KR101029864B1 - 파력발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물결의 높낮이 변화에 의하여 상하운동을 하는 부유수단을 이용하여 스크류를 회전시켜서 동력을 발생시킬 수 있는 파력발생장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 파력발생수단은 부유수단과, 스크류바와, 구속바와, 고정수단을 포함한다. 상기 부유수단은 파도가 칠 때 수직방향으로 힘을 받을 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁게 경사지며 그 외주면에 복수의 홈이 형성되어 물결에 따라 상하운동을 한다. 상기 스크류바는 압축기 또는 발전기를 돌리기 위한 파력을 발생시키기 위하여 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 회전운동을 하도록 상기 부유수단을 관통하여 결합하고 일단이 수중에 삽입된다. 상기 구속바는 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 상기 부유수단의 회전운동을 구속할 수 있도록 상기 부유수단을 관통하여 일단이 수중에 삽입된다. 상기 고정수단은 상기 스크류바 및 상기 구속바가 수중에 구속되어 물결에 의하여 좌우앞뒤 방향으로 움직여 파도의 충격에너지를 상쇄시킬 수 있게 상기 스크류바의 일단 및 상기 구속바의 일단과 조인트로 연결된다.
본 발명에 의하면 부유수단이 상하운동을 함에 따라 스크류바가 회전운동을 하는 파력발생장치를 제공함으로써 스크류바를 이용하여 압축기 또는 발전기를 구동할 수 있다. 이 경우 다른 부유수단이 필요가 없으므로 파력발생장치를 단순화시킬 수 있다.

Description

파력발생장치{Wave power generation apparatus}
본 발명은 파력발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 물결의 높낮이 변화에 의하여 상하운동을 하는 부유수단을 이용하여 스크류를 회전시켜서 동력을 발생시킬 수 있는 파력발생장치에 대한 것이다.
파력발생장치는 해파(Sea wave) 또는 해양파(Ocean wave)를 이용하여 전기와 같은 유용한 에너지로 변환하기 위하여 파력을 발생시키는 장치이다. 해파는 효율적으로 개발된다면 세계 에너지 문제의 상당 부분을 해결할 수 있는 거의 무한한 에너지원을 구성하는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 해파를 이용하여 발전을 하는 장치에 대해서 국내외로 많이 출원되어 있다. 국내 등록특허 제10-0926463호는 해수의 유동인 조류와 파도의 운동 에너지를 이용하여 동력을 발생시킬 수 있는 파력발생장치에 대한 것이다. 도 4는 등록특허 제10-0926463호에 개시된 파력발생장치의 개념도이다. 도 4에 개시된 종래의 파력발생장치는 스크류바(1)와, 제1부유체(3)와, 동력변환수단(5)과, 제2부유체(15)와, 압축기(20)를 포함한다.
스크류바(1)는 일단이 해저에 고정된다. 제1부유체(3)는 파도가 쳐서 물결이 일렁일 때 스크류바(1)를 따라 상하운동을 한다.
동력변환수단(5)은 회전운동부와 직선운동부(8)를 구비한다. 회전운동부는 원형캠(7)으로 구성된다. 원형캠(7)은 제1부유체(3)의 상부에 고정된다. 그래서 제1부유체(3)가 상하운동을 하면 원형캠(7)도 상하운동을 한다. 그리고 원형캠(7)은 상하운동시 스크류바(1)를 중심으로 회전운동을 할 수 있게 스크류바(1)와 결합한다. 즉 스크류바(1)는 원형캠(7)을 관통하여 삽입된다. 이때 스크류바(1)는 원형캠(7)이 중심에서 벗어난 일측을 중심으로 회전할 수 있게 상기 일측을 관통하여 삽입된다.
직선운동부(8)는 원형캠(7)이 회전운동시 직선운동을 안내하는 역할을 한다. 이를 위하여 환형링(9)과 동력전달축(11)을 구비한다. 환형링(9)은 타원형으로서 원형캠(7)을 감싼다. 그리고 동력전달축(11)은 환형링(9)에 결합한다. 그래서 원형캠(7)이 회전운동을 하면 동력전달축(11)은 직선운동을 한다.
