KR101263678B1 - 해양 복합발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해양 복합발전장치에 관한 것으로서, 해수면에 부유하도록 부력을 갖는 부유체와; 상기 부유체가 해수면에 계류하도록 상기 부유체의 하부로부터 연결되어 해저면에 지지되는 앙카와; 수상에 위치하도록 상기 부유체의 상부에 설치되며, 원형틀을 이루며 상하 이격 배치되는 제1 회전레일과 제2 회전레일을 갖는 상부프레임과; 수중에 위치하도록 상기 부유체의 하부에 설치되며, 원형틀을 이루는 제3 회전레일을 갖는 하부프레임과; 상기 제1 회전레일 및 상기 제2 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제1 임펠러를 가지며 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전하는 풍력발전부와; 폭풍 및 강풍이 불어오면 상기 복수의 제1 임펠러가 파손되지 않도록 상기 복수의 제1 임펠러를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절부와; 상기 제3 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제2 임펠러를 가지며 해류의 방향에 따라 회전하여 발전하는 해류발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 바다 위의 풍력을 이용한 풍력발전과 바다의 해류를 이용한 해류발전을 동시에 수행할 수 있으며, 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 불어오는 경우 임펠러가 파손되지 않도록 임펠러를 향하는 바람의 방향을 조절할 수 있다.

Description

해양 복합발전장치{OFFSHORE COMBIND GENERATOR}
본 발명은 해양 복합발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바다의 수상에 및 수중에 각각 한 쌍의 임펠러를 설치하여, 바다 위의 풍력을 이용한 풍력발전과 바다의 해류를 이용한 해류발전을 동시에 수행할 수 있으며, 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 불어오는 경우 임펠러가 파손되지 않도록 임펠러를 향하는 바람의 방향을 조절할 수 있는 해양 복합발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력을 생산하는 방법으로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전, 물의 위치에너지를 이용하는 수력발전, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전 등이 있다.
상기 화력발전 및 원자력발전은 열에 의해 발생된 증기로 발전장치 내의 터빈(turbine)을 회전시켜 전기를 발생하는 것이고, 수력 발전은 댐에 저장된 저수된 물의 낙차에 의해 터빈을 회전시켜 전기를 발생하는 것이다.
그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되고 한정된 연료로서 화석연료의 고갈의 단점이 있다.
원자력 발전은 우라늄 등의 방사능 물질을 핵분열시킬 때 발생되는 막대한 양의 열을 에너지원으로 사용하는 것으로서 상기 화력발전에 비해 발전용량은 크나방사선 누출을 차단하기 위해 시설투자에 막대한 비용이 요구되고 있으며, 폐기물처리도 쉽지 않을 뿐만 아니라 사소한 사고라 할지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다
수력발전은 댐에 의해 저수된 물의 위치 에너지를 낙차시켜 얻는 회전에너지로 변환시키는 것으로서 공해를 유발하지는 않지만, 발전소가 건설되는 지역이 제한적이고 넓은 면적의 땅이 수몰되어야 하는 문제점이 있어 생태계의 변화와 더불어 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 발생할 수 있는 등의 문제점을 갖고 있다.
태양열발전은 기상 상태에 따라 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전이 불가능한 문제점이 있었다.
조력발전은 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려울 뿐만아니라 막대한 건설비용 부담과 더불어 갯벌을 황폐화 및 방대한 지역의 환경에 막대한 영향을 미치는 문제점이 있다.
근래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 다양한 대체에너지 개발이 이루어지고 있다.
최근 이를 대체할 수 있는 에너지로서 설치 비용이 적게 들고 효율성이 우수한 풍력에너지와 해류에너지를 동시에 이용하는 해양발전장치에 대한 관심과 개발이 집중되고 있는 실정이다.
이러한 해양발전장치는 한국공개특허 2004-0107165(이하 종래기술)의 "해양 복합발전장치"에 제시되어 있으며, 종래기술에 따른 해양 복합발전장치는, 해저지반에 수직지지기둥이 고정되며, 수직지지기둥의 수중부에는 수중 프로펠라 블레이드가 마련된 해류발전부가 설치되고, 수직지지기둥의 수면 상부로 노출된 상단부에는 수상 프로펠라 블레이드가 마련된 풍력발전부가 설치되어, 풍력에너지와 해류에너지를 통해 동시에 발전하였다.
그러나, 이러한 종래기술의 해양 복합발전장치는 태풍이 불어올 경우 풍력발전부의 수상 프로펠라 블레이드를 보호하는 장치가 마련되지 않아 태풍에 의한 폭풍 및 강풍에 수상 프로펠라 블레이드가 파손되는 문제점이 있다.
