KR102142212B1 - 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

조류 발전 장치가 제공된다. 구체적으로, 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치에 관한 것으로, 서로 이격된 복수개의 부유체 사이에 연결되도록 배치되는 회전축, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 조류에 의해 회전하면서 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하는, 다수의 면적가변형 날개부, 한 쌍이 서로 이격공간을 형성하며 배치되고, 상기 이격공간에 상기 다수의 면적가변형 날개부가 구비되어 연동회전하며, 상기 면적가변형 날개부의 면적가변을 안내하기 위한 가이드홈을 구비하는 복수개의 회전원판, 상기 면적가변형 날개부가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 구속하면서 상기 면적가변형 날개부의 확장 전개 및 복귀를 제한하는 날개위치제어부 및 상기 복수개의 부유체의 일측에 배치되며, 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축의 회전에 의해 전자기력을 발생시키는 발전부를 포함하며, 상기 면적가변형 날개부는, 상기 복수개의 회전원판의 내측벽에 양단부가 각각 부착된 고정날개, 및 상기 가이드홈 내에서 직선왕복운동이 가능하도록 끼움결합되어 상기 이격공간을 선택적으로 구획하는 확장날개로 구성되고, 상기 날개위치제어부는, 실, 사슬, 및 탄성을 갖는 고분자물질 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되며, 상기 날개위치제어부의 일단은 상기 확장날개에 연결되고, 상기 날개위치제어부의 타단은 상기 회전축 또는 상기 회전축을 중심으로 상기 확장날개와 대향하도록 배치된 또 다른 확장날개에 연결되어, 상기 면적가변형 날개부의 회전력 증가를 통해 장치의 발전량을 향상시킬 수 있다.

Description

면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치{TIDAL CURRENT POWER GENERATION APPARATUS COMPRISING WINGS WITH VARIABLE SURFACE}
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하면서 면적가변이 가능한 날개부를 구비하여 높은 발전량을 구현할 수 있는 조류 발전 장치에 관한 것이다.
조류 발전(tidal current power generation)은 조수간만의 차에 따른 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 방법으로, 태양에너지, 풍력에너지 및 지열에너지 등과 함께 환경을 오염시키는 화력 발전이나 원자력 발전을 대체할 수 있는 차세대 청정에너지원으로 주목받고 있다. 조류 발전 장치의 발전량은 해수의 유속이나 발전기의 효율에 의해 좌우되며, 이로 인해 대부분의 조류 발전 장치들은 조류 흐름의 특징이 확연히 나타나는 리아스식 해안(rias coast)을 가진 서해안과 남해안에 주로 설치되고 있다. 상세하게는, 조류 발전 장치는 유속이 빠른 지역에 설치하는 것이 발전량 향상에 있어 유리하나, 유속이 빠를수록 설치가 용이하지 않아 일반적으로 대규모의 설비가 요구되는 경우가 많다. 구체적으로, 이와 관련한 선행기술1(대한민국 등록특허 제10-1026572호)은 선박의 가운데에 수로를 형성하고, 조류의 움직임에 따라 회전하는 다수의 프로펠러를 수면 아래에 잠기도록 하여 발전장치 내부에 상하 좌우 방향으로 배치하는 조류발전 선박에 대해 개시하고 있다. 이러한 선박은 조류의 세기가 센 해역으로 용이하게 이동하여 발전 가능한 특징이 있으나, 프로펠러가 수중에 전부 잠기므로 물에 의한 마찰저항을 줄이는 것이 용이하지 않으며, 복잡한 구조로 설치비용 및 유지비용이 높아 실제 적용되기 어렵다.
이에, 가정이나 중소기업에서도 간단하게 설치하여 사용할 수 있는 소규모 발전설비 또는 장치의 발전효율을 높이기 위한 개발이 꾸준히 이루어지고 있다. 이와 관련한 선행기술2(대한민국 등록특허 제10-1756108호)는 조류 방향의 역방향에 해당되는 경우 보조수차 날개가 접히도록 구비되어, 조류 방향이 바뀌어도 일정한 전력생산이 가능한 수중발전 장치에 대해 개시하고 있다. 그러나, 이러한 구조는 조류력이 가해져 발전량을 높일 수 있는 조류방향에 해당되는 날개의 면적이 한정적이며, 수차 날개가 회전축에 힌지 결합되어 있어 힌지에 의해 날개가 지지되므로, 빠른 유속을 갖는 조류력이 강한 해역에 적용하는 데에는 한계가 있어, 개선이 필요하다.
