KR20100112362A - 풍력을 이용한 해양발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강이나 해안가의 물 위에 설치되어 바람을 이용하여 압축공기를 생성하는 풍력해양구조물로부터 압축공기를 공급받아 전기를 생성하는 풍력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 바람에 의하여 풍력해양구조물로부터 생성된 압축공기를 저장하되, 상기 압축공기를 이용하여 온도를 상승시킴으로써 저장되는 압축공기를 팽창시키고, 팽창된 압축공기를 이용하여 에어모터를 구동시킴으로써 효율을 높이기 위한 풍력을 이용한 해양발전장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 풍력을 이용한 해양발전장치는, 압축공기를 공급하는 풍력해양구조물과; 상기 풍력해양구조물로부터 공급되는 압축공기를 저장하는 임시저장탱크와; 상기 임시저장탱크와 연결되어 공급되는 압축공기로 내부온도를 상승시켜 저장되는 압축공기의 온도를 상승시키는 팽창저장탱크와; 상기 팽창저장탱크에서 연결 설치되어 공급되는 압축공기로 구동되는 에어모터와; 상기 에어모터와 연결 설치되어 전기를 발생시키는 발전기를 포함하도록 이루어진다.

해양구조물, 풍력, 바람, 발전장치

Description

풍력을 이용한 해양발전장치{The sea generator of electric power use of wind}

본 발명은 강이나 해안가의 물 위에 설치되어 바람을 이용하여 압축공기를 생성하는 풍력해양구조물로부터 압축공기를 공급받아 전기를 생성하는 풍력을 이용한 해양발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 바람에 의하여 풍력해양구조물로부터 생성된 압축공기를 저장하되, 상기 압축공기를 이용하여 온도를 상승시킴으로써 저장되는 압축공기를 팽창시키고, 팽창된 압축공기를 이용하여 에어모터를 구동시킴으로써 효율을 높이기 위한 풍력을 이용한 해양발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기는 화성연료를 이용한 화력발전소, 물을 이용한 수력발전소, 원자로를 이용한 원자력 발전소가 있으며, 최근에는 조수간만의 차를 이용한 조력발전소와 바람을 이용한 풍력발전이 개발되어 제공되고 있다.

상기 화력발전소는 화성연료를 연소시켜 전기에너지를 획득하는 것으로, 화 성연료의 연소시 다량의 이산화탄소의 배출함으로써 지구의 온난화에 대한 문제점과 점점 화성연료가 고갈되어가고 있는 단점이 있으며, 상기 수력발전소는 강을 막아야 하는데 그 설치장소가 한정적인데 단점이 있고, 상기 원자력 발전소는 방사능에 대한 위험이 있어 그 설치에 따른 많은 비용과 지역주민들에 대한 반발이 있어 그 설치가 용이하지 못하는 단점이 있다.

상기 조력발전소는 조수간만의 차가 발생하는 장소에 설치되어야 하며, 설치시 조류가 변화하여 생태계 및 해안가의 변형을 유발시키는 단점이 있다.

상기 바람을 이용한 풍력발전은 다른 발전소에서 가지고 있는 단점을 모두 해결할 수 있는 장점이 있으나, 육지에 설치시 땅을 차지함으로써 설치비용을 상승시키는 단점이 있으며, 특히 우리나라와 같이 국토의 면적이 작은 경우 상당한 부단감을 가지게 된다.

또한, 바람을 이용한 풍력발전은 계속적인 바람이 불어야 연속적인 발전을 할 수 있으나, 육지의 경우 풍력발전을 할 만큼 계속적이 바람이 부는 장소를 구하는데 문제점을 가진다.