더불어, 종래기술의 해양 복합발전장치는 해수면이 높아지면 풍력발전부까지 바다에 잠기게 되어 풍력발전이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 바다 위의 풍력을 이용한 풍력발전과 바다의 해류를 이용한 해류발전을 동시에 수행할 수 있으며, 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 불어오는 경우 임펠러가 파손되지 않도록 임펠러를 향하는 바람의 방향을 조절 가능할 수 있는 해양 복합발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 부유체를 이용하여 해수면에 부유하며, 이동 설치가 가능하여 해상의 넓은 범위에 설치할 수 있는 해양 복합발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 해수면에 부유하도록 부력을 갖는 부유체와; 상기 부유체가 해수면에 계류하도록 상기 부유체의 하부로부터 연결되어 해저면에 지지되는 앙카와; 수상에 위치하도록 상기 부유체의 상부에 설치되며, 원형틀을 이루며 상하 이격 배치되는 제1 회전레일과 제2 회전레일을 갖는 상부프레임과; 수중에 위치하도록 상기 부유체의 하부에 설치되며, 원형틀을 이루는 제3 회전레일을 갖는 하부프레임과; 상기 제1 회전레일 및 상기 제2 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제1 임펠러를 가지며 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전하는 풍력발전부와; 폭풍 및 강풍이 불어오면 상기 복수의 제1 임펠러가 파손되지 않도록 상기 복수의 제1 임펠러를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절부와; 상기 제3 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제2 임펠러를 가지며 해류의 방향에 따라 회전하여 발전하는 해류발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍력발전부는, 상기 제1 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제1 회전프레임과; 제1 회전프레임과 대향하게 배치되며, 상기 제2 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제2 회전프레임과; 상기 제1 회전프레임과 제2 회전프레임의 사이에 마련되며, 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 지지프레임과; 상기 복수의 지지프레임을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제1 회전축과; 상기 제1 회전축에 마련되며, 바람에 의해 각각 회전하는 복수의 제1 임펠러와; 상기 제1 회전축에 대해 수직하도록 상기 제2 회전프레임을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제2 회전축과; 상기 제1 회전프레임에 마련되며, 상기 복수의 제1 임펠러가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 상기 제1 회전프레임을 회전시키는 조향날개와; 상기 복수의 제1 임펠러가 회전함으로써 얻은 제1 회전축의 회전력을 상기 제2 회전축에 전달하는 제1 동력전달부와; 상기 부유체에 마련되어 상기 제2 회전축과 연결되며, 상기 제2 회전축의 회전에 의해 발전하는 제1 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 동력전달부는, 상기 제1 회전축에 마련되어 상기 복수의 제1 임펠러의 회전에 따라 회전하는 웜기어와; 상기 제2 회전축의 일단부에 마련되어 상기 웜기어에 맞물리며 상기 제1 회전축의 회전력을 전달받는 웜휠기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍향조절부는, 상기 제1 회전프레임과 상기 제2 회전프레임의 사이에 마련되며, 상기 복수의 제1 임펠러와 대향하게 배치되는 제1 지지대와; 상기 제1 지지대에 마련되어 상기 복수의 제1 임펠러를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절판과; 일단부가 상기 풍향조절판의 판면에 연결되고, 타단부가 상기 지지프레임에 힌지 결합되어, 상기 풍향조절판이 상기 제1 지지대에서 접히거나 펼쳐지게 회전하도록 안내하는 회전링크와; 상기 복수의 제1 임펠러를 사이에 두고 상기 제1 지지대와 대향하게 상기 제1 회전프레임과 상기 제2 회전프레임의 사이에 마련되는 제2 지지대와; 상기 제2 지지대에 힌지 결합되어 접히거나 펼쳐지게 회전하며, 폭풍 및 강풍이 불면 판면에 바람의 저항을 받아 회전하여 접히는 제동판과; 일단부가 상기 풍향조절판의 판면에 연결되고, 타단부가 상기 제동판의 판면에 연결되어, 상기 제동판의 회전에 따라 상기 풍향조절판을 당기거나 밀어 상기 풍향조절판의 회전을 조절하는 연결링크부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결링크부는, 상기 풍향조절판의 판면에 연결되는 제1 연결링크와; 일단부가 상기 제동판의 판면에 연결되고, 타단부가 상기 제1 연결링크에 연결되는 제2 연결링크와; 일단부가 상기 제1 연결링크와 상기 제2 연결링크의 연결부분에 연결되고, 타단부가 상기 지지프레임에 힌지 결합되는 제3 연결링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해류발전부는, 상기 제3 