WO2015174706A1 - 조류발전용 부유체와 이를 이용한 발전방법 - Google Patents

조류발전용 부유체와 이를 이용한 발전방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an algae floating body that generates power using algae, and more specifically, a large number of algae floating and algae for the efficient use of algae in places such as straits and waterways strong algae. It is about how to develop by using.
  • the tidal-tide car has a large coast, which has a topographical advantage for tidal power generation.
  • the west and south coasts which consist of the archipelago, are scattered with straits or channels where fast algae form between islands and land, or between islands and islands.
  • Typical tidal power generation methods include the installation of tower-type structures with power generation devices in the sea, the installation of axial blades in the sea or the sea, and the use of floating bodies such as ships with power generation aberrations. Separated by.
  • the method of using a floating body such as a vessel provided with a power generation aberration is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-301171, Korean Patent No. 10-1039080, and the like, for using water flowing along a lower side or side of the floating body.
  • a configuration in which aberrations are installed is common.
  • Japanese Patent Laid-Open No. Hei 7-301171 is used in a narrow space, such as a waterway of a dam by installing aberrations between a pair of ship-shaped communities having a predetermined interval, Because it is a structure that can be used only on the surface of the water, it is difficult to apply in a relatively deep depth such as a strait, and a pair of ship-shaped communities are simply connected to the connecting posts, so it may be easily damaged in rough environments such as the sea.
  • the technology disclosed in the Korean Patent No. 10-1039080 is to move the ship with the power generation device to the place to install the tidal bank for tidal power, fill the vessel with seawater and lower the vessel to the waterway to fix the vessel on the floor, There is an advantage in that it is possible to build a power plant that also serves as a levee.
  • this technology has a disadvantage that the ship's movement is limited when it is fixed in place and the power is being developed, and it is difficult to install a power generation aberration at the bottom of the ship that is always in contact with water. There is this.
  • the conventional techniques mentioned above, as well as the conventional conventional algae generator is a power generation is made smoothly when the flow rate of the algae, but when the flow rate is slow, such as when the problem occurs, the power generation efficiency drops sharply.
  • the conventional tidal power generation has a problem in that the amount of power generation is not kept constant and the utilization efficiency of algae energy is low.
  • the present invention is to solve the above problems, by installing the aberration-type generator in the barge-type floating body, it is possible to always generate power regardless of the high and low tide, the power generation is close to the water tank when the flow rate of the algae slows down It is to provide a floating bird floating body and a power generation method using the same.
  • an algae floating body includes a power generation unit including an aberration and a power generation unit connected to the aberration, and an algae having a cross-sectional area gradually reduced toward the aberration from the front and rear surfaces. It comprises a body portion having an inlet and outflow.
  • the body portion includes a space portion in which ballast water is stored, and a ballast water inlet for introducing and discharging the ballast water, wherein the space portion includes a plurality of sealed areas in which the ballast water can be independently introduced and discharged. It can be configured to be partitioned.
  • the body portion may be formed in a form that forms a space therein, the ballast tank is accommodated in the space portion.
  • the body portion is preferably configured such that its bottom surface is positioned below the predetermined length L by the lowest position of the aberration.
  • the algae floating body of the present invention is arranged in parallel with a large number of parallel so that the longitudinal direction of the algae flow path in the terrain, such as narrow straits, and adjust the draft of the algae floating in accordance with the flow rate of the algae Can be developed to respond to changes in algal flow rate.
  • the algae floater proposed in the present invention is to arrange the multiple in parallel and actively generate the algae speed for power generation by adjusting the draft in the time when the algae rate is slow, the advantage that can maximize the power generation efficiency There is this.
  • the present invention is formed in the form of a tunnel in which the cross-sectional area is reduced toward the portion where the aberration is located from the algae inlet, there is an advantage that can be acted on the aberration wing in the flow rate of the introduced algae is reinforced.
  • the body portion of the present invention is made of a single integral structure, it is easy to manufacture a high rigidity of the entire device, and thus there is an advantage that it is not easily broken even in a rough environment such as a strait very fast flow rate.
  • the front or rear of the body portion to receive the algae generally form a vertical plane, it is very easy to form a multi-row tidal flow inlet to be installed, there is an advantage that the design variability according to the power generation capacity is excellent.
  • the present invention is manufactured in the form of a floating body floating in water, it is not necessary to produce and fix a strong foundation on the seabed, and can be easily fixed by a conventional simple anchoring device such as an anchor by moving the place as needed. There is an advantage.
  • the anchoring structure may be installed separately.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the main components of the float for floating birds according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic view of the device from the bottom of the float for floating bird according to the present invention.
  • Figure 3 is a front view of the float for floating birds according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic view of the main components viewed from the side of the float for floating birds according to the invention.
