KR102561045B1 - 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치 - Google Patents

조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀물과 썰물의 양방향 조류를 모두 이용하여 발전을 이루도록 함은 물론 수중에서 다층 및 병렬 구조를 이루도록 하여 대규모 조류발전단지의 조성도 가능한 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 다수가 방사상으로 등간격의 배치를 이루고, 상단부는 해수면 상측으로 일정 높이 돌출된 형상을 이루며, 하부가 해저면에 일정 깊이 박히는 고정을 이루는 콘크리트파일부; 다수의 상기 콘크리트파일부를 연결하도록 구비되고, 수중에서 상하방향을 따라 등간격으로 다단의 배치를 이루는 받침프레임부; 상기 받침프레임부들 상에 회전 가능하게 설치되고, 유입되는 조류에 의해 동력을 발생시키는 조류발전관로터빈; 상기 조류발전관로터빈의 양측 단부에 연결 설치되고, 상기 조류발전관로터빈 측으로 향할수록 직경이 작아지는 형상을 이루어 조류의 유입을 유도하는 조류유도수압관로; 다수의 상기 조류발전관로터빈들 각각과 개별적인 연결을 이루도록 다수가 구비되고, 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 에어포켓을 구비한 동력전달부; 및 다수의 상기 콘크리트파일부의 상단부를 연결하도록 구비되고, 상기 동력전달부와 연결을 이루는 발전기가 설치되는 상판부;를 포함한다.

Description

조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치{Tide power generation device using tidal current induction hydraulic pipeline and tidal power generation tube turbine}
본 발명은 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치에 관한 것으로, 구체적으로는 밀물과 썰물의 양방향 조류를 모두 이용하여 발전을 이루도록 함은 물론 수중에서 다단 및 병렬 구조를 이루도록 하여 대규모 조류발전단지의 조성도 가능한 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치에 관한 것이다.
조류발전(潮流發電)은 만조(滿潮)와 간조(干潮)에 따라 하루에 규칙적으로 방향이 바뀌기 때문에 조수의 흐름을 이용해 에너지를 회수하여 발전한다.
이러한 조류발전은 저수지를 확보하기 위해 댐을 막을 필요가 없고, 어류의 이동을 방해하지 않으며 주변 생태계에 영향을 주지 않는 환경친화적 대체에너지 시스템이다.
지구 표면의 70%를 차지하는 바다는 무한한 자연 청정에너지를 가지고 있는데, 그 중 조수의 차이에 의하여 발생하는 조류는 하루에 2번씩 만조와 간조가 발생하고, 보름을 주기로 일정한 규칙성이 있어 발전 가능한 에너지 량을 계량할 수 있는 특성이 있다.
현재 환경을 고려한 에너지 사용에 관한 필요성이 급격히 부각되고 있는 실정에서 재생에너지 개발은 선택이 아닌 필수적인 상황이다.
재생에너지로서, 태양열, 풍력 또는 조력의 에너지가 개발되고 있으나, 태양열의 경우 일조시간에만 집광이 가능하고, 아침이나 저녁에는 효율이 10%로 감소됨은 물론 기상악화로 인한 효율은 20% 감소될 수밖에 없는 단점이 있다.
풍력에너지의 경우 국내의 지리적 여건상 효율성이 많이 떨어지고, 규칙적이지 못해 전력발생에 적절하지 못하며, 조력에너지의 경우 국내의 지리적 여건을 반영하여 파력에너지와 함께 국내 적용이 적합한 재생에너지로 판단되나 조수 간만의 차를 이용하므로 에너지를 얻을 수 있는 장소가 제한적이라는 단점이 있다.
이에 반하여, 조류는 조수 간만의 차이가 큰 지역에서 일정하게 흐르므로 조류에너지는 어느 정도 예측이 가능하고 태양열에너지와 함께 아무리 사용하여도 고갈되지 않는 무한청정 에너지라고 할 수 있다.
통상적으로, 조류발전은 조류를 확보할 수 있는 해저면이나 지주를 세워 프로펠러를 이용하여 조류에너지를 회전 운동에너지로 전환하게 된다.
그런데 조류는 장애물이 있으면 피하여 흐르는 특성을 가지고 있기 때문에 에너지의 양은 크지만, 프로펠러의 회전 운동에너지 전환효율은 낮아질 수밖에 없는 문제가 있는 것이다.
