KR20100004609A

KR20100004609A - 조력발전 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20100004609A
Application number: KR1020080064871A
Authority: KR
Inventors: 이종대
Original assignee: 이종대
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-13
Also published as: KR101046317B1

Abstract

본 발명은 발전 설비의 설치로 인한 자연 환경의 파괴를 최소화하고, 건설비용과 유지비용을 최소화시키며, 설치 지역 및 지형에 제약 없이 발전 설비를 설치시킬 수 있도록 하는 조수간만의 차를 이용한 조력발전 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 발전장치는 썰물 시에만 발전을 할 수 있고, 밀물 시에는 발전을 할 수 없어 발전 효율이 낮은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 실린더(1)내부의 유체(10)가 피스톤(2)과 연결되는 부구(3)의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 설치된 터빈(4)이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기(5)를 동작시켜 발전을 하며, 상기 부구(3)가 썰물 시에는 부구(3) 내부로 해수가 유입되어 무게를 가지는 중량체의 역할을 하고, 밀물 시에는 부구(3) 내의 해수를 배출시켜 부력을 가지게 하여 발전함으로써, 밀물 시에는 부구가 부력을 가지고, 썰물 시에는 부구가 자중 이외의 또 다른 무게를 가지는 중량체가 되면서 보다 강하게 유체에 압력을 가함에 따라 발전량을 극대화시킬 수 있는 효과가 있으며, 지역 및 지형의 조건에 제약 없이 발전 설비를 설치시킬 수 있게는 효과가 있는 것이다.

조력발전, 만조, 간조, 터빈, 발전기

Description

조력발전 방법 및 그 장치{Method of tidal power generating and tidal power plant}

일반적으로 조수간만의 차를 이용하여 발전을 하는 조력발전의 경우 최초 설비 비용이 막대하게 요구되는 단점이 있다.

또한 발전 설비의 설치 지역 및 지형 조건에 따라 발전 효율에 많은 차이가 있어 지역 및 지형에 많은 제약을 받게 되고,

설비의 거대화로 인하여 수중의 생태 환경을 파괴하는 정도가 매우 심각한 문제점이 있는 것이다.

종래 조수간만의 차를 이용한 발전장치로서, 미국특허 제4,598,211호가 개시된바 있다.

상기 미국특허 제4,598,211호는 밀물 시 부력을 가지는 부구가 실린더 내의 피스톤을 상승시키면서 유체를 실린더의 내부로 흡입하였다가, 썰물 시 유체를 무게 추를 가지는 보관장치로 이송시키고, 무게 추의 중력으로 유체를 배출시키면서 터빈을 회전시켜 발전을 하는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 발전장치는 썰물 시에만 발전을 할 수 있고, 밀물 시에는 발전을 할 수 없어 발전 효율이 낮은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하는 것으로, 본 출원인에 의해 선 출원된 대한민국 특허출원 제2001-15292호가 있다.

상기 선 출원 발명은 실린더의 내부에 부구와 연결된 피스톤을 설치시키고, 상기 실린더에 터빈을 설치시켜 구성되는 것이다.

이와 같은 선 출원 발명은 밀물에 의해 부구가 상승할 때에는 해수가 터빈을 통과하면서 실린더의 내부로 유입되게 하여 발전을 하고, 썰물 시에는 부구가 자중에 의해 하강하면서 실린더 내부의 해수가 터빈을 통과하게 하면서 발전을 하게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 선 출원 발명은 썰물 시 실린더 내부의 해수가 부구의 자중에 의존해서 배출됨에 따라 그 흐름이 약하여 발전효율이 낮아지는 문제점이 있음을 알게 되었다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 밀물시에는 부구가 부력을 가지게 하고, 썰물 시 부구가 자중 이외의 무게를 가지는 중량체가 되게 하여 발전량을 극대화시킬 수 있게 하고, 지역 및 지형의 조건에 제약 없이 발전 설비를 설치시킬 수 있게 하는 조수간만의 차를 이용한 조력발전 방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 실린더 내부의 유체가 피스톤과 연결되는 부구의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체가 유통되는 관로에 설치된 터빈이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기를 동작시켜 발전을 하며, 상기 부구가 썰물 시에는 부구 내부로 해수가 유입되어 무게를 가지는 중량체의 역할을 하고, 밀물 시에는 부구 내의 해수를 배출시켜 부력을 가지게 함으로써, 밀물 시는 부구의 부력으로 유체를 밀어올려 발전하고, 썰물 시에는 중량체의 부구로 실린더 내의 유체를 압박하여 발전을 하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면 밀물 시에는 부구가 부력을 가지고, 썰물 시에는 부구가 자중 이외의 또 다른 무게를 가지는 중량체가 되면서 보다 강하게 유체에 압력을 가함에 따라 발전량을 극대화시킬 수 있는 효과가 있으며, 지역 및 지형의 조건에 제약 없이 발전 설비를 설치시킬 수 있게는 효과가 있는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명 발전장치에서 밀물이 시작되는 시점을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명 발전장치에서 밀물에 의해 부구가 상승중인 상태를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명 발전장치에서 만조시점을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명 발전장치에서 썰물에 의해 부구가 하강중인 상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명 발전장치에서 간조시점을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 본 발명은 실린더(1) 내부의 유체(10)가 피스톤(2)과 연결되는 부구(3)의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 설치된 터빈(4)이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기(5)를 동작시켜 발전을 하며, 상기 부구(3)가 썰물 시에는 부구(3) 내부로 해수가 유입되어 무게를 가지는 중량체의 역할을 하고, 밀물 시에는 부구(3) 내의 해수를 배출시켜 부력을 가지게 함으로써, 밀물 시는 부구의 부력으로 유체를 밀어올려 발전하고, 썰물 시에는 중량체의 부구로 실린더 내의 유체를 압박하여 발전을 하는 것이다.

