KR20040033160A - 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치에 관한 것이며, 그 목적은 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하고, 별도의 댐 건설없이 발전이 가능하여 발전설비의 건설에 따른 환경파괴를 방지할 수 있으며, 유속이 빠른 해양 또는 하천에 설치됨으로써 시간에 구애없이 발전할 수 있는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 지지대에 의해 수평방향으로 설치된 구동축과, 상기 구동축의 일측에 설치된 임펠러식 수차와, 상기 구동축의 타측에 설치된 제 1 베벨기어와, 상기 제 1 베벨기어에 맞물리는 제 2 베벨기어가 하부에 구비되어 구조물에 설치된 종동축과, 상기 제 1 베벨기어와 제 2 베벨기어가 내부에 설치된 치차상자와, 상기 종동축의 상부에 연결된 증속기 및 발전기로 구성되어 조류의 흐름에 의해 회전하는 수차의 회전력을 발전기로 전달하여 발전하도록 구성된 조류력 발전장치를 그 기술적 요지로 한다.

Description

임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치{Current energy power generation apparatus using impeller type water mill}

본 발명은 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조류의 흐름을 이용하여 부유식 구조물 또는 고정식 구조물의 하단에 설치된 임펠러식 수차를 회전시키고, 그 회전력을 이용하여 구조물의 상단에 설치된발전기를 구동시킴으로서 조류에너지(Current energy)를 전기에너지로 변환하여 발전하는 조류력 발전장치에 관한 것이다.

기존의 화석에너지 자원은 점차 고갈되고, 지구환경을 오염시키기 때문에 오래전부터 인류는 고갈되지 않고 환경을 오염시키지 않는 청정대체에너지(Clean replaceable energy) 개발을 위하여 많은 연구와 노력을 기울여 왔다.

이러한 청정대체에너지로는 태양에너지(Solar energy), 풍력에너지(Wind energy), 조류력에너지(Current energy), 조력에너지(Tidal energy), 지열에너지(Geo-thermal energy), 생화학에너지(Bio-chemical energy) 등을 들 수 있다.

이 중 조력에너지를 이용한 조력 발전장치는 조수간만의 차이를 이용하여 만조때 물을 저장하여 두었다가 간조때 낙차를 이용하여 발전하는 방식으로 물을 가두기 위한 대형댐이 필요하고, 댐 건설에 의한 환경파괴가 뒤따르며, 조수간만의 차에 따라 발전할 수 있는 시간이 제한되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하고, 별도의 댐 건설없이 발전이 가능하여 발전설비의 건설에 따른 환경파괴를 방지할 수 있으며, 유속이 빠른 해양 또는 하천에 설치됨으로써 시간에 구애없이 발전할 수 있는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 임펠러(Impeller)형 수차를 설치하여 조류의 흐름에 의해 수차가 회전하도록 하고, 그 회전력으로 부유식 또는 고정식 구조물의 상부에 설치된 발전기를 구동시킴으로써 발전하도록 구성된 조류력 발전장치를 제공함으로써 달성된다.

도 1 은 본 발명에 따른 조류력 발전장치의 구성을 나타낸 예시도

도 2 는 본 발명의 조류력 증대관의 설치상태를 나타낸 예시도

도 3 은 본 발명의 양방향 조류력 증대관의 설치상태를 나타낸 예시도

도 4 는 부유식 구조물에 설치된 조류력 발전장치의 설치상태를 나타낸 예시도

도 5 는 고정식 구조물에 설치된 조류력 발전장치의 설치상태를 나타낸 예시도

도 6 은 여러개의 조류력 발전장치가 설치된 상태를 나타낸 예시도

도 7 은 집중식 조류력 발전장치의 구성을 나타낸 예시도

도 8 은 집중식 조류력 발전장치의 또 다른 구성을 나타낸 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(A) : 부유식 구조물 (B) : 고정식 구조물

(1)(1`) : 수차 (2)(2`) : 구동축

(3)(3`) : 제 1 베벨기어 (4) : 제 2 베벨기어

(5) : 종동축 (6) : 치차상자

(7) : 증속기 (8) : 발전기

(9) : 지지대 (10) : 조류력 증대관

(11) : 양방향 조류력 증대관 (12) : 관지지대

(13) : 계류삭 (21) : 수차

(22) : 구동축 (23) : 제 1 베벨기어

(24) : 제 2 베벨기어 (25) : 종동축

(26) : 제 3 베벨기어 (27) : 제 4 베벨기어

(28) : 수평회전축 (29) : 증속기

(30) : 발전기 (31) : 지지대

(32)(32`) : 풀리 (33) : 동력전달벨트

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

도 1 은 본 발명에 따른 조류력 발전장치의 구성을 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 부유식 구조물(A) 또는 고정식 구조물(B)(이하 "구조물"이라 칭함)의 하부에 지지대(9)에 의해 수평방향으로 설치된 구동축(2)과, 상기 구동축(2)의 일측에 설치된 임펠러식 수차(1)와, 상기 구동축(2)의 타측에 설치된 제 1 베벨기어(3)와, 상기 제 1 베벨기어(3)에 맞물리는 제 2 베벨기어(4)가 하부에 구비되어 구조물에 설치된 종동축(5)과, 상기 구조물의 상부에 설치되어 종동축(5)과 연결된 발전기(8)로 구성되어 조류의 흐름에 의해 회전하는 수차(1)의 회전력을 발전기(8)로 전달하여 발전하도록 구성되었다.

