KR102209203B1 - 조류 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설비의 일부를 육지에 설치하도록 함으로써, 설치비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 조수간만의 차에 의해 해수면의 높이가 달라지더라도 조류에 의한 동력을 육지의 발전기에 안정적으로 전달할 수 있는 조류 발전 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 육지에 설치되는 발전기와, 바다에 설치되어 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부와, 상기 에너지 변환부에서 생성된 동력을 발전기로 전달하는 동력 전달부를 포함하여 이루어지고,여기서, 상기 동력 전달부는 발전기에 설치되는 제1샤프트와, 상기 에너지 변환부에 설치되는 제2샤프트와, 상기 제1,2샤프트를 연결하되 길이가 가변되는 연결 샤프트와, 상기 연결 샤프트와 제1,2샤프트를 연결하는 관절부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

조류 발전 장치{a tidal stream generetor}
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설비의 일부를 육지에 설치하도록 함으로써, 설치비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 조수간만의 차에 의해 해수면의 높이가 달라지더라도 조류에 의한 동력을 육지의 발전기에 안정적으로 전달할 수 있는 조류 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 발전하는 발전장치는 석탄이나 석유를 이용한 화력발전장치, 우라늄을 이용한 원자력발전장치 및 수력 발전장치 등이 있다.
이러한 발전장치 중에 환경을 오염시키지 않으며 별도의 자원이 소요되지 않고 자연의 에너지를 전기에너지로 발전하는 것으로는, 태양열을 이용한 태양열발전장치, 풍력을 이용한 풍력발전장치 그리고 바다의 해수를 이용한 해양발전장치가 있다.
특히 해양발전장치에는 조석을 동력원으로 하여 해수면의 상승하강 운동을 이용하여 전기를 생산하는 조력발전장치, 해양표면층의 온수와 심해 냉수와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 해양온도차발전장치, 해수의 흐름이 빠른 곳에 수차발전기를 설치해 해수의 운동에너지를 이용하여 발전하는 조류발전장치가 있다.
이러한 발전장치 중에 조류발전장치는 대부분 해저에 단일의 기둥을 고정하고, 상부에 발전기를 설치하여 해수의 흐름에 의해 발전하도록 하고 있다. 즉 발전기의 일측에 구비되는 프로펠러가 해수의 흐름에 의하여 회전하면서 발전하도록 구비된 것이다.
이러한 조류발전장치의 일 예로 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2011-0107885호에 기재된 기술이 있는데, 그 기술적 특징은 유속에 따라 2개 내지 3개의 날개나 복수의 날개를 프로펠러 휠(52)이나 프로펠러 기저부(52a)에 볼트 너트(53)로 고정한 프로펠러와, 상기 프로펠러의 메인샤프트(27)를 구동부 베어링으로 결속한 기어박스(49)와, 상기 기어박스 후면에 경첩과 스프링으로 부착한 방향키(55)와, 상기 메인샤프트에 동심 축으로 설치되어 가속한 동력을 발전기 샤프트(27a)에 직각으로 전달하는 가속기어(58) 및 방향전환기어(48)로 구성된 가속장치와, 파일폴더(32a) 상단에 위치한 발전기(29)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2011-0107885호에 기재된 기술은 조류를 이용하여 발전을 할 수 있는 장점은 있으나, 물속에 설치하여야 하므로 물속에 설치하는데 상당한 비용이 소요될 뿐만 아니라 설치 후, 유지관리에 어려운점이 많고 비용 또한 많이 소요되는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2011-0107885호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부와 에너지 변환부에서 생성된 회전력을 육지에 설치된 발전기로 전달하는 동력전달부로 이루어져 설비의 일부를 육지에 위치하도록 하고, 에너지 변환부를 부력체를 사용하여 수면 위에 위치하도록 함으로써, 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 조류가 흐르는 곳에 위치한 에너지 변환부에서 생성된 회전력을 육지의 발전기로 전달하는 동력전달부를 구성하는 연결 샤프트의 길이가 가변되도록 형성함으로써, 조수 간만의 차에 의해 해수면의 높이가 변하더라도 그에 따라 연결 샤프트의 길이가 조절되어 안정적으로 회전력을 발전기로 전달할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 터빈을 구성하는 날개가 물속에 위치할 경우에는 모두 펼쳐지도록 하여 조류의 흐름을 회전력으로 변환하도록 하고, 수면 위에 위치할 경우에는 터빈의 내부로 삽입되어 바람이나 파도의 덮침에 의해 회전에 영향을 받지 않도록 할 뿐만 아니라, 부력체가 바람 등의 영향으로 흔들리지 않도록 하여 보다 높은 효율로 회전력을 생성할 수 있는 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
