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KR101509729B1 - 조류발전장치 - Google Patents

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KR101509729B1
KR101509729B1 KR20140111771A KR20140111771A KR101509729B1 KR 101509729 B1 KR101509729 B1 KR 101509729B1 KR 20140111771 A KR20140111771 A KR 20140111771A KR 20140111771 A KR20140111771 A KR 20140111771A KR 101509729 B1 KR101509729 B1 KR 101509729B1
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vertical aberration
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axis
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이재욱
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이재혁
이재욱
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Abstract

본 발명의 일실시 예에 의하면, 조류발전장치는, 상호 이격 배치되어 폭이 일정한 수로를 형성하며, 상기 수로의 전후방으로 조류가 이동 가능하고, 상기 수로에 대향되는 면이 함몰되어 형성되는 복수의 설치홈을 가지는 복수의 수로제방; 상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 전단으로부터 연장되어, 상기 수로의 전방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제1집수제방; 상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 후단으로부터 연장되어, 상기 수로의 후방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제2집수제방; 그리고 상기 설치홈에 삽입설치되며 상기 조류의 이동을 이용하여 전력을 생산 가능한 수차모듈;을 포함할 수 있다.

Description

조류발전장치{Tidal current power generator}
본 발명은 양방향 조류발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모듈화된 수차모듈을 이용하여 설치 및 분리가 용이할 뿐만 아니라, 조류에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수차 날개가 조류와 접하지 않도록 하여 회전저항을 최소화하여 발전효율을 증대할 수 있는 조류발전장치에 관한 것이다.
일반적인 전력 생산 방식으로는 물을 이용한 수력 발전, 화석 에너지를 이용한 화력 발전과 원자력 발전 등으로 분류한다.
최근에는 친환경적인 녹색 에너지로 풍력, 태양력, 조력 등의 자연력을 이용한 발전이 주목받고 있다.
수력 발전은 입지 조건 및 막대한 건설비, 화력 발전은 대기 온난화 및 공해, 원자력은 주민의 입지 거부 및 방사능 문제 그리고 녹색에너지인 풍력, 태양력은 날씨 변화에 따른 안정적인 전력공급 문제, 조력발전은 입지조건 등의 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1184040(2012.09.18.공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0009271(2013.01.23.공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0015946(2011.02.17.공개)
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수직수차 날개 또는 수평수차 날개의 수면 접촉면적을 넓게 형성시켜 조류에너지 흡수 효율성을 높일 수 있는 조류발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 조류 에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수차 날개가 조류와 접촉하는 것을 방지할 수 있는 조류발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 모듈화된 수차 모듈을 이용함으로써, 설치 및 분리가 용이한 조류발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 해결하고자 하는 과제들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일실시 예에 의하면, 조류발전장치는, 상호 이격 배치되어 폭이 일정한 수로를 형성하며, 상기 수로의 전후방으로 조류가 이동 가능하고, 상기 수로에 대향되는 면이 함몰되어 형성되는 복수의 설치홈을 가지는 복수의 수로제방; 상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 전단으로부터 연장되어, 상기 수로의 전방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제1집수제방; 상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 후단으로부터 연장되어, 상기 수로의 후방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제2집수제방; 그리고 상기 설치홈에 삽입설치되며 상기 조류의 이동을 이용하여 전력을 생산 가능한 수차모듈;을 포함할 수 있다.
상기 수차모듈은, 상기 설치홈의 내부에 설치되며 연직 방향으로 배치되는 수직수차 축과, 상기 수직수차 축에 연결되며 상기 수직수차 축을 중심으로 방사상 구조로 배치되는 수직수차 날개를 구비하는 수직수차; 상기 수직수차 축의 하부에 배치되어 상기 수직수차 축의 하단을 지지하는 하부고정지지물과, 상기 하부고정지지물의 상부에 배치되며 상기 수직수차 축의 상단을 지지하는 상판덮개와, 상기 수직수차 축의 일측에 배치되며 상기 하부고정지지물과 상기 상판덮개를 연결하는 지지프레임을 구비하는 메인프레임; 상기 수직수차 축에 결합되고, 상기 수직수차 날개의 상부 및 하부에 각각 배치되어 상기 수직수차 날개의 상단 및 하단을 각각 지지하는 수직수차 상부 날개지지판 및 수직수차 하부 날개지지판; 그리고 상기 수직수차 축에 연결되며, 상기 수직수차 축의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 포함할 수 있다.
