KR20110128187A - 기포의 부력을 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포의 부력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심해에서 발생된 기포가 바다의 수면에서 심해로 설치된 관내로 유입되어 부력에 의하여 상승할 때 높은 수압에서 발생된 작은 기포가 점차 상승하면서 수압 차에 의한 팽창으로 부피가 커져 관속의 물을 수면위로 끌어 올리게 되고 물은 다시 배출되면서 해수면과 수위차를 형성하게 되고 분기관을 따라 나온 물은 토출구의 아래 형성된 발전터빈을 회전시킴으로써 전력을 생산할 수 있는 있는 기포의 부력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

Description

기포의 부력을 이용한 발전장치{The electronic power plant which uses the buoyancy of the bubble}

본 발명은 기포의 부력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심해에서 발생된 기포가 바다의 수면에서 심해로 설치된 관내로 유입되어 부력에 의하여 상승할 때 높은 수압에서 발생된 작은 기포가 점차 상승하면서 수압 차에 의한 팽창으로 부피가 커져 관속의 물을 수면위로 끌어 올리게 되고 물은 다시 배출되면서 해수면과 수위차를 형성하게 되고 분기관을 따라 토출구로 나온 물은 토출구의 아래 형성된 발전터빈을 회전시킴으로써 전력을 생산할 수 있는 있는 기포의 부력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 생산하기 위한 발전장치로는, 화력 및 원자력과 같이 채취한 화석연료로부터 얻어지는 에너지를 이용한 발전장치와, 수력 및 조력과 같이 자연 현상으로 발생하는 물의 낙차 에너지를 이용한 발전장치 등이 있다.

하지만, 화력 및 원자력을 이용한 발전장치는 그 재료가 되는 화석연료의 자원 고갈 문제점과 발전장치의 가동으로 야기되는 환경오염 문제점 등이 있어, 화력 및 원자력을 대체할 수 있는 대체에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

특히, 화석연료를 이용한 발전은 지구 온난화의 원인으로 지적되는 온실가스를 배출하므로, 온실가스를 규제하는 쿄토의정서를 준수하기 위해서 추가적인 온실가스 배출권을 구입하거나 온실가스 저감수단을 강구해야하는 2차적인 문제점도 갖고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 발전장치로서, 기상현상으로 발생하는 풍력 에너지 및 태양에서 발산되어 지구에 도달하는 태양열 에너지를 이용한 발전장치와, 아직 미완성된 핵융합 발전장치 등이 있다. 하지만, 풍력 및 태양열을 이용한 발전장치는 대규모 부지를 확보해야하는 어려움과 입지조건의 제한성 등으로 인하여 일부지역에서만 설치되고 있으며, 기상현상에 따라 발전량이 편중되어 부하 변동에 신속하게 대응할 수 없을 뿐만 아니라 가동효율도 저조하여 경제성이 매우 낮은 실정이다. 또한 핵융합 발전장치는 설계상 어려움으로 아직 실용화되지 못하고 계속해서 연구되고만 있다.

상기 문제점을 해결할 수 있는 부력을 이용한 종래의 발전장치로서 한국공개 특허공보 제10-2001-0079105호 "부력과 중력을 이용한 발전장치" 는, 도크에 해수를 유입시키고 배수시키는 반복 과정에서 발생하는 부구의 상하운동을 회전운동으로 변환하여 발전하는 방법을 제시하였다. 하지만, 상기 종래기술은 대용량 발전을 위해서 대규모 도크가 시설되어야 하며, 물을 유입시키기 위한 수로 및 물을 배수시키기 위한 배수로가 별도로 설치되어야 하고 공기를 부력의 원천으로 사용하기 때문에 심해에서 부력을 발생시키는 데는 어려움이 있었다.

