KR20040033161A - 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치에 관한 것으로, 그 목적은 지구환경을 오염시키지 않는 청정대체에너지로 해양이나 하천의 조류에너지를 원통형 수차를 이용하여 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치를 제공함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 부유체(10)나 고정구조물(20) 하부에 수직으로 설치된 다수의 수직원통형 수차(30)와, 상기 수직원통형 수차(30)에 발전효율을 향상시키기 위해 선택적으로 링크되는 증속기어(40)와, 상기 증속기어(40)와 연결되거나 수직원통형 수차(30)에 직결되는 발전기(50)로 구성되고, 상기 수직원통형 수차(30)는 빈 원통(31)에 용접으로 날개(33)가 부착되거나 보수 유지를 위해 볼트(32)로 수차의 날개(33)가 조립식으로 설치되며, 상기 부유체(10)나 고정구조물(20) 상부에 수평회전축에 회전력을 집중시키기 위해 수직원통형 수차(30)에 베벨기어(60)가 링크되고 발전기(50)가 수평으로 설치될 수 있는 요지로 한다.

Description

수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치{Current energy power generation system using vertical type cylindric water mill}
본 발명은 해양이나 하천의 조류에너지(current energy)를 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치에 관한 것으로 조수간만의 차이를 이용하여 만조때 물을 저장하여 두었다가 간조때 낙차를 이용하여 발전하는 조력 발전장치(tidal power generation system)와는 전혀 다른 것이다.
기존의 화석에너지 자원은 점차 고갈되어갈 뿐만 아니라 지구환경을 오염시키기 때문에 오래전부터 인류는 고갈되지 않고 환경을 오염시키지 않는 청정대체에너지 개발을 위하여 많은 연구와 노력을 기울여 왔다. 이러한 청정대체에너지는 태양 에너지(solar energy), 풍력에너지(wind energy), 조류력에너지(current energy), 조력에너지(tidal energy), 지열에너지(geo-thermal energy), 생화학에너지(bio-chemical energy) 등이 있는바 본 발명은 조류력에너지를 이용하여 발전을 하는 장치에 관한 것이다.
세계 곳곳에는 상당히 빠른 해류가 발생하는 곳이 많이 있고 우리나라 남해안에도 10놋트 이상의 고속 조류지역이 있어 이 조류에너지를 이용하여 대용량의발전장치를 구동할 수 있다.
일반적으로 수력을 이용한 발전장치에서는 원통형 수차 대신 프로펠러처럼 생긴 임펠러(impeller)식 수차에 의하여 회전력을 발생시키고 발전기를 구동함으로써 에너지를 생성하는 것으로 생각하여 왔다. 이러한 임펠러식 발전방법은 에너지 생성효율은 다른 방법에 비하여 높은 편이지만 몇 가지 큰 단점을 가지고 있다.
우선 임펠러에서 발생한 수평회전력을 이용하여 부유체나 고정구조물 위의 발전기를 구동하자면 수평회전력을 수직회전력으로 바꾸어야 하는데 회전력의 방향을 바꾸는 치차(gear) 장치가 고가이고 동력전달 효율이 감소되며 또한 보수유지가 어려운 단점이 있다. 특히 우리나라 남해안 지역처럼 조류의 방향이 바뀌면 임펠러의 전면이 조류가 오는 쪽을 향하도록 방향을 바꾸어 주어야 하는데 부유체의 경우에도 방향을 바꾸기가 대단히 어렵고 고정구조물의 경우에는 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 원통형 수차를 수직으로 설치하여 원통의 회전력을 그대로 수직으로 전달받아 특별한 동력전달장치가 필요 없고 시스템이 간단하여 제작비가 저렴하며 동력전달 효율도 높이고 보수유지가 용이하며 조류(해류)의 방향에 관계없이 항상 일정한 방향으로 회전하게 되어 운영이 간편한 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 부유체(10)나 고정구조물(20) 하부에 수직으로 설치된 다수의 수직원통형 수차(30)와, 상기 수직원통형 수차(30)에 발전효율을 향상시키기 위해 선택적으로 링크되는 증속기어(40)와, 상기 증속기어(40)와 연결되거나 수직원통형 수차(30)에 직결되는 발전기(50)로 구성되고, 상기 수직원통형 수차(30)는 빈 원통(31)에 용접으로 날개(33)가 부착되거나 보수 유지를 위해 볼트(32)로 수차의 날개(33)가 조립식으로 설치되며, 상기 부유체(10)나 고정구조물(20) 상부에 수평회전축에 회전력을 집중시키기 위해 수직원통형 수차(30)에 베벨기어(60)가 링크되고 발전기(50)가 수평으로 설치되어 구성된다.
도 1 은 부유식 구조물에 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치
도 2 는 고정식 구조물에 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치
도 3 은 수직 원통형 수차의 개념도
도 4 는 대형 부유식, 또는 고정식 구조물에 여러개(복수개)의 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치
도 5 는 베벨기어에 의한 회전력 변환 및 집중장치 개념도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(10) 부유체(부유식 구조물) (20) 고정구조물
(30) 수직원통형 수차 (31) 빈 원통
(32) 볼트 (33) 수차의 날개
(40) 증속기어 (50) 발전기
(60) 베벨기어
(70) 수면 (80) 계류삭
(90) 닻(Anchor) (100) 해저
(110) 수차지지구조물
