KR20180048591A - 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치 - Google Patents

모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치 Download PDF

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동 린
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Abstract

모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 외부 프레임(1), 적어도 2개의 내부 프레임(2), 적어도 2개의 장착 샤프트(4), 구동 유닛(6), 적어도 4개의 수평축 수력 터빈 발전기(3) 및 적어도 4개의 도류 커버(5)를 포함한다. 적어도 2개의 내부 프레임(2)은 분리 가능하도록 외부 프레임(1) 내에 설치된다. 적어도 2개의 장착 샤프트(4)는 회전 가능하도록 각각의 내부 프레임(2)에 설치되고, 적어도 2개의 장착 샤프트(4)의 축선 방향은 수평면에 수직이며 서로 평행하다. 구동 유닛(6)은 적어도 2개의 장착 샤프트(4)에 연결되어 장착 샤프트(4)를 회전시킨다. 각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 하나의 장착 샤프트(4)에 고정되고 동일한 내부 프레임(2) 내에서 수평면에 수직인 방향을 따라 배열된다. 적어도 4개의 도류 커버(5)는 외부 프레임(1) 또는 내부 프레임(2)에 고정되고, 각각의 도류 커버(5)는 각각의 수평축 수력 터빈 발전기(3)에 대응하여 설치되고, 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 장착 샤프트(4)의 회전에 따라 도류 커버(5) 내에서 방향을 바꾼다.

Description

모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모듈화된 양방향 조석 에너지 발전 장치에 관한 것이다.
해양 에너지(조석 에너지, 조류 에너지, 파랑 에너지, 해류 에너지)는 해수 유동에 의한 에너지를 말하며, 재생 에너지로서 저장량이 풍부하고 광범위하게 분포하고 있어 상당히 우수한 개발 전망과 가치를 지니고 있다. 해양 에너지는 주로 발전 방식으로 이용되는데, 그 작업 원리는 풍력 발전과 유사하여 에너지 변환 장치를 통해 해수의 기계 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 구체적으로 설명하면, 먼저 해수가 수력 터빈에 충격을 주면 수력 터빈이 수류 에너지를 회전하는 기계 에너지로 변환하며, 그 후 수력 터빈이 기계 전동 시스템을 통해 발전기를 발전시켜 최종적으로 전기 에너지로 변환시킨다.
현재 에너지 부족 현상이 심화되고 온실 효과가 심각해지면서 에너지 산업에도 저탄소화 트렌드가 불고 있다. 따라서 풍력 에너지, 해양 에너지 등과 같은 청정에너지는 미래 에너지 발전의 핵심으로 부상하고 있다. 그러나 이러한 청정에너지의 발전 설비는 풍력 에너지 이용이 비교적 성숙 단계에 있는 것을 제외하고는 해양 에너지의 이용은 아직 초기 단계에 있어 기술적으로 성숙하여 통용되는 설비가 없는 실정이다. 종래에 사용되고 있는 소수의 설비 역시 효율이 낮고 설비의 규모화가 어려운 문제 등을 안고 있다.
해양 환경이 복잡하고 수중 저항이 크며, 종래의 해양 에너지 발전 장치는 반드시 수중에서 설치해야 하기 때문에 난이도가 높고 비용이 많이 든다. 또한 발전 장치가 장기적으로 해수에 접촉해 있기 때문에 해수의 장기적 침식과 거대한 충격력으로 인하여 해양 에너지 발전 장치는 일정 시간 이용하고 나면 정기적으로 유지보수 또는 교체가 필요하다. 그러나 해양 에너지 발전 장치의 유지보수와 교체 역시 수중에서 진행해야 하기 때문에 난이도가 높고 비용이 많이 든다. 심지어 일부 어셈블리가 훼손되면 전체 해양 에너지 발전 장치에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 해양 에너지 발전 장치의 원가가 높은 중요한 원인 중 하나일 뿐만 아니라, 종래의 해양 에너지 발전 장치를 규모화, 상업화하여 운영할 수 없는 직접적인 원인이기도 하다.
특히 수평축 수력 터빈 발전기의 경우, 그 모든 설비(임펠러와 발전기 포함)가 수중에 있기 때문에 수평축 수력 터빈 발전기의 유지보수가 더욱 어렵고 비용이 많이 든다. 따라서 수평축 수력 터빈 발전기의 발전 효율이 수직축 수력 터빈 발전기보다 높기는 하나, 수평축 수력 터빈 발전기는 여전히 상업화할 수가 없다. 그러나 현재 해양 에너지 발전 기술 분야의 당업자들은 모두 설치와 유지보수 방식의 개선을 소홀히 하고 있다.
또한, 조류 에너지는 해양의 조류를 이용해 발전을 진행하기 때문에 밀물과 썰물에 따라 조류의 방향이 바뀔 수 있다. 종래에 있어서 대부분의 수평축 수력 터빈 발전기는 모두 회전이 불가능해 조류 에너지 발전기가 밀물 또는 썰물을 이용해서만 발전을 진행할 수 있어 발전 효율이 극히 낮다. 종래의 상기 기술분야의 당업자들은 밀물과 썰물에서 발생하는 에너지를 십분 이용하기 위하여 두 세트의 발전 시스템을 설치한다. 한 세트의 발전 시스템의 임펠러는 밀물 방향을 향하고, 다른 세트의 발전 시스템의 임펠러는 썰물 방향을 향한다. 밀물과 썰물에서 발생하는 에너지를 모두 충분히 이용할 수 있는 것처럼 보이기는 하나, 밀물 또는 썰물 때 항상 한 세트의 발전 시스템이 유휴 상태에 놓이게 된다. 또한 한 세트의 발전 시스템을 추가하면 생산원가가 배가 되며 생산되는 전기 에너지 출력 증가분이 원가의 증가분에 훨씬 못 미치는데, 이는 조류 에너지 발전 장치의 보급과 운용에 큰 제약을 준다.
