KR20150034337A - 밸러스트 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

밸러스트 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸러스트 수력발전장치는, 수면에 부유되는 선체; 선체의 부유 시에 부력에 따른 균형이 조절되도록 밸러스트수가 저장되는 밸러스트탱크; 밸러스트탱크의 밸러스트수를 외부로 배출시키도록 선체에 마련되는 배출유닛; 및 밸러스트수에 대한 배출유닛의 배출경로에 탑재되되, 밸러스트수를 이용하여 발전을 수행하도록 마련되는 발전유닛을 포함한다.

Description

밸러스트 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박{BALLAST WATER GENERATOR AND VESSEL COMPRISING THE SAME}

본 발명은 밸러스트 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸러스트수를 이용하는 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

선박 또는 부유식 해양구조물은, 선체의 균형을 유지하기 위한 안전한 항해를 위해서 충분한 복원력과 적당한 흘수가 필요하다.

만재상태에서는, 이와 같은 조건을 충족시키도록 설계되어 있으나 공선상태에는 흘수가 얕아지며, 트림이 부적당하며 복원력이 부족해진다. 이러한 상태에서 항해가 가능한 상태로 되기 위해서는 해수(海水) ·청수(淸水)가 밸러스트 탱크로 유입되어야 한다. 이때 이러한 해수·청수를 밸러스트수라고 한다. 또한 밸러스트수가 저장되는 밸러스트 탱크로는 이중저(二重底)탱크·선수미(船首尾)탱크·심수(深水)탱크 등이 이용된다.

선체의 개조나 개장(改裝)으로 인해서 복원력·트림 등이 부적당하게 되었을 경우에는 고정적인 밸러스트로서, 고체밸러스트(모래·자갈·코크스 등)를 싣기로 한다.

또한 항해에 적당한 흘수와 트림을 얻기 위해 밸러스트만을 싣고 항해하는 것을 밸러스트 항해라고 한다.

대한민국 특허출원 제10-2009-0121385호

본 발명의 일 실시 예는, 선체의 밸러스트 탱크에 저장되는 밸러스트 수의 배출 시에 배출되는 밸러스트수를 이용하여 발전을 도모하여, 밸러스트수의 저장에 사용된 에너지를 회수할 수 있는 밸러스트 수력발전장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수면에 부유되는 선체; 상기 선체의 부유 시에 부력에 따른 균형이 조절되도록 밸러스트수가 저장되는 밸러스트탱크; 상기 밸러스트탱크의 상기 밸러스트수를 외부로 배출시키도록 상기 선체에 마련되는 배출유닛; 및 상기 밸러스트수에 대한 상기 배출유닛의 배출경로에 탑재되되, 상기 밸러스트수를 이용하여 발전을 수행하도록 마련되는 발전유닛을 포함하는 밸러스트 수력발전장치가 제공될 수 있다.

상기 배출유닛은, 상기 밸러스트수를 가압하여 외부로 토출시키는 가압모듈; 및 상기 가압모듈이 탑재되되, 상기 밸러스트수의 배출경로를 제공하는 배출관로를 포함하며, 상기 배출관로는, 상기 밸러스트수의 낙차를 형성하도록 경사구간, 수직구간, 수평구간 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 경사구간, 수직구간, 수평구간 중 적어도 어느 하나에, 상기 발전유닛이 배치될 수 있다.

상기 발전유닛은, 상기 밸러스트수에 의해 가압되어 회전력을 발생시키는 회전모듈; 및 상기 회전모듈에 연결되어 전기를 생산하는 발전모듈을 포함할 수 있다.

상기 회전모듈은, 상기 배출관로의 수평구간에 교차하게 배치되는 회전축; 및 상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되는 임펠러 형상의 회전날개를 포함할 수 있다.

상기 회전모듈은, 상기 배출관로의 경사구간을 따라 배치되되, 상기 배출관로에 결합되며, 유선형상을 갖는 날개바디; 상기 날개바디에 회전 가능하게 배치되는 회전축; 및 상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개를 포함할 수 있다.

