KR101055178B1 - 파력을 이용한 양수발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파력을 이용한 양수발전시스템에 관한 것으로, 파력(波力)에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 펌프를 가동시켜 양수실(揚水室)로 해수(海水)를 모은 다음 고압으로 배출시켜 발전기(Generator)가 효율적으로 가동되도록 함으로써 친환경의 무한발전(無限發電)이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
또한 본 발명은 방파제, 해안도로, 해변관광시설을 겸할 수 있으며, 양수발전에 이용된 해수는 염전이나 수족관, 해수온천, 해수풀(인공해수욕장), 담수설비 등 필요한 곳에 공급시켜 경제적으로 활용할 수 있다.
또한 본 발명은 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하므로 연료가 불필요하고 환경오염이 없는 청정 그린 발전방식이며, 발전설비가 수중에 설치되지 않아 유지관리가 용이하며, 건설용지가 풍부한 해안(또는 대형 호수)에 쉽게 설치할 수 있다.
Figure R1020090099635
양수발전, 파력, 양수, 양수실, 피스톤, 펌프, 송수관, 터빈, 발전기, 전력

Description

파력을 이용한 양수발전시스템{PUMPED STORAGE POWER GENERATION SYSTEM USING WAVE FORCE}
본 발명은 파력(波力)으로 가동되는 펌프(Pump)에 의해 모아지는 해수(海水)의 토출수압을 이용하여 연료 및 공해없이 발전(電氣發電)하는 양수발전시스템(Pumping-Up Power Generation System)에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 발전방법과 그 장치들이 개발되어 사용되고 있다.
예컨대, 풍력발전, 태양광발전, 태양열발전, 조력발전, 파력발전, 수력발전, 화력발전, 원자력발전, 지열을 이용하는 지열발전, 연료전지, 생물전지, 피에조 효과를 이용하는 발전, 온도차를 이용하는 발전 등 실로 다양하다.
근래에는 범지구적인 온난화와 환경오염 때문에 화석연료를 이용한 발전방식 대신 자연의 에너지나 청정연료를 이용하여 발전하는 무공해 발전방식이 각광받고 있으나, 대부분 구성이 복잡하거나 설비비용이 비싸고 효율이 낮아 경제성이 떨어 지는 문제점이 있다.
예컨대, 풍력이나 태양광을 이용한 발전방식의 경우, 바람이 불지 않거나 태양이 없는 밤이나 흐린날씨, 우천, 강설시에는 발전(發電)할 수 없는 등의 문제점이 있다.
또한 발전소의 아래와 위에 저수지를 각각 만들어 발전과 양수를 반복하는 양수발전(揚水發電)은, 물이 많을 때나 야간에 풍부하게 남아도는 전력으로 펌프를 가동시켜 아래쪽 저수지의 물을 위쪽 저수지로 퍼 올리고, 물이 부족해지는 시기나 주간처럼 전력이 많이 필요할 때 물을 방류시켜 발전하는 방식으로 무공해 발전이기는 하지만, 발전소보다 충분히 높은 위치에 많은 양의 물을 저장할 수 있도록 크기가 큰 자연호수 또는 인공호수가 있어야 하는 문제점이 있으며, 가뭄시에는 효율이 떨어지거나 정상발전(정상운전)이 어려운 등의 문제점이 있었다.
한편, 파도(波濤)의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전(波力發電)은 지구의 약 70%를 점유하는 해수(海水)의 운동에너지(청정 에너지)를 이용하여 발전하는 무공해 발전방식으로 별도의 연료없이 무한 발전이 가능하다.
따라서 본 발명에서는 파도의 힘(波力)에 의해 발생되는 운동에너지로 복수의 펌프를 가동시켜 양수실(揚水室)로 모아지는 해수(海水)가 토출되면서 발생되는 고압 토출수에 의해 발전되도록 함으로써 연료없이 무공해 발전이 가능한 파력발전 방식의 양수발전시스템을 제공함에 목적이 있다.
또한 본 발명은 발전설비가 방파제, 해안도로, 해변관광시설 등을 겸할 수 있으며, 양수발전에 이용된 해수는 다른 용도, 예컨대 염전이나 수족관, 해수온천, 해수풀(인공해수욕장), 담수설비 등 필요한 곳에 경제적으로 활용할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
본 발명 양수발전시스템은, 해안 또는 해안선을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 양수실(양수설비)과, 바다의 해수중(海水中)에 설치되어 해수를 연속적으로 펌핑하는 복수의 펌프와, 상기 펌프에 의해 펌핑되는 해수를 상기 양수실로 이송하는 적어도 하나 이상의 송수관과, 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하여 각각의 펌프를 가동시키는 펌프 가동부와, 상기 양수실로부터 압출(또는 토출)되는 해수(海水)의 운동에너지에 의해 회전하는 터빈과 발전기로 전력을 얻는 발전부로 크게 구성되며, 양수발전에 이용된 후 배출되는 해수는 여러 용도로 이용할 수 있도록 다양한 용도의 설비들이 부가 구성된다.