또한, 밀물과 썰물의 조류 속도가 일정하지 않다는 점에 주의해야 한다. 발전 장치 설치 시, 일단 발전기를 선정하면 그 부하량이 확정된다. 그러나 조류의 속도가 일정하지 않기 때문에 발전량도 일정하지 않게 된다. 종래의 조류 에너지 발전 장치는 원가 절감 및 기술적 제한으로 인해 수평축과 수직축 수력 터빈 발전기를 불문하고 일정한 수류 속도 이하의 발전 부하만 견딜 수 있다. 일단 수류 속도가 증가하면 발전량이 부하를 초과하고 발전기는 초과 부하 작업으로 인해 훼손되기 쉽다. 따라서 발전기의 작업 수명을 연장하기 위해 종래의 조류 에너지 발전 장치는 일단 조류가 일정 속도를 초과하면 철저하게 수류를 차단하고 발전기의 작업을 멈추기 때문에 발전 효율이 크게 떨어진다.
종래의 일종의 조류 에너지 발전 장치는 풍력 에너지 발전기의 설계를 참고하여 피치 조절(pitch-regulated) 방식을 통해 발전 장치의 부하를 조절한다. 수류 속도가 비교적 크면 조절 장치를 통해 블레이드 받음각(angle of attack)을 감소시키고, 수류 속도가 비교적 작으면 조절 장치를 통해 블레이드 받음각을 증가시킨다. 그러나 이러한 설계에는 아주 큰 폐단이 존재한다. 풍력 에너지 발전기의 사용 환경과 달리 수평축 수력 터빈 발전기는 수중에서 사용하기 때문에 저항이 풍력 에너지 발전기가 받는 저항보다 훨씬 크다. 또한 조절하는 것이 수평축 수력 터빈 발전기의 블레이드 각도인데, 회전 기구 전체가 모두 수중에 위치하기 때문에 블레이드 각도의 회전을 구현하려면 블레이드 각 부품 사이의 설치 긴밀도를 정확하게 설계해야 한다. 만약 연결이 너무 긴밀하면 마찰력이 너무 커져 블레이드의 대수면 각도를 조절하기 어려워 조절 장치가 조절의 기능을 발휘할 수 없게 된다. 이러한 상황의 발전 장치는 수류가 너무 작으면 효율을 향상시킬 수 없고 수류가 너무 커도 발전기를 진정으로 보호할 수가 없다. 만약 연결이 너무 느슨하면 마찰력이 너무 작아 가볍게 조절할 수는 있어도 밀봉성을 상실하게 되는 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이 경우 수류가 임펠러 내부로 들어와 전체 임펠러를 훼손할 수 있기 때문에 유지보수율이 크게 높아지고 비용도 엄청나게 증가한다. 또한 수력 터빈에는 몇 개의 블레이드가 있기 때문에 몇 개의 회전 기구와 제어 기구에 대응시켜야 하므로 그 비용과 기술 난이도가 급격하게 증가한다.
본 발명의 목적은 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 제안함으로써 종래 기술에 존재하는 적어도 하나의 결함을 극복하는 데에 있다.
상기 목적을 구현하기 위하여 본 발명에서 제안하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 외부 프레임, 적어도 2개의 내부 프레임, 적어도 2개의 장착 샤프트, 구동 유닛, 적어도 4개의 수평축 수력 터빈 발전기 및 적어도 4개의 도류 커버를 포함한다. 적어도 2개의 내부 프레임은 분리 가능하도록 외부 프레임 내에 설치된다. 적어도 2개의 장착 샤프트는 회전 가능하도록 각각의 내부 프레임에 설치된다. 적어도 2개의 장착 샤프트의 축선 방향은 수평면에 수직이며 서로 평행하다. 구동 유닛은 적어도 2개의 장착 샤프트에 연결되어 장착 샤프트를 회전시킨다. 각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기는 하나의 장착 샤프트에 고정되고 동일한 내부 프레임 내에서 수평면에 수직인 방향을 따라 배열된다. 적어도 4개의 도류 커버는 외부 프레임 또는 내부 프레임에 고정되고, 각각의 도류 커버는 각각의 수평축 수력 터빈 발전기에 대응하여 설치되고, 수평축 수력 터빈 발전기는 장착 샤프트의 회전에 따라 도류 커버 내에서 방향을 바꾼다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 각각의 도류 커버에는 2개의 도수(water conducting) 부분과 하나의 중간 부분이 있고, 중간 부분은 2개의 도수 부분 사이에 위치하고, 각 도수 부분은 중간 부분에서 먼 일단의 횡단면이 직사각형이고, 각 도수 부분은 중간 부분에 연결된 일단의 횡단면이 원형이고, 중간 부분의 횡단면은 원형이고, 횡단면은 수평면과 수류 방향에 수직이고, 원형 횡단면의 면적은 직사각형 횡단면의 면적보다 작다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 여기에서 하나의 도수 부분에는 제1 중심축선이 있고, 다른 하나의 도수 부분에는 제2 중심축선이 있고, 제2 중심축선과 제1 중심축선은 0이 아닌 협각을 형성한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 각각의 도류 커버는 비대칭 구조이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 적어도 6개의 베어링을 더 포함하고, 각 3개의 베어링은 하나의 장착 샤프트를 감싸고, 하나의 장착 샤프트에 설치된 3개의 베어링은 각각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기의 양측과 중간에 위치한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 외부 프레임에는 복수개의 고정 파일(pile)이 있고, 외부 프레임은 파일링(piling) 방식으로 해저에 고정시킨다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 외부 프레임에는 복수개의 수류 저항 감소 구조가 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 당김 고리와 당김 케이블을 더 포함하고, 당김 고리는 외부 프레임에 설치되고, 당김 케이블의 일단은 당김 고리에 설치된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 외부 프레임에 설치되는 적어도 하나의 플로트 유닛을 더 포함한다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명에서 제안하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 분리 가능한 내부 프레임과 외부 프레임을 통해 발전 장치를 수면에서 모듈화된 조립과 치환을 진행할 수 있기 때문에 유지보수 및 설치 비용이 크게 절감되므로 종래에 있어서 조류 에너지 발전 장치를 상업화, 규모화할 수 없는 단점을 극복하였다. 