KR20130025327A - 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 격자망형 구조로 이루어진 날개부 - Google Patents

부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 격자망형 구조로 이루어진 날개부 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부력체로 이루어진 다양한 종류의 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 것으로서, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임과 이에 결합되는 접힘과 말림이 가능한 날개로 구성되어지는 날개부에 관한 것으로, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체, 상기 잠수부력체의 내측에 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체 및 상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 접힘과 말림이 가능한 날개{GENERATING SETS AND PROPELLING APPARATUSES FOR SHIPS COMPOSED OF BUOYANT STRUCTURES AND FOLDABLE AND ROLLABLE BLADES USED FOR THE SAME}
본 발명은 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 접힘과 말림이 가능한 날개에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체나 기체의 수평 유동력을 이용하여 발전을 할 수 있는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박을 추진할 수 있는 추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임에 결합되는 접힘과 말림이 가능한 날개에 관한 것이다.
오늘날 화석연료의 과도한 사용으로 인하여 환경오염이 날로 심각해짐에 따라 친환경에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 최근에는 화석연료의 가격이 폭등함에 따라 태양광이나 풍력 또는 조력을 이용한 발전에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.
이와 같이, 자연력을 활용한 친환경적인 에너지를 생산함에 있어서 가장 중요한 요소는 발전효율의 향상을 위한 발전장치의 대형화라고 할 수 있다.
이러한 관점에서 볼 때, 태양광발전은 지나치게 많은 설치공간을 필요로 하고, 발전효율이 아직까지는 매우 낮다는 단점이 있다. 그리고 풍력발전의 경우에도 설치공간이 많이 필요하고 대형화가 어렵다는 문제점이 있으며, 자연환경에 지나치게 많은 영향을 받는다는 단점이 있다.
또한, 조류의 흐름을 이용하는 조류발전장치의 경우에도 전력 생산을 위해 발전장치를 물살이 빠른 곳에 설치해야 한다는 점에서 대형화의 한계에 봉착하고 있으며, 조석현상에 의해 생기는 해면 높이의 위치 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 조력발전장치는 풍력발전장치나 조류발전장치에 비해 상대적으로 대형화가 용이하나 거대한 방조제를 축조해야 하므로 비용이 많이 들고 환경파괴를 수반하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래의 프로펠러(Propeller)형 선박추진장치는 헬리컬 피치(Helical Pitch) 블레이드를 사용하며, 나선(Screw) 운동 방식으로 블레이드면을 따라 유체를 밀어냄으로써 그 반작용으로 추진력을 얻는 추진장치이다. 상기 추진장치는 보통 금속으로 제작되어지므로 그 자체의 무게가 무거워서 구동시 에너지의 소모가 많고, 또한 캐비테이션(Cavitation) 현상 때문에 추진장치의 성능을 최대로 활용할 수 없다는 문제점이 있다.
그리하여, 수평유동하는 유체나 기체의 수평유동 압력을 수직면에 온전히 받아들여 최대한 효율적으로 회전력으로 전환할 수 있으면서도, 동시에 가볍고 튼튼하여 대형화가 가능한 발전장치와 이에 구비되어질 수 있는 날개형상이 있다면 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다. 또한 조류나 바람의 속도에 영향을 받지 않고 항상 일정한 속도로 발전장치를 회전시킬 수 있는 날개형상이 있다면 훨씬 안정적인 전력의 생산이 가능하고, 이러한 날개를 이용하여 고효율의 발전장치 뿐만 아니라, 선박 등의 추진장치로도 활용할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경적이면서도 발전장치의 대형화가 용이하여 효율적으로 더 많은 전력을 생산할 수 있도록 ① 계류식 ② 고정식 ③ 부유식 발전장치로 실시되며, 아울러 ⑴ 발전장치에 날개부가 하나만 결합되어 하나의 날개부만 회전하면서 발전하는 단방향 회전식과 ⑵ 발전장치에 날개부가 두 개 결합되어 두 개의 날개부가 서로 반대방향으로 회전하면서 발전하는 역방향 회전식으로 구현되는 부력체로 이루어진 발전장치 및 선박추진장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여, 접힘과 말림이 가능한 날개를 제공하고, 또한 조류나 바람의 속도가 변하더라도 항상 일정한 속도로 발전장치를 회전시킬 수 있는 두루말이형 날개를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체, 상기 잠수부력체의 내측에 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체 및 상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치는, 선박에 구비되어지는 것으로, 일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체 및 상기 선박의 일측에 구비되는 것으로, 상기 회전체를 회전시킬 수 있는 회전력발생장치를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 발전장치가 추가로 구비된 부력체로 이루어진 선박추진장치는, 물 위에 뜰 수 있는 선박, 일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체, 상기 선박의 일측에 구비되는 회전력발생장치, 상기 회전력발생장치로부터 상기 회전체에 회전력을 전달할 수 있게 결합되는 회전력전달장치 및 상기 선박과 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개는, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임과, 일측 가장자리만 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 다수개의 날개를 포함하여 구성되는 날개부에 있어서, 상기 다수개의 날개는 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향에 대면되도록 위치하는 경우에 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면에 밀착되어 유체나 기체의 유동압력을 상기 날개프레임에 전달하면서 상기 날개프레임을 회전시키고, 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향의 반대방향에 위치하는 경우에는 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면으로부터 이격되어 상기 유체나 기체의 유동압력이 상기 날개프레임에 전달되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는, 부력을 이용하여 해수면 또는 해수면 아래에 설치되기 때문에 대형화된 고효율의 발전장치를 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 발전장치를 설치하는데 대규모 공사나 기반시설을 요하지 않기 때문에 설치가 용이하고, 설치비용이 획기적으로 감소되며, 친환경적이다. 또한, 필요시 부력을 이용하여 수면 위로 끌어올려서 보수할 수 있기 때문에 유지보수가 용이하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는 해수면 아래에서 구동가능하므로, 선박의 통행에 영향을 주거나 기상변화에 영향을 받지 않으므로 안정적인 전력생산이 가능하며, 대기압 하에서 구동되는 풍력발전장치 등에 비하여 구동저항이 대폭 감소되므로 유속이 느린 곳에서도 효율적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는, 두루말이형 날개를 구비하여 유속이나 풍속의 변화에 능동적으로 대응할 수 있으므로 발전장치를 일정한 회전속도로 유지시킬 수 있으며, 잠수부력체와 회전체를 서로 역방향으로 회전시켜 유속이 느린 곳에서도 효율적인 발전이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치는 무게가 가벼워서 구동시 에너지의 소모가 적으므로 경제적이며, 그 구조가 견고하여 대형화에 용이하며, 구동시 캐비테이션 현상을 수반하지 아니하고, 아울러 한 척의 선박에 다수개의 선박추진장치를 용이하게 설치할 수 있으므로 선박의 추진속도를 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제1 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 3는 다수개의 날개프레임으로 이루어진 날개부의 일례를 나타내는 도면.
도 4은 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개가 날개프레임에 회동가능하게 결합된 상태를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 날개의 동작원리를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 두루말이형 날개의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 날개프레임의 다른 형태를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제3 실시예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제4 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제5 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제6 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 다른 구성을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 또 다른 구성을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제8 실시예를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제9 실시예를 나타내는 도면.
도 17은 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부를 구비한 선박추진장치가 쌍동선의 추진장치로 이용되는 경우를 개략적으로 나타내는 도면.
도 18은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치가 구비된 쌍동선의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.
도 19는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치에 발전장치가 추가로 구비된 경우의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 20은 본 발명에 따른 회전체의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 21은 본 발명에 따른 부력체연장축의 일부를 확대한 도면.
도 22는 본 발명에 따른 부력체연장축과 부력체연장축 외측 회전수단하우징의 결합 상태를 개략적으로 도시한 평면도.
도 23은 본 발명에 따른 외측밀착고정모듈을 나타내는 도면.
도 24는 본 발명에 따른 부력체연장축 외측 회전수단하우징의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 25는 본 발명에 따른 부력체연장축 외측 회전수단하우징 및 외측밀착고정모듈의 일부분을 나타내는 도면.
도 26은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 해저고정축의 일부분을 나타내는 단면도.
도 27은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 내측밀착고정모듈을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20), 회전체(30), 발전수단, 제1 날개부(40) 및 계류수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 해수면 아래에 완전히 잠긴 상태에서 계류수단에 의하여 해저면(99)에 계류되는 방식(이하 "계류식 발전장치"라 함)으로 실시될 수 있다.