게다가, 종래의 조류발전은 거치식으로 발전을 이루기 때문에, 밀물이나 썰물 중 한 쪽의 조류를 이용할 수밖에 없는 한계가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0033161호(2004.04.21. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0066258호(2013.03.20. 공개)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 밀물과 썰물의 양방향에서 조류유도수압관로로 유도된 조류를 모두 이용하여 발전을 하는 것은 물론 수중에서 다단 및 병렬 구조를 이루도록 하여 대규모 조류발전단지의 조성도 가능할 수 있도록 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치는, 다수가 방사상으로 등간격의 배치를 이루고, 상단부는 해수면 상측으로 일정 높이 돌출된 형상을 이루며, 하부가 해저면에 일정 깊이 박히는 고정을 이루는 콘크리트파일부; 다수의 상기 콘크리트파일부를 연결하도록 구비되고, 수중에서 상하방향을 따라 등간격으로 다단의 배치를 이루는 파일 연결 받침프레임부; 상기 받침프레임부들 상에 조류발전관로터빈을 180도 회전 가능하게 설치되고, 유입되는 조류에 의해 동력을 발생시키는 조류발전관로터빈의 동력발생부; 상기 조류발전관로터빈의 양측 앞뒤에 연결 설치되고, 상기 조류발전관로터빈 측으로 향할수록 직경이 작아지는 형상을 이루어 조류의 유입을 유도하는 조류유도수압관부; 다층에 설치한 상기 조류발전관로터빈들 각각과 개별적인 연결을 이루도록 다층에 설치되고, 해수면과 인접한 수중에 위치한 회전축에 에어포켓을 구비한 동력전달부; 및 다수의 상기 콘크리트파일부의 상단부를 연결하도록 구비되고, 상기 동력전달부와 연결을 이루는 발전기가 설치되는 상판부;를 포함한다.
상기 콘크리트파일부는, 침투성방수제가 채워진 상태에서 하단부 내측에 구비된 용기부재; 상기 용기부재와 연결되어 외부에서 공기가 상기 용기부재 내측으로 유입되도록 하는 에어유입부재; 상기 용기부재의 내측과 연결되어 상기 에어유입부재를 통해 고압으로 공기가 유입되면 침투성방수제가 하단부 외측으로 배출되도록 하는 복수개의 배출로드부재; 및 하단부 측면에 설치되어 상기 배출로드부재의 침투성방수제 배출부위를 폐쇄하였다가 침투성방수제의 배출시 외측으로 펼쳐져 침투성방수제가 해저면의 수분과 반응하여 하단부 외측에서 경화되도록 하는 막대부재;를 포함할 수 있다.
최하단에 설치된 상기 받침프레임부와 해저면과의 사이에 해저에서 부유하는 쓰레기의 회피층을 형성할 수 있다.
상기 다층 설치를 위한 받침프레임부는 아래쪽에 호이스트레일을 설치하여 상기 조류발전관로터빈 동력발생부와 조류유도수압관부의 설치 및 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
상기 조류발전관로터빈은, 몸체를 이루며 상기 동력발생부를 받치는 받침프레임부에 회전 가능하게 설치되는 중공의 관부재; 상기 받침프레임부 상에 설치되어 상기 관부재가 설치를 이루는 받침판부재; 상기 관부재와 받침판부재 사이에 개재되어 상면에 상기 관부재가 설치되고 바닥면에 구비된 회전베어링을 통해 회전 가능하게 구비되는 회전판부재; 상기 회전판부재와 연결을 이루며 상기 관부재 내측에서 세워지는 설치를 이루는 고정대부재; 상기 고정대부재에 회전베어링을 통한 축결합을 이루어 유입되는 조류에 의해 회전하는 날개를 구비한 터빈부재; 상기 터빈부재의 축과 상기 동력전달부를 연결하는 베벨기어; 및 상기 관부재 상에 설치되는 복수개의 에어포켓;을 포함할 수 있다.
상기 받침판부재는 내측에 구비된 상기 회전판부재의 이탈을 방지하는 이탈방지부재가 회전판 상부에 결합할 수 있다.
상기 회전판부재는 유압피스톤부재와 기어치합을 이루며 회전 가능하게 구비될 수 있다.