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제3 회전프레임과; 상기 제3 회전프레임의 저부에 마련되며, 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 보조 지지프레임과; 상기 복수의 보조 지지프레임을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제3 회전축과; 상기 제3 회전축에 마련되며, 해류에 의해 각각 회전하는 복수의 제2 임펠러와; 상기 제3 회전축에 대해 수직하도록 상기 제3 회전프레임을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제4 회전축과; 상기 보조 지지프레임에 마련되며, 상기 복수의 제2 임펠러가 해류의 방향으로 향하도록 상기 제3 회전프레임을 회전시키는 보조 조향날개와; 상기 복수의 제2 임펠러가 회전함으로써 얻은 제3 회전축의 회전력을 상기 제4 회전축에 전달하는 제2 동력전달부와; 상기 부유체에 마련되어 상기 제4 회전축과 연결되며, 상기 제4 회전축의 회전에 의해 발전하는 제2 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 동력전달부는, 상기 제3 회전축에 마련되어 상기 복수의 제2 임펠러의 회전에 따라 회전하는 보조 웜기어와; 상기 제4 회전축의 일단부에 마련되어 상기 보조 웜기어에 맞물리며 상기 제3 회전축의 회전력을 전달받는 보조 웜휠기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양 복합발전장치는 바람과 해류의 운동에너지를 에너지원으로 이용하여 풍력발전과 해류발전을 동시에 수행함으로써, 연속적인 발전이 가능하여 발전량이 증대된다.
또한, 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 불어오는 경우 임펠러로 향하는 바람을 차단하여 임펠러의 파손을 막을 수 있다.
또한, 부유체의 이동이 가능하여 해상의 넓은 범위에 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 저면 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 분해 사시도
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 단면도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍력발전부의 구조를 보여주는 도면
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍향조절부의 구조를 보여주는 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍향조절부의 구조를 보여주는 측면도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 해류발전부의 구조를 보여주는 도면
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 저면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 분해 사시도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치의 전체 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치는 해수면에 부유하는 부유체(10)와, 부유체(10)의 하부로부터 연결되어 해저면에 지지되는 앙카(20)와, 부유체(10)의 상부에 설치되는 상부프레임(30)과, 부유체(10)의 하부에 설치되는 하부프레임(40)과, 상부프레임(30)에 마련되어 복수의 제1 임펠러(59)를 가지며 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전하는 풍력발전부(50)와, 폭풍 및 강풍에 의해 복수의 제1 임펠러(59)가 파손되지 않도록 복수의 제1 임펠러(59)를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절부(80)와, 하부프레임(40)에 마련되어 복수의 제2 임펠러(117)를 가지며 해류의 방향에 따라 회전하여 발전하는 해류발전부(110)를 포함한다.
부유체(10)는 해수면에 부유하도록 부력을 가지며, 원판 형상의 부유판(11)과, 부유판(11)의 저부에 둘레를 따라 마련되는 복수의 부유통(13)으로 이루어져 있다.
여기서, 복수의 부유통(13)은 해수면에 부유되는 공기통으로서, 부유판(11)을 지지하여 부유판(11)이 해수면 위로 노출하도록 한다.
앙카(20)는 부유체(10)의 하부로부터 체인(21) 또는 와이어로 연결되며, 해저면에 지지되어 부유체(10)를 해수면에 계류시킨다. 도 1 및 도 2에서와 같이, 앙카(20)를 부유체(10)에 복수로 마련하면 부유체(10)를 해수면에 용이하게 계류시킬 수 있게 된다.
상부프레임(30)은 부유체(10)의 상부에 설치되어 풍력발전부(50)를 지지하는 역할을 한다.
이러한 상부프레임(30)은 부유판(11)의 상면 둘레에 설치되는 복수의 지지바아(31)와, 복수의 지지바아(31)에 지지되는 제1 회전레일(33)과, 제1 회전레일(33)과 부유판(11)의 사이에서 복수의 지지바아(31)에 지지되는 지지판(35)과, 지지판(35)에 안착되는 제2 회전레일(37)로 이루어진다.
여기서 제1 회전레일(33)과 제2 회전레일(37)은 원틀형태로 이루어져 있다.
하부프레임(40)은 수중에 위치하도록 부유체(10)의 저부에 설치되어 해류발전부(110)를 지지하는 역할을 한다.
이러한 하부프레임(40)은 부유체(10)의 저부에 고정 설치되며, 원형틀을 이루는 제3 회전레일(41)을 갖는다.
