KR20130009271A - 양방향 발전이 가능한 친환경 물레식 조력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물레식 수력발전방식(출원번호:10-2011-0006909)을 접목하여 응용한 조력발전 방식을 기술한 것으로 바다의 밀물과 썰물시 간만의 차이가 크게 형성 할 수 있는 갯벌이나 포구에 ①제방을 막거나 또는 물살이 쎈 곳에 물살을 유도할 수 있는 커다란 ②유도구조물을 구축하고 거기에 오리피스식 수로를 만들어 물레식 수력발전방식대로 물레를 돌려 전기를 얻는 방식으로 밀물과 썰물시 정방향과 역방향에서 전기를 생산할 수 있게 한 신개념의 조력발전방식으로 소비용 건설비와 간단한 설비 운영으로 간편하게 전기를 얻을 수 있는 친환경적인 조력발전 방식이다

Description

물레식 조력발전 방식{Spinning Wheel TYPE Tidal Power Generation}

본 발명은 물레식 수력발전방식(출원번호:10-2011-0006909)을 접목하여 응용한 신개념의 조력발전 방식을 기술한 것으로써 바다의 민물과 썰물 간만의 차가 큰 갯벌이나 포구에 제방을 막거나 또는 물살이 쎈 장소에 유도구조물을 구축하고 물레식 수력발전방식대로 오리피스식 수로를 만들어 민물과 썰물시 조수 간만의 차에 의한 양 방향으로 흐르는 물에 물레식 수력발전방식 대로 발전기를 돌려 정방향과 역방향에서 전기를 생산할 수 있게 한 신개념의 조력발전방식으로 소비용 건설비와 간단한 설비운영으로 간편하게 전기를 효과적으로 얻을 수 있는 아주 친환경적인 조력발전방식이다

조력발전하면 제방을 막아 바닷물의 조수 간만의 차를 이용하여 밀물과 썰물시 밀페된 관로로 물을 흘려 수차를 돌려 전기를 얻는 방식이나 본 발명 기술은 물레식 수력발전방식을(출원번호:10-2011-0006909) 접목하고 활용한 방식을 기술한 것으로 조수 간만의 차가 큰 갯벌이나 포구에 제방을 막거나 또는 물 살이 쎈 장소에 팔을 벌려 가로 막아 물을 모으듯 한 형태의 유도구조물을 만들고 거기에 물레식 수력발전방식대로 오리피스식 수로를 만들어 물레를 돌려 발전하는 방식으로 밀물과 썰물시 발전기의 정방향과 역방향 발전을 할 수 있어 발전 시간이 길어 효과가 크며, 물 흐름의 양과 유속 지형에 따라 대규모 또는 소규모 발전시설이 가능하고 저비용 건설비와 아주 간단한 설비운영 및 유지보수로 전기를 얻을 수 있는 물레식 조력발전방식이다

인위적이나 자연적으로 상시 흐르는 물에 물레를 설치하여 전기를 얻고자하는 물레식 수력발전방식이 있다

그렇다면 첫 번째로 바다의 밀물과 썰물이 하루에 두 번씩 반복 적으로 이루어지고 조수간만의 차에 의하여 빠른 유속을 인위적으로 형성시켜 전기를 얻을 수 있는 방법은 없을까?

두 번째는 바다의 조류가 지형적으로 물살이 쎈 장소에 팔 을 벌려 가로 막듯 한 어떠한 구조물을 설치하여 물 흐름을 모아 흘릴 때 물레를 돌려 전기를 얻을 수 있지 않을까?

첫 번째 과제는 바다의 갯벌이나 포구에 제방을 막아 오리피스식 수로를 만들면 밀물과 썰물시 어마한 물 흐름을 형성시킬 수 있으며

두 번째는 지형적으로 물살이 센 장소에 유도구조물을 구축하고 거기에 오리피스식 수로를 만든다면 어마한 물 흐름이 형성되여 물레식 수력발전 방식대로 물레를 돌려 발전하여 전기를 얻을 수 있다

도 1. 2. 3은 물레식 수력발전방식을 나타낸 것으로

도 1은 장구 단면도와 같은 *오리피스식 수로(10)를 만들어서 물레를 돌릴 때 수로 폭이 넓은 전단(a) 에서 폭이 좁은(b)로 같은 양의 물이 통과 한다면 좁은곳(b)에서는 물 흐름 속도가 빨라(*Q=A×V) 물레의 회전수를 증가시키고, 깔대기 같은 수로 구조가 물을 모아 좁은 수로를 통과 시킬때 흐르는 물의 깊이도 깊어져 물레를 돌려 주는 힘(*P=γZ=pgZ) 이 상승하며