상기 회전모듈은, 상기 배출관로의 외부에서 내부로 상기 수직구간을 따라 배치되는 회전축; 및 상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개를 포함할 수 있다.

전술한 상기 밸러스트 수력발전장치를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 선체의 밸러스트 탱크에 저장되는 밸러스트수의 배출 시에 배출되는 밸러스트수를 이용하여 발전을 도모하여, 밸러스트수의 저장에 사용된 에너지를 회수할 수 있는 밸러스트 수력발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸러스트 수력발전장치가 탑재되는 선박의 개략도이다.
도 2는 도 1의 선박에 탑재되는 밸러스트 수력발전장치의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발전유닛의 일 실시 예에 따른 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 발전유닛의 다른 실시 예에 따른 개략도이다.
도 5는 도 1에 도시된 발전유닛의 또 다른 실시 예에 따른 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명한다. 후술되는 본 발명의 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시 예에 관련하여 다른 실시 예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸러스트 수력발전장치가 탑재되는 선박의 개략도이며, 도 2는 도 1의 선박에 탑재되는 밸러스트 수력발전장치의 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 발전유닛의 일 실시 예에 따른 개략도이며, 도 4는 도 1에 도시된 발전유닛의 다른 실시 예에 따른 개략도이며, 도 5는 도 1에 도시된 발전유닛의 또 다른 실시 예에 따른 개략도이다.

도 1내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸러스트 수력발전장치는, 수면에 부유되는 선체(100)와, 선체(100)의 부유 시에 부력에 따른 균형이 조절되도록 밸러스트수(w)가 저장되는 밸러스트탱크(110)와, 밸러스트탱크(110)의 밸러스트수(w)를 외부로 배출시키도록 선체(100)에 마련되는 배출유닛(115)과, 밸러스트수(w)에 대한 배출유닛(115)의 배출경로에 탑재되되 밸러스트수(w)를 이용하여 발전을 수행하도록 마련되는 발전유닛(130)을 포함한다.

이러한 본 실시 예에 따르면 선체(100)의 밸러스트 탱크(110)에 저장되는 밸러스트수(w)의 배출 시에 배출되는 밸러스트수(w)를 이용하여 발전을 도모함으로써 밸러스트수(w)의 저장 및 배출에 사용되는 에너지를 회수할 수 있다.

밸러스트수(w)는, 선체(100)의 부력에 따른 균형을 조절하는 데 사용된다. 이러한 밸러스트수(w)는, 선체(100)의 부력이 증가하여 배의 부력 중심이 상승될 때, 밸러스트 탱크(110)로 저장되어 선체(100)의 부력 중심을 낮추어 선체(100)의 균형에 대한 안정성을 유지할 수 있도록 하는 데 사용된다.

밸러스트수(w)는, 필요 시에 밸러스트펌프(미도시)에 의해 선체(100)의 밸러스트탱크(110)로 유입되며, 불요 시에 다시 밸러스트펌프(미도시) 또는 배출펌프(미도시)에 의해 선체(100)의 외부로 배출된다.

본 실시 예에 따른 수력발전장치는, 밸러스트탱크(110)로부터 배출되는 밸러스트수(w)를 이용하여 후술되는 회전모듈(132)를 회전시켜 전기를 생산할 수 있으며, 전기생산에 의해서 밸러스트수(w)의 이용에 소모된 에너지를 회수할 수 있다.

이러한 수력발전장치는, 주로 소수력용 발전장치와 유사한데, 밸러스트수(w)의 배출경로에 배치되어 선체(100)에서 외부로 배출되는 밸러스트수(w)의 배출 위치 낙차에 따른 위치에너지를 전기에너지로 저장할 수 있다.

이를 위해서, 본 실시 예에 따른 배출유닛(115)은, 밸러스트수(w)를 가압하여 외부로 토출시키는 가압모듈(117)과, 가압모듈(117)이 탑재되되 밸러스트수(w)의 배출경로를 제공하는 배출관로(120)를 포함한다.