상기 수직수차 날개는, 단면이 요철 형상, 물결 형상 및 톱니 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 조류발전장치는, 바다에 설치되고, 조류의 이동방향을 기준으로 선수 및 선미를 향해 폭이 감소하는 형상을 가지며, 상하 방향으로 관통 형성된 복수의 설치홀을 가지는 부양선; 상기 설치홀에 수평 방향으로 설치되는 수평수차 축과, 상기 수평수차 축에 연결되며 상기 수평수차 축을 중심으로 방사상 구조로 배치되는 수평수차 날개를 구비하는 수평수차; 상기 부양선에 설치되며, 상기 수평수차 축에 연결되어 상기 수평수차 축의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 상기 선수의 양측에 서로 대칭 연결되며, 상기 조류의 이동에 대하여 상기 선수를 고정 가능한 복수의 선수 닻; 그리고 상기 선미의 양측에 서로 대칭 연결되며, 상기 조류의 이동에 대하여 상기 선미를 고정 가능한 복수의 선미 닻;을 포함할 수 있다.
상기 수평수차 날개는, 단면이 요철 형상, 물결 형상 및 톱니 형상 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 조류발전장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 하나의 발전기에서 밀물 2번, 썰물 2번 총 하루 4회 발전을 제공하는 것이 가능하여 발전 효율이 증가한다.
둘째, 조류 에너지를 흡수할 수 있는 영역에서는 수직수차 날개의 일부를 수로에 위치시키고 조류 에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수직수차 날개를 수로제방의 설치홈 내부에 위치시킴으로써 조류에 걸리는 수차저항을 최소화할 수 있다. 한편, 조류 에너지를 흡수할 수 있는 영역에서는 수평수차의 날개의 일부를 수중에 위치시키고 조류에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수평수차 날개를 대기에 위치시킴으로써 회전저항을 최소화함으로 수평수차 날개의 회전율 증대와 함께 발전 효율도 증가한다.
셋째, 선수 닻 및 선미 닻을 이용함으로써 부양선이 밀물 또는 썰물에 대하여 직진성을 유지할 수 있다. 또한, 부양선은 수면 이동이 간편하기 때문에, 수심이 깊고 조류가 빠른 토목 공사가 어려운 장소에 선수 닻 및 선미 닻을 양방향으로 사용하여 간단히 고정설치가 가능하여 다양한 적용성을 제공한다.
넷째, 수직수차 날개 또는 수평수차 날개는 단면이 요철 형상, 물결 형상 및 톱니 형상 중 어느 하나의 형상을 가지므로 표면적이 평면 형태보다 넓게 형성되기 때문에, 조류의 접촉 면이 넓어져 에너지 흡수효율을 증가시킬 수 있다.
다섯째, 수차모듈은 수로제방의 설치홈(10a)에 간단하게 장착 또는 분리할 수 있으므로 사후 관리의 편리성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 조류발전장치가 바다에 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 조류발전장치에 수차모듈이 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 수차모듈의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조류발전장치가 바다에 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 조류발전장치의 수평수차가 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 수직수차 날개 및 도 5의 수평수차 날개의 형상을 간략하게 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 하기 위하여 강조 또는 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 조류발전장치가 바다에 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 조류발전장치(1)는 수로제방(10), 제1집수제방(11), 제2집수제방(12), 수차모듈(20) 및 발전기(16)를 포함할 수 있다.
복수의 수로제방(10)은 폭 방향으로 상호 이격 배치되어, 수로제방들(10) 사이에는 수로(14)가 형성될 수 있다. 수로제방(10)의 수로(14)와 대향되는 면에는 수로제방(10)의 길이방향을 따라서 복수의 설치홈(10a)이 함몰 형성될 수 있다. 바다의 조류는 수로(14)를 통해 수로(14)의 전후방으로 이동할 수 있다.

제1집수제방(11)은 조류의 이동 방향을 기준으로 수로제방(10)의 전단으로부터 연장 형성될 수 있다. 제1집수제방(11)은 수로(14)의 전방을 향해서 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상을 가질 수 있다.
제2집수제방(12)은 조류의 이동 방향을 기준으로 수로제방(10)의 후단으로부터 연장 형성될 수 있다. 제2집수제방(12)은 수로(14)의 후방을 향해서 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상을 가질 수 있다.
도 2는 도 1의 조류발전장치에 수차모듈이 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 수차모듈의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 수차모듈(20)은 수로제방(10)의 설치홈(10a)에 각각 설치되어 조류의 흐름을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 예컨대, 밀물 2회와 썰물 2회 하루 4회 전력을 생산할 수 있다. 수차모듈(20)은 수직수차(13), 메인프레임(17) 및 수직수차 날개지지판(18)을 포함할 수 있다.