풍력발전부(50)는 상부프레임(30)에 설치되어 제1 회전레일(33) 및 제2 회전레일(37)에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제1 임펠러(59)를 가지며 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍력발전부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 풍력발전부(50)는 제1 회전레일(33)에 회전 가능하게 마련되는 제1 회전프레임(51)과, 제1 회전프레임(51)과 대향하게 배치되며 제2 회전레일(37)에 회전 가능하게 마련되는 제2 회전프레임(53)과, 제1 회전프레임과 제2 회전프레임의 사이에 마련되며 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 지지프레임(55)과, 복수의 지지프레임(55)을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제1 회전축(57)과, 제1 회전축(57)에 마련되며 바람에 의해 각각 회전하는 복수의 제1 임펠러(59)와, 제1 회전축(57)에 대해 수직하도록 제2 회전프레임(53)을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제2 회전축(61)과, 제1 회전프레임(51)에 마련되며 복수의 제1 임펠러(59)가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 제1 회전프레임(51)을 회전시키는 조향날개(63)와, 복수의 제1 임펠러(59)가 회전함으로써 얻은 제1 회전축(57)의 회전력을 제2 회전축(61)에 전달하는 제1 동력전달부(65)와, 부유체(10)에 마련되어 제2 회전축(61)과 연결되며 제2 회전축(61)의 회전에 의해 발전하는 제1 발전부(71)로 이루어져 있다.
상기 제1 회전프레임(51)은 원형의 프레임으로서, 제1 회전레일(33)에 회전 가능하게 안착된다. 제1 회전프레임(51)의 저부에는 제1 회전레일(33)을 따라 롤링하는 복수의 롤러(R)가 마련되어 있다. 따라서, 제1 회전프레임(51)이 제1 회전레일(33)에서 수월하게 회전할 수 있게 된다.
상기 제2 회전프레임(53)은 제1 회전프레임(51)의 하측으로 이격되어 제2 회전레일(37)에 안착된다. 여기서 제2 회전프레임(53)의 저부에도 제2 회전레일(37)을 따라 롤링하는 복수의 롤러(R)가 마련되어 있어, 제2 회전프레임(53)은 제2 회전레일(37)에서 회전 가능하게 안착된다.
상기 제1 회전축(57)은 수평 배치되어 복수의 지지프레임(55)을 관통하여 회전 가능하게 지지된다.
상기 복수의 제1 임펠러(59)는 제1 회전축(57)의 축상에 복수로 결합되어 해상에서 불어오는 바람에 의해 각각 회전한다.
상기 제2 회전축(61)은 지지프레임(55), 제2 회전프레임(53), 상부프레임(30)의 지지판(35)을 차례로 수직 관통하여 베어링(B)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 지지프레임(55)을 관통한 상단부가 제1 회전축(57)과 대향하게 배치된다.
상기 조향날개(63)는 제1 회전프레임(51)의 상측에 수직하게 설치되어 있어 바람이 부는 방향으로 제1 회전프레임(51)을 회전시키며, 제1 회전프레임(51)의 회전에 의해 바람이 부는 방향으로 한 쌍의 제1 임펠러(59)가 회전하게 된다.
상기 제1 동력전달부(65)는 제1 회전축(57)의 축상에 마련되어 복수의 제1 임펠러(59)의 회전에 따라 회전하는 웜기어(67)와, 제2 회전축(61)의 상단부에 마련되어 웜기어(67)에 맞물리며 제1 회전축(57)의 회전력을 전달받는 웜휠기어(69)로 이루어진다.
상기와 같은 제1 동력전달부(65)의 작동을 설명하면, 바람에 의해 복수의 제1 임펠러(59)가 회전하게 되어 제1 회전축(57)이 회전하게 되는데, 제1 회전축(57)의 축상에 마련된 웜기어(67)가 웜휠기어(69)와 맞물려 웜휠기어(69)를 회전시킴으로써 제2 회전축(61)에 회전력이 전달된다.
상기 제1 발전부(71)는 부유체(10)에 마련되어 제2 회전축(61)의 회전력을 전달받아 전력을 발전시킨다. 즉, 복수의 제1 임펠러(59)가 바람에 의해 회전하면 제1 동력전달부(65)가 제2 회전축(61)에 복수의 제1 임펠러(59)의 회전력을 전달함에 따라 제2 회전축(61)의 회전력을 전달받아 전력을 발전시키는 것이다.
이러한 제1 발전부(71)는 부유체(10)에 마련되어 있으며 제1 발전기축(73)을 갖는 제1 발전기(75)와, 제1 발전기축(73)에 결합되는 제1 베벨기어(77)와, 제2 회전축(61)의 하단부에 결합되어 제1 베벨기어(77)에 맞물리는 제2 베벨기어(79)로 이루어진다.
