WO2013032161A2 - 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 접힘과 말림이 가능한 날개 - Google Patents

부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 접힘과 말림이 가능한 날개 Download PDF

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    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device and a ship propulsion device made of a buoyancy body and a wing that can be folded and curled, more specifically, a power generation device and a vessel made of a buoyancy body that can generate power using a horizontal flow force of fluid or gas
  • the present invention relates to a wing that can be folded and rolled coupled to a wing frame made of a propulsion device for propulsion and a multi-stage lattice mesh structure that can be provided thereon.
  • the most important factor in producing eco-friendly energy using natural power can be said to be the enlargement of a power generation device for improving power generation efficiency.
  • the power generation unit since the tidal current generator using the flow of tidal current, the power generation unit must be installed in a place where the water flows quickly to generate power, and it encounters the limitation of the enlargement, and by using the potential energy of the sea surface height generated by tidal phenomenon
  • the tidal power generating device that generates electric power is relatively easy to be enlarged as compared to the wind power generator or the tidal current power generating device, but has a problem in that it is expensive and entails environmental destruction because it needs to build a large embankment.
  • a conventional propeller type ship propulsion device uses a helical pitch blade, and is a propulsion device that obtains a propulsion force by its reaction by pushing a fluid along a blade surface in a spiral motion manner. Since the propulsion device is usually made of metal, the weight of the propulsion device itself is heavy, and there is a problem in that it consumes a lot of energy when driving, and also it is impossible to maximize the performance of the propulsion device due to the cavitation phenomenon.
  • the present invention is to solve the problems as described above, eco-friendly yet easy to enlarge the size of the power generation device to be carried out by 1 mooring type 2 fixed type 3 floating power generation device to efficiently produce more power, and (1) power generation It is a buoyant body which is realized by unidirectional rotation that generates only one wing part by rotating it in the device and generates only one wing part, and (2) reverse rotation type that generates two wing parts by rotating it in the opposite direction. It is an object of the present invention to provide a power generating device and a ship propulsion device. To this end, it is to provide a wing that can be folded and curled, and also to provide a scroll-type wing that can rotate the power generator at a constant speed at all times, even if the speed of birds or wind changes.
  • the one side is closed, the other side is open and the buoyancy body is formed in the buoyancy space therein, rotatably coupled to the inside of the diving buoyancy body, the other side It may be configured to include a power generation means for producing electricity is provided between the rotating body and the submerged buoyancy body and the rotating body is provided with one wing.
  • Ship propulsion device made of a buoyancy body additionally provided with a power generation device according to the present invention, a vessel that can float on water, one side is rotatably coupled to the vessel, the other side is a rotating body provided with a wing, the Rotational force generating device provided on one side, a rotational force transmission device coupled to transfer the rotational force from the rotational force generating device to the rotating body and the power generation means is provided between the vessel and the rotating body to be configured to include Can be.
  • Wings that can be folded and curled according to the present invention include a plurality of wing frames having a lattice mesh structure formed in multiple stages, and a wing portion including a plurality of wings having only one edge coupled to one surface of the wing frame.
  • the wings When the plurality of wings is positioned such that the wings coupled to one surface of the wing frame face the direction in which the horizontal flow of the fluid or the gas is made, the wings are in close contact with the surface of the wing frame and the flow pressure of the fluid or gas
  • the wing frame When the wing frame is rotated while transmitting to the wing frame, and the wing coupled to one surface of the wing frame is located in the opposite direction to the direction of the horizontal flow of fluid or gas, the wing surface of the wing frame Spaced apart from the flow pressure of the fluid or gas wing frame Can be passed to
  • the power generation device made of the buoyancy body according to the present invention is installed under the sea level or the sea level using the buoyancy, there is an advantage that can easily implement a large-sized, high efficiency power generation device.
  • it is easy to install installation cost is drastically reduced, and environmentally friendly because it does not require large-scale construction or infrastructure to install the power plant.
  • the maintenance is easy because it can be repaired by lifting the surface using buoyancy if necessary.
  • the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention can be driven under the sea level, it is possible to produce stable power because it does not affect the passage of the ship or the weather changes, and is driven compared to the wind power generator driven under atmospheric pressure. Significantly reduced resistance allows efficient power generation even at low flow rates.
  • the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention, it is provided with a rolled-type wing can actively respond to changes in the flow rate or wind speed can maintain the power generator at a constant rotational speed, the submerged buoyancy body and the rotating body to each other Rotation in the reverse direction has the advantage of allowing efficient power generation even at low flow rates.
  • the ship propulsion device made of a buoyancy body according to the present invention is economical because it is light in weight and less energy consumption when driving, and its structure is robust and easy to enlarge, and does not involve cavitation phenomenon during driving, and also one ship It is possible to easily install a number of propulsion devices in the ship can speed up the propulsion of the ship.
  • FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a power generation device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a second embodiment of a power generation device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG 3 is a view showing an example of a wing portion consisting of a plurality of wing frames.
  • Figure 4 is a view schematically showing a state in which the wings can be folded and curled rotatably coupled to the wing frame.
  • FIG. 5 is a view showing the operating principle of the wing shown in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing the configuration of a rolled blade according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing another form of the wing frame.
  • FIG. 8 is a view showing a third embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a fourth embodiment of a power generation device composed of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a fifth embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a sixth embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a seventh embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing another configuration of the seventh embodiment of a power generation device composed of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing still another configuration of a seventh embodiment of a power generation device composed of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 15 is a view showing an eighth embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 16 shows a ninth embodiment of a power generation device composed of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 17 is a view schematically illustrating a case where a ship propulsion device having a wing portion operating according to the operating principle shown in FIG. 5 is used as a catamaran propulsion device.
  • FIG. 17 is a view schematically illustrating a case where a ship propulsion device having a wing portion operating according to the operating principle shown in FIG. 5 is used as a catamaran propulsion device.
  • FIG. 18 is a side view showing a schematic configuration of a catamaran ship equipped with a ship propulsion device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 19 is a view showing a schematic configuration in the case where the power generation device is further provided in the ship propulsion device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a power generation device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • the power generation apparatus may include a submersible buoyancy body 20, a rotating body 30, a power generation means, a first wing portion 40, and a mooring means. And, it can be carried out in a manner that is moored to the sea bottom 99 by the mooring means in a completely locked state below the sea level (hereinafter referred to as "mooring generator").
  • the diving buoyancy body 20 is closed on one side (upward direction in the drawing), the other side (downward direction in the drawing) is open, and the first buoyancy space 15 is formed therein.
  • the one side is closed, the other side is opened, and a buoyancy space is formed therein, so that the mooring power generator has buoyancy in the water by the air remaining in the buoyancy space.
  • the first buoyancy space 15 of the submerged buoyancy body 20 may be configured as a whole space, but as shown in the drawing, a second buoyancy space 10 for generating buoyancy by a closed gas is added. It may be provided as.
  • a plurality of sealed buoyancy spaces may be further included in and out of the diving buoyancy body 20.
  • the second buoyancy space 10 is preferably provided on the inner upper portion of the diving buoyancy body 20 as shown in the drawing, but is not necessarily limited thereto, the rotating body 30 and the buoyancy body to be described later If the position does not interfere with the extension shaft 35 may be provided in various shapes in various locations.
  • air remaining in the first buoyancy space 15 may decrease in volume due to the water pressure transmitted through the opening as the depth of the diving deepens.
  • This may be further provided, or waterproof sealing by the sealing means while rotatably coupled between the open end of the submersible body 20 and the rotating body 30 to be described later.
  • the air may be filled in the second buoyancy space 10 in which all four sides are sealed, but if necessary, gas lighter than air, such as helium, or solid lighter than water, such as styrofoam or urethane foam, may be filled.
  • the submerged buoyancy body 20 performs a kind of housing function, the inner width is narrowed toward one side is narrowed and the width of the inner side is narrowed only by a predetermined length to the other side, the shape of the center of the other end is open It consists of.
  • the width of the center portion is wider and narrower toward both sides so that the overall shape can be made in a streamline to minimize the flow resistance of the sea water.
  • One side of the diving buoyancy body 20 is preferably configured in a conical shape or hemispherical shape, but is not necessarily limited thereto, and may be made in the shape of a polygonal pyramid as necessary.
  • the other opening portion of the diving buoyancy body 20 may be formed in a circular shape, the other opening may be extended to the center portion of the diving buoyancy body 20 may be configured in a cylindrical overall shape.
  • the rotor 30 to be described later will be rotatably coupled to the other opening while being inserted.
  • the buoyancy body extension shaft 35 may be provided inside the diving buoyancy body 20.
  • the buoyancy body extension shaft 35 extends long in the vertical direction at the center of the diving buoyancy body 20. At this time, when the second buoyancy space 10 is provided on the inner center upper portion of the sub-buoyancy body 20, one end of the buoyancy body extension shaft 35 described above is coupled to the lower portion of the second buoyancy space 10. Can be.
  • the rotating body 30 may be formed of buoyancy bodies 32 and 36.
  • the rotating body 30 made of the buoyancy body is shown as being made of a third ballast tank 32 and the third buoyancy space 36 for convenience, but the entire buoyancy body is made of one ballast tank, the water inside the ballast tank
  • the buoyant body may be configured with only the ballast tank so that the remaining unfilled space serves as the third buoyancy space 36.
  • the third ballast tank 32 may have a conical shape that is inverted as shown and may not have to partition a plurality of compartments so that the center of gravity of the third ballast tank 32 is oriented below the center of gravity. However, it may be made in the shape of an inverted polygonal pyramid in consideration of manufacturing convenience.
  • the rotating body 30 may be rotatably coupled while being inserted into the submerging body 20 through the other opening of the submerging body 20.
  • the rotating body 30 may be rotatably coupled to the above-described buoyancy body extension shaft 35, and the other side may be provided such that the first wing 40 is exposed to water.
  • the first wing portion 40 and the third buoyancy space 36 are spaced apart at regular intervals, and the first wing portion 40 and the third buoyancy space 36 are spaced apart as needed.
  • Rotating body including the third buoyancy space 36 and the first buoyant portion 40 exposed to the sea water is inserted while the end of the other opening of the sub-buoyancy body 20 is extended inwardly in the space between the ( A part of 30 may be accommodated in a sealed form on the inner side of the submersible body 20. That is, as a result of the end of the other open portion of the submersible body 20 extending inwardly, the inner circumference of the other open portion is reduced, and the circumference of the rotating body 30 of the portion facing the same is reduced. Length) can be reduced.
  • the rotary body 30 which is disposed perpendicular to the flow direction of the seawater rotates about the buoyancy body extension shaft 35 inside the diving buoyancy body 20 while completely submerged in the seawater.
  • a rotating means such as a bearing
  • the space in which the means are located is shown as an empty space to emphasize that they are different entities.
  • between the open end of the submersible body 20 and the rotating body 30 can also be waterproof sealed by the sealing means while being rotatably coupled using the rotating means, but will be shown as an empty space.
  • the power generation means is provided between the submersible buoyancy body 20 and the rotating body 30 described above to generate power by the rotational movement of the rotor 30 and / or the submersible buoyancy body 20.
  • the power generation means may include a stator 21 and a rotor 31. As shown in the drawing, a rotor 31 is provided outside the rotor 30 and a stator 21 is provided at a position corresponding to the rotor 31 inside the submersible body 20. Can be.
  • the power generation means having the above configuration shows an example of the present invention and is not necessarily limited to such a configuration, it is possible to use a power generation means of various kinds and configurations known. And if the stator 21 can generate power by interaction in the position of the stator 21 and the rotor 31 also corresponding to each other in various positions of the submersible buoyancy body 20 and the rotor 30 Of course, it can be provided.
  • the first wing 40 is installed on the other side (lower in the figure) of the rotating body 30, and rotates in conjunction with the rotating body 30 by the horizontal flow force of the sea water. At this time, the first wing portion 40 will be described later in detail with respect to the configuration in which the rotating body 30 is always rotated in a constant direction regardless of the horizontal flow of seawater in any direction.
  • the mooring means performs the function of submerging the submersible buoyancy body 20, the rotating body 30 and the first wing portion 40 all to the sea level lower. That is, the mooring means is composed of a weight body that generates a force under the sea level by gravity, and the force acting in the sea level upward direction by the buoyancy generated by the first and second buoyancy spaces 15 and 10 described above. By generating a force in the opposite direction to secure the mooring-type power generator in accordance with the present invention in the water to prevent movement by sea water, the power generator in accordance with the present invention to maintain the posture in the vertical direction in the water.
  • the mooring means may include a mooring means wire 51 and a seabed mooring portion 50 connected to a plurality of points of the submersible body 20.
