KR200352240Y1 - 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 해양이나 하천의 조류에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치에 관한 것이며, 그 목적은 좌·우에 위치한 원판림에 회전날개가 지지되도록 하는 수평 원통형의 수차를 구비하여 조류저항을 줄여 회전력을 증대하며, 전체적인 발전장치의 중량감소를 가져옴에 따른 제작비용을 줄일 수 있도록 한 고정식 및 부유식 지지구조물에 설치가능한 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치를 제공함에 있다.

본 고안은 대향하는 내면의 테두리를 따라 원주방향으로의 등간격 설치된 날개군을 이루는 회전날개의 양측단부가 고정 설치되는 원판림들과, 상기 회전날개를 보강 지지하는 보강판과, 상기 날개군의 일정부분이 수면에 입수되도록 수면에 수평되게 설치된 회전축에 원판림과 보강판이 설치 구성된 것과, 또한 상기 날개군이 회전반경을 달리하는 다수의 날개군으로 구성된 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치{Horizontal cylindric water mill type current power plant}

본 고안은 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양이나 하천의 조류에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 수평원통형의 수차를 이용하여 조류저항의 감소를 가져올 수 있도록 한 조류력 발전장치에 관한 것이다.

기존의 화석에너지 자원이 점차 고갈되어지고, 환경문제가 대두되어짐에 따라 이미 오래전부터 청정대체에너지에 대한 관심 및 그 이용에 대한 실질적인 장치의 개발을 위한 활발한 연구와 노력이 이루어져 왔다.

일반적으로 청정대체에너지는 태양에너지(solar energy), 풍력에너지(wind energy), 조류력(current energy), 조력에너지(tidal energy), 지열에너지(geo-thermal energy), 생화학에너지(bio-chemical energy) 등이 있으며, 본 발명은 세계 각 지역 특히, 빠른 조류가 발생되는 지역을 중심으로 널리 사용중이며, 여전히 활발한 개발이 이루어지고 있는 조류력 발전장치에 관한 것이다.

우리나라에서도 최근 남해안의 10놋트 이상의 고속 조류가 발생되는 지역이 대두되면서 조류에너지를 이용한 대용량의 발전장치의 모색이 이루어지고 있다.

이와 같이 주어진 조류의 상태에서 가능한 한 많은 전력을 생성하도록 하기 위한 큰 회전력(Torque)을 요구하는 조류발전장치의 중요 구성인자가 수차이며, 일정한 조류력 및 일정한 크기를 갖는 수차에 발생되는 회전력은 그 수차에 설치형성된 날개의 단면형상 및 날개의 개수, 날개의 배치에 따라 큰 차이를 보이게 된다.

도 7 및 도 8 는 종래의 수직원통형의 수차가 설치된 조류발전장치를 도시한 것으로, 수면의 바닥면(11)에 고정 지지된 수차 지지구조물(13)을 설치하고, 상기 지지구조물(13)에 의해 고정된 고정구조물(12)이 설치되며, 그 내측에서 수직방향으로 설치된 회전축(17)과 상기 회전축(17)에 설치되어 조류의 힘을 직접받게 되는 수직원통형의 수차(20)에 의해 회전이 이루어지며, 이 회전력이 회전축(17)과 일직선상에 위치한 증속기(18)를 거쳐 발전기(19)를 회전시켜 발전되는 방식을 취하는 고정식 지지구조물에 설치된 수직원통형의 수차를 이용한 조류발전장치를 보이고 있다.

또한 도 8 에 도시된 다른 종래의 수직원통형의 수차가 설치된 조류발전장치는 수면의 뜬 상태를 유지토록 하는 부유 구조물(14)에 수차 지지구조물(15)이 설치되고, 상기 지지구조물(15)의 내측에서 수직방향으로 설치된 회전축(17)과 상기 회전축(17)에 설치되어 조류의 힘을 직접 받게 되는 수직원통형의 수차(20)에 의해 회전이 이루어지며, 이 회전력이 회전축(17)과 일직선상에 위치한 증속기(18)를 거쳐 발전기(19)를 회전시켜 발전되는 방식이며, 이때 상기 부유 구조물(14)은 계류삭(16 :선박 따위를 일정한 곳에 붙들어 매는 데 쓰는 밧줄을 칭함)을 이용하여 일정한 지역을 벗어나지 못하도록 붙잡아 두게 되는 부유식 구조물에 설치된 수직원통형의 수차를 이용한 조류발전장치를 보이고 있다.