즉, 제1 동력전달부(65)에 의해 제2 회전축(61)이 회전하면, 제2 베벨기어(79)가 회전하게 되어 제2 베벨기어(79)와 맞물린 제1 베벨기어(77)가 회전하게 되고, 제1 베벨기어(77)의 회전력이 제1 발전기축(73)을 통해 제1 발전기(75)로 전달되어 발전이 이루어진다.
한편, 풍향조절부(80)는 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 부는 경우 폭풍 및 강풍이 복수의 제1 임펠러(59)를 비켜가도록 복수의 제1 임펠러(59)를 향해 부는 바람의 방향을 조절한다. 즉, 폭풍 및 강풍에 의해 제1 임펠러(59)가 파손되지 않도록 한 쌍의 제1 임펠러(59)를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍향조절부의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 풍향조절부의 구조를 보여주는 측면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 풍향조절부(80)는 상기 제1 회전프레임(51)과 상기 제2 회전프레임(53)의 사이에 마련되며 복수의 제1 임펠러(59)와 대향하게 배치되는 제1 지지대(81)와, 제1 지지대(81)에 마련되어 복수의 제1 임펠러(59)를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절판(85)과, 일단부가 상기 풍향조절판(85)의 판면에 연결되고 타단부가 지지프레임(55)에 힌지 결합되어 풍향조절판(85)이 제1 지지대(81)에서 접히거나 펼쳐지게 회전하도록 안내하는 회전링크(87)와, 복수의 제1 임펠러(59)를 사이에 두고 제1 지지대(81)와 대향하게 제1 회전프레임(51)과 상기 제2 회전프레임(53)의 사이에 마련되는 제2 지지대(89)와, 제2 지지대(89)에 힌지 결합되어 접히거나 펼쳐지게 회전하며 폭풍 및 강풍이 불면 판면에 바람의 저항을 받아 회전하여 접히는 제동판(91)과, 일단부가 풍향조절판(85)의 판면에 연결되고 타단부가 제동판(91)의 판면에 연결되어 제동판(91)의 회전에 따라 풍향조절판(85)을 당기거나 밀어 풍향조절판(85)의 회전을 조절하는 연결링크부(95)로 이루어져 있다.
여기서, 제1 지지대(81)에는 조향날개(63)가 삽입 결합되는 제1 삽입홈(83)이 형성되어 있으며, 제동판(91)에도 조향날개(63)가 삽입 결합되는 제2 삽입홈(93)이 형성되어 있다. 따라서, 조향날개(63)가 바람이 부는 방향으로 회전하면 풍향조절부(80)도 같이 회전하게 된다.
상기 풍향조절판(85)은 제1 지지대(81)에서 제1 삽입홈(83)을 사이에 두고 한 쌍으로 마련되어 있으며, 한 쌍의 회전링크(87)에 각각 연결되어 제1 지지대(81)에서 접히거나 펼쳐지게 회전한다.
상기 연결링크부(95)는 한 쌍으로 이루어져 한 쌍의 회전링크(87)에 각각 연결된다.
이러한 연결링크부(95)는 풍향조절판(85)의 판면에 연결되는 제1 연결링크(97)와, 일단부가 제동판(91)의 판면에 연결되고 타단부가 제1 연결링크(97)에 연결되는 제2 연결링크(99)와, 일단부가 제1 연결링크(97)와 제2 연결링크(99)의 연결부분에 연결되고 타단부가 지지프레임(55)에 힌지 결합되는 제3 연결링크(101)로 이루어져 있다.
이러한 구성으로, 평상시에는 도 8의 (a)에서와 같이, 한 쌍의 풍향조절판(85)이 접혀있어 바람에 의해 복수의 제1 임펠러(59)가 회전하게 되며, 도 8의 (b)에서와 같이, 태풍에 의한 폭풍 및 강풍이 불면 제동판(91)(83)이 바람의 저항을 받아 후방으로 접혀지며, 이로 인해 연결링크부(95)의 제1 연결링크(97) 및 제2 연결링크(99)가 풍향조절판(85)을 당김으로써 제1 지지대(81)에서 접혀져 있던 풍향조절판(85)이 펼쳐지게 회전되어 복수의 제1 임펠러(59)를 향해 불어오는 폭풍 및 강풍을 차단하게 된다.
