KR20150093305A - 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치 - Google Patents

Abstract

조류에 의해서 흐르는 물 이용하는 조류 발전장치를 제작 설치, 구성하는데, 상부의 사각형 입구통; 좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하며 좌우 대칭의 중심에 자유롭게 움직이는 댐퍼를 설치하여 물이 흐를 때 밀려서 반대 방향의 통로를 닫게 하여 물을 중앙부를 통과하여 하부로 보내는 상부 사각형 입구통이 중앙부의 원통형 터빈 발전기의 하우징과 결합 구성하며,
중앙부의 원통형 하우징; 상부의 사각형 입구통과 하부의 사각형 출구통을 상하로 결합시켜서 수직 방향으로 바꾸어 위에서 들어오는 물을 아래로 통과시키며 원통형 터빈 발전기를 설치할 수 있는 공간을 확보하여, 원통형 터빈과 발전기를 육상의 공장에서 일체형으로 설치하는 중앙부의 원통형 하우징을 결합 구성하며,
하부의 사각형 출구통; 좌/우가 완전히 개방된 사각형 통로를 형성하며 좌우로 통과하는 물을 열거나 닫게 하여 상부 입구에서 들어오는 물이 같은 방향으로 나가도록 작동하는 댐퍼를 설치하여 양방향의 조류가 원통형 하우징에서는 상부에서 하부로 항상 수직방향으로 흐르게 하면서 원통형 터빈발전기를 구동하여 양방향으로 흐르는 조류를 이용하여 양질의 전기를 발전할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공한다.
[색인어] 밀물, 썰물, 조류, 원통형 터빈, 물흐름 차단 자동댐퍼

Description

밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치{omitted}

본 발명은 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치에 관한 것으로, 기본적으로는 물이 흐르는 운동에너지를 이용하는 수력발전장치 기술이지만, 댐을 건설하지 않고 자연이 만든 지구와 달의 인력으로 발생하는 밀물과 썰물의 조류를 그대로 활용하는 신 재생에너지장치 기술이다.

물의 흐름을 이용하는 발전방식은 기본적으로 대형 댐을 건설하여 위치에너지로 흐르는 물을 이용하는 수력발전장치가 있으며, 방조재를 건설하여 물의 흐름을 일정한 수문으로 흐르게 하여 날개형 수차 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 조력발전장치가 일반적이지만 이들은 모두 대형 토목공사가 선행되어야 하며 설치하고 운용하는데 자연계의 흐름을 제한해야 하는 등 수많은 난관이 있어 경제적인 발전을 하는 데에는 많은 문제를 안고 있었으며, 종래의 날개형 수차 터빈을 이용하여 진도 울돌목에 조류발전장치를 건설하여 운용하였으나 급격한 조류에 설치하기에도 어려움이 많았으며 시설공사 설치비에 대비하여 발전출력이 저조하여 경제성이 없었던 단점을 보완하여 개발된 본 발명은 저비용으로 안전한 조류발전 설비를 육상에서 조립을 완료하여 조류발전에 적합한 위치에 닻을 내리는 것처럼 엥커링만 하면 설치할 수 있고 보다 효율적인 발전을 할 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 조류발전에 대비하여 저비용 고효율로 경제적인 조류발전장치를 설치할 수 있음은 물론이며 기존의 수력발전장치에 적용하여 발전효율을 향상시키며, 관리 및 정비유지 보수의 안전성을 높일 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치에 관한 것이다.

회전동력을 얻는 원동기장치로서 가장 오랜 역사를 가진 것은 풍차와 수차라고 할 수 있을 것이다.열기관장치의 기술로 산업혁명을 일으킨 이후, 원동기장치에서 회전동력을 얻는 동력원을 열이라고 하며 용량을 열량으로만 표시하는 경우가 있는데 이는 유체기계의 핵심기술인 회전동력 원동기장치를 전체적인 에너지변환 작동원리로 나타낸 것이 아니라 단편적인 일부분의 해석이라 할 수 있다.

실제는 연소실의 연소열이 사용유체에 전해져 사용유체가 고압으로 팽창하여 저압으로 흐를 수 있도록 작용 되었으며, 이것은 액체인 물이 높은 위치에서 낮은 위치로 흐르는 것과 같이, 고압측의 사용유체가 저압측으로 흐르면서 피스톤이나 수차 또는 풍차 터빈의 경사진 날개를 밀면서 출구로 빠져나가는 사용유체의 운동에너지로 회전동력을 얻게 되는 것이다.

