KR20170056810A - 플렉시블막 날개를 이용한 양방향 조류 발전용 수차 - Google Patents

플렉시블막 날개를 이용한 양방향 조류 발전용 수차 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플랙시블막이 구비된 조류 발전용 수차에 관한 것으로서, 수차의 날개를 플렉시블막으로 구성시킴으로서 조류의 방향에 따라 양방향 회전이 가능하도록 하고, 블렉시블막의 변형에 따라 조류에 대한 저항력이 극대화되어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 회전축(10)을 중심으로 방사방향으로 다수개가 일정 각도를 유지하며 구성되는 플렉시블막(20)과; 상기 플렉시블막(20)의 지지를 위해 회전축(10)을 따라 일정 간격으로 설치되는 서포트프레임(30);으로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차{WATER WHEEL FOR TIDAL POWER PLANT HAVING FLEXIBLE CURTAIN}
본 발명은 조류 발전용 수차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀물과 썰물에 따른 조류의 방향이 변하더라도 양방향으로 조류발전이 가능하도록 함과 함께 조류에 대항하는 저항력을 극대화할 수 있도록 플렉시블막 날개를 이용한 조류발전용 수차에 관한 것이다.
일반적으로, 조류발전은 밀물과 썰물의 변화에 따라 조수의 흐름이 빠른 입지조건하에서 조류의 흐름을 수차의 회전력으로 변환시켜 에너지를 얻는 원리에 입각하고 있다.
우리나라의 조류발전은 조수간만의 차가 심한 서해에 적당하며 이미 시화호 조력발전소가 건립되어 운용되고 있다.
조수간만의 차를 이용하는 조력발전은 위치에너지를 이용하는 것이나 이를 이용하고자 할 때에는 밀물때 많은 물을 담아야 하는 댐을 건립해야 하기 때문에 많은 시설 비가 소요될 뿐만 아니라 입지조건이 매우 한정적일 수 밖에 없고 생태계 변화로인한 여러가지 문제점을 발생시킨다. 따라서 저비용으로 운용할 수 있는 조력발전은 해류나 유속이 빠르지 않은 곳에서도 양호한 효율을 얻을 수 있는 방법을 찾아야 한다.
이러한 조건을 만족하기 위해서는 일단 저유속에도 큰 회전력을 얻을 수 있는 수차의 개발이 반드시 필요한데, 일반적으로 널리 사용하는 프로펠러나 원형의 수평축 수차구조는 발전이 효과적이지 못해 경제성이 적은 단점이 있다.
이러한 조류발전용 수차에 관련된 종래 일 실시 예로서, 실용신안등록 제78231호에서는 조류에 의하여 매우 효과적으로 회전이 이루어질 수 있는 조류발전용 수차에 관련된 기술이 개시된 바 있다.
도 1은 종래 일 실시 예에 따른 수차를 나타낸 것으로서, 둘레에 다수의 날개(3)가 구비된 회전드럼(1)이 회전축(2)을 중심으로 회동이 이루어지는 구성을 이루는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 상기한 종래 기술에서는 날개가 정형화된 호형의 형상을 이루고 있기 때문에, 조류의 밀물 또는 썰물시 날개의 일측은 물살의 저항이 높아지고 다른 일측은 저항이 작아 저항이 높은 쪽으로 회전을 하게 된다. 하지만 저항이 적은 쪽에서 에너지 손실이 발생하게 되므로 에너지 효율을 높이는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
또한, 저항이 작은 쪽에서의 손실을 줄이기 위해 수차의 날개가 접히는 구조를 가질 수가 있는데, 이는 물살에 의해 날개가 펴지는 시점이 너무 늦어 물살의 힘을 받는 시간이 짧아져 충분한 회전력을 얻는데 문제가 발생된다.
