KR101608814B1 - 모듈화된 해양 에너지 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모듈화된 해양 에너지 발전 장치에 관한 것으로서, 외부 프레임, 적어도 네 개의 내부 프레임과 적어도 네 개의 수력발전기 모듈을 포함한다. 적어도 네 개의 내부 프레임은 분리하여 외부 프레임 내에 설치할 수 있다. 적어도 네 개의 수력발전기 모듈은 각각 적어도 네 개의 내부 프레임 내에 설치한다. 본 발명에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전 장치는 적어도 네 개의 내부 모듈러를 보유하고, 수력발전기 모듈은 어레이 컨피그레이션을 형성할 수 있다. 분리 가능한 내부 프레임과 외부 프레임을 설치함으로써 모듈화된 조립이 가능하고 유지보수 및 설치 비용이 대폭 절감된다.

Description

모듈화된 해양 에너지 발전장치{MODULAR OCEAN ENERGY GENERATING PLANT}

본 발명은 해양 에너지 발전에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 모듈화된 해양 에너지 발전장치에 관한 것이다.

해양 에너지(조류 에너지, 파랑 에너지, 해류 에너지 포함)는 해수가 유동하는 에너지를 말하며, 재생가능 에너지로서 저장량이 풍부하고 분포 범위도 광범위하기 때문에 상당한 개발 전망과 가치를 지니고 있다. 해양 에너지를 이용하는 주요 방법은 발전인데, 그 작동원리가 풍력발전, 일반적인 수력발전과 유사하다. 즉, 에너지 전환 장치를 통하여 해수의 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 더욱 상세하게는, 먼저 해수 충동 수차(impulse water turbine)의 경우, 수차는 해수의 유동 에너지를 회전하는 역학적 에너지로 전환한 후, 수차에서 기계식 전동 시스템을 통해 발전기를 발전시킴으로써 최종적으로 전기 에너지를 생산한다.

최근 에너지가 부족해지고 온실효과가 심각해지면서, 에너지 공급에 있어서 저탄소화가 필요하게 되었다. 따라서 풍력 에너지, 해양 에너지(조력 에너지, 조류 에너지, 파랑 에너지, 해류 에너지 포함) 등과 같은 청정 에너지가 미래 에너지의 발전 방향으로 주목 받고 있다. 그러나 이러한 청정 에너지의 발전 설비는 풍력 에너지 이용이 비교적 발전되어 있고, 해양 에너지의 이용은 아직 초기 단계에 머물러 있기 때문에 통용되거나 기술수준이 우수한 설비가 없어 운영효율이 낮고, 설비의 규모적 이용이 어려운 실정이다.

해양은 환경이 복잡하고 수중 저항이 큰데다 전통적인 해양 에너지 발전장치가 모두 수중에 설치되기 때문에 난이도가 높고, 비용에 큰 문제가 있다. 또한, 발전장치가 장기간 해수와 접촉할 경우 해수의 장기적 침식과 엄청난 충격파로 인해 해양 에너지 발전장치가 일정 기간이 지나면 정기적으로 유지보수 또는 교체 작업을 진행해야 한다. 그러나 전통적인 해양 에너지 발전장치의 유지보수 및 교체는 모두 수중에서 이루어지므로 난이도가 높고 자금이 엄청나게 소요된다. 심지어, 일부 부품만 훼손되더라도 전체 해양 에너지 발전장치를 사용할 수 없게 되는데, 이는 해양 에너지 발전장치의 비용이 높은 주요한 원인 중 하나이며, 종래의 해양 에너지 발전장치를 규모화, 산업화하여 운영할 수 없는 직접적인 원인이기도 하다.

특히 수평축 터빈발전기의 경우, 모든 설비(임펠러(impeller)와 발전기 포함)가 수중에 있기 때문에 수평축 터빈발전기의 유지보수가 더욱 어렵고 원가도 더욱 높다. 따라서 수평축 터빈발전기의 발전 효율이 수직축 터빈발전기보다 높음에도 불구하고, 수평축 터빈발전기는 여전히 산업화되지 못하고 있다. 그러나 현재 해양 에너지 발전 분야의 당업자들은 모두 유지보수 방법 개선에 대해서는 소홀히 대하고 있다.

또한, 전통적인 해양 에너지 발전장치는 일반적으로 하나 내지 많아야 두 개의 수력발전기만을 채택한다. 그러나 하나 또는 두 개의 수력발전기만 채택하는 경우, 발전 전력을 높이기 위하여 통상적으로 임펠러의 직경을 아주 크게 제조해야 하는데, 그럴 경우 임펠러의 회전속도가 크게 느려지는 동시에 토크가 증가하기 때문에, 중심축과 기어박스 사이에 마찰이 커지면서 중심축과 기어박스의 원가가 급등하게 된다. 또한, 전체 발전장치의 규모도 제한을 받기 때문에 발전장치의 원가가 지속 상승하면서 해양 에너지 발전장치의 발전을 저해하였다.

그러나 종래의 해양 에너지 발전 분야의 당업자들은 모두 기술에 대한 편견이 있어, 수력발전기의 임펠러 부분을 어떻게 확대할 것인지 또는 임펠러의 날개 구조를 어떻게 개선하여 단일 수력발전기의 전력 효율을 향상시킬 것인가에 대한 연구 개발에만 집중하고 있다. 현재 본 분야의 당업자들 중에, 임펠러를 바꾸지 않고서도 발전 전력을 향상시키고 원가를 산업화하기 적합한 수준으로 끌어내리는 방법을 연구하는 사람은 없는 것으로 보인다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 종래 기술의 단점을 보완하는 모듈화된해양 에너지 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 모듈화된 해양 에너지 발전장치는, 외부 프레임과; 상기 외부 프레임 내에 분리 가능하게 설치합된 내부 프레임과; 상기 내부 프레임 내에 설치된 수력발전기 모듈과; 상기 내부 프레임에 설치되고, 상기 수력발전기 모듈이 고정 결합된 설치축;으로 이루어지되, 상기 수력발전기 모듈은 수평축 터빈발전기로 이루어지고, 상기 수평축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향은 수평면과 평행하며, 상기 설치축은 상기 임펠러의 축선 방향과 평행한 수평면과 수직을 이루며 상기 내부 프레임에 상하방향으로 설치되고, 상기 설치축은 상기 내부프레임에 회전 가능하게 설치되어 해류의 유수 방향에 따라 상기 설치축에 고정 결합된 상기 수평축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향이 유수 방향으로 향하게 되는 것을 특징으로 한다.
상기 내부 프레임 또는 외부 프레임에 고정되는 적어도 하나의 페어워터(fairwater)를 더 포함하여 이루어지되, 상기 페어워터는 상기 수평축 터빈발전기 방향으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 원통형으로 이루어진다.
상기 페어워터는 상기 수평축 터빈발전기를 중심으로 유수 방향의 상류와 하류에 각각 대칭되어 배치된다.
상기 설치축에 연결되어 상기 설치축을 회전시키는 구동유닛을 더 포함하여 이루어지되, 상기 구동유닛에 의한 상기 설치축의 회전에 의해 상기 임펠러의 축선 방향이 변경된다.
또는, 본 발명은 모듈화된 해양 에너지 발전장치는, 외부 프레임과; 상기 외부 프레임 내에 분리 가능하게 설치합된 내부 프레임과; 상기 내부 프레임 내에 설치된 수력발전기 모듈과; 외부 프레임 또는 내부 프레임에 결합되어 상기 수력발전기 모듈로 유입되는 유수를 차단하거나 유도하는 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈;을 포함하여 이루어지되, 상기 수력발전기 모듈은 수직축 터빈발전기로 이루어지고, 상기 수직축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향은 수평면과 수직인 상하방향으로 배치되며, 상기 임펠러는 수평면과 평행한 방향으로 흐르는 유수에 의해 회전되고, 상기 부하 조절 모듈은, 적어도 두개의 병렬 연결된 워터 디플렉터 플레이트를 포함하여 이루어진 워터 디플렉터(water deflector) 유닛과; 상기 워터 디플렉터 유닛의 일단에 연결된 실린더 축과; 상기 실린더 축에 연결되어 상기 실린더 축을 회전시키는 구동기;를 포함하여 이루어지되, 상기 구동기에 의한 상기 실린더 축의 회전에 의해 상기 워터 디플렉터 플레이트는 상기 실린더 축을 중심으로 감기면서 그 길이가 짧아지거나 전개되면서 그 길이가 길어져 상기 수력발전기 모듈로 유입되는 유수를 차단하거나 유도하는 것을 특징으로 한다.
상기 워터 디플렉터 플레이트는 단면 형상이 오목한 호형상으로 이루어지고, 상호 병렬 연결된 다수개의 상기 워터 디플렉터 플레이트는 상호 회전 가능하게 결합되되, 상기 워터 디플렉터 플레이트의 오목한 면이 상기 실린더 축을 향하여 감긴다.
상기 부하 조절 모듈은, 상기 임펠러를 기준으로 유수의 상류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 상류 부하 조절 모듈과; 상기 임펠터를 기준으로 유수의 하류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 하류 부하 조절 모듈로 이루어지되, 상기 임펠러는 유수의 충격력에 의해 회전력을 발생시키는 동력측과, 유수의 충격력에 의해 회전저항력을 발생시키는 저항측으로 구분되며, 상기 상류 부하 조절 모듈은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 상기 저항측으로 경사지게 배치되며, 상기 하류 부하 조절 모듈은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 동력측으로 경사지게 배치된다.

