KR101335337B1 - 가변면적 조류 발전 터빈 및 이를 이용한 조류 발전 방법 - Google Patents

가변면적 조류 발전 터빈 및 이를 이용한 조류 발전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 터빈 회전 시 각 날개의 면적과 중심축과의 거리를 트랙을 따라 조절하여 순방향 회전력을 극대화함으로써 일정 세기 미만의 낮은 유속에서도 전력을 생산할 수 있는 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 중심 부재와, 상기 중심 부재의 상부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 상부 트랙이 저면에 형성된 상부 플레이트와, 상기 중심 부재의 하부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 하부 트랙이 상면에 형성된 하부 플레이트 및 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되는 복수개의 블레이드부;를 포함하고, 상기 블레이드부는 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법{controllable projected area tidal current power turbine, manufacturing method of same and tidal current power method in using same}
본 발명은 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법에 관한 것으로서, 정방향으로 회전하는 로터의 효율을 최대화하기 위해서 역방향으로 회전하는 날개의 면적과 회전축과의 거리를 최소화하여 회전효율을 향상시킨 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법에 관한 것이다.
조류는 조석현상에 기인한 주기적인 해수의 흐름으로 조류는 외해에서는 약한 반면 내해나 육지 사이의 해협에서는 유속이 빠른 경향을 보인다. 이러한 조류는 그 유속이 느리기 때문에 프로펠러를 활용한 터빈은 날개를 대형화함으로써 효율을 높일 수 있다. 그러나 발전시설 및 송전시설의 설치같은 제약조건 때문에 내해나 해협에 설치해야 하므로 그 크기에 제한이 따른다.
낮은 유속에서도 효율적인 발전을 하기 위해서는 항력을 이용하여 발전하는 것이 유리한데 항력을 이용할 경우 다른 날개에서 운동을 방해하는 회전력이 발생하는 문제점이 있다.
도 9는 종래 기술에 따른 수직축 방식 해류 발전시스템의 일부 절결 측면도이다.
예를 들어, 대한민국 특허출원번호 제10-2001-0057277호에 소개된 수직축 방식 해류 발전시스템은 도 9에 도시된 바와 같이, 해저에 고정된 베이스(20)와, 상기 베이스 상측에 회전 가능하게 지지되고 수직방향으로 배치되는 수직축(10)과, 상기 수직축에 고정되고 해류에 의해 회전되어 수직축을 회전시키는 회전날개(1)와, 상기 베이스에 수밀되어 내장되고 상기 수직축의 하단에 연결되어 회전속도를 가변시키는 변속기(30)와, 상기 베이스에 수밀되어 내장되고 상기 변속기에 연결되어 발전하는 발전기(40)를 포함하여 그 구조가 간단하고, 설치 및 수리작업이 용이하며, 수직축을 베이스에 견고하게 지지할 수 있다.
그러나, 상기 발명은 회전력을 제공하는 날개에 유동이 올 때 반대편 날개는 역방향 회전력을 생성하므로 전체적인 회전효율이 떨어지고, 또한, 조류가 일정 세기 이상의 빠른 속도로 이동하는 지점에서만 작동하여 전력을 생산할 수 있을 뿐, 조류가 일정 세기 미만의 낮은 속도로 이동하는 지점에서는 그 작동이 원활하게 이루어지지 않아 전력을 지속적으로 생산할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 낮은 유속에서도 쉽게 발전이 시작될 수 있고 유속이 증가함에 따라 더 많은 전력을 생산할 수 있는 조류 발전 터빈이 요청된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 터빈 회전 시 각 날개의 면적과 중심축과의 거리를 트랙을 따라 조절하여 순방향 회전력을 극대화함으로써 일정 세기 미만의 낮은 유속에서도 전력을 생산할 수 있는 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 중심 부재와, 상기 중심 부재의 상부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 상부 트랙이 저면에 형성된 상부 플레이트와, 상기 중심 부재의 하부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 하부 트랙이 상면에 형성된 하부 플레이트 및 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되는 복수개의 블레이드부;를 포함하고, 상기 블레이드부는 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블레이드부는 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되고 가이드 레일을 구비하는 상부 가이드와, 상기 상부 가이드와 일정 간격 이격된 수직 위치에 설치되고 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되며 상기 가이드 레일을 구비하는 하부 가이드와, 상기 상부 가이드 및 하부 가이드에 양단이 고정되는 내부 지지대와, 상기 상부 트랙 및 하부 트랙의 편심 궤도를 따라 양단이 회전함과 동시에 상기 가이드 레일을 따라 선형 이동하는 외부 지지대 및 상기 내부 지지대에 일측이 고정되고 상기 외부 지지대에 타측이 고정되어 상기 외부 지지대의 선형 이동에 따라 그 면적이 가변되는 가변 날개를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부 지지대는 상기 편심 궤도를 따라 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 원거리에 위치하는 경우 상기 가이드 레일의 외부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개를 가장 넓은 면적을 가지도록 변형시키고, 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 근거리에 위치하는 경우 상기 가이드 레일의 내부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개를 가장 좁은 면적을 가지도록 변형시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 상부 가이드를 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 결합시키는 상부 결합 플레이트 및 상기 하부 가이드를 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 결합시키는 하부 결합 플레이트를 더 포함하고, 상기 상부 결합 플레이트는 상기 상부 가이드의 저면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고, 