압축기(20)는 제2부유체(15)의 상부에 설치되며, 동력전달축(11)에 연결된다. 그래서 동력전달축(11)이 직선운동을 하면 공기 또는 물 등의 유체를 압축시킨다.
파도(30)가 치면 물결이 일렁인다. 그러면 제1부유체(3)가 화살표 31의 방향으로 상하운동을 한다. 제1부유체(3)가 상하운동을 하면 원형캠(7)은 스크류바(1)를 중심으로 화살표 33의 방향으로 회전운동을 한다. 스크류바(1)가 회전운동을 하면 동력전달축(11)은 화살표 35의 방향으로 직선운동을 하여 압축기(20)를 구동시킨다. 이때 압축기(20)를 구동시키는 효율은 동력전달축(11)의 직선 왕복운동 거리에 달려있다.
도 4에 개시된 종래의 파력발생장치는 파력을 발생시키기 위하여 물결에 따라 상하운동을 하는 제1부유체(3)를 회전시켰다. 이 경우 제1부유체(3)의 회전력을 이용하여 압축기 또는 발전기를 구동하기 위하여 별도의 제2부유체(15)가 필요하였고, 제2부유체(15)에 압축기(20) 또는 발전기를 설치하였다. 따라서 제1부유체(3)를 회전시킴으로 인하여 파력발생장치의 구성이 복잡하다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 파력발생장치의 경우 스크류바(1)가 해저 바닥에서 좌우로 움직이지 못하도록 고정되어 있다. 그런데 파도가 칠 때 마다 제1부유체(3)가 좌우로 흔들리므로 제1부유체(3)가 스크류바(1)에 힘을 가한다. 그래서 스크류바(1)가 굴절되거나 파손되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 파력발생장치의 경우 장시간 사용하면 스크류바(1)에 해조류 등이 부착된다. 이 경우 파도가 치더라도 제1부유체(3)가 스크류바(1)를 따라 상하로 제대로 이동하지 못하므로 파력을 발생시키지 못한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 제1부유체 대신 스크류바를 회전시킴으로써 파력을 발생시키기 위하여 구성을 단순하게 구현할 수 있는 파력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 파도가 칠 경우 스크류바가 좌우앞뒤로 자유롭게 움직일 수 있도록 함으로써 스크류의 파손을 방지할 수 있는 파력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스크류바에 해조류 등이 부착되더라도 부유수단이 스크류바를 따라 상하로 이동하면서 스크류바에 부착된 해조류 등을 제거할 수 있는 파력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 파력발생수단은 부유수단과, 스크류바와, 구속바와, 고정수단을 포함한다. 상기 부유수단은 파도가 칠 때 수직방향으로 힘을 받을 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁게 경사지며 그 외주면에 복수의 홈이 형성되어 물결에 따라 상하운동을 한다. 상기 스크류바는 압축기 또는 발전기를 돌리기 위한 파력을 발생시키기 위하여 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 회전운동을 하도록 상기 부유수단을 관통하여 결합하고 일단이 수중에 삽입된다. 상기 구속바는 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 상기 부유수단의 회전운동을 구속할 수 있도록 상기 부유수단을 관통하여 일단이 수중에 삽입된다. 상기 고정수단은 상기 스크류바 및 상기 구속바가 수중에 구속되어 물결에 의하여 좌우앞뒤 방향으로 움직여 파도의 충격에너지를 상쇄시킬 수 있게 상기 스크류바의 일단 및 상기 구속바의 일단과 조인트로 연결된다.
또한, 상기의 파력발생장치에 있어서, 상기 고정수단은 고정물과, 제1연결바와, 제2연결바를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 고정물은 수중에 고정된다. 상기 제1연결바는 일단은 스크류바의 일단에 조인트 연결되고, 타단은 상기 고정물의 일측에 조인트 연결된다. 상기 제2연결바는 일단은 상기 구속바의 일단에 조인트 연결되고, 타단은 상기 고정물의 타측에 조인트 연결된다.