육지에 설치되는 발전기와, 바다에 설치되어 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부와, 상기 에너지 변환부에서 생성된 동력을 발전기로 전달하는 동력 전달부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력 전달부는 발전기에 설치되는 제1샤프트와, 상기 에너지 변환부에 설치되는 제2샤프트와, 상기 제1,2샤프트를 연결하되 길이가 가변되는 연결 샤프트와, 상기 연결 샤프트와 제1,2샤프트를 연결하는 관절부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 연결 샤프트는 내부에 중공이 형성되는 외측 연결 샤프트와, 상기 중공에 삽입되는 내측 연결 샤프트로 이루어지되, 상기 외측 연결 샤프트의 내측에는 다수의 동력전달바가 길이방향을 따라 형성되고, 상기 내측 연결 샤프트에는 상기 동력전달바가 삽입되는 바 수용공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 동력전달바는 원호형상으로 형성되고, 중심부를 기준으로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 동력전달바의 표면 또는 바 수용공의 내측면에는 일정 간격으로 볼이 수용되는 볼 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 관절부는 유니버셜 조인트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 관절부는 다수의 관절이 형성되는 다관절 부재로 이루어지되, 각 관절은 힌지결합되고, 각 힌지 결합부의 힌지축은 순차적으로 0° ~ 180°를 이루도록 설정된 각도만큼 회전하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 에너지 변환부는 해저에 설치되는 부력체 지지대와, 해수면에 부유하면서 상기 부력체 지지대를 따라 상하 이동하는 부력체와, 상기 부력체의 중심부에 상하 관통되도록 형성되는 터빈 설치부와, 상기 터빈 설치부에 회전가능하게 설치되어 하부가 물속에 잠기는 터빈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부력체의 상부에는 상기 제2샤프트를 회전가능하도록 지지하는 샤프트 지지대가 설치되고, 상기 제2샤프트는 터빈과 기어, 벨트, 체인 중 어느 하나로 연결되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 부력체 지지대의 일측에는 상하 방향으로 가이드홈이 형성되고, 상기 부력체의 측면에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가이드돌부의 양측에는 지지돌부가 돌출 형성되고, 상기 가이드홈에는 상기 지지돌부가 삽입되는 지지홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가이드홈 또는 가이드돌부에는 볼이 수용되는 볼 수용홈이 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 터빈은 중심축과 프로팰러 형태로 형성되는 날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 날개는 중심축의 길이방향을 따라 다수개가 형성되되, 전후로 인접한 날개는 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 날개 사이에는 보강대가 구비되되, 상기 보강대는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 터빈은 상기 부력체의 상부에 고정되는 고정축과, 상기 고정축의 외측에 회전가능하도록 구비되는 원통형상의 외통체와, 상기 외통체의 내주면에 설치되는 날개 케이스와, 상기 외통체의 외측으로 돌출되도록 상기 날개 케이스의 내측에 슬라이딩 가능하게 구비되는 날개를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고정축에는 상기 외통체의 내부에 위치하도록 고정 기어가 구비되고, 상기 날개 케이스의 일측면에는 전달축의 양단부를 회전가능하도록 지지하는 축브라켓이 설치되며, 상기 전달축의 전부에는 상기 고정 기어에 대응되도록 전달기어가 형성되고, 상기 전달기어의 후부에는 날개의 일측면에 형성되는 랙에 대응되는 구동기어가 형성되며, 상기 날개 케이스의 일측면에는 상기 랙이 외부로 노출되도록 절개부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 날개 케이스의 내측에는 날개를 외측으로 돌출되는 방향으로 탄성지지하는 스프링이 구비되고, 상기 축브라켓에는 고정 기어의 중심부에 대응되도록 원호형상으로 장공이 형성되며, 상기 전달축의 단부에는 캠이 형성되어 터빈의 각 날개가 물속에 위치할 경우에는 날개 케이스에서 인출되도록 하고, 상기 전달축의 양단부에는 전달축이 날개 케이스 방향으로 탄성지지되도록 스프링이 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 날개 케이스의 내측에는 날개를 외측으로 돌출되는 방향으로 탄성지지하는 스프링이 구비되고, 상기 고정 기어는 상반부에만 기어이가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터빈은 원통형상의 외통체와, 상기 외통체의 내주면에 설치되되 외통체의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되는 날개 케이스와, 일측 단부가 상기 외통체의 외측으로 돌출되도록 상기 대칭되는 날개 케이스의 내측을 자중에 의해 슬라이딩 이동 가능하게 구비되는 날개와, 상기 날개 케이스의 일측에 구비되어 날개가 외통체의 외측으로 이탈되는 것을 방지하는 멈춤부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멈춤부는 날개 케이스의 내측으로 돌출되도록 구비되는 걸림부재와, 상기 걸림부재를 날개 방향으로 탄성지지하는 스프링과, 상기 날개 케이스의 외측으로 돌출되도록 구비되는 레버와, 상기 걸림부재에 힌지결합으로 결합되는 작동링크와, 상기 작동링크의 단부와 상기 레버의 단부에 각각 힌지결합으로 연결되되, 중심부가 힌지 결합되는 전달링크와, 상기 외통체의 내측에 구비되어 상기 레버의 이동을 제어하는 