  • Figure 5 is a state of installation of floating birds for floating in accordance with the present invention when strong algae.
  • Figure 6 is a state of installation of floating birds for bird according to the present invention at the time of weak algae.
  • Figure 1 shows a perspective view of an embodiment of the main components of the floating body 100 for algae generation according to the present invention.
  • Floating body 100 for algae development of the present invention is largely divided into a body portion and a power generation portion. Referring to Figures 1 to 4 will be described the configuration of the body portion.
  • the body portion has a rectangular enclosure shape blocked by the upper surface 41 and the right side 61 and the left side 61 'extending downward from the left and right sides of the upper surface, and the front and rear sides have an open form.
  • the lower surface is a V-shaped upper inclined surface 13, 13 'protruding downward from the top of the front and rear surfaces toward the center of the enclosure shape as shown in Figs. 1 and 4 and the front surface as shown in Figs. V-shaped right inclined surfaces 11 and 11 'protruding inwardly from the right side of the rear face toward the center of the enclosure shape, and a pair of V-shaped protrusions protruding inward toward the center of the enclosure shape from the middle of the front and rear surfaces.
  • Intermediate inclined surfaces 12 and 12 'and 22 and 22', and V-shaped left inclined surfaces 21 and 21 ' which protrude inwardly toward the center of the enclosure shape from the left side of the front and rear surfaces are provided.
  • the V-shaped right slopes 11 and 11 ′ and the right side 61, and the V-shaped left slopes 21 and 21 ′ and the left side 61 ′ form a triangular shape.
  • the pair of V-shaped intermediate inclined surfaces 12, 12 ', 22, 22' forms a rhombus shape, which forms the bottom surfaces 62 that block the bottom portion.
  • the bottom surface 62 may be formed in the same shape as the top surface 41, that is, by blocking the entire floor at once in a rectangular shape.
  • the body is closed by the upper surface 41, the right surface 61 and the left surface 61 'and the lower surface of the body 41, and the space portion 40 is formed therein, and the open front or the rear is the direction of the bird.
  • the algae inlet (10, 20) that can be introduced into the algae inside the enclosure, respectively.
  • the front (or rear) shape of the present invention shown in FIGS. 1 and 3 is such that the entire front is formed of two algae inlets 10 and 20.
  • the algae inlet may be formed only on a part of the front side (or the rear side), and the remaining area may be formed to block the wall surface, and various modifications may be performed such as dividing the algae inlet into one or several.
  • the algae inlet (10, 20) is open to the algae inlet so that the area of the first inflow is expanded as much as possible and the cross-sectional area of the algae outflow path 30 is gradually reduced toward the inner central portion is It is a main feature to have a rectangular enclosure structure configured to communicate with each other in front and rear.
  • the space portion 40 formed by the above-described body portion configuration is formed as one closed space surrounded by outer walls. Therefore, the space portion 40 may be utilized as a ballast tank by waterproofing and shielding the outside as needed.
  • a ballast water inlet (not shown) for supplying ballast water to the space portion 40 or discharging the stored ballast water is formed in an appropriate portion of the body portion.
  • the space portion 40 may be configured to form a plurality of sealed zones by installing a partition wall, so that the sealed zones each perform a separate ballast tank function.
  • the partition wall 14 extending to the edge of the upper surface 41 is installed between the V-shaped right slopes 11 and 11 ', the V-shaped right slopes 11 and 11' are provided.
  • the partition 14 and the right space 60 may be formed in a sealed area surrounded by the right side 61 and the bottom side 62.
  • the portion having the V-shaped left inclined surfaces 21 and 21 ' can also be provided with the partition to form the left space portion 60' shown in FIG. 2, wherein the remaining space portion naturally has an intermediate space portion 50.
  • one space 40 may be divided into a plurality of small spaces, and each of the small spaces may be used as a separate ballast tank. Therefore, if necessary, by adjusting the amount of ballast water introduced into each space portion, it is possible to obtain the effect of adjusting the balance of the entire algae floating body of the present invention.
  • ballast tank instead of using the space itself formed in the body as a ballast tank, it is also possible to accommodate and use a separate ballast tank inside the space. At this time, a plurality of ballast tanks may be provided separately, and it is also preferable to manufacture the shape of the ballast tanks according to the shape of the space part. In the case of using a plurality of ballast tanks and a ballast tank adapted to the shape of the space portion separated in this way, it is easy to obtain the effect of adjusting the balance of the whole algae floating body by adjusting the amount of ballast water supplied to the ballast tanks.
  • the power generation unit will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the power generation unit consists of an aberration 15, a power generation device 80 and a rotation shaft 70 connecting the same.
