KR20100067495A - 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치 - Google Patents

능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치 Download PDF

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Abstract

개시된 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치는, 해저면에 고정 설치되는 지지부; 지지부에 적어도 하나가 설치되며, 통 형상의 수중함체와, 수중함체에 회전가능하게 설치된 상태로 조류에 의해 회전되는 로터 및, 로터의 회전력을 전달받아 발전시키는 발전어셈블리가 구비되는 발전부; 발전부를 지지부에 회전 가능하게 설치하는 회전연결부를 포함하여, 조류의 유향에 따라 발전부가 회전되면서 로터에 대한 유체의 유입각이 직각으로 유지되게 한다.
이와 같은, 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치는, 수중에서 조류에 의해 회전 발전하는 발전부가 지지부 상에 회전연결부로써 회전 가능하게 설치되며, 발전부에는 수중에서 수평을 유지할 수 있도록 부력체를 설치할 수 있다. 따라서, 수중에서 유향에 따라 발전부는 회전연결부에 의해 회전되면서, 로터에 대한 유체의 유입각이 항상 직각을 유지되게 하는 바, 유향에 상관없이 발전효율이 높게 유지된다.

Description

능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치 {Active flow varying multi-arrayed horizontal axis turbine tidal current power device}
본 발명은 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양의 높은 해류나 조류 속도를 이용하여 발전하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 조류의 속도가 빠른 곳에 수차발전기를 설치해 해수의 운동에너지인 조류를 이용하여 발전하는 조류발전장치는 대부분 해저에 단일의 기둥을 고정하고, 상부에 발전기를 설치한 상태로 고정하여 해수의 흐름에 의해 발전하도록 하고 있다. 즉, 발전기의 일측에 구비되는 로터가 해수의 흐름인, 조류에 의하여 회전하면서 발전하게 된다.
이러한, 조류발전장치의 효율과 발전량은 유향, 즉 상기 조류발전장치에 대한 입사방향에 매우 큰 관계를 갖고 있다. 즉, 유체 흐름을 1차적으로 회전운동으로 변화시키는 로터가 유체의 입사각이 90도를 기준으로 설계하며 이 때 가장 높은 회전운동을 할 수 있도록 블래이드의 단면 형상과 단면의 경사각을 갖도록 하고 있다. 따라서, 근래에는 실용화된 수평축 조류발전장치는 로터의 블래이드 피치각을 유속에 따라 변화시켜서 발전효율을 높이는 장치를 갖고 있고 이를 유향변화에도 응용하고 있다.
그러나, 종래의 조류발전장치는, 발전기어셈블리 및 로터가 해저면에 박혀있는 기둥 상부에 일체로 고정되기 때문에, 해수의 흐름 방향이 바뀌게 되면 로터의 회전이 일정하게 되지 않아 발전되는 전기의 출력이 안정되지 못한 문제점이 있다. 즉, 종래의 조류발전장치는, 해수의 흐름 방향이 기둥 후방에서 입사될 경우, 상기 기둥의 간섭으로 인해 발전기의 회전운동이 급격히 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은, 유향에 상관없이 안정적인 발전을 가능하게 하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 해저면에 고정 설치되는 지지부와; 상기 지지부에 적어도 하나가 설치되며, 통 형상의 수중함체와, 상기 수중함체에 회전가능하게 설치된 상태로 조류에 의해 회전되는 로터 및, 상기 로터의 회전력을 전달받아 발전시키는 발전어셈블리가 구비되는 발전부와; 상기 발전부를 상기 지지부에 회전 가능하게 설치하는 회전연결부를 포함하여, 상기 조류의 유향에 따라 상기 발전부가 회전되면서 상기 로터에 대한 유체의 유입각이 직각으로 유지되게 하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치를 제공한다.
이때, 상기 지지부는 기둥 형상의 길이부재로, 하 단부가 상기 해저면에 고정 설치할 수 있다.
그리고, 상기 지지부는, 상기 해저면에 고정 설치되는 앵커와; 일 단부가 상기 앵커에 결합된 상태로 타 단부에는 상기 회전연결부에 의해 상기 발전부가 결합 설치되는 계류로프를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 계류로프에 연장 연결되는 부이케이블과; 상기 부이케이블에 연결 설치된 상태로 해상에 표류하면서 상기 발전부의 위치를 표시하는 부이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전연결부는, 상기 지지부에 회전 가능하게 설치되는 회전원통 과; 상기 로터에 회전 가능하게 설치되는 헤드와; 상기 회전원통과 상기 헤드를 연결시키는 고리 형상의 연결체를 포함할 수 있다.