한편, 해류발전부(110)는 하부프레임(40)에 설치되어 제3 회전레일(41)에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제2 임펠러(117)를 가지며 해류의 방향에 따라 회전하여 발전한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 복합발전장치에서 해류발전부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 해류발전부(110)는 제3 회전레일(41)에 회전 가능하게 마련되는 제3 회전프레임(111)과, 제3 회전프레임(111)의 저부에 마련되며 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 보조 지지프레임(113)과, 복수의 보조 지지프레임(113)을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제3 회전축(115)과, 제3 회전축(115)에 마련되며 해류에 의해 각각 회전하는 복수의 제2 임펠러(117)와, 제3 회전축(115)에 대해 수직하도록 제3 회전프레임(111)을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제4 회전축(119)과, 보조 지지프레임(113)에 마련되며 복수의 제2 임펠러(117)가 해류의 방향으로 향하도록 제3 회전프레임(111)을 회전시키는 보조 조향날개(121)와, 복수의 제2 임펠러(117)가 회전함으로써 얻은 제3 회전축(115)의 회전력을 제4 회전축(119)에 전달하는 제2 동력전달부(123)와, 부유체(10)에 마련되어 제4 회전축(119)과 연결되며 제4 회전축(119)의 회전에 의해 발전하는 제2 발전부(129)로 이루어져 있다.
상기 제3 회전프레임(111)은 원형의 프레임으로서, 제3 회전레일(41)에 회전 가능하게 안착된다. 제3 회전프레임(111)의 저부에는 제3 회전레일(41)을 따라 롤링하는 복수의 롤러(R)가 마련되어 있다.
상기 제3 회전축(115)은 수평 배치되어 복수의 보조 지지프레임(113)에 회전 가능하게 지지된다.
상기 복수의 제2 임펠러(117)는 제3 회전축(115)의 축상에 복수로 결합되어 수중의 해류에 의해 각각 회전한다.
상기 제4 회전축(119)은 부유판(11), 제3 회전프레임(111), 보조 지지프레임(113)을 차례로 수직 관통하여 베어링(B)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 보조 지지프레임(113)을 관통한 하단부가 제3 회전축(115)과 대향하게 배치된다.
상기 보조 조향날개(121)는 복수의 보조 지지프레임(113)의 저부에 설치되어 해류의 방향으로 제3 회전프레임(111)을 회전시키며, 제3 회전프레임(111)의 회전에 의해 해류의 방향으로 복수의 제2 임펠러(117)가 회전하게 된다.
상기 제2 동력전달부(123)는 제3 회전축(115)의 축상에 마련되어 복수의 제2 임펠러(117)의 회전에 따라 회전하는 보조 웜기어(125)와, 제4 회전축(119)의 상단부에 마련되어 보조 웜기어(125)에 맞물리며 제3 회전축(115)의 회전력을 전달받는 보조 웜휠기어(127)로 이루어진다.
상기와 같은 제2 동력전달부(123)의 작동을 설명하면, 해류에 의해 복수의 제2 임펠러(117)가 회전하게 되어 제3 회전축(115)이 회전하게 되는데, 제3 회전축(115)의 축상에 마련된 보조 웜기어(125)가 보조 웜휠기어(127)와 맞물려 보조 웜휠기어(127)를 회전시킴으로써 제4 회전축(119)에 회전력이 전달된다.
상기 제2 발전부(129)는 부유체(10)에 마련되어 제4 회전축(119)의 회전력을 전달받아 전력을 발전시킨다. 즉, 복수의 제2 임펠러(117)가 해류에 의해 회전하면 제2 동력전달부(123)가 제4 회전축(119)에 복수의 제2 임펠러(117)의 회전력을 전달함에 따라 제4 회전축(119)의 회전력을 전달받아 전력을 발전시키는 것이다.
이러한 제2 발전부(129)는 부유체(10)에 마련되어 있으며 제2 발전기축(131)을 갖는 제2 발전기(133)와, 제2 발전기축(131)에 결합되는 제1 보조 베벨기어(135)와, 제4 회전축(119)의 상단부에 결합되어 제1 보조 베벨기어(135)에 맞물리는 제2 보조 베벨기어(137)로 이루어진다.
즉, 제2 동력전달부(123)에 의해 제4 회전축(119)이 회전하면, 제2 보조 베벨기어(137)가 회전하게 되어 제2 보조 베벨기어(137)와 맞물린 제1 보조 베벨기어(135)가 회전하게 되고, 제1 보조 베벨기어(135)의 회전력이 제2 발전기축(131)을 통해 제2 발전기(133)로 전달되어 발전이 이루어진다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 해양 복합발전장치의 작동상태를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
부유체(10)의 상부에 설치된 풍력발전부(50)는 풍압에 의해 발전하고, 수중에 위치하도록 부유체(10)의 저부에 설치된 해류발전부(110)는 해류에 의해 발전하게 된다.