상기 하부 결합 플레이트는 상기 하부 가이드의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 상부 결합 플레이트의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고 상기 상부 가이드와 중심 부재 사이에 형성된 공간에 결합되는 상부 링부재 및 상기 하부 결합 플레이트의 저면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고 상기 하부 가이드와 중심 부재 사이에 형성된 공간에 결합되는 하부 링부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 하면에는 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 회전시키는 꼬리 날개가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 상부 플레이트의 중공부에 삽입되고 상기 상부 링부재의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트와 중심 부재를 별도로 회전시키는 상부 중심 베어링과, 상기 하부 플레이트의 중공부에 삽입되고 상기 하부 링부재의 하면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트와 중심 부재를 별도로 회전시키는 하부 중심 베어링과, 상기 상부 플레이트의 상부 트랙에 삽입되고 상기 외부 지지대를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트와 외부 지지대를 별도로 회전시키는 상부 트랙 베어링 및 상기 하부 플레이트의 하부 트랙에 삽입되고 상기 외부 지지대를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트와 외부 지지대를 별도로 회전시키는 하부 트랙 베어링을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 상부 플레이트의 중공부에 삽입되어 상기 상부 중심 베어링을 안착시키는 상부 베어링 안착부재와, 상기 상부 베어링 안착 부재의 중공부에 삽입되고 상기 상부 중심 베어링 상면에 안착되어 상기 상부 베어링의 외부 이탈을 방지하는 상부 중심 베어링 이탈방지부재를 포함하는 상부 베어링 커버부; 및 상기 하부 플레이트의 중공부에 삽입되어 상기 하부 중심 베어링을 안착시키는 하부 베어링 안착부재와, 상기 하부 베어링 안착 부재의 중공부에 삽입되고 상기 하부 중심 베어링 저면에 안착되어 상기 하부 중심 베어링의 외부 이탈을 방지하는 하부 베어링 이탈방지부재를 포함하는 하부 베어링 커버부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가변 날개는 유연하게 구부릴 수 있는 플렉서블(flexible) 부재로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 중심 부재와, 상기 중심 부재의 상부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 상부 트랙이 저면에 형성된 상부 플레이트와, 상기 중심 부재의 하부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 하부 트랙이 상면에 형성된 하부 플레이트 및 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되는 복수개의 블레이드부를 포함하고, 상기 블레이드부는 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 내부에 구비된 힌지 부재를 중심으로 접힘과 펼침을 반복하여 양 날개의 전체 면적을 가변시키며 상기 중심 부재를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 제조 방법은 중심 부재를 중심으로 복수개의 블레이드부를 방사형으로 설치하는 블레이드부 설치 단계와, 상기 블레이드부에 구비된 외부 지지대의 양단을 상기 중심 부재를 커버하는 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 형성된 편심 트랙에 각각 삽입하는 상하부 플레이트 설치 단계 및 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 형성된 중공부에 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 회전시키는 중심 베어링을 각각 설치하는 상하부 중심 베어링 설치 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법은 중심 부재에 대해 편심 궤도인 트랙을 회전하는 복수개의 블레이드부가 구비된 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 수중에 설치하는 수중 설치 단계와, 상기 복수개의 블레이드부가 조류로부터 항력을 받아 상기 편심 궤도를 회전하고 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재에 토크를 전달하여 상기 중심 부재를 회전시키는 블레이드부 회전 단계 및 상기 중심 부재의 회전으로 상기 중심 부재에 연결된 발전기가 작동하여 전기를 발생시키는 전기 발생 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블레이드부 회전 단계 이후에, 상기 조류의 이동 방향이 변경되는 경우, 상기 블레이드부의 상부 및 하부에 각각 설치된 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 꼬리 날개에 의해 일정 각도 회전하는 플레이트 회전 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트 회전 단계에서, 상기 블레이드부가 최대 면적을 가지는 순간에 상기 조류의 이동 방향이 상기 블레이드부에 수직하도록 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 회전하여 상기 블레이드부가 최대 회전력을 받을 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법에 의하면, 터빈 회전 시 각 날개의 면적과 중심축과의 거리를 트랙을 따라 조절하여 순방향 회전력을 극대화함으로써 일정 세기 미만의 낮은 유속에서도 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조류의 이동 방향에 따라 트랙의 방향을 조절하여 날개가 최대 면적을 가지는 순간에 조류의 이동 방향이 항상 이에 수직하도록 위치시켜 최대의 회전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 사시도.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 작동 원리를 나타내는 도.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈에 구비된 상부 플레이트의 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 제조 방법의 블록도.
