WO2016148412A1 - 잠수형 발전 플랫폼 - Google Patents

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WO2016148412A1
WO2016148412A1 PCT/KR2016/001905 KR2016001905W WO2016148412A1 WO 2016148412 A1 WO2016148412 A1 WO 2016148412A1 KR 2016001905 W KR2016001905 W KR 2016001905W WO 2016148412 A1 WO2016148412 A1 WO 2016148412A1
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a submersible power generation platform.
  • Common power generation methods for generating electricity include fossil fuel thermal power generation, hydropower using falling water, wind power generation using wind, and nuclear power generation using nuclear fission.
  • thermal power generation pollution occurs due to the combustion of fossil fuels, and hydroelectric power generation requires dams to be constructed, thus destroying the ecosystem and spending huge construction costs.
  • wind power generation the windy weather condition greatly affects the power generation efficiency, and thus it is difficult to continuously supply power, and nuclear power generation requires a considerable cost for the preparation of radioactive leakage and waste disposal.
  • a blade that rotates according to the flow of seawater is used.
  • the blade is divided into a vertical blade and a horizontal blade according to the structure.
  • the horizontal axis blade is divided into a column type, bottom type, mooring type according to the installation form.
  • the pillar type is a method of erecting a pillar based on the sea floor
  • the blade is installed on the column
  • the landing type is a method in which the blade is installed on a large structure disposed on the sea floor
  • the mooring type is a blade to the structure floating on the sea surface This is how it is installed.
  • the pillar type requires a considerable installation cost, and if the blade is installed at a deep depth, there is a disadvantage in that power generation efficiency is low due to the slow flow rate.
  • the weight of a large structure is enormous, and a large amount of equipment such as a crane is required to set the structure on a terrain where current flow is heavy or to rescue the structure for repair, and the work is complicated. It costs a lot to repair.
  • the mooring formula is a floating structure is fixed by the rope, the structure may lose the balance due to the buoyancy of the structure, the weight of the structure and the rope, the flow of sea water, and the like.
  • Patent Document 1 KR2003-0050836 A
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art
  • the first aspect of the present invention is a buoyancy body is disposed on both sides of the frame in which the blade is disposed, the fixed rope for fixing the buoyancy body to the waterway considering the balance of force
  • By connecting to the balance center of the buoyancy body is determined by, to maintain the balance of the power generation platform to provide a submersible power generation platform to produce electricity in water stably.
  • the second aspect of the present invention by rotating the rotary drive unit so that the frame horizontal to the buoyancy body, by lowering the center of gravity to implement structural stability, it is easy to install and repair on the water surface, in case of disaster It is to provide a submersible power generation platform that can be safely evacuated to the floor.
  • a third aspect of the present invention is to provide a submerged power generation platform, the blade is disposed in the passage through the duct, the power generation efficiency is high, and the blade is prevented from hitting the bottom of the channel.
  • the fourth aspect of the present invention is to provide a submersible power generation platform that can adjust the position of the platform in the water by forming a hollow in which air or water is introduced into the duct or buoyancy body, or a winch is disposed will be.
  • the fifth aspect of the present invention is to provide a submersible power generation platform that is balanced by the balance arrangement, to prevent the left and right swing of the frame according to the flow of running water, to produce electricity stably in the water.
  • the sixth aspect of the present invention is that the mechanical seal is disposed in the casing to accommodate and protect the generator, the drive motor, or the winch, or the pressure control unit for raising the pressure inside, so that the flow of water flow into the case It is to provide a submersible power generation platform is prevented, generator, drive motor, winch is protected from running water.
  • each one of the fixed ropes connected to the frame is connected to the front bottom surface through which the seawater flows, the other fixed rope is connected to the rear bottom surface through which the seawater flows, It is to provide a submersible power generation platform that can be generated by tidal currents in which the flow direction of seawater is reversed.
  • Submersible power generation platform is a power generation unit including a blade that rotates by flowing water, and a generator for generating electricity by receiving the rotational force of the blade, so that the blade is disposed toward the front in which the flowing water flows
  • a frame for fixing the power generation unit therein a pair of buoyancy bodies arranged on both sides of the frame to float the frame by buoyancy, and fixedly connecting the buoyancy body to a waterway, so that the balance of the frame is maintained.
  • a balance center on the outer surface of the buoyancy body determined in consideration of the weight and buoyancy of the power generation unit, the frame and the buoyancy body, and the flow rate of the flowing water, or the front portion of the buoyancy body toward the flow direction of the flowing water; It includes at least one fixed rope connected to, at a predetermined flow rate of the flow rate varies depending on the depth Group the blades to rotate, seungha strong underwater buoyant body is attached to the fixed rope, located at a predetermined depth.
  • the power generation unit is arranged in a plurality of, at least one row in a horizontal direction perpendicular to the transverse direction from one side to the other side of the frame.
  • the flow path for passing the flow water is formed through, the power generation unit is fixedly disposed inside the flow path, further ducts for guiding the flow water to the blade.
  • a hollow is provided in the interior of the duct, and air or water flows in and out of the interior of the duct, and is elevated.
  • a first valve is disposed in the first pipe communicating with the inside of the duct, to adjust the amount of the air or water flowing in and out through the first pipe. It further includes a first pipe portion.
  • the hollow is provided inside the buoyancy body, air or water flows in and out of the buoyancy body, and is raised and lowered.
  • a second valve is disposed in a second pipe communicating with the inside of the buoyancy body to adjust the amount of air or water flowing in and out through the second pipe. It further includes a second pipe portion.
  • the balance center portion has a width in the direction in which the flowing water flows on the basis of the vertical axis passing through the center of the longitudinal direction of the buoyancy body 8 of the length of the buoyancy body Within 12%.
  • the first fixed rope which is one of the fixed ropes connects the front of the buoyancy body and the front bottom of the frame
  • the second fixed rope which is the other one of the fixed ropes, connects the rear portion of the buoyancy body and the bottom surface of the rear side of the frame, and is also generated by a tidal current in which the flow direction of the seawater is reversed.
  • the frame and the buoyancy body is fixedly coupled.
  • the frame rotates with respect to the buoyancy body.
  • a drive unit which is a reduction motor or a hydraulic device for generating a rotational force, and further comprising a first rotational drive for rotating the frame.
  • the first pulley and the second pulley arranged side by side is connected to the drive unit which is a reduction motor or a hydraulic device, the drive pulley to rotate together, and arranged side by side
  • the drive unit which is a reduction motor or a hydraulic device
  • the drive pulley to rotate together
  • the side by side A third pulley and a fourth pulley which are axially rotated together to be coupled to one side or both sides of the frame, and include a driven pulley that rotates by a rotational force of the driving pulley, wherein the driving pulley is in a clockwise or counterclockwise direction.
  • a first rope connected to the third pulley is wound around the first pulley to rotate the driven pulley in the first rotational direction, and the drive pulley part rotates in the first rotation.
  • the second rope connected to the fourth pulley is wound around the second pulley, and the driven pulley part is rotated in the second rotational direction. It further comprises a second rotary drive unit for rotating.
  • At least two or more links includes a link device connected to the pin joint, the third rotational drive unit is driven by the drive unit which is a reduction motor or hydraulic device It further includes.
  • a drive sprocket having a toothed shape connected to a drive body which is a reduction motor or a hydraulic device and rotates axially, and a tooth rotatably coupled to one side or both sides of the frame. It further comprises a driven sprocket of the form, the driven sprocket further comprises a fourth rotary drive unit which is connected to the drive sprocket by the chain to rotate.
  • the lifting rope is fixedly connected to the bottom of the waterway, and further comprises a winch for lifting up and down the frame by winding or unwinding the lifting rope, Descends.
  • At least one mechanical seal alone or inside the first case for accommodating the generator so that the airtight or liquid tightness of the power transmission shaft for transmitting the rotational force of the blade is maintained. It further includes a mechanical seal for preventing leakage of the rotary part arranged in multiple.
  • the submersible power generation platform by increasing the pressure inside the first case for accommodating the generator, further comprising a generator pressure regulator for blocking the inflow of the flowing water.
  • the drive body by increasing the pressure inside the second case for accommodating the drive body, the drive body further includes a pressure control unit for blocking the inflow of the flowing water.
  • the third case for accommodating the winch motor so that the airtight or liquid tightness of the winding shaft which is rotated by the winch motor to wind up or unwind the lifting rope is maintained.
  • At least one mechanical seal therein further comprises a winch leak-proof mechanical seal is arranged alone or multiplely.
  • the interior of the flowing water it further comprises a pressure control unit for the winch to block the inflow.
  • the first case for accommodating the generator, or the second case for accommodating the drive body is disposed in at least one or more of the inside, to sense the internal pressure It further comprises a pressure sensor.
  • the second shaft is disposed inside the third case for accommodating the winch motor for winding or unwinding the lifting rope by rotating the winding shaft, to sense the internal pressure It further comprises a pressure sensor.
  • the pillar portion is formed in the form of a pipe, the one end is fixed to the bottom of the waterway is fixed, and the coupling portion formed in the receiving space is inserted into the pile is sealed inside And a fixing body to which the pile part and the coupling part are coupled when the accommodating space is in a low pressure state.
  • a second balance rope connecting both sides of the pair of the buoyancy body or the frame, pulleys fixed to the bottom of the waterway, the pulley is wound on the pulley ,
  • One end is connected to the second balance rope, the other end further comprises a connecting rope wound in the frame direction, and a winding roll winding the other end of the connecting rope.
  • the buoyancy body is disposed on both sides of the frame on which the blade is disposed, the fixed rope for fixing the buoyancy body to the bottom of the waterway is connected to the balance center of the buoyancy body is determined in consideration of the balance of the force, so that the frame Since the balance is maintained in the optimum depth in response to the flow rate change according to the depth, there is an effect that can produce electricity stably in the water.
  • the rotational drive is arranged to be horizontally arranged to the frame that is perpendicular to the flow direction of the water channel, so that the center of gravity is lowered, stable, installation and repair on the water surface It is possible, and in the event of a disaster there is an advantage that can be safely evacuated to the bottom of the waterway.
  • the blade since the blade is disposed in the through flow path of the duct, the flow of water is guided to the blade through the flow path, the blade is covered, the power generation efficiency is high, and the blade is prevented from hitting the water channel It is effective.
  • the hollow is formed in the duct or buoyancy body, the air or water flows into the duct or buoyancy body buoyancy is adjusted, or the winch is arranged by the winch lifting rope is fixed to the sea bottom By winding the, there is an advantage that can adjust the position of the frame underwater.
  • a double mechanical seal formed by double mechanical seals are disposed in a casing for accommodating and protecting a generator, a driving motor, or a winch, or a pressure regulating unit for maintaining the internal pressure at a higher pressure than the outside.
  • each one of the fixed ropes connected to the frame is connected to the front bottom surface through which the sea water flows, and the other fixed rope is connected to the rear bottom surface through which the sea water flows, Even if the flow direction is reversed, because the frame is raised and lowered stably, there is an advantage that can be generated by the current.
  • FIG. 1 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a first embodiment of the present invention.
  • FIGS 2 to 4 are side views of the submersible power generation platform according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a side view of a submersible power generation platform according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG 8 to 11 are perspective views of the submersible power generation platform according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A to 12C are perspective views of the submersible power generation platform according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the power generation unit shown in FIG. 1.
  • 15 to 16 are cross-sectional views of the fixture shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a first embodiment of the present invention
  • Figures 2 to 4 is a side view of the submersible power generation platform according to a first embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform generates electricity by receiving the blade 11 rotating by the flowing water 1 and the rotational force of the blade 11.
  • the power generation unit 10 including the generator 13, the frame 20 for fixing the power generation unit 10 therein so that the blade 11 is disposed toward the front in which the flowing water 1 flows, and the frame 20.
  • a pair of buoyancy bodies 30 and buoyancy bodies 30 which are arranged on both sides of the frame and float the frame 20 by buoyancy, and are fixed to the waterway, so that the balance of the frame 20 is maintained.
  • At least one fixed rope 40 one end of which is connected to the front portion of the buoyancy body 30 in the direction that flows, and varies depending on the depth
  • the buoyancy body 30 connected to the fixed rope 40 is raised and lowered in water so that the blade 11 rotates at a predetermined flow rate of the flow rate, and is positioned at a predetermined depth.
  • Submersible power generation platform is a power generation device for producing electricity using the running water (1) flowing along the waterway, the power generation unit 10, the frame 20, buoyancy body 30, and the fixed rope 40 It includes.
  • the flowing water 1 is flowing water and includes not only rivers or rivers but also flowing seawater.
  • the oceanic current (oceanic current) refers to the flow of the seawater flowing in a certain direction
  • tidal current tidal current
  • the channel through which the flowing water 1 flows may be a predetermined terrain forming a river or a river, or may be an ocean where seawater flows.
  • the submersible power generation platform according to the present invention is disposed in a river, a river, or the ocean to produce electricity using the running water (1). This electricity is produced in the power generation section 10 in which the blade 11 rotates.
  • the power generation unit 10 is a device for producing electricity, and includes a blade 11, and a generator (13).
  • the blade 11 is a blade which rotates and rotates by the flowing water 1. At least two blades 11 may be disposed radially from the central hub such that moments due to rotation are canceled.
  • the rotational force of the blade 11 is finally transmitted to the generator 13, the generator 13 converts the rotational energy of the blade 11 into electrical energy.
  • This generator 13 is arranged inside the first case 14 (see FIG. 13).
  • the power generation system has an indirect power transmission method for connecting the hydraulic pump and the hydraulic generator and a direct power transmission method for directly connecting the accelerator and the generator. Therefore, the speed increaser, the brake, the hydraulic pump, or the hydraulic pump, the hydraulic generator, the brake, etc. are built in the first case 14 according to the method of the power generation system. Meanwhile, the rotational force of the blade 11 may be directly transmitted to the generator 13 or may be transmitted to the generator 13 through a hydraulic pump.
  • the rotational force of the blade 11 passes through the hydraulic pump, the rotational force of the blade 11 is converted into a power source for operating the generator 13 in the hydraulic pump is transmitted to the generator 13, in the energy conversion process Energy loss is inevitable. Since this energy loss reaches at least 50% or more, it is preferable in terms of energy efficiency that the rotational force of the blade 11 is directly transmitted to the generator 13. At this time, the rotation of the blade 11 rotates the generator 13 through a speed increaser including a transmission. When the rotation speed of the blade 11 is slow, the rotational force is maintained at a low speed shift.
  • the submersible power generation platform according to the present invention does not necessarily transmit the rotational force of the blade 11 directly to the generator 13, but may also pass through a hydraulic pump. This is because, when the hydraulic pump is included, the transmission 11 and the generator 13 are not built in the blade 11, so the structure is simplified. On the other hand, when the amount of change in the hydraulic pressure is large, it is possible to install a transmission between the hydraulic pump and the generator (13).
  • the power generation unit 10 including the blade 11 and the generator 13 described above is disposed and fixed to the frame 20.
  • the frame 20 is a structure for fixing the power generation unit 10.