잠수부력체(20)는 일측(도면에서 상부방향)이 폐쇄되고, 타측(도면에서 하부방향)이 개방되어 있으며, 내부에는 제1 부력공간(15)이 형성되어 있다. 이와 같이, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성된 결과 상기 부력공간에 잔존하는 공기에 의해 계류식 발전장치가 물속에서 부력을 가지게 된다. 이때 잠수부력체(20)의 제1 부력공간(15)은 전체가 하나의 공간으로 구성될 수도 있으나 도면에 도시된 바와 같이 밀폐된 기체에 의해 부력을 발생시키는 제2 부력공간(10)이 추가로 구비될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 잠수부력체(20)의 내외측에 다수개의 밀폐된 부력공간이 더 포함될 수도 있다. 한편, 제2 부력공간(10)은 도면에 도시된 바와 같이 잠수부력체(20)의 내측 상부에 구비되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하여 설명할 회전체(30)와 부력체연장축(35)에 방해되지 않는 위치라면 다양한 위치에 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
한편, 제1 부력공간(15)의 내부에 잔존하는 공기는 잠수 수심이 깊어짐에 따라 개방부를 통하여 전달되는 수압으로 인해 그 부피가 감소될 수 있으므로, 감소된 공기의 부피를 보충하기 위한 공기보충수단(미도시)이 더 구비되거나, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 후술하여 설명할 회전체(30)의 사이가 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있다. 사방이 밀폐된 제2 부력공간(10)에는 공기가 채워질 수 있으나, 필요에 따라서는 헬륨 등과 같은 공기보다 가벼운 기체나 스티로폼(styrofoam) 또는 우레탄폼 등과 같이 물보다 가벼운 고체가 충진될 수 있다.
한편, 잠수부력체(20)는 일종의 하우징 기능을 수행하는 것으로, 일측으로 갈수록 내측 폭이 좁아지면서 폐쇄되어 있고 타측으로는 소정의 길이만큼만 내측의 폭이 좁아지다가 타측 끝단의 가운데 부분이 개방된 형상으로 구성된다. 그리하여, 중앙부의 폭이 넓고 양측으로 갈수록 폭이 좁아져서 전체적인 형상이 해수의 유동저항을 최소화할 수 있는 유선형으로 이루어질 수 있다. 잠수부력체(20)의 일측은 원뿔형상 또는 반구형상으로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 다각뿔의 형상으로 이루어질 수도 있다. 한편, 잠수부력체(20)의 타측 개방부는 원형으로 구성될 수 있으며, 상기 타측 개방부가 잠수부력체(20)의 중앙부로 연장되어 전체적인 형상이 원통형으로 구성될 수 있다. 그리하여 후술하여 설명할 회전체(30)가 상기 타측 개방부에 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있도록 한다.
잠수부력체(20)의 내측에는 부력체연장축(35)이 구비될 수 있다. 부력체연장축(35)은 잠수부력체(20)의 중앙에 상하방향으로 길게 연장된다. 이때 잠수부력체(20)의 내측 중앙 상부에 제2 부력공간(10)이 구비되어 있는 경우에는 전술하여 설명한 부력체연장축(35)의 일단이 상기 제2 부력공간(10)의 하부에 결합될 수 있다.
회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있다. 상기 부력체로 이루어진 회전체(30)는 편의상 제3 밸러스트탱크(32)와 제3 부력공간(36)으로 이루어지는 것으로 도시하였으나, 부력체 전체가 하나의 밸러스트탱크로 이루어지고, 상기 밸러스트탱크 내부에서 물이 채워지지 않은 나머지 공간이 제3 부력공간(36)의 역할을 하도록, 즉 밸러스트탱크만으로 부력체가 구성될 수도 있을 것이다. 또한, 제3 밸러스트탱크(32)는 회전체(30)의 회전 시 무게 중심이 중심 하방으로 쏠리게 하기 위해 다수개의 격실을 구획하지 않아도 무방하며 도시된 것처럼 뒤집힌 원뿔형상을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 제작상의 편의를 고려하여 뒤집힌 다각뿔의 형상으로 이루어질 수도 있다.
상기 회전체(30)는 잠수부력체(20)의 타측 개방부를 통하여 잠수부력체(20)의 내측에 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 회전체(30)는 중심부가 전술한 부력체연장축(35)에 회전가능하게 결합될 수 있으며, 타측에는 제1 날개부(40)가 물속에 노출되도록 구비되어 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았지만, 필요에 따라서는 제1 날개부(40)와 제3 부력공간(36) 사이가 일정간격 이격되고, 상기 제1 날개부(40)와 제3 부력공간(36) 사이의 이격공간에 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 끝단이 내측으로 연장되면서 삽입되어 상기 제1 날개부(40)만이 해수에 노출되고 상기 제3 부력공간(36)을 포함한 회전체(30)의 일부가 상기 잠수부력체(20)의 내측에 밀폐된 형태로 수용될 수 있다. 즉, 상기 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 끝단이 내측으로 연장된 결과, 상기 타측 개방부의 내측 둘레(의 길이)가 축소되고, 더불어 이에 대면하는 부위의 회전체(30)의 둘레(의 길이)가 축소될 수 있다. 이와 같이, 해수의 유동방향에 대해 수직으로 배치되는 회전체(30)는 해수에 완전히 잠수된 상태로 잠수부력체(20)의 내측에서 부력체연장축(35)을 중심으로 회전한다. 한편, 상기 부력체연장축(35)과 회전체(30)의 사이는 베어링 등과 같은 회전수단을 이용하여 회전가능하게 결합되어 있으므로 양자간에 빈틈이 없는 것으로 도시되어야 하지만, 도면에서는 도시의 편의상 상기 회전수단이 위치하는 공간을 빈 공간으로 도시하여 양자가 서로 다른 개체임을 강조하기로 한다. 아울러, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 회전체(30)의 사이도 상기 회전수단을 이용하여 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있지만 빈 공간으로 도시하기로 한다.
발전수단은 전술하여 설명한 잠수부력체(20)와 회전체(30)의 사이에 구비되어 상기 회전체(30) 및/또는 잠수부력체(20)의 회전운동에 의하여 발전을 하게 된다. 발전수단은 고정자(21)와 회전자(31)를 포함하여 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 회전체(30)의 외측에 회전자(31)가 구비되고, 잠수부력체(20)의 내측으로 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에 고정자(21)가 구비될 수 있다. 다만, 상기와 같은 구성의 발전수단은 본 발명의 일례를 나타내는 것으로 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 종류와 구성의 발전수단이 사용될 수 있다. 그리고 상기 고정자(21)와 회전자(31)의 위치 또한 서로 대응되는 위치에서 상호작용에 의하여 발전을 할 수 있다면 잠수부력체(20) 및 회전체(30)의 다양한 위치에 구비될 수 있음은 물론이다.
제1 날개부(40)는 회전체(30)의 타측(도면에서 하단)에 설치되는 것으로, 해수의 수평유동력에 의해 회전체(30)를 연동하여 회전시킨다. 이때, 제1 날개부(40)가 해수의 수평유동이 여하한 방향으로 이루어지건 간에 회전체(30)를 항상 일정한 방향으로 회전시키는 구성에 관해서는 후술하여 상세하게 설명한다.
계류수단은 잠수부력체(20), 회전체(30) 및 제1 날개부(40)를 모두 해수면 하부로 잠수시켜 계류시키는 기능을 수행한다. 즉, 계류수단은 중력에 의해 해수면 하부로 힘을 발생시키는 중량체로 구성되는 것으로, 전술하여 설명한 제1, 2 부력공간(15, 10)에 의해 발생하는 부력에 의해 해수면 상부 방향으로 작용하는 힘의 반대방향으로 힘을 발생시켜 본 발명에 따른 계류식 발전장치를 수중에 고정하여 해수에 의한 이동을 방지하는 동시에 본 발명에 따른 발전장치가 수중에서 수직방향으로 자세를 유지시킬 수 있도록 한다.
계류수단은 잠수부력체(20)의 다수개의 지점에 연결되는 계류수단용와이어(51)와 해저계류부(50)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리하여 계류식 발전장치의 전체적인 상하 좌우의 균형을 제어하여 수평을 유지하게 하며, 해저면(99)의 경사 또는 굴곡에 대응하여 계류식 발전장치의 안정적인 고정을 가능하게 한다.
계류수단용와이어(51)는 일단이 잠수부력체(20)의 다수개의 지점에 연결되고, 타단에는 해저계류부(50)가 구비된다. 이때 계류수단용와이어(51)의 일단과 잠수부력체(20)의 결합부에는 와이어조절수단(23)이 구비되어 상기 계류수단용와이어(51)의 길이를 조절함으로써 해저면(99)의 지형변화에 관계없이 발전장치의 전체적인 균형을 조절할 수 있다. 와이어조절수단(23)은 상기 계류수단용와이어(51)를 권취할 수 있는 크레인 등으로 구성될 수 있다. 또한, 해저계류부(50)는 닻(anchor)으로 구성될 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 해저계류부(50)에 밸러스트탱크가 구비될 수도 있다. 또한, 상기 크레인이 구비되는 장소는 하부가 개방된 수밀공간으로 이루어짐으로서 해양오염을 최소화하는 것이 바람직할 것이다.
