WO2017204437A1 - 조류 발전기 - Google Patents

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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to an algae generator, and more specifically, it is possible to efficiently generate power by separating the power generation means of the water and the power acquisition means of the water, and the water can be easily towed in the water even if the facilities located in the water break down easily. Not only can it be managed, but the groove structure and connecting line formed in the rotating propeller can make the most of the flow of algae, and according to the flow of the algae, it controls the number of power connections between the rotating means and the water generator.
  • the present invention relates to a tidal current generator that can maximize efficiency by avoiding this.
  • Power generation systems for producing electricity are made in a variety of ways.
  • thermal power generation it uses fossil energy, causing serious environmental pollution.
  • nuclear power generation there are many risk factors such as the storage of nuclear waste and the possibility of explosion risk.
  • Wind and solar power which are spotlighted as renewable energy, are severely affected by the weather. Wind power cannot generate power without wind, and it is difficult to predict the occurrence of wind, and sunlight cannot generate power in the dark, in the rain, or at night.
  • tidal power generation an offshore power generation
  • tidal power generation is a very attractive clean energy technology in that its history is very short and the dominant power generation model has not yet appeared, but it is predictable and can be operated 24/7 except for a certain time.
  • tidal power generation unlike tidal power generation using tidal dams to generate tidal currents, we select a place where tidal flow is fast and install a water generator at that point, and operate a water generator installed using natural tidal current. To make progress.
  • Algae power generates electricity by rotating aberrations using kinetic energy of fluids, like wind power, but uses seawater flow instead of wind.
  • the attractiveness of tidal power over onshore wind is that the density of seawater is about 840 times greater than air, so the size of a tidal turbine is generally much smaller than a wind turbine for the same capacity.
  • a large flow rate is absolutely advantageous for algal power generation.
  • the conventional tidal current generator system has a disadvantage in that it cannot be easily repaired in the event of a failure in a facility such as a rotating propeller (blade) and a connecting bearing located in the water. This is because the facility is always rotating due to strong algae in the water, making it difficult for workers to access.
  • a facility such as a rotating propeller (blade) and a connecting bearing located in the water.
  • the conventional rotary propeller structure has a problem in that the efficiency is lowered because the vortices are generated a lot in the cross-sectional area of the portion generating the driving force and the flow of algae cannot be properly received.
  • the flow of algae continues to change depending on the situation and the topography, and each time the power generation efficiency is not stable and the overall productivity of the algae generator is not good.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, the object of the present invention is to separate the power generation means of the water and the power acquisition means in the water is possible to efficiently generate, even if the facilities located in the water easily breaks the water It is to provide a tidal current generator that can be towed and easily managed in the water.
  • Another object of the present invention is to maximize the flow of tidal current through the groove structure and connecting line formed in the rotating propeller, waste or lack of power transmission by controlling the number of power connection between the rotating means and the water generator according to the flow of the tidal flow It is to provide a tidal current generator that can maximize the efficiency by avoiding.
  • the water generation unit is formed above the sea surface to generate electricity through a generator; And an underwater power unit formed below the sea level to support the water generation unit, and transmitting power to the generator at all times as a power source, wherein the underwater power unit supports the bottom of the water generation unit to the sea bottom.
  • At least one support At least one swivel having an upper end exposed to the water generation unit and formed perpendicular to the sea surface to transmit rotational power to the generator; A propeller part disposed on one side of the swivel table and spaced apart from each other at a predetermined angle, the propeller part including a plurality of propellers rotating according to a flow of algae; A lower support for connecting the lower side of the swivel with one side of the support to maintain the balance of the swivel; And a vertical movement means formed at a portion of the support connected to the lower support so that the swivel is movable upward and downward along the support.
  • the swivel may be provided with a plurality of propeller portion, the propeller is provided in a semi-cylindrical column whose radius is narrowed toward the swivel side, the cut surface is provided in the form of a plurality of serrated grooves inwardly. And, the cut surface is characterized in that it is installed on the swivel so as to be in a direction facing the flow of algae.
  • the propeller is connected to one side of the propeller is formed so that each of the propellers can be connected by a connecting line through the connecting ring, the number of generators in the water generating unit per one swivel power is connected by a plurality It is possible, and through the power release means it is possible to disconnect the power of the specific generator and the swivel as needed. It is possible to control the number of the generator is connected to the power per one swivel according to the flow of the tidal current.
  • a power storage means in the water generating unit so as to store the electricity generated by the generator or transmit it to the land.
