KR100945754B1 - 조력을 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바다의 조력을 이용하여 공해가 없이 반영구적으로 에너지를 생산해 낼 수 있는 조력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 조력에 의해 승하강 운동되는 부력 탱크(2)와, 부력 탱크(2)의 시이소 프레임(10)에 연동되어 부력 탱크(2)와 반대방향으로 운동되도록 형성된 직동캠(20)과, 직동캠(20)에 의해 유압유를 펌핑작용되도록 형성된 플런져 펌프(30)와, 플런져 펌프(30)의 유압유에 의해 회전되도록 형성된 유압 모터(60)와, 유압 모터(60)에 의해 연동되어 회전되는 발전기(70)로 구성된 특징이 있다.
Figure R1020080048824
플런져 펌프, 유압 모터, 발전기, 직동캠

Description

조력을 이용한 발전장치{APPARATUS FOR GENERATING ELECTRIC POWER USING TIDAL ENERGY}
본 발명은 조력을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 바다의 조력(潮力)을 이용하여 공해가 없이 반영구적으로 에너지를 생산해 낼 수 있는 조력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래에는, 수력 발전이나, 화력 발전 등을 이용해 전기를 생산해 오고 있지만, 수력은 물을 담수화해서 흐르는 힘에 의해 발전을 일으키는 것으로 물의 양에 따라 전기의 생산량이 변화되고, 비수기에는 전기량의 생산량이 현저하게 떨어지게 되고, 화력 발전은 연료를 이용하기 때문에 공해뿐만 아니라, 전기를 생산해 내는 만큼의 연료 또한 소비 되기 때문에 비실용적인 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 환경 오염 등을 방지하기 위해 화력에 의한 발전을 줄임과 동시에 화력 발전에 사용되는 연료의 소비 또한 줄이기 위해 자연을 이용한 풍력 발전 또는 바닷물을 이용한 조력 발전 등이 개발되고 있다.
그중에서도 최근에는 밀물이나 썰물을 이용한 조력 발전이 많이 개발되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 바다의 조력을 이용하여 공해가 없이 반영구적으로 에너지를 지속적으로 생산해 낼 수 있는 조력을 이용한 발전장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발전장치는, 수압에 의해 승하강 운동되는 부력 탱크와, 부력 탱크의 시이소 프레임에 연동되어 부력 탱크와 반대방향으로 운동되게 형성된 직동캠과, 직동캠에 의해 유압유를 펌핑작용되도록 형성된 플런져 펌프와, 플런져 펌프의 유압유에 의해 회전되도록 형성된 유압 모터부와, 유압 모터에 의해 연동되어 회전되는 발전기로 구성된다.
또한, 상기 유압 모터로 통과된 유압유를 회수하여 플런져 펌프로 재공급되도록 유압유를 저유하는 유압유 탱크가 형성된다.
상기 플런져 펌프 및 유압 모터의 사이에는 질소 유압유탱크 및 유압 조절밸브를 형성시킨다.
상기 플런져 펌프는 2개이상 형성된다.
본 발명의 청구항 1 에 기재된 구성에 의하면, 바다의 조력을 이용하여 공해가 없이 반영구적으로 에너지를 생산해 낼 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 청구항 2 에 기재된 구성에 의하면, 본 발명의 발전장치는 조력에 의해 발생되는 힘을 유압의 힘으로 바꾸어 사용하므로 보다 큰 힘을 얻을 수 있다.
본 발명의 청구항 3 에 기재된 구성에 의하면, 발전장치는 플런져 펌프에서 발생되는 유압의 힘을 조절할 수 있기 때문에 발전량에 맞게 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 청구항 4 에 기재된 구성에 의하면, 플런져 펌프(30)을 다수개 형성시키므로 조력에 의해 발생되는 힘을 증가시켜 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 청구항 5에 기재된 구성에 의하면, 하나의 시이소 프레임에 2개의 상의 직동캠을 형성하므로 고압유 생성량을 높을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 청구항 6에 기재된 구성헤 의하면, 하나의 직동캠(20)에 원동절을 2면이상 구성하므로 많은 량의 유압유를 생성할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 조력을 이용한 발전장치를 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 조력을 이용한 발전장치를 나타내는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 작동상태를 나타내는 도면이고, 도 3 은 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 플런져 펌프의 작동상태를 나타내는 도면이고, 도 4 는 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 직동캠을 나타내는 도면이다.
본 발명의 조력을 이용한 발전장치는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 조수간만의 차에 의해 발생되는 조력에 의해 해수면의 차이를 따라 높낮이가 조절되는 부력 탱크(2)를 구비한다.
