수차터빈의 수중설치 및 인양장치 {The Device of installing and pulling for water turbine}

본 발명은 조류의 흐름을 이용한 조류발전에 사용되는 수차터빈의 수중설치 및 인양장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 조류 흐름에 대한 수차터빈의 유실의 염려가 없도록 설치 안전성을 확보하고, 해중으로 투하하는 것만으로 간단하게 설치가 완료되어 경제적인 시공이 가능하도록 하는 수차터빈의 수중설치 및 인양장치에 관한 것이다.

종래 해양에서 개발되고 있는 에너지는 조류발전, 조력발전, 파력발전, 온도차발전, 풍력발전 등이 대표적이다. 이러한 대부분의 대체에너지 자원은 환경적인 영향에 매우 지배적이다. 조석간만에 의한 조석의 낙차를 이용한 조력발전은 방조제나 조력 댐의 건설비용이 많이 들고, 해양환경에 막대한 영향을 미친다. 특히, 갯벌의 황폐화는 물론 방대한 지역이 요구되므로 환경론자들과 인근 주민들의 민원대상이 되고 있는 실정이다.

일반적으로 조류발전은 조류의 속도가 2m/s 이상인 지역에 설치되는데, 일정한 발전량을 얻기 위해 이 속도 이하에서는 발전기가 구동되지 않도록 하며, 이 이상의 속도에서는 발전장치 하우징 및 조류발전 구조물에 대한 조류저항 문제가 중요하게 되므로 수차터빈의 구조적 안전성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울이게 된다.

한편, 국내 조류발전 유망 대상지 중에서 으뜸으로 손꼽히는 진도 연안의 울돌목은 최고 유속이 약 6.5m/에 달하는데, 이와 같이 유속이 빠른 곳에 상기와 같은 수차터빈을 설치하는 방식은 불가능은 아니나 실제로 시공의 어려움이 발생하여 계획 공기의 연장이 불가피하게 되었을 뿐만 아니라 시공비가 막대하게 필요하여 경제성이 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.

또한, 해저지면에 지주대나 기둥을 세우고 이에 발전기를 매달아 설치하는 방식의 경우는 대게 별도의 지주대나 기둥을 설치해야 하는 기초공사가 필요하고, 이 때 구조물의 일부가 해상으로 올라오는 경우에는 해상 선박의 항해를 방해하게 되므로 이를 대비하는 별도의 조치가 필요하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로서, 조류 흐름에 대한 수차터빈의 유실의 염려가 없도록 설치 안전성을 확보할 수 있도록 하고,

다수의 수차터빈을 해중으로 투하하는 것만으로 간단하게 설치가 완료되어 경제적인 시공이 가능하도록 하며,

해저 지면에 지주대나 기둥을 설치하지 않도록 하여 수차터빈의 설치를 용이하게 할 수 있도록 하고 해상에서 선박들이 자유롭게 운행할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 형태에서는, 조류가 관통하여 흐르는 하나 이상의 조류통로가 형성되고, 양측면으로는, 관통되게 다수의 안내로프홀(11)이 형성되며 다수의 견인고리(13)가 구비되는 터빈몸체(10)와, 상기 조류통로 상에는 발전장치(40)가 구비되는 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치에 있어서, 양측은 지지되어 견인되고, 상기 안내로프홀(11)을 관통하여 설치되는 안내로프(12); 조류가 통과하는 해안의 양쪽으로 각각 설치되고, 상기 안내로프(12)의 일측을 지지하며 견인하는 안내로프견인부(20); 일측 끝단은 상기 견인고리(13)에 연결되며, 타측은 지지되어 견인되는 한 쌍의 견인로프(14); 및 조류가 통과하는 해안의 양쪽으로 각각 설치되고, 상기 견인로프(14)의 타측을 지지하며 견인하는 견인로프견인부(30);로 구성되는 것 을 특징으로 하는 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)를 제공한다.

본 발명의 일 형태에 따른 수차터빈의 수중설치 및 인양장치(100)에서, 다수의 수차터빈(60)이 구비되고, 상기 견인고리(13)에 양단이 결합되는 연결로프(15)가 더 포함되며, 각각의 수차터빈(60)은 양측면에 형성된 상기 견인고리(13)에 양단이 결합되는 상기 연결로프(15)로 연결되며, 상기 다수의 수차터빈(60) 중 양 끝단에 위치하는 한 쌍의 수차터빈(60)에는 상기 견인로프(14)가 연결될 수 있고,

바람직하게는, 상기 안내로프(12)의 중간부에는, 양측면에, 관통되게 다수의 안내로프홀(11)과. 다수의 견인고리(13)가 구비되는 고정뭉치(50)이 구비되고, 상기 고정뭉치(50)의 양측면으로는 상기 연결로프(15)로 수차터빈(60)과 연결될 수 있으며,

