KR20200016457A - 해류발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전장치의 원리를 응용한 것으로서 유속 증대를 통하여 발전효율을 높이고 설치비용을 절감할 수 있는 해류발전장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 해류가 있는 지점의 해저면에 고정 설치되는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 위에 설치되는 것으로서 중간 부분에 수평 방향으로 유로가 형성되어 있는 유로형성체; 상기 유로형성체의 유로 중간부분에 설치되는 것으로서 해수면에 대하여 수직을 이루는 축을 중심으로 회전구동하면서 발전을 일으키는 터빈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해류발전장치{Current Power Generation System}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전장치의 원리를 응용한 것으로서 유속 증대를 통하여 발전효율을 높이고 설치비용을 절감할 수 있는 해류발전장치에 관한 것이다.

피요르드식 해안을 갖고 있는 지역에서는 조수간만의 차가 크다. 이 조수간만의 차이를 이용한 발전이 조력발전이다. 한편 주로 조류에 의해 만들어지는 해수의 흐름을 이용하여 터빈을 가동하는 방식의 발전은 조류발전이다. 조류발전은 방파제 등의 설치가 필요하지 않으며 조수간만의 차가 없더라도 조류가 있는 곳이라면 어디든 설치할 수 있다는 특성을 가진다. 조류발전보다는 좀 더 넓은 의미로 해수의 흐름 자체를 이용하는 것을 이하에서는 해류발전이라 한다.

해류발전 또는 조류발전시스템에 있어서, 설치지형, 수온, 계절, 해류, 기후 등 여러 이유로 조류의 흐름에 변화가 심한데, 이러한 조류의 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 터빈의 구조가 필요로 한다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0106780호는 분리형 조류발전 로터 블레이드는 블레이드 몸체부를 블록형태의 복수개로 분할하여 조립함으로써, 블레이드의 대량 생산이 가능하고, 성형성이 우수하게 되며, 블레이드 몸체부를 블록화 함으로써 블레이드의 제조 및 보수 시 비용과 시간을 절감할 수 있고, 블레이드 블록 사이에 충격흡수부재를 구비하여 돌발적인 충격력에 대한 충격을 흡수하여, 블레이드가 파손되는 것을 방지할 수 있는 구성을 제안한다.

그리고 설치 및 유지보수의 용이성 때문에 부유식 발전시스템도 이용되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허출원 제10-2014-0107038호가 그러하다. 그러나 아무래도 부유식 조류발전장치는 파도의 일렁임에 의한 영향을 받게 됨으로써 조류의 힘을 100% 이용하기가 어려우며 부유하지 않게끔 해수면 위에 고정시키기가 어렵다는 문제가 있다. 폭풍우에도 견딜 수 있게 해야 하기 때문이다.

그리고 종래의 조류발전시스템은 일반적으로 조류의 방향이 변화하는 것에 대한 대응책이 없거나, 있어도 너무 복잡하여 설치비용의 증가가 크다는 문제가 있었다.

대한민국 특허출원 제10-2010-0106780호 대한민국 특허출원 제10-2014-0107038호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 기본적인 목적은 베르누이 원리를 응용한 것으로서, 조류와 같이 일정한 방향성을 갖는 지점에 설치하는 것으로서 유속을 증대하여 터빈의 발전효율을 높일 수 있는 해류발전장치를 제공하는 것에 있다. 또한 설치, 시공이 용이하며 구조가 간단하여 내구성이 높으며 제반비용이 적게 발생되는 해류발전장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

위와 같은 목적은, 해류가 있는 지점의 해저면에 고정 설치되는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 위에 설치되는 것으로서 중간 부분에 수평 방향으로 유로가 형성되어 있는 유로형성체; 상기 유로형성체의 유로 중간부분에 설치되는 것으로서 해수면에 대하여 수직을 이루는 축을 중심으로 회전구동하면서 발전을 일으키는 터빈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 해류발전장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 유로형성체가 제공하는 유로는 노즐과 같이 유로 중간지점의 유로폭이 좁도록 "

"또는 "

"의 형태로 되어 있는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 터빈은 해류의 속도가 가장 빠른 곳으로서 상기 유로폭이 가장 좁은 지점에 회전축이 위치되도록 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 유로형성체의 유로와 접하고 있는 내측벽으로서, 유로폭이 가장 좁은 지점에는 반원통형상의 터빈설치홈이 형성되어 있으며, 상기 터빈은 터빈블레이드만이 상기 유로로 돌출되도록 상기 터빈설치홈에 끼워져 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 터빈은 유로형성체의 유로 중심부에 설치되며;