본 발명 양수발전시스템은 부유형(浮游形), 또는 수중형(水中形) 또는 해저형), 또는 부유형과 수중형이 결합된 혼합형(混合形) 중 어느 하나의 형태로 설치된다.
본 발명은 해안에 설치되는 방파제ㆍ해안도로ㆍ해변관광시설 중 어느 하나를 겸하도록 구성함이 바람직하며, 상기 양수실로부터 배출되는 해수는 염전ㆍ수족관ㆍ해수온천ㆍ해수풀(인공해수욕장), 담수설비 중 어느 하나의 용수로 사용할 수 있다.
상기 양수실은 송수관으로부터 공급되는 해수를 일시적으로 담수하는 소정용적의 양수실과, 상기 양수실 일측에 설치되는 터빈실과, 상기 터빈실에 설치되는 발전부의 터빈(수차)과, 상기 양수실의 해수를 터빈실로 압출시키는 토출구와, 상기 터빈을 회전시킨 해수가 빠져나가는 배출구로 구성된다.
상기 펌프는, 송수관의 양측 통공에 연결되는 펌프 케이스와, 상기 펌프 케이스 내부에 형성되는 피스톤실과, 상기 피스톤실에 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤실 바깥으로 돌출되는 피스톤 로드와, 상기 피스톤로드 단부에 형성되는 볼관절과, 상기 볼관절이 결합되는 볼컵과, 상기 볼컵이 미끄럼 운동하는 요동판과, 상기 볼컵에 결합되는 관절커버와, 상기 펌프 케이스 상부에 형성되고 피스톤 로드가 출입하는 결합공과, 상기 결합공 주변에 형성되는 복수의 유입공과, 상기 피스톤 저부에 설치되는 흡입밸브와, 상기 피스톤실 하부에 설치되는 격리판과, 상기 격리판의 출수공에 설치되는 복수의 토출밸브와, 상기 피스톤과 격리판 사이에 설치되는 스프링으로 구성된다.
펌프를 가동시키는 펌프 가동부는, 요동판과, 상기 요동판의 상부면 중앙에 수직으로 설치되는 소정길이의 봉체와, 상기 봉체 상부에 설치되어 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 따라 운동하는 요동체와, 상기 요동체의 상하부에 고정되는 원판과, 상기 원판 사이에 충진되는 발포제와, 상기 발포제의 바깥부분에 설치되는 원통체로 구성된다.
본 발명에서 수중형(水中形) 양수발전시스템의 경우, 송수관의 양측에 각각 2개의 펌프가 대칭구조로 설치되어 전체적으로 4개 또는 그 이상의 펌프가 1개조로 구성되며, 1개조의 단위펌프는 각각의 송수관에 소정 간격으로 설치되어 수십 내지 수천조의 펌프그룹을 형성함으로써 대량의 해수가 펌핑되어 양수 발전된다.
본 발명에서 부유형(浮游形) 양수발전시스템의 경우, 송수관의 양측에 상하 한 쌍의 펌프가 대칭구조로 설치되어 전체적으로 8개 또는 그 이상의 펌프가 1개조로 구성되며, 1개조의 단위펌프는 각각의 송수관에 소정 간격으로 설치되어 수십 내지 수천조의 펌프그룹을 형성함으로써 대량의 해수가 펌핑되어 양수 발전된다.
본 발명은 파력(波力)에 의해 얻어진 운동에너지로 복수의 펌프를 동작시켜 양수실(揚水室)로 쉼없이 모아지는 해수(海水)를 고압으로 토출(고압 토출수)시켜 무한정의 무공해 발전이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 자연 발생되는 파력(波力)을 이용하여 양수 발전하므로 수력발전, 태양광발전, 풍력발전 등에 비해 연속적이면서 효율적인 발전이 달성되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 파도에 의해 수중(水中)에서 발생되는 운동에너지와 해수면에서 발생되는 보다 격한 운동에너지를 얻어 보다 안정적이면서 효율적인 양수발전이 이루어지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 4개 또는 적어도 4개 이상의 펌프를 1개 조로 하여 복수 조 를 구성함으로써 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하여 안정적인 발전이 이루어지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 8개 또는 적어도 8개 이상의 펌프를 1개 조로 하여 복수 조를 구성함으로써 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하여 안정적인 발전이 이루어지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 양수실을 이용하여 방파제를 겸할 수 있으며, 해안도로, 해변관광시설 등과 연계하여 관광자원등으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 양수발전에 이용된 해수는 염전이나 수족관, 해수온천, 해수풀(인공해수욕장), 담수설비 등 필요한 곳에 별도의 에너지없이 자연스럽게 공급 및 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 이용하므로 연료가 불필요하고 환경오염이 없는 그린 청정에너지의 발전방식이며, 발전설비가 수중에 설치되지 않아 유지관리가 용이하며, 건설용지가 풍부한 해안에 쉽게 설치할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.