또한, 상기와 같이 다양한 형태의 발전장치들은 전기를 생산하는 것에 중점적으로 사용됨으로써 생산량 감소시 많은 투자비용이 회수되지 못하는 문제점이 있었는데 하나의 발전장치에서 일차적으로 수위차를 이용하여 발전하고 이차적으로 차세대 자동차 연료로 각광받고 있는 수소가스나 산소 가스 혹은 H2O2가스(일명 브라운 가스) 처럼 실사용되는 가스를 병행하여 생산함으로써 산업현장에서 다양하게 사용할 수 있고 이렇게 함으로서 소득을 극대화 시키는 설비를 추구하게 된 것이다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 심해에서 발생된 기포가 수면으로 올라오면서 부피가 팽창하여 유도관을 막음으로써 유도관 내부의 물을 수직 상승시키고 상승된 물이 분기관을 거쳐 토출구를 통하여 낙하하면서 하부의 발전터빈을 회전시켜 발전함으로써 기포의 부력을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 발전장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적으로는 상기 심해에서 발생되는 기포는 물의 전기분해 장치를 통하여 수소가스와 산소가스,혹은 H2O2가스(일명 브라운 가스)를 얻고 일차적으로 물을 끌어 올린후 수소기포와 산소기포,혹은 H2O2가스(일명 브라운 가스)를 수면 위에서 별도로 포집하여 사용 할 수 있어서 수위차에 의하여 생산된 전기의 일부는 물을 전기분해하기 위한 전력으로 재사용하고 일부는 산업용으로 사용하여 전기의 생산은 물론 가스의 생산이라는 두 가지 효과를 갖는 발전장치를 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 바다의 수면에 형성되는 부표와, 일측이 상기 부표에 고정되고 타측이 심해에 형성되는 하나 혹은 여러개의 유도관과, 상기 유도관의 심해측 부분에 설치되어 부표에 설치된 전원공급부와 연결되는 전기분해부와, 상기 유도관의 수면측에서 분기되어 부력에 의하여 끌어 올려진 물이 흘러가는 분기관과, 상기 분기관으로부터 낙하되는 물에 의하여 회전하는 여러 개의 발전터빈 및 상기 유도관의 수면측 끝부분에 형성되어 전기분해부로부터 발생된 산소 및 수소가스를 포집하는 가스포집부를 포함하여 구성된 기포의 부력을 이용한 발전장치에 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예의 기포의 부력을 이용한 발전장치는 바다의 수면에 형성되는 부표와, 일측이 상기 부표에 고정되고 타측이 심해에 형성되는 유도관과,

상기 유도관의 심해 부분에 형성되어 발생된 기포를 유도관 측으로 유도하는 기포 포집부와, 일측이 상기 포집부의 일측에 고정된 상태로 체크밸브가 형성되며 타측이 수면의 부표에 연결되어 내부로 폭약이 투입되는 폭약투입관과, 기포 포집부 내부에 장치되는 폭약의 폭발장치와 상기 유도관으로부터 낙하되는 물에 의하여 회전하는 여러 개의 발전터빈을 포함하여 이루어짐에 특징이 있다.

이상과 같이 본 발명의 기포의 부력을 이용한 발전장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 심해에서 기포를 발생시켜 사용함으로써 적은량의 기포로도 그 부피를 확대시킴으로써 많은량의 물을 끌어올릴 수 있는 효과가 있다.

둘째, 전기분해에 의하여 수소가스와 산소가스 혹은 H2O2가스를 생산하여 사용함으로써 전력의 사용은 물론, 공업용으로 사용할 수 있는 수소가스와 산소가스 혹은 H2O2가스를 등을 별도 포집할 수 있음으로 전력과 가스를 동시에 생산할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 다른 실시예인 폭약을 이용한 발전장치는 폭약을 이용하여 기포를 형성시킴으로써 기포의 형성을 위한 별도의 전력이 필요치 아니하며 폭약에 의해 생산된 폭발력으로 전기를 생산하고 생산된 전기는 물의 전기분해에 보조적으로 사용되며 폭발에 의하여 생산된 기포는 전력을 생산하는데 사용함으로써 전력생산에 높은 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치 중 전기분해부 부분의 분해 사시도
도 3는 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치 중 전기분해부 부분의 전극판의 확대 사시도
도 4은 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치 중 기포발생 부분의 사용상태 단면도
도 5는 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치 중 유입된 물이 기포와 분리되어 배수되는 부분을 나타낸 단면도
도 6는 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치의 기포발생부 부분의 다른 실시예의 개략도
도 7은 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치의 기포발생부 부분의 또 다른 실시예의 개략도

[발명의 실시를 위한 형태]

이하, 본 발명의 기포의 부력을 이용한 발전장치를 실시예의 구성을 통하여 상세히 설명한다.

- 제 1실시예 -

도 1은 본 발명에 따른 기포의 부력을 이용한 발전장치(이하, "발전장치"라 함)의 개략도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 발전장치(100)는 크게 심해에 설치되어 유입된 물을 전기분해 하는 전기분해부(10)와 상기 수면의 부표(20)에 형성된 여러 개의 발전터빈(30) 및 전원공급부(40), 상기 전기분해부(10)와 발전터빈(30)에 연결되는 유도관(50)으로 구성된다.

상기 전기분해부(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 함체(11)의 내부에 격벽(12)을 갖으며 바닥면은 중앙부분이 관통된 상태로 내측에 매쉬(13)가 형성되고 상면은 각뿔 형태로 중앙부분이 유도관(50)과 연결된다.