아울러 이러한 수차의 구조는 날개의 견고성이 확보되어야 하기 때문에 재질의 강도와 충분한 두께가 뒷받침되어야 하므로 재료비 및 제작비 상승의 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 조류의 힘에 의해 날개가 양방향으로 힘을 받을 수 있도록 날개를 플렉시블 막으로 구성시킴으로서 수차의 제작비용을 절감할 수 있음과 동시에 에너지효율을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 강한 바람의 영향에 의한 수차의 파손 내지 손상을 미연에 방지할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 조류발전용 수차는, 회전축을 중심으로 방사방향으로 다수개가 일정 각도를 유지하며 구성되는 플렉시블막과; 상기 플렉시블막의 지지를 위해 회전축을 따라 일정 간격으로 설치되는 서포트프레임으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 플렉시블막의 선단부에는 플렉시블막의 처짐을 방지하기 위한 보강살이 연결 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 서포트프레임에 플렉시블막의 보호망이 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 회전축에 플렉시블막이 감겨질 수 있도록 권취롤이 구비되며, 상기 보강살에는 개폐와이어가 연결되고, 상기 서포트프레임 선단부에는 개폐와이어의 권취를 위한 권취모터가 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 수차의 날개를 플렉시블막으로 구성시킴으로서 조류의 방향에 따라 양방향 회전이 가능하게 되며, 블렉시블막의 변형에 따라 조류에 대한 저항력이 극대화되어짐으로서 에너지 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.
본 발명은 유속이 느려 수차의 날개 단면을 넓게해도 제작비용이 적게 들고 또 설치시 수차의 날개가 양방향으로 작동을 하여 밀물과 썰물 시에도 에너지를 발생시키어 경제성이 있고, 기존의 조류발전 수차와는 달리 수차의 날개가 유속에 맞추어 회전하여 어류의 이동시 수차의 날개와 어류의 말찰의 요소를 없애 해역의 어류와 환경에 영향을 주지 않아 민원의 소지가 없는 장점이 있다.
또 태풍의 수차의 날개 단면을 손쉽게 작동하여 날개의 단면을 줄여 태풍피해가 없도록 하였다. 또 유속이 빠를 때나 느려도 유속의 속도에 따라 수차 날개의 단면을 손쉽게 작동할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 일 실시 예에 따른 조류발전용 수차 구조도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조류발전용 수차 정면 구조도.
도 3은 본 발명의 수차 측면 구조도.
도 4는 본 발명 수차의 날개부 상세 정면도.
도 5는 본 발명 수차의 날개부 상세 측면도.
도 6은 본 발명 수차의 동작시 상태도.
도 7은 본 발명 수차의 반전동작시 상태도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플렉시블막 개폐상태 정면 구조도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플렉시블막 개폐상태 측면 구조도.
도 10은 도 8의 A부 확대도.
도 11은 도 8의 B부 확대도.
도 12는 도 8의 C부 단면 확대도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 플렉시블막 개폐 구조도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조류발전용 수차의 구조를 도 2 내지 도 5를 통해 살펴보면, 일정 길이를 이루는 회전축(10)에는 다수의 플렉시블막(20)이 방사방향으로 일정 각도를 유지하며 구성되고, 플렉시블막(20)의 지지를 위해 회전축(10)에는 길이방향으로 따라 일정 간격으로 타원형상의 서포트프레임(30)이 구성된다.
특히, 본 발명에서의 플렉시블막(20)은 유체의 힘에 의해 변형이 가능함과 함께 저항력을 갖을 수 있는 나일론 천이나 합성수지 재질의 필름 등 다양한 재질이 사용될 수 있게 된다.
한편, 플렉시블막(20)의 선단부에는 플렉시블막(20)이 처지는 것을 방지하기 위한 보강살(22)이 연결 구성되고, 서포트프레임(30) 사이에는 서포트프레임(30)의 내측 곡면을 따라 서로를 연결하여 플렉시블막(20)의 파손을 방지함과 함께 플렉시블막(20)의 변형 범위를 제한하기 위한 보호망(31)이 구성됨이 바람직하다. 즉, 물살에 의해 플렉시블막(20)이 저항을 받아 부풀어 휘어질 때 과도한 변형 또는 반복적인 변형 변위에 의해 손상 내지 파손되는 현상을 방지하도록 하기 위한 것이다.
