KR101273647B1 - 조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기 - Google Patents

조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기 Download PDF

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Abstract

조류 발전기용 사프트는 주축부, 하부축부 및 플로팅 부재를 포함한다. 상기주축부는 하단에 결합부가 형성되고, 상기 하부축부는 상기 결합부를 통해 상기 주축부와 결합되며, 상기 주축부가 회전하도록 지지한다. 상기 플로팅 부재는 상기 결합부 내에 상기 주축부 및 상기 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지한다. 이로써, 상기 주축부의 하부영역에 해수의 유입을 방지하여, 해수에 의한 부식이나 마모를 방지할 수 있다.

Description

조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기{SHAFT FOR TIDAL POWER GENERATOR AND TIDAL POWER GENERATOR HAVING THE SAME}
본 발명은 조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 회전축을 가지는 조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기에 관한 것이다.
최근 대체에너지 개발의 필요성이 대두됨에 따라, 풍력을 이용한 풍력발전이나 조류를 이용한 조류 발전이 크게 각광받고 있다. 이는 경제성과 효율이 뛰어나며, 친환경적으로 평가 받고 있다. 다만, 풍력에너지는 바람의 속도와 방향의 변동이 심하고 지속적이지 못하며, 풍력발전기의 생산가격이 상대적으로 높다는 단점이 있다. 이에 비해, 조류에너지는 조류의 예측이 용이하고, 발전기의 생산비용이 상대적으로 적다는 장점이 있다.
조류를 이용할 수 있는 발전기로는 터빈의 회전축이 조류의 방향과 평행한 수평축 터빈과 터빈의 회전축이 조류의 방향과 수직인 수직축 터빈이 있다. 특히, 상기 수직축 터빈의 경우에는 모든 발전 전기부를 수면 위에 배치할 수 있어 안정적이고, 구조가 단순하여 구현이 용이하다는 장점이 있다.
종래의 수직축 조류 발전기는 조류의 방향과 수직으로 배치되는 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들을 포함한다. 상기 중심 샤프트는 상기 조류 발전기의 중심축을 따라 형성되어 발전 전기부등을 지지하고, 상기 블레이드 샤프트들은 물의 흐름에 따른 저항력을 이용해 회전에너지를 발생시킨다. 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들은 수중에서, 예를 들면 해수내에서 작동하므로, 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들의 회전축을 이루는 구조에 해수가 유입될 수 있다. 처음에는 상기 회전축을 이루는 구조에 공기층이 형성되어 있어 해수의 유입을 방지하지만, 시간이 지남에 따라 상기 공기층은 해수에 용해되거나 누출되어 소멸하게 된다. 따라서, 해수의 유입에 따른 상기 회전축 구조의 부식이나 마모의 문제점이 발생하게 된다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 해수의 유입을 막고, 회전축 구조의 부식을 방지할 수 있는 조류 발전기용 샤프트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조류 발전기용 샤프트를 갖는 조류 발전기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 조류 발전기용 사프트는 주축부, 하부축부 및 플로팅 부재를 포함한다. 상기 주축부는 하단에 결합부가 형성되고, 상기 하부축부는 상기 결합부를 통해 상기 주축부와 결합되며, 상기 주축부가 회전하도록 지지한다. 상기 플로팅 부재는 상기 결합부 내에 상기 주축부 및 상기 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 결합부내의 해수의 유입을 조절하는 조절수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주축부는 압축가스가 저장된 탱크를 포함할 수 있다. 상기 탱크에 형성되어 상기 주축부의 결합부로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 밸브 및 상기 플로팅 부재와 상기 밸브를 연결하여 상기 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 밸브의 개폐를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 조절부는 상기 플로팅 부재가 일정 높이 상승하는 경우 상기 밸브를 오픈하고, 다시 원위치로 하강하는 경우 상기 밸브를 클로즈할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압축가스는 수소 또는 헬륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탱크와 상기 주축부의 결합부는 가스관으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 결합부의 상면 및 상기 하부축부의 상면 사이에 배치되어 상기 주축부를 지지하는 제1 베어링 및 상기 결합부의 측면 및 상기 하부축부의 측면 사이에 배치되어 상기 하부축부의 측면을 지지하는 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플로팅 부재는 상기 결합부의 하부 영역에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 주축부는 해수 내에 배치될 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 조류 발전기는 발전부, 구동부, 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들을 포함한다. 