즉, 실린더(1) 내부의 유체(10)가 피스톤(2)과 연결되는 부구(3)의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 설치된 터빈(4)이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기(5)를 동작시켜 발전을 하는 것에 있어서, 상기 실린더(1)의 일측 상/하에 유체가 인/출입되는 출구(11)(12)를 각각 형성시키고, 각 출구(11)(12)에 터빈(4)과 연결되는 관로(15)를 설치시키며, 실린더(1)의 또 다른 일측 상/하에 피스톤(2)의 상사점과 하사점을 감지하는 상/하사점센서(13)(14)를 각각 설치시키고, 상기 부구(3)의 일측에 개폐문(31)을 설치시키며, 상기 개폐문(31)에 상/하사점센서(13)(14)의 신호에 의해 개폐문(31)을 개방시키고 폐색시키는 솔레노이드(6)를 설치시키며, 상/하사점센서(13)(14)와 솔레노이드(6)의 사이에 타이머(7)를 개재 설치시켜 구성되는 것이다.

상기 유체(10)는 물 또는 공기 등 다양한 것이 이용될 수 있으나, 바람직하게는 점성을 가지는 오일로 하여 장치의 부식과 누유를 방지할 수 있게 한다.

또한 상기 부구(3)는 가이드(8)에 의해 안내되면서 승/하강되게 하여 파도 또는 바람에 의해 부구(3)가 유동되는 방지할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 설명과 도면에는 하나의 발전장치가 설명되고 도시되어 있으나, 본 발명의 발전장치는 필요에 따라 다수 개로 설치시켜 사용할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

밀물이 시작되면서 부구(3)가 부력을 가지기 시작하고, 부구(3)와 연결된 피스톤(2) 상승되면서 실린더(1)의 상부 출구(11)측으로 유체(10)를 밀어내고, 하부 출구(12) 측으로는 유체(10)를 흡입하게 된다.

이에 따라 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 연결된 터빈(4)이 회전되고, 터빈(4)의 회전력이 발전기(5)에 전달되어 전기를 생산하게 되는 것이다.

이때 부구(3)는 밀려 들어오는 해수의 수면상에 띄워져 상승하는 것이 아니라 해수에 잠겨진 상태를 유지하면서 상승하게 되는 것이다. 이는 실린더(1)의 상/하부 출구(11)(12)의 직경이 매우 작기 때문에 부구(3)가 강한 부력으로 피스톤(2)을 밀어 올리더라도 출구(11)(12)로 아주 미량의 유체(10)가 인/출입되기 때문에 밀물의 들어오는 속도 보다 낮은 속도로 피스톤(2)이 상승하는 것이다.

이와 같은 부구는 마치 잠수함과 같이, 수중에 깊이 잠길수록 더 많은 부력을 가지며 서서히 상승하는 것이다.

통상 밀물이 들어오기 시작하여 만조가 되는데 까지 걸리는 시간이 대략 1시간 정도이고, 만조상태를 유지하다가 썰물이 시작되는 데까지의 시간은 대략 12시 간 정도이다.

이에 따라 실린더(1)의 상/하부 출구(11)(12)의 직경의 실린더(1)의 용적에 비례하여 그 크기를 설정함으로써, 부구(3)에 의해 상승되는 피스톤(2)이 최상점에 도달하는 시간을 대략 12시간이 되도록 한다.

계속적인 부구(3)와 피스톤(2)의 상승으로 발전상태를 유지하다가 피스톤(2)이 실린더 (1)상부측에 설치된 상사점센서(13)에 감지되면 상사점센서(13)로부터 부구(3)에 설치된 솔레노이드(6)에 전기신호가 인가되고, 전기신호를 인가 받은 솔레노이드(6)가 동작하면서 부구(3)의 개폐문(31)을 개방시켜 부구(3)의 내부로 해수가 채워지게 되고, 부구(3)의 내부로 물이 다 채워지는 시점에서 타이머(7)가 솔레노이드(6)로의 전기신호를 차단시킴에 따라 개폐문(31)이 닫혀져 부구(3)는 무게를 가지는 중량체가 되는 것이다.