본 발명 양수발전시스템(Pumping-Up Power Generation System)은 파력(波力)에 의해 발생되는 운동에너지로 복수의 펌프(Pump)를 가동시켜 펌핑되는 해수(海水)가 송수관(送水管)을 따라 양수실(揚水室)로 모아진 다음 토출되는 고압수에 의해 발전기(發電機)가 가동되면서 친환경의 무한발전(無限發電)이 달성되며, 양수발전시스템의 설치형태에 따라 부유형과 수중형(해저형) 및 혼합형으로 구성된다.
도1은 펌프 가동부(5)와 펌프(3) 및 송수관(4)이 해저(海底)에 설치되는 수중형(水中形) 양수발전시스템(1)을 도시한 것이고, 도2는 펌프 가동부(5)가 해수면(海水面)에 설치되는 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)을 도시한 것이고, 도3은 상기 수중형과 부유형을 결합시킨 혼합형(混合形) 양수발전시스템(1b)을 도시한 것이다.
본 발명 양수발전시스템(1)(1a)(1b)은, 해안 또는 해안선을 따라 설치되는 적어도 하나 이상의 양수실(2)과, 양수실(2)를 둘러싸는 구조물(7)과, 상기 양수실(2)에 연결되고 수중(水中)에 설치되며 펌프(3)에 의해 펌핑되는 해수(WS)를 양수실(2)로 이송하는 적어도 하나 이상의 송수관(4)과, 상기 송수관(4)에 소정 간격으로 설치되어 해수(WS)를 펌핑하는 복수의 펌프(3)와, 상기 펌프(3)의 상부 및/또는 측부에 설치되고 파도(W)에 의해 발생되는 운동에너지(움직임)에 의해 유동하면서 상기 펌프(3)를 가동시키는 펌프 가동부(5)와, 상기 펌프(3) 및 송수관(4)을 통하여 양수실(2)로 이송된 해수(SW)의 고압 토출에 의해 발생되는 매우 빠른 유속이나 유량에 의해 가동되는 발전부(6)로 크게 구성된다.
본 발명은 펌프에 의해 양수실(2)로 모아지는 해수(SW)가 고압수(高壓水)로 토출되면서 발전부(6)를 가동시켜 발전하는 방식이고, 또한 무한정으로 널려 있는 바다의 해수를 양수시켜 발전하는 방식이므로 날씨(가뭄이나 강우)의 영향이 거의 없으며, 물의 낙차를 이용하여 발전하는 종래 양수발전 방식에 비하여 양수실(2)의 크기가 매우 작고 높이 또한 매우 낮은 편이다.
상기 양수실(2)은 바닥과 벽체 및 지붕(슬라브) 등의 구조물(7)로 둘러쌓인 구성이며, 양수실(2) 일측에는 송수관(4)을 경유하여 이송되는 해수(SW)가 고압으로 토출될 수 있게 토출구(9)와 터빈실(8) 및 배출구(10)가 형성된다. 상기 양수실(2)의 용적은 수 백 내지 수 천개로 구성되는 펌프(3)의 펌핑량과 토출수압(고압수)을 감안하여 적절한 크기를 갖는다.
상기 구조물(7)은 양수실(2)의 해수(SW)가 충분히 지탱되고 유지될 수 있도록 내산화성(내화학성을 포함한다)의 튼튼한 재질, 이를테면 콘크리트 구조물이거나 고강도의 합성수지 구조물, 또는 내산화성의 금속구조물로 구성되며, (7a)는 옹벽이고, (7b)는 사람이나 차량이 이동할 수 있는 노면(路面)을 일 예로 도시한 것이다.
상기 펌프 가동부(5)는 파도(W)의 운동에너지에 의해 효율적으로 유동될 수 있도록 크기가 큰 원통체형 구조이며, 통체 내부에는 비중이 작은 발포체가 설치되어 부력이 작용되며, 파도(W)의 운동에너지가 작아지면 도 5와 같이 펌프(20)(21) 내부 또는 펌프(20)(21) 외부에 설치되는 스프링(64)(65)이나 판스프링 등의 탄성부재에 의해 펌프 가동부(5)가 복귀할 수 있는 구조이다.
상기 펌프 가동부(5)는 도 5와 같이 펌프(20)(21)가 수직으로 설치되면 수직상태로 복귀하고, 도 14와 같이 펌프(20)(21)가 수평으로 설치되면 수평상태로 복귀한다.
본 발명에서 발전부(6)는 발전기의 터빈이 설치되는 터빈실(8)과, 양수실(2)로 모아지는 해수(SW)가 고압으로 토출(빠른 유속 토출수)되면서 상기 터빈을 회전시키는 토출구(9)와, 상기 터빈을 따라 회전하면서 발전하는 발전기(도시안됨)를 포함하여 구성되며, 발전기의 터빈을 회전시킨 해수(SW)는 배출구(10)를 통하여 외부로 배출된다.
상기 토출구(9)의 내경은 배출구(10)의 내경보다 작은 크기로 구성되어 유속이 빠른 해수(SW)가 토출되며, 상기 터빈실(8)로 토출되는 해수(SW)의 빠른 유속에 의해 터빈 및 발전기가 충분한 토크로 회전하면서 발전이 이루어진다.
상기 터빈은 발전기의 회전축에 설치되며, 상기 터빈과 발전기 사이에는 수 밀(水密)이 유지되는 구조이다.
