KR102021814B1 - 수중 무어링 조류 발전장치 - Google Patents

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이종열
황동환
장진우
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은광산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 수중 무어링 조류 발전장치에 관한 것으로, 결합부재에 의해 수중에 계류된 상태로 부유하며, 하단에 회전축이 수직하게 결합되는 부유유닛과, 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합된 상태로 수중에 위치되며, 조류의 방향에 따라 수평회전 각도가 가변되는 회전유닛 및, 회전축이 회전유닛의 회전중심에 결합되며, 회전유닛의 회전력을 전기에너지로 변환하여 저장하는 발전유닛을 포함하며, 회전유닛은 상단이 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합되는 하우징과, 하우징의 전단에 회전 가능하게 결합되며, 후방의 수평 회전중심이 발전유닛의 회전축과 유기적으로 연결되는 블레이드 및, 블레이드가 내부에 위치되도록 통로가 전후로 관통되고, 하우징의 외주면과 연결 빔에 의해 결합되는 원통 형상의 덕트가 구비된다.

Description

수중 무어링 조류 발전장치{UNDERWATER MOORING FLOW GENERATOR}
본 발명은 수중 무어링 조류 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조류의 방향에 따라 회전부재의 위치를 가변시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 수중(대략 해수면 10m 이하)에 부유식으로 설치되므로 외부 환경에 영향을 덜 받아 안정적인 수중 무어링 조류 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 해양 에너지를 이용하는 주요 발전 중에는 해수의 위치에너지를 이용하는 조력발전과, 해수의 운동에너지를 이용하는 조류발전이 대표적이다.
이 중, 종래의 조류발전기는 로펠러식(Propeller Type)과, 다리우스식(Darrieus Type) 및, 사보니우스식(Savonius Type) 등의 구조가 주로 사용된다.
이와 같은 조류발전기는, 조력 댐 없이 발전에 필요한 발전기만 설치하면 되기 때문에 비용이 적게 들고, 해수의 밀도가 높아 풍력보다 더 큰 에너지 생산이 가능하며, 해수 유통이 자유롭고 해양 환경에 미치는 영향이 거의 없어 조력발전에 비해 친환경적인 것으로 평가되고 있다.
그런데, 종래의 조류발전기는 해류의 방향이 일정하지 않는 환경에 설치하는 경우 발전량이 일정하지 않았고, 장치가 고정적이거나 일부분이 외부로 노출되므로 외부 환경 변화에 큰 영향을 크게 받는 구조이며, 수중에 고정적으로 설치되므로 유지보수(수리 및 교체 등)가 어려웠다.
또한, 종래의 조류발전기는 발전기와 프로펠러가 기계적인 결합에 의해 연결되는 것이 대부분으로, 프로펠러가 회전시 동력 손실이 발생하는 구조였고, 장기간 사용시 발전기와 프로펠러의 연결 부분을 통해 누수가 발생할 염려가 있었다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2013-0005868호(2013년 01월 16일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 조류발전기용 터빈 설치장치가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 조류의 방향에 따라 회전부재의 위치를 가변시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 수중(대략 해수면 10m 이하)에 부유식으로 설치되므로 외부 환경에 영향을 덜 받아 안정적인 수중 무어링 조류 발전장치를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 목적은 덕트를 벤츄리관 형태로 적용 함으로써, 유체의 유입 속도를 증가시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있는 수중 무어링 조류 발전장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 수중에 부유하므로 수리 및 교체에도 유용하여 유지관리의 용이성이 있고, 발전기의 냉각이 해수면에 노출되어 있는 냉각방식을 채택하여 따로, 냉각 시스템을 필요로 하지 않는 수중 무어링 조류 발전장치를 제공하는데 있다.