상기 조류유도수압관부는, 상기 관부재의 양측 단부에 연결되도록 설치되어 상기 관부재의 내측에 조류가 유입되도록 하고, 상기 관부재의 반대편 말단부에는 상측을 향해 비스듬한 형상을 이루도록 부유쓰레기거름장치가 설치될 수 있다.
상기 동력전달부는, 상기 관부재를 관통하여 상기 베벨기어와 결합을 이루는 제1회전축; 상기 제1회전축의 상단부와 결합을 이루고 상측으로 비스듬한 경사를 이루는 형상으로 배치되는 제2회전축; 및 상기 제2회전축의 상단부와 결합을 이루고 상기 발전기와 상단부가 연결을 이루며 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 상기 에어포켓이 설치되는 제3회전축;을 포함할 수 있다.
상기 제1회전축, 제2회전축 및 제3회전축은 각각 유니버설조인트를 통한 연결을 이루고, 상기 제3회전축은 상측으로 이웃하는 하나 이상의 상기 조류유도수압관부를 관통하는 설치를 이룰 수 있다.
상기 제3회전축은 방사상으로 인접한 복수개의 상기 콘크리트파일부와 회전축지지대를 통한 연결을 이루고, 복수개의 상기 콘크리트파일부와 각각 연결된 상기 회전축지지대는 하나의 가이드고리를 통해 일체를 이루며, 상기 가이드고리에 상기 제3회전축이 장착될 수 있다.
상기 상판부는, 크레인, 승강기, 바지선접안시설, 변압기, 송전시설, 중앙제어실 또는 관제실, 작업자숙소가 설치되고, 상기 콘크리트파일부와의 연결을 이루는 부위에 하나 이상의 작업통로가 설치되며, 상기 작업통로와 연결을 이루면서 상기 콘크리트파일부를 따라 작업사다리가 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치는, 조류를 이용하는 경우 표준상태(20℃, 1기압, 상대습도 75%)에서의 공기밀도가 대략 1.2라 할 경우, 공기밀도보다 물의 밀도가 대략 830배 이상 더 크기 때문에 조류에너지의 이용 효율이 높은 효과가 있다.
그리고, 조류유도수압관부를 통해 유도된 조류를 조류발전관로터빈의 터빈부재에서 100% 회전운동에너지로 전환할 수 있고, 조류발전관로터빈의 회전을 통해 양방향 조류를 모두 이용할 수 있는 효과도 있다.
또한, 받침프레임부에 설치되는 조류발전관로터빈 동력발생부 및 조류유도수압관부를 다층으로 설치함은 물론 병렬의 배치를 이루게 하여 설비용량이 대용량으로 구현됨은 물론 이를 통해 대규모의 조류발전단지를 조성할 수 있는 효과도 있다.
이러한 조류발전단지를 구성함에 있어, 어느 정도 거리가 있는 지역 2곳에 조류발전장치를 설치하여 만조와 간조의 시간차에 따른 발전을 이루게 되는 시간을 상호 간에 보완할 수 있도록 함으로써, 재생에너지의 한계점인 간헐성을 극복할 수 있는 효과도 있다.
더불어, 해저면에 박히는 고정을 이룬 콘크리트파일부의 하단에서 침투성방수제가 해저면의 수분과 반응하여 경화되어 딱딱한 고체덩어리가 됨으로써 콘크리트파일부의 고정을 지지하여 콘크리트파일부의 침하를 방지할 수 있는 효과도 있다.
게다가, 부유쓰레기거름장치를 통해 수중에 부유하는 쓰레기가 조류발전관로터빈로 유입되지 않도록 함으로써 발전 효율을 높일 수 있고, 조류유도수압관부의 직경이 조류발전관로터빈 측으로 향할수록 줄어들게 구성되어 조류발전관로터빈에서 조류의 유속을 증가시킴으로써, 이 또한 발전 효율을 증대시킬 수 있는 요인으로 작용하는 효과도 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치의 콘크리트파일부를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치의 조류발전관로터빈를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치의 조류유도수압관부를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치의 동력전달부를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치가 해상에서 대규모의 조류발전단지로 조성된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기에서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
더불어, 본 발명을 설명함에 있어서, 상측과 하측은 상판부가 콘크리트파일부의 해저면에 박혀 고정을 이루는 부위보다 상측에 있도록 한 설치상태를 기준으로 한다.