또한, 상기의 파력발생장치는 상기 부유수단이 상기 스크류바에서 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 상기 스크류바의 일측에 설치된 스토퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 파력발생장치는 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 상기 구속바 및 상기 스크류바에 묻은 이물질을 제거할 수 있도록 상기 부유수단에 장착된 커터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 부유수단이 상하운동을 함에 따라 스크류바가 회전운동을 하는 파력발생장치를 제공함으로써 스크류바를 이용하여 압축기 또는 발전기를 구동할 수 있다. 이 경우 다른 부유수단이 필요가 없으므로 파력발생장치를 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 상부가 넓고 하부가 좁게 경사지며 그 외주면에 복수의 홈이 형성된 부유수단을 구비한다. 이 경우 파도가 칠 경우 파도의 힘이 부유수단에 수직으로 작용한다. 그래서 파도가 칠 때마다 부유수단이 상하로 보다 원활하게 이동하여 큰 파력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 스크류바가 제1연결바에 의하여 조인트 연결되고 구속바가 제2연결바에 의하여 조인트 연결된 파력발생장치를 제공함으로써 파도에 의하여 부유수단이 좌우앞뒤로 흔들리더라도 스크류바 및 구속바가 부유수단을 따라 함께 좌우앞뒤로 움직일 수 있다. 따라서 스크류바 및 구속바의 파손을 막을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 구속바 및 스크류바에 묻은 이물질을 제거하기 위하여 부유수단에 장착된 커터를 구비하는 파력발생장치를 제공함으로써, 구속바 및 스크류바에 해조류 등이 부착되더라도 이를 제거할 수 있다. 따라서 스크류바 등에 이물질이 부착되더라도 부유수단이 스크류바를 따라 원활하게 상하로 이동할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파력발생장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 부유수단의 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 작동도,
도 4는 종래의 파력발생장치의 개념도이다.
도 1은 본 발명에 따른 파력발생장치의 일 실시예의 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 부유수단의 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 실시예의 작동도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 파력발생장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 파력발생장치는 부유수단(101)과, 스크류바(103)와, 구속바(105)와, 고정수단(110)과, 스토퍼(120)와, 커터(128)를 포함한다.
부유수단(101)은 부력에 의하여 수면에 떠 있는다. 따라서 파도가 쳐서 물결이 일렁이면 부유수단(101)은 물결을 따라 화살표 135의 방향으로 상하이동을 한다. 본 실시예의 파력발생장치는 부유수단(101)의 이러한 상하운동을 이용하여 파력을 발생시킨다. 따라서 큰 힘의 파력을 발생시키기 위해서는 부유수단(101)이 상하로 큰 폭으로 이동하여야 한다. 파도가 칠 때 부유수단(101)이 수직으로 힘을 받기 위하여 부유수단(101)은 상부가 넓고 하부가 좁은 원뿔기둥형으로 형성되고 그 외주면에는 외주면을 따라 복수의 홈(101b)이 형성되어 있다. 부유수단(101)이 경사져서 원뿔기둥 모양으로 형성되어 있으므로 파도가 일어나서 부유수단(101)의 옆면을 치더라도 부유수단(101)에 수직방향으로 힘이 작용하게 된다. 그래서 파도가 칠 경우 부유수단(101)을 수직으로 이동시킬 수 있다. 그리고 외주면에 형성된 홈(101b)은 파도와의 마찰력을 증가시켜 준다. 그래서 부유수단(101)은 외주면이 평편할 때보다 더 수직력을 받을 수 있다. 즉 부유수단(101)의 경사는 파도가 칠 때 그 힘이 수직으로 작용하도록 하며, 외주면에 형성된 홈(101b)은 수직으로 더 큰 힘을 받도록 한다. 따라서 부유수단(101)은 파도가 칠 때 수면의 높낮이의 차이뿐만 아니라 파도의 힘에 의해서도 상하로 이동하게 된다.
스크류바(103)는 일단이 수중에 삽입된다. 그리고 부유수단(101)이 상하로 이동을 하면 회전운동을 할 수 있도록 부유수단(101)을 관통하여 결합한다. 따라서 파도가 쳐서 물결이 일렁이면 부유수단(101)은 스크류바(103)를 따라 화살표 135의 방향으로 상하로 운동을 하고 스크류바(103)는 부유수단(101)에 의하여 화살표 137의 방향으로 좌우로 회전을 한다.