상기 발전기는 회전에너지를 전기에너지로 변환하고, 상기 구동부는 상기 발전부에 상기 회전에너지를 전달한다. 상기 중심 샤프트는 상기 구동부의 중심축에 형성되어 상기 발전부 및 구동부를 지지하고, 상기 블레이드 샤프트들은 상기 구동부의 측단에 형성된다. 상기 중심 샤프트는 하단에 제1 결합부가 형성된 제1 주축부, 상기 제1 결합부를 통해 상기 제1 주축부와 결합되며 상기 제1 주축부가 회전하도록 지지하는 제1 하부축부, 및 상기 제1 결합부 내에 상기 제1 주축부 및 상기 제1 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 제1 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지하는 제1 플로팅 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 주축부는 압축가스가 저장된 제1 탱크를 포함할 수 있다. 상기 제1 탱크에 형성되어 상기 제1 주축부의 하부영역으로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 제1 밸브 및 상기 제1 플로팅 부재와 상기 제1 밸브를 연결하여 상기 제1 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 제1 밸브의 개폐를 조절하는 제1 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 각각의 상기 블레이드 샤프트들은 하단에 제2 결합부가 형성된 제2 주축부, 상기 제2 결합부를 통해 상기 제2 주축부와 결합되며 상기 제2 주축부가 회전하도록 지지하는 제2 하부축부, 및 상기 제2 결합부 내에 상기 제2 주축부 및 상기 제2 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 제2 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지하는 제2 플로팅 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 주축부는 압축가스가 저장된 제2 탱크를 포함할 수 있다. 상기 제2 탱크에 형성되어 상기 제2 주축부의 하부영역으로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 제2 밸브 및 상기 제2 플로팅 부재와 상기 제2 밸브를 연결하여 상기 제2 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 제2 밸브의 개폐를 조절하는 제2 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 블레이드 샤프트들은 조류로부터 항력을 받아 상기 중심 샤프트를 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동부는 상기 블레이드 샤프트들이 상기 중심 샤프트를 중심으로 일방향으로 회전하도록 상기 블레이드 샤프트들의 자전을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 주축부는 압축가스가 저장된 탱크를 포함하고, 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 압축가스의 배출을 조절함으로써, 샤프트의 하부 결합부에 해수가 유입됨을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 샤프트의 하부 결합부 구조의 해수에 의한 부식이나 마모를 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 조류 발전기의 중심 샤프트의 A 영역을 X-X'로 절단한 확대된 단면도이다.
도 3은 도 1의 조류 발전기의 블레이드 샤프트의 B 영역을 X-X'로 절단한 확대된 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조류 발전기용 샤프트 및 이를 갖는 조류 발전기에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 조류 발전기(10)는 발전부(100), 구동부(200), 중심 샤프트(300) 및 블레이드 샤프트들(400)을 포함한다.
상기 발전부(100)는 회전에너지를 전기에너지로 변환한다. 구체적으로, 조류에 의해 상기 블레이드 샤프트들(400)이 상기 조류 발전기의 중심축을 기준으로 회전하면, 상기 블레이드 샤프트부의 회전 에너지를 전기에너지로 변환하게 된다.
상기 구동부(200)는 상기 조류 발전기의 중심축을 기준으로 한 상기 블레이드 샤프트들의 회전 에너지를 상기 발전부(100)로 전달하는 구조를 가진다. 이와 동시에 상기 블레이드 샤프트들의 자체적인 자전도 조절하게 된다. 이와 같은 방식으로, 일정한 조류의 방향에 대해서 일방향으로의 회전력을 얻을 수 있다.
상기 중심 샤프트(300)는 상기 조류 발전기(10)의 중심축을 형성하며, 상기 발전부(100) 및 구동부(200)를 지지한다. 이와 동시에, 상기 블레이드 샤프트들과 함께 상기 조류 발전기의 중심축을 중심으로 회전하면서, 회전에너지를 상기 발전부로 전달한다.
