KR101242721B1

KR101242721B1 - 조류발전장치

Info

Publication number: KR101242721B1
Application number: KR1020110064364A
Authority: KR
Inventors: 조희남
Original assignee: 주식회사 지앤지테크놀러지
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-03-12
Also published as: KR20110084392A

Abstract

본 발명은 기압조정기능을 갖게 한 밀폐케이싱 구조의 조류발전장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해수면 아래에 설치되는 조류발전장치를 구성함에 있어 수밀성 있도록 제작된 밀폐케이싱 내부에 기압을 상승 또는 하강시킬 수 있도록 구성된 기압조정장치를 설치하여 조석간만의 차이로 인해 발생되는 해수면의 수위 차이 변화로 인한 해수측과 발전장치가 내장되어 있는 밀폐케이싱 내부 사이의 압력차이를 항시 일정하게 유지되게 하여 수밀성 확보를 위한 팩킹 부위들에 대한 경제적이고 효율적인 설계와 조립 및 결합기술을 확보할 수 있도록 하였다. 이렇게 구성된 밀폐케이싱 내부에 발전기를 포함한 발전장치를 설치하고 조류에 의해 회전할 수 있는 브레이드를 밀폐케이싱 외부에 회전샤프트와 연결하되 축봉장치를 거치도록 함으로써 누수없이 내부를 건조한 상태로 유지될 수 있도록 한 것이다.
[색인어]
밀폐케이싱,기압조정장치,조류발전장치,축봉장치,블레이드

Description

조류발전장치{TIDAL CURRENT POWER PLANT}

본 발명은 발전장치를 내부에 설치하고 기압조정기능을 갖는 밀폐케이싱을 채택함으로써 수밀성을 효율적이고 경제적으로 확보할 수 있도록 발명된 조류발전장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 해수면 아래에 설치되는 조류발전장치를 구성함에 있어 수밀성 있도록 제작된 밀폐케이싱 내부에 기압을 상승 또는 하강시킬 수 있도록 구성된 기압조정장치를 설치하여 조석간만의 차이로 인해 발생되는 해수면의 수위 차이 변화로 인한 해수측과 발전장치가 내장되어 있는 밀폐케이싱 내부 사이의 압력차이를 항시 일정하게 유지되게 하여 축봉장치와 수밀성 확보를 위해 팩킹처리하는 부위들에 대한 설계와 조립 및 결합에 따르는 구조적 기능의 일관성을 확보할 수 있도록 하였다.

이렇게 구성된 밀폐케이싱 내부에 발전기를 포함한 발전장치를 설치하고 조류에 의해 회전할 수 있는 브레이드를 밀폐케이싱 외부에 회전샤프트와 연결하되 축봉장치를 거치도록 함으로써 누수없이 내부를 건조한 상태로 유지될 수있도록 한 것이다. 이렇게 함으로써 종래 조류발전장치가 발전기 자체를 방수처리하여 설치하게 됨으로써 오는 설치구조의 한게와 대형화설비 구성의 한계를 극복하여 초대형 설비의 구성이 가능한 기술확보가 가능하게 한 것이다.

조류발전은 조류가 빠르게 흐르는 해저에 블레이드가 장착된 수차발전기를 설치한 뒤 조류의 힘에 의해 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 것이다. 특히 조류발전은 기후변화나 계절에 관계없이 발전이 항시 가능하고 신.재생에너지 중 유일하게 발전 가능량을 예측할 수 있는 에너지원이라 할 수 있다.

그러나 조류에너지의 변환, 구조물설계와 시공, 발전시스템의 적용과 운용 등 복합적인 기술이 요구되고 있어 선진국인 미국, 독일, 노르웨이에서도 비교적 최근에야 연구를 시작한 상태이다. 한국의 경우에도 전남 울둘묵에 세계최대 규모의 시험 조류발전시설의 핵심 구조체를 설치하는데 성공하였다. 설치된 조류발전시설의 구조체는 무게가 1,000여톤에 달하는 거대한 구조물로 구성되며, 상부하우스 높이까지 포함하면 높이가 48m에 이르는 거대한 규모를 갖는다.

한편, 조류를 이용하는 경우 표준상태(20℃,1기압,상대습도75％)에서의 공기밀도가 약 1.2라 할 경우 공기밀도보다 물의 밀도가 약 830배 이상 큼으로써 풍력을 이용한 블레이드보다 수차발전기의 블레이드는 그 크기를 보다 작게 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 풍력을 이용하는 경우에는 통상적으로 풍속이 초속 10∼20m내외로 그 속도가 빠른 반면 조류의 속도는 국내의 경우 초속 2∼5m 내외가 대부분이다.

또한 대체적으로 조류를 이용하는 블레이드의 경우에는 블레이드의 너비가 풍력에 비해 작게 구성되어 장치되는 형태를 취하고 있다. 여러 이유가 있겠으나 수중에 설치되는 블레이드의 구조체 구성에 어려움 있었으며 이러한 대형의 블레이드를 설치하기 위해서는 수중에 설치되는 구조체 역시 대형화될 수 밖에 없어 이로 인한 구조물의 시설비의 증가로 인한 어려움이 상존할 수 밖에 없었다.

