KR20190012935A - 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연안해역에 설치하여 해수의 유동 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 상기 수중 파력 발전부는 연안해역의 해저에 배치되고 회전축이 구비된 베이스 블록과, 상기 회전축에 배치되고 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시키는 구동수단, 그리고 상기 구동수단의 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함한다. 이러한 구성으로, 육지와 가까운 연안해역에 설치하여 전기에너지를 생산할 수 있어 설치, 유지 및 보수 비용과 시간을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템{UNDERWATER WAVE POWER GENERATOR AND COMPLEX GENERATION SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연안해역에 설치하여 해수의 유동 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템에 관한 것이다.

신재생 에너지원에 대한 관심이 증가하고 전력전자설비 기술의 빠른 성장에 따라 소규모 분산전원의 용량이 증가하고 있다. 또한 단일 신 재생 에너지 발전 설비로 단지를 구성하기보다 서로 다른 환경의 영향을 받는 발전설비를 복합적으로 구성하여 환경에 의한 계통 영향을 줄이고 관련 기반 시설을 공유함으로써 경제성을 극대화하기 위한 방안이 주목받고 있다. 전력 산업 분야에서는 각 설비의 대형화 및 대단지화에 의한 출력 변동성이 커짐에 따라 출력 특성을 안정화하기 위한 기술에 주목하고 있으며, 분산 전원을 소규모 시스템으로 구성하여 하나의 발전 설비 단위로 연계, 출력제어를 수행하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 추가적으로 신재생 에너지원의 비중 증가에 대비하여 에너지 저장장치의 적극적인 수용 뿐만 아니라 출력 예측 시스템 개발, 다양한 에너지원의 보조적 활용에 대한 연구를 지속적으로 수행하고 있다.

이러한 신재생 에너지원 중 하나로 해수면파의 유동 에너지를 이용한 파력(wave force)이 각광을 받고 있다. 이러한 파력을 이용한 파력 발전은 풍력이나 태양광 발전과 비교하여 지속성이 뛰어난 장점이 있다.

하지만, 현재 파력 발전은 수심이 30m 이상인 먼 바다에 설치하여 해저 케이블을 연결하여 생산된 전력을 수급 받는데, 먼 바다의 깊은 수심에 파력 발전 장치를 설치하기 위해서는 많은 비용이 소요되고, 이를 유지 및 보수하는 데에도 많은 비용과 시간이 소요되는 문제가 있다.

또한, 해수면에 부이를 이용해 떠있는 형태의 파력 발전 장치도 있지만, 이는 강한 파도나 태풍에 의해 파손 등의 위험에 노출되어 있는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제1295083호(2013.08.05)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 육지와 가까운 연안해역에 설치하여 해수의 유동 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수중 파력 발전부는, 연안해역의 해저에 배치되고, 회전축이 구비된 베이스 블록; 상기 회전축에 배치되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시키는 구동수단; 및 상기 구동수단의 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기;를 포함한다.

여기서, 상기 구동수단은, 상기 회전축에 회전되게 체결되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 반시계 방향으로만 회전하는 제1 구동부; 상기 회전축에 회전되게 체결되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 시계 방향으로만 회전하는 제2 구동부; 및 상기 회전축에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부 사이에 배치되어 상기 발전기에 연결되고, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 회전동력을 전달받아 한 방향으로 회전하는 동력전달부;를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 구동부는, 상기 회전축에 회전되게 체결되는 제1 회전부; 상기 제1 회전부의 일측단에 체결 고정되고, 시계 방향으로 절곡된 복수의 날개가 방사상으로 구비된 제1 프로펠러; 상기 제1 프로펠러를 감싸도록 상기 회전축에 체결 고정되고, 상기 날개의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된 제1 유동안내부; 및 상기 제1 회전부의 타측단에 체결 고정되고, 상기 동력전달부와 기어 연결되어 회전동력을 전달하는 제1 베벨기어;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 구동부는, 상기 회전축에 회전되게 체결되는 제2 회전부; 상기 제2 회전부의 일측단에 체결 고정되고, 반시계 방향으로 절곡된 복수의 날개가 방사상으로 구비된 제2 프로펠러; 상기 제2 프로펠러를 감싸도록 상기 회전축에 체결 고정되고, 상기 날개의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된 제2 유동안내부; 및 상기 제2 회전부의 타측단에 체결 고정되고, 상기 동력전달부와 기어 연결되어 회전동력을 전달하는 제2 베벨기어;를 포함할 수 있다.