이때 가압모듈(117)은, 밸러스트수(w)를 펌핑하는 밸러스트펌프 또는 배출펌프로서, 밸러스트탱크(110)와 배출관로(120) 사이 또는 배출경로에 배치될 수 있다.

밸러스트수(w)는, 가압모듈(117)에 의해 밸러스트탱크(110)보다 높은 선체(100)의 상부에 있는 작은 저장탱크(118)로 유동된 후, 배출관로(120)를 개폐시키는 개폐밸브(119)를 거쳐 하부 외측으로 토출될 수 있다.

이때 밸러스트수(w)의 선체(100)에 대한 최상부 위치와 토출위치 사이에 전술한 발전유닛(130)을 배치함으로써 발전유닛(130)을 밸러스트수(w)에 의해 가동시킬 수 있다.

후술되는 발전유닛(130)은, 이러한 밸러스트수(w)에 의해 가동될 수 있도록 마련되며, 밸러스트수(w)의 배출속도를 저하시킬 수 있다. 그러나 발전유닛(130)은, 밸러스트수(w)가 정해진 최저 유동속도보다는 감속되지 않도록 밸러스트수(w)에 대해 유동 저항으로 작용한다.

본 실시 예에 따른 배출관로(120)는, 밸러스트수(w)의 낙차를 형성하도록 경사구간(121), 수직구간(123), 수평구간(125) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 경사구간(121), 수직구간(123), 수평구간(125) 중 적어도 어느 하나에, 발전유닛(130)이 배치될 수 있다.

이러한 경사구간(121), 수직구간(123), 그리고 수평구간(125)은 모두 배치될 수 있으며, 두 개 이상이 조합되어 배치될 수 있다. 도 1에서는 수직구간(123)이 점선으로 표시되어 있는데, 경사구간(121)을 대체하여 배치될 수 있는 구조를 상정한 것이다.

이러한 배출관로(120)는, 철재의 파이프로 마련될 수 있는데, 경사구간(121), 수직구간(123), 및 수평구간(125) 중 두 개 이상이 상호 연결되는 경우에는, 밸러스트수(w)가 원활하게 유동될 수 있도록 연결부위가 곡선으로 연결된다.

또한 발전유닛(130)은, 밸러스트수(w)에 의해 가압되어 회전력을 발생시키는 회전모듈(132)과, 회전모듈(132)에 연결되어 전기를 생산하는 발전모듈(140)을 포함할 수 있다.

먼저, 회전모듈(132)이 수평구간(125)에 배치되는 경우를 상정한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 회전모듈(132)은, 배출관로(120)의 수평구간(125)에 상하 방향으로 교차하게 배치되는 회전축(135)과, 밸러스트수(w)에 의해 회전되도록 회전축(135)에 결합되는 임펠러 형상의 회전날개(137)를 포함할 수 있다.

이러한 회전축(135)은, 배출관로(120)의 유동경로에 수직하게 배치되며, 임펠러 형상의 회전날개(137)는 밸러스트수(w)에 의해 회전되도록 배치된다.

회전날개(137)에 결합된 회전축(135)은, 발전모듈(140)에 해당되는 후술되는 영구자석 또는 자기코일이 상대 회전되도록 발전모듈(140)을 가동시킬 수 있다.

이러한 임펠러 형상의 회전날개(137)가 배치되는 배출경로의 일부 구간은, 회전날개(137)의 높이에 맞게 직경이 조절될 수 있다. 즉 회전날개(137)는, 임펠러 형상이므로 임펠러의 높이에 맞게 배출경로가 조절될 수 있다. 이러한 임펠러 형상의 회전날개(137)는 해수펌프 또는 소방펌프의 임펠러와 유사한 구조로서 유동경로에 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이 회전날개(137)에 의해 가동되는 발전유닛(130)은, 밸러스트수(w)에 의해 가압되어 회전력을 발생시키는 회전모듈(132)과, 회전모듈(132)에 연결되어 전기를 생산하는 발전모듈(140)을 포함할 수 있다.

