KR20150068924A

KR20150068924A - 조류 발전 장치

Info

Publication number: KR20150068924A
Application number: KR1020140191043A
Authority: KR
Inventors: 조희남; 조은섭
Original assignee: 주식회사 지앤지테크놀러지
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-06-22
Also published as: KR101774569B1

Abstract

본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로, 수면 위의 공기 저항 등을 줄이는 한편 조류와의 접촉 면적을 극대화하여 저속의 조류에서도 조류 발전량을 극대화함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 조류 발전 장치는, 해저 바닥에 지지되거나 해상에 지지되는 기초 구조물(지주체, 부력체 등)과; 상기 기초 구조물을 통해 수중에 잠기도록 설치되어 조류에 의해 회전하는 회전체(20)와; 상기 회전체에 출몰 가능하게 설치되며 수중에서는 돌출되어 조류에 의해 회전하는 한편 조류방향과 대향면으로 회전 이동하면서 상기 회전체로부터 돌출되지 않도록 삽입되어 저항을 최소화하는 출몰형 블레이드(30)와; 상기 회전체의 회전축에 연결되어 회전력을 전달받아 전기에너지를 발전하는 1개 이상의 발전기(40)로 구성된다.

Description

조류 발전 장치{TIDAL CURRENT TYPE GENERATOR}

본 발명은 조류 및 수류 발전이 가능하도록 발전기가 설치되는 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수, 파도 또는 공기 등의 저항을 최소화하면서 조류(해수, 하천수, 냉각수 등에 의한 흐름)에 의해 큰 회전력을 발생하여 조류 발전 효율을 극대화하는 조류 발전 장치에 관한 것이다.

조류발전은 해수 등이 빠르게 흐르는 수중(해저)에 프로펠러가 장착된 수차발전기를 설치한 뒤 조류의 힘에 의해 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 것이다. 특히 조류발전은 기후변화나 계절에 관계없이 발전이 항시 가능하고 신.재생에너지 중 유일하게 발전 가능량을 예측할 수 있는 에너지원이면서도 태양광이나 풍력에 비해 단위 시설비당 생산전력을 높게 형성시킬 수 있다 라는 점에서 효용성이 매우 좋다.

그러나 조류에너지의 변환, 구조물 설계와 시공, 발전시스템의 적용과 운용 등 복합적인 기술이 요구되고 있어 선진국인 영국, 미국, 독일, 노르웨이에서도 비교적 최근에야 연구를 시작한 상태이고, 특히 영국은 300kW급 시플로우(SeaFlow)·1.2MW급 시젠(SeaGen) 프로젝트 등을 추진하면서 설계 및 제조에서 3~5년 정도 앞선 것으로 보이며 국제표준을 주도해 자국 산업의 경쟁력 강화에 크게 노력하고 있다.

우리나라는 전남 울둘목에 1MW급 실증단지 조성을 완료하였으며 아울러 100kW급 조류발전에 대하여는 실증 단계이고 300kW급은 실증을 시작한 상태이다. 특히 울둘묵에 설치된 조류발전시설의 구조체는 무게가 1,000여 톤에 달하는 거대한 구조물로 구성되며, 상부하우스 높이까지 포함하면 높이가 48m에 이르는 대형의 규모를 갖고 있다. 그러나 이러한 시설들이 아직까지도 상업적 전력생산이 불가하거나 지연되고 있는 것은 적정한 조류의 유속이 확보되지 않거나 적정 유속의 유지시간이 너무 짧아 이를 해결하기 위한 기술적인 여건이 마련되지 않음으로써 결과적으로 경제적인 발전이 어려운 문제가 해결되지 않고 있기 때문이다.

한편, 조류를 이용하는 경우 표준상태(20℃,1기압, 상대습도75％)에서의 공기밀도가 약 1.2라 할 경우 공기밀도보다 물의 밀도가 약 830배 이상으로 큼으로써 동일한 발전용량일 경우 풍력을 이용한 프로펠러보다 수차발전기의 블레이드는 그 크기를 보다 작게 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 풍력을 이용하는 경우에는 통상적으로 풍속이 초속 10~20m내외로 그 속도가 빠른 반면 조류의 속도는 국내의 경우 초속 0.8 ~ 2.0m 내외가 대부분이다.

일반적인 조류발전을 위한 공식은,

PW=1/2NQAV3 이며,

PW : 발전량(W)

N : 발전기 효율

Q : 해수밀도(1.025kg/㎥)

A : 해수통과 접촉면적(㎡)

V : 조류속도(m/sec)이다.

따라서 조류발전 용량은 조류와 접촉 통과되는 블레이드의 면적에 정비례하고 조류속도의 3승에 비례하는 것을 알 수 있다.

한편, 조류발전용 블레이드를 대형화 할 경우 조류속도가 초속2미터 이하로 낮다 할지라도 저속의 블레이드 회전을 증속기어박스를 이용하여 빠른 속도로 변환시킨 후 발전기를 회전시킬 수 있도록 하는 기술의 확보가 가능한 장점이 있으며 발전기를 다극발전기로 사용하게 되는 경우에는 느린 회전수에서도 발전이 가능한 기술이 이미 개발되어 있는 상태이다.

다만 블레이드를 조류방향에 수직으로 접촉하게 하는 조류발전장치에 있어서는 느린 조류속도에서도 발전이 가능하게 하기 위해서는 회전 중심에서 보다 먼 길이에서 조류가 접촉할 수 있도록 할 필요가 있다. 즉,

힘의 크기 모멘트에 있어서.

W = P×L에서

W는 모멘트크기(KN·m)

P는 하중(KN)

L는 길이(m) 임으로 힘은 곧 하중에 길이가 길수록 비례하여 커진다는 것을 알 수 있다 따라서, 지렛대의 원리처럼 블레이드의 길이를 길게 할수록 효과적으로 조류의 힘을 발전력으로 더 용이하게 이용할 수 있게 된다.

따라서, 구조체의 시설에 따르는 비용을 크게 낮출 수 있으면서도 대형의 조류발전용 블레이드를 간편하게 설치하여 운용할 수 있는 조류발전용 블레이드의 개발이 필요하였다.

즉, 수면에서부터 해저바닥까지의 깊이가 40m이고 조석간만의 차가 6m 일 경우 조류가 형성되는 깊이는 34m 에 달해 한쪽의 블레이드 길이가 15미터 이상이어도 가능하다는 결론이고 이처럼 블레이드와 조류의 접촉면적의 증대는 물론 회전면적을 증가시키게 되면 그만큼 비례하여 조류발전의 양도 늘어날 수 있게 된다.

그런데 이러한 대형의 블레이드를 설치한다 할지라도 조류방향이 12시간을 경계로하여 두 번씩 바뀌기 때문에 수차발전기 전체를 조류방향에 일치하도록 변경하거나 조류방향에 맞춰 수차발전기가 내장된 밀폐케이싱(이하 너셀이라 한다)의 전 후단에 각각 블레이드를 설치하는 형태를 갖추거나 아예 너셀을 회전시켜 조류방향과 블레이드의 접촉각이 직각이 되도록 장치를 구성할 필요가 있다.

따라서, 조류방향이 정, 역 방향으로 바뀐다 할지라도 블레이드는 항시 회전될 수 있는 형태로 개발하여 설치될 필요성이 발생되었고 이를 위한 구체적인 기술개발이 요구되었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0697717호(2007년 3월 20일 공고, 발명의 명칭 : 조류 발전 장치) 등에 개시되어 있다.

또한, 조류발전장치를 설치하는 구조체에 대하여는 특허 제10-1022045호(발명의 명칭 : 조류 및 수류발전 구조체 장치 및 설치방법)을 발명하여 일부 구조체 구성에 따른 문제점을 해결한 바 있다.

특히 종래 조류발전장치의 블레이드의 경우 조류속도가 2.0~2.5 m/sec 이상 되지 않을 경우 수차발전기에 연결된 블레이드가 회전을 시작하는 자기기동이 이루어지지 않게 됨으로써 발전이 불가능한 반면에 인천 덕적도 근해와 신안군 및 완도군 일부 해역 등 국내 주요 조류형성 지역에서의 조류 속도가 이에 미치지 못하여 본격적인 조류발전시행에 큰 장애요인으로 부각되고 있는 실정으로서 이로 인해 조류속도가 1.0 m/sec 내외에서도 경제적인 조류발전이 가능한 기술개발의 필요성이 시급하고 지대하게 요구되고 있는 상황이었다.