도 7은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법의 제 1블록도.
도 8은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법의 제 2블록도.
도 9는 종래 기술에 따른 수직축 방식 해류 발전시스템의 일부 절결 측면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 단면도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 도 1에 도시된 바와 같이, 중심 부재(100)와, 상부 플레이트(200)와, 하부 플레이트(300) 및 복수개의 블레이드부(400)를 포함한다.
상기 중심 부재(100)는 원통 형상으로 이루어지며 전기를 발생시키는 발전기에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 중심 부재(100)는 후술할 블레이드부(400)의 회전축으로 작용하며, 상기 중심 부재(100)의 회전으로 상기 중심 부재(100)에 연결된 발전기가 작동하여 전기를 발생시킬 수 있다.
상기 상부 플레이트(200)는 상기 중심 부재(100)의 상부에 설치되어 상기 중심 부재(100)를 커버하고, 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도를 형성하는 상부 트랙(210)이 저면에 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 플레이트(200)는 내부 중심에 상기 중심 부재(100)가 관통하는 중공부가 형성될 수 있고, 상기 상부 트랙(210)은 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도를 형성하여 상기 상부 플레이트(200)의 저면에서 회전하는 후술할 블레이드부(400)의 외부 지지대(440)가 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도로 회전하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈에 구비된 상부 플레이트의 사시도이다.
한편, 상기 상부 플레이트(200)의 상면에는 도 4에 도시된 바와 같이, 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트(200)를 회전시키는 꼬리 날개(220)가 구비될 수 있는데, 상기 꼬리 날개(220)에 의해 상기 상부 플레이트(220)가 회전하는 것과 관련하여서는 후술하기로 한다.
상기 하부 플레이트(300)는 상기 중심 부재(100)의 하부에 설치되어 상기 중심 부재(100)를 커버하고, 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도를 형성하는 하부 트랙(310)이 상면에 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 하부 플레이트(300)는 내부 중심에 상기 중심 부재(100)가 관통하는 중공부가 형성될 수 있고, 상기 하부 트랙(310)은 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도를 형성하여 상기 하부 플레이트(300)의 상면에서 회전하는 후술할 블레이드부(400)의 외부 지지대(440)가 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도로 회전하도록 할 수 있다. 또한, 상기 하부 플레이트(300)의 하면에는 상기 상부 플레이트(200)와 동일하게 조류의 이동 방향에 따라 상기 하부 플레이트(300)를 회전시키는 꼬리 날개(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 블레이드부(400)는 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치되고, 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재(100)를 회전시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 블레이드부(400)는 상부 가이드(410)와, 하부 가이드(420)와, 내부 지지대(430), 외부 지지대(440) 및 가변 날개(450)를 포함하는데, 본 발명에 따르면, 이러한 4개의 블레이드부(400)가 상기 중심 부재(100)를 중심으로 90°간격으로 이격되어 방사형으로 설치될 수 있다.
상기 상부 가이드(410)는 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치되고 후술할 외부 지지대(440)의 상단이 이동하는 가이드 레일(411)을 구비할 수 있다.
상기 하부 가이드(420)는 상기 상부 가이드(410)와 일정 간격 이격된 수직 위치에 설치되고, 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치되고 후술할 외부 지지대(440)의 하단이 이동하는 가이드 레일(421)을 구비할 수 있다.
상기 내부 지지대(430)는 상기 상부 가이드(410) 및 하부 가이드(420)에 양단이 고정될 수 있다.