게다가, 내측의 표현은 각 구성 또는 각 구성에 의해 구획되어진 안쪽 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하고, 외측의 표현은 내측의 표현과 반대 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하여 설명하기로 한다.
본 발명은 밀물과 썰물의 양방향 조류를 모두 이용하여 발전을 이루도록 함은 물론 수중에서 다단 및 병렬 구조를 이루도록 하여 대규모 조류발전단지의 조성도 가능한 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치에 관한 것이다.
아울러, 조류는 장애물이 있으면 그 장애물을 피해 흐르는 특성이 있음에 따라, 이를 효과적으로 제어함으로써 조류발전의 효율을 증대시킬 수 있도록 한다.
이를 위한 본 발명의 구성은, 도 1 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 콘크리트파일부(100), 받침프레임부(200), 조류발전관로터빈(300), 조류유도수압관로(400), 동력전달부(500) 및 상판부(600)를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 본 발명의 콘크리트파일부(100)는, 다수가 방사상으로 등간격의 배치를 이루고, 상단부는 해수면 상측으로 일정 높이 돌출된 형상의 상판을 이루며, 하부가 해저면에 일정 깊이 박히는 고정을 이룰 수 있다.
이러한 콘크리트파일부(100)는, 도 4와 같이, 침투성방수제(S)가 채워진 상태에서 하단부 내측에 구비된 용기부재(110)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
그리고, 용기부재(110)와 연결되어 외부에서 공기가 용기부재(110) 내측으로 유입되도록 하는 에어유입부재(120)를 구비할 수 있다.
또한, 용기부재(110)의 내측과 연결되어 에어유입부재(120)를 통해 고압으로 공기가 유입되면 침투성방수제(S)가 하단부 외측으로 배출되도록 하는 복수개의 배출로드부재(130)를 구비할 수 있다.
더불어, 하단부 측면에 설치되어 배출로드부재(130)의 침투성방수제(S) 배출부위를 폐쇄하였다가 침투성방수제(S)의 배출시 외측으로 펼쳐져 침투성방수제(S)가 해저면의 수분과 반응하여 하단부 외측에서 경화되도록 하는 막대부재(140)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
이를 통해, 해저면에 박히는 고정을 이룬 콘크리트파일부(100)의 하단에서 침투성방수제(S)가 해저면의 수분과 반응하여 경화되어 딱딱한 고체덩어리가 됨으로써, 콘크리트파일부(100)의 고정을 지지하여 콘크리트파일부(100)의 침하를 방지할 수 있게 된다.
예컨대, 방사상의 콘크리트파일부(100)는 후술하는 조류유도수압관로(400)의 직경보다 대략 2배 정도의 간격을 이루도록 설치하여 조류의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
그리고, 다수의 콘크리트파일부(100)는 조류흐름의 방향을 기준으로 하여, 후술하는 조류발전관로터빈(300) 길이의 대략 5 내지 6배 정도의 길이, 즉 조류발전관로터빈(300) 양측 단부에 설치되는 조류유도수압관로(400)의 양측단을 이루는 길이만큼 설치함이 바람직하다.
본 발명의 받침프레임부(200)는, 도 1 내지 도 3 및 도 7과 같이, 다수의 콘크리트파일부(100)를 연결하도록 구비되고, 수중에서 상하방향을 따라 등간격으로 다단의 배치를 이루도록 설치될 수 있다.
이러한 받침프레임부(200) 상에는, 후술하는 조류발전관로터빈(300)과 조류유도수압관로(400)가 설치될 수 있고, 상술한 바와 같이, 받침프레임부(200)가 다단의 배치를 이루게 됨으로써, 조류발전관로터빈(300)과 조류유도수압관로(400)를 다층으로 설치할 수 있게 됨과 동시에 병렬의 배치를 이루게 되어 설비용량이 대용량으로 구현됨은 물론. 이를 통해 대규모의 조류발전단지를 조성할 수 있게 된다.
그리고, 받침프레임부(200)는 바닥면에 호이스트레일(210)을 설치하여, 상술한 바와 같이, 후술하는 조류발전관로터빈(300)과 조류유도수압관로(400)의 설치 및 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 최하단에 설치된 받침프레임부(200)와 해저면과의 사이에 해저에서 부유하는 쓰레기의 회피층(A)을 형성할 수 있고, 본 발명에서 다단을 이루는 받침프레임부(200)는 해수면과 해저면 사이의 수중에 설치되는데, 이는 해수면에서 조류흐름에 대한 에너지량보다 어느 정도 수심이 있는 수중의 조류가 수압의 영향에 따라 에너지량이 더 많기 때문에 발전효율의 증대를 구현하기 위함이다.
