KR101192552B1 - 파력발전용 부체 및 이를 이용한 파력발전장치 - Google Patents

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Abstract

파도에 의한 승강 성능이 향상된 파력발전용 부체가 개시된다. 상기 파력발전용 부체는 부력을 제공하는 부력부를 가지는 파력발전용 부체에 있어서, 저부에 상방으로 오목한 빈 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

파력발전용 부체 및 이를 이용한 파력발전장치{Floating body for wave power generation and plant for wave power generation utilizing the body}
본 발명은 파력을 이용한 발전에 관련된 것으로, 특히 파력을 이용한 발전플랜트에 적합하게 이용될 수 있는 파력발전용 부체와 이를 이용한 파력발전장치에 관한 것이다.
무공해 청청에너지에 대한 관심이 증가되면서 태양전지, 풍력발전장치 및 파력발전장치의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이들 중 태양전지와 풍력발전장치는 실효성 있는 장치들이 개발되어 현재 발전에 많이 이용되고 있다. 하지만 파력발전장치는 그 가능성은 큰 데도 불구하고 아직까지 실용화되고 있지 못하다.
이에 따라 바람의 세기와 설치장소 등의 문제로 풍력발전장치를 바다에 설치하고자 하는 의견도 제시되고 있다. 하지만 풍력발전장치는 그 높이가 높고 강한 바람에 견뎌야 하기 때문에 안정된 자세로 해상에 고정하기 어렵기 때문에 비용이 많이 들어간다.
따라서 큰 에너지를 가지고 있는 바다의 파도를 효율적으로 이용할 수 있는 파력을 이용한 발전장치의 개발이 요구되고 있다.
현재, 파도를 이용한 다양한 형태의 파력발전장치가 개발되고 있다. 파도를 이용하는 파력발전장치는 파도에 의해 승강하는 부체의 운동에너지를 전기 에너지로 전환하는 것으로, 그 기본적인 원리는 널리 알려져 있으나 아직까지 실효성 있는 파력발전장치가 개발되어 있지 못하다.
도 1은 기존의 일반적인 파력발전용 부체를 저면 쪽에서 보아 나타낸 사시도이다.
도 1에 나타낸 파력발전용 부체(60)는 육면체 형태로 되어 있고, 내부가 비어 있다. 이러한 종래의 파력발전용 부체(60)의 저면은 평면형으로 되어 있으며, 표면은 매끈하게 되어 있다.
미국 특허번호 US4,622,473호, WAVE-ACTION 1986년 11월 11일 공고, 발명자: Adolph Curry
기존에 개발된 파력발전장치가 실용화되지 못하는 이유 중 하나는 기존의 파력발전용 부체가 파도에 의해 승강되는 상하방향의 진폭이 작아서 발전효율이 떨어진다는 것이다.
또한, 기존의 파력발전장치는 해상에서 설치하기가 까다롭고, 태풍이 오더라도 이동할 수 없기 때문에 가장 큰 태풍에도 견딜 수 있도록 큰 강도를 가지도록 만들어야 하는 문제점도 있다.
그리고 기존의 파력발정용 부체는 하강 시에 피스톤에 작용시키는 힘을 거의 전적으로 그 무게에 의한 중력에만 의존하기 때문에 크게 만들어야 한다는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 기존의 것에 비해 파도에 의해 승강되는 상하방향의 진폭이 향상된 파력발전용 부체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 파력발전장치의 발전효율을 향상시킴으로써 파력발전장치를 실용화하는 데 도움이 되는 파력발전용 부체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 부체의 크기를 줄일 수 있는 파력발전용 부체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시공자가 원하는 위치에 설치하기가 용이한 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 실용화가 용이한 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 파력발전플랜트로 적합하게 이용될 수 있는 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동이 용이한 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 효율이 뛰어난 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 조차에 적응적으로 대응할 수 있는 파력발전을 할 수 있는 파력발전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 파력발전용 부체는 부력을 제공하는 부력부를 가지는 파력발전용 부체에 있어서, 저부에 상방으로 오목하고 외부로 개방된 빈 공간이 형성되어 있는 구성을 가진다.
상기 부력부의 일부가 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸는 것이 바람직하다.
경우에 따라, 상기 부력부에서 상방으로 연장되어 상기 부력부 위쪽 상기 빈 공간의 상방과 측방을 둘러싸는 커튼부를 구비하고, 상기 부력부는 상기 커튼부의 하부에 형성될 수 있다.
또 경우에 따라, 상기 부력부에서 하방으로 연장되어 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸는 커튼부를 구비할 수 있다.