또한, 상기 종동축(5)과 발전기(8)의 사이에 증속비를 갖도록 다수의 증속기어가 내부에 조합된 증속기(7)를 설치하여 발전기(8)의 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 제 1,2 베벨기어(3,4)는 원활한 작동과 유지보수 및 부식방지를 위하여 수밀된 치차상자(6)(Watertight gear box)의 내부에 설치된다.

이와 같이 구조물의 하부에 설치된 수차(1)가 조류의 흐름에 의해 회전하게 되면, 수차(1)가 설치된 구동축(2)이 회전하여 제 1 베벨기어(3)를 회전시키게 되고, 상기 제 1 베벨기어(3) 맞물린 제 2 베벨기어(4)를 통해 수차(1)에 의해 발생된 수평회전력이 수직회전력으로 변환되어 종동축(5)을 회전시키게 되며, 종동축(5)을 거쳐 수직회전력이 발전기(8)로 전달되어 발전하게 되는 것이다.

도 2 는 본 발명의 조류력 증대관의 설치상태를 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 상기 수차(1)로 유입되는 조류의 양을 증대시켜 조류력을 증가시키기 위하여 수차(1)의 주위에 조류력 증대관(10)을 설치하게 된다.

상기 조류력 증대관(10)은 전단부의 직경이 후단부 보다 큰 직경을 구비함과 동시에 부드러운 곡선을 형성하는 나팔형상으로 형성되어 별도의 관지지대(12)에 의해 구조물의 하부에 고정되어 수차(1)의 전방에서 유입되는 조류의 흐름을 수차(1)로 집중시킴으로서 보다 큰 회전력을 얻을 수 있도록 구성되었다.

도 3 은 본 발명의 양방향 조류력 증대관의 설치상태를 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 조류의 흐름방향에 관계없이 회전력을 발생하도록 수차(1)의 반대쪽에 또 다른 수차(1`)를 구동축(2`)과 제 1 베벨기어(3`)를 이용하여 설치하고, 상기 두개의 수차(1,1`)를 감싸는 양방향 조류력 증대관(11)을 관지지대(12)를 이용하여 구조물의 하부에 설치하게 된다.

상기 양방향 조류력 증대관(11)은 좌우측이 서로 대칭구조를 갖는 형상으로서 중앙부에서 양끝단부로 갈수록 직경이 증가하도록 구성되었다.

이와 같이 제 2 베벨기어(4)를 기준으로 하여 양측에 수차(1,1`)를 설치하고, 이 두개의 수차(1,1`)를 감싸는 양방향 조류력 증대관(11)을 설치하므로써, 조류의 흐름방향에 관계없이 조류의 유입측에 위치한 수차에서 회전력이 발생되어 발전기(8)를 구동할 수 있게 된다.

도 4 는 부유식 구조물에 설치된 조류력 발전장치의 설치상태를 나타낸 예시도를, 도 5 는 고정식 구조물에 설치된 조류력 발전장치의 설치상태를 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 조류력 발전장치는 계류삭(13)과 같은 계류장치에 의해 고정된 부유식 구조물(A)이나 해저에 고정된 고정식 구조물(B)에 설치하게 된다.

도 6 은 여러개의 조류력 발전장치가 설치된 상태를 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 구조물의 하단부에 여러개의 수차(1)를 설치하고, 각각의 수차에 의해 구동하는 발전기(8)를 구조물의 상부에 설치하여 발전용량을 증대시킬 수 있게 된다.

도 7 은 집중식 조류력 발전장치의 구성을 나타낸 예시도를 도시한 것으로, 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 지지대(31)에 의해 수평방향으로 설치된 다수의 구동축(22)과, 상기 구동축(22)의 일측에 각각 설치된 다수의 임펠러식 수차(21)와, 상기 구동축(22)의 타측에 각각 설치된 다수의 제 1 베벨기어(23)와, 상기 제 1 베벨기어(23)에 맞물리는 제 2 베벨기어(24)가 하부에 각각 구비되어 구조물에 설치된 다수의 종동축(25)과, 상기 종동축(25)의 상부에 설치된 다수의 제3 베벨기어(26)와, 상기 제 3 베벨기어(26)에 각각 맞물리는 다수의 제 4 베벨기어(27)가 설치되어 구조물의 상부에 수평방향으로 설치된 수평회전축(28)과, 상기 수평회전축(28)의 일측에 연결된 증속기(29)와 발전기(30)로 구성되어 각각의 수차(21)에서 발생된 수평회전력을 제 1 베벨기어(23)와 제 2 베벨기어(24)를 이용하여 수직회전력을 변환하고, 다시 수직회전력을 구조물의 상부에 설치된 제 3,4 베벨기어(26,27)를 이용하여 수평회전력을 변환함과 동시에 각 수차(21)에서 발생된 회전력을 수평회전축(28)에 집중시켜 하나의 발전기(30)를 구동하도록 구성되었다.