본 발명에서 펌프 가동부(5)는 파도를 따라 움직일 수 있도록 해수중(海水中) 및/또는 해수면(海水面)에서 부유할 수 있도록 설치되고, 펌프(3) 및 송수관(4)의 일부는 바다의 해수를 펌핑하여 양수실(2)로 이송할 수 있도록 해수중에 설치되며, 배출구(10)와 발전부(6)는 지상(地上) 또는 수상(水上)에 설치된다.
본 발명에서 양수발전에 이용된 해수(SW)는 바다로 바로 배출시키는 것보다는 다른 용도, 예컨대 염전, 수족관, 해수온천, 해수풀(인공해수욕장), 담수설비 등 필요한 곳으로 공급시켜 다양한 용도로 활용할 수 있다.
이를테면, 도4와 같이 양수실(2) 또는 구조물(7) 일측에 해수 풀장(11)을 설치하고, 배출구(10)는 해수 풀장(11) 방향으로 향하도록 설치하여 발전에 이용된 배출수가 해수 풀장(11)으로 공급되어 풀장 용수(fw)로 사용되도록 하고, 상기 풀장 용수(fw)는 배수관(12)을 통하여 바다로 방류(방출)시키거나 또는 도시안된 정수설비를 거쳐 바다로 방류된다.
본 발명에서 펌프(3)는 송수관(4)의 양측에 대칭 구조와 소정 간격으로 설치되며, 송수관(4)의 일측 끝단부는 마구리되어 막힌 구조이고, 양수실(2)에 연결되는 타측 끝단부(출구)는 펌핑된 해수(WS)가 양수실(2)로 이송될 수 있게 개방된 구조이다.
상기 양수실(2)에 연결되는 송수관(4)의 부분은 플랜지(P) 또는 플렉시블관을 이용하여 연결함으로써 송수관(4)의 설치(시공)가 쉽도록하고, 또한 송수관(4)이 보호될 수 있도록 하며, 또한 상기 송수관(4)이 파손된 경우 상기 플랜지(P)를 이용하여 쉽게 교체하거나 보수할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 송수관(4)의 끝단은 도1, 도3과 같이 테트라포드(tetrapod)(13)와 같은 수중 구조물에 고정되거나, 또는 테트라포드(13) 상부면에 설치되는 지지부재(14)에 송수관(4)의 끝부분이 고정된다.
또한, 도2, 도3과 같이 양수발전시스템(1a)(1b)이 부유형(浮游形)이나 혼합형으로 설치되는 경우, 테트라포드(13)의 상부면에 설치되는 고리(15)와 부상(浮上)된 상태의 송수관(4) 끝부분을 와이어(16)로 연결시켜 송수관(2)의 위치 이탈이나 유동이 방지되도록 함이 바람직하다.
본 발명에서 펌프 가동부(5)에 충진되는 발포제(84)의 부력에 의해 송수관(4)이 과도하게 상승될 수 있으므로, 송수관(4)의 중간 중간에 콘크리트와 같은 중량물(17)을 설치하여 송수관(4)의 부상(浮上)을 방지할 수 있다. 또한 길이가 긴 프레임(17a)이나 관체를 이용하여 이웃하는 송수관(4) 끼리 서로 연결시켜 고정함 으로써 전체 송수관(4)이 일체형으로 구성되어 유동이 방지될 뿐 아니라, 설치 상태가 매우 견고해진다.
본 발명에서 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)의 경우, 송수관(4)의 양측에 상하 한 쌍의 펌프(20)(21)가 대칭구조로 설치되어 전체적으로 8개 또는 그 이상의 펌프가 1개조로 구성되며, 1개조의 단위펌프는 각각의 송수관(4)에 소정 간격으로 설치되어 수십 내지 수천조의 펌프그룹을 형성함으로써 대량의 해수(WS)가 펌핑되어 양수 발전되므로, 종래 양수발전시스템에서 필요로하는 매우 큰 크기의 자연호수 또는 인공호수가 불필요하다.
또한 본 발명에서 수중형(水中形) 양수발전시스템(1)의 경우, 송수관(4)의 양측에 각각 2개의 펌프(20)(21)가 대칭구조로 설치되어 전체적으로 4개 또는 그 이상의 펌프가 1개조로 구성되며, 1개조의 단위펌프는 각각의 송수관(4)에 소정 간격으로 설치되어 수십 내지 수천조의 펌프그룹을 형성함으로써 대량의 해수(WS)가 펌핑되어 양수 발전되므로, 종래 양수발전시스템에서 필요로하는 매우 큰 크기의 자연호수 또는 인공호수가 불필요하다.
그리고, 혼합형 양수발전시스템(1b)의 경우, 상기 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)과 수중형(水中形) 양수발전시스템(1)의 혼합 형태로 수십 내지 수천조의 펌프그룹이 형성되어 대량의 해수(WS)가 펌핑되고 양수 발전되는 것으로 이해하 면 될 것이다.