또한, 종래 프로펠러형 블레이드 또는 헬리컬터빈을 설치한 수직축 또는 수평축 조류발전 장치의 경우에는 통나무나 폐그물 등 수중 부유물에 의해 회전장애가 발생되어 발전이 중단될 수 있는 우려가 높아 이러한 현상을 예방할 수 있는 적정한 방안 구축이 필요하였다.

한편, 완도해역에 조류에너지 자원에 관한 연구를 통해 해수면으로부터 평균 수심 32.2m 중 상위 10% 평균유속이 표층부는 조류유속이 1.62m/sec 이고 중층은 1.53m/sec, 해저바닥 근처의 저층부는 1.32/sec 임이 확인되었던 것처럼 표층부로 갈수록 조류속도가 빠르게 형성되어져 이러한 국내 여타 지역도 유사한 조류의 특성을 효과적으로 활용할 수 있는 기술개발이 필요하였다.

또한, 대체적으로 국내 조류의 속도는 해수면 표층으로 갈수록 빠르고 해저로 내려갈수록 늦어지는 특성을 갖고 있어 이러한 층별 조류속도 분포에 따른 효율높은 블레이드 개발 적용이 필요하였다.

이러한 효과는 수류 속도가 대체적으로 빠르게 형성되는 하천이나 강에서도 동일하게 적용될 수 있는 것으로서 종래 수류속도가 빠르고 수심이 깊은 지역에서의 구조체 설치에 어려움이 있는 문제를 해결할 수 있는 기술로 이해하면 될 것이다.

본 발명은 1.0 m/sec 내외의 저속의 조류 속도에서도 경제성이 있는 조류발전이 가능한 조류발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 조류 방향이 바뀌어도 블레이드의 회전방향이 자연스럽게 바뀌어 조류 형성시간 동안은 항시 발전이 가능도록 하려는데 있다.

본 발명에 의한 조류 발전 장치는, 해저 바닥에 지지되거나 해상에 지지되는 기초 구조물과; 상기 기초 구조물을 통해 회전하는 회전체와; 상기 회전체의 둘레부에 길이 가변 가능하게 설치되어 수중에서는 돌출되어 조류에 의해 회전하는 한편 조류방향과 대향면으로 회전 이동하면서 상기 회전체로부터 돌출되지 않도록 삽입되어 저항을 최소화하는 출몰형 블레이드와; 상기 회전체의 회전축에 연결되어 회전력을 전달받아 전기에너지를 발전하는 1개 이상의 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 조류 발전 장치에 의하면, 조류의 흐름방향이 정방향과 역방향으로 주기적으로 변화가 일어난다 할지라도 항시 회전이 가능함은 물론 수중에서는 조류와의 접촉 면적을 크게 확장시키는 한편 반대쪽에서는 저항을 극소화하여, 조류에 의한 빠른 회전력을 얻어 조류 발전량을 대폭으로 증가하고, 저항의 극소화를 통해 조류가 저속인 조건에서도 충분한 조류 발전이 가능하며 특히 소규모의 투자비용을 통해 큰 조류 발전이 가능하여 조류 발전 장치로서의 신뢰성과 생산성 및 경제성을 모두 만족하는 우수한 기술이다.

결과적으로 국내 외 조류발전 가능 해역을 보다 넓게 확장시켜 신재생에너지 이용율을 크게 확대하는데 크게 기여할 수 있도록 하는 기술이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치의 정면도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 회전통의 사시도.
도 5와 도 6은 각각 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 베이스 블레이드와 출몰형 블레이드의 예시도.
도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 롤타입 출몰형 블레이드의 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 틀과 시트 조합 타입의 출몰형 블레이드의 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 곡선형 가이드부를 보인 도면.
도 10은 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 저항감소구가 적용된 예를 보인 측면도.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 막음판이 적용된 예를 보인 정면도.
도 12는 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 확관형 유입관과 유출관이 적용된 예를 보인 측면도.
도 13a와 도 13b는 각각 본 발명의 실시예 1에 의한 조류 발전 장치에 적용된 베이스 블레이드와 출몰형 블레이드의 수량을 달리한 예를 보인 측면도.
도 14는 본 발명의 실시예 2에 의한 조류 발전 장치를 도시한 사시도.
도 15 내지 도 18은 각각 본 발명의 실시예 2에 의한 조류 발전 장치에 적용된 부력체의 다른 예시도.
도 19는 본 발명의 실시예 3에 의한 조류 발전 장치의 구성을 보인 정면도.
도 20는 본 발명의 실시예 3에 의한 조류 발전 장치의 평면도.
도 21는 본 발명의 실시예 4에 의한 조류 발전 장치의 정면도.
도 22는 본 발명의 실시예 5에 의한 조류 발전 장치의 정면도.
도 23은 본 발명의 실시예 6에 의한 조류 발전 장치의 사시도.
도 24는 본 발명에 의한 조류 발전 장치에 적용된 베이스 블레이드와 출몰형 블레이드의 저항을 조절하기 위한 예시도.
도 25는 본 발명에 의한 조류 발전 장치에 적용된 지주체의 예시도.
도 26은 본 발명의 실시예 7에 의한 조류 발전 장치의 정면도.
도 27은 본 발명에 의한 조류 발전 장치에 적용된 발전기와 회전체의 동력전달구조를 보인 도면.
도 28과 도 29는 각각 도 27에 도시된 구동기어의 예시도.
도 30은 본 발명에 의한 조류 발전 장치에 적용된 발전기와 회전체의 다른 동력전달구조를 보인 도면.
도 31은 본 발명에 의한 조류 발전 장치가 발전소 냉각수용 방수로에 적용된 예시도.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아래에서 본 발명을 설명하는 데에 있어, 관련된 이미 알려진 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 아래 설명되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 제작.생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수도 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명을 설명한다.

<실시예 1>

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 기초 구조물로서 기초 콘크리트 블록(10)과 지주체(11), 지주체(11)에 지지되며 조류에 의해 회전하는 회전체(20)와 출몰형 블레이드(30), 회전체(20)의 회전력을 전달받아 전기에너지를 발전하는 발전기(40)로 구성된다.

기초 콘크리트 블록(10)은 해저 바닥에 지지되며 지주체(11)를 지지하기 위한 구조물이며 프리캐스트 콘크리트 블록으로 이루어져 해저의 바닥에 앵커나 파일 등을 통해 정착될 수 있고 또는 현장 타설될 수도 있다.

지주체(11)는 저부가 기초 콘크리트 블록(10)에 삽입 정착되거나 상면에 앵커로 정착되어 세워지는 다수의 수직대로 구성되며, 이웃하는 수직대들을 연결하는 하나 이상의 횡대와 경사대(도 25 참고)를 구성하여 이루어질 수도 있다.

회전체(20)는 회전축(21), 회전축(21)의 둘레부에 형성되는 1개 또는 2개 이상(도면에는 4개로 도시되었으나 6개 또는 8개로도 구성될 수 있음)의 베이스 블레이드(22)로 구성되거나 또는 베이스 블레이드(22)가 없는 회전축(21)만으로 구성된다.

회전축(21)은 조류에 의해 회전하며 이 회전력을 발전기(40)에 전달한다.

베이스 블레이드(22)는 출몰형 블레이드(30)의 설치를 위하여 구성되며 도면에서처럼 4개가 등간격으로 배열되는 십자형태로 형성될 수 있으며 물론 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 다수의 베이스 블레이드(22)는 하나 이상의 림을 통해 서로 연결되어 휨 변형을 일으키지 않도록 구성되는 것도 가능하다.

다수의 베이스 블레이드(22)에 각각 출몰형 블레이드(30)가 출몰식으로 구성 가능하고 또는 일부의 베이스 블레이드(22)에만 출몰형 블레이드(30)가 적용되는 것도 가능하다. 즉 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 수량은 최적의 조류 발전을 위하여 다양하게 변경 가능한 것이다.

베이스 블레이드(22)는 회전축(21)이 삽입 고정되는 허브의 둘레부에 고정하여 일체로 구성되는 것이 바람직하다.

회전체(20)는 회전축(21)이 수중에 전부 또는 일부가 잠길 수 있고, 물론, 이는 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 크기 등에 따라 달라질 수 있다.