  • the aberration 15 has a plurality of wings extending radially about the rotation axis 70.
  • the aberration of the present invention is the direction of the action of the algae is opposite when the tide and the ebb tide, and thus the direction of rotation is also changed, the wings are preferably formed in the same shape as the front and rear.
  • the power generator is operated using a rotating shaft of aberration as a driving shaft, and is typically composed of a speed increaser (not shown) and a generator (not shown) that amplify the number of revolutions of the aberration and transmit it to the generator. Since such a generator is a well-known technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the body portion of the present invention V-shaped upper slopes (13, 13 ') and V-shaped right slopes (11, 11'), a pair of V-shaped intermediate slopes (12, 12 ' (22, 22 '), and the V-shaped left inclined surfaces (21, 21') to form a pair of algae inlet (30) having a cross-sectional area gradually reduced from the front and rear to the center of the body and In this case, algae flow in and out.
  • the body portion may be installed so that the seawater may flow into the front side or the rear side according to the algae, in which case it is preferable that the energy of the same fluid is transferred to the aberration.
  • the aberration 15 of the power generation unit is preferably installed in the middle of the longitudinal direction of the body portion, that is, in the middle of the algae outflow path 30.
  • the rotation shaft 70 of the aberration 15 is shown to be coupled to the partition 14, but this is only an example, using a method of installing a separate shaft support standing up from the bottom surface, etc. It is rather common.
  • a cover body 17 is formed as shown in Figs.
  • the cover body 17 has an upper portion of the aberration 15 as shown in FIG. 4, in the adjacent lines 18, 18 ′ where the aberration surface 13 and the inclined planes 13, 13 ′ shown in FIG. 1 are in close proximity. It is formed along the predetermined interval to cover in a cylindrical shape. By the cover body 17, the space portion 40 is blocked from birds.
  • the bottom surface 62 of the body portion as shown in Figure 4 is formed so that the lower end by a predetermined length L than the position where the end of the blade 16 of the aberration 15 reaches the lowest point. This is to prevent the accident that the wing 16 of the aberration 15 is in contact with the ground and broken when the floating body for bird current of the present invention for the reason of the water level is lowered.
  • the generator is shown installed in an intermediate space 50 formed between a pair of V-shaped intermediate slopes 12, 12 ′, 22, 22 ′, and the position of the generator is
  • the present invention is not limited thereto and may be changed to an appropriate position according to a designer's needs.
  • Floating object 100 for tide generation of the present invention is floated in the sea so that the longitudinal direction of the tide flow inlet and exit 30 is in the sea, and fixed in place by using a fixing means such as an anchor line or a fixing cable. .
  • a fixing means such as an anchor line or a fixing cable.
  • the algae are introduced through the algae inlet (10, 20) of the body portion in front or rear of the algae floating body (100).
  • the algae introduced into the algae inlets 10 and 20 flow along the algae inlet path 30 having a wider inlet and outlet and a gradually decreasing cross-sectional area toward the central portion where the aberration 15 is installed.
  • the algae passing through the passage increases the flow velocity in the vicinity of the aberration 15 having a minimum cross-sectional area, thereby increasing the rotational speed of the aberration blade 16, thereby improving power generation efficiency.
  • the bottom surface 62 of the body portion is formed to extend to the bottom portion of the algae outflow path 30 so that the algae outflow path (30) is a closed path, the effect by the Bernoulli principle can be more surely obtained. Will be.
  • FIG. 5 shows a state in which a plurality of algae floaters 100 are installed in parallel while filling all the widths of a narrow strait and maintaining only a minimum distance.
  • the wool stone has a minimum width of about 300 meters and an average width of about 500 meters, and the float for floating birds of the present invention can be manufactured with a width of several tens of meters or more, such parallel arrangement is sufficiently practical. .
  • the draft is deepened by supplying ballast water to the algae floaters.
  • the drafts of the algae floaters can be set differently.

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Abstract

본 발명의 조류발전용 부유체는, 수차와 상기 수차에 연결되는 발전장치를 포함하여 이루어지는 발전부와, 전면과 후면으로부터 상기 수차를 향하여 점차 축소되는 단면적을 갖는 조류 유출입로를 구비하는 몸체부를 포함하는 이루어진다. 본 발명의 조류발전용 부유체는 폭이 좁은 해협과 같은 지형에서 조류 유출입로의 길이 방향이 조류의 방향과 일치하도록 다수 대 병렬로 배치하고, 조류의 유속에 따라 조류발전용 부유체의 흘수를 조절하는 방식으로, 정조에 가까워져 조류의 유속이 느려지는 때에도 발전이 원활하게 이루어지는 발전방법을 제공한다.