또한 수평면에 수직인 방향에 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기를 배치하고, 수평면에 평행인 방향에도 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기를 배치함으로써, 수력 터빈 발전기를 매트릭스 형태로 배치해 전체 해역 횡방향과 종방향의 조류 에너지를 충분히 이용할 수 있도록 하여 발전 효율을 크게 향상시켰다. 도류 커버를 설치해 수류를 수평축 수력 터빈 발전기에 모두 집중시킴으로써, 수평축 수력 터빈 발전기의 임펠러가 더 큰 힘을 받고 회전속도를 더 빠르게 만들어 발전 효율을 향상시켰다. 장착 샤프트를 설치해 전체 수평축 발전기의 방향을 혁신적으로 변경시켜 블레이드 받음각을 단독으로 변경하지 않는 방식으로 발전기의 부하를 조절함으로써, 수류 속도가 발전기보다 크더라도 항상 안전한 부하 내에서 정상적인 발전이 가능하도록 보장하여 발전 효율을 크게 향상시켰다. 또한, 회전 가능한 장착 샤프트를 설치해 밀물과 썰물을 불문하고 수평축 수력 터빈 발전기의 임펠러가 항상 수류를 향하도록 함으로써 최대의 발전 출력을 확보할 수 있다. 중요한 것은, 본 발명에 있어서 수평축 수력 터빈 발전기는 도류 커버 외부가 아닌 내부에서 회전하고, 수평축 수력 터빈 발전기는 회전하나 도류 커버는 고정되어 움직이지 않는데, 이 같은 구조는 수류 유속과 방향에 미치는 영향을 크게 감소시키기 때문에 수류의 순조로움 움직임을 유지할 수 있어 발전 효율이 향상된다.
또한, 각각의 장착 샤프트에 적어도 3개의 베어링을 설치해 장착 샤프트에 대한 “다중점 구속(Multi-Point Constraint)”을 구현하였으며, 이를 통하여 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 규모가 횡방향(수평면에 평행인 수평 방향)뿐만 아니라 종방향(수평면에 수직인 수심 방향)으로도 확장될 수 있도록 하여 발전 출력을 크게 향상시켰으며, 종래에 있어서 해양 에너지 발전 장치를 “크고” “깊게” 만들 수 없었던 난제를 극복하였다.
더 나아가, 본 발명 실시예에서 제안하는 도류 커버는 양단이 직사각형이고 중간이 원형이다. 밀물과 썰물을 불문하고 항상 도류 작용을 일으키며 상기 특정 구조의 도류 커버는 도류 효과가 더욱 우수하다. 특히 도류 커버를 비대칭 구조로 설치하면 밀물과 썰물을 불문하고 모두 수류가 정확하게 도류 커버에 의해 수력 터빈 발전기로 안내되기 때문에 수류를 이용한 발전을 극대화해 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징, 장점을 더욱 명확하고 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여 이하에서는 바람직한 실시예를 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조립 설명도이고;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조감도이고;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 측면도이고;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 도류 커버의 설명도이고;
도 5는 도 4의 측면도이고;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조립 설명도이고;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조감도이고;
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 측면도이고;
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 하나의 내장 모듈의 설명도이고; 및
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 도류 커버의 설명도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조립 설명도를 도시한 것이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조감도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 도류 커버의 설명도이다. 도 5는 도 4의 측면도이다. 이하에서는 도 1 내지 5를 함께 참고하도록 한다.
본 실시예에서 제안하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 외부 프레임(1), 적어도 2개의 내부 프레임(2), 적어도 4개의 수평축 수력 터빈 발전기(3), 적어도 2개의 장착 샤프트(4), 적어도 4개의 도류 커버 및 구동 유닛(6)을 포함한다.
외부 프레임(1)은 강재를 용접하여 만들 수 있다. 본 실시예에 있어서, 외부 프레임(1)은 복수개의 고정 파일(11)을 가질 수 있다. 외부 슬리브 내에 콘크리트를 주입하여 고정 파일(11)을 형성한다. 외부 프레임(1)은 파일링 방식을 통해 해저(F)에 고정한다. 본 실시예에 있어서 외부 프레임(1)은 복수개의 수류 저항 감소 구조(12)를 더 가진다. 복수개의 수류 저항 감소 구조(12)를 외부 프레임(1)의 대수면 측에 설치함으로써 외부 프레임(1)의 외부 슬리브(이후 여기에 바로 고정 파일(11)이 형성)가 수력 충격의 힘을 받는 면적을 크게 감소시키는 동시에 후속적으로 형성되는 고정 파일(11)의 안정도를 크게 향상시켰다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 수류 저항 감소 구조(12)는 외부 프레임(1)의 최상면과 최하면에 위치한다. 본 실시예에 있어서, 수류 저항 감소 구조(12)의 단면은 삼각형이다. 그러나 본 발명에서 수류 저항 감소 구조(12)의 구체적인 형상과 구조에 대해서는 한정하지 않는다. 기타 실시예에 있어서 상기 수류 저항 감소 구조는 유선형으로 제조할 수 있다.
