KR20100114875A - 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기 - Google Patents

조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 해수압축기의 경우 단순히 파력에 의한 펌프형으로 구현됨에 따라, 효율적이고 일정한 해수의 공급이 불가하였으며, 그 구조에 있어서도 매우 복잡하고 유지 및 보수에 비용이 많이 든다는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파력에 의하여 상하왕복 운동으로 해수를 공급하는 피스톤유닛; 및 해류와 조류에 의해 회전되어 해수를 공급하는 회전해수압축유닛을 포함하는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 의하면 조류, 해류 및 파력에 의해 해수를 공급함에 따라, 보다 효율적으로 해수를 공급할 수 있고, 무동력 및 반영구적으로 구현되고, 구조가 간단하며 제작과 유지보수가 용이하고, 적은 비용으로 생산, 설치할 수 있는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하는 효과를 갖는다.

Description

조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기{Seawater compressor using tide, oceanic current, and wave-force}
본 발명은 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 파력에 의해 해수를 공급하는 피스톤유닛과 조류 및 해류에 의해 회전되어 해수를 공급하는 회전해수압축유닛을 동시에 구비함으로써, 파고의 비균일성과 무관하게 효율적으로 해수를 공급할 수 있고, 무동력 및 반영구적으로 구현되는 파력을 이용한 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기에 관한 것이다.
우리나라는 현재 에너지원 단위(국내 총생산당 소비에너지)가 세계에서 가장 높은 수준이며, 에너지 국외 의존도는 전체 사용량의 97%(한겨레 2004년 9월 20일자)이고, 대부분이 화석연료 및 핵발전에 의한 것이다. 그리고 재생에너지는 전체 사용량의 2%이하에 불과한 실정이다. 이와 같이 현재 환경을 고려한 에너지 사용에 관한 필요성이 급격히 부각되고 있는 실정에서 재생에너지 개발은 선택이 아닌 필수적인 상황이다.
이를 위한 해양파 에너지(ocean wave energy)는 태양에너지와 함께 아무리 사용하여도 고갈되지 않는 무한청정 에너지라고 할 수 있다. 그리고 인류의 미래를 위한 대체 에너지원(energy source)으로서의 큰 기대에 의해 가용에너지 추출방법에 대한 연구가 오랫동안 수행되어 왔고, 해양파 에너지인 파력에너지는 많은 장점을 지니고 있어 선진국에서도 활발한 개발이 이루어지고 있다.
보다 구체적으로 현존하는 발전 시스템중에서 발전효율이 가장 높은 시스템은 수차발전이다. 그리고 상기 수차발전은 물의 위치에너지 즉, 수두차×유량을 수차(프란시스수차, 펠턴수차등)를 이용하여 95%이상의 효율로 전기에너지로 바꾼다. 그러나 예측가능성과 지속성이 있는 위치에너지의 확보가 어려워 가동효율이 저하되고 댐 건설비 등 많은 비용이 소요되며, 이로인한 환경문제가 심각해진다.
이를 위한 파력은 고갈되지 않는 무한청정 에너지라고 할 수 있으며, 인류의 미래를 위한 대체 에너지원으로서의 큰 기대를 가지고 가용에너지 추출방법에 대한 연구가 오랫동안 수행되어 오고 있다. 또한, 파력에너지는 전력을 발생시킬 수 있는 가장 친환경적인 방법 중의 하나이고, 해상의 파력 에너지 발전은 많은 에너지 공급체계 프로젝트를 힘들게 하는 NIMBY(Not in my backyard, 내 집 근처에는 오지 말 것, 특히 원자력 발전소 등은 시민들이 자기 집 근처에 오는 것을 반대하는 경향이 심함) 문제를 최소화할 수 있는 방법이다.
