KR101272094B1

KR101272094B1 - 조류펌프 및 이를 이용한 발전시스템

Info

Publication number: KR101272094B1
Application number: KR1020120146196A
Authority: KR
Inventors: 문병학
Original assignee: 문병학
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-06-07
Also published as: WO2014092317A1

Abstract

본 발명은 조류펌프 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 수직 압력관에 축설치되고 조류에 의해 한쪽 방향으로 회전하는 회전체, 상기 회전체의 상부와 하부에 고정 설치되는 타원레일, 상기 압력관 상부와 하부에 수평으로 고정되는 복수의 펌프, 상기 타원레일에 접하고 타원레일의 궤도차에 따라 피스톤 운동하는 펌프의 피스톤 로드, 펌프 실린더에 구성되는 토출구 및 흡입구, 상기 토출구에 설치되는 제1 체크밸브, 상기 흡입구에 설치되는 제2 체크밸브로 구성되며, 조류에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 펌프를 가동시켜 발전에 필요한 충분한 수량 및/또는 수압의 양수, 또는 일반 용수를 환경 친화적으로 쉽게 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 급수관 및 압력관으로 연결되는 복수의 조류펌프에 의해 펌핑되는 고압 분출수로 수차 및 발전기를 고속회전시켜 전력을 얻고, 발전에 이용된 고압 분출수는 조류펌프로 재공급시켜 물이 계속 순환하면서 발전이 이루어지는 순환식 발전시스템과, 해저나 수중에 설치되는 심층수 관정 또는 정수탱크의 물을 복수의 조류펌프로 펌핑시켜 분출되는 고압수로 수차와 발전기를 고속회전시켜 전력을 얻고, 발전에 이용된 고압 분출수는 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방 등의 용수로 사용하여 수자원을 재활용할 수 있는 급수식 발전시스템을 구성할 수 있다.

Description

조류펌프 및 이를 이용한 발전시스템{TIDAL CURRENT PUMP AND GENERATION SYSTEM BY USING TIDAL CURRENT PUMP}

본 발명은 조류펌프(Tidal Current Pump) 및 그 조류펌프를 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 상세하게는 흐르는 물(潮流, 또는 海流, 또는 水流), 이를테면 조류(潮流)에 의해 얻어진 운동에너지로 가동되는 펌프와 이를 이용하여 발전하며, 필요시 발전수를 이용할 수 있도록 하고, 환경 친화적으로 충분하면서도 양질의 용수를 얻을 수 있도록 한 것이다.

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.

예컨대, 풍력이나 태양광을 이용하는 발전방식의 경우, 바람이 불지 않거나 태양이 없는 밤이나 흐린 날씨, 우천, 강설시에는 발전(發電)을 할 수 없는 문제점이 있으며, 특히, 풍력발전의 경우 소음이 발생될 뿐 아니라 바람의 흐름이나 이동을 변경시켜 주변의 환경과 동/식물에 여러 가지 나쁜 영향을 주는 문제점이 있었다.

또한 발전소의 위와 아래에 저수지를 각각 만들어 발전과 양수를 반복하는 양수발전(揚水發電)의 경우, 야간에 남아도는 전력으로 펌프를 가동시켜 아래쪽 저수지의 물을 위쪽 저수지로 퍼 올리고, 물이 부족해지는 시기나 주간처럼 많은 전력이 필요할 때 물을 방류시켜 발전하는 방식으로 무공해 발전이기는 하지만, 발전소보다 충분히 높은 위치에 많은 양의 물을 저장할 수 있는 크기의 큰 호수가 구비되어야 하는 문제점이 있으며, 가뭄시에는 효율이 떨어지거나 정상발전(정상운전)이 어려운 등의 여러 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1088832호(2011. 12. 6. 공고) "조류발전용 조류펌프" 대한민국 공개특허공보 특1999-029249호(1999. 04. 26. 공개) "나선관을 이용한 양수장치" 대한민국 공개특허공보 특2003-0073696호(2003. 09. 19. 공개) "나선형 수중 펌프 회전체 시스템"

본 발명은 조류(潮流, 또는 海流, 또는 水流)에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 펌프(Pump)를 가동시켜 발전(揚水發電)에 필요한 양수(揚水)를 얻어 발전에 이용하고, 발전 후 다양한 용도의 용수로 사용하거나, 양질의 용수를 환경 친화적으로 얻을 수 있도록 함에 목적이 있다.

본 발명 조류펌프는, 수직으로 설치되는 압력관, 상기 압력관 외주에 축설치되고 조류에 의해 한쪽 방향으로 회전하는 회전체, 상기 회전체의 상부와 하부에 고정 설치되고 회전체를 따라 회전하는 타원레일, 상기 압력관 상부와 하부에 수평으로 고정되는 복수의 펌프 및 펌프박스, 상기 타원레일에 접하고 타원레일의 궤도차에 따라 피스톤 운동하는 펌프의 피스톤로드, 상기 펌프의 실린더에 구성되는 토출구 및 흡입구, 상기 토출구에 설치되는 제1 체크밸브, 상기 흡입구에 설치되는 제2 체크밸브를 포함하여 구성된다.