상기 빈 공간의 측방을 둘러싸는 부분의 외측면 하단에는 하방으로 갈수록 안쪽으로 경사지게 배치된 외면경사부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 빈 공간의 측방을 둘러싸는 부분의 내측면 하단에는 상방으로 갈수록 바깥쪽으로 경사지게 배치된 내면경사부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 파도의 힘으로 발전기를 구동하여 발전하기 위한 파력발전장치에 있어서, 상기 발전기를 구동하기 위한 모터, 상기 모터와 상기 발전기의 설치장소를 제공하는 횡구조물, 상기 횡구조물을 바다표면에서 상방으로 이격시켜 지지하기 위한 횡구조물지지수단, 상기 횡구조물에 설치되고 상기 모터를 구동하기 위한 실린더기구 및 상기 실린더기구에 연결되고 파도와 중력에 의해 승강되면서 상기 실린더기구를 작동시키는 본 발명에 따른 파력발전용 부체를 포함하는 구성을 가진다.
상기 실린더기구는 상기 횡구조물에 상하방향으로 고정되어 유체를 수용할 수 있고 유체공급라인과 유체회수라인을 통해 유압모터와 연결되어 있는 실린더, 상기 실린더 내부를 따라 이동 가능케 설치된 피스톤 및 상기 피스톤과 상기 부체 사이에 설치되어 중력에 의한 하중을 상기 부체에 작용시키면서 상기 부체의 승강에 따라 승강되면서 상기 피스톤을 상기 실린더 내부를 따라 승강시키는 로드를 구비하여 구성된 것이 바람직하다.
상기 횡구조물 또는 상기 횡구조물지지수단에는 상기 횡구조물을 상기 횡구조물지지수단을 따라 승강시키기 위한 승강고정수단이 설치되어 있고, 상기 횡구조물지지수단은 상기 승강고정수단을 통해 상기 횡구조물에 대해 상하로 승강될 수 있고 하강하여 해저 바닥에 상기 횡구조물을 지지할 수 있는 지주를 구비하고,
상기 바닥에서 상기 지주를 상승시킨 상태에서 바다에 뜬 상태로 이동될 수 있도록 상기 횡구조물은 부체로 된 것이 더욱 바람직하다.
상기 승강고정수단은 상기 횡구조물지지수단에 구비된 지주를 따라 승강 가능하고 필요에 따라 상기 지주에 고정할 수 있는 상하 한 쌍의 고정유닛과 상기 한 쌍의 고정유닛 사이에 설치되고 상기 한 쌍의 고정유닛의 간격을 조정하기 위한 승강유닛을 구비하여 구성되고, 상기 한 쌍의 고정유닛 중 하나는 상기 횡구조물에 고정되어 있는 것이 좋다.
본 발명에 따른 파력발전용 부체는 파도에 의해 승강되는 진폭이 기존의 것에 비해 크기 때문에 발전효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전용 부체는 하강 시에 자체 무게에 의한 중력뿐만 아니라 커튼부에 작용하는 물의 마찰력과 빈 공간에 채워지는 물에 의해 부체에 부가되는 하중을 함께 피스톤에 작용시키기 때문에 기존의 것에 비해 상대적으로 작게 만들 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전용 부체는 발전효율을 향상시킴으로써 파력발전장치를 실용화하는 데 도움이 된다.
본 발명에 따르는 경우 유압모터가 파도의 에너지에 의해 순환되는 유체에 의해 작동되는 파력작동모드 및 부체와 로드가 자체하중에 의해 하강함에 따는 중력에너지에 의해 순환되는 유체에 의해 작동되는 중력작동모드를 연속적으로 가지므로 유압모터의 연속적인 작동이 가능하다.
본 발명에 따르는 경우 부체가 파도에 의해 상승할 때뿐만 아니라 파력에 의해 상승한 부체가 자체하중에 의한 중력에 의해 하강할 때에도 유압모터가 구동되기 때문에 파도 에너지의 손실이 적다.
본 발명에 따르는 경우 파도가 많이 발생하는 해상에 발전설비를 설치하기가 용이하고, 따라서 발전효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 파력발전용 부체의 진폭이 크기 때문에 발전효율이 좋다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 주변 여건에 따라 이동시켜 설치할 수 있고 태풍을 피하거나 수리를 위해 필요한 장소로 이동할 수 있다.
본 발명에 따르면 계절의 변화, 조차 등에 따라 파도의 높이와 바다표면의 높이가 변하더라도 그 파도의 크기에 맞추어 횡구조물의 높이를 쉽게 조절할 수 있어 발전효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 작은 규모로도 큰 힘으로 발전기를 구동할 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 해상에 대규모의 파력발전플랜트를 설치하는 데에 적합하다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 파력발전플랜트의 규모를 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 발전설비를 해상에 설치함에 따른 곤란함을 해소할 수 있도록 해준다.
