KR101312563B1 - 부유식 방파제 및 그를 이용한 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조물의 상부에 공기 챔버를 구비하고 하부에 입사 파랑의 에너지를 제어하는 유공부를 구성하여 홀수심의 조절이 가능하고 내부의 와류에 의한 에너지 소산 효과를 기대할 수 있는 부유식 방파제와 상기 방파제의 유공부 내에 내부의 와류와 입사 파랑에 의한 유동으로 발전할 수 있는 발전 장치에 관한 것이며, 상기 부유식 방파제는, 상부에 구성되어서 공기 백을 수용하며 상기 공기 백에 공기가 채워진 양에 따라서 홀수심을 조절하는 공기 챔버; 및 파랑이 입사되는 입사면과 유입된 파랑이 출사되는 출사면이 서로 마주하게 형성되며 상기 입사면과 상기 출사면에 관통공들이 형성되고 상기 공기 챔버의 하부에 구성되며 내부의 흐름 변화에 의하여 입사 파랑의 에너지를 흡수하는 유공부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

부유식 방파제 및 그를 이용한 발전 장치{Floating breakwater and power generating apparatus with the same}
본 발명은 부유식 방파제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조물의 상부에 공기 챔버를 구비하고 하부에 입사 파랑의 에너지를 제어하는 유공부를 구성하여 홀수심의 조절이 가능하고 내부의 와류에 의한 에너지 소산 효과를 기대할 수 있는 부유식 방파제와 상기 방파제의 유공부 내에 내부의 와류와 입사 파랑에 의한 유동으로 발전할 수 있는 발전 장치에 관한 것이다.
해양 공간 활용의 한 방편으로써 부유체에 대한 관심이 급증하였으며, 전 세계적으로 부유식 구조물에 대한 연구가 증가하고 있다.
그동안 선진국에서는 부유식 구조물을 활용한 부유식 교량 및 부유식 방파제 등의 사회기간시설을 구축한 바 있다.
활용적인 방편으로 부유식 구조물은 여러 가지 기능들을 수행할 수 있으며, 그 중 부유식 방파제는 파랑 에너지가 집중되어 있는 해수면 부근에서 입사 파랑의 에너지를 제어하므로 기존 중력식(고정식) 방파제보다 시공단가가 저렴하다. 그리고, 설치 수심의 증가에 따라 건설비가 급격히 증가하는 중력식 방파제에 비하여 부유식 방파제는 대수심 해역에 적합하다는 장점을 갖는다.
그리고, 부유식 방파제는 계류 기초의 대책을 수립한다는 전제로 연약지반 해역에 적합하며 시공기간이 짧고 해수 소통이 원활하다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 부유식 방파제는 장주기 파랑의 제어가 힘들고, 50년∼100년의 내구성을 갖는 중력식 방파제보다 약 30년 정도의 짧은 내구성과 유지관리를 필요로 한다는 단점이 있다.
상술한 특성을 갖는 종래의 부유식 방파제는 설치 환경에 따라서 홀수심을 조절할 수 있는 기능과 파랑 에너지를 흡수하는 방파 성능이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 설치 환경에 따라서 홀수심을 조절할 수 있고 파랑 에너지를 흡수할 수 있는 방파 성능을 갖는 부유식 방파제를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 계류 라인의 양단이 지반과 같은 계류점에 고정되고 구조물에 대하여 유동성을 갖도록 결합되므로 입사 파랑에 부유하는 상기 구조물을 고정하기 위하여 계류 라인에 인가되는 장력이 두 계류점으로 분산될 수 있는 부유식 방파제를 제공함을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 하부에 유공부를 구성하고 입사면과 출사면에 다수의 관통공을 형성하여 입사되는 파랑에 의하여 내부에 와류가 형성되어서 내부에서 파랑 에너지를 소실함으로써 파랑 에너지를 흡수할 수 있는 부유식 방파제를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유공부에서 소실되는 파랑 에너지를 이용하여 터빈을 구동하는 발전 장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 유동되는 계류 라인에 의하여 터빈을 구동하는 발전 장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 격실벽을 유공부 내에 형성하여 내부의 와류 생성이 활성화되도록 유도하고 파랑 에너지 소실을 촉진하는 부유식 방파제 또는 발전 장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명에 따른 부유식 방파제는, 상부에 구성되어서 공기 백을 수용하며 상기 공기 백에 공기가 채워진 양에 따라서 홀수심을 조절하는 공기 챔버; 및 파랑이 입사되는 입사면과 유입된 파랑이 출사되는 출사면이 서로 마주하게 형성되며 상기 입사면과 상기 출사면에 관통공들이 형성되고 상기 공기 챔버의 하부에 구성되며 내부의 흐름 변화에 의하여 입사 파랑의 에너지를 흡수하는 유공부;를 포함함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 공기 챔버는 하부에 유동 가능한 플레이트를 더 포함하며, 미리 설정된 홀수심에 대응하는 공기의 양이 상기 공기 백에 채워지며, 상기 플레이트는 상기 공기의 양에 따라 다른 용량을 갖는 상기 공기 백에 의하여 상부와 하부로 유동 가능함이 바람직하다.
