KR101242362B1 - Power buoy for continuous extracting wave energy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파워부이의 구성 중 해수면에 부유하는 챔버의 고유주기를 파워부이 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기와 일치시킴으로써 계절 또는 지역적 특성이나, 파고의 높낮이에 크게 상관없이 지속적으로 충분한 파랑에너지를 추출할 수 있도록 하는 파워부이에 관한 것으로, 해수면에 부유하도록 설치되어 파고에 따라 상하이동하고, 격리된 내부공간을 갖는 챔버; 상기 챔버의 내부공간에 설치되는 코일; 상기 코일의 내부에 위치하고, 상기 챔버의 상하이동에 의해 상기 코일 내부를 왕복운동함으로써 유도기전력을 발생하는 자석; 상기 자석으로부터 해저로 연장되어 상기 자석을 해저나 수중 격리된 모체에 고정시키는 지지체; 상기 챔버가 공진하도록, 상기 챔버의 하부에 결합되어 상기 챔버의 무게를 조절함으로써 해수면상의 평형위치에 대한 상기 챔버의 고유주기가 파랑의 주기와 일치시키는 질량체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the intrinsic period of the chamber floating on the sea level in the configuration of the power buoy coincides with the period of the wave frequently incident on the power buoy installation area. It relates to a power buoy to extract the, It is installed to float on the sea surface and moving in accordance with the digging, the chamber having an isolated internal space; A coil installed in the inner space of the chamber; A magnet located inside the coil and generating an induced electromotive force by reciprocating the inside of the coil by moving the chamber; A support extending from the magnet to the seabed to fix the magnet to the seabed or to an isolated mother body; And a mass body coupled to a lower portion of the chamber to adjust the weight of the chamber so that the chamber resonates so that the intrinsic period of the chamber with respect to the equilibrium position on the sea level coincides with the period of the blue wave.

Description

파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이{POWER BUOY FOR CONTINUOUS EXTRACTING WAVE ENERGY}POWER BUOY FOR CONTINUOUS EXTRACTING WAVE ENERGY}

본 발명은 포인트 앱소버(point absorber) 방식에 의하여 파랑에너지를 전기에너지로 변환하는 파워부이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파워부이의 구성 중 해수면에 부유하는 챔버의 고유주기를 파워부이 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기와 일치시킴으로써 계절 또는 지역적 특성이나, 파고의 높낮이에 크게 상관없이 지속적으로 충분한 파랑에너지를 추출할 수 있도록 하는 파워부이에 관한 것이다.The present invention relates to a power buoy for converting wave energy into electrical energy by a point absorber method, and more particularly, the inherent period of a chamber floating on the sea surface in the power buoy installation area. The present invention relates to a power buoy that can consistently extract sufficient wave energy regardless of seasonal or regional characteristics or height of wave height by matching the frequency of frequent incident waves.

산업발전과정에서 화석연료에의 지나친 의존은 온실가스 발생 등의 환경문제 및 에너지자원 부족의 문제를 야기시키고 있다. 이에 따라 에너지원의 양이 무한하고, 친환경적인 방법으로 전력을 생산할 수 있는 신재생에너지를 확보하려는 노력이 이어지고 있으며, 그 일환으로 특히 파랑에너지를 이용하는 파력발전 시스템이 주목받고 있다.Excessive dependence on fossil fuels in industrial development has led to environmental problems such as greenhouse gas generation and energy resource shortages. Accordingly, the amount of energy sources is infinite, and efforts are being made to secure renewable energy capable of producing electric power in an environmentally friendly manner. Particularly, wave power generation systems using wave energy are attracting attention.

파력발전 시스템은 파랑의 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 방식으로, 태양에너지나 풍력에너지 등 다른 에너지원에 비해 훨씬 예측가능하고, 높은 전력밀도를 가지며, 설치 장소에 제약이 없다는 장점이 있어 다양한 구조 및 형태로 변형되어 실용화가 시도되고 있는 실정이다.The wave power generation system converts the potential energy of the wave into electrical energy, which is much more predictable than other energy sources such as solar energy or wind energy, has a high power density, and has no advantages in the place of installation. And it is a situation that has been attempted to commercialize the form.

종래 파력발전 시스템으로는 파랑에 의해 발생된 가동물체(movable body)의 구조에 대한 상대운동을 이용하여 전력을 생산하는 포인트 앱소버(point absorber) 방식, 파랑의 방향을 따라 배치된 연결부체간의 상대운동으로 에너지를 획득하는 어테뉴에이터(attenuator) 방식, 제방으로부터의 월파를 이용하여 수차를 운전하는 월파(overtopping) 방식 등이 사용되어져 왔다. Conventional wave power generation system includes a point absorber method for producing electric power using a relative motion of a structure of a movable body generated by blue waves, and a relative between connecting parts disposed along a blue wave direction. The attenuator method of obtaining energy by exercise, the overtopping method of driving aberration using the moon wave from the bank, etc. have been used.