도 4에서 보이는 것처럼, 회전체(20)는 회전축(21)과 베이스 블레이드(22)를 보호하는 회전통(23)이 적용될 수 있다.

회전통(23)은 베이스 블레이드(22)가 외부로 돌출되지 않고 삽입되는 크기이며 수중에 모두 잠긴 상태에서 회전할 경우 베이스 블레이드(22)로 인한 저항을 최소화 할 수 있는 효과가 있게 한 것이다. 단, 베이스 블레이드(22)에는 출몰형 블레이드(30)가 돌출되는 개방부(23a)가 갖추어져 있으며 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)가 조류에 접촉하게 되어 회전함으로써 조류 발전이 가능하도록 한다.

회전통(23)은 수면 위로 돌출된 베이스 블레이드(22)를 덮어 해수나 파도 또는 공기저항을 없애 수중에 있는 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)가 조류에 의해 빠르게 회전하도록 한다.

회전통(23)에 삽입된 출몰형 블레이드(30)를 필요시에만 인출할 수 있도록 즉 보관이나 운반시, 또는 수리보전 등을 위해 발전을 중단하고자 출몰형 블레이드(30)를 수납시킬 필요가 있을 때에는 회전통(23)에서 빠지지 않도록 구성되며, 예를 들어 회전통(23)과 출몰형 블레이드(30)에 서로 연통하는 핀공을 형성하고 상기 핀공에 고정핀(23b)을 끼워 삽입 상태를 유지하도록 한다.

회전축(21)은 회전속도가 균일하여야 발전 효율을 높일 수 있으며 따라서, 베이스 블레이드(22)의 수량과 위치를 감안할 때 일부 베이스 블레이드(22)는 수중에 잠겨 조류에 의해 회전할 때 나머지 베이스 블레이드(22)는 수면 위에 배치되고, 이와 같이 수면 위에 배치되는 베이스 블레이드(22)는 회전축(21)의 회전에 저항을 받게 하여 발전효율을 떨어뜨리게 되는데, 출몰형 블레이드(30)는 이러한 발전효율의 저하를 발생하지 않도록 구성된다.

즉, 출몰형 블레이드(30)는 수중에 잠긴 상태에서는 조류에 의한 큰 회전력을 발생하기 위하여 베이스 블레이드(22)에서 돌출된 형태이고, 반대로 수면 위에서는 저항을 줄이기 위하여 베이스 블레이드(22)의 면적보다 더 큰 면적을 만들지 않도록 베이스 블레이드(22) 안에 삽입 내지 숨겨지는 형태이다.

회전체(20) 내부는 출몰식 블레이드(30)를 제외하고 우레탄폼 또는 스티로폼등 해수침입이 어려운 부력제재를 주입 내지 부착하여 수중에서의 조류발전장치의 하중을 경감할 수 있도록 함은 물론 회전효율을 높이게 한다. 물론 공기압을 유지하여 동일한 효과를 갖게 할 수 있다.

이와 동일한 이유로 출몰식 블레이드(30)에도 부력제재를 주입하여 하중을 경감시키면서 수중에서 상승되어 회전할 때 부력을 작용하게 함으로써 회전효율을 높일 수 있도록 한다.

출몰식 블레이드(30)를 설치하지 않는 경우 조류와 접촉되는 출몰식 블레이드(30)와 반대 측에 위치하는 블레이드의 높이가 과대하게 높음으로써 이를 덮고자할 때는 과도히 덮개의 높이가 높아지고 규모가 커지게 될 뿐 아니라 해수면 상부로 설치하게 될 경우 과도한 하중으로 인해 운용자체가 힘들어질 수 있게 되며, 해수면 상부에 노출되는 때에는 회전체 내부에 출몰식 블레이드(30)를 모두 회전체(20) 내부에 삽입되게 하거나 최소화한 면적만 노출시키도록 함으로써 종래의 문제점을 해결한다.

이와 같은 동작을 원활하게 수행할 수 있도록 하기 위하여 가이드부재(50)가 적용된다.

가이드부재(50)는 출몰형 블레이드(30)의 회전과 출몰을 안내하는 기능을 하며 여기에 회전체(20)를 지지하는 기능을 할 수도 있다.

도 1과 도 3에서 보이는 것처럼, 가이드 부재(50)는 상호 간에 거리를 두고 이격되어 회전체(20)와 출몰형 블레이드(30)를 지지하는 한 개 이상(도면에는 한 쌍으로 도시됨)의 가이드레일(rim)(51), 가이드레일(51)들을 지지하는 복수의 연결간(52) 등의 조합으로 구성되며, 지주체(11)에 고정된다.

가이드레일(51)은 출몰형 블레이드(30)의 회전 경로인 레일의 기능을 하는 것이며 안정적인 회전을 위하여 마주보는 면에 레일홈(53)이 형성되고, 출몰형 블레이드(30)에는 레일홈(53)의 내부에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 롤러(31)가 구성된다. 레일홈(53)은 일측을 향해 개방된 형태이며 가이드레일(51)은 "ㄷ"형태의 채널로 구성 가능하다.

그러나 가이드레일(51)은 현장 여건에 따라 "T"형 채널이나 파이프관 또는 "H"빔 등을 사용하고 복수의 롤러로 지지하는 구조로도 적용할 수 있다. 물론 가이드부재(50)는 출몰형 블레이드(30)가 이동하는 측면 면적을 판재로 가공하고 롤러(31)가 삽입되도록 홈부를 형성하여 운용할 수도 있다.

가이드레일(51)은 원형, 캠형 등 다양한 형태가 가능하다.

가이드부재(50)는 지주체(11)에 높이가 변하지 않는 고정식도 가능하지만, 조수 간만의 차에 따른 수위 변화에 대응하도록 승강 가능하게 구성되는 것이 바람직하며, 지주체(11)에 승강 가능하게 연결되는 승강 가이드(12)(베어링 등)에 고정되어 수위 변화시 승강 가이드(12)를 통해 승강한다. 이러한 경우 회전체(20)는 가이드부재(50)에 회전 가능하게 설치되어 가이드부재(50)와 함께 높이가 조절되어야 한다.

또한 이러한 경우 수위에 상관없이 가이드부재(50) 등이 일정한 수심에 설치되도록 부력체가 적용될 수 있다.

회전체(20)는 가이드부재(50)에 상부에 편심 배치되어, 수면 위에서는 출몰형 블레이드(30)가 베이스 블레이드(22)에 삽입 내지 숨겨지도록 하고 수중에서는 출몰형 블레이드(30)가 펼쳐지도록 한다.

출몰형 블레이드(30)는 1개 또는 2개 이상이 출몰 가능하도록 구성 가능하며, 판형, 박스형, 롤형, 틀과 시트(방수막)의 조합형 등 조류에 의해 회전하는 모든 형태가 사용 가능하다.

예를 들어 도 5에서 보이는 바와 같이, 베이스 블레이드(22)는 내부에 공간이 있는 박스 형태이며, 출몰형 블레이드(30)의 제1출몰형 블레이드(30-1)는 베이스 블레이드(22)의 내부에 삽입되고 제2출몰형 블레이드(30-2)는 제1출몰형 블레이드(30-1)의 내부에 삽입된다.

또는 도 6에서 보이는 것처럼, 베이스 블레이드(22)와 제1,2출몰형 블레이드(30-1,30-2)는 점진적으로 크기가 작으면서 폭방향의 양측이 절곡되어 슬라이딩 가능하도록 연결되어 구성되는 것도 가능하다.

판형의 출몰형 블레이드(30)는 조류가 접하는 판형을 기본으로 하여 휨 변형 방지를 위한 보강리브가 구성 가능하다. 상기 보강리브는 종방향 또는 횡방향의 직선형, 격자형 등 다양하게 구성 가능하다.

이와 같은 구성에 따르면, 해수면 위에 노출된 부분은 회전축(21)을 중심으로 상부에 배치되는 베이스 블레이드(22)의 길이[회전체(20)의 반지름]이며, 이 길이에 의해 가이드부재(50)의 원호의 크기가 결정되고 가이드부재(50)의 원호의 크기가 곧 해수면에 노출되는 베이스 블레이드(22)의 길이가 되며 길이와 너비를 곱하게 되면 베이스 블레이드(22)의 면적이 된다.