본 발명의 조류발전관로터빈(300)은, 도 1, 도 3, 도 5 내지 도 7과 같이, 받침프레임부(200)들 상에 회전 가능하게 설치되고, 후술하는 조류유도수압관로(400)에서 유입되는 조류에 의해 동력을 발생시킬 수 있도록 구비될 수 있다.
이러한 조류발전관로터빈(300)은, 그 몸체를 이루며 받침프레임부(200)에 회전 가능하게 설치되는 중공의 관부재(310)와, 받침프레임부(200) 상에 설치되어 관부재가 설치를 이루는 받침판부재(320)와, 관부재(310)와 받침판부재(320) 사이에 개재되어 상면에 관부재(310)가 설치되고 바닥면에 구비된 회전베어링(B)을 통해 회전 가능하게 구비되는 회전판부재(330)와 이 회전판부재(330)와 연결을 이루며 관부재(310) 내측에서 세워지는 설치를 이루는 복수개의 고정대부재(340)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
그리고, 고정대부재(340)에 회전베어링(B)을 통한 축(351)결합을 이루어 유입되는 조류에 의해 회전하는 날개(352)를 구비한 터빈부재(350)와, 이 터빈부재(350)의 축(351)과 후술하는 동력전달부(500)를 연결하는 베벨기어(353)와, 관부재(310) 상에 설치되는 복수개의 에어포켓(P)을 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 관부재(310)의 양측 단부는 상호 동일한 직경과 형상으로 제작됨은 물론, 관부재(310)의 양측 단부와 연결을 이루며 설치되는 후술할 조류유도수압관로(400)의 조류발전관로터빈(300)측 단부와도 동일한 직경과 형상을 이루도록 제작되어 밀물과 썰물 양방향 조류를 모두 이용함에 있어 조류유도수압관로(400)와의 연결부위에 틈이나 유격이 발생하는 것을 차단한다.
이렇게 구성된 조류발전관로터빈(300)은, 후술할 조류유도수압관로(400)를 통해 유도된 조류의 흐름을 상술한 터빈부재(350)에 의해 100% 회전운동에너지로 전환할 수 있는 것이고, 이러한 조류발전관로터빈(300)의 회전을 통해 양방향 조류를 모두 이용할 수 있게 된다.
또한, 받침판부재(320)는 내측에 구비된 회전판부재(330)의 이탈을 방지하는 이탈방지부재(360)가 상부에 결합될 수 있고, 이때 회전판부재(330)는 유압피스톤부재(370)와 기어(G)치합을 이루며 회전 가능하게 구비될 수 있다.
여기에서, 유압피스톤부재(370)는, 본 발명에 따른 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치에 있어, 후술하는 상판부(600)까지의 설치 및 시공이 마무리되면, 상판부(600)에 유압설비를 구축하고, 유압피스톤부재(370)에 유압호스를 연결한 구성으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 밀물과 썰물 양방향 조류에 대응토록 유압피스톤부재(370)를 작동시켜 회전판부재(330)의 회전에 따른 조류발전관로터빈(300)의 회전을 이룰 수 있다.
예컨대, 양방향 조류에 대응하고자 할 경우에는 상술한 작용에 의해 조류발전관로터빈(300)을 180°회전시킬 수 있으며, 터빈부재(350)의 유지보수를 위해서는 조류발전관로터빈(300)을 90°회전시켜 관부재(310)의 양측 단부로부터 그 내측을 향할 수 있는 입구를 확보할 수 있다.
더하여, 만조와 간조의 시간 차이가 대략 3시간이 되는 지역에, 본 발명에 의한 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치를 대규모화하여 발전단지를 구성할 경우, 양쪽의 운전시간 차이에 의하여 24시간 내내 발전을 이루는 것이 가능해짐으로써, 재생에너지의 한계점인 간헐성을 극복할 수 있게 된다.
특히, 관부재(310) 상에 설치되는 복수개의 에어포켓(P)을 통해, 부력을 이용하여 조류발전관로터빈(300)의 자중을 감소시킬 수 있게 되고, 이는 조류발전관로터빈(300)의 회전시 무게의 부하를 낮출 수 있도록 작용하는 것이다.