대한민국 등록특허 제10-1026572호 대한민국 등록특허 제10-1756108호
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 회전시 조류력이 가해지는 날개의 면적을 최대화하여 발전량을 높일 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명은 회전시 조류력이 가해지지 않는 날개의 면적은 최소화하여 이러한 날개에 가해지는 바람 등의 저항에 의한 발전량 손실을 줄일 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 데에 있다.
아울러, 본 발명은 조류방향에 관계없이 지속적인 조류 발전이 가능하면서도 조류력을 최대화할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명은 간단한 구조를 통해 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 데에 있다.
덧붙여, 본 발명은 날개의 면적이 가변하는 과정 중에도 날개를 안정적으로 지지 가능하며 효과적으로 작동할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 서로 이격된 복수개의 부유체 사이에 연결되도록 배치되는 회전축, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 조류에 의해 회전하면서 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하는, 다수의 면적가변형 날개부, 한 쌍이 서로 이격공간을 형성하며 배치되고, 상기 이격공간에 상기 다수의 면적가변형 날개부가 구비되어 연동회전하며, 상기 면적가변형 날개부의 면적가변을 안내하기 위한 가이드홈을 구비하는 복수개의 회전원판, 상기 면적가변형 날개부가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 구속하면서 상기 면적가변형 날개부의 확장 전개 및 복귀를 제한하는 날개위치제어부 및 상기 복수개의 부유체의 일측에 배치되며, 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축의 회전에 의해 전자기력을 발생시키는 발전부를 포함하며, 상기 면적가변형 날개부는, 상기 복수개의 회전원판의 내측벽에 양단부가 각각 부착된 고정날개 및 상기 가이드홈 내에서 직선왕복운동이 가능하도록 끼움결합되어 상기 이격공간을 선택적으로 구획하는 확장날개로 구성되고, 상기 날개위치제어부는, 실, 사슬, 및 탄성을 갖는 고분자물질 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되며, 상기 날개위치제어부의 일단은 상기 확장날개에 연결되고, 상기 날개위치제어부의 타단은 상기 회전축 또는 상기 회전축을 중심으로 상기 확장날개와 대향하도록 배치된 또 다른 확장날개에 연결되는 것인, 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 제공할 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 날개위치제어부는 상기 회전원판의 일측에 하나 이상 배치되며, 상기 확장날개가 상기 가이드홈을 따라 직선왕복운동하는 범위를 제한하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 면적가변형 날개부는 상기 확장날개의 두께보다 큰 폭을 가지고, 상기 확장날개와 교차하도록 결합되어, 확장 전개된 상태로 회전시 가해지는 조류력을 최대화하기 위한 회전력강화부재를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 조류 발전 장치는 조류력이 가해지는 영역에 위치하는 경우 확장날개가 조류 및 중력에 의해 확장 전개되면서 조류력을 받을 수 있는 면적을 넓혀 회전력 및 회전수 증가를 통해 장치의 발전량을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 조류 발전 장치는 회전시 조류력이 가해지지 않는 날개의 면적을 최소화하여 이러한 날개에 가해지는 바람 등의 저항을 낮춰 장치의 발전량 손실을 줄일 수 있다.
아울러, 본 발명의 조류 발전 장치는 확장날개에 회전력강화부재를 구비하여 조류방향에 관계없이 조류 발전이 가능하므로 조류의 흐름이 있는 다양한 해역에 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 조류 발전 장치는 확장날개 및 회전력강화부재 사이에 조류력이 가해지면 일시적으로 날개부에 물의 무게가 더해져 확장 전개된 면적가변형 날개부에 무게중심이 편중되면서 회전력을 높일 수 있다.