파력에너지 발전장치는 해안으로부터 충분히 먼 곳에 설치되고, 파력 에너지는 태양 에너지나 풍력 에너지에 비하여 보다 예측가능하며 전력망을 이용하여 급송할 수 있어 수익성이 높다. 이에 더하여 파력 에너지의 강점은 고전력 밀도를 가진다는 것이며 대양에 존재하는 풍력 에너지까지 포함하는 파력을 더욱 쉽고 싸게 집적할 수 있다.
이와 같은 파력발전기는 다양하게 개발되고 있으나 효율이 적고 전력생산 대비 설치비가 매우 커서 실용화에 어려움이 있으며, 효과적으로 구현하기 위해서는 지리적 여건 뿐만 아니라, 기술적으로도 많은 점을 보완하여야 한다.
이를 위한 종래의 해수압축기의 경우, 단순히 파력에 의한 펌프형으로 구현됨에 따라 우리나라 대부분의 지역에서 파고의 최고치와 최저치의 값이 큰 차이를 보이고, 조수간만의 차이에 의한 높이차이가 있어, 일정한 해수의 공급을 구현할 수 없었으며, 그 구조에 있어서도 매우 복잡하고 유지 및 보수에 비용이 많이 든다는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 파고차 및 부력에 의해 상승/하강하는 부이형 피스톤을 통해 해수를 공급하고, 이에 더하여 조류 및 해류에 의한 회전되는 회전해수압축유닛을 통해 해수를 공급함으로써, 보다 효율적으로 해수를 공급할 수 있는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하며 제작과 유지보수가 용이하고, 적은 비용으로 생산, 설치할 수 있는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 부력에 의해 상승하고, 자중에 의해 하강됨에 따라 무동력으로 구현되는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조수간만의 차 및 파고 차에 의한 무용체적을 모두 없애, 고효율이면서 전체구조가 비교적 간단하고 제작, 설치, 운전비용이 적고, 초기투자 저렴하며, 필요에 따라 장소의 변경, 즉 이동가능한 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파력에 의해 상하이동되어 해수를 흡입하는 부이형 피스톤과, 상기 부이형 피스톤이 상하이동 가능하도록 장착되고 부이형 피스톤으로부터 해수가 유입되는 피스톤 조립체를 포함하는 피스톤유닛; 상기 피스톤 조립체에 상하이동 가능하도록 장착되는 부이형 바디, 복수개의 블레이드, 및 로터리 베인펌프를 구비하고, 블레이드의 회전에 연동되는 로터리 베인펌프에 의해 해수를 공급하는 하나 이상의 회전체를 구비하고 해류 및 조류에 의해 해수를 공급하는 회전해수압축유닛을 포함하고, 파력에 의한 부이형 피스톤의 상하이동으로 해수를 공급하고, 조류 및 해류에 의한 블레이드의 회전으로 해수를 공급하는 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공한다.
본 발명은 파고차 및 부력에 의해 상승/하강하는 부이형 피스톤을 통해 해수를 공급하고, 이에 더하여 조류 및 해류에 의한 회전되는 회전해수압축유닛을 통해 해수를 공급함으로써, 보다 효율적으로 해수를 공급할 수 있고, 구조가 간단하며 제작과 유지보수가 용이하고, 적은 비용으로 생산, 설치할 수 있고, 부력에 의해 상승하고, 자중에 의해 하강됨에 따라 무동력으로 구현되고, 조수간만의 차 및 파고 차에 의한 무용체적을 모두 없애, 고효율이면서 전체구조가 비교적 간단하고 제작, 설치, 운전비용이 적고, 초기투자 저렴하며, 필요에 따라 장소의 변경, 즉 이동가능한 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기를 제공하는 효과를 갖는다.
도1은 본 발명에 따른 파력을 이용한 해수압축기가 적용되는 발전시스템의 일실시예를 개략적으로 나타낸 구성도.
도2은 본 발명에 따른 파력을 이용한 해수압축기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
도3는 도2의 해수압축기가 구현되는 과정을 개략적으로 나타낸 사용상태도.
도4은 본 발명에 따른 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기의 개략적인 사용상태도.