아울러, 본 발명의 목적은 발전기와 블레이드를 자력에 의한 비접촉식으로 연결시킴으로써, 유체의 유입에 의한 손상을 방지할 수 있어 유지관리의 용이성이 있고, 축계 동력전달 손실을 최소화 할 수 있는 수중 무어링 조류 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치는, 결합부재에 의해 수중에 계류된 상태로 부유하며, 하단에 회전축이 수직하게 결합되는 부유유닛과, 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합된 상태로 수중에 위치되며, 조류의 방향에 따라 수평회전 각도가 가변되는 회전유닛 및, 회전축이 회전유닛의 회전중심에 결합되며, 회전유닛의 회전력을 전기에너지로 변환하여 저장하는 발전유닛을 포함하며, 회전유닛은 상단이 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합되는 하우징과, 하우징의 전단에 회전 가능하게 결합되며, 후방의 수평 회전중심이 발전유닛의 회전축과 유기적으로 연결되는 블레이드 및, 블레이드가 내부에 위치되도록 통로가 전후로 관통되고, 상기 하우징의 외주면과 연결 빔에 의해 결합되는 원통 형상의 덕트가 구비되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부유유닛은 양측에 이격 위치되는 한 쌍의 부력체 및, 양단이 상기 부력체들에 각각 연결되며, 하단에 상기 회전축의 상단이 결합되는 몸체가 구비될 수 있다.
또한, 상기 덕트는 후방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 덕트는 상기 블레이드가 위치된 기준 위치를 중심으로 전단이 전방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 유입부 및, 후단이 후방으로 갈수록 직경이 점진직으로 증가하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 발전유닛은 상기 하우징의 내부에 설치되며, 전방의 회전축이 상기 블레이드의 수평 회전중심과 유기적으로 연결되는 발전기와, 상기 블레이드의 후방에 배치되어, 상기 블레이드의 수평 회전중심과 상기 회전축을 자력에 의해 비접촉식으로 연결시키는 마그네틱 커플링 및, 상기 발전기와 전기적으로 연결되며, 상기 발전기로부터 전달된 전기에너지를 저장하는 축전부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 커플링은 상기 블레이트와 상기 발전기의 사이에 설치되는 베이스와, 상기 베이스 전단을 밀폐하며, 전방으로 원통 형상의 돌출부가 형성되는 유입 차단부와, 상기 돌출부의 내부에 위치되고, 외주연을 따라 N극과 S극이 교번하여 설치되는 제1자석이 구비되는 원통 형상의 내측 회전자와, 상기 돌출부의 외부를 감싸는 상태로 위치되고, 내주면에는 상기 제1자석과 대응되게 설치되어 자력을 형성시키는 제2자석이 구비되며, 전단이 상기 수평 회전중심과 연결되는 원통 형상의 외측 회전자와, 상기 유입 차단부 전후방에 장착되어, 상기 내측 회전자 및 외측 회전자를 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및, 상기 외측 회전자 내주면을 따라 설치될 수 있으며, 상기 제2자석과 접면되는 자성부재를 포함할 수 있으며, 상기 유입 차단부는 상기 내측 회전자 및 외측 회전자 사이에 위치하여 상기 내측 회전자 및 외측 회전자의 사이를 이격시키며, 상기 자성부재는 전자석 또는 영전자석일 수 있다.
또한, 상기 회전축의 내부에는 자세 조절유닛이 더 구비될 수 있으며, 상기 자세 조절유닛은 상기 회전축의 내부에 설치되며, 구동축이 상기 하우징의 상단에 유기적으로 연결되는 모터 및, 조류의 방향을 감지하며, 감지된 조류의 방향에 따르도록 상기 모터를 제어하여 상기 하우징의 수평회전 각도를 가변시키는 제어부가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 조류의 방향을 감지하기 위한 방향 감지센서가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 상기 부력체의 높이를 감지하기 위한 높이 감지센서가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 상기 부유유닛과 상기 회전유닛 및, 상기 발전유닛의 각종 정보를 외부로 보여주기 위한 정보 표시부가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 부력체의 외부에는 적어도 하나 이상의 배관 연결부가 더 형성될 수 있으며, 상기 배관 연결부에는 외부의 유체 공급부에 의해 상기 부력체의 내부 또는 외부로 유체를 이동시키기 위한 연결 라인이 더 연결될 수 있다.