캠플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 날개의 길이방향 양단부의 일측에는 상기 걸림부재가 삽입되는 걸림홈이 형성되고, 상기 캠플레이트는 전면 가장자리의 하반부에 원호형상의 작동홈이 형성되어 날개가 물속에 위치할 때 걸림부재가 날개 방향으로 돌출되도록 하고, 날개가 물밖에 위치할 경우에는 걸림부재가 날개와 반대방향으로 이동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부와 에너지 변환부에서 생성된 회전력을 육지에 설치된 발전기로 전달하는 동력전달부로 이루어져 설비의 일부를 육지에 위치하도록 하고, 에너지 변환부를 부력체를 사용하여 수면 위에 위치하도록 함으로써, 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 조류가 흐르는 곳에 위치한 에너지 변환부에서 생성된 회전력을 육지의 발전기로 전달하는 동력전달부를 구성하는 연결 샤프트의 길이가 가변되도록 형성함으로써, 조수 간만의 차에 의해 해수면의 높이가 변하더라도 그에 따라 연결 샤프트의 길이가 조절되어 안정적으로 회전력을 발전기로 전달할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 터빈을 구성하는 날개가 물속에 위치할 경우에는 모두 펼쳐지도록 하여 조류의 흐름을 회전력으로 변환하도록 하고, 수면 위에 위치할 경우에는 터빈의 내부로 삽입되어 바람이나 파도의 덮침에 의해 회전에 영향을 받지 않도록 할 뿐만 아니라, 부력체가 바람 등의 영향으로 흔들리지 않도록 하여 보다 높은 효율로 회전력을 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 조류발전기의 입면도이다.
도 2는 종래의 조류발전기의 측면도이다.
도 3은 종래의 조류발전기의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 관절부를 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 다관절 부재의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 연결 샤프트의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 연결 샤프트의 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 부력체의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 부력체와 부력체 지지대의 연결부의 개념도이다.
도 11은 본 발명 또 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 부력체와 부력체 지지대의 연결부의 개념도이다.
도 12는 본 발명에 따른 조류 발전 장치의 터빈의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 터빈의 분리 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 터빈의 사시도이다.
도 15는 도 14의 실시 예에 따른 터빈의 내부를 보여주는 개념도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 터빈의 내부를 보여주는 개념도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 조류 발전 장치의 터빈의 내부를 보여주는 개념도이다.
도 18은 도 17의 실시 예에 따른 터빈의 날개의 단면도이다.
도 19는은 도 17의 실시 예에 따른 터빈의 캠부재의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로 도 4 내지 도 13에 도시된 바와 같이 그 구성은 육지에 설치되는 발전기(100)와 바다에 설치되어 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부(300)와 상기 에너지 변환부(300)에서 생성된 동력을 발전기(100)로 전달하는 동력 전달부(200)를 포함하여 이루어진다.
그래서, 직접 전기를 생산하는 발전기(100)는 육지에 위치하도록 하고 조류를 회전력으로 변환하는 에너지 변환부(300)는 부력체(320)를 이용하여 구성함으로써, 바다의 수면 위에 위치하도록 하여 설치를 용이하게 할 뿐만 아니라, 관리자가 보다 용이하게 관리할 수 있어 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 된다.
그리고, 상기 에너지 변환부(300)에서 생성된 회전력을 발전기(100)로 전달하는 동력전달부(200)는 발전기(100)에 설치되는 제1샤프트(210)와 에너지 변환부(300)에 설치되는 제2샤프트(230)와 상기 제1,2샤프트(210,230)를 연결하는 연결 샤프트(240)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 연결 샤프트(240)의 양측 단부는 제1샤프트(210), 제2샤프트(230)와 각각 연결되는데, 상기 연결 샤프트(240)와 제1,2샤프트(210,230)는 관절부(220)를 사용하여 각도를 조절할 수 있도록 형성된다.
이때, 상기 연결 샤프트(240)는 길이가 가변되도록 형성됨으로써, 해수면의 높이가 변함에 따라 발전기(100)와 에너지 변환부(300) 사이의 거리가 변할 때, 상기 연결 샤프트(240)의 길이가 가변되고 그에 따라 상기 관절부(220)의 각도가 적절하게 변하게 되어 안정적으로 회전력을 전달할 수 있게 된다.
한편, 상기 연결 샤프트(240)는 원통형상으로 형성되어 내부에 중공(243)이 형성되는 외측 연결 샤프트(242)와 상기 중공(243)에 삽입되는 내측 연결 샤프트(245)로 이루어져 상기 내측 연결 샤프트(245)가 외측 연결 샤프트(242)의 중공(243)에 삽입된 상태로 슬라이딩 이동됨으로써, 적절하게 길이가 가변되게 된다.