베이스 블레이드(22)가 해수면과 직각으로 위치하게 되는 점에서 회전축(21)을 기준으로 대칭되는 위치에 있게 되는 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 길이가 회전축(21)을 중심으로 한 해수면 아래의 가이드부재(50)의 길이가 되며 이때는 베이스 블레이드(22)로부터 모든 출몰형 블레이드(22)가 돌출되어 확장됨으로써 가장 길어진 형태이고 이때의 면적을 최대의 면적으로 한다.

도 7a와 도 7b에서 보이는 것처럼, 롤형의 출몰형 블레이드(30)는 유연성 있는 시트(방수막)가 롤 형태로 감긴 형태이면서 드럼을 통해 베이스 블레이드(22)에 장착되고 단부가 롤러를 매개로 하여 가이드부재(50)에 회전 가능하게 지지되는 구조이며, 상기 시트의 단부가 가이드부재(50)에 연결된 상태이면서 권취모터나 스파이럴 스프링이나 권취밴드를 이용하여 상기 드럼을 감는 방향으로 지지함으로써 회전체(20)의 회전으로 인한 거리 변화에 따라 상기 시트를 감아 상기 시트를 팽팽하게 펼치는 구조일 수 있다.

롤형의 경우 연질 시트를 팽팽하게 지지하기 위하여 폭방향 양측에 지지대(32)가 함께 구성 가능하다. 지지대(32)는 텔레스코픽 타입 등 신축이 가능한 구성이다.

도 8은 틀(33)과 시트(방수막)(34)의 조합형을 도시한 것으로, 틀(31)의 안에 시트(34)가 삽입되면서 둘레부가 틀(33)에 고정되어 구성되는 출몰형 블레이드(30)(30-1,30-2)를 도시한 것이다.

출몰형 블레이드(30)는 경량화를 위하여 틀(프레임)을 고강도 알루미늄 또는 엔지니어링 플라스틱, 또는 FRP 등 경량재질로 제작하고 평판부분을 방수막 재질로 구성할 수 있다.

방수막(34)을 블레이드판 대용으로 사용하게 되는 경우 도 7c에서처럼, 방수막 가장자리에는 일정한 간격을 두고 천공한 홀을 가공하거나 체인 등 간격을 계측 가능한 당김선을 롤러와 연계하여 굽힘이 되지 않는 셔터형 지지판(36)을 받쳐주도록 하여 가이드부재에 의하거나 실린더가 인출되는 길이만큼만 방수막(34)이 인출되도록 하여 조류에 의해 방수포막이 쳐지고 늘어나는 현상을 방지하도록 한다.

출몰형 블레이드(30) 중에서 롤러(31)가 장착되는 가장자리부는 조류가 접촉할 때 와류가 회전중심으로 형성되도록 함으로써 조류의 힘을 이용하는 효율성을 높이기 위해 도 9에서처럼 곡선형 가이드부(35)가 구성된다. 이 곡선형 가이드부(35)는 조류의 방향에 따라 출몰형 블레이드(30)의 양쪽에 형성된다.

출몰형 블레이드(30)는 목재나 금속재질도 가능하지만 그 크기를 대형화하면서도 무게를 감소하기 위하여 에프알피(FRP) 등 섬유강화복합재료를 사용할 수 있다.

섬유강화복합재료는 작용하는 하중을 지지하는 보강섬유와 섬유에 하중을 전달하면서 보호하도록 기지재료로 구성된다. 대체적으로 보강섬유는 유리섬유와 탄소섬유가 사용되어지며 기지재료로서는 폴리에스테르수지와 에폭시수지가 사용되고 있다. 이러한 섬유강화복합재료로 제작되어지는 출몰형 블레이드(30)는 제작의 편의성을 이용하여 대형으로 제작이 가능할 뿐 아니라 다양한 형상으로 제작이 용이하다.

또한, 출몰형 블레이드(30)의 경량화와 경제적인 제작을 위해 나일론 등 합성수지 직조물, 면 직조물 등에 방수도막처리를 한 방수막의 시트를 이용하여 구성할 수도 있음은 물론이다.

출몰식 블레이드(30)는 가로방향을 세로방향보다 크게 하여 조류접촉면적을 크게 하도록 한다.

회전체(20)의 회전 중에 일부 베이스 블레이드(22)가 수면 위로 돌출되어지며 이와 같이 수면 위로 돌출된 베이스 블레이드(22)는 해수, 파도 또는 공기등의 저항을 받아 조류발전의 효율을 저하할 수 있으며 이를 해결하기 위하여 도 10에서처럼 저항감소구(54)가 적용된다.

저항감소구(54)는 수면 위로 돌출되는 베이스 블레이드(22)가 해수나 파도 또는 공기 저항을 받지 않도록 상부를 덮는 크기와 구조이며 가이드부재(50)의 상부에 결합된다. 바람직하게 저항감소구(54)는 유선형의 천정 등으로 이루어지며 상기 천정과 측벽 중 일측 이상이 가이드부재(50)에 고정된다.

이와 같은 저항감소구(54)에 따르면 해상의 해수나 파도 또는 공기가 수면 위로 돌출된 베이스 블레이드(22)를 향해 흐르지 못하고 저항감소구(54)를 따라 외부로 흐르게 되어 회전체(20)와 출몰형 블레이드(30)는 조류에 의해서만 회전하게 된다.

또한 조류 발전의 효율을 높이기 위하여 도 11에서처럼, 가이드부재(50)는 조류의 유입부와 유출부만 개방되고 상기 유입부와 유출부를 제외한 양측이 막음판(55)에 의해 폐쇄된다.

회전체(20)의 회전축(21)을 중심으로 상단 부분은 개방된 상태로 구성하고 하단부분을 막음판(55)으로 구성한다. 이는 베이스 블레이드(22)가 해수면 상부로 회전하면서 상승할 때 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)에 의해 밀려 나오는 대다수의 해수는 좌우 막음판(55)에 의해 유출부(57) 측으로 흘러 나가게 되지만 잔류된 해수는 베이스 블레이드(22) 상부에서 일부 저항을 일으키며 회전체(20) 상부로 밀려 올라오게 되는데 이렇게 밀려 올라오는 해수를 신속히 외부로 배출될 수 있도록 하기 위해 회전축(21) 상부는 아예 개방하거나 막음판(55)을 부분 개방한 개방부(55a)를 구성하도록 하였다.

저항감소구(54)와 막음판(55)은 각각 가이드부재(50)에 고정수단을 통해 분리 가능하게 장착되는 것이 바람직하다.

또한 도 12에서처럼, 가이드부재(50)의 유입부와 유출부에 각각 외측으로 가면서 통수면적이 넓어지는 확관형의 유입관(56)과 유출관(57)이 구성될 수 있다. 유입관(56)을 통해 유입되는 조류는 유입관(56) 면적에 해당되는 조류의 량이 유입되어지게 되고 가이드부재(50)에 이르러서는 면적이 크게 좁아지게 됨으로서 유량은 일정하고 면적이 좁아지게 되어 유속은 당연히 빨라지게 되어 조류발전의 효율을 높여주게 됨은 물론 조류의 각도가 약간의 변화가 있더라도 이를 흡수하여 통과유량을 확보할 수 있는 기능으로 작용하게 된다.

물론 본 발명은 조류의 방향이 바뀌는 경우에 이동하지 않고 설치 상태를 유지하면서 조류 발전이 가능하고 따라서 유입관(56)과 유출관(57)은 기능이 서로 바뀌게 된다.

유입관(56)과 유출관(57)은 나팔관의 형태이며 사각, 원형 등 다양한 단면의 구조가 가능하고 가이드부재(50)에 고정수단을 통해 분리 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

유입관(56)과 유출관(57)은 터빈펌프와 유사하게 가이드부재(50)의 하단과 측면 부분이 막힌 구조에 매우 유용하다.

유입관(56)과 유출관(57)에는 수면에 부유하는 부표, 해저에 정착되는 앵커 등이 연결될 수 있다.

