KR20110094908A - 동력 발생 장치 - Google Patents

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KR20110094908A
KR20110094908A KR1020100014638A KR20100014638A KR20110094908A KR 20110094908 A KR20110094908 A KR 20110094908A KR 1020100014638 A KR1020100014638 A KR 1020100014638A KR 20100014638 A KR20100014638 A KR 20100014638A KR 20110094908 A KR20110094908 A KR 20110094908A
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Abstract

본 발명은 동력 발생 장치에 관한 것으로, 동력 발생 장치는 배수구 상에 설치되며, 해수 내의 배수 이동 공간을 제공하는 본체부, 본체부의 내부에 설치되며, 해수와 배수의 밀도 차이에 따른 수류에 의해 회전하는 수차 및 수차와 연결되어 동력을 발생시키는 발전기를 포함한다.

Description

동력 발생 장치{POWER GENERATING APPARATUS}
본 발명은 동력 발생 장치에 관한 것으로, 특히 파력과 발전소의 배수를 이용하여 동력을 발생시키는 동력 발생 장치에 관한 것이다.
대부분의 발전소에서는 복수기 냉각수로 다량의 해수를 취수하여 사용하고 있으며 사용된 해수는 수온이 상승된 채로 해역으로 배출된다. 일반적으로 발전소의 냉각수 용도로 이용된 후 버려지는 해수를 온배수라고 한다. 배출된 온배수는 주변 해수와의 혼합 및 희석을 통해 자연 해수의 온도로 돌아가게 되며 이 과정에서 해양생태계에 영향을 미친다.
최근 해역 이용이 활발해지면서 해양 환경에 대한 관심이 증가하여 온배수의 확산 범위에 대한 규제가 강화되기 때문에 온배수의 확산범위를 감소시키기 위해 많은 발전소가 저층 배수방식을 채택하고 있다.
발전소에서 배출된 온배수는 수온이 상승된 상태로 해역으로 배출된다. 저층 배수의 경우, 온배수는 저층의 차가운 해수에 비해 밀도가 낮기 때문에 방류초기의 유속과 결합되어 표층으로 빠르게 상승하는 흐름을 갖는다. 그러나, 발전소의 저층 배수구에서 해역으로 배출되는 온배수는 뚜렷하게 활용되는 부분이 없어 재활용이 어려웠다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전소의 저층 배수구 위에 설치된 수차와 발전기에서 온배수의 방류 초기 유속과 낮은 밀도로 인한 상승작용을 이용하여 동력을 얻는 동력 발생 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 파도의 상하 움직임에 의해 발생된 압축공기를 배수구에 주입하여 온배수의 방류 유속을 향상시키며, 수차의 회전 속도를 향상시켜 에너지 효율을 높이는 동력 발생 장치를 제공하는 것이다.
상술된 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 배수구 상에 설치되며, 해수 내의 배수 이동 공간을 제공하는 본체부, 상기 본체부의 내부에 설치되며, 상기 해수와 배수의 밀도 차이에 따른 수류에 의해 회전하는 수차 및 상기 수차와 연결되어 동력을 발생시키는 발전기를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 해역의 저층 배수구 상에 수차와 발전기를 설치하여 온배수의 방류 초기 유속과 낮은 밀도로 인한 상승작용으로 수차를 회전시킴으로써, 수차와 연결된 발전기가 동력을 얻는다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 해수면의 상하움직임을 이용한 공기 압축부가 압축된 공기를 배수구에 공급함으로써, 배수구에 공급된 공기가 온배수와 함께 연행되어 상승하고, 수차를 더 강하게 회전시켜 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 배수된 온배수의 저층내 체류시간을 길게 하고 와류와 난류확산을 통하여 주변해수와 쉽게 혼합될 수 있도록 유도하여 온배수가 주변 해양생태계에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 구성이 단순하고 조석간만의 차이에 상관없이 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 발전소 인근 해역에 설치되므로 유지관리, 부지확보 및 전력계통 연계가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 측면에서 비스듬히 바라본 동력 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 상부에서 바라본 동력 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기관 연결부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 에에 따른 공기 압축부와 공기관 연결부의 결합을 나타내는 도면이다.
도 7은 해수면의 상승 및 하강에 따른 동력 발생 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 해수면 상승시 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 동작을 단면으로 나타내는 도면이다.