적어도 2개의 내부 프레임(2)은 분리 가능하도록 외부 프레임(1) 내에 설치된다. 본 실시예에 있어서, 내부 프레임(2)에 클램핑 후크(도면에서 도시하지 않음)가 설치될 수 있고, 외부 프레임(1)에 클램핑 그루브(도면에서 도시하지 않음)가 설치될 수 있고, 내부 프레임(2)은 클램핑 후크와 클램핑 그루브의 걸림을 통해 외부 프레임(1) 내로 삽입된다. 그러나 본 발명에 있어서 내부 프레임(2)과 외부 프레임(1) 사이의 고정 방식은 한정하지 않는다. 본 발명에 있어서 내부 프레임(2)의 구체적인 수량도 한정하지 않는다. 실제 응용에 있어서, 내부 프레임(2)의 수량은 많으면 12개 또는 14개일 수 있다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 복수개의 내부 프레임(2)은 수평면(P)에 평행인 방향을 따라 배열되기 때문에 조류 에너지 발전 장치 규모의 횡방향 확장을 구현할 수 있어 조류 에너지의 이용률을 크게 향상시킬 수 있으며 종래의 조류 에너지 발전 장치를 규모화 할 수 없었던 폐단을 극복하였다.
적어도 2개의 장착 샤프트(4)는 각각 회전 가능하도록 각 내부 프레임(2)에 설치된다. 장착 샤프트(4)의 축선 방향(X)은 수평면(P)에 수직이고 2개의 장착 샤프트(4)는 서로 평행하다. 각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 하나의 장착 샤프트(4)에 고정되고 동일한 하나의 내부 프레임(2) 내에서 수평면(P)에 수직인 방향(D1)을 따라 배열된다. 도 1에서 도시하는 방향에서 알 수 있듯이, 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 종방향으로 배열되기 때문에 조류 에너지 발전 장치 규모를 해양 깊이의 종방향을 따라 확장할 수 있어 발전 출력을 크게 향상시킬 수 있고, 더 나아가 종래의 조류 에너지 발전 장치를 규모화 할 수 없었던 문제를 극복하였다.
본 발명에 있어서, 하나의 내부 프레임(2), 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3), 적어도 하나의 장착 샤프트(4) 및 하나의 구동 유닛(6)은 공동으로 하나의 내장 모듈(100)을 형성한다. 실제 응용에 있어서, 먼저 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3), 적어도 하나의 장착 샤프트(4) 및 적어도 하나의 구동 유닛(6)을 하나의 내부 프레임(2) 내에 고정한 후, 적어도 2개의 상기와 같이 조립한 내부 프레임(2)을 외부 프레임(1) 내에 고정할 수 있기 때문에, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 규모화 설치를 구현할 수 있다. 상세하게는, 내장 모듈(100) 설치는 해안에서 진행한 후 내장 모듈(100)을 수중의 외부 프레임(1) 내에 매달아 넣고 외부 프레임(1)과 고정시키는데, 이를 통하여 해수면에서의 설치 작업을 구현할 수 있기 때문에 설치 프로세스를 크게 간소화하여 설치 시간을 절감함으로써 해양에서의 설치 난이도를 낮출 수 있다.
각각의 수평축 수력 터빈 발전기(3)에는 임펠러(31)와 발전기(32)가 포함된다. 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 임펠러(31)와 발전기(32)는 모두 수중에 있기 때문에, 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 고장 날 경우 종래의 조류 에너지 발전 장치는 수중에서 유지보수를 진행해야 한다. 이러한 유지보수는 상당히 어렵고 비용이 많이 든다. 그러나 본 발명의 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 직접 내장 모듈(100)을 수중에서 꺼내어 유지보수 또는 교체를 진행할 수 있기 때문에, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 해수면에서 신속하게 교체 및 유지보수를 진행할 수 있어 유지보수 비용이 크게 절감되고 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 상업화를 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 내부 프레임(2)의 수량은 장착 샤프트(4)의 수량과 같고, 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 수량은 장착 샤프트(4) 수량의 2배이다. 그러나 본 발명에서 한정하지 않는다. 기타 실시예에 있어서, 하나의 내장 모듈(100)은 복수개의 장착 샤프트(4)를 가질 수 있고 각각의 장착 샤프트(4)에는 2개 이상의 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 있을 수 있다.
각 2개의 동일한 장착 샤프트(4)에 설치된 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 동기화되어 회전한다. 구동 유닛(6)은 장착 샤프트(4)에 연결되어 장착 샤프트(4)를 회전시킨다. 밀물과 썰물의 수류 방향이 반대이기 때문에, 수류가 어느 방향으로 유입되는지를 불문하고 장착 샤프트(4)의 회전을 통해 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 임펠러(31)가 항상 수류를 향하도록 제어함으로써 조류 에너지의 이용률을 끌어올리고 발전 효율을 향상시킨다.
본 실시예에 있어서, 구동 유닛(6)의 수량은 장착 샤프트(4)의 수량에 대응하며 적어도 2개이다. 그러나 본 발명에서 한정하지는 않는다. 기타 실시예에 있어서 기어 등 전동 기구를 통하여 하나의 구동 유닛(6)이 2개의 장착 샤프트(4)를 제어할 수 있다. 각각의 구동 유닛(6)에는 모터(61)와 전동 기구(62)(도 9에서 도시하는 바와 같음)가 포함될 수 있고, 전동 기구는 장착 샤프트(4)의 일단에 연결되고, 모터는 전동 기구를 통하여 장착 샤프트(4)를 회전시킨다. 그러나 본 발명에서 한정하지는 않는다. 기타 실시예에 있어서 구동 유닛(6)에는 모터와 감속기가 포함될 수 있다. 종래의 모터는 회전 속도가 비교적 빠른데 감속기를 통과한 후 회전 속도가 크게 감소하기 때문에 효과적이고 정확하게 장착 샤프트(4)의 회전 속도와 회전 폭을 제어할 수 있다.
