KR20110058998A - 다익형조류발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강이나 물의 흐름이 바뀌는 바다에서 발전을 하는데 있어서, 베르누이의 원리를 이용하여 물의 흐름을 빠르게 만들어 가능한 많은 발전을 하며 안정감 또한 높이고 발전의 효율을 높이기 위한 구조를 만드는데 그 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명은, 물의 유입구를 타원형으로 만들어 안정감을 높이고 유선형의 집진장치를 이용하여 물의 흐름을 자연스러우면서도 빠르게 유도하여 발전을 많이 하도록 했을 뿐 아니라, 블레이드를 다수 설치하여 발전효율을 높여 수심이 얕은 곳은 물론 수심이 깊은 곳에서도 안전하게 발전할 수 있도록 하였다.

이상에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 강처럼 물의 흐름이 하나의 방향은 물론 해류의 흐름이 바뀌는 지역에서도 다양하게 적용할 수 있어 적용범위가 넓다는 것이 큰 장점이다.

조류발전, 소수력발전, 집진장치, 수력발전, 해양발전, 다익발전, 수중발전

Description

다익형조류발전기 {tide generator having multi-winges type}

본 발명은 조류발전에 관한 것으로서 강처럼 한쪽 방향으로 흐르는 지역은 물론 양방향으로 흐르는 바다 등에서 발전을 하는데 있어서 비교적 느린 유속을 나팔모양의 관을 통해 인위적으로 빠르게 해서 다수의 프로펠라를 회전시켜 효율을 극대화하여 발전하기 위한 장치이다.

조류발전의 경우는 풍력과 달리 베르누이 원리를 이용해야 하는 경우가 많은데 이유는 풍력의 경우는 집진장치가 달린 소수의 수직축발전을 제외하고는 풍력발전의 대부분을 차지하는 수평축발전은 블레이드 자체가 워낙 크기 때문에 집진장치를 만들기가 힘들다. 하지만 밀도가 희박한 공기와는 달리 밀도는 크지만 유속이 빠르지 않은 물은 베르누이 원리를 적용해 유속을 빠르게 할 필요가 있다. 유체에너지는 유체속도의 세제곱에 비례하기 때문에 속도는 매우 중요한 의미를 갖는다. 그래서 초속 1m내외의 물의 유속에서는 집진장치 없이는 발전이 불가능하다는 계산이 나오며 유체에너지가 속도의 세제곱에 비례하는 이치 때문에 초속 2m이상의 속도를 내도록 하는 것이 필요하다는 결론에 도달한다. 만일 속도가 같다면 물은 공기보다 수백 배의 힘을 가지고 있기 때문에 물의 에너지를 활용하려면 유속을 어느 정도 빠르게 하고 빨라진 물을 효율적으로 사용하는 것이 필요하다.

출원번호 10-2006-7002684은 다수의 블레이드를 사용하기는 하나 병렬식으로 연결하여 물살이 느린 지역에서는 사용하기 힘들며 단순 배열한 것과 다르지 않아 효율을 극대화하기 힘들며 비교적 얕은 지역과 다리 등 특정지역을 고려하여 발명되었다는 단점이 있다.

등록번호 1003356510000은 물의 흐름을 양방향에서 흐르는 것을 고려하였지만 물의 흐름을 과도하게 변하게 함으로써 집진효과를 상당히 상쇄시켰으며 본체를 만드는데 발전량 대비 많은 비용이 들며 구조가 복잡하며 미닫이문이 여닫는 것이 자동이 아니라 추가 동력이 들어간다는 것이 문제점이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해, 구조를 단순화했으며 비용대비 효율을 극대화하기 위해 하나의 축에 블레이드를 다수 설치하여 수면 위쪽에 위치한 발전기로 많은 양의 전력을 생산할 수 있게 하였다.

깔때기모양의 집진장치를 통해 유속을 빠르게 하고 물의 저항을 최소화하여 블레이드의 파손을 방지하고 발전량을 극대화할 수 있도록 구성하였다. 타원형의 집진장치의 밑이 넓어 콘크리트 등의 재질을 사용한다면 안정감이 있기에 심해나 유속이 빠른 지역에서도 발전이 가능하며 유실될 염려가 없을 것이다.

또한 수심이 깊은 곳에는 수중발전이 가능하도록 다른 설계를 하여 활용가능성을 높인 것이 특징이다.

이상에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 냇가나 강은 물론 해류가 바뀌는 바다는 물론이고 수심이 깊은 해양에서도 발전이 가능해 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 다수의 블레이드를 지역에 맞게 설계함으로써 발전효율을 극대화함으로써 조류발전의 활성화를 기대할 수 있게 될 것이다.