또한, 상기 안내로프견인부(20)는, 해안의 지반에 고정설치되는 지지구조물(21); 상기 지지구조물(21)의 내측에 위치하여 상기 안내로프(12)의 일측을 조이는 내측바이스부(22); 일측은 상기 내측바이스부(22)와 결합되고, 타측은 상기 지지구조물(21)에 일측 내면에 결합되어 왕복운동하는 견인잭부(23); 및 상기 지지구조물(21)의 외측에 위치하여 상기 안내로프(12)의 일측을 조이는 외측바이스부(24);로 구성될 수 있고,

좀 더 바람직하게는, 상기 외측바이스부(24)를 생략하는 대신에, 상기 지지구조물(21)의 내측에는, 상기 안내로프(12)의 일측 상에 일렬로 둘 이상의 상기 내측바이스부(22) 및 상기 견인잭부(23)가 구비될 수 있으며,

바람직하게는. 상기 견인로프견인부(30)는, 기 견인로프(14)를 감아서 견인 시킬 수 있도록 전동윈치(31)로 구성될 수도 있다.

본 발명은 빠른 조류 흐름으로 인한 수차터빈의 유실의 염려가 없도록 설치 안전성을 확보할 수 있고,

다수의 수차터빈을 해중으로 투하하는 것만으로 간단하게 설치가 완료되어 경제적인 시공과 함께 손상된 수차터빈의 교체를 용이하게 할 있으며,

해저 지면에 지주대나 기둥을 설치할 필요없이 수차터빈의 수중설치를 손쉽게 할 수 있도록 하여 해상에서 선박들이 자유롭게 운행할 수 있게 한다.

이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)를 이용하여 다수의 수차터빈(60)을 수중에 설치한 것을 나타내는 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)를 이용하여 다수의 수차터빈(60)을 해수면으로 견인시키는 것을 나타내는 정면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)에 사용되는 수차터빈(60)을 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고정뭉치(50)을 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 견인로프견인부(30)와 안내로프견인부(20)의 제 1실시예를 나타내는 측면 단면도이고, 도 7은 도 6의 내측바이스부(22) 및 견인잭부(23)를 나타내는 사시도이며, 도 8은 도 6의 내측바이스부(22)의 정면 단면도이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 견인로프견인부(30)와 안내로프견인부(20)의 제 2실시예를 나타내는 측면 단면도이고, 도 10은 도 9의 내측바이스부(22) 및 견인잭부(23)가 안내로프(12)상에 일렬로 두개씩 구비될 경우에 안내로프견인부(20)의 작동을 나타내는 작동 상태도이다.

도 1과 도 4에 도시된 바와 같이, 해류의 흐름이 관통하여 흐를 수 있도록 하나 이상의 조류통로가 형성되고 양측면에는 관통하여 다수의 안내로프홀(11)이 형성되며 다수의 견인고리(13)가 양측면에 구비되는 터빈몸체(10)와, 상기 조류통로 상에는 발전장치(40)와 발전케이블(17)이 구비되는 수차터빈(60)에 있어서, 본 발명의 일 형태에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)는, 크게 안내로프(12)와 안내로프견인부(20), 견인로프(14)와 견인로프견인부(30)로 나눌 수 있다.

상기 안내로프(12)는, 상기 수차터빈(60)의 터빈몸체(10)에 형성된 안내로프홀(11)에 관통되어 양측이 상기 안내로프견인부(20)에 지지되어 견인되도록 설치되며, 상기 안내로프견인부(20)는, 조류가 통과하는 해안의 양쪽으로, 발전설비가 마 련된 해안지대에, 각각 설치되고, 상기 안내로프(12)의 일측을 지지하며 견인하게 된다.

바람직하게는, 상기 안내로프견인부(20)에는, 발전설비가 마련된 해안지반에 지지구조물(21)이 고정설치되고, 상기 지지구조물(21)의 내측으로는 상기 안내로프(12)의 일측을 조일 수 있도록 내측바이스부(22)가 구비되며, 일측은 상기 내측바이스부(22)와 결합되고 타측은 상기 지지구조물(21)의 일측 내면에 결합되어 왕복운동하는 견인잭부(23)가 마련된다. 또한, 상기 지지구조물(21)의 외측는 외측바이스부(24)가 구비되어 상기 안내로프(12)의 일측을 조여서 상기 지지구조물(21)에 걸리도록 하여 소정길이 이상 안내로프(12)가 조류쪽으로 이동하는 것을 막을 수 있게 구비된다. 상기 견인잭부(23)는 다수의 수차터빈(60)의 이동을 안내하는 안내로프(12)를 큰 힘으로 견인할 수 있도록 유압잭으로 구성할 수 있으며, 상기 내측바이스부(22)와 외측바이스부(24) 또한, 안내로프(12)의 조임성을 크게 할 수 있도록 유압잭으로 구성할 수 있다.