더불어, 상기 발전부에는 상기 수중함체에 배치되어, 수중에서 상기 발전부를 수평상태로 유지시키는 부력체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치는, 수중에서 조류에 의해 회전 발전하는 발전부가 지지부 상에 회전연결부로써 회전 가능하게 설치되며, 발전부에는 수중에서 수평을 유지할 수 있도록 부력체를 설치할 수 있다. 따라서, 수중에서 유향에 따라 발전부는 회전연결부에 의해 회전되면서, 로터에 대한 유체의 유입각이 항상 직각을 유지되게 하는 바, 유향에 상관없이 발전효율이 높게 유지된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 설치 상태도이며, 도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치는, 지지부(100), 발전부(200), 회전연결부(300)를 포함하고 있다.
상기 지지부(100)는 해저면에 고정 설치된 상태로 이후 설명될 상기 발전부(200)를 수중에 위치되게 한다. 상기 지지부(100)는 기둥 형상의 길이 부재로, 하 단부가 상기 해저면에 고정 설치된다. 이러한, 상기 기둥 형상의 지지부(100)에는 상기 지지부(100)를 상기 해저면에 고정 설치한 상태에서, 상기 지지부(100)가 상기 해저면에 안정적으로 고정 유지되도록 복수 개의 보조프레임(도면미도시)들을 연결 설치할 수도 있다.
도 3은 다른 실시예의 지지부(110)에 의한 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 설치 상태도이다. 도 3을 참조하면, 상기 지지부(110)는 앵커(111), 계류로프(112)를 포함할 수 있다.
상기 앵커(111)는 상기 해저면에 걸림 고정되는 구조물이다. 이러한, 상기 앵커(111)는 상기 해저면에 고정 설치된 상태로 이후 설명될 상기 계류로프(112)의 일 단부를 연결한다. 따라서, 상기 앵커(111)는 상기 발전부(200)가 수중에서 일정 위치를 유지되게 한다.
상기 계류로프(112)는 이후 설명될 상기 발전부(200)를 상기 앵커(111)에 걸림 상태로 수중 상에 설치되도록 상기 발전부(200)와 상기 앵커(111)를 연결한다. 이러한, 상기 계류로프(112)의 일 단부는 상기 앵커(111)에 결합되며, 타 단부에는 이후 설명될 상기 발전부(200)가 상기 회전연결부(300)에 의해 회전 가능한 상태로 결합 설치된다.
여기서, 상기 계류로프(112) 단부에는 부이케이블(113)을 연장 연결할 수도 있다. 이러한, 상기 부이케이블(113)의 일 단부가 상기 계류로프(112) 단부에 연결되면, 상기 부이케이블(113)의 타 단부에는 부이(114)를 연결 설치한다. 따라서, 상기 부이(114)는 상기 부이케이블(113)에 의해 상기 계류로프(112)와 연결 상태로 해상에 표류하면서, 수중 상에 위치하는 상기 발전부(200)의 위치를 파악할 수 있게 한다.
상기 발전부(200)는 상기 지지부(100)(110)에 설치된 상태로 수중에 위치하여, 조류에 의해 회전하면서 발전하게 된다. 여기서, 실시예에 도시한 상기 발전부(200)는 상기 지지부(100)(110)에 하나가 설치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 도 6과 같이 발전용량을 높이기 위해 상기 지지부(100)에 복수 개를 설치할 수 있음은 물론이며, 앞서 설명한 도 3에서 다른 실시예에 따른 상기 지지부(110)에도 상기 발전부(200)를 상호 이격된 상태로 복수 개를 설치할 수 있음은 물론이다.
이러한, 상기 발전부(200)는 수중함체(210), 로터(220), 발전어셈블리(230)를 포함하고 있다.
상기 수중함체(210)는 이후 설명될 상기 로터(220)가 회전시, 상기 로터(220)로부터 회전력을 전달받는 상기 발전어셈블리(230)에서 발전이 이루어질 수 있도록, 상기 발전어셈블리(230)를 유체로부터 보호하도록 밀폐시키는 통 형상을 가진다. 도 4를 참조하면, 상기 수중함체(210) 내부에는 상기 로터(220)의 회전축(221) 단부를 회전 가능한 상태로 지지하도록 내측에 베어링(212)이 배치된 링 형상의 지지판(211)이 설치된다. 여기서, 도면부호 213번은 이후 설명될 발전어셈블리(230)에서 생산되는 전력, 모니터링신호 등을 외부로 전달하는 케이블(10)이 지나갈 수 있도록 하는 케이블이송공이다.
상기 로터(220)는 유속의 수평운동을 회전운동으로 변화시킨다. 이러한, 상 기 로터(220)는 상기 수중함체(210)에 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 로터(220)의 회전축(221)은 상기 수중함체(210) 내부의 지지판(211)에 배치된 베어링(212)에 회전가능하게 결합 설치된다. 여기서, 상기 로터(220)의 회전축(221)은 앞서 설명한 상기 케이블(10)을 외부로 연결할 수 있도록 내부에 공간부를 가지는 관 형상을 가진다.
상기 발전어셈블리(230)는 상기 로터(220)로부터 회전력을 전달받아, 전력을 생산한다. 이러한, 상기 발전어셈블리(230)는 회전축(221)에 연결된 상태로 회전수를 변환시키는 복수 개의 기어들(231)과, 상기 기어들(231)로부터 전달된 회전력으로 발전하는 발전기(7)를 포함한다.