  • the power generation means is not damaged by the sea water and the like, the possibility of failure is possible and efficient power generation, even if the facilities located in the water is easy to break down It can be easily towed in the water and can be easily managed in the water, which has the effect of high productivity and low maintenance cost.
  • FIG. 1 is a block diagram of a tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a form in which the swivel is raised above the sea level in the algae generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3a is a perspective view of the propeller in the tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a perspective view seen from a direction different from that of FIG. 3A.
  • Figure 4 is a perspective view of the propeller portion in the tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5a is a view showing a form in which a plurality of generators are power connected to one of the rotary table in the tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5b is a view showing a form that is adjusted so that only one generator is connected to one of the swivel when the flow of the tidal current in the tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a tidal current generator 11 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a tide generator 11 according to an embodiment of the present invention showing the form in which the rotating table 22 is raised above sea level Drawing.
  • the tidal current generator 11 includes a water generation unit 10 and the underwater power unit 20.
  • the water generation unit 10 is formed above the sea level and generates electricity through the generator 11, and is provided with a barge-type water facility.
  • the generator 11 for generating electricity and the power storage means 12 may be formed so as to store the electricity generated by the generator 11 or transmit it to the land.
  • the power storage means 12 should be provided so as to move easily so that it can be smoothly supplied to the ground or necessary devices.
  • tidal current generators 11 are provided with a plurality of generators 11 for scale and productivity, and the plurality of generators 11 are used to generate electricity through a power connection with a swivel table 22 to be described later. See below for more details.
  • the underwater power unit 20 is formed below the sea level to support the water generation unit 10, and serves to transfer power to the generator 11 by the flow of tidal current, the support 21, the swivel 22 ), The propeller portion 23, the lower support 24, and up and down movement means (25).
  • the support 21 serves to support the bottom of the water generating portion 10 on the sea bottom.
  • the structure of the water generating unit 10 in the form of a barge is to be firmly fixed to the bottom of the sea floor so that the position is not submerged even in fluctuations in the water depth and the position is not moved even in waves.
  • Rotating table 22 is formed in the water perpendicular to the sea surface so that the upper end is exposed to the water generation unit 10 side to transmit the rotational power to the generator (11). Since it acts as a connecting shaft that connects the rotational force caused by the flow of algae in the water to the water, it should have strength and corrosion resistance so that it is durable and does not cause corrosion due to contact with seawater.
  • Such a swivel 22 may be provided as an integral or separate coupling type, etc., which is a necessary structure because the length of the swivel 22 may vary depending on the topography of the place where the tidal current generator 11 according to the present invention is installed. .
  • the propeller part 23 is disposed on one side of the swivel table 22 to be spaced apart from each other at a predetermined angle, and consists of a plurality of propellers 23a that rotate in accordance with the flow of the algae. Since each propeller 23a is rotated by the flow of algae in the water, it may be provided in the form of a long axis using the principle of the lever to maximize the force. The configuration of the propeller portion 23 in more detail will be described later.
  • the lower support 24 is connected to the lower side of the swivel 22 and one side of the support 21 to maintain the balance of the swivel 22.
  • Rotational table 22 in which propeller 23a of a very large size may be installed depending on the terrain may have a different position as the flow of algae becomes stronger. If the position of the swivel 22 is shifted, of course, the functionality of the propeller 23a connected to the swivel 22 is lowered, so that a rigid fixing is required, but the lower support 24 connects the lower end of each swivel 22 to the support 21. By doing so, the central axis of rotation can be strongly maintained.
  • connection portion of the lower support 24 and the swivel 22 is preferably rotated through the connecting means such as the bearing 24a, since the swivel 22 should be continuously rotated, the lower support ( Up and down movement means 25 is formed in the portion connected to the 24, the swivel 22 can be moved up and down along the support 21.
  • the rotary table 22 connected through the lower support 24 may rise above the sea level according to the movement of the vertical movement means 25, thereby causing problems in the underwater facilities. If so, the operator can easily perform the repair in the water-generation unit (10).
  • the vertical movement means 25 may be formed through a variety of means, such as using a hydraulic, gear type, or using a wire, ball screw, guide rail, and the like, but the weight of the swivel 22 and the underwater equipment is considerable, but As the ascension progresses in the middle, it can be towed with less force than on the ground.
  • Figure 3a is a perspective view of the propeller 23a in the tidal current generator 11 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3b is a perspective view from a different direction than Figure 3a
  • Figure 4 is a tidal current generator according to an embodiment of the present invention It is the perspective view which showed the propeller part 23 in (11).