도 1은 기존의 일반적인 파력발전용 부체를 저면 쪽에서 보아 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 일 실시예를 나타낸 저면부 사시도,
도 3은 도 2의 I-I에 따른 단면도,
도 4는 도 2의 부체를 이용한 본 발명에 따른 파력발전장치의 일례를 나타낸 정면도,
도 5는 도 4 파력발전장치의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 파력발전장치가 바다의 특정 위치로 이동하여 설치된 상태를 나타낸 정면도,
도 7은 도 4의 실린더의 구성 및 실린더와 유압모터의 연결관계를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 다른 예를 나타낸 저면 사시도,
도 9는 도 2 부체의 변형예를 나타낸 사시도,
도 10은 실린더와 유압모터의 다른 연결 예를 나타낸 도면,
도 11은 도 7의 변형예를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타낸 정면도,
도 13은 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 또 다른 실시예를 저면에서 보아 나타낸 사시도,
도 14는 도 13의 파력발전용 부체를 이용한 파력발전장치를 나타낸 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 일 실시예를 나타낸 저면부 사시도이고, 도 3은 도 2의 I-I에 따른 단면도이다.
도 2와 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 파력발전용 부체(160)는 부력부(161)를 구비한다. 이 부력부(161)는 내부공간(162)을 둘러싸서 밀폐하는 형태로 되어 있다. 부력은 물속에 있는 물체가 그 물체에 작용하는 압력에 의하여 중력에 반하여 위로 뜨려는 힘을 말하는 것으로, 물체에 작용하는 부력이 중력보다 크면 그 물체는 물에 뜬다. 부력의 크기는 부체가 물속에 잠기면서 밀어낸 물의 부피, 즉, 물속에 떠 있는 부체와 같은 부피의 그 유체의 무게와 같다. 따라서 부력부(161)는 스티로폼 등 물보다 밀도가 낮은 물질로 이루어질 수 있다.
도 2와 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 파력발전용 부체(160)의 저부에는 홈 형태의 빈 공간(164)이 형성되어 있다. 이 빈 공간(164)은 상방으로 오목하고 외부로 개방되어 있다. 빈 공간(164)은 도 2와 3에 나타낸 바와 같이 하방으로 개방된 것이 바람직하다. 하지만, 빈 공간(164)이 반드시 하방으로 개방되어야만 하는 것은 아니다. 즉, 경우에 따라, 빈 공간(164)은 하방이 막힌 상태에서 그 막힌 부분 위쪽에서 측방으로 개방될 수 있다. 이 빈 공간(164)의 상방 및 측방이 모두 부력부(161)에 의해 둘러싸여 있다. 이 실시예에서는, 부력부(161)의 일부가 빈 공간(164)의 측방을 둘러싸고 있고 하방으로 개방되어 있다. 이 빈 공간(164)은 하부의 물에 의해 밀폐된 상태에서 파도에 의해 물이 상승할 때 내부 공기가 압축될 수 있도록 하여 부력에 더하여 부체(160)를 상방으로 밀어 올리려는 힘을 더 작용시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.
도시된 바와 같이, 빈 공간(164)의 측방을 둘러싸는 부분의 외측면 하단에는 하방으로 갈수록 안쪽으로 경사지게 배치된 외면경사부(163a)가 형성되어 있다. 이 외면경사부(163a)는 부체(160)가 파도에 의해 상승하는 힘을 받을 때 외부의 물이 빈 공간(164) 쪽으로 더 잘 유입될 수 있도록 하여 빈 공간(164)의 공기압을 증가시켜 부체(160)에 상승하는 힘을 더 크게 작용시킬 수 있도록 한다. 이에 따라 부체(160)는 저부에 빈 공간(164)이 없는 기존의 부체에 비해 더 많이 상승한다.
또한, 빈 공간(160)의 측방을 둘러싸는 부분의 내측면 하단에는 상방으로 갈수록 바깥쪽으로 경사지게 배치된 내면경사부(163b)가 형성되어 있다. 이 내면경사부(163b)는 빈 공간(164) 내부의 물이 외부로 빠져나가는 것을 방해하고, 하강하는 물의 힘이 부체(160)에 더 많이 작용할 수 있도록 하는 역할을 한다. 이에 따라 부체(160)는 저부에 빈 공간(164)이 없는 기존의 부체에 비해 더 많이 하강한다.
또한, 빈 공간(164)은 빈 공간(164)의 저부를 막는 물에 의해 밀폐공간을 형성하도록 하여 물이 하부로 빠지는 것을 방해함으로써 하강하는 물의 중량이 부체(160)에 부가되도록 하는 역할도 한다. 이에 따라 부체(160)는 빈 공간(164)이 없는 기존의 부체에 비해 더 많이 하강하게 된다.
또한, 빈 공간(164)을 둘러싸는 부분은 부체(160)가 중력에 의해 하강할 때, 하강하는 물과 접촉되는 표면적을 증가시킴으로써 물과의 마찰력을 증가시켜 하강하는 물에 의해 하방으로 당겨지는 힘을 증가시키는 역할을 한다. 이에 따라 부체(160)는 저부에 빈 공간(164)이 없는 기존의 부체에 비해 더 많이 하강한다.
결과적으로, 본 발명에 따른 부체(160)는 기존의 부체에 비해 파도에 의해 상하방향으로 승강되는 진폭이 크다.