또한, 상기 함체(11)의 내부에는 전극판(14)을 형성하는데 중앙의 격벽(12)에 의하여 음극판(14a)과 양극판(14b)으로 분리되며 각각의 전극판(14)에 양극과 음극을 연결함으로써 수소와 산소를 얻는다.

상기와 같은 전기분해부의 구성은 널리 사용되고 있는 전기분해의 구성체로서 구체적인 구성은 통상적으로 알려진 바와 같다.

한편, 상기의 전기분해 과정에서 발생되는 염화나트륨은 바닥의 관통공(11a)을 통하여 외부로 배출된다.

도 3은 상기 전기분해부(10)는 전극판(14)의 배열구성을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이 사각의 전극판(14)이 일정간격 이격되게 형성되며 그 사이에 대각선상으로 전원이 연결되는 연결판(14c)이 구성된다.

상기 연결판(14c)은 대각선상으로 형성됨으로써 전극판 표면에 발생되는 염화나트륨이 하부로 원활하게 제거될 수 있으며 기포가 상부로 이동하는데 방해를 주지 않는다.

도 4에서는 상기의 전기분해부(10)에 의하여 발생된 수소와 산소기포가 상승하면서 유도관(50)내부의 물을 상부로 끌어올리는 것을 나타내고 있다.

도시한 바와 같이 전기분해부(10)에 전원이 인가되면 각각의 전극판(14a, 14b)에 전달된 음극과 양극에 의하여 수소기포(60)와 산소기포(70)가 각각 발생되고 이 기포는 각각의 유도관(50, 50')을 따라 수면으로 이동하게 된다.

이렇게 발생된 산소기포(60)와 수소기포(70)는 각각의 유도관(50, 50')을 따라 부력에 의하여 상부로 부유하는데 이때, 전기분해부(10)가 설치된 심해에서는 발생된 기포의 체적이 높은 수압에 의하여 작게 형성된 상태로 형성되며 이렇게 형성된 기포는 점차 상승하면서 수압의 변화에 따라 체적이 커지게 된다.

이때, 상승하는 기포가 체적이 커지면서 유도관 내부에 존재하는 물을 상부로 인양하게 되는 것이다.

여기서, 상기 유도관(50, 50')의 전기분해부(10)측 심해에는 물이 유입될 수 있는 여러 개의 관통공(50a, 50'a)을 형성한다.

한편, 도 5에는 도 4에서 발생된 기포에 의하여 물이 상승한 상태를 나타내고 있다.

도시한 바와 같이 물은 수소기포 내지 산소기포에 의하여 유도관(50, 50')을 따라 수면위로 올라오게 되며 유도관의 끝부분에 형성된 기포배출부(50)로 기포는 배출되어 별도의 연결된 포집부(80)로 포집되고 물은 유도관(50, 50')과 연결된 분기관(51, 51')으로 유입되어 외부로 배출된다.

이때, 상기 분기관(51, 51')으로부터 배출된 물은 낙하하면서 하부에 형성된 여러 개의 임펠러(31)를 회전시키고 이로써 임펠러(31)와 연결된 발전터빈(30)으로부터 전력이 생산되는 것이다.

상기와 같이 생산된 전력은 일부는 심해의 전기분해부로 다시 보내져 전기분해에 사용되며 일부는 충전되어 산업에 이용한다.

- 제2 실시예 -

한편, 도 6에는 본 발명에 따른 발전장치 중 기포발생부의 다른 실시예가 도시되어 있다.

도시한 바와 같이 본 실시 예에서는 기포의 발생을 전기분해에 따른 수소와 산소가 아닌 폭약을 이용한 강한 폭발에 의하여 발생되는 기포를 유도관으로 끌어 올림으로써 폭약의 폭발력은 직접 발전에 사용하고 생산된 기포는 부력에 의한 발전장치를 가동 시키므로서 전력생산을 극대화 할 수 있다.

상기 발전장치(200)는 심해로 연결된 유도관(50)의 끝부분에 포집부(53)를 형성하고 이 포집부(53)의 일측에 별도의 폭약 투입관(90)를 형성한다.

또한, 상기 폭약 투입관(90)의 끝부분에는 체크밸브(91)를 형성함으로써 발생된 기포가 폭약 투입관(90)으로 유입됨을 방지함이 바람직하다.

또한, 수면에는 앞에서 설명한 구성과 동일하게 포집부(53)와 연결된 유도관(50)이 수면위로 형성되고 그 아래로 발전터빈(30)이 위치하여 낙하하는 물이 터빈을 회전시키는 구성을 갖는다.