그리고, 상기 입사면과 상기 출사면을 관통하며 양단이 지반의 계류점에 고정되는 한 쌍의 계류 라인을 더 포함하고, 한 쌍의 상기 계류 라인은 상기 유공부의 움직임에 대응하여 유동 가능하게 설치될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 계류 라인은 상기 입사면과 상기 출사면 사이에 서로 마주하는 한 쌍의 측벽에 각각 배치되고, 상하로 마주하여 구동되는 구동 롤러와 피동 롤러를 포함하는 다수의 롤러 세트들이 각각의 상기 측벽에 지그재그로 배치되어 설치되며, 상기 계류 라인은 상기 롤러 세트의 상기 구동 롤러와 상기 피동 롤러 사이에 삽입되어 가이드될 수 있다.
그리고, 상기 유공부는 상기 파랑의 진행 방향에 대하여 수직되는 방향으로 설치되는 격실막에 의하여 구분되는 둘 이상의 격실을 가지며, 상기 격실막은 다수의 관통공을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발전 장치는, 상부의 공기 챔버와 하부의 유공부를 포함하고, 상기 유공부에는 다수의 관통공을 갖는 입사면과 출사면이 마주하여 구성되어서 입사 파랑의 에너지를 흡수하며, 한 쌍의 계류 라인이 상기 입사면과 상기 출사면을 관통하며 양단이 지반의 계류점에 고정되며 유공부의 움직임에 대응하여 유동 가능하게 설치되는 부유식 방파제; 및 상기 유공부 내에 상기 입사면과 상기 출사면 사이에 평행하게 설치되며 상기 입사 파랑에 의하여 형성된 내부의 와류에 에너지를 전달받아서 발전을 수행하는 터빈들;을 포함함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 공기 챔버는 공기 백을 수용하여서 상기 공기 백에 공기가 채워진 양에 따라서 홀수심을 조절하며 하부에 유동 가능한 플레이트를 포함하여서 상기 공기의 양에 따라 다른 용량을 갖는 상기 공기 백에 의하여 상부와 하부로 유동 가능함이 바람직하다.
그리고, 각각의 상기 계류 라인은 상기 입사면과 상기 출사면 사이에 서로 마주하는 한 쌍의 측벽에 각각 배치되고, 상하로 마주하여 구동되는 구동 롤러와 피동 롤러를 포함하는 다수의 롤러 세트들이 각각의 상기 측벽에 지그재그로 배치되어 설치되며, 상기 계류 라인은 상기 롤러 세트의 상기 구동 롤러와 상기 피동 롤러 사이에 삽입되어 가이드될 수 있다.
그리고, 상기 터빈은 상기 구동 롤러와 축 이음되어서 상기 계류 라인의 유동에 따라 회전하는 상기 구동 롤러로부터 회전력을 전달받을 수 있다.
그리고, 상기 유공부는 상기 파랑의 진행 방향에 대하여 수직되는 방향으로 설치되는 격실막에 의하여 구분되는 둘 이상의 격실을 가지며, 상기 격실막은 다수의 관통공을 포함하고, 상기 격실 별로 둘 이상의 상기 터빈이 설치될 수 있다.
본 발명은 공기 챔버의 공기 백에 채워지는 공기의 양을 조절하여 홀수심이 조절될 수 있고 유공부의 입사면과 출사면에 형성된 다수의 관통공에 의하여 내부에 와류가 형성되어서 파랑 에너지가 유공부 내에서 소실됨으로써 파랑 에너지를 흡수할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 계류 라인이 구조물과 유동성을 갖도록 결합되므로 입사 파랑에 의하여 계류 라인에 인가되는 장력이 두 계류점으로 분산될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 유공부에서 소실되는 파랑 에너지에 의하여 터빈을 구동함으로써 발전을 수행하므로 전력을 생산할 수 있는 발전 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 파랑 에너지와 더불어 유동되는 상기 계류 라인에 의하여 상기 터빈을 구동함으로써 발전 용량을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 격실벽에 의하여 유공부 내에 와류 생성이 활성화됨으로써 파랑 에너지 소실이 촉진될 수 있고 뿐만 아니라 활성화된 와류에 의하여 효율적으로 발전을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부유식 방파제의 바람직한 실시예를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 도 1에서 공기 챔버의 플레이트가 상하로 유동하는 것을 설명하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 부유식 방파제의 수리모형 실험예에 대한 사진.