여기서, 상기 외측 연결 샤프트(242)의 내측에는 다수의 동력전달바(244)가 중공(243)의 길이방향을 따라 길게 형성되고, 상기 내측 연결 샤프트(245)에는 상기 동력전달바(244)가 삽입되는 바 수용공(246)이 형성된다.
이때, 상기 동력전달바(244)는 도 7에 도시된 바와 같이 각각 원호 형상으로 형성되며, 외측 연결 샤프트(242)의 중심부를 기준으로 대칭되도록 형성되고, 상기 바 수용공(246) 역시 동력전달바(244)에 대응되도록 원호 형상으로 형성되게 되는데, 상기 동력전달바(244) 및 바 수용공(246)은 도면에 도시된 바와 같이 한 쌍으로 형성될 수도 있고, 다수개가 형성될 수도 있다.
그래서, 상기 동력전달바(244)와 바 수용공(246)에 의해 제2샤프트(230)를 통하여 전달되는 회전력을 내측 연결 샤프트(245)에서 외측 연결 샤프트(242)로 안정적으로 전달할 수 있게 된다.
또한, 상기 동력전달바(244)의 표면에는 일정간격으로 볼 수용홈(미도시)이 형성되고, 상기 볼 수용홈(미도시)에는 볼(249)이 삽입됨으로써, 접하는 바 수용공(246)의 내측면과의 마찰력을 줄여주어 보다 안정적으로 연결 샤프트(240)의 길이가 가변되게 된다.
물론, 상기 볼(249)이 수용되는 볼 수용홈(미도시)은 도면에 도시된 바와 같이 동력전달바(244)의 표면에 형성될 수도 있지만, 바 수용공(246)의 내측면에 일정 간격으로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 동력전달바(244)는 도 7에 도시된 바와 같이 그 단면의 형상이 원호 형상으로 형성될 수도 있지만, 도 8에 도시된 바와 같이 그 단면의 형상이 직사각 형상으로 형성되고 바 수용홈(246)의 형상 역시 그에 대응되도록 형성되어 내측 연결 샤프트(245)의 회전력을 외측 연결 샤프트(242)로 전달하게 된다.
이때, 해수면의 높이가 수시로 변하기 때문에 상기 제1,2샤프트(210,230)와 연결 샤프트(240)는 수평 상태보다 일정한 각도를 형성하는 상황이 많아지게 되므로 상기 관절부(220)는 절곡된 상태를 유지하면서 회전력을 전달하여야 한다.
따라서, 상기 관절부(220)는 유니버셜 조인트로 형성하여 제1,2샤프트(210,230)와 연결 샤프트(240)가 일정한 각도를 형성하면서도 안정적으로 회전할 수 있게 하여 에너지 변환부(300)에서 생성된 회전력을 안정적으로 전달할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예로 상기 관절부(220)는 유니버셜 조인트로 형성될 수도 있지만, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 다관절 부재로 이루어질 수도 있다.
여기서, 상기 다관절 부재는 다수의 관절이 형성되며 각 관절은 힌지 결합으로 결합되는데, 각 관절을 형성하는 힌지 결합부의 힌지축(222)은 관절부(220)의 길이 방향을 따라 순차적으로 0° ~ 180°를 이루도록 설정된 각도만큼 회전하도록 형성되게 된다.
따라서, 상기 관절부(220)는 일정 각도로 절곡된 상태에서 회전하게 되면 현재 절곡된 관절과 인접한 관절이 절곡되게 되고 이러한 과정이 반복되면서 마지막 관절이 절곡되게 되면 다음은 다시 처음의 관절이 절곡되게 되면서 관절부(220)는 절곡된 상태를 유지하면서 회전할 수 있게 된다.
그리고, 상기 에너지 변환부(300)는 지주 형상으로 형성되어 해저에 고정설치되는 부력체 지지대(310)와 해수면에 부유하면서 상기 부력체 지지대(310)를 따라 상하 이동하는 부력체(320)와 상기 부력체(320)의 중심부에 상하 관통되도록 형성되는 터빈 설치부(326)와 상기 터빈 설치부(326)에 회전가능하게 설치되는 터빈(330)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 터빈(330)의 하부는 물속에 잠기도록 위치하여 조류의 흐름을 회전력으로 전환하게 되며, 상기 부력체(320)의 상부에는 상기 제2샤프트(230)를 회전가능하도록 지지하는 샤프트 지지대(328)가 설치되는데, 상기 제2샤프트(230)는 터빈(330)의 중심부에 형성되는 회전축(332)과 기어, 벨트, 체인 중 어느 하나로 연결되어 터빈(330)에서 생성된 회전력을 제2샤프트(230)로 전달하게 된다.