상기 회전체는, 압력관에 회전할 수 있게 결합되는 소정 내경의 축관, 상기 압력관과 축관 사이에 결합되는 상하 부싱, 상기 축관의 상부와 하부에 고정되는 상부판 및 하부판, 상부판 및 하부판 사이에 소정 간격으로 설치되고 조류에 따라 움직이는 복수의 수압판, 상기 상부판 및 하부판에 각각 고정되는 타원레일을 포함한다.

상기 회전체는, 조류(潮流)의 유수압(流水壓)에 따라 회전력이 발생되는 복수 쌍의 수압판에 의해 조류의 흐름(또는 흐름방향)과 관계없이 한쪽 방향으로만 회전하고, 상기 수압판은 조류의 흐름에 따라 축관을 중심으로 회전하면서 열리거나 닫히는 개폐구조 임을 특징으로 한다.

상기 펌프의 피스톤 로드 단부에 설치되고 타원레일의 외측면과 내측면에 각각 접하여 궤도를 이탈하지 않도록 구름 운동하는 한 쌍의 아이들 롤러를 더 포함한다.

상기 압력관 상부에 고정 설치되는 복수의 펌프와 압력관 하부에 고정 설치되는 복수의 펌프는 45°교차되게 설치하여 펌프(6)와 펌프(8), 펌프(7)와 펌프(9), 펌프(10)와 펌프(12), 펌프(11)와 펌프(13)가 순차적으로 교차 펌핑이 이루어지도록 함으로써 수차와 발전기의 맥동이 방지되게 함을 특징으로 한다.

상기 펌프박스는, 상부판 및 하부판, 상기 상부판 및 하부판의 안쪽에 고정되고 압력관과 펌프 실린더의 토출구가 수밀 고정되는 내측판, 상기 상부판 및 하부판의 바깥쪽에 고정되고 펌프의 실린더가 고정되는 외측판, 상기 상부판 및 하부판과 내측판 및 외측판에 의해 형성되는 수실, 상기 상부판 및 하부판 일측에 각각 설치되는 급수관 연결구를 포함한다.

본 발명은 급수관 및 압력관으로 연결되는 적어도 하나 이상의 조류펌프에 의해 펌핑되는 고압 분출수를 이용하여 수차 및 발전기를 고속회전시켜 전력(電力)을 얻고, 발전(發電)에 이용된 고압 분출수는 조류펌프로 재공급함으로써 물이 계속 순환하면서 발전(發電)이 이루어지는 순환식 발전시스템을 포함한다.

본 발명은 해저나 수중에 설치되는 심층수 관정 또는 정수탱크의 물을 적어도 하나 이상의 조류펌프로 펌핑시켜 분출되는 고압수로 수차와 발전기를 고속회전시켜 전력(電力)을 얻고, 발전에 이용된 고압 분출수는 배수조로 회수시킨 다음 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방 등의 용수로 사용함으로써 수자원이 재활용되는 급수식 발전시스템을 포함한다.

본 발명은 물의 조류운동에 의해 발생되는 운동에너지로 복수의 펌프를 가동시켜 발전에 필요한 충분한 양의 양수(揚水) 또는 압력을 얻게 되므로, 연료가 불필요한 청정 그린(Green)의 무한발전(無限發電)을 달성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 조류에 의해 발생한 동수압을 작은 단면적의 피스톤에 가함으로써 펌핑량은 작게하고 높은 압력으로 펌핑하게 되므로 압력관 내부로 흐르는 물의 유속을 낮추어 마찰손실(발전수두 저하)을 줄이며, 펌프와 압력관의 제작비용 및 설치비용을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 압력관의 말단과 연결된 수차의 노즐 직경(내경)을 작게 조절하는 방법으로 펌핑수를 고압 분출시켜 수차와 발전기의 고속회전을 유도하므로 발전량에 비해 수차와 발전기의 크기와 무게를 줄여 제작할 수 있어서 제조비용이 절감되고 경제적인 효과가 있다.

본 발명은 복수의 펌프를 직,병렬로 연결하여 발전시스템을 구성하므로 확장성이 우수하고 발전용량의 조절이 용이하여 대용량 발전 및 계획발전이 가능하며, 수력발전 방식을 그대로 적용하는 것이므로 기술개발 비용이 절감되는 효과가 있다.

본 발명 순환식 발전시스템의 경우 급수관을 이용하여 발전에 사용된 물을 펌프로 되돌려 재사용함으로써 펌핑시의 수두손실이 줄어들어 발전효율이 향상되는 효과가 있다.

본 발명 급수식 발전시스템의 경우 정수된 물(심층수 관정, 정수탱크)을 발전에 이용하므로 발전 후 양질의 물을 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방용수 등 필요한 곳으로 공급 및 이용할 수 있어서 수자원을 재활용하는 효과가 있다.