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상기 내용을 따르면, 본 발명의 모듈화된 해양 에너지 장치는 적어도 네 개의 내장모듈이 있고, 수력발전기 모듈은 어레이 컨피그레이션을 형성할 수 있다. 종래의 해양 에너지 발전장치에 비해, 본 발명은 발전 전력 효율을 향상시키는 동시에 종래의 해양 에너지 발전장치에 있어서, 단일 수력발전기의 대형화 필요성으로 인한 높은 원가 문제를 해결할 수 있다. 분리 가능한 내부 프레임과 외부 프레임의 설치를 통하여 발전장치의 모듈화 조립 및 교체를 가능하게 함으로써, 유지보수와 설치 비용을 대폭 절감할 수 있으며, 종래 해양 에너지 발전장치에 있어서 산업화 및 대규모화가 어려웠던 문제를 극복할 수 있다.

수력발전기 모듈이 수평축 터빈발전기인 경우, 회전 가능한 설치축을 설치함으로써 해류가 어떠한 방향으로 유입되더라도 수평축 터빈발전기의 임펠러가 항상 유수를 향하기 때문에 최대의 전력 발전 효율을 확보할 수 있다. 특히, 조력 에너지를 이용한 발전에 적합하다. 구체적으로 실시함에 있어서, 하나의 설치축에 여러 개의 수평축 터빈발전기를 설치할 수 있기 때문에 발전 전력 효율을 대폭으로 개선할 수 있다. 페어워터를 통하여, 유수를 수평축 터빈발전기에 집중되도록 유도함으로써, 수평축 터빈발전기의 임펠러가 받는 압력을 더욱 크게 하고, 회전속도를 더욱 빠르게 하여 발전 전력 효율을 향상시킨다. 바람직하게는, 수평축 터빈발전기의 상류와 하류에 모두 페어워터를 설치하는데, 그러할 경우 조류가 방향을 바꾸더라도(예를 들어 밀물과 썰물), 페어워터가 효과적으로 유수를 유도하도록 할 수 있다.

구체적으로 실시함에 있어서, 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈은 수력발전기 모듈이 견딜 수 있는 부하를 조절하기 때문에, 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 발전이 안정적으로 출력되어 바로 사용할 수 있도록 하므로, 종래의 해양 에너지 발전장치에 있어서 발전 출력변화가 커서 안정성이 떨어지는 문제를 해결하였다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 상하류에 적어도 두 개의 배리어를 설치함으로써, 그 내부에 설치하는 수력발전기 모듈이 수중 쓰레기로 인한 훼손을 입지 않도록 보호하여 수력발전기 모듈의 사용수명을 연장시킨다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 흐름 제한 플레이트는 수력발전기 모듈이 수중 쓰레기로 인한 훼손을 입지 않도록 보호하는 동시에, 기타 방향의 해류가 수력발전기 모듈에 미치는 간섭도 방지하기 때문에, 발전 모듈의 발전 전력 효율을 향상시킨다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 모듈화 해양 에너지 발전장치는 플로트 플랫폼 또는 플로트 유닛의 설치를 통해 부유식 고정을 시킬 수 있으며, 고정 장치를 통해 해저에 고정시킬 수도 있다. 즉, 링과 케이블 설치를 통해 모듈화된 해양 에너지 발전장치를 수중에 효과적으로 고정할 수 있어 유지보수 및 검사가 편리하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도;
도 2는 도 1의 국부적으로 확대한 확대도;
도 3은 도 1의 정면으로 본 단면도;
도 4는 도 3의 국부적으로 확대한 확대도;
도 5는 본 발명의 실시예 2의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도;
도 6는 도 5의 국부적으로 확대한 확대도;
도 7은 도 5의 정면으로 본 단면도;
도 8는 도 7의 국부적으로 확대한 확대도;
도 9는 본 발명의 실시예 3의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도;
도 10은 도 9의 정면으로 본 단면도;
도 11은 실시예 3의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 배리어의 설명도;
도 12는 본 발명의 실시예 4의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도;
도 13은 본 발명의 실시예 4의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 롤링셔터 방식 부하 조절 모듈의 정면도;
도 14는 도 13의 국부적으로 확대한 확대도;
도 15는 도 13의 측면도;
도 16은 도 15의 국부적으로 확대한 확대도;
도 17은 실시예 5의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도;
도 18은 도 17의 정면으로 본 단면도;
도 19는 도 17의 측면으로 본 단면도;
도 20은 본 발명의 실시예 6의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 측면으로 본 단면도;
도 21은 본 발명의 실시예 7의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 측면으로 본 단면도.

본 발명에 있어서 상기 내용과 기타 목적, 특성 및 장점을 더욱 상세하고 명확하게 하기 위하여, 아래의 비교적 바람직한 실시예 및 도면을 통해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도이고; 도 2는 도 1을 국부적으로 확대한 확대도이며; 도 3은 도 1을 정면으로 본 단면도이고; 도 4는 도 3을 국부적으로 확대한 확대도이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)는 외부 프레임(1), 적어도 4개의 내부 프레임(3) 및 적어도 네 개의 수력발전기 모듈(4)을 포함한다.

본 실시예에 있어서, 외부 프레임(1)은 강재를 용접하여 제조된 것이며, 해류 저항을 줄일 수 있도록 설계된다. 따라서, 외부 프레임(1)은 중량이 가볍고, 구조가 간단하여 가공, 제조, 설치, 조절하기 쉽고, 철거 및 교환이 편리하므로 공정 응용에 적합하다.

적어도 네 개의 내부 프레임(3)은 외부 프레임(1) 내에 분리하여 설치한다. 본 실시예에 있어서, 내부 프레임(3)에는 스냅 후크를 설치할 수 있고, 외부 프레임(1)에는 스냅 그루브를 설치할 수 있으며, 내부 프레임(3)은 스냅 후크와 스냅 그루브의 끼움결합을 통해 외부 프레임(1) 내에 삽입한다. 그러나, 본 발명에 있어서, 내부 프레임(3)과 외부 프레임(1) 간의 고정 방식은 어떠한 제한도 받지 않는다.