덧붙여, 본 발명의 조류 발전 장치는 고정날개가 회전원판에 부착되고 확장날개만 선택적으로 확장 전개 및 복귀되는 구조를 통해 날개의 면적이 가변하는 중에도 안정적으로 지지되며 작동할 수 있어, 조류가 강한 해역에도 적용 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 조류 발전 장치는 간단한 구조로 설계되어 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있어 관련분야에 적극 활용될 것으로 기대된다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치가 해역에 설치된 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치의 면적가변형 날개부가 선택적으로 확장 전개 및 복귀시의 위치변화를 도시한 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것이다. 조류는 조석에 의해 만조와 간조가 생성되는 해수의 높이 차이에 의해 물의 흐름이 생기는 것을 의미하며, 본 발명은 이러한 조류에 의해 날개부가 회전되면서 이러한 회전에너지를 전기(전력)에너지로 전환시키는 조류 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명의 조류 발전 장치는 조류가 있는 해역에 주로 사용되나, 날개가 회전할 수 있는 정도로 물의 지속적인 흐름을 갖는 곳에서도 응용될 수 있다. 본 명세서에서 조류력은 조류에 의해 가해지는 힘을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치가 해역에 설치된 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치의 면적가변형 날개부가 선택적으로 확장 전개 및 복귀시의 위치변화를 도시한 측단면도이다.
본 발명은 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치를 제공하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치는 서로 이격된 복수개의 부유체 사이에 연결되도록 배치되는 회전축, 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 조류에 의해 회전하면서 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하는, 다수의 면적가변형 날개부, 한 쌍이 서로 이격공간을 형성하며 배치되고, 상기 이격공간에 상기 다수의 면적가변형 날개부가 구비되어 연동회전하며, 상기 면적가변형 날개부의 면적가변을 안내하기 위한 가이드홈을 구비하는 복수개의 회전원판, 상기 면적가변형 날개부가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 구속하면서 상기 면적가변형 날개부의 확장 전개 및 복귀를 제한하는 날개위치제어부 및 상기 복수개의 부유체의 일측에 배치되며, 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축의 회전에 의해 전자기력을 발생시키는 발전부를 포함하는 것일 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 조류 발전 장치(1)는 원기둥 형상의 회전축(100)이 상기 복수개의 회전원판(300)의 중심부를 관통하여 배치되며, 상기 회전축(100)을 중심으로 상기 면적가변형 날개부(200) 다수개가 방사상으로 배치되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 회전축(100)은 상기 복수개의 회전원판(300)의 중심축에 해당하는 관통홀에 결합되어 상기 복수개의 회전원판(300)과 함께 일체로 회전하는 것일 수 있다.
상기 회전축(100)은 상기 복수개의 회전원판(300)과 일체로 회전하면서 생성하는 회전에너지를 상기 발전부(500)에 전달할 수 있다. 이를 위하여, 상기 회전축(100)의 양단부가 상기 복수개의 회전원판(300)의 관통홀을 관통하여 상기 복수개의 회전원판(300)의 외측으로 각각 돌출되도록 배치되는 것일 수 있다. 상기 복수개의 회전원판(300)의 외측벽으로부터 외부로 돌출된, 상기 회전축(100)의 양단부는 상기 발전부(500)의 일측과 연결되는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 복수개의 회전원판(300)의 외측으로 돌출된 상기 회전축(100)의 양단부에는 베어링(bearing)이 구비될 수 있으며, 상기 복수개의 회전원판(300)과 일체로 회전하는 회전축(100)이 안정적으로 회전할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 회전축(100)에는 기어박스 등이 연결되어, 상기 회전축(100)이 생성하는 회전에너지를 상기 발전부(500)에 용이하게 전달할 수 있다.
구체적으로, 도 1과 같이, 본 발명의 조류 발전 장치(1)의 상기 발전부(500)는 상기 부유체(50)의 일측에 배치되며, 상기 회전축(100)은 서로 이격된 복수개의 부유체(50) 사이에 구비되어 상기 부유체(50)에 의해 지지되면서 상기 부유체(50)의 일측에 배치된 상기 발전부(500)와 연결되는 것일 수 있다. 상기 회전축(100)은 상기 부유체(50)에 의해 해수면 위에 위치하도록 부유되는 것일 수 있다. 상기 발전부(500)는 상기 회전축(100)의 회전에너지를 전자기력으로 전환시켜 전기에너지를 생성할 수 있는 통상의 발전장치를 모두 사용할 수 있어, 특별히 한정하지는 않는다.
또한, 본 발명의 조류 발전 장치(1)는 상기 회전축(100)과 함께 상기 부유체(50)에 의해 지지되어 해수면 위에 상기 조류 발전 장치(1)의 일부영역이 일정높이 돌출되도록 부유된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 조류 발전 장치(1)는 상기 회전축(100)과 연결된 상기 복수개의 회전원판(300), 상기 복수개의 회전원판(300)의 내측에 구비되는 상기 다수의 면적가변형 날개부(200) 및 상기 날개위치제어부(400)의 일부영역이 해수면 위에 노출되도록 부유된 상태로 위치되어 조류에 의해 회전하는 것일 수 있다.
