KR20090096586A - 조수부력을 이용한 공압발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조수부력을 이용한 공압발전장치에 관한 것이다. 특히, 밀물 때 수위가 상승할 때는 압축공기를 생성하고 썰물 때 수위가 하강하면 음압공기를 생성하도록 해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 브릿지정류식 공압관로(9)에 의해 밀물 시에는 공압탱크(2)의 압축공기로, 썰물 시에는 공압탱크(2)의 음압공기로 공압회전실린더(13)를 회전시켜 발전기(12)를 구동케 함으로써, 종래의 조수부력을 이용한 발전시스템에 비해 구조가 매우 간단하고 밀물과 썰물의 힘을 모두 이용하여 에너지효율이 크며 해안과 도서지방의 방파제를 공압탱크(2)의 설비로 대체하여 해양재난방제와 친환경에너지 생산을 겸할 수도 있는 것을 특징으로 하는 조수부력을 이용한 공압발전장치에 관한 것이다.

조수부력, 공압발전시스템, 공압탱크, 공압회전실린더, 조력발전,

Description

조수부력을 이용한 공압발전장치{Air press power system by tidal lift energy}

본 발명은 조수부력을 이용한 공압발전장치에 관한 것이다. 특히, 밀물 때 수위가 상승할 때는 압축공기를 생성하고 썰물 때 수위가 하강하면 음압공기를 생성하도록 해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 브릿지정류식 공압관로(9)에 의해 밀물 시에는 공압탱크(2)의 압축공기로, 썰물 시에는 공압탱크(2)의 음압공기로 공압회전실린더(13)를 회전시켜 발전기(12)를 구동케 함으로써, 종래의 조수부력을 이용한 발전시스템에 비해 구조가 매우 간단하고 밀물과 썰물의 힘을 모두 이용하여 에너지효율이 크며 해안과 도서지방의 방파제를 공압탱크(2)의 설비로 대체하여 해양재난방제와 친환경에너지 생산을 겸할 수도 있는 것을 특징으로 하는 조수부력을 이용한 공압발전장치에 관한 것이다.

세계 각처에는 밀물과 썰물에 의한 만조와 간조가 각각 하루 약 2회, 또는 최소 1회씩 이상 반복되면서 조차(조석간만의 차)가 최대 10m 이상을 넘는 곳이 수없이 많다. 특히 한국의 서해안에는 조차가 10m를 넘는 곳이 매우 많다. 이러한 조수부력을 잘 이용한다면 그 에너지 생산량은 막대한 규모가 될 것이다. 에너지 수 입에 의해 국가경제발전을 지탱하고 있는 한국의 실정을 감안할 때 막대한 조수부력 에너지의 실용화는 국가적으로도 적극적으로 추진해야 할 중요한 과제이다.

조력발전은 댐에 조수를 가두어 조수의 낙차에 의해 수차를 돌려서 발전을 하는 것이고, 조류력은 해남 울둘목처럼 조류의 흐름이 빠른 장소에서 조류력으로 수차를 돌려 발전을 하는 것이다. 이들 발전시설에 비해 조수부력발전은 시설비가 저렴하게 소요되며, 설치가 매우 간단하고 친환경적이며, 설치장소도 관리하기 쉬운 해변이나 연안 등을 얼마든지 선정하여 사용할 수 있다.

그러나 밀물과 썰물에 의해 발생하는 조차에 의한 조수부력을 이용하는 발전시스템에 대한 연구 및 개발은 답보상태에 머물러 있다. 종래에 부구에 설치한 랙기어의 상하수직운동을 치자의 회전력으로 바꿔 발전을 실행하고자 하는 시스템(특허출원 제2001-0033345)이 창안된 바 있으나 조차 10m정도에 대한 짧은 랙기어의 수직이동거리로서 치자를 고속으로 회전(발전기구동 회전수는 2000RPM 이상으로 회전시키는 것이 바람직 함)시켜 발전을 도모하는 것은 시설과 경비가 많이 들어 현실적으로 실행하기가 어려운 것이었다. 이를 해결하고자 조수부력에 의해 해수를 양수하여 그 낙차 수압으로 수차를 회전시키고자 하는 등의 방법(특허출원 제1980-0001238 및 1997-0016927)이 창안되었으나 이는 부력의 에너지를 직접 수용하지 않고 양수한 후 수차를 이용하는 만큼 에너지의 손실이 많고 시설비용도 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 조수부력발전의 문제점을 해결하기 위하여 연출한 것으로, 밀물 때 수위가 상승할 때는 압축공기를 생성하고 썰물 때 수위가 하강하면 음압공기를 생성하도록 해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 브릿지정류식 공압관로(9)에 의해 밀물시에는 공압탱크(2)의 압축공기로, 썰물시에는 공압탱크(2)의 음압공기로 공압회전실린더(13)를 회전시켜 발전기(12)를 구동케 함으로써, 종래의 조수부력발전시스템에 비해 구조가 매우 간단하고 에너지효율이 크며 공압탱크(2)를 방파제 겸용으로도 활용할 수 있는 조수부력을 이용한 공압발전장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이,

해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 상기한 공압탱크(2)의 상단부에는 밀물과 썰물시 공기가 교류하여 소통되는 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)를 형성하고, 상기한 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)의 사이에는 역류방지밸브(5, 6, 7, 8)를 갖춘 브릿지정류식 공압관로(9)를 형성하여 항상 직류의 공기가 입력관로(10)를 통해 공압제어유닛(11)과 발전기(12)를 구동하는 공압회전실린터(13)와 출력관로(14)로 순환되도록 연결하여서 된 것이다.