더욱이 이러한 대형의 구조물을 설치하기 위해서는 해저바닥에 기초구조물을 설치하거나 지상에서 제작된 대형의 기초구조물을 해저바닥에 투하하여 구성하는 형식을 취할 수 밖에 없어 작업의 난이성은 물론 시멘트등 그라우팅제재에 의한 해양오염으로 인한 해양환경 생태계에 악영향을 미칠 수 있는 우려가 높았던 문제가 있었다.

한편, 조류발전용 블레이드를 대형화 할 경우 조류속도가 낮다 할지라도 저속의 블레이드 회전을 가속기를 이용하여 빠른 속도로 변환된 발전기를 회전시킬 수 있는 기술의 확보가 가능하게 될 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 장점이 있다.

따라서, 구조체의 시설에 따르는 비용을 크게 낮출 수 있으면서도 대형의 조류발전용 블레이드를 설치할 수 있는 조류발전용 구조체의 개발이 필요하였다.

즉, 수면에서부터 해저바닥까지의 깊이가 40m이고 조류간만의 차가 6m 일 경우 조류가 형성되는 깊이는 34m 에 달해 블레이드의 한쪽의 브레이드 길이가 15미터 이상이어도 가능하다는 결론이고 그만큼 조류발전의 양도 늘어날 수 있게 된다.

특히, 블레이드가 대형화될 수 있어 수류의 접촉면적을 크게 넓힐 수 있게 됨으로써 조류방향이 바뀌더라도 비슷한 블레이드의 회전속도를 통해 조류의 방향이 바뀌더라도 일정 규모의 전력생산을 항시 확보할 수 있는 효과를 얻게 되었다.

이러한 효과는 수류 속도가 대체적으로 빠르게 형성되는 하천이나 강에서도 동일하게 적용될 수 있는 것으로서 종래 수류속도가 빠르고 수심이 깊은 지역에서의 구조체 설치에 어려움이 있는 문제를 해결할 수 있는 기술로 이해하면 될 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명인은 특허 제10-1022045호(특허명칭;조류 및 수류발전 구조체 장치 및 설치방법)을 발명하여 일부 구조체 구성에 따른 문제점을 해결한 바 있다.

그러나, 이러한 구조체의 완성에 따라 대형의 구조체를 해수면 아래 수중에 설치할 수 있게 되었다 할지라도 수차발전기를 구성하고 있는 발전장치를 수중에 노출시킨 채 오랜 시간 누수없이 유지관리를 시행한다는 것은 상당한 어려움이 상존할 수 밖에 없는 문제를 가지고 있었다.

10-2005-0017964(특허명칭:조류발전장치) 10-2007-0077803(특허명칭:조류발전장치) 10-2008-0105665(특허명칭:공기에 의해 기밀되는 발전기를 가지는 조류발전용 터빈) 10-2008-0105667(특허명칭:압력조절장치를 갖는 조류발전용 터빈) 10-2010-0053975(특허명칭;조류 및 수류발전 구조체 장치 및 설치방법)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

대형의 발전장치를 해수면 아래 수중에 설치한다 할지라도 발전장치에 누수로 인한 트러블을 최소화 할 수 있는 장치를 개발하고자 하는데 본 발명의 목적이 있다. 따라서 수밀성이 유지되도록 제작된 밀폐케이싱을 구성하고 그 내부에 발전장치를 설치하도록 하면서 기압조정장치를 구성함으로써 수중 압력보다 밀폐케이싱 내부 압력이 밸런스를 이루면서 가압되도록 함으로써 블레이드 회전샤프트의 축봉장치 등 결합부위를 통해 유입되는 해수를 근본적으로 차단하여 밀폐케이싱 내부가 항상 건조한 상태에서 유지될 수 있는 기술을 확보하고자 하는데 본 발명의 목적이 있다 하겠다.

본 발명은 특히 발전장치를 내부에 설치하고 기압조정기능을 갖는 밀폐케이싱을 채택함으로써 수밀성을 효율적이고 경제적으로 확보할 수 있도록 발명된 기압조정기능을 갖는 밀폐케이싱 조류발전장치를 구성함에 있어서,

수밀성 있도록 조립된 밀폐케이싱과;

밀폐케이싱 내부의 기압을 조정할 수 있도록 구성된 기압조정장치와;

밀폐케이싱 내부에 장치된 발전장치와;

조류에 의해 회전될 수 있도록 설치되고 결합된 회전샤프트에 의해 발전장치를 구동시키도록 연결되는 블레이드와;

밀폐케이싱을 관통한 블레이드의 회전샤프트에 설치되어 누설을 방지할 수 있도록 구성된 축봉장치와;

발전된 전력을 전송하기 위해 설치되는 케이블과;