상기 외부 지지대(440)는 상기 상부 트랙(210) 및 하부 트랙(310)의 편심 궤도를 따라 양단이 회전함과 동시에 상기 가이드 레일(411,421)을 따라 선형 이동할 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 지지대(440)는 상기 상부 트랙(210) 및 하부 트랙(310)의 편심 궤도를 회전하면서 상기 가이드 레일(411,421)을 선형 이동함으로써 상기 내부 지지대(430)와 외부 지지대(440) 사이의 거리를 변화시킬 수 있는데, 여기서, 상기 외부 지지대(440)는 상기 편심 궤도를 따라 회전하면서 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 원거리에 위치하는 경우, 상기 가이드 레일(411,421)의 외부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개(450)를 가장 넓은 면적을 가지도록 변형시킬 수 있고, 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 근거리에 위치하는 경우, 상기 가이드 레일(411,421)의 내부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개(450)를 가장 좁은 면적을 가지도록 변형시킬 수 있다.
상기 가변 날개(450)는 상기 내부 지지대(430)에 일측이 고정되고 상기 외부 지지대(440)에 타측이 고정되어 상기 외부 지지대(440)의 선형 이동에 따라 그 면적이 가변될 수 있다.
여기서, 상기 가변 날개(450)는 유연하게 구부릴 수 있는 플렉서블(flexible) 부재로 이루어질 수 있는데, 예를 들면, 상기 가변 날개(450)는 상기 내부 지지대(430)와 외부 지지대(440) 사이의 거리 변화에 따라 면적을 변화시킬 수 있고, 이와 동시에 조류의 압력에 견딜 수 있는 폴리염화비닐을 이용하여 제조될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 작동 원리를 나타내는 도이다.
구체적으로, 상기 가변 날개(450)는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 회전하는 외부 지지대(440)와 내부 지지대(430)의 거리가 변화하면서 유체력을 받는 면적이 변화될 수 있는데, 상기 가변 날개(450)가 도 3a에 도시된 바와 같이, 일면이 최대면적이 되어 최대의 회전력을 받을 때, 도 3c에 도시된 바와 같이, 180°반대면은 최소면적이 되므로 회전을 방해하는 반대방향 회전력은 최소가 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 4개의 가변 날개(450)를 90°간격으로 설치함으로써 순방향으로 회전하는 회전력을 지속적으로 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 상부 가이드(410)를 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 결합시키는 상부 결합 플레이트(510) 및 상기 하부 가이드(420)를 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 결합시키는 하부 결합 플레이트(520)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상부 결합 플레이트(510)는 상기 상부 가이드(410)의 저면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치되고, 상기 하부 결합 플레이트(520)는 상기 하부 가이드(420)의 상면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 상부 결합 플레이트(510)의 상면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치되고, 상기 상부 가이드(410)와 중심 부재(100) 사이에 형성된 공간에 결합되는 상부 링부재(530) 및 상기 하부 결합 플레이트(520)의 저면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치되고, 상기 하부 가이드(420)와 중심 부재(100) 사이에 형성된 공간에 결합되는 하부 링부재(540)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 상부 링부재(530)와 하부 링부재(540)는 각각 상기 상부 가이드(410)와 하부 가이드(420)의 회전력을 상기 중심 부재(100)에 전달하여 상기 중심 부재(100)를 회전시킬 수 있다.
더불어, 본 발명에 따르면, 상부 중심 베어링(610)과, 하부 중심 베어링(620)과, 상부 트랙 베어링(630) 및 하부 트랙 베어링(640)을 포함할 수 있다.
상기 상부 중심 베어링(610)은 상기 상부 플레이트(200)의 중공부에 삽입되고, 상기 상부 링부재(530)의 상면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트(200)와 중심 부재(100)를 별도로 회전시킬 수 있다.
상기 하부 중심 베어링(620)은 상기 하부 플레이트(300)의 중공부에 삽입되고, 상기 하부 링부재(540)의 하면에서 상기 중심 부재(100)를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트(300)와 중심 부재(100)를 별도로 회전시킬 수 있다.
상기 상부 트랙 베어링(630)은 상기 상부 플레이트(200)의 상부 트랙(210)에 삽입되고, 상기 외부 지지대(440)를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트(200)와 외부 지지대(440)를 별도로 회전시킬 수 있다.