여기서, 상기 발전부(200)에는 상기 수중함체(210)에 결합 배치되는 부력체(240)를 구비할 수도 있다. 이러한, 상기 부력체(240)는 상기 수중함체(210)가 수중에서 일측으로 기울어지지 않고 수평상태를 유지할 수 있게 한다. 여기서, 상기 부력체(240)는 상기 발전부(200)의 무게에 따라 부력을 조정하여 설치하게 된다.
상기 회전연결부(300)는 상기 발전부(200)를 상기 지지부(100)에 회전 가능하게 설치되게 한다. 이러한, 상기 회전연결부(300)는 유향에 따라 수중에 배치된 상기 발전부(200)가 회전되게 한다. 즉, 상기 회전연결부(300)는 유향에 따라 상기 발전부(200)가 회전되면서, 상기 로터(220)에 대한 상기 유체의 유입각이 직각을 유지할 수 있게 한다.
도 2를 참조하면, 상기 회전연결부(300)는 회전원통(310), 헤드(320), 연결 체(330)를 포함한다.
상기 회전원통(310)은 상기 지지부(100)(110)에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 상기 회전원통(310) 내부에는 상기 지지부(100)(110)에 회전이 용이한 상태로 설치될 수 있도록 베어링(도면미도시)을 배치할 수도 있다. 여기서, 상기 회전원통(310)의 일 측부에는 이후 설명될 상기 연결체(330)와 상기 회전원통(310)을 연결시키는 패드아이(pad-eye)(311)가 구비된다. 이러한, 상기 패드아이(320)는 상기 발전부(200)를 상기 회전원통(310) 상에 어느정도 자유로운 운동이 가능한 상태로 연결 설치되게 한다.
상기 헤드(320)는 상기 발전부(200)의 로터(220) 전면부에 회전 가능하게 설치된다. 즉, 상기 헤드(320)에는 이후 설명될 상기 연결체(330)의 일 단부가 연결 설치된다. 이러한, 상기 헤드(320)의 전면부에는 상기 연결체(330)의 일 단부가 연결되도록 패드아이(321)가 구비된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 헤드(320)의 패드아이(321)는 상기 발전부(200)를 상기 연결체(330)의 일 단부에 어느정도 자유로운 운동이 가능한 상태로 연결되게 한다.
상기 연결체(330)는 상기 회전원통(310)과 상기 헤드(320)를 연결시킨다. 즉, 상기 연결체(330)의 일 단부는 상기 회전원통(310)의 패드아이(320)에 연결되며, 타 단부는 상기 헤드(320)에 결합 된다. 이러한, 상기 연결체(330)는 상기 회전원통(310)의 패드아이(311) 및 상기 헤드(320)의 패드아이(321)에 걸림 연결되도록 고리 형상을 가진다.
이같이, 상기 회전연결부(300)는 상기 발전부(200)를 상기 지지부(100) 상에 회전 가능하게 연결 설치한다. 따라서, 도 5와 같이 수중에서 유향에 따라 상기 발전부(200)가 회전되며, 상기 로터(220)에 대한 유체의 유입각이 항상 직각을 유지되게 하여, 상기 로터(220)의 회전 효율이 높아지면서, 그에 따른 발전효율도 높아지게 된다.
이와 같은 구성으로 이루어진 일실시예에 따른 상기 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 동작을 설명하면, 먼저, 해저면에 고정된 상기 지지부(100)에 상기 회전연결부(300)로 상기 발전부(200)를 회전 가능하게 설치한다. 이때, 상기 발전부(200)는 유체에 잠김 상태인 수중에 위치되게 한다.
그러면, 상기 발전부(200)의 로터(220)는 상기 유체의 흐름, 즉 조류의 유속에 의해 회전하면서, 발생된 회전력을 상기 발전어셈블리(230)로 전달하여 발전하게 된다.
이후, 상기 조류의 방향인, 유향이 변화되는 경우에는, 상기 로터(220)로 입사되는 상기 유향이 직각이 되도록 상기 회전연결부(300)에 의해 상기 발전부(200)가 회전하게 된다.
이와 같이, 일실시예에 따른 상기 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치는, 수중에서 조류에 의해 회전 발전하는 발전부(200)가 지지부(100) 상에 회전연결부(300)로써 회전 가능하게 설치된다. 따라서, 수중에서 유향에 따라 발전부(200)는 회전연결부(300)에 의해 회전되면서, 로터(220)에 대한 유체의 유입각이 항상 직각을 유지되게 하는 바, 유향에 상관없이 발전효율이 높게 유지된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 설치 상태도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 설치 상태도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 지지판의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 동작 상태도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치의 설치 상태도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100,110: 지지부 200: 발전부
210: 수중함체 220: 로터
230: 발전어셈블리 240: 부력체
300: 회전연결부 310: 회전원통
320: 헤드 330: 연결체