제1 밸러스트탱크(26)는 잠수기능을 수행하는 것으로서, 잠수부력체(20)의 중심부를 기준으로 타측 방향에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 외측면에 구비될 수 있다. 이때, 제1 밸러스트탱크(26)는 잠수부력체(20)가 수평을 용이하게 유지할 수 있도록 다수개의 격실로 구성될 수 있다.
제2 밸러스트탱크(27)는 부력체연장축(35)의 타단에 구비될 수 있으며, 잠수기능과 더불어 잠수부력체(20)의 수평유지기능을 수행하며, 동시에 잠수부력체(20)의 하단에서 무게중심을 잡아주어 잠수부력체(20)가 안정적으로 고정되도록 한다. 이때, 잠수부력체(20)와 제2 밸러스트탱크(27)는 다수개의 부력체지지수단(28)에 의하여 고정되는 것이 바람직하며, 부력체지지수단(28)은 와이어 등이 사용될 수 있으며, 부력체연장축(35)이 잠수부력체(20)의 상부에만 고정됨으로써 발생하는 하중에 의한 부족한 강도를 보강해 줄 수 있다. 제2 밸러스트탱크(27)의 하부에는 상기 부력체연장축(35)의 중심을 더욱 확고하게 고정하기 위하여 계류수단(50, 51)이 추가로 구비될 수 있다.
회전체(30)에 구비되는 제3 밸러스트탱크(32)는 전술하여 설명한 발전수단인 회전자(31)와 고정자(21)의 높이를 일치시키기 위하여 사용될 수 있다. 잠수 수심이 깊어짐에 따라 증가하는 수압으로 인해, 제1 부력공간(15)의 내부에 잔존하는 공기의 부피가 감소되면서 상기 회전자(31)의 높이에 변동이 일어나게 되면, 위치감지센서(미도시)를 통하여 그 변동을 감지한 후, 제3 밸러스트탱크(32)를 조절함으로써 회전자(31)의 높이가 고정자(21)의 높이에 일치되도록 할 수 있다.
상기 계류식 발전장치는 해저에 계류되지 아니하고, 선박에 견인수단으로 연결되어 견인되는 상태에서 선박의 추진속도를 활용하여 발전하는 이동식 발전장치로 이용될 수 있다. 이 경우 계류수단(50, 51)은 제거되어도 무방할 것이다.
또한, 잠수부력체(20)의 일측 외측면에는 선박의 탑승자가 안착할 수 있는 구난수단이 더 구비될 수 있다. 구난수단은 선박에 비상상황이 발생할 경우에 발전장치를 수면 위로 부상시켜 승객이나 승무원들을 구조하기 위한 것으로, 발판, 난간 및 손잡이로 구성될 수 있다. 또한, 잠수부력체(20)에 밀폐성이 강한 출입문을 구비하여 발전장치 내부로 출입할 수 있도록 구성할 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20), 회전체(30), 발전수단, 제1 날개부(40), 제2 날개부(70) 및 계류수단을 구비한 해저계류축(65)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 날개부(70)는 잠수부력체(20)의 외측면에 구비되며, 다수개의 날개프레임(41)이 방사형으로 구비될 수 있다.
부력체연장축(35)은 잠수부력체(20)의 내측에 수직방향으로 구비된다. 이때, 부력체연장축(35)은 내부가 중공인 원통형으로 구성되며, 일단이 잠수부력체(20)의 상부 내측에 결합되고, 타단은 개방되어 있다. 그리하여 부력체연장축(35)의 타단 개방부를 통하여 해저계류축(65)이 삽입, 회전가능하게 결합된다. 해저계류축(65)의 타단은 계류수단(50, 51)에 의하여 해저면(99)에 계류되며, 계류수단용와이어(51)와 해저계류축(65)이 결합되는 부위에는 와이어조절수단(23)이 구비될 수 있다. 해저계류축(65)은 하나 또는 그 이상의 밸러스트탱크로 이루어질 수 있으며, 잠수부력체(20)의 회전용 지지축의 기능을 한다.
더불어, 또 다른 실시예에서는 상기 해저계류축(65) 대신 해저면(99)에 대하여 상하방향으로 구비되어 해저면(99)에 삽입, 고정되는 해저고정축(60)을 잠수부력체(20)의 회전용 지지축으로 이용할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치의 그 외의 구성으로서 설명되지 않은 구성은 전술하여 설명한 제1 실시예의 구성과 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다. 이때, 도 2에 표시된 도면부호 중, 도 1에 표시된 도면부호와 동일한 것은 동일한 구성을 나타내는 것이다. 더불어, 후술하여 설명할 본 발명의 다양한 실시예들의 설명에 있어서 중복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치는 회전체(30)에 구비된 제1 날개부(40)와 잠수부력체(20)에 구비된 제2 날개부(70)가 서로 반대방향으로 회전하면서 발전하게 된다. 이하에서는, 본 발명에 따른 발전장치에 구비될 수 있는 날개부(40, 70)의 구성과 더불어 상기 각 날개부(40, 70)가 서로 반대방향으로 회전하는 원리에 관해서는 후술하여 설명한다.
도 3는 다수개의 날개프레임으로 이루어진 날개부의 일례를 나타내는 도면이고, 도 4은 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개가 날개프레임에 회동가능하게 결합된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 날개의 동작원리를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 두루말이형 날개의 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 날개프레임의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발전장치의 날개부(40, 70)는, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임(41)과, 상기 날개프레임(41)에 결합되는 다수개의 접힘과 말림이 가능한 날개(42)를 포함하여 구성된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개(42)는 일측 가장자리만 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 일면에 회동가능하게 결합되고, 그 외의 3개의 측면 가장자리는 상기 날개프레임(41)으로부터 이격될 수 있도록 구비된다.
도 5에서 (a)를 참조하면, 일 방향으로 유체나 기체의 수평 유동이 이루어지는 경우, 날개프레임(41)의 우측(도면기준, 이하 동일)에 위치한 날개(42)들, 즉 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향의 반대방향에 위치한 날개(42)들은 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)에 형성된 다수개의 격자구멍들 사이를 통과한 유체나 기체의 수평 유동 압력이 상기 날개(42)들에 전달되어, 상기 날개(42)들이 다단으로 형성된 격자망형 구조의 날개프레임(41) 표면으로부터 이격되며 펄럭이게 함으로써 유체나 기체의 흐름을 방해하지 않게 된다.
반대로, 날개프레임(41)의 좌측에 위치한 날개(42)들, 즉 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향에 대면되도록 위치한 날개(42)들은 유체나 기체의 수평유동 압력을 받아 격자망형 구조의 표면에 밀착되며, 그 힘이 상기 날개프레임(41)의 좌측에 전달되면서 상기 날개프레임(41)을 회전시키게 된다. 그 결과, 해수나 바람의 수평 유동이 어떠한 방향으로 이루어지건 간에, 도 5(a)의 날개프레임은 항상 일정한 방향(반시계방향)으로 회전하게 된다.
반면에, 도 5의 (b)의 경우는 도면에 도시된 바와 같이, 날개(42)가 도 5(a)와는 반대의 위치에 부착되도록 구성되어 있으므로, 상기 도 5(b)의 날개프레임(41)은 항상 도 5(a)의 날개프레임(41)과는 반대 방향으로 회전하게 될 것이다. 그리하여, 전술하여 설명한 회전체(30)의 타측에는 도 5(a)와 같이 제1 날개부(40)를 구성하고, 또한 잠수부력체(20)의 외주면에는 도 5(b)와 같이 제2 날개부(70)를 구성할 경우, 상기 회전체(30)와 잠수부력체(20)는 항상 반대방향으로 회전하며 더 효율적으로 발전을 할 수 있게 된다.
도 3를 참조하면, 제1 날개부(40)의 외측면 둘레에는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 이물질막이(43)가 더 구비될 수 있다. 이물질막이(43)의 격자 간격은 날개프레임(41)의 격자 간격보다 조밀하게 형성될 수 있다. 그 결과, 전체적으로 다수개의 격자로 이루어진 날개부는 기존의 발명들에 사용되어진 날개부의 구성에 비해 경량화시킬 수 있으며 또한 대형화에 유리한 구조를 형성하게 된다. 또한, 상기 이물질막이(43)와 날개프레임(41)의 표면에는 물이나 공기 등을 지속적으로 분출하여 이물질의 흡착을 방해하기 위한 이물질흡착방해수단(미도시)이 추가로 구비되어질 수 있다. 또한, 상기 날개프레임은 제작, 유지, 보수의 편의를 위하여 조립식으로 제작되어지는 것이 바람직할 것이다. 상기와 같은 구성의 제1 날개부(40)는 전술하여 설명한 회전체(30)의 하부와 상부에 하나 또는 두 개가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개와 유사한 동작원리로 동작하는 날개를 구비한 기존의 발명들(KR 10-2011-0069751 "조류발전장치(TIDAL CURRENTPOWER PLANT)"; KR 10-2010-0039939 A "수력 발전 장치(A HYDROELECTRIC PLANT)")은 여러개 존재한다.