  • One end of the mooring means wire 51 is connected to a plurality of points of the submersible buoyancy body 20, the other end is provided with a seabed mooring part 50.
  • one end of the mooring means wire 51 and the coupling portion of the sub-buoyancy body 20 is provided with a wire adjusting means 23 to adjust the length of the mooring means wire 51 by the topography of the sea bottom 99 Regardless of the change, the overall balance of the generator can be adjusted.
  • the wire adjusting means 23 may be constituted by a crane or the like capable of winding the wire 51 for the mooring means.
  • the seabed mooring portion 50 may be composed of an anchor (anchor), if necessary, the ballast tank may be provided in the seabed mooring portion (50).
  • the place where the crane is provided is preferably made of a watertight space that is open at the bottom to minimize marine pollution.
  • the first ballast tank 26 performs a diving function, and may be provided in the other direction with respect to the center of the diving buoyancy body 20.
  • the first ballast tank 26 is provided on the outer side of the other opening of the diving buoyancy body 20. It may be provided.
  • the first ballast tank 26 may be composed of a plurality of compartments so that the submersible buoyancy body 20 can be easily maintained horizontally.
  • the second ballast tank 27 may be provided at the other end of the buoyancy body extension shaft 35 and performs the horizontal maintenance function of the submersible buoyancy body 20 in addition to the diving function, and at the same time the lower end of the submerged buoyancy body 20. At the center of gravity to hold the submerged buoyancy body 20 is to be stably fixed. At this time, the submerged buoyancy body 20 and the second ballast tank 27 is preferably fixed by a plurality of buoyancy support means 28, the buoyancy support means 28 may be used wire, buoyancy The body extension shaft 35 may reinforce the insufficient strength due to the load generated by being fixed only to the upper portion of the submerged buoyancy body 20. Mooring means 50 and 51 may be further provided at the lower portion of the second ballast tank 27 to fix the center of the buoyancy body extension shaft 35 more firmly.
  • the third ballast tank 32 provided in the rotor 30 may be used to match the heights of the rotor 31 and the stator 21 which are the power generating means described above. Due to the increase in water pressure as the depth of the diving deepens, when the volume of air remaining inside the first buoyancy space 15 decreases and a change occurs in the height of the rotor 31, a position sensor (not shown) After detecting the change through), by adjusting the third ballast tank 32 it is possible to make the height of the rotor 31 coincide with the height of the stator (21).
  • the mooring power generation device may be used as a mobile power generation device that is generated by utilizing the propulsion speed of the ship in a towed state connected to the ship as a towing means, without being moored to the seabed. In this case, the mooring means 50 and 51 may be removed.
  • one side of the outer surface of the diving buoyancy body 20 may be further provided with rescue means that can be seated by the occupant of the ship.
  • Rescue means is to rescue passengers or crew members by floating the generator above the water surface in the event of an emergency in the ship, it may be composed of scaffolding, railings and handles.
  • the diving buoyancy body 20 may be configured to be provided to the inside of the power generation device having a strong sealing door.
  • FIG. 2 is a view showing a second embodiment of a power generation device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • the power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention, the submersible buoyancy body 20, the rotating body 30, the power generating means, the first wing portion 40, the second wing portion 70 And it may be configured to include a seabed mooring shaft 65 having a mooring means.
  • the second wing 70 is provided on one side outer circumferential surface of the submersible body 20, a plurality of wing frame 41 may be provided radially.
  • the buoyancy body extension shaft 35 is provided in the vertical direction inside the diving buoyancy body 20. At this time, the buoyancy body extension shaft 35 is composed of a cylindrical hollow inside, one end is coupled to the upper inside of the submerged buoyancy body 20, the other end is open. Thus, the subsea mooring shaft 65 is inserted and rotatably coupled through the other end opening portion of the buoyancy body extension shaft 35. The other end of the subsea mooring shaft 65 is moored to the sea bottom 99 by mooring means 50 and 51, and the wire adjusting means is provided at the portion where the mooring means wire 51 and the subsea mooring shaft 65 are coupled to each other. 23) may be provided.
  • the subsea mooring shaft 65 may consist of one or more ballast tanks, and functions as a support shaft for rotation of the submerging buoyancy body 20.
  • a subsea buoyancy body 20 (not shown) is provided in the up and down direction with respect to the sea bottom surface 99 instead of the sea bed mooring shaft 65 to be inserted and fixed to the sea bottom 99. Can be used as a support shaft for rotation.
  • the configuration that is not described as the other configuration of the power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the first embodiment described above, and thus redundant description thereof will be omitted.
  • the same reference numerals as those shown in FIG. 1 indicate the same configuration.
  • redundant descriptions will be omitted.
  • the power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention, the first wing portion 40 provided in the rotating body 30 and the second wing portion 70 provided in the submerged buoyancy body 20 are generated by rotating in opposite directions.
  • the principle that each of the wing parts 40 and 70 rotate in opposite directions together with the configuration of the wing parts 40 and 70 that may be provided in the power generating apparatus according to the present invention will be described below.
  • Figure 3 is a view showing an example of a wing portion consisting of a plurality of wing frames
  • Figure 4 is a view schematically showing a state in which the wings can be folded and curled rotatably coupled to the wing frame
  • Figure 5 4 is a view showing the operation principle of the wing
  • Figure 6 is a view showing the configuration of a rolled blade according to the present invention
  • Figure 7 is a view showing another form of the wing frame.
  • the wings 40, 70 of the power generation apparatus according to the present invention, a plurality of wing frame 41 made of a multi-stage lattice mesh structure, coupled to the wing frame 41 It is configured to include a plurality of wings that can be folded and curled 42.
  • the wings 42 can be folded and curled according to the present invention is rotatably coupled to one side of the wing frame 41 made of a lattice mesh structure of only one side, the other three sides An edge is provided to be spaced apart from the wing frame 41.
  • the blades 42 positioned on the right side of the wing frame 41 (the same as below), that is, of the fluid or gas Wings 42 positioned opposite to the direction in which horizontal flow is made have horizontal flow pressures of the fluid or gas passing between a plurality of lattice holes formed in the wing frame 41 having a lattice structure. It is transmitted to, the wings 42 are spaced apart from the surface of the flap-shaped wing frame 41 of the multi-stage lattice structure is to prevent the flow of fluid or gas.
  • the wings 42 positioned on the left side of the wing frame 41 that is, the wings 42 positioned so as to face the direction in which the horizontal flow of the fluid or gas is made, are subjected to the horizontal flow pressure of the fluid or gas, and thus the surface of the grid network structure. It is in close contact with, the force is transmitted to the left side of the wing frame 41 to rotate the wing frame 41.
  • the wing frame of Figure 5 (a) is always rotated in a constant direction (counterclockwise).
  • a foreign material film 43 having a lattice mesh structure formed in multiple stages may be further provided around the outer surface of the first wing portion 40.
  • the lattice spacing of the foreign material film 43 may be formed more densely than the lattice spacing of the wing frame 41.
  • the wing portion which is made up of a plurality of gratings as a whole, can be reduced in weight compared to the structure of the wing portion used in the existing inventions, and also forms a structure that is advantageous for the enlargement.
  • the surface of the foreign matter film 43 and the wing frame 41 may be further provided with a foreign matter adsorption preventing means (not shown) for continuously ejecting water or air to hinder the adsorption of the foreign matter.
  • the wing frame will be preferably manufactured to be assembled for the convenience of manufacturing, maintenance, repair.
  • the wings of the present invention can be folded and curled, but the upright waterproof material that is light in weight It is made of the same material as a soft cloth. Thus, it is more durable and lighter than the flat blade, which is advantageous for large size.
  • the above-mentioned inventions may be a problem of the mechanical durability of the hinge (hinge) itself because the configuration of the hinge (hinge) is used in the form of wings, and also when the plate wings are installed in water shells or foreign matters, etc.
  • the adsorption of the flat plate will likely interfere with the normal operation of the flat blade.
  • the flat blades when used in a wind power generator, it may not be able to endure well in a strong wind and may cause problems in its operation.
  • one side edge of a wing made of a soft and light material such as cloth is directly on one surface of a plurality of wing frames having a lattice mesh structure formed in multiple stages without using a hinge or the like as a wing form.
  • the attachment allows for much more flexible operation.
  • the wings that can be folded and curled according to the present invention can be made of a waterproof material that can be folded and curled upright, helium on the other side of the wing 42 to prevent the wing 42 sag down
  • Upright reinforcing means 85 such as a pouch
  • an upright reinforcing means may be devised to wrap a solid core or the like on the edge of the wing.
  • the blade 42 is rotatably coupled to the left and right as shown in the figure, the edge of the upper portion of the blade 42 in the vertical direction on the upper surface of the wing frame 41 made of a grid-like structure It can be rotatably coupled.
  • a moderately heavy weight such as an iron core or the like is inserted into the lower end of the blade 42 so that the blade 42 lifted upward by the horizontal flow pressure of the fluid or gas falls downward and stands up and down. It may be provided with an upright reinforcement means that can serve as.
  • the wings 42 can be folded and curled in accordance with the present invention is to be composed of a fixed wing and a roll-type wing 80 to directly attach and fix one side edge of the wing to one surface of the wing frame 41 made of a grid-like structure Can be.
  • the scroll type blade 80 shown in FIG. 6 is configured to be rollable in the form of a roll, so that when the horizontal flow speed of seawater is fast, its length can be shortened, and when its speed is slow, its length can be adjusted. Therefore, the rotational speed of the rotating body 30 and the submersible buoyancy body 20 can be constantly adjusted through the scroll blade 80.
  • the rolled wing 80 may be partially installed only in part of the wing.
  • a portion of the wing portion is composed of a fixed wing and the other portion is composed of a roll-shaped wing 80, it can be driven while appropriately responding to the speed of the bird and the wind.
  • the rolled wing 80 may be configured to include a wing curling shaft 81, a wing protrusion 84, and a wing feather 82 as shown in FIG. 6.
  • the wing curling shaft 81 may be configured in a stick shape, and the wing curling shaft 81 is provided with a wing protrusion 84.
  • the wing protrusions 84 are preferably provided at at least one or more portions of the wing curling shaft 81.
  • one or more wing protrusions 84 may be radially provided at each of the portions.
  • the wing feather 82 may be made of a waterproof material that can be folded and rolled up, but can be upright. One edge thereof is coupled to the wing curling shaft 81, and a plurality of insertion holes 83 are arranged on the same line as the wing protrusion 84. It is perforated.
  • the wing protrusion 84 is radially disposed on the wing curling shaft 81 and inserted into the insertion hole 83, and may be formed in a cramped shape. As a result, the roll-shaped wings 80 can be smoothly carried out. This rolled wing 80 is provided detachably to the wing portion, to facilitate installation and repair.
  • the wing curling shaft 81 when the wing curling shaft 81 is rotated in one direction, the wing protrusions 84 are inserted into the insertion holes 83 and the wing feathers 82 are dried on the wing curling shafts 81 so that the wing feathers 82 are shortened.
  • the wing curling shaft 81 is rotated in the opposite direction, the wing feather 82 rolled up on the wing curling shaft 81 is released, and as a result, the wing feather 82 is lengthened. Therefore, when the wing feather 82 is short, the wing frame 41 blocked by the wing feather 82 is reduced, so that the rotation of the wing portion is slowed, and when the wing blade 82 is long, the wing frame 41 is blocked by the wing feather 82. ) Is stretched, so that the rotation of the wing is faster.
  • the curling and unwinding of the blade feather 82 may be configured to be automatically adjusted according to the rotational speed of the wing.
  • the wing frame 41 illustrated in FIGS. 3 to 5 may be formed in various forms as shown in FIG. 7.
  • a cover (not shown) may be provided.
  • the cover may be made of a form having a buoyancy space consisting of a cone (shade) raised in the center to enhance the buoyancy function of the center.
  • FIG. 8 is a view showing a third embodiment of the power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • a second wing portion 70 may be provided on an outer surface of the submersible body 20.
  • the first wing portion 40 is rotated by the algae under the sea surface
  • the second wing portion 70 is rotated by the wind power on the sea surface, it is rotated in the opposite direction to each other.
  • the support buoy 25 is further provided on the buoyancy body extension shaft 35 provided vertically in the inner center of the submerging buoyancy body 20, the rotor 31 is provided on the edge of the support (25). .
  • the support 25 is provided so that the upper surface protrudes in the horizontal direction with respect to the buoyancy body extending axis 35, the lower surface may be formed to be inclined while narrowing toward the outside.