본 발명의 조류 발전 장치(1)는 상기 회전축(100)을 중심으로 구성요소들이 해상방향에 위치하는 상부영역과 해저방향에 위치하는 하부영역으로 구분하여 설명할 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 조류 발전 장치(1)는 상기 회전축(100)을 중심으로 상부영역이 해수면 위에 위치하도록 부유되는 것일 수 있다. 설치되는 해역의 특징에 따라 본 발명의 조류 발전 장치(1)의 부유 정도는 달라질 수도 있다.
상기 부유체(50)는 해상에 부유되도록 고정 설치되는 구조체를 의미하는 것으로, 도 1과 같이, 상기 부유체(50)의 일측은 해저 또는 해저방향에 위치한 고정지지물에 의해 부유되도록 지지되는 것일 수 있다. 즉, 상기 부유체(50)는 해저에 일측이 상기 고정지지물에 의해 고정되도록 배치되되, 해수면의 높낮이의 변화에 따라 상기 고정지지물과의 간격이 변화하여, 상기 부유체(50)는 해수면의 높낮이 변화에도 일정 높이 이상 부유되도록 구비는 것일 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 상기 부유체(50)는 바지선 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않으며, 본 발명의 조류 발전 장치(1)를 일정 높이 이상 부유된 상태로 유지시킬 수 있는 모든 부유체를 실시예에 따라 적용할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 조류 발전 장치의 상기 면적가변형 날개부(200)는 다수개로 구비되며, 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)는 날개부의 면적크기가 선택적으로 커지거나 작아질 수 있도록 조절이 가능한 구조를 갖는 것을 의미할 수 있다. 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)는 상기 복수개의 회전원판(300) 사이의 이격공간 내측에, 상기 회전축(100)을 중심으로 방사상으로 배치되어 구비되는 것일 수 있다. 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)의 양측면부의 일측은 상기 복수개의 회전원판(300)의 내측벽에 각각 부착되어 고정지지 되는 것일 수 있다. 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)는 조류에 의해 회전하면서 회전에너지를 생성하며, 생성된 회전에너지는 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)와 연동 회전되는 복수개의 회전원판(300) 및 상기 회전축(100)을 통해 상기 발전부(500)에 전달되는 것일 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)는 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하는 것일 수 있다. 이는, 상기 면적가변형 날개부(200)에 조류의 흐름에 따른 조류력이 가해지고, 가해진 조류력에 의해 상기 면적가변형 날개부(200)가 회전하면서 선택적으로 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)의 일부분이 확장 전개되고, 나머지는 확장 전개되기 이전의 위치로 복귀되는 것을 의미할 수 있다. 상세하게는, 본 발명의 조류 발전 장치가 부유되도록 구비되므로, 상기 다수의 면적가변형 날개부는 일부영역은 해수면 위(상부영역)로, 나머지 영역은 수중(하부영역)에 위치하도록 구비된다. 이에, 상기 다수의 면적가변형 날개부는 상기 회전축을 중심으로 해저방향을 향해 위치하여 조류의 영향을 받는 날개부와, 해상방향을 향해 위치하여 해수면 위로 노출되어 조류의 영향을 받지 않는 날개부로 구분할 수 있다.
전술된 조류의 영향을 받는 면적가변형 날개부는 회전시 조류의 영향을 받을 뿐만 아니라, 회전하는 날개의 무게에 대한 중력이 작용하면서 상기 면적가변형 날개부의 단부가 선택적으로 확장 전개되는 것일 수 있다. 전술된 확장 전개된 면적가변형 날개부는 조류에 의한 회전이 지속되면서 상기 회전축을 중심으로 해상방향을 향해 해수면 위로 올라오게 되고, 상기 복수개의 회전원판(300) 사이의 이격공간의 내측방향으로 중력이 작용하게 되면서 상기 확장 전개되었던 면적가변형 날개부의 단부는 확장 전개되기 이전의 위치로 복귀되는 것일 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 면적가변형 날개부(200)는 상기 복수개의 회전원판(300)의 내측벽에 양단부가 각각 부착된 고정날개(220) 및 상기 가이드홈(310) 내에서 직선왕복운동이 가능하도록 끼움결합되어 상기 이격공간을 선택적으로 구획하는 확장날개(240)로 구성되는 것일 수 있다. 상기 면적가변형 날개부(200)의 고정날개(220)는 상기 복수개의 회전원판(300) 사이의 이격공간 내측에 구비되며 상기 면적가변형 날개부(200)의 내측벽에 양단부가 부착되어 고정되는 것일 수 있다.