상기 부력 탱크(2)는 항상 바다의 상부측 해수면상에 부유되어 있으면서, 조수 간만의 차에 따라 높낮이가 동일하게 변동된다.
상기 부력탱크(2)가 상승할때는 해수면에 의해 부유되지만, 하강할때는 부력탱크(2)의 자중에 의해 하강된다.
상기 부력 탱크(2)에는, 당해 부력 탱크(2)가 해수면의 수위를 따라 상하 수직 방향으로 승하강 운동되며, 상기 부력 탱크(2)의 승하강 운동력이 전달되도록 시이소 프레임(seesaw frame;10)이 연동되게 결합되어 있다.
상기 시이소 프레임(10)의 길이방향의 일부분에는 시이소 프레임(10)이 시이소 작용하도록 중심 고정부(6)가 수직으로 세워져 있다.
상기 부력 탱크(2) 반대측의 시이소 프레임(10)의 단부측에는 부력 탱크(2)와 연동되도록 직동캠(translation cam;20)이 형성된다.
상기의 직동캠(20)은 도 1 에 도시된 바와 같이 그의 길이방향을 따라 양측의 폭이 파형(波形)의 형태를 이루도록 형성되어 있으며, 길이방향을 따라 두께 폭이 다르게 형성되어 있다.
따라서, 상기와 같이 형성된 직동캠(20)은 승하강 운동시 수평상태를 기준해서 같은 위치에서 볼때에 두께 폭의 차이가 발생된다.
이와 같이 형성된 직동캠(20)은 시이소 프레임(10)에 의해 부력 탱크(2)와는 반대로 연동되면서 상하로 승하강되면서 수직운동을 하게 된다.
또한, 조력에 의해 썰물시와 같이 물이 빠지면 부력 탱크(2)가 해수면의 높 이가 저하함에 따라 하강하게 되면 시이소 프레임(10)에 의해 상승되면서 수직운동되는 직동캠(20)의 원동절과 수평방향의 좌우로 왕복 작동되는 플런져 펌프(plunger pump;30)가 설치되어 있다.
상기 플런져 펌프(30)는 직동캠(20)의 작동에 의해 흔들리지 않고 고정되도록 수직보(24)에 의해 고정된다.
상기 수직보(24)에 플런져 펌프(30)가 고정되어 있기 때문에 두께방향으로 힘이 가해지더라도 밀리지 않고, 직동캠(20)에 의해 플런져 펌프(30)의 플런져(도3의 38)만이 작동된다.
이와 같이 형성된 본 발명의 직동캠(20)의 작동은 운동의 거리를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 직동캠 수량을 다수개 설치하여 운동량을 증가 시킬 수 있음은 물론이다.
상기 플런져 펌프(30)의 세부구성은 도3에 도시되어 있다.
상기 플런져 펌프(30)는 항상 직동캠(20)의 원동절을 가압하도록 내측에는 일측으로 탄성지지하는 스프링(36)이 내장되어 있다.
따라서, 상기 플런져 펌프(30)에 내장되어 있는 스프링(36)에 의해 플런져(38)를 밀치고 있기 때문에 플런져(38)의 단부에 형성된 로드봉(39)은 직동캠(20)의 원동절에 항상 맞닿음되어 밀쳐지도록 작용하고 있다.
또한, 로드봉(39)의 단부에는 직동캠(20)의 승하강 작동시에 직동캠(20)면과의 작동시 면마찰력을 줄이기 위해 로울러(35)가 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 플런져(38)와 일체로 연이어지게 형성된 로드봉(39)의 단부에는 직동캠(20)면을 따라 회전되는 로울러(35)가 형성되어 있는 구성이 예시되어 있지만, 로울러(35) 이외에 기타 베어링이나 미끄럼성이 좋은 플라스틱제 등과 같은 합성수지제를 사용할 수 있음은 물론이다.
따라서, 직동캠(20)의 승하강 운동시에 플런져 펌프(30)의 로드봉(39)은 로울러(35)에 의해 직동캠(20)의 길이방향에 형성된 원동절을 타고 미끄러지면서 수평방향으로 원활하게 왕복운동하면서 펌핑(pumping)된다.
수직보(24)상에 위치 고정되어 있는 플런져 펌프(30)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 부력 탱크(2)가 썰물때가 되어 바닷물이 빠지면 낮아지는 해수면에 의해 상승되어 있던 부력 탱크(2) 또한 그 위치가 낮아지므로 반대로 시이소 프레임(10)의 단부에 형성된 직동캠(20)이 수직으로 상승하게 된다. 이때에 부력 탱크(2)는 썰물시와 같이 바닷물이 빠질 때에는 부력 탱크(2)는 자체의 중량에 의해 자연적으로 하강된다.