실제 응용에 있어서, 수류가 도 2에서 도시하는 수류 방향(D)을 따라 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 향해 흐를 때, 구동 유닛(6)은 작동하지 않는다. 이때 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 임펠러(31)가 수류를 향한다. 수류가 수류 방향(D) 반대 방향(도 2에서 도시하는 바와 같이 위에서 아래 방향임)을 따라 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 향해 흐를 때, 구동 유닛(6)은 장착 샤프트(4)를 회전시켜 수평축 수력 터빈 발전기(3)를 180도 회전시키고, 이를 통해 임펠러(31)가 아래에서 위를 향하도록 바꾸어 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 임펠러(31)가 항상 수류를 향하도록 보장한다. 이러한 상황에서 특히 조석 에너지 발전에 적용할 수 있으며 최대 발전 출력을 확보할 수 있다.
특히 실제 응용에 있어서 밀물과 썰물의 수류 방향은 완전히 평행하지 않으며 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 대수면에 반드시 수직인 것도 아니다. 수류가 어느 방향에서 수평축 수력 터빈 발전기(3)로 진입되는지를 불문하고, 본 발명의 발전 장치는 장착 샤프트(4)를 통하여 수평축 수력 터빈 발전기(3) 방향 전환을 제어함으로써 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 항상 수류에 마주 대하도록 만들어 최대한 조류 에너지를 이용할 수 있도록 하여 발전 출력을 향상시킨다.
또한 실제 수류 속도가 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 견디는 최대 부하에 대응하는 정격 속도보다 높을 때, 장착 샤프트(4) 회전을 통해 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 수류 방향에서 먼 하나의 각도로 회전하도록 제어하기만 하면, 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 부하를 효과적으로 떨어뜨려 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 초과 부하로 인해 훼손되는 것을 방지하는 동시에, 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 여전히 정상 작동해 안정적으로 발전을 출력할 수 있도록 보장해 준다. 이를 통하여 종래의 해양 에너지 발전 장치 중 수류 속도가 과도하게 큰 경우 훼손을 피하기 위해 발전기의 작업을 중단해야 하는 폐단을 극복하였으며, 동시에 피치 조절을 진행할 필요 없이 발전기의 부하를 조절하는 것이 더욱 간단하교 효과적이다. 실제 수류 속도가 발전기(3)가 견딜 수 있는 최대 부하에 대응하는 정격 속도보다 작을 경우에는, 장착 샤프트(4) 회전을 통해 수평축 수력 터빈 발전기(3)를 제어함으로써 이것이 수류에 마주 대하는 방향(즉 임펠러의 대수면이 수류 방향에 수직)으로 회전시켜 수류를 최대한 이용해 발전을 진행하여 발전 출력을 향상시킨다.
본 발명에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 적어도 4개의 도류 커버(5)를 더 포함하고, 각각의 도류 커버(5)는 수평축 수력 터빈 발전기(3)에 대응하여 설치된다. 본 발명에 있어서 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 장착 샤프트(4)를 따라 회전하는 것은 도류 커버(4) 내에서 진행된다. 종래 기술에 있어서 일부 조류 에너지 발전 장치는 비록 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 상하류에 도류 커버를 설치하였으나, 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 도류 커버의 내부에 설치되지 않는다. 바꿔 말하면, 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 도류 커버 내부가 아닌 외부에서 회전한다. 수력 터빈 발전기(3)의 회전 영역이 도류 커버에 의하여 수류로 제한되지 않기 때문에, 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 방향전환과 회전이 수류를 방해할 수 있고 이는 수류 방향을 심각하게 간섭하여 수류 속도에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명에 있어서, 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 회전할 때 도류 커버(5)는 고정되어 움직이지 않으며 수평축 수력 터빈 발전기(3)만 방향이 바뀐다. 그러나 종래 기술에 있어서 일부 조류 에너지 발전 장치의 도류 커버(5)는 심지어 수평축 수력 터빈 발전기(3)와 함께 회전하는데, 이 경우 수류 방향과 속도에 대한 간섭이 더욱 심각하다. 특히 본 발명의 조류 에너지 발전 장치를 유속이 비교적 빠른 수역에 사용할 때, 수류가 막힘이 없을수록 발전 효율이 높아진다. 수평축 수력 터빈 발전기(3)가 만약 도류 커버(5) 외부에서 회전하거나 도류 커버(5)가 수평축 수력 터빈 발전기(3)와 함께 회전할 경우 발전 효율이 현저하게 감소할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 각각의 도류 커버(5)에는 2개의 도수(water conducting) 부분(51)과 하나의 중간 부분(52)이 있다. 중간 부분(52)은 2개의 도수 부분(51) 사이에 위치한다. 각 도수 부분(51)은 중간 부분(52)에서 먼 일단의 횡단면(511)이 직사각형이다. 각 도수 부분(51)은 중간 부분(52)에 연결된 일단의 횡단면(512)이 원형이다. 중간 부분(52)의 횡단면(521)은 원형이다. 횡단면(511, 512, 521)은 수평면(P)과 수류 방향(D)에 수직이고, 원형 횡단면(512, 521)의 면적은 직사각형 횡단면(511)의 면적보다 작다.
상세하게는, 중간 부분(52)은 원주형의 원형관이고, 각각의 도수 부분(51)은 일단이 직사각형이고 넘어가는 다른 일단이 원형인 입체 구조이다. 도수 부분(51)의 원형 횡단면(512)의 면적은 중간 부분(52)의 원형 횡단면(521)의 면적에 근접하거나 같다. 도수 부분(51)의 원형 횡단면(512)의 면적은 도수 부분(51)의 직사각형 횡단면(511)의 면적보다 작다. 실제 응용에 있어서, 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 바로 원주형의 중간 부분(52) 내에 위치한다.
