KR101512931B1 - 방파제 발전 시뮬레이션 장치 - Google Patents

방파제 발전 시뮬레이션 장치 Download PDF

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조용진
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Abstract

본 발명은 해양 환경에서 방파제 등의 해양 구조물을 통해, 조석현상으로 인한 해수의 유출입으로 방파제 내부 발전용 터빈(Turbine)을 작동시키는 과정을 확인하기 위한 방파제 발전 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 공급될 물을 저장하고 있는 물저장 수조, 모의방파제 발전장치, 물저장 수조 및 모의방파제 발전장치 사이에 다수개의 물공급관, 복수개의 물배출관, 복수개의 바이패스관, 복수개의 릴리프 밸브, 다수개의 물공급관, 복수개의 물배출관 및 복수개의 바이패스관으로 선택적으로 물을 공급 또는 배출시키는 펌프, 복수개의 릴리프 밸브 및 펌프의 작동상태를 제어하는 중앙제어장치로 이루어져 있다. 이로써, 해수 교환형 방파제 등의 해양 구조물을 통해 유출입되는 해수의 흐름으로 발전하는 원리를 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

방파제 발전 시뮬레이션 장치{Simulation apparatus for Electric Generating by the Water Pathway of Dual Breakwaters}
본 발명은 방파제 발전 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 특히 해양 환경에서 방파제 등의 해양 구조물을 통해, 조석현상으로 인한 해수의 유출입으로 방파제 내부 발전용 터빈(Turbine)을 작동시키는 과정을 확인하기 위한 방파제 발전 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 조석현상은 해수면의 주기적 승강(昇降)운동을 의미한다. 조력발전은 조수간만(潮水干滿)의 수위차로부터 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지로 전환하는 발전방식이다.
최근, 해수 교환형 방파제와 같이 해양 구조물을 이용하여, 해양 구조물을 통해 유출입되는 해수를 교환하는 방파제가 개발되고 있다.
도 1은 해수 교환형 방파제의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 해수 교환형 방파제는 밀물 시 방파제 내부의 유입구를 통과하는 해수의 흐름으로 인해 프로펠러가 작동하게 되며, 썰물시 방파제 내부에 있던 해수가 유출구를 통과하는 해수의 흐름으로 프로펠러가 작동하게 된다. 이러한 프로펠러가 작동하는 힘을 발전기를 통해 전기로 변환시킨다.
이러한 해수 교환형 방파제의 선행기술에 대해서 살펴보면, 일본 공개특허 제 2005-147754 호는 수위의 변동에 상관없이 항상 큰 파도를 발생시키도록 구성되어 있으며, 한국 등록특허 제 10-0924803 호는 해수 교환 방파제의 전면벽을 개방하여 평상파에 의해 해수가 방파제 내부로 유입되어 하단부의 도수로를 통해 방파제의 후면으로 배출되도록 함으로써 월류제가 하는 해수 집수 역할이 가능하도록 구성되어 있다.
또한 한국 등록특허 제 10-1089595 호는 조차를 고려한 해수 교환 방파제에 관한 것으로, 해수 교환 방파제의 전면벽 개방높이를 다르게 구성하여 간조 및 만조 때에도 해수의 월류(越流)작용이 가능하도록 구성되고 있다.
상기와 같이, 해양에 구조물을 시공하는 경우, 막대한 시공비용과 시간이 투자된다. 따라서, 해양 구조물을 시공하기 전에 구조적인 안전성 및 정확한 실험 결과를 확보하는 것이 중요하며, 이를 위해 유사한 해양 환경을 재현하고, 이것으로부터 정확한 실험 결과를 획득할 필요성이 있다.
또한 한국 등록특허 제 10-0689750 호는 순환형 파(波) 에너지 흡수 해양 수조 시스템에 관한 것으로, 해양 환경을 재현하기 위해 실험용 주소에서 파도를 발생시켜 각종 구조물을 실험할 수 있도록 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에서는 조위 변화를 재현하여 해양 구조물을 통해 유출입되는 해수의 흐름을 측정하여, 측정 시 정확한 정보를 제공받기 어렵다는 문제점이 있다.
일본 공개특허 제 2005-147754 호[발명의 명칭 : 조파 장치 및 조파 방법] 한국 등록특허 제 10-0924803 호[발명의 명칭 : 월파 흡수를 위한 소파범위 확대 방파제] 한국 공개특허 제 10-1089595 호[발명의 명칭 : 조차를 고려한 해수 교환 방파제] 한국 등록특허 제 10-0689750 호[발명의 명칭 : 순환형 파 에너지 흡수 해양 수조 시스템]