보통 풍력발전을 하는 풍력발전기는 바람에 의하여 회전하는 회전날개로 회전축을 회전시키고, 상기 회전축과 연결된 발전기의 축을 회전시켜 동력(전기)를 발전시키는 것으로, 도 4와 같이 보통 지면 또는 구조물에 안정적으로 수직으로 설치되는 지지대(1)와, 상기 지지대(1)의 상측에 회전하도록 설치되는 회전지지대(2)와, 상기 회전지지대(2)에 회전하도록 설치되는 회전축(3)과, 상기 회전축(3)에 직교방향으로 설치되는 다수개의 회전날개(4)와, 상기 회전지지대(2) 내측에 설치되 고, 회전축(3)과 연결 설치되어 동력을 발생시키는 발전기(미도시)로 이루어진다.

상기 문제점을 해결하고자 발명된 본 발명은, 강이나 해안가의 물 위에 설치되어 바람에 의하여 압축공기를 공급할 수 있는 풍력해양구조물을 제공하고, 상기 풍력해양구조물에서 획득한 압축공기는 팽창저장탱크로 이동되어 에어모터와 발전기로 전기(전력)를 획득하되, 상기 팽창저장탱크에는 공급되는 압축공기에 의하여 발열을 하여 팽창저장탱크 내의 압축공기를 가열하여 팽창시켜 효율을 높일 수 있는 풍력을 이용한 해양발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자 본 발명인 풍력을 이용한 해양발전장치는, 물 위에 설치되고, 바람에 의하여 압축공기를 생성하는 풍력해양구조물과; 상기 풍력해양구조물과 압축공기를 공급받도록 연결되고, 상기 공급되는 압축공기로 내부온도를 상승시켜 저장되는 압축공기의 온도를 상승시키도록 형성된 팽창저장탱크와; 상기 팽창저장탱크에서 압축공기를 공급받아 구동하는 에어모터와; 상기 에어모터와 연결 설치되어 전기를 발생시키는 발전기로 구성된다.

상기 풍력해양구조물과 팽창저장탱크 사이에는 풍력해양구조물로부터 공급되는 압축공기를 저장하는 임시저장탱크가 더 설치될 수 있으며,

상기 풍력해양구조물은 물 위에 설치되고, 압축공기를 저장하는 부력체와; 상기 부력체 상부에 수직으로 설치된 다수개의 지지대와; 상기 각각의 지지대에 자 동조심 베어링으로 설치되는 수직밸런스 추를 구비한 자동조심 수직축과; 상기 자동조심 수직축에 설치되는 풍력을 이용한 압축공기발생장치로 구성되며, 상기 압축공기발생장치는 자동조심 수직축에 설치되며, 압축공기발생기가 내설된 하우징과; 상기 압축공기발생기에 연결되고, 단부에 회전날개가 설치된 회전축과; 상기 회전축과 반대측에 설치되어 수평밸런스를 유지시키는 수평밸런스 추를 구비한 수평밸런스 축으로 이루어진다.

상기 팽창저장탱크의 내측에는 압축공기를 공급하는 가열관이 설치되되, 상기 가열관은 압축공기가 이동시 마찰이 발생하도록 설치되어 마찰열로 내부에 저장된 압축공기를 가열하는 것으로, 상기 가열관은 지그재그 형태로 굴곡되게 형성되고, 외부에는 방열핀이 형성되고, 내부에는 발열을 위한 충돌돌기가 형성된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 풍력을 이용한 해양발전장치는, 강이나 해안가의 물 위에 설치된 풍력해양구조물에서 바람으로 압축공기를 획득하고, 상기 풍력해양구조물에서 획득한 압축공기를 저장하였다가 적정시기에 압축공기를 이용하여 전기(전력)를 생성할 수 있는 특징이 있다.

또한, 바람을 이용한 해양발전장치의 풍력해양구조물은 물 위에 설치됨으로써 육지(땅)를 필요로 하지 않아 설치비용을 줄일 수 있는 특징이 있다.