이와 같은 안내로프견인부(20)의 구성을 통한 안내로프(12) 견인시의 작동을 설명하면, 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 조류쪽에 가까이 있는 내측바이스부(22)가 유압잭을 이용하여 안내로프(12)를 톱니모양의 이빨로 꽉 물게 되고, 내측바이스부(22)가 안내로프(12)를 조인 상태에서 일체로 연결된 견인잭부(23)가 가동되어 내측바이스부(22)를 전진시킴과 아울러 내측바이스에 물린 안내로프(12)를 점진적으로 전진 이동시켜 견인하게 된다. 상기 견인잭부(23)가 최대 신장거리까지 이동한 후에는, 상기 지지구조물(21)의 외측에 위치한 외측바이스부(24)가 유 압잭을 이용하여 안내로프(12)를 역시 톱니모양의 이빨로 꽉 문 상태로 안내로프(12)를 조이게 된다. 이 상태에서, 상기 내측바이스부(22)가 물고 있던 안내로프(12)를 풀어줌과 동시에 견인잭부(23)가 가동되어 최대 압축거리까지 압축 이동하고, 다시 내측바이스부(22)가 안내로프(12)를 물게 되는 동시에 상기 외측바이스부(24)는 물고 있던 안내로프(12)를 풀게 되며, 재차 견인잭부(23)가 최대 신장거리까지 이동하면서 안내로프(12)를 전진시켜 견인하게 되는 것이다. 상기 내측바이스부(22)와 외측바이스부(24) 및 견인잭부(23)는 상기 안내로프(12)의 갯수 만큼 안내로프(12)의 양측으로 구비되어 안내로프(12)를 양쪽에서 견인하게 된다. 물론, 상기 견인동작의 반대로 동작함으로써 안내로프(12)를 풀어줄 수 있게 된다.

바람직하게는, 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 지지구조물(21)에는 안내레일(25)을 설치하고 상기 내측바이스부(22)가 상기 안내레일(25)상을 이동하도록 설치하여 상기 견인잭부(23)의 이동으로 용이하게 내측바이스부(22)가 이동될 수 있게 하며, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 외측바이스부(24)를 생략하는 대신에, 상기 지지구조물(21)의 내측으로, 상기 안내로프(12)의 일측 상에 일렬로 적어도 둘 이상의 상기 내측바이스부(22) 및 상기 견인잭부(23)를 마련하여 전방의 내측바이스부(22)가 안내로프(12)를 문 상태에서 견인잭부(23)가 전진 이동하는 동안에는 후방의 내측바이스부(22)는 물고 있던 안내로프(12)를 풀고 견인잭부(23)가 후진이동하며, 다시 후방의 내측바이스부(22)가 안내로프(12)를 물고 견인잭부(23)가 전진이동하는 동안에는 전방의 내측바이스부(22)가 물고 있던 안내로프(12)를 풀고서 견인잭부(23)가 후진이동하여 전방과 후방의 각각의 내측바이스부(22)와 견 인잭부(23)가 교대로 전후진하면서 빠르게 안내로프(12)를 견인할 수 있도록 한다. 물론, 상기 견인동작의 반대로 동작함으로써 안내로프(12)를 풀어줄 수 있게 된다.

다수의 수차터빈(60)이 구비되는 경우에는, 연결로프(15)가 두개의 수차터빈(60)의 사이에서 상기 견인고리(13)에 양단이 연결되어 상기 두개의 수차터빈(60)을 서로 연결시켜 주는 역할을 하게 되며, 다수의 수차터빈(60) 중에서 양 끝단에 위치하는 한 쌍의 수차터빈(60)에는 타측이 견인로프견인부(30)에 지지되어 견인되는 견인로프(14)의 일측이 연결된다. 바람직하게는. 상기 견인로프견인부(30)는, 상기 견인로프(14)를 감아서 상가 연결로프(15)와 견인로프(14)로 연결된 다수의 수차터빈(60)을 견인 시킬 수 있도록 전동윈치(31) 또는 유압윈치로 구성될 수 있다.