밀폐식 케이싱의 위치를 고정할 수 있도록 설치되는 고정지지체로 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 조석간만의 차이로 인해 발생되는 해수면의 수위 차이 변화로 인한 해수측과 발전장치가 내장되어 있는 밀폐케이싱 내부 사이의 압력차이를 항시 일정하게 유지되게 하여 축봉장치와 수밀성 확보를 위해 팩킹처리하는 부위들에 대한 설계와 조립 및 결합에 따르는 구조적 기능의 일관성을 확보할 수 있도록 기압조정장치를 구성하되, 기압조정장치는 조석간만의 차이로 형성되는 수위에 의해 형성되는 해수압과 밀폐케이싱 내부 압력차이를 차압센서에 의해 계측하여 그 신호에 따라 가압과 퍼지를 인위적으로 시행하여 밀폐케이싱 내부의 압력을 조정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

조류발전장치에 의하면,

기존 조류발전장치를 구성하여 유지관리를 진행함에 있어 가장 큰 어려움이었다고 할 수 있는 수밀성 유지를 근본적으로 해결할 수 있는 장치구성을 이루어냈다는 효과를 갖게 되었다. 특히 조석 간만의 차로 인해 해수면의 높이가 수시로 다르게 변화되는 가운데 해수측과 발전장치가 내장되어 있는 밀폐케이싱 내부 사이의 압력차이를 항시 일정하게 유지될 수 있도록 함으로써 축봉장치와 수밀성 확보를 위해 팩킹처리하는 부위들에 대한 설계와 조립 및 결합에 따르는 구조적 기능의 일관성을 확보할 수 있도록 하였다.

이러한 결과 최적의 수밀성 확보를 위한 가장 경제적이고 효율적인 결합구조의 설계와 운용 유지관리 장치의 획득 또한 가능한 효과를 갖게 되었다. 이러한 결과 종래 조류발전장치가 발전기 자체를 방수처리하여 해수면 아래 수중에 직접 설치하게 됨으로써 오는 설치구조의 한계와 대형화설비 구성의 한계를 극복하여 초대형 발전기를 밀폐케이싱 내부에 장치하여 수중에 설치하여 운용이 가능한 기술 확보가 가능하게 한 효과가 있다 하겠다.

즉, 비록 수중에 설치된다고는 하나 수밀성 있게 밀폐되고 건조한 내부공간에 풍력발전기와 동일, 또는 유사한 구조를 조류발전에 응용 채택할 수 있도록 함으로써 조류발전을 크게 확대 보급시킬 수 있는 전환기를 갖게하는 효과가 있다 하겠다.

또한, 조류에 의해 회전되는 블레이드를 대형화하고 조속기어박스를 설치할 수 있게 됨으로써 통상 초속 2미터(2m/sec) 이하의 조류속도에서도 조류발전이 가능한 기술을 확보할 수 있게 되는 효과가 있게 되었다.

도 1은 본 발명에 의한 조류발전장치의 단면도
도 2는 본 발명에 의한 기압조정장치를 설치한 상태의 단면도
도 3은 본 발명의 발전장치를 설치한 상태의 단면도
도 4는 본 발명에 의한 밀폐케이싱의 결합상태와 축봉장치 부분 측면도
도 5는 본 발명에 의한 축봉장치 단면도
도 6은 본 발명의 출입닥트와 밀폐케이싱 내부 시설을 표현한 단면도
도 7은 본 발명의 부유체를 이용한 조류발전장치 설치도
도 8은 본 발명의 밀폐케이싱 전,후단에 각각 블레이드를 설치한 조류발전장치 설치도
[도면의 주요부호 설명]
1: 밀폐케이싱 2: 하부바디 4: 블레이드 6: 지주체 7: 출입덕트
9: 감압챔버 14: 장치바닥체 20: 발전실 21: 축봉장치 24:메카니컬씰
26: 사다리 30:콤푸레샤 37: 신호선 41: 수조챔버 49: 격판 57:제습장치
60: 발전기 61: 조속기어박스 67:부유체 70:발전장치 80:케이블

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 기압조정기능을 갖는 밀폐케이싱 조류발전장치를 표현한 단면도이다.

수밀성 있도록 조립된 밀폐케이싱(1)은 해저면(17)을 굴착한 후 삽입하여 세운 원통형의 지주체(6)에 설치된 브라켓(10)에 볼트와 너트를 이용하거나 유압 또는 수압을 이용한 고정장치(미도시)를 이용하여 결착 결합되도록 하였다. 원통형 지주체(6)는 도 1과 같이 2주형이거나 밀폐케이싱(1) 전후에 각각 2주씩 배치하여 설치하는 4주형 등 규모와 지형에 따라 여러 형태를 이용할 수 있다.

밀폐케이싱(1)은 제작 재질이 일반 스틸에서 스테인레스스틸, 강화프라스틱 등 규모와 용량에 따라 수압과 하중에 견딜 수 있는 다양한 재질을 선택하여 제작될 수 있으며 외형을 잠수함처럼 유선형으로 제작하여 조류의 저항을 최소화 할 수 있도록 하였다. 밀폐케이싱(1)은 하부바디(2)와 상부덮개부(3)로 구분되어 조립 설치되도록 하였다. 하부바디(2)는 통상적으로 잠수함 형태의 유선형 몸체를 가지면서 블레이드(4)의 회전샤프트(5)가 관통하여 밀폐케이싱(1) 내부로 인입설치되도록 하였다.

