KR102120920B1 - 조류발전용 난류제어 덕트 - Google Patents

조류발전용 난류제어 덕트 Download PDF

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조철희
박홍재
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 조류발전용 난류제어 덕트에 관한 것으로 보다 상세하게는 내부에 터빈과 너셀이 구성되고 상기 너셀에 결합되는 고정파일이 구비되며 전후에 개구부가 구비되는 원통 형상의 덕트로 구성되고, 상기 덕트의 전면에 구비되는 익형팬체결구와 결합하는 적어도 두개 이상의 익형팬이 구성되어 덕트 내로 입사하는 해수의 흐름을 규칙적인 층류로 전환하면서 유속을 증가시켜 블레이드를 안정적으로 회전시킬 수 있고 또한 덕트 중간부분의 오목화한 형상을 통해서 터빈으로 입사하는 유체의 속력을 증폭시켜 발전 효율을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.

Description

조류발전용 난류제어 덕트{Turbulent flow control duct for a tidal current generation}
본 발명은 조류발전용 난류제어 덕트에 관한 것으로 보다 상세하게는 해수의 흐름에서 발생되는 난류의 유동을 층류로 바꾸고 유속을 증가시키는 조류발전용 난류제어 덕트에 관한 것이다.
일반적으로, 바닷물을 이용하여 전력을 생산하는 해양에너지는 그 방법에 따라 파력발전, 조력발전, 조류발전 및 해양온도차발전 등으로 나뉘게 된다. 이중 조류발전은 밀물과 썰물로 생기는 조류를 이용해 전력을 생산하는 방식으로 조류 발전 장치는 해수 및 하천 등의 유속이 비교적 큰 장소에 설치되어 유체 흐름 에너지에 의하여 터빈을 회전시켜 운동 에너지로 전환하고 이를 다시 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
상기와 같은 조류 발전 장치는 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에서 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식이기 때문에 조류가 집중되어 유속이 증폭되는 섬이나 해저지형에 설치되게 된다. 또한 밀물과 썰물에 의해 주기적으로 일어나는 해수의 흐름인 조류를 이용하는데 있어서 대조기, 중조기, 소조기에 따라 조류의 방향과 유속이 집중되는 환경의 변화에 대응할 수 있도록 고려되고 조류 발전 장치의 구성에 따라 발전효율이 결정될 수 있다. 특히 덕트의 구성은 해류의 유입, 유출 각도를 통해 조류발전 터빈으로 입사하는 유속을 집중화시키는 기능을 제공한다.
또한 조류의 흐름은 불규칙하게 시간적이나 공간적으로 불규칙한 운동을 하면서 흘러갈 수 있어 이에 대한 물체의 저항이 높아지며 블레이드의 회전력을 안정적으로 발생시킬 수 없게 되고, 조류 발전 장치가 설치된 구역에서는 발전 장치 블레이드가 회전할 시 난류가 발생될 수 있어 이를 회피하기 위한 설치 간격이 고려되어야 하는 물리적인 설치 제약이 발생될 수 있다.
이를 해결하기 위하여 대한민국 공개등록특허공보 제10-2012-0075253호에서는 본 명세서의 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 해저면에 설치된 타워와 상기 타워 상단에 좌우로 회동 가능하게 설치된 나셀과 상기 나셀 일단에 회전 가능하게 설치된 하나 이상의 블레이드를 포함하는 조류발전기 및 상기 조류발전기의 블레이드에서 발생된 난류를 층류로 전환하기 위해 복수의 격자형 홈을 가지며 상기 블레이드 후방에 설치된 난류저감부를 포함하는 난류발생저감장치를 이용한 조류발전시스템이 게시되어 있다.
그러나 이 같은 구성은 블레이드 회전 시 발생되는 난류를 층류로 전환시켜 조류 발전기 간의 설치 간격을 줄일 수 있는 효과를 제공할 수는 있지만 난류 저감부가 블레이드 후방에 설치되는 구성으로 조류 자체에서 발생되는 난류에 대해서 이를 1차적으로 받아들이는 블레이드는 규칙적이고 안정적인 층류로 전환시킬 수 없고 이로 인해 효율적인 발전을 이루기에는 한계가 있다. 또한 구성 특성상 조류의 상태에 따라 비교적 낮은 유속이 발생 시 정지마찰력을 극복할 수 있는 만큼의 회전력을 획득하기 어려운 한계가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0075253호(2012.07.06)
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 조류 발전 장치를 포함하는 덕트 전면부에 구비되는 익형팬을 이용하여 덕트 내로 입사하는 해수의 흐름을 규칙적인 층류로 전환하며 유속을 증가시키고 또한 덕트 중간부분의 오목화한 형상을 통해서 터빈으로 입사하는 유체의 속력을 증폭시킬 수 있는 조류발전용 난류제어 덕트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 조류발전용 난류제어 덕트에 있어서,
내부에 터빈과 너셀이 구성되고 상기 너셀에 결합되는 고정파일이 구비되며 전후에 개구부가 구비되는 원통 형상의 덕트로 구성되고, 상기 덕트의 전면에 구비되는 익형팬체결구와 결합하는 적어도 두개 이상의 익형팬이 구성되는 장치이다.
본 발명의 다른 특징으로는 상기 익형팬체결구는 상기 터빈 중심부를 지향하도록 일렬의 등간격으로 적어도 두개 이상으로 구비되되, 상기 덕트 전면 개구부의 중심부를 기준으로 대칭되게 구성되고 익형팬은 상기 덕트 전면 개구부의 중심부를 기준으로 종렬로 대칭되게 구성된다.
본 발명의 또 다른 특징으로 상기 덕트는 가운데 부분이 오목하게 들어가는 원통 형상으로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 조류발전용 난류제어 덕트는 덕트 전면부에 구비되는 익형팬을 통해 덕트 내로 입사하는 해수의 흐름을 규칙적인 층류로 전환하면서 유속을 증가시켜 블레이드를 안정적으로 회전시킬 수 있고 또한 덕트 중간부분의 오목화한 형상을 통해서 터빈으로 입사하는 유체의 속력을 증폭시켜 발전 효율을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
물리적으로 발전 장치를 설치하는 공간에 있어서 주변 발전 장치의 블레이드 회전으로 발생될 수 있는 난류의 영향을 최소화할 수 있어 좁은 지역에서도 제약을 받지 않고 조류 발전 장치 설치 집중도를 높일 수 있다.
도 1은 기존의 난류발생저감장치를 이용한 조류발전시스템 도면.
도 2는 본 발명에 따른 조류발전용 난류제어 덕트 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 조류발전용 난류제어 덕트 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 조류발전용 난류제어 덕트 전면 내부 구성도.
빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에서 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식인 조류 발전 장치는 조류가 집중되어 유속이 증폭되는 섬이나 해저지형에 설치되게 된다. 이로 인해 조류의 흐름이 시간적이나 공간적으로 불규칙한 운동으로 발생 시 터빈에 구성되는 블레이드에 저항이 높아지게 되어 물리적인 파손이 발생될 수 있고 회전력을 발생시킬 수 있는 에너지를 균일하게 제공받기 어려울 수 있다. 이같은 문제를 해결하고 또한 조류 발전 장치가 설치된 구역에서 블레이드가 회전할 시 발생될 수 있는 난류에 의해 물리적인 설치 제약을 회피할 수 있는 장치가 아래와 같이 제시된다.
도 2는 본 발명에 따른 조류발전용 난류제어 덕트 사시도이고 도 3 내지 도 4는 정면도 및 덕트 전면 내부 구성도로서, 이를 참고하여 본원발명의 상세 구성을 설명하면 하기와 같다.
조류발전용 난류제어 덕트에 있어서, 내부에 터빈(11)과 너셀(12)이 구성되고 상기 너셀(12)에 결합되는 고정파일(번호미도시)이 구비되며 전후에 개구부가 구비되는 원통 형상의 덕트(10);로 구성되고, 상기 덕트(10)의 전면에 구비되는 익형팬체결구(14)와 결합하는 적어도 두개 이상의 익형팬(15)이 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 난류제어 덕트이다.
상기 익형팬체결구(14)는 상기 터빈(11) 중심부를 지향하도록 일렬의 등간격으로 적어도 두개 이상으로 구비되되, 상기 덕트(10) 전면 개구부의 중심부를 기준으로 대칭되게 구성되고 상기 익형팬(15)은 상기 덕트(10) 전면 개구부의 중심부를 기준으로 종렬로 대칭되게 구성된다.
상기 덕트(10)는 가운데 부분이 오목하게 들어가는 원통 형상을 가지게 하여 전면부로 들어오는 유체의 흐름이 좁아지는 부분을 통과하여 속도가 증가될 수 있고 이를 통해 발전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이 덕트 전면부에 구비되는 익형팬을 통해 덕트 내로 입사하는 해수의 흐름을 규칙적인 층류로 전환하면서 유속을 증가시켜 블레이드를 안정적으로 회전시킬 수 있고 또한 덕트 중간부분의 오목화한 형상을 통해서 터빈으로 입사하는 유체의 속력을 증폭시켜 발전 효율을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
또한 발전 장치를 설치함에 있어 주변 발전 장치의 블레이드 회전으로 발생될 수 있는 난류의 영향을 최소화할 수 있어 좁은 지역에서도 제약을 받지 않고 조류 발전 장치 설치 집중도를 높일 수 있다.
본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10. 덕트 11. 터빈
12. 너셀 고정파일(번호미도시)
14. 익형팬체결구 15. 익형팬

