바디(100)의 중심부에 상하 방향으로 가이드 홈(130)이 형성되고, 발전 모듈(200)은 이러한 가이드 홈(130)에 상하 방향으로 슬라이드 삽입 결합되도록 구성될 수 있다. 이때, 가이드 홈(130)의 내측면에는 발전 모듈(200)의 삽입 경로를 가이드할 수 있도록 가이드 홈(130)의 길이 방향을 따라 길게 가이드 레일(131)이 형성되고, 발전 모듈(200)에는 이러한 가이드 레일(131)에 삽입되며 맞물림되도록 레일홈(241)이 형성될 수 있다.
이와 같이 지지 가이드 바디(100)에 슬라이드 삽입 결합되는 발전 모듈(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 일측에 회전 날개(210)가 결합되며 내부에는 회전 날개(210)의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생산할 수 있도록 발전기(미도시)가 배치되는 발전기 바디(220)와, 발전기 바디(220)의 양측에 수평 방향으로 돌출 형성되는 지지 로드(230)와, 각 지지 로드(230)의 일단에 각각 수직 방향으로 길게 형성되며 지지 가이드 바디(100)의 가이드 홈(130)에 슬라이드 삽입 결합되는 가이드 바(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 가이드 바(240)의 측면에는 전술한 가이드 레일(131)이 삽입 맞물림되는 레일홈(241)이 형성된다.
이러한 구조에 따라 발전 모듈(200)은 지지 가이드 바디(100)의 사이 공간에 배치되며, 하나의 일체형으로 조립된 상태에서 가이드 바(240)가 가이드 홈(130)에 슬라이드 삽입되는 방식으로 지지 가이드 바디(100)에 결합된다. 이때, 회전 날개(210)가 결합된 발전기 바디(220)는 가이드 바(240)로부터 지지 로드(230)를 통해 지지되며 지지 가이드 바디(100)의 사이 공간 중심부에 위치하게 된다. 따라서, 지지 로드(230)가 발전기 바디(220)를 지지하며 지지 가이드 바디(100)의 사이 공간을 횡단하는 형태로 배치되므로, 지지 가이드 바디(100) 사이 공간을 통해 유동하는 해수의 흐름은 지지 로드(230)에 의해 저항을 받게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 로드(230)는 해수 흐름의 저항이 최소화될 수 있도록 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 밀물 및 썰물시 발생하는 양방향 해수의 흐름을 모두 이용하여 발전할 수 있도록 구성되기 때문에, 지지 로드(230)는 이러한 양방향 해수 흐름에 대한 저항을 모두 최소화할 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 길이 방향에 대한 수직 단면 형상이 중심부가 볼록하게 만곡진 유선형을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 이와 같이 지지 가이드 바디(100)에 슬라이드 삽입 결합되는 발전 모듈(200)은 지지 가이드 바디(100)의 가이드 홈(130)을 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 결합될 수 있으며, 이를 위해 발전 모듈(200)을 상하 방향으로 이동시키는 상하 구동 유닛(500)이 더 구비될 수 있다.
상하 구동 유닛(500)은 도 5에 도시된 바와 같이 발전 모듈(200)의 가이드 바(240)에 장착되며 일측면에 랙기어(511)가 형성되는 랙바(510)와, 지지 가이드 바디(100)에 장착되어 랙바(510)의 랙기어(511)와 맞물림되는 피니언 기어(520)와, 피니언 기어(520)를 회전 구동시키는 구동 모터(540)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 구동 모터(540)에 의해 구동되는 피니언 기어(520)는 랙기어(511)와 직결되도록 구성될 수도 있으나 도 5에 도시된 바와 같이 별도의 아이들 기어(530)를 통해 연결되도록 구성될 수도 있다. 또한, 구동 모터(540)는 설치 장소가 수중인 만큼 수중 모터가 사용되는 것이 바람직하며, 상대적으로 큰 동력이 요구되므로 별도의 유압 장치(미도시)로부터 유압을 공급받아 작동하는 유압식 모터가 사용될 수 있다. 여기에서 설명한 상하 구동 유닛(500)의 구성은 예시적인 것으로 이외에도 다양한 구성으로 변경 가능하다. 예를 들면, 유압 실린더(미도시)를 이용한 방식의 구성도 가능하며, 별도의 크레인(미도시)을 이용한 인양 방식의 구성도 가능할 것이다.
이와 같은 구조에 따라 구동 모터(540)가 작동하여 피니언 기어(520)를 회전 구동하면, 피니언 기어(520)에 맞물림되는 랙기어(511)를 통해 랙바(510) 및 랙바(510)가 결합된 가이드 바(240)가 가이드 홈(130)을 따라 상하 방향으로 이동하게 되며, 가이드 바(240)의 상하 이동에 따라 지지 로드(230) 및 발전기 바디(220)가 상하 방향으로 이동하게 된다.