한편, 상기 부력체 지지대(310)의 일측에는 상하 방향으로 가이드홈(312)이 형성되고, 상기 부력체(320)의 측면에는 상기 가이드홈(312)에 삽입되는 가이드돌부(322)가 형성됨으로써, 해수면의 높이가 변함에 따라 부력체(320)는 부력체 지지대(310)를 따라 상하로 이동하게 된다.
여기서, 상기 가이드돌부(322)의 단부 양측에는 지지돌부(324)가 돌출 되도록 형성되고, 상기 가이드홈(312)에는 상기 지지돌부(324)가 삽입되는 지지홈(314)이 형성되어 가이드돌부(322)가 가이드홈(312)에서 임의로 분리되는 것을 방지하게 된다.
이때, 상기 가이드돌부(322)의 외측면에는 볼 수용홈(미도시)이 형성되고, 상기 볼 수용홈(미도시)에는 볼(부호 미도시)가 수용되어 부력체(320)가 해수면의 높이가 변함에 따라 부력체 지지대(310)를 따라 승하강할 때, 마찰을 줄여주어 안정적으로 승하강 할 수 있게 된다.
물론, 상기 볼 수용홈은 가이드돌부(322)의 외측면에 형성될 수도 있지만, 가이드홈(312)의 내측면에 형성될 수도 있다.
이때, 상기 가이드돌부(322)는 직사각 형상으로 형성될 수도 있지만, 도 11에 도시된 바와 같이 원형으로 형성되고, 상기 가이드홈(312) 역시 원형으로 형성되어 임의로 분리되지 않도록 한다.
그리고, 상기 터빈(330)은 중심축(334)과 상기 중심축(334)의 외주면을 따라 형성되는 날개(336)로 이루어지는데, 상기 날개(336)는 프로팰러 형태로 형성되게 된다.
여기서, 상기 중심축(334)의 전후에는 축지지대(333)가 형성되어 터빈(330)이 회전가능하게 설치되는데, 상기 중심축(334)의 전부와 후부에는 전술한 회전축(332)이 연장 형성되어 제2샤프트(230)와 기어, 벨트, 체인 등으로 연결되게 된다.
이때, 상기 중심축(334)은 조류의 흐름과 수평이 되도록 형성되고, 상기 날개(336)은 프로팰러 형상으로 형성됨으로써, 조류의 흐름에 의해 터빈(330)이 회전하여 조류의 힘을 회전으로 전환하게 된다.
그리고, 상기 날개(336)의 사이에는 보강대(338)가 구비되는데, 상기 보강대(338)는 날개(336)에 가해지는 조류의 힘에 의해 날개(336)가 손상되는 것을 안정적으로 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 보강대(338)는 유선형상으로 형성되어 조류의 저항을 최소화하게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예로, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 날개(336)는 중심축(334)의 길이방향을 따라 다수 개로 형성되는데, 전후로 인접한 날개(336)은 서로 다른 각도로 형성되게 된다.
그래서, 터빈(330)의 외주면에 형성되는 날개(336)의 이격 각도가 크게 형성되더라도 물속에 위치하여 조류와 접하는 날개(336)의 수를 일정하게 유지함으로써, 조류의 힘을 안정적으로 회전력을 변환할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시 예로, 도 14 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(340)은 상기 부력체(320)의 상부에 고정되는 고정축(341)과 상기 고정축(341)의 외측에 회전가능하도록 구비되는 원통형상의 외통체(343)와 상기 외통체(343)의 내주면에 내측으로 돌출되도록 설치되는 날개 케이스(344)와 상기 외통체(343)의 외측으로 돌출되도록 상기 날개 케이스(344)의 내측에 슬라이딩 가능하게 구비되는 날개(345)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 고정축(341)에는 상기 외통체(343)의 내부에 위치하도록 고정 기어(342)가 구비되는데, 상기 날개 케이스(344)의 일측면에는 전달축(351)의 양단부를 회전가능하도록 지지하는 축브라켓(350)이 설치되며, 상기 전달축(351)의 전부에는 상기 고정 기어(342)에 대응되도록 전달기어(352)가 형성되고, 상기 전달기어(352)의 후부에는 날개(345)의 일측면에 형성되는 랙(346)에 대응되는 구동기어(353)가 형성된다.
이때, 상기 날개 케이스(344)의 일측면에는 상기 랙(346)이 외부로 노출되도록 절개부(347)가 형성되어 상기 구동기어(353)가 랙(346)과 접하게 된다.
따라서, 조류와 날개(345)에 의해 외통체(343)가 회전하게 되면 고정된 상태의 고정 기어(342)의 외측에 상기 전달기어(352)가 접한 상태로 회전하게 되며, 전달기어(352)의 회전력은 전달축(351)에 의해 구동기어(353)로 전달되어 구동기어(353)와 접한 랙(346)이 이동하여 날개(345)가 날개 케이스(344)의 외측으로 돌출되게 된다.
