KR101216295B1 - 파력발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파력발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 파도의 위치에너지와 파력으로 발생하는 운동에너지를 모두 이용하여 동력으로 사용할 수 있는 파력을 발생시키는 파력발생장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 파력발생장치는 경사판과, 부력수단과, 회전수단을 포함한다. 상기 경사판은 물결이 수평으로 움직이든 수직으로 움직이든 상기 물결에 의하여 이동하도록 수중에서 경사지게 설치된다. 상기 부력수단은 상기 경사판이 수중에서 가라앉지 않게 부력으로 지지하고 상기 경사판과 함께 이동할 수 있게 상기 경사판에 결합된다. 상기 회전수단은 상기 부력수단의 이동으로 회전운동을 하고 상기 부력수단이 이동시 병진운동을 하도록 상기 부력수단에 결합한다.
본 발명에 의하면 파도의 위치에너지와 운동에너지를 동시에 이용하여 동력을 발생시키기 위한 파력을 생성한다. 이로 인하여 실제 파도 높이 보다 확장된 공압형성부를 실현할 수가 있어서, 파도의 높이를 그대로 사용할 때의 저효율 문제를 해결할 수 있다.

Description

파력발생장치{Wave power generation apparatus}
본 발명은 파력발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 파도의 위치에너지와 파력으로 발생하는 운동에너지를 모두 이용하여 동력으로 사용할 수 있는 파력을 발생시키는 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 다수 출원되어 있다.
이러한 종래의 파력발생장치는 능동적인 파도의 높이 변화를 이용하여 공압을 형성하였다. 즉 파도가 칠 때의 높이 차로 인한 위치에너지를 이용하여 파력을 발생시켰다.
종래의 파력발생장치의 경우 파도의 높이 변화만을 이용하여 공압을 형성하였으므로 이로 인해 넓은 공압발생부가 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 파도의 위치에너지 뿐만 아니라 운동에너지를 이용하여 파력을 발생시킬 수 있는 파력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 파력발생장치는 경사판과, 부력수단과, 회전수단을 포함한다. 상기 경사판은 물결이 수평으로 움직이든 수직으로 움직이든 상기 물결에 의하여 이동하도록 수중에서 경사지게 설치된다. 상기 부력수단은 상기 경사판이 수중에서 가라앉지 않게 부력으로 지지하고 상기 경사판과 함께 이동할 수 있게 상기 경사판에 결합된다. 상기 회전수단은 상기 부력수단의 이동으로 회전운동을 하고 상기 부력수단이 이동시 병진운동을 하도록 상기 부력수단에 결합한다.
또한, 상기의 파력발생장치에 있어서, 상기 부력수단은 일측이 상기 경사판에 결합한 결합바와, 상기 결합바에 장착된 부력체를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 회전수단은 지면에 고정된 지지대와, 일측은 상기 지지대에 힌지결합하고 타측은 상기 결합바의 타측에 힌지결합한 제1연결대와, 상기 제1연결대와 일정거리 이격되어 일측은 상기 지지대에 힌지결합하고 타측은 상기 결합바에 힌지결합한 제2연결대를 구비한다.
또한, 상기의 파력발생장치는 공기압축기와, 공압전달통로를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 공기압축기는 일측이 개방되어 수중에 삽입되며, 상기 결합바와 함께 이동하여 수압에 의하여 공기를 압축할 수 있도록 결합바에 장착된다. 상기 공압전달통로는 상기 공기압축기에서 압축된 공압을 전달하기 위하여 일측이 상기 공기압축기의 타측에 연결된다.