도 5는 도 4의 수리모형 실험 단면도.
도 6은 도 4의 수리모형 실험에 따른 부유식 방파제의 재원 및 파랑계측 결과 테이블.
도 7은 유공부를 갖는 부유식 방파제의 파랑 에너지 전달계수에 대한 차트.
도 8은 투수성 부유식 방파제의 파랑 에너지 전달계수에 대한 차트.
도 9는 본 발명에 따른 부유식 방파제를 이용한 발전 장치의 실시예를 나타내는 단면도로서 입사 파랑의 파봉에 대응한 구동을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 부유식 방파제를 이용한 발전 장치의 실시예를 나타내는 단면도로서 입사 파랑의 파곡에 대응한 구동을 설명하는 도면.
도 11은 도 9 및 도 10에 구성되는 터빈의 설치 상태를 설명하는 도면.
도 12는 유공부 내에 격실이 형성된 부유식 방파제를 이용한 발전 장치의 실시예를 나타내는 단면도.
도 13은 도 12의 실시예의 입사 파랑의 파봉에 대응한 구동을 설명하는 도면.
도 14는 도 12의 실시예의 입사 파랑의 파곡에 대응한 구동을 설명하는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 부유식 방파제의 실시예는 상부의 공기 챔버(10)와 하부의 유공부(20)가 일체 또는 하나로 조립된 구조물을 이룬다.
여기에서, 공기 챔버(10)는 외부로 노출되는 공기 주입구(12)가 형성되며 내부에 공기 백(14)이 구성된다. 보다 구체적으로, 공기 백(14)의 공기 주입구(12)가 공기 챔버(10) 외부로 노출되는 구성을 갖는다.
여기에서, 공기 백(14)은 공기에 대한 기밀성을 갖는 재질로 구성되며, 내부에 채워지는 공기의 양에 따라서 부피가 가변될 수 있는 소재로 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 부유식 방파제는 부유한 상태에서 공기 백(14)에 채워진 공기의 양에 따라서 홀수심이 조절될 수 있다. 즉, 공기 백(14)에 많은 양의 공기가 채워지는 경우와 적게 채워지는 경우에 대비하여 부력이 달라지므로 그에 따라 홀수심이 조절될 수 있다.
그리고, 공기 백(14)을 수용하는 공기 챔버(10)의 하부에는 상하로 유동성을 갖는 플레이트(16)가 구성될 수 있으며, 공기 백(14)의 부피에 대응하여 도 3의 P1과 같이 상승하거나 P2와 같이 하강하면서 공기 백(14)을 보호할 수 있다. 이때, 플레이트(16)의 하강 최저점은 유공부(20) 내에 설치되는 다른 부품과 충돌되지 않도록 조절될 수 있다.
한편, 유공부(20)는 장방체 형상으로 제작될 수 있으며, 파랑이 입사되는 입사면과 파랑이 출사되는 출사면을 가지고, 입사면과 출사면은 서로 마주하게 형성되며, 입사면과 출사면의 사이에 사로 마주하는 측면들이 형성되고, 입사면, 출사면 그리고 측면들은 하부의 베이스면에 의하여 닫힌 공간을 이룬다. 그리고, 입사면과 출사면에는 다수의 관통공(22)들이 형성된다.
즉, 유공부(20)의 내부는 닫힌 공간을 갖도록 형성되며, 입사면과 출사면에 관통공(22)들이 형성된다.
상기한 구조에 의하여 입사 파랑이 전달되면 유공부(20)는 내부에 와류가 형성되어서 입사 파랑 에너지를 소실시킴으로써 흡수하는 구조를 갖는다.