도수 부분(51)의 일단을 직사각형으로 설치함으로써 외부 프레임(1) 또는 내부 프레임(2)과 연결되는 단면의 끊어짐 없는 연결을 구현할 수 있다. 종래의 조류 에너지 발전 장치에 사용하는 도류 커버는 그 대수면 측의 횡단면이 원형이다. 종래의 프레임은 모두 직사각형이기 때문에 설치 과정에서 원형과 직사각형 사이에 공극이 발생할 수 있다. 상기 공극을 차단하지 못하면 조류가 수력 터빈 발전기에 충격을 줄 경우 상당한 일부분의 수류가 상기 공극에서 수력 터빈 발전기로 쏟아져 들어올 수 있고 심지어 임펠러 블레이드의 후면에 충격을 가해 발전 출력을 크게 저감시킬 수 있다. 만약 상기 공극을 평판으로 차단할 경우 수류가 직접 상기 평판에 충격을 가해 엄청난 응력을 형성할 수 있고, 이로 인하여 전체 프레임의 구조가 훼손되기 쉽다. 특히 상기 평판 차단 이후 수류 방향이 바뀌고 심지어는 수류가 마구 날뛸 수 있는데 이는 조류 에너지 이용률을 심각하게 떨어뜨리고 나아가 발전 출력을 저하시킬 수 있다.
직사각형에서 면적이 더욱 작은 원형으로 넘어가도록 함으로써 수류 통로를 축소시키고 수류를 모두 수평축 수력 터빈 발전기(3)로 안내해 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 임펠러(31)가 더 큰 힘을 받고 더 빠르게 회전하도록 만듦으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 본 실시예 중의 도류 커버(5) 일단이 아닌 양단이 모두 직사각형이기 때문에, 밀물과 썰물을 불문하고 상기 도류 커버(5)는 모두 도류 작용을 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 도류 커버(5)의 양단은 외부 프레임(1)에 고정된다. 상세하게는 도류 커버(5)의 중간 부분(52)은 내부 프레임(2)에 고정될 수 있고, 2개의 도수 부분(51)은 외부 프레임(1)에 고정될 수 있다. 실제 설치에 있어서, 중간 부분(52)은 내장 모듈(100)을 조립할 때 수면에서 고정할 수 있고, 도수 부분(51)은 곧바로 외부 프레임(1)에 고정한 후 내장 모듈을 외부 프레임(1) 내에 삽입하면 도수 커버(8)의 분리형 조립이 완성된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조립 설명도이다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 조감도이다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 측면도이다. 이하에서는 도 6 내지 8을 함께 참고하도록 한다.
제2 실시예에 있어서, 외부 프레임(1), 내부 프레임(2), 수평축 수력 터빈 발전기(3), 장착 샤프트(4) 및 구동 유닛(6)의 구조와 기능은 모두 제1 실시예와 같으며, 동일한 부품은 모두 동일한 부호로 표시하였으므로 여기에서 더 이상 설명하기 않는다. 이하는 다른 부분에 대한 설명이다.
제2 실시예에 있어서, 도류 커버(5')의 양단은 내부 프레임(2)에 고정된다. 상세하게는 도류 커버(5')의 도수 부분과 중간 부분은 모두 내부 프레임(2) 내에 위치한다. 따라서 도류 커버(5')와 외부 프레임(1), 내부 프레임(2), 수평축 수력 터빈 발전기(3), 장착 샤프트(4) 및 구동 유닛(6)은 함께 내장 유닛(200)을 구성한다. 도류 커버(5')의 설치는 모두 해안에서 구현할 수 있다. 수중 설치 작업을 줄이고 조립의 편의성이 향상되고 유지보수 비용이 낮다. 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 수류 유속이 비교적 빠른 수역에 응용할 때, 만약 도류 커버(5')에 제1 실시예의 분리형 설치 방식을 채택할 경우, 도류 커버(5')의 도수 부분과 중간 부분 사이에 존재하는 설치 틈새는 수류가 해당 지점에서 마구 날뛰도록 만들 수 있기 때문에 수류를 효과적으로 안내할 수 없으며, 심지어 수류가 도류 커버의 내부에서 잘못된 방향으로 안내할 수도 있다. 직접 도류 커버(5')를 내부 프레임(2)에 고정하여 일체형으로 조립하면 상기와 같은 문제를 방지할 수 있다.
제2 실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 당김 고리(71)와 당김 케이블(72)을 더 포함한다. 당김 고리(71)는 외부 프레임(1)에 설치되고, 당김 케이블(72)의 일단은 당김 고리(71)에 설치된다. 상세하게는 복수개의 당김 고리(71)는 외부 프레임(1)에 설치되고, 복수개의 당김 케이블(72)의 일단은 당김 고리(71)에 관통 설치되고 다른 일단은 해안면의 파일에 고정된다. 바람직하게는 당김 고리(71)의 수량은 4개 이상이고 여기에서 4개는 각각 외부 프레임(1)의 4개 꼭지각에 설치된다. 당김 고리(71)와 당김 케이블(72)을 설치함으로써 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치를 수정에 고정시킬 수 있어 유지보수 및 검수가 편리하다. 이러한 설치 방식은 수심이 특히 깊은 수역에 사용된다.
제2 실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 외부 프레임(1)에 설치되는 플로트 유닛(8)을 더 포함한다. 플로트 유닛(8)은 고체 부력 재료로 제작하며 수평면에 평행이고, 주로 전체 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치에 부력을 제공하는 역할을 한다. 그러나 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다. 기타 실시에에 있어서, 플로트 유닛(8)은 고정 플로트와 조절 플로트를 포함할 수 있고, 수평면에 수직으로 설치가 진행된다. 조절 플로트는 내부의 공기량 또는 수량을 조절함으로써 조절 플로트의 부력을 제어하고, 이를 통하여 수중 위치에서 전체 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 깊이를 제어한다.
제2 실시예에 있어서, 3개의 수평축 수력 터빈 발전기(3)는 수평면에 수직인 방향(D1)을 따라 하나의 장착 샤프트(4)에 고정된다. 그러나 본 발명에 있어서 종방향으로 배치되는 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 수량은 한정하지 않는다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 하나의 내장 모듈의 설명도이다. 제3 실시예에 있어서 외부 프레임(1), 내부 프레임(2), 수평축 수력 터빈 발전기(3), 장착 샤프트(4), 도류 커버(5) 및 구동 유닛(6)의 구조와 기능은 모두 제1 실시예와 같으며, 동일한 부품은 모두 동일한 부호로 표시하였으므로 여기에서 더 이상 설명하기 않는다. 이하는 다른 부분에 대한 설명이다.