나아가, 상기 제1 구동부는, 상기 회전축과 상기 제1 회전부 사이에 구비되어 상기 제1 회전부가 반시계 방향으로만 회전하도록 안내하는 제1 원웨이 클러치 베어링;을 더 포함하고, 상기 제2 구동부는, 상기 회전축과 상기 제2 회전부 사이에 구비되어 상기 제2 회전부가 시계 방향으로만 회전하도록 안내하는 제2 원웨이 클러치 베어링;을 더 포함할 수도 있다.

상기 동력전달부는, 일측단이 상기 발전기에 연결되어 회전동력을 전달하는 동력전달축; 및 상기 동력전달축의 타측단에 체결 고정되고, 서로 마주보게 배치된 상기 제1 베벨기어와 상기 제2 베벨기어 사이에 배치되어 회전동력을 전달받는 제3 베벨기어;를 포함할 수도 있다.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예 따른 복합 발전 시스템은, 연안해역의 해저에 설치되고, 해수의 유동을 이용하여 전기에너지를 생산하는 수중 파력 발전부; 해안의 방파제 또는 암벽에 설치되고, 파도의 충돌 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 해안 파력 발전부; 연안육역에 설치되고, 태양전지를 통하여 전기에너지를 생산하는 태양열 발전부; 및 상기 수중 파력 발전부와 상기 해안 파력 발전부 그리고 상기 태양열 발전부와 전기적으로 연결되고, 생성된 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 해안 파력 발전부는, 하우징; 상기 하우징의 전면에 배치되고, 파도가 타격하면 상기 하우징의 내부로 삽입되게 구비된 가압판; 상기 하우징 내부에 배치되고, 파도가 타격시 상기 가압판에 의해 가압되어 전압을 발생시키는 압전소자; 및 상기 하우징에 배치되고, 상기 가압판에 가압력이 해제되면 상기 가압판이 상기 압전소자와 이격되게 탄성력을 인가하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 수중 파력 발전부에 따르면, 육지와 가까운 연안해역에 설치하여 전기에너지를 생산할 수 있어 설치, 유지 및 보수 비용과 시간을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 의한 수중 파력 발전부에 따르면, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 지속적으로 전기에너지를 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 복합 발전 시스템에 따르면, 해수의 유동 에너지, 파도의 충돌 에너지, 그리고 태양광 에너지를 이용하여 전기에너지를 복합적으로 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부를 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부를 개략적으로 도시해 보인 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부에서 구동수단을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부에서 남북 방향 해수의 이동에 의한 구동수단의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부에서 북남 방향 해수의 이동에 의한 구동수단의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부에서 서동 방향 해수의 이동에 의한 구동수단의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부에서 동서 방향 해수의 이동에 의한 구동수단의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 복합 발전 시스템을 개략적으로 도시해 보인 도면이다.

본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 수중 파력 발전부 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부를 개략적으로 도시해 보인 사시도 및 부분 단면도이고, 도 3은 상기 수중 파력 발전부에서 구동수단을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 사시도이다. 그리고, 도 4 내지 도 7은 상기 수중 파력 발전부에서 해수의 이동에 의한 구동수단의 동작 상태를 개략적으로 도시해 보인 도면이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부(10)는 연안해역의 해저에 배치되고 회전축(110)이 구비된 베이스 블록(100)과, 상기 회전축(110)에 배치되고 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시키는 구동수단, 그리고 상기 구동수단의 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기(500)를 포함한다.

