KR100997589B1 - 파력을 이용한 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수면에서 발생되는 파도의 힘(파력)을 이용하여 본체 상에 설치되어 있는 승강부재 및 수차를 지속적으로 가동시킴에 따라 회전축 상의 발전설비를 통해 전기를 생산할 수 있도록 구성한 파력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 일정 수면 상에 떠서 유지되며 전면이 경사면을 이루는 판형상의 본체와, 이 본체의 전방부에 배치되어 파력에 의해 힌지를 중심으로 탄력있게 회동하는 집수판과, 이 집수판의 끝단부에서 연장하여 유통로를 구성하는 유도판과, 상기 집수판 사이에 배치되어 파력에 의해 상, 하방향으로 탄력있게 작동함과 동시에 랙기어와 피니언기어를 통해 제1회전축을 가동시키는 승강부재와, 상기 유도판 사이의 유통로 상에 배치되어 파력에 의해 회전하는 날개를 구비함과 동시에 이 날개의 회전력에 연동하여 제2회전축을 가동시키는 수차를 구비하며, 상기 제1 및 제2회전축 상에는 전기를 생성시키기 위한 발전기 및 이 발전기로부터의 전기를 모으기 위한 집전기를 포함하고 있다.
파도, 승강부재, 수차, 발전기, 집전기

Description

파력을 이용한 발전장치{GENERATING ELECTRICITY DEVICE USING WAVES}
본 발명은 수면(水面)에서 발생되는 파도의 힘(파력)을 이용하여 본체 상에 설치되어 있는 승강부재 및 수차를 지속적으로 가동시킴에 따라 회전축 상의 발전설비를 통해 전기를 생산할 수 있도록 구성한 파력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기(電氣)는 우리 생활에서 필수불가결한 요소로서 대부분 화석에너지를 원료로 하여 생산하여 왔으나, 화석연료의 고갈과 원료구입의 어려움, 지구환경의 파괴, 발전설비의 고비용 등 많은 문제에 부딪히면서 화석에너지를 이용한 발전설비 대신 새로운 대체에너지를 이용한 발전설비가 강구되어야 할 필요성이 있다.
이미 세계 각국에서는 대체에너지를 이용한 발전설비 개발에 많은 투자를 하고 있으며, 실제로 태양열이나 풍력(風力), 조력(潮力) 등과 같은 다양한 에너지를 이용하여 전기를 생산하고 있는 국가나 지역이 증가하고 있는 추세이고, 최근 국내에서도 풍력이나 조력을 이용한 발전설비를 곳곳에 설치하여 소정량의 전기를 생산하고 있다.
일반 태양광이나 풍력 등의 대체에너지를 이용한 발전설비가 종래의 화석에너지를 이용한 설비에 비하여 많은 혜택을 주고 있는 것은 사실이지만, 그 설비의 투자비용이 고가이고 특정지역에 제한적으로 설치할 수 밖에 없으며, 조력을 이용한 발전장치의 경우 삼면이 바다로 둘러싸인 우리 실정에 가장 활용도를 높일 수 있는 것임에도 불구하고 다른 대체에너지의 개발에 비하여 투자나 연구개발이 매우 저조한 실정이다.