이러한 발전 모듈(200)의 상하 이동을 통해 해수의 흐름 상태에 따라 발전 모듈(200)의 상하 위치를 조절함으로써, 조류 발전 장치의 전기 에너지 생산 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 밀물 또는 썰물시에 발생하는 해수의 흐름은 날씨, 바람 또는 유동 마찰력과 같은 특정한 상황에 따라 수심에 따라 서로 다른 유속 분포를 나타낼 수 있으므로, 이러한 해수의 상하 방향 유속 분포에 따라 가장 유속이 큰 지점으로 발전 모듈(200)의 상하 위치를 이동시킴으로써, 회전 날개(210)의 회전 속도를 증가시켜 더 많은 전기 에너지를 생산할 수 있다.
이때, 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향 양단부에는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 해수의 유속을 측정할 수 있는 유속 감지 센서(400)가 상하 방향으로 이격되게 다수개 배치되고, 상하 구동 유닛(500)은 이러한 유속 감지 센서(400)에 의해 측정된 해수의 상하 방향 유속 분포에 따라 발전 모듈(200)의 위치를 상하 방향으로 조절하는 방식으로 구성될 수 있으며, 이러한 상하 구동 유닛(500)의 동작 상태는 별도의 제어부(800)를 통해 동작 제어되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이 해수의 유속이 상층부가 더 빠른 경우에는 상하 구동 유닛(500)의 동작 제어를 통해 발전 모듈(200)의 회전 날개(210)가 지지 가이드 바디(100)의 중심으로부터 상층에 위치하도록 발전 모듈(200)을 상향 이동시키고, 해수의 유속이 하층부가 더 빠른 경우에는 상하 구동 유닛(500)의 동작 제어를 통해 발전 모듈(200)의 회전 날개(210)가 지지 가이드 바디(100)의 중심으로부터 하층에 위치하도록 발전 모듈(200)을 하향 이동시키는 방식으로 구성될 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 항상 최적화된 상태로 동작하여 더 높은 효율로 전기 에너지를 생산할 수 있다.
이러한 상하 구동 유닛(500)을 통하여 얻을 수 있는 또 다른 장점은 발전 모듈(200)의 유지보수가 필요한 시점에 상하 구동 유닛(500)의 동작 제어를 통해 발전 모듈(200)을 상승시켜 필요한 작업을 수행함으로써 별도의 추가 장비 없이도 경제적으로 유지보수를 수행할 수 있다는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 지지 가이드 바디에 차단 플레이트가 장착된 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 도 7에 도시된 바와 같이 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향 양단부에 별도의 차단 플레이트(600)가 장착될 수 있다. 이때, 차단 플레이트(600)는 상호 인접하는 지지 가이드 바디(100)의 사이 공간에 배치되도록 양단이 2개의 지지 가이드 바디(100)에 각각 결합된다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향 양단부에는 각각 상하 방향으로 길게 가이드 홈(140)이 형성될 수 있고, 상호 인접하는 지지 가이드 바디(100)에 서로 대향되게 형성된 2개의 가이드 홈(140)에 차단 플레이트(600)의 양단부가 각각 삽입 결합될 수 있다.
이러한 차단 플레이트(600)는 특정 상황에서 상호 인접한 지지 가이드 바디(100) 사이 공간으로 유동하는 해수의 흐름을 감소시키기 위한 것으로, 정상적인 상태에서는 상호 인접한 지지 가이드 바디(100) 사이 공간으로 자유롭게 해수가 유입되도록 차단 플레이트(600)를 삽입하지 않은 상태로 유지하고, 지지 가이드 바디(100) 만이 설치된 후 발전 모듈(200)을 설치하거나 발전 모듈(200)에 이상상황이 발생하여 유지 보수가 필요한 경우에는 상호 인접한 지지 가이드 바디(100) 사이 공간으로 해수의 유입이 방지될 수 있도록 차단 플레이트(600)를 삽입 설치함으로써 해수의 유입을 차단한다.
이와 같이 차단 플레이트(600)가 특정 상황에서 삽입 설치됨에 따라 해수의 유입을 정지시킴으로써 육상에서와 동일한 작업조건이 이루어져 해수 흐름의 세기나 해상 기상조건에 상관없이 언제든지 필요한 작업을 수행할 수 있다. 이러한 조건은 일반적인 조류발전 시스템의 설치 및 유지보수가 썰물에서 밀물로 또는 밀물에서 썰물로 조류가 바뀌는 정조기의 제한된 조건에서만 이루어지는데 비하여 언제든지 작업이 가능하므로 설치 및 유지보수 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 설치 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치는 전술한 바와 같이 다수개의 지지 가이드 바디(100)와, 지지 가이드 바디(100)의 사이사이에 배치되는 발전 모듈(200)을 포함하여 구성되는데, 이때, n개의 지지 가이드 바디(100)와, 지지 가이드 바디(100)의 사이사이에 배치되는 n-1개의 발전 모듈(200)은 하나의 발전 조립체(10)를 이루며, 지상에서 조립 완료된 상태에서 해저에 일체로 설치된다.
즉, 지지 가이드 바디(100)와 발전 모듈(200)을 지상에서 모두 조립한 후 하나의 발전 조립체(10)를 일체로 해저에 설치할 수 있도록 구성된다. 따라서, 수중 작업 없이 대부분의 제작 조립 과정이 지상에서 이루어지므로 그 설치 작업이 매우 용이하며, 특히 대규모의 보수 작업시에도 하나의 발전 조립체(10)를 크레인 등을 이용하여 지상으로 인양한 후 보수 작업을 할 수 있으므로, 보수 작업 또한 용이하게 수행할 수 있다.