상기 하부 트랙 베어링(640)은 상기 하부 플레이트(300)의 하부 트랙(310)에 삽입되고, 상기 외부 지지대(440)를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트(300)와 외부 지지대(440)를 별도로 회전시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 상기 상부 중심 베어링(610)과, 하부 중심 베어링(620)과, 상부 트랙 베어링(630) 및 하부 트랙 베어링(640)을 포함함으로써, 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)를 회전시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)는 상기한 바와 같이, 각각 꼬리 날개를 구비할 수 있는데, 상기 꼬리 날개는 상기 베어링들과 함께 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)를 회전시켜 조류의 이동방향과 상기 가변 날개(450)가 최대 면적을 가지는 위치를 서로 수직하게 할 수 있다.
예를 들면, 조류가 9시 방향에서 유입되는 것에 맞춰서 발전기를 설치했는데, 시간이 경과하여 조류가 11시 방향에서 유입되는 경우, 상기 가변 날개(450)가 최대로 펼쳐진 상황에서 조류의 방향이 날개면에 수직하지 않기 때문에 날개면에 수직한 속도성분이 줄어들어 회전력이 감소할 수 있다. 이때, 상기 꼬리 날개는 11시 방향에서 조류에 의해 힘을 받게 되므로 조류와 꼬리 날개가 서로 평행해서 회전력을 받지 않는 위치까지 시계방향으로 회전하게 되고, 그 결과 9시 방향을 기준으로 설치한 상부 트랙(210) 및 하부 트랙(310)이 회전하여 11시 방향에서 조류가 유입하는 상황에 맞춰서 각각의 트랙의 위치가 조정될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 상부 베어링 커버부(710) 및 하부 베어링 커버부(720)를 더 포함할 수 있다.
상기 상부 베어링 커버부(710)는 상부 베어링 안착부재(711)와, 상부 베어링 이탈방지부재(712)를 포함하는데, 여기서, 상부 베어링 안착부재(711)는 상기 상부 플레이트(200)의 중공부에 삽입되어 상기 상부 중심 베어링(610)을 안착시키고, 상기 상부 베어링 이탈방지부재(712)는 상기 상부 베어링 안착 부재(711)의 중공부에 삽입되고 상기 상부 중심 베어링(610) 상면에 안착되어 상기 상부 중심 베어링(610)의 외부 이탈을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하부 베어링 커버부(720)는 하부 베어링 안착부재(721)와, 하부 베어링 이탈방지부재(722)를 포함하는데, 여기서, 상기 하부 베어링 안착부재(721)는 상기 하부 플레이트(300)의 중공부에 삽입되어 상기 하부 중심 베어링(620)을 안착시키고, 상기 하부 베어링 이탈방지부재(722)는 상기 하부 베어링 안착 부재(721)의 중공부에 삽입되고 상기 하부 중심 베어링(620) 저면에 안착되어 상기 하부 중심 베어링(721)의 외부 이탈을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 단면도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 도 5에 도시된 바와 같이, 중심 부재(100)와, 상부 플레이트(200)와, 하부 플레이트(300) 및 복수개의 블레이드부(400)를 포함한다.
상기 중심 부재(100)와, 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈에 구비된 중심 부재와, 상부 플레이트 및 하부 플레이트와 그 구성 및 내용이 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 블레이드부(400)는 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치되고, 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)에 형성된 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 내부에 구비된 후술할 힌지 부재(460)를 중심으로 접힘과 펼침을 반복하여 양 날개(470,480)의 전체 면적을 가변시키며 상기 중심 부재(100)를 회전시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 블레이드부(400)는 상부 가이드(410)와, 하부 가이드(420)와, 내부 지지대(430), 외부 지지대(440)와, 힌지 부재(460)와, 제 1날개(470) 및 제 2날개(480)를 포함한다.
상기 상부 가이드(410)는 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치될 수 있다.
상기 하부 가이드(420)는 상기 상부 가이드(410)와 일정 간격 이격된 수직 위치에 설치되고, 상기 중심 부재(100)를 중심으로 방사형으로 설치될 수 있다.
상기 내부 지지대(430)는 상기 상부 가이드(410) 및 하부 가이드(420)에 양단이 고정될 수 있다.
상기 외부 지지대(440)는 상기 상부 플레이트(200)의 저면에 구비된 상부 트랙(210) 및 상기 하부 플레이트(300)의 상면에 구비된 하부 트랙(310)의 편심 궤도를 따라 양단이 회전할 수 있다.
상기 힌지 부재(460)는 상기 내부 지지대(430)와 외부 지지대(440) 사이에 설치되고, 상기 상부 가이드(410) 및 하부 가이드(420)의 동일 위치에 양단이 고정될 수 있다.