한편, 상기 날개 케이스(344)의 내측에는 날개(345)를 외측으로 돌출되는 방향으로 탄성지지하는 스프링(미도시)이 구비되고, 상기 축브라켓(350)에는 고정 기어(342)의 중심부에 대응되도록 원호형상으로 장공(356)이 형성되는데, 상기 전달축(351)의 양단부는 상기 장공(356)에 삽입되어 장공(356)을 따라 이동하게 된다.
여기서, 상기 전달축(351)의 양단부에는 전달축(351)이 날개 케이스(344) 방향으로 탄성지지되도록 스프링(부호 미도시)이 구비되며, 상기 전달축(351)의 단부에는 캠(354)이 형성되고, 상기 날개 케이스(344)의 표면에는 상기 캠(354)의 외주면이 접하도록 베어링(355)이 구비된다.
이때, 상기 고정 기어(342)와 전달기어(352)는 동일한 반경으로 이루어져 외통체(343)가 한바퀴 회전할 때, 캠(354) 역시 한바퀴 회전하게 되는데, 상기 캠(354)은 상기 날개(345)가 물속에 위치할 경우에는 구동기어(353)와 랙(346)이 이격되도록 하여 날개(345)가 스프링의 탄성력에 의해 날개 케이스(344)에서 인출되도록 하고, 날개(345)가 물밖으로 나갈 경우에는 구동기어(353)와 랙(346)이 접하도록 하여 날개(345)가 날개 케이스(353)의 내측으로 삽입되도록 하여 수면위에 형성되는 바람에 의해 날개(345)에 부하가 걸리는 것을 방지하여 안정적으로 발전을 진행할 수 있게 된다.
그리고, 상기 외통체(343)의 일측 단부 외주면에는 스프라켓(미도시)이 형성되어 상기 제2샤프트(230)과 체인으로 연결되어 회전력을 제2샤프트(230)로 전달하게 된다.
따라서, 상기 터빈(340)을 구성하는 날개(345)가 물속에 위치할 경우에는 모두 펼쳐지도록 하여 조류의 흐름을 회전력으로 변환하도록 하고, 수면 위에 위치할 경우에는 터빈(340)의 내부로 삽입되어 바람이나 파도의 덮침에 의해 회전에 영향을 받지 않도록 할 뿐만 아니라, 부력체(320)가 바람 등의 영향으로 흔들리지 않도록 하여 보다 높은 효율로 회전력을 생성할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 예로 도 16에 도시된 바와 같이, 도 14에 도시된 실시 예와 대부분의 구성에서는 동일하나 상기 고정축(341)의 외측에 구비되는 고정기어(342)는 상반부에만 기어이가 형성되고 하반부에는 기어이가 형성되지 않게 된다.
그래서, 상기 날개(345)가 물밖에 위치하고 있을 경우에는 상기 전달축(351)의 단부에 형성되는 전달기어(352)가 고정기어(342)의 상반부에 형성되는 기어이와 접하여 회전하게 되므로 날개(345)의 표면에 형성되는 랙(346)과 구동기어(353)에 의해 날개(345)가 날개 케이스(344)의 내부로 이동하게 되지만, 날개(345)가 물속에 위치할 경우에는 고정기어(342)의 하반부와 전달기어(352)가 접하게 되며, 고정기어(342)의 하반부에는 기어이가 형성되지 않기 때문에 전달기어(352)는 고정되지 않은 상태이므로 날개(345)를 외측으로 가압하는 스프링에 의해 날개(345)가 날개 케이스(344)의 외측으로 돌출되게 된다.
따라서, 따라서, 상기 터빈(340)을 구성하는 날개(345)가 물속에 위치할 경우에는 모두 펼쳐지도록 하여 조류의 흐름을 회전력으로 변환하도록 하고, 수면 위에 위치할 경우에는 터빈(340)의 내부로 삽입되어 바람이나 파도의 덮침에 의해 회전에 영향을 받지 않도록 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시 예로 도 17 내지 19에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(360)은 원통형상의 외통체(366)와 상기 외통체(366)의 내주면에 설치되되 외통체(366)의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되는 날개 케이스(361)가 형성된다.
여기서, 상기 날개 케이스(361)에는 일측 단부가 외통체(366)의 외측으로 돌출되도록 날개(370)가 슬라이딩 가능하게 구비되는데, 상기 날개(370)는 대칭되도록 설치되는 한 쌍의 날개 케이스(361)을 자중에 의해 이동하게되며, 상기 날개 케이스(361)의 일측는 날개(370)가 외통체(366)의 외측으로 이탈되는 것을 방지하는 멈춤부(부호 미도시)가 구비된다.