상기에서 소개된 종래의 수직 원통형수차는 조류가 발생되는 수면이하로 입수된 상태로 설치됨에 따라 도 9 에서 보듯이, 수차에 가해지는 조류력에 의해 회전하려는 회전력(A)과 함께 조류력에 의해 반대로 작용되는 저항력(B)이 발생하게 되어 발생되는 조류력에 비해 현저히 감소된 회전력을 얻게 되는 문제점이 발생되었다.

또한, 상기 수직 원통형수차는 회전날개의 설치를 위해 부가적인 원통부재(21)를 필요로 함에 따라 이 또한 조류저항의 원인을 제공하게 되며, 그 하중에 따른 지지구조물(13,15)의 구조에 있어서의 제작비용까지 증대되는 문제점이 발생되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 좌·우에 위치한 원판림에 회전날개가 지지되도록 하는 수평 원통형의 수차를 제공하여, 수차의 회전날개로 흘러들어오는 조류의 상태를 원활히 수용하고, 전체적인 수차의 중량을 감소함과 동시에 회전력을 증대할 수 있도록 한 고정식 및 부유식 지지구조물에 설치되는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 고안에 의한 제 1 실시예에 따른 수평원통형 수차가 설치된 조류력 발전장치의 구성도

도 2 는 본 고안에 의한 제 2 실시예에 따른 수평원통형 수차가 설치된 조류력 발전장치의 구성도

도 3 은 본 고안에 의한 제 3 실시예에 따른 수평원통형 수차의 구성을 보인 측단면도

도 4a 와 도 4b 는 상기 제 3 실시예에 따른 회전날개의 설치 구성을 보인 정단면도

도 5 는 본 고안에 의한 수평원통형 수차가 설치된 부유식 조류력 발전장치의 구성도

도 6 은 본 고안에 의한 수평원통형 수차가 다수 설치된 조류력 발전장치의 개념도

도 7 은 종래의 수직원통형 수차가 설치된 고정식 조류력 발전장치의 구성도

도 8 은 종래의 수직원통형 수차가 설치된 부유식 조류력 발전장치의 구성도

도 9 는 종래의 수직원통형 수차에 미치는 회전력과 저항력의 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(11) : 바닥면 (12) : 고정구조물

(13,15) : 지지구조물 (14) : 부유 구조물

(14') : 바지선 (16) : 계류삭

(17) : (종래의)회전축 (18) : 증속기

(19) : 발전기 (20) : (종래의)수직원통형 수차

(21) : 원통부재 (30) : 회전축

(30') : 요소부 (31,31') : 샤프트축

(33) : 케이블 (50) : 회전날개

(51) : 플랜지 (53) : 보강판

(55,56) : 원판림 (55a,56a) : 내면부

(55b,56b) : 외면부 (60) : 제 1 날개군

(70) : 제 2 날개군 (80) : 수평원통형 수차

(A) : 회전력 (B) : 저항력

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안은 고정식 또는 부유식 지지구조물에 설치되어 조류력에너지를 전기에너지로 변환하는 원통형 수차에 의한 조류력 발전장치에 있어서;

일정 간격을 두어 회전축과 플랜지에 의해 볼트 체결되며, 대향하는 내면 테두리부의 원주방향에 대해 등간격 설치되어 날개군을 형성하는 각각의 회전날개의 양단부가 고정된 원판림들을 구성하고, 상기 원판림들의 사이구간에 위치하여 회전축과 플랜지에 의해 볼트 체결되며 테두리부로 회전날개가 관통 설치되는 보강판을 구성하여, 상기 날개군의 일정부분이 수면에 입수되도록 회전축이 수면에 대해 수평되게 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 날개군은 반경방향에 대해 회전반경을 달리하는 다수의 날개군으로 구성하고, 상기 각각의 날개군을 이루며 반경방향으로 서로 인접된 회전날개가 회전중심을 지나는 동일직선상에 위치하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판림에 설치된 다수의 날개군은 반경방향으로 서로 인접된 각각의 회전날개가 서로 엇갈리게 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회전날개가 설치된 원판림들의 사이구간에 위치되는 회전축의 요소부을 없애고 상기 원판림에 플랜지만을 취부하여 고정구조물에 설치 구성한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안의 제 1 실시예에 따른 수평원통형 수차가 설치된 조류력 발전장치의 구성도를, 도 2 는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 수평원통형 수차가 설치된 조류력 발전장치의 구성도를, 도 3 은 본 고안의 제 3 실시예에 따른 수평원통형 수차의 측단면도를, 도 4a 와 도 4b 는 상기 제 3 실시예에 따른 회전날개의 설치 구성을 보인 정단면도를, 도 5 는 본 고안의 수평원통형 수차가 설치된 부유식 조류력 발전장치의 구성도를, 도 6 은 본 고안의 수평원통형 수차가 다수 설치된 조류력 발전장치의 개념도를 도시한 것으로,

