KR20130016783A - 조류발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드를 역방향으로 회전시키는 조류의 흐름을 차단하고, 블레이드를 통과하는 조류의 유속을 증가시켜 블레이드의 회전효율을 향상시킨 조류발전장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 본 발명은 조류가 유입, 유출되는 수로를 형성하는 덕트; 상기 덕트 내부에 조류방향에 수직하게 설치되는 회전축; 상기 회전축의 외면에 방사상으로 설치되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전하는 복수개의 블레이드; 그리고, 상기 덕트 내부에 돌출 형성되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전방향과 반대방향의 외력을 받는 블레이드를 감싸는 가이드 베인을 포함하여 이루어지는 조류발전장치를 제공한다.

Description

조류발전장치{TIDAL CURRENT POWER PLANT}

본 발명은 조류발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드를 역방향으로 회전시키는 조류의 흐름을 차단하고, 블레이드를 통과하는 조류의 유속을 증가시켜 블레이드의 회전효율을 향상시킨 조류발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 발전하는 방식으로는 석탄이나 석유를 이용하는 화력발전, 우라늄을 이용하는 원자력발전 그리고, 담수를 이용하는 수력발전 등이 있다. 화력발전은 화석 연료를 사용하는 것으로 화석 연료 자원이 고갈될 뿐 아니라, 공해의 유발로 환경에 끼치는 피해가 심각하며, 담수를 이용하는 수력발전은 넓은 지역을 수몰시켜야 하므로 지역주민 이주에 따른 사회적 문제와 자연생태계의 파손을 야기시키는 문제점이 있으며, 원자력발전은 핵연료의 사용에 따른 안전성, 발전과정에서 발생되는 원자력 폐기물 및 오염물질 등에 의한 환경오염 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점으로 인해 근래에는 태양열을 이용한 태양열발전, 바람을 이용한 풍력발전 그리고 바다의 해수를 이용한 조력발전 및 조류발전 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 조류발전은 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바다 속에 설치한 터빈을 돌려 전기를 생산하기 때문에 조력발전과 같이 해안에 별도의 방파제를 건설할 필요가 없어 조력발전에 비해 비용이 적게 들며, 더 환경친화적인 것으로 평가된다. 하지만, 이러한 조류발전은 다른 발전방식에 비해 발전효율이 높다고 할 수 없어 발전성능의 향상을 위한 연구가 지속적으로 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 조류가 유입, 유출되는 수로를 형성하는 덕트; 상기 덕트 내부에 조류방향에 수직하게 설치되는 회전축; 상기 회전축의 외면에 방사상으로 설치되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전하는 복수개의 블레이드; 그리고, 상기 덕트 내부에 돌출 형성되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전방향과 반대방향의 외력을 받는 블레이드를 감싸는 가이드 베인을 포함하여 이루어지는 조류발전장치를 제공한다.

여기서, 상기 가이드 베인의 일단에는 블레이드를 통과하는 조류의 유속 증가를 위해 조류가 유입되는 방향으로 연장되어 덕트 내면에 결합되는 조류 유도판이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드 베인은 조류의 방향변화를 고려하여 회전축의 좌우측에 각각 하나씩 대각선으로 대칭되는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 조류발전장치는 가이드 베인을 덕트 내면에 돌출 형성시켜 블레이드에 회전방향과 반대방향의 외력을 가하는 조류의 흐름을 차단함으로써 블레이드에 순방향 외력만이 작용하도록 하여 블레이드의 회전효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조류발전장치는 가이드 베인의 일단에 조류가 유입되는 방향으로 연장되어 덕트 내면에 결합되는 조류 유도판을 설치하여 조류가 가이드 베인에 막혀 흐름이 정체되는 것을 방지함과 동시에 블레이드를 통과하는 조류의 유속을 증가시켜 블레이드의 회전효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조류발전장치는 가이드 베인을 회전축의 좌우측에 각각 하나씩 대각선으로 대칭되는 위치에 설치함으로써 조류의 방향이 변할 경우에도 효율적인 발전이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 조류발전장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 조류에 의해 조류발전용 수직축 터빈이 동작하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 한쌍의 가이드 베인이 덕트에 형성된 모습을 나타내는 도면이다.

이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 조류발전장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 조류발전장치는 덕트(duct)(100)와, 회전축(200)과, 복수개의 블레이드(300)와, 가이드 베인(Guide Vane)(400)을 포함하여 이루어진다.

상기 덕트(100)는 해수면 아래에 설치되어 조류가 유입, 유출되는 수로를 형성한다.

상기 회전축(200)과 블레이드(300)는 조류발전용 터빈을 구성하는 장치로서, 회전축(200)은 조류방향에 수직하도록 덕트(100) 내부에 설치되며, 블레이드(300)는 상기 회전축(200)의 외면에 방사상으로 설치되어 덕트(100) 내부로 유입되는 조류에 의해 회전하도록 구성된다. 여기서, 비록 도시하지는 않았지만 상기 회전축(200)의 상단 또는 하단부에는 회전축(200)의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기와 제어기 등 발전을 위한 제반시설들이 설치된다.

이와 같이 회전축(200)이 조류방향에 수직하게 설치되고, 블레이드(300)가 회전축(200)의 외면에 방사상으로 형성되어 조류방향과 평행하게 위치하는 터빈을 조류발전용 수직축 터빈이라고 하며, 수직축 터빈은 조류방향과 평행한 회전축을 가지는 수평축 터빈에 비해 효율은 다소 떨어지지만 조류방향과 무관하게 항상 작동이 가능하다는 장점을 가진다. 즉, 조류발전용 수직축 터빈은 조류가 덕트(100)의 좌측으로 유입되어 우측으로 빠져나가거나 이와 반대로 덕트(100)의 우측으로 유입되어 좌측으로 빠져나갈 경우에도 블레이드(300)가 항상 동일한 방향으로 회전하도록 구성된다.