또한 하부바디(2) 내부에서 발전장치(70) 구성품인 발전기(60)와 조속기어박스(61)를 블레이드(4)의 회전샤프트(5)와 카프링(65)을 이용하여 결합될 수 있도록 하였다. 물론 규격과 용량이 소규모일 경우에는 조속기어박스(61)를 생략하고 바로 발전기(60)에 카프링(65)을 이용하여 설치하게 될 수도 있다. 하부바디(2)에는 발전기(60)와 조속기어박스(61)를 배치 및 설치할 수 있는 장치바닥체(14)이나 설치브라켓(미도시)을 별도 구성 설치하여 배치와 설치에 불편함이 없도록 하면서 내부공간이 효율적으로 활용될 수 있도록 하였다. 하부바디(2) 내부에 설치된 구성 장치들에 대한 보전활동은 상부덮개부(3)의 개방만으로도 불편함이 없도록 하였다.

하부바디(2)와 상부덮개부(3)의 결합은 사이에 고무팩킹을 삽입한 상태에서 볼트(22)와 너트를 이용하여 결합되도록 하였다. 규모에 따라서는 하부바디(2)와 상부덮개부(3)를 고정크립(미도시)등을 이용하거나 아예 용접이나 접착을 통해 일체화시킬 수도 있다 하겠다. 규모가 중대형화될 경우에는 상부덮개부(3)에 별도의 보통 사용되는 수밀성 있도록 잠금기능이 있는 점검용 맨홀(29)을 설치하여 운용할 수도 있다.

또는, 밀폐케이싱(1)이 대형으로 제작되어 운용될 경우에는 밀폐케이싱(1)의 상부에 출입덕트(7)를 구성하게 할 수도 있다. 출입덕트(7)는 원형강판 또는 강화프라스틱 등 경고성이 있는 재료를 이용하여 조류와 수압에 견딜 수 있도록 상부덮개부(3) 상부에 결합하여 해수면(11) 상부로 인출하도록 하였다. 출입덕트(7)의 지지는 지주체(6)에 브라켓을 이용하여 고정하게 할수도 있다.

출입덕트(7)에는 감압챔버(9)를 구성하여 해수면(11) 아래 부분에서의 출입덕트(7)의 누수나 장애로부터 밀폐케이싱(1)의 내부를 보호할 수 있도록 하였다. 감압챔버(9)는 밀폐케이싱(1)의 상부덮개부(3)에 별도의 맨홀햇치(28)를 설치하고 맨홀햇치(28) 상부에 별도의 덕트햇치(27)를 수밀성 있게 구성하여 형성되도록 하였으며 감압챔버(9)에는 기압을 가압 또는 감압 시킬 수 있는 설비를 설치하여 맨홀햇치(28)나 덕트햇치(29)를 개방하고 폐쇄하는 과정에서 인체와 조작기능에 불편함이나 장애가 없도록 하였다. 맨홀햇치(28)나 덕트햇치(29)는 모두 원형의 덮개 형태이며 통상 오토클레이브덮개 또는 함정의 햇치도어 형태로 제작되어 폐쇄시에는 핸들을 돌려 잠금이 압박이 이루어지도록 함으로써 수밀성이 확보될 수 있는 구조로 설치되었다.

출입덕트(7)에는 내부를 통해 동력용 케이블(80)이나 제어용케이블, 또는 기압조정을 위한 기체 인입용 공기인입관(38), 챔버공기관(47) 등 밀폐식케이싱(1)에 연결되는 유틸리티용 배관과 케이블 등을 설치하여 활용될 수 있도록 하였다.

또한, 밀폐케이싱(1) 내부에는 하부바디(2)와 상부덮개부(3)의 결합부위 또는 축봉장치(21)등을 통해 침입된 해수, 내,외부온도차이에 의해 발생되는 응결수의 배출을 위한 자동배수장치(46)가 설치되도록 하였다. 자동배수장치(46)는 자동배수펌프이거나 고압압축공기를 이용한 에어펌프 또는 에어트랩을 활용하도록 하였으며, 특히 지정된 높이 이상 침수되는 경우 누수센서(45)에 의해 경보알람이 작동되고 별도 설치되는 대형 자동배수펌프가 작동되어 배수가 되도록 할 수도 있다.

물론, 밀폐케이싱(1)이 해수면(11) 아래 설치되고 누수된 일부 해수와 응축수등이 존재하고 발전기(60)등 구동장치들로 인하여 온도가 올라감으로 인하여 습기의 증발등으로 인해 습도가 상승되어 전지 전자장치들의 트러블을 야기할 수 있어 밀폐케이싱(1) 내부에는 습도제어를 통한 응결수 형성을 방지하기 위한 제습장치(57)를 설치하도록 하였다.