본 발명은 조류의 방향에 따라 회전부재의 위치를 가변시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 수중(대략 해수면 10m 이하)에 부유식으로 설치되므로 외부 환경에 영향을 덜 받아 안정적인 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 덕트를 벤츄리관 형태로 적용 함으로써, 유체의 유입 속도를 증가시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 수중에 부유하므로 수리 및 교체에도 유용하여 유지관리의 용이성이 있으며, 발전기와 블레이드를 자력에 의한 비접촉식으로 연결시킴으로써, 유체의 유입에 의한 손상을 방지할 수 있어 유지관리의 용이성이 있고, 축계 동력전달 손실을 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치를 보여주기 위한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치를 보여주기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치가 수중에 설치된 상태를 보여주기 위한 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치의 회전유닛과 발전유닛을 상세히 보여주기 위한 측단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치를 보여주기 위한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치를 보여주기 위한 평면도이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치가 수중에 설치된 상태를 보여주기 위한 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치의 회전유닛과 발전유닛을 상세히 보여주기 위한 측단면도이다.
도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치는 부유유닛(100)과, 회전유닛(200) 및, 발전유닛(300)을 포함한다.
먼저, 부유유닛(100)은 도 3에서처럼 수중(1)에 계류된 상태로 부유하는 것으로, 부유유닛(100)은 결합부재(10)에 의해 수중(1)에 계류된다.
여기서, 부유유닛(100)의 하부에는 상하 방향을 따라 길이를 갖는 회전축(311)의 상단이 결합되며, 회전축(311)의 하단에는 후술 될 회전유닛(200)이 수평 회전 가능하게 결합된다.
더 상세히 설명하면, 부유유닛(100)은 도 1 내지 3에서처럼 적어도 하나 이상의 부력체(110) 및, 한 쌍의 부력체(110)에 결합되는 몸체(120)로 구비될 수 있다.
한 쌍의 부력체(110)는, 수중(1)에 부유할 수 있도록 일정 부력을 갖는 것으로, 부력체(110)의 내부에는 유체(L, 물 등)가 수용되는 수용공간(111)이 형성된다.
여기서, 한 쌍의 부력체(110)는 후술 될 몸체(120)에 의해 양측에 이격 위치될 수 있으나, 부력체(110)의 위치 및 개수는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
그리고, 한 쌍의 부력체(110)는 양측으로 길이를 가질 수 있으며, 부력체(110)들의 폭 방향이 서로 마주보는 상태로 이격 위치될 수 있다.
또한, 부력체(110)들의 폭 방향은 원통 형상을 갖고, 부력체(110)의 길이 방향 양단은 조류의 영향을 줄이기 위해 일정 곡면(반구 형상 등)으로 형성될 수 있다.
아울러, 부력체(110)의 외부(상부 등)에는 적어도 하나 이상의 배관 연결부(112)가 더 구비될 수 있으며, 배관 연결부(112)에는 연결 라인(H)이 더 연결될 수 있다.
이와 같은 부력체(110)는 수면으로부터 10m 정도의 깊이에 설치할 수 있으나, 부력체(110)의 설치 위치는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
배관 연결부(112)는, 부력체(110)의 외부로 돌출될 수 있고, 배관 연결부(112)의 내부에는 수용공간(111)과 외부로 관통된 통로가 형성된다.
이때, 배관 연결부(112)의 돌출된 끝단은 연결 라인(H)의 길이 방향측 일단과 플랜지 구조 및 체결부재(미도시)에 의해 결합될 수 있다.
반면, 연결 라인(H)의 반대되는 타단은 외부로 연장되어 선박이나 육상 등에 설치된 유체 공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
이와 같은 연결 라인(H)은, 유체 공급부의 구동에 의해 유체를 부력체(110)의 수용공간(111)으로 유입시키거나, 수용공간(111)에 수용된 유체(L)를 외부로 유출시킬 수 있다.
즉, 유체 공급부의 구동에 의해 수용공간(111)에 수용된 유체(L)의 저장 량을 조절하여 부력체(110)의 부력을 조절할 수 있고, 이를 통해 수중(1)에서 부유하는 부력체(110)의 높이를 조절할 수 있다.
예를 들어, 수심이 증가하는 경우 부력체(110)의 수용공간(111)에 저장된 유체(L)를 외부로 배출시켜 부력체(110)를 상승시킬 수 있고, 수심이 감소하는 경우 부력체(110)의 수용공간(111)으로 유체(L)를 공급시켜 부력체(110)를 하강시킬 수 있다.