상기 제 1날개(470)는 상기 내부 지지대(430)에 일측이 고정되고 상기 힌지 부재(460)에 타측이 고정될 수 있다.
상기 제 2날개(480)는 상기 외부 지지대(440)에 일측이 고정되고 상기 힌지 부재(460)에 타측이 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상기 외부 지지대(440)가 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 상기 제 1날개(470) 및 제 2날개(480)가 상기 힌지 부재(460)를 중심으로 접힘과 펼침을 반복하여 상기 제 1날개(470) 및 제 2날개(480)의 전체 면적을 가변시키면서 상기 중심 부재(100)를 회전시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈은 본 발명의 제 1실시예에 따른 가변면적 조류 발전 터빈과 동일하게, 상부 결합 플레이트(510)와, 하부 결합 플레이트(520)와, 상부 링부재(530)와, 하부 링부재(540)를 포함할 수 있고, 또한, 상부 중심 베어링(610)과, 하부 중심 베어링(620)과, 상부 트랙 베어링(630) 및 하부 트랙 베어링(640)을 포함할 수 있으며, 상부 베어링 커버부(710) 및 하부 베어링 커버부(720)를 포함할 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 제조 방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈의 제조 방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 블레이드부 설치 단계(S10)와, 상하부 플레이트 설치 단계(S20) 및 상하부 중심 베어링 설치 단계(S30)를 포함한다.
상기 블레이드부 설치 단계(S10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중심 부재(100)를 중심으로 복수개의 블레이드부(400)를 방사형으로 설치하는 단계이다.
구체적으로, 상기 블레이드부 설치 단계(S10)에서는 상부 가이드(410)와, 하부 가이드(420)와, 내부 지지대(430), 외부 지지대(440) 및 가변 날개(450)를 포함하는 4개의 블레이드부(400)를 상기 중심 부재(100)를 중심으로 90°간격으로 방사형으로 설치할 수 있다.
한편, 상기 블레이드부 설치 단계(S10)에서는 상기 외부 지지대(440)의 양단에 조류의 이동 방향에 따라 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)를 회전시키는 트랙 베어링(630,640)을 각각 설치할 수 있다.
상기 상하부 플레이트 설치 단계(S20)는 상기 블레이드부(400)에 구비된 외부 지지대(440)의 양단을 상기 중심 부재(100)를 커버하는 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)에 형성된 편심 트랙에 각각 삽입하는 단계이다.
구체적으로, 상기 상하부 플레이트 설치 단계(S20)에서는 상기 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도를 형성하는 트랙이 각각 형성된 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)를 상기 블레이드부(400) 상하에 배치시킨 후, 상기 외부 지지대(440)의 양단을 편심 트랙에 각각 삽입하여 상기 외부 지지대(400)가 상기 편심 트랙을 회전하도록 할 수 있다.
상기 상하부 중심 베어링 설치 단계(S30)는 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)에 형성된 중공부에 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)를 회전시키는 중심 베어링(610,620)을 각각 설치하는 단계이다.
구체적으로, 상기 상하부 중심 베어링 설치 단계(S30)에서는 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)의 중공부에 중심 베어링(610,620)을 설치함으로써 상기 트랙 베어링(630,640)과 함께 상기 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)가 조류의 이동 방향에 따라 중심 부재(100)와는 별도로 회전하도록 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법을 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법의 제 1블록도이다.
본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 수중 설치 단계(S100)와, 블레이드부 회전 단계(S200) 및 전기 발생 단계(S300)를 포함한다.
상기 수중 설치 단계(S100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 조류 발전 터빈을 이용하여 전기를 생산하기 위해 중심 부재(100)에 대해 편심 궤도인 트랙을 회전하는 복수개의 블레이드부(400)가 구비된 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈(1)을 수중에 설치하는 단계이다.
상기 블레이드부 회전 단계(S200)는 상기 복수개의 블레이드부(400)가 조류로부터 항력을 받아 상기 편심 궤도를 회전하고, 상기 중심 부재(100)로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재(100)에 토크를 전달하여 상기 중심 부재(100)를 회전시키는 단계이다.
구체적으로, 상기 블레이드부 회전 단계(S200)에서는 상기 블레이드부(400)에 구비된 가변 날개(450)가 도 3a에 도시된 바와 같이, 일면이 최대면적이 되어 최대의 회전력을 받을 때, 도 3c에 도시된 바와 같이, 180°반대면은 최소면적이 되어 반대방향 회전력은 최소가 되므로 순방향으로 회전하는 회전력을 지속적으로 발생시킬 수 있다.