도5은 도4에 나타낸 부이형 피스톤 및 회전해수압축유닛의 개략적인 평면도.
도6은 도4에 나타낸 회전해수압축유닛의 개략적인 분해 사시도.
도7은 도4에 나타낸 회전해수압축유닛의 개략적인 사용상태도.
이하, 본 발명에 따른 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기의 바람직한 구체예에 대한 구성, 기능 및 효과에 대하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 파력을 이용한 해수압축기가 적용되는 발전시스템의 일실시예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 발전시스템(100)은 공기압축기(110), 피스톤유닛(120), 가압물탱크(130), 압축공기저장탱크(140), 수차발전기(150), 해양구조물(160), 및 조절밸브수단인 공기압조절밸브(190), 과압공기 배출밸브(191), 공급부 조절밸브(192)를 포함한다.
보다 구체적으로, 이동설치가 가능한 고정식 해양구조물(160)의 소정부위에 하나 이상의 피스톤유닛(120)과 하나 이상의 공기압축기(110)가 장착된다. 상기 피스톤유닛(120)은 해수를 고압상태로 저장하기 위한 상기 가압물탱크(130)에 해수를 공급하기 위한 것으로서, 파고(h)에 의해 상하 왕복운동하는 부이형 피스톤(121)이 장착된다. 그리고 상기 공기압축기(110)는 해수가 저장된 가압물탱크(130)에 압축공기를 제공하기 위한 것으로서, 파고에 의해 상하 왕복운동하는 부이형 피스톤(111)이 장착된다.
이와 같이 이루어지고, 상기 피스톤유닛(120)에 의해 가압물탱크(130)에 해수가 공급되고, 상기 공기압축기(110)에 의해 발생된 압축공기는 압축공기 저장탱크(140)에 저장되고 공기압조절밸브(190)를 통해 가압물탱크로 전해져 상기 해수의 상부를 가압한다. 그리고 가압된 상태에서 상기 해수는 공급수 조절밸브(192)를 통해 수차발전기(150)에 공급된다.
또한 해양구조물(160)에는 본 발명의 적절하고 효율적인 운전을 위하여 파고측정용 센서(미도시)를 비롯한 각종 환경측정장치(미도시) 등과 순간 발전량, 압축해수 저장용량, 적정압력 등을 비교분석하여 최적의 발전효율을 발휘하도록 하는 제어 운전장치 및 유지 보수용 장치들을 더 포함하여 이루어진다.
이하, 도2 및 도3에 의한 설명을 통해 본 발명에 따른 피스톤유닛에 대하여 자세히 기술한다.
도2은 본 발명에 따른 파력을 이용한 해수압축기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도2의 (a)는 부이형 피스톤(210)이 최대하강된 상태를 나타낸 것이고, 도2의 (b)는 부이형 피스톤(210)이 최대상승된 상태를 나타낸 것이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 피스톤 유닛(200)은 부이형 피스톤(210) 및 피스톤 조립체(230)를 포함한다. 상기 부이형 피스톤(210)은 파력에 의해 상하 왕복이동되고 해수를 흡입하기 위한 것으로, 해수가 수용되는 가압실(211)이 형성되며, 해수에서의 상하 습동에 적합한 습동재로 만들어진 슬라이딩 부싱(212)이 장착되고, 상기 슬라이딩 부싱에는 체크밸브(213)가 형성되고, 상기 피스톤 조립체(230)에 상하 슬라이드이동이 가능하도록 장착된다.
그리고, 상기 부이형 피스톤(210)은 도6에 나타낸 바와 같이 유선형으로 형성되는 바람직하다. 이는 유선형이 해류, 또는 조류에 의한 부하를 줄여 피스톤조립체(230) 및 해양구조물의 내력을 향상시키기 때문이다. 이에 더하여 유선형 부이에는 방향키(214)가 부착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피스톤 조립체(230)는 해수 및 공기를 수용하기 위한 압축실(231)이 형성되고, 체크밸브(232)가 형성된다. 그리고, 상기 부이형 피스톤(210) 및 피스톤 조립체(230)에는 상하이동에 적합하면서 사용압력에서 충분한 밀봉(seal)이 가능한 패킹이 조립되어 있다.