도 4는 도 2의 부체를 이용한 본 발명에 따른 파력발전장치의 일례를 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 4 파력발전장치의 평면도, 도 6은 본 발명에 따른 파력발전장치가 바다의 특정 위치로 이동하여 설치된 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4 내지 6에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 유압모터(120)를 구비한다. 이 유압모터(120)는 발전기(110)를 구동하기 위한 것이다. 경우에 따라, 유압모터(120) 대신에 공압모터 등 오일이 아닌 유체를 이용하는 모터가 이용될 수 있지만, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)에는 유압모터(120)가 적합하기 때문에 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에서는 가장 바람직한 유압모터(120)를 예로 들어 설명한다.
본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 횡구조물(130)을 구비한다. 이 횡구조물(130)은 유압모터(120)와 발전기(110)의 설치장소를 제공하기 위한 것으로, 바지(barge) 등 부력을 가지는 부체가 바람직하다. 물론, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)가 특정 해상에 고정적으로 설치되는 경우 또는 도 5에 나타낸 바와 같이 별도의 부체가 구비되는 경우에는 횡구조물(130)은 부체가 아니어도 상관없다.
도시된 바와 같이 횡구조물(130)에는 실린더기구(150)가 설치되어 있다. 이 실린더기구(150)는 유압모터(120)를 회전구동하기 위한 것으로, 횡구조물(130)에 상하방향으로 설치되는 실린더(151)와 실린더(151) 내부를 따라 상하로 이동 가능케 설치된 피스톤 및 피스톤에 연결된 로드(159)를 구비한다. 실린더(151)의 내부에는 오일이 채워진다.
실린더(151)는 유체공급라인과 유체회수라인을 통해 유압모터(120)와 연결되어 있는 데, 이와 관련하여서는 뒤에서 도 7을 참조하여 더 자세히 설명된다.
로드(159)는 그 상단이 실린더(151) 내부로 진입되어 피스톤에 연결되고 그 하단은 실린더(151) 하방으로 연장되어 있다. 이 로드(159)는 중력에 의한 하중을 그 하단에 연결된 부체(160)에 작용시키면서 부체(160)의 승강에 따라 승강되면서 피스톤을 실린더(151) 내부를 따라 승강시킨다.
로드(159)의 하단에 연결된 부체(160)는 파도와 중력 및 앞에서 설명한 빈 공간(164)의 작용으로 기존의 부체에 비해 더 큰 진폭으로 승강되면서 로드(159)를 승강시킨다. 빈 공간(164)의 크기는 발전장치의 크기, 발전장치가 설치되는 해역의 파도의 파고나 파장 등에 따라 다양하게 변동될 수 있다. 파도가 부체(160)를 상승시킬 때에는 앞에서 설명한 바와 같이 빈 공간(164)을 둘러싸는 부분이 빈 공간(164) 하부의 물이 측방으로 빠지는 것을 방지하기 때문에, 부체(160)는 저부에 빈 공간(164)이 없는 기존의 것에 비해 더 많이 상승된다. 외측 경사면(163a)은 도 6 화살표로 나타낸 바와 같이 외부의 물이 내부의 빈 공간(164)으로 보다 잘 유입될 수 있도록 한다. 내측 경사면(163b)은 빈 공간(164) 내부의 물이 외부로 빠져나가는 것을 방해하고, 하강하는 물의 하중이 부체(160)에 실릴 수 있도록 하고, 하부 개구를 작게 함으로써 빈 공간(164)이 하부의 물에 의한 밀폐성을 높인다.
부체(160)는 가이드부재(169)를 통해 지주(170)에 연결하는 것이 바람직하다. 가이드부재(170)는 부체(160)가 승강 시 지주(170)를 따라 승강하면서 파도에 의해 부체(160)가 좌우로 흔들리는 것을 방지하는 역할을 한다.
부체(160)가 파도에 의해 상승하였다가 하강 할 때에 피스톤에 작용시킬 수 있는 힘은 부체(160)와 로드(159)들의 중량의 합에 대한 중력에 더하여 앞에서 설명한 빈 공간(164)이 있음으로 인해 하강하는 물과의 마찰력의 증가 및 밀폐공간에 의해 부체(160)에 부가되는 물의 중량에 의한 중력이 추가된다. 이에 따라 본 발명에 따른 부체(160)는 빈 공간(164)이 없는 기존의 부체에 비해 더 많이 하강한다.
즉, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 부체(160)의 큰 진폭과 힘을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 횡구조물지지수단(170)을 구비한다. 횡구조물지지수단(170)은 횡구조물(130)을 바다표면(12)에서 상방으로 이격시켜 지지하기 위한 것이다. 이 횡구조물지지수단(170)으로는 바람직하게 지주(171)가 이용된다. 횡구조물(130)이 사각형이라면, 지주(171)는 횡구조물(130)의 4모서리에 각각 1개씩 설치되는 것이 좋다. 본 발명에 따른 파력발전장치(100)가 특정 해상에 고정적으로 설치되는 경우가 아니라면, 횡구조물(130)은 뒤에서 설명되는 승강고정수단(180)에 의해 횡구조물지지수단(170)에 대해 승강 가능 가능케 구성되는 것이 바람직하다.