Description

조류발전용 부유체와 이를 이용한 발전방법
본 발명은 조류를 이용해 발전을 하는 조류발전용 부유체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조류가 강한 해협이나 수로와 같은 곳에서 조류를 효율적으로 이용할 수 있는 조류발전용 부유체와 이들 부유체를 다수 대 이용하여 발전하는 방법에 관한 것이다.
산업의 발전에 따라 화석연료를 사용한 발전량이 증대하고, 이에 따라 지구 온난화와 같은 환경 문제가 발생하고 있다. 또한 화석연료의 한정된 매장량 때문에 언젠가 이를 대체할 새로운 에너지원의 개발이 필요해지고 있다. 이를 해결할 방법으로 수력, 원자력, 태양열, 조력 등을 이용한 다양한 발전 방법이 제시되었고, 또 상용화가 이루어져 왔다.
우리나라는 조수간만의 차가 큰 해안을 보유하고 있어, 조력 발전에 유리한 지형학적 장점이 있다. 특히 다도해로 이루어진 서해안과 남해안은 섬과 육지, 또는 섬과 섬 사이에 빠른 조류가 형성되는 해협 또는 수로가 산재하므로 이를 이용한 조류발전의 가능성도 풍부하다.
일례로 국내에서 조류가 가장 빠르다고 알려진 울돌목의 경우, 밀물과 썰물 시 조류의 최고속도는 일반 바다의 3배 이상인 5~6m/sec 에 이르므로 조류 발전에 최적조건을 갖춘 것으로 평가된다.
대표적인 조류 발전의 방식은 내부에 발전 장치를 구비한 타워형 구조물을 바다에 설치하는 방식, 축류식 블레이드를 내장한 구조물을 해저 또는 해중에 설치하는 방식, 발전용 수차가 설치된 선박 같은 부유체를 이용하는 방식으로 구분된다.
조류 발전 장치가 내장되는 타워형 구조물에 대한 내용은 한국등록특허 제10-0762375호에 개시되어 있다.
이러한 타워형 구조물은 해저 지반에 단단하게 고정하기 위하여 해저 기초공사를 수행해야 하는데, 조류가 강한 해협에서는 그 공사의 난이도가 매우 높고, 비용이 많이 드는 단점이 있다. 항상 강한 조류가 흐르는 물속에 고정되어 있어 설치 후 재료의 분리가 일어나는 불량이 발생하기 쉽고, 유지 보수가 대단히 어렵다는 문제가 있다.
프로펠러식 블레이드 발전장치를 내장한 구조물을 해저 또는 해중에 설치하는 방식은 한국등록특허 제10-1222187호, 한국공개특허 제10-2012-0075251호 등에 개시되어 있다.
이러한 장치들 역시 발전장치 자체가 설치되는 구조물이 해저 지반에 고정되어야 한다는 점에서 상기 타워형 구조물에 설치되는 조류발전장치와 동일한 문제점을 갖는다.
발전용 수차가 설치된 선박 같은 부유체를 이용하는 방식은 일본공개특허 특개평7-301171호, 한국등록특허 제10-1039080호 등에 개시되어 있으며, 부유체의 하부 또는 측면을 따라 흐르는 물을 이용하기 위한 수차가 설치되는 구성이 일반적이다.
상기 종래기술들을 구체적으로 살펴보면, 일본공개특허 특개평7-301171호에 개시된 기술은, 소정 간격을 갖는 한 쌍의 배 형상 공동체 사이에 수차를 설치하여 댐의 방수로와 같은 좁은 공간에서 사용하는 것으로서, 물의 표층에서만 사용 가능한 구조이므로 해협과 같이 비교적 수심이 깊은 곳에서는 적용하기 어렵고, 한 쌍의 배 형상 공동체는 단순히 연결용 지주대로 연결되어 있으므로 바다와 같은 거친 환경에서는 쉽게 파손될 우려가 있다.
상기 한국등록특허 제10-1039080호에 개시된 기술은, 발전장치를 갖춘 선박을 조력발전용 제방을 설치할 곳으로 이동시킨 후, 선박에 바닷물을 채워 선박을 수로에 하강시켜 바닥에 고정함으로써, 선박이 제방을 겸하도록 하는 발전설비를 구축할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 기술은 선박이 제방을 겸하는 것이기 때문에 한 번 제 위치에 고정되어 발전 중일 때에는 선박의 이동이 제한되는 단점이 있으며, 항상 물과 접촉하게 되는 선박의 바닥부에는 발전용 수차를 설치하기 어려운 문제점이 있다.