이와 같은 문제점을 해소시키기 위해 본 발명은 해양 환경에서 방파제 등의 해양 구조물을 통해, 조석현상으로 인한 해수의 유출입으로 방파제 내부 발전용 터빈(Turbine)을 작동시키는 과정을 확인하기 위한 방파제 발전 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉 본 발명은 해양환경에서 조석 현상과 같은 조위 변화에 따른 해양 환경을 재현할 수 있는 모형을 제작하여 제공함으로써, 해양 환경에서 발생하는 조석 현상과 동일한 조석 현상으로 공급되는 해수의 유출입으로 방파제 내부 발전용 터빈을 작동시키는 과정을 확인할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 방파제 발전 시뮬레이션 장치는 공급될 물을 저장하고 있는 물저장 수조, 일단에 물저장 수조에 연결되어 있는 제 1 물공급관, 제 1 물공급관에 연결되는 제 1 릴리프 밸브, 제 1 릴리프 밸브에 연결되는 제 2 물공급관, 제 2 물공급관의 타단에 연결되어 있으며, 외부로부터 입력되는 펌프구동제어신호에 응하여 구동하는 펌프, 일단에 펌프가 연결되어 있는 제 3 물공급관, 제 3 물공급관에 연결되는 제 2 릴리프 밸브, 제 2 릴리프 밸브에 연결되는 제 4 물공급관, 제 4 물공급관 타단에 연결되어 있으며, 제 4 물공급관을 통해 공급되는 물로 채워지는 외항부와 외항부와 인접하게 형성되는 내항부로 이루어진 모의방파제 발전장치, 내항부에 연결되는 제 1 물배출관, 제 1 물배출관 일단에 연결되는 제 3 릴리프 밸브, 일단은 제 3 릴리프 밸브에 연결되고, 타단은 제 3 물공급관에 연결되는 제 2 물배출관, 일단은 제 2 물공급관에 연결되는 제 1 바이스패스관, 제 1 바이패스관에 연결되는 제 4 릴리프 밸브, 일단은 제 4 릴리프 밸브에 연결되고, 타단은 물저장 수조에 연결되는 제 2 바이패스관 및 미리 저장되어 있는 방파제 발전 시물레이션 프로그램에 따라 펌프로 펌프구동제어신호를 출력하는 한편 제 1 내지 제 4 릴리프 밸브로 밸브제어신호를 출력하는 중앙제어장치를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 모의방파제 발전장치는 함부와, 상기 함부의 일측 벽면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련되어 내항부를 형성하며 복수개의 제 1 배출공들이 형성되어 있는 제 1 분리판과, 제 1 분리판과 소정 간격 이격된 위치에서 마주하도록 마련되어 외항부를 형성하며 제 1 배출공들과 마주하는 복수개의 제 2 배출공들이 형성되어 있는 제 2 분리판과, 제 1, 제 2 배출공들 각각에 끼워져 결합되는 터빈형상의 프로펠라를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 모의방파제 발전장치는 일측은 상기 내항부의 저면에 고정되고, 타측은 함부의 벽면에 일정 경사각을 가지도록 고정되는 경사판이 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제 1 분리판 및 제 2 분리판의 일측은 상기 함부의 일 측면에 부착, 고정될 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 제 1 분리판 및 제 2 분리판의 타측에 각각 결합되어 상기 제 1 분리판 및 제 2 분리판에 결합되는 결합판이 더 포함되며, 결합판은 함부의 타 측면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련될 수 있다.
본 발명과 관련된 실시예로서, 물저장 수조는 복수개의 격벽이 상호 교차 결합되어 다수개의 공간이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명은 해양 환경에서 방파제 등의 해양 구조물을 통해, 조석현상으로 인한 해수의 유출입으로 방파제 내부 발전용 터빈(Turbine)을 작동시키는 과정을 확인할 수 있도록 함으로써, 해수 교환형 방파제 등의 해양 구조물을 통해 유출입되는 해수의 흐름으로 발전하는 원리를 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 해수 교환형 방파제의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형에서 물의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형에서 방파제와 프로펠러의 위치를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형의 물 저장수조를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형을 개략적으로 나타내는 개념도이다. 도 3은 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형에서 물의 흐름을 나타내는 설명도이다. 도 4는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형에서 방파제와 프로펠러의 위치를 나타내는 정면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 해수교환형 조석발전 시뮬레이션 모형의 물 저장수조를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 방파제 발전 시뮬레이션 장치는 공급될 물을 저장하고 있는 물저장 수조(100)와, 일단에 물저장 수조(100)에 연결되어 있는 제 1 물공급관(200a)과, 제 1 물공급관(200a)에 연결되는 제 1 릴리프 밸브(600a)와, 제 1 릴리프 밸브(600a)에 연결되는 제 2 물공급관(200b)와, 제 2 물공급관(200b)의 타단에 연결되어 있으며, 중앙제어장치(800)로부터 입력되는 펌프구동제어신호에 응하여 구동하는 펌프(300)와, 일단에 펌프(300)가 연결되어 있는 제 3 물공급관(200c)와, 제 3 물공급관(200c)에 연결되는 제 2 릴리프 밸브(600b)와, 제 2 릴리프 밸브(600b)에 연결되는 제 4 물공급관(200d)와, 제 4 물공급관(200d) 타단에 연결되어 있으며, 제 4 물공급관(200d)을 통해 공급되는 물로 채워지는 외항부(810)와 외항부(810)와 인접하게 형성되는 내항부(820)로 이루어진 모의방파제 