도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 지주(171)는 횡구조물(130)을 지지하도록 횡구조물(130)의 가장자리를 따라 소정 간격으로 이격 배치된다. 지주(171)는 소정의 장소에 설치 시 하부가 해저면까지 연장되어 해저면에 횡구조물(130)을 지지하는 역할을 한다. 바람직하게, 지주(171)의 상단에는 야간에 선박이 충돌하는 것을 방지하기 위해 전등이 설치될 수 있다.
횡구조물(130)과 지주(171) 사이에는 승강고정수단(180)이 설치되어 있다. 이 승강고정수단(180)은 횡구조물(130)을 지주(171)를 따라 필요한 높이로 승강시켜 고정하여주기 위한 것으로, 승강유닛(181)과 상하 한 쌍의 고정유닛(186a, 186b)으로 이루어져 있다.
고정유닛(186)은 승강유닛(181)에 의하여 어느 하나가 다른 하나에 대해 상호 이격 또는 접근되도록 각 지주(171)마다 상하로 한 쌍이 마련된다. 바람직하게 하부 고정유닛(186b)은 횡구조물(130)에 일체로 결합된다. 즉, 하부 고정유닛(186b)이 지주(171)에 고정된 상태에서 승강유닛(181)에 의해 상부 고정유닛(186a)이 상승되어 하부 고정유닛(186b)으로부터 이격된 후, 상부 고정유닛(186a)이 지주(171)에 고정되고, 하부 고정유닛(186b)은 지주(171)로부터 고정 해제되어 승강유닛(181)에 의해 상부 고정유닛(186a)을 향해 상승 접근됨으로써, 하부 고정유닛(186b)에 결합된 횡구조물(130)이 지주(171)를 따라 용이하게 승강되어 횡구조물(130)이 해상으로부터 이격될 수 있다.
고정유닛(186)은 각각의 외관을 형성하며 지주(171)의 외주면을 향해 조여들거나 벌어지는 고정부재(187)와, 고정부재(187)가 조여들거나 벌어지도록 고정부재(187)에 힘을 제공하는 클램핑 구동부(188)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 지주(171) 외주면에는 고정부재(187)가 클램핑 구동부(188)에 의해 조여졌을 때에 고정부재(187)와 맞물려 고정부재(187)를 견고하게 지지할 수 있도록 돌출부나 홈이 형성되어 있을 수 있다. 경우에 따라, 돌출부는 용접 비드(bead) 등으로 형성될 수 있다.
또, 경우에 따라 고정부재는 지주(171)를 사이에 두고 지주(171)의 양측 외주면에 밀착되거나 이격되는 한 쌍의 핀(pin)으로 마련될 수 있다. 클램핑 구동부(188)로는 유압실린더와 유압모터가 바람직하게 사용될 수 있다.
승강유닛(181)은 횡구조물(130)이 지주(171)를 따라 승강되도록 바람직하게 상하로 배치된 두 고정유닛(186a, 186b) 사이에 결합되어 두 고정유닛(186a, 186b)을 교대로 승강시키기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예로서, 승강유닛(181)은 지주(171)에 인접하여 수직방향으로 설치된 승강유압실린더기구인 것이 바람직하다. 승강유압실린더기구의 개수는 횡구조물(130)의 중량에 따라 그 중량에 맞게 각 지주(171)마다 2개, 3개, 4개 등이 될 수 있다.
이러한 승강고정수단(180)의 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(100)의 횡구조물(130)이 바다표면(12)으로부터 상승되어 지지될 수 있다.
횡구조물(130)의 승강은 위에서 설명한 방식 외에도 본 발명자가 개발하여 각각 특허 및 실용신안등록 받은 바 있는 특허 제0506539호에 개시된 볼을 이용한 볼식 클램프를 이용한 것 및 실용신안등록번호 제0191653호에 개시된 환형 가이드를 이용한 것 등 횡구조물을 승강시켜 필요한 높이에 고정할 수 있는 것이라면 모두 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 도 4에 나타낸 것과는 달리 실린더(151)를 부체(160)에 연결하여 승강될 수 있도록 하고, 로드(159)를 횡구조물(130)에 고정하여 본 발명에 따른 파력발전장치(100)를 구성할 수 있다. 하지만 이 경우에는 실린더(151)와 유압모터(120) 사이를 연결하는 유체공급라인과 유체회수라인도 함께 승강되어야 하기 때문에 이들이 유연성이 있는 재질로 만들어져야 하며 고장 확률이 높으므로 바람직하지 않다.