시이소 프레임(10)의 단부가 상승되면 직동캠(20) 역시 연동하여 상승하여 직동캠(20)의 두께 폭차이에 의해 캠작용을 하기 때문에 플런져 펌프(30)의 직동캠(20)면의 상사점에 위치되면 로드봉(39)을 밀치게 됨과 동시에 플런져(38)를 밀치게 되면서 플런져 펌프(30) 내의 유압유는 출구(34)측으로 이동되면서 배출된다.
특히, 본 발명에 있어서, 플런져 펌프(30)는 직동캠(20)의 길이방향에 폭방향으로 좌우측에 2개이상으로 다수개의 플런져 펌프(30)가 위치되도록 형성시키고 있기 때문에 플런져 펌프(30)의 갯수에 따라 유압유의 공급이동량을 증가시킬 수 있다.
그뿐만 아니라, 시이소 프레임(10)에 여러개의 직동캠(20)을 설치하면 플런져 펌프(30)의 갯수를 더욱 많이 설치할 수 있어 다량의 고압유를 생성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 직동캠(20)의 원동절을 도 4 에 도시된 바와 같이, 2면이상 형성시켜 플런져 폄프(30)을 각면에 위치시켜 작동시키면 유압유의 유량을 더욱 증가시킬 수 있음은 물론이다.
또한, 조수간만의 차이에 의해 해수면의 높낮이가 변화하고, 상기 부력 탱크(2)가 해수면을 따라 수직으로 승하강 운동함에 따라 이와 같이 연동되는 직동캠(20)은 반대로 승하강된다.
상기 직동캠(20)은, 길이방향을 따라 이동되면서 고정되어 있는 플런져 펌프(30)를 폭방향으로 형성된 상하점과 하사점을 통과되면서 자동적으로 다수회 펌핑작동을 반복하게 된다. 즉, 조수간만의 차이로 밀물때 밀려들어오는 바닷물의 해수면의 수위 변동에 따라 부력 탱크(2)가 상승할시, 시이소 프레임(10)의 단부에서 연동되는 직동캠(20)은 반대로 하강하면서 플런져 펌프(30)가 지속적으로 펌핑되게 작동시키고, 반대로 썰물때 바닷물이 빠져 나가면서 부력 탱크(2)는 빠지는 수위의 높이차 만큼 점진적으로 하강함과 동시에 반대로 하강되어 있던 직동캠(20)이 시이소 프레임(10)의 단부가 상승함과 동시에 상승하면서 플런져 펌프(30)가 펌핑되므로 지속적인 펌핑 작동이 가능하다.
이와 같이 작동되는 플런져 펌프(30)는 직동캠(20)의 승하강 운동에 의해 플런져(38)가 펌핑작동을 하게 되면, 도 3 에 도시된 바와 같이, 플런져 펌프(30)의 입구(32)측으로 유입된 유압유가 출구(34)측으로 배출되면서 유압을 발생하게 된다.
상기 플런져 펌프(30)의 입구(32) 및 출구(34)는, 도시하지는 않았지만 체크밸브(check valve)가 형성되어 있기 때문에 펌핑 작동시에 이동되는 유압유는 역류되지 않고 일방향으로만 유동하게 되며, 일정한 압력의 유압유를 공급하게 된다.
플런져 펌프(30)의 작동에 의해 유압유가 유동하게 되면, 상기 플런져 펌프(30)의 출구(34)측으로 배출되는 유압유는 고압유압호스(27)를 통해 질소 유압탱크(40)로 공급된다.
상기 플런져 펌프(30)에 의해 공급되는 유압유를 바로 유압 모터(60)로 공급시켜 회전시켜도 좋으나, 질소 유압탱크(40)로 공급시켜 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 플런져 펌프(30)에서 공급되는 유압유를 저장하는 질소 유압탱크(40)내에는 일정량의 질소가스가 충전되어 있다.
상기 질소 유압탱크(40)에는 충전되어 있는 질소가스에 의해 플런져 펌프(30)에서 공급되는 유압유의 유량이 유입되면서 유압유가 증가되면 질소가스는 압축되면서 질소가스가 압축된 만큼 유압유가 저장된다. 즉, 유압조절밸브(50)를 통해 유압유의 공급량을 작게 조절할시에는 질소 유압탱크(40)내의 질소가스가 플런져 펌프(30)에 의해 공급되는 유압유의 압력에 의해 압축되어 저장되고, 다시 유압조절밸브(50)를 통해 공급되는 유압유의 공급량이 증가되도록 조절하면 질소 유압탱크(40)내에 저장되어 있던 유압유는 압축되어 있던 질소가스압이 팽창되면서 유압유를 유압조절밸브(50)측으로 밀어내면서 배출시키기 때문에 유압유의 공급량이 증가되어 유압모터(60)의 회전력을 증가시키게 된다.