한편, 도8, 도9와 같이 송수관(4)의 양측에는 통공(18a)(18b)이 각각 형성되고, 상기 통공(18a)(18b)에는 펌프(20)(21)의 펌프 케이스(22)(23) 단부(토출구)가 각각 연결되어 펌핑되는 해수(WS)가 송수관(4)으로 유입된 다음 양수실(2)로 이송되도록 구성된다.
상기 펌프(20)(21)는 펌프 케이스(22)(23) 내부에 피스톤실(24)(25)이 각각 형성되고, 상기 피스톤실(24)(25)에는 피스톤(26)(27)이 각각 설치되며, 피스톤실(24)(25) 외부로 돌출되는 피스톤로드(28)(29)의 끝단부에는 볼관절(30)(31)이 각각 설치된다.
상기 볼관절(30)(31)의 상부에는 볼컵(33)(34)이 각각 결합되고, 피스톤로드(28)(29)에 설치된 볼관절(30)(31)의 하부에는 관절커버(35)(36)가 결합된 다음 볼컵(33)(34)에 볼트로 체결되거나 용접 등의 방법으로 고정되어 볼관절(30)(31)과 볼컵(33)(34)의 분리가 방지되며, 따라서 볼컵(33)(34)과 관절커버(35)(36)는 소정 각도 범위 내에서 기울어질 수 있게 된다. 상기 볼컵(33)(34)과 관절커버(35)(36)는 암수 결합구조이거나 암수 나사결합구조로 결합될 수 있음은 물론이다.
상기 볼컵(33)(34)의 상부면은 소정 크기의 요동판(32) 저부면에 면접촉하여 미끄럼 운동할 수 있도록 구성되며, 상기 요동판(32)의 저부면에는 도13과 같이 볼컵(33)(34)의 위치이탈이나 과도한 미끄럼 운동이 방지될 수 있도록 복수의 원형링(46)(47)이 모서리 부분에 각각 고정된다.
상기 원형링(46)(47) 내부에 위치하는 볼컵(33)(34)은 원형링(46)(47) 처럼 원형 형상이 바람직하며, 볼컵(33)(34)과 원형링(46)(47) 사이에는 펌프 가동부(5)의 요동운동에 의해 볼컵(33)(34)이 원형링(46)(47)안에서 미끄럼 운동할 수 있도록 소정의 공간부(48)(49)가 형성된다.
따라서, 격랑에 의해 요동판(32)이 격하게 요동운동을 하더라도, 상기 볼컵(33)(34)이 공간부(48)(49) 영역에서만 미끄럼 운동하면서 피스톤 운동을 하게되고, 상기 피스톤 운동에 의해 펌프(20)(21)가 가동되면서 펌핑되므로 펌프(20)(21)의 파손이 방지된다.
상기 공간부(48)(49)의 크기는 피스톤로드(28)(29)가 자연스럽게 왕복운동(진퇴운동)할 수 있는 범위이다.
본 발명에서 도12와 같이 상기 펌프(20)(21)가 송수관(4)의 전후 양측에 설치되어 4개의 펌프(20)(21)가 1조의 단위펌프를 구성하는 경우, 도13과 같이 요동판(32)의 4개 모서리 저부면에 원형링(46)(47)이 고정되고, 원형링(46)(47) 내부에서 볼컵(33)(34)이 미끄럼 운동할 수 있게 설치된다.
펌프 케이스(22)(23)의 상부면 중앙에는 도8, 도11과 같이 피스톤로 드(28)(29)의 출입이 자유롭도록 결합공(37)(38)이 각각 형성되고, 그 주변에는 해수(WS)가 피스톤실(24)(25)로 각각 유입될 수 있게 복수의 유입공(39)(40)이 각각 형성된다.
복수의 유입공(50)(51)이 형성된 피스톤(26)(27)의 하단에는 흡입밸브(52)(53)가 개폐될 수 있게 각각 설치되고, 도8, 도10과 같이 피스톤실(24)(25) 하부에 형성된 격리판(56)(57)에는 복수 개의 출수공(58)(59)이 형성되고, 상기 출수공(58)(59)에는 토출밸브(60)(61)가 개폐될 수 있게 각각 설치되고, 피스톤(26)(27)과 격리판(56)(57)에는 스프링(64)(65)이 각각 설치되어 요동판(32)으로 파력(波力)이 작용하지 않거나, 또는 1군의 펌프중 역방향의 파력이 작용되는 펌프의 피스톤(26)(27) 및 피스톤로드(28)(29)가 복귀할 수 있게 구성된다.
상기 피스톤(26)(27) 및 피스톤로드(28)(29)는 펌프 가동부(5)의 요동운동에 의해 펌프(20)(21)의 길이방향으로 왕복 운동(진퇴운동)하면서 해수를 펌핑하게 된다.
본 발명에서 상기 유입공(39)(40)에는 걸름망(도시안됨)을 설치하여 고장의 원인이되는 각종 어류나 해초류 등이 피스톤실(24)(25)로 유입되지 않도록 함이 바람직하다.
송수관(4)의 바깥 상부면에는 펌프(20)(21)와 평행하는 지지봉(42)이 용접 등의 방법으로 고정되고, 지지봉(42)과 펌프(20)(21)는 보강부재(41)로 연결되어 견고하게 고정된다.