미 설명부호 140은 각 발전기(110)에서 발전된 전기를 충전하였다가 필요한 곳으로 보내기 위한 충전기를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 바다에 뜬 상태로 필요한 위치로 이동한 후에는, 앞에서 설명한 고정유닛(186)을 풀어서 지주(171)의 하단이 해저 바닥(10)에 닿을 때까지 지주(171)를 아래쪽으로 내린다. 지주(171)의 하단이 해저 바닥(10)에 닿은 후에는 앞에서 설명한 바와 같은 승강유닛(181)과 고정유닛(186)을 이용해 횡구조물(130)을 지주(171)를 따라 상승시켜 도 3에 나타낸 바와 같이 소정 높이에 고정한다. 이 상태에서 로드(159)와 부체(160)는 자중에 의해 하강하고, 부체(160)는 그 일부가 바닷물에 잠긴 상태로 바다표면(12)에 떠있게 된다.
도 6의 상태에서 파도가 치면 부체(160)는 파도와 중력에 의해 승강하면서 로드(159)를 승강시키고, 이에 따라 로드(159)에 연결된 피스톤도 승강하게 된다. 피스톤의 승강에 따라 도 3을 통해서 설명한 바와 같이 유체가 실린더(151)와 유압모터(120) 사이를 순환하면서 유압모터(120)를 작동시켜서 발전기(110)를 구동할 수 있게 된다.
도 6에 나타낸 바와 같은 상태로 설치되어서 발전을 하다가 태풍이 오거나 수리 등의 필요에 의해 횡구조물(130)을 하강시키고 지주(171)들을 상승시켜 도 4에 나타낸 바와 같은 상태로 만든 다음 필요한 위치로 이동할 수 있다.
도 7은 도 4의 실린더의 구성 및 실린더와 유압모터의 연결관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이 실린더(151)에는 제1토출공(152a), 제2토출공(152b), 제1흡입공(153a) 및 제2흡입공(153b)이 각각 형성되어 있다.
제1토출공(152a)은 피스톤(156) 위쪽 실린더(151)의 상단 부근에 설치되는 것으로, 피스톤(156)이 상승할 때 실린더(151) 내부 피스톤(156) 상부의 유체(155)가 유체공급라인(157)을 통해 유압모터(120) 쪽으로 배출될 수 있도록 하는 것이다. 이 제1토출공(152a)은 피스톤(156)이 하강할 때는 닫혀 있어야 된다. 이를 위해 제1토출공(152a)에는 유체공급라인(157)의 오일 유체(155)가 실린더(151) 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 유입방지체크밸브(151a)가 설치된다. 경우에 따라, 유입방지체크밸브(151a)는 제1토출분기라인(157a)에 설치될 수 있다.
제2토출공(152b)은 피스톤(156)의 아래쪽 실린더(151)의 하단 부근에 설치되는 것으로, 피스톤(156)이 하강할 때 실린더(151) 내부 피스톤(156) 하부의 유체(155)가 유체공급라인(157)을 통해 유압모터(120) 쪽으로 배출될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 제2토출공(152b)은 피스톤(156)이 상승할 때에는 유체공급라인(157)에 있던 유체(155)가 실린더(151) 내부로 유입되지 못하도록 닫혀 있어야 된다. 이를 위해 제2토출공(152b)에는 유입방지체크밸브(151a)가 설치된다. 경우에 따라, 이 유입방지체크밸브(151a)는 제2토출분기라인(157b)에 설치될 수 있다.
제1흡입공(153a)은 피스톤(156) 아래쪽 실린더(151)의 하단 부근에 설치되는 것으로, 피스톤(156)이 상승할 때 유체회수라인(158)을 통해 유압모터(120) 쪽의 유체(155)가 피스톤(156) 하부의 실린더(151) 내부로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 제1흡입공(153a)은 피스톤(156)이 하강할 때에는 닫혀 있어야 된다. 이를 위해 제1흡입공(153a)에는 토출방지체크밸브(151b)가 설치된다. 이 토출방지체크밸브(151b)는 제1회수분기라인(158a)에 설치될 수 있다.
제2흡입공(153b)은 피스톤(156) 위쪽 실린더(151)의 상단 부근에 설치되는 것으로, 피스톤(156)이 하강할 때 유체회수라인(158)을 통해 유압모터(120) 쪽의 유체(155)가 피스톤(156) 상부의 실린더(151) 내부로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 제2흡입공(153b)은 피스톤(156)이 상승할 때에는 닫혀 있어야 된다. 이를 위해 제2흡입공(153b)에는 토출방지체크밸브(151b)가 설치된다. 경우에 따라, 이 토출방지체크밸브(151b)는 제2회수분기라인(158b)에 설치될 수 있다.