여기서, 상기 발전기(500)는 기계 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 즉, 상기 구동수단의 회전동력을 이동하여 전자기 유도작용으로 기전력을 발생시킨다. 이러한, 상기 발전기(500)는 공지의 구성에 해당하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 베이스 블록(100)은 해저에 배치되어 해수의 유동에도 이동되지 않고 견고하게 수중 파력 발전부(10)를 고정할 수 있도록 일정 하중 이상을 가지도록 마련된다. 이러한, 상기 베이스 블록(100)은 해수에 의해 부식되지 않고 장기간 사용할 수 있도록 시멘트 등으로 마련되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 베이스 블록(100)에는 해저면에 수직한 방향으로 배치되는 회전축(110)이 구비된다. 상기 회전축(110)은 상기 구동수단이 설치되어 해수의 유동에 대응하여 회전되도록 제공된다.

그리고, 상기 베이스 블록(100)에는 복수의 고리(120)가 구비될 수도 있다. 상기 고리(120)에는 앵커(anchor)가 연결되어 상기 베이스 블록(100)을 해저면에 보다 안정적으로 고정하도록 제공될 수 있다.

상기 구동수단은 상기 회전축(110)에 배치되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시키도록 마련된다. 즉, 조수 간만의 차 또는 바람의 방향 등에 의해 연안해역의 해수의 유동 방향은 지속적으로 변경된다. 상기 구동수단은 이러한 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시켜서 지속적인 전기에너지를 생산하도록 제공된다.

이를 위하여, 상기 구동수단은 상기 회전축(110)에 회전되게 체결되고 해수의 유동 방향이 바뀌어도 반시계 방향으로만 회전하는 제1 구동부(200)와, 상기 회전축(110)에 회전되게 체결되고 해수의 유동 방향이 바뀌어도 시계 방향으로만 회전하는 제2 구동부(300), 그리고 상기 회전축(110)에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1 구동부(200)와 상기 제2 구동부(300) 사이에 배치되어 상기 발전기(500)에 연결되고 상기 제1 구동부(200)와 상기 제2 구동부(300)의 회전동력을 전달받아 한 방향으로 회전하는 동력전달부(400)를 포함한다.

즉, 상기 제1 구동부(200)에서는 해수의 유동이 어떠한 방향으로 흘러도 항시 반시계 방향으로만 회전하여 회전동력을 발생시키고, 상기 제2 구동부(300)에서는 해수의 유동이 어떠한 방향으로 흘러도 항시 시계 방향으로만 회전하여 회전동력을 발생시킨다. 그리고, 상기 동력전달부(400)는 상기 제1 구동부(200)와 상기 제2 구동부(300) 사이에 배치되어 반시계 방향과 시계 방향으로 회전하는 회전동력을 전달받아 한 방향으로 회전하고, 이러한 회전동력을 상기 발전기(500)에 전달한다.

보다 구체적으로, 상기 제1 구동부(200)는 제1 회전부(210)와, 제1 프로펠러(220)와, 제1 유동안내부(230), 그리고 제1 베벨기어(240)로 구성된다.

상기 제1 회전부(210)는 중심이 관통된 원통 형상의 관으로 마련되고, 상기 회전축(110)에 삽입되어 상하 방향으로의 이동은 구속되되 회전되게 체결된다. 즉, 상기 제1 회전부(210)에는 상기 제1 프로펠러(220)와 상기 제1 베벨기어(240)가 체결되므로, 상기 제1 프로펠러(220)가 해수의 유동에 의해 회전하면 이 회전동력을 상기 제1 베벨기어(240)에 전달하는 역할을 한다.

그리고, 상기 제1 회전부(210)를 상기 회전축(110)에 회전되게 체결하기 위하여 제1 원웨이 클러치 베어링(250)이 상기 제1 회전부(210)와 상기 회전축(110) 사이에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제1 원웨이 클러치 베어링(250)은 어느 한 방향으로의 회전은 허용하되 다른 한 방향으로의 회전은 제한하도록 마련된다. 즉, 상기 제1 원웨이 클러치 베어링(250)은 상기 제1 회전부(210)가 반시계 방향으로만 회전하도록 안내한다.