이와 같이 이루어지고, 도3에 나타낸 바와 같이, 파고에 따라 부이형 피스톤(210)이 하강 될 경우, 가압실(211)로 해수가 유입되고, 부이형 피스톤이 상승 될 경우 상기 가압실(211)에 유입된 해수는 피스톤 조립체(230)의 압축실(231)로 이송되고 가압물탱크로 이송된다.
도4은 본 발명에 따른 조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기의 개략적인 사용상태도로서, 도4의 (a)는 조류 및 해류의 방향에 따라 부이형 피스톤(210) 및 회전해수압축유닛(220)이 회전되어 구현되는 상태를 나타낸 것이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 상기 회전해수압축유닛(220)은 부이형 피스톤(210)의 하부로 상기 피스톤 조립체(230)에 상하이동 가능하도록 장착된다. 그리고, 상기 조류 및 해류의 방향에 따라 부이형 피스톤(210) 및 회전해수압축유닛(230)은 회전된다.
또한, 도4의 (b)는 파고에 따라 부이형 피스톤(210) 및 회전해수압축유닛(220)이 상하로 이동되어 구현되는 상태를 나타낸 것이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 회전해수압축유닛(220)은 복수개가 장착되고, 파고에 따라 상하이동되고, 해류 및 조류에 의해 블레이드가 회전이동되고 이에 연동되는 로터리 베인펌프에 의해 해수를 공급하기 위한 것다. 또한 해류 및 조류는 그 깊이에 따라 유속이 다르고, 상기 복수개의 회전해수압축유닛(220)는 각각의 유속에 따라 회전되어 효율적으로 해수를 공급하게 된다.
상술된 바와 같이 도4에 나타낸 회전해수압축유닛(220)은 부이형 피스톤과 동시에 해수를 공급할 수 있도록 피스톤 조립체에 장착되어 구현되는 일례를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 회전해수압축유닛(220)은 별도의 구조물에 장착되어 독립적으로 해수를 공급할 수도 있다.
이하 회전해수압축유닛의 구체적인 구성 및 형상과 이에 따른 작용효과에 대하여 자세히 기술한다.
도5은 도4에 나타낸 부이형 피스톤 및 회전해수압축유닛의 개략적인 평면도이고, 도6은 도4에 나타낸 회전해수압축유닛의 개략적인 분해 사시도이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 상기 회전해수압축유닛(220)은 부이형 바디(221) 및 하나 이상의 회전체를 포함한다. 상기 부이형 바디(221)는 삽입공(226)이 형성되어 피스톤 조립체(230)에 상하이동 가능하도록 장착되고, 상기 피스톤 조립체의 가압실 또는 가압물탱크(230)에 직접 해수를 공급하기 위한 해수공급로(미도시)가 형성된다. 또한 상기 부이형 피스톤과 같이, 조류 및 해류에 의한 축의 부하를 감소시키기 위해 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 회전체는 회전운동에 의해 해수를 공급하기 위한 것으로써, 복수개의 블레이드(222), 회전체바디(223), 및 로터리 베인펌프(224)를 포함한다. 상기 복수개의 블레이드(222)는 소정각으로 펼침 및 접힘 가능하게 회전체바디(223)의 외주방향을 따라 장착되고, 조류 및 해류에 의해 외주면에 대하여 소정각도로 펼쳐지고 접혀짐을 반복하며 상기 회전체바디(232)를 회전시킨다. 그리고 상기 회전체바디(223)에는 로터리 베인펌프(224)가 고정장착됨에 따라 상기 회전체바디의 회전에 의해 로터리 베인펌프(224)는 회전되며 해수를 공급한다.