  • the power generation unit 10 is fixed to the inside of the frame 20 so that the blade 11 is disposed toward the front in which the flowing water 1 flows.
  • the plurality of power generation unit 10 may be arranged in a row or at least one column in the transverse direction or longitudinal direction.
  • the transverse direction refers to the other direction, that is, the left and right direction from one side of the frame 20
  • the longitudinal direction means a direction perpendicular to the transverse direction, that is, the vertical direction. Therefore, in the submersible power generation platform according to the present invention, a plurality of power generation units 10 may be arranged in multiple stages, thereby constructing a very large power generation system having a large power generation capacity.
  • each of the power generation unit 10 can be operated independently, it is possible to flexibly operate the power generation equipment, even if some power generation unit 10 is broken, the power to the other power generation unit 10 Can be produced stably.
  • the blades 11 of the power generation unit 10 symmetrically disposed on the left and right with respect to the front center of the frame 20 may rotate in different directions.
  • a pair of power generation units 10 having opposite directions of rotation of the blades 11 are arranged symmetrically to the left and right of the frame 20. At this time, since the torque generated by the rotation of each blade 11 cancel each other, the frame 20 does not rotate to maintain a balance.
  • the power generation unit 10 may be arranged in a plurality of pairs as two or more even numbers. However, the power generation unit 10 does not necessarily have to be an even number.
  • the power generation unit 10 of the blade 11 rotating in the clockwise direction fails, in order to maintain balance, the blade 11 rotating counterclockwise of the symmetrically arranged power generation unit 10 It is stopped by the brake. In this case, the balance can be maintained by the balance weight to be described later.
  • the frame 20 includes a horizontal frame disposed in the horizontal direction or a vertical frame disposed in the vertical direction. Accordingly, the frame 20 may be formed as a horizontal frame or a vertical frame, respectively, or the horizontal frame and the vertical frame may be combined with each other to form a trust structure.
  • the power generation unit 10 may be fixed to the frame 20 by the ribs 5, the ribs 5 is a plate-shaped member having a predetermined length. However, the power generation unit 10 is not necessarily fixed by the ribs 5, but may be fixed by other known members.
  • the frame 20 in which the power generation unit 10 is disposed is suspended in the water by the buoyancy body 30.
  • the buoyancy body 30 is formed to float by buoyancy, and are disposed on both sides of the frame 20 to float the frame 20. At this time, one end of the buoyancy body 30 may be formed in a streamline to minimize the resistance to the running water (1).
  • one end of the buoyancy body 30 means the end in the direction in which the flowing water (1) flows.
  • the other end of the buoyancy body 30 can also be formed in a streamline in preparation for the flow direction of the flowing water 1 to 180 degrees.
  • the top and bottom may also be formed in a planetary molding.
  • one end, the other end, the upper end, or the lower end of the buoyancy body 30 is not necessarily formed to be streamlined, and not only the resistance to the flowing water 1, but also the frame 20, the power generation unit 10, and the buoyancy body. (30)
  • the size and shape are determined in consideration of factors such as each weight and buoyancy.
  • the buoyancy body 30 is disposed on both sides, that is, left and right of the frame 20. Specifically, when the vertical frame is disposed on both sides of the frame 20, the buoyancy body 30 is connected to the vertical frame, when the frame 20 is composed of only the horizontal frame buoyancy body 30 at both ends of the horizontal frame ) Is connected. On the other hand, the buoyancy body 30 has a predetermined size, one end or the other end is projected to the left and right relative to the side of the frame 20, to prevent the frame 20 from tilting forward to rear. However, one end or the other end of the buoyancy body 30 does not necessarily have to protrude. The buoyancy body 30 is fixed to the waterway by the fixing rope 40.
  • the fixed rope 40 is a rope for fixedly connecting the buoyancy body 30 to the waterway. Since the fixed rope 40 fixes the buoyancy body 30 floating by the flowing water 1, a tension of a considerable size is caught by the fixed rope 40.
  • the fixed rope 40 may be a wire rope.
  • the fixing rope 40 is not necessarily limited to the wire rope, and may be formed of any material as long as it supports the buoyancy body 30.
  • One end of the fixing rope 40 is connected to the balance center portion 30a of the buoyancy body 30. Irregular flow of flowing water 1 such as vortices causes oscillation of the frame 20, with the balance center 30a being specific on the outer surface of the buoyancy body 30 to prevent and maintain oscillation of the frame 20. Part.
  • the balance center portion 30a considers the weight, buoyancy, and flow velocity of each of the power generation unit 10, the frame 20, and the buoyancy body 30 so that the balance of the frame 20 is maintained in the water. Is determined. Specifically, the portion of the width in the direction in which the flowing water 1 flows on the basis of the vertical axis passing through the center in the longitudinal direction of the buoyancy body 30 within 8 to 12% of the length of the buoyancy body 30 is the balance center ( 30a).
  • the center in the longitudinal direction of the buoyancy body 30 means the center of the left and right length of the buoyancy body (30). Therefore, the balance center portion 30a may be somewhat biased toward the one direction from which the flowing water 1 flows from the center of the buoyancy body 30.
  • the balance center portion 30a does not necessarily have to have a width within 8 to 12% of the length of the buoyancy body 30, and is, for example, based on the vertical axis passing through the longitudinal center of the buoyancy body 30. It may have a predetermined width.
  • the balance center portion 30a may be determined differently from the above-described point by combining various elements described above.
  • the fixed rope 40 may be connected to the lower side than the horizontal axis passing through the center of the buoyancy body (30). This is because the deeper the depth, the faster the flow rate, so that a greater external force acts on the top of the frame 20.
  • one fixed rope 40 may be connected to the balance center 30a (see FIG. 2A), and a plurality of fixing ropes 40 may be connected to each other, or may be connected to different points on the balance center 30a.
  • two-point support that is, two fixed ropes 40 may be connected to the balance center 30a, where the fixed ropes 40 are respectively at the top and bottom of the balance center 30a based on the left and right centerlines. May be connected (see FIG. 2B).
  • the fixing rope 40 is connected in this way, rotation of the buoyancy body 30 is prevented.
  • three-point support is also possible.
  • the point where the fixed rope 40 is connected to the balance center 30a may be near the left and right center lines of the balance center 30a and near the top and bottom of the center line.
  • the fixing rope 40 connected to the upper and lower end portions may be different fixing ropes 40 or the same fixing rope 40.
  • one end of the fixed rope 40 is connected to the upper end of the balance center 30a, and the other end is balanced through the pulley. It is connected to the lower end of the center part 30a (refer FIG. 2 (c)).
  • the fixing rope 40 is not necessarily connected in this manner.
  • the submersible power generation platform according to the present invention can be easily fixed. This is because the fixed rope 40 connected to the submersible power generation platform floating on the surface and the fixed rope 40 connected to the waterway can be connected to each other on a barge or a ship.
  • the submersible power generation platform according to the present invention can be designed based on the surface velocity. At this time, all the forces acting on the submersible power generation platform according to the present invention is balanced by the fixed rope 40 is connected to the balance center portion 30a of the buoyancy body (30). Due to this balance of forces, the submersible power generation platform according to the invention is balanced underwater.
  • the force acting on the submersible power generation platform according to the present invention is its own weight, buoyancy, and external force by running water (1).
  • the submersible power generation platform according to the present invention is raised and lowered in the water, so that the blade 11 rotates at a predetermined flow rate. Since the flow velocity is the driving force for rotating the blade 11, if the flow velocity is too fast, the blade 11 rotates at high speed, overloading the power generation section 10, and if the flow velocity is too slow, the power generation capacity is lowered. Therefore, in order to generate power uniformly, the blade 11 should rotate at a predetermined flow rate in accordance with the already designed power generation capacity.
  • the submersible power generation platform according to the present invention rises and falls according to the flow rate, is located at the point where the optimum flow rate flows, and stably develops, the process will be described in detail below.
  • the submersible power generation platform according to the present invention When an external force by the flowing water 1 is applied, the submersible power generation platform according to the present invention is pushed toward the rear of the frame 20 through which the flowing water 1 flows out. At this time, a tension is applied to the fixed rope 40, and a force vector is formed around the point where the fixed rope 40 is connected to the buoyancy body 30. As this vector of forces is balanced, the submersible power generation platform according to the invention is located at a predetermined depth. Specifically, as the flow velocity increases, the external force caused by the flowing water 1 increases. At this time, the external force by the flowing water 1 balances the tension and force of the fixed rope 40 distributed in the external force direction. That is, the external force due to running water 1 is equal to the value obtained by multiplying the tension by cos ⁇ .
  • ⁇ is an angle formed by the flow direction of the flowing water 1 and the fixed rope 40 (see FIG. 3). Therefore, when the flow velocity increases and the external force by the flowing water 1 becomes large, the angle between the flow direction of the flowing water 1 and the fixed rope 40 becomes small, and the submersible power generation platform according to the present invention descends. According to the same principle, when the flow rate is slowed, the submersible power generation platform according to the present invention is raised. Therefore, the submersible power generation platform according to the present invention is raised and lowered according to the speed of the flow in the water flow rate is changed according to the depth, it is disposed at a predetermined position without further raising and falling once the normal flow rate.
  • the submersible power generation platform according to the present invention can be disposed in the ocean, the current generation or tidal power generation.
  • the submersible power generation platform according to the present invention is disposed in the ocean, one end of the first fixed rope 41, which is one of the fixed rope 40 is buoyancy body ( At the front of 30, the other end may be connected to the front bottom surface of the frame 20.
  • the front part of the buoyancy body 30 means a portion in the direction in which the flowing water 1 flows from the outer surface of the buoyancy body 30.
  • the submersible power generation platform according to the present invention can produce electricity by the current.
  • the submersible power generation platform As shown in (b) of Figure 4, the submersible power generation platform according to the present invention, one end of the first fixed rope 41 and the other fixed rope 43, the buoyancy body 30, so as to generate power by the tidal flow At its rear end, its other end may be connected to the rear bottom of the frame 20.
  • the rear portion of the buoyancy body 30 means the opposite portion of the front portion of the buoyancy body (30).
  • the tidal current flows from the front side of the frame 20 by tides, and after about 6 hours, the flow direction is reversed by 180 degrees and flows from the rear side of the frame 20.
  • first fixed rope 41 and the second fixed rope 43 support the submersible power generation platform according to the present invention in front and rear of the frame 20, it is possible to stably produce electric power even by a tidal current in which the flow direction of seawater is changed. Can be.
  • FIG. 5 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a second embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform may include a duct 15 so as to increase power generation efficiency and protect the blade 11.
  • the duct 15 is a passage through which the flowing water flows, and the flow passage penetrates the center thereof, and the power generation unit 10 is fixedly disposed inside the flow passage, so that the flowing water passes through the flow passage is the blade 11. You are guided to.
  • the duct 15 prevents the dispersion of the flowing water, concentrates the flowing water on the blade 11, and forms a low pressure at the rear end of the flow path through which the flowing water flows, thereby increasing power generation efficiency. Therefore, the duct 15 and the blade 11 should be formed in a shape that can ensure the maximum flow rate.
  • duct 15 covers and protects the blade 11, even if the frame 20 descends and touches the bottom of the waterway, the blade 11 is prevented from being damaged.
  • a plurality of ducts 15 may also be disposed correspondingly.
  • the plurality of ducts 15 are welded to each other, or are coupled by a screw, to form a duct assembly (150). Since the duct assembly 150 serves to support and combine the power generation unit 10 in one place, it is possible to build a large capacity power generation system.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 5, and FIG. 7 is a side view of the submersible power platform according to the second embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform according to the present invention may have a hollow 15a formed inside the duct 15 so that the submerged power generation platform may be raised or lowered in the water. Air or water flows into and out of the hollow 15a provided in the duct 15, so that the weight and buoyancy of the submersible power generation platform according to the present invention are controlled, so that the air can move up and down.
  • the submersible platform according to the invention can be arranged at a suitable design height in water and ascend in the water direction for repair or in the bottom direction of the waterway for evacuation.
  • at least one first partition 16 is formed inside the duct 15, and may have a compartment structure. Since air or water is distributed and stored in a small compartment, a large amount of water is directed to one side, preventing load concentration and imbalance. That is, the water flowing into the duct 15 is a ballast, and the duct 15 serves as a ballast tank.
  • the hollow 33 may be formed in the buoyancy body 30, and at least one second partition wall 32 may be formed. Therefore, air or water flows in and out of the buoyancy body 30, and the water is divided and stored in the compartment, so that the submersible power generation platform according to the present invention is elevated and balanced.
  • the submersible power generation platform includes a first pipe part 17 in the duct assembly 150 (see FIGS. 5 to 6), or a second pipe part in the buoyancy body 30. 35 is included, or a winch 60 is further included, and is raised and lowered to a height suitable for power generation.
  • the first pipe part 17 included in the duct assembly 150 is formed by arranging the first valve 17b in the first pipe 17a communicating with the inside of the duct 15. At this time, since the first valve 17b adjusts the amount of air or water flowing in and out through the first pipe 17a, the first pipe 17 controls the rising and lowering of the submersible power generation platform according to the present invention.
  • the second valve 35b is also disposed in the second pipe 35a in the second pipe part 35 included in the buoyancy body 30, the same role as that of the first pipe part 17 described above. Do this.
  • the submersible power generation platform according to the present invention may further include a lifting rope 61, and a winch 60, where the lifting rope 61 is a rope fixedly connected to the bottom of the waterway, winch 60 ) Is a winch that winds up or unwinds the lifting rope 61 and is operated by a reduction motor or a hydraulic device.
  • the winch 60 may be disposed on the frame 20, or may be disposed on each of the pair of buoyancy bodies 30, considering the left and right balance of the frame 20, disposed on the buoyancy body 30 It is desirable to be. However, the winch 60 is not necessarily disposed on the buoyancy body 30.
  • the submersible power generation platform according to the present invention since the lifting and lowering rope 61 is wound or unwound according to the rotation direction of the winch 60, the position in the water can be freely adjusted. On the other hand, when the winch 60 does not operate, the submersible power generation platform according to the present invention can be stopped at a desired position by using a brake configured in the winch 60.
  • the submersible power generation platform according to the present invention is easily lifted up and down by itself without any additional equipment such as a large crane.
  • the submersible power generation platform according to the present invention may be formed in the frame 20 is coupled to the buoyancy body 30 is fixed, as well as the rotation of the frame 20 is rotated.
  • a rotary type is demonstrated below.
  • FIG 8 to 11 are perspective views of the submersible power generation platform according to the third embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform may further include a rotation driving unit 50 so that the frame 20 is rotated with respect to the buoyancy body 30.
  • the rotation driving unit 50 includes a drive body 53 for generating a rotational force
  • a pair of buoyancy body 30 is axially coupled to both sides of the frame 20 by the coupling shaft. Therefore, the frame 20 rotates around the coupling shaft by the rotational force of the rotation driving unit 50.
  • the rotational force of the rotary drive unit 50 may be transmitted by direct power transmission or gear power transmission using the clutch.
  • the driving body 53 may be a reduction motor or a hydraulic device.
  • a bearing having a small coefficient of friction may be attached.