  • the rotating body 30 rotatably coupled to the inner side of the submersible body 20 is configured in a shape whose upper surface corresponds to the lower surface of the support 25 described above, the upper surface of the rotating body 30 In the state facing the lower surface of the support 25 is coupled to a predetermined interval apart.
  • the upper surface of the support 25 and the upper surface of the rotating body 30 to be the same plane, the rotor 30 in a position facing the rotor 31 provided at the edge of the support 25
  • the upper surface of the stator 21 is provided so that the rotor 31 and the stator 21 to generate power while interacting. Therefore, the relatively heavy stator 21 allows mass energy to be rotated by a large helper, and the relatively light rotor 31 can be rotated by wind power, thereby improving power generation efficiency.
  • Reference numeral 68 denotes the subsea fixing part, and the subsea fixing part may be configured by using a suction anchor which is digging into the bottom of the sea bottom by itself and extracts air using a vacuum pump or the like. have.
  • a part of the subsea fixing part 68 may be formed of a ballast tank.
  • it may be configured in such a way that the mooring using the seabed mooring section 50 described above.
  • FIG. 9 is a view showing a fourth embodiment of the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention
  • Figure 10 is a view showing a fifth embodiment of the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention.
  • the power generation apparatus is provided with a buoyancy body extension shaft 35 in the inner center of the submerged buoyancy body (20). And a receiving groove is formed in the center of one side of the rotating body 30, the buoyancy body extension shaft 35 is rotatably coupled to the receiving groove.
  • a buoyancy body extension shaft 35 is provided at an inner center of the submerged buoyancy body 20, and the buoyancy body extension shaft 35 is internally provided. Is hollow and the other end is open.
  • the center of one side of the rotating body 30 is provided with a rotating body axis 38 is rotatably rotated while being inserted into the inside of the other end of the buoyancy body extending axis (35) of the main body axis 38 Combined.
  • a portion of the submersible buoyancy body 20 is exposed to the sea level, and the rotating body 30 and the rotating body 30 are provided.
  • the first wing portion 40 is rotated by the algae while the first wing portion 40 is locked below the sea surface.
  • electricity is produced by the power generation means 31 and 21 provided between the submersible buoyancy body 20 and the rotor 30.
  • FIG. 11 is a view showing a sixth embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • the rotor 30 is provided in the horizontal direction inside the submersible body 20, and the first wing 40 is rotated in the horizontal direction. It is provided radially on the outer peripheral surface of the whole (30).
  • the center of the rotating body 30 is provided with a rotating body axis 38 to protrude to both sides of the rotating body 30 is rotatably coupled to the inner side of the submersible body 20.
  • both ends of the rotating body shaft 38 is rotatably coupled while being supported by a rotating body shaft receiving 37 made of a rotating means such as a bearing.
  • a speed increaser 90 may be further provided on the rotary center shaft 38, and a generator 95 may be provided at both ends or one end of the rotary center shaft 38.
  • the inside of the submersible buoyancy body 20 is hermetically sealed with respect to the rotary body shaft bearing 37 and may be waterproof sealed.
  • FIG. 12 is a view showing a seventh embodiment of the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention
  • Figure 13 is a view showing another configuration of the seventh embodiment of the power generation device made of a buoyancy body according to the present invention
  • Figure 14 4 is a view showing still another configuration of the seventh embodiment of the power generation device including the buoyancy body according to the present invention.
  • the power generation apparatus is configured such that an opening formed at the other side of the diving buoyancy body 20 is directed upward, and a lower inside of the diving buoyancy body 20 is formed.
  • a first ballast tank 26 is provided, and a buoyancy body extension shaft 35 is vertically provided above the first ballast tank 26 to the inside of the submerging buoyancy body 20.
  • the inner center of the first ballast tank 26 is recessed to a predetermined depth, and the edge of the first ballast tank 26 is formed of an inclined surface that increases toward the outside so that the other end of the rotating body 30 to be described later is constant. It is a structure that is coupled while being spaced apart from each other.
  • the rotating body 30 is formed with a hollow rotating body shaft shaft 38 into which the buoyancy body extending shaft 35 described above can be inserted, so that the rotating body shaft shaft 38 is formed of the submersible buoyancy body 20. Inserted through the other side opening, rotatably coupled, and at the same time can be rotatably coupled while the buoyancy body extending axis 35 is inserted into the hollow portion of the central shaft 38.
  • the other end of the rotor 30 is provided with a rotor support 55, the rotor support 55 is spaced apart a predetermined interval in the depression formed in the upper center of the first ballast tank 26 described above It is rotatably coupled while being seated.
  • a rotor 31 is provided at an edge of the rotor support 55, and a stator 21 is provided at an upper portion of the first ballast tank 26 described above as an outer surface of the rotor 31. have.
  • the inner lower portion of the one side closure portion of the submerged force body 20 does not include the first ballast tank 26 as described above, and the inner side of the one closure portion.
  • the floating body 30 made of buoyancy bodies 32 and 36 on the surface of the filled water.
  • the rotor 31 is provided on the outside of the rotor 30.
  • Reference numeral 56 denotes a rotor support wire, which allows the rotor support 55 and the rotor 31 to be more firmly fixed.
  • FIG. 13 another configuration of the seventh embodiment of the present invention is the same as the basic configuration of the seventh embodiment described above, but the power generation means provided on the upper portion of the first ballast tank 26 includes a rotating body shaft. It may be provided at the bottom of the (38). At this time, the power generation means may be composed of a generator 95 and a speed increaser (90).
  • another configuration of the seventh exemplary embodiment of the present invention is provided with a second wing portion 70 on the outer circumferential surface of the diving force body 20, and includes a first wing in the vertical direction of the rotor 30.
  • Two wings 40 are provided one by one.
  • the first wing portion 40 is fixed to both ends of the rotary body center shaft 38, the hollow inside, the submerged buoyancy body 20 provided with the second wing portion 70 is the rotary body center shaft Rotatably coupled to (38). That is, the submersible body 20 is formed so as to penetrate the center portion is rotatably coupled to the center of rotation shaft 38 is inserted.
  • the other end opening portion of the rotating body central shaft 38 having a hollow columnar shape with the other end open may be rotatably coupled while the seabed mooring shaft 65 is inserted.
  • the first wing portion 40 and the second wing portion 70 are configured to rotate in opposite directions to each other.
  • the rotor support shaft 56 and the rotor 31 are provided on the central rotor shaft 38, and the stator 21 is positioned at a position corresponding to the rotor 31 by the inner edge of the submersible body 20. It is provided to produce electricity by the interaction of the rotor 31 and the stator 21.
  • FIG. 15 is a view showing an eighth embodiment of a power generation device consisting of a buoyancy body according to the present invention.
  • the power generation apparatus includes a first buoyancy body 101 and a second buoyancy body 201 rotatably coupled to an upper inner side of the first buoyancy body 101.
  • the seafloor mooring shaft 65 coupled to the second buoyancy body 201 while penetrating through the center of the first buoyancy body 101, and the first buoyancy body 101 and the second buoyancy body 201. It is configured to include a power generation means provided between the) to produce electricity.
  • the first buoyancy body 101 is configured to have a convex center portion and narrow in width toward both sides, and a through hole into which the subsea mooring shaft 65 is inserted is formed at the center thereof, and the second buoyancy body 201 is formed at the other side of the first buoyancy body 101.
  • the receiving portion of the first buoyancy body 101 may be formed in a cylindrical shape, the other end may be formed inclined surface to narrow the width toward the center.
  • a second wing part 70 may be radially provided on one side (upward direction in the drawing) of the first buoyancy body 101.
  • a first buoyancy body ballast tank 105 may be provided on the other side of the first buoyancy body 101, and a first buoyancy body buoyancy space 103 may be provided inside the first buoyancy body 101. have.
  • the second buoyancy body 201 is configured in a conical shape or polygonal horn shape narrowing to one side, the other side is extended in a shape corresponding to the shape of the receiving portion of the first buoyancy body 101 described above. .
  • a central portion of the second buoyancy body 201 has a coupling hole to which the seabed mooring shaft 65 described above is inserted and coupled except for a predetermined section on one side.
  • a first wing portion 40 may be radially provided on one side (upper direction in the drawing) of the second buoyancy body 201.
  • a second buoyancy body ballast tank 205 may be provided on the other side of the second buoyancy body 201, and a second buoyancy body buoyancy space 203 may be provided inside the second buoyancy body 201. have.
  • the power generation means includes a rotor 31 and a stator 21.
  • the stator 21 may be provided on the inner surface of the receiving portion of the first buoyancy body 101
  • the rotor 31 is a position corresponding to the stator 21 to the outer surface of the second buoyancy body 201 It may be provided in.
  • the power generation apparatus is generated by the wind power in a floating state so that the first wing portion 40 and the second wing portion 70 are exposed on the surface of a lake or the sea. can do. At this time, only one side of the first wing portion 40 or the second wing portion 70 may be provided.
  • a second buoyancy center shaft having a columnar shape having a hollow inside and an open end in a vertical direction at the center of the second buoyancy body 201 may be provided.
  • the second buoyancy body shaft penetrates the center of the first buoyancy body 101 and is rotatably coupled to the first buoyancy body 101, and at the other end opening of the second buoyancy body central shaft, the seabed mooring shaft 65 ) Can be inserted and rotatably coupled.
  • the subsea fixed shaft described above is inserted through the other end opening and is rotatably coupled, and thus may be used as a fixed power generation apparatus.
  • the second wing portion 70 and the seabed mooring shaft 65 are removed, and the second buoyancy body 201 is directly removed. 1 in a state rotatably coupled to the buoyancy body 101, floating on the water surface or towed by the ship can generate power.
  • the first buoyancy body 101 is supported by a plurality of pillars fixed to the bottom of the sea bottom 99 or the bottom of the lake or artificial tank, the receiving portion is formed to accommodate the second buoyancy body 201 on one side It may be used as a "fixed generator” instead of a fixed structure (not shown) that is a structure.
  • FIG. 16 is a sectional view showing a ninth embodiment of a power generation device including a buoyancy body according to the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view and an enlarged view of a power generator according to a ninth embodiment of the present invention mounted on a central hull of a trimaran, and the central hull 905 of the three-wire 900.
  • blade part 40 in the empty space formed in () is installed so that generation is possible.
  • the power generation device may include a vertical axis rotating body 30 and the power generation means.
  • Rotating body 30 may be made of buoyancy body (32, 36), one side is rotatably coupled to the three copper wire (900), the other side may be provided with a wing portion (40).
  • a generator 95 may be provided between the three copper wires 900 and the rotor 30 to produce electricity.
  • the speed increaser 90 may be additionally provided.
  • the central portion of the rotating body 30 is provided with a rotating body central axis 38 in the vertical direction, the generator 95 is connected to the other end of the rotating body central axis 38 can produce electricity.
  • a rotor support 55 is provided at the other end of the rotor body axis 38, and a rotor at a circumferential edge of the rotor support 55.
  • the rotor 31 is provided with a stator 21 at a position corresponding to the rotor 31 on one side of the hull can produce electricity by the interaction of the rotor 31 and the stator 21.
  • the power generation apparatus is provided on one side (lower side) of a ship, in particular, a multihull or a float, in particular a mega-float, of water generated when the ship moves.
  • the flow can be used to produce electricity.
  • the generator and the propulsion device is a relationship between the front and back of the coin. That is, when the rotating body 30 is produced using the flow of fluid to produce electricity, it becomes a power generating device, and when the ship is pushed by applying a rotating force to the rotating body 30, it becomes a propulsion device.
  • the operation principle shown in FIG. 5 should be applied in reverse. That is, the rotatably coupled wings should be configured to push the fluid backwards.
  • FIG. 17 is a view schematically showing a case where a ship propulsion device having a wing portion operating according to the operation principle shown in FIG. 5 is used as a catamaran propulsion device.
  • the deck portion of the catamaran 901 is omitted and only two hulls 905 are shown.
  • the ship propulsion device includes a propulsion device having a first wing portion 40 and a propulsion device having a second wing portion 70 for efficient propulsion.
  • Two ship propulsion devices may be provided in the hull 905 of each of A and B.
  • the right B hull is provided with one or more propulsion devices including the first wing 40, and at the same time, the second wing 70 is provided on the left A hull.
  • Propulsion device provided with one or more may be provided.
  • the ship propulsion device according to the present invention includes the first wing portion 40 on an even number of hulls forming one or more pairs as described above. It is preferable that the propulsion device provided and the propulsion device provided with the second wing part 70 are provided in equal numbers one by one at the same time to form a pair.