본 발명에 있어서, 내부 프레임(3)의 어레이 설치를 통해 수력발전기 모듈(4)이 어레이 컨피그레이션이 되도록 한다. 수력발전기 모듈(4)의 수량을 증가시킴으로써, 각 수력발전기 모듈(4)의 임펠러를 확대시킬 필요가 없게 된다. 전체 발전장치의 발전 전력을 향상시키는 것을 전제로 수력발전기 모듈(4)의 제조원가를 대폭 절감시킬 수 있으며, 수력발전기 모듈(4)의 사용수명을 연장시킬 수 있고, 종래기술에 있어서 연구의 핵심을 단일 수력발전기 규모 확대에만 두었던 기술적 편견을 극복할 수 있다.

하나의 내부 프레임(3)과 하나의 수력발전기 모듈(4)은 공동으로 내장 모듈러를 형성한다. 즉, 각 내장 모듈러는 하나의 내부 프레임(3)과 적어도 하나의 수력발전기 모듈(4)을 가지고 있다. 실제 활용하는 데에 있어서, 먼저 수력발전기 모듈(4)을 내부 프레임(3) 내에 고정시킨 후, 적어도 네 개의 내부 프레임(3)을 각각 외부 프레임(1) 내에 고정시킴으로써, 수력발전기 모듈(4)의 모듈화 설치 및 어레피 컨피그레이션을 구현할 수 있다. 더욱 상세하게는, 내장 모듈러의 설치는 육지에서 진행한 후, 내장 모듈러를 수중의 외부 프레임(1) 내에 공중에서 삽입하여 외부 프레임(1)에 고정시킬 수 있는데, 이러한 방식은 설치 프로세스를 크게 간소화시킬 뿐만 아니라 설치 시간도 단축되고 해양에서의 설치 난이도를 낮추어 준다.

실시예 1에 있어서, 수력발전기 모듈(4)에는 수평축 터빈발전기가 포함되고, 수평축 터빈발전기의 축선 ?향(A2)은 수평면(P)과 평행을 이룬다. 수평축 터빈발전기에는 임펠러(41)와 발전기(42)가 포함되고, 수평축 터빈발전기의 축선 방향(A2)은 수평축 터빈발전기의 임펠러(41)의 축선 방향이다. 그러나, 본 발명에 있어서 이에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 수력발전기 모듈(4)은 수직축 터빈발전기를 포함할 수 있고, 수직축 터빈발전기의 축선 방향은 수평면에 수직이다.

수평축 터빈발전기의 임펠러(41)와 발전기(42)는 모두 수중에 있기 때문에, 만약 수평축 터빈발전기에 문제가 발생하면, 종래의 해양 에너지 발전장치에서는 수중에서 수리를 진행해야 했다. 이 경우 수리 난이도가 높고 비용이 상당히 높다. 그러나 본 발명에 있어서 해양 에너지 발전장치(100)는 내장 모듈러를 수중에서 꺼내어 유지보수 또는 교체를 바로 진행할 수 있기 때문에, 해양 에너지 발전장치의 신속한 교체와 유지보수가 가능하여, 유지보수 비용을 크게 절감시킬 수 있고, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)의 산업화를 구현할 수 있게 한다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)는 적어도 네 개의 설치축(2)을 포함하고, 적어도 하나의 수평축 터빈발전기는 설치축(2)과 상응하여 설치하고, 적어도 하나의 설치축(2)은 각 내부 프레임(3)과 상응하여 설치한다. 본 실시예에 있어서, 설치축(2)의 축선 방향(A1)은 수평면(P)에 수직이며, 상하방향으로 배치된다. 그러나 본 발명에 있어서 이에 대하여 어떠한 제한도 두지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 설치축(2)의 축선 방향(A1)은 수평면(P)과 평행할 수 있다. 하나의 내부 프레임(3)과 상응하는 설치축(2)과 수평축 터빈발전기는 공동으로 내장 모듈러를 형성한다. 다시 말해, 각 내장 모듈러는 적어도 하나의 설치축(2)과 적어도 하나의 수평축 터빈발전기를 보유한다. 상기 수평축 터빈발전기는 상기 설치축(2)에 고정 결합된다. 본 실시예에 있어서, 내부 프레임(3)의 수량은 설치축(2)의 수량과 동일하고, 수평축 터빈발전기의 수량도 설치축(2)의 수량과 동일하다. 그러나 본 발명에 있어서, 이에 대하여 어떠한 제한도 두지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 하나의 내장 모듈러는 여러 개의 설치축(2)과 여러 개의 수평축 터빈발전기 모듈(4)를 보유할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 설치축(2)은 내부 프레임(3)에 회전 가능하도록 설치한다. 회전 가능한 설치축(2)을 설치함으로써, 해류가 어느 방향으로 유입되는지와 상관없이 수평축 터빈발전기의 임펠러(41)의 축선 방향은 항상 유수 방향으로 향하기 때문에, 최대의 발전 전력을 확보한다. 밀물과 썰물의 해수 방향이 반대이기 때문에, 회전 가능한 설치축(2)을 가진 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)는 조력 에너지를 이용한 발전에 더욱 적합하다. 본 실시예에 있어서, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 내부 프레임(3)의 평면 단면에는 중간에 크로스빔(cross beam)(31)이 있는 직사각형으로 이루어진다. 설치축(2)의 양단은 중간의 크로스빔(31)에 회전 가능하도록 설치한다. 그러나 본 발명에 있어서, 이에 대하여 어떠한 제한도 두지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 설치축(2)은 회전하지 못하도록 내부 프레임(3)에 고정하여 설치할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)는 구동 유닛(5)도 포함하고, 구동 유닛(5)은 설치축(2)에 연결되어 설치축(2)을 회전시킨다. 본 실시예에 있어서, 구동 유닛(5)의 수량은 설치축(2)의 수량에 상응하고, 적어도 네 개이다. 각 구동 유닛(5)은 모터(51)와 구동 기구(52)를 포함하고, 구동 기구(52)는 설치축(2)의 한 쪽(도 4에 있어서 상단)에 연결하고, 모터(51)은 구동 기구(52)를 통해 설치축(2)을 구동시켜 회전시킨다. 본 실시예에 있어서, 구동 기구(52)는 구동 기어와 구동 기어에 맞물리는 피동 기어를 포함한다. 모터(51)는 구동 기어를 회전시킴으로써, 피동 기어의 회전을 일으킨다. 피동 기어의 기어 홀과 설치축(2)의 상부가 정확하게 매칭되어, 설치축(2)의 회전을 유발한다. 그러나 본 발명에 있어서 이에 대하여 어떠한 제한도 두지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 구동 유닛은 모터와 감속기를 포함할 수도 있다. 종래의 모터는 회전 속도가 비교적 빠르기 때문에, 감속기를 통하여 회전 속도를 크게 줄일 수 있으므로, 효과적이고 정확하게 설치축(2)의 회전속도와 회전폭을 제어할 수 있다.

실제 응용에 있어서, 유수가 도 1에서 도시하는 바와 같이 유수 방향(D)으로 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)에 흐를 때 구동 유닛(5)은 작동하지 않는다. 여기에서, 수평축 터빈발전기의 임펠러(41)가 유수 방향으로 향한다. 해수가 유수 방향(D)과 반대 방향으로 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)으로 향할 때, 구동 유닛(5)은 설치축(2)을 회전시킴으로써, 수평축 터빈발전기가 180도 회전하도록 유도하여 임펠러(41)가 아래에서 위를 향하도록 변경함으로써, 수평축 터빈발전기의 임펠러(41)의 축선 방향이 항상 유수 방향으로 향하도록 유지한다. 이러한 상황은 조력 에너지 발전에 더욱 적합하며, 최대의 발전 전력을 확보해 준다.