상기 유사 발명들에 사용되는 날개가 금속이나 플라스틱 등의 재질로 이루어진 평판날개(회전판, 물막이판)로 구성되는 것과는 달리, 본 발명의 날개는 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질 즉 무게가 가볍고 부드러운 천과 같은 재질로 이루어진다. 그리하여 상기 평판날개보다 내구성이 강하고 가벼우므로 대형화에 유리하다.
또한, 상기 유사 발명들은 날개의 결합형태로 경첩(hinge) 등의 구성이 이용되므로 경첩(hinge) 자체의 기계적 내구성이 문제가 될 수 있고 또한 상기 평판날개가 수중에 설치되는 경우에는 패류나 이물질 등이 흡착되어 상기 평판날개의 정상적인 작동이 방해를 받을 소지가 많을 것이다. 특히, 상기 평판날개들이 풍력발전장치에 사용되는 경우에는 강풍 속에서 덜컹거리며 잘 견디지 못하여 그 작동에 문제가 발생할 수도 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 날개의 결합형태로 경첩(hinge) 등의 구성을 이용하지 않고 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임의 일면에 천과 같이 부드럽고 가벼운 재질로 이루어진 날개의 일측 가장자리가 직접 부착되므로 훨씬 더 유연하게 작동할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개는 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질로 이루어질 수 있으며, 상기 날개(42)의 타측에는 상기 날개(42)가 아래로 처지는 것을 방지하기 위하여 헬륨주머니 등과 같은 직립보강수단(85)이 구비될 수 있다(도 6 참조). 다르게는, 단단한 철심 등을 날개의 테두리 부분에 두르는 직립보강수단이 강구될 수도 있을 것이다. 또한, 날개(42)가 도면에 도시된 것처럼 좌우방향으로 회동가능하게 결합된 것과는 달리, 날개(42)의 상단부분의 가장자리가 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 상단면에 상하방향으로 회동가능하게 결합될 수 있다. 이 경우, 유체나 기체의 수평 유동 압력에 의하여 위쪽으로 들렸던 날개(42)가 아래쪽으로 내려와 상하방향으로 직립하기 위하여 상기 날개(42)의 하단부분에 철심 등을 삽입하는 등 적당히 무거운 추(錘)의 역할을 할 수 있는 직립보강수단이 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개(42)는 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 일면에 날개의 일측 가장자리를 직접 부착 고정시키는 고정형 날개와 두루말이형 날개(80)로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 두루말이형 날개(80)는 두루말이 형태로 말림 가능하게 구성됨으로써, 해수의 수평유동 속도가 빠를 때는 그 길이를 짧게 조정하고, 속도가 느릴 때는 그 길이를 길게 조정할 수 있다. 따라서, 두루말이형 날개(80)를 통하여 회전체(30)와 잠수부력체(20)의 회전속도를 항상 일정하게 조절할 수 있다. 이 경우, 두루말이형 날개(80)는 날개부의 일부에만 부분적으로 설치될 수도 있다. 결국, 날개부의 일부는 고정형 날개로 구성되고 다른 일부는 두루말이형 날개(80)로 구성됨으로써, 조류와 바람의 속도에 대해 적절히 대응하면서 구동 가능하다.
두루말이형 날개(80)는 도 6에 도시된 바와 같이 날개말림축(81)과, 날개돌기(84) 및 날개깃(82)을 포함하여 구성될 수 있다. 날개말림축(81)은 봉(stick) 형상으로 구성될 수 있으며, 상기 날개말림축(81)에는 날개돌기(84)가 구비되어 있다. 날개돌기(84)는 도면에 도시된 바와 같이 날개말림축(81)의 적어도 하나 이상의 부위에 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각각의 부위에는 하나 또는 그 이상의 날개돌기(84)가 방사형으로 구비될 수 있다.
날개깃(82)은 접힘과 말림이 가능하면서도 직립이 가능한 방수 재질로 이루어질 수 있고, 일측 가장자리가 날개말림축(81)에 결합되며, 날개돌기(84)와 동일선상에는 다수개의 삽입홀(83)이 천공된다. 날개돌기(84)는 날개말림축(81)에 방사형으로 배치되어 삽입홀(83)에 삽입되는 것으로, 꺽쇠형으로 이루어질 수 있다. 그 결과, 두루말이형 날개(80)는 말림 동작이 원활하게 수행될 수 있다. 이러한 두루말이형 날개(80)는 날개부에 탈부착 가능하게 구비되어, 설치 및 수리를 용이하게 한다. 그리하여 날개말림축(81)을 일방향으로 회전시키면 날개돌기(84)가 삽입홀(83)에 삽입되면서 날개깃(82)이 날개말림축(81)에 말리게 되어 결과적으로 날개깃(82)이 짧아지게 되고, 날개말림축(81)을 반대방향으로 회전시키면 날개말림축(81)에 말려있던 날개깃(82)이 풀리면서 결과적으로 날개깃(82)이 길어지게 된다. 따라서 날개깃(82)이 짧을 때에는 상기 날개깃(82)에 의하여 차단되는 날개프레임(41)이 줄어들어 날개부의 회전이 느려지고, 날개깃(82)이 길어지면 상기 날개깃(82)에 의하여 차단되는 날개프레임(41)이 늘어나서 날개부의 회전이 빨라지게 된다. 그리고, 상기 날개깃(82)의 말림과 풀림은 날개부의 회전속도에 따라 자동으로 조절될 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 도 3 내지 도 5에 도시된 날개프레임(41)은 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 수평유동하는 유체나 기체가 날개부(40, 70)를 회전시키는 과정에서 위, 아래로 밀리며 새어나가는 것을 방지하기 위하여 상기 날개부(40, 70)의 상부 및/또는 하부에 수평방향으로 덮개(미도시)가 구비될 수도 있을 것이다. 특히, 상기 덮개는 중심부의 부력기능을 강화하기 위하여 중심부가 솟아오른 원추(삿갓)형으로 이루어진 부력공간을 구비하는 형태로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20)의 외측면에 제2 날개부(70)가 구비될 수 있으며, 상기 제2 날개부(70)는 해수면에 일부 또는 전부가 노출되어 풍력에 의하여 회전할 수 있다.
이때, 제1 날개부(40)는 해수면 아래에서 조류에 의하여 회전하고, 제2 날개부(70)는 해수면 위에서 풍력에 의하여 회전하되, 상기 제1 날개부(40)와 제2 날개부(70)는 서로 반대방향으로 회전하게 된다.
한편, 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 수직으로 구비된 부력체연장축(35)에는 지지대(25)가 더 구비되고, 상기 지지대(25)의 가장자리에는 회전자(31)가 구비되어 있다.