  • each of the swivel 22 may be formed by a plurality of propellers 23 spaced apart up and down, each propeller portion A plurality of propellers 23a are arranged in the circle direction at 23. How many propellers 23a are provided in the propeller part 23, and how long the propellers 23a are provided may vary depending on the environment in which the tidal current generator 11 is installed.
  • one propeller 23a may have a length of 10 m, while in the flow of algae, 1 m may be sufficient.
  • the length of one propeller 23a is long, as the propeller 23a rotates, the term until the next propeller 23a is lengthened becomes longer, so that the spacing of the propeller 23a is narrowed to compensate for this. It is preferable to have 23a).
  • Each propeller 23a should have a wide surface area so as to receive the maximum resistance by the algae on one side, and should be formed in an approximately pointed shape so as to minimize the resistance by the algae on the other side so that efficiency can be maximized.
  • each propeller 23a is based on a semi-cylindrical shape, the radius of which narrows toward the connecting table 23c in the direction of the swivel table 22, on the inner side along the cut surface 23aa of the cylinder.
  • the cut surface (23aa) is to be installed on the swivel table 22 to be in the direction directly facing the flow of the algae.
  • One side that receives the maximum mass energy of the algae maximizes the force pushing the propeller 23a, while the other side has a streamlined shape that minimizes the resistance of the water so that the propeller 23a rotates by the pushing force.
  • the present invention maximizes the surface area to maximize the resistance of the algae by forming a serrated groove (23ab) on the side facing the flow of the algae, and the propeller (23a) has received the algae resistance When rotating after passing through it is a structure that can quickly discharge the water along the gap of the tooth.
  • connection line 23b is connected to each propeller 23a, it is possible to prevent the detachment of the propeller 23a, which may be prevented, and the propeller 23a currently receiving the force of rotation is the next propeller 23a. Because of the pulling effect, the rotation of the entire propeller portion 23 may be made of a uniform pulse, and can overcome the resistance of the current caused by the rotation.
  • the tidal current generator 11 through the structure of the groove structure and the connecting line (23b) formed in the rotary propeller (23a) so as not to be affected by the flow of the tidal current that changes in real time so as to make full use of the force do.
  • Figure 5a is a view showing a plurality of generators 11 connected to one of the rotating table 22 in the tidal current generator 11 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5b is a tidal current generator according to an embodiment of the present invention
  • (11) is a view showing a form that is adjusted so that only one generator (11) is power connected to one of the rotating table 22 when the flow of tidal current is weak.
  • a plurality of generators 11 for each swivel 22 in the water generator 10 may be power connected.
  • the method of power connection is also possible in the form of a gear, but it is most preferable that the belt 11a is connected.
  • it is characterized by having a power release means (11b) can disconnect the power of the specific generator 11 and the swivel 22 as needed.
  • the tidal current generator 11 by controlling the number of power connection between the rotating means and the water generator 11 in accordance with the flow of the tidal flow can be maximized efficiency by eliminating waste or lack in power transmission enormous algae energy We can expect the effect that can be utilized for development.

Abstract

본 발명은 조류 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수상의 발전 수단과 수중의 동력 획득 수단을 분리하여 효율적인 발전이 가능하고, 수중에 위치한 시설물이 고장나더라도 용이하게 수상 견인이 가능하여 수상에서 쉽게 관리할 수 있을 뿐 아니라, 회전 프로펠러에 형성된 홈 구조와 연결줄을 통해 조류의 흐름을 최대한 활용할 수 있으며, 조류의 흐름 상태에 따라 회전수단과 수상 발전기 간의 동력 연결 개수를 제어함으로써 동력 전달에 낭비나 부족함이 없도록 하여 효율성을 극대화할 수 있는 조류 발전기에 관한 것이다.

Description

조류 발전기
본 발명은 조류 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수상의 발전 수단과 수중의 동력 획득 수단을 분리하여 효율적인 발전이 가능하고, 수중에 위치한 시설물이 고장 나더라도 용이하게 수상 견인이 가능하여 수상에서 쉽게 관리할 수 있을 뿐 아니라, 회전 프로펠러에 형성된 홈 구조와 연결줄을 통해 조류의 흐름을 최대한 활용할 수 있으며, 조류의 흐름 상태에 따라 회전수단과 수상 발전기 간의 동력 연결 개수를 제어함으로써 동력 전달에 낭비나 부족함이 없도록 하여 효율성을 극대화할 수 있는 조류 발전기에 관한 것이다.