본 실시예에 있어서, 수평축 터빈발전기는 두 개의 임펠러를 가진 발전기, 세 개의 임펠러를 가진 발전기 또는 네 개의 임펠러를 가진 발전기 중에서 임의의 한 종류 또는 상기 임의의 발전기의 조합한 형태이다. 그러나 본 발명은 수평축 터빈발전기의 임펠러(41)의 임펠러 수량에 대하여 어떠한 제한도 하지 않는다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)는 적어도 하나의 흐름 제한 플레이트(10)를 포함하고, 적어도 하나의 흐름 제한 플레이트(10)는 내부 프레임(3) 또는 외부 프레임(1)에 설치한다. 바람직하게는, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(100)은 적어도 두 개의 흐름 제한 플레이트(10)를 포함하고, 두 개의 흐름 제한 플레이트(10)는 내부 프레임(3) 또는 외부 프레임(1)의 양 측면에 상대적으로 설치한다. 상세하게는, 두 개의 흐름 제한 플레이트(10)은 도 1에서 도시하는 외부 프레임(1)의 좌측과 우측에 위치할 수 있다. 양측에 설치된 흐름 제한 플레이트(10)를 통하여, 유수를 최대한 외부 프레임(1) 내로 집중시킬 수 있기 때문에, 유수가 양측에서 빠져나가는 것을 방지함으로써, 모든 유수가 바로 임펠러(41)를 향하도록 보장하고, 임펠러(41)의 회전을 유도해 발전 전력을 향상시킬 수 있다. 그러나 본 발명에 있어서 흐름 제한 플레이트(10)의 수량과 설치위치는 제한하지 않는다. 기타 실시예에 있어서 외부 프레임(1)의 하단에도 흐름 제한 플레이트(10)를 설치할 수 있다.

또한, 해양 환경이 비교적 복잡하기 때문에, 유수의 주요 방향이 비록 유수 방향(D) 및 이와 상반된 방향이라 하더라도, 가끔씩 다른 방향의 유수가 간섭을 일으킬 수 있다. 두 개의 흐름 제한 플레이트(10)를 설치함으로써, 다른 방향의 유수가 임펠러(41)에 일으키는 간섭을 피할 수 있고, 이를 통해 각 임펠러(41)이 안정적으로 하나의 방향으로 회전하도록 보장하기 때문에 수평축 터빈발전기 모듈(4)의 발전 전력을 향상시킬 수 있다. 또한, 흐름 제한 플레이트(10) 설치를 통해 외부 프레임(1)의 폐쇄성을 적절히 증가시킬 수 있으며, 수중 쓰레기가 외부 프레임(1)로 유입되어 수평축 터빈발전기 모듈(4)이 훼손되는 것도 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도이다. 도 6은 도 5에 있어서 국부적으로 확대한 설명도이다. 도 7은 도 5에 있어서 정면으로 본 단면도이다. 도 8은 도 7에 있어서 국부적으로 확대한 설명도이다. 이는 도 5 내지 도 8에서 도시하는 바와 같다.

실시예 2에 있어서, 외부 프레임(1), 설치축(2), 내부 프레임(3), 수력발전기 모듈(4)와 구동 유닛(5)의 구조와 기능은 모두 실시예 1에서 설명한 바와 같으며, 동일한 부품은 동일한 번호로 표시하였으므로, 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 아래는 실시예 1과 다른 부분에 대한 설명이다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)는 적어도 하나의 페어워터(6)를 더 포함하고, 내부 프레임(3) 또는 외부 프레임(1)에 고정한다. 바람직하게는, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)는 축대칭으로 설치하고 적어도 8개의 페어워터(6)를 포함하고, 내부 프레임(3) 또는 외부 프레임(1)에 고정하고, 페어워터(6)는 각각 수평축 터빈발전기의 유수 방향(D)의 상류와 하류에 위치한다.

본 실시예에 있어서, 페어워터(6)는 직경이 상기 수평축 터빈발전기 방향으로 갈수록 점점 작아지는 원통형으로 이루어진다. 더욱 상세하게는, 각 두 개의 페어워터(6)는 내부 프레임(3) 중간의 크로스 빔(31) 및 수평축 터빈발전기를 중심으로 유수방향의 상류와 하류에 각각 대칭되게 배치된다. 도 6에서 도시하는 바와 같이, 상부의 페어워터(6)는 그 직경이 위에서 아래 방향으로 점차 작아지고, 하부의 페어워터(6)는 그 직경이 아래에서 위 방향으로 점차 작아진다. 페어워터(6)의 설치를 통하여, 유수를 수력발전기 모듈(4)에 집중시킴으로써, 발전기의 임펠러가 받는 압력을 더욱 크게 하고 회전속도를 더욱 빠르게 하여 발전 전력을 향상시킨다. 그러나 본 발명에 있어서 페어워터(6)의 수량과 형상에 대해 어떠한 제한도 두지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 페어워터(6)는 사각형을 선택한 후 직경이 점점 작아지다가 원통형으로 되도록 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)는 플로트 플랫폼(11)을 더 포함하고, 외부 프레임(1)에 설치하고 수평면과 평행한다. 플로트 플랫폼(11)은 고체 부력 재료로 제조할 수 있고, 주로 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)에 부력을 제공하는 작용을 한다. 실제 사용에 있어서, 플로트 플랫폼(11)은 전체 외부 프레임(1)의 중간 상부에 설치하고, 평균 해수면 이하 8미터 가량에 위치한다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)는 링(81)과 케이블(82)을 더 포함하고, 링(81)은 외부 프레임(1)에 설치하고, 케이블(82)의 일단은 링(81)에 설치한다. 더욱 상세하게는, 여러 개의 링(81)을 외부 프레임(1)에 설치하고, 여러 개의 케이블(82)의 일단은 링(81)을 관통하여 설치하고, 다른 일단은 육지의 파일에 고정시킨다. 바람직하게는, 링(81)의 수량은 네 개 이상이고, 여기에서 네 개는 각각 외부 프레임(1)의 네 개의 꼭지각에 설치한다. 링(81)과 케이블(82)의 설치를 통해, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(200)를 수중에 고정할 수 있으므로 유지보수와 검사가 편리하다.

도 9는 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도이다. 도 10은 도 9에 있어서 정면으로 본 단면도이다. 도 11은 본 발명의 실시예 3에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치 배리어의 설명도이다. 이는 도 9 내지 도 11에서 도시하는 바와 같다.

실시예 3에 있어서, 외부 프레임(1), 설치축(2), 내부 프레임(3), 수력발전기 모듈(4), 페어워터(6), 링(81)과 케이블(82)의 구조와 기능은 모두 실시예 2에서 설명한 바와 같고, 동일한 부품은 모두 동일한 번호로 표시하였으므로, 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다. 아래는 실시예 2와 다른 부분을 설명하였다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)는 적어도 두 개의 플로트 유닛(12)을 포함하고, 외부 프레임(1)의 양측에 설치하고, 각 플로트 유닛(12)는 유스 방향(D)과 평행하고 수평면(P)에 수직이다. 본 실시예에 있어서, 각 플로트 유닛(12)은 고정 플로트(121)와 조절 플로트(122)를 포함한다. 고정 플로트(121)가 제공하는 부력은 고정적이다. 조절 플로트(122)는 내부의 공기량 또는 물량을 조절함으로써 조절 플로트(122)의 부력을 통제할 수 있기 때문에, 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)의 수중 위치의 깊이에 영향을 미친다.

본 실시예에 있어서, 조절 플로트(122)는 고정 플로트(121)와 평행하고, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)를 사용할 때, 조절 플로트(122)는 고정 플로트(121)에 비해 상대적으로 외부 프레임(1)의 수평면(P)에서 먼 한 쪽에 위치한다. 더욱 상세하게는, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 조절 플로트(122)가 고정 플로트(121)의 하단에 설치되고, 조절 플로트(122)와 고정 플로트(121)가 동일 직선상에 분포한다. 조절 플로트(122)의 부력이 조절 가능하기 때문에, 조절 플로트(122)를 상부가 아닌 하부에 설치함으로써, 효과적이고 신속하게 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300) 전체가 수중 위치에 대한 깊이를 조절할 수 있도록 하여, 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)의 설치와 유지보수를 더욱 편리하게 해 준다.

