KR20110070489A - 해양 구조물의 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해양 구조물의 발전 장치에 관한 것으로서, 해양 구조물에 마련되고, 내부에 공기가 채워지며, 하부에 조류나 파도에 의해 해수가 출입하는 출입구가 마련되는 챔버와, 챔버에 유입되는 해수에 의해 배출되는 공기가 이동하도록 마련되는 공기 통로와, 공기 통로에 설치되며, 공기의 이동에 의해 회전하는 임펠러와, 임펠러의 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 제너레이터를 포함한다. 따라서, 본 발명은 조력과 파도를 이용한 발전 장치의 설치에 소요되는 비용을 최소화하고, FPSO(Floating Production, Storage & Offloading)나 해양 플랫폼 등과 같은 다양한 해양 구조물에 적용하는 것이 용이하며, 풍부한 조력과 파도의 이용이 가능하여 발전 효율을 높일 수 있고, 해양 구조물에 가해지는 저항을 최소화하는 효과를 가진다.
챔버, 출입구, 공기 통로, 임펠러, 제너레이터, 차단부재, 축전지

Description

해양 구조물의 발전 장치{POWER PLANT OF A OFFSHORE STRUCTURE}
본 발명은 해양 구조물의 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 해양 구조물에 적용하는 것이 용이한 해양 구조물의 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전력을 발생시키기 위한 발전 설비는 대개 화석 연료를 사용하고 있는데, 이러한 화석 연료는 점차 고갈되어갈 뿐만 아니라 지구 환경을 오염시키는 원인이다.
그러므로, 고갈의 우려가 없으면서도 환경을 오염시키지 않는 에너지의 개발을 위하여 많은 노력을 기울여 왔으며, 이러한 대체 에너지로는 태양 에너지(solar energy), 풍력 에너지(wind energy), 조력 에너지(tidal energy), 지열 에너지(geo-thermal energy) 등이 있다.
또한, 북대서양 지역의 경우 대규모 해양 풍력 발전 설비(windmill park)를 설치하기 위하여 막대한 자금을 투자하고 있으며, 그 외의 지역에서도 대체 에너지에 대한 개발과 관심이 증대되고 있는 실정이며, 특히 자연력의 이용이 비교적 용이한 해양에서의 발전 설비에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 풍력 또는 조력 등을 이용한 해양 발전 설비는 대규모로 이루어짐으로써 설치 및 유지에 따른 막대한 자금을 필요로 하며, 그 설치 장소의 제한으로 인해 원하는 만큼의 풍력 또는 조력을 얻는데 어려움을 초래하며, 이러한 발전 설비가 설치되는 구조물에 풍력 또는 조력 등에 의한 저항이 발생되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 조력과 파도를 이용한 발전 장치의 설치에 소요되는 비용을 최소화하고, 다양한 해양 구조물에 적용하는 것이 용이하며, 풍부한 조력과 파도의 이용이 가능하여 발전 효율을 높일 수 있고, 구조물에 가해지는 저항을 최소화하고자 한다.
본 발명에 따른 해양 구조물의 발전 장치는, 해양 구조물에 설치되어 조류나 파도를 이용한 발전 장치로서, 해양 구조물에 마련되고, 내부에 공기가 채워지며, 하부에 조류나 파도에 의해 해수가 출입하는 출입구가 마련되는 챔버와, 챔버에 유입되는 해수에 의해 배출되는 공기가 이동하도록 마련되는 공기 통로와, 공기 통로에 설치되며, 공기의 이동에 의해 회전하는 임펠러와, 임펠러의 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 제너레이터를 포함한다.
본 발명은 조력과 파도를 이용한 발전 장치의 설치에 소요되는 비용을 최소 화하고, FPSO(Floating Production, Storage & Offloading)나 해양 플랫폼 등과 같은 다양한 해양 구조물에 적용하는 것이 용이하며, 풍부한 조력과 파도의 이용이 가능하여 발전 효율을 높일 수 있고, 해양 구조물에 가해지는 저항을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 발전 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 발전 장치(100)는 해양 구조물(10)에 설치되어 조류나 파도를 이용한 발전 장치로서, 해양 구조물(10)에 마련되는 챔버(chamber; 110)와, 챔버(110)에 연결되는 공기 통로(120)와, 공기 통로(120)에 설치되는 임펠러(impeller; 130)와, 임펠러(130)의 회전력을 이용하는 제너레이터(generator; 140)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 해양 구조물의 발전 장치(100)가 설치되는 해양 구조물(10)은 해상에 부유하거나 해상에 고정되는 다양한 구조물에 설치될 수 있으며, FPSO(Floating Production, Storage & Offloading)로 불리는 부유식 원유생산 및 저장설비의 선체이거나 해양 플랫폼 등이 포함될 수 있다.