또한 위에서 언급한 종래기술들은 물론이고, 통상의 종래 조류 발전장치들은 조류의 유속이 충분할 때에는 발전이 원활하게 이루어지지만, 정조시처럼 유속이 느려지는 시간대에는 발전 효율이 급격히 떨어지는 문제가 발생한다. 이와 같이 종래 조류발전은 발전량이 일정하게 유지되지 못하고, 조류 에너지의 활용 효율이 낮다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 바지선 형태의 부유체 하부에 수차형 발전장치를 설치하여 밀물과 썰물에 관계없이 항상 발전이 가능하며, 정조에 가까워져 조류의 유속이 느려지는 때에도 발전이 원활하게 이루어지는 조류발전용 부유체와 이를 이용한 발전방법을 제공하려는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 조류발전용 부유체는, 수차와 상기 수차에 연결되는 발전장치를 포함하여 이루어지는 발전부와, 전면과 후면으로부터 상기 수차를 향하여 점차 축소되는 단면적을 갖는 조류 유출입로를 구비하는 몸체부를 포함하는 이루어진다.
그리고 상기 몸체부는, 평형수가 저장되는 공간부와, 평형수를 유입 및 배출하기 위한 평형수 유출입구를 포함하며, 이때 상기 공간부는, 평형수의 유입 및 배출이 독립적으로 이루어질 수 있는 다수의 밀폐구역이 구획되도록 구성할 수 있다.
한편 상기 몸체부는, 내부에 공간부를 형성하고, 상기 공간부에 밸러스트 탱크가 수용되는 형식으로 구성하여도 무방하다. 그리고 몸체부는, 그 바닥면이 수차의 최저위치보다 소정길이 L만큼 하부에 위치하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 조류발전용 부유체는 폭이 좁은 해협과 같은 지형에서 조류 유출입로의 길이 방향이 조류의 방향과 일치하도록 다수 대 병렬로 배치하고 조류의 유속에 따라 조류발전용 부유체의 흘수를 조절하는 방식으로 조류 유속의 변화에 대응하여 발전하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 조류발전용 부유체는 병렬로 여러 대를 배치하고 조류 속도가 늦어지는 시간대에는 흘수를 조절하는 방식으로 발전에 필요한 조류 속도를 능동적으로 생성시키므로, 발전 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 조류 유입구로부터 수차가 위치한 부분으로 갈수록 단면적이 축소되는 터널 형태로 형성하므로, 유입된 조류의 유속이 강화된 상태로 수차 날개에 작용 되도록 할 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명의 몸체부는 전체가 하나의 일체형 구조물로 이루어지므로, 장치 전체의 강성을 높게 제작하기 용이하고, 이에 따라 유속이 대단히 빠른 해협과 같은 거친 환경에서도 쉽게 파손되지 않는 장점이 있다. 또한 조류를 받게 되는 몸체부의 전면이나 후면은 대체적으로 수직 평면을 이루게 되므로, 설치되는 조류 유입로를 다행 다열로 형성하는 것이 대단히 용이하여 발전 용량에 따른 설계 가변성이 우수하다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 물에 뜨는 부유체 형식으로 제작되므로, 해저 지반에 강력한 기초를 제작하여 고정할 필요가 없으며, 필요에 따라 장소를 이동하여, 닻과 같은 종래의 단순한 정박 장치로도 손쉽게 고정할 수 있다는 장점이 있다. 물론 정박용 구조물을 별도로 설치하여도 무방하다.
도 1은 본 발명에 따른 조류발전용 부유체의 주요 구성부를 표시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 조류발전용 부유체의 저면에서 본 장치 개요도.
도 3은 본 발명에 따른 조류발전용 부유체의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 조류발전용 부유체를 측면에서 본 주요 구성부 개요도.
도 5는 강한 조류시 본 발명에 따른 조류발전용 부유체들의 설치 상태도.
도 6은 약한 조류시 본 발명에 따른 조류발전용 부유체들의 설치 상태도.
본 명세서 및 청구범위에 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.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 조류발전용 부유체에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 조류발전용 부유체(100)의 주요 구성부들에 대한 일 실시례를 사시도로 보여주고 있다.
본 발명의 조류발전용 부유체(100)는 크게 몸체부와 발전부로 나눠진다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 몸체부의 구성을 설명한다.
몸체부는 상면(41)과 상기 상면의 좌우측에서 하방으로 연장 형성되는 우측면(61) 및 좌측면(61')에 의하여 막혀있는 장방형의 함체 형태를 갖으며, 전면과 후면은 개방된 형태를 가진다.