상기 제1 프로펠러(220)는 상기 제1 회전부(210)의 일측단에 체결 고정되고 시계 방향으로 절곡된 복수의 날개(221)가 방사상으로 구비된다. 즉, 상기 제1 프로펠러(220)는 상기 날개(221)가 회전축에 대하여 시계 방향으로 절곡되어 있으므로, 해수의 유동에 의해 상기 제1 프로펠러(220)를 반시계 방향으로 효과적으로 회전시킬 수 있다.

도면에서는, 상기 제1 프로펠러(220)를 하나만 개시하고 있지만, 필요에 따라 상기 제1 회전부(210)의 길이 방향을 따라 복수로 마련될 수도 있다.

상기 제1 유동안내부(230)는 상기 제1 프로펠러(220)를 감싸도록 상기 회전축(110)에 체결 고정되고, 상기 날개(221)의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 유동안내부(230)는 상기 제1 프로펠러(220)가 내부에 배치되도록 사각 박스 형태로 마련되는 몸체(231)와, 상기 몸체(231)의 모서리 부분에서 외측으로 돌출되어 해수가 유입되게 유로가 형성된다. 즉, 상기 몸체(231)의 각 모서리에 제1 유로(232), 제2 유로(233), 제3 유로(234), 제4 유로(235)가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 각각의 유로는 상기 몸체(231)의 모서리 부분에서도 상기 날개(221)의 절곡된 내측을 향하는 방향으로 해수가 유입되도록 형성된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 유로는 사각형의 각변에서 도면을 기준으로 왼쪽의 모서리 측에 배치된다.

따라서, 각 유로를 통하여 유입되는 해수는 상기 날개(221)의 절곡된 내측을 향하게 되어 상기 제1 프로펠러(220)를 효과적으로 회전시킬 수 있고, 또한, 어떤 유로를 통하여 해수가 유입되어도 상기 제1 프로펠러(220)는 반시계 방향으로만 회전하게 된다.

여기서, 상기 제1 유동안내부(230)의 몸체는 사각형에 한정되는 것은 아니고 삼각형 또는 오각형 등 다양한 형태로 마련되어 각 모서리를 통하여 해수가 유입되게 마련될 수 있다.

상기 제1 베벨기어(240)는 상기 제1 회전부(210)의 타측단에 체결 고정되고, 상기 제1 프로펠러(220)에 의해 상기 제1 회전부(210)가 회전하면 함께 회전하여 상기 동력전달부(400)에 회전동력을 전달한다. 이때, 상기 동력전달부(400)에 제3 베벨기어(420)가 구비되고, 상기 제1 베벨기어(240)는 상기 제3 베벨기어(420)의 상측에 기어 체결되어 회전동력을 전달하게 된다.

그리고, 상기 제2 구동부(300)는 제2 회전부(310)와, 제2 프로펠러(320)와, 제2 유동안내부(330), 그리고 제2 베벨기어(340)로 구성된다.

상기 제2 회전부(310)는 중심이 관통된 원통 형상의 관으로 마련되고, 상기 회전축(110)에 삽입되어 상하 방향으로의 이동은 구속되되 회전되게 체결된다. 즉, 상기 제2 회전부(310)에는 상기 제2 프로펠러(320)와 상기 제2 베벨기어(340)가 체결되므로, 상기 제2 프로펠러(320)가 해수의 유동에 의해 회전하면 이 회전동력을 상기 제2 베벨기어(340)에 전달하는 역할을 한다.

그리고, 상기 제2 회전부(310)를 상기 회전축(110)에 회전되게 체결하기 위하여 제2 원웨이 클러치 베어링(350)이 상기 제2 회전부(310)와 상기 회전축(110) 사이에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 제2 원웨이 클러치 베어링(350)은 어느 한 방향으로의 회전은 허용하되 다른 한 방향으로의 회전은 제한하도록 마련된다. 즉, 상기 제2 원웨이 클러치 베어링(350)은 상기 제2 회전부(310)가 시계 방향으로만 회전하도록 안내한다.