한편, 상기한 공압제어유닛(11)은 필터(15)와 레귤레이터(16), 루브리케이터(17), 부스터(18)로 이루어진 것이다. 그리고 아직 설명하지 않은 기호의 부분은 밸브를 장착한 보조관로(19)와 소음기(20)이다.

따라서 본 발명은 브릿지정류식 공압관로(9)를 이용하여 밀물 시에는 공압탱크(2)의 압축공기로, 썰물시에는 공압탱크(2)의 음압공기로 공압회전실린더(13)를 회전시켜 발전기(12)를 구동하기 때문에 밀물과 썰물을 모두 수용하여 에너지효율이 크다는 장점이 있고, 공압탱크(2)를 해상에 설치하고 공기관로를 길게 연장하여 발전기 등 나머지 설비는 모두 육상에 설치할 수 있으므로 시설비가 적게 들고 보수 및 관리가 편리하며, 공압탱크(2)를 방파제나 제방으로 겸용할 수도 있는 등 여러 가지 특장점을 지닌 것이다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이,

해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 상기한 공압탱크(2)의 상단부에는 밀물과 썰물시 공기가 교류하여 소통되는 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)를 형성하고, 상기한 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)의 사이에는 역류방지밸브(5, 6, 7, 8)를 갖춘 브릿지정류식 공압관로(9)를 형성하여 항상 직류의 공기가 입력관로(10)를 통해 공압제어유닛(11)과 발전기(12)를 구동하는 공압회전실린터(13)와 출력관로(14)로 순환되도록 연결하여서 된 것이다.

상기한 본 발명에 있어서, 고도의 기술적 창안은 밀물시에는 공압탱크(2) 내부에 발생하는 압축공기의 힘으로 공압실린더(13)를 회전시키고 썰물시에는 공압탱크(2)의 내부에 발생하는 음압으로 대기중의 공기를 흡입하는 힘으로 공압실린더(13)를 회전시켜 밀물과 썰물의 힘을 모두 활용하도록 하기 위하여 역류방지밸브 (5, 6, 7, 8)를 갖춘 브릿지정류식 공압관로(9)를 이용하였다는 것이다. 일반적으로 브릿지정류회로는 전류의 역류를 차단하는 4개의 제너다이오드를 마름모꼴회로의 각 변에 설치하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류기기로 활용하고 있다. 본 발명에 있어서는 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)에 밀물시 압축공기와 썰물시 음압공기가 교류적으로 소통하게 되지만 공압제어유닛(11)과 발전기(12)를 구동하는 공압회전실린더(13)에는 공기가 항상 일정한 방향의 직류적인 흐름을 갖도록 하여야 하기 때문에 교류의 공기가 소통하는 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)의 사이에 역류방지밸브(5, 6, 7, 8)를 활용한 브릿지정류식 공압관로(9)를 형성하여 항상 직류적인 흐름을 갖는 공기가 입력관로(10)를 통해 공압제어유닛(11)과 발전기(12)를 구동하는 공압회전실린터(13)를 거쳐 출력관로(14)로 순환되도록 하였다.

한편, 해저 지반(1)에 설치한 공압탱크(2)는 밀물시 수위가 올라가 탱크 내부에 압축공기를 생성하고 썰물시 수위가 내려가 탱크 내부에 음압공기를 생성하도록 하기 위하여 해수의 유입과 반출이 원활하도록 저부를 개방한 구조로 형성되어 있다. 그리고 공압탱크(2)의 상부에는 압축공기와 음압공기가 교류하여 소통되는 공압탱크관로(3)가 형성되어 있다.

그리고 상기한 공압제어유닛(11)은 이물질 및 수분을 거르는 역할을 하는 필터(15)와, 공기압을 조절하는 역할을 하는 레귤레이터(16), 압력공기에 윤활유를 혼합 공급하는 역할을 하는 루브리케이터(17), 공급되는 원압보다 부하측의 압을 증폭시켜주는 부스터(18)를 갖추어 공압회전실린터(13)에 입력되는 공압의 효력을 최대한 향상시키도록 하는 것이 바람직하다.

또한 대기소통관로(4)의 종단에는 공기 소통시 소음을 줄이기 위하여 소음기(20)를 설치하고, 공압탱크(2)의 상부에는 유사시에 대비하기 위하여 밸브를 장착한 보조관로(19)를 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 않으며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖은 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 본 발명 청구범위 기재의 청구범위 이내에 있다고 할 수 있다.

도 1은 밀물시 압축공기를 생성한 상태의 본 발명의 단면도.

도 2는 썰물시 음압공기를 생성한 상태의 본 발명의 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 지반, 2: 공압탱크,

3: 공압탱크관로, 4: 대기소통관로,

5, 6, 7, 8: 체크벨브, 9: 브릿지정류식 공압관로,

10: 입력관로, 11: 공압제어유닛,

12: 발전기, 13: 공압회전실린더,

14: 출력관로, 15: 필터,

16: 레귤레이터, 17: 루브리케이터,

18: 부스터, 19: 보조관로,

20: 소음기,

↑, →, ↓, ← : 유체의 이동방향.

Claims (1)

1. 해저 지반(1)에 저부를 개방한 공압탱크(2)를 설치하고, 상기한 공압탱크(2)의 상단부에는 밀물과 썰물시 공기가 교류하여 소통되는 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)를 형성하고, 상기한 공압탱크관로(3)와 대기소통관로(4)의 사이에는 역류방지밸브(5, 6, 7, 8)를 갖춘 브릿지정류식 공압관로(9)를 형성하여 항상 직류의 공기가 입력관로(10)를 통해 공압제어유닛(11)과 발전기(12)를 구동하는 공압회전실린터(13)와 출력관로(14)로 순환되도록 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 조수부력을 이용한 공압발전장치.

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