여기서, 부유체(10)가 해수면에 계류하도록 복수의 앙카(20)가 부유체(10)의 하부로부터 체인(21) 또는 와이어로 연결되어 해저면에 지지된다.
먼저, 풍력발전부(50)의 발전과정을 설명하면 다음과 같다.
해상으로부터 바람이 불어오면 조향날개(63)에 의해 제1 회전프레임(51)이 바람이 부는 방향으로 회전하여 복수의의 제1 임펠러(59)가 바람을 받도록 배치된다.
바람에 의해 복수의 제1 임펠러(59)가 회전하면 제1 회전축(57)이 회전됨에 따라 제1 동력전달부(65)에 의해 한 쌍의 제1 회전축(57)의 회전력이 제2 회전축(61)에 전달되며, 제2 회전축(61)의 회전력이 제1 발전부(71)에 전달됨으로써 발전이 이루어진다.
이때, 풍향조절판(85)은 제1 지지대(81)에서 접혀있어 복수의 제1 임펠러(59)에 바람이 유입될 수 있다.
한편, 태풍에 의한 폭풍 및 강풍이 불면, 제동판(91)이 바람의 저항을 받아 후방으로 접혀지며, 연결링크부(95)의 제1 연결링크(97) 및 제2 연결링크(99)가 회전링크(87)를 당김으로써 제1 지지대(81)에서 접혀있던 풍향조절판(85)이 펼쳐져 복수의 제1 임펠러(59)를 향해 불어오는 폭풍 및 강풍을 차단한다.
따라서, 폭풍 및 강풍에 의해 복수의 제1 임펠러(59)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 해류발전부(110)의 발전과정을 설명하면 다음과 같다.
수중에서 보조 조향날개(121)에 의해 제3 회전프레임(111)이 해류의 방향으로 회전하여 복수의 제2 임펠러(117)가 해류에 의해 회전하도록 배치된다.
해류에 의해 복수의 제2 임펠러(117)가 회전하면 제3 회전축(115)이 회전됨에 따라 제2 동력전달부(123)에 의해 제3 회전축(115)의 회전력이 제4 회전축(119)에 전달되며, 제4 회전축(119)의 회전력이 제2 발전부(129)에 전달됨으로써 발전이 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 해양 복합발전장치는 바람과 해류의 운동에너지를 에너지원으로 이용하여 풍력발전과 해류발전을 동시에 수행함으로써, 연속적인 발전이 가능하여 발전량이 증대된다.
또한, 태풍에 의해 폭풍 및 강풍이 불어오는 경우 임펠러로 향하는 바람을 차단하여 임펠러의 파손을 막을 수 있다.
또한, 부유체의 이동이 가능하여 해상의 넓은 범위에 설치할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
10 : 부유체 20 : 앙카
30 : 상부프레임 33 : 제1 회전레일
37 : 제2 회전레일 40 : 하부프레임
41 : 제3 회전레일 50 : 풍력발전부
51 : 제1 회전프레임 53 : 제2 회전프레임
55 : 지지프레임 57 : 제1 회전축
59 : 제1 임펠러 61 : 제2 회전축
63 : 조향날개 65 : 제1 동력전달부
67 : 웜기어 69 : 웜휠기어
71 : 제1 발전부 80 : 풍향조절부
81 : 제1 지지대 85 : 풍향조절판
87 : 회전링크 89 : 제2 지지대
91 : 제동판 95 : 연결링크부
97 : 제1 연결링크 99 : 제2 연결링크
101 : 제3 연결링크 110 : 해류발전부
111 : 제3 회전프레임 113 : 보조 지지프레임
115 : 제3 회전축 117 : 제2 임펠러
119 : 제4 회전축 121 : 보조 조향날개
123 : 제2 동력전달부 125 : 보조 웜기어
127 : 보조 웜휠기어 129 : 제2 발전부

Claims (7)

  1. 해수면에 부유하도록 부력을 갖는 부유체와;
    상기 부유체가 해수면에 계류하도록 상기 부유체의 하부로부터 연결되어 해저면에 지지되는 앙카와;
    수상에 위치하도록 상기 부유체의 상부에 설치되며, 원형틀을 이루며 상하 이격 배치되는 제1 회전레일과 제2 회전레일을 갖는 상부프레임과;
    수중에 위치하도록 상기 부유체의 하부에 설치되며, 원형틀을 이루는 제3 회전레일을 갖는 하부프레임과;
    상기 제1 회전레일 및 상기 제2 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제1 임펠러를 가지며 바람이 불어오는 방향으로 향하며 회전하여 발전하는 풍력발전부와;
    상기 복수의 제1 임펠러를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절부와;
    상기 제3 회전레일에 회전 가능하게 마련되며, 복수의 제2 임펠러를 가지며 해류의 방향에 따라 회전하여 발전하는 해류발전부를 포함하며,
    상기 풍향조절부는,
    상기 복수의 제1 임펠러와 대향하게 배치되는 제1 지지대와;