챔버(110)는 해양 구조물(10)에 마련되고, 내부에 공기가 채워지며, 하부에 조류나 파도에 의해 해수가 출입하는 출입구(111)가 마련되는데, 출입구(111)를 통해서 출입하는 해수에 의해 내부의 공기가 펌핑되어 공기 통로(120)를 통해서 공기를 배출시킬 수 있도록 해양 구조물(10)에서 적정한 높이에 설치될 수 있다.
챔버(110)는 출입구(111)를 통해서 유입되는 해수의 충격을 흡수함으로써 해수의 충격에 의해 내부에 위치하는 구성물이 손상되는 것을 방지함과 아울러 공기 통로(120)를 통한 공기의 배출을 가이드하기 위한 가이드부재(114,115)가 내측에 설치될 수 있다.
공기 통로(120)는 챔버(110)에 유입되는 해수에 의해 배출되는 공기가 이동하도록 챔버(110)에 연결될 수 있다.
공기 통로(120)는 챔버(110)로부터 배출되는 공기를 챔버(110)에 다시 공급하도록 챔버(110)에 마련되는 공기 배출구(112)와 공기 유입구(113)에 양단이 각각 연결될 수 있다. 이 때, 공기 통로(120) 또는 챔버(110)에 공기 유입구(113)를 통해서 공기의 유입을 허용하되 공기의 배출을 차단시키는 제 1 차단부재(150)가 설치될 수 있다. 따라서, 챔버(110) 내의 공기가 공기 유입구(113)를 통해서 공기 통로(120)에 유입됨으로써 임펠러(130)의 회전에 간섭을 일으키는 것을 차단할 수 있다.
제 1 차단부재(150)는 예를 들면, 일측으로만 개방되도록 설치되는 막 또는 플레이트로 이루어질 수 있고, 이러한 막 또는 플레이트가 휨이 가능한 재질로 이루어짐으로써 휨에 의해 개방되거나 설치 위치에 힌지 결합됨으로써 회전에 의해 개방되도록 구성될 수 있으며, 설치되는 위치에는 원하지 않는 방향으로 개방되지 못하도록 지지하는 지지부가 마련될 수도 있으며, 본 실시예에서처럼 이러한 지지부의 역할을 공기 유입구(113)의 형성부위가 대신할 수도 있다.
한편, 공기 통로(120)로부터 분기되어 외부의 공기가 출입하도록 설치되는 제 1 연결관(160)을 더 포함할 수 있다.
제 1 연결관(160)은 공기 통로(120)를 따라 이동하는 공기가 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 함으로써 챔버(110)로부터 배출되는 공기가 공기 통로(120) 내부에 정체되어 임펠러(130)의 회전에 장애를 초래하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 발전 장치(100)는 챔버(110)에 외부의 공기가 출입하도록 연결되는 제 2 연결관(170)과, 챔버(110)의 내측에 설치됨과 아울러 제 2 연결관(170)을 통해서 공기의 유입을 허용하되 공기의 배출을 차단시키는 제 2 차단부재(180)를 더 포함할 수 있다.
제 2 연결관(170)은 공기 통로(120)를 통해서 챔버(110)로 유입되는 공기의 배출을 도와서 임펠러(130)의 회전을 원활하도록 하며, 제 2 차단부재(180)는 챔버(110)에 유입되는 해수에 의해 펌핑되는 내부의 공기가 제 2 연결관(170)을 통해 외부로 유출되어 공기 통로(120)를 통한 공기의 이동량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
제 2 차단부재(180)는 일례로 일측으로만 개방되도록 설치되는 막 또는 플레이트로 이루어질 수 있고, 이러한 막이나 플레이트가 휨이 가능한 재질로 이루어짐으로써 휨에 의해 개방되거나 설치 위치에 힌지 결합됨으로써 회전에 의해 개방되도록 구성될 수 있으며, 설치되는 위치에 원하지 않는 방향으로 개방되지 못하도록 지지하는 지지부가 마련될 수도 있으며, 본 실시예에서처럼 이러한 지지부의 역할을 가이드부재(115)가 대신할 수도 있다.
임펠러(130)는 공기 통로(120)의 내측에 설치되며, 챔버(110)로부터 배출되는 공기의 이동에 의해 회전하는데, 본 실시예에서처럼 공기 통로(120) 상에 직렬로 다수개가 설치됨으로써 단일의 회전축(미도시)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
제너레이터(140)는 임펠러(130)의 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는데, 임펠러(130)의 회전축에 직접 연결되거나, 기어 어셈블리나 벨트 및 풀리 등에 의해 간접적으로 연결됨으로써 임펠러(130)의 회전력을 이용하여 전류 유도에 의해 전력을 발생시킨다.