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

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 사시도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 평면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 동작 상태 평면도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 저면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 평단면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 단면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 펌프 부분 단면도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 부싱 사시도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 부싱 설치 상태 단면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 수압판 분해 사시도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 수압판 동작 상태 단면도.
도 12 : 본 발명에서 각 펌프의 순차 동작 주기 그래프.
도 13 : 본 발명 일 예로 도시한 수압판 동작 상태 참고도.
도 14 : 본 발명 펌프 부분 확대 단면도로, 피스톤이 후진하면서 물이 실린더 내부로 흡입(유입)되는 상태.
도 15 : 본 발명 펌프 부분 확대 단면도로, 피스톤이 전진하면서 물이 압력관으로 토출되는 상태.
도 16 : 본 발명 일 예로 도시한 순환식 발전시스템의 개략도.
도 17 : 본 발명 일 예로 도시한 순환식 발전시스템의 구성도.
도 18 : 본 발명 일 예로 도시한 급수식 발전시스템의 개략도.
도 19 : 본 발명 일 예로 도시한 급수식 발전시스템의 구성도.

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.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 조류펌프(1)의 사시도이고, 도 2, 3은 평면도이고, 도 4는 저면도로, 조류의 흐름에 따라 효율적으로 회전하는 회전체와, 회전체에 의해 피스톤 운동하면서 물을 효율적으로 펌핑하는 복수의 상하 펌프와 펌프박스로 구성된다.

본 발명 조류펌프(1)는, 도 1, 도 6, 도 7과 같이 수직으로 설치되고 축(軸) 기능과 송수(送水) 기능을 겸하는 압력관(2)과, 압력관(2) 외주에 축 설치되고 조류에 의해 한쪽 방향으로 회전하는 회전체(3)와, 회전체(3)의 상부와 하부에 설치되고 회전체(3)를 따라 회전하는 타원레일(4)(5)과, 압력관(2)의 상부에 수평으로 고정되는 복수의 펌프(6)(7)(8)(9)와 펌프박스(29) 및 압력관(2)의 하부에 수평으로 고정되는 복수의 펌프(10)(11)(12)(13) 및 펌프박스(30)와, 타원레일(4)(5)에 접하고 타원레일(4)(5)의 궤도차(軌道差)에 의해 피스톤 운동하면서 펌프박수 내부의 물을 흡입하여 압력관(2)으로 펌핑하는 상부 피스톤 로드(14)(15)(16)(17) 및 하부 피스톤 로드(18)(19)(20)(21)와, 상기 각 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)의 실린더(22) 선단에 구성되는 토출구(23)와, 펌프 실린더(22) 측부에 구성되는 흡입구(24)와, 상기 토출구(23)에 설치되는 제1 체크밸브(25)와, 상기 흡입구(24)에 설치되는 제2 체크밸브(26)로 크게 구성된다.

본 발명에서 도 3, 도 4와 같이 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)는 설명의 편의상 회전체(3) 상부에 4개 설치되고, 회전체(3) 하부에 4개 설치하는 것으로 설명되며, 물론 4개 미만이거나 4개를 초과할 수 있다.

도 7, 도 14, 도 15와 같이 상기 토출구(23)가 형성되는 펌프 실린더(22) 선단은 피스톤(27)에 의해 펌핑되는 물이 압력관(2)으로 토출될 수 있도록 압력관(2)의 상부 및 하부에 각각 연결되며, 펌프 실린더(22) 후단은 펌프박스(29)(30)의 외측판(31)(32)에 각각 고정되어 유동이나 위치 이탈이 방지된다.

상기 펌프박스(29)(30)는 도 14, 도 15와 같이 상부판(33) 및 하부판(34)과, 상부판(33) 안쪽에 고정되고 또한 압력관(2)과 펌프 실린더(22)의 토출구(23)가 수밀(水密) 고정되는 내측판(28)과, 상부판(33) 및 하부판(34)의 바깥쪽에 고정되고 펌프 실린더(22)가 고정되는 외측판(31)(32)과, 상부판(33)과 하부판(34) 및 내측판(28)과 외측판(31)(32)에 의해 형성되고 외부와 격리되는 수실(35)(36)로 구성되며, 상부판(33) 및 하부판(34) 일측에는 급수관 연결구(37)(38)가 각각 설치되어 펌프 흡입구(24)로 물이 공급된다.

상기 펌프 실린더(22) 후단으로 돌출되는 피스톤 로드(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21) 단부에는 도 1 ~ 도 7과 같이 타원레일(4)(5)의 외측면과 내측면에 각각 접하여 궤도를 이탈하지 않도록 구름 운동하는 한 쌍의 아이들 롤러(39)(40)가 설치된다. 따라서 회전체(3)를 따라 회전하는 타원레일(4)(5)의 궤도차(軌道差)에 의해 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)의 피스톤 운동이 순차적으로 이루어지면서 펌핑이 달성된다.