상기 전기 발생 단계(S300)는 상기 중심 부재(100)의 회전으로 상기 중심 부재(100)에 연결된 발전기가 작동하여 전기를 발생시키는 단계이다.
도 8은 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법의 제 2블록도이다.
한편, 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드부 회전 단계(S200) 이후에, 플레이트 회전 단계(S250)를 더 포함할 수 있다.
상기 플레이트 회전 단계(S250)는 상기 조류의 이동 방향이 변경되는 경우, 상기 블레이드부(400)의 상부 및 하부에 각각 설치된 상부 플레이트(200) 및 하부 플레이트(300)가 꼬리 날개에 의해 일정 각도 회전하는 단계이다.
구체적으로, 상기 플레이트 회전 단계(S250)에서는 상기 블레이드부(400)가 최대 면적을 가지는 순간에 조류의 방향이 상기 블레이드부(400)에 수직하지 않는 경우, 블레이드부(400)에 수직한 속도성분이 줄어 회전력이 감소시킬 수 있으므로 상기 조류의 이동 방향이 상기 블레이드부(400)에 수직하도록 상기 상부 플레이트 (200)및 하부 플레이트(300)가 회전하여 상기 블레이드부(400)가 최대 회전력을 받을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 터빈 회전 시 각 날개의 면적과 중심축과의 거리를 트랙을 따라 조절하여 순방향 회전력을 극대화함으로써 일정 세기 미만의 낮은 유속에서도 전력을 생산할 수 있고, 조류의 이동 방향에 따라 트랙의 방향을 조절하여 날개가 최대 면적을 가지는 순간에 조류의 이동 방향이 항상 이에 수직하도록 위치시켜 최대의 회전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 가변면적 조류 발전 터빈, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 조류 발전 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1:가변면적 조류 발전 터빈
100:중심 부재 200:상부 플레이트
210:상부 트랙 220:꼬리 날개
300:하부 플레이트 310:하부 트랙
400:블레이드부 410:상부 가이드
411,421:가이드 레일 420:하부 가이드
430:내부 지지대 440:외부 지지대
450:가변 날개 460:힌지 부재
470:제 1날개 480:제 2날개
510:상부 결합 플레이트 520:하부 결합 플레이트
530:상부 링부재 540:하부 링부재
610:상부 중심 베어링 620:하부 중심 베어링
630:상부 트랙 베어링 640:하부 트랙 베어링
710:상부 베어링 커버부 711:상부 베어링 안착부재
712:상부 베어링 이탈방지부재 720:하부 베어링 커버부
721:하부 베어링 안착부재 722:하부 베어링 이탈방지부재
S10:블레이드부 설치 단계
S20:상하부 플레이트 설치 단계
S30:상하부 중심 베어링 설치 단계
S100:수중 설치 단계
S200:블레이드부 회전 단계
S250:플레이트 회전 단계
S300:전기 발생 단계

Claims (14)

  1. 중심 부재;
    상기 중심 부재의 상부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고, 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 상부 트랙이 저면에 형성된 상부 플레이트;
    상기 중심 부재의 하부에 설치되어 상기 중심 부재를 커버하고, 상기 중심 부재에 대해 편심 궤도를 형성하는 하부 트랙이 상면에 형성된 하부 플레이트; 및
    상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되는 복수개의 블레이드부;를 포함하고,
    상기 블레이드부는,
    상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재를 회전시키며,
    상기 블레이드부는,
    상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되고 가이드 레일을 구비하는 상부 가이드;
    상기 상부 가이드와 일정 간격 이격된 수직 위치에 설치되고, 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 설치되고 상기 가이드 레일을 구비하는 하부 가이드;
    상기 상부 가이드 및 하부 가이드에 양단이 고정되는 내부 지지대;
    상기 상부 트랙 및 하부 트랙의 편심 궤도를 따라 양단이 회전함과 동시에 상기 가이드 레일을 따라 선형 이동하는 외부 지지대; 및
    상기 내부 지지대에 일측이 고정되고 상기 외부 지지대에 타측이 고정되어 상기 외부 지지대의 선형 이동에 따라 그 면적이 가변되는 가변 날개;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 지지대는,
    상기 편심 궤도를 따라 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 원거리에 위치하는 경우, 상기 가이드 레일의 외부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개를 가장 넓은 면적을 가지도록 변형시키고,