  • the portion that serves to push the water back so that the wing that pushed the water back out of the direction of the ship during the return to the position to push the water back (the first wing portion) Only the right side of the 40, the left side of the second wings 70 are exposed out of the hull and the remaining portions (left side of the first wings 40, the right side of the second wings 70) are hulls A, B It is preferably configured to be hidden inside.
  • the wing portions (40, 70) can push the vessel forward by pushing water backward.
  • Figure 18 is a side view showing a schematic configuration of a catamaran (Catamaran) equipped with a ship propulsion device made of a buoyancy body according to the present invention
  • Figure 19 is a ship propulsion device made of a buoyancy body according to the present invention is further provided with a generator It is a figure which shows schematic structure of a case.
  • the ship propulsion device according to the present invention may be provided in the lower part of the hull 905 of the catamaran 901, that is, in the water to propel the ship.
  • Ship propulsion device according to the invention may be configured to include a vertical axis rotating body 30 and the rotational force generating device 906.
  • the rotation force generating device 906 is provided on one side of the hull 905 of the ship 901 and is a device for generating rotation force by a motor, an engine, or the like.
  • Rotating body 30 is connected to the rotational force generating device 906, the rotational force generated in the rotational force generating device 906 is transmitted to the vertical axis rotating body 30 can propel the ship by rotating the wing portion 70 Gain momentum.
  • a rotation force transmitting device 907 may be further provided to transmit the rotation force generated by the rotation force generating device 906 to the rotating body 30.
  • the rotating body 30 may be formed of buoyancy bodies 32 and 36.
  • the central portion of the rotating body 30 is provided with a rotating body central axis 38 in the vertical direction, the rotation force generating device 906 may be connected to the other end of the rotating body central axis 38.
  • a rotational force generating device 906 for generating a rotational force by a motor, an engine, or the like is provided on one side of the ship, the rotational force generated in the rotational force generating device 906 through the rotational force transmission device 907
  • the propulsion force may be obtained by being transmitted to the 30 and rotating the wings 40 and 70, and at the same time, electricity may be generated by rotating the generator 95 provided at the other end of the rotating body 38.
  • the speed increaser 90 may be additionally provided.
  • electricity can be produced by the interaction of the rotor 31 and the stator 21 as shown in the bold circle of FIG. 19.
  • the ship propulsion device further provided with a power generating apparatus is preferably configured to generate power by using the current, even in a state in which the vessel is stopped, that is, the rotational force generating device 906 does not operate. will be.
  • the above-described rotating body 30 may include wings 40 and 70 necessary for converting the rotational force generated from the rotational force generating device 906 into the driving force for propelling the vessel.
  • wings 40 and 70 a plurality of flat blades made of a material such as metal or plastic are radially coupled to one outer circumferential surface of the rotating body 30 and configured to completely block the vertical surface. Can be done.
  • the wing portion 40, 70 in order to reduce the weight of the wing itself, it consists of a grid structure formed in a multi-stage radially coupled to one outer peripheral surface of the vertical axis rotating body 30 Waterproof material that can be folded and curled, such as a soft, soft cloth that is attached and fixed to the surface of the wing frame 41 in a manner that completely blocks the plurality of wing frames 41 and the plurality of lattice holes formed in the wing frame 41. (See FIG. 3)
  • the wing portions 40 and 70 having the above-described configuration can be lighter than the flat wing configuration and form a structure that is advantageous for the enlargement.
  • the ship propulsion device having the wing parts is free to move forward and backward, but as another example, the flat blade is hinged ( When rotatably coupled to one side of the wing frame using a configuration, such as hinge) or when rotatably coupled to one side of the wing frame made of a lattice mesh structure only one side edge of the wing that can be folded and curled according to the present invention No reverse is possible. Therefore, in order to move backward, wings that are rotatably coupled to the opposite surface of the wing frame should be further provided. The same applies to the case where the roll-shaped wing blade 80 according to the present invention is provided.
  • the present invention in another embodiment of the ship propulsion device according to the present invention after forming two hulls (hull) to the left and right of the existing vessel, in particular monohull (monohull), the present invention in the two hulls (hull) added
  • a ship propulsion system and a generator according to the present invention will be able to improve the existing ship.

Abstract

본 발명은 부력체로 이루어진 다양한 종류의 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 것으로서, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임과 이에 결합되는 접힘과 말림이 가능한 날개로 구성되어지는 날개부에 관한 것으로, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체, 상기 잠수부력체의 내측에 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체 및 상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 접힘과 말림이 가능한 날개
본 발명은 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치 및 접힘과 말림이 가능한 날개에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체나 기체의 수평 유동력을 이용하여 발전을 할 수 있는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박을 추진할 수 있는 추진장치 및 이에 구비되어질 수 있는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임에 결합되는 접힘과 말림이 가능한 날개에 관한 것이다.
오늘날 화석연료의 과도한 사용으로 인하여 환경오염이 날로 심각해짐에 따라 친환경에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 특히, 최근에는 화석연료의 가격이 폭등함에 따라 태양광이나 풍력 또는 조력을 이용한 발전에 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.
이와 같이, 자연력을 활용한 친환경적인 에너지를 생산함에 있어서 가장 중요한 요소는 발전효율의 향상을 위한 발전장치의 대형화라고 할 수 있다.
이러한 관점에서 볼 때, 태양광발전은 지나치게 많은 설치공간을 필요로 하고, 발전효율이 아직까지는 매우 낮다는 단점이 있다. 그리고 풍력발전의 경우에도 설치공간이 많이 필요하고 대형화가 어렵다는 문제점이 있으며, 자연환경에 지나치게 많은 영향을 받는다는 단점이 있다.
또한, 조류의 흐름을 이용하는 조류발전장치의 경우에도 전력 생산을 위해 발전장치를 물살이 빠른 곳에 설치해야 한다는 점에서 대형화의 한계에 봉착하고 있으며, 조석현상에 의해 생기는 해면 높이의 위치 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 조력발전장치는 풍력발전장치나 조류발전장치에 비해 상대적으로 대형화가 용이하나 거대한 방조제를 축조해야 하므로 비용이 많이 들고 환경파괴를 수반하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래의 프로펠러(Propeller)형 선박추진장치는 헬리컬 피치(Helical Pitch) 블레이드를 사용하며, 나선(Screw) 운동 방식으로 블레이드면을 따라 유체를 밀어냄으로써 그 반작용으로 추진력을 얻는 추진장치이다. 상기 추진장치는 보통 금속으로 제작되어지므로 그 자체의 무게가 무거워서 구동시 에너지의 소모가 많고, 또한 캐비테이션(Cavitation) 현상 때문에 추진장치의 성능을 최대로 활용할 수 없다는 문제점이 있다.
그리하여, 수평유동하는 유체나 기체의 수평유동 압력을 수직면에 온전히 받아들여 최대한 효율적으로 회전력으로 전환할 수 있으면서도, 동시에 가볍고 튼튼하여 대형화가 가능한 발전장치와 이에 구비되어질 수 있는 날개형상이 있다면 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다. 또한 조류나 바람의 속도에 영향을 받지 않고 항상 일정한 속도로 발전장치를 회전시킬 수 있는 날개형상이 있다면 훨씬 안정적인 전력의 생산이 가능하고, 이러한 날개를 이용하여 고효율의 발전장치 뿐만 아니라, 선박 등의 추진장치로도 활용할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 친환경적이면서도 발전장치의 대형화가 용이하여 효율적으로 더 많은 전력을 생산할 수 있도록 ① 계류식 ② 고정식 ③ 부유식 발전장치로 실시되며, 아울러 (1) 발전장치에 날개부가 하나만 결합되어 하나의 날개부만 회전하면서 발전하는 단방향 회전식과 (2) 발전장치에 날개부가 두 개 결합되어 두 개의 날개부가 서로 반대방향으로 회전하면서 발전하는 역방향 회전식으로 구현되는 부력체로 이루어진 발전장치 및 선박추진장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여, 접힘과 말림이 가능한 날개를 제공하고, 또한 조류나 바람의 속도가 변하더라도 항상 일정한 속도로 발전장치를 회전시킬 수 있는 두루말이형 날개를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체, 상기 잠수부력체의 내측에 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체 및 상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 발전장치가 추가로 구비된 부력체로 이루어진 선박추진장치는, 물 위에 뜰 수 있는 선박, 일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체, 상기 선박의 일측에 구비되는 회전력발생장치, 상기 회전력발생장치로부터 상기 회전체에 회전력을 전달할 수 있게 결합되는 회전력전달장치 및 상기 선박과 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개는, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임과, 일측 가장자리만 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 다수개의 날개를 포함하여 구성되는 날개부에 있어서, 상기 다수개의 날개는 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향에 대면되도록 위치하는 경우에 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면에 밀착되어 유체나 기체의 유동압력을 상기 날개프레임에 전달하면서 상기 날개프레임을 회전시키고, 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향의 반대방향에 위치하는 경우에는 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면으로부터 이격되어 상기 유체나 기체의 유동압력이 상기 날개프레임에 전달되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는, 부력을 이용하여 해수면 또는 해수면 아래에 설치되기 때문에 대형화된 고효율의 발전장치를 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 발전장치를 설치하는데 대규모 공사나 기반시설을 요하지 않기 때문에 설치가 용이하고, 설치비용이 획기적으로 감소되며, 친환경적이다. 또한, 필요시 부력을 이용하여 수면 위로 끌어올려서 보수할 수 있기 때문에 유지보수가 용이하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는 해수면 아래에서 구동가능하므로, 선박의 통행에 영향을 주거나 기상변화에 영향을 받지 않으므로 안정적인 전력생산이 가능하며, 대기압 하에서 구동되는 풍력발전장치에 비하여 구동저항이 대폭 감소되므로 유속이 느린 곳에서도 효율적으로 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치는, 두루말이형 날개를 구비하여 유속이나 풍속의 변화에 능동적으로 대응할 수 있으므로 발전장치를 일정한 회전속도로 유지시킬 수 있으며, 잠수부력체와 회전체를 서로 역방향으로 회전시켜 유속이 느린 곳에서도 효율적인 발전이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치는 무게가 가벼워서 구동시 에너지의 소모가 적으므로 경제적이며, 그 구조가 견고하여 대형화에 용이하며, 구동시 캐비테이션 현상을 수반치 아니하고, 아울러 한 척의 선박에 다수개의 추진장치를 용이하게 설치할 수 있으므로 선박의 추진속도를 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제1 실시예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도 3는 다수개의 날개프레임으로 이루어진 날개부의 일례를 나타내는 도면.
도 4은 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개가 날개프레임에 회동가능하게 결합된 상태를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 날개의 동작원리를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 두루말이형 날개의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 날개프레임의 다른 형태를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제3 실시예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제4 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제5 실시예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제6 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 다른 구성을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 또 다른 구성을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제8 실시예를 나타내는 도면.
도 16은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제9 실시예를 나타내는 도면.
도 17은 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부를 구비한 선박추진장치가 쌍동선의 추진장치로 이용되는 경우를 개략적으로 나타내는 도면.
도 18은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치가 구비된 쌍동선의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.
도 19는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치에 발전장치가 추가로 구비된 경우의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20), 회전체(30), 발전수단, 제1 날개부(40) 및 계류수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 해수면 아래에 완전히 잠긴 상태에서 계류수단에 의하여 해저면(99)에 계류되는 방식(이하 "계류식 발전장치"라 함)으로 실시될 수 있다.
잠수부력체(20)는 일측(도면에서 상부방향)이 폐쇄되고, 타측(도면에서 하부방향)이 개방되어 있으며, 내부에는 제1 부력공간(15)이 형성되어 있다. 이와 같이, 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성된 결과 상기 부력공간에 잔존하는 공기에 의해 계류식 발전장치가 물속에서 부력을 가지게 된다. 이때 잠수부력체(20)의 제1 부력공간(15)은 전체가 하나의 공간으로 구성될 수도 있으나 도면에 도시된 바와 같이 밀폐된 기체에 의해 부력을 발생시키는 제2 부력공간(10)이 추가로 구비될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 잠수부력체(20)의 내외측에 다수개의 밀폐된 부력공간이 더 포함될 수도 있다. 한편, 제2 부력공간(10)은 도면에 도시된 바와 같이 잠수부력체(20)의 내측 상부에 구비되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하여 설명할 회전체(30)와 부력체연장축(35)에 방해되지 않는 위치라면 다양한 위치에 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
한편, 제1 부력공간(15)의 내부에 잔존하는 공기는 잠수 수심이 깊어짐에 따라 개방부를 통하여 전달되는 수압으로 인해 그 부피가 감소될 수 있으므로, 감소된 공기의 부피를 보충하기 위한 공기보충수단이 더 구비되거나, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 후술하여 설명할 회전체(30)의 사이가 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있다. 사방이 밀폐된 제2 부력공간(10)에는 공기가 채워질 수 있으나, 필요에 따라서는 헬륨 등과 같은 공기보다 가벼운 기체나 스티로폼(styrofoam) 또는 우레탄폼 등과 같이 물보다 가벼운 고체가 충진될 수 있다.