  • a needle bearing may be disposed to fix the coupling shaft, and rotate the coupling shaft while supporting the self-weight of the coupling shaft and the load applied to the coupling shaft.
  • a bushing may be disposed on the coupling shaft instead of the bearing.
  • the rotary drive unit 50 reduces the resistance to water flow and lowers the center of gravity of the frame 20 when moving the submersible power generation platform according to the present invention or float to the surface for maintenance, thereby achieving stability of work performance. do. Specifically, since the frame 20 is disposed perpendicular to the flow direction of the flowing water, it receives a large resistance. In particular, if the flow rate is too high due to weather factors such as a typhoon, a significant impact is applied to the frame 20, and the blade 11 rotates at high speed, thereby overloading the power generation unit 10. At this time, the submersible power generation platform according to the present invention by using the above-described first pipe 17, the second pipe 35, or the winch 60 (see Fig.
  • the rotation driving unit 50 should be operated only in the water. Because, when operating the rotary drive unit 50, if the upper end of the frame 20 is placed in the air, the flow velocity is concentrated on the lower end of the frame 20 in the water, the frame 20 may be out of balance to be.
  • rib ribs 5 for fixing the power generation unit 10 to the frame 20 may be disposed vertically. That is, the ribs 5 are vertically disposed with respect to the coupling shaft connecting the frame 20 and the buoyancy body 30 (see FIG. 1 or FIG. 5). Therefore, when the frame 20 rotates, the resistance is minimized.
  • the rotary drive unit 50 may be configured in various forms, which will be described in detail below.
  • the first rotation driving unit 50a for rotating the frame 20 transmits the rotational force of the driving body 53 to the frame 20 as it is, thereby rotating the frame 20.
  • the rotational force generated in the drive body 53 is transmitted to the frame 20 as it is by the shaft 51.
  • another type of second rotation driving unit 50b for rotating the frame may include a driving pulley 54 and a driven pulley 56.
  • the driving pulley part 54 includes a first pulley 54a and a second pulley 54b which are arranged side by side and axially rotated together, and the driven pulley part 56 is disposed side by side and axially rotated together.
  • the drive pulley 54 is connected to the drive body 53
  • the driven pulley 56 is coupled to one side or both sides of the frame (20).
  • the driving pulley 54 and the driven pulley 56 are connected to each other by a rope 55.
  • first pulley 54a and the third pulley 56a are connected to each other by the first rope 55a.
  • the second pulley 54b and the fourth pulley 56b are connected by the second rope 55b.
  • the first rope 55a is wound around the first pulley 54a and the driven pulley 56 is rotated in the first rotation direction.
  • the first direction of rotation means any one of a clockwise or counterclockwise direction.
  • the second rope 55b is wound around the second pulley 54b to rotate the driven pulley part 56 in the second rotation direction.
  • the second rotation direction means the direction opposite to the first rotation direction. That is, when the driving pulley part 54 rotates in the first rotation direction, the first rope 55a is wound around the first pulley 56a and the rotational force is transmitted to the third pulley 56a. 56 rotates in the first direction of rotation. At this time, the second rope 55b is wound around the fourth pulley 56b by the rotation of the driven pulley part 56. On the contrary, when the driving pulley part 54 rotates in the second rotation direction, the second rope 55b is wound around the second pulley 54b to rotate the driven pulley part 56 in the second rotation direction, and the driven The first rope 55a is wound around the third pulley 56a by the rotation of the pulley part 56.
  • the rotational force is transmitted to the driven pulley 56 by the rope 55, and to the frame 20 through the rotational shaft of the driven pulley 56. Transmitted to rotate the frame 20 by a desired angle.
  • the rope 55 is easy to transfer the force even if a large tensile force is applied by the rotational force transmitted.
  • a belt may be used instead of the rope 55, but the belt may slide in the driving pulley 54 or the driven pulley 56, and thus may not transmit power smoothly.
  • the third rotation driving unit 50c for rotating the frame 20 may use a link device.
  • the link device at least two or more links 57 are connected by pin joints, and the driving body 53 pulls or pushes any one link 57 to rotate the frame 20.
  • the fourth rotational driving part 50d of another type for rotating the frame 20 may include a driving sprocket 58 and a driven sprocket 59.
  • the drive sprocket 58 and the driven sprocket 59 is a sprocket having a toothed shape
  • the drive sprocket 58 is axially rotated by the drive body 53
  • the driven sprocket 59 is the drive sprocket 58.
  • Is connected to the chain 55c and rotates by the rotational force of the driving sprocket 58.
  • the driven sprocket 59 is axially coupled to one side or both sides of the frame 20, as a result, the frame 20 is rotated by the rotation of the drive sprocket 58.
  • FIG. 12A to 12C are perspective views of the submersible power generation platform according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform according to the fourth embodiment of the present invention may be provided with a left and right balance system in order to maintain left and right balance.
  • the left and right balance system can be implemented by various types of counterweights.
  • the first counterweight 70 is coupled to the first balancing rope 71 connecting the pair of buoyancy bodies 30 or both sides of the frame 20 to each other, thereby providing a frame.
  • Both sides can be balanced.
  • the first balance rope 71 is formed in a "Y" shape, the three ends are connected to both sides of the pair of buoyancy body 30 or frame 20 and the first balance weight 70, respectively. do. In this case, if the frame 20 is tilted to either side, it is immediately restored by the first counterweight 70 to maintain the balance. When the frame 20 is inclined and the left side is further raised than the right side, the load of the first balance weight 70 is concentrated on the fixed rope 40 connected to the left side.
  • the first balance rope 71 having a quadrangular pyramid shape in which a “Y” shape is doublely coupled may be connected to four points of the buoyancy body 30 or the frame 20.
  • the first balance weight 70 since the first balance weight 70 is coupled to the vertex of the square pyramid, it can maintain the balance in all directions. In this way, it is also possible to maintain the balance in various directions by utilizing the first balance rope 71 in the form of a polygonal pyramid.
  • the second counterweight 80 is screwed to the screw rod 81, and may move left and right, maintaining balance between both sides of the frame 20.
  • the screw rod 81 is formed in a rod shape provided with a screw line on the outer surface, it is disposed in the other direction, that is, the left and right direction from one side of the frame 20. Since the second counterweight 80 is screwed to the screw rod 81, the second counterweight 80 moves left and right while rotating to maintain the left and right balance of the frame 20. Specifically, when the second counterweight 80 moves in a tilted upward direction, the second counterweight 80 is restored to its original state by the load of the second counterweight 80.
  • the third counterweight 90 rotates, the balance of both sides of the frame 20 can be maintained.
  • the third counterweight 90 is rotatably coupled to the duct 15 or the frame 20, and may be coupled to the inside as well as the outside of the duct 15 to the frame 20.
  • the third balance weight 90 is rotated by the transmission of force by the gear, this rotation can be rotated by a motor or the like, when the frame 20 is tilted left and right.
  • FIG. 13 is a perspective view of a submersible power generation platform according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the submersible power generation platform allows the second balancing rope 111, the pulley 113, and the connecting rope to simultaneously raise and lower the water and maintain the left and right balance. 115), and the take-up roll 110 may be further included.
  • the second balance rope 111 is a rope connecting both sides of the pair of buoyancy body 30 or the frame 20 with each other.
  • One end of the connecting rope 115 is connected to the center of the second balance rope 111, and the other end is wound by the winding roll 110.
  • the take-up roll 110 is disposed adjacent to the frame 20, the pulley 113 is fixedly arranged on the bottom of the waterway, the connecting rope 115 is wound around, so that the other end is wound on the take-up roll 110 Connected.
  • the winding roll 110 is, for example, a device for winding or unwinding a rope such as a winch. Therefore, in the state in which the take-up roll 110 is stopped, the second balance rope 111 and the connection rope 115 formed in the “Y” shape maintain the left and right balance of the frame 20 and the take-up roll 110.
  • the submersible power generation platform according to the present invention is raised and lowered according to the rotation direction.
  • the submersible power generation platform according to the present invention may be provided with a confidentiality system, which will be described below.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the power generation unit shown in FIG. 1.
  • the power generation unit 10 of the submersible power generation platform according to the present invention may further include a mechanical seal for preventing leakage of the rotating part so that airtightness and liquid tightness are maintained.
  • the mechanical seal for preventing leakage of the rotary part 18 is formed by arranging at least one mechanical seal inside the first case 14 accommodating the generator 13.
  • the mechanical seal is a shaft rod device that prevents fluid from leaking from the rotating shaft portion. More specifically, the mechanical seal presses a metal surface, which has been precisely trimmed in two parts, by a spring or the like, while fixing one side and rotating the other side in sliding contact with a rotating shaft to prevent leakage of the fluid.
  • the mechanical seal for preventing the leakage of the rotary part 18 may be arranged one mechanical seal alone, two or more may be arranged in multiple.
  • the mechanical seal 18 for preventing the leakage of the rotating part may have a first mechanical seal 18a and a second mechanical seal 18b disposed in duplicate.
  • the mechanical seals are not necessarily to be disposed in duplicate, the mechanical seals may be disposed alone, or a plurality of them.
  • the mechanical leakage preventing mechanical seal 18 of the rotary part can maintain the airtight or liquid tightness of the power transmission shaft 12 for transmitting the rotational force of the blade 11 without replacement for a long time.
  • the rotary part leakage preventing mechanical seal 18 blocks the inflow of the flowing water which flows into the first case 14 and evaporates to cause serious corrosion of the internal parts, thereby protecting the power generation unit 10.
  • the other mechanical seal may maintain airtightness.
  • the power generation unit 10 of the submersible power generation platform according to the present invention may further include a pressure regulator 19 for the generator to increase the pressure in the first case (14).
  • the generator pressure regulator 19 includes a high pressure hose or a high pressure tank to inject a high pressure gas into the first case 14 to maintain the pressure inside the first case 14 higher than the pressure in the water. .
  • the pressure difference between the inside and outside of the first case 14 generated as described above prevents external water from flowing into the first case 14.
  • the high pressure gas may be, for example, nitrogen, but is not necessarily limited thereto.
  • the high pressure gas inside the first case 14 may leak to the outside, when the pressure sensor 19a senses the pressure inside the first case 14, and falls below the set pressure, the situation to the outside It can spread. Therefore, repair is possible before flooding.
  • the mechanical seal and the pressure adjusting unit may be employed in the rotary drive unit 50 (see FIG. 8) and the winch 60 (see FIG. 7) where airtightness is required.
  • a mechanical seal for preventing leakage of the driving body may be disposed inside the second case accommodating the driving body 53 of the rotation driving unit 50 (not shown).
  • the mechanical leakage preventing mechanical seal is formed of at least one mechanical seal alone or multiplely disposed inside the second case so that the airtightness or liquid tightness of the shaft transmitting the rotational force of the driving body 53 is maintained. That is, the mechanical seal for preventing the leakage of the driving body is different from the position of the mechanical seal for preventing leakage of the rotating part 18 described above, the configuration and role are the same.
  • it may further include a pressure regulator for the drive body for raising the pressure inside the second case (not shown), where the pressure regulator for the drive body is also different from the above-described generator pressure regulator 19, Configuration and role are the same.
  • the winch leakage prevention mechanical seal may be further included (not shown) so that the airtightness or liquid tightness of the winding shaft rotated by the winch motor is maintained.
  • the winch leakage preventing mechanical seal is disposed in the third case accommodating the winch motor, and differs only in the position where the winch leakage preventing mechanical seal 18 is disposed, and its configuration and role are the same.
  • it may further include a pressure control unit for the winch to increase the pressure inside the third case for accommodating the position motor (not shown).
  • the pressure control unit for the winch is the same as the configuration and role of the pressure control unit 19 for the generator described above, it is merely a different position disposed.
  • a pressure sensor is included in the second case or the third case (not shown) to sense the pressure inside and propagate a dangerous situation. That is, the first pressure sensor may be included in the second case, or the second pressure sensor may be included in the third case. Therefore, the pressure sensor is disposed in at least one of the first case 14, the second case, or the third case.
  • 15 to 16 are cross-sectional views of the fixture shown in FIG.
  • the submersible power generation platform according to the present invention may further include a fixture 100 (see FIG. 3).
  • the fixed body 100 is a member connected to the lifting rope 61 of the fixed rope 40 or the winch 60 is fixed to the waterway.
  • the water channel includes not only its bottom surface, but also underwater.
  • the fixture 100 may be a variety of anchors or piles, or weights ( ⁇ ).
  • the fixing body 100 is not necessarily limited to this form, and may be formed in various forms as long as the fixing rope 40 or the lifting rope 61 may be fixed to the waterway.
  • the fixture 100 may be a structure that moves using its own power.
  • the fixing body 100 may be a hollow in which air or water flows in and out, and may include a propeller that rotates.
  • the fixture 100 descends, and when water flows out, air rises. Since the lifting and lowering is possible and the propulsion force is obtained by the propeller, the fixed body 100 is movable in the water and can be located in the water as well as the bottom of the waterway. In the case of being located in water, the amount of water or air flowing in and out is adjusted to be disposed below the frame 20.
  • the movable fixture which can be located in the water rather than the fixture 100 fixed to the bottom of the waterway. Using 100, it is possible to position the submersible power generation platform according to the present invention at a more stable power generation point.
  • the fixture 100 may include a pile portion 101 and a coupling portion 103 coupled to each other using pressure, and may be fixed to the bottom of the water channel.
  • the pile portion 101 is formed in the form of pillars or pipes, one end of which is fixed to the bottom of the waterway.
  • Coupling portion 103 has a receiving space therein, the receiving space is sealed by the other end of the pile portion 101 is inserted.
  • the pile portion 101 and the coupling portion 103 are firmly coupled and fixed, thereby exhibiting a considerable supporting force.
  • the stationary body 100 may be formed of a first powder fixed to the bottom of the water channel and a second powder coupled by the magnetic force of the first powder and the electromagnet (not shown).
  • the fixed rope 40 or the elevating rope 61 is connected to the engaging portion 103 and fixed to the bottom of the waterway.
  • the pulley 113 serves as the fixture 100.
  • the blade 11 used in the submersible power generation platform according to the present invention can be produced in a mold using a glass fiber or carbon fiber material (see Fig. 14).
  • a glass fiber or carbon fiber material see Fig. 14
  • it is not necessarily limited to such a material, but may be formed of various materials as long as it can generate power while rotating by flowing water.
  • the blade 11 is connected to the boss. Specifically, the blade center is inserted into the boss groove, and the link washer is fixed to the blade center using bolts.
  • the boss is connected to the power transmission shaft 12, the power transmission shaft 12 directly rotates the generator 13 via the speed increaser, or after operating the hydraulic pump to rotate the generator 13 by the hydraulic pressure.
  • the link washer prevents the blade 11 from falling out of the boss, and adjusts the angle of the blade 11 by using a hydraulic cylinder or a spring.
  • the angle can be actively adjusted, and in the case of using the spring, the angle of the blade 11 in response to the force on the blade 11 according to the elastic modulus of the spring, that is, the law of the hook. Adjustments are made automatically.
  • the blade 11 that rotates to produce power is controlled by the brake.