요동판(32)의 저부면 중앙에 원형고리(43)가 고정되고, 지지봉(42)의 상단부에는 상기 원형고리(43)에 결합된 또 다른 원형고리(44)가 핀(45)으로 축설치되며, 따라서 파력에 의해 요동체(81)가 요동운동하는 경우, 요동판(32)이 원형고리(43)(44)의 결합점(O)을 중심으로 시소운동하게되며, 따라서 펌프(20)(21)의 피스톤로드(28)(29)와 피스톤(26)(27)이 왕복운동(피스톤운동)하면서 흡입밸브(52)(53)와 토출밸브(60)(61)가 개방 또는 폐쇄되면서 펌핑되고, 펌핑되는 해수는 송수관(4)으로 유입된 후 펌핑압력에 의해 양수실(2)로 이송된다.
상기 펌프(20)(21)와 펌프 가동부(5)는 설치 형태에 따라 수직 또는 수평으로 설치된다. 예컨대, 도2와 같이 부유형으로 설치되는 경우 펌프(20)(21)와 펌프 가동부(5)는 도14 내지 도16과 같이 수평으로 설치되고, 도1과 같이 수중형으로 설치되는 경우 펌프(20)(21)와 펌프 가동부(5)는 도5 내지 도7처럼 수직으로 설치되며, 도3과 같이 혼합형으로 설치되는 경우 펌프(20)(21)와 펌프 가동부(5)는 도14 내지 도16과 같이 수평 설치 및 도5 내지 도7 처럼 수직 설치 형태로 혼용 설치된다.
본 발명 펌프 가동부(5)는 다음과 같이 구성된다.
요동판(32)의 상부면 중앙에 소정길이의 봉체(80)가 수직으로 설치되고, 봉 체(80)에는 파도에 의해 발생되는 운동에너지를 따라 운동하는 부피가 큰 요동체(81)가 설치된다.
상기 요동체(81)는 봉체(80)의 상하부에 용접 등의 방법으로 고정되는 원판(82)(83)과, 상기 원판(82)(83)을 연결하는 원통체(85)와 상기 원판(82)(83)과 원통체(85)에 형성된 내부공간에 충진되는 작은 비중(가벼운)의 발포제(84)로 구성된다.
상기 발포제(84)로는 발포우레탄이나 발포폴리스티렌폼 등을 예로 들 수 있으며, 발포제(84)가 충진된 요동체(81)는 해수보다 비중이 작아 부력(浮力)이 작용된다.
상기 요동판(32)의 상부면에는 도8과 같이 보강부재(86)가 설치되어 강도가 보강되며, 또한 봉체(80)의 강도도 크게 보강된다.
본 발명은 하나의 펌프 가동부(5)에 의해 동작하는 복수의 펌프(3)에 의해 펌핑되는 다량의 해수(WS)는 송수관(4)을 경유하여 양수실(2)로 모아진 다음 압출 및/또는 배출되는 해수압에 의해 발전부(6)의 터빈이 회전되어 연속적인 무한 발전(發電)이 이루어지게된다.
본 발명에서 터빈실(8)로 투입되는 해수압이 클수록 발전전력이 크며, 본 발명에서는 수 백 내지 수 천개조의 단위펌프에 의해 각각 펌핑되는 해수(WS)가 적어도 하나 이상의 송수관(4)을 경유하여 양수실(2)로 충분한 압력으로 송수(送水)되 어 유속이 빠른 고압수로 토출되면서 발전기의 터빈을 회전시키고, 상기 터빈의 회전에 의해 발전기가 회전하면서 발전된다.
도6, 도9는 파력(F3)에 의해 펌프 가동부(5)가 좌측으로 기울어지면서 발생되는 짝힘(F1)(F2)에 의해 좌측 펌프(20)의 피스톤(26)이 하강하고 토출밸브(60)가 개방되면서 피스톤실(24)의 해수가 송수관(4)로 유입되는 상태이고, 반대로 우측 펌프(21)는 피스톤(27)이 상승하고 흡입밸브(53)가 개방되면서 해수가 피스톤실(25)로 유입되는 상태이고, 도7, 도8은 파력(F4)에 의해 펌프 가동부(5)가 우측으로 기울어지면서 발생되는 짝힘(F1)(F2)에 의해 우측 펌프(21)의 피스톤(27)이 하강하고 토출밸브(61)가 개방되면서 피스톤실(25)의 해수가 송수관(4)로 유입되는 상태이고, 반대로 우측 펌프(20)는 피스톤(26)이 상승하고 흡입밸브(52)가 개방되면서 해수가 피스톤실(24)로 유입되는 상태이며, 파력에 의해 도 6 내지 도 9의 운동패턴으로 동작하면서 연속적이고 계속적인 펌핑이 이루어진다.
도10은 토출밸브(61)가 개방된 상태의 확대 단면도이고, 도11은 흡입밸브(52)가 개방된 상태의 확대 단면도이다.