상술된 바와 같이 회전해수압축유닛에 의해 공급되는 해수는 피스톤 조립체의 압축실로 공급되거나, 별도의 공급로를 통해 가압물탱크로 공급될 수 있다.
이와 같이 이루어지고, 도7에 나타낸 바와 같이 상기 회전체가 조류 및 해류에 의해 상기 블레이드(222)는 펼쳐지고, 접혀짐에 따라 회전체바디(223)을 회전시키고, 이에 연동되어 로터리 베인펌프(224)는 회전된다. 그리고 상기 로터리 베인펌프(224)에 의해 공급되는 해수는 피스톤 조립체(230)의 압축실(231) 또는 별도의 해수공급로를 통해 가압물탱크(130)로 공급될 수 있다. 상기 로터리 베인펌프(224)에 의한 해수공급은 본 발명에 따른 기술분야의 당업자에 의해 용이하게 구현될 수 있다.
이와 같이 구현됨에 따라 파력에 더하여 해류 및 조류에 의해 해수의 공급 및 압축이 가능하게 됨에 따라, 보다 효율적이고 균일하게 해수를 공급할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 발전 시스템 110 : 공기압축기
120 : 피스톤유닛 210 : 부이형 피스톤
220 : 회전해수압축유닛 230 : 피스톤 조립체

Claims (9)

  1. 파력에 의하여 상하이동되어 해수를 공급하는 피스톤유닛; 및
    해류 및 조류에 의한 회전이동으로 해수를 공급하는 회전해수압축유닛을 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 유닛은
    파력에 의해 상하로 이동되고 해수를 흡입하는 부이형 피스톤과, 상기 부이형 피스톤이 상하이동 가능하도록 장착되고 부이형 피스톤으로부터 해수가 유입되는 피스톤 조립체를 포함하고, 파력에 의한 부이형 피스톤의 상하이동으로 해수를 공급하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부이형 피스톤은
    해수의 유입을 단속하기 위한 체크밸브;
    해수가 수용되는 가압실; 및
    해수에서의 상하 미끄럼운동에 적합한 재질로 만들어진 슬라이딩 부싱을 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 피스톤 조립체는
    해수의 유입을 단속하기 위한 체크밸브; 및
    해수가 수용되는 압축실을 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 부이형 피스톤은 피스톤 조립체에 장착되는 패킹을 더 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  6. 제2항에 있어서,
    부이형 피스톤의 형상은 유선형으로 형성되고, 방향키가 장착되는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전해수압축유닛은
    파력에 의해 상하이동 가능하도록 장착되는 하나 이상의 부이형 바디; 및
    상기 부이형 바디에 회전가능하도록 장착되고 조류 및 해류에 의해 회전되어 해수를 공급하는 하나 이상의 회전체를 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회전체는
    로터리 베인펌프, 상기 로터리 베인펌프가 장착되는 회전체바디, 및 상기 회전체바디의 외주방향을 따라 소정각으로 펼침 및 접힘 가능하게 장착되는 복수개의 블레이드를 포함하고, 조류 및 해류에 의해 블레이드가 펼쳐지고 접혀짐에 따라 로터리 베인펌프를 회전시키고, 해수를 공급하는 하나 이상의 회전체를 포함하는
    조류, 해류 및 파력을 이용한 해수압축기.
  9. 파력에 의해 상하이동 가능하도록 장착되는 하나 이상의 부이형 바디; 및
    로터리 베인펌프, 상기 로터리 베인펌프가 장착되는 회전체바디, 및 회전체바디의 외주방향을 따라 소정각으로 펼침 및 접힘 가능하게 장착되는 복수개의 블레이드를 포함하고, 조류 및 해류에 의해 블레이드가 펼쳐지고 접혀짐에 따라 로터리 베인펌프를 회전시키고, 해수를 공급하고, 상기 부이형 바디에 회전가능하도록 장착되는 하나 이상의 회전체를 포함하는
    조류 및 해류를 이용한 해수압축기.
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