즉 원동기장치에서 회전동력으로 얻게 되는 에너지는 E = M x V²x 1/2 에 의해서 유체의 운동에너지를 유체기기의 회전동력으로 획득하여 이용하는 것이다.

높은 곳에서 위치에너지를 보유한 물이, 낮은 곳으로 흐르는 운동에너지는 바다에서 조류가 흐르는 운동에너지와 마찬가지이며, 열기관장치의 고압스팀이나 연소 되는 고압가스가 고압에서 저압으로 흐르는 것은 대기권에서 공기가 흐르는 바람이나 마찬가지로 크고 작은 입자의 운동으로 인공적인 바람이라고 할 수 있다.

이렇게 모든 종류의 사용 유체 운동은 에너지를 보유하고, 전달하는 능력이 있으며, 이러한 사용 유체가 흐를 때 운동하는 에너지는 E = M x V²x 1/2 에너지 전환의 용량에 비교되는 다른 형태의 에너지로 변환시킬 수 있다.

기존의 수차나 풍차의 날개형 터빈에서 사용유체가 작용하는 날개깃은 기체 또는 액체가 빠른 속도로 부딪치기 때문에 하나 하나가 돌출된 날개깃의 손상을 방지하기 위하여 초고강도, 초내열, 초경량의 특수강 재질을 사용하기 때문에 재료비용과 제작비용이 막대하게 들었다.

또한, 액체나 기체 등의 사용유체가 흐르는 단면적이 크게 넓어지는 구성과 날카로운 유선형의 날개깃과 부딪치면서 팽창되는데 캐비테이션 현상이 발생하여 속도와 방향이 모두 달라져 분산되기 때문에 터빈 날개깃을 한쪽방향으로 밀어서 회전시켜야 하는 유체 에너지가 낭비되므로 에너지 전환효율이 현저하게 낮았으며, 진동과 소음발생으로 베어링과 회전자축의 고장을 유발시키는 문제점이 있었다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 해류가 통과하는 육지와 섬 또는 섬과 섬 사이의 바다에 흐르는 조류의 운동에너지로 동력을 얻는 날개형 터빈으로 제작된 기존의 조류발전장치에 설치하는 날개형 수차터빈에 비하여 임펠러 외곽에 사용유체를 작용시키는 지렛대 원리로 회전력을 크게 획득하는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 원통과 원통사이의 임펠러를 원통형 일체로 감싸서 결합시킨 구조로 날개 기능을 대신하는 임펠러가 외부로 돌출되지 않음으로 날개 손상 고장이 없는 원통형 터빈으로 수명이 반 영구적으로 사용이 가능한 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 밀물 때와 썰물 때는 조류가 흐르는 방향이 바뀌어 반대로 흐르게 되는데 원통형 터빈을 구동시키는 물을 항상 같은 방향으로 흐르게 하여 전기를 발전할 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 바다에서 해수의 조류가 주기적으로 밀물과 썰물로 형성되면서 반대방향으로 흐르게 되는데 이같이 해수가 흐르는 물의 운동에너지를 적절하게 이용하여 원통형 터빈을 구동하여 연료 소비가 필요 없이 신 재생에너지장치로서 발전을 하고자 하는 것이다.

밀물 때와 썰물 때 상호 반대 방향의 수평으로 흐르는 물을 차단하는 댐퍼로 열거나 닫아서 일정한 수직 방향으로 흐르게 하는 물이 흐르는 통로를 설치하는데,

상부의 사각형 입구통; 좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하며 좌우 대칭의 중심에 자유롭게 움직이는 댐퍼를 설치하여 물이 흐를 때 자동으로 밀려서 반대 방향의 통로를 닫게 하여 물을 중앙부를 통과하여 하부로 보내는 상부 사각형 입구통을 중앙부의 원통형 터빈 발전기의 하우징과 결합시킨다.

중앙부의 원통형 하우징; 상부의 사각형 입구통과 하부의 사각형 출구통을 상하로 결합시켜서 수직 방향으로 바꾸어 위에서 들어오는 물을 아래로 통과시키며 원통형 터빈 발전기를 설치할 수 있는 공간을 확보하여, 원통형 터빈과 발전기를 육상의 공장에서 일체형으로 설치하여 중앙부의 원통형 하우징을 결합시킨다.