상기 터빈의 유로 전방에는 해류가 터빈의 블레이드를 정회전시키는 방향으로 유로가 흘러가도록 안내하기 위한 가이드판이 설치될 수 있다. 그리고 이 가이드판은 해저면에 대하여 수직을 이루는 축을 중심으로 회전운동 가능하게 설치될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 풍력발전과 유사하게끔 터빈의 주변을 흐르는 해류를 터빈을 향해 집중시키는 한편, 노즐과 유사한 구조를 가짐으로써 유속을 증대시켜 발전효율을 높일 수 있는 해류발전장치가 제공된다. 또한 구성이 간단하여 설치, 시공이 용이하며 그에 따른 비용이 적게 소요되는 해류발전장치가 제공된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 해류발전장치의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 해류발전장치의 실제 설치상태의 사시도이다.
도 5는 도 4에 대한 개략적 평단면도이다.
도 6은 도 4의 일부 분해 사시도이다.
도 7은 도 4에 대한 개략적 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3을 기본적으로 참조하되 필요한 곳에서 다른 도면을 인용하면서 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 해류발전장치는 해류를 이용하여 발전을 일으키는 시스템으로서 기본적으로 터빈(1)과 유로형성체(3)를 포함한다. 해류라 함은 조류를 포함하는 것으로서 다양한 원인에 의해 발생하는 해수의 흐름을 말한다. 그러므로 해류발전장치는 조류를 이용한 조력발전장치와 조력을 이용한 조석발전장치를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

베이스플레이트(5)가 발전장치를 설치하고자 하는 지점, 특히 해류(F)가 있는 지점의 해저면에 고정 설치된다. 베이스플레이트(5)는 철근콘크리트로 되어 있을 수 있다. 베이스플레이트(5)의 상면에 유로형성체(3)가 고정 설치된다. 유로형성체(3)는 베이스플레이트(5) 위에 설치되는 것으로서 중간 부분에 수평 방향, 특히 해류(F)의 방향으로 유로(7)를 형성하기 위한 것이다.

본 발명에서 유로형성체(3)가 제공하는 유로(7)는 "

"또는 "

"의 형태와 같이 유로폭(W)이 유로의 진행방향을 따라 점진적으로 좁아지다가 다시 넓어지는 형태로 되어 있다. 즉 유로(7)는 베르누이 원리에 따른 유속의 증대 효과를 얻을 수 있는 노즐과 같은 구조로 되어 있다.

유로형성체(3)는 좌우 대칭을 이루는 한쌍의 측벽체(9,9')로 구성된다. 측벽체(9,9')는 반원기둥의 형태로서 평면상 "

"의 형태로 되어 있다. 유로형성체(3)는 철근 콘크리트로 되어 있을 수도 있고, 금속이나 유리강화섬유 등의 소재가 사용될 수도 있다.

터빈(1)은 유로형성체(3)가 제공하는 유로(7)의 중심에 설치된다. 터빈(1)은 해류(F)에 의해 해수면에 대하여 수직을 이루는 축(V)을 중심으로 회전구동하면서 발전을 일으키는 발전유닛이다. 터빈(1)은 기본적으로 발전기본체(11) 및 로터블레이드(13)를 포함한다. 도시된 바에 의하면 터빈(1)은 유체의 흐름방향과 터빈(1)의 회전축 방향이 직각을 이루는 반경류 터빈(radial flow turbine, 半徑流)으로 되어 있다. 로터블레이드(13)의 개수 및 형태는 매우 다양할 수 있다. 로터블레이드(13)의 만곡도, 소재 등도 해류에 적합한 형태로 설계될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 유로형성체(3)의 인입부로 유입되는 해류(F)는 유로(7)를 통과하는 과정에서 유속이 증가된다. 터빈(1)은 유속이 가장 빠른 지점에 설치되어 있으므로 유로형성체(3)가 없는 경우보다 더 빠른 속도로 회전하게 된다. 터빈(1)의 회전속도는 발전량과 직결되므로 본 발명에 의하면 결국 발전량이 늘어난 해류발전장치가 제공되는 것이다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 터빈(1)은 유로형성체(3)가 제공하는 유로(7)의 정중앙에 설치된다. 도시된 바에 의하면 하나의 터빈(1)이 설치되고 있지만, 터빈의 평면적이라든가 유로의 폭(W)에 따라서 2개 또는 그 이상의 터빈(1)이 설치될 수도 있다.