한편, 잠수부력체(20)는 일종의 하우징 기능을 수행하는 것으로, 일측으로 갈수록 내측 폭이 좁아지면서 폐쇄되어 있고 타측으로는 소정의 길이만큼만 내측의 폭이 좁아지다가 타측 끝단의 가운데 부분이 개방된 형상으로 구성된다. 그리하여, 중앙부의 폭이 넓고 양측으로 갈수록 폭이 좁아져서 전체적인 형상이 해수의 유동저항을 최소화할 수 있는 유선형으로 이루어질 수 있다. 잠수부력체(20)의 일측은 원뿔형상 또는 반구형상으로 구성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 다각뿔의 형상으로 이루어질 수도 있다. 한편, 잠수부력체(20)의 타측 개방부는 원형으로 구성될 수 있으며, 상기 타측 개방부가 잠수부력체(20)의 중앙부로 연장되어 전체적인 형상이 원통형으로 구성될 수 있다. 그리하여 후술하여 설명할 회전체(30)가 상기 타측 개방부에 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있도록 한다.
잠수부력체(20)의 내측에는 부력체연장축(35)이 구비될 수 있다. 부력체연장축(35)은 잠수부력체(20)의 중앙에 상하방향으로 길게 연장된다. 이때 잠수부력체(20)의 내측 중앙 상부에 제2 부력공간(10)이 구비되어 있는 경우에는 전술하여 설명한 부력체연장축(35)의 일단이 상기 제2 부력공간(10)의 하부에 결합될 수 있다.
회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있다. 상기 부력체로 이루어진 회전체(30)는 편의상 제3 밸러스트탱크(32)와 제3 부력공간(36)으로 이루어지는 것으로 도시하였으나, 부력체 전체가 하나의 밸러스트탱크로 이루어지고, 상기 밸러스트탱크 내부에서 물이 채워지지 않은 나머지 공간이 제3 부력공간(36)의 역할을 하도록, 즉 밸러스트탱크만으로 부력체가 구성될 수도 있을 것이다. 또한, 제3 밸러스트탱크(32)는 회전체(30)의 회전 시 무게 중심이 중심 하방으로 쏠리게 하기 위해 다수개의 격실을 구획하지 않아도 무방하며 도시된 것처럼 뒤집힌 원뿔형상을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 제작상의 편의를 고려하여 뒤집힌 다각뿔의 형상으로 이루어질 수도 있다.
상기 회전체(30)는 잠수부력체(20)의 타측 개방부를 통하여 잠수부력체(20)의 내측에 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 상기 회전체(30)는 중심부가 전술한 부력체연장축(35)에 회전가능하게 결합될 수 있으며, 타측에는 제1 날개부(40)가 물속에 노출되도록 구비되어 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았지만, 필요에 따라서는 제1 날개부(40)와 제3 부력공간(36) 사이가 일정간격 이격되고, 상기 제1 날개부(40)와 제3 부력공간(36) 사이의 이격공간에 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 끝단이 내측으로 연장되면서 삽입되어 상기 제1 날개부(40)만이 해수에 노출되고 상기 제3 부력공간(36)을 포함한 회전체(30)의 일부가 상기 잠수부력체(20)의 내측에 밀폐된 형태로 수용될 수 있다. 즉, 상기 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 끝단이 내측으로 연장된 결과, 상기 타측 개방부의 내측 둘레(의 길이)가 축소되고, 더불어 이에 대면하는 부위의 회전체(30)의 둘레(의 길이)가 축소될 수 있다. 이와 같이, 해수의 유동방향에 대해 수직으로 배치되는 회전체(30)는 해수에 완전히 잠수된 상태로 잠수부력체(20)의 내측에서 부력체연장축(35)을 중심으로 회전한다. 한편, 상기 부력체연장축(35)과 회전체(30)의 사이는 베어링 등과 같은 회전수단 을 이용하여 회전가능하게 결합되어 있으므로 양자간에 빈틈이 없는 것으로 도시되어야 하지만, 도면에서는 도시의 편의상 상기 회전수단이 위치하는 공간을 빈 공간으로 도시하여 양자가 서로 다른 개체임을 강조하기로 한다. 아울러, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 회전체(30)의 사이도 상기 회전수단을 이용하여 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있지만 빈 공간으로 도시하기로 한다.
발전수단은 전술하여 설명한 잠수부력체(20)와 회전체(30)의 사이에 구비되어 상기 회전체(30) 및/또는 잠수부력체(20)의 회전운동에 의하여 발전을 하게 된다. 발전수단은 고정자(21)와 회전자(31)를 포함하여 구성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 회전체(30)의 외측에 회전자(31)가 구비되고, 잠수부력체(20)의 내측으로 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에 고정자(21)가 구비될 수 있다. 다만, 상기와 같은 구성의 발전수단은 본 발명의 일례를 나타내는 것으로 반드시 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며 공지의 다양한 종류와 구성의 발전수단이 사용될 수 있다. 그리고 고정자(21)가 상기 고정자(21)와 회전자(31)의 위치 또한 서로 대응되는 위치에서 상호작용에 의하여 발전을 할 수 있다면 잠수부력체(20) 및 회전체(30)의 다양한 위치에 구비될 수 있음은 물론이다.
제1 날개부(40)는 회전체(30)의 타측(도면에서 하단)에 설치되는 것으로, 해수의 수평유동력에 의해 회전체(30)를 연동하여 회전시킨다. 이때, 제1 날개부(40)가 해수의 수평유동이 여하한 방향으로 이루어지건 간에 회전체(30)를 항상 일정한 방향으로 회전시키는 구성에 관해서는 후술하여 상세하게 설명한다.
계류수단은 잠수부력체(20), 회전체(30) 및 제1 날개부(40)를 모두 해수면 하부로 잠수시켜 계류시키는 기능을 수행한다. 즉, 계류수단은 중력에 의해 해수면 하부로 힘을 발생시키는 중량체로 구성되는 것으로, 전술하여 설명한 제1, 2 부력공간(15, 10)에 의해 발생하는 부력에 의해 해수면 상부 방향으로 작용하는 힘의 반대방향으로 힘을 발생시켜 본 발명에 따른 계류식 발전장치를 수중에 고정하여 해수에 의한 이동을 방지하는 동시에 본 발명에 따른 발전장치가 수중에서 수직방향으로 자세를 유지시킬 수 있도록 한다.
계류수단은 잠수부력체(20)의 다수개의 지점에 연결되는 계류수단용와이어(51)와 해저계류부(50)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리하여 계류식 발전장치의 전체적인 상하 좌우의 균형을 제어하여 수평을 유지하게 하며, 해저면(99)의 경사 또는 굴곡에 대응하여 계류식 발전장치의 안정적인 고정을 가능하게 한다.
계류수단용와이어(51)는 일단이 잠수부력체(20)의 다수개의 지점에 연결되고, 타단에는 해저계류부(50)가 구비된다. 이때 계류수단용와이어(51)의 일단과 잠수부력체(20)의 결합부에는 와이어조절수단(23)이 구비되어 상기 계류수단용와이어(51)의 길이를 조절함으로써 해저면(99)의 지형변화에 관계없이 발전장치의 전체적인 균형을 조절할 수 있다. 와이어조절수단(23)은 상기 계류수단용와이어(51)를 권취할 수 있는 크레인 등으로 구성될 수 있다. 또한, 해저계류부(50)는 닻(anchor)으로 구성될 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 해저계류부(50)에 밸러스트탱크가 구비될 수도 있다. 또한, 상기 크레인이 구비되는 장소는 하부가 개방된 수밀공간으로 이루어짐으로서 해양오염을 최소화하는 것이 바람직할 것이다.
제1 밸러스트탱크(26)는 잠수기능을 수행하는 것으로서, 잠수부력체(20)의 중심부를 기준으로 타측 방향에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 잠수부력체(20)의 타측 개방부의 외측면에 구비될 수 있다. 이때, 제1 밸러스트탱크(26)는 잠수부력체(20)가 수평을 용이하게 유지할 수 있도록 다수개의 격실로 구성될 수 있다.
제2 밸러스트탱크(27)는 부력체연장축(35)의 타단에 구비될 수 있으며, 잠수기능과 더불어 잠수부력체(20)의 수평유지기능을 수행하며, 동시에 잠수부력체(20)의 하단에서 무게중심을 잡아주어 잠수부력체(20)가 안정적으로 고정되도록 한다. 이때, 잠수부력체(20)와 제2 밸러스트탱크(27)는 다수개의 부력체지지수단(28)에 의하여 고정되는 것이 바람직하며, 부력체지지수단(28)은 와이어 등이 사용될 수 있으며, 부력체연장축(35)이 잠수부력체(20)의 상부에만 고정됨으로써 발생하는 하중에 의한 부족한 강도를 보강해 줄 수 있다. 제2 밸러스트탱크(27)의 하부에는 상기 부력체연장축(35)의 중심을 더욱 확고하게 고정하기 위하여 계류수단(50, 51)이 추가로 구비될 수 있다.
회전체(30)에 구비되는 제3 밸러스트탱크(32)는 전술하여 설명한 발전수단인 회전자(31)와 고정자(21)의 높이를 일치시키기 위하여 사용될 수 있다. 잠수 수심이 깊어짐에 따라 증가하는 수압으로 인해, 제1 부력공간(15)의 내부에 잔존하는 공기의 부피가 감소되면서 상기 회전자(31)의 높이에 변동이 일어나게 되면, 위치감지센서(미도시)를 통하여 그 변동을 감지한 후, 제3 밸러스트탱크(32)를 조절함으로써 회전자(31)의 높이가 고정자(21)의 높이에 일치되도록 할 수 있다.
상기 계류식 발전장치는 해저에 계류되지 아니하고, 선박에 견인수단으로 연결되어 견인되는 상태에서 선박의 추진속도를 활용하여 발전하는 이동식 발전장치로 이용될 수 있다. 이 경우 계류수단(50, 51)은 제거되어도 무방할 것이다.
또한, 잠수부력체(20)의 일측 외측면에는 선박의 탑승자가 안착할 수 있는 구난수단이 더 구비될 수 있다. 구난수단은 선박에 비상상황이 발생할 경우에 발전장치를 수면 위로 부상시켜 승객이나 승무원들을 구조하기 위한 것으로, 발판, 난간 및 손잡이로 구성될 수 있다. 또한, 잠수부력체(20)에 밀폐성이 강한 출입문을 구비하여 발전장치 내부로 출입할 수 있도록 구성할 수도 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20), 회전체(30), 발전수단, 제1 날개부(40), 제2 날개부(70) 및 계류수단을 구비한 해저계류축(65)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 날개부(70)는 잠수부력체(20)의 일측 외주면에 구비되며, 다수개의 날개프레임(41)이 방사형으로 구비될 수 있다.
부력체연장축(35)은 잠수부력체(20)의 내측에 수직방향으로 구비된다. 이때, 부력체연장축(35)은 내부가 중공인 원통형으로 구성되며, 일단이 잠수부력체(20)의 상부 내측에 결합되고, 타단은 개방되어 있다. 그리하여 부력체연장축(35)의 타단 개방부를 통하여 해저계류축(65)이 삽입, 회전가능하게 결합된다. 해저계류축(65)의 타단은 계류수단(50, 51)에 의하여 해저면(99)에 계류되며, 계류수단용와이어(51)와 해저계류축(65)이 결합되는 부위에는 와이어조절수단(23)이 구비될 수 있다. 해저계류축(65)은 하나 또는 그 이상의 밸러스트탱크로 이루어질 수 있으며, 잠수부력체(20)의 회전용 지지축의 기능을 한다.
더불어, 또 다른 실시예에서는 상기 해저계류축(65) 대신 해저면(99)에 대하여 상하방향으로 구비되어 해저면(99)에 삽입, 고정되는 해저고정축(미도시)을 잠수부력체(20)의 회전용 지지축으로 이용할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치의 그 외의 구성으로서 설명되지 않은 구성은 전술하여 설명한 제1 실시예의 구성과 동일하므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다. 이때, 도 2에 표시된 도면부호 중, 도 1에 표시된 도면부호와 동일한 것은 동일한 구성을 나타내는 것이다. 더불어, 후술하여 설명할 본 발명의 다양한 실시예들의 설명에 있어서 중복적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발전장치는 회전체(30)에 구비된 제1 날개부(40)와 잠수부력체(20)에 구비된 제2 날개부(70)가 서로 반대방향으로 회전하면서 발전하게 된다. 이하에서는, 본 발명에 따른 발전장치에 구비될 수 있는 날개부(40, 70)의 구성과 더불어 상기 각 날개부(40, 70)가 서로 반대방향으로 회전하는 원리에 관해서는 후술하여 설명한다.