도 2 의 L과 같이 물레 지름을 크게 하여 중심축을 월등히 높이면 작은 물의 흐름에도 물레의 회전력을 크게(*P=F×L)할 뿐만 아니라 발전기의 설치 위치가 높아 침수로 부터 안전할 수 있으며

도 3과 같이 물레의 구조를 물레의 중심축에 필요만큼 간살(23)을 세운 커다랗게 분할된 원통 모양으로 하고 간살과 간살은 저항이 적고 가벼우며 조절이 가능한 와이어 로프나 링게이지(24)로 연결하여 간살의 비틀림과 휨을 방지하고 물레 전체를 변형 없이 지지해 주도록 하며,

도 1과 2 의 (50)과와 같이 물레의 축에 증속 기어를 장착하여 발전기 회전속도를 증가시키면 기전력을 크게(*e=Blv sinθ)할 뿐만 아니라 발전기를 소형화 시키어 전기를 얻을 수 있으며

도 2와 3 의(22)와 같이 물레가 물과 접촉하는 *물맞이 부분은 아주질긴 소재로(나일론,수지,합성섬유,로프 등) 직조한 천 계통으로 구성하여 물레의 무게와 부식을 최소화하고 소모성으로 교환이 쉽도록 한다

또한 도 1에서 와 같이 수로 축조시 물레의 유지보수를 위하여 오리피스수로 전단에 게이트(80)를 설치 할 수 있는 구조와 필요시 본 발전설비 목적 이외의 물 흐름이 상시적으로나 자연적으로 흐를 수 있는 안전장치인 바이패스(BY-PASS) 관로(70)나 수로를 만들어 관로에 유량을 조절할 수 있는 콘트롤 밸브(90)를 설치함으로 오리피스수로 전·후단의 물높이 조절로 물레의 회전속도와 회전력을 제어할 수 있으며 유지보수를 수월하게 할 수 있다

상위와 같은 물레식 수력발전방식을 접목하여 활용하려는 물레식 조력발전방식에서

도 4는 제방을 막아 오리피스 식 수로를 만들고 물레를 돌려 발전하는 개념도를 나타낸 것 이고

도 5는 바다의 돌출된 지형에서 물 흐름이 큰 곳에서 유도구조물 설치로 물 흐름 을 유도하는 개념도이다

도 6은 항구나 포구에서 배가 드나들 수 있는 친환경적으로 발전 할 수 있는 개념도이다

본 발명은 물레식 수력발전방식을 접목 활용한 조력발전 방식으로 아주 기본적이고 원시적인 발전방식으로 작게는 조수간만의 차가 크며 지형적으로 오목한 포구나 갯벌에 소규모의 제방을 막아 발전할 수 있으며 또한 해변이나 섬, 여(만조시 잠기는 섬)등에서 지형 돌출 영향으로 조류의 흐름이 쎈 곳에 유도구조물을 설치하여 유속을 증가 시키어 효과적으로 발전할 수 있고,

크게는 시화호와 같은 곳에서 본 방식대로 여러대 설치하여 발전한다면 수차로 발전기를 돌려주는 힘보다 본 방식이 회전력이 커 많은 전기를 효과적 얻을 수 있을 것이며 또한 양방향 발전과 물때에 따라 수문을 조절할 수 있는 방식에 의해 발전 시간이 길어 향후 조력발전은 본 방식을 채택하여 발전하여야 할 것이라고 사료되며 환경적인 문제로 제방 전체를 막지 못하는 지형에서 도 커다란 오리피스식 유도 구조물을 활용하면 친환경적으로 조력발전을 할 수 있을 것이다

이렇게 적은 건설비와 간단한 유지보수 엄청난 효과 환경오염이 제로인 친환경적인 조력발전방식으로 태양광이나 풍력 못지 않는 대체 에너지로 각광 받을 만한 아이디어로 정부 국책사업으로 즉시 시행 되어야 할 것으로 사료됨