아울러, 부력체(110)는 일정 길이를 갖는 연결 라인(H)에 의해 수중(1)의 바닥면에 고정적으로 결합되어 수중(1)에 계류될 수 있다.
연결 라인(H)은, 길이 방향측 일단이 부력체(110)의 외주면에 결합되고, 반대되는 타단이 수중(1)의 바닥면(2)에 결합될 수 있다.
이와 함께, 부력체(110)의 외부에는 도 3에서처럼 결합부재(10)의 길이 방향측 일단을 연결시키기 위한 적어도 하나 이상의 결합부재 연결부(113)가 더 형성될 수 있다.
결합부재 연결부(113)는, 부력체(110)의 외부로 돌출될 수 있으며, 결합부재 연결부(113)의 돌출된 단부에는 결합부재(10)의 길이 방향측 일단을 결합시키기 위한 홀이 양 방향으로 관통될 수 있다.
이와 다르게, 결합부재 연결부(113)와 결합부재(113)의 길이 방향측 일단을 별도의 체결부재(미도시)로 결합시킬 수 있다.
결합부재(10)는, 일정 길이를 갖는 로프, 체인 등을 사용할 수 있는데, 이때 결합부재(10)의 길이 방향측 일단은 결합부재 연결부에 결합되고, 반대되는 타단은 수중의 바닥면에 결합될 수 있다.
이때, 수중(1)의 바닥면(2)에는 결합부재(10)의 일단을 결합시키기 위한 적어도 하나 이상의 지주(미도시) 등이 매설 될 수 있다.
몸체(120)는, 부력체(110)에 결합된 상태에서 하단에 회적축(130)의 상단이 수직하게 결합되는 것으로, 몸체(120)는 일정 강도를 갖는 소재로 제작할 수 있다.
여기서, 몸체(120)는 부력체(110)들의 사이에 배치될 수 있으며, 몸체(120)의 양측단이 부력체(110)들에 각각 결합될 수 있다.
일 예로, 몸체(120)는 도 2과 2에서처럼 일정 길이를 갖는 적어도 하나 이상의 금속 빔을 사용할 수 있으며, 몸체(120)의 길이 방향측 양단이 부력체(110)들에 각각 연결될 수 있다.
이때, 몸체(120)의 길이 방향측 양단이 부력체(110)의 폭 방향에 각각 결합될 수 있고, 몸체(120)는 부력체(110)의 길이 방향을 따라 다수로 배치시킬 수 있다.
이와 다른 형태로, 몸체(120)는 일정 넓이를 갖는 금속 패널을 사용할 수 있는데, 이 경우 몸체(120)의 중심은 수평하게 형성되고, 몸체(120)의 양단은 상향 경사지게 절곡되어 부력체(110)에 각각 결합될 수 있다.
즉, 몸체(120)의 양단을 경사지게 절곡시키는 경우, 몸체(120)의 중심 부위가 상대적으로 하방에 위치되고, 몸체(120)의 중심 위치에 회전축(130)의 상단이 결합될 수 있다.
회전유닛(200)은, 회전축(130)의 하단에 수평회전 가능하게 결합된 상태로 수중에 위치되는 것으로, 조류의 방향에 따라 수평회전 각도가 가변된다.
더 상세히 설명하면, 회전유닛(200)은 도 4에 상세히 도시한 것처럼 하우징(210)과, 블레이드(220) 및, 덕트(230)로 구비될 수 있다.
하우징(210)은, 상단이 회전축(130)의 하단에 수평회전 가능하게 결합되는 것으로, 하우징(210)의 내부에는 후술될 발전유닛(300)이 배치되는 설치공간이 형성된다.
여기서, 하우징(210)의 상단에는 연결축이 상부로 돌출될 수 있고, 하우징(210)의 연결축을 회전축(130)의 하단에 암수로 결합시킬 수 있다.
그리고, 하우징(210)은 전후 방향으로 일정 길이를 가질 수 있으며, 조류와의 마찰력을 줄이기 위해 길이 방향을 따라 유선형으로 형성시킬 수 있다.
