KR101338092B1 - 와류를 이용한 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 와류관 내부 표면에 나선 형상의 경로를 따라 와류 유도체(100)를 구비함으로써 유도된 와류를 이용한 발전 시스템에 있어서, 와류를 촉진하기 위하여 폭기하는 폭기수단; 상기 폭기 수단 상부에 형성되어, 상기 촉진된 와류에 따라 회전을 하여 발전을 하는 발전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 와류를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.

Description

와류를 이용한 발전 시스템{Power generation system by using water vortex}

본 발명은, 일정 깊이의 바닷물에서 와류 흐름을 유도함으로써, 이를 이용하여 발전을 할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 원통형 와류관 내부 표면에 나선 형상의 경로를 따라 와류 유도체(100)를 구비함으로써 유도된 와류를 이용한 발전 시스템에 있어서, 와류를 촉진하기 위하여 폭기하는 폭기수단; 상기 폭기 수단 상부에 형성되어, 상기 촉진된 와류에 따라 회전을 하여 발전을 하는 발전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 와류를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 바다의 층상 구조는 깊이에 따른 온도 변화에 따라 크게 3개의 층으로 나눌 수 있는데, 표면에서 200m 정도까지는 표층수대, 200~1000m 까지는 수온약층 또는 저층수대 그리고 1000m 이하는 심층수대라고 하나, 위도에 따라 각 층대의 깊이는 변화가 많다.

또한 수심 200m 부근의 바다를 천해라고 하고, 그 보다 깊은 지역을 심해라고 하여 이를 해양심층수(심층수)라고 부르는 경우도 있다.

한편 최근에 해양심층수의 저온성(2도~6도), 청정성, 부영양성 및 숙성성 등에 주목하여 건강 및 의료 등에 이용하기 위하여, 심층수를 취수하는 기술에 대한 연구가 활발하다.

일본 코치현에서는 320m 깊이의 심층수를 취수관(외경:176.2mm, 내경125mm)를 이용하여 920톤/일 취수하고 있으며, 하와이 자연연구소의 심층수 취수시설은 674m 깊이의 심층수를 취수관(직경 100cm)을 이용하여 3,024톤/일 취수하고 있다고 알려져 있다.

한편 저수지, 정수장 등에서는 물 속에 산소를 공급하기 위하여 다양한 방식의 수중 폭기장치를 도입하여 수질을 개선하는 등의 목적에 사용하는데, 예를 들어 산기식(사연댐, 대곡댐), 간헐식(영천댐, 횡성댐), 대류식(용담댐) 등의 폭기장치가 사용되고 있다.

도 1a, 도 1b는 물의 와류 흐름을 유도하기 위한 종래의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

와류 유도체(100)는 일면이 일정 방향으로 경사지고 표면이 요철 형상을 가짐으로써 물의 흐름을 중심으로 모아서 와류를 유도하는 기능을 수행한다.

또한 와류 유도체(100)가 파이프 내 나선 방향의 경로에 배치됨으로써, 물의 흐름이 중심으로 모여지면서 동시에 나선형의 와류가 형성되도록 유도될 수 있다.

종래에, 대한민국 공개특허공보 10-2009-0120399호에는 조류의 흐름에 의해 회전하는 블레이드를 파이프 내부에 구비하여, 블레이드의 흐름에 의하여 발전이 되는 발전기가 개시되어 있다.

또한 대한민국 등록특허공보 10-0999320호에는 양력 발전기용 양력 블레이드가 회전함으로서 발전하는 장치가 개시되어 있다.

본 발명자는 심층수 취수 기술 및 폭기 장치 기술을 와류 흐름을 유도하는 종래의 구성과 결합하되, 와류 흐름을 이용하여 발전을 하기 위하여 와류가 흘러가는 파이프 내에 발전 구조를 갖는 발전 시스템을 착안하였다.

본 발명은, 일정 깊이의 바닷물에서 와류 흐름을 유도함으로써, 이를 이용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 원통형 와류관 내부 표면에 나선 형상의 경로를 따라 와류 유도체(100)를 구비함으로써 유도된 와류를 이용한 발전 시스템에 있어서, 와류를 촉진하기 위하여 폭기하는 폭기수단; 상기 폭기 수단 상부에 형성되어, 상기 촉진된 와류에 따라 회전을 하여 발전을 하는 발전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 와류를 이용한 발전 시스템을 제공함으로써, 상기 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 바닷물 속에서 와류 흐름을 유도 및 촉진함으로써, 그 와류를 이용하여 발전을 할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

도 1a, 도 1b는 물의 와류 흐름을 유도하기 위한 종래의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템에서 채용가능한 폭기 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템의 주요 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 다른 와류를 이용한 발전 시스템이 채용된 플랫폼의 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템에서 채용가능한 폭기 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템은 바닷속에 준설된 와류관 내부에 와류 흐름을 유도함으로써 발전을 수행하게 된다.

먼저, 바람직하게, 와류관은 단열 및 압력에 강한 재질을 갖도록 설계되며, 그 두께 및 직경은 본 발명의 시스템이 채용되는 물의 깊이에 대응하여 설계되며, 형상은 원통형 파이프 구조가 되도록 한다.

설계조건에 따라, 와류관은 심층수 취수 기술에서 사용되었던 취수관 기술 또는 유전을 발굴하기 위하여 준설하는 유전관 기술 등에서 채용될 수 있음은 물론이다.

와류 흐름을 유도하기 위하여, 나선 형상으로 와류관 내부에 와류 유도체(100)가 구비되도록 구성한다.