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치는 지구환경을 오염시키지 않는 청정대체에너지로 해양이나 하천의 조류에너지를 원통형 수차를 이용하여 전기에너지로 변환시키는 조류력 발전장치에 관한 것으로, 원통형 수차를 수직으로 설치하여 원통의 회전력을 그대로 수직으로 전달받아 특별한 동력전달장치가 필요 없고 시스템이 간단하여 제작비가 저렴하며 동력전달 효율도 높이고 보수유지가 용이하며 조류(해류)의 방향에 관계없이 항상 일정한 방향으로 회전하여 운영이 간편하다.
이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 부유식 구조물에 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치이고, 도 2 는 고정식 구조물에 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치이며, 도 3 은 수직 원통형 수차의 개념도이고, 도 4 는 대형 부유식 또는 고정식 구조물에 여러개(복수개)의 수직 원통형 수차를 설치한 조류력 발전장치이며, 도 5 는 베벨기어에 의한 회전력 변환 및 집중장치 개념도로서,
본 발명은 도 1 에 도시된 바와 같이 계류장치(80)에 의하여 고정되며 조류저항을 줄일 수 있도록 특별히 설계된 부유식 구조물(10)이나 도 2 에 도시된 바와 같이 고정식 구조물(20) 하부에 도 3 에서 볼수 있는 바와 같은 수직원통형 수차(30)를 설치하고 조류에 의해 수차가 회전하도록 하여 그 회전력으로 부유체(10)나 고정구조물(20) 위에 설치된 발전기(50)를 회전시켜 발전을 하게 되는 것이다.
즉, 부유체(10)나 고정구조물(20) 하부에 수직으로 다수의 수직원통형 수차(30)가 설치되고, 상기 수직원통형 수차(30)와 증속기어(40)가 링크되며, 상기 증속기어(40)와 발전기(50)가 연결되어 구성되는 것이다.
여기서, 상기 증속기어(40)는 발전효율을 높이기 위해 선택적으로 설치되는 것으로 수직원통형 수차(30)와 발전기(50)가 직결되어 설치될 수 있는 것이다.
일반적으로 수력을 이용한 발전장치에서는 원통형 수차 대신 프로펠러처럼 생긴 임펠러(impeller)식 수차에 의하여 회전력을 발생시키고 발전기를 구동함으로써 에너지를 생성하는 것으로 생각하여 왔다. 이러한 임펠러식 발전방법은 에너지 생성효율은 다른 방법에 비하여 높은 편이지만 몇 가지 큰 단점을 가지고 있다.
우선 임펠러에서 발생한 수평회전력을 이용하여 부유체나 고정구조물 위의 발전기를 구동하자면 수평회전력을 수직회전력으로 바꾸어야 하는데 회전력의 방향을 바꾸는 치차(gear) 장치가 고가이고 동력전달 효율이 감소되며 또한 보수유지가 어려운 단점이 있다. 특히 우리나라 남해안 지역처럼 조류의 방향이 바뀌면 임펠러의 전면이 조류가 오는 쪽을 향하도록 방향을 바꾸어 주어야 하는데 부유체의 경우에도 방향을 바꾸기가 대단히 어렵고 고정구조물의 경우에는 불가능하다.
그러나 원통형 수차를 수직으로 설치하면 원통의 회전력을 그대로 수직으로 전달하게 되므로 특별한 동력전달장치가 필요 없게 되기 때문에 시스템이 간단하여 제작비가 저렴하고 동력전달 효율도 높으며 보수유지가 용이하다는 장점이 있다. 특히 조류(해류)의 방향에 관계없이 항상 일정한 방향으로 회전하게 되어 운영이 간편해진다.
또한 도 3 에 도시된 바와 같이 수차의 형태를 속이 빈 원통(31)과 날개(33)를 분리하여 제작한 후 설치현장에서 볼트(32)로 조립할 수 있게 함으로써 제작공정이 간단하여 대형으로 제작 및 설치가 용이하고 또한 설치장소에 대한 제한을 거의 받지 않는다.
본 발명은 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 대형부유체(10)나 고정구조물(20) 하부에 여러개(복수개)의 수직원통형 수차(30)를 설치함으로서 대용량의 발전을 할 수가 있다. 또한 본 발명은 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 대형부유체(10) 상부에 베벨기어(60)를 설치하여 수평회전축에 회전력을 집중시킴으로서 발전기(50)를 수평으로 설치 할 수도 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 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.
상기와 같이 구성되고 동작하는 본 발명의 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치는 원통형 수차를 수직으로 증속기어와 링크하여 원통의 회전력을 그대로 수직으로 전달받아 특별한 동력전달장치가 필요 없고 시스템이 간단하여 제작비가 저렴하며 동력전달 효율도 높이고 보수유지가 용이하며 조류(해류)의 방향에 관계없이 항상 일정한 방향으로 회전하게 되어 운영이 간편하고 화석에너지를 절감할 수 있어 산업발전에 이바지할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

  1. 부유체(10)나 고정구조물(20) 하부에 수직으로 설치된 다수의 수직원통형 수차(30)와, 상기 수직원통형 수차(30)에 발전효율을 향상시키기 위해 선택적으로 링크되는 증속기어(40)와, 상기 증속기어(40)와 연결되거나 수직원통형 수차(30)에 직결되는 발전기(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직원통형 수차(30)는 빈 원통(31)에 용접으로 날개(33)가 부착되거나 보수 유지를 위해 볼트(32)로 수차의 날개(33)가 조립식으로 설치된 것을 특징으로 하는 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유체(10)나 고정구조물(20) 상부에 수평회전축에 회전력을 집중시키기 위해 수직원통형 수차(30)에 베벨기어(60)가 링크되고 발전기(50)가 수평으로 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 수직 원통형 수차를 이용한 조류력 발전장치
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