제습장치(57)는 통상적으로 전원공급을 통해 기동되는 냉동기를 이용한 냉각제습시스템이 이용될 수도 있으나 밀폐케이싱(1) 외부의 해수의 수온이 낮음으로 이 수온이 낮은 해수를 순환펌프(미도시)를 이용하여 밀폐케이싱(1)내부에 설치된 제습장치(57)로 순환시키고 밀폐케이싱(1) 내부 공기를 이 제습장치(57)로 통과시키며 순환시키도록 함으로써 습기를 응축시켜 제습되도록 할 수도 있다.

한편, 밀폐케이싱(1) 내부에는 수중온도와 밀폐케이싱(1) 내부 온도 차이에 의해 밀폐케이싱(1) 내부 벽면에 응결수가 발생되지 않도록 밀폐케이싱(1) 내부 벽체에 보온재(56)를 설치하도록 하였으며 보온재(56)의 재질은 가능한 단열성능 대비 두께를 최소화하기 위해 에어로젤을 소재로 하도록 하였다.

한편, 수밀성있게 구성되어 조립 결합된 밀폐케이싱(1)은 고정지지체인 원통형 지주체(6)에 결합되어 해수면(11) 아래 수중에 설치되어지게 되면 통상적으로 수심 10미터당 1기압(1kg/㎠)의 수압이 밀폐케이싱(1) 내부 쪽으로 가해지게 된다. 이렇게 가해지는 수압은 블레이드(4)의 회전샤프트(5)가 관통되어진 축봉장치(21)는 물론이거니와 하부바디(2)와 상부덮개부(3)의 결합부위, 점검용 맨홀(29)이나 맨홀햇치(28) 등의 결합부위등을 통해 해수가 용이하게 유입되어질 수 있게 된다.

이때 밀폐케이싱(1) 내부 기압을 가압 상승시켜 밀폐케이싱(1)이 설치된 해수면(11) 아래 수심에 상당하는 압력 이상으로 유지시키게 되면 외부에서 가해지는 수압보다 밀폐케이싱(1) 내부의 압력이 높음으로 인해 해수의 유입보다 밀폐케이싱(1) 내부의 기체가 외부로 새어나갈 수 있는 상태가 되거나 또는 압력의 밸런스를 밀폐케이싱 내부가 미세하게 높도록 유지시키게 되면 효율적으로 해수침입을 방지할 수 있는 효과를 갖게 할 수 있다.

따라서, 밀폐케이싱(1) 내부의 기압을 상승 또는 하강시킬 수 있도록 구성된 기압조정장치(58)를 구성하도록 하였다.

기압조정장치(58)는 밀폐케이싱(1) 내부와 해수면 상부 간을 강관이나 튜브로 이루어진 공기인입배관(38)을 연결하고 밀폐케이싱(1) 내부나 해수면(11) 상부에 설치된 갑판(12)에 공기를 압축 가압하여 공급할 수 있도록 설치된 콤푸레셔(30)를 이용하여 외부 공기를 가압 하여 공급하거나 고압실린더(40)에 저장된 질소가스등 고압으로 압축된 압축기체를 이용하여 공급하도록 하였다. 물론 고화시킨 고체의 증발 또는 승화과정에서 발생된 기체를 가압 공급하여 동일한 효과를 얻을 수도 있다 하겠다.

조류발전장치는 통상적으로 지주체(6)에 결합되어 설치되는 경우 해수면(11) 아래 20∼40m 심도에 고정되어 운용되어지는 반면 조석간만의 차이가 심한 경우 8∼9m 의 수위변화가 정기적으로 발생하게 되며 이로 인해 밀폐케이싱(1) 내부와 외부의 압력차이의 변화도 동일하게 발생하게 된다. 이러한 압력차이의 변화는 축봉장치(21)와 결합부위 등의 팩킹 성능의 저하를 가져오게 되어 결과적으로 누수율을 높이는 요인이 될 수 있다.

따라서, 기압조정장치(58)는 조석간만의 차이로 형성되는 수위에 의해 형성되는 케이싱선체(13)에 홀을 가공하여 형성한 센서개구부(15)에 삽입 설치한 센서플러브(33)를 통해 외부수압센서(36)로 해수측 압력을 측정하고, 밀폐케이싱(1) 내부 압력은 내부기압센서(32)로 측정하여 이를 콘트롤러(31)에 전송하여 그 신호에 따라 밀폐케이싱(1)의 내부와 외부의 압력차이를 적정하게 밸런스를 맞출수 있도록 압력 기체의 공급을 통한 가압을 시행함은 물론, 썰물로 인해 해수면(11) 수위가 낮아져 충분 필요이상으로 밀폐케이싱(1) 내부 압력이 높은 기압이 형성되는 경우 높게 형성된 차압을 낮출 수 있도록 내부 공기 또는 가스를 외부로 배출시켜 밀폐케이싱(1)의 내부의 압력을 조정할 수 있도록 하였다. 물론, 모든 센서에서의 측정 및 콘트롤신호는 신호선(37)을 통해 콘트롤러에 전달되어지게 된다.