도 13a와 도 13b는 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 수량이 다른 예와 가이드부재(50)를 정원형이 아니 형태를 적용한 예를 도시한 것이며, 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 수량은 다양하게 변경 가능하고 단 동일한 간격으로 배열되어야 할 것이며 또한 출몰형 블레이드(30)는 모든 블레이드(22)에 형성되는 것이 바람직하다. 도면에서처럼 수면 위에 돌출되는 출몰형 블레이드(30)는 베이스 블레이드(22)에 의해 숨겨진 상태이므로 베이스 블레이드(22)보다 돌출되지 않으며 나머지 출몰형 블레이드(30)는 가이드부재(50)와의 거리에 따라 출몰되어 수중에 잠기게 된다.

한편, 조류가 일정 속도 이상의 빠른 속도로 흐르거나 조류에 의해 부유물(통나무 등)이 충돌하는 경우 조류 발전 장치 전체가 전복되거나 파손되는 위험이 있으며 이를 해결하기 위하여 일정 토크 이상의 힘이 가해지면 출몰형 블레이드(30)가 가이드부재(50)로부터 분리되도록 안전수단이 구성되어 조류에 의해 자유 회전함으로써 조류의 하중으로 인한 사고를 방지한다.

상기 안전수단은 예를 들어 출몰형 블레이드(30)의 롤러(31)의 축에 타구단보다 강도가 약한 파단부로서 상기 파단부가 파단됨으로써 출몰형 블레이드(30)와 롤러(31)를 분리하여 가이드부재(50) 등이 조류의 영향을 받지 않도록 한다.

상기 안전수단은 전술한 목적 달성을 위한 모든 것을 포함하는 것이다.

<실시예 2>

도 14에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 기초 구조물로서 부력체(13)가 적용된다.

도면처럼 부력체(13)는 바람직하게 2개 이상이 설치되어 회전체(20)와 출몰형 블레이드(30)와 발전기 및 가이드부재(50)를 안정적으로 지지하며, 물론 2개로 한정되지 않고 1개, 3개 이상도 가능하며 가이드부재(50)를 감싸는 형태로도 설치가 가능하다.

부력체(13)는 가이드부재(50)에 고정되며, 유지보수가 용이하도록 결속수단을 통해 분리 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

또한 지주체(11)를 골조구조로 별도로 설치하여 부력체(13)와 가이드부재(50)를 견고히 고정하여 지지해 줄수 있도록 고정후레임으로 구성할 수도 있다.

부력체(13)는 내부에 부력재(예컨대 공기)가 충진되어 수면에 부유하면서 회전축 및 이와 연결된 출몰형 블레이드(30)가 수중에 잠기도록 하며, 따라서 부력재의 양을 조절함으로써 조류 발전 장치가 잠기는 깊이를 달리할 수 있다.

부력체(13)가 적용되는 경우 발전기는 부력체(13)의 상부에 탑재되는 것이 바람직하다.

부력체(13)는 조류 발전 장치를 일정 심도로 설치하는 기능만 할 뿐 조류 발전 장치의 위치를 유지하지 못하는 단점이 있으며, 따라서 조류에 의해 이동하지 않도록 정착수단이 함께 갖추어진다.

상기 정착수단은 예컨대 해저에 정착되며 길이 조절이 가능한 체인이나 로프 등을 통해 부력체(13) 또는 가이드부재(50)에 연결되는 앵커(14)이고, 바람직하게 다수개인 4개 이상이 설치된다.

본 실시예는 전술한 실시에 1에 비해 해저에 기초 콘크리트 블록(10)과 지주체(11)를 설치하는 비용과 작업을 줄이고 작업자의 안전성도 확보하는 이점이 있다.

부력체(13) 이외의 구성은 전술한 실시예 1과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

이하 부력체를 이용한 다양한 실시예에 대해 설명한다.

부력체(13)는 조류발전장치를 해수면에 부양하는 기능과 설치 깊이를 조정하는 기능과 해저바닥에 가라앉혀진 상태에서 해저바닥과 밀착 고정되어 조류발전장치가 안정되게 셋팅될 수 있도록 하는 기능을 하게 된다.

특히 설비의 보전을 위해 이동하거나 폭풍우 등을 피해 안전한 항구로 피항을 하게 될 경우 해수면에 부양시켜 자체 추진동력이나 예인선에 의해 이동시키는 경우 사용될 때 신속한 이동을 위하여 전 후 선단을 유선형으로 형성한다. 이는 조류발전장치를 설치하여 운용하게 되는 경우에도 조류의 저항으로부터 조류발전장치를 정해진 위치에 안정되도록 하는 역할도 하게 된다.

부력체(13)는 내부에 해수 등을 충만히 유입하면 중량의 증가로 인하여 부력을 상실하고 해저바닥까지 하강하여 가라앉게 할 수 있다. 이때 부력체(13)는 지지 후레임의 기능을 하도록 설치되는 지주체(11)와 함께 구성하여 가이드부재(50)을 안전하게 해저바닥으로부터 보호해 줄 수 있음은 물론 출몰형 블레이드(30)의 회전이 가능하도록 가이드부재(50) 보다는 하부로 더 길게 구성되고 접지면적을 크게 하여 안정감이 있게 해저바닥에 안착될 수 있게 한다. 즉, 해저바닥에 콘크리트를 이용하지 않고 부력체(13)를 이용하여 지주체와 동일한 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다. 도 15에서처럼 이러한 경우 부력체(13)의 저부에는 해저 바닥에 삽입 정착되는 다수의 스파이크(15)가 구성되는 것이 바람직하다. 스파이트(15)는 높이조정볼트나 유압실린더 등을 통해 높이가 조절되도록 구성되어 다양한 수심에 적용되도록 구성될 수도 있다.

또는 도 16에서처럼 부력체(13)의 저부에 높이 조절을 위한 것으로 예컨대 유압실린더(16)를 설치하고 유압실린더(16)를 삼각대형 지지대로 해저 바닥에 정착하는 것도 가능하다.

부가적으로 별도의 수중카메라, 접지센서, 수압계, 진동센서, 수평센서 등 안전센서들을 이용하여 조류 발전 장치의 안착 상태와 운전 중 기울어짐, 위치 이동이나 진동여부 등을 측정 확인하여 즉시적인 조치를 취할 수 있도록 정보를 제공하는 것도 가능하며, 상기 센서 등은 육상의 관리실의 서버와 통신하여 즉각적인 위험 신호를 알려준다.

부력체(13)에 해수를 주입하게 되면 부력이 상실되어 조류발전장치는 해저바닥에 가라앉게 되며 해수를 배수하면서 공기를 주입하게 되면 부양력이 회복되어 해수면에 떠오르게 된다. 따라서 이러한 기능을 확보할 수 있도록 도 17에서 보이는 것처럼, 부력체(13) 내부를 공기층(13-1)과 해수층(13-2)으로 분할하고 공기층(13-1)과 해수층(13-2)에 각각 공기 또는 해수의 주입과 배출을 위한 구성을 적용한다.

예를 들어 부력체(13) 내부에 해수를 주입하게 되면 내부에 담겨진 공기는 외부로 배출되어져 체적치환이 이루어지게 되며 반대로 해수를 배출하게 되면 체적치환을 위해 외부에서 공기를 유입하거나 압축된 가스를 배출시켜 해당 체적을 채워주도록 하여야 한다. 따라서 해수면 상부에 부력체(13) 내부 체적치환을 위한 공기 주입 및 배출관이나 공기압축기 주입기(13-3)를 설치하여 운용하거나 부력체(13) 내부에 질소나 압축공기 등으로 채워진 고압가스 용기를 내장하여 운용할 수 있다.

부력체(13) 내부에 주입되는 해수는 조류발전장치 자체 하중을 이용한 자연 주입방법이나 빠른 주입을 위해 별도의 펌프를 이용할 수 있다. 반대로 부력체(13) 내부에 주입된 해수를 배출시키는 방법으로서는 고압압축공기나 압축가스의 배출에 의한 가압방식이나 배수펌프를 이용할 수 있게 한다.

기본적으로 설치되는 부력체(13)만으로는 해저 바닥에 설치된 조류발전장치를 해수면으로 완전히 부양시키기에는 부족한 경우에 합성고무나 방수막 등으로 제작된 별도의 대형 보조튜브(13-4)를 부력체(13) 측면에 별도 부착하여 함께 운용하거나 부력체(13)의 수밀성이 파손되는 등 장애 발생시 활용이 가능하게 한다(도 18 참고).