도 1 는 본 고안에 의한 제 1 실시예에 따른 수평원통형 수차가 적용된 조류력 발전장치를 도시한 것으로, 해양이나 하천의 바닥면(11)에 고정되는 지지구조물(13)을 포함하는 고정구조물(12)이 설치되고, 상기 고정구조물(12)상에 설치된 증속기(18)를 거친 회전력을 발전기(19)측으로 전달하는 원통형의 수차(80)를 설치 구성한다.

상기 원통형의 수차(80)는 회전축(30)상에 일정 간격을 두어 플랜지(51)에 의해 볼트 체결되는 원판림(55,56)들을 구성하고, 상기 각각의 원판림(55,56)에 원주방향으로 등간격 고정 설치되는 회전날개(50)들을 구성하고, 상기 원판림(55,56)의 사이구간에 위치되며 회전축(30)에 플랜지(51)에 의해 볼트 체결 구성되어 상기 회전날개()가 관통되어 지지토록 하는 보강판(53)으로 구성된다.

상기 원판림(55,56)은 각각이 내면부(55a,56a)와 외면부(55b,56b)를 이루며,이 내면부(55a,56a)에는 회전날개(50)의 만곡된 단면형상과 대응되는 홈이 테두리측을 따라 원주방향의 등간격으로 형성되어 있다.

즉, 상기 대향하고 있는 각각의 원판림(55,56)의 내면부에 형성된 홈에 회전날개(50)의 양단부가 끼워져 고정되도록 하고 있다.

또한 도 2 는 본 고안에 의한 제 2 실시예에 따른 수평원통형 수차가 적용된 조류력 발전장치를 도시한 것으로, 일정 간격을 두고 위치하는 각각의 원판림(55,56)에 원주방향으로 등간격 고정 설치되는 회전날개(50)들을 구성하고, 상기 원판림(55,56)의 사이구간에 위치되며 회전날개(50)가 관통되어 지지토록 하는 보강판(53)으로 구성하며, 이때 상기 원판림(55,56)에 동시 고정된 회전축(30)의 요소부(30')을 없애고 각각의 원판림(55,56)들 중 선택된 하나의 원판림(55)은 증속기(18)로 회전력을 전달하는 샤프트축(31)과 플랜지(51)에 의해 볼트 체결되며, 다른 하나의 원판림(56)은 고정구조물(12)에 설치된 샤프트축(31')과 플랜지(51)에 의해 볼트 체결되어 구성된다.

즉, 상기 회전날개(50)가 설치된 원판림(55,56)들의 사이구간에 위치되는 회전축(30)의 요소부(30')가 제거된 상태를 취하게 되어, 상기 원판림(55,56)의 사이구간에는 회전날개(50)와 보강판(53)만이 배치되며, 그 양측으로 샤프트축(31,31')에 플랜지(51)만을 취부하여 고정구조물(12)에 설치함에 따라 제작비용의 절감을 가져올 수 있도록 한 것이다.

도 3 은 본 고안에 의한 수평원통형의 수차의 제 3 실시예를, 도 4a 와 도 4b 는 상기 제 3 실시예에 따른 원판림에 설치된 회전날개의 배치를 보이기 위한 단면을 도시한 것으로, 상기 원판림(55,56)의 테두리측을 따라 원주방향 등간격 고정된 다수의 회전날개(50)를 구비하는 제 1 날개군(60)을 구성하고, 상기 제 1 날개군(60)의 내측 즉, 상기 제 1 날개군(60)보다 회전반경이 작은 제 2 날개군(70)을 더 설치 구성하고 있다.