본 실시예에 있어서, 내부 프레임(3)의 수량은 여섯 개이고, 플로트 유닛(12)의 수량은 네 개이고, 여기에서 두 개의 플로트 유닛(12)은 외부 프레임(1)의 좌우 양측에 설치하고, 또한 두 개의 플로트 유닛(12)은 각 두 개의 내부 프레임(3) 사이에 설치한다. 이러한 설치는 외부 프레임(1)에 있어서 양 측면에 플로트 유닛(12)을 구비하게 될 뿐만 아니라, 외부 프레임(1) 중간에도 플로트 유닛(12)을 구비하게 된다. 따라서, 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)가 받는 부력이 더욱 균일하게 분배되기 때문에, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)가 수중의 위치에서 더욱 안정되도록 해 준다. 그러나 본 발명의 내부 프레임(3)과 플로트 유닛(12)의 수량에 대해서는 어떠한 제한도 두지 않는다.

본 실시예에 있어서, 각 두 개의 수평축 터빈발전기를 하나의 설치축(2)에 설치한다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)는 적어도 두 개의 배리어(111)를 더 포함하고, 두 개의 배리어(111)는 내부 프레임(3) 또는 외부 프레임(1)에(도 9에서는 도시하지 않음) 설치되고, 적어도 두 개의 배리어(111)는 각각 수평축 터빈발전기 모듈(4)의 유수 방향(D)의 상류와 하류에 위치한다. 배리어(111)는 유수 방향(D)과 수직이고 수평 방향(P)과 수직이다. 본 실시예에 있어서, 두 개의 배리어(111)는 내부 프레임(3)과 외부 프레임(1) 사이에 고정된다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 배리어(111)는 외부 프레임(1) 외에, 외부 프레임(1)의 상하류에 설치할 수도 있다. 배리어(111)의 설치를 통하여, 해저 쓰레기가 수력발전기 모듈(4)에 말려드는 것을 효과적으로 피할 수 있으므로, 수력발전기 모듈(4)을 보호하고, 수력발전기 모듈(4)의 사용수명을 연장시킬 수 있다. 도 11에서 도시하는 바와 같이, 배리어(111)는 격자형 주름이 있다. 그러나 본 발명에서는, 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다.

도 12는 본 발명의 실시예 4에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 조감도를 도시한 것이다. 도 13은 본 발명의 실시예 4에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈의 정면도를 도시한 것이다. 도 14는 도 13에 있어서 국부적으로 확대한 설명도이다. 도 15는 도 13의 측면도이다. 도 16은 도 15에 있어서 국부적으로 확대한 설명도이다. 이는 도 12 내지 도 16에서 도시하는 바와 같다.

실시예 4에 있어서, 외부 프레임(1), 내부 프레임(3), 배리어(111), 플로트 유닛(12), 링(81)과 케이블(82)의 구조와 기능은 모두 실시예 3에서 설명한 바와 같으며, 동일한 부품은 동일한 번호로 표시하였으므로, 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 아래는 동일하지 않은 부분에 대한 설명이다.

본 실시예에 있어서, 수력발전기 모듈(4')는 수직축 터빈발전기이고, 수직축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향은 수평면에 수직인 상하방향으로 배치된다. 상기 임펠러는 수평면과 평행한 방향으로 흐르는 유수에 의해 회전된다. 하나의 내부 프레임(3) 내에는 네 개의 수력발전기 모듈(4')이 설치된다. 그러나 본 발명에 있어서 내부 프레임 내의 수력발전기 모듈(4')의 구체적인 수량과 유형에 대해서 어떠한 제한도 가하지 않는다.

모듈화된 해양 에너지 발전장치(400)는 적어도 하나의 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈(6')을 포함하고, 각 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈은 워터 디플렉터 유닛(61), 실린더 축(62)과 구동기(63)를 포함한다. 워터 디플렉터 유닛(61)은 적어도 두 개의 병렬 연결된 워터 디플렉터 플레이트(611)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 워터 디플렉터 플레이트(611)의 수량은 여러 개이다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다. 적어도 두 개의 워터 디플렉터 플레이트(611)를 설치하고, 각 워터 디플렉터 플레이트(611)가 수평면에 수직인 방향의 길이를 효과적으로 줄이면, 워터 디플렉터 플레이트(611)의 유수 충격에 대한 저항력을 증가시킬 수 있다. 만약 워터 디플렉터 플레이트(611)가 수직 방향에 따른 길이가 너무 길면, 유수 충격력이 매우 커서 워터 디플렉터 플레이트(611)가 쉽게 변형되거나 심지어는 파열될 수도 있다.

실린더 축(62)은 워터 디플렉터 유닛(61)의 일단(E)에 연결하여 고정한다. 구동기(63)는 실린더 축(62)에 연결하고, 구동기(63)가 실린더 축(62)을 회전시켜 워터 디플렉터 유닛(61)을 확장하거나 수축시킨다. 즉 상기 실린더 축(62)의 회전에 의해 상기 워터 디플렉터 플레이트(611)는 상기 실린더 축(62)을 중심으로 감기면서 그 길이가 짧아지거나 전개되면서 그 길이가 길어져 상기 수력발전기 모듈로 유입되는 유수를 차단하거나 유도한다. 본 실시예에 있어서, 워터 디플렉터 플레이트(611)의 단면 형상은 오목한 호 형상으로 이루어지며, 즉 워터 디플렉터 플레이트(611)는 호형 플레이트이다. 따라서, 실린더 축(62)이 회전하여 상기 워터 디플렉터 유닛(61)이 상기 실린더 축(62)에 감길 때, 상기 워터 디플렉터 플레이트(611)의 오목한 면이 상기 실린더 축(62)을 향하여 감기면서 더욱 잘 매칭되어 점유 공간이 축소된다. 그러나 본 발명에서는, 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다.

본 실시예에 있어서, 실린더 축(62)의 축선 방향은 수평면에 평행하다. 그러나 본 발명에서는, 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 실린더 축(62)은 수평면에 수직으로 프레임(1)에 설치할 수 있다. 본 발명에 있어서 실린더 축(62)의 설치 위치에 대해서는 어떠한 제한도 가하지 않는다.

본 실시예에 있어서 부하 조절 모듈(6')은 적어도 두 개의 유도 궤도(64)를 포함하고, 두 개의 유도 궤도(64)는 실린더 축(62)의 동일 측면에 위치하고 평행으로 설치하며, 실린더 축(62)이 워터 디플렉터 유닛(61)을 펼치면 워터 디플렉터 유닛(61)의 또 다른 단(F)의 양측이 각각 두 개의 유도 궤도(64) 내로 진입한다. 본 실시예에 있어서, 하나의 워터 디플렉터 유닛(61)은 세 개의 유도 궤도(64)와 상응하고, 여기에서 두 개의 유도 궤도(64)는 워터 디플렉터 유닛(61)의 양측에 설치되고, 다른 하나의 유도 궤도(64)는 워터 디플렉터 유닛(61)의 중간에 설치된다. 그러나 본 발명에서는 유도 궤도(64)의 수량에 대해서는 어떠한 제한도 가하지 않는다. 워터 디플렉터 유닛(61)의 일단(E)은 실린더 축(62) 연결을 통하여 고정되고, 워터 디플렉터 유닛(61)의 또 다른 일단(F)은 유도 궤도(64)를 통해 위치보정이 된다. 워터 디플렉터 유닛(61)의 양 끝에 대해 위치보정을 진행함으로써, 펼친 후의 워터 디플렉터 유닛(61)이 충분히 펼쳐져 “장벽”이 형성되어 유수를 막거나 유도할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 워터 디플렉터 유닛(61)은 적어도 하나의 연결축(65)과 적어도 두 개의 롤러 휠(66)이 있고, 적어도 두 개의 워터 디플렉터 플레이트(611)는 연결축(65)을 통해 연결되고, 롤러 휠(66)은 연결축(65)의 양단에 설치되고, 실린더 축(62)은 워터 디플렉터 유닛(61)을 펼치면 워터 디플렉터 유닛(61)의 또 다른 일단(F)의 양측이 각각 두 개의 유도 궤도(64)로 진입하며, 두 개의 롤러 휠(66)이 각각 두 개의 유도 궤도(64) 내에서 움직인다. 본 실시예에 있어서, 연결축(65)의 수량은 워터 디플렉터 플레이트(611)의 수량보다 하나 적고, 각 연결축(65)는 세 개의 롤러 휠(66)과 상응하고, 롤러 휠(66)의 수량은 유도 궤도(64)의 수량과 상응한다. 그러나 본 발명에서는 이에 대하여 어떠한 제한도 가하지 않는다.