양방향발전을 할 경우 블레이드에 양력을 이용하지 못하기 때문에 발전효율이 다소 떨어질 수 있는데 이것을 보완하기 위해, 하나의 축에 2개 이상의 프로펠러를 사용하며, 집진장치 비용을 고려하여 이처럼 최대한 블레이드를 많이 사용해서 효율을 100%에 근접하게 끌어올릴 수 있기에 대규모 조류발전단지를 조성하는 계기가 될 것이다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 측면에서의 메인샤프트(15)를 중심으로 한 단면도로서, 양쪽 물의 유입구에 나팔 모양으로 만들어 물의 유입이 많게 한 대신 회전날개(12)가 있는 가운데 부분은 좁게 하는 이른바 베르누이원리를 이용한 집진장치(11)를 통해 회전날개(12)를 돌려 에너지가 생성되며 이는 메인샤프트(15)를 돌게하여 베벨기어(14)들을 통해 다시 발전샤프트(17)에 전달되어 증속기 및 발전기(13)를 통해 전력이 생산되는 구조다.

메인샤프트(15)를 고정시키는 역할을 하는 지지대(19)는 베어링(16)으로 부착되며, 발전샤프트(17)를 잡아주는 밀림방지지지대(18)는 베벨기어(14)들이 작동하 게 되면 회전에 반발하는 힘이 작용하는데 이처럼 밀리는 것을 막아주기 위해 발전샤프트(17)에 수직으로 부착해 집진장치(11)에 안전하게 고정시켜 동력을 제대로 전달하도록 만들며, 여기서 밀림방지지지대(18)를 점선으로 그린 것은 실제로는 메인샤프트(15)를 중심으로한 단면도에는 나타나지 않기 때문에 그런 것이다.

여기서의 베벨기어(14)들 중 우와 상에 있는 베벨기어(14a, 14b)들은 동력을 전달하지만 좌측에 있는 베벨기어(14c)는 위의 베벨기어(14)들이 고정되도록 돕기 위해 헛바퀴돌도록 베어링(16)으로 지탱된다. 또한 베벨기어(14)들이 도면과는 다르게 실제로는 도 8처럼 14b의 경우 아랫변이 더 넓어져 쪼뼛해지며 양쪽 기어들도 더 완만해진다.

집진장치(11)가 견고해야 하기 때문에 비용이 많이 들므로 상대적으로 비용이 적게 드는 회전날개(12)를 다수 설치하여 비용대비 효율을 100%에 최대한 근접하도록 하는 것이 필요하지만, 실제로는 프로펠러가 2-3개면 될 것이며 100%에 가까운 에너지효율을 강조하기 위해 4개를 그린 것이다. 이 집진장치(11)는 콘크리트나 FRP 등 견고하고 물의 비중보다 더 큰 재질로 만들어야하며 상황에 따라서 집진장치(11)를 11a처럼 할 수도 있어서 점선으로 표시했다. 벌림방지와이어(20)는 집진장치(11)의 재질과 현장상황에 맞게 설치할 수도 있고 생략할 수도 있다. 그 외에도 상황에 따라 보강재를 해야하지만 여기서는 보강재를 생략한다.

도 2는 정면에서의 나팔관의 입구와 회전날개를 그린 정면도로서, a, b, c 모두 메인샤프트(15)와 회전날개(12)를 중심으로 입구의 모양을 유속의 강약에 따라 다양하게 그린 것인데, a는 유속이 극히 느린 경우에 적용되며 b의 경우는 유속이 비교적 빠른 때이며 c는 유속이 매우 빠른 경우인데 이 경우는 집진장치(11)가 필요없지만 예를 들어 그려놓은 것이다.

도 3은 위에서 본 샤프트 중심으로의 단면도로서, 도 3의 집진장치(11)는 도 1의 지집진장치(11)보다 물의 유입구인 나팔관이 더 넓은데 그 이유는 도 2에서의 a와 b를 그린 것으로 유속이 느린 경우에 해당된다.

상하 한 쌍의 직선의 점선은 도 1의 측면에서 본 집진장치(11)의 최대크기를 표시한 것이며 이를 통해서도 도 2에서도 확인했듯이 나팔모양의 입구가 높이보다 넓이가 훨씬 넓어 안정감이 있다는 것을 알 수 있다. 점선의 집진장치 11b처럼 집진장치를 만들 수도 있을 것이다.

도 4는 수심이 깊은 곳에서의 발전단면도로서, 발전기(13) 주위로 회전날개(12)가 2개 놓여 있는 수중발전의 단면도를 그린 것이다. 수심이 깊은 곳은 바다에 빠뜨린 후 바닥에 고정시켜 발전을 하게 되는데 해류의 방향이 바뀌는 지역에서 특히 용이하게 사용될 것이며, 한 쌍의 회전날개(12)로 구성되었다.