전기를 생산하기 위한 발전 시스템은 매우 다양한 방법으로 이루어지고 있다. 화력 발전의 경우 화석에너지 등을 이용하고 있어 심각한 환경오염을 초래하고 있으며, 원자력 발전의 경우 핵폐기물 등의 보관과 폭발 위험의 가능성이 있는 등 위험 요소들이 많이 존재한다.
반면 신 재생 에너지로 각광받는 풍력 발전과 태양광 발전은 일기의 영향을 매우 심하게 받는다. 풍력은 바람이 불지 않으면 발전을 할 수도 없고 바람의 발생도 예측을 하기가 어려우며, 태양광은 어둡거나 비가 오거나 밤이면 발전을 할 수가 없기 때문이다.
이에 비교하여, 해양 발전인 조류 발전은 역사가 매우 짧고 아직까지 우세한 발전 모델이 등장을 하지는 않았으나 예측이 가능하며 일정 시간을 제외하고는 연중무휴로 가동이 가능하다는 점에서 매우 매력적인 청정 에너지 기술이다.
조류 발전은 조력 발전이 조력 댐을 만들어 낙차를 이용하여 발전하는 것과는 달리, 조류의 흐름이 빠른 곳을 선정하여 그 지점에 수차발전기를 설치하고, 자연적인 조류의 흐름을 이용하여 설치된 수차발전기를 가동시켜서 발전을 하는 것이다.
그렇기 때문에 조력 댐 없이 발전에 필요한 수차발전기만을 설치하는 것이기에 비용이 적게 드는 반면에 적지를 선정하는데 어려움이 있고, 조류의 자연적인 흐름의 세기에 따라서 발전량이 좌우된다. 환경 측면에서도 해수의 유동이 자유롭고 해양환경에 미치는 영향이 거의 없어서 조력 발전보다 더욱더 환경 친화적인 발전으로 간주된다.
조류 발전은 풍력 발전과 같이 유체의 운동 에너지를 이용하여 수차를 회전시켜서 전기를 생산하게 되는데, 바람 대신 해수의 흐름을 이용하는 점이 다르다. 조류 발전이 육상의 풍력 발전보다 매력적인 것은 해수의 밀도가 공기보다 약 840배 정도 크기 때문에, 같은 시설용량일 경우 풍력발전용 터빈에 비하여 조류터빈의 크기가 일반적으로 훨씬 작다. 일반적으로 유체 흐름에 의한 발전에너지는 유속에 지수함수로 증가하기 때문에 유속이 큰 곳이 조류 발전에 절대적으로 유리하다.
이러한 장점에도 불구하고 종래의 조류 발전기 시스템에서는 수중에 위치한 회전 프로펠러(블레이드), 연결 베어링 등의 시설에 고장이 발생했을 경우 쉽게 수리하지 못하는 단점이 존재했었다. 수중에서는 강한 조류에 의해 시설물이 항시 회전이 이루어지고 있어 작업자가 접근하기조차 힘든 상태이기 때문이다.
뿐만 아니라 종래의 회전 프로펠러 구조에서는 구동력을 발생하는 부분의 단면적에서 와류가 많이 발생하고 조류의 흐름을 제대로 받아내지 못하기 때문에 그 효율이 낮아지는 문제점이 있었다. 또한 조류의 흐름은 상황과 지형에 따라 계속 변하게 되는데 그 때마다 발전 효율이 안정적이지 못 해서 조류 발전기의 전체적인 생산성이 좋지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수상의 발전 수단과 수중의 동력 획득 수단을 분리하여 효율적인 발전이 가능하고, 수중에 위치한 시설물이 고장 나더라도 용이하게 수상 견인이 가능하여 수상에서 쉽게 관리할 수 있는 조류 발전기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 회전 프로펠러에 형성된 홈 구조와 연결줄을 통해 조류의 흐름을 최대한 활용할 수 있으며, 조류의 흐름 상태에 따라 회전수단과 수상 발전기 간의 동력 연결 개수를 제어함으로써 동력 전달에 낭비나 부족함이 없도록 하여 효율성을 극대화할 수 있는 조류 발전기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 해수면 상측으로 형성되어 발전기를 통해 전기를 생성하는 수상 발전부; 및 해수면 하측으로 형성되어 상기 수상 발전부를 지지하고, 조류의 흐름을 동력원으로 상시 발전기로 동력을 전달하는 수중 동력부;를 포함하되, 상기 수중 동력부는 상기 수상 발전부 하단부를 해저면에 지지시키는 한 개 이상의 지지대; 상단이 상기 수상 발전부 측으로 노출되어 상기 발전기로 회전 동력을 전달하도록 해수면과 수직으로 형성되는 한 개 이상의 회전대; 상기 회전대 일측에 서로 소정 각도로 이격되게 배치되어 조류의 흐름에 따라 회전하는 복수 개의 프로펠러를 포함하는 프로펠러부; 상기 회전대 하단 일측과 상기 지지대 일측을 연결하여 상기 회전대의 균형을 유지시키는 하부 지지대; 및 상기 지지대에서 상기 하부 지지대와 연결되는 부분에 형성하여, 상기 회전대가 상기 지지대를 따라 상하 방면으로 이동 가능하도록 하는 상하 이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기를 제공한다.