이러한 해수면의 조력이나 파력(波力)을 이용한 발전장치로서는, 국내 특허공개 제1993-0000824호 공보에서와 같이 수중의 일정 깊이에 배치된 수차(水車)를 이용하거나 또는 특허공개 제1997-0059492호 공보에서와 같이 부력통이 상승하거나 낙하할 때 발생되는 에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 한 기술이 개시되어 있으나, 이러한 설비는 실질적인 발전효율이 크게 떨어지기 때문에 실제 적용하기 어렵다는 문제가 있고, 발전효율을 높이고자 할 경우에는 장치의 구성이 복잡해짐은 물론 그 만큼 단가를 상승시키는 요인이 되는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 파력에 의해 작동하는 승강부재 및 수차를 하나의 본체 상에 탑재하여 효과적으로 전기를 발생시킬 수 있도록 함에 따라 별도의 설비를 필요로 하지 않음은 물론 간단한 구성으로 설치 및 유지관리가 매우 용이하고, 제반 발전효율을 크게 향상시킬 수 있는 파력을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수면 상에서 지속적으로 발생하는 파도의 힘에 의해 전기를 생산할 수 있도록 구성된 파력을 이용한 발전장치로서, 일정 수면 상에 떠서 유지되며 전면이 경사면을 이루는 판형상의 본체와, 이 본체의 전방부에 배치되어 파력에 의해 힌지를 중심으로 탄력있게 회동하는 집수판과, 이 집수판의 끝단부에서 연장하여 유통로를 구성하는 유도판과, 상기 집수판 사이에 배치되어 파력에 의해 상, 하방향으로 탄력있게 작동함과 동시에 랙기어와 피니언기어를 통해 제1회전축을 가동시키는 승강부재와, 상기 유도판 사이의 유통로 상에 배치되어 파력에 의해 회전하는 날개를 구비함과 동시에 이 날개의 회전력에 연동하여 제2회전축을 가동시키는 수차를 구비하며, 상기 제1 및 제2회전축 상에는 전기를 생성시키기 위한 발전기 및 이 발전기로부터의 전기를 모으기 위한 집전기를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 집수판의 양 바깥쪽에는 저류탱크가 마련되어 집수판에 장착된 수문으로 들어온 물이 일시 저장된 상태에서 배출구를 통해 유통로 측으로 흘러 나가도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 승강부재의 모서리부분에는 본체 상에 고정된 안내봉이 끼워져 조립되어 있고, 상기 승강부재의 저면 및 본체 상에 판스프링이 장착되어 탄력을 부여하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 수차는 종동측 및 피동측 스프로킷 사이에 감겨져 회전하는 제1체인 및 이 제1체인 사이에 배열되어 파력에 의해 이동하는 날개를 가지며, 상기 스프로킷 에는 제2체인에 의해 회전하는 연동기어 및 아이들기어를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 본체의 후방부에는 하나의 슬라이드축에 연결된 회동축 상에 다수의 수압조절판이 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치에 의하면, 수면에서 발생하는 파도를 모으는 집수판과 파력에 의해 상,하 방향으로 작동하는 승강부재 및 수차를 하나의 본체 상에 구성함에 따라 별도의 설비를 필요로 하지 않고 효과적으로 전기를 모아 발생시킬 수 있는 것이다.
또한, 간단한 구성으로 시공이 편리하여 비용을 현저하게 절감할 수 있음은 물론 유지관리가 매우 용이하여 실용적으로 활용할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 8a, 도 8b는 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치를 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 기본적인 기술은 수면 상에서 지속적으로 발생하는 파도의 힘을 이용하여 회전체를 가동시키는 것에 의해 전기를 생산할 수 있도록 구성된 것이다.
우선, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치를 구성하는 판형상의 본체(10)는 그 주변에 형성된 고정편(11)에 와이어(12)를 개재하여 닻이나 통상의 고정수단(도시생략)에 의해 일정 수면에 떠서 유지됨과 동시에 전면이 경사면을 이루도록 구성되어 있고, 이 본체(10) 상에는 힌지(a)를 중심으로 탄력있게 회동하는 집수판(20A,20B) 및 이들 집수판(20A,20B) 사이에 설치된 승강부재(30)를 포함하여 그 후방에 수차(40)가 각각 설치되어 있다.
상기 본체(10)의 전방부에 장착된 집수판(20A,20B)은 파력에 의해 힌지(a)를 중심으로 탄력있게 회동할 수 있는 동시에 이 집수판(20A,20B)의 일측 하단부에는 롤러(21)가 장착되어 본체(10) 상에 형성된 레일(13)을 타고 슬라이드 이동할 수 있게 된다.