상기 블레이드 샤프트들(400)은 조류로부터 항력을 받아 상기 조류 발전기(10)의 중심축을 기준으로 회전한다. 일반적으로 상기 블레이드 샤프트는 조류 에너지를 효율적으로 전달받기 위해 해수면에 수직으로 형성된 타원 기둥의 형상을 가진다. 구체적으로, 조류의 방향이 상기 타원의 장축과 수직인 경우에는 상기 조류의 항력을 최대로 받을 수 있으며, 조류의 방향이 상기 타원의 장축과 평행인 경우에는 상기 조류의 항력을 최소로 할 수 있다. 상기 블레이드 샤프트의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 상기 블레이드 샤프트의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
상기 조류 발전기(10)의 중심 샤프트(300) 및 블레이드 샤프트들(400)은 일반적으로 수중에서 작동한다. 예를 들면, 상기 조류 발전기(10)는 해수에서 발생하는 조류를 이용할 수 있고, 이 경우 상기 조류 발전기(10)는 해수 내에 배치된다. 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들은 해수면에 수직하게 형성되는바, 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들의 내부에는 해수가 유입될 수 있다. 구체적으로, 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들이 수직축으로 형성되어 회전하기 위해서, 상기 중심 샤프트 및 블레이드 샤프트들의 하부 결합부는 다수의 베어링이 구비되어 지지하는 구조를 가지게 된다. 상기 하부 결합부에는 기본적으로 공기층이 형성되어 상기 베어링들이 해수와 접촉되어 부식되거나 마모되는 것을 방지하지만, 시간이 지나면서 상기 공기층은 해수에 용해되거나 외부로 누출되어 점점 소멸하게 된다. 이 경우, 상기 하부 결합부에 해수가 유입되게 되고, 이는 상기 베어링들의 부식을 초래하게 된다. 또한 상기 베어링들은 부식과정에서의 회전에 의해 마모의 정도가 높아지게 된다.
그러나 본 실시예에 따르면, 상기 중심 샤프트(300) 및 블레이드 샤프트들(400)은 내부에 압축가스가 저장된 탱크를 포함하고, 하부 결합부에는 플로팅 부재가 배치되어 상기 중심 샤프트(300) 및 블레이드 샤프트들(400) 내부로 해수가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 상기 중심 샤프트(300) 및 블레이드 샤프트들(400)의 내부 구조는 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 후술한다.
도 2는 도 1의 조류 발전기의 중심 샤프트의 A 영역을 X-X'로 절단한 확대된 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 중심 샤프트(300)는 주축부(310), 하부축부(320), 플로팅 부재(370)를 포함한다.
상기 주축부(310)는 하단에 하부 결합부(314)가 형성된다. 상기 하부 결합부(314)에는 상기 하부축부(320)가 삽입되고, 상기 하부축부(320)는 상기 주축부가 회전할 수 있도록 지지한다. 상기 플로팅 부재(370)는 상기 하부 결합부(314) 내에 배치된다. 상기 플로팅 부재(370)는 상기 주축부(310) 및 상기 하부축부(320) 사이 영역에 배치된다. 상기 중심 샤프트(300)에는 상기 플로팅 부재(370)의 위치에 따라서 상기 결합부내로의 해수의 유입을 조절하는 조절수단을 더 포함할 수 있다. 상기 중심 샤프트(300)의 구성에 대해서는 이하 본 실시예에 따라 상세히 설명한다.
본 실시예에 따르면, 상기 주축부(310)는 압축가스가 충전된 탱크(312)를 포함한다. 상기 주축부(310)는 상기 조류 발전기의 중심축 상에 형성되어 상기 발전부(100) 및 구동부(200)를 지지하며, 이와 동시에 상기 블레이드 샤프트들(400)과 함께 상기 중심축을 기준으로 회전한다. 상기 하부 결합부(314)는 상기 주축부의 하단에 오목한 형상으로 형성되어, 상기 하부축부(320)가 상기 하부 결합부에 삽입되어 결합한다. 상기 탱크(312)는 상기 주축부 내부에 형성되고, 상기 탱크 내부는 압축가스로 채워진다.