이러한 조류발전관로터빈(300)은 수중환경, 조류흐름 또는 조류에너지량 등에 따라 하나 이상이 직렬의 배치를 이루도록 설치되어 효율적이고 범용적인 발전을 이루도록 할 수 있다.
본 발명의 조류유도수압관로(400)는, 도 1 내지 도 3, 도 5 내지 도 8과 같이, 조류발전관로터빈(300)의 양측 단부에 연결 설치되고, 조류발전관로터빈(300) 측으로 향할수록 직경이 작아지는 형상을 이루어 조류의 유입을 유도할 수 있도록 기능한다.
예컨대, 조류유도수압관로(400)는 조류발전관로터빈(300)의 관부재(310) 길이보다 대략 5 내지 6배의 길이를 갖도록 하고, 그 직경은 관부재(310)의 직경보다 대략 2.5배 정도 크게 이루어져 유도된 조류의 유속이 느리더라도 터빈부재(350)가 설치된 구간에서는 그 유속이 증가할 수 있도록 함이 바람직하다.
이는 만조와 간조시의 유속을 고려하여 발전이 가능한 조류의 유속을 유지할 수 있는 시간을 더 연장하기 위함이다.
이러한 조류유도수압관로(400)는, 관부재(310)의 양측 단부에 연결되도록 설치되어 관부재(310)의 내측에 조류가 유입되도록 하고, 관부재(310)의 반대편 말단부에는 상측을 향해 비스듬한 형상을 이루도록 부유쓰레기거름장치(410)가 설치될 수 있다.
이렇게 구성된 조류유도수압관로(400)에 의해, 조류의 흐름에 있어 장애물로 작용될 수 있는 터빈부재(350)를 조류가 피해 흐르지 못하고, 오히려 조류의 흐름이 터빈부재(350)로 집중될 수 있도록 작용할 수 있는 것이다.
더하여, 부유쓰레기거름장치(410)는 말단부가 뾰족한 형상을 이루도록 하여 천이나 그물 등 부유쓰레기는 걸릴 수 있도록 하고, 밀물과 썰물의 양방향 흐름에 대응토록 조류발전관로터빈(300)을 회전시킬 경우, 반대편에서 조류발전관로터빈(300)을 통과하여 조류유도수압관로(400)를 빠져나가는 조류의 흐름에 의해 천이나 그물 등 부유쓰레기가 걸린 상태에서 이탈될 수 있도록 한다.
본 발명의 동력전달부(500)는, 도 1, 도 3, 도 5 및 도 9와 같이, 다수의 조류발전관로터빈(300)들 각각과 개별적인 연결을 이루도록 다수가 구비되고, 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 에어포켓(P)을 구비한 구성으로 이루어질 수 있다.
이때, 동력전달부(500)는 상술한 에어포켓(P)의 구성을 통해, 부력으로 자중을 대폭 감소시켜 동력전달의 과정에서 무게에 의한 과부하나 동력전달의 손실을 차단할 수 있게 된다.
이러한 동력전달부(500)는, 관부재(310)를 관통하여 베벨기어(353)와 결합을 이루는 제1회전축(510)과, 이 제1회전축(510)의 상단부와 결합을 이루고 상측으로 비스듬한 경사를 이루는 형상으로 배치되는 제2회전축(520)과, 이 제2회전축(520)의 상단부와 결합을 이루고 후술하는 발전기(610)와 상단부가 연결을 이루며 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 상술한 에어포켓(P)이 설치되는 제3회전축(530)을 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 제1회전축(510), 제2회전축(520) 및 제3회전축(530)은 각각 유니버설조인트(540)를 통한 연결을 이루고, 제3회전축(530)은 상측으로 이웃하는 하나 이상의 조류유도수압관로(400)를 관통하는 설치를 이룰 수 있다.
이때, 제3회전축(530)은 방사상으로 인접한 복수개의 콘크리트파일부(100)와 회전축지지대(550)를 통한 연결을 이루어, 도 5b와 같이, 'X'자와 유사한 형상의 배치를 이룰 수 있고, 복수개의 콘크리트파일부(100)와 각각 연결된 회전축지지대(550)는 하나의 가이드고리를 통해 일체를 이루며, 가이드고리(560)에 제3회전축(530)이 장착될 수 있다.