한편, 본 실시예의 경우에 있어서, 터빈(1)을 통과하는 해류 가운데 터빈(1)을 역회전시키려는 해류(F')를 차단하기 위한 가이드판(15)이 터빈(1)의 전방에 설치된다. 이는 해류(F)가 터빈의 블레이드(13)를 정회전시키는 방향으로 유로(F)가 흘러가도록 안내하기 위한 것이다.

더 나아가 가이드판(15)은 터빈의 유로 전방 및 후방에 각각 설치될 수도 있다. 그리고 가이드판(15)은 해저면에 대하여 수직을 이루는 축(23)을 중심으로 회전운동 가능하게 설치될 수 있다. 이것은 해류가 조석에 따라 바뀔 경우에 한쪽 가이드판(15)은 해류를 가이드하게끔 유로에 대하여 경사지게 설치되고, 반대쪽 가이드판(15')은 해류(F)와 평행선을 이루도록 하여 해류가 저항을 적게 받고 통과되도록 하기 위한 것이다. 즉 밀물일 때와 썰물일 때의 해류의 방향이 바뀌는 것에 따라서 가이드판(15,15')을 조정하여 터빈(1)의 원활한 회전을 유도할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

유로형성체(3)의 유로(F)와 접하고 있는 측벽체(9,9')의 내벽으로서, 유로폭(W)이 가장 좁은 지점에 반원통형상의 터빈설치홈(17)이 마련되어 있다. 그리고 터빈(1)은 터빈설치홈(17)에 부분적으로 끼워져 설치될 수 있다. 터빈의 블레이드(13)만이 터빈설치홈(17)에서 유로(7)를 향해 돌출되어 있다. 본 실시예에 의하면 전술한 실시예에서의 가이드판(15)이 필요 없게 된다.

터빈설치홈(17)은 양쪽 측벽체(9,9')에 각각 마련되고, 2대의 터빈(1)이 이 터빈설치홈(17)에 설치된다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예에 의하면 터빈(1)이 측벽체(9,9') 및 유로 중앙에 각각 설치된다. 본 실시예는 터빈(1)의 평면적 및 유로의 폭(W)에 따라 여러 대의 터빈을 설치할 수 있다는 것을 보여주는 것이다.

이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 해류발전장치의 실제 설치예를 설명한다. 본 실시예는 도 1 및 도 3에 도시된 실시예에 준한 것이다.

베이스플레이트(5)와 유로형성체(3)는 콘크리트블록(19)에 의해 일체형으로 제공된다. 콘크리트블록(19)은 거푸집을 이용하여 지상에서 양생한 후 해상으로 옮겨져 앵커수단에 의해 고정 설치될 수 있다. 운반 내지 앵커링을 위한 인양고리(21)가 상부 슬래브(23)에 설치될 수 있다.

터빈(1)은 상부 슬래브(23)에 마련되어 있는 설치공(25)을 통해 거꾸로 매달리는 형태로 고정 설치될 수 있다. 즉 발전기본체(11)가 상부에 위치하고 로터블레이드(13)가 아래에 위치되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 유로형성체(3)를 해상에 고정한 다음 터빈(1)을 설치하면 되기 때문에 터빈(1)의 설치 및 유지보수가 매우 용이하게 된다.

도시된 바에 의하면 상부슬래브가 해류의 방향을 따라 폭이 좁아지도록 하기 위한 유로형성체로 기능하고 있다.

동일 구성을 가지는 한쌍의 가이드판(15,15')은 상부 슬래브(23) 및 베이스플레이트(5)에 마련되는 수직축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 가이드판(15,15')은 해류에 따라 자동적으로 펼쳐지거나 접혀지면서 해류가 온전히 터빈(1)을 정회전시키는 방향으로 회전력을 가할 수 있도록 유도한다. 가이드판(15,15')은 원호 형태로 되어 있으며, 유체저항을 줄이기 위하여 유선형으로 되어 있다.