상기 조류 발전기(300)는 제1 베어링(330), 제2 베어링(340), 가스관(350), 밸브(360) 및 조절부(380)를 더 포함할 수 있다. 상기 탱크(312)는 상기 가스관(350)에 연결되어 상기 밸브(360)가 개방되면 상기 압축가스를 배출하게 된다. 상기 탱크는 상기 탱크 내부에 압축가스를 보충 주입할 수 있는 주입관(미도시)을 별도로 포함할 수 있다. 상기 밸브(360)는 상기 탱크의 입구에 형성되어 상기 주축부의 하부 결합부(314)로 상기 압축가스의 배출을 조절한다.
상기 하부 결합부(314)는 상기 하부축부(320)가 삽입되어 상기 주축부(310)를 지지함과 동시에 상기 주축부가 회전 가능하도록 하기 위해 상기 주축부의 하부 영역에 형성된다. 상기 하부 결합부(314)에는 상기 조류 발전기의 바닥면에 고정된 상기 하부축부(320)가 삽입된다. 상기 하부축부(320)는 상기 조류 발전기(10)의 중심축 상에서 상기 바닥면으로부터 돌출되어 형성된다.
상기 제1 베어링(330)은 상기 하부 결합부의 상면 및 상기 하부축부의 상면(322) 사이에 배치된다. 상기 제1 베어링은 상기 하부축부의 상면상에서 상기 주축부를 지지하여, 상기 주축부가 상기 하부축부 상에서 회전 가능하도록 한다.
상기 제2 베어링(340)은 상기 하부 결합부의 측면 및 상기 하부축부의 측면(324) 사이에 배치된다. 상기 제2 베어링은 상기 하부축부의 측면을 지지하여, 상기 주축부가 상기 하부축부 상에서 회전 가능하도록 한다.
상기 가스관(350)은 상기 탱크(312)와 상기 하부 결합부(314)를 연결한다. 상기 가스관(350)은 상기 주축부(310)의 중심부를 관통하여 형성되고, 상기 탱크에 주입된 압축가스가 상기 하부 결합부 내부로 배출될 수 있는 통로를 제공한다. 상기 밸브(360)는 상기 가스관에 형성되어 상기 압축가스의 배출을 조절한다.
상기 압축가스는 상기 하부 결합부(314)에 채워지는 공기층을 보충하기 위한 것으로, 해수에 잘 용해되지 않고 상기 베어링들의 부식에 영향을 주지 않는 가스를 포함한다. 예를 들면, 상기 압축가스는 수소 또는 헬륨을 포함할 수 있다.
상기 플로팅 부재(370)는 상기 하부 결합부(314)의 하부 영역에 배치된다. 상기 플로팅 부재(370)는 해수내에서 부력이나 양력을 발생하여 상기 해수면 위로 부양하는 특성을 가진다. 상기 플로팅 부재는 상기 하부 결합부 내에서 상기 주축부와 일정 거리만큼 이격된 공간을 가지며, 상기 하부 결합부로 유입된 해수면(50)상에 떠 있는 상태를 유지한다. 따라서 상기 하부 결합부 내부로 유입되는 해수의 해수면(50)이 상승하는 경우, 상기 플로팅 부재(370)도 이와 함께 상승하게 된다.