도 9는 해수면 하강시 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 동작을 단면으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 동력 발생 장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 단면을 나타내는 도면이고, 도 2는 측면에서 비스듬히 바라본 동력 발생 장치를 나타내는 도면이며, 도 3은 상부에서 바라본 동력 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치(5)는 발전소의 배수로(10)와 연결되어 해저면(30)에 설치된 배수구(20) 상에 위치한다. 동력 발생 장치(5)는 본체부(100), 수차(200), 발전기(250), 상부판(110), 내부벽(120), 공기 압축부(300), 및 공기관 연결부(170)를 포함한다.
본체부(100)은 해수 내의 배수 이동 공간을 제공한다. 이를 위해 본체부(100)는 발전소의 배수로(10)에 연결된 배수구(20) 위에 절곡점을 기준으로 상부에 위치하는 제1 외벽(101)과 하부에 위치하는 제2 외벽(103)으로 구성된 종모양으로 설치된다. 본체부(100)은 제1 외벽(101)의 상단이 플레이트 형태의 상부판(110)과 결합된다. 여기서, 본체부(100)은 제2 외벽(103)이 제1 외벽(101)보다 큰 직경을 가져 구조적인 안정성을 유지하며, 해수면(50)의 파고에 의한 충격을 견디도록 형성된다. 또는, 본체부(100)는 이에 한정되지 않고 제1 외벽(101)과 제2 외벽(103)의 구분이 없는 호퍼 형태로 형성될 수 있다.
본체부(100)은 밑면이 개방되어 있으며. 지지대(70)와 지지기둥(80)에 의해 해저면(30)과 일정 간격을 유지하여 설치될 수 있다.
본체부(100)은 제1 외벽(101) 안쪽에 제1 실(105)을 마련하고, 제2 외벽(103) 안쪽에 제2 실(107)을 마련한다. 제1 실(105)의 중앙에는 상부판(110)에 연결되는 내부벽(120)이 배치된다. 내부벽(120)은 종방향으로 원통 모양으로 형성될 수 있다. 내부벽(120)은 안쪽에 상부가 개방된 발전기실(121)이 마련된다. 여기서 제1 실(105)에는 수압에 의해 가압된 공기와 해수가 맞닿는 내부 수면(60)이 형성된다. 또한, 제2 외벽(103)의 하단에는 거품, 이물질 또는 잉여 공기의 배출을 위해 외부로 통하는 적어도 하나의 배출구(140)가 설치될 수 있다. 여기서 배출구(140)는 제1 실(1005)의 공기가 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해 해저면(30)을 기준으로 내부 수면(60)보다 낮은 곳에 위치한다.
발전기실(121)은 발전기(250)를 수납한다. 발전기실(121)은 덮개(130)에 의해 상부가 외부와 차단되며, 하부에 내부벽(120)의 하단을 관통하는 내부벽홀(125)을 포함한다. 덮개(130)는 발전기(250)가 수납된 발전기실(121)의 상부에 결합되어 발전기실(121)을 밀폐시킨다. 이에 따라, 덮개(130)는 내부벽홀(125)을 통해 제1 실(105)의 공기가 외부로 방출되는 것을 방지한다.
내부벽홀(125)에는 제2 실(107)의 중앙에 위치하여 발전기(250)와 수차(200)를 연결하는 수차축(210)이 배치된다.
제1 외벽(101) 상부에는 속이 빈 원통 형태의 공기관 연결부(170)가 있고 제1 외벽(101) 바깥에는 속이 빈 주머니 형태의 공기 압축부(300)가 위치하여 공기관 연결부(170)와 연결된다.
공기 압축부(300)는 신축성 있는 소재로 제작되어 해수면(50)의 파고에 따라 압축과 팽창을 하며 공기관 연결부(170)로 공기를 주입하거나 공기관 연결부(170)의 공기를 흡입할 수 있도록 구성된다. 공기 압축부(300)는 다수개의 고리 연결부(310)에 의해 상부판(110)과 연결된다.
고리 연결부(310)는 도 6에 도시된 바와 같이 공기 압축부(300)의 상면에 설치된 제1 고리(320)와 상부판(110)의 하면에 설치된 제2 고리(330)를 포함할 수 있다.
공기관 연결부(170)의 내측에는 파이프 형태의 배기관(171)과 흡기관(173)이 배치된다. 배기관(171)은 공기 압축부(300)와 제1 실(105)을 연결하며, 흡기관(173)은 공기 압축부(300)와 공기 이송관(180)을 연결한다.
여기서 도 4를 더 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치(5)의 내부 구조를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 더 참조하면, 제1 외벽(101)의 내측에는 내부벽(120)에 의해 마련된 발전기실(121)과 발전기실(121)에 발전기(250)가 배치된다.