가이드판(15,15')은 가이드유닛(25)을 통해 수직축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 가이드유닛(25)은 측방향으로 축받이(27,29)가 각각 돌출 형성되고 있는 상부링체(31)와 하부링체(33)를 포함한다. 가이드판(15,15')의 상단과 하단에는 축받이(27,29)의 축공에 끼워질 수 있는 축핀(35,37)이 돌출 형성된다. 가이드판(15,15')의 상단과 하단은 상부링체(31)와 하부링체(33)의 면(31a,33a)에 지지될 수 있다. 해류(F)가 유로를 따라 형성되는 경우 유로의 전방에 위치한 가이드판(15)은 해류에 의해 밀리면서 회전하여 상부링체와 하부링체의 면(31a,33a)에 닿은 상태를 유지하면서 해류(F)가 터빈(1)을 역회전시키는 방향으로 유입되는 것을 방해한다. 유로의 후방에 위치한 가이드판(15')은 터빈(1)을 통과한 해류에 의해 해류와 평행선을 이루는 상태로 자유롭게 매달려 있게 된다. 해류의 방향이 180ㅀ바뀌게 되면 유로의 전후방에 각각 설치된 가이드판(15,15')의 상태가 서로 바뀌게 되며 동일한 역할을 수행하게 된다.

터빈의 로터블레이드(13)는 상부링체(31)와 하부링체(33) 사이의 공간에 위치되며, 상부링체(31)와 하부링체(33)는 소정의 지지대(39)에 의해 상하로 이격된 상태로 고정 설치될 수 있다. 상부링체(31)에는 고정플레이트(41)가 설치되며, 고정플레이트(41)는 상부 슬래브(23)에 얹어진 상태로 고정된다. 로터블레이드(13)는 상부 슬래브(23)에 마련된 설치공(43)에 거꾸로 끼워져 콘크리트블록(19) 내부의 공간, 즉 유로 상에 위치되게 된다.

본 실시예에서와 같이 노즐과 같은 유로를 형성하기 위하여 유로를 좁히기 위한 것은 측벽만이 아니라 지붕의 형상을 변화시킴으로써도 가능한 것이다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 터빈 3 : 유로형성체
5 : 베이스플레이트 7 : 유로(流路)
9,9' : 측벽체 11 : 발전기본체
13 : 로터블레이드 15,15' : 가이드판
17 : 터빈설치홈 19 : 콘크리트블록
21 : 인양고리 23 : 상부 슬래브
25 : 가이드유닛 27,29 : 축받이
31,33 : 상부링체, 하부링체 35,37 : 축핀
39 : 지지대 41 : 고정플레이트
43 : 설치공 F : 해류

Claims (5)

1. 해류가 있는 지점의 해저면에 고정 설치되는 베이스플레이트;
   상기 베이스플레이트 위에 설치되는 것으로서 중간 부분에 수평 방향으로 유로가 형성되어 있는 유로형성체;
   상기 유로형성체의 유로 중간부분에 설치되는 것으로서 해수면에 대하여 수직을 이루는 축을 중심으로 회전구동하면서 발전을 일으키는 터빈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 해류발전장치
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유로형성체가 제공하는 유로는 유속의 증가를 위하여, 노즐과 같이 유로 중간지점의 유로폭이 가장 좁도록 유로폭이 좁도록 "

   

   "또는 "

   

   "의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 해류발전장치
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 유로형성체의 유로와 접하고 있는 내측벽으로서, 유로폭이 가장 좁은 지점에는 반원통형상의 터빈설치홈이 형성되어 있으며, 상기 터빈은 터빈블레이드만이 상기 유로로 돌출되도록 상기 터빈설치홈에 끼워져 설치되는 것을 특징으로 하는 해류발전장치
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 터빈은 유로형성체의 유로 중심부에 설치되며;
   상기 터빈의 유로 전방에는 해류가 터빈의 블레이드를 정회전시키는 방향으로 유로가 흘러가도록 안내하기 위한 가이드판이 설치되는 것을 특징으로 하는 해류발전장치
   
5. 제4항에 있어서, 상기 가이드판은 가이드유닛(25)을 통해 수직축(X)을 중심으로 회전 가능하게 설치되되; 상기 가이드유닛(25)은;
   측방향으로 축받이(27,29)가 각각 돌출 형성되고 있는 상부링체(31)와 하부링체(33);
   상기 축받이(27,29)의 축공에 끼워지는 것으로서, 상기 가이드판의 상단과 하단에는 돌출 형성되는 축핀(35,37);
   상기 상부링체(31)와 하부링체(33)가 상하로 이격된 상태로 고정되도록 하기 위한 지지대(39)를 포함하며;
   상기 가이드판의 상단과 하단은 해류의 방향에 의해 상부링체(31)와 하부링체(33)의 면(31a,33a)에 지지되거나 해류와 평행을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 해류발전장치

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