상기 조절부(380)는 상기 플로팅 부재(370)와 상기 가스관에 형성된 상기 밸브(360)를 연결한다. 상기 조절부(380)는 상기 플로팅 부재(370)의 위치에 따라 상기 밸브를 개폐하는 구성을 가진다. 구체적으로, 상기 조절부(380)는 상기 하부축부(320)를 통해 상기 하부 결합부(314)로 연결되고, 상기 하부 결합부에 연결된 가스관(350)을 통해 상기 밸브(360)에 연결된다. 상기 조절부(380)는 상기 플로팅 부재의 기본적인 위치에서는 상기 밸브를 클로즈된 상태로 유지한다. 그러나, 상기 조절부(380)는 상기 플로팅 부재의 위치가 일정 이상 상승하는 경우에는 상기 밸브를 오픈한다. 따라서, 상기 조절부(380)는 상기 플로팅 부재의 상승 또는 하강 여부에 따라 상기 밸브를 오픈하거나 클로즈하게 된다. 상기 조절부의 연결 구조는 본 실시예에 한정되지 않고, 상기 하부 결합부의 구조에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 중심 샤프트(300)는 일반적으로 전체 영역이 해수(미도시)내에 형성된다. 따라서 상기 중심 샤프트는 해수 내에 잠겨있는 상태이나, 상기 주축부의 하부 결합부(314)에 형성되어 있는 공기층에 의해 상기 하부 결합부 내로 유입된 해수의 해수면(50)은 매우 낮은 상태를 유지한다. 그러나 시간이 지남에 따라 상기 공기층이 점차 소멸하여 상기 주축부의 하부 결합부(314) 내로 유입된 해수의 해수면(50)이 일정 이상 상승하는 경우, 본 실시예에 따르면, 상기 플로팅 부재(370)도 함께 상승하게 되고, 이에 따라 상기 조절부(380)는 상기 탱크의 밸브(360)를 오픈한다. 상기 밸브가 오픈되면 상기 탱크 내부에 충전된 압축가스가 상기 주축부의 하부 결합부(314) 내로 배출되고, 상기 하부 결합부(314) 내의 가스층이 두꺼워지게 된다. 상기 가스층이 두꺼워지면서 상기 하부 결합부 내로 유입된 해수를 밀어내고, 이에 따라 상기 유입된 해수면(50) 및 플로팅 부재(370)도 함께 하강하게 된다. 상기 플로팅 부재의 위치가 다시 원위치로 돌아온 경우에는, 다시 상기 조절부는 상기 탱크의 밸브를 클로즈하고 상기 압축가스의 배출을 차단한다. 이와 같은 과정으로, 상기 탱크에 충전된 압축가스가 소진될 때까지 상기 주축부의 하부 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지할 수 있다. 또한, 상기 탱크에 압축가스를 주기적으로 주입함으로써, 지속적으로 해수의 유입을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 중심 샤프트(300) 구조 내에 압축가스가 저장된 탱크(312)를 구성하고, 플로팅 부재(370)를 연결하여 상기 압축가스의 배출을 조절함으로써, 상기 중심 샤프트 내부로 해수가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 유입된 해수에 의해 상기 하부 결합부내의 베어링들이 부식되거나 마모되는 문제점을 방지할 수 있다.
도 3은 도 1의 조류 발전기의 블레이드 샤프트의 B 영역을 X-X'로 절단한 확대된 단면도이다. 상기 블레이드 샤프트는 주축부가 타원 기둥의 형상을 가진다는 것을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 중심 샤프트와 실질적으로 동일하므로, 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 블레이드 샤프트(400)는 주축부(410), 하부축부(320), 제1 베어링(330), 제2 베어링(340), 가스관(350), 밸브(360), 플로팅 부재(370) 및 조절부(380)를 포함한다.
상기 주축부(410)는 압축가스가 충전된 탱크(412)를 포함하고, 하단에 하부 결합부(314)가 형성된다. 상기 주축부(410)는 상기 조류 발전기의 외측부에 형성되어 상기 중심 샤프트를 중심으로 회전한다. 상기 주축부(410)는 조류로부터의 항력을 효율적으로 전달받기 위해 해수면에 수직으로 형성된 타원 기둥의 형상을 가진다.
상기 탱크(412)는 상기 주축부(410) 내부에 형성되고, 상기 탱크 내부는 압축가스로 채워진다. 상기 탱크(412)는 상기 가스관(350)에 연결되어 상기 밸브가 개방되면 상기 압축가스를 배출하게 된다. 상기 탱크는 상기 탱크 내부에 압축가스를 보충 주입할 수 있는 주입관(미도시)을 별도로 포함할 수 있다.