상기 제2 프로펠러(320)는 상기 제2 회전부(310)의 일측단에 체결 고정되고 반시계 방향으로 절곡된 복수의 날개(321)가 방사상으로 구비된다. 즉, 상기 제2 프로펠러(320)는 상기 날개(321)가 회전축에 대하여 시계 방향으로 절곡되어 있으므로, 해수의 유동에 의해 상기 제2 프로펠러(320)를 시계 방향으로 효과적으로 회전시킬 수 있다.

도면에서는, 상기 제2 프로펠러(320)를 하나만 개시하고 있지만, 필요에 따라 상기 제2 회전부(310)의 길이 방향을 따라 복수로 마련될 수도 있다.

상기 제2 유동안내부(330)는 상기 제2 프로펠러(320)를 감싸도록 상기 회전축(110)에 체결 고정되고, 상기 날개(321)의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된다.

보다 구체적으로, 상기 제2 유동안내부(330)는 상기 제2 프로펠러(320)가 내부에 배치되도록 사각 박스 형태로 마련되는 몸체(331)와, 상기 몸체(331)의 모서리 부분에서 외측으로 돌출되어 해수가 유입되게 유로가 형성된다. 즉, 상기 몸체(331)의 각 모서리에 제1 유로(332), 제2 유로(333), 제3 유로(334), 제4 유로(335)가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 각각의 유로는 상기 몸체(331)의 모서리 부분에서도 상기 날개(321)의 절곡된 내측을 향하는 방향으로 해수가 유입되도록 형성된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 유로는 사각형의 각변에서 도면을 기준으로 오른쪽의 모서리 측에 배치된다.

따라서, 각 유로를 통하여 유입되는 해수는 상기 날개(321)의 절곡된 내측을 향하게 되어 상기 제2 프로펠러(320)를 효과적으로 회전시킬 수 있고, 또한, 어떤 유로를 통하여 해수가 유입되어도 상기 제2 프로펠러(320)는 시계 방향으로만 회전하게 된다.

여기서, 상기 제2 유동안내부(330)의 몸체는 사각형에 한정되는 것은 아니고 삼각형 또는 오각형 등 다양한 형태로 마련되어 각 모서리를 통하여 해수가 유입되게 마련될 수 있다.

상기 제2 베벨기어(340)는 상기 제2 회전부(310)의 타측단에 체결 고정되고, 상기 제2 프로펠러(320)에 의해 상기 제2 회전부(310)가 회전하면 함께 회전하여 상기 동력전달부(400)에 회전동력을 전달한다. 이때, 상기 동력전달부(400)에 제3 베벨기어(420)가 구비되고, 상기 제2 베벨기어(340)는 상기 제3 베벨기어(420)의 하측에서 기어 체결되어 회전동력을 전달하게 된다.

상기 동력전달부(400)는 상기 회전축(110)에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1 구동부(200)와 상기 제2 구동부(300) 사이에 배치되어 상기 발전기(500)에 연결되고, 상기 제1 구동부(200)와 상기 제2 구동부(300)의 회전동력을 전달받아 한 방향으로 회전하도록 마련된다.

이를 위하여, 상기 동력전달부(400)는 일측단이 상기 발전기(500)에 연결되어 회전동력을 전달하는 동력전달축(410)과, 상기 동력전달축(410)의 타측단에 체결 고정되고 서로 마주보게 배치된 상기 제1 베벨기어(240)와 상기 제2 베벨기어(340) 사이에 배치되어 회전동력을 전달받는 제3 베벨기어(420)가 구비된다.

즉, 상기 동력전달부(400)의 상기 제3 베벨기어(340)는 상하 방향으로 서로 마주보게 배치된 상기 제1 베벨기어(240)와 상기 제2 베벨기어(340) 사이에 배치되어 상기 제1 베벨기어(240) 및 상기 제2 베벨기어(340)와 기어 연결되고, 상측에서 반시계 방향으로 회전하는 상기 제1 베벨기어(240)와 하측에서 시계방향으로 회전하는 상기 제2 베벨기어(340)에 함께 회전동력을 전달받아 상기 동력전달축(410)을 회전시켜 회전동력을 상기 발전기(500)에 전달하게 된다.