지지대(25)는 상부면이 부력체연장축(35)에 대하여 수평방향으로 돌출되도록 구비되며, 하부면은 외측으로 갈수록 폭이 좁아지면서 경사지게 형성될 수 있다. 그리고 잠수부력체(20)의 내측에 회전가능하게 결합되는 회전체(30)는 상부면이 전술한 지지대(25)의 하부면에 대응되는 형상으로 구성되어 상기 회전체(30)의 상부면이 상기 지지대(25)의 하부면과 대면하는 상태에서 일정간격 이격되게 결합된다. 그리하여 지지대(25)의 상부면과 회전체(30)의 상부면이 동일평면이 되도록 하고, 상기 지지대(25)의 가장자리에 구비된 회전자(31)와 대면되는 위치로 상기 회전체(30)의 상부면에는 고정자(21)가 구비되어 상기 회전자(31)와 상기 고정자(21)가 상호작용을 하면서 발전을 하게 된다. 그리하여, 상대적으로 무거운 고정자(21)는 질량에너지가 큰 조력에 의하여 회전되도록 하고, 상대적으로 가벼운 회전자(31)는 풍력에 의하여 회전되도록 함으로써 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도면부호 중 68은 해저고정부를 나타내는 것으로, 상기 해저고정부는 진공펌프 등을 이용하여 내부의 공기를 뽑아내면서 스스로 해저 바닥으로 파고들어가 단단히 고정되는 썩션앵커(suction anchor) 등을 이용하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 해저고정부(68)의 일부는 밸러스트탱크로 이루어질 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 전술하여 설명한 해저계류부(50)를 이용하여 계류하는 방식으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
도 9는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제4 실시예를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 부력체연장축(35)이 구비되어 있다. 그리고 회전체(30)의 일측면의 중심부에는 수용홈이 형성되어 있어서, 상기 수용홈에 부력체연장축(35)이 회전가능하게 결합된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 부력체연장축(35)이 구비되어 있으며, 상기 부력체연장축(35)은 내부가 중공이고 타단이 개방된 형태로 구성된다. 그리고 회전체(30)의 일측면의 중앙에는 회전체중심축(38)이 구비되어 상기 회전체중심축(38)이 부력체연장축(35)의 타단 개방부를 통하여 내부로 삽입되면서 회전가능하게 결합된다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 일부가 해수면에 노출되고, 회전체(30) 및 상기 회전체(30)에 구비된 제1 날개부(40)가 해수면 아래에 잠긴 상태에서 상기 제1 날개부(40)가 조류에 의하여 회전하게 된다. 그리하여 잠수부력체(20)와 회전체(30) 사이에 구비된 발전수단(31, 21)에 의하여 전기를 생산하게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제6 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20)의 내측에 회전체(30)가 수평방향으로 구비되며, 제1 날개부(40)가 상기 회전체(30)의 외주면에 방사형으로 구비된다. 또한, 상기 회전체(30)의 중심부에는 회전체중심축(38)이 상기 회전체(30)의 양측으로 돌출되도록 구비되어 잠수부력체(20)의 내측에 수평으로 회전가능하게 결합된다.
이때 회전체중심축(38)의 양단은 베어링 등과 같은 회전수단으로 이루어진 회전체중심축받이(37)에 의하여 지지되면서 회전가능하게 결합된다. 한편, 회전체중심축(38)에는 증속기(90)가 더 구비될 수 있으며, 상기 회전체중심축(38)의 양쪽 끝단 또는 한쪽 끝단에는 발전기(95)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 회전체중심축받이(37)를 경계로 잠수부력체(20)의 내측이 밀폐되며 방수밀봉될 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발전장치는 해수면 또는 호수의 수면위에서 부유하는 상태에서 회전체(30)가 수면의 흐름에 의하여 회전하면서 발전을 하거나, 선박 등에 의하여 견인되면서 발전할 수 있으며, 또한 계류수단을 구비하면 계류식 발전장치로도 이용될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예를 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 다른 구성을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 또 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 타측에 형성된 개방부가 상부를 향하도록 구성되어 있고, 상기 잠수부력체(20)의 하부 내측에는 제1 밸러스트탱크(26)가 구비되어 있으며, 상기 잠수부력체(20)의 내측으로 상기 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에는 부력체연장축(35)이 수직으로 구비되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 제1 밸러스트탱크(26)의 내측 중앙은 소정의 깊이로 함몰되어 있고, 가장자리는 외측으로 갈수록 높아지는 경사면으로 구성되어 후술하여 설명할 회전체(30)의 타단이 일정간격 이격되게 안착되면서 결합되는 구조로 한다.
회전체(30)에는 전술하여 설명한 부력체연장축(35)이 삽입될 수 있는 중공의 회전체중심축(38)이 형성되어 있어서 상기 회전체중심축(38)이 잠수부력체(20)의 타측 개방부를 통하여 삽입, 회전가능하게 결합되고, 동시에 상기 회전체중심축(38)의 중공부에 부력체연장축(35)이 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 한편, 회전체(30)의 타단에는 회전자지지대(55)가 구비되어 있으며, 상기 회전자지지대(55)는 전술하여 설명한 제1 밸러스트탱크(26)의 상부 중앙에 형성된 함몰부에 일정간격 이격되게 안착되면서 회전가능하게 결합된다.
그리고 회전자지지대(55)의 가장자리에는 회전자(31)가 구비되어 있으며, 상기 회전자(31)의 외측면으로 전술하여 설명한 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에는 고정자(21)가 구비되어 있다.
한편, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 회전체중심축(38)의 사이는 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉되어 있다.
상기와 같은 구성에서, 회전체(30)가 회전하면 회전자(31)가 연동하면서 회전하여 고정자(21)와의 상호작용에 의하여 전력을 생산하게 된다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 발전장치의 다른 실시예에서, 잠수부력체(20)의 일측 폐쇄부의 내측 하부에 전술한 것과 같이 제1 밸러스트탱크(26)를 구비하지 않고, 일측 폐쇄부의 내측 하부에 직접 물을 채운 후, 그 채워진 물의 수면 위에 부력체(32, 36)로 이루어진 회전체(30)를 띄우도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 회전체(30)의 외측에는 회전자(31)가 구비되어 있다.
도면부호 56은 회전자지지용와이어로서, 회전자지지대(55) 및 회전자(31)를 더욱 견고하게 고정되도록 한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예의 또 다른 구성은, 전술하여 설명한 제7 실시예의 기본 구성과 동일하되, 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에 구비되는 발전수단이 회전체중심축(38)의 하부에 구비될 수 있다. 이때, 발전수단은 발전기(95)와 증속기(90)로 구성될 수 있다. 그리고 회전체(30)의 중심부에는 제3 부력공간(36)과, 제3 밸러스트탱크(32)가 더 구비될 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예의 또 다른 구성은 잠수부력체(20)의 외주면에는 제2 날개부(70)가 구비되어 있으며, 상기 회전체(30)의 상하방향에는 제1 날개부(40)가 하나씩 두 개가 구비되어 있다. 이때, 제1 날개부(40)는 내부가 중공인 회전체중심축(38)의 양단에 고정되어 있고, 제2 날개부(70)가 구비된 잠수부력체(20)는 상기 회전체중심축(38)에 회전가능하게 결합되어 있다. 즉, 잠수부력체(20)는 중심부가 관통되도록 형성되어 회전체중심축(38)이 삽입되면서 회전가능하게 결합되어 있다. 또한, 타단이 개방된 중공의 기둥체 형상으로 이루어진 회전체중심축(38)의 타단 개방부에는 해저계류축(65)이 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 제1 날개부(40)와 제2 날개부(70)는 서로 반대방향으로 회전하는 구조로 되어 있다.
회전체중심축(38)에는 회전자지지대(56)와 회전자(31)가 구비되고, 잠수부력체(20)의 내측 가장자리로 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에는 고정자(21)가 구비되어 상기 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용으로 전기를 생산할 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제8 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치는 제1 부력체(101), 상기 제1 부력체(101)의 상부 내측에 회전가능하게 결합되는 제2 부력체(201), 상기 제1 부력체(101)의 중심부를 관통하여 상기 제2 부력체(201)에 삽입되면서 결합되는 해저계류축(65) 및 상기 제1 부력체(101)와 상기 제2 부력체(201)의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성된다.
제1 부력체(101)는 중앙부가 볼록하고 양측으로 가면서 폭이 좁아지는 형상으로 구성되고, 중심부에는 해저계류축(65)이 삽입되는 관통홀이 형성되어 있으며, 타측에는 제2 부력체(201)가 결합되는 수용부가 형성되어 있다. 제1 부력체(101)의 수용부는 원통형으로 구성될 수 있으며, 타단은 중심부로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면이 형성될 수 있다. 그리고 제1 부력체(101)의 일측(도면에서 상부방향) 외주면에는 제2 날개부(70)가 방사형으로 구비될 수 있다. 또한, 제1 부력체(101)의 타측에는 제1 부력체 밸러스트탱크(105)가 구비될 수 있으며, 제1 부력체(101)의 내측에는 제1 부력체 부력공간(103)이 구비될 수 있다.
제2 부력체(201)는 일측으로 가면서 폭이 좁아지는 원뿔형상 또는 다각형의 뿔 형상으로 구성되며, 타측은 전술하여 설명한 제1 부력체(101)의 수용부의 형상에 대응되는 형상으로 연장되어 있다. 제2 부력체(201)의 중심부는 일측의 소정 구간을 제외하고는 전술하여 설명한 해저계류축(65)이 삽입되어 결합될 수 있는 결합홀이 형성되어 있다. 그리고 제2 부력체(201)의 일측(도면에서 상부방향) 외주면에는 제1 날개부(40)가 방사형으로 구비될 수 있다. 또한, 제2 부력체(201)의 타측에는 제2 부력체 밸러스트탱크(205)가 구비될 수 있으며, 제2 부력체(201)의 내측에는 제2 부력체 부력공간(203)이 구비될 수 있다.