도14는 도2에 도시한 것처럼 부유형 펌프 가동부(5)가 해수면(海水面)에 설치되는 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)을 도시한 단면도이고, 도15 및 도 16은 펌프 가동부(5)에 의해 펌프가 펌핑되는 상태를 각각 도시한 단면도이다.
상기 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)은 송수관(4)의 양측에 상하 한 쌍의 펌프(20)(21)가 대칭구조로 설치되어 전체적으로 8개 또는 그 이상의 펌프가 1개조로 구성되며, 1개조의 단위펌프는 각각의 송수관(4)에 소정 간격으로 설치되어 수십 내지 수천조의 펌프그룹을 형성함으로써 대량의 해수가 펌핑되어 양수 발전된다.
상기 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)은, 도14와 같이 송수관(4)의 양측에 상하 한 쌍의 펌프(20)(21)가 대칭구조로 설치되고, 펌프(20)(21) 바깥측에는 펌프 가동부(5)가 설치되며, 송수관(4)과 송수관(4) 양측에 설치되는 펌프(20)(21)는 케이스(87)로 둘러 쌓이며, 상기 케이스(87) 내부에는 발포우레탄이나 발포폴리스티렌폼과 같이 비중이 작은 재질의 발포제(88)가 가득 충진되어 부력이 작용되며, 물론 펌프 가동부의 요동체(81)의 내부에도 발포우레탄이나 발포폴리스티렌폼과 같이 비중이 작은 재질의 발포제(84)가 가득 충진되어 부력이 작용된다.
상기에서 케이스(87)와 요동체(81)에 각각 충진되는 발포제(84)(88)는 봉체(80)와 지지봉(42)을 기준으로 상부에 많은 량이 위치하도록 구성함으로써 파력이나 비의도적인 외력 등에 의해 부유형(浮游形) 양수발전시스템(1a)이 뒤집어 질려는 힘이 제거되거나 배제되므로 부유형 양수발전시스템(1a)의 설치 상태가 안정적으로 유지된다.
상기 발포제(84)(88)는 부유형 양수발전시스템(1a)에서 수중에 위치하는 부 분의 전체 중량을 고려하여 펌프는 수중에 위치하고, 펌프 가동부는 발포제는 해수면 위로 1/4~1/5 가량 부유해 있는 정도의 부력이면 바람직하며, 따라서 해수면에서 발생되는 파력이 그대로 전달되어 펌핑되므로 발전효율이 더욱 향상된다.
도15는 파력에 의해 좌측 펌프 가동부의 요동체(81)가 상승하는 상태로 펌프(20)(21)의 펌핑이 이루어지며, 따라서 피스톤 로드(28)(29)와 피스톤은 수평으로 왕복 운동하면서 해수를 펌핑하여 송수관(4)으로 압송하게 되고, 도 15는 파력에 의해 우측 펌프 가동부의 요동체(81)가 하강하는 상태로 펌프(20)(21)의 펌핑이 이루어지며, 따라서 피스톤 로드(28)(29)와 피스톤은 수평으로 왕복 운동하면서 해수를 펌핑하여 송수관(4)으로 압송하게 되며, 파력에 의해 좌우 요동체(81)가 상하 운동을 반복하면서 연속적이고 반복적인 펌핑이 이루어지면서 양수 발전이 달성된다.
본 발명에서 각 부품이나 부재들은 염분과 수분등에 강한 소정 두께의 스텐레스 금속판로 구성되거나, 표면에 강도가 우수하면서 내산화성, 내화학성이 우수산 물질로 표면 코팅할 수도 있다.
한편, 수력발전소의 연간 발전전력량은 연간 강수량과 자연유량(自然流量)에 제한을 받지만, 본 발명은 바다(해양)에 무한정으로 널려 있는 해수(海水)를 파도의 힘으로 양수시켜 발전하므로 강수량이나 자연유량에 제한 없이 연속적이고 효율적이 발전이 달성된다.
또한 종래 수력발전소의 경우 낙차를 이용하므로, 발전소보다 충분히 높은 위치에 많은 양의 물을 저장할 수 있는 자연호수 또는 인공호수가 필요하나, 본 발명에서는 수 백 내지 수 천대의 펌프를 이용하여 발전에 필요한 해수(海水)를 양수실로 이송시켜 압출 또는 배출되는 해수를 이용하여 양수발전하는 방식이므로 자연호수 또는 인공호수 없이 소정 크기의 양수실을 갖추면된다.
본 발명 양수실은 콘크리트 구조물로 구성하면 방파제의 역활을 대신할 수 있으며, 양수실 상부는 해안도로 등으로 활용할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
도1 : 본 발명 일 예로 도시한 수중형 양수발전시스템의 구성도.
도2 : 본 발명 일 예로 도시한 부유형 양수발전시스템의 구성도.
도3 : 본 발명 일 예로 도시한 혼합형 양수발전시스템의 구성도.
도4 : 본 발명에서 배출수를 해수 풀장에 이용하는 상태의 단면도.
도5 : 본 발명에서 송수관 양측에 설치되는 펌프와, 펌프 가동부의 단면 구성도.