따라서, 상기 블레이드 샤프트 구조 내에 압축가스가 저장된 탱크를 구성하고, 플로팅 부재를 연결하여 상기 압축가스의 배출을 조절함으로써, 상기 블레이드 샤프트 내부로 해수가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 유입된 해수에 의해 상기 하부 결합부내의 베어링들이 부식되거나 마모되는 문제점을 방지할 수 있다. 본 실시예에서는 조류 발전기의 중심 샤프트와 블레이드 샤프트의 구조를 예시하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 수중에서 작동하는 발전 장치들에 있어서, 수직 회전축을 가지고 회전하는 샤프트들에 본 실시예의 특징들이 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 주축부는 압축가스가 저장된 탱크를 포함하고, 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 압축가스의 배출을 조절함으로써, 샤프트의 회전축에 해수가 유입됨을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 샤프트의 회전축 구조의 해수에 의한 부식이나 마모를 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 발전부 200 : 구동부
300 : 중심 샤프트 400 : 블레이드 샤프트
310 : 주축부 312 : 탱크
314 : 하부 결합부 320 : 하부축부
330 : 제1 베어링 340 : 제2 베어링
350 : 가스관 360 : 밸브
370 : 플로팅 부재 380 : 조절부

Claims (15)

  1. 하단에 결합부가 형성된 주축부;
    상기 결합부를 통해 상기 주축부와 결합되며, 상기 주축부가 회전하도록 지지하는 하부축부; 및
    상기 결합부 내에 상기 주축부 및 상기 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지하는 플로팅 부재를 포함하는 조류 발전기용 샤프트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 결합부내의 해수의 유입을 조절하는 조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주축부는 압축가스가 저장된 탱크를 포함하고,
    상기 탱크에 형성되어 상기 주축부의 결합부로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 밸브; 및
    상기 플로팅 부재와 상기 밸브를 연결하여 상기 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 밸브의 개폐를 조절하는 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조절부는 상기 플로팅 부재가 일정 높이 상승하는 경우 상기 밸브를 오픈하고, 다시 원위치로 하강하는 경우 상기 밸브를 클로즈하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 압축가스는 수소 또는 헬륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  6. 제3항에 있어서, 상기 탱크와 상기 주축부의 결합부는 가스관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 결합부의 상면 및 상기 하부축부의 상면 사이에 배치되어 상기 주축부를 지지하는 제1 베어링; 및
    상기 결합부의 측면 및 상기 하부축부의 측면 사이에 배치되어 상기 하부축부의 측면을 지지하는 제2 베어링을 더 포함하는 조류 발전기용 샤프트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플로팅 부재는 상기 결합부의 하부 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 주축부는 해수 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전기용 샤프트.
  10. 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전부;
    상기 발전부에 상기 회전에너지를 전달하는 구동부;
    상기 구동부의 중심축에 형성되어 상기 발전부 및 구동부를 지지하는 중심 샤프트; 및
    상기 구동부의 측단에 형성되는 블레이드 샤프트들을 포함하고,
    상기 중심 샤프트는
    하단에 제1 결합부가 형성된 제1 주축부;
    상기 제1 결합부를 통해 상기 제1 주축부와 결합되며, 상기 제1 주축부가 회전하도록 지지하는 제1 하부축부; 및
    상기 제1 결합부 내에 상기 제1 주축부 및 상기 제1 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 제1 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지하는 제1 플로팅 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 주축부는 압축가스가 저장된 제1 탱크를 포함하고,
    상기 제1 탱크에 형성되어 상기 제1 주축부의 하부영역으로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 제1 밸브; 및
    상기 제1 플로팅 부재와 상기 제1 밸브를 연결하여 상기 제1 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 제1 밸브의 개폐를 조절하는 제1 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  12. 제10항에 있어서, 각각의 상기 블레이드 샤프트들은
    하단에 제2 결합부가 형성된 제2 주축부;
    상기 제2 결합부를 통해 상기 제2 주축부와 결합되며, 상기 제2 주축부가 회전하도록 지지하는 제2 하부축부; 및
    상기 제2 결합부 내에 상기 제2 주축부 및 상기 제2 하부축부 사이 공간에 배치되어 상기 제2 결합부 내부로의 해수의 유입을 방지하는 제2 플로팅 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 주축부는 압축가스가 저장된 제2 탱크를 포함하고,
    상기 제2 탱크에 형성되어 상기 제2 주축부의 하부영역으로 상기 압축가스의 배출을 조절하는 제2 밸브; 및
    상기 제2 플로팅 부재와 상기 제2 밸브를 연결하여 상기 제2 플로팅 부재의 위치에 따라 상기 제2 밸브의 개폐를 조절하는 제2 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  14. 제10항에 있어서, 상기 블레이드 샤프트들은 조류로부터 항력을 받아 상기 중심 샤프트를 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  15. 제10항에 있어서, 상기 구동부는 상기 블레이드 샤프트들이 상기 중심 샤프트를 중심으로 일방향으로 회전하도록 상기 블레이드 샤프트들의 자전을 조절하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
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