이와 같은 구성을 이루는 본 발명 조류발전용 수차의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.
본 발명의 수차는 도면에는 생략되었지만 축의 양단이 바지선이나 부력을 갖는 구조물에 고정설치되고, 수차에 의해 발생된 회전력은 발전기와 연결되어 전기를 얻는 기능을 수행한다.
또한 수차의 설치위치는 해류의 유속 빠르거나, 조수간만의 차가 발생되는 해안의 해수면에 설치하는 것이 바람직하나 수차의 무게가 적고 효율성이 양호하므로 유속이 느린곳에도 설치 가능하다. 이때, 수차의 축부는 해수면 위에 노출되도록 하여 해류의 저항을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.
따라서 수차는 해류 또는 밀물과 썰물에 따른 조류의 이동에 의해 수차의 회전이 이루어지게 된다.
즉, 도 6에서와 같이 플렉시블막(20)에 조류의 힘이 작용되어짐에 따라 플렉시블막(20)의 변형이 발생되어지면서 조류에 대한 저항력이 극대화되어질 수 있게 되어 수차의 회전력이 향상됨을 알 수 있다.
특히, 플렉시블막(20)의 단부에는 처짐 방지를 위한 보강살(22)이 구성되어져 있기 때문에, 조류와의 접촉면적이 감소되는 것이 방지되어 조류 저항력이 더욱 향상되어질 수 있게 된다.
또한, 서포트프레임(30)을 연결하여 설치된 보호망(31)으로 인해 플렉시블막(20)이 복원 한계점을 넘어서 조류의 힘에 의해 변형되는 것이 방지되어질 수 있게 된다.
한편, 조류의 방향이 반대방향으로 바뀌게 되면 도 7에서와 같이 플렉시블막(20)의 형상 역시 변형이 발생되면서 수차가 반대방향으로 회전되어지게 됨으로, 밀물 또는 썰물 변화에 따라 양방향 발전이 가능한 이점을 나타내게 된다.
따라서, 본 발명의 조류발전용 수차는 조류의 방향에 따라 양방향 회전이 가능하게 되며, 플렉시블막(20)이 수면 아래에서 조류의 힘에 대항하는 변형이 발생되어지게 됨으로서 조류에 의한 저항력이 높아지게되어 에너지 효율을 극대화하는 효과를 나타낸다.
한편, 도 8 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플렉시블막 개폐형 구조를 나타낸 것으로서, 회전축(10) 둘레에는 플렉시블막(20)이 감겨질 수 있도록 권취롤(21)이 구비되며, 플렉시블막(20)의 끝 또는 보강살(22)에는 개폐와이어(23)가 연결되고, 상기 서포트프레임(30) 선단부에는 개폐와이어(23)의 권취를 위한 권취모터(24)가 구성된다.
또한, 플렉시블막(20) 표면에는 어류 또는 해초류의 점착을 방지함과 함께 표면 내구성 향상을 위한 보호층(20a)이 형성되되, 상기 보호층(20a)은 윤활성 재료인 테프론 30~50중량%, 항균 성분인 나노은 10~20중량%, 강도 보강을 위한 유리섬유 20~30중량%, 보호층이 균일하게 형성되도록 하는 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트)수지 10~20중량%의 비율로 혼합된 조성을 이룸이 바람직하다.
이와 같은 개폐형 구조를 이루게 되면, 플렉시블막(20)에 항상 권취롤(21)로 부터의 일정한 당김력이 가해지고 있는 상태에서 태풍 등의 발생시 권취모터(24)를 구동시켜서 개폐와이어(23)를 풀어주게 되면 플렉시블막(20)을 권취롤(21)에 감겨져서 회전축(10) 내부에 보관되어짐으로서 외부 노출로 인한 플렉시블막(20)의 손상 발생을 방지하고, 태풍이 지난 후 조류발전을 다시 실시코자 하는 경우에는 권취모터(24)에 의해 개폐와이어(23)가 당겨짐으로서 플렉시블막(20)이 다시 펼쳐지게 된다.