블레이드(220)는, 하우징(210)의 전단에 회전 가능하게 결합되는 것으로, 블레이드(220)의 수평 회전중심(C2)은 하우징(210)의 후술 될 발전유닛(300)과 회전 가능하게 연결된다.
여기서, 블레이드(220)는 외주면을 따라 다수의 회전 날개가 결합되며, 회전 날개에 작용하는 힘에 의해 수평 회전중심(C2)을 기준으로 회전된다.
즉, 블레이드(220)가 회전하는 경우, 블레이드(220)의 후방에 연결된 수평 회전축이 회전하고, 수평 회전축의 회전에 의해 후술 될 발전유닛(300)이 전기에너지를 발생시킨다.
덕트(230)는, 하우징(210)의 전방에 고정되는 것으로, 덕트(230)의 내부에는 블레이드(220)가 위치되도록 유로(231)가 전후로 관통된다.
여기서, 덕트(230)는 유로(231)가 관통된 방향과 직각 방향으로 원통 형상을 가질 수 있으며, 덕트(230)는 적어도 하나 이상의 연결 빔(240)에 의해 하우징(210)의 전방에 결합된다.
이때, 연결 빔(240)은 도 2 내지 4에서처럼 길이 방향측 일단이 덕트(230)에 결합되고, 반대되는 타단이 하우징(210)의 외주면에 결합될 수 있다.
특히, 덕트(230)는 후방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 형상을 가질 수 있는데, 이때 덕트(230)의 유로(231)는 후방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 형태를 갖는다.
이와 같이, 덕트(230)의 유로(231)는 도 3과 4에 도시한 것처럼 후방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 벤츄리 관(venturi pipe) 형태를 가질 수 있다.
즉, 덕트(230)는 직경이 작은 좁은 부분을 지날 때 유체의 압력이 상대적으로 감소하고 유속은 빨라지므로, 덕트(230)로 유입되는 유체의 유입 속도를 증가시킬 수 있어 블레이드(220)의 회전 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 다른 형태로, 덕트(230)는 도 2와 3에서처럼 중심 부위를 기준으로 전방의 유입부(231) 및, 후방의 유출부(232)로 구분될 수 있다.
유입부(231)는, 블레이드(220)가 위치된 기준 위치를 중심으로 전단이 전방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 형태를 갖는다.
반면, 유출부(232)는 유입부(231)의 후방에 형성되며, 블레이드(220)가 위치된 기준 위치를 중심으로 후단이 후방으로 갈수록 직경이 점진직으로 증가하는 형태를 갖는다.
즉, 유입부(231)의 내부를 통해 유입되는 유체는 블레이드(220)가 위치된 기준 위치에서 압력이 낮아지고 유속은 증가된 상태로 유출부(232)의 내부를 통해 후방으로 이동되므로, 덕트(230)로 유입되는 유체의 유입 속도를 증가시킬 수 있어 블레이드(220)의 회전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 조류의 방향이 바뀌는 경우에도 그에 대응하는 방향으로 회전유닛(200)이 회전되므로, 발전 성능을 향상시킬 수 있고, 수중에 위치되므로 외부 환경의 영향이 적어 안정적이다.
발전유닛(300)은, 블레이드(220)의 회전력을 전기에너지로 변환하기 위한 것으로, 발전유닛(300)은 하우징(210)의 내부에 배치될 수 있다.
더 상세히 설명하면, 발전유닛(300)은 도 4에서처럼 발전기(310)와, 마그네틱 커플링(320) 및, 축전부(330)로 구분될 수 있다.
발전기(310)는, 하우징(210)의 내부에 설치되는 것으로, 발전기(310)는 마그네틱 커플링(320)에 의해 수평 회전중심(C2)과 유기적으로 연결된다.
즉, 발전기(310)는 블레이드(220)가 회전할 때 발생하는 회전 동력을 전달받아 전기에너지를 생산하여 후술 될 축전부(330)로 전달한다.
마그네틱 커플링(320, magnetic coupler)는, 블레이드(220)의 후방에 배치되어, 블레이드(220)의 수평 회전중심(C2)과 회전축을 자력에 의해 비접촉식으로 연결시킨다.