구속바(105)는 부유수단(101)이 상하운동을 할 때 회전운동을 구속할 수 있도록 부유수단(101)을 관통하여 일단이 수중에 삽입된다. 따라서 부유수단(101)은 구속바(105)를 따라 상하운동을 한다. 그리고 구속바(105)에는 부유수단(101)이 원활하게 상하운동을 하기 위하여 베어링(131)이 결합되어 있다. 부유수단(101)이 스크류바(103)를 따라 상하운동을 할 때 스크류바(103)가 회전을 하지 않고 부유수단(101)이 회전을 할 수 있다. 이것을 방지하고 스크류바(103)가 회전하기 위해서는 부유수단(101)의 회전이 구속되어야 한다. 구속바(105)는 한 쌍이 부유수단(101)을 관통하여 삽입되어 부유수단(101)이 스크류바(103)를 따라 회전하는 것을 방지하여 준다. 따라서 부유수단(101)이 상하운동을 하면 스크류바(103)가 회전운동을 할 수 있다.
고정수단(110)은 스크류바(103) 및 구속바(105)가 수중에서 구속되어 물결에 의하여 좌우앞뒤 방향으로 움직여 파도의 충격에너지를 상쇄시키는 역할을 한다. 이를 위하여 고정수단(110)은 고정물(115)과, 제1연결바(111)와, 제2연결바(113)를 구비한다.
고정물(115)은 바다의 바닥에 고정된다. 본 실시예에서 고정물(115)은 단순히 바다의 바닥에 고정되지만, 고정물(115)로써 인공어초 등을 사용할 수 있다. 제1연결바(111)는 일단은 스크류바(103)의 일단과 조인트 연결되며, 타단은 고정물(115)의 일측과 조인트 연결된다. 제2연결바(113)는 일단은 구속바(105)의 일단과 조인트 연결되며, 타단은 고정물(115)의 타측과 조인트 연결된다. 파도가 치면 부유수단(101)이 좌우로 흔들린다. 부유수단(101)에는 스크류바(103) 및 구속바(105)가 삽입되어 있다. 따라서 파도가 치면 부유수단(101)에 의하여 스크류바(103) 및 구속바(105)에 힘이 가해진다. 이 때 스크류바(103) 및 구속바(105)가 고정물(115)에 제1연결바(111) 및 제2연결바(113)에 의하여 조인트 연결되어 있으므로 파도가 어느 한 방향으로 칠 때 화살표 141의 방향과 같이 파도방향으로 이동하여 파도의 충격에너지를 상쇄시킨다. 따라서 스크류바(103) 및 구속바(105)가 파손되는 것을 예방시켜 준다.
스토퍼(120)는 스크류바(103)의 타단에 설치되어 부유수단(101)이 스크류바(103)로부터 이탈되는 것을 방지시켜준다. 이를 위하여 스토퍼(120)는 캡부(121)와, 충돌부(125)와, 스프링(123)을 구비한다. 캡부(121)는 스크류바(103)의 타단에 고정된다. 충돌부(125)는 캡부(121)의 내부에 슬라이딩을 할 수 있게 삽입되며, 스프링(123)은 충돌부(125)를 지지한다. 파도가 치면 부유수단(101)은 스크류바(103)를 따라 상하로 슬라이딩을 한다. 이때 파도가 과도하게 치면 부유수단(101)이 스크류바(103)를 이탈할 수 있다. 이 경우 스토퍼(120)의 충돌부(125)가 부유수단(101)과 충돌하여 부유수단(101)이 스크류바(103)를 이탈하는 것을 방지시킨다. 그리고 스프링(123)은 충돌부(125)가 충돌시 충격력을 완충시키는 역할을 한다.
커터(128)는 부유수단(101)이 상하운동을 할 때 구속바(105) 및 스크류바(103)에 묻은 이물질을 제거하는 역할을 한다. 이를 위하여 커터(128)는 구속바(105) 및 스크류바(103)의 표면에 묻은 이물질을 제거할 수 있도록 부유수단(101)에 장착된다. 이때 커터(128)는 교체할 수 있도록 탈착가능하게 부유수단(101)에 장착된다. 파력발생장치를 장시간 사용하면 구속바(105) 및 스크류바(103)의 표면에는 해조류 등 이물질이 부착된다. 구속바(105) 및 스크류바(103)에 이물질이 많이 부착되면 부유수단(101)이 스크류바(103) 및 구속바(105)를 따라 상하로 운동을 할 수가 없다. 커터(128)는 부유수단(101)이 상하로 운동하면서 스크류바(103) 및 구속바(105)의 표면에 부착된 이물질을 제거할 수 있게 부유수단(101)에 장착된다. 그리고 커터(128)가 장시간 사용되면 칼날이 무더지므로 커터(128)를 교체할 수 있게 탈착가능하도록 부유수단(101)에 장착된다.