따라서, 플렉시블막(20)의 개폐가 가능한 구조를 이룸으로서 외부 영향에 의한 수차의 손실 내지는 파손 발생이 방지되어질 수 있게 된다.
또한, 플렉시블막(20) 표면에 형성된 보호층(20a)으로 인해 플렉시블막(20)의 내구성이 향상됨과 함께 해초류의 점착이 방지됨으로서, 조류의 힘으로 인해 플렉시블막(20)이 찢어지거나 오염발생이 방지 방지되고 안정적인 수차기능이 유지되어질 수 있는 이점을 나타낸다.
한편, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 플렉시블막 개폐구조를 나타낸 것으로서, 회전축(10) 둘레에는 보관하우징(h)이 설치되어 그 내부에 플렉시블막(20)이 감겨질 수 있도록 권취롤(21)이 구비되며, 상기 보강살(22)에는 개폐와이어(23)가 내부로 연결되고, 상기 서포트프레임(30) 선단부에는 개폐와이어(23)의 안내를 위한 안내롤러(25)가 구성되며, 상기 보관하우징(h)에는 플렉시블막 권취롤(21)과 와이어 권취롤(21') 및 이들을 정역 회전구동을 위한 모터가 구성된 된다.
또한, 상기 개폐와이어(23)의 일단은 와이어 권취롤(21')에 연결되고, 다른 일단은 서포트프레임(30) 내부를 지나 안내롤러(25)에 지지되어 상기 플렉시블막(20)의 단부 또는 보강살(22)에 연결되어 있다.
또한, 상기 플렉시블막 권취롤(21)과 상기 와이어 권취롤(24)이 상호 반대로 연동되도록 되어 와이어 권취롤(24)이 와이어(23)가 감겨지는 방향으로 회전하면, 플렉시블막권취롤은 플렉시블막(20)을 풀어주어 플렉시블막(20)이 펴지도록 되고, 그 반대로 플렉시블막 권취롤(21)이 감겨지면 와이어 권취롤이 풀어져 와이어가 보관 하우징내에 권취되어 안전하게 보관될 수 있도록 되어 있다. 특히 서로가 긴장된 상태로 감기고 풀어지도록 구성되어 플렉시블막(20)이 잘 감기고 풀어질 수 있도록 최상의 조건을 유지함과 동시에 펼쳐진 이후에는 물의 저항을 최대한 받을 수 있도록 되어 있다.
10 : 회전축 20 : 플렉시블막
20a: 보호층 21 : 권취롤
22 : 보강살 23 : 개폐와이어
24,24' : 권취모터 25 : 안내롤러
30 : 서포트프레임 31 : 보호망

Claims (6)

  1. 회전축(10)을 중심으로 방사방향으로 다수개가 일정 각도를 유지하며 구성되는 플렉시블막(20)과;
    상기 플렉시블막(20)의 지지를 위해 회전축(10)을 따라 일정 간격으로 설치되는 서포트프레임(30);
    으로 구성됨을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트프레임(30)은 타원형상을 이루어 구비됨을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플렉시블막(20)의 선단부에 플렉시블막(20)의 처짐을 방지하기 위한 보강살(22)이 연결 구성됨을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트프레임(30)에는 플렉시블막(20)의 보호망(31)이 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 회전축(10)에는 플렉시블막(20)이 감겨질 수 있도록 권취롤(21)이 구비되며, 상기 보강살(22)에는 개폐와이어(23)가 연결되고, 상기 서포트프레임(30) 선단부에는 개폐와이어(23)의 권취를 위한 권취모터(24)가 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축(10)에는 플렉시블막(20)이 감겨질 수 있도록 권취롤(21)이 구비되며, 상기 보강살(22)에는 개폐와이어(23)가 연결되고, 상기 서포트프레임(30) 선단부에는 개폐와이어(23)의 안내를 위한 안내롤러(25)가 구성되며, 상기 회전축(10)에는 개폐와이어(23)의 권취를 위한 권취모터(24')가 구성된 것을 특징으로 하는 플렉시블막 날개를 이용한 조류 발전용 수차.
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