이렇게 구성된 동력전달부(500)의 배치를 통해, 보다 효율적으로 후술하는 발전기(610)에 회전운동에너지를 전달할 수 있게 되고, 회전축지지대(550)와 가이드고리(560)의 구성에 의해 수중에서 수압이나 조류에 의한 제3회전축(530)의 분리 또는 이탈을 예방할 수 있게 된다.
본 발명의 상판부(600)는, 도 1 및 도 2, 도 7과 같이, 다수의 콘크리트파일부(100)의 상단부를 연결하도록 구비되고, 동력전달부(500)와 연결을 이루는 발전기(610)가 설치될 수 있다.
이러한 상판부(600)는, 크레인(630), 승강기(640), 바지선접안시설(650), 변압기, 송전시설, 중앙제어실 또는 관제실(620), 작업자숙소가 설치되고, 콘크리트파일부(100)와의 연결을 이루는 부위에 하나 이상의 작업통로가 설치되며, 이 작업통로와 연결을 이루면서 콘크리트파일부(100)를 따라 작업사다리가 구비될 수 있다.
예컨대, 상판부(600)는 다수의 콘크리트파일부(100)의 상단부와 H빔 등의 철강재로 연결하고 철근과 레미콘 등을 적용한 시공을 이룰 수 있고, 상술한 작업통로 및 작업사다리를 통해, 조류발전관로터빈(300) 또는 조류유도수압관로(400)의 유지보수나 청소작업을 수행할 수 있다.
그리고, 상술한 크레인(630), 승강기(640) 및 바지선접안시설(650)을 통해, 해상의 바지선에서 상판부로 인력이나 자재를 운반할 수 있고, 중앙제어실 또는 관제실(620)에서 상술한 본 발명을 이루는 구성들의 작동을 통제하거나 제어할 수 있다
또한, 상판부(600) 외곽의 위치에 다수의 경보시설 또는 안전표지시설(F)을 설치하여 해상에서 항해하는 선박과 조류발전장치의 안전을 확보할 수 있고, 이러한 경보시설 또는 안전표지시설(F)은 해상에 부유시키거나 상술한 콘크리트파일부(100)와 같은 기자재를 해저면에 박아 고정시킴에 의한 설치를 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
100 : 콘크리트파일부 110 : 용기부재
120 : 에어유입부재 130 : 배출로드부재
140 : 막대부재 200 : 받침프레임부
210 : 호이스트레일 300 : 조류발전관로터빈
310 : 관부재 320 : 받침판부재
330 : 회전판부재 340 : 고정대부재
350 : 터빈부재 351 : 축
352 : 날개 353 : 베벨기어
360 : 이탈방지부재 370 : 유압피스톤부재
400 : 조류유도수압관로 410 : 부유쓰레기거름장치
500 : 동력전달부 510 : 제1회전축
520 : 제2회전축 530 : 제3회전축
540 : 유니버설조인트 550 : 회전축지지대
560 : 가이드고리 600 : 상판부
610 : 발전기 620 : 중앙제어실 또는 관제실
630 : 크레인 640 : 승강기
650 : 바지선접안시설 A : 부유쓰레기회피층
B : 회전베어링 F : 경보시설 또는 안전표지시설
G : 기어 P : 에어포켓
S : 침투성방수제

Claims (12)

  1. 다수가 방사상으로 등간격의 배치를 이루고, 상단부는 해수면 상측으로 일정 높이 돌출된 형상을 이루며, 하부가 해저면에 일정 깊이 박히는 고정을 이루는 콘크리트파일부;
    다수의 상기 콘크리트파일부를 연결하도록 구비되고, 수중에서 상하방향을 따라 등간격으로 다단의 배치를 이루는 받침프레임부;
    상기 받침프레임부들 상에 회전 가능하게 설치되고, 유입되는 조류에 의해 동력을 발생시키는 조류발전관로터빈;
    상기 조류발전관로터빈의 양측 단부에 연결 설치되고, 상기 조류발전관로터빈 측으로 향할수록 직경이 작아지는 형상을 이루어 조류의 유입을 유도하는 조류유도수압관로;
    다수의 상기 조류발전관로터빈들 각각과 개별적인 연결을 이루도록 다수가 구비되고, 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 에어포켓을 구비한 동력전달부; 및
    다수의 상기 콘크리트파일부의 상단부를 연결하도록 구비되고, 상기 동력전달부와 연결을 이루는 발전기가 설치되는 상판부;를 포함하고,
    상기 콘크리트파일부는,
    침투성방수제가 채워진 상태에서 하단부 내측에 구비된 용기부재;
    상기 용기부재와 연결되어 외부에서 공기가 상기 용기부재 내측으로 유입되도록 하는 에어유입부재;