여기에, 상기 회전대에는 상기 프로펠러부가 복수 개만큼 형성될 수 있으며, 상기 프로펠러는 상기 회전대 측으로 갈수록 반경이 좁아지는 반원기둥에, 잘린 면에는 내측으로 톱니 모양의 홈이 복수 개만큼 형성되는 형태로 구비되며, 상기 잘린 면이 조류의 흐름과 마주치는 방향이 되도록 상기 회전대에 설치되는 것을 특징으로 하는 한다.
그리고, 상기 프로펠러는 일측에 연결고리가 형성되어 상기 일 프로펠러부의 각 프로펠러는 상기 연결고리를 통해 연결줄로 연결시키는 것이 가능하며, 상기 회전대 한 개당 상기 수상 발전부에서 상기 발전기가 복수 개만큼 동력 연결되는 것이 가능하며, 동력 풀림수단을 통해 필요에 따라 특정 발전기와 상기 회전대의 동력 연결을 끊을 수 있는 것이 가능하다. 조류의 흐름 상태에 따라 상기 회전대 한 개당 동력 연결되는 상기 발전기의 개수를 제어 가능한 것이다.
또한, 상기 수상 발전부에는 상기 발전기에서 생성하는 전기를 저장하거나 육상으로 전송하여 활용할 수 있도록 축전수단을 더 형성하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 수상의 발전 수단과 수중의 동력 획득 수단을 분리하여 발전 수단이 바닷물 등의 피해를 받지 않아 고장 가능성이 적고 효율적인 발전이 가능하고, 수중에 위치한 시설물이 고장나더라도 용이하게 수상 견인이 가능하여 수상에서 쉽게 관리할 수 있어 생산성이 좋고 유지비가 적게 드는 효과가 있다.
또한 회전 프로펠러에 형성된 홈 구조와 연결줄 등의 구조를 통해 실시간으로 변화하는 조류의 흐름을 최대한 활용할 수 있으며, 조류의 흐름 상태에 따라 회전수단과 수상 발전기 간의 동력 연결 개수를 제어함으로써 동력 전달에 낭비나 부족함이 없도록 하여 효율성을 극대화할 수 있어 막대한 조류 에너지를 고스란히 발전에 활용할 수 있는 효과가 있다.
아울러 수상의 구조물에 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 설비를 병행하여 구비하기 용이하며, 축전설비에 저장된 전기를 육상의 자동차 등에 제공을 하는 것이 가능하고, 정박 중인 선박 등에 연결하여 자가 발전을 할 수 있는 등 그 응용 범위가 매우 넓은 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기에서 회전대가 해수면 상측으로 상승된 형태를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기에서 프로펠러를 나타낸 사시도이다.
도 3b는 도 3a와 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기에서 프로펠러부를 나타낸 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기에서 회전대 한 개에 발전기 복수 개가 동력 연결된 형태를 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기에서 조류의 흐름이 약할 때 회전대 한 개에 발전기 한 개만 동력 연결되도록 조절된 형태를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)의 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 회전대(22)가 해수면 상측으로 상승된 형태를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)는 수상 발전부(10) 및 수중 동력부(20)를 포함하여 이루어진다.
수상 발전부(10)는 해수면 상측으로 형성되어 발전기(11)를 통해 전기를 생성하는 부분으로, 바지선 형태의 수상 시설이 구비된다. 내부에는 전기를 생성하는 발전기(11)와, 발전기(11)에서 생성하는 전기를 저장하거나 육상으로 전송하여 활용할 수 있도록 축전수단(12)을 형성될 수 있다.
수상에서 발전이 이루어지기 때문에, 물의 영향을 받지 않으며 바로 하단부로부터 바닷물 등에 의한 부식이 일어나지 않도록 적절한 방지 수단을 마련하는 것이 바람직하다. 그리고 축전수단(12)은 이동이 용이하게끔 구비하여 지상 혹은 필요한 장치로 원활하게 공급할 수 있도록 해야 한다.