여기서, 상기 멈춤부는 상기 날개 케이스(361)의 내측, 즉, 날개(370)가 위치하는 방향으로 돌출되도록 구비되는 걸림부재(362)와 상기 걸림부재(362)를 날개 방향으로 탄성지지하는 스프링(부호 미도시)과 상기 날개 케이스(361)의 외측으로 돌출되도록 구비되는 레버(365)와 상기 걸림부재(362)에 힌지결합으로 결합되는 작동링크(363)와 상기 작동링크(363)의 단부와 상기 레버(365)의 단부에 각각 힌지결합으로 연결되되, 중심부가 힌지 결합되는 전달링크(364)와 상기 외통체(366)의 내측에 구비되어 상기 레버(365)의 이동을 제어하는 캠플레이트(380)로 이루어진다.
이때, 상기 날개(370)의 길이방향 양단부의 일측에는 상기 걸림부재(362)가 삽입되는 걸림홈(372)이 형성되고, 상기 캠플레이트(380)는 전면 가장자리의 하반부에 원호형상의 작동홈(382)이 형성되어 날개(370)가 물속에 위치할 때 걸림부재(362)가 날개(370) 방향으로 돌출되도록 하고, 날개(370)가 물밖에 위치할 경우에는 걸림부재(362)가 날개(370)와 반대방향으로 이동하도록 제어하게 된다.
따라서, 상기 터빈(360)이 회전하여 날개(370)가 물속에 위치하던 날개(370)가 물밖으로 돌출되게 되면, 상기 레버(365)는 상기 캠플레이트(380)의 작동홈(382)을 벗어나게 되어 작동홈(382)의 단부에 형성되는 경사면을 따라 가압되게 됨으로써, 전달링크(364)와 작동링크(364)의 작용에 의해 걸림부재(362)는 날개(370)의 걸림홈(372)에서 이탈되게 됨으로써, 날개(370)는 자중에 의해 하방으로 슬라이딩 이동하여 대칭으로 형성되는 타측의 날개 케이스(361)로 삽입되게 된다.
또한, 하부에 위치하는 날개 케이스(361)에 형성되는 레버(365)의 단부는 캠플레이트(380)의 작동홈(382)에 위치하게 되므로 가압하는 힘이 사라지게 됨으로써, 걸림부재(362)를 날개(370) 방향으로 탄성지지하는 스프링에 의해 걸림부재(362)가 날개(370) 방향으로 돌출되게 되며, 전술한 바와 같이 하방으로 슬라이딩 이동하는 날개(370)의 걸림홈(372)에 걸림부재(362)가 삽입되어 날개(370)의 일측 단부가 물속으로 위치한 상태로 고정하게 되어 조류를 안정적으로 회전력으로 전환할 수 있게 된다.
이때, 상기 터빈(360)을 형성하는 외통체(366)의 길이방향 양단부에는 회전축(미도시)이 돌출 형성되어 부력체(320)의 터빈 설치부(326)에 회전가능하게 설치되며, 도면에 되지는 않았지만 상기 외통체(366)의 외주면 일측에는 스프라켓(미도시)이 형성되어 상기 제2샤프트(230)과 체인으로 연결되어 회전력을 제2샤프트(230)로 전달하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설비의 일부를 육지에 설치하도록 함으로써, 설치비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 조수간만의 차에 의해 해수면의 높이가 달라지더라도 조류에 의한 동력을 육지의 발전기에 안정적으로 전달할 수 있는 조류 발전 장치에 관한 것이다.
100 : 발전기 200 : 동력전달부
210 : 제1샤프트 220 : 관절부
230 : 제2샤프트 240 : 연결 샤프트
300 : 에너지 변환부 310 : 부력체 지지대
320 : 부력체 330,340,360 : 터빈
350 : 축 브라켓 370 : 날개
380 : 캠플레이트

Claims (22)

  1. 육지에 설치되는 발전기와,
    바다에 설치되어 조류의 흐름을 회전력으로 변환하는 에너지 변환부와,
    상기 에너지 변환부에서 생성된 동력을 발전기로 전달하는 동력 전달부를 포함하여 이루어지고,
    상기 동력 전달부는 발전기에 설치되는 제1샤프트와, 상기 에너지 변환부에 설치되는 제2샤프트와, 상기 제1,2샤프트를 연결하되 길이가 가변되는 연결 샤프트와, 상기 연결 샤프트와 제1,2샤프트를 연결하는 관절부로 이루어지며,
    상기 연결 샤프트는 내부에 중공이 형성되는 외측 연결 샤프트와, 상기 중공에 삽입되는 내측 연결 샤프트로 이루어지되,
    상기 외측 연결 샤프트의 내측에는 다수의 동력전달바가 길이방향을 따라 형성되고,
    상기 내측 연결 샤프트에는 상기 동력전달바가 삽입되는 바 수용공이 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달바는 원호형상으로 형성되고, 중심부를 기준으로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달바의 표면 또는 바 수용공의 내측면에는 일정 간격으로 볼이 수용되는 볼 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관절부는 유니버셜 조인트로 이루어지는 것을 특징으고 하는 조류 발전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관절부는 다수의 관절이 형성되는 다관절 부재로 이루어지되,
    각 관절은 힌지결합되고, 각 힌지 결합부의 힌지축은 순차적으로 0° ~ 180°를 이루도록 설정된 각도만큼 회전하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환부는 해저에 설치되는 부력체 지지대와,