  • the brake stops the rotation of the blade 11.
  • a bearing is used in the power generation unit 10, the rotary drive unit 50, and the winch 60 (see Fig. 8) of the submersible power generation platform according to the present invention, in which the bearing is to prevent corrosion due to running water Edible bearings and ceramic bearings can be used. Ceramic bushings and bearings are resistant to corrosion, but in terms of strength, they are one tenth of that of steel bearings. Therefore, it is preferable to use a plurality of bearings in series or to use corrosion resistant bearings. In particular, since the submersible power generation platform according to the present invention requires high loads and corrosion resistance, a needle bearing usable in seawater is suitable. However, the bearing is not necessarily limited thereto.
  • the electricity produced in the submersible power generation platform according to the present invention is sent to the power transmission station by the transmission network connected by power lines and submarine cables.
  • the transmission line may be supported and installed on the fixed rope 40 (see FIG. 2), and may be connected to the submarine cable via a joint collection box on the seabed.
  • Such a transmission network may use direct current or alternating current, in order to minimize power loss during transmission, high voltage transmission is preferable.
  • the transmission network or the transmission system is not necessarily limited thereto.
  • the submersible power generation platform is a buoyancy body 30 in order to rotate the blade 11 at the designed flow rate, to prevent collisions with the surrounding vessels, and to prevent disasters such as maintenance or typhoon, Or, buoyancy is adjusted in the duct 15, or by using the winch 60 to move up and down (see Fig. 7).
  • the frame 20 may be rotated using the rotation driving unit 50 (see FIG. 8). This series of operations is controlled depending on the situation. In this case, the control may be carried out on land by a wired cable connected to a submarine cable, or may be controlled wirelessly such as a mobile phone, but it is preferable to use a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the flow rate, power generation position, the rotation angle of the frame 20, the amount of power produced, the presence of failure, etc. can be checked at a time through the monitor, and a plurality of submersible power generation platforms according to the present invention can be connected to a computer for control.
  • a computer for control Can be.
  • the control method is not necessarily limited to this method.
  • the communication line necessary for the control may be installed to be supported on the fixed rope (40).
  • a buoyancy body is disposed on both sides of a frame on which a blade is disposed, and a fixed rope for fixing the buoyancy body to a waterway is connected to a balance center of the buoyancy body determined in consideration of the balance of power, thereby maintaining the balance of the power generation platform. It can produce electricity stably in water.

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Abstract

본 발명은 잠수형 발전 플랫폼에 관한 것으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유수의 유동방향에 대하여 수직으로 배치되어 회전하는 블레이드(11), 및 블레이드(11)의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기(13)를 포함하는 발전부(10), 유수가 흘러들어오는 전방을 향하여 블레이드(11)가 배치되도록, 내부에 발전부(10)를 고정하는 프레임(20), 프레임(20)의 양측에 배치되고, 부력에 의해 프레임(20)을 부유시키는 한 쌍의 부력체(30), 및 부력체(30)를 수로에 고정 연결하되, 프레임(20)의 균형이 유지되도록, 발전부(10), 프레임(20), 및 부력체(30)의 무게와 부력, 유수의 유속을 고려하여 정해지는 부력체(30)의 일면상의 밸런스 중심부(30a)에 일단이 연결되는 적어도 하나 이상의 고정로프(40)를 포함하고, 수심에 따라 변하는 유속 중 소정의 유속에서 블레이드(11)가 회전하도록, 고정로프(40)에 연결된 부력체(30)가 수중에서 승하강하여, 소정의 수심에 위치한다.

Description

잠수형 발전 플랫폼
본 발명은 잠수형 발전 플랫폼에 관한 것이다.
전기를 생산하는 일반적인 발전방법으로, 화석연료를 이용한 화력발전, 낙하하는 물을 이용한 수력발전, 바람을 이용한 풍력발전, 핵분열을 이용한 원자력발전 등이 있다. 이러한 발전방법에는 몇 가지 문제가 있다. 화력발전의 경우에는 화석연료의 연소로 인해 공해가 발생하고, 수력발전은 댐을 건설해야 하므로 생태계를 파괴하고, 막대한 건설비용을 지출해야 한다. 또한, 풍력발전의 경우에는 바람이 부는 기상상태가 발전효율에 크게 영향을 미치므로 지속적으로 전력을 공급하기 어렵고, 원자력발전은 방사능 누출 대비와 폐기물 처리를 위해 상당한 비용이 소요된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 해류를 이용한 해류발전 장치가 고안되었다. 해류발전은 조력발전과 더불어 해수의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 대표적인 발전방법이다. 이러한 해류발전과 조류발전은 해수의 유동을 에너지원으로 사용하므로, 지속적이고 안정적으로 에너지를 생산하고, 이산화탄소의 배출, 방사능의 누출 등으로 인한 기후변화나 환경문제 없이 안전하게 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.
해류발전 및 조류발전에는 해수의 유동에 따라서 회전하는 블레이드가 사용되는데, 이러한 블레이드는 구조에 따라 수직축 블레이드와 수평축 블레이드로 구분된다. 이때, 수평축 블레이드는 설치형태에 따라 기둥식, 착저식, 계류식으로 나뉜다. 여기서, 기둥식은 해저면을 기반으로 기둥을 세우고, 그 기둥에 블레이드가 설치되는 방식이고, 착저식은 해저면에 배치되는 대형 구조물에 블레이드가 설치되는 방식이며, 계류식은 해수면에 부유하는 구조물에 블레이드가 설치되는 방식이다.
이러한 각각의 블레이드는 설치, 수리, 고정과 관련한 문제점을 안고 있다. 구체적으로, 기둥식은 상당한 설치비용이 소요되고, 깊은 수심에 블레이드가 설치되면, 유속이 느려서 발전효율이 떨어지는 단점이 있다. 착저식의 경우에는 대형 구조물의 무게가 엄청나서, 해류의 흐름이 거센 지형에 구조물을 안착시키거나, 수리를 위해서 구조물을 건져낼 때에 크레인과 같은 대형 장비가 필요하여, 작업이 복잡하고, 설비와 유지보수에 많은 비용이 든다. 한편, 계류식은 부유하는 구조물이 로프에 의해 고정되는데, 구조물의 부력, 구조물과 로프의 무게, 해수의 유동 등에 따라 구조물이 균형을 상실하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 설치 초기 단계에서 블레이드의 하부는 수중에 잠겨있고, 상부는 공중에 떠 있게 되는데, 이때 블레이드의 하부에 해수의 유동이 집중되어, 블레이드가 기울어져 설치가 어렵고, 사고 가능성도 커진다. 게다가, 구조물이 대형화됨에 따라 대형장비 없이는 설치 및 수리작업이 불가능해지고, 약간의 힘의 불균형만으로도 대형 사고가 일어날 수 있다. 또한, 수중에 배치되는 구조물의 수리 보수를 위해서, 잠수부가 잠수복을 입고 수중작업을 해야 하므로 작업의 효율성이 급격히 떨어지고, 수리비용 및 수리시간 측면에서도 비효율적이다. 뿐만 아니라, 부력의 감소 내지 고장 등의 원인으로 블레이드가 해저면에 닿게 되면, 블레이드가 손상되고, 태풍 등으로 인해 유속이 갑자기 빨라지는 경우에는, 대피가 불가능하여 블레이드의 파손이 불가피하다.
따라서, 종래기술에 따른 해류발전 및 조류발전 장치에 발생하는 문제를 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) KR2003-0050836 A
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 측면은 블레이드가 배치되는 프레임의 양측에 부력체가 배치되고, 부력체를 수로에 고정하는 고정로프가 힘의 균형을 고려하여 정해지는 부력체의 밸런스 중심부에 연결됨으로써, 발전 플랫폼의 균형을 유지시켜서 수중에서 안정적으로 전기를 생산하는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 회전구동부가 부력체에 대해서 프레임을 수평이 되도록 회전시킴으로써, 무게중심이 낮아져서 구조적인 안정성을 구현함으로써, 수면에서의 설치 및 수리가 용이하며, 재난 시에는 수로의 바닥에 안전하게 대피할 수 있는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제3 측면은 블레이드가 덕트의 관통된 유동로 내에 배치됨으로써, 발전효율이 높고, 블레이드가 수로바닥에 부딪쳐 파손되는 것이 방지되는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제4 측면은 덕트 내지 부력체의 내부에 공기 또는 물이 유입되는 중공이 형성되거나, 또는 윈치가 배치됨으로써, 수중에서의 플렛폼의 위치를 조절할 수 있는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제5 측면은 균형추가 배치됨으로써, 유수의 유동에 따른 프레임의 좌우 요동을 방지하여, 수중에서 안정적으로 전기를 생산하는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제6 측면은 발전기, 구동모터, 또는 윈치를 수용 보호하는 케이스에 이중으로 메카니칼씰이 배치되거나, 또는 내부의 압력을 상승시키는 압력조절부가 배치됨으로써, 케이스 내부로의 유수 유입이 방지되어, 발전기, 구동모터, 윈치가 유수로부터 보호되는 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 제7 측면은 각각 프레임에 연결되는 어느 하나의 고정로프가 해수가 흘러오는 전방 쪽 해저면에 연결되고, 다른 하나의 고정로프가 해수가 흘러가는 후방 쪽 해저면에 연결됨으로써, 해수의 유동 방향이 반대로 바뀌는 조류에 의해서도 발전이 가능한 잠수형 발전 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유수에 의해 회전하는 블레이드, 및 상기 블레이드의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 발전부, 상기 유수가 흘러들어오는 전방을 향하여 상기 블레이드가 배치되도록, 내부에 상기 발전부를 고정하는 프레임, 상기 프레임의 양측에 배치되고, 부력에 의해 상기 프레임을 부유시키는 한 쌍의 부력체, 및 상기 부력체를 수로에 고정 연결하되, 상기 프레임의 균형이 유지되도록, 상기 발전부, 상기 프레임, 및 상기 부력체의 무게와 부력, 상기 유수의 유속을 고려하여 정해지는 상기 부력체의 외면상의 밸런스 중심부 또는 상기 유수가 흘러오는 방향 쪽 상기 부력체의 전방부에 일단이 연결되는 적어도 하나 이상의 고정로프를 포함하고, 수심에 따라 변하는 유속 중 소정의 유속에서 상기 블레이드가 회전하도록, 상기 고정로프에 연결된 부력체가 수중에서 승하강하여, 소정의 수심에 위치한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 발전부는 복수 개로, 상기 프레임의 일측에서부터 타측으로의 횡방향 또는 상기 횡방향에 수직한 종방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 유수를 통과시키는 유동로가 관통 형성되되, 상기 유동로 내부에 상기 발전부가 고정 배치되어, 상기 유수를 상기 블레이드로 안내하는 덕트를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 덕트의 내부에 중공이 구비되고, 상기 덕트의 내부로 공기 또는 물이 유출입되어, 승하강된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 덕트의 내부와 소통되는 제1 배관에 제1 밸브가 배치되어, 상기 제1 배관을 통해 유출입되는 상기 공기 또는 상기 물의 양을 조절하는 제1 배관부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 부력체의 내부에 중공이 구비되고, 상기 부력체의 내부로 공기 또는 물이 유출입되어, 승하강된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 부력체의 내부와 소통되는 제2 배관에 제2 밸브가 배치되어, 상기 제2 배관을 통해 유출입되는 상기 공기 또는 상기 물의 양을 조절하는 제2 배관부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 밸런스 중심부는 상기 부력체의 길이방향의 중심을 지나는 수직축을 기준으로 상기 유수가 흘러오는 방향으로의 너비가 상기 부력체의 길이의 8 ~ 12% 이내이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 해양에 배치되고, 상기 고정로프 중 어느 하나인 제1 고정로프가 상기 부력체의 전방부와 상기 프레임의 전방 쪽 해저면을 연결하고, 상기 고정로프 중 다른 하나인 제2 고정로프가 상기 부력체의 후방부와 상기 프레임의 후방 쪽 상기 해저면을 연결하여, 해수의 유동방향이 역으로 바뀌는 조류에 의해서도 발전한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 프레임과 상기 부력체가 결합 고정된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 프레임이 상기 부력체에 대해서 회전한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 회전력을 발생시키는 감속모터 또는 유압장치인 구동체를 포함하여, 상기 프레임을 회전시키는 제1 회전구동부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 나란하게 배치된 제1 풀리 및 제2 풀리가 감속모터 또는 유압장치인 구동체에 연결되어 함께 축회전하는 구동풀리부, 및 나란하게 배치되어 함께 축회전하는 제3 풀리 및 제4 풀리가 상기 프레임의 일측 또는 양측에 결합되어, 상기 구동풀리부의 회전력에 의해 회전하는 종동풀리부를 포함하되, 상기 구동풀리부가 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 하나인 제1 회전방향으로 회전할 때에, 상기 제3 풀리에 연결된 제1 로프가 상기 제1 풀리에 감기면서, 상기 종동풀리부를 상기 제1 회전방향으로 회전시키고, 상기 구동풀리부가 상기 제1 회전방향과 반대방향인 제2 회전방향으로 회전할 때에, 상기 제4 풀리에 연결된 제2 로프가 상기 제2 풀리에 감기면서, 상기 종동풀리부를 상기 제2 회전방향으로 회전시키는 제2 회전구동부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 적어도 2개 이상의 링크가 핀 이음으로 연결된 링크장치를 포함하고, 감속모터 또는 유압장치인 구동체에 의해 상기 링크가 구동되는 제3 회전구동부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 감속모터 또는 유압장치인 구동체에 연결되어 축회전하는 톱니 형태의 구동스프라켓, 및 상기 프레임의 일측 또는 양측에 축회전가능하게 결합되는 톱니 형태의 종동스프라켓을 포함하고, 상기 종동스프라켓이 체인에 의해 상기 구동스프라켓과 연결되어 회전하는 제4 회전구동부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 수로의 바닥에 고정 연결된 승하강로프, 및 상기 승하강로프를 권취 또는 권출하여, 상기 프레임을 승하강시키는 윈치를 더 포함하여, 승하강된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 한 쌍의 상기 부력체 또는 상기 프레임의 양측을 서로 연결하는 제1 균형로프, 및 상기 제1 균형로프에 결합되어, 상기 프레임 양측의 균형을 유지시키는 제1 균형추를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 블레이드의 회전력을 전달하는 동력전달축의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 상기 발전기를 수용하는 제1 케이스 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 단독 또는 다중으로 배치된 회전부 누수방지용 메카니칼씰을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 발전기를 수용하는 제1 케이스 내부의 압력을 상승시켜, 상기 유수의 유입을 차단하는 발전기용 압력조절부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 구동체의 회전력을 전달하는 샤프트의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 상기 구동체를 수용하는 제2 케이스 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 단독 또는 다중으로 배치된 구동체 누수방지용 메카니칼씰을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 구동체를 수용하는 제2 케이스 내부의 압력을 상승시켜, 상기 유수의 내부 유입을 차단하는 구동체용 압력조절부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 윈치모터에 의해 회전하여 상기 승하강로프를 권취 또는 권출하는 권취샤프트의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 상기 윈치모터를 수용하는 제3 케이스 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 단독 또는 다중으로 배치된 윈치 누수방지용 메카니칼씰을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 권취샤프트를 회전시켜 상기 승하강로프를 권취 또는 권출하는 윈치모터를 수용하는 상기 제3 케이스 내부의 압력을 상승시켜, 상기 유수의 내부 유입을 차단하는 윈치용 압력조절부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 상기 발전기를 수용하는 제1 케이스, 또는 상기 구동체를 수용하는 제2 케이스 중 적어도 어느 하나 이상의 내부에 배치되어, 내부 압력을 감지하는 제1 압력센서를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 권취샤프트를 회전시켜 상기 승하강로프를 권취 또는 권출하는 윈치모터를 수용하는 제3 케이스 내부에 배치되어, 내부 압력을 감지하는 제2 압력센서를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 기둥 내지 파이프 형태로 형성되고, 일단이 수로의 바닥에 박혀서 고정되는 말뚝부, 및 상기 말뚝부가 삽입되어 밀폐되는 수용공간이 내부에 형성된 결합부를 포함하고, 상기 수용공간이 저압상태일 때에, 상기 말뚝부와 결합부가 결합되는 고정체를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 있어서, 한 쌍의 상기 부력체 또는 상기 프레임의 양측을 서로 연결하는 제2 균형로프, 상기 수로의 바닥에 고정 배치되는 도르래, 상기 도르래에 감기되, 일단은 제2 균형로프에 연결되고, 타단은 상기 프레임 방향으로 권취되는 연결로프, 및 상기 연결로프의 타단을 권취하는 권취롤을 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 블레이드가 배치되는 프레임의 양측에 부력체가 배치되고, 부력체를 수로의 바닥에 고정하는 고정로프가 힘의 균형을 고려하여 정해지는 부력체의 밸런스 중심부에 연결됨으로써, 프레임이 수중에서 균형을 유지하고, 수심에 따른 유속 변화에 대응하여 최적의 수심에 배치되므로, 수중에서 안정적으로 전기를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 회전구동부가 부력체에 대해서 프레임을 회전시킴으로써, 수로의 유동방향에 대해 수직으로 배치되었던 프레임이 수평으로 전환 배치되므로, 무게중심이 낮아져 안정적으로, 수면에서의 설치 및 수리가 가능하고, 재난 시에는 수로의 바닥으로 안전하게 대피할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 블레이드가 덕트의 관통된 유동로 내에 배치됨으로써, 유동로를 통해 유수가 블레이드로 집중 안내되고, 블레이드가 커버되므로, 발전효율이 높고, 블레이드가 수로에 부딪쳐 파손되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 덕트 내지 부력체의 내부에 중공이 형성하여, 덕트 내지 부력체 내부로 공기나 물이 유입되어 부력이 조절되거나, 또는 윈치가 배치됨으로써 윈치가 해저면에 고정된 승강로프를 권취하여, 수중에서의 프레임의 위치를 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 균형추가 배치됨으로써, 유수의 유동에 따른 프레임의 좌우 요동을 방지하여, 수중에서 안정적으로 전기를 생산하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발전기, 구동모터, 또는 윈치를 수용 보호하는 케이스에 이중으로 메카니칼씰이 배치되어 형성된 이중 메카니칼씰이 배치되거나, 또는 내부의 압력을 외부보다 고압으로 유지하기 위해서 압력조절부가 배치됨으로써, 케이스 내부로의 유수 유입이 방지되어, 발전기, 구동모터, 윈치가 유수로부터 보호되는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각각 프레임에 연결되는 어느 하나의 고정로프가 해수가 흘러오는 전방 쪽 해저면에 연결되고, 다른 하나의 고정로프가 해수가 흘러가는 후방 쪽 해저면에 연결됨으로써, 해수의 유동 방향이 반대로 바뀌더라도 프레임이 안정적으로 승하강하므로, 조류에 의해서도 발전이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 6은 도 5의 A-A' 라인에 따라 절단된 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 측면도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 14는 도 1에 도시된 발전부의 단면도이다.