발전장치(500)와, 내항부(820)에 연결되는 제 1 물배출관(400a)과, 제 1 물배출관(400a) 일단에 연결되는 제 3 릴리프 밸브(600c)와, 일단은 제 3 릴리프 밸브(600c)에 연결되고, 타단은 제 3 물공급관(200c)에 연결되는 제 2 물배출관(400b)와, 일단은 제 2 물공급관(200d)에 연결되는 제 1 바이스패스관(700a)와, 제 1 바이패스관(700a)에 연결되는 제 4 릴리프 밸브(600d)와, 일단은 제 4 릴리프 밸브(600d)에 연결되고, 타단은 물저장 수조(100)에 연결되는 제 2 바이패스관(700b)와, 미리 저장되어 있는 방파제 발전 시물레이션 프로그램에 따라 펌프로 펌프구동제어신호를 출력하는 한편 제 1 내지 제 4 릴리프 밸브(600a~600d)로 밸브제어신호를 출력하는 중앙제어장치(800)로 이루어진다.
모의방파제 발전장치는 함부(530)와, 함부(530)의 일측 벽면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련되어 내항부(520)를 형성하며 복수개의 제 1 배출공들(541, 542)이 형성되어 있는 제 1 분리판(540)과, 제 1 분리판(540)과 소정 간격 이격된 위치에서 마주하도록 마련되어 외항부(510)를 형성하며 제 1 배출공(541)(542)들과 마주하는 복수개의 제 2 배출공(551)(552)들이 형성되어 있는 제 2 분리판(550)과, 제 1, 제 2 배출공들(541)(542)(551)(552) 각각에 끼워져 결합되는 터빈형상의 프로펠라(570)와, 일측은 내항부(520)의 저면에 고정되고, 타측은 함부(530)의 벽면에 일정 경사각을 가지도록 고정되는 경사판(560)으로 구성된다.
제 1 분리판(540) 및 제 2 분리판(550)의 일측은 함부(100)의 일 측면에 부착, 고정될 수 있다.
제 1 분리판(540) 및 제 2 분리판(550)의 타측에 각각 결합되어 제 1 분리판(540) 및 제 2 분리판(550)에 결합되는 결합판(580)이 더 포함되며, 결합판(580)은 함부(100)의 타 측면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련될 수 있다.
물저장 수조(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 복수개의 격벽이 상호 교차 결합되어 다수개의 공간이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 방파제 발전 시뮬레이션 장치의 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 중앙제어장치(800)는 외부로부터 물저장 수조(100)에 저장된 물을 모의방파제 발전장치(500)의 외항부(510)로 공급하도록 명령이 입력되거나, 모의방파제 발전 시뮬레이션 프로그램에 의해 물공급모드로 설정되면 제 1 릴리프 밸브(600a)와 제 2 릴리프 밸브(600b)로 개방제어신호를 출력하고, 제 3 릴리프 밸브(600c) 및 제 4 릴리프 밸브(600d)로 폐쇄제어신호를 출력한 후 펌프(300)의 송출밸브가 개방되도록 하는 펌프구동제어신호를 펌프(300)로 출력하면 물저장 수조(100)에 저장된 물이 제 1 물공급관(200a), 제 1 릴리프 밸브(600a), 제 2 릴리프 밸브(600b), 펌프(300), 제 3 물공급관(200c), 제 2 릴리프 밸브(600b) 및 제 4 물공급관(200d)을 통해 모의방파제 발전장치(500)의 외항부(510)로 공급된다.
그리고 외항부(510)로 공급된 물은 외항부(510)를 이루는 제 1 분리판(540)에 형성된 제 1 배출공(541) 및 제 2 분리판(550)의 제 2 배출공(551)을 통해 내항부(520)로 공급되고, 이때 제 1, 제 2 배출공(541, 551) 내에 구비된 터빈형상의 프로펠라(880)가 회전하게 된다.
한편 중앙제어장치(800)는 모의방파제 발전장치(500)의 내항부(520)에 채워진 물을 외항부(510)를 거쳐 다시 물저장 수조(100)로 배출시키기 위한 명령이 입력되거나, 모의방파제 발전 시뮬레이션 프로그램에 의해 물배출모드로 설정되면 제 1 릴리프 밸브(600a)와 제 2 릴리프 밸브(600b)로 폐쇄제어신호를 출력하고, 제 3 릴리프 밸브(600c) 및 제 4 릴리프 밸브(600d)로 개방제어신호를 출력한 후 펌프(300)의 배출밸브가 개방되도록 하는 펌프구동제어신호를 펌프(300)로 출력하면 모의방파제 발전장치9500)의 내항부(820)에 채워져 있던 물이 제 1 물배출관(400a), 제 3 릴리프 밸브(600c), 제 2 물배출관(400b), 펌프(300), 제 4 릴리프 밸브(600d), 제 1 바이프패스관(700a), 제 2 바이패스관(700b)을 통해 물저장 수조(100)로 공급된다.
그리고 내항부(520)로 공급된 물은 내항부(520)를 이루는 제 2 분리판(550)에 형성된 제 2 배출공(552) 및 제 1 분리판(540)의 제 2 배출공(541)을 통해 외항부(510)로 공급되고, 이때 제 1, 제 2 배출공(542, 552) 내에 구비된 터빈형상의 프로펠라(880)가 회전하게 된다.
전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 물저장 수조
200a~200d : 제 1 내지 제 4 물공급관
300 : 펌프
400a~400b : 제 1, 제 2 물배출관
500 : 모의방파제 발전장치
600a~600d : 제 1 내지 제 4릴리프 밸브
700a, 700b : 제 1, 제 2 바이패스관
800 : 중앙제어장치