또한, 상기의 파력발생장치에 있어서, 상기 공압전달통로의 타측으로 공기가 유출되거나 상기 공압전달통로의 타측으로 공기가 유입되더라도 터빈이나 발전기를 동일한 방향으로 구동시키기 위하여 상기 공압전달통로의 타측은 제1관 및 제2관으로 분기되며, 공기가 유출될 때에는 상기 제1관으로 유출되며 공기가 유입될 때에는 상기 제2관으로 공기가 유입되도록 제어하는 제어부재가 설치된 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 파도의 위치에너지와 운동에너지를 동시에 이용하여 동력을 발생시키기 위한 파력을 생성한다. 이로 인하여 실제 파도 높이 보다 확장된 공압형성부를 실현할 수가 있어서, 파도의 높이를 그대로 사용할 때의 저효율 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파력발생장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예를 사용하여 발전부를 구동하는 개념도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예를 이용하여 발전부를 구동시 발전부를 일방향으로 구동하기 위한 기어부의 개념도,
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 작동도,
도 5는 본 발명에 따른 파력발생장치의 다른 실시예의 개념도,
도 6은 도 5에 도시된 실시예의 작동도,
도 7은 도 5에 도시된 실시예에 장착된 발전부의 개념도,
도 8은 도 5에 도시된 실시예를 사용하여 발전부를 구동하는 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 파력발생장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 파력발생장치는 경사판(1)과, 부력수단(5)과, 회전수단(10)을 포함한다.
경사판(1)은 물결이 수평으로 움직이든 수직으로 움직이든 상기 물결에 의하여 이동할 수 있도록 수중에서 경사지게 설치된다.
부력수단(5)은 경사판(1)이 수중에서 가라앉지 않게 부력으로 지지하고 경사판(1)과 함께 이동할 수 있게 경사판(1)에 결합된다. 이를 위하여 부력수단(5)은 결합바(7)와 부력체(9)를 구비한다. 결합바(7)는 수직으로 세워져서 일단이 경사판(1)에 결합한다. 부력체(9)는 결합바(7)에 부착되어 경사판(1)이 가라앉지 않게 부력으로 지지한다.
회전수단(10)은 부력수단(5)의 이동으로 회전운동을 하고 부력수단(5)이 이동을 할 때 부력수단(5)이 병진운동을 하도록 부력수단(5)에 결합한다. 이를 위하여 회전수단(10)은 지지대(11)와, 제1연결대(13)와, 제2연결대(15)를 구비한다. 지지대(11)는 일단이 지면에 수직으로 고정된다. 제1연결대(13)는 수평으로 누워져서 일측이 지지대(11)에 힌지결합하고 타측이 결합바(7)에 힌지결합한다. 제2연결대(15)는 수평으로 누워져서 제1연결대(13)와 일정거리 이격되어 일측은 지지대(11)에 힌지결합하고 타측은 결합바(7)에 힌지결합한다. 결합바(7)가 제1연결대(13) 및 제2연결대(15)에 힌지결합되어 있으므로 결합바(7)는 병진운동만을 할 수 있다. 즉 결합바(7)는 수직을 유지한 채 이동을 할 수 있다.
경사판(1)이 수중에서 경사지게 설치되어 있으므로 물결이 수평으로 움직이든 수직으로 움직이든 경사판(1)은 모두 이동이 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이 파도가 치면 수면의 높이가 달라질 뿐만 아니라 파도가 화살표 33과 같이 수평으로 이동을 한다. 이때 수면이 높이차(34) 만큼 높아지면 경사판(1)은 상승한다. 그리고 파도가 화살표 33의 방향으로 수평으로 이동을 하면 경사판(1)은 힘을 받으므로 파도의 수평이동에 의하여 경사판(1)은 더욱 상승한다. 그래서 경사판(1)은 결국 높이차(35) 만큼 이동을 한다. 따라서 경사판(1)이 이동한 높이차(35)는 파도의 위치에너지에 의한 높이차(34)와 파도의 운동에너지에 의한 높이차가 합해진 만큼 높이변화가 발생한다. 따라서 경사판(1)의 수직 이동거리(35)는 파도의 높이차(34) 보다 더 크게 된다.