또한, 육지보다 비교적 바람이 연속적으로 불어 압축공기의 발생효율이 좋으며, 저장된 압축공기를 공급되는 압축공기로 가열하여 팽창시킴으로써 그 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 풍력을 이용한 해양발전장치는 도 1과 같이 물 위에 설치되는 풍력해양구조물(10)과, 상기 풍력해양구조물(10)로부터 압축공기를 공급받도록 호스(10b)로 연결되는 임시저장탱크(20)와, 상기 임시저장탱크(20)로부터 압축공기를 받도록 연결된 팽창저장탱크(30)와, 상기 팽창저장탱크(30)에서 압축공기를 공급받아 구동하는 에어모터(40)와, 상기 에어모터(40)의 동력으로 전기를 발생시키는 발전기(50)와, 상기 팽창저장탱크(30)에서 에어모터(40)로 공급되는 압축공기를 제어하는 제어부(60)로 구성된다.

상기 풍력해양구조물(10)은 바람이 비교적 연속적으로 부는 강이나 해안가의 물위에 설치되어 부는 바람으로 압축공기를 얻는 것으로, 도 2와 같이 압축공기를 저장할 수 있는 압력저장탱크로 이루어지거나 압력저장탱크를 포함하도록 형성된 부력체(11)와, 상기 부력체(11) 상부에 수직으로 설치되는 다수개의 지지대(12)와, 상기 지지대(12)의 상부에 설치된 자동조심 베어링(13)과, 상기 자동조심 베어링(13)으로 지지대(12)에 설치되는 수직밸런스 추(14a)를 구비한 자동조심 수직축(14)과, 상기 자동조심 수직축(14)의 상부에 설치되는 압축공기발생장치(15)로 구성되며,

상기 압축공기발생장치(15)는 자동조심 수직축(40)의 상부에 설치되는 압축공기발생기(16a)가 내설된 하우징(16)과, 상기 압축공기발생기(16a)에 연결되고, 단부에 힌지축으로 회전날개(17)가 설치된 회전축(17a)과, 상기 회전축(17a)과 회전날개(17) 사이에 설치된 조절장치(18)와, 상기 회전축(17a)과 반대측에 설치되어 수평밸런스를 유지시키는 수평밸런스 추(19)를 구비한 수평밸런스 축(19a)으로 구성된다.

이러한 상기 풍력해양구조물(10)은 도 1과 같이 연결부재(10a)로 근접한 다른 풍력해양구조물(10)과 연결되어 다수개의 풍력해양구조물(10)이 서로 연결될 수 있다.

상기 부력체(11)는 도 2과 같이 구조물이 물(수면) 위에 떠 있도록 하는 것으로, 로프 등과 연결 고정부재로 의하여 바닥(해저)에 고정되며, 압축공기를 저장하게 된다. 저장된 압축공기는 호스(10b)로 임시저장탱크(20)에 이송되며, 호 스(10b)에는 압축공기의 역류를 방지하기 위하여 다수개의 체크밸브가 설치된다.

상기 지지대(12)는 부력체(11)의 상부에 수직으로 설치되며, 다수개로 설치되는 지지대(12)들은 그 높이가 서로 다르게 설치될 수 있다.

상기 자동조심 베어링(13)은 지지대(12)와 자동조심 수직축(14) 사이에 설치되어, 상기 부력체(11)의 흔들림에도 자동조심 수직축(14)이 지면과 수직을 이루도록 하는 것이다.

상기 자동조심 수직축(14)은 지지대(12)에 자동조심 베어링(13)으로 고정설치되어 지지대(12)가 지면과 수직이 되지 않을 경우에도 지면과 수직이 되는 것으로, 상부에는 압축공기발생장치(15)가 설치되고, 하부에는 수직밸런스 추(14a)와 로터리 조인트(14b)가 설치된다.

상기 자동조심 수직축(14)은 보통 중공관으로 형성되어, 내측에 압축공기발생장치(15)에서 얻은 압축공기를 전달하는 호스가 설치된다.

상기 수직밸런스 추(14a)는 상부에 압축공기발생장치(15)가 설치된 자동조심 수직축(14)의 무게중심이 자동조심 베어링(13)의 하측에 위치하도록 한다.

이러한 상기 압축공기발생장치(15)는 자동조심 수직축(14)에 설치되어 도 2와 같이 Y축을 중심으로 회전하고, 회전축(17a)은 Y축과 수직인 X축과 동일선상에 위치한다.