부력체(13)는 조류 발전 장치에 고정되고 자신의 부력 조절을 통해 조류 발전 장치를 다양한 수심에 설치할 수 있지만, 다른 방법으로 가이드부재(50)가 승강 가능하도록 구성됨으로써 부력체(13)의 부력을 조절하지 않은 상태에서도 회전체(20)와 출몰형 블레이드(30)의 설치 심도를 조절하는 것도 가능하다. 예를 들어 가이드부재(30)에 레일을 설치하고 부력체(13)를 상기 레일에 승강 가능하게 연결한다. 여기서 가이드부재(50)의 높이 조절 상태를 고정하기 위하여 고정수단이 적용된다.

또한 부력체(13)는 평형을 맞추기 위한 평형수를 저장하는 평형수 저장부가 별도로 구성 가능하고, 다수의 부력체(13)에 구성된 평형수 저장부에 평형수를 적절히 주입함으로써 조류 발전 장치의 밸런스를 맞춘다.

상기 평형수 저장부는 조류발전장치를 수중에 잠기도록 하는 기능도 겸할 수 있다.

기초 구조물은 실시예 1의 지주체(11), 실시예 2의 부력체(13)로 한정되지 아니하고 기초 콘크리트 블록(10)과 지주체(11) 및 부력체(13)가 함께 적용되는 것도 가능하다.

<실시예 3>

도 19에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 실시예 1,2처럼 출몰형 블레이드(30)가 출몰하는 것은 동일하며 단 회전축(21)이 수직으로 세워지고 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30) 및 가이드부재(50)가 횡방향으로 설치된다.

본 실시예에 따르면, 회전축(21)이 수직방향으로 설치됨으로써 출몰형 블레이드(30)의 반대쪽에 배치되는 베이스 블레이드(22)에도 조류가 접촉하게 되어 출몰형 블레이드(30)와 접촉되는 조류방향이 일치하게 되므로 회전효율이 낮아지며, 이러한 저항을 없애기 위하여 회전체(20)와 근접되는 부분에는 저항감소구(58)을 설치한다.

저항감소구(58)는 출몰형 블레이드(30)의 반대쪽에 배치되는 베이스 블레이드(22)에 조류가 흐르지 못하도록 막는 것으로 유선형의 판형 내지 박스형이 바람직하다. 또한, 실시예 1을 설명한 도 11에서처럼, 가이드부재(50)는 조류의 유입부와 유출부만 개방되고 동일한 형태로 유입부와 유출부를 제외한 양측이 막음판(55)에 의해 폐쇄된다.

회전체(20)의 회전축(21)을 중심으로 저항감소구(58)가 설치된 회전구간은 개방된 상태로 구성하고 반대측 구간을 막음판(55)으로 구성한다.

또한 도 12에서처럼, 가이드부재(50)의 유입부와 유출부에 각각 외측으로 가면서 통수면적이 넓어지는 확관형의 유입관(56)과 유출관(57)이 구성될 수 있다. 유입관(56)을 통해 유입되는 조류는 유입관(56) 면적에 해당되는 조류의 량이 유입되어지게 되고 가이드부재(50)에 이르러서는 면적이 크게 좁아지게 됨으로서 유량은 일정하고 면적이 좁아지게 되어 유속은 당연히 빨라지게 되어 조류발전의 효율을 높여주게 된다.

이렇게 함으로써 조류방향이 정, 역방향으로 바뀐다 할지라도 베이스 블레이드(22)에 조류가 접촉되는 것이 방지됨으로써 출몰형 블레이드(30)에 의한 원활한 조류발전이 가능하게 된다.

발전기(40)는 회전축(21)의 상단에 설치되거나 별도의 위치에 체인이나 벨트를 이용하여 구동시킬 수 있음은 당연하다.

본 실시예는 실시예 1의 기초 구조물[기초 콘크리트 블록(10), 지주체(11)] 실시예 2의 부력체(13) 모두가 적용 가능하다.

<실시예 4>

도 21에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 전술한 실시예들과 동일하게 구성되며, 단 회전체(20)를 해저의 바닥쪽에 설치하여 출몰형 블레이드(30)가 수면을 향해 확장되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

나머지 구성은 실시예 1,2와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

전술한 실시예 모두 출몰형 블레이드(30)를 유지보수 등을 위하여 강제로 베이스 블레이드(22)에 수납하도록 구성되는 것이 가능하며, 예를 들어 회전축(21)이나 베이스 블레이드(22)에 권취드럼을 설치하고 상기 권취드럼과 출몰형 블레이드(30)를 로프 등으로 연결하여 상기 권취드럼을 전동식 또는 수동식으로 회전시켜 상기 로프를 강제로 감는 방법으로 출몰형 블레이드(30)를 베이스 블레이드(22)에 수납한다.

상기 권취드럼이 전동식인 경우 전력은 발전기(40)로부터 인가받는 것, 태양광 발전에 의한 전력을 인가받는 것 등 다양하게 실시 가능하다.

<실시예 5>

도 22에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 전술한 실시예들에 사용된 가이드부재를 사용하지 않고 액추에이터를 통해 출몰형 블레이드(30)를 출몰시키는 것을 특징으로 한다.

상기 액추에이터는 유압실린더(60) 등이 가능하다. 유압실린더(60)는 베이스 블레이드(22)에 각각 설치되며 로드(61)가 출몰하는 양방향 실린더이다.

로드(61)는 자유단부가 출몰형 블레이드(30)에 고정된다.

로드(61)의 인출에 의해 출몰형 블레이드(30)가 베이스 블레이드(22)에서 돌출되어 확장하고 반대로 삽입에 의해 베이스 블레이드(22)에 숨겨지게 된다.

본 실시예는 가이드부재를 사용하지 않는 대신 유압실린더(60)의 절첩을 위하여 센서가 갖추어진다.

상기 센서는 회전각도를 측정하거나 해수를 감지하는 센서이며, 각각의 베이스 블레이드(22)와 1 : 1로 설치된다.

즉, 회전체(20)의 회전시 지정된 각도에 도달하거나 해수가 없는 것을 감지하면 유압실린더(60)에 의해 출몰형 블레이드(30)가 베이스 블레이드(22)에 삽입되고 지정된 각도에 도달하거나 해수를 감지하면 유압실린더(60)에 의해 출몰형 블레이드(30)가 베이스 블레이드(22)에서 돌출되어 확장된다.

상기 센서 방식과 달리 다수의 베이스 블레이드(22)의 위치를 감지하는 고정형의 센서를 설치하여 예를 들어 수면에 근접되도록 2개의 고정형 센서를 180도의 각도로 설치하여 일측의 고정형 센서를 베이스 블레이드(22)가 통과할 때 출몰형 블레이드를 돌출되도록 하고 반대쪽의 고정형 센서를 베이스 블레이드(22)가 통과할 때 출몰형 블레이드를 삽입되도록 할 수도 있으며 위치센서 등 다양한 방법을 구성하여 목적에 도달할 수 있음은 당연하며 그 기술은 본 발명의 범위로 간주되어져야 한다.

본 실시예는 기초 구조물로서 실시예 1의 지주체(11), 실시예 2의 부력체(13) 모두가 적용 가능하다.

<실시예 6>

도 23에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 회전체(20)가 바람직하게 2개 이상의 무한궤도(24)를 포함한다.

무한궤도(24)는 기초 구조물에 무한궤도형으로 구동하도록 지지되면서 일측은 회전축(21)이 결합된 구동기어(25)가 타측에는 종동기어(26)가 기초 구조물 등을 통해 설치된다.

무한궤도(24)에는 다수의 베이스 블레이드(22)의 일측 단부가 회동 가능하게 고정되어 베이스 블레이드(22)가 회전하도록 하며, 베이스 블레이드(22)들의 간섭을 막기 위하여 출몰형 블레이드(30)가 베이스 블레이드(22)에 삽입된 최소의 크기보다 큰 폭으로 구성된다.

베이스 블레이드(22)의 일측 단부는 무한궤도(24)에 회동 가능하도록 고정되며, 출몰형 블레이드(30)와 가이드부재(50)는 전술한 실시예들과 동일하고, 이외의 구성도 실시예들과 동일하게 구성된다.

본 실시예에 따르면 출몰형 블레이드(30)가 조류에 의해 회전 및 출몰하며, 이로 인하여 베이스 블레이드(22)와 무한궤도(24)가 회전함으로써 구동기어(25)에 고정된 회전축(21)이 회전하고, 이로써 발전기(40)가 발전한다.