본 실시예에 있어서, 각 워터 디플렉터 플레이트(611)의 양 가장자리에는 각각 천공이 있고 “울퉁불퉁한” 형상으로 이루어지며, 인접한 두 개의 워터 디플렉터 플레이트(611)의 가장자리는 상호 매칭된다. 연결축(65)은 천공을 통과하여 워터 디플렉터 플레이트(611)와 연결된다. 연결축(65)을 통해 워터 디플렉터 플레이트(611)와 연결됨으로써, 각 워터 디플렉터 플레이트(611)가 회전하여 방향을 바꿀 수 있도록 한다. 따라서, 워터 디플렉터 유닛(61)이 접힐 때, 워터 디플렉터 플레이트(611)는 실린더 축(62)을 돌며 함께 접히고, 워터 디플렉터 유닛(61)이 열릴 때, 여러 개의 워터 디플렉터 플레이트(611)가 전체적으로 볼 때 거의 하나의 직선 상에 위치하도록 할 수 있기 때문에, “장벽”을 형성하여 곧 다가오는 유수를 효과적으로 차단하거나 유도할 수 있다. 실린더 축(62)이 끊임없이 워터 디플렉터 유닛(61)을 펼치고, 롤러 휠(66)이 유도 궤도(64)를 따라 도 13 및 도 15의 상부에서 끊임없이 아래로 굴러감에 따라, 워터 디플렉터 유닛(61)이 펼쳐진다. 롤러 휠(66)이 효과적으로 워터 디플렉터 유닛(61)의 또 다른 일단(F)의 양측을 유도하여 두 개의 유도 궤도(64)로 진입할 수 있으므로, 또 다른 일단(F)을 효과적으로 고정시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 워터 디플렉터 플레이트(611)와 유수 방향(D) 사이의 협각은 0도보다 크고 90도보다 작다. 이러한 설치를 통하여, 본 발명에 있어서 워터 디플렉터 모듈러(6')는 유수의 작용을 차단할 수 있을 뿐만 아니라 유수의 작용을 유도할 수도 있다.
본 실시예에서 상기 부하 조절 모듈(6')은, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 임펠러를 기준으로 유수의 상류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 상류 부하 조절 모듈(6-1')과, 상기 임펠터를 기준으로 유수의 하류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 하류 부하 조절 모듈(6-2')로 구분된다. 그리고, 상기 임펠러는 유수의 충격력에 의해 회전력을 발생시키는 동력측(41-1)과, 유수의 충격력에 의해 회전저항력을 발생시키는 저항측(41-2)으로 구분된다. 상기 상류 부하 조절 모듈(6-1')은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 상기 저항측(41-2)으로 경사지게 배치된다. 상기 하류 부하 조절 모듈(6-2')은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 동력측(41-1)으로 경사지게 배치된다.

더욱 상세하게는, 유수가 비교적 작을 경우, 모터(63)가 실린더 축(62)을 구동하여 하류의 워터 디플렉터 플레이트(611)를 모두 접고, 상류의 워터 디플렉터 플레이트(611)가 모두 펼쳐져 장벽을 형성하여, 유수가 수력발전기 모듈(4')의 임펠러로 향하는 저항측(41-2)을 효과적으로 차단하고, 상류의 유수를 모두 임펠러의 동력측(41-1)으로 유입한다. 즉, 유수를 수력발전기 모듈(4')의 날개의 내부 홈에 수직으로 유도하여, 유수의 수력발전기 모듈(4')에 대한 충격력을 증대하여, 수력발전기 모듈(4')의 회전을 강화시키고, 발전기의 발전 전력을 향상시킨다. 유수의 속도가 과도하게 클 경우 발전 전력에 큰 변화가 발생하므로, 구동기(63)는 실린더 축(62)을 구동시켜 상류 워터 디플렉터 플레이트(611)을 접고 하류 워터 디플렉터 플레이트(611)을 부분적으로 열어, 유수가 수력발전기 모듈(4')의 저항측으로 유입되도록 함으로써, 효과적으로 수력발전기 모듈(4')의 임펠러가 과도하게 빠르게 회전하는 것을 막아주어, 안정적인 발전 전력이 공급되도록 한다.

따라서, 본 실시예에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전장치(400)는 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈(6') 설치를 통해, 유수가 비교적 큰 경우에는 상류 워터 디플렉터 플레이트(611)를 접고, 하류 일부 워터 디플렉터 플레이트(611)를 펼쳐 유수를 차단함으로써 수력발전기 모듈(4')의 출력 부하를 낮출 수 있으며, 유수가 비교적 작은 경우에는 상류 워터 디플렉터 플레이트(611)를 열고, 하류 일부 워터 디플렉터 플레이트(611)를 모두 펼쳐 효과적으로 유수를 수력발전기 모듈(4')의 날개의 내부 홈의 방향에 수직이 되도록 유도하여, 유수의 수력발전기 모듈(4')에 대한 충격력을 확대시킴으로써, 수력발전기 모듈(4')의 회전을 증대시켜, 발전 전력을 향상시킬 수도 있다. 따라서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(300)의 발전은 안정적인 출력과 직접적인 사용이 가능하기 때문에, 종래의 해양 에너지 발전장치에 있어서 발전 출력변화가 크고 안정성이 떨어지는 문제를 해결하였다.

종래에 있어서 세계적으로 수평축 터빈발전기 모듈 혹은 수직축 터빈발전기 모듈을 채택하는 해양 에너지 발전장치에 있어서 최대의 발전 전력은 1.2메가와트에 불과하나, 본 실시예에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치(총 16개의 수력발전기 모듈)의 발전 전력은 최고 5메가와트에 달한다. 종래의 해양 에너지 발전장치에 있어서 발전 전력이 높지 않고 산업화가 어려웠던 문제를 철저하게 해결하였으며, 종래 기술에 있어서 단일 수력발전기 모델을 확대하는 데에만 치중하던 기술적 편견을 극복할 수 있다.

기타 실시예에 있어서, 만약 수력발전기 모듈(4')가 수평축 터빈발전기인 경우, 롤링셔터 방식의 워터 부하 조절 모듈(6') 내의 워터 디플렉터 플레이트(611)와 유수 방향(D) 사이의 협각은 90도로 설정할 수 있다. 수평축 터빈발전기의 모든 임펠러가 압력을 받기 때문에, 유수 속도가 과도하게 크면, 모터(63)는 실린더 축(62)이 하류의 워터 디플렉터 플레이트(611)를 접고 하류의 워터 디플렉터 플레이트(611)를 열도록 구동할 수 있기 때문에, 장벽을 형성하여 유수가 수평축 터빈발전기로 향하는 것을 효과적으로 차단할 수 있으므로, 발전 전력이 급격하게 커지면서 발전 전력이 불안정하게 되어, 출력 사용에 직접적인 문제를 일으키지 않도록 할 수 있다. 유수 속도가 비교적 작은 경우, 실린더 축(62)이 워터 디플렉터 플레이트(611)를 접어 모든 유수가 수평축 터빈발전기를 향하도록 할 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시예 5에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 평면도이다. 도 18은 도 17에 있어서 정면에서 본 단면도이다. 도 19는 도 17에 있어서 측면에서 본 단면도이다. 이는 도 17 내지 도 19에서 도시하는 바와 같다. 본 실시예에 있어서, 외부 프레임(1), 설치축(2), 내부 프레임(3), 수력발전기 모듈(4)과 페어워터(6)의 구조와 기능은 모두 실시예 3에서 설명하는 바와 같고, 동일한 부품은 동일한 번호로 표시하였으므로, 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않는다. 아래는 동일하지 않은 부분에 대한 설명이다. 본 실시예에 있어서, 설치축(2)은 내부 프레임(3) 상에 설치하여 고정한다.