이렇게 형성된 발전장치는 일측이 수면위로 노출된 폭약 투입관(90)을 이용하여 심해로 폭약을 투입하면 심해에 형성된 기포 포집부(53)의 내부로 투입되어 폭발하게 되고 이때 발생된 기포는 상부에 형성된 유도관을 통하여 수면측으로 상승하게 되며 동시에 유도관 내부에 존재하던 물이 상승되고 이 물이 유도관을 따라 발전터빈측으로 낙하하면서 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이다.

이때, 상기 유도관은 물의 유입을 위하여 별도의 구멍을 형성할 필요없으며 물은 폭약이 폭발하는 중간중간에 유도관의 내부로 자연 유입된다.

상기와 같은 구성에 의한 발전장치는 기포의 형성을 위한 별도의 전기장치가 불필요하며 일정간격을 두고 폭약을 심해에 투여/폭발시키는 것으로 대량의 기포를 형성하여 많은량의 물이 유도관을 따라 수면위로 올라오는 효과가 있어 터빈을 원활하게 구동시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 포집부(53)의 내측에 폭약에 의해 발생된 진동에너지를 이용할 수 있는 발전설비(예를 들어 엔진의 피스톤과 같이 구동에너지로 변환시킬 수 있는 설비)를 설치함으로써 이를 이용하여 전력을 생산하여 발전장치내의 사용절력을 충당함으로써 수면에서 사용되는 발전장치에 전력사용을 원활히 할 수 있다.

[산업상 이용가능성]

- 제 3실시예 -

상기 도 7에는 전기분해부(10)를 심해에 설치하고 발전터빈(30)을 지면에 설치한 상태에서 유도관(50)을 지면을 따라 경사지게 형성한 구성을 나타내고 있다.

도시한 바와 같이 발전터빈(30)을 지면에 설치함으로써 폭풍, 해일 등과 같은 자연재해로부터 설비를 보호할 수 있으며 관리 및 수리가 용이하고 필요물자의 운송이나 생산된 가스 및 전력의 운송을 원활히 할 수 있는 특징이 있다.

또한, 유도관(50)은 심해에 성치된 전기분해부(10)와 연결되는데, 지면을 따라 경사지게 설치된다.

상기 유도관(50)이 경사지게 형성되더라도 기포의 상승 또는 이에 따른 물의 상승에는 아무런 문제가 없다.

또한, 상기 심해측의 유도관 부분에는 상기에서 설명한 제2실시예의 구성에서와 같이 폭약의 폭발에 의해 생성된 기포를 포집하여 상승시킬 수 있는 포집부을 형성함으로써 폭약에 의해 발생된 기포를 포집 및 유도관을 통하여 상승시킬 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 바다의 수면에 형성되는 부표(20);
   일측이 상기 부표(20)에 고정되고 타측이 심해에 형성되는 한 개 혹은 여러 개의 유도관(50, 50');
   상기 유도관(50, 50')의 심해측 부분에 설치되어 부표(20)에 설치된 전원공급부(40)와 연결되는 전기분해부(10);
   상기 유도관(50, 50')의 수면측에서 분기되어 부력에 의하여 끌어 올려진 물이 흘러가는 분기관(51, 51');
   상기 분기관(51, 51')으로부터 낙하되는 물에 의하여 회전하는 여러 개의 발전터빈(30);
   상기 유도관(50, 50')의 수면측 끝부분에 형성되어 전기분해부(10)로부터 발생된 산소 및 수소가스를 포집하는 가스포집부(80)를 포함한 장치로 구성됨을 특징으로 하는 기포의 부력을 이용한 발전장치.
2. 바다의 수면에 형성되는 부표(20);
   일측이 상기 부표(20)에 고정되고 타측이 심해에 형성되는 유도관(50);
   상기 유도관(50)의 심해 부분에 형성되어 기포를 발생시키는 폭발장치(200);
   발생된 기포를 유도관 측으로 유도하는 포집부(53);
   상기 유도관(50)과 분기관(50, 51')으로부터 낙하되는 물에 의하여 회전하는 여러개의 발전터빈(30);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기포의 부력을 이용한 발전장치.
3. 제 1 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 분해부(10) 또는 포집부(80)는 심해에 설치되고 발전터빈(30) 및 가스포집부(80)는 지상에 설치되며 각각을 연결하는 유도관(50)이 지면을 따라 경사지게 구성됨을 특징으로 하는 기포의 부력을 이용한 발전장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전기분해부(10)는 하부의 관통공(11a) 외주면에 매쉬(13)가 형성되며 상부가 각뿔형태로 유도관(50, 50')과 연결되는 함체(11);
   상기 함체(11)의 내부 중앙부분에 형성되는 격벽(12);
   상기 함체(11)의 내부에 각각 형성되며 연결판(14c)에 의하여 일체로 형성되며 전원과 연결되는 전극판(14a, 14b);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 기포의 부력을 이용한 발전장치.

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