조류 발전기(11)에서는 규모와 생산성을 위해 복수 개의 발전기(11)가 구비되는 것이 대부분인데, 이러한 복수 개의 발전기(11)가 후술하는 회전대(22)와의 동력 연결을 통해 전기를 생산하는 동작 구조에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 살펴보도록 한다.
수중 동력부(20)는 해수면 하측으로 형성되어 수상 발전부(10)를 지지하고, 조류의 흐름을 동력원으로 발전기(11)로 동력을 전달하는 역할을 수행하며, 지지대(21), 회전대(22), 프로펠러부(23), 하부 지지대(24), 상하 이동수단(25)을 포함하여 이루어진다.
지지대(21)는 수상 발전부(10) 하단부를 해저면에 지지시키는 역할을 수행한다. 바지선 형태의 수상 발전부(10) 구조물이 수심의 변동에도 침수되지 않고, 파도 등에도 위치가 이동되지 않도록 해저면 바닥과 견고하게 고정될 수 있도록 하는 것이다.
회전대(22)는 상단은 수상 발전부(10) 측으로 노출되어 발전기(11)로 회전 동력을 전달하도록 해수면과 수직으로 수중에 형성된다. 수중에서 조류의 흐름에 의해 비롯되는 회전력을 수상으로 연결시켜 주는 연결축 역할을 하기 때문에, 내구성이 좋으면서도 바닷물 등과의 접촉으로 인한 부식이 일어나지 않도록 강도와 내부식성을 가져야 한다.
이러한 회전대(22)는 일체형 혹은 분리 결합형 등으로 구비될 수 있는데, 이는 본 발명에 따른 조류 발전기(11)가 설치되는 장소의 지형에 따라 회전대(22)의 길이가 달라질 수 있기 때문에 필요한 구조이다.
프로펠러부(23)는 회전대(22) 일측에 서로 소정 각도로 이격되게 배치되어 조류의 흐름에 따라 회전하는 복수 개의 프로펠러(23a)로 이루어진다. 수중에서 각 프로펠러(23a)가 조류의 흐름을 받아 회전이 이루어지기 때문에, 그 힘을 최대화하기 위해 지렛대의 원리를 이용한 장축의 형태로 구비될 수 있다. 보다 상세한 프로펠러부(23)의 구성은 뒤에서 설명하기로 한다.
하부 지지대(24)는 회전대(22) 하단 일측과 지지대(21) 일측을 연결하여 회전대(22)의 균형을 유지시키게 된다. 지형에 따라 매우 큰 사이즈의 프로펠러(23a)가 설치될 수 있는 회전대(22)는 조류의 흐름이 강해질수록 위치가 틀어질 가능성이 있다. 회전대(22)의 위치가 어긋나면 당연히 회전대(22)에 연결된 프로펠러(23a)의 기능성이 저하되므로, 단단한 고정이 필요한데 하부 지지대(24)는 각 회전대(22)의 하단을 지지대(21)와 연결함으로써 회전의 중심축을 강력하게 유지시킬 수 있는 것이다.
하부 지지대(24)와 회전대(22)의 연결 부위는 회전대(22)가 계속해서 회전이 이루어져야 하므로 베어링(24a) 등의 연결수단을 통해 결속이 이루어지는 것이 바람직하며, 지지대(21)에서 하부 지지대(24)와 연결되는 부분에는 상하 이동수단(25)이 형성되어, 회전대(22)가 지지대(21)를 따라 상하 방면으로 이동 가능하도록 할 수 있다.
종래의 조류 발전기(11)에서는 수중에 위치한 프로펠러(23a), 연결 베어링(24a) 등의 시설에 고장이 발생했을 경우 쉽게 수리하지 못하는 단점이 존재했었다. 수중에서는 강한 조류에 의해 시설물이 항시 회전이 이루어지고 있어 작업자가 접근하기조차 힘든 상태이기 때문이다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서는 하부 지지대(24)를 통해 연결된 회전대(22)가 상하 이동수단(25)의 움직임에 따라 해수면 위로 상승할 수 있도록 함으로써, 수중 설비에 문제가 발생했을 경우 작업자가 수상 발전부(10)에서 쉽게 수리를 실시할 수 있도록 한다.