    상기 용기부재의 내측과 연결되어 상기 에어유입부재를 통해 고압으로 공기가 유입되면 침투성방수제가 하단부 외측으로 배출되도록 하는 복수개의 배출로드부재; 및
    하단부 측면에 설치되어 상기 배출로드부재의 침투성방수제 배출부위를 폐쇄하였다가 침투성방수제의 배출시 외측으로 펼쳐져 침투성방수제가 해저면의 수분과 반응하여 하단부 외측에서 경화되도록 하는 막대부재;를 포함함을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    최하단에 설치된 상기 받침프레임부와 해저면과의 사이에 해저에서 부유하는 쓰레기의 회피층을 형성함을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 받침프레임부는 바닥면에 호이스트레일을 설치하여 상기 조류발전관로터빈과 조류유도수압관로의 설치 및 유지보수를 용이하게 함을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조류발전관로터빈은,
    몸체를 이루며 상기 받침프레임부에 회전 가능하게 설치되는 중공의 관부재;
    상기 받침프레임부 상에 설치되어 상기 관부재가 설치를 이루는 받침판부재;
    상기 관부재와 받침판부재 사이에 개재되어 상면에 상기 관부재가 설치되고 바닥면에 구비된 회전베어링을 통해 회전 가능하게 구비되는 회전판부재;
    상기 회전판부재와 연결을 이루며 상기 관부재 내측에서 세워지는 설치를 이루는 고정대부재;
    상기 고정대부재에 회전베어링을 통한 축결합을 이루어 유입되는 조류에 의해 회전하는 날개를 구비한 터빈부재;
    상기 터빈부재의 축과 상기 동력전달부를 연결하는 베벨기어; 및
    상기 관부재 상에 설치되는 복수개의 에어포켓;을 포함함을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 받침판부재는 내측에 구비된 상기 회전판부재의 이탈을 방지하는 이탈방지부재가 상부에 결합됨을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 회전판부재는 유압피스톤부재와 기어치합을 이루며 회전 가능하게 구비됨을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 조류유도수압관로는,
    상기 관부재의 양측 단부에 연결되도록 설치되어 상기 관부재의 내측에 조류가 유입되도록 하고, 상기 관부재의 반대편 말단부에는 상측을 향해 비스듬한 형상을 이루도록 부유쓰레기거름장치가 설치됨을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 동력전달부는,
    상기 관부재를 관통하여 상기 베벨기어와 결합을 이루는 제1회전축;
    상기 제1회전축의 상단부와 결합을 이루고 상측으로 비스듬한 경사를 이루는 형상으로 배치되는 제2회전축; 및
    상기 제2회전축의 상단부와 결합을 이루고 상기 발전기와 상단부가 연결을 이루며 해수면과 인접한 수중에 위치한 상부에 상기 에어포켓이 설치되는 제3회전축;을 포함함을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1회전축, 제2회전축 및 제3회전축은 각각 유니버설조인트를 통한 연결을 이루고,
    상기 제3회전축은 상측으로 이웃하는 하나 이상의 상기 조류유도수압관로를 관통하는 설치를 이룸을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3회전축은 방사상으로 인접한 복수개의 상기 콘크리트파일부와 회전축지지대를 통한 연결을 이루고,
    복수개의 상기 콘크리트파일부와 각각 연결된 상기 회전축지지대는 하나의 가이드고리를 통해 일체를 이루며,
    상기 가이드고리에 상기 제3회전축이 장착됨을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상판부는, 크레인, 승강기, 바지선접안시설, 변압기, 송전시설, 중앙제어실 또는 관제실, 작업자숙소가 설치되고, 상기 콘크리트파일부와의 연결을 이루는 부위에 하나 이상의 작업통로가 설치되며,
    상기 작업통로와 연결을 이루면서 상기 콘크리트파일부를 따라 작업사다리가 구비됨을 특징으로 하는 조류유도수압관로 및 조류발전관로터빈을 이용한 조류발전장치.
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