도 3는 다수개의 날개프레임으로 이루어진 날개부의 일례를 나타내는 도면이고, 도 4은 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개가 날개프레임에 회동가능하게 결합된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 날개의 동작원리를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 두루말이형 날개의 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 날개프레임의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발전장치의 날개부(40, 70)는, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임(41)과, 상기 날개프레임(41)에 결합되는 다수개의 접힘과 말림이 가능한 날개(42)를 포함하여 구성된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개(42)는 일측 가장자리만 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 일면에 회동가능하게 결합되고, 그 외의 3개의 측면 가장자리는 상기 날개프레임(41)으로부터 이격될 수 있도록 구비된다.
도 5에서 (a)를 참조하면, 일 방향으로 유체나 기체의 수평 유동이 이루어지는 경우, 날개프레임(41)의 우측(도면기준, 이하 동일)에 위치한 날개(42)들, 즉 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향의 반대방향에 위치한 날개(42)들은 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)에 형성된 다수개의 격자구멍들 사이를 통과한 유체나 기체의 수평 유동 압력이 상기 날개(42)들에 전달되어, 상기 날개(42)들이 다단으로 형성된 격자망형 구조의 날개프레임(41) 표면으로부터 이격되며 펄럭이게 함으로써 유체나 기체의 흐름을 방해하지 않게 된다.
반대로, 날개프레임(41)의 좌측에 위치한 날개(42)들, 즉 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향에 대면되도록 위치한 날개(42)들은 유체나 기체의 수평유동 압력을 받아 격자망형 구조의 표면에 밀착되며, 그 힘이 상기 날개프레임(41)의 좌측에 전달되면서 상기 날개프레임(41)을 회전시키게 된다. 그 결과, 해수나 바람의 수평 유동이 어떠한 방향으로 이루어지건 간에, 도 5(a)의 날개프레임은 항상 일정한 방향(반시계방향)으로 회전하게 된다.
반면에, 도 5의 (b)의 경우는 도면에 도시된 바와 같이, 날개(42)가 도 5(a)와는 반대의 위치에 부착되도록 구성되어 있으므로, 상기 도 5(b)의 날개프레임(41)은 항상 도 5(a)의 날개프레임(41)과는 반대 방향으로 회전하게 될 것이다. 그리하여, 전술하여 설명한 회전체(30)의 타측에는 도 5(a)와 같이 제1 날개부(40)를 구성하고, 또한 잠수부력체(20)의 외주면에는 도 5(b)와 같이 제2 날개부(70)를 구성할 경우, 상기 회전체(30)와 잠수부력체(20)는 항상 반대방향으로 회전하며 더 효율적으로 발전을 할 수 있게 된다.
도 3를 참조하면, 제1 날개부(40)의 외측면 둘레에는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 이물질막이(43)가 더 구비될 수 있다. 이물질막이(43)의 격자 간격은 날개프레임(41)의 격자 간격보다 조밀하게 형성될 수 있다. 그 결과, 전체적으로 다수개의 격자로 이루어진 날개부는 기존의 발명들에 사용되어진 날개부의 구성에 비해 경량화될 수 있으며 또한 대형화에 유리한 구조를 형성하게 된다. 또한, 상기 이물질막이(43)와 날개프레임(41)의 표면에는 물이나 공기 등을 지속적으로 분출하여 이물질의 흡착을 방해하기 위한 이물질흡착방해수단(미도시)이 추가로 구비되어질 수 있다. 또한, 상기 날개프레임은 제작, 유지, 보수의 편의를 위하여 조립식으로 제작되어지는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개와 유사한 동작원리로 동작하는 날개를 구비한 기존의 발명들(KR 10-2011-0069751 "조류발전장치(TIDAL CURRENTPOWER PLANT)"; KR 10-2010-0039939 A "수력 발전 장치(A HYDROELECTRIC PLANT)")은 여러개 존재한다.
상기 유사 발명들에 사용된 날개가 금속이나 플라스틱 등의 재질로 이루어진 평판날개(회전판, 물막이판)로 구성되는 것과는 달리, 본 발명의 날개는 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질 즉 무게가 가볍고 부드러운 천과 같은 재질로 이루어진다. 그리하여 상기 평판날개보다 내구성이 강하고 가벼우므로 대형화에 유리하다.
또한, 상기 유사 발명들은 날개의 결합형태로 경첩(hinge) 등의 구성이 이용되므로 경첩(hinge) 자체의 기계적 내구성이 문제가 될 수 있고 또한 상기 평판날개가 수중에 설치되는 경우에는 패류나 이물질 등이 흡착되어 상기 평판날개의 정상적인 작동이 방해를 받을 소지가 많을 것이다. 특히, 상기 평판날개들이 풍력발전장치에 사용되는 경우에는 강풍 속에서 덜컹거리며 잘 견디지 못하여 그 작동에 문제가 발생할 수도 있을 것이다. 그러나, 본 발명은 날개의 결합형태로 경첩(hinge) 등의 구성을 이용하지 않고 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임의 일면에 천과 같이 부드럽고 가벼운 재질로 이루어진 날개의 일측 가장자리가 직접 부착되므로 훨씬 더 유연하게 작동할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개는 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질로 이루어질 수 있으며, 상기 날개(42)의 타측에는 상기 날개(42)가 아래로 처지는 것을 방지하기 위하여 헬륨주머니 등과 같은 직립보강수단(85)이 구비될 수 있다(도 6 참조). 다르게는, 단단한 철심 등을 날개의 테두리 부분에 두르는 직립보강수단이 강구될 수도 있을 것이다. 또한, 날개(42)가 도면에 도시된 것처럼 좌우방향으로 회동가능하게 결합된 것과는 달리, 날개(42)의 상단부분의 가장자리가 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 상단면에 상하방향으로 회동가능하게 결합될 수 있다. 이 경우, 유체나 기체의 수평 유동 압력에 의하여 위쪽으로 들렸던 날개(42)가 아래쪽으로 내려와 상하방향으로 직립하기 위하여 상기 날개(42)의 하단부분에 철심 등을 삽입하는 등 적당히 무거운 추(錘)의 역할을 할 수 있는 직립보강수단이 구비될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개(42)는 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임(41)의 일면에 날개의 일측 가장자리를 직접 부착 고정시키는 고정형 날개와 두루말이형 날개(80)로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 두루말이형 날개(80)는 두루말이 형태로 말림 가능하게 구성됨으로써, 해수의 수평유동 속도가 빠를 때는 그 길이를 짧게 조정하고, 속도가 느릴 때는 그 길이를 길게 조정할 수 있다. 따라서, 두루말이형 날개(80)를 통하여 회전체(30)와 잠수부력체(20)의 회전속도를 항상 일정하게 조절할 수 있다. 이 경우, 두루말이형 날개(80)는 날개부의 일부에만 부분적으로 설치될 수도 있다. 결국, 날개부의 일부는 고정형 날개로 구성되고 다른 일부는 두루말이형 날개(80)로 구성됨으로써, 조류와 바람의 속도에 대해 적절히 대응하면서 구동 가능하다.
두루말이형 날개(80)는 도 6에 도시된 바와 같이 날개말림축(81)과, 날개돌기(84) 및 날개깃(82)을 포함하여 구성될 수 있다. 날개말림축(81)은 봉(stick) 형상으로 구성될 수 있으며, 상기 날개말림축(81)에는 날개돌기(84)가 구비되어 있다. 날개돌기(84)는 도면에 도시된 바와 같이 날개말림축(81)의 적어도 하나 이상의 부위에 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각각의 부위에는 하나 또는 그 이상의 날개돌기(84)가 방사형으로 구비될 수 있다.
날개깃(82)은 접힘과 말림이 가능하면서도 직립이 가능한 방수 재질로 이루어질 수 있고, 일측 가장자리가 날개말림축(81)에 결합되며, 날개돌기(84)와 동일선상에는 다수개의 삽입홀(83)이 천공된다. 날개돌기(84)는 날개말림축(81)에 방사형으로 배치되어 삽입홀(83)에 삽입되는 것으로, 꺽쇠형으로 이루어질 수 있다. 그 결과, 두루말이형 날개(80)는 말림 동작이 원활하게 수행될 수 있다. 이러한 두루말이형 날개(80)는 날개부에 탈부착 가능하게 구비되어, 설치 및 수리를 용이하게 한다. 그리하여 날개말림축(81)을 일방향으로 회전시키면 날개돌기(84)가 삽입홀(83)에 삽입되면서 날개깃(82)이 날개말림축(81)에 말리게 되어 결과적으로 날개깃(82)이 짧아지게 되고, 날개말림축(81)을 반대방향으로 회전시키면 날개말림축(81)에 말려있던 날개깃(82)이 풀리면서 결과적으로 날개깃(82)이 길어지게 된다. 따라서 날개깃(82)이 짧을 때에는 상기 날개깃(82)에 의하여 차단되는 날개프레임(41)이 줄어들어 날개부의 회전이 느려지고, 날개깃(82)이 길어지면 상기 날개깃(82)에 의하여 차단되는 날개프레임(41)이 늘어나서 날개부의 회전이 빨라지게 된다. 그리고, 상기 날개깃(82)의 말림과 풀림은 날개부의 회전속도에 따라 자동으로 조절될 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 도 3 내지 도 5에 도시된 날개프레임(41)은 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 수평유동하는 유체나 기체가 날개부(40, 70)를 회전시키는 과정에서 위, 아래로 밀리며 새어나가는 것을 방지하기 위하여 상기 날개부(40, 70)의 상부 및/또는 하부에 수평방향으로 덮개(미도시)가 구비될 수도 있을 것이다. 특히, 상기 덮개는 중심부의 부력기능을 강화하기 위하여 중심부가 솟아오른 원추(삿갓)형으로 이루어진 부력공간을 구비하는 형태로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20)의 외측면에 제2 날개부(70)가 구비될 수 있다. 이때, 제1 날개부(40)는 해수면 아래에서 조류에 의하여 회전하고, 제2 날개부(70)는 해수면 위에서 풍력에 의하여 회전하되, 서로 반대방향으로 회전하게 된다.
한편, 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 수직으로 구비된 부력체연장축(35)에는 지지대(25)가 더 구비되고, 상기 지지대(25)의 가장자리에는 회전자(31)가 구비되어 있다.
지지대(25)는 상부면이 부력체연장축(35)에 대하여 수평방향으로 돌출되도록 구비되며, 하부면은 외측으로 갈수록 폭이 좁아지면서 경사지게 형성될 수 있다. 그리고 잠수부력체(20)의 내측에 회전가능하게 결합되는 회전체(30)는 상부면이 전술한 지지대(25)의 하부면에 대응되는 형상으로 구성되어 상기 회전체(30)의 상부면이 상기 지지대(25)의 하부면과 대면하는 상태에서 일정간격 이격되게 결합된다. 그리하여 지지대(25)의 상부면과 회전체(30)의 상부면이 동일평면이 되도록 하고, 상기 지지대(25)의 가장자리에 구비된 회전자(31)와 대면되는 위치로 상기 회전체(30)의 상부면에는 고정자(21)가 구비되어 상기 회전자(31)와 상기 고정자(21)가 상호작용을 하면서 발전을 하게 된다. 그리하여, 상대적으로 무거운 고정자(21)는 질량에너지가 큰 조력에 의하여 회전되도록 하고, 상대적으로 가벼운 회전자(31)는 풍력에 의하여 회전되도록 함으로써 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도면부호 중 68은 해저고정부를 나타내는 것으로, 상기 해저고정부는 진공펌프 등을 이용하여 내부의 공기를 뽑아내면서 스스로 해저 바닥으로 파고들어가 단단히 고정되는 썩션앵커(suction anchor) 등을 이용하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 해저고정부(68)의 일부는 밸러스트탱크로 이루어질 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 전술하여 설명한 해저계류부(50)를 이용하여 계류하는 방식으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
도 9는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제4 실시예를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 부력체연장축(35)이 구비되어 있다. 그리고 회전체(30)의 일측면의 중심부에는 수용홈이 형성되어 있어서, 상기 수용홈에 부력체연장축(35)이 회전가능하게 결합된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 내측 중앙에 부력체연장축(35)이 구비되어 있으며, 상기 부력체연장축(35)은 내부가 중공이고 타단이 개방된 형태로 구성된다. 그리고 회전체(30)의 일측면의 중앙에는 회전체중심축(38)이 구비되어 상기 회전체중심축(38)이 부력체연장축(35)의 타단 개방부를 통하여 내부로 삽입되면서 회전가능하게 결합된다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제4 및 제5 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 일부가 해수면에 노출되고, 회전체(30) 및 상기 회전체(30)에 구비된 제1 날개부(40)가 해수면 아래에 잠긴 상태에서 상기 제1 날개부(40)가 조류에 의하여 회전하게 된다. 그리하여 잠수부력체(20)와 회전체(30) 사이에 구비된 발전수단(31, 21)에 의하여 전기를 생산하게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제6 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발전장치는, 잠수부력체(20)의 내측에 회전체(30)가 수평방향으로 구비되며, 제1 날개부(40)가 상기 회전체(30)의 외주면에 방사형으로 구비된다. 또한, 상기 회전체(30)의 중심부에는 회전체중심축(38)이 상기 회전체(30)의 양측으로 돌출되도록 구비되어 잠수부력체(20)의 내측에 수평으로 회전가능하게 결합된다.