하부의 사각형 출구통; 좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하며 좌우 대칭으로 통과할 수 있는 물을 열거나 닫게 하여 상부 입구에서 흘러들어오는 물이 같은 방향으로 흘러나가도록 작동하는 댐퍼가 2개 설치된 하부의 사각형 출구통을 중앙부 원통형하우징과 일체로 결합시켜서 양방향의 조류가 원통형 하우징에서는 상부에서 하부로 항상 수직방향으로 흐르게 하면서 원통형 터빈발전기를 구동하여 양방향으로 흐르는 조류를 이용하여 양질의 전기를 발전할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공한다.

자연에너지가 순환하는 과정에서 활용할 수 있는 신 재생에너지장치 개발은 선진국을 비롯하여 세계 각국의 과제인데 비하여 성과가 미비한 이유는 에너지이용효율이 낮은 날개형 터빈을 사용하는 것이 가장 큰 문제이며, 날개형 터빈은 제작 및 설치가 어렵고 발전소를 설치하기 위해서는 넓은 지역이 필요하며, 잦은 고장 발생으로 보수 및 정비 유지 관리가 어려웠던 것이다.

본 발명은 물의 흐름을 이용하는 수력발전장치나 조력발전장치에 적용하여 발전 효율을 크게 높일 수 있으며, 특히 종래의 날개형 수차 터빈을 이용하여 진도 울돌목에 설치한 조류발전장치에 적용하여 저비용 고효율로 개선할 수 있다.

본 발명은 신 재생에너지활용 기술의 보급에 전환점이 될 수 있을 것이다. 저비용으로 안전한 조류발전 설비를 육상에서 조립을 완료하여 조류발전에 적합한 위치에 닻을 내리는 것처럼 엥커링만 하면 설치할 수 있고 보다 효율적인 발전을 할 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치에 관한 것으로 화석연료로 구축된 에너지체계에서 에너지자원의 빈국인 대한민국이 자연에너지의 흐름을 적절히 활용하는 신기술을 선도하며, 신 재생에너지 산업에 기여할 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치의 전체 구성과 결합을 나타낸 정면절개 사시도.
도 2는 도 1의 전체 결합 구성에서 원통형 터빈 발전기를 분리하여 나타낸 정면 절개도와 평면 절개도를 연결지어서 도시한 사시도.

본 발명은 단편적인 제작기술로 이미 개발되어 있는 제품과 설치기술을 자연 환경에 적절하게 적용시켜서 설치하는 융/복합 엔지니어링플랜트 시스템 기술이다. 융/복합 결합시키는 시스템과 기타 제작 설치에 관한 구성 특성과 실시예의 구체적인 사항은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전 하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명의 실시예에 의하여 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 설명하기 위한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치의 전체 구성과 결합을 나타낸 정면절개 사시도이며, 도 2는 도 1의 전체 결합 구성에서 원통형 터빈 발전기를 분리하여 나타낸 정면 절개도와 평면 절개도를 연결지어서 도시한 사시도이다.

바다에 흐르는 조류가 밀물 때와 썰물 때 상호 반대 방향의 수평으로 흐르는 물을 차단하거나 개방하는 댐퍼로 열거나 닫게 하여 항상 상부에서 하부로 내려가는 일정한 수직 방향으로 흐르게 하는 물이 흐르는 통로를 설치하는데, 도 1과 도2를 참고하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발절장치는 원통형 터빈(100), 회전자축(101), 발전기(200)와 상부 입구 사각형 하우징 좌측의 밀물 출입구(301), 우측의 썰물 흡입구(302), 중앙에 결합되어 있는 물흐름 차단 방향전환 댐퍼(300), 하부 출구 사각형 하우징 우측의 밀물 배출 댐퍼(401), 좌측의 썰물 배출 댐퍼(402), 상부 사각형 하우징과 하부 사각형 하우징을 결합시켜서 수직 통로를 형성하고 원통형 터빈 발전기가 일체형으로 조립될 수 있는 공간을 마련하는 원통형 하우징(201)이 도면과 같이 결합된다.