Claims (4)

  1. 내부에 터빈(11)과 너셀(12)이 고정파일에 결합되는 조류발전용 난류제어 덕트에 있어서,
    상기 고정파일 전후에 개구부가 구비되는 원통 형상의 덕트(10)가 구성되되 상기한 덕트(10)는 가운데 부분이 오목하게 들어가는 원통 형상을 갖고,
    상기 덕트(10)의 전면에는 상기 터빈(11) 중심부를 지향하도록 일렬의 등간격으로 적어도 두개 이상으로 구비되되, 상기 덕트(10) 전면 개구부의 중심부를 기준으로 대칭되게 익형팬체결구(14)가 구비되고,
    상기 익형팬체결구(14)와 결합하는 적어도 두개 이상의 익형팬(15)이 상기 덕트(10) 전면 개구부의 중심부를 기준으로 종렬로 대칭되게 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 난류제어 덕트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001132607A (ja) * 1999-11-10 2001-05-18 Ntt Docomo Hokkaido Inc 水力発電装置
KR20070058620A (ko) * 2004-09-17 2007-06-08 클린 커런트 파워 시스템즈 인코포레이티드 수중 터빈 발전기를 위한 흐름 개선 장치
KR20120075253A (ko) 2010-12-28 2012-07-06 재단법인 포항산업과학연구원 난류발생저감장치를 이용한 조류발전시스템

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