즉 도시되진 않았으나 본 실시 예에 따른 발전모듈(140)은, 상대 회전되도록 배치되는 영구자석과 자기코일을 포함할 수 있다. 이러한 본 실시 예에 따르면, 회전날개(137)의 회전력에 의한 영구자석과 자기코일의 상대 회전을 이용하여 발전을 효율적으로 수행할 수 있다.

이때 자기코일의 배선 방향에 대해 영구자석이 교차하게 상대 이동 또는 이와 반대로 상대 이동됨으로써 유도전력이 발생될 수 있으며, 이러한 유도전력은 도시되지 않은 정류유닛에 정류된 후 축전유닛에 저장되어 사용될 수 있다.

이러한 자기코일은, 영구자석의 이동 방향에 교차하는 유도전류가 생성되도록 배치된다. 또한 영구자석 또는 자기코일은, 상대 이동에 따른 방향으로 밀도 있게 배치되어 더 많은 발전이 이루어질 수 있다.

다음으로, 회전모듈(132)이 경사구간(121)및 수직구간(123)에 배치되는 경우를 상정한다. 후술되는 다른 실시 예 및 그 다음의 또 다른 실시 예는 전술한 실시 예와 회전모듈(132)의 구성에서 다른 뿐 발전모듈(140)과 같은 다른 요소들은 거의 동일하므로, 중복적인 설명은 생략한다.

도 1과 도 2, 그리고 도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전모듈(132)은, 배출관로(120)의 경사구간(121)을 따라 배치되되 배출관로(120)에 결합되며, 유선형상을 갖는 날개바디(245)와, 날개바디(245)에 회전 가능하게 배치되는 회전축(235)과, 밸러스트수(w)에 의해 회전되도록 회전축(235)에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개(237)를 포함할 수 있다.

이러한 유선형상의 날개바디(245)는, 밸러스트수(w)의 배출경로에서 밸러스트수(w)에 부딪히도록 배치되는데, 유선형상이어서 밸러스트수(w)의 유동에 작은 저항으로 작용하며, 회전날개(237)는 날개바디(245)의 전단에 있는 회전축(235)에 결합되어 밸러스트수(w)에 의해 회전될 수 있다.

이러한 회전날개(237)는, 밸러스트수(w)의 이동방향에 대향하게 배치되어 밸러스트수(w)의 통과에 의해 회전될 수 있는 프로펠러 형상을 가지며, 밸러스트수(w)에 의해 회전됨으로써 전술한 발전모듈(140)을 가동시킬 수 있다.

이때 발전모듈(140)은, 날개바디(245)에 내장될 수 있으며, 발전모듈(140)에 의해 생산되는 전기는 날개바디(245)를 배출관로(120)에 결합시키는 결합부재(247)의 내부통로를 지나 외부에 배치되는 축전유닛으로 송전될 수 있다.

이러한 발전모듈(140)의 안전을 위해서, 날개바디(245)의 내부로 발전모듈(140)이 수밀되게 배치되는데, 발전모듈(140)은 날개바디(245) 내에서 몰딩 처리되어 배치될 수 있다.

다음으로, 회전모듈(132)이 수직구간(123)에 배치되는 경우를 상정한다.

도 1과 도 2, 그리고 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전모듈(132)은, 배출관로(120)의 외부에서 내부로 수직구간(123)을 따라 배치되는 회전축(335)과, 밸러스트수(w)에 의해 회전되도록 회전축(335)에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개(337)를 포함할 수 있다.

이때 회전축(335)과 회전날개(337)는, 밸러스트수(w)가 수직으로 낙하되는 수직구간(123)에 배치되어 밸러스트수(w)의 수직 낙차로 가동될 수 있다.