Claims (6)

  1. 공급될 물을 저장하고 있는 물저장 수조;
    일단에 상기 물저장 수조에 연결되어 있는 제 1 물공급관;
    상기 제 1 물공급관에 연결되는 제 1 릴리프 밸브;
    상기 제 1 릴리프 밸브에 연결되는 제 2 물공급관;
    상기 제 2 물공급관의 타단에 연결되어 있으며, 외부로부터 입력되는 펌프구동제어신호에 응하여 구동하는 펌프;
    일단에 상기 펌프가 연결되어 있는 제 3 물공급관;
    상기 제 3 물공급관에 연결되는 제 2 릴리프 밸브;
    상기 제 2 릴리프 밸브에 연결되는 제 4 물공급관;
    상기 제 4 물공급관 타단에 연결되어 있으며, 상기 제 4 물공급관을 통해 공급되는 물로 채워지는 외항부와 상기 외항부와 인접하게 형성되는 내항부로 이루어진 모의방파제 발전장치;
    상기 내항부에 연결되는 제 1 물배출관;
    상기 제 1 물배출관 일단에 연결되는 제 3 릴리프 밸브;
    일단은 상기 제 3 릴리프 밸브에 연결되고, 타단은 제 3 물공급관에 연결되는 제 2 물배출관;
    일단은 상기 제 2 물공급관에 연결되는 제 1 바이스패스관;
    상기 제 1 바이패스관에 연결되는 제 4 릴리프 밸브;
    일단은 상기 제 4 릴리프 밸브에 연결되고, 타단은 물저장 수조에 연결되는 제 2 바이패스관; 및
    미리 저장되어 있는 방파제 발전 시물레이션 프로그램에 따라 상기 펌프로 펌프구동제어신호를 출력하는 한편 상기 제 1 내지 제 4 릴리프 밸브로 밸브제어신호를 출력하는 중앙제어장치를 포함하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모의방파제 발전장치는, 함부와, 상기 함부의 일측 벽면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련되어 내항부를 형성하며 복수개의 제 1 배출공들이 형성되어 있는 제 1 분리판과, 상기 제 1 분리판과 소정 간격 이격된 위치에서 마주하도록 마련되어 외항부를 형성하며 상기 제 1 배출공들과 마주하는 복수개의 제 2 배출공들이 형성되어 있는 제 2 분리판과, 상기 제 1, 제 2 배출공들 각각에 끼워져 결합되는 터빈형상의 프로펠라를 포함하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 모의방파제 발전장치는, 일측은 상기 내항부의 저면에 고정되고, 타측은 함부의 벽면에 일정 경사각을 가지도록 고정되는 경사판이 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 분리판 및 제 2 분리판의 일측은 상기 함부의 일 측면에 부착, 고정되는 것을 특징으로 하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 분리판 및 제 2 분리판의 타측에 각각 결합되어 상기 제 1 분리판 및 제 2 분리판에 결합되는 결합판이 더 포함되며,
    상기 결합판은 상기 함부의 타 측면으로부터 일정 거리 이격된 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물저장 수조는 복수개의 격벽이 상호 교차 결합되어 다수개의 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방파제 발전 시뮬레이션 장치.

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