압력측정센서(36),(32)는 밀폐케이싱(1) 내부와 외부의 압력을 일체형으로 계측할 수 있도록 제작되어질 수도 있으며 각각 계측하여 콘트롤러(31)에서 제어 조정하여 콤푸레셔(30)를 이용한 가압을 하거나 자동배출밸브(35)를 통한 퍼지(purge)가 될 수도 있도록 하였다. 밀폐케이싱(1) 외부로 퍼지하는 경우 케이싱선체(13)에 가공된 퍼지용 배출구(16)에 자동배출밸브(35)를 설치한 배관을 연결하여 구성하였으며 자동배출밸브(35)는 전동밸브를 사용하게 되며 그 전단에는 첵크밸브(34)를 설치하여 자동배출밸브(35)의 고장시에도 해수가 밀폐케이싱(1) 내부로 역류하여 유입되지 않도록 구성하였다.

또한, 밀폐케이싱(1) 저부에는 별도의 저수공간을 갖되 발전장치(70)가 설치된 내부와는 완전히 독립된 공간 형태를 갖는 수조챔버(41)를 구성하였다. 수조챔버(41)는 밀폐케이싱(1)을 해수면 아래 수중에 설치하게 되는 경우에는 해수를 충수시켜 수조챔버(41) 내부의 공기를 치환시킴으로써 부력을 제거하여 밀폐케이싱(1)의 수중설치가 용이하도록 하였으며 반대로 발전장치(70)의 유지보수를 위해 밀폐케이싱(1)을 해수면(11) 상부로 인양하게 되는 경우에는 수조챔버(41) 내부의 해수를 모두 외부로 배출하고 공기로 치환하게 함으로써 부력을 이용하여 작은 하중으로도 용이하게 밀폐케이싱(1)을 수상으로 인양될 수 있도록 하였다.

수조챔버(41) 내부에 해수를 충수시키는 경우에는 전동밸브(52)의 개방을 통해 자동으로 수조챔버(41) 내부로 해수가 유입되게 하거나 급수펌프(50)를 가동시켜 해수를 충수시키도록 하는 한편 수조챔버(41) 내부의 공기는 외부로 자동 배출되도록 하였다. 수조챔버(41) 내부에 충수된 해수를 배출시키는 경우에는 압축공기를 이용하거나 수조배수펌프(59)를 이용하도록 하였다. 물론 이들을 겸용하여 운용할 수도 있음은 당연하다 할 것이다. 물론, 이러한 수조챔버(41)의 구조 대신 비중이 높은 물질, 예를 들어 콘크리트제재나 암석, 철재등을 이용하여 밀폐케이싱(1) 하부에 충진하거나 부착하여 부력을 상쇄시킴으로써 침수설치가 용이하도록 할 수도 있다 할 것이며, 밀폐케이싱(1)의 인양 작업시 부상을 용이하도록 하기 위해 별도의 부양용튜브(미도시)를 밀폐케이싱(1) 측면에 부착하여 운용할 수도 있으며 이러한 부양용튜브는 발전장치의 수리보전을 위해 밀폐케이싱(1)을 부양시킨 상태에서 수상이동을 위해서도 활용될 수 있다 하겠다. 물론, 부양용튜브는 밀폐케이싱(1)에 부착하기 용이한 구조로 금속재질로 기 형태가 갖춰진 팩케이지 형태로 제작되어질 수 있음은 당연하다 하겠다.

또한, 수조챔버(41) 내부에는 격판(49)을 설치하고 격판 상 하부에는 통수구(19)를 형성하여 충수된 해수와 유입되는 공기가 자유롭게 이동이 가능하게 하면서 수조챔버(41)의 구조를 견고하게 버틸 수 있도록 보강재의 기능을 할 수 있도록 함으로써 깊은 수중에서의 수압으로 인해 수조챔버(41)의 변형이 발생되지 않도록 하였다. 물론, 밀폐케이싱(1) 내부 즉, 발전장치(70)를 설치하는 발전실(20) 역시 목조선박의 늑골형태의 보강대(미도시) 나 수조챔버(41)와 같이 내구조용 격판(미도시)을 시설함으로써 수조챔버(41)와 동일하게 수중에서의 수압으로 인한 변형을 방지하도록 하였다.

밀폐케이싱(1) 내부에는 발전장치(70)를 설치하였다. 발전장치(70)는 규모가 큰 경우 조속기어박스(61)를 연결하여 사용하도록 하였다. 조속기어박스(61)의 설치를 통해 조류에 의해 회전되는 블레이드(4)를 대형화함으로써 통상 초속 2미터(2m/sec) 이하의 조류속도에서는 조류발전이 어려웠던 문제를 해결할 수 있도록 하였다. 즉, 블레이드(4)를 대형화함으로써 초속 2미터(2m/sec) 이하의 조류속도라 할지라도 늦은 속도의 회전력을 확보할 수 있으며 해수의 비중이 공기보다 약 830배가량 큼으로 인해 늦은 회전력이라 할지라도 회전력 자체는 조류 접촉 면적에 비례함으로써 큰 힘을 보유한 상태임으로 이를 조속기어박스(61)를 통해 샤프트(18)의 회전수를 증대시키고 이를 이용하여 발전기(60)를 회전시킬 수 있도록 하였다.