본 발명에 따른 해양 구조물의 발전 장치(100)는 제너레이터(140)로부터 발생된 전력을 축전하기 위하여 축전지(190)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제너레이터(140)로부터 발생된 전력이 불필요한 경우 축전지(190)에 축전된 전력을 필요할 때마다 사용할 수 있으며, 축전지(190)를 이송이 가능한 컨테이너(container) 등의 형태로 제작함으로써 이러한 축전지(190)의 매매를 통한 새로운 수익을 창출할 수도 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 해양 구조물의 발전 장치의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조력이나 파도에 의해 출입구(111)를 통해 챔버(110) 내부로 해수가 유입되면 챔버(110) 내부의 공기가 공기 통로(120)를 따라 배출된다. 이 때, 공기 통로(120)에 설치된 임펠러(130)가 이동하는 공기에 의해 회전하고, 이러한 회전력을 이용하는 제너레이터(140)가 전력을 생산하게 된다.
한편, 공기 통로(120)를 따라 이동하는 공기는 제 1 연결관(160)을 통해 외부로 배출되도록 함으로써 공기 통로(120)에 공기가 정체되지 않고 원활하게 이동하도록 하여 임펠러(130)의 회전을 원활하게 하며, 제 1 및 제 2 차단부재(150,180)는 공기가 공기 유입구(113)를 통해서 공기 통로(120)에 역방향으로 유입됨을 차단함과 아울러 챔버(110) 내부의 공기가 공기 배출구(112)를 통해서 공기 통로(120) 측으로만 이동하도록 하여 임펠러(130)의 회전 효율을 높이도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 조력이나 파도에 의해 챔버(110)의 출입구(111)를 통해서 해수가 배출될 경우 제 1 및 제 2 차단부재(150,180)가 개방됨으로써 챔버(110) 내부가 제 1 및 제 2 연결관(160,170)을 통해 외기와 연결됨으로써 해수의 배출을 원활하도록 하여 챔버(110)로의 해수 유입에 걸리는 시간을 단축시켜서 발전 효율을 높이도록 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 조력과 파도를 이용한 발전 장치의 설치에 소요되는 비용을 최소화하고, FPSO(Floating Production, Storage & Offloading)나 해양 플랫폼 등과 같은 다양한 해양 구조물에 적용하는 것이 용이하며, 풍부한 조력과 파도의 이용이 가능하여 발전 효율을 높일 수 있고, 해양 구조물 내부로 유입되는 해수를 이용하게 됨으로써 해양 구조물에 가해지는 저항을 최소화한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 발전 장치를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 챔버 111 : 출입구
112 : 공기 배출구 113 : 공기 유입구
114,115 : 가이드부재 120 : 공기 통로
130 : 임펠러 140 : 제너레이터
150 : 제 1 차단부재 160 : 제 1 연결관
170 : 제 2 연결관 180 : 제 2 차단부재
190 : 축전지

Claims (6)

  1. 해양 구조물에 설치되어 조류나 파도를 이용한 발전 장치로서,
    상기 해양 구조물에 마련되고, 내부에 공기가 채워지며, 하부에 조류나 파도에 의해 해수가 출입하는 출입구가 마련되는 챔버와,
    상기 챔버에 유입되는 해수에 의해 배출되는 공기가 이동하도록 마련되는 공기 통로와,
    상기 공기 통로에 설치되며, 공기의 이동에 의해 회전하는 임펠러와,
    상기 임펠러의 회전력을 전달받아 전력을 발생시키는 제너레이터
    를 포함하는 해양 구조물의 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는,
    내측에 유입되는 해수의 충격을 흡수함과 아울러 상기 공기 통로를 통한 공기의 배출을 가이드하는 가이드부재가 설치되는 해양 구조물의 발전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 통로는 배출되는 공기를 상기 챔버에 공급하도록 상기 챔버에 마 련되는 공기 배출구와 공기 유입구에 양단이 각각 연결되며,
    상기 공기 통로 또는 상기 챔버에 상기 공기 유입구를 통해서 공기의 유입을 허용하되 공기의 배출을 차단시키는 제 1 차단부재가 설치되는 해양 구조물의 발전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기 통로부터 분기되어 외부의 공기가 출입하도록 설치되는 제 1 연결관
    을 더 포함하는 해양 구조물의 발전 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버에 외부의 공기가 출입하도록 연결되는 제 2 연결관과,
    상기 챔버의 내측에 설치되며, 상기 제 2 연결관을 통해서 공기의 유입을 허용하되 공기의 배출을 차단시키는 제 2 차단부재
    를 더 포함하는 해양 구조물의 발전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제너레이터로부터 발생된 전력을 축전하는 축전지
    를 더 포함하는 해양 구조물의 발전 장치.
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