발전기(133)는 고정물(115)에 설치되어 제1연결바(111)에 연결된다. 따라서 스크류바(103)가 회전을 하면 제1연결바(111)가 회전을 하여 발전기(133)를 구동시킨다. 종래의 파력발생장치의 경우 다른 부유수단을 구비하고 그 부유수단에 발전기를 장착하였으나 본 실시예의 경우 발전기(133)를 제1연결바(111)에 연결시켜 스크류바(103)의 회전력을 바로 이용할 수 있다. 따라서 파력발생장치를 단순하게 구현할 수 있다. 또한 본 실시예의 경우 발전기(133)를 제1연결바(111)에 결합시켰지만 실시예에 따라서 스크류(103)의 타단에 직접 설치할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 파력발생장치의 동작에 대하여 설명한다. 파도가 치면 부유수단(103)은 스크류바(103)을 따라 화살표 135의 방향으로 상하운동을 한다. 이때 구속바(105)가 부유수단(103)에 삽입되어 있으므로 부유수단(103)은 회전이 구속되어서 스크류바(103)가 화살표 137의 방향으로 회전을 한다. 스크류바(103)에는 제1연결바(111)가 연결되어 있고, 제1연결바(111)에는 발전기(133)가 연결되어 있다. 따라서 스크류바(103)가 화살표 137의 방향으로 회전을 하면 결국 발전기(133)가 구동되어 전기를 생산할 수 있다. 그리고 파도가 치면 부유수단(103)이 좌우로 이동을 하면 제1연결바(111) 및 제2연결바(113)이 파도방향을 따라 화살표 141의 방향으로 좌우로 이동을 하므로 스크류바(103) 및 구속바(105)가 파손되는 것을 방지시킬 수 있다.
101 : 부유수단 101b : 홈
103 : 스크류바 105 : 구속바
110 : 고정수단 111 : 제1연결바
113 : 제2연결바 115 : 고정물
120 : 스토퍼 121 : 캡부
123 : 스프링 125 : 충돌부
128 : 커터 131 : 베어링
133 : 발전기

Claims (4)

  1. 파도가 칠 때 수직방향으로 힘을 받을 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁게 경사지며 외주면에 복수의 홈이 형성되어 물결에 따라 상하운동을 하는 부유수단과;
    압축기 또는 발전기를 돌리기 위한 파력을 발생시키기 위하여 상기 부유수단이 상하운동을 할 때 회전운동을 하도록 상기 부유수단을 관통하여 결합하고 일단이 수중에 삽입된 스크류바와;
    상기 부유수단이 상하운동을 할 때 상기 부유수단의 회전운동을 구속할 수 있도록 상기 부유수단을 관통하여 일단이 수중에 삽입된 구속바와;
    상기 스크류바 및 상기 구속바가 수중에서 구속되어 물결에 의하여 좌우앞뒤 방향으로 움직여 파도의 충격에너지를 상쇄시킬 수 있게 상기 스크류바의 일단 및 상기 구속바의 일단과 조인트로 연결된 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고정수단은
    수중에 고정된 고정물과;
    일단은 스크류바의 일단에 조인트 연결되고, 타단은 상기 고정물의 일측에 조인트 연결된 제1연결바와;
    일단은 상기 구속바의 일단에 조인트 연결되고, 타단은 상기 고정물의 타측에 조인트 연결된 제2연결바를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부유수단이 상기 스크류바에서 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 상기 스크류바의 일측에 설치된 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부유수단이 상하운동을 할 때 상기 구속바 및 상기 스크류바에 묻은 이물질을 제거할 수 있도록 상기 부유수단에 장착된 커터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
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