먼저 도 4a 에 도시된 경우, 상기 제 1 날개군(60)을 이루는 각각의 회전날개(50)와, 그 내측에 설치된 제 2 날개군(70)을 이루는 각각의 회전날개(50)가 회전중심이 되는 회전축(30)을 지나는 가상의 동일직선상에 위치되어 구성된다.

한편, 도 3b 에 도시된 경우, 상기 제 1 날개군(60)을 이루는 각각의 회전날개(50)와, 그 내측에 설치된 제 2 날개군(70)을 이루는 각각의 회전날개(50)가 회전중심이 되는 회전축(30)을 지나는 가상의 동일직선상에 위치되지 않고 엇갈리게 위치되어 구성된다.

즉, 회전반경을 달리하는 제 1 및 2 날개군(60,70) 또는 다수의 날개군이 원판림(55,56)에 설치 가능하며, 각각의 날개군을 이루며 반경방향에 대해 서로 인접하고 있는 각각의 회전날개(50)가 회전중심을 지나는 동일직선상에 놓이게 설치되거나, 혹은 각각의 날개군을 이루며 반경방향에 대해 서로 인접하고 있는 각각의 회전날개가 엇갈리는 위치에 놓이도록 설치가능하다.

도 5 에서와 같이 본 고안에 의한 수평원통형 수차는 해양이나 하천의 바닥면(11)에 고정된 고정구조물에 국한되지 아니하고, 바지선(14')과 같은 부유식 구조물 등에 다양한 설치가 가능하다.

특히, 도 6 에서와 같이 부선이나 고정되는 구조물에 수평원통형 수차(80)를 복수의 열 혹은 복수의 단으로 설치 구성함에 따라 대형 조류력 발전장치의 구현이 가능하다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 고안은 회전날개의 양단이 고정되는 좌·우측에 원판림을 설치 구성한 수평 원통형의 수차를 제공하여, 수차의 중량을 줄임과 동시에 수차의 회전력을 증대시킬수 있는 효과가 있다.

또한 상기의 원판림에 회전날개가 고정 설치됨에 따라 발생되는 조류력에 크기에 부합되는 회전력을 획득하기 위한 회전날개의 배치가 가능하며, 나아가 다수개의 수차가 설치 구성되는 대형조류발전장치의 제작 및 그 구동효율을 향상시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고정식 또는 부유식 지지구조물에 설치되어 조류력에너지를 전기에너지로 변환하는 원통형 수차에 의한 조류력 발전장치에 있어서;

   일정 간격을 두어 회전축(30)과 플랜지(51)에 의해 볼트 체결되며, 대향하는 내면 테두리부의 원주방향에 대해 등간격 설치되어 날개군(60,70)을 형성하는 각각의 회전날개(50)의 양단부가 고정된 원판림(55,56)들을 구성하고, 상기 원판림(55,56)들의 사이구간에 위치하여 회전축(30)과 플랜지(51)에 의해 볼트 체결되며 테두리부로 회전날개(50)가 관통 설치되는 보강판(53)을 구성하여, 상기 날개군(60,70)의 일정부분이 수면에 입수되도록 회전축(30)이 수면에 대해 수평되게 설치 구성된 것을 특징으로 하는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원판림(55,56)에 설치된 날개군(60,70)은 반경방향에 대해 회전반경을 달리하는 다수의 날개군(60,70)으로 구성하고, 상기 각각의 날개군(60,70)을 이루며 반경방향으로 서로 인접된 회전날개(50)가 회전중심을 지나는 동일직선상에 위치하여 구성된 것을 특징으로 하는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

   상기 원판림(55,56)에 설치된 다수의 날개군(60,70)은 반경방향으로 서로 인접된 각각의 회전날개(50)가 서로 엇갈리게 설치 구성된 것을 특징으로 하는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전날개(50)가 설치된 원판림(55,56)들의 사이구간에 위치되는 회전축(30)의 요소부(30')을 없애고 상기 원판림(55,56)에 플랜지(51)만을 취부하여 고정구조물에 설치 구성한 것을 특징으로 하는 수평원통형 수차에 의한 조류력 발전장치.