한편, 제1 부력체(101)와 제2 부력체(201)의 사이에는 전기를 생산하는 발전수단이 구비되어 있다. 발전수단은 회전자(31)와 고정자(21)를 포함하여 구성된다. 이때 고정자(21)는 제1 부력체(101)의 수용부 내측면에 구비될 수 있고, 회전자(31)는 제2 부력체(201)의 외측면으로 상기 고정자(21)와 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치는 호수나 바다의 수면 위에 제1 날개부(40)와 제2 날개부(70)가 노출되도록 부유된 상태에서 풍력에 의하여 발전을 할 수 있다. 이때, 제1 날개부(40) 또는 제2 날개부(70)는 필요에 따라 한쪽만 구비될 수도 있다.
그리고 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치의 다른 실시예에서는 제2 부력체(201)의 중앙에 수직방향으로 내부가 중공이고 타단이 개방된 기둥체 형상의 제2 부력체중심축이 구비될 수 있다. 이때 제2 부력체중심축은 제1 부력체(101)의 중앙을 관통하며 제1 부력체(101)에 회전가능하게 결합되고, 더불어 상기 제2 부력체중심축의 타단 개방부에는 해저계류축(65)이 삽입되어 회전가능하게 결합될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 타단 개방부를 통하여 전술하여 설명한 해저고정축(60)이 삽입되면서 회전가능하게 결합되어 고정식 발전장치로도 사용될 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치의 또 다른 실시예에서는, 전술한 구성에서 제2 날개부(70)와 해저계류축(65)이 제거되고, 제2 부력체(201)가 직접 제1 부력체(101)에 회전가능하게 결합된 상태로, 수면에서 부유하거나 선박에 의하여 견인되며 발전을 할 수 있다.
이때, 상기 제1 부력체(101)를 해저면(99)이나 호수 또는 인공수조의 밑바닥에 고정된 다수개의 기둥으로 지지되며, 일측에 제2 부력체(201)를 수용할 수 있는 수용부가 형성되어 있는 구조물인 고정체(미도시)로 대체하여 "고정식 발전장치"로 이용할 수도 있을 것이다.
도 16은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제9 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 발전장치가 삼동선(trimaran)의 중앙 선체(hull)에 장착된 것을 뒤에서 본 단면도와 그 확대도로서, 상기 삼동선(905)의 중앙 선체(905)에 형성시킨 빈 공간에 날개부(40)를 구비한 회전체(30)가 발전가능하게 설치되어 있다. 상기 발전장치는 수직축 회전체(30) 및 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있으며, 일측이 상기 삼동선(900)에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부(40)가 구비될 수 있다.
발전수단으로서, 발전기(95)가 상기 삼동선(900)과 회전체(30)의 사이에 구비되어 전기를 생산할 수 있다. 이 경우 증속기(90)가 추가로 구비되어 질 수 있음은 물론이다.
다르게는, 상기 회전체(30)의 중심부에는 상하방향으로 회전체중심축(38)이 구비되고, 상기 회전체중심축(38)의 타단에 발전기(95)가 연결되어 전기를 생산할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 도 19의 굵은 원안에 도시된 바와 같이, 회전체중심축(38)의 타단에 회전자지지대(55)가 구비되고, 상기 회전자지지대(55)의 둘레 가장자리에 회전자(31)가 구비되는 동시에 선체의 일측 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에 고정자(21)가 구비되어 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용에 의하여 전기를 생산할 수 있다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제9 실시예에 따른 발전장치는 선박 특히 다동선(multihull)이나 플로트(float) 특히 메가플로트(mega-float)의 일측(하부)에 구비되어 선박이 이동할 때 발생하는 물의 흐름을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
한편, 발전장치와 추진장치는 동전의 앞뒷면의 관계이다. 즉, 유체의 흐름을 이용하여 회전체(30)를 회전시켜 전기를 생산하면 발전장치가 되는 것이고, 상기 회전체(30)에 회전력을 가함으로써 선박을 추진하면 추진장치가 되는 것이다.
그리하여, 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부가 선박추진장치에 이용되기 위해서는 도 5에 도시된 동작원리가 역으로 적용되어야 한다. 즉, 회동가능하게 결합된 날개들이 유체를 후방으로 밀어낼 수 있도록 구성되어야 한다.
도 17은 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부를 구비한 선박추진장치가 쌍동선의 추진장치로 이용되는 경우를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 17에서는 설명의 편의상 쌍동선(901)의 갑판 부분의 도시는 생략하였고 A, B 두 개의 선체(hull, 905)만 도시하였다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 선박추진장치는 효율적인 추진을 위하여 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치의 쌍(pair)으로 이루어진 선박추진장치가 A, B 각각의 선체(905)에 두 개씩 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 쌍동선(901)의 보다 효율적인 추진을 위하여 우측 B선체에는 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치가 하나 또는 그 이상 구비되고, 동시에 좌측 A선체에는 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치가 하나 또는 그 이상이 구비될 수 있다. 이때 양측 선체에 구비되는 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치의 개수는 반드시 동수로 구비되어 쌍(pair)을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 다수개의 선체(hull)로 이루어지는 다동선의 경우에 있어서도, 본 발명에 따른 선박추진장치는 하나 또는 그 이상의 쌍(pair)을 이루는 짝수개의 선체에 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치가 동시에 한쌍씩 동수로 구비되어 쌍(pair)을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 후방으로 물을 밀어낸 날개가 다시 물을 밀어낼 수 있는 위치로 되돌아오는 도중에 선박의 진행방향에서 내려오는 물의 저항을 받지 않도록, 물을 후방으로 밀어내는 역할을 하는 부분(제1 날개부(40)들의 우측, 제2 날개부(70)들의 좌측)만 선체 밖으로 드러나고 나머지 부분(제1 날개부(40)들의 좌측, 제2 날개부(70)들의 우측)은 선체(A, B) 안쪽에 감춰지도록 구성되는 것이 바람직하다. 그리하여, 외부에서 회전체(30)에 회전력을 가하여 쌍(40+70)으로 이루어진 날개부들을 동시에 회전시키면 상기 날개부들(40, 70)이 물을 후방으로 밀어냄으로써 선박을 앞으로 추진시킬 수 있다.
도 18은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치가 구비된 쌍동선의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이고, 도 19는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치에 발전장치가 추가로 구비된 경우의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 선박추진장치는 쌍동선(Catamaran 901)의 선체(905)의 하부 즉 수중에 구비되어 선박을 추진시킬 수 있다. 본 발명에 따른 선박추진장치는 수직축 회전체(30) 및 회전력발생장치(906)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전력발생장치(906)는 선박(901)의 선체(905)의 일측에 구비되는 것으로, 모터나 엔진 등에 의하여 회전력을 발생시키는 장치이다.
회전체(30)는 상기 회전력발생장치(906)에 연결되는 것으로, 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력이 상기 수직축 회전체(30)에 전달되어 날개부(70)를 회전시킴으로써 선박을 추진할 수 있는 추진력을 얻을 수 있다.
다르게는, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력을 상기 회전체(30)에 전달하는 역할을 하는 회전력전달장치(907)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회전체(30)의 중심부에는 상하방향으로 회전체중심축(38)이 구비되고, 상기 회전체중심축(38)의 타단에 상기 회전력발생장치(906)가 연결될 수 있다.
도 19를 참조하면, 선박의 일측에 모터나 엔진 등에 의하여 회전력을 발생시키는 회전력발생장치(906)가 구비되고, 상기 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력이 회전력전달장치(907)를 통하여 회전체(30)에 전달되어 날개부(40, 70)를 회전시킴으로써 추진력을 얻는 동시에 상기 회전체(38)의 타단에 구비된 발전기(95)를 회전시켜 전기를 생산할 수 있다. 이 경우 증속기(90)가 추가로 구비되어 질 수 있음은 물론이다. 다르게는, 도 19의 굵은 원안에 도시된 바와 같이 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용에 의하여 전기를 생산할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발전장치가 추가로 구비된 선박추진장치는 선박이 정지된 상태 즉 상기 회전력발생장치(906)가 작동하지 않는 상태에서도 해류를 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직할 것이다.
전술한 회전체(30)는 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력을 선박을 추진하기 위한 추진력으로 전환하기 위한 수직의 날개부(40, 70)를 구비할 수 있다. 상기 날개부(40, 70)의 제 1 구성예로서 금속이나 플라스틱 등의 재질로 이루어진 다수개의 평판날개가 상기 회전체(30)의 일측 외주면에 방사형으로 결합되어질 수 있다.
다르게는, 상기 날개부(40, 70)의 제 2 구성예로서, 날개부 자체의 무게를 감소시키기 위하여, 수직축 회전체(30)의 일측 외주면에 방사형으로 결합되는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임(41)과 상기 날개프레임(41)에 형성된 다수개의 격자구멍들을 완전히 차단하는 방식으로 날개프레임(41)의 표면에 부착, 고정되는 가볍고 부드러운 천과 같이 접힘과 말림이 가능한 방수재질로 이루어지는 날개로 구성되어질 수 있다.(도 5 참조) 그 결과, 상기 구성으로 이루어진 날개부(40, 70)는 평판날개로 이루어진 구성에 비해 경량화될 수 있으며 또한 대형화에 유리한 구조를 형성하게 된다.