그리고, 상기 동력전달부(400)는 상기 베이스 블록(100)에 고정되고, 상기 제1 베벨기어(240)와 상기 제2 베벨기어(340)와 함께 해수에 노출되지 않도록 감싸는 케이싱(430)을 더 구비할 수 있다.

이러한 구성으로, 본 발명의 실시예에 의한 수중 파력 발전부(10)는 해수의 유동 방향이 수시로 바뀌는 연안해역의 해저에 설치하고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 상기 제1 구동부(200)는 항시 반시계 방향으로의 회전동력을 발생시키고, 상기 제2 구동부(300)는 항시 시계 방향으로의 회전동력을 발생시켜, 상기 발전기(500)에 인가되는 회전동력의 방향을 항상 한 방향으로 유지할 수 있어 지속적인 발전을 수행할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 해수가 남북 방향(SN)으로 흐르게 되면, 제1 유동안내부(230)에서 남쪽 방향으로 개방된 제3 유로(234)를 통하여 해수가 유입되어 제1 프로펠러(220)를 반시계 방향으로 회전시키고 제1 유로(232)를 통하여 배출되고, 제2 유동안내부(330)에서 남쪽 방향으로 개방된 제3 유로(334)를 통하여 해수가 유입되어 제2 프로펠러(320)를 시계 방향으로 회전시키고 제1 유로(332)를 통하여 배출된다.

도 5에 도시된 바와 같이 해수가 북남 방향(NS)으로 흐르게 되면, 제1 유동안내부(230)에서 북쪽 방향으로 개방된 제1 유로(232)를 통하여 해수가 유입되어 제1 프로펠러(220)를 반시계 방향으로 회전시키고 제3 유로(234)를 통하여 배출되고, 제2 유동안내부(330)에서 북쪽 방향으로 개방된 제1 유로(332)를 통하여 해수가 유입되어 제2 프로펠러(320)를 시계 방향으로 회전시키고 제3 유로(334)를 통하여 배출된다.

도 6에 도시된 바와 같이 해수가 서동 방향(WE)으로 흐르게 되면, 제1 유동안내부(230)에서 서쪽 방향으로 개방된 제4 유로(235)를 통하여 해수가 유입되어 제1 프로펠러(220)를 반시계 방향으로 회전시키고 제2 유로(233)를 통하여 배출되고, 제2 유동안내부(330)에서 서쪽 방향으로 개방된 제4 유로(335)를 통하여 해수가 유입되어 제2 프로펠러(320)를 시계 방향으로 회전시키고 제2 유로(333)를 통하여 배출된다.

마지막으로, 도 6에 도시된 바와 같이 해수가 동서 방향(EW)으로 흐르게 되면, 제1 유동안내부(230)에서 동쪽 방향으로 개방된 제2 유로(233)를 통하여 해수가 유입되어 제1 프로펠러(220)를 반시계 방향으로 회전시키고 제4 유로(235)를 통하여 배출되고, 제2 유동안내부(330)에서 동쪽 방향으로 개방된 제2 유로(333)를 통하여 해수가 유입되어 제2 프로펠러(320)를 시계 방향으로 회전시키고 제4 유로(335)를 통하여 배출된다.

결론적으로, 상기 제1 유동안내부(230) 및 상기 제2 유동안내부(330)에 형성된 유로의 위치와 상기 제1 프로펠러(220) 및 상기 제2 프로펠러(320)에 구비된 날개의 형상에 의해, 어떠한 방향으로 해수가 유동하여도 상기 제1 프로펠러(220)는 항시 반시계 방향으로 회전하고, 상기 제2 프로펠러(320)는 항시 시계 방향으로 회전할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 복합 발전 시스템을 개략적으로 도시해 보인 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 복합 발전 시스템은 수중 파력 발전부(10)와, 해안 파력 발전부(20)와, 태양열 발전부(30), 그리고 에너지 저장부(40)를 포함한다.