상기 하우징(16)에 설치된 압축공기발생기(16a)는 회전축(17a)의 회전에 의하여 동력을 발생하는 것으로, 보통 콤프레샤가 사용된다.

상기 회전축(17a)의 단부에 설치되는 회전날개(17)은 회전축(17a)과 힌지축 으로 설치되어 힌지축을 중심으로 회전되며, 상기 회전축(17a)과 회전날개(17) 사이에 설치된 조절장치(18)로 회전량을 조절한다. 상기 조절장치(18)는 스프링과 같은 탄성부재를 사용하거나 또는 스프링을 포함하는 유압쇼바를 사용할 수 있다.

이와 같이 상기 회전축(17a)과 회전날개(17) 사이에 설치된 조절장치(18)는 바람의 세기에 따라 회전날개(17)를 힌지축을 중심으로 회전하도록 함으로써 바람의 세기에 따라 회전날개(17)에 가해지는 바람의 량을 자동으로 조절하여 회전축(17a)의 회전속도를 자동제어하게 된다.

상기 수평밸런스 추(19)를 구비한 수평밸런스 축(19a)은 도 2과 같이 회전축(17a)과 반대방향에 설치되어 회전축(17)이 X축 선상에 위치하도록 한다.

상기 임지저장탱크(20)는 도 1과 같이 다수개의 풍력해양구조물(10)로터 압축공기를 공급받아 저장하는 탱크로, 팽창저장탱크(30)에 비교적 압력이 일정한 압축공기를 공급한다.

상기 팽창저장탱크(30)는 도 1과 같이 임지저장탱크(20)로부터 압축공기를 공급받아 저장하되, 공급되는 압축공기를 이용하여 팽창저장탱크(30) 내의 온도를 상승시켜 저장되는 압축공기를 팽창시키는 것으로, 상기 팽창저장탱크(30)의 내부에는 지그재그 형태로 굴곡되고, 내부에 발열용 충돌돌기(33)가 형성되고, 외부에 방열핀(32)이 형성된 가열관(31)이 설치되고, 상기 가열관(31)의 단부에는 역류방지용 체크밸브(34)가 설치되며, 외부에는 단열재(35)가 설치된다.

상기 가열관(31)의 굴곡부는 도 3과 같이 직교 또는 거의 직교상태로 굴곡되어 압축공기의 이동시 많은 충돌에 의한 저항을 받도록 하고, 이로 인해 발열이 발생하도록 하며, 발열된 열은 방열핀(32)으로 외부에 전달되어 팽창저장탱크(30) 내의 저장된 압축공기를 가열시켜 팽창을 시킨다.

도 3과 같이 상기 가열관(31) 내부에 형성되는 충돌돌기(33)는 압축공기의 이동시 압축공기가 충돌하고 이동에 대한 저항을 받도록 형성된 것으로, 상기 충돌돌기(33)에 압축공기가 충돌하게 되면 충돌열이 발생하고, 이동저항에 의한 열이 발생한다. 이러한 열은 팽창저장탱크(30) 내의 저장된 압축공기를 가열시켜 팽창을 시킨다.

상기 가열관(31)의 단부 또는 일측에 체크밸브(34)가 설치되어 팽창저장탱크(30) 내의 압축공기가 역류하는 것을 방지한다.

상기 에어모터(40)는 팽창저장탱크(30)로부터 팽창된 압축공기를 공급받아 회전력을 얻는 것으로, 압축공기에 의하여 얻어진 회전력은 발전기(50)를 구동시켜 전기(전력)를 얻게 된다.