그리고, 유공부(20)에는 입사면과 출사면을 관통하며 양단이 지반의 계류점(32)에 고정되는 한 쌍의 계류 라인(30)이 설치되며, 각 계류 라인(30)은 유공부(20)의 움직임에 대응하여 유동 가능하게 설치된다. 상술한 계류 라인(30)의 고정 방법은 후술하는 도 4 및 도 5의 발전 장치를 참조하여 설명한다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 부유식 방파제는 공기 챔버(10)의 공기 백에 채워지는 공기의 양을 조절하여 홀수심이 조절될 수 있다.
그리고, 상술한 본 발명에 따른 부유식 방파제는 유공부(20)의 입사면과 출사면에 형성된 다수의 관통공에 의하여 입사 파랑에 대응하여 내부에 와류가 형성되며, 와류에 의하여 파랑 에너지가 유공부 내에서 소실됨으로써 파랑 에너지를 흡수할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 부유식 방파제의 계류 라인(30)은 유공부(20)와 유동성을 갖도록 결합된다.
즉, 계류 라인(30)이 유공부(20)와 고정된 결합을 이루지 않기 때문에 입사 파랑에 따라 유공부(20)는 좌우로 움직일 수 있으며, 유공부(20)의 유동에 따라 장력이 계류 라인(30)의 두 단부로 분산되고, 결과적으로 계류 라인(30)의 장력은 계류 라인(30)의 두 단부의 계류점(32)으로 분산되어서 과도한 힘에 의하여 부유식 방파제의 계류 라인(30)의 끊어짐이 방지될 수 있다.
또한, 도시되지 않았으나 유공부(20) 내에 격실벽을 형성하고 관통구들을 격실벽에 형성하면 유공부 내에 와류 생성이 활성화됨으로써 파랑 에너지 소실이 촉진될 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 7 내지 9를 참조하여 설명한다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 부유식 방파제에 대해서 아래 <실험예>와 같이 실험 결과를 얻을 수 있다.
<실험 예>
도 4 및 도 5의 본 실험은 유공부를 갖는 부유식 방파제의 유공률 변화에 따른 방파 효율성을 파악하기 위하여 2차원 수리모형에 대한 것이다.
본 실험에 사용된 단면 수로의 길이는 32.5m, 폭은 0.6m, 높이 1.1m이며, 사용된 조파기는 피스톤형이다. 구조물의 폭(B)은 수로의 폭에 꽉 차는 0.595m를 사용하였고, 수심(h)은 0.75m로 동일시 적용하였다. 방파제의 흘수(D)는 0.13m로, 파고에 따른 흘수심의 비(H/SH)가 0.15∼0.35에 해당하며, 파장에 따른 구조물 제체의 폭의 비인 L/SW는 1.87∼10.56에 해당하는 규칙파에 해당한다.
입사파용으로 2개(wave gage 1, 2), 투과파용으로 2개(wave gage 3, 4)의 파고계를 사용하였고, 2점법을 적용하여 입·반사 분리에 따른 파랑 에너지 전달계수를 산정하였다. 파고계의 위치는 방파제 전·후면으로부터 각 파장의 두 배인 지점에 각각 설치하였으며, 계류라인은 직경이 3.18mm 스테인레스 와이어를 사용하였다. 계류기초는 중력식 매립의 형식으로 수로 바닥에 단단히 고정하여 부유식 방파제의 탄성 거동에 따른 영향을 받지 않도록 설치하였다.
실험에 사용된 파랑의 특성은 파장(Lm) 약 0.56m∼3.17m, 파고(Hm) 0.03m∼0.07m 정도의 규칙파에 해당한다.
도 6의 표는 수리모형 실험에 사용된 부유식 방파제의 제원 및 파랑계측 결과를 보여주고 있다.
- 파랑 에너지 전달계수
파랑 에너지 전달계수(wave transmission coefficient)는 방파제의 성능을 나타내는 중요한 요소 중의 하나로 입사파의 파고(HI)와 방파제 후방의 전달파의 파고(Hr)의 비로 표시된다. 여기에서, 전달계수(Kr)=입파파의 파고(HI)/전달파의 파고(Hr)로 표현된다.
수리모형 실험을 통한 유공 및 투수성 부유식 방파제의 파랑 에너지 전달계수를 도 7 및 도 8과 같이 정리하였으며, 도 7 및 도 8의 종축은 전달계수(Kr)를 의미하며, 횡축은 L/SW를 적용하였다. 이것은 전달파랑의 파장과 구조물의 비로써, 값이 증가할수록 부유체 제체 길이에 비해 파장이 상대적으로 긴 장주기 영역이 됨을 의미한다.