여기서, 상기 수중 파력 발전부(10)와, 상기 해안 파력 발전부(20)와, 상기 태양열 발전부(30)는 상기 에너지 저장부(40)와 케이블로 연결되어 생산된 전기에너지를 상기 에너지 저장부(40)에 저장한다.

그리고, 상기 수중 파력 발전부(10) 및 상기 해안 파력 발전부(20)는 상기 에너지 저장부(40)와의 사이에는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 다이오드(미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 에너지 저장부(40)에 저장되어 있는 전기에너지가 상기 수중 파력 발전부(10)와 상기 해안 파력 발전부(20)로 흐르는 것을 방지하기 위함이다.

상기 수중 파력 발전부(10)는 연안해역의 해저에 설치되고, 해수의 유동을 이용하여 전기에너지를 생산한다. 상기 수중 파력 발전부(10)는 상기 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 상기 수중 파력 발전부(10)에 해당하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 해안 파력 발전부(20)는 해안의 방파제 또는 암벽 등 파도가 부딪치는 부분에 설치되고, 파도의 충돌 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산한다. 이러한, 파도의 충돌 에너지를 전기에너지로 변환하기 위하여 압전소자(piezoelectric element)를 사용할 수 있다. 상기 압전소자는 기계적 응력이 가해지면 전압을 발생시키는 소자이다.

압전소자를 이용한 상기 해안 파력 발전부(20)의 구체적인 구성은, 전면이 개방되고 중공부를 가지는 하우징(21)과, 상기 하우징(21)의 전면에 배치되고 파도가 타격하면 상기 하우징(21)의 내부로 삽입되게 구비된 가압판(22)과, 상기 하우징(21) 내부에 배치되고 파도가 타격시 상기 가압판(22)에 의해 가압되어 전압을 발생시키는 압전소자(23), 그리고 상기 하우징(21)에 배치되고 상기 가압판(22)에 가압력이 해제되면 상기 가압판(22)이 상기 압전소자(23)와 이격되게 탄성력을 인가하는 탄성부재(24)를 포함한다.

이러한 구성으로, 파도가 상기 가압판(22)을 타격하면 상기 가압판(22)이 상기 압전소자(23)를 가압하여 상기 압전소자(23)에서 전기에너지를 생산하고, 파도가 물러나면 상기 탄성부재(24)가 상기 가압판(22)을 원래 위치로 복귀시키고 다시 파도가 상기 가압판(22)을 타격하여 반복적으로 전기에너지를 생산할 수 있다.

상기 태양열 발전부(30)는 연안육역에 설치되고, 태양전지(31)를 통하여 전기에너지를 생산한다. 상기 태양전지(31)는 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 그리고, 상기 태양열 발전부(30)는 공간 활용을 위하여 상기 에너지 저장부(40)가 구비되는 구조물에 함께 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 구성으로, 본 발명의 실시예에 의한 복합 발전 시스템은 수중 파력 발전부(10)가 연안해역의 수중에 설치되어 해수가 어떠한 방향으로 유동하여도 균일한 전기에너지를 생산할 수 있고, 해안의 방파제 또는 압력에 해안 파력 발전부(20)가 설치되어 파도가 치는 동안에 반복적으로 전기에너지를 생산할 수 있으며, 에너지 저장부(40)가 설치되는 연안육역에 태양열 발전부(30)를 설치하여 태양이 있는 오후시간동안에 전기에너지를 생산할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 수중 파력 발전부 20 : 해안 파력 발전부
30 : 태양열 발전부 40 : 에너지 저장부
100 : 베이스 블록 110 : 회전축
200 : 제1 구동부 210 : 제1 회전부
220 : 제1 프로펠러 230 : 제1 유동안내부
240 : 제1 베벨기어 250 : 제1 원웨이 클러치 베어링
300 : 제2 구동부 310 : 제2 회전부
320 : 제2 프로펠러 330 : 제2 유동안내부
340 : 제2 베벨기어 350 : 제2 원웨이 클러치 베어링
400 : 동력전달부 410 : 동력전달축
420 : 제3 베벨기어 500 : 발전기