도6 : 본 발명에서 파력(F3)에 의해 펌프 가동부가 좌측으로 기울어진 상태의 단면도.
도7 : 본 발명에서 파력(F4)에 의해 펌프 가동부가 우측으로 기울어진 상태의 단면도.
도8 : 본 발명에서 파력(F4)에 의해 펌프가 가동된 상태의 확대 단면도.
도9 : 본 발명에서 파력(F3)에 의해 펌프가 가동된 상태의 확대 단면도.
도10 : 본 발명 일 예로 도시한 토출밸브 부분 확대 단면도.
도11 : 본 발명 일 예로 도시한 흡입밸브 부분 확대 단면도.
도12 : 본 발명 일 예로 도시한 펌프 부분 평단면도.
도13 : 본 발명 일 예로 도시한 요동판 부분 저면도.
도14 : 본 발명 일 예로 도시한 송수관 양측에 설치된 부유형 펌프와, 그 펌프 가동부의 단면 구성도.
도15 : 본 발명 도 14에서 펌프 가동부에 의해 펌프가 일측으로 가동된 상태 의 단면도.
도16 : 본 발명 도 14에서 펌프 가동부에 의해 펌프가 타측으로 가동된 상태의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1)--양수발전시스템 (2)--양수실
(3)(20)(21)--펌프 (4)--송수관
(5)--펌프 가동부 (6)--발전부
(7)--구조물 (7a)--옹벽
(7b)--노면 (8)--터빈실
(9)--토출구 (10)--배출구
(13)--테트라포드(tetrapod) (14)--지지부재
(15)--고리 (16)--와이어
(18a)(18b)--통공 (22)(23)--펌프 케이스
(24)(25)--피스톤실 (26)(27)--피스톤
(28)(29)--피스톤로드 (30)(31)--볼관절
(32)--요동판 (33)(34)--볼컵
(35)(36)--관절커버 (37)(38)--결합공
(39)(40)(50)(51)--유입공 (41)--보강부재
(42)--지지봉 (43)(44)--원형고리
(45)(54)(55)(62)(63)--핀 (52)(53)--흡입밸브
(56)(57)--격리판 (58)(59)--출수공
(60)(61)--토출밸브 (64)(65)--스프링
(66)(67)--수밀부재 (80)--봉체
(81)--요동체 (82)(83)--원판
(84)--발포제 (85)--원통체
(P)--플랜지 (S)--바다
(SW)(WS)--해수 (W)--파도

Claims (4)

  1. 해안에 설치되는 하나 이상의 양수실; 및
    바다의 수중에 설치되어 해수를 연속적으로 펌핑하는 복수의 펌프;
    상기 펌프에 의해 펌핑되는 해수(海水)를 상기 양수실로 이송하는 복수의 송수관;
    상기 펌프를 가동시키는 펌프 가동부;
    상기 양수실로부터 토출되는 빠른 유속의 해수로 발전기 터빈을 돌려 전기에너지를 얻는 발전부;
    를 포함하여서 된 파력을 이용한 양수발전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서;
    펌프는;
    송수관의 양측 통공에 연결되는 펌프 케이스;
    상기 펌프 케이스 내부에 형성되는 피스톤실;
    상기 피스톤실에 설치되는 피스톤;
    상기 피스톤실 바깥으로 돌출되는 피스톤 로드;
    상기 피스톤 로드 단부에 형성되는 볼관절;
    상기 볼관절이 결합되는 볼컵;
    상기 볼컵이 미끄럼 접촉하는 요동판;
    상기 볼컵에 결합되는 관절커버;
    상기 펌프 케이스 상부에 형성되고 상기 피스톤 로드가 출입하는 결합공;
    상기 결합공 주변에 형성되는 복수의 유입공;
    상기 피스톤 저부에 설치되는 흡입밸브;
    상기 피스톤실 하부에 설치되고 출수공이 형성된 격리판;
    상기 격리판의 출수공에 설치되는 복수의 토출밸브;
    상기 피스톤과 격리판 사이에 설치되는 스프링;
    을 포함하여서 된 파력을 이용한 양수발전시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
    송수관로부터 공급되는 해수를 일시적으로 담수하는 소정용적의 양수실;
    상기 양수실 일측에 설치되는 터빈실;
    상기 터빈실에 설치되는 발전기의 터빈;
    상기 양수실의 해수를 터빈실로 압출시키는 토출구;
    상기 터빈을 회전시킨 해수가 빠져나가는 배출구;
    상기 양수실을 지지하는 기초 구조물;
    을 포함하여서 된 파력을 이용한 양수발전시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;
    상기 펌프 가동부는 부유형, 수중형, 부유형과 수중형이 결합된 혼합형 중 어느 하나이고;
    상기 펌프 가동부는,
    요동판;
    상기 요동판 상부면 중앙에 수직으로 설치되는 소정길이의 봉체;
    상기 봉체 상부에 설치되어 파력에 따라 운동하는 요동체;
    상기 요동체에 고정되는 원통체;
    상기 원통체 내부에 충진되는 발포제;
    를 포함하여서 된 파력을 이용한 양수발전시스템.
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