제2 외벽(103)의 내측에는 수차(200)와 수차축(210)이 배치되고, 수차(200)를 보호하고 수류와 공기 방울을 모아주는 덕트(150)가 배수구(20)의 상부에 종방향으로 설치된다. 덕트(150)는 다수개의 덕트 연결봉(160)을 통해 내부벽(120)에 연결된다. 여기서, 덕트(150)와 수차(200)는 배수에 의해 회전하기 위해 내부 수면(60)의 아래에 위치한다.
배수구(20)로부터 방류되는 배수는 해수에 비해 높은 온도를 가지며, 온도에 따른 밀도 차이로 인해 배수구(20)로부터 해수면(50)을 향해 상승한다. 이에 따라, 배수구(20) 상에 설치된 수차(200)는 배수구(20)로부터 방류되는 배수에 의해 회전한다.
제2 실(107)과 제1 실(105)의 외측에는 복수의 공기 이송관(180)이 위치한다.
공기 이송관(180)의 상단부는 흡기관(173)에 연결되고 하단부는 배수구(20)의 벽면을 관통하여 공기 배출관(185) 및 하부 밸브(187)와 연결된다. 공기 이송관(180)은 공기 압축부(300)에서 압축된 공기를 배수구(20)의 내측으로 이송하도록 연장되어 형성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기관 연결부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 에에 따른 공기 압축부와 공기관 연결부의 결합을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 공기관 연결부(170)는 원통형으로 형성되고, 제1 외벽(101)의 상단 외측에 위치하여 동력 발생 장치의 외부와 내부를 연결한다. 공기관 연결부(170)는 내부에 배기관(171), 배기 밸브(175), 흡기관(173), 배기 밸브(175) 및 흡기 밸브(177)를 수납한다.
여기서 배기 밸브(175), 흡기 밸브(177) 및 하부 밸브(187)는 압력에 따라 개폐되는 단방향 밸브로 이루어진다.
배기 밸브(175)는 압력차에 의해 제1 실(105)에서 공기 압축부(300)로 공기가 흐르도록 유도한다. 흡기 밸브(177)는 공기 압축부(300)에서 공기 이송관(180)으로 공기가 흐르도록 유도한다. 하부 밸브(187)는 공기 배출관(185)의 압력에 따라 공기를 배수구(20)로 이송한다.
공기관 연결부(170)는 공기 압축부(300)와의 연결을 위해 중단 부분에 위치하는 공기관 연결홈(190)을 포함한다. 공기관 연결홈(190)은 공기관 연결부(170)의 원형 둘레를 따라 기 설정된 깊이로 형성된다. 예를 들어, 공기관 연결홈(190)은 공기 압부축(300)를 고정시키는 접합띠(193)의 두께에 대응하여 형성된다.
공기관 연결부(170)에는 입구가 좁은 자루 형태의 공기 압축부(300)가 결합된다. 이를 위해, 공기관 연결부(170)에는 공기관 연결홈(190)을 따라서 접합띠(193)가 결합된다. 접합띠(193)는 이음새부분이 결합 부재(195)로 고정되어 공기관 연결부(170)에 결합된 공기 압축부(300)를 밀봉한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 해역의 저층 배수구 상에 수차와 발전기를 설치하여 온배수의 방류 초기 유속과 낮은 밀도로 인한 상승작용으로 수차를 회전시킴으로써, 수차와 연결된 발전기가 동력을 얻는다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 해수면의 상하움직임을 이용한 공기 압축부가 압축된 공기를 배수구에 공급함으로써, 배수구에 공급된 공기가 온배수와 함께 연행되어 상승하고, 수차를 더 강하게 회전시켜 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 온배수의 저층내 체류시간을 길게 하고 와류와 난류확산을 통하여 주변해수와 쉽게 혼합될 수 있도록 유도하여 온배수가 주변 해양생태계에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 구성이 단순하고 조석간만의 차이에 상관없이 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치는 발전소 인근 해역에 설치되므로 유지관리, 부지확보 및 전력계통 연계가 용이하다.
도 7은 해수면의 상승 및 하강에 따른 동력 발생 장치의 동작을 나타내는 도면이고, 도 8은 해수면 상승시 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 동작을 단면으로 나타내는 도면이며, 도 9는 해수면 하강시 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치의 동작을 단면으로 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동력 발생 장치(5)는 해수면의 상승 및 하강에 따라 다음과 같이 동작한다.
우선 해수면(50)이 상승하면(S10) 신축성 소재의 공기 압축부(300)가 해수면(50)에 의해 압축되어 공기관 연결부(170)로 압축된 공기를 불어넣는다(S20). 이때, 제1 실(105)의 압력에 비해 공기 압축부(300)의 압력이 크므로, 압력차에 의해 배기관(171)의 배기 밸브(175)는 닫히고(S21), 흡기관(173)의 흡기 밸브(177)는 열리며(S23), 공기 배출관(185)의 하부 밸브(187)는 열린다(S23).