    해수면에 부유하면서 상기 부력체 지지대를 따라 상하 이동하는 부력체와,
    상기 부력체의 중심부에 상하 관통되도록 형성되는 터빈 설치부와,
    상기 터빈 설치부에 회전가능하게 설치되어 하부가 물속에 잠기는 터빈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부력체의 상부에는 상기 제2샤프트를 회전가능하도록 지지하는 샤프트 지지대가 설치되고,
    상기 제2샤프트는 터빈과 기어, 벨트, 체인 중 어느 하나로 연결되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 부력체 지지대의 일측에는 상하 방향으로 가이드홈이 형성되고,
    상기 부력체의 측면에는 상기 가이드홈에 삽입되는 가이드돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가이드돌부의 양측에는 지지돌부가 돌출 형성되고,
    상기 가이드홈에는 상기 지지돌부가 삽입되는 지지홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 가이드홈 또는 가이드돌부에는 볼이 수용되는 볼 수용홈이 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 터빈은 중심축과 프로팰러 형태로 형성되는 날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 날개는 중심축의 길이방향을 따라 다수개가 형성되되,
    전후로 인접한 날개는 서로 다른 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 날개 사이에는 보강대가 구비되되,
    상기 보강대는 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 터빈은 상기 부력체의 상부에 고정되는 고정축과,
    상기 고정축의 외측에 회전가능하도록 구비되는 원통형상의 외통체와,
    상기 외통체의 내주면에 설치되는 날개 케이스와,
    상기 외통체의 외측으로 돌출되도록 상기 날개 케이스의 내측에 슬라이딩 가능하게 구비되는 날개를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고정축에는 상기 외통체의 내부에 위치하도록 고정 기어가 구비되고,
    상기 날개 케이스의 일측면에는 전달축의 양단부를 회전가능하도록 지지하는 축브라켓이 설치되며,
    상기 전달축의 전부에는 상기 고정 기어에 대응되도록 전달기어가 형성되고,
    상기 전달기어의 후부에는 날개의 일측면에 형성되는 랙에 대응되는 구동기어가 형성되며,
    상기 날개 케이스의 일측면에는 상기 랙이 외부로 노출되도록 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 날개 케이스의 내측에는 날개를 외측으로 돌출되는 방향으로 탄성지지하는 스프링이 구비되고,
    상기 축브라켓에는 고정 기어의 중심부에 대응되도록 원호형상으로 장공이 형성되며,
    상기 전달축의 단부에는 캠이 형성되어 터빈의 각 날개가 물속에 위치할 경우에는 날개 케이스에서 인출되도록 하고,
    상기 전달축의 양단부에는 전달축이 날개 케이스 방향으로 탄성지지되도록 스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 날개 케이스의 내측에는 날개를 외측으로 돌출되는 방향으로 탄성지지하는 스프링이 구비되고,
    상기 고정 기어는 상반부에만 기어이가 형성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 터빈은 원통형상의 외통체와,
    상기 외통체의 내주면에 설치되되 외통체의 중심을 기준으로 대칭으로 형성되는 날개 케이스와,
    일측 단부가 상기 외통체의 외측으로 돌출되도록 상기 대칭되는 날개 케이스의 내측을 자중에 의해 슬라이딩 이동 가능하게 구비되는 날개와,
    상기 날개 케이스의 일측에 구비되어 날개가 외통체의 외측으로 이탈되는 것을 방지하는 멈춤부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 멈춤부는 날개 케이스의 내측으로 돌출되도록 구비되는 걸림부재와,
    상기 걸림부재를 날개 방향으로 탄성지지하는 스프링과,
    상기 날개 케이스의 외측으로 돌출되도록 구비되는 레버와,
    상기 걸림부재에 힌지결합으로 결합되는 작동링크와,
    상기 작동링크의 단부와 상기 레버의 단부에 각각 힌지결합으로 연결되되, 중심부가 힌지 결합되는 전달링크와,
    상기 외통체의 내측에 구비되어 상기 레버의 이동을 제어하는 캠플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 날개의 길이방향 양단부의 일측에는 상기 걸림부재가 삽입되는 걸림홈이 형성되고,
    상기 캠플레이트는 전면 가장자리의 하반부에 원호형상의 작동홈이 형성되어 날개가 물속에 위치할 때 걸림부재가 날개 방향으로 돌출되도록 하고, 날개가 물밖에 위치할 경우에는 걸림부재가 날개와 반대방향으로 이동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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