상부의 사각형 입구통; 좌측의 밀물 흡입구(301)와 우측의 썰물 흡입구(302)는 좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하며 좌우 대칭의 중심에 자유롭게 움직이는 물흐름 차단 방향전환 댐퍼(300)가 자유롭게 움직이도록 설치하여 밀물 또는 썰물로 반대 방향으로 물이 흐를 때 밀려서 반대 방향으로 흐르는 물의 통로를 닫게 하여 물을 중앙부를 통과하여 하부로 보내는 상부 사각형 입구통이 중앙부의 원통형 하우징(201)과 용접으로 결합 고정한다.

중앙부의 원통형 하우징; 상부의 사각형 입구통과 하부의 사각형 출구통을 상하로 결합시켜서 수직 방향으로 바꾸어 위에서 들어오는 물을 아래로 통과시키며 원통형 터빈(100)과 발전기(200)를 설치할 수 있는 공간을 확보하여, 원통형 터빈(100)과 발전기(200)를 육상의 공장에서 일체형으로 설치하는 중앙부의 원통형 하우징(201)을 절단 절곡으로 제작하여 용접 또는 볼트로 고정하여 결합 구성한다.

하부의 사각형 출구통; 좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하며 좌우 대칭으로 통과할 수 있는 물을 열거나 닫게 하여 상부 밀물 흡입구(301)에서 흐르는 물이 수직으로 내려가면서 터빈을 구동하고 하부의 사각 통로에서는 밀물 배출 댐퍼(401)가 열리면서 배출되고, 상부 썰물 흡입구(302)에서 흐르는 물이 수직으로 내려가면서 터빈을 구동하고 하부의 사각 통로에서는 썰물 배출댐퍼(402)가 열리면서 배출되므로서, 터빈을 구동하는 물이 흐르는 방향은 항상 같은 방향으로 흘러나가도록 작동하는 댐퍼가 2개 설치된 하부의 사각형 출구통(400)을 중앙부 원통형 하우징과 일체로 결합 구성한다.

양방향의 조류가 원통형 하우징 내부에 고정 설치된 원통형 터빈(100)에서는 상부에서 하부로 항상 수직방향으로 흐르면서 원통형 터빈(100)과 발전기(200)를 구동하여 양방향으로 흐르는 조류를 이용하여 양질의 전기를 발전할 수 있는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치를 결합 구성한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 원통형 터빈
101: 회전자 축
200: 발전기
201: 원통형 터빈 하우징
300: 물흐름차단 방향전환 댐퍼
301: 밀물 흡입구 302: 썰물 흡입구
400: 하부의 사각형 출구통
401: 밀물 배출댐퍼 402: 썰물 배출 댐퍼

Claims (1)

1. 좌우 대칭의 중심에 자유롭게 움직이는 물흐름 차단 방향전환 댐퍼(300)가 움직이도록 설치하여 밀물 또는 썰물로 반대 방향으로 물이 흐를 때 자동으로 작동하며, 반대 방향으로 흐르는 물의 통로를 닫게 하여 물을 중앙부를 통과하여 하부로 보내는 상부 사각형 입구통이 중앙부의 원통형 하우징(201)과 결합 고정되며,좌/우가 완전히 개방된 사각 통로를 형성하여 좌우 대칭으로 통과할 수 있는 물을 열거나 닫게 하여 상부 밀물 흡입구(301)에서 흐르는 물이 수직으로 흐르면서 터빈을 구동시키고 하부의 사각 통로에서는 밀물 배출 댐퍼(40l)가 열리면서 배출되고, 상부 썰물 흡입구(302)에서 흐르는 물이 항상 수직으로 흐르면서 터빈을 구동하고 하부의 사각 통로에서는 썰물 배출댐퍼(402)가 자동으로 열리면서 배출되므로서, 터빈을 구동하는 물이 흐르는 방향은 항상 같은 방향으로 흘러나가도록 작동하는 댐퍼가 설치된 하부의 사각형 출구통(400)을 증앙부 원통형 하우징과 일체로 결합 구성되며,양방향의 조류가 원통형 하우징 내부에 고정 설치된 원통형 터빈(100)에서는 상부에서 하부로 항상 수직방향으로 흐르면서 원통형 터빈(100)과 발전기(200)를 구동하여 반대 방향으로 흐르는 조류를 이용하여 양질의 전기를 발전할 수 있는 특징을 갖는 밀물과 썰물의 흐름을 이용 원통형 터빈 조류발전장치.

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