전반적으로 유공 부유식 방파제가 투수성 부유식 방파제에 비하여 낮은 투과 성향을 나타내었으며, 유공 부유식 방파제의 경우, 유공률이 커질수록 높은 방파 효율성을 나타내었다. 투수성 부유식 방파제의 경우 L/SW가 2.55인 비교적 단파 영역에서 최소 전달계수를 보이고, L/SW가 8.93인 영역에서 최대 전달 성향을 나타내었다. 또한, L/SW가 큰 장주기 영역대로 갈수록 일정하게 투과 성향이 높아지며 상대적으로 방파 성능이 저감됨을 알 수가 있다.
이는, 상대적으로 주기가 긴 파랑의 진행이 투수성 부유식 방파제 구조물 전면에서 일부 쇄파되고 나머지는 상당수가 구조물의 흘수심 단면적을 지나 투과면으로 전달되기 때문이다.
무공 부유식 방파제의 경우 비교적 장주기 영역대에서 유공 부유식 방파제에 비하여 투과 성향이 높게 측정되었으며, 이는 유공 부유식 방파제의 유공률에 따른 입사 파랑의 에너지 소산이 방파제 내부 흘수심 단면적에서 발생하였다는 것을 의미한다.
- 소결
유공 부유식 방파제가 무공 및 투수성 부유식 방파제에 비하여 높은 방파 성능을 나타내었으며, 유공률이 커질수록 장주기 영역대에서 낮은 투과 성향을 나타내었다. 투수성 부유식 방파제의 경우 L/SW가 2.55인 비교적 단파 영역에서 최소 전달계수를 보이고, L/SW가 8.93인 영역에서 최대 전달 성향을 나타내었다. 또한, L/SW가 큰 장주기 영역대로 갈수록 일정하게 투과 성향이 높아지며 상대적으로 방파 성능이 저감됨을 알 수가 있었다. 이는 상대적으로 주기가 긴 파랑의 진행이 투수성 부유식 방파제 구조물 전면에서 일부 쇄파되고 나머지는 상당수가 구조물 흘수심 단면적을 지나 투과면으로 전달되기 때문이다.
무공 부유식 방파제의 경우 비교적 장주기 영역대에서 유공 부유식 방파제에 비하여 투과 성향이 높게 측정되었으며, 이는 유공 부유식 방파제의 유공률에 따른 입사 파랑의 에너지 소산이 방파제 내부, 흘수심 단면적에서 발생하였다는 것을 의미한다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 부유식 방파제를 이용하여 본 발명에 따른 발전 장치가 실시될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 발전 장치는 상술한 부유식 방파제와 그의 내부의 터빈들을 포함하는 구성을 갖는다.
부유식 방파제는 상술한 바와 같이 공기 챔버(10)와 유공부(20)를 포함한다. 그리고, 유공부(20)는 다수의 관통공을 갖는 입사면과 출사면이 마주하여 구성되어서 입사 파랑의 에너지를 흡수하며 한 쌍의 계류 라인(30)이 입사면과 출사면을 관통하며 양단이 지반의 계류점(32)에 고정되는 구성을 갖는다. 상술한 바에 따라서 유공부(20)가 입사 파랑에 의하여 움직임이 발생하면 계류 라인(30) 상에서 유공부(20)가 유동되면서 지지된다.
상술한 바와 같이 유공부(20)가 계류 라인(30)에 의하여 유동적으로 지지되므로 부유식 방파제를 지지하는 장력이 두 계류점(32)으로 분산될 수 있어서 안정적으로 부유식 방파제가 지지될 수 있다.
그리고, 유공부(20)의 내부에는 터빈들(46)이 설치되며, 터빈들(46)은 유공부(20)의 입사면과 출사면 사이에 평행하게 설치된다. 여기에서, 터빈들(46)에는 블레이드가 구성되어서 입사 파랑에 의하여 형성되는 와(Vortex)의 운동, 즉 와류에 의하여 에너지를 효율적으로 전달받도록 구성될 수 있다.
한편, 계류 라인(30)과 터빈(46)의 설치 상태는 도 11을 참조하여 설명한다.
유공부(20)의 입사면과 출사면 사이의 측벽에 지그재그로 다수의 롤러 세트들이 배치되어 설치되며, 각 롤러 세트들은 서로 마주하는 한 쌍의 측벽에 상하로 마주하여 구동하는 구동 롤러(42)와 피동롤러(40)를 포함한다.
피동롤러(40)는 유동부(20)의 측벽과 피동축(41)으로 결합되어서 회전자재하게 설치되고, 구동롤러(40)는 유동부(20)의 측벽과 구동축(43)으로 결합되어서 회전자재하게 설치된다.