이때 회전체중심축(38)의 양단은 베어링 등과 같은 회전수단으로 이루어진 회전체중심축받이(37)에 의하여 지지되면서 회전가능하게 결합된다. 한편, 회전체중심축(38)에는 증속기(90)가 더 구비될 수 있으며, 상기 회전체중심축(38)의 양쪽 끝단 또는 한쪽 끝단에는 발전기(95)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 회전체중심축받이(37)를 경계로 잠수부력체(20)의 내측이 밀폐되며 방수밀봉될 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예를 나타내는 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 다른 구성을 나타내는 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제7 실시예의 또 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 발전장치는 잠수부력체(20)의 타측에 형성된 개방부가 상부를 향하도록 구성되어 있고, 상기 잠수부력체(20)의 하부 내측에는 제1 밸러스트탱크(26)가 구비되어 있으며, 상기 잠수부력체(20)의 내측으로 상기 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에는 부력체연장축(35)이 수직으로 구비되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 제1 밸러스트탱크(26)의 내측 중앙은 소정의 깊이로 함몰되어 있고, 가장자리는 외측으로 갈수록 높아지는 경사면으로 구성되어 후술하여 설명할 회전체(30)의 타단이 일정간격 이격되게 안착되면서 결합되는 구조로 한다.
회전체(30)에는 전술하여 설명한 부력체연장축(35)이 삽입될 수 있는 중공의 회전체중심축(38)이 형성되어 있어서 상기 회전체중심축(38)이 잠수부력체(20)의 타측 개방부를 통하여 삽입, 회전가능하게 결합되고, 동시에 상기 회전체중심축(38)의 중공부에 부력체연장축(35)이 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 한편, 회전체(30)의 타단에는 회전자지지대(55)가 구비되어 있으며, 상기 회전자지지대(55)는 전술하여 설명한 제1 밸러스트탱크(26)의 상부 중앙에 형성된 함몰부에 일정간격 이격되게 안착되면서 회전가능하게 결합된다.
그리고 회전자지지대(55)의 가장자리에는 회전자(31)가 구비되어 있으며, 상기 회전자(31)의 외측면으로 전술하여 설명한 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에는 고정자(21)가 구비되어 있다.
한편, 잠수부력체(20)의 개방부 끝단과 회전체중심축(38)의 사이는 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉되어 있다.
상기와 같은 구성에서, 회전체(30)가 회전하면 회전자(31)가 연동하면서 회전하여 고정자(21)와의 상호작용에 의하여 전력을 생산하게 된다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 발전장치의 다른 실시예에서, 잠수부력체(20)의 일측 폐쇄부의 내측 하부에 전술한 것과 같이 제1 밸러스트탱크(26)를 구비하지 않고, 일측 폐쇄부의 내측 하부에 직접 물을 채운 후, 그 채워진 물의 수면 위에 부력체(32, 36)로 이루어진 회전체(30)를 띄우도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 회전체(30)의 외측에는 회전자(31)가 구비되어 있다.
도면부호 56은 회전자지지용와이어로서, 회전자지지대(55) 및 회전자(31)를 더욱 견고하게 고정되도록 한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예의 또 다른 구성은, 전술하여 설명한 제7 실시예의 기본 구성과 동일하되, 제1 밸러스트탱크(26)의 상부에 구비되는 발전수단이 회전체중심축(38)의 하부에 구비될 수 있다. 이때, 발전수단은 발전기(95)와 증속기(90)로 구성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예의 또 다른 구성은 잠수부력체(20)의 외주면에는 제2 날개부(70)가 구비되어 있으며, 상기 회전체(30)의 상하방향에는 제1 날개부(40)가 하나씩 두 개가 구비되어 있다. 이때, 제1 날개부(40)는 내부가 중공인 회전체중심축(38)의 양단에 고정되어 있고, 제2 날개부(70)가 구비된 잠수부력체(20)는 상기 회전체중심축(38)에 회전가능하게 결합되어 있다. 즉, 잠수부력체(20)는 중심부가 관통되도록 형성되어 회전체중심축(38)이 삽입되면서 회전가능하게 결합되어 있다. 또한, 타단이 개방된 중공의 기둥체 형상으로 이루어진 회전체중심축(38)의 타단 개방부에는 해저계류축(65)이 삽입되면서 회전가능하게 결합될 수 있다. 제1 날개부(40)와 제2 날개부(70)는 서로 반대방향으로 회전하는 구조로 되어 있다.
회전체중심축(38)에는 회전자지지대(56)와 회전자(31)가 구비되고, 잠수부력체(20)의 내측 가장자리로 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에는 고정자(21)가 구비되어 상기 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용으로 전기를 생산할 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제8 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치는 제1 부력체(101), 상기 제1 부력체(101)의 상부 내측에 회전가능하게 결합되는 제2 부력체(201), 상기 제1 부력체(101)의 중심부를 관통하여 상기 제2 부력체(201)에 삽입되면서 결합되는 해저계류축(65) 및 상기 제1 부력체(101)와 상기 제2 부력체(201)의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단을 포함하여 구성된다.
제1 부력체(101)는 중앙부가 볼록하고 양측으로 가면서 폭이 좁아지는 형상으로 구성되고, 중심부에는 해저계류축(65)이 삽입되는 관통홀이 형성되어 있으며, 타측에는 제2 부력체(201)가 결합되는 수용부가 형성되어 있다. 제1 부력체(101)의 수용부는 원통형으로 구성될 수 있으며, 타단은 중심부로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면이 형성될 수 있다. 그리고 제1 부력체(101)의 일측(도면에서 상부방향) 외주면에는 제2 날개부(70)가 방사형으로 구비될 수 있다. 또한, 제1 부력체(101)의 타측에는 제1 부력체 밸러스트탱크(105)가 구비될 수 있으며, 제1 부력체(101)의 내측에는 제1 부력체 부력공간(103)이 구비될 수 있다.
제2 부력체(201)는 일측으로 가면서 폭이 좁아지는 원뿔형상 또는 다각형의 뿔 형상으로 구성되며, 타측은 전술하여 설명한 제1 부력체(101)의 수용부의 형상에 대응되는 형상으로 연장되어 있다. 제2 부력체(201)의 중심부는 일측의 소정 구간을 제외하고는 전술하여 설명한 해저계류축(65)이 삽입되어 결합될 수 있는 결합홀이 형성되어 있다. 그리고 제2 부력체(201)의 일측(도면에서 상부방향) 외주면에는 제1 날개부(40)가 방사형으로 구비될 수 있다. 또한, 제2 부력체(201)의 타측에는 제2 부력체 밸러스트탱크(205)가 구비될 수 있으며, 제2 부력체(201)의 내측에는 제2 부력체 부력공간(203)이 구비될 수 있다.
한편, 제1 부력체(101)와 제2 부력체(201)의 사이에는 전기를 생산하는 발전수단이 구비되어 있다. 발전수단은 회전자(31)와 고정자(21)를 포함하여 구성된다. 이때 고정자(21)는 제1 부력체(101)의 수용부 내측면에 구비될 수 있고, 회전자(31)는 제2 부력체(201)의 외측면으로 상기 고정자(21)와 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치는 호수나 바다의 수면 위에 제1 날개부(40)와 제2 날개부(70)가 노출되도록 부유된 상태에서 풍력에 의하여 발전을 할 수 있다. 이때, 제1 날개부(40) 또는 제2 날개부(70)는 필요에 따라 한쪽만 구비될 수도 있다.
그리고 본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치의 다른 실시예에서는 제2 부력체(201)의 중앙에 수직방향으로 내부가 중공이고 타단이 개방된 기둥체 형상의 제2 부력체중심축이 구비될 수 있다. 이때 제2 부력체중심축은 제1 부력체(101)의 중앙을 관통하며 제1 부력체(101)에 회전가능하게 결합되고, 더불어 상기 제2 부력체중심축의 타단 개방부에는 해저계류축(65)이 삽입되어 회전가능하게 결합될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 타단 개방부를 통하여 전술하여 설명한 해저고정축이 삽입되면서 회전가능하게 결합되어 고정식 발전장치로도 사용될 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 발전장치의 또 다른 실시예에서는, 전술한 구성에서 제2 날개부(70)와 해저계류축(65)이 제거되고, 제2 부력체(201)가 직접 제1 부력체(101)에 회전가능하게 결합된 상태로, 수면에서 부유하거나 선박에 의하여 견인되며 발전을 할 수 있다.
이때, 상기 제1 부력체(101)를 해저면(99)이나 호수 또는 인공수조의 밑바닥에 고정된 다수개의 기둥으로 지지되며, 일측에 제2 부력체(201)를 수용할 수 있는 수용부가 형성되어 있는 구조물인 고정체(미도시)로 대체하여 "고정식 발전장치"로 이용할 수도 있을 것이다.
도 16은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 발전장치의 제9 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 발전장치가 삼동선(trimaran)의 중앙 선체(hull)에 장착된 것을 뒤에서 본 단면도와 그 확대도로서, 상기 삼동선(900)의 중앙 선체(905)에 형성시킨 빈 공간에 날개부(40)를 구비한 회전체(30)가 발전가능하게 설치되어 있다. 상기 발전장치는 수직축 회전체(30) 및 발전수단을 포함하여 구성될 수 있다.
회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있으며, 일측이 상기 삼동선(900)에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부(40)가 구비될 수 있다.
발전수단으로서, 발전기(95)가 상기 삼동선(900)과 회전체(30)의 사이에 구비되어 전기를 생산할 수 있다. 이 경우 증속기(90)가 추가로 구비되어 질 수 있음은 물론이다.
다르게는, 상기 회전체(30)의 중심부에는 상하방향으로 회전체중심축(38)이 구비되고, 상기 회전체중심축(38)의 타단에 발전기(95)가 연결되어 전기를 생산할 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 도 19의 굵은 원안에 도시된 바와 같이, 회전체중심축(38)의 타단에 회전자지지대(55)가 구비되고, 상기 회전자지지대(55)의 둘레 가장자리에 회전자(31)가 구비되는 동시에 선체의 일측 상기 회전자(31)와 대응되는 위치에 고정자(21)가 구비되어 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용에 의하여 전기를 생산할 수 있다.
상기와 같은 구성에서, 본 발명의 제9 실시예에 따른 발전장치는 선박 특히 다동선(multihull)이나 플로트 특히 메가플로트(mega-float)의 일측(하부)에 구비되어 선박이 이동할 때 발생하는 물의 흐름을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
한편, 발전장치와 추진장치는 동전의 앞뒷면의 관계이다. 즉, 유체의 흐름을 이용하여 회전체(30)를 회전시켜 전기를 생산하면 발전장치가 되는 것이고, 상기 회전체(30)에 회전력을 가함으로써 선박을 추진하면 추진장치가 되는 것이다.
그리하여, 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부가 선박추진장치에 이용되기 위해서는 도 5에 도시된 동작원리가 역으로 적용되어야 한다. 즉, 회동가능하게 결합된 날개들이 유체를 후방으로 밀어낼 수 있도록 구성되어야 한다.