상기 타원레일(4)(5)은 도 2와 같이 압력관(2)의 중심으로부터 가장 먼 거리(L1)와 가장 가까운 거리(L2) 차이((L1)-(L2)=(L))에 의해 궤도차(軌道差)(L)가 발생한다. 상기 궤도차(L)는 피스톤(27) 운동거리와 같은 거리이며, 또한 피스톤(27)의 진퇴 스크로트와 같은 값이다. 따라서 피스톤 로드(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)가 궤도차(L) 만큼 드나들면서 피스톤(27)을 진퇴운동(피스톤 운동)시키면서 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)의 펌핑이 이루어진다.

상기에서 압력관(2)의 상부에 고정 설치되는 복수의 펌프(6)(7)(8)(9)와 압력관(2)의 하부에 고정 설치되는 복수의 펌프(10)(11)(12)(13)는 도 3과 같이 평면상 소정각도(θ), 이를테면 45°로 교차되게 설치함으로써 도 12와 같이 펌프(6)와 펌프(8), 펌프(7)와 펌프(9), 펌프(10)와 펌프(12), 펌프(11)와 펌프(13)이 각각 같은 주기로 동작하면서 도 12와 같이 순차적으로 교차 펌핑이 이루어지므로 수차와 발전기의 맥동이 방지된다.

상기 타원레일(4)(5)은 "┗" 형상의 보강구조로 구성함으로써 변형이 방지되고, 상부판(55) 및 하부판(56)에 견고하게 고정시킬 수 있다.

도 5 내지 도 7, 도 14, 도 15와 같이 상기 제1 체크밸브(25)는 피스톤 로드가 전진할 때 실린더실로 흡입된 물의 전진압에 의해 토출구(23)가 개방되면서 압력관(2)으로 물이 토출되며, 실린더(22) 측부에 설치되는 제2 체크밸브(26)는 피스톤 로드가 전진할 때 흡입구(24)를 폐쇄시켜 물이 흡입구(24)로 역류하는 것을 방지한다.

또한, 상기 제1 체크밸브(25)는 피스톤 로드가 타원레일(4)(5)에 의해 후진할 때 토출구(23)를 폐쇄시켜 압력관(2)으로 토출된 물의 역류를 방지하고, 실린더(22) 측부에 설치되는 제2 체크밸브(26)는 피스톤 로드가 타원레일(4)(5)에 의해 후진할 때 흡입구(24)를 개방시켜 물이 급수관 연결구(37)(38)와 수실(35)(36)과 흡입구(24)를 차례로 지나 실린더실로 흡입된다.

상기 타원레일(4)(5)이 1회전할 때 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)는 각각 2회의 펌핑이 이루어진다. 즉, 도 2와 같이 펌프(6)(7)(8)(9)와 타원레일(4)이 가장 가까운 거리(L2)에서 가장 먼거리(L1)로 이동하는 구간(P1)(P3) 동안에는 피스톤 로드(14)(15)(16)(17)와 피스톤(27)이 후진하고 제1 체크밸브(25)가 닫히고 제2 체크밸브(26)가 열리면서 물이 실린더실로 흡입되고, 펌프(6)(7)(8)(9)와 타원레일(4)이 가장 먼거리(L1)에서 가장 가까운 거리(L2)로 이동하는 구간(P2)(P4) 동안에는 피스톤 로드(14)(15)(16)(17)와 피스톤(27)이 전진하고 제1 체크밸브(25)가 열리고 제2 체크밸브(26)가 닫히면서 실린더실로 흡입된 물이 압력관(2)으로 토출되면서 펌핑이 이루어진다.

상기 제1, 제2 체크밸브(25)(26)는 양측 개폐부재(41)(42)가 중앙의 축봉(43)에 힌지 결합되어 개폐되는 구조이며, 상기 개폐부재(41)(42)는 수압에 충분히 견디고 닫힐 때 수밀성을 높이도록 바깥 방향으로 향할수록 점차 두꺼워지는 보강부가 각각 형성된다. 상기 보강부는 개폐부재(41)(42)가 닫히면서 토출구(23) 및 흡입구(24)의 단턱부(45)(46)에 밀착되면서 수밀(水密)이 유지되며, 상기 개폐부재(41)(42)의 전면 상부와 하부에는 개폐부재(41)(42)가 닫히는 방향으로 힘이 작용하는 한 쌍의 스프링(49)이 설치되어 개폐부재(41)(42)의 보다 확실한 밀폐(폐쇄)가 달성된다.

상기 제1, 제2 체크밸브(25)(26) 및 그 구조는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예를 들어 설명한 것이며, 물론 시중의 기성품을 이용하거나 타 산업분야에 사용되는 체크밸브(역지밸브)를 적용 및 응용할 수 있다.

상기 펌프박스(29)(30) 바깥으로 돌출되는 펌프 실린더(22)의 측부와 피스톤 로드(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)가 지지되는 안내판(50) 부분에는 도 14, 도 15와 같이 복수의 출입공(51)이 각각 형성되어 피스톤(27)이 전진 및 후진할 때 피스톤(27) 후단의 실린더실로 물이 자연스럽게 드나들 수 있도록 함으로써 피스톤 운동시 펌핑 부하나 펌핑 저항이 방지된다.