또한, 상기 안내로프(12)의 중간부에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 양측면으로는 관통되게 다수의 안내로프홀(11)과 다수의 견인고리(13)가 구비되는 고정뭉치(50)이 구비되고, 상기 고정뭉치(50)의 양측면으로는 상기 연결로프(15)로 수차터빈(60)과 연결되며, 수차터빈(60)이 견인로프(14)와 연결로프(15)를 통하여 견인로프견인부(30)로 견인될 경우에 함께 견인되도록 하고, 상기 수차터빈(60)들 사이에 고정뭉치(50)을 설치할 수 있다. 또한, 도 1과 도 5에 도시된 바와 같이, 고정뭉치(50)의 하측면으로는 고정돌기(53)를 형성시키고, 길이방향으로 양끝단에 형성되는 한 쌍의 닷고리(51)에 연결되는 고정닷(52)을 구비하며, 상기 고정닷(52)이 해저지반에 안착 되도록 하여 상기 고정뭉치(50)가 해저지반에 가라앉아 설치될 시에 상기 고정돌기(53)와 함께, 빠른 조류에 의해 수차터빈(60)이 유실되거나 조류 의 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있도록 한다.

좀 더 상세하게 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양방법을 설명하면, 다수의 수차터빈(60)을 설치시에는, 수차터빈(60)에 관통형성된 안내로프홀(11)에 안내로프(12)를 관통시켜 설치하고, 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 수차터빈(60)의 견인시 안정적으로 견인할 수 있도록 측면의 상하좌우의 네모서리 부분에 안내로프홀(11)과 안내로프(12)를 설치하도록 한다. 다수의 수차터빈(60)을 설치할 경우에는 상기 수차터빈(60) 사이에는 측면의 견인고리(13)를 통하여 연결로프(15)로 연결하고, 다수의 수차터빈(60)의 중간부에는 고정뭉치(50)을 연결한다. 이렇게 연결된 다수의 수차터빈(60)과 고정뭉치(50)을 통과한 안내로프(12)의 일측이 조류가 통과하는 반대편 해안지대에 설치되는 안내로프견인부(20)와 연결되며, 다수의 수차터빈(60)이 설치된 안내로프(12)의 양측이 각각 양쪽 해안지대에 설치된 한 쌍의 안내로프견인부(20)에 연결되게 된다. 상기 안내로프(12)의 양측에 연결된 안내로프견인부(20)가 안내로프(12)를 풀어주도록 작동하여 다수의 수차터빈(60)과 고정뭉치(50)가 하중으로 해저지반에 안착되며 용이하게 수차터빈(60)을 수중에 설치할 수 있게 된다. 또한, 설치된 수차터빈(60) 중 손상된 수차터빈(60)의 교환이나 인양시에는 안내로프견인부(20)와 견인로프견인부(30)를 견인 작동시켜 수중에 있던 수차터빈(60)을 수상으로 띄움과 동시에 해안지대로 견인시켜 인양고리(16)를 이용하여 손상된 수차터빈(60)을 용이하게 인양 및 교환 설치할 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이 의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

도 1은 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)를 이용하여 다수의 수차터빈(60)을 수중에 설치한 것을 나타내는 정면도;

도 2는 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)를 이용하여 다수의 수차터빈(60)을 해수면으로 견인시키는 것을 나타내는 정면도;

도 3은 도 1의 평면도;

도 4는 본 발명에 따른 수차터빈(60)의 수중설치 및 인양장치(100)에 사용되는 수차터빈(60)을 나타내는 사시도;

도 5는 본 발명에 따른 고정뭉치(50)을 나타내는 사시도;

도 6은 본 발명에 따른 견인로프견인부(30)와 안내로프견인부(20)의 제 1실시예를 나타내는 측면 단면도;

도 7은 도 6의 내측바이스부(22) 및 견인잭부(23)를 나타내는 사시도;

도 8은 도 6의 내측바이스부(22)의 정면 단면도;

도 9는 본 발명에 따른 견인로프견인부(30)와 안내로프견인부(20)의 제 2실시예를 나타내는 측면 단면도; 및

도 10은 도 9의 내측바이스부(22) 및 견인잭부(23)가 안내로프(12)상에 일렬로 두개씩 구비될 경우에 안내로프견인부(20)의 작동을 나타내는 작동 상태도:이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 터빈몸체 11 : 안내로프홀

12 : 안내로프 13 : 견인고리

14 : 견인로프 15 : 연결로프

16 : 인양고리 17 : 발전케이블

20 : 안내로프견인부 21 : 지지구조물

22 : 내측바이스부 23 : 견인잭부

24 : 외측바이스부 25 : 안내레일

30 : 견인로프견인부 31 : 전동윈치

40 : 발전장치 50 : 고정뭉치

51 : 닷고리 52 : 고정닷

53 : 고정돌기

60 : 수차터빈

100 : 수차터빈의 수중설치 및 인양장치