Claims (8)

1. 연안해역의 해저에 배치되고, 회전축이 구비된 베이스 블록;
   상기 회전축에 배치되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 동일한 방향의 회전동력을 발생시키는 구동수단; 및
   상기 구동수단의 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기;
   를 포함하는 수중 파력 발전부.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동수단은,
   상기 회전축에 회전되게 체결되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 반시계 방향으로만 회전하는 제1 구동부;
   상기 회전축에 회전되게 체결되고, 해수의 유동 방향이 바뀌어도 시계 방향으로만 회전하는 제2 구동부; 및
   상기 회전축에 대하여 수직한 방향으로 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부 사이에 배치되어 상기 발전기에 연결되고, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부의 회전동력을 전달받아 한 방향으로 회전하는 동력전달부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파력 발전부.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 구동부는,
   상기 회전축에 회전되게 체결되는 제1 회전부;
   상기 제1 회전부의 일측단에 체결 고정되고, 시계 방향으로 절곡된 복수의 날개가 방사상으로 구비된 제1 프로펠러;
   상기 제1 프로펠러를 감싸도록 상기 회전축에 체결 고정되고, 상기 날개의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된 제1 유동안내부; 및
   상기 제1 회전부의 타측단에 체결 고정되고, 상기 동력전달부와 기어 연결되어 회전동력을 전달하는 제1 베벨기어;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파력 발전부.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 구동부는,
   상기 회전축에 회전되게 체결되는 제2 회전부;
   상기 제2 회전부의 일측단에 체결 고정되고, 반시계 방향으로 절곡된 복수의 날개가 방사상으로 구비된 제2 프로펠러;
   상기 제2 프로펠러를 감싸도록 상기 회전축에 체결 고정되고, 상기 날개의 절곡된 내측으로 해수가 공급되도록 복수의 유로가 형성된 제2 유동안내부; 및
   상기 제2 회전부의 타측단에 체결 고정되고, 상기 동력전달부와 기어 연결되어 회전동력을 전달하는 제2 베벨기어;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파력 발전부.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 구동부는, 상기 회전축과 상기 제1 회전부 사이에 구비되어 상기 제1 회전부가 반시계 방향으로만 회전하도록 안내하는 제1 원웨이 클러치 베어링;을 더 포함하고,
   상기 제2 구동부는, 상기 회전축과 상기 제2 회전부 사이에 구비되어 상기 제2 회전부가 시계 방향으로만 회전하도록 안내하는 제2 원웨이 클러치 베어링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파력 발전부.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 동력전달부는,
   일측단이 상기 발전기에 연결되어 회전동력을 전달하는 동력전달축; 및
   상기 동력전달축의 타측단에 체결 고정되고, 서로 마주보게 배치된 상기 제1 베벨기어와 상기 제2 베벨기어 사이에 배치되어 회전동력을 전달받는 제3 베벨기어;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 파력 발전부.
   
7. 연안해역의 해저에 설치되고, 해수의 유동을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 수중 파력 발전부;
   해안의 방파제 또는 암벽에 설치되고, 파도의 충돌 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 해안 파력 발전부;
   연안육역에 설치되고, 태양전지를 통하여 전기에너지를 생산하는 태양열 발전부; 및
   상기 수중 파력 발전부와 상기 해안 파력 발전부 그리고 상기 태양열 발전부와 전기적으로 연결되고, 생성된 전기에너지를 저장하는 에너지 저장부;
   를 포함하는 복합 발전 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 해안 파력 발전부는,
   하우징;
   상기 하우징의 전면에 배치되고, 파도가 타격하면 상기 하우징의 내부로 삽입되게 구비된 가압판;
   상기 하우징 내부에 배치되고, 파도가 타격시 상기 가압판에 의해 가압되어 전압을 발생시키는 압전소자; 및
   상기 하우징에 배치되고, 상기 가압판에 가압력이 해제되면 상기 가압판이 상기 압전소자와 이격되게 탄성력을 인가하는 탄성부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
   

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