도 15 내지 도 16은 도 3에 도시된 고정체의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 측면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유수(1)에 의해 회전하는 블레이드(11), 및 블레이드(11)의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기(13)를 포함하는 발전부(10), 유수(1)가 흘러들어오는 전방을 향하여 블레이드(11)가 배치되도록, 내부에 발전부(10)를 고정하는 프레임(20), 프레임(20)의 양측에 배치되고, 부력에 의해 프레임(20)을 부유시키는 한 쌍의 부력체(30), 및 부력체(30)를 수로에 고정 연결하되, 프레임(20)의 균형이 유지되도록, 발전부(10), 프레임(20), 및 부력체(30)의 무게와 부력, 유수(1)의 유속을 고려하여 정해지는 부력체(30)의 외면상의 밸런스 중심부(30a) 또는 유수(1)가 흘러오는 방향 쪽 부력체(30)의 전방부에 일단이 연결되는 적어도 하나 이상의 고정로프(40)를 포함하고, 수심에 따라 변하는 유속 중 소정의 유속에서 블레이드(11)가 회전하도록, 고정로프(40)에 연결된 부력체(30)가 수중에서 승하강하여, 소정의 수심에 위치한다.
본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 수로를 따라 흐르는 유수(1)를 이용하여 전기를 생산하는 발전장치로서, 발전부(10), 프레임(20), 부력체(30), 및 고정로프(40)를 포함한다.
여기서, 유수(1)는 흐르는 물로서, 강이나 하천뿐만 아니라 유동하는 해수도 포함한다. 이때, 해수의 유동에는 해류와 조류가 있는데, 여기서 해류(oceanic current)는 일정한 방향으로 흐르는 해수의 흐름을 의미하고, 조류(tidal current)는 조석현상에 따라 유동방향이 180도 변하는 해수의 운동을 의미한다. 따라서, 유수(1)가 흘러가는 수로는 강이나 하천을 이루는 소정의 지형일 수도 있고, 해수가 유동하는 해양일 수도 있다.
결국, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 강이나 하천, 또는 해양에 배치되어 유수(1)를 이용해 전기를 생산한다. 이러한 전기는 블레이드(11)가 회전하는 발전부(10)에서 생산된다.
여기서, 발전부(10)는 전기를 생산하는 장치로서, 블레이드(11), 및 발전기(13)를 포함한다. 블레이드(11)는 회전하는 날개로서, 유수(1)에 의해 회전한다. 이러한 블레이드(11)는 회전에 의한 모멘트(moment)가 상쇄되도록, 중심 허브(hub)로부터 방사상으로 적어도 2개 이상 배치될 수 있다. 블레이드(11)의 회전력은 최종적으로 발전기(13)로 전달되고, 발전기(13)는 블레이드(11)의 회전에너지를 전기에너지로 변환한다. 이러한 발전기(13)는 제1 케이스(14) 내부에 배치된다(도 13 참조). 한편, 발전시스템은 유압펌프와 유압발전기를 연결하는 간접동력전달방식과 증속기와 발전기를 직접 연결하는 직접동력전달방식이 있다. 따라서, 제1 케이스(14) 내부에는 발전시스템의 방식에 따라 증속기, 브레이크, 유압펌프, 또는 유압펌프, 유압발전기, 브레이크 등이 내장된다. 한편, 블레이드(11)의 회전력은 직접 발전기(13)로 전달되거나, 유압펌프를 거쳐서 발전기(13)로 전달될 수 있다.
한편, 블레이드(11)의 회전력이 유압펌프를 거치는 경우에는, 블레이드(11)의 회전력이 유압펌프에서 발전기(13)를 작동시키는 동력원으로 전환되어 발전기(13)로 전달되므로, 에너지 변환과정에서의 에너지 손실이 불가피하다. 이러한 에너지 손실은 적어도 50% 이상에 다다르므로, 에너지 효율 측면에서는 블레이드(11)의 회전력이 직접 발전기(13)로 전달되는 것이 바람직하다. 이때, 블레이드(11)의 회전은 변속기가 포함된 증속장치를 거쳐서 발전기(13)를 회전시키는데, 블레이드(11)의 회전속도가 느려지면 저속 변속으로 회전력을 유지한다.
다만, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼이 반드시 블레이드(11)의 회전력을 직접 발전기(13)로 전달해야 하는 것은 아니고, 유압펌프를 거칠 수도 있다. 왜냐하면, 유압펌프를 포함하는 경우에는, 블레이드(11)에 변속기와 발전기(13)가 내장되지 않으므로, 구조가 단순해지기 때문이다. 한편, 유압의 변동량이 클 경우에는 유압펌프와 발전기(13) 사이에 변속기를 설치할 수 있다. 상술한 블레이드(11)와 발전기(13)를 포함하는 발전부(10)는 프레임(20)에 배치되어 고정된다.
프레임(20)은 발전부(10)를 고정하는 구조물이다. 여기서, 발전부(10)는 유수(1)가 흘러들어오는 전방을 향하여 블레이드(11)가 배치되도록, 프레임(20) 내부에 고정된다. 이때, 발전부(10)는 복수 개가 횡방향 또는 종방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 배치될 수 있다. 여기서, 횡방향은 프레임(20)의 일측에서부터 타측 방향 즉, 좌우 방향을 의미하고, 종방향은 횡방향에 수직한 방향 즉, 상하 방향을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 복수 개의 발전부(10)가 여러 단으로 배치되어, 발전용량이 거대한 초대형 발전시스템을 구축할 수 있다. 또한, 이러한 경우에는 각각의 발전부(10)가 독립적으로 작동될 수 있어서, 발전 설비의 운용을 탄력적으로 할 수 있고, 일부 발전부(10)가 고장나더라도, 다른 발전부(10)로 전력을 안정적으로 생산할 수 있다. 한편, 프레임(20)의 전방 중심을 기준으로 좌우에 대칭적으로 배치되는 발전부(10)의 블레이드(11)는 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 블레이드(11)의 회전방향이 반대인 한 쌍의 발전부(10)가 프레임(20)의 좌우에 대칭적으로 배치되는 것이다. 이때, 각각의 블레이드(11)의 회전에 의해 발생하는 토크가 서로 상쇄되므로, 프레임(20)은 회전하지 않고 균형을 유지한다. 이러한 방식으로, 발전부(10)는 2개 이상의 짝수 개로서, 복수 개의 쌍을 이루어 배치될 수도 있다. 다만, 발전부(10)가 반드시 짝수 개이어야 하는 것은 아니다. 또한, 시계방향으로 회전하는 블레이드(11)의 발전부(10)가 고장이 나면, 균형을 유지하기 위해서, 대칭적으로 배치된 발전부(10)의 반시계방향으로 회전하는 블레이드(11)는 브레이크에 의해 정지된다. 이러한 경우, 후술할 균형추에 의해서도 균형 유지가 가능하다.
한편, 프레임(20)은 좌우 방향으로 배치되는 수평프레임 또는 상하 방향으로 배치되는 수직프레임을 포함한다. 따라서, 프레임(20)은 수평프레임 또는 수직프레임 각각으로 형성될 수도 있고, 수평프레임과 수직프레임이 서로 결합되어 트러스트 구조로 형성될 수도 있다. 한편, 발전부(10)는 리브살(5)에 의해 프레임(20)에 고정될 수 있는데, 리브살(5)은 소정의 길이를 갖는 판 형태의 부재이다. 다만, 발전부(10)가 반드시 리브살(5)에 의해 고정되는 것은 아니고, 다른 공지의 부재에 의해서도 고정될 수 있다. 이렇게 발전부(10)가 배치된 프레임(20)은 부력체(30)에 의해 수중에서 부유한다.
여기서, 부력체(30)는 부력에 의해 부유하도록 형성되고, 프레임(20)의 양측에 배치되어, 프레임(20)을 부유시킨다. 이때, 부력체(30)의 일단은 유수(1)에 대한 저항을 최소화하기 위해서, 유선형으로 형성될 수 있다. 여기서, 부력체(30)의 일단은 유수(1)가 흘러오는 방향 쪽 말단을 의미한다. 동일한 원리로서, 유수(1)의 유동 방향이 180도로 바뀌는 것을 대비하여, 부력체(30)의 타단도 유선형으로 형성될 수 있다. 또한, 부력체(30)는 수중에서 승하강되므로, 상단과 하단도 유성형으로 형성될 수 있다. 다만, 부력체(30)의 일단, 타단, 상단, 또는 하단이 반드시 유선형으로 형성되어야 하는 것은 아니고, 유수(1)에 대한 저항뿐만 아니라, 프레임(20), 발전부(10), 및 부력체(30) 각각의 무게와 부력 등의 요소를 고려하여 크기 및 형상이 결정된다.
이러한 부력체(30)는 프레임(20)의 양측, 즉 좌우에 배치된다. 구체적으로, 프레임(20)의 양측에 수직프레임이 배치된 경우에는 그 수직프레임에 부력체(30)가 연결되고, 프레임(20)이 수평프레임만으로 구성된 경우에는 수평프레임의 양단에 부력체(30)가 연결된다. 한편, 부력체(30)는 소정의 크기를 가지는데, 이때 일단 또는 타단은 프레임(20)의 측면을 기준으로 좌우로 돌출되어, 프레임(20)이 전방 내지 후방으로 기울어지는 것을 방지한다. 다만, 부력체(30)의 일단 또는 타단이 반드시 돌출되어야 하는 것은 아니다. 이러한 부력체(30)는 고정로프(40)에 의해 수로에 고정된다.
고정로프(40)는 부력체(30)를 수로에 고정 연결하는 로프이다. 이러한 고정로프(40)는 유수(1)에 의해 부유하는 부력체(30)를 고정하므로, 상당한 크기의 텐션(tension)이 고정로프(40)에 걸린다. 따라서, 고정로프(40)는 와이어로프일 수 있다. 다만, 고정로프(40)가 반드시 와이어로프에 한정되는 것은 아니고, 부력체(30)를 지탱하는 한 어떠한 재질로 형성되어도 무관하다. 이러한 고정로프(40)의 일단은 부력체(30)의 밸런스 중심부(30a)에 연결된다. 와류와 같은 불규칙한 유수(1)의 흐름은 프레임(20)의 요동을 발생시키는데, 밸런스 중심부(30a)는 이러한 프레임(20)의 요동을 방지하고 균형을 유지하기 위한 부력체(30) 외면상의 특정 부분이다. 이러한 밸런스 중심부(30a)는 수중에서 프레임(20)의 균형이 유지되도록, 발전부(10), 프레임(20), 및 부력체(30) 각각의 무게와 부력, 유수(1)의 유속을 고려하여 정해진다. 구체적으로, 부력체(30)의 길이방향의 중심을 지나는 수직축을 기준으로 유수(1)가 흘러오는 방향으로의 너비가 부력체(30)의 길이의 8 ~ 12% 이내의 부분이 밸런스 중심부(30a)일 수 있다. 여기서, 부력체(30)의 길이방향의 중심은 부력체(30)의 좌우 길이의 중심을 의미한다. 따라서, 밸런스 중심부(30a)는 부력체(30)의 중심에서부터 유수(1)가 흘러오는 방향, 즉 일단을 향해서 다소 치우쳐 있을 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 무게중심과 유수(1)가 충돌하는 충돌지점이 근접하고, 부력체(30)의 일단 쪽이 고정되므로, 유수(1)에 의한 부력체(30) 일단의 요동이 방지된다. 이로 인해서, 터뷸런스(turbulence)의 발생이 최소화되고, 밸런스 중심부(30a)가 무게중심과 부력의 중심이 파괴되지 않는 지점이므로, 와류에 의한 프레임(20)의 유동을 방지한다. 다만, 밸런스 중심부(30a)가 반드시 부력체(30)의 길이의 8 ~ 12% 이내의 너비를 가져야 하는 것은 아니고, 예를 들어, 부력체(30)의 길이방향 중심을 지나는 수직축을 기준으로 좌우로 소정의 너비를 가질 수도 있다. 즉, 밸런스 중심부(30a)는 상술한 여러 가지 요소를 종합하여 상술한 지점과 다르게 정해질 수 있다. 한편, 수심에 따른 유속 변화를 고려하여, 고정로프(40)는 부력체(30)의 중심을 지나는 수평축보다 하측에 연결될 수 있다. 왜냐하면, 수심이 깊어질수록 유속이 빨라지므로, 프레임(20)의 상단에 더 큰 외력이 작용하기 때문이다.