본 실시예에 있어서, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(500)는 고정 장치(9)를 포함하고, 고정 장치(9)는 베이스(91), 고정 유닛(92)과 여러 개의 앵커파일(93)을 포함한다. 베이스(91)는 고정 홈(912)을 가지고 있다. 외부 프레임(1)은 고정 유닛(92)을 통해 베이스(91)의 고정 홈(912)에 고정된다. 적어도 하나의 앵커파일(93)은 베이스(91)에 관통하여 설치하고 해저(20)에 삽입하여 고정한다.

본 실시예에 있어서, 베이스(91)는 철근 콘크리트 베이스이고, 여러 개의 고정 공간(911)을 가지고 있고, 고정 공간(911)의 횡단면적(수평면에 평행인 횡단면)은 각 앵커파일(93) 방사상의 횡단면적보다 크고, 콘크리트로 고정 공간(911)과 앵커파일(93) 사이의 간극을 메운다. 실제 응용에 있어서, 베이스(91)는 사전에 철근 콘크리트 구조를 제작한 후, 수중에 수직으로 넣고, 이어 앵커파일(93)을 각 고정 공간(911)을 관통하여 해저(20)에 넣고, 마지막으로 콘크리트를 2회 고정 공간(911)에 삽입하여 앵커파일(93)을 고정시킨다. 여러 개의 상당히 큰 횡단면적의 고정 공간(911)을 설치함으로써, 베이스(91)를 여러 개의 "공간" 또는 "구멍(Cavity)"을 가진 구조로 만든다. 따라서, 베이스(91)의 중량을 대폭 줄일 수 있으므로, 베이스(91)를 수중으로 삽입하여 설치하기에 편리하다.

본 실시예에 있어서, 고정홈(912)의 축선 방향은 수평면에 평행하고 유수 방향에 수직이다. 본 실시예에 있어서, 고정홈(912)은 직육면체 홈이고, 베이스(91)의 꼭대기에 설치한다. 고정홈(912)의 홈 바닥은 베이스(91)의 상부 표면보다 낮다. 본 실시예에 있어서, 고정홈(912)의 폭은 외부 프레임(1)의 폭보다 약간 크기 때문에 외부 프레임(1) 설치에 좋다. 베이스(91)의 표면에 고정홈(912)을 설치함으로써, 모듈화된 해양 에너지 발전장치(500)의 위치를 고정하여, 종래 기술에 있어서 조류로 인하여 발전장치에 엄청난 충격력이 발생하여 발전장치가 쉽게 휘어지는 문제를 극복하였다. 따라서, 본 발명에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전장치(500)는 조류에 정면으로 대항할 수 있도록 보장함으로써, 조류 에너지를 최대한 이용하여 발전 전력을 향상시킬 수 있다.

실제 응용에 있어서, 베이스(91)의 중량과 부피를 줄이기 위하여, 베이스(91)을 분리 가능한 세 개의 부분으로 나눈다. 고정 유닛(92)은 여러 개의 체인(921)과 여러 개의 걸이용 링(922)을 포함하고, 일부 걸이용 링(922)은 두 개의 고정되지 않은 외부 프레임(1)의 베이스(91) 상에 고정되고, 다른 일부 걸이용 링(922)은 외부 프레임(1) 상에 고정되고, 각 체인(921)의 양단은 각각 베이스(91) 상의 걸이용 링(922)과 외부 프레임(1) 상의 걸이용 링(922)를 연결한다. 본 실시예에 있어서, 체인(921)과 걸이용 링(922)는 외부 프레임(1)의 양측에 대칭으로 설치되고, 외부 프레임(1)은 양측의 인장력을 받을 수 있기 때문에 고정이 유지된다. 따라서 밀물과 썰물에 상관없이 외부 프레임(1)은 안정을 유지할 수 있기 때문에 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치(500)는 조류의 충격에 정면으로 대응해 발전 전력을 향상시킬 수 있다. 더욱 상세한 응용에 있어서, 체인(921)은 케이블 또는 단단한 풀로드(pull rod)가 될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 고정 장치(9)는 가이드 프레임(94)도 포함한다. 실제 응용에 있어서, 베이스(91)는 먼저 해저(20)로 삽입된 후, 외부 프레임(1)을 베이스(91)의 고정홈(912) 내에 설치된다. 가이드 프레임(94)은 수평면에 수직인 일면이 외부 프레임(1)을 고정홈(912) 내로 정확하게 진입할 수 있도록 인도한다. 가이드 프레임(94)의 꼭대기는 수평면 이상으로 노출되고, 가이드 프레임(94)은 설치 기술자로 하여금 베이스(91)가 수평으로 설치되었는지 여부를 확인할 수 있도록 해 주기도 한다.

도 20은 본 발명의 실시예 6에 있어서 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 측면 분해도이다. 실시예 6에 있어서, 본 실시예에 있어서, 외부 프레임(1), 설치축(2), 내부 프레임(3), 수력발전기 모듈(4)의 구조와 기능은 모두 실시예 5에서 설명하는 바와 같으므로 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않기로 한다. 동일한 부품은 동일한 번호로 표시하였다. 아래는 동일하지 않은 부분에 대한 설명이다.

본 실시예에 있어서, 고정 장치(9')는 베이스(91), 고정 유닛(92')과 여러 개의 앵커파일(93)을 포함한다. 고정 유닛(92')은 트러스(truss)이고, 트러스의 일단은 베이스(91) 내에 삽입되고, 또 다른 단은 외부 프레임(1)의 고도 방향을 따라 연장된다. 바람직하게는, 트러스는 트러스 스틸 시트이다. 본 실시예에 있어서, 트러스의 횡단면은 직각삼각형이고, 트러스의 하나의 직각변은 콘크리트를 통해 베이스(91)에 주입되어 고정되고, 또 다른 직각변은 외부 프레임(10의 고도 방향과 평행하다. 삼각형의 구조가 가장 안정적이다. 본 실시예에 있어서, 고정 유닛(92')은 각각 외부 프레임(1)의 양측에 대칭으로 설치되어, 외부 프레임(1)이 두 가지 방향 상에서 모두 신뢰할 수 있게 고정될 수 있도록 한다. 따라서, 밀물과 썰물에도 불구하고, 외부 프레임(1)이 모두 안정을 유지할 수 있도록 하여 전체 모듈화된 해양 에너지 발전장치가 조류의 충격에 정면으로 대항하여 발전 전력을 향상시킬 수 있도록 한다. 본 발명에 있어서 트러스의 고도 방향으로의 직각변 길이에 대하여 어떠한 제한도 두지 않는다.

도 20는 본 발명의 실시예 7에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치를 측면에서 본 분해도이다. 실시예 7와 실시예 6의 차이점은 실시예 7에 있어서 고정 장치(9'')가 콘크리트 블록이라는 것이다. 본 실시예에 있어서, 콘크리트 블록의 고도는 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 외부 프레임(1)의 고도의 1/2이다. 그러나 본 발명에 있어서 콘크리트 블록의 고도에 대해서는 어떠한 제한도 가하지 않는다.

상기 내용을 종합하면, 본 발명의 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 적어도 네 개의 내장 모듈러를 가지고 있고, 수력발전기 모듈은 어레이 컨피그레이션을 형성할 수 있다. 종래의 해양 에너지 발전장치에 비하여, 본 발명은 발전 전력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래 해양 에너지 발전장치에 있어서 단일 수력발전기를 대형화함으로 인한 높은 원가 문제를 해결하였다. 분리 가능한 내부 프레임과 외부 프레임의 설치를 통하여, 발전장치의 모듈화 조립과 교체를 가능하게 함으로써, 유지보수와 설치 비용을 대폭 절감시켰고, 종래 해양 에너지 발전장치에 있어서 산업화와 대규모화 난제를 해결할 수 있다.