또, 상기 집수판(20A,20B)의 회동시에 탄력에 의한 원위치로의 이동이 가능하도록 스프링(22)에 의해 연결되어 있고, 상기 집수판(20A,20B)의 끝단부에는 유도판(23A,23B)이 각각 장착되는 것에 의해 소정 폭의 유통로(24)가 마련되어 있다.
상기 집수판(20A,20B)의 양 바깥쪽에는 저류탱크(25)가 마련됨에 따라 상기 집수판(20A,20B)에 장착된 다수의 수문(26a)으로 들어온 물이 일시 저장된 상태에서 배출구(26b)를 통해 유통로(24) 측으로 흘러 나가도록 구성되어 있다.
상기 수문(26a)의 경우, 집수판(20A,20B)의 외측벽에 부착된 경첩(도시생략)에 의해 아래쪽이 열리는 통상의 구조를 채용하는 것에 의해 물이 수문(26a)을 통해 저류탱크(25)에 채워지면 자동적으로 닫히도록 구성할 수 있다.
또한, 도 4a 및 도 4b에서와 같이 상기 본체(10)의 후방에는 다수의 수압조절판(14)이 회동 가능하도록 장착되어 있고, 이 수압조절판(14)은 다수의 판상체로 이루어져 연이어 장착됨과 동시에 그 아래쪽에 설치된 회동축(15a)과 슬라이드축(15b)을 결속시켜 구성함에 따라 수압조절판(14)의 회동에 의한 수면의 압력 조절이 가능하게 된다.
도 5 및 도 6a, 도 6b에서와 같이, 상기 집수판(20A,20B) 사이에는 전방에 절곡편(31)이 형성된 승강부재(30)가 안내봉(32)에 끼워져 설치됨과 동시에 중앙부가 상기 본체(10)와 판스프링(33)으로 연결되어 파력의 발생시에 탄력있게 상, 하 방향으로 작동할 수 있게 된다.
상기 승강부재(30)의 일측 저면에는 평면 상에 랙기어(34a)가 형성된 평판체 (34)가 장착되어 있고, 이 평판체(34)의 랙기어(34a)와 맞물려 회전하는 피니언기어(35a)를 통해 베어링(36)을 개재하여 설치된 제1회전축(35)을 가동시킬 수 있게 된다.
상기 피니언기어(35a)에는 치차비를 고려하여 별개의 구동기어(37)를 장착함에 따라 제1회전축(35)을 보다 효율적으로 가동시킬 수 있으며, 또한 도 7a, 도 7b에서와 같이 상기 구동기어(37)의 경우에는 내측휠(38a)과 외측휠(38b) 사이에 결속체(39)가 개재되어 있는 통상의 일방향 클러치와 같은 기구물에 의해 어느 한쪽 방향으로만 계속해서 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 상기 유도판(23A,23B) 사이의 유통로 (24) 상에 설치되는 수차(40)는, 종동측 및 피동측 스프로킷(41A,41B) 사이에 제1체인(42)이 감겨져 있는 동시에 이 제1체인(42) 상에 일정 간격을 두고 다수의 날개(43)가 장착되어 있다.
이 날개(43)의 경우, 상향이동시에는 파도에 저항하여 세워지고 하향이동시에는 파도의 저항을 피하기 위해 안쪽으로 접혀지는 구조를 채용하는 것이 가장 바람직하며, 통상의 콤바인(combine)이나 바인더(binder) 등과 같은 농기계에서 흔히 볼 수 있는 구조이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 종동측 및 피동측 스프로킷(41A,41B)으로부터 본체(10)의 아래쪽으로 연이어진 제2체인(44A,44B)에 의해 각각의 연동기어(45A,45B)가 회전하도록 구성되어 있으며, 이들 연동기어(45A,45B) 사이에 맞물려 있는 아이들기어(46)와 동축으로 제2회전축(47)이 설치되어 있다.
상기 연동기어(45A,45B)는 종동측 및 피동측 스프로킷(41A,41B)에 모두 설치한 것으로 도시되어 있으나 그 어느 한쪽에만 설치하여도 관계없다.