그리고, 구동롤러(42)는 구동축(43)이 구성된 반대편으로 터빈(44)의 터빈축(45)과 일체로 결합되며, 터빈축(45)은 구동롤러(40)의 회전에 따라 회전이 이루어지는 구성을 갖는다.
그리고, 터빈(44)은 상기한 구동롤러(40)의 회전에 연동한 터빈축(45)의 회전과 자신에 설치되는 블레이드(도시되지 않음)에 와류에 의한 에너지가 작용됨에 따른 자신의 회전에 의하여 발전을 수행한다.
상기 터빈(44)은 상술한 회전에 의하여 내부의 교류발전기(도시되지 않음)를 동작시켜서 전기를 생성하는 통상적인 발전을 수행하는 부품이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이 구성되는 피동롤러(40)와 구동롤러(42) 사이에는 계류 라인(30)이 맞물려서 가이드되는 구성을 갖는다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 발전 장치의 실시예는 부유식 방파제가 입사 파랑의 에너지를 흡수하는 과정에서 발생하는 와류에 의한 발전과 자연 해역에서 원궤적 운동을 하는 파랑에 연동하여 원궤적 운동하는 부유식 방파제에 의하여 계류 라인(30) 상에 유공부(20)의 움직임이 발생하면 그에 따른 구동롤러(42)의 구동에 의한 발전이 이루어진다.
먼저, 와류에 의한 발전을 설명하면, 파랑은 A1 방향으로 상승하는 최대치에 해당하는 파봉과 A11 방향으로 하강하는 최대치에 해당하는 파곡을 포함한다. 파봉에 대응한 발전을 설명하는 도면이 도 9이고, 파곡에 대응한 발전을 설명하는 도면이 도 10이다.
도 9와 같이 입사 파랑 에너지가 A2와 같이 진행하면서 입사 파랑이 A1 방향으로 상승하여 파봉으로 진행되면 유공부(20)의 입사면의 관통공(22)을 통하여 유입되는 해수에 의하여 유공부(20) 내부에 와류가 발생한다. 이때, 와류는 홀수심 단면적 내에서의 와의 운동에 의하여 A3과 같이 시계반대방향으로 형성된다.
상술한 A3와 같이 발생하는 와류가 작용하여 터빈(44)을 회전시키며, 터빈(44)은 A3와 같은 와류에 대응한 발전을 수행한다.
유공부(20)의 입사면의 관통공(22)에 의하여 형성되는 와류 에너지는 입사면의 관통공(22)으로부터 떨어질수록 약해진다. 그러므로, 유공부(20)의 내부에 입사면에 인접하도록 한 개 또는 복수 개의 터빈(44)들이 구성됨이 바람직하다.
터빈(44)이 입사면에 대하여 한 개 설치되는 경우 입사면의 관통공(22)에 의하여 최대 와류가 형성되는 위치에 대응하여 설치됨이 바람직하다.
또한, 자연 해역에서 A4와 같이 원궤적 운동을 하는 파랑에 의하여 부유식 방파제의 유공부(20)도 A4와 같이 원궤적 운동을 하게 된다.
여기에서, 입사 파랑 에너지가 A2와 같은 방향으로 진행하면 부유식 방파제가 A5의 방향으로 밀리며, 이에 연동하여 계류 라인(30)을 맞물어서 가이드하는 구동롤러(42)가 회전되고, 결과적으로 구동롤러(42)의 회전에 연동하여 터빈(22)이 회전되며, 터빈(44)은 A5와 같은 부유식 방파제의 유공부(20)의 움직임에 대응하여 발전을 수행한다.
한편, 도 10과 같이 입사 파랑 에너지가 A12와 같이 진행하면서 입사 파랑이 A11 방향으로 하강하여 파곡으로 진행되면 유공부(20)의 출사면의 관통공(22)을 통하여 유입되는 해수에 의하여 유공부(20) 내부에 와류가 발생한다. 이때, 와류는 홀수심 단면적 내에서의 와의 운동에 의하여 A13과 같이 시계방향으로 형성된다.
상술한 A13과 같이 발생하는 와류가 작용하여 터빈(44)을 회전시키며, 터빈(44)은 A13과 같은 와류에 대응한 발전을 수행한다.