하면은, 도 1 및 도 4에 도시된 것처럼 전면과 후면의 상부로부터 함체 형상의 중앙부를 향하여 아래로 돌출되는 V자형의 위경사면(13, 13')과 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 전면과 후면의 우측부로부터 함체 형상의 중앙부를 향하여 내측으로 돌출되는 V자형의 우경사면(11, 11'), 전면과 후면의 중간부로부터 함체 형상의 중앙부를 향하여 내측으로 돌출되는 한 쌍의 V자형 중간경사면(12, 12')(22, 22'), 그리고 전면과 후면의 좌측부로부터 함체 형상의 중앙부를 향하여 내측으로 돌출되는 V자형의 좌경사면(21, 21')이 구비된다.
이에 따라 도 2에 도시된 것처럼 V자형 우경사면(11, 11')과 우측면(61), 그리고 V자형 좌경사면(21, 21')과 좌측면(61')은 삼각형상을 이루게 되고, 한 쌍의 V자형 중간경사면(12, 12')(22, 22')는 마름모형상을 이루게 되는데, 이 형상대로 바닥부분을 막는 바닥면(62)들을 형성한다. 물론 바닥면(62)은 상기 상면(41)과 동일한 형태, 즉 장방형으로 바닥 전체를 한 번에 막는 방법으로 형성하여도 무방하다.
결국 이러한 구성에 의하여, 몸체부는 상면(41) 우측면(61) 및 좌측면(61') 및 하면에 의하여 폐쇄되고, 내부에는 공간부(40)가 형성되며, 개방된 전면 또는 후면은 조류의 방향에 따라 각각 함체 내측으로 조류를 유입시킬 수 있는 조류유입구(10, 20)가 된다.
상기한 바와 같이, 도 1 및 도 3에 도시된 본 발명의 전면(또는 후면) 형태는, 전면 전체가 두 개의 조류유입구(10, 20)로 형성되도록 한 것이다. 그러나 이러한 조류유입구는 전면(또는 후면)의 일부에만 형성하고 나머지 면적은 벽면이 되도록 막아 형성하는 것도 무방하며, 조류유입구를 하나 또는 여러 개로 분할 형성하는 등의 다양한 변형실시가 가능하다.
이렇게 본 발명은 몸체부는 조류가 최초로 유입되는 면적이 가능한 한 확장될 수 있도록 조류유입구(10, 20)가 크게 개방되고 내부 중앙부로 갈수록 점점 단면적이 축소되는 전광후협 형태의 조류 유출입로(30)가 전후방으로 서로 통하도록 구성하는 장방형의 함체 구조를 갖는 것이 주요한 특징이다.
한편 상기한 몸체부 구성에 의해 형성된 공간부(40)는 외벽들로 둘러싸인 하나의 폐쇄 공간으로 형성된다. 따라서 이 공간부(40)은 필요에 따라 외부와 방수 차폐되도록 하여 밸러스트 탱크로 활용할 수 있다. 이 경우에는 몸체부의 적절한 부위에 공간부(40)로 평형수를 공급하거나 저장된 평형수를 배출하기 위한 평형수 유출입구(미도시)를 형성한다.
상기 공간부(40)는 격벽을 설치하여 다수의 밀폐구역을 형성함으로써, 상기 밀폐구역이 각각 별도의 밸러스트 탱크기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.
예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 V자형 우경사면(11, 11') 사이에 상면(41)의 테두리부분으로 연장되는 격벽(14)을 설치하면, V자형 우경사면(11, 11'), 격벽(14) 그리고 우측면(61)과 바닥면(62)으로 둘러싸인 밀폐구역으로 구획되는 우측공간부(60)를 형성할 수 있다. V자형 좌경사면(21, 21')이 있는 부분도 같은 방식으로 격벽을 설치하여 도 2에 도시된 좌측공간부(60')를 형성할 수 있으며, 이 때 나머지 공간부는 자연스럽게 중간공간부(50)가 될 것이다.
이러한 방식으로 하나의 공간부(40)를 다수의 작은 공간부로 분할 형성할 수 있으며, 각각의 작은 공간부는 각각 별도의 밸러스트 탱크로 활용할 수 있다. 따라서 필요한 경우, 각 공간부에 유입시키는 평형수의 양을 조절함으로써 본 발명의 조류발전 부유체 전체의 밸런스를 조정하는 효과를 얻을 수 있다.
한편 몸체 내부에 형성되는 공간부 자체를 밸러스트 탱크로 사용하지 않고, 별도의 밸러스트 탱크를 상기 공간부 내부에 수용하여 사용하는 것도 가능하다. 이때 밸러스트 탱크는 다수 개로 분리 설치하여도 좋으며, 밸러스트 탱크의 모양을 공간부의 형상에 맞추어 제작하는 것도 바람직하다. 이렇게 분리된 다수 개의 밸러스트 탱크와 공간부의 형상에 맞춘 밸러스트 탱크를 사용하는 경우, 밸러스트 탱크들에 공급하는 평형수의 양을 조절하여 조류발전 부유체 전체의 밸런스를 조정하는 효과를 얻기가 용이해진다.