더 상세히 설명하면, 마그네틱 커플링(320)는 베이스(321)와, 유입 차단부(322)와, 내측 회전자(323)와, 외측 회전자(324)와, 베어링부(325) 및, 자성부재(326)를 포함한다.
베이스(321)는, 블레이트(220)와 발전기(310)의 사이에 설치되는 것으로, 베이스(321)의 내부에는 챔버가 형성된다.
유입 차단부(322)는, 베이스(321)의 전단에 결합되는 것으로, 유입 차단부가 베이스(321)의 전단을 밀폐하는 상태로 결합된다.
여기서, 유입 차단부(322)의 전면에는 원통 형상의 돌출부(322a)가 돌출되며, 돌출부(322a)의 내부에는 내측 회전자(323)가 위치되도록 일정 공간이 형성된다.
이와 같은 유입 차단부(322)는, 후술 될 내측 회전자(323) 및 외측 회전자(324)의 사이에 위치하여, 내측 회전자(323) 및 외측 회전자(325)의 사이를 이격시킨다.
내측 회전자(323)는, 돌출부(322a)의 내부에 원통 형상으로 대응되게 위치되고, 내측 회전자(323)의 외주면을 따라 N극과 S극이 교번하도록 제1자석(323a, inner magnet)이 설치된다.
외측 회전자(324)는, 돌출부(322a)의 외부를 감싸는 상태로 위치되고, 외측 회전자(324)의 전단이 블레이드(220)의 수평 회전중심(C2)과 연결된다.
그리고, 외측 회전자(324)의 내주면을 따라 제2자석(324a, outer magnet)이 구비되는데, 제2자석(324)은 제1자석(32)과 대응되게 설치되어 자력을 형성시킨다.
즉, 내측 회전자(323)와 외측 회전자(324)는 유입 차단부(322)에 의해 구획된 상태로 분할되고, 유입 차단부(322)에 의해 베이스(321)의 전방 개방 부위가 차단되므로, 베이스(321)의 전방을 통해 유체가 유입되지 않는다.
베어링부(325)는, 유입 차단부(322)의 전후방에 장착되어 내측 회전자(323) 및 외측 회전자(324)를 회전 가능하게 지지한다.
자성부재(326)는, 외측 회전자(324) 내주면을 따라 설치되어 제2자석(324a)과 접면되는 것으로, 자성부재(326)는 전자석 또는 영전 자석 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
이와 같은 마그네틱 커플링(magnetic coupling)은, 비접촉식 동력 전달 방식 즉, 자력에 의해서 물리적인 접촉 없이 소정 간격 이격되어 있으므로, 비접촉식 동력 전달로 마모에 의한 발진 및 소음이 없다.
그리고, 자력에 의한 동력전달로 지속적으로 사용 가능하여 교환이나 관리 비용이 절약되고, 장치 가동율이 향상되며, 설계시나 조립시 다소 축 중심에서 어긋나 있어도 토크 전달에 영향이 적고, 허용이상의 부하가 마그네틱 커플러에 걸렸을 경우 슬립(slip)이 발생하여 장비 내부의 손상을 방지할 수 있다.
특히, 마그네틱 커플링(magnetic coupling) 방식은 수밀(水密) 기능이 가능한데, 마그네틱 커플러의 내측 회전자(inner-rotor)와 외측 터회전자(outer-rotor) 사이에 격벽을 설치하여 조류 발전기와 같이 수밀(水密)이 요구되는 장치에 적용할 수 있다.
축전부(330)는, 발전기(310)와 전기적으로 연결되는 것으로, 발전기(310)로부터 전달된 전기에너지를 저장한다.
한편, 전술한 하우징(210) 또는 회전축(130)의 내부에는 도 4에서처럼 자세 조절유닛(400)이 더 구비될 수 있드며, 자세 조절유닛(400)은 모터(410)와, 기어부(420) 및, 제어부(430)로 구비될 수 있다.
먼저, 모터(410)는 하우징(210) 또는 회전축(130)의 내부에 설치되는 것으로, 하우징(210)의 상단 또는 회전축(130)의 하단에 유기적으로 연결된다.