도 17은 도 5에 도시된 동작원리로 동작하는 날개부를 구비한 선박추진장치가 쌍동선의 추진장치로 이용되는 경우를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 17에서는 설명의 편의상 쌍동선(901)의 갑판 부분의 도시는 생략하였고 A, B 두 개의 선체(hull, 905)만 도시하였다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 선박추진장치는 효율적인 추진을 위하여 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치의 쌍(pair)으로 이루어진 선박추진장치가 A, B 각각의 선체(905)에 두 개씩 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 쌍동선(901)의 보다 효율적인 추진을 위하여 우측 B선체에는 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치가 하나 또는 그 이상 구비되고, 동시에 좌측 A선체에는 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치가 하나 또는 그 이상이 구비될 수 있다. 이때 양측 선체에 구비되는 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치의 개수는 반드시 동수로 구비되어 쌍(pair)을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 다수개의 선체(hull)로 이루어지는 다동선의 경우에 있어서도, 본 발명에 따른 선박추진장치는 상기와 같이 하나 또는 그 이상의 쌍(pair)을 이루는 짝수개의 선체에 제1 날개부(40)를 구비한 추진장치와 제2 날개부(70)를 구비한 추진장치가 동시에 한쌍씩 동수로 구비되어 쌍(pair)을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
아울러, 후방으로 물을 밀어낸 날개가 다시 물을 밀어낼 수 있는 위치로 되돌아오는 도중에 선박의 진행방향에서 내려오는 물의 저항을 받지 않도록, 물을 후방으로 밀어내는 역할을 하는 부분(제1 날개부(40)들의 우측, 제2 날개부(70)들의 좌측)만 선체 밖으로 드러나고 나머지 부분(제1 날개부(40)들의 좌측, 제2 날개부(70)들의 우측)은 선체(A, B) 안쪽에 감춰지도록 구성되는 것이 바람직하다. 그리하여, 외부에서 회전체(30)에 회전력을 가하여 쌍(40+70)으로 이루어진 날개부들을 동시에 회전시키면 상기 날개부들(40, 70)이 물을 후방으로 밀어냄으로써 선박을 앞으로 추진시킬 수 있다.
도 18은 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치가 구비된 쌍동선(Catamaran)의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이고, 도 19는 본 발명에 따른 부력체로 이루어진 선박추진장치에 발전장치가 추가로 구비된 경우의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 선박추진장치는 쌍동선(901)의 선체(905)의 하부 즉 수중에 구비되어 선박을 추진시킬 수 있다. 본 발명에 따른 선박추진장치는 수직축 회전체(30) 및 회전력발생장치(906)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전력발생장치(906)는 선박(901)의 선체(905)의 일측에 구비되는 것으로, 모터나 엔진 등에 의하여 회전력을 발생시키는 장치이다.
회전체(30)는 상기 회전력발생장치(906)에 연결되는 것으로, 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력이 상기 수직축 회전체(30)에 전달되어 날개부(70)를 회전시킴으로써 선박을 추진할 수 있는 추진력을 얻을 수 있다.
다르게는, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력을 상기 회전체(30)에 전달하는 역할을 하는 회전력전달장치(907)가 추가로 구비될 수 있다.
상기 회전체(30)는 부력체(32, 36)로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 회전체(30)의 중심부에는 상하방향으로 회전체중심축(38)이 구비되고, 상기 회전체중심축(38)의 타단에 상기 회전력발생장치(906)가 연결될 수 있다.
도 19를 참조하면, 선박의 일측에 모터나 엔진 등에 의하여 회전력을 발생시키는 회전력발생장치(906)가 구비되고, 상기 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력이 회전력전달장치(907)를 통하여 회전체(30)에 전달되어 날개부(40, 70)를 회전시킴으로써 추진력을 얻는 동시에 상기 회전체(38)의 타단에 구비된 발전기(95)를 회전시켜 전기를 생산할 수 있다. 이 경우 증속기(90)가 추가로 구비되어 질 수 있음은 물론이다. 다르게는, 도 19의 굵은 원안에 도시된 바와 같이 회전자(31)와 고정자(21)의 상호작용에 의하여 전기를 생산할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 발전장치가 추가로 구비된 선박추진장치는 선박이 정지된 상태 즉 상기 회전력발생장치(906)가 작동하지 않는 상태에서도 해류를 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직할 것이다.
전술한 회전체(30)는 회전력발생장치(906)에서 발생한 회전력을 선박을 추진하기 위한 추진력으로 전환하는데 필요한 날개부(40, 70)를 구비할 수 있다. 상기 날개부(40, 70)의 제 1 구성예로서 금속이나 플라스틱 등의 재질로 이루어진 다수개의 평판날개가 상기 회전체(30)의 일측 외주면에 방사형으로 결합되며, 수직면을 완전히 차단하는 방식으로 구성되어질 수 있다.
다르게는, 상기 날개부(40, 70)의 제 2 구성예로서, 날개부 자체의 무게를 감소시키기 위하여, 수직축 회전체(30)의 일측 외주면에 방사형으로 결합되는 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임(41)과 상기 날개프레임(41)에 형성된 다수개의 격자구멍들을 완전히 차단하는 방식으로 날개프레임(41)의 표면에 부착, 고정되는 가볍고 부드러운 천과 같이 접힘과 말림이 가능한 방수재질로 이루어지는 날개로 구성되어질 수 있다.(도 3 참조) 그 결과, 상기 구성으로 이루어진 날개부(40, 70)는 평판날개로 이루어진 구성에 비해 경량화될 수 있으며 또한 대형화에 유리한 구조를 형성하게 된다.
전술한 제1, 제2 구성예의 날개부들은 날개프레임의 수직면을 완전히 차단하는 구성으로 이루어지므로, 상기 날개부들을 구비한 선박추진장치는 전후진이 자유롭지만, 또 다른 구성예로서 평판날개가 경첩(hinge) 등의 구성을 이용하여 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되는 경우 또는 본 발명에 따른 접힘과 말림이 가능한 날개의 일측 가장자리만 격자망형 구조로 이루어진 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되는 경우에는 후진이 불가능하다. 그러므로, 후진을 하기 위해서는 상기 날개프레임의 반대면에도 회동가능하게 결합되는 날개들이 추가로 구비되어야 한다. 본 발명에 따른 두루말이형날개(80)가 구비되어지는 경우도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 선박추진장치의 또 다른 실시예에서는 기존의 선박 특히 단동선(monohull)의 좌우에 두 개의 선체(hull)를 추가로 형성시킨 후, 상기 추가된 두 개의 선체(hull)에 본 발명에 따른 선박추진장치와 발전장치를 구비시킴으로서 기존의 선박을 개량할 수 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 일측이 폐쇄되고 타측이 개방되며 내부에는 부력공간이 형성되어 있는 잠수부력체;
    상기 잠수부력체의 내측에 회전가능하게 결합되고, 타측에는 제1 날개부가 구비되어 있는 회전체; 및
    상기 잠수부력체와 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 잠수부력체에 있어서, 패쇄된 일측에 개방부가 추가로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 잠수부력체의 타측 개방부의 끝단과 상기 회전체의 사이는 회전가능하게 결합되면서 씰링수단에 의하여 방수밀봉될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 부력공간에는 사방이 밀폐된 제2 부력공간이 최소한 하나 이상 더 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전장치에는 밸러스트탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 잠수부력체의 내측 중앙에는 부력체연장축이 상하방향으로 구비되며, 상기 회전체는 상기 부력체연장축에 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 잠수부력체의 일측 외주면에는 제2 날개부가 구비되어 있으며, 상기 제1 날개부를 구비한 회전체의 회전방향에 대하여 상기 제2 날개부를 구비한 잠수부력체를 서로 역방향으로 회전시키기 위하여 회전용 지지축으로 해저계류축 또는 해저고정축을 구비하는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  8. 물 위에 뜰 수 있는 선박;
    일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체; 및
    상기 선박과 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  9. 물 위에 뜰 수 있는 선박;
    일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체; 및
    상기 선박의 일측에 구비되는 것으로, 상기 회전체를 회전시킬 수 있는 회전력발생장치;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 선박추진장치.
  10. 물 위에 뜰 수 있는 선박;
    일측이 상기 선박에 회전 가능하게 결합되고, 타측에는 날개부가 구비되어 있는 회전체;
    상기 선박의 일측에 구비되는 회전력발생장치;
    상기 회전력발생장치로부터 상기 회전체에 회전력을 전달할 수 있게 결합되는 회전력전달장치; 및
    상기 선박과 상기 회전체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 선박추진장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 선박추진장치는, 하나 또는 그 이상의 쌍(pair)으로 이루어지는 짝수개의 선체에 동시에 한쌍씩 동수로 구비되어 쌍(pair)을 이루되, 상기 선박의 진행방향에서 내려오는 물의 저항을 받지 않도록, 물을 후방으로 밀어내는 역할을 하는 부분만 선체 밖으로 드러나고 나머지 부분은 선체 안쪽에 감춰지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 선박추진장치.
  12. 청구항 1, 청구항 8, 청구항 9 또는 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전체는 부력체로 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치.
  13. 청구항 1, 청구항 8 또는 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전수단은 발전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치.
  14. 청구항 1, 청구항 8, 청구항 9 또는 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전체의 중심부에는 회전체중심축이 상하방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치.
  15. 일측에 제2 부력체를 수용할 수 있는 수용부가 형성되어 있는 제1 부력체;
    타측이 상기 수용부의 형상에 대응되는 형상으로 되어, 타측이 상기 제1 부력체의 수용부에 삽입되면서 회전가능하게 결합되는 제2 부력체;
    상기 제2 부력체의 외주면에 방사형으로 구비되어 있는 날개부; 및
    상기 제1 부력체와 상기 제2 부력체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  16. 해저면이나 호수 또는 인공수조의 밑바닥에 고정된 다수개의 기둥으로 지지되며, 일측에 제2 부력체를 수용할 수 있는 수용부가 형성되어 있는 고정체;
    타측이 상기 수용부의 형상에 대응되는 형상으로 되어, 타측이 상기 고정체의 수용부에 삽입되면서 회전가능하게 결합되는 제2 부력체;
    상기 제2 부력체의 외주면에 방사형으로 구비되어 있는 날개부; 및
    상기 고정체와 상기 제2 부력체의 사이에 구비되어 전기를 생산하는 발전수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  17. 청구항 1, 청구항 8, 청구항 10, 청구항 15 또는 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전수단은 회전자와 고정자를 포함하여 구성되며, 상기 고정자와 회전자는 서로 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치와 선박추진장치.
  18. 청구항 1 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 발전장치를 수면 아래에 계류시키기 위한 계류수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 부력체로 이루어진 발전장치.
  19. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 회전체의 타측에 구비되는 날개부는, 다수개의 평판날개가 상기 회전체의 일측 외주면에서 수직면을 완전히 차단하는 방식으로 구성되어 질수 있는 것을 특징으로 하는 선박추진장치.
  20. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 회전체의 타측에 구비되는 날개부는, 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임과 상기 날개프레임에 형성된 다수개의 격자구멍들을 완전히 차단하는 방식으로 날개프레임의 표면에 부착, 고정되는 가볍고 부드러운 천과 같이 접힘과 말림이 가능한 방수재질로 이루어지는 날개로 구성되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 선박추진장치.
  21. 다단으로 형성된 격자망형 구조로 이루어진 다수개의 날개프레임과, 일측 가장자리만 상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 다수개의 날개를 포함하여 구성되는 날개부에 있어서,
    상기 다수개의 날개는,
    상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향에 대면되도록 위치하는 경우에 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면에 밀착되어 유체나 기체의 유동압력을 상기 날개프레임에 전달하면서 상기 날개프레임을 회전시키고,
    상기 날개프레임의 일면에 결합되어 있는 날개가 유체나 기체의 수평유동이 이루어지는 방향의 반대방향에 위치하는 경우에는 상기 날개가 상기 날개프레임의 표면으로부터 이격되어 상기 유체나 기체의 유동압력이 상기 날개프레임에 전달되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 접힘과 말림이 가능한 날개.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 날개는, 접힘과 말림이 가능하면서도 직립가능한 방수재질로 구성되어 일측 가장자리만 상기 날개프레임의 일면에 회동가능하게 결합되고, 상기 날개의 타측에는 직립보강수단이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 접힘과 말림이 가능한 날개.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 다수개의 날개 중 일부 또는 전부는,
    두루말이 형태로 말림가능하게 구성됨으로써 유체나 기체의 수평유동 속도가 빠를 때는 그 길이를 짧게 조정하고, 속도가 느릴 때는 그 길이를 길게 조정하여, 상기 날개부의 회전속도를 항상 일정하게 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 접힘과 말림이 가능한 날개.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 두루말이 형태의 날개는 날개말림축과 상기 날개말림축에 방사형으로 구비되는 날개돌기 및 일측 가장자리가 상기 날개말림축에 결합되고 상기 날개돌기와 동일선상에는 다수개의 삽입홀이 천공되어 있는 날개깃으로 구성되는 것을 특징으로 하는 접힘과 말림이 가능한 날개.
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