본 실시예에 있어서, 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 적어도 6개의 베어링(9)을 더 포함한다(도 9에서는 하나의 내장 모듈만 도시하였기 때문에 도면에는 3개의 베어링(9)만 도시함). 각 3개의 베어링(9)은 하나의 장착 샤프트(4)를 감싼다. 도 9에서 도시하는 바와 같이 하나의 장착 샤프트(4)에 설치되는 2개의 베어링(9)은 각각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 상하 양측에 위치하고, 하나의 베어링(9)은 2개 수평축 수력 터빈 발전기(3) 사이에 위치한다.
수심 방향(D1)에 2개와 2개 이상의 수평축 수력 터빈 발전기(3)를 설치하여 수심 방향(D1)에서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 깊이를 크게 확장할 수 있기 때문에, 조류 에너지를 효율적으로 이용해 발전시킴으로써 발전 출력을 크게 향상시킬 수 있다. 하나의 장착 샤프트(4)에 적어도 3개의 베어링(9)을 설치하여 장착 샤프트(4)에 대한 “다중점 구속”을 구현하였다. 장착 샤프트(4)를 얼마나 길게 만드느냐를 불문하고 해수의 거대한 충격력 하에서 적어도 3개의 베어링(9)이 힘을 분담하는 동시에 장착 샤프트(4)에 있어서 적어도 3지점을 고정하고 지탱하기 때문에 장착 샤프트(4)의 길이가 더 이상 제한을 받지 않으며, 수심 방향(D1)에서 더 많은 수평축 수력 터빈 발전기(3)를 설치할 수 있다. 따라서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 규모를 대폭 확대하고 발전 출력을 향상시킴으로써 종래 기술에 있어서 해양 에너지 발전 장치를 해양에서 깊이 설치할 수 없었던 기술 난제를 극복하였다.
본 발명에서는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 발전 수요를 기반으로 수평축 수력 터빈 발전기(3)의 횡방향(즉 수평면에 평행인 수평 방향)과 종방향(즉 수평면에 수직인 수심 방향)의 수량을 증가시켰기 때문에, 조류 에너지 발전 장치의 대규모화를 구현할 수 있다. 현재 세계적으로 최대의 해양 조류 에너지 발전 단일 유닛의 발전량은 1.2메가와트이나, 본 발명의 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치 단일 유닛의 발전량은 3.4메가와트로 종래의 조류 에너지 발전 장치의 최대 발전량보다 훨씬 높다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 있어서 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 도류 커버의 설명도이다. 본 실시예에 있어서, 외부 프레임, 내부 프레임, 수평축 수력 터빈 발전기, 장착 샤프트 및 구동 유닛의 구조와 기능은 모두 제1 실시예와 같으며, 동일한 부품은 모두 동일한 부호로 표시하였으므로 여기에서 더 이상 설명하기 않는다. 이하는 다른 부분에 대한 설명이다.
도 10에서 도시하는 바와 같이, 각 도류 커버는 비대칭 구조이다. 상세하게는 각 도류 커버에는 마찬가지로 2개의 도수 부분(51')과 하나의 중간 부분(52')이 있다. 각 도수 부분(51')은 일단이 직사각형이고 넘어가는 다른 일단이 원형인 입체 구조이다. 그러나 중간 부분(52')은 곧은 원형관이 아닌 비대칭 구조이다. 여기에서 하나의 도수 부분(51')에는 제1 중심축선(X1)이 있고, 다른 하나의 도수 부분(51')에는 제2 중심축선(X2)이 있고, 제2 중심축선(X2)과 제1 중심축선(X1)은 0이 아닌 협각(θ)을 형성한다. 실제 응용에 있어서, 도수 부분(51')과 제1 실시예 중의 도수 부분은 동일한 구조를 채택할 수 있고, 중간 부분(52')은 일정한 만곡 각도를 가진 곡관을 채택할 수 있다.