한편, 고정로프(40)는 하나가 밸런스 중심부(30a)에 연결될 수 있고(도 2의 (a) 참조), 복수 개가 서로 연결되거나, 밸런스 중심부(30a)상의 서로 다른 지점에 연결될 수 있다. 예를 들어, 2점 지지, 즉 2개의 고정로프(40)가 밸런스 중심부(30a)에 연결될 수 있는데, 이때 고정로프(40)가 밸런스 중심부(30a)의 좌우 중심선을 기준으로 상단과 하단 각각에 연결될 수 있다(도 2의 (b) 참조). 이렇게 고정로프(40)가 연결됨으로써, 부력체(30)의 회동이 방지된다. 또한, 3점 지지도 가능하다. 여기서, 어느 고정로프(40)가 밸런스 중심부(30a)에 연결되는 지점은 밸런스 중심부(30a)의 좌우 중심선 부근과 그 중심선을 기준으로 상단과 하단 부근일 수 있다. 이때, 상단과 하단부근에 연결되는 고정로프(40)는 서로 다른 고정로프(40)일 수도 있고, 동일한 고정로프(40)일 수도 있다. 동일한 고정로프(40)를 이용해 밸런스 중심부(30a)의 상단과 하단을 연결하는 경우에, 고정로프(40)는 일단이 밸런스 중심부(30a)의 상단에 연결되고, 도르래를 경유하여, 타단이 밸런스 중심부(30a)의 하단에 연결된다(도 2의 (c) 참조). 다만, 이러한 방식으로 고정로프(40)가 반드시 연결되어야 하는 것은 아니다.
또한, 부력체(30)에 어느 하나의 고정로프(40)를 연결하고, 수로에 다른 고정로프(40)를 연결하여, 2개의 고정로프(40)를 서로 연결할 수 있다. 이때, 각각의 고정로프(40)에 고리를 결합하여, 쉽게 고정로프(40)를 연결할 수 있다(도 2의 (b) 참조). 이러한 방식에 따르면, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 용이하게 고정시킬 수 있다. 왜냐하면, 수면에 떠 있는 잠수형 발전 플랫폼에 연결된 고정로프(40)와 수로에 연결된 고정로프(40)를 바지선이나 배 위에서 서로 연결할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 표층유속을 기준으로 설계될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 작용하는 모든 힘은 고정로프(40)가 부력체(30)의 밸런스 중심부(30a)에 연결됨으로써, 균형을 이룬다. 이러한 힘의 균형으로 인해, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 수중에서 균형을 유지한다. 여기서, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 작용하는 힘은 그 자체의 무게, 부력, 및 유수(1)에 의한 외력이다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 블레이드(11)가 소정의 유속에서 회전하도록, 수중에서 승하강한다. 유속은 블레이드(11)를 회전시키는 원동력이므로, 유속이 너무 빠르면, 블레이드(11)가 고속회전을 하여 발전부(10)에 과부하가 걸리고, 유속이 너무 느리면, 발전용량이 저하된다. 따라서, 균일한 발전을 하기 위해서는, 이미 설계된 발전용량에 맞게 소정의 유속에서 블레이드(11)가 회전해야 한다. 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유속에 따라 승하강하고, 최적의 유속이 흐르는 지점에 위치하며, 안정적으로 발전하는데, 이하에서 그 과정을 구체적으로 설명한다.
유수(1)에 의한 외력이 작용하면, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유수(1)가 흘러나가는 프레임(20)의 후방 쪽으로 떠밀려간다. 이때, 고정로프(40)에 텐션이 걸리고, 부력체(30)에 고정로프(40)가 연결된 지점을 중심으로 힘의 벡터가 형성된다. 이러한 힘의 벡터가 균형을 이루면서, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼이 소정의 수심에 위치한다. 구체적으로, 유속이 빨라지면, 유수(1)에 의한 외력이 커진다. 이때, 유수(1)에 의한 외력은 그 외력 방향으로 분배되는 고정로프(40)의 텐션과 힘의 균형을 이룬다. 즉, 유수(1)에 의한 외력은 텐션에 cosθ를 곱한 값과 동일하다. 이때, θ는 유수(1)의 유동방향과 고정로프(40)가 이루는 각도이다(도 3 참조). 따라서, 유속이 빨라져서 유수(1)에 의한 외력이 커지면, 유수(1)의 유동방향과 고정로프(40)가 이루는 각도가 작아져서, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 하강한다. 동일한 원리에 따라, 유속이 느려지면, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 상승하게 된다. 따라서, 수심에 따라 유속이 변하는 수중에서 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 유속의 속도에 따라 승하강하는데, 정상유속을 만나면 더 이상 승하강하지 않고 소정의 위치에 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 해양에 배치되어, 해류발전 또는 조류발전을 할 수 있다.
구체적으로, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 해양에 배치되고, 고정로프(40) 중 어느 하나인 제1 고정로프(41)의 일단은 부력체(30)의 전방부에, 그 타단은 프레임(20)의 전방 쪽 해저면에 연결될 수 있다. 여기서, 부력체(30)의 전방부는 부력체(30)의 외면 중에서 유수(1)가 흘러오는 방향 쪽 부분을 의미한다. 이때, 프레임(20)의 전방 쪽에서부터 해수가 흘러오므로, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 해류에 의해 전기를 생산할 수 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 조류에 의해 발전하도록, 제1 고정로프(41)와 다른 제2 고정로프(43)의 일단이 부력체(30)의 후방부에, 그 타단이 프레임(20)의 후방 쪽 해저면에 연결될 수 있다. 이때, 부력체(30)의 후방부는 부력체(30)의 전방부의 반대쪽 부분을 의미한다. 여기서, 조류는 조석에 의해서, 해수가 프레임(20)의 전방 쪽에서부터 흘러오다가, 약 6시간이 지나면, 유동방향이 180도 역으로 바뀌어서 프레임(20)의 후방 쪽에서부터 흘러온다. 이때, 제1 고정로프(41)와 제2 고정로프(43)가 프레임(20)의 전후방에서 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 지탱하므로, 해수의 유동방향이 바뀌는 조류에 의해서도 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 발전효율을 높이고, 블레이드(11)가 보호되도록, 덕트(15)를 포함할 수 있다. 여기서, 덕트(15)는 유수가 흐르는 통로로서, 중심부에 유동로가 관통되어 형성되고, 그 유동로의 내부에 발전부(10)가 고정 배치되므로, 유동로를 통과하는 유수는 블레이드(11)로 안내된다. 이러한 덕트(15)는 유수의 분산을 막아 블레이드(11)에 유수를 집중시키고, 유수가 흘러나가는 유동로의 후단에 저압을 형성하므로, 발전효율을 상승시킨다. 따라서, 덕트(15)와 블레이드(11)는 유량을 최대로 확보할 수 있는 형태로 형성되어야 한다. 또한, 덕트(15)는 블레이드(11)를 커버하여 보호하므로, 프레임(20)이 하강하여 수로의 바닥에 닿더라도, 블레이드(11)의 파손을 막는다. 한편, 발전부(10)가 복수 개인 경우에는 이에 대응하여 덕트(15)도 복수 개가 배치될 수 있다. 이때, 복수 개의 덕트(15)는 서로 용접되거나, 나사에 의해 결합되어, 덕트결합체(150)를 형성한다. 이러한 덕트결합체(150)는 발전부(10)를 한 곳에 결합하여 지지하는 역할을 하므로, 대용량 발전시스템을 구축할 수 있게 한다.
도 6은 도 5의 A-A' 라인에 따라 절단된 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 측면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 수중에서 승하강되도록, 덕트(15)의 내부에 중공(15a)이 형성될 수 있다. 덕트(15)의 내부에 구비된 중공(15a)으로 공기 또는 물이 유출입되어, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 무게와 부력이 조절되므로, 승하강할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 잠수형 플랫폼은 수중에서 적합한 설계 높이에 배치되고, 수리를 위해서 수면 방향으로 상승하거나, 대피를 위해 수로의 바닥 방향으로 하강할 수 있다. 한편, 덕트(15)는 내부에 적어도 하나 이상의 제1 격벽(16)이 형성되어, 격실 구조로 이루어질 수 있다. 소규모의 격실에 공기 또는 물이 분배되어 저장되므로, 다량의 물이 한쪽으로 쏠려서, 하중이 집중되고, 불균형이 초래되는 것을 막는다. 즉, 덕트(15)로 유입되는 물은 밸러스트(ballast)이고, 덕트(15)는 밸리스트 탱크로서의 역할을 수행한다.
또한, 부력체(30)의 내부에도 중공(33)이 형성될 수 있고, 적어도 하나 이상의 제2 격벽(32)이 형성될 수도 있다. 따라서, 부력체(30) 내부로도 공기 또는 물이 유출입되고, 물이 격실에 분할 저장되므로, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 승하강되고, 균형을 유지한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 덕트결합체(150, 도 5 내지 도 6 참조)에 제1 배관부(17)가 포함되거나, 부력체(30)에 제2 배관부(35)가 포함되거나, 또는 윈치(60)가 더 포함되어, 발전에 적합한 높이까지 승하강된다.
덕트결합체(150)에 포함되는 제1 배관부(17)는 덕트(15)의 내부와 소통되는 제1 배관(17a)에 제1 밸브(17b)가 배치되어 형성된다. 이때, 제1 밸브(17b)가 제1 배관(17a)을 통해 유출입되는 공기 또는 물의 양을 조절하므로, 제1 배관부(17)는 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 승하강을 조절한다.
또한, 부력체(30)에 포함되는 제2 배관부(35)도 제2 배관(35a)에 제2 밸브(35b)가 배치되므로, 상술한 제1 배관부(17)와 동일한 구성으로 동일한 역할을 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 승하강로프(61), 및 윈치(60)를 더 포함할 수 있는데, 여기서, 승하강로프(61)는 수로의 바닥에 고정 연결된 로프이고, 윈치(60)는 승하강로프(61)를 권취 또는 권출하는 권양기로서 감속모터나 유압장치에 의해 작동된다. 이때, 윈치(60)는 프레임(20)에 배치될 수도 있고, 한 쌍의 부력체(30) 각각에 배치될 수도 있는데, 프레임(20)의 좌우 균형을 고려하면, 부력체(30)에 배치되는 것이 바람직하다. 다만, 윈치(60)가 반드시 부력체(30)에 배치되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 윈치(60)의 회전방향에 따라 승하강로프(61)가 권취되거나 권출되므로, 수중에서의 위치를 자유롭게 조절할 수 있다. 한편, 윈치(60)가 작동하지 않는 경우에는 윈치(60) 내부에 구성된 브레이크를 이용하여 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 원하는 위치에 정지시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 대형 크레인과 같은 별도의 장비 없이도, 자체적으로 손쉽게 승하강된다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 프레임(20)이 부력체(30)에 결합되어 고정되는 고정식뿐만 아니라, 프레임(20)이 회전하는 회전식으로 형성될 수 있다. 회전식에 대해서는, 이하에서 설명한다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 부력체(30)에 대해서 프레임(20)이 회전되도록, 회전구동부(50)를 더 포함할 수 있다. 이때, 회전구동부(50)는 회전력을 발생시키는 구동체(53)를 포함하고, 한 쌍의 부력체(30)는 결합축에 의해서 프레임(20)의 양측에 축결합된다. 따라서, 프레임(20)은 회전구동부(50)의 회전력에 의해서, 결합축을 중심으로 회전한다. 여기서, 회전구동부(50)의 회전력은 클러치를 활용한 직접동력전달 또는 기어동력전달에 의해서 전달될 수 있다. 이때, 구동체(53)는 감속모터 또는 유압장치일 수 있다. 감속모터를 사용하는 경우에, 감속비율이 큰 모터를 사용하면, 1 ㎾ 정도의 소형 감소모터만으로도 거대한 프레임(20)을 회전시킬 수 있다. 또한, 마찰계수가 작은 베어링이 부착될 수 있는데, 예를 들어, 니들베어링이 배치되어, 결합축을 고정시키고, 결합축의 자중과 결합축에 걸리는 하중을 지지하면서, 결합축을 회전시킬 수 있다. 이때, 베어링 대신 부싱(bushing)이 결합축에 배치될 수도 있다.
이러한 회전구동부(50)는 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 이동하거나 유지보수를 위해 수면으로 띄울 때에, 유수에 대한 저항력을 감소시키고, 프레임(20)의 무게중심을 낮춰서, 작업수행의 안정성을 도모한다. 구체적으로, 프레임(20)은 유수의 유동방향에 수직으로 배치되므로, 큰 저항을 받는다. 특히, 태풍과 같은 기상요인 등에 의해 유속이 지나치게 빨라지면, 프레임(20)에 상당한 충격이 가해지고, 블레이드(11)가 고속회전하여 발전부(10)에 과부하가 걸린다. 이때, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 상술한 제1 배관부(17), 제2 배관부(35), 또는 윈치(60)를 이용하여(도 7 참조), 상대적으로 유속이 느린 해저면까지 하강하여 대피한다. 다만, 수심이 비교적 얕은 해역에서는 해저면 근처에도 유속이 빠른데, 이때에는 회전구동부(50)가 유수의 유동방향에 평행하게 프레임(20)을 회전시킴으로써, 프레임(20)에 배치된 발전부(10)를 보호한다. 또한, 발전부(10) 등의 유지보수를 위해서 프레임(20)을 수면으로 띄우는 경우에는, 프레임(20)을 회전하면 무게중심이 낮아지므로, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼이 상승할 때에 안정성이 확보된다. 그리고, 프레임(20)의 회전방향에 따라서 프레임(20)의 전방이 수면을 향하거나, 반대쪽 후방이 수면을 향할 수 있으므로, 어느 쪽에서든 수리가 쉽다. 또한, 설치시에도, 프레임(20)의 하단은 수중에, 상단은 공중에 배치되는 것이 아니라, 회전하여, 전방 또는 하방이 수면에 배치되므로, 안정적이다. 특히, 복수 개의 발전부(10)가 배치된 초대형 발전시스템의 경우에는 무게중심이 지나치게 높아져 불안정성이 증대되므로, 상술한 회전기술의 채용이 매우 효과적이다. 이때, 회전구동부(50)는 수중에서만 작동되어야 한다. 왜냐하면, 회전구동부(50)를 작동할 때에, 프레임(20)의 상단이 공중에 배치되면, 수중에 있는 프레임(20)의 하단에 유속이 집중되어, 프레임(20)이 균형을 잃을 수 있기 때문이다. 한편, 프레임(20)에 발전부(10)를 고정하는 리브살(5)은 수직으로 배치될 수 있다. 즉, 프레임(20)과 부력체(30)를 연결하는 결합축에 대해서 리브살(5)이 수직으로 배치된다(도 1 또는 도 5 참조). 따라서, 프레임(20)이 회전할 때에, 저항을 최소화한다.