상기 고정날개(220)는 상기 이격공간으로 침투되는 조류에 의해 상기 복수개의 회전원판(300)과 함께 회전되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 고정날개(220)는 상기 회전축(100)과 직접적으로 접촉/연결되지 않고, 상기 복수개의 회전원판(300)에 상기 고정날개(220) 및 상기 회전축(100)이 각각 부착되어 상기 고정날개(220)에 가해지는 조류력에 의해 상기 고정날개(220), 상기 복수개의 회전원판(300) 및 상기 회전축(100)이 모두 연동회전하는 것일 수 있다. 이에, 회전시 상기 복수개의 회전원판(300)에 부착된 고정날개(220)와 상기 복수개의 회전원판(300)에 부착된 상기 회전축(100) 사이에 잔존할 수 있는 조류에 포함된 이물질이나 부유물들은 상기 고정날개(220) 및 상기 회전축(100) 사이로 용이하게 배출될 수 있다.
상기 확장날개(240)는 상기 복수개의 회전원판(300) 사이의 이격공간의 내측에 구비되며, 상기 복수개의 회전원판(300)의 내측벽에 구비된 가이드홈(310) 내에 끼움결합되어 상기 가이드홈(310)을 따라 직선왕복운동하며 선택적으로 확장 전개 및 복귀되는 것일 수 있다. 상기 확장날개(240)는 일면이 상기 고정날개(220)의 일면과 일정 간격을 두고 대응되는 위치에 배치되었다가(복귀 상태), 상기 회전축(100)을 중심으로 해저방향으로 위치하게 되어 조류의 영향을 받게 되면 가해지는 조류 및 회전시 위치변화된 날개에 작용하는 중력에 의해 상기 고정날개(220)의 일면으로부터 면적이 확장되도록 확장 전개되는 것일 수 있다.
상세하게는, 상기 회전축(100)을 중심으로 하단부에 배치된 상기 면적가변형 날개부(200)의 확장날개(240)가 상기 고정날개(220)의 일단부로부터 확장되도록 직선왕복운동하여 상기 확장날개(240)의 말단부가 상기 회전원판(300)의 외주연에 위치되는 것일 수 있다. 이에, 상기 복수개의 회전원판(300) 사이의 이격공간이 확장 전개된 확장날개(240)에 의해 선택적으로 구획될 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 조류 발전 장치는 조류력이 가해지는 영역에 위치하는 경우 확장날개가 조류 및 중력에 의해 확장 전개되면서 조류력을 받을 수 있는 면적을 넓혀 회전력 및 회전수 증가를 통해 장치의 발전량을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 면적가변형 날개부(200)의 확장 전개시 상기 확장날개(240)의 일단부는 상기 고정날개(220)의 일단부와 겹쳐지도록 위치하는 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 확장날개(240)의 직선왕복운동을 위해 상기 고정날개(220) 및 상기 확장날개(240)가 다소 작은 크기의 일정 간격을 두고 서로 이격하여 배치되므로, 복귀상태의 상기 고정날개(220) 및 상기 확장날개(240)는 접촉되지는 않는 것일 수 있다. 그러나, 상기 확장날개(240)의 확장 전개시 상기 확장날개(240)의 내측방향에 위치한 일단부가 상기 고정날개(220)의 외측방향에 위치한 일단부와 일부분이 겹쳐지도록 상기 확장날개(240)의 확장범위를 설정함으로써, 상기 고정날개(220) 및 상기 확장날개(240)에 가해지는 조류에 대해 상기 고정날개(220) 및 상기 확장날개(240)로 이루어진 상기 면적가변형 날개부(200)가 하나의 작용면으로 기능할 수 있도록 구성할 수 있다. 즉, 면적이 확장된 상기 면적가변형 날개부(200)가 하나의 작용면으로 조류의 영향을 받을 수 있어, 장치 전체의 회전력 및 회전수 증가를 구현할 수 있다.