상기 가이드 베인(400)은 조류에 의해 회전방향과 반대방향의 외력 즉, 역방향 외력을 받는 블레이드(300)를 감싸도록 덕트(100)의 내면에 돌출 형성된다. 이미 설명한 바와 같이 수직축 터빈의 블레이드(300)는 조류방향에 관계없이 항상 동일한 방향으로 회전하지만, 조류에 의해 수직축 터빈의 블레이드(300)에는 블레이드(300)를 순방향으로 회전시키는 외력뿐만 아니라 역방향으로 회전시키는 외력 역시 동시에 작용한다.

도 2는 조류에 의해 조류발전용 수직축 터빈이 동작하는 모습을 나타내는 도면이다.

좀더 상세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 조류가 덕트(100) 좌측으로 유입되어 우측으로 빠져나가고 이러한 조류에 의해 블레이드(300)가 시계방향(순방향)으로 회전한다고 가정하면, 조류에 의해 회전축(200)의 좌측 상단에 형성된 블레이드(300)에는 블레이드(300)를 시계방향 즉, 순방향으로 회전시키는 외력이 가해지지만, 좌측 하단에 형성된 블레이드(300)에는 블레이드(300)를 역방향인 반시계방향으로 회전시키는 외력이 가해진다. 이와 같이 조류에 의해 블레이드(300)에 서로 반대되는 외력이 동시에 작용하면 블레이드(300)의 회전효율이 감소하고 이에 따라 조류발전장치의 전체적인 발전 효율이 저하된다.

하지만, 도 1과 같이 가이드 베인(400)을 덕트(100) 내면에 돌출 형성시켜 조류에 의해 역방향 외력을 받는 블레이드(300) 즉, 회전축(200)의 좌측 하단에 형성되는 블레이드(300)가 감싸지면 회전축(200)의 좌측 하단에 형성된 블레이드(300)로 향하는 조류의 흐름이 차단되어 조류가 모두 회전축(200)의 좌측 상단에 형성된 블레이드(300)를 통과해 덕트(100) 외부로 배출되므로 블레이드(300)에는 블레이드(300)를 순방향으로 회전시키는 외력만이 작용하게 되어 블레이드(300)의 회전효율이 증가하게 된다.

이러한 가이드 베인(400)의 일단에는 조류가 유입되는 방향으로 연장되어 덕트(100) 내면에 결합되는 조류 유도판(500)이 설치됨이 바람직하다. 상기 조류 유도판(500)은 조류가 가이드 베인(400)에 막혀 흐름이 정체되는 것을 방지함과 동시에 블레이드(300)를 통과하는 조류의 유속을 증가시켜 발전기 효율을 향상시키는 역할을 한다.

구체적으로, 덕트(100) 내부에 조류 유도판(500)이 설치되면 가이드 베인(400)을 향하는 조류는 조류 유도판(500)에 의해 회전축(200)의 좌측 상단에 위치하는 블레이드(300)로 유도되어 블레이드(300)에 순방향 외력을 가한 후 덕트(100) 외부로 배출되는 자연스러운 흐름을 나타내므로 조류가 가이드 베인(400)에 막혀 흐름이 정체되는 현상이 방지되고, 또한 조류 유도판(500)에 의해 덕트(100)는 블레이드(300)가 설치된 부위로 갈수록 내부 폭이 좁아지는 구조가 되므로 덕트(100) 내부로 유입된 조류는 블레이드(300)에 접근할수록 유속이 증가되어 블레이드(300)를 고속회전시키게 되므로 발전기의 발전효율 향상이 이루어지게 된다.

한편, 비록 도시하지는 않았지만 도 2와 반대로 조류가 덕트(100) 우측으로 유입되어 좌측으로 빠져나갈 경우에는 조류에 의해 도면상 회전축(200)의 우측 상단에 형성된 블레이드(300)에 역방향 외력이 가해지므로 가이드 베인(400)은 회전축(200)의 우측 상단에 위치하는 블레이드(300)를 감싸도록 덕트(100) 내면에 돌출 형성되어야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 한쌍의 가이드 베인이 덕트에 형성된 모습을 나타내는 도면이다.

이와 같이 조류의 방향이 변화되면 가이드 베인(400)의 형성 위치 역시 달라져야 하므로 조류의 방향이 자주 변하는 지역에서는 조류의 방향이 변하더라도 블레이드(300)에 역방향 외력이 가해지지 않도록 도 2에 도시된 바와 같이, 가이드 베인(400)을 회전축(200)의 좌우측에 각각 하나씩 대각선으로 대칭되는 위치에 설치함이 바람직하다.

이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

100: 덕트 200: 회전축
300: 블레이드 400: 가이드 베인
500: 조류 유도판

Claims (3)

1. 조류가 유입, 유출되는 수로를 형성하는 덕트;
   상기 덕트 내부에 조류방향에 수직하게 설치되는 회전축;
   상기 회전축의 외면에 방사상으로 설치되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전하는 복수개의 블레이드; 그리고,
   상기 덕트 내부에 돌출 형성되어 덕트 내부로 유입되는 조류에 의해 회전방향과 반대방향의 외력을 받는 블레이드를 감싸는 가이드 베인을 포함하여 이루어지는 조류발전장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 가이드 베인의 일단에는 조류가 유입되는 방향으로 연장되어 덕트 내면에 결합되는 조류 유도판이 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 가이드 베인은 회전축의 좌우측에 각각 하나씩 대각선으로 대칭되는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 조류발전장치.

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