도 1은 물레식 수력발전방식 오리피스식 수로와 발전장치 단면도
도 2는 물레식 수력발전방식 오리피스식 수로와 발전장치 측단면도.
도 3은 물레식 수력발전방식 물레의 단면도와 측면도
도 4는 본 방식인 제방을 활용한 물레식 조력발전 개념도
도 5는 본 방식인 유도구조물을 활용한 물레식 조력발전 개념도
도 6은 본 방식으로 항포구에서 친환경적으로 조력발전 할 수 있는 개념도
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명＞
1 : 제방 2 : 유도구조물
10 : 오리피스식 수로 40 : 커플링 (a) : 전단(넓은곳)
20 : 물레 50 : 증속기어 (b) : 좁은곳
21 : 물레축 60 : 발전기 (c) : 후단
22 : 물레 물맞이 61 : 발전기축 A : 수로 후단쪽 부분
23 : 간살 70 : 관로(수로) B : 바다쪽
24 : 와이어로프 또는 링케이지 80 : 게이트(수문) C : 제방안쪽
30 : 베어링 90 : 콘트롤 게이트(수문) D : 지면
31 : 베어링기초
첨부도면
도면 1 . 도면 2 . 도면 3
도면 4 . 도면 5 . 도면 6
(도면1.2.3 은 물레식 수력발전방식. 도면 4.5.6는 본 방식인 물레식 조력발전)

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 구체적으로 살펴본다.

도 4는 오목한 지형에 제방(1)을 막고 물레식 수력발전방식대로 오리피스식 수로(10)를 만들어 발전하고 또 다른 수로(11)을 만들어 수문(90) 조절이 가능하도록 하여 매 물때마다 달라지는 간만의 차이를 설계 보정하되 만조 간조 시간 수분 전에 수문을 열어 방조제 안에 물을 빠르게 가득 채우거나 비워 발전을 극대화 시키며 오리피스식 수로(10) 전단에 물 흐름을 차단할수 있는 게이트(80)을 설치하여 정비를 수월하게 한다

도 5는 바다의 물 흐름이 쎈 곳에 유도구조물을 설치하여 물 흐름을 모아 유속을 더 빠르게 증가시키어 발전을 효과적으로 할 수 있으며

도 6은 항이나 포구에 제방으로 전체를 막지 않고 간조와 만조시 유량을 계산하여 제방이나 유도구조물로 일부만 가로막아 유속을 형성시켜 발전 할 수 있는 방법으로 선박입출항은 썰 물때 나가고 들 물때 들어오며 역행 할 시에는 유속이 없는 만조와 간조 시간 때에 선박 입출항이 가능하도록 하여 친환경적으로 발전 할 수 있는 방식이다

이러한 조력발전방식 을 시행 할 때 오리피스식 수로 설치와 물레를 제작할시 수로의 깊이와 물레의 *물맞이 부분의 길이는 그 지역의 간만의 차이만큼 크기로 제작하여 효율을 극대화 시킨다

물레 설치시 바람에 물레가 보호할 수 있는 외벽을 설치한다

Claims (4)

1. 본 물레식 조력발전방식에 있어 바다의 조수간만의 차이가 있는 곳에 제방(1)을 막아 오리피스식 수로를 만들고 물레식 수력발전방식을 접목하여 밀물과 썰물시 양방향으로 발전하는 방식
2. 제 1항에 있어서 오리피스식 수로(10) 축조 이외의 또 다른 수로(11)를 설치하여 거기에 수문(90)을 설치하되 유량 조절이 가능하도록 하여 매 물때마다 달라지는 간만의 차에 의한 설계를 보정하고 적절한 시간에 수문을 열어 방조제 안에 물을 빠르게 가득 채우거나 비워 발전량을 극대화 할 수 있는 방법
3. 조류의 물살이 쎈 곳에 팔을 벌려 물을 모으듯이 유도구조물(2)을 설치하여 유속을 빠르게 하여 물레를 돌려 전기를 얻는 방법이며
4. 대표 청구항으로 제 1.2.3 항과 같이 바다에서 조수간만의 차이를 이용하여 인위적으로 유속을 형성시켜 물레식 수력발전방식을 접목하여 발전하여 전기를 얻는것
   문구의해석
   * 오리피스 : 관이나 관로의 넓이를 갑자기 줄여 놓은 형태로 유량 조절 및 유량측정에 이용하나 좁은곳 에서는 유속이 빠름
   * Q=A×V : 자연법칙 공식으로 유량 = 단면적 × 유속
   * P=γZ=pgZ : 자연법칙공식으로 압력 = 비중량(밀도×중력가속도)×깊이
   * 물맞이 : 물레가 물과 접촉하여 회전력을 얻는 부분
   * P= F×L : 자연법칙 공식으로 일(회전력) = 돌려주는힘 × 길이
   (고정점을 놓고 길이가 길면 길수록 돌려주는 힘이크다)
   * e = B l v sin θ : 유기기전력 = 자속 × 코일변의 길이 × 속도 × sin θ
   (기전력은 돌려주는 속도가 빠를수록 크며 발전기를 소형화 시킬수 있다

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