또한, 도 9에서와 같이, 상기 제1 및 제2회전축(35,47) 상에는 전기를 생성시키기 위해 코일(50)과 자석(51A,51B)으로 이루어진 통상의 발전기(52) 및 이 발전기(52)로부터의 전기를 모으기 위해 설치된 통상의 집전기(53)를 포함하여 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 수면 상에 발전장치가 구비되어 있는 닻이나 기둥과 같은 통상의 수단에 의해 다수의 본체(10)를 띄워 고정시키게 되는데, 이 때 도 4a 및 도 4b에서와 같이 상기 본체(10) 후방에 마련된 수압조절판 (14) 들을 회동축(15a) 및 슬라이드축(15b)에 의해 적절히 회동시킴에 따라 물 위에 떠 있는 상태로 유지시킬 수 있는 것이다.
이러한 상태에서, 도 3에 화살표로 나타낸 바와 같이 파도가 쳐서 본체(10) 의 전방부 측으로 몰려오게 되면, 우선 집수판(20A,20B)이 스프링(22)에 저항하여 힌지(a)를 중심으로 회동함과 동시에 롤러(21)가 본체(10) 상의 레일(13)을 따라 이동하면서 양쪽으로 벌어지게 되고 물을 유통로(24) 측으로 모아서 흐르게 한다.
또한, 상기 집수판(20A,20B) 사이에 설치되어 있는 승강부재(30)는 도 5에서와 같이 파력에 의해 판스프링(33)에 저항하여 안내봉(32)을 따라 상측방향으로 이동하게 됨과 동시에 평판체(34)에 형성된 랙기어(34a)가 피니언기어(35a)를 회동시킴에 따라 제1회전축(35)을 작동시키게 된다.
이와 반대로, 파력이 작용하지 않는 경우에는 상기 판스프링(33)의 복원력에 의해 승강부재(30)가 하측방향으로 이동하면서 다시 랙기어(34a) 및 피니언기어 (35a)에 의해 제1회전축(35)을 작동시키게 되는 것이다.
상기 평판체(34)의 랙기어(34a)와 제1회전체(35) 사이에는 기어의 치차비를 적절히 조절하여 제1회전체(35)를 보다 효과적으로 작동시킬 수 있는 것이며, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같은 일방향 클러치의 구조를 이용하여 제1회전체(35)를 한쪽 방향으로만 회전이 가능하도록 할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 본체(10)의 유통로(24) 상에 설치되어 있는 수차(40)의 경우에는 파도가 유통로(24)를 통해 인입되어 날개(43)에 부딪힘에 따라 제1체인(42)을 회전시켜 종동측 및 피동측 스프로킷(41A,41B)을 가동시키게 된다.
이에 따라, 이들 스프로킷(41A,41B)에 감겨져 있는 제2체인(44A,44B)에 의해 연동기어(45A,45B)를 회전시키게 되고, 이들 연동기어(45A,45B) 사이에 개재되어 있는 아이들기어(46)를 통해 제2회전축(47)을 작동시킬 수 있게 된다.
아울러, 상기 집수판(20A,20B)에 설치되어 있는 다수의 수문(26a)을 통해 저류탱크(25)로 들어온 물은 수문(26a)이 닫히면서 일시 저장되고 다시 파도가 밀려 나갈 때 저류탱크(25) 내의 물이 배출구(26b)를 통해 유통로(24) 측으로 흘러 나감에 따라 수차(40)를 지속적으로 회전시켜 제2회전축(47)을 가동시킬 수 있는 것이다.
상기한 제1회전축(35) 및 제2회전축(47)은 도 9에서와 같이 전기를 발생시키는 발전기(52) 및 전기를 모으는 집전기(53)에 의해 필요한 용도로 사용이 가능한 것으로서, 이들 발전기 및 집전기의 경우에는 전기발생에 필요한 통상의 기술수단에 의해 구현 가능한 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것으로서, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것임은 물론이다.