또한 와류관 내부에는 중심관(200)를 준설하고 중심관 말단에는 복수 개의 공기 공급관(300)을 채용하여 와류 흐름을 촉진하는데, 중심관(200)에 가로로 연결하여 준설함으로써 공기를 직접 공급할 수 있도록 한다.

여기에서, 공기 공급관(300) 몸통에는 공기만 공급될 수 있는 미세 구성(미도시)이 구비되거나, 설계조건에 따라 몸통 끝에는 공기만 공급되고 물의 흐름을 방지할 수 있는 장치가 도입될 수 있다.

또한 중심관(200) 상단에는 공기를 공급할 수 있는 펌프(미도시)가 구비됨으로써 공기를 공급한다.

또한 공급되는 공기는 산소 및/또는 수소만을 채용함으로써 와류의 촉진 작용을 보다 심화시킬 수 있도록 설계될 수도 있다.

또한 와류관 말단에는 펌프 및/또는 여과막을 구비한 수송장치(400)가 구비됨으로써, 물의 흐름이 와류관으로 향하도록 기능한다.

여기에서, 수송장치(400)에 포함될 수 있는 펌프는 설계조건에 따라 다양한 방식이 채용될 수 있으며 이에 공급되는 전력은 하기에서 설명되는 전력송수신관(600)을 통하여 공급될 수 있다.

또한 여과막은 바다 속의 부유물질을 여과할 수 있는 구성을 갖도록 설계된다.

도 2를 참조하여 동작 관계를 정리하여 보면, 본 발명의 중심관(200)이 준설되는 지역의 바닷물 온도는 바람직하게 2도 ~ 6도, 가능한 4도가 되도록 설계한다.

즉 밀도가 높은 바닷물이 수송장치(400)에 의하여 와류관 내부로 수송되면, 와류 유도체(100)의 기능으로 와류관 내부에 와류가 생성되기 시작한다.

또한 육상에 설치된 펌프의 작용으로 중심관(200)에 연결된 공기공급관(300)에서 공기를 주입하게 되면, 낮은 온도의 바닷물에 공기가 용이하게 녹게 됨으로써 바닷물의 팽창 및 상승 작용이 촉진된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템의 주요 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

먼저, 도 2를 이용하여 서술한 부분에 대해서는 서술하지 않거나 간략히 언급하였음을 밝혀둔다.

중심관(200) 내부에는 전력송수신관(600)이 구비되도록 구성함으로써, 본 발명의 시스템에서 필요한 전력을 공급하거나 발전된 전력을 송신하는 기능을 수행한다.

바람직하게, 전력송수신관(600)은 파이프 구성을 갖고 그 내부에 전력을 송수신하는 케이블이 구비되도록 구성한다.

와류관 내부에 형성된 와류에 의하여 발전장치(500, 510)가 발전을 하도록 구성하며, 발전장치(500, 510)는 전력송수신관(600) 및 중심관(200)과 연결되도록 구성한다.

도 3에는 일 예로서 블레이드(500) 및 블레이드 몸체(510)가 도시되어 있는데, 여기에서, 블레이드(500)의 구성은 가동(可動)될 수 있도록 구성하는데, 물의 양의 변화에 따라 날개가 자동적으로 움직이도록 구성한다.

즉 와류의 방향이 일부 변화하면 날개 기울기도 자동적으로 조절되도록 함으로써 와류의 흐름을 방해하지 않도록 한다.

설계조건에 따라서는, 종래의 카플란, 프란시스 수차방식을 설계변경하여 채용할 수 있음은 물론이다.

바람직하게, 블레이드(500)가 채용될 경우 도면에는 1개만 도시되어 있으나 복수 개가 채용되도록 설계할 수 있음은 물론이다.

블레이드 몸체(510)는 블레이드(500)의 회전에 따라 발생된 전력을 일시적으로 축전하거나 또는 바로 전송할 수 있도록 구성된다.

설계조건에 따라, 블레이드(500) 및 블레이드 몸체(510)는 다른 형상을 가질 수 있음은 물론 일부 기능을 육상에 설치된 장치에서 수행하도록 설계할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 다른 와류를 이용한 발전 시스템이 채용된 플랫폼의 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 와류를 이용한 발전 시스템은 유전 광구의 플랫폼과 유사하게 설치될 수 있다.

도 4에는, 와류관에서 발전된 전력을 처리하거나 전체 시스템을 운용할 수 있는 운용시설(700)이 도시되어 있다.

한편, 상기에서 도 1 내지 도 4를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 4의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

100: 와류 유도체
200: 중심관
300: 공기 공급관
400: 수송장치
500: 블레이드
510: 블레이드 몸체
600: 전력송수신관
700: 운용시설

Claims (3)

1. 원통형 와류관 내부 표면에 나선 형상의 경로를 따라 와류 유도체(100)를 구비함으로써 유도된 와류를 이용한 발전 시스템에 있어서,
   상기 와류관 내부에 준설되는 중심관(200)과 상기 중심관(200)에 가로로 연결되는 복수 개의 공기공급관(300)을 포함하며, 와류를 촉진하기 위하여 폭기하는 폭기수단;
   상기 폭기 수단 상부에 형성되어, 상기 촉진된 와류에 따라 회전을 하여 발전을 하는 발전수단;을 포함하되,
   상기 발전수단은, 와류의 방향이 변화하면 날개의 기울기가 자동으로 조절되며, 물의 양의 변화에 따라 날개가 자동적으로 움직이는 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 와류를 이용한 발전 시스템.
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