회전구동부(50)는 여러 가지 형태로 구성될 수 있는데, 이하에서 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임(20)을 회전시키기 위한 제1 회전구동부(50a)는 구동체(53)의 회전력을 그대로 프레임(20)에 전달하여, 프레임(20)을 회전시킬 수 있다. 즉, 구동체(53)에서 발생한 회전력을 샤프트(51)에 의해 그대로 프레임(20)에 전달한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 프레임을 회전시키기 위한 다른 형태의 제2 회전구동부(50b)는 구동풀리부(54), 및 종동풀리부(56)를 포함할 수 있다. 여기서, 구동풀리부(54)는 나란하게 배치되어 함께 축회전하는 제1 풀리(54a) 및 제2 풀리(54b)를 포함하고, 종동풀리부(56)는 나란하게 배치되어 함께 축회전하는 제3 풀리(56a) 및 제4 풀리(56b)를 포함한다. 이때, 구동풀리부(54)는 구동체(53)에 연결되고, 종동풀리부(56)는 프레임(20)의 일측 또는 양측에 결합된다. 이러한 구동풀리부(54)와 종동풀리부(56)는 로프(55)에 의해서 서로 연결되는데, 구체적으로, 제1 풀리(54a)와 제3 풀리(56a)는 제1 로프(55a)에 의해 연결되고, 제2 풀리(54b)와 제4 풀리(56b)는 제2 로프(55b)에 의해 연결된다. 이때, 구동풀리부(54)가 제1 회전방향으로 회전하면, 제1 로프(55a)가 제1 풀리(54a)에 감기면서, 종동풀리부(56)를 제1 회전방향으로 회전시킨다. 여기서, 제1 회전방향은 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 하나의 방향을 의미한다. 반면에, 구동풀리부(54)가 제2 회전방향으로 회전하면, 제2 로프(55b)가 제2 풀리(54b)에 감기면서, 종동풀리부(56)를 제2 회전방향으로 회전시킨다. 여기서, 제2 회전방향은 제1 회전방향의 반대방향을 의미한다. 즉, 구동풀리부(54)가 제1 회전방향으로 회전하면, 제1 로프(55a)가 제1 풀리(56a)에 감기면서, 회전력을 제3 풀리(56a)에 전달하므로, 종동풀리부(56)가 제1 회전방향으로 회전한다. 이때, 제2 로프(55b)는 종동풀리부(56)의 회전에 의해서 제4 풀리(56b)에 감긴다. 반대로, 구동풀리부(54)가 제2 회전방향으로 회전하면, 제2 로프(55b)가 제2 풀리(54b)에 감기면서, 종동풀리부(56)를 제2 회전방향으로 회전시키고, 종동풀리부(56)의 회전에 의해서 제1 로프(55a)는 제3 풀리(56a)에 감긴다.
결과적으로, 구동체가 구동풀리부(54)의 회전축을 회전시키면, 회전력이 로프(55)에 의해 종동풀리부(56)에 전달되고, 종동풀리부(56)의 회전축을 통해서 프레임(20)에 전달되어, 원하는 각도만큼 프레임(20)을 회전시킨다. 여기서, 로프(55) 는 전달되는 회전력에 의해 큰 인장력이 걸리더라도 힘의 전달이 용이하다. 이때, 로프(55)를 대신해서 벨트를 사용할 수도 있지만, 벨트는 구동풀리부(54) 또는 종동풀리부(56)에서 미끄러질 수 있으므로, 원활하게 힘을 전달할 수 없다.
도 10에 도시된 바와 같이, 프레임(20)을 회전시키기 위한 또 다른 형태의 제3 회전구동부(50c)는 링크장치를 사용할 수 있다. 여기서, 링크장치는 적어도 2개 이상의 링크(57)가 핀 이음으로 연결되고, 구동체(53)가 어느 하나의 링크(57)를 끌어당기거나 밀어서, 프레임(20)을 회전시킨다.
도 11에 도시된 바와 같이, 프레임(20)을 회전시키기 위한 다른 형태의 제4 회전구동부(50d)는 구동스프라켓(58), 및 종동스프라켓(59)을 포함할 수 있다. 여기서, 구동스프라켓(58) 및 종동스프라켓(59)은 톱니 형태의 스프라켓(sprocket)으로서, 구동스프라켓(58)은 구동체(53)에 의해서 축회전하고, 종동스프라켓(59)은 구동스프라켓(58)과 체인(55c)으로 연결되어, 구동스프라켓(58)의 회전력에 의해 회전한다. 이때, 종동스프라켓(59)은 프레임(20)의 일측 또는 양측에 축회전가능하게 결합되므로, 결과적으로, 구동스프라켓(58)의 회전에 의해서 프레임(20)이 회전한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 좌우 균형을 유지하기 위해서, 좌우 균형 시스템을 구비할 수 있다. 여기서, 좌우 균형 시스템은 여러 가지 형태의 균형추에 의해서 구현될 수 있다.
첫번째 형태는, 도 12a에 도시된 바와 같이, 제1 균형추(70)가 한 쌍의 부력체(30) 또는 프레임(20)의 양측을 서로 연결하는 제1 균형로프(71)에 결합되어, 프레임(20) 양측의 균형을 유지할 수 있다. 구체적으로, 제1 균형로프(71)는 "Y" 자 형태로 형성되고, 3군데의 말단은 각각 한 쌍의 부력체(30) 또는 프레임(20)의 양측과 제1 균형추(70)에 연결된다. 이러한 경우에, 프레임(20)이 어느 한쪽으로 기울어지면, 제1 균형추(70)에 의해서 즉시 복원되어 균형을 유지한다. 프레임(20)이 기울어져서, 우측에 비해 좌측이 더 상승하면, 좌측에 연결된 고정로프(40) 부분으로 제1 균형추(70)의 하중이 집중되는 원리에 의한 것이다. 한편, "Y" 자 형태가 이중으로 결합된 사각뿔 형태의 제1 균형로프(71)를 부력체(30) 또는 프레임(20)의 4군데 지점에 연결하여 사용할 수도 있다. 이때, 제1 균형추(70)는 사각뿔의 꼭지점에 결합되므로, 사방의 균형을 유지할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 다각뿔 형태의 제1 균형로프(71)를 활용하여, 여러 방향의 균형을 유지할 수도 있다.
두번째 형태는, 도 12b에 도시된 바와 같이, 제2 균형추(80)가 나사봉(81)에 나사결합되어, 좌우로 이동하면서, 프레임(20) 양측의 균형을 유지할 수 있다. 여기서, 나사봉(81)은 외면에 나사선이 구비된 봉 형상으로 형성되고, 프레임(20)의 일측에서부터 타측방향, 즉 좌우방향으로 배치된다. 이러한 나사봉(81)에 제2 균형추(80)가 나사결합되므로, 제2 균형추(80)가 회전하면서 좌우로 이동하여, 프레임(20)의 좌우 균형을 유지시킨다. 구체적으로, 기울어져서 상승한 방향으로 제2 균형추(80)가 이동하면, 제2 균형추(80)의 하중에 의해서 원상태로 복원된다.
세번째 형태는, 도 12c에 도시된 바와 같이, 제3 균형추(90)가 회동하면서, 프레임(20) 양측의 균형을 유지할 수 있다. 여기서, 제3 균형추(90)는 덕트(15) 또는 프레임(20)에 회동가능하게 결합되는데, 덕트(15) 내지 프레임(20)의 외측 뿐만 아니라, 내부에 결합될 수 있다. 한편, 제3 균형추(90)는 기어에 의해 힘이 전달되어 회동되는데, 이러한 회동은 프레임(20)이 좌우로 기울어질 때, 모터 등에 의해서 회동할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 수중에서의 승하강과 좌우 균형 유지가 동시에 가능하도록, 제2 균형로프(111), 도르래(113), 연결로프(115), 및 권취롤(110)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 균형로프(111)는 한 쌍의 부력체(30) 또는 프레임(20)의 양측을 서로 연결하는 로프이다. 이러한 제2 균형로프(111)의 중심부에 연결로프(115)의 일단이 연결되고, 타단은 권취롤(110)에 의해서 권취된다. 여기서, 권취롤(110)은 프레임(20)에 인접 배치되는데, 도르래(113)가 수로의 바닥에 고정 배치되어, 연결로프(115)가 여기에 감겨서, 그 타단이 권취롤(110)에 연결된다. 권취롤(110)은 예를 들어, 윈치와 같이 로프를 감거나 푸는 장치이다. 따라서, 권취롤(110)이 정지된 상태에서, "Y" 자 형태로 형성된 제2 균형로프(111)와 연결로프(115)가 프레임(20)의 좌우 균형을 유지하고, 권취롤(110)이 회전하면, 회전방향에 따라, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼이 승하강한다. 한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 기밀유지 시스템을 갖출 수 있는데, 이하에서 설명한다.
도 14는 도 1에 도시된 발전부의 단면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 발전부(10)는 기밀과 액밀이 유지되도록, 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)은 발전기(13)를 수용하는 제1 케이스(14) 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 배치되어 형성된다. 이때, 메카니칼씰(mechanical seal)은 회전하는 축 부분으로부터 유체가 누출되는 것을 막는 축봉장치이다. 좀 더 구체적으로, 메카니칼씰은 두 부분이 정밀하게 다듬어진 금속면을 스프링 등에 의해 압접시키되, 한쪽은 고정하고 다른 쪽은 회전하는 축과 미끄럼 접촉으로 회전시켜 유체의 누설을 막는다. 이러한, 메카니칼씰은 수명이 길고, 마찰손실이 작으며, 장착되어 있는 스프링의 장력에 의해 밀봉이 지속적으로 이루어지는 장점이 있다. 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)은 하나의 메카니칼씰이 단독으로 배치될 수도 있고, 2개 이상이 다중으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)은 제1 메카니칼씰(18a)과 제2 메카니칼씰(18b)이 이중으로 배치될 수 있다. 다만, 메카니칼씰이 반드시 이중으로 배치되어야 하는 것은 아니고, 메카니칼씰 단독으로, 또는 복수 개가 다중으로 배치될 수 있다. 이러한 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)은 장시간 동안 교체 없이 블레이드(11)의 회전력을 전달하는 동력전달축(12)의 기밀 또는 액밀을 유지할 수 있다. 결과적으로, 제1 케이스(14) 내부로 유입되고, 증발하여 내부 부품에 심각한 부식을 초래하는 유수의 유입을 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)이 차단함으로써, 발전부(10)가 보호된다. 또한, 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)에 다중으로 메카니칼씰이 배치된 경우에는 어느 하나의 메카니칼씰이 파손되더라도, 다른 하나의 메카니칼씰이 기밀을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 발전부(10)는 제1 케이스(14) 내부의 압력을 상승시키는 발전기용 압력조절부(19)를 더 포함할 수 있다. 이러한 발전기용 압력조절부(19)는 고압호스 또는 고압탱크를 포함함으로써, 고압기체를 제1 케이스(14) 내부에 주입하여, 제1 케이스(14) 내부의 압력을 수중의 압력보다 높게 유지시킨다. 이렇게 발생한 제1 케이스(14) 내부와 외부의 압력차이는 외부의 물이 제1 케이스(14) 내부로 유입되는 것을 차단한다. 여기서, 고압기체는 예를 들어, 질소일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 케이스(14) 내부의 고압기체가 외부로 유출될 수 있는데, 압력센서(19a)가 제1 케이스(14) 내부의 압력을 감지하여, 설정된 압력 이하로 떨어지면, 외부에 그 상황을 전파할 수 있다. 따라서, 침수가 되기 전에 수리가 가능하다.
이러한 메카니칼씰과 압력조절부는 기밀성이 요구되는 회전구동부(50, 도 8 참조)와 윈치(60, 도 7 참조)에도 각각 채용될 수 있다.
구체적으로, 회전구동부(50)의 구동체(53)를 수용하는 제2 케이스 내부에 구동체 누수방지용 메카니칼씰이 배치될 수 있다(도시되지 않음). 여기서, 구동체 누수방지용 메카니칼씰은 구동체(53)의 회전력을 전달하는 샤프트의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 제2 케이스 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 단독 또는 다중으로 배치되어 형성된다. 즉, 구동체 누수방지용 메카니칼씰은 상술한 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)과 배치되는 위치가 다를 뿐, 그 구성 및 역할은 동일하다.
또한, 제2 케이스 내부의 압력을 상승시키는 구동체용 압력조절부를 더 포함할 수 있는데(도시되지 않음), 여기서 구동체용 압력조절부도 상술한 발전기용 압력조절부(19)와 위치가 다를 뿐이고, 그 구성 및 역할은 동일하다.
뿐만 아니라, 윈치모터에 의해 회전하는 권취샤프트의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 윈치 누수방지용 메카니칼씰을 더 포함할 수도 있다(도시되지 않음). 이러한 윈치 누수방지용 메카니칼씰은 윈치모터를 수용하는 제3 케이스에 배치되어, 상술한 회전부 누수방지용 메카니칼씰(18)과 배치되는 위치만 다르고, 그 구성 및 역할은 동일하다. 또한, 위치모터를 수용하는 제3 케이스 내부의 압력을 상승시키는 윈치용 압력조절부를 더 포함할 수 있다(도시되지 않음). 여기서, 윈치용 압력조절부는 상술한 발전기용 압력조절부(19)와 구성 및 역할은 동일하고, 단지 배치되는 위치가 다를 뿐이다.
또한, 제2 케이스 또는 제3 케이스 내부에 압력센서가 포함되어(도시되지 않음), 내부의 압력을 감지하고 위험 상황을 전파할 수도 있다. 즉, 제2 케이스 내부에 제1 압력센서가, 또는 제3 케이스 내부에 제2 압력센서가 포함될 수 있다. 따라서, 제1 케이스(14), 제2 케이스, 또는 제3 케이스 중 적어도 어느 하나 이상에 압력센서가 배치된다.
도 15 내지 도 16은 도 3에 도시된 고정체의 단면도이다.