    상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가장 근거리에 위치하는 경우, 상기 가이드 레일의 내부 끝단으로 이동되어 상기 가변 날개를 가장 좁은 면적을 가지도록 변형시키는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 가이드를 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 결합시키는 상부 결합 플레이트; 및
    상기 하부 가이드를 상기 중심 부재를 중심으로 방사형으로 결합시키는 하부 결합 플레이트;를 더 포함하고,
    상기 상부 결합 플레이트는 상기 상부 가이드의 저면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고,
    상기 하부 결합 플레이트는 상기 하부 가이드의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상부 결합 플레이트의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고, 상기 상부 가이드와 중심 부재 사이에 형성된 공간에 결합되는 상부 링부재; 및
    상기 하부 결합 플레이트의 저면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되고, 상기 하부 가이드와 중심 부재 사이에 형성된 공간에 결합되는 하부 링부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 상면 및 하부 플레이트의 하면에는 조류의 이동 방향에 따라 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 회전시키는 꼬리 날개가 구비된 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 중공부에 삽입되고, 상기 상부 링부재의 상면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트와 중심 부재를 별도로 회전시키는 상부 중심 베어링;
    상기 하부 플레이트의 중공부에 삽입되고, 상기 하부 링부재의 하면에서 상기 중심 부재를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트와 중심 부재를 별도로 회전시키는 하부 중심 베어링;
    상기 상부 플레이트의 상부 트랙에 삽입되고, 상기 외부 지지대를 감싸며 설치되어 상기 상부 플레이트와 외부 지지대를 별도로 회전시키는 상부 트랙 베어링; 및
    상기 하부 플레이트의 하부 트랙에 삽입되고, 상기 외부 지지대를 감싸며 설치되어 상기 하부 플레이트와 외부 지지대를 별도로 회전시키는 하부 트랙 베어링;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 상부 플레이트의 중공부에 삽입되어 상기 상부 중심 베어링을 안착시키는 상부 베어링 안착부재와, 상기 상부 베어링 안착 부재의 중공부에 삽입되고 상기 상부 중심 베어링 상면에 안착되어 상기 상부 중심 베어링의 외부 이탈을 방지하는 상부 베어링 이탈방지부재를 포함하는 상부 베어링 커버부; 및
    상기 하부 플레이트의 중공부에 삽입되어 상기 하부 중심 베어링을 안착시키는 하부 베어링 안착부재와, 상기 하부 베어링 안착 부재의 중공부에 삽입되고 상기 하부 중심 베어링 저면에 안착되어 상기 하부 중심 베어링의 외부 이탈을 방지하는 하부 베어링 이탈방지부재를 포함하는 하부 베어링 커버부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가변 날개는 유연하게 구부릴 수 있는 플렉서블(flexible) 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드부는 상기 편심 궤도를 회전하면서 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 내부에 구비된 힌지 부재를 중심으로 접힘과 펼침을 반복하여 양 날개의 전체 면적을 가변시키며 상기 중심 부재를 회전시키는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈.
  11. 삭제
  12. 중심 부재에 대해 편심 궤도인 트랙을 회전하는 복수개의 블레이드부가 구비된 제 1항에 따른 가변면적 조류 발전 터빈을 수중에 설치하는 수중 설치 단계;
    상기 복수개의 블레이드부가 조류로부터 항력을 받아 상기 편심 궤도를 회전하고, 상기 중심 부재로부터 편심 궤도 사이의 거리가 가변됨에 따라 그 면적을 가변시키며 상기 중심 부재에 토크를 전달하여 상기 중심 부재를 회전시키는 블레이드부 회전 단계; 및
    상기 중심 부재의 회전으로 상기 중심 부재에 연결된 발전기가 작동하여 전기를 발생시키는 전기 발생 단계:를 포함하고,
    상기 블레이드부 회전 단계 이후에,
    상기 조류의 이동 방향이 변경되는 경우, 상기 블레이드부의 상부 및 하부에 각각 설치된 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 꼬리 날개에 의해 일정 각도 회전하는 플레이트 회전 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 플레이트 회전 단계에서,
    상기 블레이드부가 최대 면적을 가지는 순간에 상기 조류의 이동 방향이 상기 블레이드부에 수직하도록 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 회전하여 상기 블레이드부가 최대 회전력을 받는 것을 특징으로 하는 가변면적 조류 발전 터빈을 이용한 조류 발전 방법.
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