아울러, 전술된 구조를 통해 상기 확장 전개된 확장날개(240)는 상기 복수개의 회전원판(300)에 부착되어 지지되고 있는 고정날개(220)에 의해서도 지지될 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 조류 발전 장치는 상기 고정날개(220)가 상기 복수개의 회전원판(300)에 부착되고 상기 확장날개(240)만 선택적으로 확장 전개 및 복귀되는 구조를 통해 상기 면적가변형 날개부(200)의 면적이 가변하는 중에도 안정적으로 지지되며 작동할 수 있어, 조류가 강한 해역에도 적용 가능할 수 있다.
또한, 상기 회전축(100)을 중심으로 해상방향에 위치하여 조류의 영향을 받지 않는 면적가변형 날개부(200)의 확장날개(240)는 중력에 의해 복귀되고, 조류의 영향을 받는 영역에 위치할 때까지 복귀된 상태를 유지하게 된다. 구체적으로 이는, 본 발명의 조류 발전 장치(1)가 상기 면적가변형 날개부(200) 및 상기 복수개의 회전원판(300)의 상부영역 일측이 부유되도록 구비되므로, 상기 회전축(100)을 중심으로 해상방향에 위치하여 조류의 영향을 받지 않는 면적가변형 날개부(200)에서 생성되는 해수면 위에 존재하는 바람에 의한 저항을 최소화하기 위한 것일 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 조류의 영향을 받지 않는 면적가변형 날개부(200)의 확장날개(240)가 복귀된 상태가 유지되도록 하여 회전시 일시적으로 해상방향에 위치할 때, 상기 면적가변형 날개부(200)의 전체 면적을 상기 고정날개(220)의 면적 크기 정도로 최소화시킴으로써, 조류의 영향을 받지 않는 면적가변형 날개부(200)에 가해지는 바람 등의 저항에 의한 장치의 발전량 손실을 줄일 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 복수개의 회전원판(300)은 원형 둘레를 갖는 원판으로, 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)가 조류에 의해 안정적으로 회전할 수 있도록 상기 다수의 면적가변형 날개부(200)의 측면보호판으로써 기능하는 것일 수 있다. 상기 복수개의 회전원판(300)은 상기 면적가변형 날개부(200)의 폭만큼 이격하여 배치되며, 상기 복수개의 회전원판(300)의 내측벽에는 상기 면적가변형 날개부(200)의 확장날개(240)가 확장 전개 및 복귀할 수 있도록 면적가변을 안내할 수 있는 가이드홈(310)이 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 가이드홈(310)은 상기 고정날개(220)의 내측단부가 위치한 영역으로부터 상기 복수개의 회전원판(300)의 둘레까지의 길이를 갖도록 형성하는 것일 수 있다. 상기 가이드홈(310)의 길이는 확장날개(240)의 확장 전개 및 복귀되는 범위에 따라 적절하게 조절하여 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 조류 발전 장치의 날개위치제어부는 상기 면적가변형 날개부가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 구속하기 위해 구비하는 것일 수 있다. 또한, 상기 날개위치제어부는 상기 면적가변형 날개부의 확장 전개 및 복귀를 제한하는 것일 수 있으며, 실시예에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 날개위치제어부는 실, 사슬, 및 탄성을 갖는 고분자물질 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되며, 상기 날개위치제어부의 일단은 상기 확장날개에 연결되고, 상기 날개위치제어부의 타단은 상기 회전축 또는 상기 회전축을 중심으로 상기 확장날개와 대향하도록 배치된 또다른 확장날개에 연결되는 것일 수 있다.
도 2는 상기 날개위치제어부의 일 실시예로, 상기 날개위치제어부(410)로 실을 사용하여, 일단은 상기 확장날개(240)의 내측단부에 연결하고, 타단은 상기 회전축(100)에 연결하는 것일 수 있다. 이에, 상기 날개위치제어부(410)는 상기 확장날개(240)의 확장전개시 상기 날개위치제어부(410)의 타단이 연결된 상기 회전축(100)에 의해 상기 확장날개(240)를 지지시키고, 상기 확장날개(240)가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 상기 확장날개(240)의 확장 범위를 제한하는 것일 수 있다.
도 5는 상기 날개위치제어부의 다른 실시예로, 상기 날개위치제어부(410)인 실의 일단은 상기 제1 확장날개(241)의 내측단부에 연결하고, 타단은 상기 회전축(100)을 중심으로 상기 제1 확장날개(241)와 대향하도록 배치된 또다른 제2 확장날개(244)에 연결되는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 확장날개(241) 및 상기 제2 확장날개(244)가 상기 날개위치제어부(410)에 의해 연결될 수 있다.