기어부(420)는, 모터(410)의 구동축과 하우징(210)의 상단을 유기적으로 연결시키기 위한 것으로, 기어부(420)는 모터(410)의 구동축과 하우징(210)의 연결축에 맞물림 결합된다.
예를 들어, 기어부(420)는 모터(410)의 구동축에 결합되는 구동 기어와, 하우징의 연결축에 결합되는 종동 기어 및, 구동 기어와 종동 기어를 맞물림 결합시키는 적어도 하나 이상의 연결 기어 등으로 구성될 수 있다.
제어부(430)는, 조류의 방향을 감지한 후, 감지된 조류의 방향에 따르도록 모터(410)를 제어하여 하우징(210)의 수평회전 각도를 가변시킨다.
여기서, 제어부(430)는 모터(410)와 전기적으로 연결된 상태로 선박이나 육상 등의 원격지에 위치될 수 있으며, 제어부(430)에는 조류의 방향을 감지하기 위한 방향 방향 감지센서(440)가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
방향 감지센서(440)는, 도 1과 3 및 4에서처럼 회전축(130)의 외주에 결합시킬 수 있으나, 방향 감지센서(400)의 설치 위치는 한정하지 않고 다양하게 적용이 가능하다.
이와 같은 방향 감지센서(440)는, 조류의 방향을 감지한 후, 감지된 방향 감지신호를 제어부(430)로 전달할 수 있다.
이때, 제어부(430)는 전달된 방향 감지신호에 따르도록 모터(410)를 구동을 제어하여 하우징(210)의 전단이 조류의 방향에 위치되도록 한다.
그리고, 제어부(430)에는 부력체(110)의 높이를 감지하기 위한 높이 감지센서(미도시)가 전기적으로 더 연결될 수도 있다.
높이 감지센서는, 부력체(110)의 외주면에 설치할 수 있으나, 높이 감지센서의 설치 위치는 한정하지 않지 않고 다양하게 적용이 가능하다.
이와 같은 높이 감지센서는, 부력체(110)의 높이를 감지한 후, 높이 감지신호를 제어부(430)로 전달할 수 있다.
한편, 제어부(430)에는 부유유닛(100)과 회전유닛(200) 및, 발전유닛(300)의 각종 정보를 외부로 보여주기 위한 정보 표시부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
즉, 작업자는 정보 표시부를 통해 외부로 보여지는 각종 정보를 육안으로 실시간 확인이 가능하므로, 발전장치를 상태정보 및 유지관리 여부 등을 용이하게 확인할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 조류의 방향에 따라 회전부재의 위치를 가변시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 수중(대략 해수면 10m 이하)에 부유식으로 설치되므로 외부 환경에 영향을 덜 받아 안정적이다.
그리고, 본 발명은 덕트(230)를 벤츄리관 형태로 적용 함으로써, 유체(L)의 유입 속도를 증가시킬 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 수중에 부유하므로 수리 및 교체에도 유용하여 유지관리의 용이성이 있다.
아울러, 본 발명은 발전기(310)와 블레이드(220)를 자력에 의한 비접촉식으로 연결시킴으로써, 유체(L)의 유입에 의한 손상을 방지할 수 있어 유지관리의 용이성이 있고, 축계 동력전달 손실을 최소화 할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 수중 무어링 조류 발전장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 수중 2: 바닥면
10: 결합부재 100: 부유유닛
110: 부력체 111: 수용공간
112: 배관 연결부 113: 결합부재 연결부
120: 몸체 130: 회전축
200: 회전유닛 210: 하우징
220: 블레이드 230: 덕트
231: 유입부 232: 유출부
233: 유로 240: 연결 빔
300: 발전유닛 310: 발전기
311: 회전축 320: 마그네틱 커플링
321: 베이스 322: 유입 차단부
322a: 돌출부 323: 내측 회전자
323a: 제1자석 324: 외측 회전자
324a: 제2자석 325: 베어링부
326: 자성부재 330: 축전부
400: 자세 조절유닛 410: 모터
420: 기어부 430: 제어부
440: 방향 감지센서 C1: 수직 회전중심
C2: 수평 회전중심 L: 유체
H: 연결 라인

Claims (11)