본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 고정체(100)를 더 포함할 수 있다(도 3 참조). 여기서, 고정체(100)는 고정로프(40) 또는 윈치(60)의 승하강로프(61)에 연결되어 수로에 고정되는 부재이다. 이때, 수로는 그 바닥면뿐만 아니라, 수중도 포함한다. 도 15의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 고정체(100)는 다양한 형태의 닻이나 말뚝, 또는 추(錘)일 수 있다. 다만, 고정체(100)가 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고, 고정로프(40) 또는 승하강로프(61)를 수로에 고정할 수 있는 한 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 도 15의 (d)에 도시된 바와 같이, 고정체(100)는 그 자체의 동력을 이용하여 이동하는 구조물일 수 있다. 구체적으로, 고정체(100)는 내부에 공기 또는 물이 유출입되는 중공이 형성되고, 회전하는 프로펠러를 포함할 수 있다. 여기서, 고정체(100) 내부에 물이 유입되면, 고정체(100)는 하강하고, 물이 유출되어 공기가 유입되면 상승한다. 이렇게 승하강이 가능하고, 프로펠러에 의해 추진력을 얻으므로, 고정체(100)는 수중에서 이동 가능하고, 수로의 바닥뿐 아니라 수중에 위치할 수 있다. 수중에 위치하는 경우에는 유출입되는 물 또는 공기의 양을 조절하여, 프레임(20)보다 하측에 배치되도록 한다. 특히, 유수의 유동방향이 5도 이상 바뀌는 수중에서는 프레임(20)의 수직위치가 설계지점에서 많이 벗어나므로, 수로의 바닥에 고정된 고정체(100)보다는 수중에 위치될 수 있는 이동 가능한 고정체(100)를 사용하면, 보다 안정적으로 발전가능한 지점에 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 위치시킬 수 있다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 고정체(100)는 압력을 이용해서 서로 결합되는 말뚝부(101)와 결합부(103)를 포함하여, 수로의 바닥에 고정될 수 있다. 여기서, 말뚝부(101)는 기둥 내지 파이프 형태로 형성되고, 그 일단은 수로의 바닥에 박혀서 고정된다. 결합부(103)는 내부에 수용공간을 구비하는데, 그 수용공간은 말뚝부(101)의 타단이 삽입되어 밀폐된다. 이때, 말뚝부(101)가 삽입되어 밀폐된 수용공간을 저압상태로 만들면, 말뚝부(101)와 결합부(103)가 단단하게 결합 고정되어, 상당한 지지력을 발휘한다. 이러한 고정체(100)를 복수 개 사용함으로써, 경제적으로 더 큰 지지력을 얻을 수 있다.
또는, 고정체(100)가 수로의 바닥에 고정된 제1 분체와 제1 분체와 전자석의 자기력에 의해 결합되는 제2 분체로 형성될 수도 있다(도시되지 않음).
각각의 경우에, 고정로프(40) 또는 승하강로프(61)가 결합부(103)에 연결되어, 수로의 바닥에 고정된다.
또한, 제2 균형로프(111), 도르래(113), 연결로프(115), 및 권취롤(110)을 포함하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 경우(도 13 참조)에는 도르래(113)가 수로의 바닥면에 고정되므로, 도르래(113)가 고정체(100)의 역할을 수행한다.
한편, 고정체(100)의 상부에는 로프와 연결되는 링을 배치하여, 고정로프(40) 또는 승하강로프(61)를 쉽게 연결할 수 있고, 수면에서 발견하기 쉽도록 임시로 부표를 설치할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼에 사용되는 블레이드(11)는 유리섬유나 탄소섬유 재질을 사용하여 금형으로 제작될 수 있다(도 14 참조). 다만, 반드시 이러한 재질에 한정되는 것은 아니고, 유수에 의해 회전하면서 전력을 생산할 수 있는 한 다양한 재질로도 형성될 수 있다.
이러한 블레이드(11)는 보스에 연결되는데, 구체적으로 설명하면, 블레이드 센터를 보스홈에 끼우고, 블레이드 센터에 볼트를 사용하여 링크와셔를 고정시킨다. 여기서, 보스는 동력전달축(12)과 연결되고, 동력전달축(12)은 증속기를 거쳐 발전기(13)를 직접 돌리거나, 유압펌프를 작동시킨 후 그 유압으로 발전기(13)를 회전시킨다. 한편, 링크와셔는 블레이드(11)가 보스에서 빠지는 것을 방지하고, 유압실린더 또는 스프링을 이용하여 블레이드(11)의 각도를 조절한다. 유압실린더를 사용하는 경우에는, 능동적으로 각도를 조절할 수 있고, 스프링을 사용하는 경우에는, 스프링의 탄성계수 즉, 후크의 법칙에 따라 블레이드(11)에 미치는 힘에 대응하여 블레이드(11)의 각도 조절이 자동으로 이루어진다. 한편, 전력을 생산하기 위해 회전하는 블레이드(11)는 브레이크에 의해 회전이 제어된다. 예를 들어, 유속이 너무 빨라서 고속회전하는 경우, 복수 개의 발전부(10) 중 어느 하나가 고장나서 프레임(20)에 불균형이 초래되는 경우, 유지보수를 위해서 수면으로 상승하는 경우, 기기 고장이나 동력선에 누전이 발생한 경우에, 브레이크가 블레이드(11)의 회전을 정지시킨다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼의 발전부(10), 회전구동부(50), 및 윈치(60)에는(도 8 참조), 베어링이 사용되는데, 이때 베어링은 유수에 의한 부식을 막기 위해서 내식용 베어링이나 세라믹 베어링을 사용한 수 있다. 세라믹 부싱이나 베어링은 부식에는 강하지만, 강도면에서는 강철 베어링의 1/10 수준이기 때문에 베어링을 직렬로 다수 개 사용하거나, 내식용 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 고하중과 내식이 요구되므로, 해수에서 사용 가능한 니들베어링이 적합하다. 다만, 베어링이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼에서 생산된 전기는 동력선과 해저케이블 등으로 연결된 송전망에 의해서 유상의 송전소로 보내진다. 이때, 송전선은 고정로프(40)에 지지되어 설치될 수 있고(도 2 참조), 해저에 있는 공동수집 박스를 거쳐 해저케이블로 연결될 수 있다. 이러한 송전망은 직류 또는 교류전류를 사용할 수 있는데, 송전시 전력손실을 최소화하기 위해서, 고압송전이 바람직하다. 다만, 송전망 내지 송전방식이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼은 설계된 유속에서 블레이드(11)가 회전하고, 주변 선박과의 충돌을 예방하며, 유지보수, 또는 태풍 등과 같은 재난을 피하기 위해서, 부력체(30), 또는 덕트(15) 내에 부력을 조절하거나, 윈치(60)를 이용해 승하강한다(도 7 참조). 또한, 유지보수와 재난 대피를 위해서, 회전구동부(50)를 이용해 프레임(20)을 회전할 수도 있다(도 8 참조). 이러한 일련의 작동은 상황에 따라 제어된다. 이때, 제어는 해저케이블로 연결된 유선으로 육상에서 진행할 수도 있고, 휴대폰 등 무선으로 조정할 수도 있으나, 피엘씨(programmable logic controller, PLC)를 사용하는 것이 바람직하다. 피엘씨를 사용하는 경우에, 모니터를 통해서 유속, 발전위치, 프레임(20)의 회전각도, 생산전력량, 고장 유무 등을 한번에 체크하고, 복수 개의 본 발명에 따른 잠수형 발전 플랫폼을 컴퓨터에 연결하여 제어할 수 있다. 다만, 제어방식이 반드시 이러한 방식에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제어를 위해 필요한 통신선은 고정로프(40)에 지지되어 설치될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
본 발명은 블레이드가 배치되는 프레임의 양측에 부력체가 배치되고, 부력체를 수로에 고정하는 고정로프가 힘의 균형을 고려하여 정해지는 부력체의 밸런스 중심부에 연결됨으로써, 발전 플랫폼의 균형을 유지시켜서 수중에서 안정적으로 전기를 생산할 수 있다.
[부호의 설명]
5: 리브살 10: 발전부
11: 블레이드 12: 동력전달축
13: 발전기 14: 제1 케이스
15: 덕트 15a: 중공
16: 제1 격벽 17: 제1 배관부
17a: 제1 배관 17b: 제1 밸브
18: 회전부 누수방지용 메카니칼씰 19: 발전기용 압력조절부
20: 프레임 30: 부력체
30a: 밸런스 중심부 32: 제2 격벽
33: 중공 35: 제2 배관부
35a: 제2 배관 35b: 제2 밸브
40: 고정로프 41: 제1 고정로프
43: 제2 고정로프 50: 회전구동부
52: 제2 케이스 53: 구동체
54: 구동풀리부 55: 로프
56: 종동풀리부 57: 링크
60: 윈치 61: 승하강로프
70: 제1 균형추 71: 제1 균형로프
80: 제2 균형추 81: 나사봉
90: 제3 균형추 100: 고정체
101: 말뚝부 103: 결합부
110: 권취롤 111: 제2 균형로프
113: 도르래 115: 연결로프
1: 유수 150: 덕트결합체

Claims (15)

  1. 유수에 의해 회전하는 블레이드, 및 상기 블레이드의 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 발전부;
    상기 유수가 흘러들어오는 전방을 향하여 상기 블레이드가 배치되도록, 내부에 상기 발전부를 고정하는 프레임;
    상기 프레임의 양측에 배치되고, 부력에 의해 상기 프레임을 부유시키는 한 쌍의 부력체; 및
    상기 부력체를 수로에 고정 연결하되, 상기 프레임의 균형이 유지되도록, 상기 발전부, 상기 프레임, 및 상기 부력체의 무게와 부력, 상기 유수의 유속을 고려하여 정해지는 상기 부력체의 외면상의 밸런스 중심부 또는 상기 유수가 흘러오는 방향 쪽 상기 부력체의 전방부에 일단이 연결되는 적어도 하나 이상의 고정로프;
    를 포함하고,
    수심에 따라 변하는 유속 중 소정의 유속에서 상기 블레이드가 회전하도록, 상기 고정로프에 연결된 부력체가 수중에서 승하강하여, 소정의 수심에 위치하는 잠수형 발전 플랫폼.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유수를 통과시키는 유동로가 관통 형성되되, 상기 유동로 내부에 상기 발전부가 고정 배치되어, 상기 유수를 상기 블레이드로 안내하는 덕트;
    를 더 포함하고,
    상기 덕트의 내부에 중공이 구비되고, 상기 덕트의 내부로 공기 또는 물이 유출입되어, 승하강되는 잠수형 발전 플랫폼.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸런스 중심부는 상기 부력체의 길이방향의 중심을 지나는 수직축을 기준으로 상기 유수가 흘러오는 방향으로의 너비가 상기 부력체의 길이의 8 ~ 12% 이내인 잠수형 발전 플랫폼.
  4. 청구항 1에 있어서,
    해양에 배치되고, 상기 고정로프 중 어느 하나인 제1 고정로프가 상기 부력체의 전방부와 상기 프레임의 전방 쪽 해저면을 연결하고, 상기 고정로프 중 다른 하나인 제2 고정로프가 상기 부력체의 후방부와 상기 프레임의 후방 쪽 상기 해저면을 연결하여, 해수의 유동방향이 역으로 바뀌는 조류에 의해서도 발전하는 잠수형 발전 플랫폼.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임이 상기 부력체에 대해서 회전하는 잠수형 발전 플랫폼.
  6. 청구항 5에 있어서,
    회전력을 발생시키는 감속모터 또는 유압장치인 구동체를 포함하여, 상기 프레임을 회전시키는 제1 회전구동부;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  7. 청구항 5에 있어서,
    나란하게 배치된 제1 풀리 및 제2 풀리가 감속모터 또는 유압장치인 구동체에 연결되어 함께 축회전하는 구동풀리부, 및 나란하게 배치되어 함께 축회전하는 제3 풀리 및 제4 풀리가 상기 프레임의 일측 또는 양측에 결합되어, 상기 구동풀리부의 회전력에 의해 회전하는 종동풀리부를 포함하되,
    상기 구동풀리부가 시계방향 또는 반시계방향 중 어느 하나인 제1 회전방향으로 회전할 때에, 상기 제3 풀리에 연결된 제1 로프가 상기 제1 풀리에 감기면서, 상기 종동풀리부를 상기 제1 회전방향으로 회전시키고,
    상기 구동풀리부가 상기 제1 회전방향과 반대방향인 제2 회전방향으로 회전할 때에, 상기 제4 풀리에 연결된 제2 로프가 상기 제2 풀리에 감기면서, 상기 종동풀리부를 상기 제2 회전방향으로 회전시키는 제2 회전구동부;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  8. 청구항 5에 있어서,
    적어도 2개 이상의 링크가 핀 이음으로 연결된 링크장치를 포함하고,
    감속모터 또는 유압장치인 구동체에 의해 상기 링크가 구동되는 제3 회전구동부;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  9. 청구항 5에 있어서,
    감속모터 또는 유압장치인 구동체에 연결되어 축회전하는 톱니 형태의 구동스프라켓, 및 상기 프레임의 일측 또는 양측에 축회전가능하게 결합되는 톱니 형태의 종동스프라켓을 포함하고, 상기 종동스프라켓이 체인에 의해 상기 구동스프라켓과 연결되어 회전하는 제4 회전구동부;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 수로의 바닥에 고정 연결된 승하강로프; 및
    상기 승하강로프를 권취 또는 권출하여, 상기 프레임을 승하강시키는 윈치;
    를 더 포함하여, 승하강되는 잠수형 발전 플랫폼.
  11. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 상기 부력체 또는 상기 프레임의 양측을 서로 연결하는 제1 균형로프; 및
    상기 제1 균형로프에 결합되어, 상기 프레임 양측의 균형을 유지시키는 제1 균형추;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 블레이드의 회전력을 전달하는 동력전달축의 기밀 또는 액밀이 유지되도록, 상기 발전기를 수용하는 제1 케이스 내부에 적어도 하나 이상의 메카니칼씰이 단독 또는 다중으로 배치된 회전부 누수방지용 메카니칼씰;
    을 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전기를 수용하는 제1 케이스 내부의 압력을 상승시켜, 상기 유수의 유입을 차단하는 발전기용 압력조절부;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  14. 청구항 1에 있어서,
    기둥 내지 파이프 형태로 형성되고, 일단이 수로의 바닥에 박혀서 고정되는 말뚝부, 및 상기 말뚝부가 삽입되어 밀폐되는 수용공간이 내부에 형성된 결합부를 포함하고, 상기 수용공간이 저압상태일 때에, 상기 말뚝부와 결합부가 결합되는 고정체;
    를 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
  15. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 상기 부력체 또는 상기 프레임의 양측을 서로 연결하는 제2 균형로프;
    상기 수로의 바닥에 고정 배치되는 도르래;
    상기 도르래에 감기되, 일단은 제2 균형로프에 연결되고, 타단은 상기 프레임 방향으로 권취되는 연결로프; 및
    상기 연결로프의 타단을 권취하는 권취롤;
    을 더 포함하는 잠수형 발전 플랫폼.
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