이러한 상하 이동수단(25)은 유압식, 기어식 등의 방식 혹은 와이어, 볼스크류, 가이드레일을 사용하는 등 다양한 수단을 통해 형성될 수 있으며, 회전대(22)와 수중 설비 등의 무게가 상당하지만 수중에서 상승이 진행되기 때문에 지상에서보다 적은 힘으로도 견인이 가능한 것이 특징이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 프로펠러(23a)를 나타낸 사시도, 도 3b는 도 3a와 다른 방향에서 바라본 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 프로펠러부(23)를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 각 회전대(22)에는 프로펠러부(23)가 복수 개만큼 상하로 이격되어 형성될 수 있으며, 각 프로펠러부(23)에는 복수 개의 프로펠러(23a)가 원 방향으로 배치되어 구비된다. 프로펠러부(23)에 프로펠러(23a)가 몇 개가 구비되는지, 길이가 어떻게 되는지는 조류 발전기(11)가 설치되는 환경에 따라 상이해질 수 있다.
예컨대 조류의 흐름이 거대한 곳에서는 프로펠러(23a) 한 개의 길이가 10m로 형성될 수도 있는 반면에, 조류의 흐름이 약한 곳에서는 1m 정도면 족할 것이다. 또한 프로펠러(23a) 한 개의 길이가 길다면, 각 프로펠러(23a)가 회전하면서 다음 프로펠러(23a)가 도달하기까지의 텀이 길어지므로 이를 보완하기 위해 프로펠러(23a)의 간격을 좁게 하여 더 많은 프로펠러(23a)를 구비하는 것이 바람직한 것이다.
각 프로펠러(23a)는 일 측에서는 조류에 의한 저항을 최대치로 받을 수 있도록 표면적이 넓어야 하고, 타 측에서는 조류에 의한 저항을 최소화할 수 있도록 대략 뾰족한 형상으로 형성되어야 효율성이 극대화될 수 있다.
이를 위해 본 발명의 실시예에서는, 각 프로펠러(23a)가 회전대(22) 측의 연결대(23c) 방향으로 갈수록 반경이 좁아지는 반원기둥 모양을 기본으로 하여, 원기둥의 잘린 면(23aa)을 따라 내측으로 톱니 모양의 홈(23ab)을 복수 개만큼 형성시키는 것이 가능하다. 그런 후 잘린 면(23aa)이 조류의 흐름과 바로 마주치는 방향이 되도록 회전대(22)에 설치하는 것이다.
조류가 가지는 질량에너지를 최대한 받는 일측면이 프로펠러(23a)를 미는 힘을 최대화시키고, 타측면에서는 미는 힘에 의해 프로펠러(23a)가 회전하며 지나갈 수 있도록 물의 저항을 최소화시키는 유선형의 모양을 가지게 하는 것인데, 이에 더하여 본 발명에서는 조류의 흐름과 마주하는 면에 톱니 모양의 홈(23ab)을 형성시킴으로써 조류의 저항을 극대화할 수 있도록 표면적을 최대화하였으며, 더불어 프로펠러(23a)가 조류의 저항을 다 받은 후 회전하고 지나갈 때에는 톱니의 틈새를 따라 신속하게 물을 배출시킬 수 있는 구조를 구성한 것이다.
이렇게 일반적인 블레이드 형태의 프로펠러(23a)에 비교하여 훨씬 크게 조류의 흐름을 회전력으로 전달할 수 있는 것이며, 조류의 저항이 커서 프로펠러(23a)의 회전에 문제가 생기지 않도록 추가로 각 프로펠러(23a)마다 일측에 연결고리(23ac)를 형성시켰고, 인근의 프로펠러(23a)마다 연결고리(23ac)를 연결줄(23b)로 결속시킴으로써 보다 균일한 회전력을 유도할 수 있다.
연결줄(23b)로 각 프로펠러(23a)마다 연결이 되기 때문에, 혹시나 있을 프로펠러(23a)의 이탈을 방지할 수 있으며, 현재 회전의 힘을 받고 있는 프로펠러(23a)가 다음 차례인 프로펠러(23a)를 당겨주는 효과가 있기 때문에 전체 프로펠러부(23)의 회전이 균일한 펄스로 이루어질 수 있으며, 회전에 따른 조류의 저항을 극복할 수 있다.
이렇게 본 발명에 따른 조류 발전기(11)에서는 회전 프로펠러(23a)에 형성된 홈 구조와 연결줄(23b) 등의 구조를 통해 실시간으로 변화하는 조류의 흐름에 영향을 받지 않으면서도 그 힘을 최대한 이용할 수 있게 된다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 회전대(22) 한 개에 발전기(11) 복수 개가 동력 연결된 형태를 나타낸 도면, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서 조류의 흐름이 약할 때 회전대(22) 한 개에 발전기(11) 한 개만 동력 연결되도록 조절된 형태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전기(11)에서는 수상 발전부(10)에서 각 회전대(22) 당 복수 개의 발전기(11)가 동력 연결될 수 있다. 동력 연결되는 방식은 기어 형태로도 가능하지만, 벨트(11a) 연결되는 것이 가장 바람직하다. 여기에 본 발명에서는 동력 풀림수단(11b)을 구비하여 필요에 따라 특정 발전기(11)와 회전대(22)의 동력 연결을 끊을 수 있는 것이 특징이다.