본 발명에서 복수의 펌프(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)를 동작시키는 회전체(3)는 다음과 같이 구성된다.

도 6, 도 7, 도 10, 도 13과 같이 압력관(2)에 회전할 수 있게 결합되는 소정 내경의 축관(52)과, 압력관(2)과 축관(52) 사이에 결합되어 축관(52)이 원할히 회전할 수 있도록 기능하는 상하 부싱(53)(54) 등의 축베어링과, 축관(52)의 상부와 하부에 고정되는 상부판(55) 및 하부판(56)과, 상부판(55) 및 하부판(56) 사이에 소정 간격으로 축 설치되고 조류에 따라 자연스럽게 열리고 닫히면서 수압을 얻어 회전체(3)가 한쪽 방향으로 회전하도록 기능하는 복수 쌍의 수압판(57)(58)(59)(60)과, 상부판(55)의 상부면에 고정되는 상부 타원레일(4)과, 하부판(56)의 저부면에 고정되는 하부 타원레일(5)로 구성된다.

상기 상부판(55) 및 하부판(56)은 축관(52) 외면에 용접 등의 방법으로 고정되는 복수의 지지관(61)과, 수압판(57)(58)(59)(60)이 각각 축 설치되는 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)에 의해 지지된다. 상기 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)은 도 10, 도 11과 같이 수압판(57)(58)(59)(60) 및 베어링(48)과 일체로 용접 연결된 후 상부판(55)및 하부판(56)과 보강판(47)의 통공(47a)(74)(75)에 각각 끼워져 회전할 수 있도록 구성된다.

도 10, 도 13과 같이 상기 수압판(57)(58)(59)(60)은 각각 3개 ~ 6개의 조각판으로 구성되며, 조류의 흐름(또는 흐름방향)에 따라 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)을 중심으로 회전하면서 자연스럽게 열리거나 닫히는 개폐구조에 의해 역방향 회전토크가 최소화되고 회전동력과 펌핑효율은 극대화된다.

본 발명에서 수압판(57)(58)(59)(60)의 조각판은 도 10, 도 13에 예시한 것처럼 3개씩 구성하는 것으로 예시 및 설명된다.

각각의 수압판(57)(58)(59)(60)을 구성하는 3개의 조각판(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)은 상기 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)에 각각 축 설치되어 조류에 따른 자유 회전이 허용된다.

상기 조각판(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)은 조류의 변화(흐름 변화)에 능동적으로 대응하고 저항이 최소화 되도록 직선형이다.

도 13의 수압판(57)을 예로 들면, 안쪽에 위치하는 조각판(57c)의 일측은 수압판 지지관(64)에 의해 자유 회전할 수 있도록 설치되고, 타측은 유수압에 의해 지지관(61)의 전면에 접촉하면서 회전이 억제되는 구성이다.

또한, 가운데에 위치하는 조각판(57b)의 일측은 수압판 지지관(63)에 의해 자유 회전할 수 있도록 설치되고, 타측은 유수압에 의해 수압판 지지관(64)의 일측 전면에 접촉하면서 회전이 억제되는 구성이다.

또한, 바깥쪽에 위치하는 조각판(57a)의 일측 또는 대략 1/3 지점은 수압판 지지관(62)에 의해 자유 회전할 수 있도록 설치되고, 타측은 유수압에 의해 수압지지관(63)의 일측 전면에 접촉하면서 회전이 억제되는 구성이다.

상기 수압판 지지관(62)(63)(64)과 지지관(61)은 도 13과 같이 조류의 유수압이 작용되어 조각판(57a)(57b)(57c)들이 닫히면 상부판(55) 및 하부판(56)과 더불어 다각형의 버킷구조가 구성되도록 위치한다.

따라서 조류의 유수압이 작용되는 방향(도 13의 화살표 방향)에서는 조각판(57a)(57b)(57c)들이 이웃하는 수압판 지지관에 접하면서 상기 수압판 지지관(62)(63)(64)과 지지관(61)의 위치에 의해 다각형의 버킷구조로 구성되면서 가장 효율적인 유수압이 작용되므로 A화살표 방향으로 회전력이 작용되고 회전체(3)와 타원레일(4)(5)이 반 시계방향으로 회전하면서 물의 펌핑이 이루어진다.

도 13에서 조류의 흐름 방향 후방에 위치하는 수압판(60)의 조각판(60a)(60b)(60c)들은 다각형 버킷 구조의 해체가 시작되며, 수압판(57)의 반대편에 위치하는 수압판(59)의 조각판(59a)(59b)(59c)들은 다각형 버킷구조가 완전히 해체되어 조류의 흐름방향과 같은 방향으로 펼쳐져 조류의 영향을 받지 않게되며, 조류의 흐름 방향 전방에 위치하는 수압판(58)의 조각판(58a)(58b)(58c)들은 다각형 버킷구조로 닫히기 시작하며, 반시계 방향으로 회전하면서 수압판(57)의 조각판(57a)(57b)(57c)들처럼 다각형 버킷 구조로 닫혀 조류의 유수압을 최대로 받게 된다.