이와 같은 시점에서 바닷물은 썰물의 상태가 되면서 빠져나가기 시작하고, 부구(3)는 수면의 외부로 노출되면서 부력이 상실되고 무거운 중량을 보유하여 피스톤(2)을 하향으로 끌어내리는 역할을 하게 되는 것이다.

해수로 채워진 부구(3)의 높은 중량으로 눌려지면서 하향으로 내려오는 피스톤(2)에 의해 실린더(1) 내의 유체(10)는 지금까지와는 반대로 실린더(1) 하부의 출구(12)로 유체를 배출시키고, 상부의 출구(11)로는 터빈(4)을 통과한 유체(10)를 흡입하면서 터빈(4)을 회전시켜 발전을 하게 되는 것이다.

썰물 또한 대략 1시간 내에 완료되어 간조상태를 이루게 되고, 부구(3)는 피스톤(2)에 메어 달린 상태로 가이드(8)에 안내되면서 서서히 하강하게 되는 것이다.

간조상태가 끝나는 시점에서 피스톤(2)이 실린더(1) 하부측에 설치된 하사점센서(14)에 감지되면 하사점센서(14)로부터 부구(3)에 설치된 솔레노이드(6)에 전기신호가 인가되고, 전기신호를 인가 받은 솔레노이드(6)가 동작되면서 부구(3)의 개폐문(31)을 개방시켜 부구(3) 내부의 해수가 흘러나오게 되고, 부구(3)의 내부의 해수가 다 빠져나오는 시점에서 타이머(7)가 솔레노이드(6)로의 전기신호를 차단시킴에 따라 개폐문(31)이 닫혀져 부구(3)는 중량을 잃어버리고 부력을 가지며 밀물 시를 대비하게 되는 것이다.

최근 날로 급등하는 국제유가와, 화석연료로 인한 심각한 환경오염으로 대체 에너지에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.

이러한 시점에서 본 발명에 따른 조력발전장치는 조수간만에 차가 큰 우리나라에 매우 적합한 에너지 자원이 될 수 있을 것이다.

또한 본 발명에 따른 조력발전장치는 지역 및 지형의 조건에 제약 없이 발전 설비를 설치시킬 수 있어 그 시장이 급속하게 늘어날 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명 발전장치에서 밀물이 시작되는 시점을 도시한 단면도

도 2는 본 발명 발전장치에서 밀물에 의해 부구가 상승중인 상태를 도시한 단면도

도 3은 본 발명 발전장치에서 만조시점을 도시한 단면도

도 4는 본 발명 발전장치에서 썰물에 의해 부구가 하강중인 상태를 도시한 단면도

도 5는 본 발명 발전장치에서 간조시점을 도시한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더, 2: 피스톤, 3: 부구, 4: 터빈

5: 발전기, 6: 솔레노이드, 7: 타이어, 8: 가이드

Claims

실린더(1) 내부의 유체(10)가 피스톤(2)과 연결되는 부구(3)의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 설치된 터빈(4)이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기(5)를 동작시켜 발전을 하며, 상기 부구(3)가 썰물 시에는 부구(3) 내부로 해수가 유입되어 무게를 가지는 중량체의 역할을 하고, 밀물 시에는 부구(3) 내의 해수를 배출시켜 부력을 가지게 하여 발전함을 특징으로 하는 조력발전방법.
실린더(1) 내부의 유체(10)가 피스톤(2)과 연결되는 부구(3)의 위치변화에 따라 인/출입되고, 상기 유체(10)가 유통되는 관로(15)에 설치된 터빈(4)이 유체의 흐름으로 회전되면서 발전기(5)를 동작시켜 발전을 하는 것에 있어서, 상기 실린더(1)의 일측 상/하에 유체가 인/출입되는 출구(11)(12)를 각각 형성시키고, 각 출구(11)(12)에 터빈(4)과 연결되는 관로(15)를 설치시키며, 실린더(1)의 또 다른 일측 상/하에 피스톤(2)의 상사점과 하사점을 감지하는 상/하사점센서(13)(14)를 각각 설치시키고, 상기 부구(3)의 일측에 개폐문(31)을 설치시키며, 상기 개폐문(31)에 상/하사점센서(13)(14)의 신호에 의해 개폐문(31)을 개방시키고 폐색시키는 솔레노이드(6)를 설치시키며, 상/하사점센서(13)(14)와 솔레노이드(6)의 사이에 타이머(7)를 개재 설치시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.
제2항에 있어서,

상기 부구(3)의 양측에 부구의 유동을 방지하는 가이드(8)를 각각 설치시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 조력발전장치.