  1. 결합부재에 의해 수중에 계류된 상태로 부유하며, 하단에 회전축이 수직하게 결합되는 부유유닛과, 상기 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합된 상태로 수중에 위치되며, 조류의 방향에 따라 수평회전 각도가 가변되는 회전유닛 및, 회전축이 상기 회전유닛의 회전중심에 결합되며, 상기 회전유닛의 회전력을 전기에너지로 변환하여 저장하는 발전유닛을 포함하되, 상기 회전유닛은 상단이 상기 회전축의 하단에 수평회전 가능하게 결합되는 하우징과, 상기 하우징의 전단에 회전 가능하게 결합되며, 후방의 수평 회전중심이 상기 발전유닛의 회전축과 유기적으로 연결되는 블레이드 및, 상기 블레이드가 내부에 위치되도록 통로가 전후로 관통되고, 상기 하우징의 외주면과 연결 빔에 의해 결합되는 원통 형상의 덕트가 구비되고,
    상기 덕트는, 상기 블레이드가 위치된 기준 위치를 중심으로 전단이 전방으로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 유입부 및, 상기 유입부의 후방에 형성되며, 후단이 후방으로 갈수록 직경이 점진직으로 증가하는 유출부가 형성되고, 상기 발전유닛은 상기 하우징의 내부에 설치되며, 전방의 회전축이 상기 블레이드의 수평 회전중심과 유기적으로 연결되는 발전기와, 상기 블레이드의 후방에 배치되어, 상기 블레이드의 수평 회전중심과 상기 회전축을 자력에 의해 비접촉식으로 연결시키는 마그네틱 커플링 및, 상기 발전기와 전기적으로 연결되며, 상기 발전기로부터 전달된 전기에너지를 저장하는 축전부가 구비되며,
    상기 마그네틱 커플링은, 상기 블레이드와 상기 발전기의 사이에 설치되는 베이스와, 상기 베이스 전단을 밀폐하며, 전방으로 원통 형상의 돌출부가 형성되는 유입 차단부와, 상기 돌출부의 내부에 위치되고, 외주연을 따라 N극과 S극이 교번하여 설치되는 제1자석이 구비되는 원통 형상의 내측 회전자와, 상기 돌출부의 외부를 감싸는 상태로 위치되고, 내주면에는 상기 제1자석과 대응되게 설치되어 자력을 형성시키는 제2자석이 구비되며, 전단이 상기 수평 회전중심과 연결되는 원통 형상의 외측 회전자와, 상기 유입 차단부 전후방에 장착되어, 상기 내측 회전자 및 외측 회전자를 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및, 상기 외측 회전자 내주면을 따라 설치되며, 상기 제2자석과 접면되는 자성부재를 포함하며, 상기 부유유닛은 양측에 이격 위치되는 한 쌍의 부력체 및, 양단이 상기 부력체들에 각각 연결되며, 하단에 상기 회전축의 상단이 결합되는 몸체가 구비되며, 상기 유입 차단부는 상기 내측 회전자 및 외측 회전자 사이에 위치하여 상기 내측 회전자 및 외측 회전자의 사이를 이격시키며, 상기 자성부재는 전자석 또는 영전자석인 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축의 내부에는,
    자세 조절유닛이 더 구비되며,
    상기 자세 조절유닛은,
    상기 회전축의 내부에 설치되며, 구동축이 상기 하우징의 상단에 유기적으로 연결되는 모터 및,
    조류의 방향을 감지하며, 감지된 조류의 방향에 따르도록 상기 모터를 제어하여 상기 하우징의 수평회전 각도를 가변시키는 제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부에는,
    조류의 방향을 감지하기 위한 방향 감지센서가 전기적으로 더 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부에는,
    상기 부력체의 높이를 감지하기 위한 높이 감지센서가 전기적으로 더 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부에는,
    상기 부유유닛과 상기 회전유닛 및, 상기 발전유닛의 각종 정보를 외부로 보여주기 위한 정보 표시부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 부력체의 외부에는,
    적어도 하나 이상의 배관 연결부가 더 형성되며,
    상기 배관 연결부에는,
    외부의 유체 공급부에 의해 상기 부력체의 내부 또는 외부로 유체를 이동시키기 위한 연결 라인이 더 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 무어링 조류 발전장치.
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