즉, 제 2 베벨기어(24)에 의해 회전하는 종동축(25)의 상부에 제 3 베벨기어(26)를 설치하고, 상기 제 3 베벨기어(26)에 맞물려 회전하는 제 4 베벨기어(27)를 구조물의 상단에 설치된 수평회전축(28)에 설치하여 각각의 수차(21)에서 발생된 회전력이 수평회전축(28)에 집중되도록 하고, 상기 수평회전축(28)의 일측에 발전기(30)를 설치하여 발전하게 되며, 수평회전축(28)과 발전기(30)의 사이에 증속기(29)를 설치하여 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이 베벨기어를 이용한 동력전달방향의 변환과는 다른 구성으로서 동력전달벨트를 이용한 동력전달방향의 변환이 가능하며 그 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.

수차(21)가 일측에 설치된 구동축(22)의 타측에 풀리(32)를 설치하고, 구조물의 상단에 설치된 수평회전축(28)에 또 다른 풀리(32`)를 설치하며, 상기 두개의 풀리(32,32`)를 동력전달벨트(33)로 연결하여 각각의 수차(21)에서 발생된 회전력을 수평회전축(28)에 집중시켜 발전기(30)로 전달할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 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 발명은 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 임펠러식 수차를 설치하여 조류의 흐름에 의해 수평회전력을 발생시키고, 이 수평회전력을 베벨기어를 이용하여 수직회전력으로 변환하게 되며, 이 수직회전력을 이용하여 구조물의 상부에 설치된 발전기를 구동하여 발전토록 구성되어 구조가 간단하여 제작 및 설치가 용이하고, 조류의 흐름을 이용하므로써 발전시간에 제한이 없으며, 발전에 필요한 댐건설이 불필요하여 환경파괴를 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (7)

1. 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 지지대(9)에 의해 수평방향으로 설치된 구동축(2)과,

   상기 구동축(2)의 일측에 설치된 임펠러식 수차(1)와,

   상기 구동축(2)의 타측에 설치된 제 1 베벨기어(3)와,

   상기 제 1 베벨기어(3)에 맞물리는 제 2 베벨기어(4)가 하부에 구비되어 구조물에 설치된 종동축(5)과,

   상기 제 1 베벨기어(3)와 제 2 베벨기어(4)가 내부에 설치된 치차상자(6)와,

   상기 종동축(5)의 상부에 연결된 발전기(8)로 구성되어 조류의 흐름에 의해 회전하는 수차(1)의 회전력을 발전기(8)로 전달하여 발전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 종동축(5)과 발전기(8)의 사이에 증속기(7)를 설치하여 발전효율을 향상시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 수차(1)를 감싸는 조류력 증대관(10)을 관지지대(12)를 이용하여 구조물의 하부에 설치하되,

   상기 조류력 증대관(10)은 전단부의 직경이 후단부 보다 큰 직경을 구비함과 동시에 부드러운 곡선을 형성하는 나팔형상으로 형성하여 조류의 흐름을 수차(1)로 집중시키는 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 베벨기어(4)에 연결된 수차(1)의 반대쪽에 제 1 베벨기어(3`)와 구동축(2`)을 이용하여 또 다른 수차(1`)를 설치하고,

   상기 두개의 수차(1,1`)를 감싸는 양방향 조류력 증대관(11)을 관지지대(12)를 이용하여 구조물의 하부에 설치하되,

   상기 양방향 조류력 증대관(11)은 좌우측이 서로 대칭구조를 갖는 형상으로서 중앙부에서 양끝단부로 갈수록 직경이 증가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.
5. 부유식 또는 고정식 구조물의 하부에 지지대(31)에 의해 수평방향으로 설치된 다수의 구동축(22)과,

   상기 구동축(22)의 일측에 각각 설치된 다수의 임펠러식 수차(21)와,

   상기 구동축(22)의 타측에 각각 설치된 다수의 제 1 베벨기어(23)와,

   상기 제 1 베벨기어(23)에 맞물리는 제 2 베벨기어(24)가 하부에 각각 구비되어 구조물에 설치된 다수의 종동축(25)과,

   상기 종동축(25)의 상부에 설치된 다수의 제 3 베벨기어(26)와,

   상기 제 3 베벨기어(26)에 각각 맞물리는 다수의 제 4 베벨기어(27)가 설치되어 구조물의 상부에 수평방향으로 설치된 수평회전축(28)과,

   상기 수평회전축(28)의 일측에 연결된 발전기(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   수차(21)가 일측에 설치된 상기 구동축(22)의 타측에 풀리(32)를 설치하고,

   상기 수평회전축(28)에 또 다른 풀리(32`)를 설치하며,

   상기 두개의 풀리(32,32`)를 동력전달벨트(33)로 연결하여 구성된 것을 특징으로 하는 조류력 발전장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 수평회전축(28)과 발전기(30)의 사이에 증속기(29)를 설치하여 발전효율을 향상시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 임펠러식 수차를 이용한 조류력 발전장치.