수력발전기 모듈이 수평축 터빈발전기인 경우, 회전 가능한 설치축 설치를 통하여, 유수가 어느 방향으로 유입되는지와는 상관없이, 수평축 터빈발전기의 임펠러가 항상 유수의 방향으로 향함으로써, 최대의 발전 전력을 확보할 수 있다. 특히 조력 에너지를 이용한 발전에 적합하다. 더욱 상세한 실시에 있어서, 하나의 설치축 상에는 여러 개의 수평축 터빈발전기를 설치할 수 있으므로, 발전 전력을 대폭 향상시킬 수 있다. 페어워터 설치를 통하여, 유수가 모두 수평축 터빈발전기에 집중되도록 유도할 수 있기 때문에 수평축 터빈발전기의 임펠러가 받는 압력이 더욱 크고 회전속도가 더욱 빠르므로, 발전 전력을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 수평축 터빈발전기의 상류와 하류에 모두 페어워터를 설치하면, 조류가 방향을 바꾸더라도(예를 들어 밀물과 썰물), 페어워터가 모두 효과적으로 유수를 유도할 수 있다.

구체적인 실시에 있어서, 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈은 수력발전기 모듈이 받는 부하를 조절할 수 있기 때문에, 모듈화된 해양 에너지 발전장치의 발전이 안정적인 출력과 직접적인 사용이 가능하도록 해주므로, 종래의 해양 에너지 발전장치의 출력변화가 크고 안정성이 떨어지는 문제를 해결하였다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 상하류에 적어도 두 개의 배리어를 설치하여, 그 내부의 수력발전기 모듈이 수중 쓰레기로 인해 훼손되지 않도록 보호함으로써, 수력발전기 모듈의 사용수명을 연장시킨다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 흐름 제판 플레이트는 수력발전기 모듈이 수중 쓰레기로 인해 훼손되지 않도록 보호하는 동시에, 기타 방향의 유수가 수력발전기 모듈에 간섭하는 것도 막아주기 때문에, 발전 모듈의 발전 전력을 향상시킨다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 플로트 플랫폼 혹은 플로트 유닛을 제공하여 부유식 고정 방식으로 설치할 수 있으며, 고정 장치를 통해 해저에 고정할 수도 있다. 다시 말해, 링과 케이블 설치를 통해, 모듈화된 해양 에너지 발전장치를 수중에 효과적으로 고정할 수 있어 유지보수 및 검사가 편리하다.

본 발명에 있어서 상기 내용은 비교적 바람직한 실시예에 불과하므로, 상기 내용은 본 발명의 보호범위를 제한하지 않으며, 본 발명의 속하는 분야에 종사하는 당업자가 본 발명의 기본 정신에서 벗어나지 않는 범위 내에서 진행한 수정과 변경, 윤색은 본 발명의 보호범위에 속하고, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위를 기준으로 한다.

Claims (16)

1. 외부 프레임과;
   상기 외부 프레임 내에 분리 가능하게 설치합된 내부 프레임과;
   상기 내부 프레임 내에 설치된 수력발전기 모듈과;
   상기 내부 프레임에 설치되고, 상기 수력발전기 모듈이 고정 결합된 설치축;으로 이루어지되,
   상기 수력발전기 모듈은 수평축 터빈발전기로 이루어지고, 상기 수평축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향은 수평면과 평행하며,
   상기 설치축은 상기 임펠러의 축선 방향과 평행한 수평면과 수직을 이루며 상기 내부 프레임에 상하방향으로 설치되고,
   상기 설치축은 상기 내부프레임에 회전 가능하게 설치되어 해류의 유수 방향에 따라 상기 설치축에 고정 결합된 상기 수평축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향이 유수 방향으로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 내부 프레임 또는 외부 프레임에 고정되는 적어도 하나의 페어워터(fairwater)를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 페어워터는 상기 수평축 터빈발전기 방향으로 갈수록 직경이 점점 작아지는 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 페어워터는 상기 수평축 터빈발전기를 중심으로 유수 방향의 상류와 하류에 각각 대칭되어 배치된 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 설치축에 연결되어 상기 설치축을 회전시키는 구동유닛을 더 포함하여 이루어지되,
   상기 구동유닛에 의한 상기 설치축의 회전에 의해 상기 임펠러의 축선 방향이 변경되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
9. 외부 프레임과;
   상기 외부 프레임 내에 분리 가능하게 설치합된 내부 프레임과;
   상기 내부 프레임 내에 설치된 수력발전기 모듈과;
   외부 프레임 또는 내부 프레임에 결합되어 상기 수력발전기 모듈로 유입되는 유수를 차단하거나 유도하는 롤링셔터 방식의 부하 조절 모듈;을 포함하여 이루어지되,
   상기 수력발전기 모듈은 수직축 터빈발전기로 이루어지고, 상기 수직축 터빈발전기의 임펠러의 축선 방향은 수평면과 수직인 상하방향으로 배치되며,
   상기 부하 조절 모듈은,
   적어도 두개의 병렬 연결된 워터 디플렉터 플레이트를 포함하여 이루어진 워터 디플렉터(water deflector) 유닛과;
   상기 워터 디플렉터 유닛의 일단에 연결된 실린더 축과;
   상기 실린더 축에 연결되어 상기 실린더 축을 회전시키는 구동기;를 포함하여 이루어지되,
   상기 구동기에 의한 상기 실린더 축의 회전에 의해 상기 워터 디플렉터 플레이트는 상기 실린더 축을 중심으로 감기면서 그 길이가 짧아지거나 전개되면서 그 길이가 길어져 상기 수력발전기 모듈로 유입되는 유수를 차단하거나 유도하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 워터 디플렉터 플레이트는 단면 형상이 오목한 호형상으로 이루어지고,
    상호 병렬 연결된 다수개의 상기 워터 디플렉터 플레이트는 상호 회전 가능하게 결합되되,
    상기 워터 디플렉터 플레이트의 오목한 면이 상기 실린더 축을 향하여 감기는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 부하 조절 모듈은,
    상기 임펠러를 기준으로 유수의 상류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 상류 부하 조절 모듈과;
    상기 임펠러를 기준으로 유수의 하류에서 유수 방향에 대하여 경사지게 배치되는 하류 부하 조절 모듈로 이루어지되,
    상기 임펠러는 유수의 충격력에 의해 회전력을 발생시키는 동력측과, 유수의 충격력에 의해 회전저항력을 발생시키는 저항측으로 구분되며,
    상기 상류 부하 조절 모듈은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 상기 저항측으로 경사지게 배치되며,
    상기 하류 부하 조절 모듈은 일단이 상기 임펠러의 중심선 상에서 상기 임펠러에 인접하게 배치되고 타단이 동력측으로 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
12. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 적어도 하나의 흐름 제한 플레이트(flow restrictor plate)를 더 포함하고, 상기 내부 프레임 또는 상기 외부 프레임에 설치하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
13. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 적어도 하나의 플로트 플랫폼을 포함하고, 상기 외부 프레임에 수평면과 평행하게 설치하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
14. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 적어도 두 개의 플로트 유닛을 더 포함하고, 상기 외부 프레임의 양측에 설치하며, 각 각의 상기 플로트 유닛은 유수방향과 평행하고 수평면에 수직인 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
15. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 링과 케이블을 더 포함하고, 상기 링은 상기 외부 프레임에 설치하고, 상기 케이블의 일단은 상기 링에 설치하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.
16. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈화된 해양 에너지 발전장치는 고정 장치를 더 포함하고, 상기 고정 장치는 베이스, 고정 유닛과 다수 개의 앵커파일(anchor pile)을 포함하며 상기 베이스에는 고정홈이 형성되고, 상기 외부 프레임은 상기 고정 유닛을 통해 상기 베이스의 고정홈에 고정되며 적어도 하나의 상기 앵커파일은 상기 베이스를 관통하여 해저에 삽입하여 고정하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 해양 에너지 발전장치.

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