상기 회전체(3)는 조류(潮流)의 유수압(流水壓)에 따라 회전력이 발생되는 복수 쌍의 수압판(57)(58)(59)(60)에 의해 조류의 흐름(또는 흐름방향)과 관계없이 한쪽 방향으로만 회전하는 특성을 가진다. 또한 상기 수압판(57)(58)(59)(60)의 조각판(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)들은 조류의 흐름(또는 흐름방향)과 유수압에 따라 각각의 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)을 중심으로 회전하면서 자연스럽게 닫히거나 열리는 개폐구조에 의해 역방향 회전토크가 최소화되고 회전동력과 펌핑효율은 극대화된다.

본 발명에서 상기 수압판(57)(58)(59)(60)의 바깥쪽에 설치되는 조각판(57a)(58a)(59a)(60a)은 회전체(3)보다 바깥으로 더욱 돌출되게 구성하여 조류 유수압을 더욱 많이 받도록 구성함이 바람직하다.

도 8 내지 도 11 에서 수압판 지지관(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)들이 설치되는 상부와 하부에는 소정 높이의 간격유지구 또는 베어링(48)이 각각 설치되어 조각판(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)들이 개폐될 때 상부판(55) 및 하부판(56)과의 마찰이 방지된다.

상기 상부판(55) 및 하부판(56)은 조각판(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)의 상부와 하부에 위치하면서 버킷의 양측판을 구성하게 된다.

상기 부싱(53)(54)은 도 9와 같이 압력관(2) 외면에 삽입 설치되어 회전체(3)와 펌프박스(29)(30) 및 회전체(3)와 압력관(2)과의 적정 간격을 유지시키고, 회전체(3)의 회전 마찰을 최소화한다.

상기 부싱(53)(54)은 도 8, 도 9와 같이 압력관(2)에 결합되는 관체부(77)와, 관체부(77) 일측에 수평으로 형성되는 플랜지부(78)로 구성되며, 플랜지부(78)의 상부와 하부에는 방사상의 유수홈(79)(80)이 형성되어 마찰면에 물(해수)를 유입시켜 회전체(3)의 회전에 의해 부싱(53)(54)에 발생되는 마찰을 크게 줄여 회전체(3)가 원활하게 회전할 수 있도록 기여한다. 상기 유수홈(79)(80)은 관체부(77)를 통과하여 도 9와 같이 압력관(2)의 외면까지 물이 침투할 수 있도록 구성된다.

본 발명 조류펌프(1)의 크기는 설치위치와 용량 및 용도 등에 따라 작게는 직경 수십 cm에서 크게는 직경 5m 이상의 크기로 제작되며, 조류펌프(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.

상기 압력관(2)의 상하 단부에는 플랜지가 각각 구성되며, 체결수단과 패킹을 이용하여 플랜지가 수밀(水密)되게 연결하면 복수의 조류펌프(1)가 연결되어 필요한 수량이나 수압의 발전수 또는 용수가 얻어진다.

본 발명은 복수의 조류펌프(1)가 급수관 연결구(37)(38)와 압력관(2)으로 서로 연결되어 발전수 및/또는 용수를 펌핑하게 되며, 도 16, 도 17과 같은 순환식 발전시스템과, 도 18, 도 19와 같은 급수식 발전시스템으로 구성할 수 있다.

도 16은 순환식 발전시스템의 개략도로, 조류에 의해 동작하면서 물을 펌핑시켜 가압하는 적어도 하나 이상 복수의 조류펌프와, 펌핑 가압되는 물을 모아 수차로 보내며, 조류펌프를 직,병렬로 연결하는 압력관과, 압력관의 단부에 연결되며, 압력관으로부터 고압 분출수를 받아 고속회전하는 수차와, 수차와 연결하여 발전하는 발전기와, 수차로부터 회수된 발전수를 각각의 조류펌프로 분배 및 재공급하는 급수관으로 구성하여, 물의 순환과 발전과정을 도시한 것이다.

도 17은 상기 순환식 발전시스템의 구성도로, 해상교각 및/또는 부체(浮體)를 이용하여 발전기 및 수차를 대기중에 설치하고, 조류(潮流, 또는 海流, 또는 水流)가 흐르는 수중에는 복수의 조류펌프를 적정 간격으로 설치한 다음 복수의 압력관 및 급수관을 이용하여 직렬 또는 병렬 또는 직/병렬 혼합형으로 연결시켜 설치하고, 조류펌프에 연결되어 고압수가 분출되는 압력관의 토출구는 수차를 회전시킬 수 있도록 설치하고, 조류펌프에 연결되는 급수관은 발전(發電)에 이용된 고압 분출수를 회수하여 조류펌프로 공급함으로써 물이 계속 순환하면서 발전(發電)이 이루어진다.