한편, 회전축(21)을 기준으로 하여 거리에 따라 조류에 의한 저항이 달라질 것이며, 이러한 저항차이로 인하여 베이스 블레이드(22)와 출몰형 블레이드(30)의 각 위치에서 회전속도가 달라질 수 있고 이는 조류 발전의 효율을 저하하는 것이므로 이를 해결하기 위하여 도 24에서처럼, 베이스 블레이드(22)에는 통공(22a)이 형성된다. 즉 출몰형 블레이드(30)가 빠진 상태에서 통공(22a)을 통해 조류가 통과하여 저항을 줄일 수 있다.

따라서, 통공은 도면에서처럼 베이스 블레이드(22)에만 형성되는 것으로 한정되지 아니하고 베이스 블레이드(22)와 메인 블레이드(30) 중 일측 이상에 하나 이상이 형성 가능한 것이고 회전축(21)을 기준으로 하여 먼 것일수록 통수면적이 달라질 수 있다.

이는 전술한 모든 실시예에 적용 가능하다.

<실시예 7>

도 26에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 조류 발전 장치는, 출몰형 블레이드(30)를 지지하는 블레이드 지지대(70)가 적용된다.

블레이드 지지대(70)는 2개의 링크바(71,72)가 힌지(73) 결합되어 절첩되며 단부가 각각 출몰형 블레이드(30)에 회동 가능하게 연결되는 링크 타입으로서, 출몰형 블레이드(30)를 따라 복수단으로 설치되어 출몰형 블레이드(30)를 지지하며, 롤링과 접힘이 가능한 유연성 있는 출몰형 블레이드(30)에 효과적으로 적용된다.

도면에서처럼 링크식 블레이드 지지대(70)는 출몰형 블레이드(30)의 길이방향을 따라 복수개(도면에는 3개로 도시됨)가 출몰형 블레이드(30)의 전후 양측에 함께 적용 가능하고, 물론, 전후 양측 중 일측에만 적용되는 것도 가능하다.

도 27은 회전체(20)와 발전기(40)의 다른 동력전달의 구성을 보인 것으로, 발전기(40)를 회전축(21)과 연결하지 않고 회전력을 발전기(40)에 전달하는 것이며, 회전체(20)에 원형의 띠 형태로 형성되는 구동기어(41), 구동기어(41)에 치차 결합되며 발전기(40)의 축과 직접 또는 간접적[증속기(43) 연결, 구동기어(41)의 지름이 작아 발전기(40)의 최소 회전수 확보를 위한 기어비 확보가 힘들 경우 증속기를 통해 연결]으로 연결되는 종동기어(42)로 구성된다. 발전기(40)는 예컨대 판상의 베이스(44)를 통해 회전체(20)나 지주체(11) 등에 고정되거나 승강 가능하게 설치된다. 발전기(40)의 베이스(44)의 승강 방식은 부력에 의한 승강 등 다양한 방식이 가능하다.

구동기어(41)는 종동기어(42)보다 큰 직경으로 구성되며, 이러한 구성의 이유는 다음과 같다.

출몰식 블레이드(30)를 이용한 조류발전장치는 조류의 항력을 이용한 구조이다.

따라서 출몰식 블레이드(30)의 끝부분에서의 회전이동속도는 조류속도 이상을 구현하기 힘들다.

이러한 결과 출몰식 블레이드(30)의 반경이 작은 것과 큰 것이 함께 조합되어 구성된 출몰식 블레이드(30)를 갖는 조류발전장치의 경우 반경이 작은 것과 큰 것이 동일한 회전체(20)에 결합되어 조류의 힘을 이용하여 회전하게 될 경우 1회전에 소요되는 시간은 동일한 반면 반경이 작은 것과 큰 것이 회전하면서 그리는 원호에서의 단위 길이당 속도는 당연히 반경이 작은 것보다 반경이 큰 출몰식 블레이드(30) 쪽이 커지게 된다. 당연히 회전체(20)의 반경이 작은 것보다 큰 것이 원호에서의 단위 길이당 속도는 커지게 마련이다. 또한 동일한 피치로 산정할 경우 회전체(20)의 반경이 작은 것인 경우 기어의 치차 수가 작게 형성되어지며 반경이 큰 회전체(20)의 경우에는 기어의 치차수가 더 많아지게 되는 것은 당연하다.

따라서, 회전체(20)의 회전축(21)에 직접 발전기(40)를 결합하게 되는 경우에는 발전이 가능한 최소한의 회전수를 확보하기 위해 기어비가 큰 증속기를 회전축(21) 등에 연결하여 발전기를 가동하여야 하는 반면, 회전체(20) 직경을 크게 구성하고 원주면 측면에 내치형(도 29 참고) 또는 외치형의 구동기어(41)(도 28 참고)에 종동기어(42)를 결합하거나 도 30에서처럼 회전체(20)에 벨트풀리(45)를 구성시키면서 발전기(40)와 벨트풀리(45)를 벨트(46)로 연결하고 발전기 또는 증속기 측의 기어나 체인기어 또는 벨트풀리의 직경을 작게 하여 결합시킬 경우 대형 회전체(20)의 회전력만으로도 발전이 가능한 구조 구성이 이루어질 수 있을 뿐 아니라 증속기를 설치한다 할지라도 기어비를 크게 줄일 수 있어 증속기의 체적이 크게 감소되어 설치비와 운영유지비의 절감을 기할 수 있게 된다.

회전체(20)에 기어에 발전기측 기어를 결합시키기 위해 발전기 기어를 회전체(20)의 기어 외측면, 또는 내측면에 이동시켜 밀착시킬 수 있는 슬라이딩 및 압착구동장치를 구성하는 것도 가능하며, 예를 들어 발전기(40)가 장착된 베이스(45)를 수동으로 전후진 가능하게 설치하거나 압착구동장치(유압이나 수압 등)를 통해 전후진 가능하도록 설치하는 것이 가능하다.

발전기측 기어는 회전체(20) 상부측에 설치하도록 하여 하부측에서 조류의 힘이 부가되는 반대측에서 기어결합이 이루어져 힘의 균형이 이루어지도록 한다.

구동기어(41)는 회전체(20)에 결합되는 대형이기 때문에 다수개로 분할하여 회전체(20)에 조립하는 방법으로 적용하는 것이 제조와 취급(보관, 운반, 설치)이 용이하도록 한다.

조립기어치차를 구분 분할하여 크기별로 일정한 반경값으로 주물가공하고 치차를 가공하여 순차적으로 레고블럭처럼 결합시켜 구성되도록 하여 대형 기어가공 및 설치가 용이하도록 하였다.

또한, 발전기(40)는 해수면 상부나 부력체(13) 상부에 설치될 수도 있으나 대체적으로 해수면 아래 수중에 설치되어 운용되어지는 경우가 많게 됨으로써 발전기(40) 내부로 해수가 유입되지 않도록 높은 수밀성을 유지하는 것이 조류발전의 필수적인 요건이라 할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 발전기(40) 또는 발전기(40)와 풍력발전기에서 사용되는 통상의 증속기를 수납할 수 있는 수밀성 있게 조립되는 밀폐형의 넛셀을 구성하고 상기 넛셀 내부에는 발전기(40)가 설치되는 수중압력보다 높은 일정한 압력을 유지할 수 있도록 가압장치를 구성하도록 하였다.

상기 가압장치는 압력조정장치가 있어서 일부 누설구간이 있어 가압된 공기나 기체가 빠져 나갈 경우 지속적으로 압축공기나 기체를 상기 넛셀 내부에 공급하여 해수가 발전기(40)가 설치된 공간인 상기 넛셀 내부로 유입되지 않도록 하는 것이다.

또한 상기 가압장치는 외부기체를 인입시켜 콤푸레셔를 이용하여 가압하여 공급하는 것 또는 상기 넛셀 내부 또는 외부에 설치된 고압실린더에 저장된 압축기체를 이용하는 것 또는 조석간만의 차이로 형성되는 수위에 의해 형성되는 해수압과 상기 넛셀 내부 압력 차이를 계측하여 그 신호에 따라 가압과 퍼지를 시행하여 상기 넛셀 내부의 압력을 조정하는 것 중 하나 이상이다.