이때 제1연결대(13) 및 제2연결대(15)는 회전운동을 한다. 제1연결대(13) 및 제2연결대(15)가 나란히 이격되어 있고 결합바(7)가 제1연결대(13) 및 제2연결대(15)에 연결되어 있으므로 제1연결대(13) 및 제2연결대(15)가 회전운동을 하더라도 결합바(7)는 병진운동을 하므로 경사판(1)은 일정한 기울기를 유지한다.
경사판(1)이 수직으로 이동을 하면 제2연결대(15)는 회전운동을 한다. 제2연결대(15)의 회전력을 이용하면 발전기 등을 구동시킬 수 있다. 예를들면 제2연결대(15)의 단부에 제1기어부(21)를 장착시키고 발전부(31)의 회전축(27)에 제2기어부(23)를 장착시켜 제1기어부(21)와 맞물린다. 그리고 발전부(31)의 회전축(27)에 플라이휘일 같은 관성발생부(29)를 장착시키면 제2연결대(15)의 회전운동으로 발전부(31)를 구동시킬 수 있다. 제2연결대(15)의 회전에 의하여 제1기어부(21)가 좌우로 회전하더라도 회전축(27)을 일정한 방향으로 구동시키기 위하여 제2기어부(23)는 제1기어부(21)와 접촉하는 외축(24)과, 회전축(27)과 결합된 내축(25)과, 방향바(26)를 구비할 수 있다. 이 경우 외축(24)이 일방향으로 회전할 때 방향바(26)에 의하여 내축(25)은 회전하지만 외축(24)이 타방향으로 회전할 때 내축(25)은 회전하지 않는다. 따라서 제2연결대(15)가 좌우로 회전하더라도 발전부(31)의 회전축(27)을 일정한 방향으로 회전시킬 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 파력발생장치의 다른 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 파력발생장치의 다른 실시예는 도 1에 도시된 파력발생장치에 있어서 공기압축기(40)와 공압전달통로(42)를 더 포함한다. 그리고 도 5에 도시된 파력발생장치의 경사판(1)은 도 1에 도시된 파력발생장치의 경사판(1)과 반대의 방향으로 설치된다.
공기압축기(40)는 하단이 개방된 원통형으로써 하단이 수중에 삽입되며 결합바(7)에 장착된다. 공기압축기(40)가 수중에 깊이 삽입될수록 수압에 의하여 공기압축기(40) 내부의 공기는 더욱 압축된다.
공압전달통로(42)는 공기압축기(40)에서 압축된 공압을 전달하기 위하여 일측이 공기압축기(42)의 상단에 연결된다. 도 6에 도시된 바와 같이 파도가 화살표 33의 방향으로 치면 결합바(7)는 높이차(37) 만큼 하강하므로 공기압축기(40)에는 수압이 상승한다. 상기 수압에 의하여 공기압축기(40) 내부의 공기는 압축된다. 한편 파도에 의하여 수면의 높이가 높이차(36) 만큼 상승하면 공기압축기(40)에는 더 높은 수압이 작용한다. 따라서 공기압축기(40)에는 파도에 의한 수면의 위치에너지에 해당하는 높이차(36)와 파도의 이동에 의한 운동에너지에 해당하는 결합바의 높이차(37) 만큼의 수압이 작용한다. 상기 수압에 의하여 공기압축기(40) 내부의 공기는 압축되고, 공압전달통로(42)를 통하여 공압은 전달된다. 공압전달통로(42)를 통하여 전달된 공압을 사용하여 터빈이나 발전기를 구동시킬 수 있다. 이때 공기압축기(42)가 상하로 운동하더라도 터빈(28)을 일정한 방향으로 회전시키기 위하여 공압전달통로(42)의 타단은 제1관(43)과 제2관(44)으로 분기된다. 그리고 공기가 공압전달통로(42)에서 유출될 때와 유입될 때 제1관(43)과 제2관(44)으로 흐르는 공기의 방향을 제어하기 위하여 제어부재(45)가 설치된다. 