전술한 제1, 제2 구성예의 날개부들은 날개프레임의 수직면을 완전히 차단하는 구성으로 이루어지므로, 상기 날개부들을 구비한 선박추진장치는 전후진이 자유롭지만, 또 다른 구성예로서 평판날개가 경첩(hinge) 등의 구성을 이용하여 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되는 경우 또는 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개의 일측 가장자리만 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되는 경우에는 후진이 불가능하다. 그러므로, 후진을 하기 위해서는 상기 날개프레임의 반대면에도 회동가능하게 결합되는 날개들이 추가로 구비되어야 할 것이다. 본 발명에 따른 두루말이형날개(80)가 구비되어지는 경우도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 선박추진장치의 또 다른 실시예에서는 기존의 선박 특히 단동선(monohull)의 좌우에 두 개의 선체(hull)를 추가로 형성시킨 후, 상기 추가된 두 개의 선체(hull)에 본 발명에 따른 선박추진장치와 발전장치를 구비시킴으로서 기존의 선박을 개량할 수 있을 것이다.
도 20은 본 발명에 따른 회전체의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 21은 본 발명에 따른 부력체연장축의 일부를 확대한 도면이고, 도 22는 본발명에 따른 부력체연장축과 부력체연장축 외측 회전수단하우징의 결합 상태를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 23은 본 발명에 따른 외측밀착고정모듈을 나타내는 도면이고, 도 24는 본 발명에 따른 부력체연장축 외측 회전수단하우징의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 25는 본 발명에 따른 부력체연장축 외측 회전수단하우징및 외측밀착고정모듈의 일부분을 나타내는 도면이다.
도 20 내지 도 25를 참조하면, 부력체연장축(35)의 외측과 대면하는 회전체(30)의 중심부에 형성된 관통홀내측면(301)은 모두 다각 기둥의 형상으로 이루어진다. 본 실시 예에서는 다각 기둥을 6각 기둥의 형태로 구현하여 설명하기로 한다.
먼저, 원기둥 형상으로 이루어진 부력체연장축(35)의 외측에 베어링 등과 같은 회전수단(351) 다수개가 상하 방향으로 소정 간격 이격되게 결합된다(도 21 참조). 아울러, 상기 회전수단(351)들의 외측에 상기 회전체(30)의 내측과 대응되는 6각 기둥 형태의 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)이 구비된다. 또한, 상기 회전체의 관통홀내측면(301)과 상기 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)의 외측면 사이에는 상기 회전체(30)와 상기 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)을 서로 밀착하여 고정하기 위한 외측밀착고정모듈(700)이 설치된다.
이 경우, 외측밀착고정모듈(700)은 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)의 외측면에 부착되어 관통홀내측면(301)과의 밀착 거리를 조절할 수 있도록 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)에서 연장되어 설치되는 것으로, 회전체의 관통홀내측면(301) 측으로 밀착 이동 후, 상기 회전체(30)와 완전히 결합 및 고정된다. 즉, 외측밀착고정모듈(700)은 회전체(30)의 각각의 관통홀내측면(301)과 그 양모서리 부분을 동시에 차지하여 빈틈없이 밀착되도록 사다리꼴 형태의 육면체로 이루어진다.
이 경우, 외측밀착고정모듈(700)은 사다리꼴 육면체들 서로 간의 간섭을 피하기 위해 짝수개가 서로 엇갈려 부착된다. 예를 들어, 부력체연장축 외측회전수단하우징(352)의 각각의 외측면(1면, 2면, 3면, 4면, 5면, 6면)을 위에서 아래로 4등분(A위치, B위치, C위치, D위치)하여 그 위치를 나눈다면, 부력체연장축 외측 회전수단하우징(352)의 1, 3, 5면에는 A, C의 위치에, 2, 4, 6면에는 B, D의 위치에 외측밀착고정모듈(700)이 설치되어 서로 간의 간섭을 피하도록 한다. 이후에, 회전자(31)와 고정자(21)의 높이가 일치되면, 이를 감지한 자동감지수단(미도시)이 외측밀착고정모듈(700)들을 회전체의 관통홀내측면(301) 쪽으로 이동시켜 회전체(30)에 완전히 밀착한 후 고정시킨다.
도 26은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 해저고정축의 일부분을 나타내는 단면도이고, 도 27는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 내측밀착고정모듈을 나타내는 도면이다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 고정식 발전장치의 경우, 부력체연장축(35)의 내측과 대면하는 해저고정축(60)의 외측은 다각 기둥의 형상으로 이루어질 수 있다. 본 실시 예에서는 다각 기둥을 6각 기둥의 형태로 구현하여 설명하기로 한다.
먼저, 원기둥 형상으로 이루어진 부력체연장축(35)의 내측에 베어링과 같은 회전수단 다수개를 상하 방향으로 소정 간격 이격되게 결합한다. 아울러, 상기 회전수단의 내측에 해저고정축(60)의 외측과 대응되는 6각 기둥 형태의 부력체연장축 내측 회전수단하우징(353)이 구비된다.
또한, 해저고정축(60)과 부력체연장축 내측 회전수단하우징(353)의 내측면 사이에는 상기 해저고정축(60)과 상기 부력체연장축 내측 회전수단하우징(353)을 서로 밀착하여 고정하기 위한 내측밀착고정모듈(800)이 설치된다.
이 경우, 내측밀착고정모듈(800)은 부력체연장축 내측 회전수단하우징(353)의 내측면에 부착되어 해저고정축(60)과의 밀착 거리를 조절할 수 있도록 부력체연장축 내측 회전수단하우징(353)에서 연장되어 설치되는 것으로, 해저고정축(60) 측으로 밀착 이동 후 상기 해저고정축(60)과 완전히 결합 및 고정된다. 즉, 내측밀착고정모듈(800)은 해저고정축(60)의 각각의 외측면과 그 양 모서리 부분을 동시에 에워싸며 빈틈없이 밀착시킬 수 있는 형태를 갖는다.
이 경우, 내측밀착고정모듈(800)은 전술하여 설명한 외측밀착고정모듈(700)의 구성과 동일한 방식으로 해저고정축(60)의 외측면에 완전히 밀착된 후 고정된다.
한편, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는 고정자회전자근접용구동부(미도시)를 더 구비할 수 있다. 고정자회전자근접용구동부는 고정자(21)와 회전자(31) 간의 이격거리를 조절하기 위하여 상기 고정자(21)와 회전자(31) 중 적어도 하나를 수평방향으로 직선이동시킨다.
상기 고정자회전자근접용구동부는 회전체(30)가 부력체연장축(35)에 완전히 고정되기 전에, 회전체(30)의 흔들림으로 인하여 회전자(31)와 고정자(21)가 접촉하는 것을 미연에 방지하기 위한 것으로, 레일 등의 형태로 구현되어, 회전자(31)와 고정자(21)를 서로 멀리 떨어지게 위치시킨 상태에서 부력평형을 이루어 상기 회전자(31)와 고정자(21)의 높이가 일치된 후, 상기 고정자(21)와 회전자(31)중 적어도 하나를 수평방향으로 직선이동시켜 상기 회전자(31)와 고정자(21)를 서로 최대한 밀착시킨다.
또한, 전술한 계류식, 고정식 발전장치를 해저의 목표한 위치에 정확히 설치하기 위하여 크레인선 등을 이용하는 경우, 상기 크레인선의 크레인 후크에 용이하게 연결될 수 있도록 잠수부력하우징(20)의 상부 중앙에 크레인 후크 연결부를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는 무선원격감시 및 통제수단(미도시)을 더 구비할 수 있다. 본 발명에 부력체로 이루어진 발전장치는 수중에서 동작하는 장치이므로, 물 밖 먼 곳에서 수중에 설치된 발전장치의 동작 상황을 조정하고 관리할 수 있는 무선원격감시 및 통제수단이 필요하게 된다.
무선원격감시 및 통제수단은 제1, 제2, 제3 밸러스트탱크(26, 27, 32)의 조절을 통하여 본 발명에 따른 조류를 이용한 발전장치의 잠수와 하강을 조정할 수 있고, 외측밀착고정모듈(700), 내측밀착고정모듈(800)의 밀착을 조절하며, 두루말이형 날개(80)의 말림과 풀림의 자동조절기능 등을 원격으로 감시 및 통제할 수 있는 형태로 구현 가능하다.