한편 출몰식 블레이드(30)의 길이를 길게 할수록 회전축(21)에 가해지는 힘의 크기는 비례하여 커지며, 특히 도 31에 도시된 것처럼, 본 발명의 조류발전장치가 발전소 냉각수용 방수로(1)에 설치되는 경우 방수로 높이만큼 출몰식 블레이드(30)를 길게 할 수 있으면서도 상부에는 노출부위를 최소화할 수 있는 구조로 설치할 수 있어 운용에 효율적이다. 또한 같은 이유로 하여 깊이가 깊지 않은 하천이나 강의 수면에 설치하여 운용하기가 편리하다 하겠다.

그리고, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 기초 콘크리트 블록, 11 : 지주체
12 : 승강 가이드, 13 : 부력체
14 : 앵커, 15 : 스파이크
16,60 : 유압실린더, 20 : 회전체
21 : 회전축, 22 : 베이스 블레이드
23 : 회전통, 24 : 무한궤도
25 : 구동기어, 30 : 출몰형 블레이드
31 : 롤러, 32 : 지지대
33 : 틀, 34 : 시트
35 : 가이드부, 40 : 발전기
50 : 가이드부재, 51 : 레일
52 : 연결간, 53 : 레일홈
54 : 저항감소구, 55 : 막음판
56 : 유입관, 57 : 유출관
58 : 조류유도판,

Claims

해저 바닥에 지지되거나 해상에 지지되는 기초 구조물과;
상기 기초 구조물을 통해 회전 가능하게 설치되는 회전체(20)와;
상기 회전체의 둘레부에 길이 가변 가능하게 설치되며 수중에서는 상기 회전체에서 돌출 확장되어 조류에 의해 회전하는 한편 조류방향과 대향면으로 회전 이동하면서 상기 회전체로부터 돌출되지 않도록 수납되거나 둘레부에 근접 밀착되어 저항을 최소화하는 출몰형 블레이드(30)와;
상기 회전체에 동력전달수단을 통해 동력 전달 가능하게 연결되어 회전력을 전달받아 전기에너지를 발전하는 1개 이상의 발전기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 기초 구조물에 지지되는 한편 상기 회전체가 편심 설치되어 상기 출몰형 블레이드의 회전경로를 제공하는 하나 이상의 가이드부재를 포함하며, 상기 출몰형 블레이드는 단부가 상기 가이드부재에 연결되어 조류에 의해 회전하면서 상기 가이드부재를 레일로 하여 출몰하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 가이드부재는 레일홈(53)이 포함되고, 상기 출몰형 블레이드는 상기 회전체로부터 먼 곳에 형성되는 롤러(31)를 포함하여 상기 레일홈을 따라 이동하는 상기 롤러(31)의 안내를 받아 회전하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 일측이 상기 회전체에 지지되는 한편 타측이 상기 출몰형 블레이드에 연결되며 유체의 주입과 배출을 통해 상기 출몰형 블레이드를 강제로 출몰하는 액추에이터인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전체는 상기 기초 구조물에 의해 지지되며 상기 출몰형 블레이드의 회전을 위한 무한궤도를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전체는 상기 회전축의 둘레부에 형성되는 2개 이상의 베이스 블레이드(22)를 포함하고, 상기 출몰형 블레이드는 상기 베이스 블레이드 중에서 어느 하나 이상의 베이스 블레이드에 돌출되도록 삽입되거나 돌출되도록 겹쳐지는 판형, 감김 또는 풀림에 의해 좁아지거나 넓어지는 롤형, 절첩이 가능한 유연성있는 시트형, 틀과 상기 틀 안에 결합되는 시트의 조합형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 출몰형 블레이드 중에서 판형의 출몰형 블레이드와 틀과 시트의 조합형의 출몰형 블레이드는 각각 1개 또는 서로 연쇄적으로 연결되는 2개 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 기초 구조물 또는 가이드부재에 설치되며 상기 출몰형 블레이드가 삽입되는 베이스 블레이드를 덮어 공기 또는 조류의 저항을 줄이는 저항감소구를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 회전체의 베이스 블레이드와 상기 출몰형 블레이드의 일면에 형성되어 상기 베이스 블레이드와 출몰형 블레이드를 지지하는 보강리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 회전체는 상기 베이스 블레이드들이 내부에 삽입되며 상기 출몰형 블레이드만 수중에 돌출되어 조류에 의해 회전하도록 하는 회전통(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 가이드부재는 상기 기초 구조물에 지지되며 상호 간에 거리를 두고 이격되어 상기 회전체와 출몰형 블레이드를 지지하는 한 쌍 이상의 레일, 상기 가이드레일을 지지하는 복수의 연결간으로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 가이드부재는 조류의 유입부와 유출부가 각각 개방되고 상기 가이드부재 양측이 막음판(55)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 12에 있어서, 상기 유입부와 유출부에 각각 외측으로 가면서 통수면적이 넓어지는 확관형의 유입관(56)과 유출관(57)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전체는 상기 기초 구조물에 승강을 통해 높이가 조절되어 일정 수심에 잠기도록 설치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전체는 상기 회전축이 횡방향 또는 종방향으로 설치되며, 상기 회전체가 해수면쪽이나 해저의 바닥쪽에 편심 설치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 3에 있어서, 일정 토크 이상의 힘이 가해지면 상기 출몰형 블레이드가 상기 가이드부재에서 분리되도록 하는 안전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 기초 구조물은 해저의 바닥에 시공되는 기초 블록 위에 세워지며 상기 가이드부재가 설치되는 복수의 지주체(11)인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 기초 구조물은 상기 가이드부재에 고정되며 수면에 부유하는 부력체(13)인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 18에 있어서, 상기 부력체 또는 상기 가이드부재에 연결되면서 해저의 바닥에 정착되어 상기 조류 발전 장치를 정착하는 정착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 18에 있어서, 상기 부력체는 내부가 공기층과 해수층의 층상 구조로 분할되어, 상기 공기층에 주입되는 공기의 양과 상기 해수층에 주입되는 해수의 양을 이용하여 상기 조류 발전 장치의 설치 위치를 변경하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 18에 있어서, 상기 부력체 정착수단은 상기 부력체의 저부에 장착되며 상기 해저 바닥에 정착되어 해저의 바닥을 지지기반으로 하여 상기 조류 발전 장치를 정착하는 다수의 스파이크인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전체와 상기 출몰형 블레이드 중에서 일측 이상에 형성되어 조류의 저항을 줄이는 통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 출몰형 블레이드를 지지하는 블레이드 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 23에 있어서, 상기 블레이드 지지대는 2개의 링크바가 힌지 결합되어 이루어지면서 상기 출몰형 블레이드에 각각 회동 가능하게 연결되는 링크식인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 동력전달수단은 상기 회전체에 원형 띠 형태로 형성되는 구동부, 상기 구동부와 상기 발전기의 축을 연결하는 종동부로 구성되는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 25에 있어서, 상기 구동부는 내부 또는 외부에 기어가 형성된 구동기어 또는 벨트풀리이며, 상기 종동부는 상기 구동기어에 치차 결합되어 회전하여 상기 발전기의 축에 회전력을 전달하는 종동기어 또는 상기 벨트풀리와 상기 발전기의 축에 감기는 벨트인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 회전체와 출몰형 블레이드 중에서 하나 이상에 형성되어 상기 회전체와 출몰형 블레이드의 하중을 경감하는 부력제재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 1에 있어서, 내부에 상기 발전기가 수납되는 밀폐형의 넛셀과;
상기 넛셀 내부와 외부의 압력차에 의해 외부의 물이 상기 넛셀 내부에 침투하는 것을 방지하기 위하여 상기 넛셀 내부의 압력을 상기 넛셀 외부의 압력보다 높게 조정하는 가압장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.
청구항 28에 있어서, 상기 가압장치는 외부기체를 인입시켜 콤푸레셔를 이용하여 가압하여 공급하는 것 또는 상기 넛셀 내부 또는 외부에 설치된 고압실린더에 저장된 압축기체를 이용하는 것 또는 조석간만의 차이로 형성되는 수위에 의해 형성되는 해수압과 상기 넛셀 내부 압력 차이를 계측하여 그 신호에 따라 가압과 퍼지를 시행하여 상기 넛셀 내부의 압력을 조정하는 것 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 조류 발전 장치.