    상기 제1 지지대에 마련되어 상기 복수의 제1 임펠러를 향해 부는 바람의 방향을 조절하는 풍향조절판과;
    상기 풍향조절판이 상기 제1 지지대에서 접히거나 펼쳐지게 회전하도록 안내하는 회전링크와;
    상기 복수의 제1 임펠러를 사이에 두고 상기 제1 지지대와 대향하게 마련되는 제2 지지대와;
    상기 제2 지지대에 힌지 결합되어 접히거나 펼쳐지게 회전하며, 폭풍 및 강풍이 불면 판면에 바람의 저항을 받아 회전하여 접히는 제동판과;
    일단부가 상기 풍향조절판의 판면에 연결되고, 타단부가 상기 제동판의 판면에 연결되어, 상기 제동판의 회전에 따라 상기 풍향조절판을 당기거나 밀어 상기 풍향조절판의 회전을 조절하는 연결링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력발전부는,
    상기 제1 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제1 회전프레임과;
    제1 회전프레임과 대향하게 배치되며, 상기 제2 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제2 회전프레임과;
    상기 제1 회전프레임과 제2 회전프레임의 사이에 마련되며, 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 지지프레임과;
    상기 복수의 지지프레임을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제1 회전축과;
    상기 제1 회전축에 마련되며, 바람에 의해 각각 회전하는 복수의 제1 임펠러와;
    상기 제1 회전축에 대해 수직하도록 상기 제2 회전프레임을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제2 회전축과;
    상기 제1 회전프레임에 마련되며, 상기 복수의 제1 임펠러가 바람이 불어오는 방향으로 향하도록 상기 제1 회전프레임을 회전시키는 조향날개와;
    상기 복수의 제1 임펠러가 회전함으로써 얻은 제1 회전축의 회전력을 상기 제2 회전축에 전달하는 제1 동력전달부와;
    상기 부유체에 마련되어 상기 제2 회전축과 연결되며, 상기 제2 회전축의 회전에 의해 발전하는 제1 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 동력전달부는,
    상기 제1 회전축에 마련되어 상기 복수의 제1 임펠러의 회전에 따라 회전하는 웜기어와;
    상기 제2 회전축의 일단부에 마련되어 상기 웜기어에 맞물리며 상기 제1 회전축의 회전력을 전달받는 웜휠기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 연결링크부는,
    상기 풍향조절판의 판면에 연결되는 제1 연결링크와;
    일단부가 상기 제동판의 판면에 연결되고, 타단부가 상기 제1 연결링크에 연결되는 제2 연결링크와;
    일단부가 상기 제1 연결링크와 상기 제2 연결링크의 연결부분에 연결되고, 타단부가 상기 지지프레임에 힌지 결합되는 제3 연결링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 해류발전부는,
    상기 제3 회전레일에 회전 가능하게 마련되는 제3 회전프레임과;
    상기 제3 회전프레임의 저부에 마련되며, 상호 대향하게 이격 배치되는 복수의 보조 지지프레임과;
    상기 복수의 보조 지지프레임을 관통하며 회전 가능하게 지지되는 제3 회전축과;
    상기 제3 회전축에 마련되며, 해류에 의해 각각 회전하는 복수의 제2 임펠러와;
    상기 제3 회전축에 대해 수직하도록 상기 제3 회전프레임을 수직 관통하여 회전 가능하게 지지되는 제4 회전축과;
    상기 보조 지지프레임에 마련되며, 상기 복수의 제2 임펠러가 해류의 방향으로 향하도록 상기 제3 회전프레임을 회전시키는 보조 조향날개와;
    상기 복수의 제2 임펠러가 회전함으로써 얻은 제3 회전축의 회전력을 상기 제4 회전축에 전달하는 제2 동력전달부와;
    상기 부유체에 마련되어 상기 제4 회전축과 연결되며, 상기 제4 회전축의 회전에 의해 발전하는 제2 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 동력전달부는,
    상기 제3 회전축에 마련되어 상기 복수의 제2 임펠러의 회전에 따라 회전하는 보조 웜기어와;
    상기 제4 회전축의 일단부에 마련되어 상기 보조 웜기어에 맞물리며 상기 제3 회전축의 회전력을 전달받는 보조 웜휠기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 복합발전장치.
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