발전장치(70)를 구동시키도록 연결되는 블레이드(4)는 회전샤프트(5)에 의해 회전력이 발전기(60)로 전달되도록 하였다. 회전샤프트(5)의 회전력은 카프링(65)을 통해 발전장치(70)에 전달되도록 하되 카프링(65) 이후에는 브레이크라이닝(63)과 브레이크 패드(64)로 구성된 브레이크장치가 설치되도록 하였다. 또한 회전샤프트(5)의 회전력을 일시 끊을 수 있도록 하는 기능을 갖는 클러치(62)를 구성하도록 하였다. 물론, 블레이드(4)가 설치되어 있는 밀폐케이싱(1) 외부의 회전 샤프트(5)에 브레이크라이닝(63)과 브레이크 패드(64)로 구성된 브레이크장치가 설치되도록 할 수도 있다.

또한, 생산된 전원은 밀폐케이싱(1) 내부에 별도의 비상용 측전지(19)를 설치하여 비상시 전원으로 활용될 수 있도록 하였다.

또한, 밀폐케이싱(1) 내부에는 화재발생에 효과적으로 대응하기 위한 자동소화설비를 설치하였다. 자동소화설비는 이산화탄소를 소화가스용기(42)에 충진하여 배치하고 가스공급관(44)과 분사노즐(43)을 발전실(20) 내에 설치하도록 하였다. 물론, 발전실(20) 내의 발화가능성과 부식을 방지하기 위해 그 내부를 이산화탄소 또는 질소가스 등 불활성가스로 가압하여 충진하여 운용함으로써 침수방지 효과와 더불어 방화효과를 함께 얻을 수도 있다 하겠다.

또한, 발전장치(70)는 밀폐케이싱(1)의 내부 온도, 습도, 외부 수압, 조류속도 및 방향, 내부 기압, 카메라 설치를 통한 영상정보, 유무선 및 영상전화, 내부조명, 블레이드 회전수, 발전기회전수, 발전전압, 발전전류 등 조류발전에 관련된 제반 정보와 침수에 의한 누수탐지 등 경보알람, 수집데이터들을 종합적으로 콘트롤할 수 있는 종합통제센터에 전송되어 관리될 수 있도록 함으로써 효율적이고 안전한 조류발전장치의 운용이 가능하도록 하였다.

밀폐케이싱(1)을 관통한 블레이드(4)의 회전샤프트(5)에는 해수의 유입을 방지하기 위해 축봉장치(21)를 설치하였다. 축봉장치(21)는 메카니컬씰(24)을 사용하도록 하였으며 블레이드(4) 측과 발전장치(70) 측에 각각 설치되도록 하고 유입된 해수는 축봉장치(21) 내 두 메카니컬씰(24)의 사이에서 배출되도록 구성하였다. 물론, 0 링을 블레이드(4)의 회전샤프트(5) 또는 회전샤프트(5)가 통과하는 밀폐케이싱(1)의 원통형의 실린더 벽면에 삽입하여 운용할 수도 있음은 당연하다 하겠다.

이러한 구조로 이루어진 조류발전장치를 통해 생산된 전력은 케이블(80)을 통해 전력사용처로 전송되어지게 된다. 물론 케이블(80)은 밀폐케이싱(1) 외부로 인출되어지게 되는 경우 별도의 방수팩킹이 이루어짐은 당연하다 하겠다.

또한, 밀폐식 케이싱(1)의 위치는 고정지지체로 고정되어지게 된다. 고정지지체는 해저 바닥을 굴착하여 삽입 설치된 원통형 지주체(6)를 사용하거나, 도 7에서와 같이 앵커(66)와 체인(68) 등으로 위치를 고정한 부유체(67)의 저면에 지지대(69)로 밀폐케이싱(1)을 고정하여 형성된 것일 수도 있다.

또한, 도 8에서와 같이 밀폐케이싱(1) 전,후단에 각각 블레이드(4)를 설치하고 각각 조속기어박스(61)를 설치한 다음 단일 샤프트(18)에 발전기(60)를 설치하여 조류방향이 바뀌더라도 발전장치(70)가 작동될 수 있도록 구성될 수도 있다. 물론 이러한 경우 회전샤프트(5)에는 공히 자동으로 작동되는 클러치(62)를 설치하여 조류방향이 변할 경우 정회전하지 않은 반대 측 블레이드(4)의 회전력은 샤프트(18)에 전달되지 않도록 하였다.

한편, 단일 밀폐케이싱(1) 내부에 각각의 블레이드(4)에 각각의 발전장치(70)를 구성하여 운용할 수도 있음은 당연하며, 블레이드(4)의 경사각을 양방향에서 회전력을 확보할 수 있도록 가공 제작하여 설치함으로써 단일 밀폐케이싱(1)과 단일 발전장치(70)를 설치하면서도 양 방향 조류에서도 모두 발전이 가능한 구조를 취할 수도 있다 하겠다. 이처럼 밀폐케이싱(1)과 기압조정장치(58), 그리고 밀폐케이싱(1) 내부에 설치되는 발전장치(70)의 배치의 형태에 따라 다양한 운용방안을 도출해 낼 수 있다.