본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는 대형화를 목적으로 제작되어지는 것이므로 그 내부에서 사람이 활동을 할 수 있을 정도로 공간이 크기 때문에, 수리 등을 위해 상기 발전장치를 해수면 위로 부상시킨 후 바로 그 장소에서 즉시 수리할 수 있도록 상기 잠수부력체에는 내부로 용이하게 출입할 수 있는 밀폐성이 강한 출입문(미도시)을 둘 수 있다. 이 경우, 잠수상태에서도 출입 가능하게 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 발전장치는 대부분 대형의 구조물로 형성되므로, 이러한 대형 구조물이 거센 해류의 유동로 상에 배치되는 경우, 상기 대형 발전장치를 스쳐 지나간 해류가 발전장치의 뒷부분에서 발생시키는 소용돌이에 의하여 생기는 진동현상을 최소화하기 위하여 상기 잠수부력하우징(20), 해저고정축(60) 및 해저계류축(65)의 외부 표면에는 그것을 전체적으로 휘감아 올라가는 형상의 한 줄 또는 그 이상의 줄의 나선형 돌기를 더 구비할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 제2 부력공간 15: 제1 부력공간
20: 잠수부력체 21: 고정자
23: 와이어조절수단 25: 지지대
26: 제1 밸러스트탱크 27: 제2 밸러스트탱크
28: 부력체지지수단 30: 회전체
31: 회전자 32: 제3 밸러스트탱크
35: 부력체연장축 36: 제3 부력공간
37: 회전체중심축받이 38: 회전체중심축
40: 제1 날개부 41: 날개프레임
42: 날개 43: 이물질막이
50: 해저계류부 51: 계류수단용와이어
54: 회전자지지용와이어 55: 회전자지지대
60: 해저고정축 65: 해저계류축
68: 해저고정부 70: 제2 날개부
80: 두루말이형 날개 81: 날개말림축
82: 날개깃 83: 삽입홀
84: 날개돌기 85: 직립보강수단
90: 증속기 95: 발전기
99: 해저면 101: 제1 부력체
103: 제1 부력체 부력공간 105: 제1 부력체 밸러스트탱크
201: 제2 부력체 203: 제2 부력체 부력공간
205: 제2 부력체 밸러스트탱크 301: 관통홀내측면
351: 회전수단
352: 부력체연장축 외측 회전수단하우징
353: 부력체연장축 내측 회전수단하우징
700: 외측밀착고정모듈 800: 내측밀착고정모듈
900: 삼동선(trimaran) 901: 쌍동선(Catamaran)
905: 선체(hull) 906: 회전력발생장치
907: 회전력전달장치

Claims (20)

  1. 일측이 폐쇄되고, 타측 일부에는 개방부가 형성되며, 그 내부에는 제1 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체;
    일측이 상기 잠수부력체의 타측 개방부에 삽입되어 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체; 및
    상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되되,
    상기 잠수부력체의 전체적인 형상은 유체나 기체의 유동저항을 최소화할 수 있도록 유선형으로 이루어질 수 있으며,
    또한, 상기 잠수부력체의 일측이 폐쇄됨으로써 형성되는 상기 제1 부력공간은 발전장치를 물 위에 띄울 수 있는 부력을 제공함과 동시에 발전설비들이 수납될 수 있는 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  2. 일측이 폐쇄되고, 타측 일부에는 개방부가 형성되며, 그 내부에는 제1 부력공간이 형성되어 있으며, 일측 외주면에는 제1 날개부가 구비되어 있는 잠수부력체;
    일측이 상기 잠수부력체의 타측 개방부에 삽입되는 것으로, 상기 잠수부력체가 회전가능하게 결합되는 회전체; 및
    상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되되,
    상기 잠수부력체의 전체적인 형상은 유체나 기체의 유동저항을 최소화할 수 있도록 유선형으로 이루어질 수 있으며,
    또한, 상기 잠수부력체의 일측이 폐쇄됨으로써 형성되는 상기 제1 부력공간은 발전장치를 물 위에 띄울 수 있는 부력을 제공함과 동시에 발전설비들이 수납될 수 있는 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전장치에는 내부로 용이하게 출입할 수 있는 밀폐성이 강한 출입수단이 하나 또는 그 이상 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 잠수부력체에는 사방이 밀폐된 제2 부력공간이 최소한 하나 이상 더 구비될 수 있으며,
    또한, 상기 발전장치를 수중에 잠수시키는 경우, 잠수 수심이 깊어짐에 따라 개방부를 통하여 전달되는 수압의 증가로 인하여 상기 제1 부력공간 내부에 잔존하는 공기의 부피가 감소될 때, 상기 감소된 공기의 부피를 보충하기 위한 공기보충수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 개방부의 끝단과 상기 회전체의 사이는 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있는 것을 특징으로 하며,
    또한, 상기 개방부의 끝단이 내측으로 연장된 결과, 상기 개방부의 내측 둘레(의 길이)가 축소되고, 더불어 이에 대면하는 부위의 회전체의 둘레(의 길이)가 축소되는 경우에도, 상기 개방부의 끝단과 상기 회전체의 사이가 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 씰링수단에 의하여 방수밀봉된 잠수부력체의 타측 개방부는 위로 향하고 폐쇄된 일측은 아래로 향하게 구성되어질 수 있으며,
    또한, 아래로 향한 일측 폐쇄부의 내측은 밸러스트탱크로 이용되어 질 수도 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 잠수부력체에 있어서, 패쇄된 일측에도 개방부가 추가로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전장치에는 밸러스트탱크가 추가로 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 잠수부력체의 내측 중앙에는 부력체연장축이 상하방향으로 구비될 수 있으며, 상기 회전체는 상기 부력체연장축에 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체는 부력체로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회전체의 중심부에는 회전체중심축이 상하방향으로 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전수단은 회전자와 고정자를 포함하여 구성되며, 상기 고정자와 회전자는 서로 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전수단은 하나 또는 그 이상의 발전기(generator)로 구성되어질 수 있으며,
    또한, 상기 발전수단에는 증속수단이 추가로 포함되어 구성되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전장치에는 계류수단이 추가로 구비되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전장치에는 회전용 지지축으로 해저계류축 또는 해저고정축이 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전장치에는 상기 제1 날개부의 회전방향에 대하여 서로 반대방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 제2 날개부가 추가로 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1, 제2 날개부는,
    다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임; 및
    상기 날개프레임의 일면에 결합되어지는 날개;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 날개프레임은 다수개가 방사형으로 구비되고,
    또한, 상기 날개는 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질로 구성되어지는 것을 특징으로 하며,
    또한, 상기 날개는, 수평 유동하는 유체나 기체가 상기 날개프레임의 다수개의 격자망 구멍들을 통과하지 못하게 차단하는 역할을 할 수 있도록 구성되며,
    또한, 상기 날개프레임의 격자망은, 상기 유체나 기체의 수평 유동 압력을 받아 상기 날개가 상기 날개프레임의 격자망 표면에 밀착되면서, 상기 유체나 기체의 수평 유동 압력이 상기 날개프레임에 잘 전달되게 지지하는 역할을 할 수 있도록 형성되어지는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 날개는 다수개로 이루어지고, 상기 다수개의 날개는 일측 가장자리만 상기 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되고, 그 외의 측면은 상기 날개프레임의 격자망 표면으로부터 이격될 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 다수개의 날개 중 일부 또는 전부는,
    두루말이 형태로 말림가능하게 구성됨으로써, 유체나 기체의 수평유동 속도에 대응하여 날개깃의 길이를 짧거나 길게 조정할 수 있게 구성되어, 상기 날개부의 회전속도가 항상 일정하게 되도록 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 다수개의 날개 중 일부 또는 전부는,
    날개의 전체면이 상기 날개프레임의 일면에 부착, 고정됨으로써, 상기 날개프레임에 형성된 다수개의 격자망 구멍들 전체를 완전히 차단하는 방식으로 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10331756A (ja) * 1997-05-30 1998-12-15 Teruhide Horiei 流体エネルギー変換装置
KR200239344Y1 (ko) * 2001-03-16 2001-10-26 김장열 유체 흐름에 따른 동력발생 회전체.
US7318702B2 (en) * 2005-06-10 2008-01-15 Buedi Joseph Benedek River turbine
KR20100010198A (ko) * 2008-07-22 2010-02-01 정경균 파력을 이용한 동력 및 전기발생장치가 구비된 선박
KR101026196B1 (ko) * 2008-12-01 2011-03-31 허정 조력발전장치
KR20110122971A (ko) * 2010-05-06 2011-11-14 송길봉 수직축 터빈 장치
KR20120062051A (ko) * 2010-12-05 2012-06-14 안영환 바람의 방향에 따라 날개의 각도가 조절되는 수직축형 풍력발전기

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