수직수차(13)는 메인프레임(17)의 내부에 상하 방향으로 설치되는 수직수차 축(13a)과, 수직수차 축(13a)에 연결되고 수직수차 축(13a)을 중심으로 방사상 구조로 배치되는 수직수차 날개(13b)를 포함할 수 있다. 수직수차 날개(13b)는 조류의 이동에 의해서 수평으로 회전하며, 수직수차 날개(13b)가 회전함에 따라서 수직수차 축(13a)이 회전하게 된다.
수직수차 날개(13b)는 평판형으로 조류에 접함으로써 조류에너지를 흡수하여 수직수차 축(13a)에 조류에너지를 전달할 수 있다. 수직수차 날개(13b)는 조류에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수로제방(10)의 설치홈(10a) 안쪽으로 숨어 저항을 최소화함으로 가장 이상적인 회전 구조를 형성한다.
또한 수직모듈(20)은 수로(14)의 양 측면에 각각 복수 개가 설치될 수 있으므로 발전량 증대가 가능하다.
메인프레임(17)에는 수직수차(13)가 장착될 수 있으며, 메인프레임(17)은 수로제방(10)의 설치홈(10a)에 설치될 수 있다. 메인프레임(17)은 하부고정지지물(17a), 지지프레임(17b) 및 상판덮개(17c)를 포함할 수 있다.
하부고정지지물(17a)은 수직수차 축(13a)의 하단을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 상판덮개(17c)는 하부고정지지물(17a)의 상부에 배치되며 수직수차 축(13a)의 상단을 회전가능하게 지지할 수 있다. 수직수차 축(13a)의 상단은 상판덮개(17c)를 관통할 수 있다.
지지프레임(17b)은 하부고정지지물(17a) 및 상판덮개(17c)의 사이에 배치되며, 하부고정지지물(17a) 및 상판덮개(17c)에 연결된다.

수직수차 날개지지판(18)은 메인프레임(17)의 내부공간에 설치되며 수직수차 축(13a)에 축결합된다. 수직수차 날개지지판(18)은 수직수차 날개(13b)의 상부에 배치되어 수직수차 날개(13b)의 상단을 지지하는 수직수차 상부날개지지판(18a)과, 수직수차 날개(13b)의 하부에 배치되어 수직수차 날개(13b)의 하단을 지지하는 수직수차 하부날개지지판(18b)을 포함할 수 있다.
발전기(16)는 수직수차 축(13a)에 연결되며, 수직수차 축(13a)의 회전력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 또한, 변속기(15)가 수직수차 축(13a)에 연결되며, 발전기(16)는 변속기(15)를 통해서 수직수차 축(13a)의 회전력을 전달받아 전력을 생산할 수도 있다. 발전기(16)는 수로제방(10) 또는 상판덮개(17c)의 상부에 설치될 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 따른 조류발전장치(1)의 수차모듈(20)은 수로제방(10)의 설치홈(10a)에 간단하게 장착 또는 분리할 수 있으므로 사후 관리의 편리성을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조류발전장치가 바다에 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 조류발전장치의 수평수차가 설치된 상태를 간략하게 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 조류발전장치(2)는 부양선(30), 수평수차(33), 발전기(34) 및 닻(35)을 포함할 수 있다.
부양선(30)은 강 또는 바다에 설치되며, 조류의 이동방향을 기준으로 선수 및 선미를 향해 폭이 감소하는 형상을 가질 수 있다. 부양선(30)은 상하 방향으로 관통 형성된 설치홀(30a)을 하나 이상 가질 수 있다.

수평수차(33)는 부양선(30)의 설치홀(30a)에 설치될 수 있다. 수평수차(33)는 설치홀(30a)에 수평 방향으로 설치되는 수평수차 축(33a)와, 수평수차 축(33a)에 연결되고 수평수차 축(33a)을 중심으로 방사상 구조로 배치되는 수평수차 날개(33b)를 포함할 수 있다. 수평수차 날개(33b)는 평판형으로 조류의 이동에 의해서 수직으로 회전하며, 수평수차 날개(33b)가 회전함에 따라서 수평수차 축(33a)이 회전하게 된다.
발전기(34)는 부양선(30)에 설치되며, 수평수차 축(33a)에 연결될 수 있다. 발전기(34)는 수평수차 축(33a)의 회전력을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