제어부재(45)의 제1제어판(45a)은 공기가 유출될 때 제1관(43)이 개방되고 공기가 유입될 때 제1관(43)이 폐쇄되도록 제1관(43)에 설치된다. 제어부재(45)의 제2제어판(45b)은 공기가 유출될 때 제2관(44)이 폐쇄되고 공기가 유입될 때 제2관(44)이 개방되도록 제2관(44)에 설치된다. 공기압축기(40)가 하강하여 공기압축기(40) 내부의 공기가 압축되면 공기는 공압전달통로(42)를 통하여 유출된다. 이때 제1제어판(45a)은 열려서 제1관(43)은 개방되고, 제2제어판(45b)은 닫혀서 제2관(44)은 폐쇄된다. 그래서 압축된 공기는 화살표 51의 방향으로 유동되어 터빈(28)을 화살표 55의 방향으로 회전시킨다. 공기압축기(40)가 상승하여 공기압축기(40) 내부의 압력이 떨어지면 공기는 공압전달통로(42)를 통하여 유입된다. 이때 제1관(45a)은 닫혀서 제1관(43)은 폐쇄되고, 제2제어판(45b)은 열려서 제2관(44)은 개방된다. 그래서 공기는 화살표 53의 방향으로 유동되어 터빈(28)을 화살표 55의 방향으로 회전시킨다. 즉 공기압축기(40)가 상승하든 하강하든 터빈(28)을 항상 일정한 방향으로 회전시킬 수 있다.
1 : 경사판 5 : 부력수단
7 : 결합바 9 : 부력체
10 : 회전수단 11 : 지지대
13 : 제1연결대 15 : 제2연결대
21 : 제1기어부 23 : 제2기어부
24 : 외축 25 : 내축
26 : 방향바 27 : 회전축
28 : 터빈 29 : 관성발생부
31 : 발전부 40 : 공기압축기
42 : 공압전달통로 43 : 제1관
44 : 제2관 45 : 제어부재
45a : 제1제어판 45b : 제2제어판

Claims (4)

  1. 물결이 수평으로 움직이든 수직으로 움직이든 상기 물결에 의하여 이동하도록 수중에서 경사지게 설치된 경사판과,
    상기 경사판이 수중에서 가라앉지 않게 부력으로 지지하고 상기 경사판과 함께 이동하기 위하여 일측이 상기 경사판에 결합한 결합바와, 상기 결합바에 장착된 부력체를 구비한 부력수단과,
    지면에 고정된 지지대와, 일측은 상기 지지대에 힌지결합하고 타측은 상기 결합바의 타측에 힌지결합된 제1연결대와, 상기 제1연결대와 일정거리 이격되어 일측은 상기 지지대에 힌지결합되고 타측은 상기 결합바에 힌지결합된 제2연결대를 구비하여 상기 부력수단의 이동으로 회전운동을 하고 상기 부력수단이 이동시 병진운동을 하는 회전수단과,
    일측이 개방되어 수중에 삽입되며, 상기 결합바와 함께 이동하여 수압에 의하여 공기를 압축할 수 있도록 결합바에 장착된 공기압축기와,
    상기 공기압축기에서 압축된 공압을 전달하기 위하여 일측이 상기 공기압축기의 타측에 연결된 공압전달통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공압전달통로의 타측으로 공기가 유출되거나 상기 공압전달통로의 타측으로 공기가 유입되더라도 터빈이나 발전기를 동일한 방향으로 구동시키기 위하여 상기 공압전달통로의 타측은 제1관 및 제2관으로 분기되며, 공기가 유출될 때에는 상기 제1관으로 유출되며 공기가 유입될 때에는 상기 제2관으로 공기가 유입되도록 제어하는 제어부재가 설치된 것을 특징으로 하는 파력발생장치.
  3. 삭제
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