실린더(151) 내부의 유체(155)를 유압모터(120)쪽으로 공급하기 위한 유체공급라인(157)은 제1토출공(152a)에 연결되는 제1토출분기라인(157a)과 제2토출공(152b)에 연결되는 제2토출분기라인(157b)으로 분기된 부분을 가지고, 유압모터(120) 쪽의 유체(155)를 실린더(151)로 회수하기 위한 유체회수라인(158)은 제1흡입공(153a)에 연결되는 제1흡입분기라인(158a)과 제2흡입공(153b)에 연결되는 제2흡입분기라인(158b)으로 분기된 부분을 구비한다.
바람직하게, 유체회수라인(158) 상에는 오일탱크(T)가 설치된다. 이 경우 유압모터(120)의 구동에 사용된 유체는 오일탱크(T)를 거쳐 실린더(151)로 회수된다.
위와 같은 실린더(151)와 유압모터(120)의 연결구성으로 인해, 앞에서 설명한 부체(160)가 파도와 중력에 의해 승강함에 따라 유체(155)는 실린더(151), 유체공급라인(157), 유압모터(120), 유체회수라인(158)을 거쳐 다시 실린더(151)로 유입되는 과정을 반복하면서 유압모터(120)를 연속적으로 회전구동하고, 이에 따라 발전기(110)는 연속적으로 발전을 할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 다른 예를 나타낸 저면 사시도이다.
경우에 따라 부체(160) 하부 가장자리를 따라 설치되고 하방으로 연장된 커튼부(165)를 형성하여 부체(160) 저부에 빈 공간(164)을 형성할 수 있다. 이 경우 빈 공간(164)의 측방은 커튼부(165)에 의해 둘러싸인다. 이 커튼부(165)의 외주면 또는 내주면에는 측방으로 돌출되게 핀(166)을 형성할 수 있다. 이 핀(166)은 파도에 의해 승강 또는 하강하는 물의 힘을 더 많이 받을 수 있도록 하기 위한 것이다. 이 핀(166)은 부력부(161)의 측면에도 형성될 수 있다.
나머지는 도 2를 통해 설명한 것과 같다.
도 9는 도 2 부체의 변형예를 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 부체(160)는 사각형의 육면체가 아닌 절두원뿔형으로 구성할 수 있다. 이 경우 외측 경사면(163a)도 원형으로 그리고 부체(160)의 상면에는 로드와 연결하기 위한 로드연결부(167)가 형성되어 있다.
나머지는 도 2와 3을 통해서 설명한 바와 같다.
위 실시예들로부터 본 발명에 따른 부체(160)와 그 저부에 형성되는 빈 공간(164)의 외형은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 삼각, 오각, 육각 등의 다각의 기둥, 원형기둥, 타원형 기둥 및 이들의 조합에 의한 입체형 등으로 본 발명에 따른 부체(160)와 그 저부에 형성되는 빈 공간(164)이 형성될 수 있다.
도 10은 실린더와 유압모터의 다른 연결 예를 나타낸 도면이다.
경우에 따라서는, 발전효율을 높이기 위하여 발전기(110) 및 발전기(110)를 구동하기 위한 유압모터(120)를 그 용량이 큰 것을 사용하고자 하는 경우에는 여러 개의 실린더(151)를 1개의 유압모터(120)에 연결하여 구성하고, 이 유압모터(120)로 대 용량의 발전기(110)를 구동할 수 있다.
나머지는 도 7을 통해 앞에서 설명한 것과 같다.
도 11은 도 7의 변형예를 나타낸 도면이다.
경우에 따라서는 유압모터(120)로 유체(155)를 공급하는 유체공급라인(157)을 제1토출공(152a)에 연결되는 것과 제2토출공(152b)에 연결되는 것을 별도로 구성할 수 있다. 마찬가지로 유압모터(120)에서 유체(155)를 회수하는 유체회수라인(158)을 오일탱크(T)를 통해 제1흡입공(153a)에 연결되는 것과 제2흡입공(153b)에 연결되는 것을 별도로 구성할 수 있다. 경우에 따라 도 7에 개시된 것과 혼용할 수도 있다. 나머지는 도 7에서 설명한 것과 같다.
도 12는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타낸 정면도이다.
경우에 따라 횡구조물지지수단(170)은 해저 바닥에 고정된 고정구조물일 수 있다.
그리고 파력발전용 부체(160)의 커튼부(165)는 부력부(161)보다 넓게 측방으로 돌출되고 하방으로 연장된 형태로 구성될 수 있다. 물론, 이와는 반대로 파력발전용 부체(160)의 부력부(161)가 커튼부(165) 보다 넓게 측방으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다
나머지는 도 4 내지 7을 통해 설명한 것과 같다.
도 13은 본 발명에 따른 파력발전용 부체의 또 다른 실시예를 저면에서 보아 나타낸 사시도이고, 도 14는 도 13의 파력발전용 부체를 이용한 파력발전장치를 나타낸 정면도이다.
본 발명에 따른 파력발전용 부체(160)는 경우에 따라 부력부(161)가 하측에 설치되고, 커튼부(165)는 부력부(161)의 상방으로 연장된 상태에서 빈 공간(164)의 상부를 덮는 형태로 구성할 수 있다.