닻(35)은 부양선(30)의 선수(31)의 양측에 연결되는 선수 닻(35a)와, 선미(32)의 양측에 연결되는 선미 닻(35b)을 포함할 수 있다. 선수 닻(35a)은 조류의 이동(밀물)에 대하여 부양선(30)의 선수(31)를 고정하며, 선미 닻(35b)은 조류의 이동(썰물)에 대하여 부양선(30)의 선미(32)를 고정할 수 있다.
따라서, 부양선(30)의 직진성은 밀물 때는 부양선(30)의 선수(31)가 썰물 때는 부양 선의 선미(32)가 직진성을 유지하게 한다.
또한, 수평수차 날개(33b)는 조류에 접함으로써 조류에너지를 흡수하여 수평수차 축(33a)에 조류에너지를 전달할 수 있다. 수평수차 날개(33b)는 조류에너지를 흡수할 수 없는 영역에서는 수면 밖 대기 중으로 대기 속으로 도피하여 회전의 저항을 최소화함으로 수평수차 날개(33b)의 회전율 증대와 함께 발전 효율도 증가한다.
도 6은 도 3의 수직수차 날개 및 도 5의 수평수차 날개의 형상을 간략하게 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 조류발전장치에 적용될 수 있는 수직수차 날개(13b) 및 수평수차 날개(33b)는 조류에너지 흡수 효율을 향상시키기 위해서 표면적이 평면 형태보다 넓게 형성될 수 있다. 즉, 수직수차 날개(13b) 및 수평수차 날개(33b)는 단면이 요철 형상, 물결 형상 또는 톱니 형상을 가질 수 있다.
1, 2: 조류발전장치 10: 집수제방
10a: 설치홈 11: 제1집수제방
12: 제2집수제방 13: 수직수차
13a: 수직수차 축 13b: 수직수차 날개
14: 수로 15: 변속기
16: 발전기 17: 메인프레임
17a: 하부고정지지물 17b: 지지프레임
17c: 상판덮개 18: 수직수차 날개지지판
18a: 수직수차 상부 날개지지판 18b: 수직수차 하부 날개지지판
20: 수차모듈 30: 부양선
30a: 설치홀 31: 선수
32: 선미 33: 수평수차
33a: 수평수차 축 33b: 수평수차 날개
34: 발전기 35: 닻
35a: 선수 닻 35b: 선미 닻

Claims (3)

  1. 상호 이격 배치되어 폭이 일정한 수로를 형성하며, 상기 수로의 전후방으로 조류가 이동 가능하고, 상기 수로에 대향되는 면이 함몰되어 형성되는 복수의 설치홈을 가지는 복수의 수로제방;
    상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 전단으로부터 연장되어, 상기 수로의 전방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제1집수제방;
    상기 조류의 이동방향을 기준으로 상기 수로제방의 후단으로부터 연장되어, 상기 수로의 후방을 향해 폭이 점진적으로 감소하는 첨단 형상의 제2집수제방; 및
    상기 설치홈에 삽입설치되며 상기 조류의 이동을 이용하여 전력을 생산 가능한 수차모듈;을 포함하되,
    상기 수차모듈은,
    상기 설치홈의 내부에 설치되며 연직 방향으로 배치되는 수직수차 축과, 상기 수직수차 축에 연결되며 상기 수직수차 축을 중심으로 방사상 구조로 배치되는 평판형의 수직수차 날개를 구비하는 수직수차;
    상기 수직수차 축의 하부에 배치되어 상기 수직수차 축의 하단을 지지하는 하부고정지지물과, 상기 하부고정지지물의 상부에 배치되며 상기 수직수차 축의 상단을 지지하는 상판덮개와, 상기 수직수차 축의 일측에 배치되며 상기 하부고정지지물과 상기 상판덮개를 연결하는 지지프레임을 구비하는 메인프레임;
    상기 수직수차 축에 결합되고, 상기 수직수차 날개의 상부 및 하부에 각각 배치되어 상기 수직수차 날개의 상단 및 하단을 각각 지지하는 수직수차 상부 날개지지판 및 수직수차 하부 날개지지판; 및
    상기 수직수차 축에 연결되며, 상기 수직수차 축의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 발전기;를 포함하는, 조류발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서
    상기 수직수차 날개는, 단면이 요철 형상, 물결 형상 및 톱니 형상 중 어느 하나의 형상을 가지는, 조류발전장치.
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