Claims (6)

  1. 해저면에 고정 설치되는 지지부와;
    상기 지지부에 적어도 하나가 설치되며, 통 형상의 수중함체와, 상기 수중함체에 회전가능하게 설치된 상태로 조류에 의해 회전되는 로터 및, 상기 로터의 회전력을 전달받아 발전시키는 발전어셈블리가 구비되는 발전부와;
    상기 발전부를 상기 지지부에 회전 가능하게 설치하는 회전연결부를 포함하여, 상기 조류의 유향에 따라 상기 발전부가 회전되면서 상기 로터에 대한 유체의 유입각이 직각으로 유지되게 하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부는 기둥 형상의 길이부재로, 하 단부가 상기 해저면에 고정 설치되는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 해저면에 고정 설치되는 앵커와;
    일 단부가 상기 앵커에 결합된 상태로 타 단부에는 상기 회전연결부에 의해 상기 발전부가 결합 설치되는 계류로프를 포함하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 계류로프에 연장 연결되는 부이케이블과;
    상기 부이케이블에 연결 설치된 상태로 해상에 표류하면서 상기 발전부의 위치를 표시하는 부이를 더 포함하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전연결부는,
    상기 지지부에 회전 가능하게 설치되는 회전원통과;
    상기 로터에 회전 가능하게 설치되는 헤드와;
    상기 회전원통과 상기 헤드를 연결시키는 고리 형상의 연결체를 포함하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전부에는 상기 수중함체에 배치되어, 수중에서 상기 발전부를 수평상태로 유지시키는 부력체를 더 포함하는 능동 유향조절 다배열 수평축 조류발전장치.
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