미설명부호 8은 출입덕트(7)의 상부덮개, 23은 하부바디(2)와 상부덮개부(3)의 결합을 위한 플랜지, 25는 축봉장치 덮개, 26은 사다리, 39는 압력조정기, 51은 챔버 배출구, 53은 챔버배기구, 54는 배기밸브, 55는 해수흡입관이다.

한편, 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

수밀성 있도록 조립된 밀폐케이싱과;
상기 밀폐케이싱 내부외의 압력 차이로 인해 상기 밀폐케이싱 내부로 해수가 유입되지 않도록 상기 밀폐케이싱 내부의 기압을 해수압력보다 높은 압력으로 조정하는 기압조정장치와;
상기 밀폐케이싱 내부에 장치된 발전장치와;
조류에 의해 회전될 수 있도록 설치되고 연결된 회전축에 의해 발전장치를 구동시키도록 연결되는 블레이드와;
상기 밀폐케이싱을 관통한 블레이드의 회전축에 설치되어 누설을 방지할 수 있도록 구성된 축봉장치와;
발전된 전력을 전송하기 위해 설치되는 케이블과;
상기 밀폐케이싱의 위치를 고정할 수 있도록 설치되는 고정지지체로 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
밀폐케이싱의 상부에는 상기 밀폐케이싱 내부와 해수면 위를 연결하는 출입덕트가 설치되는 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 4에 있어서,
출입덕트에는 감압챔버를 구성한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 4에 있어서,
출입덕트에는 밀폐식케이싱에 연결되는 유틸리티용 배관과 케이블을 설치한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부에는 침입해수의 배출을 위한 자동배수장치가 설치된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부에는 습도제어를 통한 응결수 형성을 방지하기 위한 제습장치가 설치된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제습장치는 수온이 낮은 해수를 순환시켜 밀폐케이싱 내부 공기 중 습기를 응축시켜 제습되도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부에는 내,외부 온도차이에 의해 응결수가 발생되지 않도록 내부 벽체에 보온재를 설치한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 10에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부 벽체에 부착된 보온재는 에어로젤이 소재로 된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부에는 이산화탄소를 이용한 자동소화설비가 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱에 충진되고 가압된 기체는 이산화탄소가스 또는 질소가스를 포함하는 불활성가스로 이루어진 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발전장치는 밀폐케이싱의 내부 온도, 습도, 외부 수압, 조류속도 및 방향, 내부 기압, 카메라 설치를 통한 영상정보, 유무선 및 영상전화, 내부조명, 블레이드 회전수, 발전기회전수, 발전전압, 발전전류를 포함하는 조류발전에 관련된 제반 정보와 침수에 의한 누수탐지 등 경보알람, 수집데이터들을 종합적으로 콘트롤할 수 있는 종합통제센터에 전송되어 관리될 수 있도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기압조정장치는 외부기체를 인입시켜 콤푸레셔를 이용하여 가압하여 공급하도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기압조정장치는 밀폐장치 내부 또는 외부에 설치된 고압실린더에 저장된 압축기체를 이용한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기압조정장치는 조석간만의 차이로 형성되는 수위에 의해 형성되는 해수압과 밀폐케이싱 내부 압력 차이를 계측하여 그 신호에 따라 가압과 퍼지를 시행하여 밀폐케이싱 내부의 압력을 조정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발전장치에는 조속기어박스를 연결하여 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발전장치에는 축전설비가 포함된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 발전장치에는 회전샤프트 또는 샤프트에 클러치가 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 축봉장치는 씰로 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 21에 있어서,
상기 축봉장치의 씰은 해수측과 발전장치측으로 구분되어 2중으로 설치된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 축봉장치는 다수겹의 O 링을 삽입하여 구성된 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 저부에는 침수시 누수여부에 대해 신호를 발생시킬 수 있는 누수센서를 설치한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 저부에는 별도의 저수공간을 갖는 수조챔버를 구성하여 밀폐케이싱의 수중 설치와 인양시 부력을 이용할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱 내부에는 늑골형태의 보강대나 내구조용 격판을 시설하여 수압에 의해 변형이 발생되지 않도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고정지지체는 앵커로 고정한 부유체의 저면에 고정하거나 해저면에서부터 세운 지주체로 고정한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서, 상기 밀폐케이싱 전,후단에 각각 상기 블레이드를 설치하고 회전샤프트 또는 샤프트에 클러치를 설치하여 정회전 방향외의 블레이드의 회전력은 끊도록 함으로서 조류방향이 바뀌더라도 발전장치가 작동될 수 있도록 구성되도록 한 것을 특징으로 한 조류발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐케이싱의 측면에는 인양 작업시 부상과 수상이동을 용이하도록 하기 위해 별도의 부양용튜브를 부착하여 운용한 것을 특징으로 한 조류발전장치.