압축된 공기는 흡기관(173)과 공기 이송관(180)를 통해 이송되며(S30), 공기 배출관(185)을 지나서 하부 밸브(187)를 통해 배수구(20)로 배출된다(S40).
배출된 공기는 부력에 의해 배수구(20)로 방류되는 온배수와 함께 상승한다(S50).
상승하는 온배수와 공기는 수차(200)를 회전시키며 제1 실(105)로 이동한다(S60).
방류된 온배수는 제2 실(107)의 내부 수면(60) 근처에 위치하며, 제2 외벽(103)으로 밀리면서 제2 실(107)과 해저면(30) 사이로 배출된다. 이때, 내부 수면(60)은 하강하며 제1 실(105)은 수압에 의해 가압된다(S70).
다음, 해수면(50)이 하강하면(S70), 공기 압축부(300)의 압력에 비해 제1 실(105)의 압력이 크므로 배기 밸브(175)는 열리고(S81), 흡기 밸브(177)는 닫히며(S82), 하부 밸브(187)는 닫힌다(S83). 공기는 제1 실(105)에서 배기관(171)을 통하여 공기 압축부(300)로 이동한다. 이에 따라, 공기 압축부(300)는 팽창한다(S90). 이때, 내부 수면(60)은 상승하며, 제1 실(105)은 공기의 배출로 인해 감압된다.
이러한 해수면(50)의 상승과 하강에 의해 동력 발생 장치(5)는 상술된 과정을 반복하여 수차를 효과적으로 회전시키며, 수차의 회전으로 발전기(250)를 구동시켜 동력을 발생시킨다.
배수구(20)로 방류되는 온배수는 미량의 공기 방울(400)과 부유 물질을 포함하며, 상술된 동력 발생 장치의 동작 과정을 반복할 때 누적된 공기나 내부 수면(60)의 부유 물질은 배출구(140)를 통해 외부로 배출된다.
100: 본체부 110: 상부판
120: 내부벽 170: 공기관 연결부
200: 수차 250: 발전기
300: 공기 압축부

Claims (11)

  1. 발전소의 배수구에서 방류되는 배수로 동력을 발생시키는 동력 발생 장치에 있어서,
    배수구 상에 설치되며, 해수 내의 배수 이동 공간을 제공하는 본체부;
    상기 본체부의 내부에 설치되며, 상기 해수와 배수의 밀도 차이에 따른 수류에 의해 회전하는 수차; 및
    상기 수차와 연결되어 동력을 발생시키는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 본체부는
    절곡점을 기준으로 상부에 위치하는 제1 외벽; 및
    상기 절곡점을 기준으로 하부에 위치하는 제2 외벽을 포함하되,
    상기 제2 외벽은 상기 제1 외벽보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 제2 외벽에 설치되어 거품, 이물질 또는 잉여 공기를 외부로 배출하는 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 본체부의 상부에 결합되어 내부를 밀폐하는 상부판; 및
    상기 상부판과 연결되어 상기 본체부의 내측에 위치하며, 상기 발전기를 수납하는 내부벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 내부벽에 결합되어 내부를 밀폐시키는 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 수차와 상기 발전기를 연결하는 수차축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 내부벽은 하부에 상기 수차축의 관통을 위한 내부벽홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배수구 상에 설치되어 상기 수차를 보호하며, 상기 수류를 모아주는 덕트; 및
    상기 내부벽과 상기 덕트를 연결하는 적어도 하나의 덕트 연결봉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 본체부에 설치되어 공기가 이동하는 공기관 연결부; 및
    신축성 물질을 포함하여 상기 공기관 연결부에 연결되며, 해수의 파고에 따라 압축 또는 팽창되어 공기를 흡입 또는 배출하는 공기 압축부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 공기관 연결부의 내부에 배치되어 상기 본체부 내의 공기를 상기 공기 압축부로 배기하는 배기관;
    상기 공기 관연결부의 내부에 배치되어 상기 공기 압축부의 공기를 상기 본체부 내로 흡기하는 흡기관;
    상기 흡기관과 연결되어 공기를 이송하는 공기 이송관; 및
    상기 배수구에 설치되어 상기 공기 이송관과 연결되는 공기 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 배수구에 인접하여 해저면에 설치되는 지지대; 및
    상기 지지대와 상기 본체부 사이를 연결하여 상기 본체부를 상기 해저면과 이격시키는 지지기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 발생 장치.
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