유공부(20)의 출사면의 관통공(22)에 의하여 형성되는 와류 에너지는 출사면의 관통공(22)으로부터 떨어질수록 약해진다. 그러므로, 유공부(20)의 내부에 출사면에 인접하게 한 개 또는 복수 개의 터빈(44)들이 더 구성됨이 바람직하다.
터빈(44)이 입사면에 대하여 한 개 설치되는 경우 입사면의 관통공(22)에 의한 최대 와류가 형성되는 위치에 대응하여 설치됨이 바람직하다.
또한, 자연 해역에서 A14와 같이 원궤적 운동을 하는 파랑에 의하여 부유식 방파제의 유공부(20)도 A14와 같이 원궤적 운동을 하게 된다.
여기에서, 입사 파랑 에너지가 A12와 같은 방향으로 진행하면 부유식 방파제가 A15의 방향으로 밀리며, 이에 연동하여 계류 라인(30)을 맞물어서 가이드하는 구동롤러(42)가 회전되고, 결과적으로 구동롤러(42)의 회전에 연동하여 터빈(22)이 회전되며, 터빈(44)은 A15와 같은 부유식 방파제의 유공부(20)의 움직임에 대응하여 발전을 수행한다.
상술한 도 9 및 도 10에서 입사 파랑에 대응하여 부유식 방파제의 유공부(20) 내에 생성하는 와류(A3, A13)는 입사 파랑 에너지를 소진하기 위하여 생성되는 것이다. 즉, 부유식 방파제는 유공부(20) 내에 형성되는 와류에 의하여 입사 파랑의 에너지를 흡수하는 기능을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 부유식 방파제는 도 12와 같이 관통공(26)을 갖는 격실막(24)이 하나 이상 형성될 수 있으며, 그에 따라서 유공부(20)는 둘 이상의 격실을 갖도록 구성될 수 있다. 도 12 내지 도 14에서 도 9 및 도 10과 동일한 부품은 동일 부호로 지시하고, 이들에 대한 중복된 구성 및 동작 설명은 생략한다.
도 12와 같이 격실막(24)이 더 구성되는 경우 도 9와 같이 A2 방향으로 진행하는 입사 파랑에 대하여 입사면의 관통공(22)과 격실막(24)의 관통공(26)에 의하여 각각 와류가 생성된다. 입사면의 관통공(22)에 의하여 생성되는 와류는 격실막(24)의 관통공(26)에 의하여 생성되는 와류보다 큰 에너지를 가질 수 있다.
그에 따라서, 본 발명의 실시예는 입사면의 관통공(22)에 의하여 생성되는 와류에 의하여 발전하는 터빈(44)을 하나 또는 둘 이상 설치할 수 있고, 격실막(24)의 관통공(26)에 의하여 생성되는 와류에 의하여 발전하는 터빈(44)을 하나 또는 둘 이상 설치할 수 있다. 결국, 도 13과 같이 입사면의 관통공(22)과 격실막(22)의 관통공(26)에 의하여 생성되는 와류(A3)에 의한 발전이 이루어질 수 있다.
이와 반대로, 본 발명의 실시예는 출사면의 관통공(22)에 의하여 생성되는 와류에 의하여 발전하는 터빈(44)을 하나 또는 둘 이상 설치할 수 있고, 격실막(24)의 관통공(26)에 의하여 생성되는 와류에 의하여 발전하는 터빈(44)을 하나 또는 둘 이상 설치할 수 있다. 결국, 도 14와 같이 출사면의 관통공(22)과 격실막(22)의 관통공(26)에 의하여 생성되는 와류 A13에 의한 발전이 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 실시예와 같이 부유식 방파제를 이용한 발전 장치가 구성됨으로써, 본 발명은 유공부에서 소실되는 파랑 에너지에 의하여 터빈을 구동하여 발전을 수행함으로써 파력으로 전력을 생산할 수 있는 발전 장치가 구성될 수 있다.