도 13과 14에 나타낸 부체(160)에는 빈 공간(164)의 상부를 덮는 커튼부(165)에는 체크밸브(168)가 설치될 수 있다. 이 체크밸브(168)는 부체(160)가 파도에 의해 상승 시 빈 공간(164)에 채워지는 물에 의해 빈 공간(164) 내부의 공기가 외부로 빠져나가는 것은 방지하고, 또, 부체(160)가 하강 시 빈 공간(164)에서 빠져나가는 물에 의해 외부의 공기가 빈 공간으로 유입되는 것은 허용하는 역할을 한다. 이 부체(160)의 저부에 부체부(161)에 의해 형성된 외측 경사면(163a)과 내측 경사면(163b)이 형성되어 있다. 경우에 따라, 외측 경사면(163a)과 내측 경사면(163b)이 형성된 부분은 내부공간을 가지지 않는 단겹 또는 여러 겹의 커튼부로 형성될 수 있다.
나머지는 도 12를 통해서 설명한 것과 같다.
본 발명에 따른 파력발전장치는 해상에 설치되는 대규모의 발전플랜트를 설치하는 데 유용하게 이용될 가능성이 있다.
100: 파력발전장치 110: 발전기
120: 유압모터 130: 횡구조물
150: 실린더기구 151: 실린더
151a: 유입방지체크밸브 151b: 토출방지체크밸브
152a: 제1토출공 152b: 제2토출공
153a: 제1흡입공 153b: 제2흡입공
155: 유체 156: 피스톤
157: 유체공급라인 158: 유체회수라인
159: 로드 160: 부체
161: 부력부 162: 내부공간
163a: 외측 경사면 163b: 내측 경사면
164: 빈 공간 165: 커튼부
166: 핀 168: 체크밸브
170 : 횡구조물 지지수단 171 : 지주
180 : 승강고정수단 181 : 승강유닛
186 : 고정유닛 190 : 잠수부체
T : 오일탱크

Claims (10)

  1. 내부공간을 둘러싸서 밀폐하여 부력을 제공하는 부력부를 가지는 파력발전용 부체에 있어서,
    상기 파력발전용 부체의 저부에 상방으로 오목하고 외부로 개방된 빈 공간이 형성되어 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부력부의 일부가 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부력부에 설치되고 상기 빈 공간의 상부를 덮는 커튼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부력부에서 하방으로 연장되어 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸는 커튼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸는 부분의 외측면 하단에는 하방으로 갈수록 안쪽으로 경사지게 배치된 외면경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 빈 공간의 측면을 둘러싸는 부분의 내측면 하단에는 상방으로 갈수록 바깥쪽으로 경사지게 배치된 내면경사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전용 부체.
  7. 파도의 힘으로 발전기를 구동하여 발전하기 위한 파력발전장치에 있어서,
    상기 발전기를 구동하기 위한 모터;
    상기 모터와 상기 발전기의 설치장소를 제공하는 횡구조물;
    상기 횡구조물을 바다표면에서 상방으로 이격시켜 지지하기 위한 횡구조물지지수단;
    상기 횡구조물에 설치되고 상기 모터를 구동하기 위한 실린더기구; 및
    상기 실린더기구에 연결되고 파도와 중력에 의해 승강되면서 상기 실린더기구를 작동시키는 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항의 부체를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 실린더기구는 상기 횡구조물에 상하방향으로 고정되어 유체를 수용할 수 있고 유체공급라인과 유체회수라인을 통해 유압모터와 연결되어 있는 실린더, 상기 실린더 내부를 따라 이동 가능케 설치된 피스톤 및 상기 피스톤과 상기 부체 사이에 설치되어 중력에 의한 하중을 상기 부체에 작용시키면서 상기 부체의 승강에 따라 승강되면서 상기 피스톤을 상기 실린더 내부를 따라 승강시키는 로드를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 횡구조물 또는 상기 횡구조물지지수단에는 상기 횡구조물을 상기 횡구조물지지수단을 따라 승강시키기 위한 승강고정수단이 설치되어 있고, 상기 횡구조물지지수단은 상기 승강고정수단을 통해 상기 횡구조물에 대해 상하로 승강될 수 있고 하강하여 해저 바닥에 상기 횡구조물을 지지할 수 있는 지주를 구비하고,
    상기 바닥에서 상기 지주를 상승시킨 상태에서 바다에 뜬 상태로 이동될 수 있도록 상기 횡구조물은 부체로 된 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 승강고정수단은 상기 횡구조물지지수단에 구비된 상기 지주를 따라 승강 가능하고 상기 지주에 고정할 수 있는 상하 한 쌍의 고정유닛과 상기 한 쌍의 고정유닛 사이에 설치되고 상기 한 쌍의 고정유닛의 간격을 조정하기 위한 승강유닛을 구비하여 구성되고, 상기 한 쌍의 고정유닛 중 하나는 상기 횡구조물에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
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