도 2 및 도 3 참조하여 발전부를 설명한다.
발전부는 수차(15), 발전장치(80) 및 이를 연결하는 회전축(70)으로 이루어진다. 수차(15)는 회전축(70)을 중심으로 방사상으로 뻗어나간 복수의 날개를 구비한다. 본 발명의 수차는 작용하는 조류의 방향은 밀물과 썰물 시 반대가 되고, 이에 따라 회전 방향도 바뀌게 되는 것이므로, 날개는 전면과 후면이 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
발전장치는 수차의 회전축을 구동축으로 삼아 작동되며, 통상적으로는 수차의 회전수를 증폭시켜 발전기로 전달하는 증속부(미도시)와 발전기(미도시)로 이루어진다. 이러한 발전장치는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 몸체부와 발전부의 결합관계를 설명한다.
도면에 도시된 실시례와 같이, 본 발명의 몸체부는 V자형의 위경사면(13, 13')과 V자형의 우경사면(11, 11'), 한 쌍의 V자형 중간경사면(12, 12')(22, 22'), 그리고 V자형의 좌경사면(21, 21')을 구비하므로 전면과 후면으로부터 몸체의 중앙부로 갈수록 점차 축소되는 단면적을 갖는 한 쌍의 조류 유출입로(30)가 형성되고, 이 통로를 따라 조류의 유입과 유출이 일어난다.
주지하다시피 밀물과 썰물 때에 조류의 방향은 반대로 바뀐다. 따라서 본 발명은 몸체부는 조류에 따라 바닷물이 전면으로 유입될 수도 있고 후면으로 유입될 수도 있도록 설치되는데, 어느 경우든 동일한 유체의 에너지가 수차에 전달되는 것이 바람직하다. 따라서 도 2와 도 4에 도시된 것처럼 발전부의 수차(15)는 몸체부의 길이방향 중간, 다시 말해서 조류 유출입로(30)의 중간에 설치하는 것이 바람직하다.
도 1내지 도 4에서 수차(15)의 회전축(70)은 격벽(14)에 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 별도의 축지지대를 바닥면에서 세워 설치하는 방법 등을 사용하는 것이 오히려 일반적이다.
수차(15)의 상부에는, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 커버체(17)가 형성된다. 커버체(17)은 도 1에 도시된 위경사면(13, 13')과 수차(15)가 근접하게 되는 인접라인(18, 18')에서, 도 4의 도시된 것처럼 수차(15)의 상부를 따라 소정간격을 두고 원통형으로 덮는 형태로 형성한다. 이 커버체(17)에 의하여 공간부(40)는 조류와 차단된다.
한편 도 4에 도시된 것처럼 몸체부의 바닥면(62)은 수차(15)의 날개(16) 끝 부분이 최저점에 도달하는 위치보다 소정길이 L만큼 하부에 있도록 형성한다. 이는 수위 저하 등의 이유로 본 발명의 조류발전용 부유체가 해저에 닿게 되는 경우, 수차(15)의 날개(16)가 바닥과 접촉하여 파손되는 사고를 방지하기 위한 것이다.
한편 도 2에서 발전장치는 한 쌍의 V자형 중간경사면(12, 12')(22, 22') 사이에 형성되는 중간공간부(50)에 설치되는 것으로 도시되어 있는데, 발전장치의 위치는 이에 한정되는 것이 아니며 설계자의 필요에 따라 적절한 위치로 변경될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시례에 따른 조류발전용 부유체의 작용을 설명한다.
본 발명의 조류발전용 부유체(100)는 조류 유출입로(30)의 길이 방향이 조류가 흐르는 방향과 일치하도록 바다에 띄운 후, 닻줄 또는 고정케이블 같은 고정수단을 이용하여 제 위치에 고정하게 된다. 이때 몸체부의 내부에 형성되는 공간부나 밸러스트 탱크에 평형수를 적절하게 공급하여 조류발전용 부유체(100)의 흘수와 밸런스를 조절한다.
이후 밀물 또는 썰물이 일어나면, 조류발전용 부유체(100)의 전방 또는 후방에서 조류가 몸체부의 조류유입구(10, 20)를 통하여 유입된다.
조류유입구(10,20)로 유입된 조류는 입구와 출구가 넓고 수차(15)가 설치된 중앙부로 갈수록 점차 축소되는 단면적을 갖는 조류 유출입로(30)를 따라 유동하게 된다. 이 통로을 통과하는 조류는 베르누이 원리에 따라 단면적이 최소로 되는 수차(15) 부근에서 유속이 크게 증가하게 되고, 이로써 수차 날개(16)의 회전속도도 빨라지게 되므로 발전 효율이 향상될 수 있다. 이때, 몸체부의 바닥면(62)이 조류 유출입로(30)의 밑 부분까지 연장 형성되어 조류 유출입로(30)가 사면이 막힌 통로가 되도록 한다면, 상기 베르누이 원리에 의한 효과를 보다 확실하게 얻을 수 있게 된다.