또한, 입사 파랑에 의한 파랑 에너지와 더불어 유동되는 계류 라인에 의하여 터빈이 구동될 수 있어서 발전 용량이 증대될 수 있으며, 유공부를 둘 이상의 격실로 구성하고 격실 간을 관통공으로 연통한 경우 유공부 내에 와류 생성이 활성화됨으로써 활성화된 와류에 의하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
10 : 공기 챔버 12 : 공기주입구
14 : 공기 백 16 : 플레이트
20 : 유공부 22 : 관통공
24 : 격실막 26 : 관통공
30 : 계류라인 32 : 계류점
40 : 피동롤러 41 : 피동축
42 : 구동롤러 43 : 구동축
44 : 터빈 45 : 터빈축

Claims (10)

  1. 상부에 구성되어서 공기 백을 수용하며 상기 공기 백에 공기가 채워진 양에 따라서 홀수심을 조절하는 공기 챔버; 및
    파랑이 입사되는 입사면과 유입된 파랑이 출사되는 출사면이 서로 마주하게 형성되며 상기 입사면과 상기 출사면에 관통공들이 형성되고 상기 공기 챔버의 하부에 구성되며 내부의 흐름 변화에 의하여 입사 파랑의 에너지를 흡수하는 유공부;를 포함하고,
    상기 공기 챔버는 하부에 유동 가능한 플레이트를 더 포함하며, 미리 설정된 홀수심에 대응하는 공기의 양이 상기 공기 백에 채워지며, 상기 플레이트는 상기 공기의 양에 따라 다른 용량을 갖는 상기 공기 백에 의하여 상부와 하부로 유동 가능하며,
    상기 입사면과 상기 출사면을 관통하며 양단이 지반의 계류점에 고정되는 한 쌍의 계류 라인을 더 포함하고, 한 쌍의 상기 계류 라인은 상기 유공부의 움직임에 대응하여 유동 가능하게 설치되고,
    각각의 상기 계류 라인은 상기 입사면과 상기 출사면 사이에 서로 마주하는 한 쌍의 측벽에 각각 배치되고, 상하로 마주하여 구동되는 구동 롤러와 피동 롤러를 포함하는 다수의 롤러 세트들이 각각의 상기 측벽에 지그재그로 배치되어 설치되며, 상기 계류 라인은 상기 롤러 세트의 상기 구동 롤러와 상기 피동 롤러 사이에 삽입되어 가이드되며,
    상기 유공부는 상기 파랑의 진행 방향에 대하여 수직되는 방향으로 설치되는 격실막에 의하여 구분되는 둘 이상의 격실을 가지며, 상기 격실막은 다수의 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 방파제.
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  6. 청구항 1의 부유식 방파제; 및
    상기 부유식 방파제의 유공부 내에 입사면과 출사면 사이에 평행하게 설치되며 입사 파랑에 의하여 형성된 내부의 와류에 에너지를 전달받아서 발전을 수행하는 터빈들;을 포함하되,
    상기 터빈들은 상기 부유식 방파제의 구동 롤러와 축 이음되어서 계류 라인의 유동에 따라 회전하는 구동 롤러로부터 회전력을 전달받으며,
    상기 부유식 방파제의 격실 별로 둘 이상의 상기 터빈이 설치되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105882898A (zh) * 2015-01-12 2016-08-24 朱剑文 海洋平台水下气垫装置
KR101870363B1 (ko) * 2017-09-11 2018-06-25 한국건설기술연구원 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법
WO2021147684A1 (zh) * 2020-01-26 2021-07-29 浙江大学 一种快速布放浮防波堤

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113737714B (zh) * 2021-08-30 2022-09-23 中交第四航务工程局有限公司 一种生态浮式防波堤的施工方法
CN115852894A (zh) * 2022-11-23 2023-03-28 华南理工大学 一种可兼做柔性气囊波浪能发电装置的浮式防波堤

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960018073A (ko) * 1994-11-10 1996-06-17 서상기 유연막 백(Bag)구조 부유식 방파제
JPH09191663A (ja) * 1995-12-28 1997-07-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧電フィルムによる波力発電台船
JP3393232B2 (ja) 1996-10-23 2003-04-07 独立行政法人水産総合研究センター 浮消波堤
KR20110069408A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 삼성중공업 주식회사 부유식 방파제

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960018073A (ko) * 1994-11-10 1996-06-17 서상기 유연막 백(Bag)구조 부유식 방파제
JPH09191663A (ja) * 1995-12-28 1997-07-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧電フィルムによる波力発電台船
JP3393232B2 (ja) 1996-10-23 2003-04-07 独立行政法人水産総合研究センター 浮消波堤
KR20110069408A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 삼성중공업 주식회사 부유식 방파제

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105882898A (zh) * 2015-01-12 2016-08-24 朱剑文 海洋平台水下气垫装置
KR101870363B1 (ko) * 2017-09-11 2018-06-25 한국건설기술연구원 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법
WO2021147684A1 (zh) * 2020-01-26 2021-07-29 浙江大学 一种快速布放浮防波堤
US11846079B2 (en) 2020-01-26 2023-12-19 Zhejiang University Fast-laid floating breakwater

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