즉 회전축(335)은, 배출관로(120)의 수직구간(123)을 따라 배치되며, 그 하단에는 회전날개(337)가 배치된다. 또한 회전축(335)의 상부에는, 발전모듈(140)이 연결된다. 이러한 발전모듈(140)은, 배출관로(120)의 외부에서 배치된다.

이러한 발전모듈(140)과 배출관로(120)의 결합에서는, 발전모듈(140)의 자기코일과 영구자석에 대한 수밀이 유지될 수 있도록 실링 처리가 견고하게 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 전술한 수력발전장치를 포함하는 선박 또는 해양구조물이 제공될 수 있다. 즉 전술한 수력발전장치는, 밸러스트수(w)를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 발전장치로서, 선박 또는 부유식 해양구조물에 탑재될 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 선박 또는 부유식 해양구조물로 확장될 수 있다.

이처럼 수력발전장치가 탑재되는 선박 또는 부유식 해양구조물은, 선체(100)의 밸러스트 탱크(110)에 저장되는 밸러스트수(w)의 배출 시에 배출되는 밸러스트수(w)를 이용하여 발전을 도모하여, 밸러스트수(w)의 저장에 사용된 에너지를 회수할 수 있으므로, 파워의 효율적인 이용이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.

100: 선체 110: 밸러스트탱크
115: 배출유닛 117: 가압모듈
118: 저장탱크 119: 개폐밸브
120: 배출관로 121: 경사구간
123: 수직구간 125: 수평구간
130: 발전유닛 132: 회전모듈
135, 235, 335: 회전축 137, 237, 337: 회전날개
140: 발전모듈 245: 날개바디
247: 결합부재

Claims (7)

1. 수면에 부유되는 선체;
   상기 선체의 부유 시에 부력에 따른 균형이 조절되도록 밸러스트수가 저장되는 밸러스트탱크;
   상기 밸러스트탱크의 상기 밸러스트수를 외부로 배출시키도록 상기 선체에 마련되는 배출유닛; 및
   상기 밸러스트수에 대한 상기 배출유닛의 배출경로에 탑재되되, 상기 밸러스트수를 이용하여 발전을 수행하도록 마련되는 발전유닛을 포함하는 밸러스트 수력발전장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 배출유닛은,
   상기 밸러스트수를 가압하여 외부로 토출시키는 가압모듈; 및
   상기 가압모듈이 탑재되되, 상기 밸러스트수의 배출경로를 제공하는 배출관로를 포함하며,
   상기 배출관로는, 상기 밸러스트수의 낙차를 형성하도록 경사구간, 수직구간, 수평구간 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
   상기 경사구간, 수직구간, 수평구간 중 적어도 어느 하나에, 상기 발전유닛이 배치되는 밸러스트 수력발전장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 발전유닛은,
   상기 밸러스트수에 의해 가압되어 회전력을 발생시키는 회전모듈; 및
   상기 회전모듈에 연결되어 전기를 생산하는 발전모듈을 포함하는 밸러스트 수력발전장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 회전모듈은,
   상기 배출관로의 수평구간에 교차하게 배치되는 회전축; 및
   상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되는 임펠러 형상의 회전날개를 포함하는 밸러스트 수력발전장치.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 회전모듈은,
   상기 배출관로의 경사구간을 따라 배치되되, 상기 배출관로에 결합되며, 유선형상을 갖는 날개바디;
   상기 날개바디에 회전 가능하게 배치되는 회전축; 및
   상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개를 포함하는 밸러스트 수력발전장치.
6. 제3 항에 있어서,
   상기 회전모듈은,
   상기 배출관로의 외부에서 내부로 상기 수직구간을 따라 배치되는 회전축; 및
   상기 밸러스트수에 의해 회전되도록 상기 회전축에 결합되되, 프로펠러 형상을 갖는 회전날개를 포함하는 밸러스트 수력발전장치.
7. 제1 항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 밸러스트 수력발전장치를 포함하는 선박.

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