이와 같이, 플런져 펌프(30)의 펌핑 작동에 의해 공급되는 유압유를 질소 유압탱크(40)에서 일부를 충전시켜 둘 수 있기 때문에 조수간만의 차가 크지 않아 플런져 펌프(30)의 작동이 미미할시에도 유압조절밸브(50)를 열어 질소 유압탱크(40)내에 저장되어 있는 유압유를 이용해 유압 모터(60)를 회전시킬 수 있다.
상기 본 발명은 질소 유압탱크(40)내에 저장되어 있는 유압유를 유압조절밸브(50)를 이용하여 유압유의 공급량만을 제어시키면 유압 모터(60)의 회전력을 쉽게 제어할 수 있다.
상기와 같이 공급되는 유압유에 의해 유압 모터(60)가 회전되면, 상기의 회전력을 이용해 발전기(70)를 작동시켜 전기를 얻게 된다.
상기 발전기(70)에는 바로 발전된 전기를 공급시켜 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 다시 충전시켜 사용할 수 있는 축전지(90)가 형성되어 있다.
따라서, 발전기(70)를 통해 발전된 후, 사용하고 남는 전기는 축전지(90)를 이용해 충전해두었다고 필요시에 충전되어 있는 전기를 재사용하면 된다.
또한, 상기 유압 모터(60)를 회전시키면서 통과된 유압유는 플런져 펌프(30)의 작동에 의해 유압유 보관탱크(80)로 회수된 후, 다시 플런져 펌프(30)의 입구(32)로 흡입되어 재순환되면서 사용된다.
상기 유압유 보관탱크(80)로 재회수된 유압유는 플런져 펌프(30)의 연속적인 작동에 의해 지속적으로 재순환된다.
상기 본 발명의 상세한 설명에서는 일예로서, 유압유만을 이용한 것으로 설명하고 있지만 본 발명은 이에 한정하지 않고 수압 및 기타 공압 등을 사용할 수 있음은 물론이다.
도 1 은 본 발명의 조력을 이용한 발전장치를 나타내는 도면.
도 2 는 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 작동상태를 나타내는 도면.
도 3 은 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 플런져 펌프의 작동상태를 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명의 조력을 이용한 발전장치의 직동캠을 나타내는 도면.
-도면의 주요부분에 대한 간단한 부호의 설명-
2: 부력 탱크 10: 시이소 프레임
20: 직동캠 30: 플런져 펌프
40: 질소 유압유탱크 50: 유압 조절밸브
60: 유압 모터 70: 발전기
80: 유압유 탱크 90: 축전지

Claims (6)

  1. 조력에 의해 상승 및 하강되는 부력 탱크(2)와,
    부력 탱크(2)의 시이소 프레임(10)에 연동되어 부력 탱크(2)와 반대방향으로 운동되게 형성된 직동캠(20)과,
    직동캠(20)의 원동절에 맞닿음되게 위치되며, 직동캠(20)의 승하강 운동에 의해 유압유를 펌핑작용되도록 형성된 플런져 펌프(30)와,
    플런져 펌프(30)의 유압유에 의해 회전되도록 형성된 유압 모터(60)와,
    유압 모터(60)에 의해 연동되어 회전되는 발전기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유압 모터(60)로 통과된 유압유를 회수하여 플런져 펌프(30)로 재공급되도록 유압유를 저유하는 유압유 탱크(80)가 형성된 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 발전장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 플런져 펌프(30) 및 유압 모터(60)의 사이에는 질소 유압유탱크(40) 및 유압 조절밸브(50)를 형성시켜 유압유를 원활하게 공급시키는 것을 특징으로 조력을 이용한 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 플런져 펌프(30)는 2개이상인 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 발전장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 직동캠(20)이 다수개 인것을 특징으로 하는 조력을 이용한 발전장치.
  6. 제 1항 또는 제 4 항에 있어서, 직동캠(20)의 원동절이 2면이상인 것을 특징으로 하는 조력을 이용한 발전장치.
KR1020080048824A 2008-05-26 2008-05-26 조력을 이용한 발전장치 KR100945754B1 (ko)

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