도면은 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치를 설명하기 위한 것으로서,
도 1은 발전장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 평면 구성도,
도 2a는 도 1에 도시된 발전장치의 개략 측면도,
도 2b는 집수판에 물탱크가 설치된 상태를 나타낸 개략 구성도,
도 3은 집수판의 동작관계를 설명하기 위한 도면,
도 4a, 도 4b는 수압조절판의 구성예를 나타낸 도면,
도 5는 승강부재 및 제1회전축의 접속상태를 나타낸 구성도,
도 6a, 도 6b는 랙기어와 피니언기어의 동작관계를 설명하기 위한 도면,
도 7a, 도 7b는 일방향 클러치의 일예를 나타낸 요부 도면,
도 8은 수차 및 제2회전축의 접속상태를 나타낸 구성도,
도 9는 일반적인 발전기의 구성 및 집전기가 연결된 상태의 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 본체 11: 고정편
12: 와이어 13: 레일
14: 수압조절판 15a: 회동축
15b: 슬라이드축 20A,20B: 집수판
21: 롤러 22: 스프링
23A,23B: 유도판 24: 유통로
25: 저류탱크 26a: 수문(水門)
26b: 배출구 30: 승강부재
31: 절곡편 32: 안내봉
33: 판스프링 34: 평판체
34a: 랙기어 35: 제1회전축
36: 베어링 37: 구동기어
38a: 내측휠 38b: 외측휠
39: 결속체 40: 수차(水車)
41A,41B: 스프로킷 42: 제1체인
43: 날개 44A,44B: 제2체인
45A,45B: 연동기어 46: 아이들기어
47: 제2회전축 50: 코일
51A,51B: 자석 52: 발전기
53: 집전기

Claims (5)

  1. 수면 상에서 지속적으로 발생하는 파도의 힘에 의해 전기를 생산할 수 있도록 구성된 파력을 이용한 발전장치로서,
    일정 수면 상에 떠서 유지되며 전면이 경사면을 이루는 판형상의 본체(10)와,
    이 본체(10)의 전방부에 배치되어 파력에 의해 힌지(a)를 중심으로 탄력있게 회동하는 집수판(20A,20B)과,
    이 집수판(20A,20B)의 끝단부에서 연장하여 유통로(24)를 구성하는 유도판(23A,23B)과,
    상기 집수판(20A,20B) 사이에 배치되어 파력에 의해 상, 하방향으로 탄력있게 작동함과 동시에 랙기어(34a)와 피니언기어(35a)를 통해 제1회전축(35)을 가동시키는 승강부재(30)와,
    상기 유도판(23A,23B) 사이의 유통로(24) 상에 배치되어 파력에 의해 회전하는 날개(43)를 구비함과 동시에 이 날개(43)의 회전력에 연동하여 제2회전축(47)을 가동시키는 수차(40)를 구비하며,
    상기 제1 및 제2회전축(35,47) 상에는 전기를 생성시키기 위한 발전기(52) 및 이 발전기(52)로부터의 전기를 모으기 위한 집전기(53)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 집수판(20A,20B)의 양 바깥쪽에는 저류탱크(25)가 마련되어 집수판(20A,20B)에 장착된 수문(26a)으로 들어온 물이 일시 저장된 상태에서 배출구(26b)를 통해 유통로(24) 측으로 흘러 나가도록 구성한 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 승강부재(30)의 모서리부분에는 본체(10) 상에 고정된 안내봉(32)이 끼워져 조립되어 있고, 상기 승강부재(30)의 저면 및 본체(10) 상에 판스프링(33)이 장착되어 탄력을 부여하도록 구성한 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수차(40)는 종동측 및 피동측 스프로킷 (41A,41B) 사이에 감겨져 회전하는 제1체인(42) 및 이 제1체인(42) 사이에 배열되어 파력에 의해 이동하는 날개(43)를 가지며, 상기 스프로킷(41A,41B)에는 제2체인 (44A,44B)에 의해 회전하는 연동기어(45A,45B) 및 아이들기어(46)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 본체(10)의 후방부에는 하나의 슬라이드축(15b)에 연결된 회동축(15a) 상에 다수의 수압조절판(14)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
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