구체적으로 예를 들어, 상기 제1 확장날개(241)가 조류에 의해 회전하면서 조류 및 중력에 의해 확장 전개되면, 상기 제1 확장날개(241)와 연결된 상기 제2 확장날개(244)는 대향된 위치에 배치되어 있어 중력에 의해 복귀되도록 작동될 것이다. 이 때, 전술된 구조에 의해 상기 제1 확장날개(241)가 확장 전개되면서 하부 방향으로 가해지는 힘은 상기 제2 확장날개(244)를 하부방향으로 당겨지도록 하여 상기 제2 확장날개(244)의 복귀가 더욱 원활하게 이뤄질 수 있도록 도울 수 있다. 또한, 확장 전개된 상기 제1 확장날개(241)는 확장 전개된 상태로 조류력이 가해지게 되는데, 상기 제2 확장날개(244)와 상기 날개위치제어부(410)로 연결되어 있으므로 상기 제2 확장날개(244)에 의해 일부 지지될 수 있어, 유속이 빠른 해역에서의 강한 조류력이 가해지는 경우에도 확장전개된 상태를 용이하게 유지할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 날개위치제어부는 상기 회전원판의 일측에 하나 이상 배치되며, 상기 확장날개가 상기 가이드홈을 따라 직선왕복운동하는 범위를 제한하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 날개위치제어부는 상기 회전원판에 구비된 가이드홈의 단부, 또는 상기 가이드홈이 구비된 상기 회전원판의 둘레의 일측에 구비되는 것일 수 있다. 상기 날개위치제어부는 상기 면적가변형 날개부가 확장 전개 및 복귀되면서 가해지는 충격에도 변형되지 않는 재질로 이루어지는 것일 수 있으며, 크기 및 형태는 상기 가이드홈의 홈깊이보다 큰 폭을 가지도록 구비하는 것일 수 있다.
도 4는 상기 날개위치제어부의 또다른 예를 도시한 것으로, 상기 날개위치제어부(430)는 상기 가이드홈(310)이 형성된 상기 회전원판(300)의 둘레의 일측에 상기 가이드홈(310)이 막히도록 블록(blaock) 형태로 배치되는 것일 수 있다. 또한, 자세히 도시되지 않았으나, 상기 날개위치제어부(430)는 상기 가이드홈(310)의 시작점인 타단부에도 배치되는 것일 수 있다. 즉, 상기 날개위치제어부(430)는 상기 확장날개(240)가 직선왕복운동하는 범위의 양측단부에 배치되어 상기 확장날개(240)가 직선왕복운동하는 범위를 제한할 수 있으며, 또한, 상기 날개위치제어부(430)는 상기 가이드홈(310)을 따라 상기 확장날개(240)의 확장 전개 및 복귀시 상기 가이드홈(310)의 단부에 가해지는 충격을 완화 또는 흡수할 수 있어, 상기 가이드홈(310)의 단부의 형태가 변형되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 확장날개의 두께보다 큰 폭을 가지고, 상기 확장날개와 교차하도록 결합되어, 확장 전개된 상태로 회전시 가해지는 조류력을 최대화하기 위한 회전력강화부재를 더 포함하는 것일 수 있다. 도 5는 상기 회전력강화부재가 구비된 일 실시예를 도시한 것으로, 상기 확장날개(240)의 외측단부에 상기 회전력강화부재(600)가 구비됨으로써, 마치 상기 확장날개(240)의 단부가 좌우로 일정 크기만큼 신장되어 받침대를 형성한 구조를 갖게 되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 회전력강화부재(600)는 상기 가이드홈(310)을 따라 확장 전개 및 복귀되는 상기 확장날개(240)의 직선왕복운동에 간섭되지 않는 범위에서, 상기 확장날개(240)의 측면단부에 형성되는 것일 수 있다.