실제 응용에 있어서, 조류의 밀물 방향과 썰물 방향은 이상적인 180°로 완전히 상반된 2개의 방향이 아니다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 모두 실제 수역 중 밀물과 썰물 수류 방향의 오차를 무시하기 때문에, 종래에 사용하는 도류 커버는 모두 대칭 구조이다. 다른 수역에서 밀물 시 수류 방향(D2)와 썰물 시 수류 방향(D3) 사이에 일정한 편차각(α)이 있을 수 있는데 이는 3 내지 20°으로 같지 않다. 만약 조류 에너지 발전 장치에 대칭 구조의 도류 커버를 채택한다면, 밀물과 썰물 2개 방향의 수류 중에 반드시 도류 커버가 완전히 정확하게 안내하지 못하는 것일 있을 수 있고, 이로 인하여 수평축 수력 터빈 발전기도 완전하고 충분하게 2개 방향의 수류를 이용하여 발전을 진행할 수 없다. 그러나 제2 중심축선(X2)과 제1 중심축선(X1) 사이에 형성되는 협각(θ)을 설치하여 밀물 방향과 썰물 방향 사이의 편차각(α)을 일치시키면, 밀물과 썰물을 불문하고 모든 수류를 정확하게 도류 커버를 통해 수력 터빈 발전기로 안내할 수 있으며, 이를 통해 수류를 최대한으로 이용한 발전을 진행함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명에서 제안하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 분리 가능한 내부 프레임과 외부 프레임을 통해 발전 장치를 수면에서 모듈화된 조립과 치환을 진행할 수 있기 때문에 유지보수 및 설치 비용이 크게 절감되므로 종래에 있어서 조류 에너지 발전 장치를 상업화, 규모화 할 수 없는 단점을 극복하였다. 또한 수평면에 수직인 방향에 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기를 배치하고, 수평면에 평행인 방향에도 적어도 2개의 수평축 수력 터빈 발전기를 배치함으로써, 수력 터빈 발전기를 매트릭스 형태로 배치해 전체 해역 횡방향과 종방향의 조류 에너지를 충분히 이용할 수 있도록 하여 발전 효율을 크게 향상시켰다. 도류 커버를 설치해 수류를 수평축 수력 터빈 발전기에 모두 집중시킴으로써, 수평축 수력 터빈 발전기의 임펠러가 더 큰 힘을 받고 회전속도를 더 빠르게 만들어 발전 효율을 향상시켰다. 장착 샤프트를 설치해 전체 수평축 발전기의 방향을 혁신적으로 변경시켜 블레이드 받음각을 단독으로 변경하지 않는 방식으로 발전기의 부하를 조절함으로써, 수류 속도가 발전기보다 크더라도 항상 안전한 부하 내에서 정상적인 발전이 가능하도록 보장하여 발전 효율을 크게 향상시켰다. 또한, 회전 가능한 장착 샤프트를 설치해 밀물과 썰물을 불문하고 수평축 수력 터빈 발전기의 임펠러가 항상 수류를 향하도록 함으로써 최대의 발전 출력을 확보할 수 있다. 중요한 것은, 본 발명에 있어서 수평축 수력 터빈 발전기는 도류 커버 외부가 아닌 내부에서 회전하고, 수평축 수력 터빈 발전기는 회전하나 도류 커버는 고정되어 움직이지 않는데, 이 같은 구조는 수류 유속과 방향에 미치는 영향을 크게 감소시키기 때문에 수류의 순조로움 움직임을 유지할 수 있어 발전 효율이 향상된다.
또한 각각의 장착 샤프트에 적어도 3개의 베어링을 설치해 장착 샤프트에 대한 “다중점 구속”을 구현하였으며, 이를 통하여 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치의 규모가 횡방향(수평면에 평행인 수평 방향)뿐만 아니라 종방향(수평면에 수직인 수심 방향)으로도 확장될 수 있도록 하여 발전 출력을 크게 향상시켰으며, 종래에 있어서 해양 에너지 발전 장치를 “크고” “깊게” 만들 수 없었던 난제를 극복하였다.
더 나아가, 본 발명 실시예에서 제안하는 도류 커버는 양단이 직사각형이고 중간이 원형이다. 밀물과 썰물을 불문하고 항상 도류 작용을 일으키며 상기 특정 구조의 도류 커버는 도류 효과가 더욱 우수하다. 특히 도류 커버를 비대칭 구조로 설치하면 밀물과 썰물을 불문하고 모두 수류가 정확하게 도류 커버에 의해 수력 터빈 발전기로 안내되기 때문에 수류를 이용한 발전을 극대화해 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 불과하며 본 발명을 한정하지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자가 본 발명의 기본 정신과 범위 내에서 진행한 변동과 개선은 모두 본 발명의 보호범위에 속하며, 봄 발명의 보호범위는 특허청구범위에서 보호하는 범위를 기준으로 한다.

Claims (9)

  1. 외부 프레임;
    분리 가능하도록 외부 프레임 내에 설치되는 적어도 2개의 내부 프레임;
    회전 가능하도록 각각의 내부 프레임에 설치되고, 축선 방향이 수평면에 수직이며 서로 평행한 적어도 2개의 장착 샤프트;
    상기 적어도 2개의 장착 샤프트에 연결되어 장착 샤프트를 회전시키는 구동 유닛;
    각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기는 하나의 장착 샤프트에 고정되고 동일한 내부 프레임 내에서 수평면에 수직인 방향을 따라 배열되는 적어도 4개의 수평축 수력 터빈 발전기;
    외부 프레임 또는 내부 프레임에 고정되고, 각각의 도류 커버는 각각의 수평축 수력 터빈 발전기에 대응하여 설치되고, 수평축 수력 터빈 발전기는 장착 샤프트의 회전에 따라 도류 커버 내에서 방향을 바꾸는 적어도 4개의 도류 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    각각의 도류 커버에는 2개의 도수(water conducting) 부분과 하나의 중간 부분이 있고, 상기 중간 부분은 2개의 도수 부분 사이에 위치하고, 각 도수 부분은 중간 부분에서 먼 일단의 횡단면이 직사각형이고, 각 도수 부분은 중간 부분에 연결된 일단의 횡단면이 원형이고, 상기 중간 부분의 횡단면은 원형이고, 상기 횡단면은 수평면과 수류 방향에 수직이고, 상기 원형 횡단면의 면적은 직사각형 횡단면의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    하나의 도수 부분에는 제1 중심축선이 있고, 다른 하나의 도수 부분에는 제2 중심축선이 있고, 제2 중심축선과 제1 중심축선은 0이 아닌 협각을 형성하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  4. 제 1 또는 2항에 있어서,
    각각의 도류 커버가 비대칭 구조인 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 적어도 6개의 베어링을 더 포함하고, 각 3개의 베어링은 하나의 장착 샤프트를 감싸고, 하나의 장착 샤프트에 설치된 3개의 베어링은 각각 2개의 수평축 수력 터빈 발전기의 양측과 중간에 위치하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 프레임에는 복수개의 고정 파일(pile)이 있고, 상기 외부 프레임은 파일링(piling) 방식으로 해저에 고정시키는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 프레임에는 복수개의 수류 저항 감소 구조가 있는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 당김 고리와 당김 케이블을 더 포함하고, 상기 당김 고리는 외부 프레임에 설치되고, 상기 당김 케이블의 일단은 당김 고리에 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치는 상기 외부 프레임에 설치되는 적어도 하나의 플로트 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈화된 양방향 조류 에너지 발전 장치.
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