조류의 흐름 상태에 따라 회전대(22) 한 개당 동력 연결되는 발전기(11)의 개수를 제어 가능다는 것인데, 본 발명에서 동력 풀림수단(11b)이 도 5b에서 우측에 도시된 바와 같이 발전기(11) 방향으로 이동되면 자연스럽게 발전기(11)의 회전축에 걸린 벨트(11a) 연결을 풀 수 있게 된다.
태풍이 분다거나 조류의 흐름이 매우 셀 경우에는 이런 식으로 가급적 많은 개수의 발전기(11)를 회전대(22)마다 연결시켜 잉여 동력이 없게끔 하여 최대의 생산 효율을 유도할 수 있을 것이다. 반면에, 정조기 등에 조류의 흐름이 잔잔할 때에는 오히려 많은 발전기(11)의 연결은 비효율적이므로 나머지 발전기(11)의 동력 연결은 끊어 버리고, 한 개의 발전기(11)라도 제대로 동력을 받을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 본 발명에 따른 조류 발전기(11)에서는 조류의 흐름 상태에 따라 회전수단과 수상 발전기(11) 간의 동력 연결 개수를 제어함으로써 동력 전달에 낭비나 부족함이 없도록 하여 효율성을 극대화할 수 있어 막대한 조류 에너지를 고스란히 발전에 활용할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
아울러, 수상의 구조물에 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 설비를 병행하여 구비하기 용이하며, 축전설비에 저장된 전기를 육상의 자동차 등에 제공을 하는 것이 가능하고, 정박 중인 선박 등에 연결하여 자가 발전을 할 수 있는 등 그 응용 범위가 매우 넓은 장점이 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

  1. 해수면 상측으로 형성되어 발전기를 통해 전기를 생성하는 수상 발전부; 및
    해수면 하측으로 형성되어 상기 수상 발전부를 지지하고, 조류의 흐름을 동력원으로 상시 발전기로 동력을 전달하는 수중 동력부;를 포함하되,
    상기 수중 동력부는
    상기 수상 발전부 하단부를 해저면에 지지시키는 한 개 이상의 지지대;
    상단이 상기 수상 발전부 측으로 노출되어 상기 발전기로 회전 동력을 전달하도록 해수면과 수직으로 형성되는 한 개 이상의 회전대;
    상기 회전대 일측에 서로 소정 각도로 이격되게 배치되어 조류의 흐름에 따라 회전하는 복수 개의 프로펠러를 포함하는 프로펠러부;
    상기 회전대 하단 일측과 상기 지지대 일측을 연결하여 상기 회전대의 균형을 유지시키는 하부 지지대; 및
    상기 지지대에서 상기 하부 지지대와 연결되는 부분에 형성하여, 상기 회전대가 상기 지지대를 따라 상하 방면으로 이동 가능하도록 하는 상하 이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전대에는 상기 프로펠러부가 복수 개만큼 형성될 수 있으며,
    상기 프로펠러는
    상기 회전대 측으로 갈수록 반경이 좁아지는 반원기둥에, 잘린 면에는 내측으로 톱니 모양의 홈이 복수 개만큼 형성되는 형태로 구비되며,
    상기 잘린 면이 조류의 흐름과 마주치는 방향이 되도록 상기 회전대에 설치되는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 프로펠러는 일측에 연결고리가 형성되어 상기 일 프로펠러부의 각 프로펠러는 상기 연결고리를 통해 연결줄로 연결시키는 것이 가능한 조류 발전기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전대 한 개당 상기 수상 발전부에서 상기 발전기가 복수 개만큼 동력 연결되는 것이 가능하며,
    동력 풀림수단을 통해 필요에 따라 특정 발전기와 상기 회전대의 동력 연결을 끊을 수 있는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  5. 제 4항에 있어서,
    조류의 흐름 상태에 따라
    상기 회전대 한 개당 동력 연결되는 상기 발전기의 개수를 제어 가능한 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 수상 발전부에는
    상기 발전기에서 생성하는 전기를 저장하거나 육상으로 전송하여 활용할 수 있도록 축전수단을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 조류 발전기.
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