상기 순환식 발전시스템은 바닷물을 직접 펌핑시켜 발전에 이용할 경우, 필터에 어패류나 부유물 등이 부착하여 막히거나 효율이 떨어져 주기적으로 필터를 교체해야 하는 어려움이 있으므로 초기에 내부를 정수된 물로 채운 후, 펌핑압에 의해 발전하고 관로(압력관, 급수관) 내부로 발전수가 계속 순환하도록 구성함으로써 막힘을 방지하고 내구성을 높이게 된다.

상기에서 발전에 이용된 고압 분출수는 급수관을 이용하여 조류펌프로 재공급함으로써 압력손실(펌프로부터 수차까지의 고저차에 의한 수두손실)이 제거되어 시스템의 효율을 높일 수 있다.

도 18은 급수식 발전시스템의 개략도로, 해저 및/또는 수중에 설치되는 심층수 관정 또는 물을 정수시키는 정수탱크와, 심층수 관정 또는 정수탱크의 물을 조류펌프로 공급하는 급수관과, 공급된 물을 모아 수차로 전달하는 압력관과, 압력관의 단부에서 고속 분출되는 물에 의해 고속회전하는 수차와, 고속회전하는 수차에 의해 발전(發電)하는 발전기와, 발전에 이용된 고압 분출수(수차를 회전시킨 고압 분출수)를 회수하여 저장하고 필요한 곳으로 분배하는 배수조로 구성되며, 배수조에 일시 저장된 물은 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방용수 등 필요한 곳으로 공급 및 이용할 수 있도록 한다.

도 19는 상기 급수식 발전시스템의 구성도로, 해저 및/또는 수중에 설치되는 심층수 관정 또는 물을 정수시키는 정수탱크와, 심층수 관정 또는 정수탱크의 물을 조류펌프로 공급하는 급수관과, 공급된 물을 펌핑시켜 가압하는 적어도 하나 이상 복수의 조류펌프와, 복수의 조류펌프에 의해 펌핑 가압되는 물을 고압 분출시켜 지상에 설치된 수차를 고속으로 회전시킬 수 있도록 수차와 연결된 하나 또는 복수의 압력관과, 고속회전하는 수차에 의해 발전(發電)하는 발전기와, 발전에 이용된 고압 분출수(수차를 회전시킨 고압 분출수)를 회수하는 배수조와, 배수조에 저장된 물을 용수, 이를테면 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방용수 등 필요한 곳으로 공급 및 이용할 수 있도록 구성된다.

상기 급수식 발전시스템은 해저에 심층수 관정 또는 정수 탱크를 설치하고, 시스템의 급수관을 연결시켜 발전한 후, 발전에 이용된 물을 모아 필요한 곳으로 공급시켜 용수로 이용함으로써 수자원을 재활용할 수 있다.

상기의 순환식 및 급수식 조류발전 시스템은 조류에 의해 발생한 동수압을 물을 매개로 하여 수차에 전달하는 방식으로 다음과 같은 장점이 있다.

즉, 조류에 의해 발생한 동수압을 작은 단면적의 피스톤에 가함으로써 펌핑량은 작게하고 높은 압력으로 펌핑하게 된다. 따라서 압력관 내부로 흐르는 물의 유속을 낮추어 마찰손실(발전수두 저하)을 줄이며, 펌프와 압력관의 제작비용 및 설치비용을 대폭 줄일 수 있다.

또한 압력관의 말단과 연결된 수차의 노즐 직경(내경)을 작게 조절하는 방법으로 펌핑수를 고압 분출시켜 수차와 발전기의 고속회전을 유도하므로 발전량에 비해 수차와 발전기의 크기와 무게를 줄여 제작할 수 있어서 비용이 절감되고 경제적이다.

또한 수력발전 방식을 그대로 적용하는 것이므로 기술개발 비용이 절감된다.

또한 복수의 펌프를 직,병렬로 연결하여 발전시스템을 구성하므로 확장성이 우수하고 발전용량의 조절이 용이하여 대용량 발전 및 계획발전이 가능하다.

또한 순환식 발전시스템의 경우 급수관을 이용하여 발전에 사용된 물을 펌프로 되돌려 재사용함으로써 펌핑시의 수두손실이 줄어들어 발전효율이 향상된다.

또한 급수식 발전시스템의 경우, 정수된 물(심층수 관정, 정수탱크)을 발전에 이용하므로 발전 후 양질의 물을 용수, 이를테면, 수족관, 해수풀, 양식장, 염전, 발전용 냉각수, 공장 및 수산시장의 중수도 용수, 해수 담수화 용수, 냉/난방용수 등 필요한 곳으로 공급 및 이용할 수 있게 된다.

또한 발전기와 수차 등 고가의 장비들이 물 밖에 설치되므로 제작비용이 절감되고 유지관리가 용이하다.