발전기(13)가 가운데 놓일 경우 고정자(41)와 회전자(42)로 구성되는데 증속기를 설치할 경우 구조가 매우 복잡해지기 때문에 가능한 한 회전날개(12)의 회전수를 늘려 증속기가 필요없는 기어리스발전기를 사용하는 것이 좋을 것이다. 이 경우 발전기의 고정자(41)는 발전기 외피에 붙어 고정되어 있고 지지대(19)와 고정되어 있는 외피와 고정자(41)는 베어링(16)으로 연결되어 있어 메인샤프트(15)가 회전하면 회전자(42)만 회전하는 구조다.

도 5는 수심이 깊은 곳에서의 또 다른 발전단면도로서, 이 경우는 발전기가 가 장자리로 빠져나가 비용이 적게 드는 증속기(51)가 있는 발전기로 구성되어 있다.

도 6은 하부지지대(61)를 사용한 본체의 측면도로서, 필요시 안착을 위해 하부지지대(61)를 설치한 것으로 각 지지대의 발은 2-4개로 구성하도록 한다.

도 7은 하부지지대(61)의 상세도로서, 본체의 안정감을 위해 여러 개의 발을 만들어 안정감을 높였으며 울퉁불퉁한 바닥이 있기에 압축스프링(71)을 사용한 것이다.

또한 바닥이 딱딱하고 무른 경우 등을 고려하여 지면에 닿는 부분을 도 7-a처럼 납작하거나 도 7-b처럼 뾰쪽하게 할 수도 있다.

도 8은 베벨기어(14)를 중심으로 한 상세도로서, 도 1에서 설명했듯이 베벨기어 14a와 14b가 동력을 전달하는데 온전한 힘을 전달시키기 위해 보조적으로 베벨기어 14c가 배치된 것이며 이 베벨기어 14c는 베어링(16)에 고정되어 헛돌도록 되어 있다.

도 1은 측면에서의 메인샤프트(15)를 중심으로 한 단면도

도 2는 정면에서의 나팔관의 입구와 회전날개를 그린 정면도

도 3은 위에서 본 샤프트 중심으로의 단면도

도 4는 수심이 깊은 곳에서의 발전단면도

도 5는 수심이 깊은 곳에서의 증속기가 있는 발전단면도

도 6은 하부지지대(61)를 사용한 본체의 측면도

도 7은 하부지지대(61)의 상세도

도 8은 베벨기어(14)를 중심으로 한 상세도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11. 집진장치 12. 회전날개

13. 발전기 14. 베벨기어

15. 메인샤프트 16. 베어링

17. 발전샤프트 18. 밀림방지지지대

19. 지지대 20. 벌림방지와이어

41. 고정자 42. 회전자

51. 증속기 61. 하부지지대

71. 압축스프링

Claims (2)

1. 바다 등 흐르는 물에서 발전하는데 있어서 양쪽 물의 유입구를 타원형의 나팔 모양으로 만들어서 물의 유입을 많게 한 대신 가운데 부분은 좁게 만들어 베르누이

   원리를 이용해 집진할 수 있는 집진장치(11)를 통과하는 물에 의해 회전날개(12)를 돌게함으로써 운동에너지가 생성되어 메인샤프트(15)를 돌게 하며, 메인샤프트(15)는 베어링(16)으로 부착된 지지대(19)로 고정이 되어 베벨기어(14)들을 통해 다시 발전샤프트(17)에 전달되는데, 이 베벨기어(14)들은 수직으로 연결되고 여기서 메인샤프트(15)에 고정된 베벨기어 중 한 베벨기어(14c)는 베어링으로 연결되어 베벨기어(14c)를 헛돌게 만들어 원활한 동력전달을 도와주며, 한 축에 회전날개(12)를 다수 설치하여 수심이 얕은 곳은 물론 깊은 곳에도 수중발전이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 다익형조류발전기.
2. 1항에 있어서 나팔모양의 집진장치 입구의 밑이 넓어 안정감이 있기에 심해나 유속이 빠른 지역에서도 유실될 염려가 없고, 수심이 깊을 경우 발전기 양쪽에 회전날개(12)를 배치하거나 물이 흐르는 주방향쪽에 회전날개(12)들을 상황에 맞게 여러 가지로 배치시킬 수 있고, 본체의 안전감을 위해 상하 유동이 있는 하부지지대(61)를 설치하는 것을 특징으로 하는 다익형조류발전장치.

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