상기 수차가 회전할 때, 회전축(70)으로 연결된 발전장치(80)를 구동하게 되는 과정은 공지의 것이므로 상세한 설명을 생략한다.
다음은 도 5 및 도 6을 참조하여, 조류발전용 부유체(100)을 다수 대 이용하여 발전하는 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 여러 대의 조류발전용 부유체(100)가 좁은 해협의 폭을 모두 메우며 가로질러, 최소의 간격만 유지하면서 병렬로 설치된 상태를 보여준다. 참고로 울돌목은 최소 폭이 300미터 정도, 평균적으로는 500미터 정도의 폭을 가지고 있으며, 본 발명의 조류발전용 부유체는 수십 미터 이상의 폭으로 제작이 가능하므로, 이러한 병렬배치는 충분히 실용화 가능하다.
밀물과 썰물이 진행 중이어서 조류의 속도가 충분히 강한 상태일 때는 조류에 의해 충분한 수차 회전수를 얻을 수 있으므로, 도 5에 도시된 것처럼 단순히 조류발전용 부유체들의 상면이 A-A'선을 따라 평행하게 되도록 고정한다.
그런데 정조 시점을 기준으로 1~2시간 부근에서는 조류의 속도가 현저히 느려지므로, 충분한 속도로 수차를 회전시킬 수 없어 발전이 제대로 이루어지지 않게 된다.
이런 경우에는 조류발전용 부유체들에 평형수를 공급하는 방법 등을 이용하여 흘수를 깊게 한다. 도 6에 도시된 것처럼 해수면에서 해저까지 깊이는 조류발전용 부유체들의 위치한 곳의 지형에 따라 다르므로, 조류발전용 부유체들의 흘수를 모두 다르게 설정할 수 있다.
즉 도 6에 도시된 것처럼 해저 지형을 고려하여, 조류발전용 부유체들의 상면을 처음 위치하였던 A-A'선에서 각각 h1, h2, h3 만큼 하강시켜 고정시키면, 조류발전용 부유체들은 해협의 전폭을 대부분 가로 막게 된다. 따라서 조류가 통과할 수 있는 단면적은 도 5에 도시된 상태에 비해 현저하게 축소되며, 이 부분을 통과하는 조류는 속도가 현저히 빨라지게 된다.
이러한 방법으로, 조류의 속도가 느려지는 정조 시점 부근에서 조류의 속도를 인공적으로 증가시킬 수 있으므로, 발전가능시간을 최대화하고, 발전량을 증가시킬 수 있게 된다.
미설명부호 B는 해저지반, C는 닻줄, W는 바닷물을 표시한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시례에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 전술한 실시례에 국한하여 정해져서는 안 되며, 후술 될 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들 또는 그 등가적 변형 모두가 본 발명의 사상의 범주에 포함된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 수차(15)와 상기 수차에 연결되는 발전장치(80)를 포함하여 이루어지는 발전부;와,
    전면과 후면으로부터 상기 수차를 향하여 점차 축소되는 단면적을 갖는 조류 유출입로(30)를 구비하는 몸체부;를 포함하는 조류발전용 부유체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는,
    평형수가 저장되는 공간부(40)와,
    평형수를 유입 및 배출하기 위한 평형수 유출입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류발전용 부유체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공간부(40)는,
    평형수의 유입 및 배출이 독립적으로 이루어질 수 있는 다수의 밀폐구역이 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 조류발전용 부유체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는,
    내부에 공간부(40)를 형성하고, 상기 공간부에는 밸러스트 탱크가 수용되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 부유체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체부는,
    바닥면(62)이 상기 수차(15)의 최저위치보다 소정길이 L만큼 하부에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조류발전용 부유체.
  6. 수차(15)와 상기 수차에 연결되는 발전장치(80)를 포함하여 이루어지는 발전부와, 전면과 후면으로부터 상기 수차를 향하도록 형성되는 조류 유출입로(30)를 구비하는 몸체부를 포함하여 이루어지는 조류발전용 부유체(100)를, 상기 조류 유출입로(30)의 길이 방향이 조류의 방향과 일치하도록 다수 대 병렬로 배치하고,
    조류의 유속에 따라 상기 조류발전용 부유체의 흘수를 조절하는 것을 특징으로 하는 조류발전용 부유체를 이용한 발전방법.
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