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)--조류펌프 (2)--압력관
(3)--회전체 (4)(5)--타원레일
(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)--펌프
(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)--피스톤 로드
(22)--펌프 실린더 (23)--토출구
(24)--흡입구 (25)--제1 체크밸브
(26)--제2 체크밸브 (27)--피스톤
(28)--펌프박스 내측판 (29)(30)--펌프박스
(31)(32)--펌프박스 외측판 (33)--펌프박스 상부판
(34)--펌프박스 하부판 (35)(36)--펌프박스 수실
(37)(38)--급수관 연결구 (39)(40)--아이들 롤러
(41)(42)--개폐부재 (43)--축봉
(45)(46)--단턱부 (47)--보강부재
(48)--베어링 (49)--스프링
(50)--피스톤 로드 안내판 (51)--출입공
(52)--축관 (53)(54)--부싱
(55)--상부판 (56)--하부판
(57)(58)(59)(60)--수압판 (61)--지지관
(62)(63)(64)(65)(66)(67)(68)(69)(70)(71)(72)(73)--수압판 지지관
(57a)(57b)(57c)(58a)(58b)(58c)(59a)(59b)(59c)(60a)(60b)(60c)--조각판
(74)(75)--통공 (L)--궤도차(軌道差)
(L1)--가장 먼 거리 (L2)--가장 가까운 거리

Claims

수직으로 설치되는 압력관;
상기 압력관 외주에 축설치되고 조류에 의해 한쪽 방향으로 회전하는 회전체;
상기 회전체의 상부와 하부에 고정 설치되고 회전체를 따라 회전하는 타원레일;
상기 압력관 상부와 하부에 수평으로 고정되는 복수의 펌프 및 펌프박스;
상기 타원레일에 접하고 타원레일의 궤도차에 따라 피스톤 운동하는 펌프의 피스톤로드;
상기 펌프의 실린더에 구성되는 토출구 및 흡입구;
상기 토출구에 설치되는 제1 체크밸브;
상기 흡입구에 설치되는 제2 체크밸브;
를 포함하는 조류펌프.
청구항 1에 있어서;
회전체는,
압력관에 회전할 수 있게 결합되는 소정 내경의 축관;
상기 압력관과 축관 사이에 결합되는 상하 부싱;
상기 축관의 상부와 하부에 고정되는 상부판 및 하부판;
상기 상부판 및 하부판 사이에 소정 간격으로 설치되고 조류에 따라 움직이는 복수의 수압판;
상기 상부판 및 하부판에 각각 고정되는 타원레일;
을 포함하는 조류펌프.
청구항 2에 있어서;
회전체는,
조류(潮流)의 유수압(流水壓)에 따라 회전력이 발생되는 복수 쌍의 수압판에 의해 조류의 흐름방향과 관계없이 한쪽 방향으로만 회전하고,
상기 수압판은 조류의 흐름에 따라 축관을 중심으로 회전하면서 열리거나 닫히는 개폐구조 임을 특징으로 하는 조류펌프.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
펌프의 피스톤 로드 단부에 설치되고 타원레일의 외측면과 내측면에 각각 접하여 궤도를 이탈하지 않도록 구름 운동하는 한 쌍의 아이들 롤러;
를 더 포함하는 조류펌프.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
압력관 상부에 고정 설치되는 복수의 펌프(6)(7)(8)(9)와, 압력관 하부에 고정 설치되는 복수의 펌프(10)(11)(12)(13)는 45°교차되게 설치하여 교차 펌핑이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 조류펌프.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
펌프박스는,
상부판 및 하부판;
상기 상부판 및 하부판의 안쪽에 고정되고 압력관과 펌프 실린더의 토출구가 수밀 고정되는 내측판;
상기 상부판 및 하부판의 바깥쪽에 고정되고 펌프 실린더가 고정되는 외측판;
상기 상부판 및 하부판과 내측판 및 외측판에 의해 형성되는 수실;
상기 상부판 및 하부판 일측에 각각 설치되는 급수관 연결구;
를 포함하는 조류펌프.
청구항 1에 의한 적어도 하나 이상의 조류펌프;
상기 조류펌프에 의해 펌핑 가압되는 물을 모아 수차로 보내는 압력관;
상기 압력관의 말단에서 고압 분출되는 물에 의해 고속회전을 일으키는 수차;
상기 수차에 의해 발전(發電)하는 발전기;
상기 발전에 이용된 고압 분출수를 회수시켜 조류펌프로 순환 공급하는 급수관;
을 포함하는 조류펌프를 이용한 발전시스템.
청구항 1에 의한 적어도 하나 이상의 조류펌프;
상기 조류펌프의 급수관;
상기 급수관으로 물을 공급하는 심층수 관정;
상기 조류펌프에 의해 펌핑 가압되는 물을 모아 수차로 보내는 압력관;
상기 압력관의 말단에서 고압 분출되는 물에 의해 고속회전하는 수차;
상기 수차에 의해 발전하는 발전기;
상기 발전에 이용된 고압 분출수를 회수하여 용수로 활용하도록 하는 배수조;
를 포함하는 조류펌프를 이용한 발전시스템.