한편, 이러한 발전 조립체(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 지지 가이드 바디(100)를 통과하는 해수의 흐름 방향을 따라, 즉 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향을 따라 이격거리 X만큼 상호 이격되게 다수개 설치될 수 있다.
일반적으로 조류에 의한 전기생산이 가능한 지역에 조류발전 단지를 건설함에 있어 발전 모듈(2000)을 발전 모듈(200)의 전후 및 좌우 방향으로 각각 다수개 설치한다. 이때, 발전 모듈(200) 간의 간격은 발전 모듈(200)의 회전 날개(210)의 회전에 의해서 생성된 난류유동이 인접한 발전 모듈(200)의 출력에 영향을 미치지 않도록 충분히 이격시켜야 한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 지지 가이드 바디(100)는 회전 날개(210)를 지난 난류유동을 빠른 시간에 층류유동의 정상상태로 형성하는 역할을 한다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치에 의해 조류 발전단지를 건설하면 발전 모듈(200)간의 간격을 감소시킬 수 있어 동일한 면적에 더 많은 수의 발전 모듈(200)을 설치함으로써 대규모의 조류 발전이 가능하게 된다.
한편, 발전 조립체(10)는 이와 같이 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향을 따라 일렬 배치되는 방식 이외에도 지지 가이드 바디(100)의 상호 이격 방향을 따라, 즉 지지 가이드 바디(100)의 폭 방향을 따라 수평 방향으로 다수개 배치될 수도 있다.
이 경우, 발전 조립체(10)는 지지 가이드 바디(100)의 길이 방향 양단부에 해수의 유속을 측정할 수 있는 유속 감지 센서(400)가 장착되고, 다수개의 발전 조립체(10)는 이러한 유속 감지 센서(400)에 의해 측정된 해수의 유속에 따라 미리 설정된 유속 구간에 해당되는 해수의 유속이 나타나는 위치의 발전 조립체(10)만 선별적으로 작동하며 전기 에너지를 생산하도록 제어부(800)에 의해 동작 제어될 수 있다. 이에 따라 더욱 최적화된 상태로 운전 제어될 수 있으며, 불필요한 작동이 제거됨으로써 더욱 에너지 효율이 높은 상태가 유지될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 지지 가이드 바디 120: 경사면
200: 발전 모듈 210: 회전 날개
220: 발전기 바디 230: 지지 로드
400: 유속 감지 센서 500: 상하 구동 유닛
510: 랙바 520: 피니언 기어
600: 차단 플레이트 800: 제어부

Claims (14)

  1. 해수의 흐름을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조류 발전 장치에 있어서,
    상호 이격되게 해저에 배치되는 다수개의 지지 가이드 바디; 및
    상기 지지 가이드 바디의 사이사이에 위치하도록 상기 지지 가이드 바디에 결합되며, 해수의 흐름에 의해 회전하는 회전 날개를 구비하고 상기 회전 날개의 회전력을 통해 전기 에너지를 생산하는 발전 모듈
    을 포함하고, 상기 지지 가이드 바디는 해수의 흐름이 상기 발전 모듈을 향해 집중 유도되도록 형성되고,
    상기 지지 가이드 바디는 일측 방향으로 길게 형성되어 해수의 흐름 방향을 따라 길게 배치되며, 인접한 지지 가이드 바디의 상호 대향면 사이의 이격 거리가 해수의 흐름 방향으로 상기 발전 모듈에 근접함에 따라 점점 감소하도록 양측면에 경사면이 형성되고,
    상기 발전 모듈은, 내부에 발전기가 배치되며 일측에 상기 회전 날개가 결합되는 발전기 바디와, 일단은 상기 발전기 바디의 양측에 수평 방향으로 돌출 형성되고 타단은 상기 지지 가이드 바디 측에 연결되는 지지 로드를 포함하고,
    상기 지지 로드는 해수의 흐름에 대한 저항이 감소되도록 길이 방향에 대한 수직 단면 형상이 중심부가 볼록하게 만곡진 유선형을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면은 곡면을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 중심부로부터 길이 방향 양측단부를 향해 각각 형성되며, 상기 발전 모듈은 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    n개의 상기 지지 가이드 바디와 상기 지지 가이드 바디의 사이사이에 배치되는 n-1개의 발전 모듈은 하나의 발전 조립체를 이루고, 상기 발전 조립체는 지상에서 조립 완료된 상태에서 해저에 일체로 설치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 발전 조립체가 상기 지지 가이드 바디의 길이 방향을 따라 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 지지 가이드 바디의 길이 방향 양단부에는 해수의 유속을 측정할 수 있는 유속 감지 센서가 장착되고, 다수개의 상기 발전 조립체는 상기 유속 감지 센서에 의해 측정된 해수의 유속에 따라 선별적으로 작동하며 전기 에너지를 생산하도록 별도의 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
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