상기 확장날개(240)가 확장 전개된 상태로 조류에 의해 회전하면서 상기 확장날개(240)의 일면에는 조류력이 가해지게 된다. 이 때, 상기 회전력강화부재(600)와 상기 확장날개(240) 사이에 일시적으로 해수가 수용되면서 물의 물게가 상기 확장날개(240)를 구비한 면적가변형 날개부(200)에 더해지게 되고, 상기 면적가변형 날개부(200)로 무게중심이 편중되면서 가해지는 조류력에 의해 상기 면적가변형 날개부(200)의 회전력이 높아질 수 있다. 높아진 회전력은 장치 전체의 회전수를 증가시켜 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회전력강화부재(600)는 곡률을 갖도록 구비되는 것일 수 있으며, 상기 곡률을 갖는 회전력강화부재(600)가 상기 면적가변형 날개부(200)에 의해 회전하는 범위는 상기 회전원판(300)의 둘레와 대응되는 것일 수 있다. 이러한 곡률을 갖는 회전력강화부재(600)는 일시적으로 상기 회전력강화부재(600) 및 상기 확장날개(240) 사이에 물을 더욱 효과적으로 수용할 수 있어, 전술된 효과가 극대화될 수 있다.
또한, 상기 면적가변형 날개부(200)가 일 방향으로 회전하면서 상기 확장날개(240)에 조류력이 가해지는 각도는 변화하게 되고, 이에, 상기 확장날개(240)가 해수면에 가까워질수록 조류의 영향이 낮아지게 된다. 이 때, 일부 회전된 상기 확장날개(240)의 단부에 구비된 상기 회전력강화부재(600)의 상부면에 조류력이 수직으로 가해질 수 있어, 회전력은 더욱 증가될 수 있다.
아울러, 상기 회전력강화부재(600)는 상기 확장날개(240)의 두께보다 큰 폭을 가지며 상기 확장날개(240) 단부의 좌우방향으로 구비되므로, 조류방향에 관계없이 조류 발전이 가능할 수 있어, 조류의 흐름이 있는 다양한 해역에 용이하게 적용할 수 있다. 상기와 같이, 본 발명의 조류 발전 장치는 간단한 구조로 설계되어 설치비용 및 유지비용을 절감할 수 있어 관련분야에 적극 활용될 것으로 기대된다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 면적가변형 조류 발전 장치
50: 부유체 100: 회전축
200: 면적가변형 날개부 220, 221, 224: 고정날개
240, 241, 244: 확장 날개 300: 회전원판
310: 가이드홈 410, 430: 날개위치제어부
500: 발전부 600: 회전력강화부재

Claims (5)

  1. 서로 이격된 복수개의 부유체 사이에 연결되도록 배치되는 회전축;
    상기 회전축을 중심으로 방사상으로 배치되어 조류에 의해 회전하면서 조류 및 중력에 의해 선택적으로 확장 전개 및 복귀하는, 다수의 면적가변형 날개부;
    한 쌍이 서로 이격공간을 형성하며 배치되고, 상기 이격공간에 상기 다수의 면적가변형 날개부가 구비되어 연동회전하며, 상기 면적가변형 날개부의 면적가변을 안내하기 위한 가이드홈을 구비하는 복수개의 회전원판;
    상기 면적가변형 날개부가 상기 이격공간 외부로 돌출되지 않도록 구속하면서 상기 면적가변형 날개부의 확장 전개 및 복귀를 제한하는 날개위치제어부; 및
    상기 복수개의 부유체의 일측에 배치되며, 상기 회전축과 연결되어 상기 회전축의 회전에 의해 전자기력을 발생시키는 발전부를 포함하며,
    상기 면적가변형 날개부는,
    상기 복수개의 회전원판의 내측벽에 양단부가 각각 부착된 고정날개; 및
    상기 가이드홈 내에서 직선왕복운동이 가능하도록 끼움결합되어 상기 이격공간을 선택적으로 구획하는 확장날개;로 구성되고,
    상기 날개위치제어부는, 실, 사슬, 및 탄성을 갖는 고분자물질 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 구성되며,
    상기 날개위치제어부의 일단은 상기 확장날개에 연결되고,
    상기 날개위치제어부의 타단은 상기 회전축 또는 상기 회전축을 중심으로 상기 확장날개와 대향하도록 배치된 또 다른 확장날개에 연결되는 것인, 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 날개위치제어부는 상기 회전원판의 일측에 하나 이상 배치되며, 상기 확장날개가 상기 가이드홈을 따라 직선왕복운동하는 범위를 제한하는 것인, 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 면적가변형 날개부는,
    상기 확장날개의 두께보다 큰 폭을 가지고, 상기 확장날개와 교차하도록 결합되어, 확장 전개된 상태로 회전시 가해지는 조류력을 최대화하기 위한 회전력강화부재를 더 포함하는 것인, 면적가변형 날개부를 갖는 조류 발전 장치.
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