상기 에어모터(40)에 공급되는 압축공기는 제어부(60)에 의하여 조절되는 것으로, 상기 제어부(60)는 임시저장탱크(20)의 압력과, 팽창저장탱크(30)의 압력 등을 제어할 수 있으며, 상기 팽창저장탱크(30)에서 공급되는 압축공기의 양을 조절하여 발전기(50)에서 생성되는 전기(전력)의 양을 조절할 수 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 풍력을 이용한 해양발전장치는, 보통 풍력해양구조물(10)은 강이나 해안가의 물 위에 설치되고, 임시저장탱크(20), 팽창저장탱크(30), 에어모터(40), 발전기(50) 및 제어부(50)는 육지에 설치되며, 상기 풍력해양구조물(10)에서 바람으로 얻어진 압축공기는 압축공기를 이동할 수 있는 호스(관)를 통하여 이동되며, 상기 호스(관)에는 압축공기의 역류를 방지하기 위한 다수개의 체크밸브가 설치된다.

이와 같이 풍력해양구조물(10)이 물 위에 설치되어 있음으로 풍력해양구조물(10)에서 공급되는 압축공기는 보통 저온의 상태를 유지하게 되고, 저온 상태의 압축공기는 팽창저장탱크(30)에서 공급되는 압축공기보다 고온의 상태의 압축공기로 팽창되어 보다 많은 전기(전력)을 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 풍력을 이용한 해양발전장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸 풍력을 이용한 해양발전장치의 풍력해양구조물에 대한 개략도.

도 3은 본 발명의 실시예를 나타낸 풍력을 이용한 해양발전장치의 팽창저장탱크 내의 가열관 상세도.

도 4는 종래의 풍력발전기의 개략도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 : 풍력해양구조물 11 : 부력체

12 : 지지대 13 : 자동조심 베어링

14 : 수직밸런스 수직축 15 : 압축공기발생장치

20 : 임시저장탱크 30 : 팽창저장탱크

31 : 가열관 32 : 방열핀

33 : 충돌돌기 34 : 체크밸브

40 : 에어모터 50 : 발전기

60 : 제어부

Claims (6)

1. 물 위에 설치되고, 바람에 의하여 압축공기를 생성하는 풍력해양구조물(10)과;

   상기 풍력해양구조물(10)과 압축공기를 공급받도록 연결되고, 상기 공급되는 압축공기로 내부온도를 상승시켜 저장되는 압축공기의 온도를 상승시키도록 형성된 팽창저장탱크(30)와;

   상기 팽창저장탱크(30)에서 압축공기를 공급받아 구동하는 에어모터(40)와;

   상기 에어모터(40)와 연결 설치되어 전기를 발생시키는 발전기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 풍력해양구조물(10)과 팽창저장탱크(30) 사이에는 풍력해양구조물(10)로부터 공급되는 압축공기를 저장하는 임시저장탱크(20)가 더 설치됨을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 풍력해양구조물(10)은 물 위에 설치되고, 압축공기를 저장하는 부력체(11)와;

   상기 부력체(11) 상부에 수직으로 설치된 다수개의 지지대(12)와;

   상기 각각의 지지대에 자동조심 베어링(13)으로 설치되는 수직밸런스 추(14a)를 구비한 자동조심 수직축(14)과;

   상기 자동조심 수직축(14)에 설치되는 풍력을 이용한 압축공기발생장치(15)로 구성되며,

   상기 압축공기발생장치(15)는 자동조심 수직축(14)에 설치되며, 압축공기발생기(16a)가 내설된 하우징(16)과;

   상기 압축공기발생기(16a)에 연결되고, 단부에 회전날개(17)가 설치된 회전축(17a)과;

   상기 회전축(17a)과 반대측에 설치되어 수평밸런스를 유지시키는 수평밸런스 추(19)를 구비한 수평밸런스 축(19a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 팽창저장탱크(30)의 내측에는 압축공기를 공급하는 가열관(31)이 설치되되, 상기 가열관(31)은 압축공기가 이동시 마찰이 발생하도록 설치되어 마찰열로 내부에 저장된 압축공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가열관(31)은 지그재그 형태로 굴곡되게 형성되고, 외부에는 방열 핀(32)이 형성됨을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 가열관(31)의 내부에는 발열을 위한 충돌돌기(33)가 형성됨을 특징으로 하는 풍력을 이용한 해양발전장치.

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