그러나 이러한 방식에 따라 개발된 종래의 파력발전 시스템은 파도가 지닌 위치에너지를 이용하여 에너지를 추출하도록 설계되므로 발전량이 파도의 높이에 의존하게 된다는 문제점이 있다. 발전설비는 만족할만한 양의 에너지를 꾸준히 안정적으로 공급하는 것이 중요하나, 종래 개발된 파력발전 시스템에 의하면 기후 또는 지역적 영향으로 인하여 파고가 낮은 때에는 에너지 추출이 미약해지므로 지속적으로 일정량의 에너지를 추출하여 공급하는 데에 어려움이 발생한다.However, the conventional wave power generation system developed in this manner has a problem in that the amount of power generation depends on the height of the wave because it is designed to extract energy using the potential energy of the wave. It is important to supply stable amount of energy steadily and stably, but according to the developed wave power generation system, energy extraction is weak when the crest is low due to climate or regional influence, so it extracts and supplies a certain amount of energy continuously. Difficulties arise.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파고와 무관하게 부이의 활발한 상대 운동을 발생시킴으로써 파고가 높은 경우는 물론 낮은 경우에도 지속적으로 만족할 만한 양의 에너지를 추출할 수 있도록 하는 파워부이를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-described problems, by providing an active relative movement of buoy irrespective of the height of the buoy provides a power buoy to be able to continuously extract a satisfactory amount of energy even when the height is low as well as low. Its purpose is to.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이는 해수면에 부유하도록 설치되어 파고에 따라 상하이동하고, 격리된 내부공간을 갖는 챔버; 상기 챔버의 내부공간에 설치되는 코일; 상기 코일의 내부에 위치하고, 상기 챔버의 상하이동에 의해 상기 코일 내부를 왕복운동함으로써 유도기전력을 발생하는 자석; 상기 자석으로부터 해저로 연장되어 상기 자석을 해저나 수중 격리된 모체에 고정시키는 지지체; 상기 챔버가 공진하도록, 상기 챔버의 하부에 결합되어 상기 챔버의 무게를 조절함으로써 해수면상의 평형위치에 대한 상기 챔버의 고유주기가 파랑의 주기와 일치시키는 질량체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the power buoy for continuous extraction of the wave energy according to the present invention is installed to float on the sea surface and move in accordance with the wave height, the chamber having an isolated internal space; A coil installed in the inner space of the chamber; A magnet located inside the coil and generating an induced electromotive force by reciprocating the inside of the coil by moving the chamber; A support extending from the magnet to the seabed to fix the magnet to the seabed or to an isolated mother body; And a mass body coupled to a lower portion of the chamber to adjust the weight of the chamber so that the chamber resonates so that the intrinsic period of the chamber with respect to the equilibrium position on the sea level coincides with the period of the blue wave.

여기서, 챔버의 공진운동이 빈번하게 발생하도록 하기 위하여 상기 질량체의 질량은 상기 챔버의 고유주기가 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기와 일치하도록 하는 것이 바람직하다.Here, in order for the resonance motion of the chamber to occur frequently, the mass of the mass is preferably such that the intrinsic period of the chamber coincides with the period of the wave frequently incident on the installation area of the chamber.

또한, 상기 챔버의 고유주기(Tn)가 아래의 수식과 같이 챔버의 수평단면적(A), 해수의 밀도(ρ), 중력가속도(g), 상기 질량체가 결합된 상태의 상기 챔버의 질량(M), 해수와의 마찰계수(b)로 결정되어지는 경우 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기(T)로 두고 상기 질량체의 질량이 결정되는 것이 바람직하다.In addition, the intrinsic period (T n ) of the chamber is the horizontal cross-sectional area (A) of the chamber, the density of the seawater (ρ), the acceleration of gravity (g), the mass of the chamber in the state of the mass ( M), when determined by the friction coefficient b with the seawater, it is preferable that the mass of the mass is determined as the period T of the waves frequently incident on the installation area of the chamber.

Figure 112010079499249-pat00001
Figure 112010079499249-pat00001

아울러, 상기 챔버가 원통형 본체부 및 상기 본체부의 수평단면적보다 작은 수평단면적을 갖는 원통형 질량조절부로 구성되도록 하고, 상기 챔버가 일정한 높이를 가지는 경우 상기 본체부와 상기 질량조절부의 높이의 비율을 조절함으로써, 상기 챔버가 해수면에서 받는 부력의 크기를 조절할 수 있다. 상술한 챔버의 고유주기의 조절은 상기 질량조절부의 높이를 조절하는 방법으로도 수행할 수 있다.In addition, the chamber is composed of a cylindrical body portion and a cylindrical mass control portion having a horizontal cross-sectional area smaller than the horizontal cross-sectional area of the body portion, and by adjusting the ratio of the height of the body portion and the mass control portion when the chamber has a constant height And, the chamber can adjust the amount of buoyancy received at sea level. The above-described adjustment of the intrinsic period of the chamber may also be performed by adjusting the height of the mass control unit.

뿐만 아니라, 자석이 해수면 아래에 잠겨있도록 함으로써 파랑에 의한 자석에 움직임에 의해 챔버의 진동이 영향받는 것을 방지하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to prevent the vibration of the chamber from being affected by the movement of the magnet due to the blue by keeping the magnet locked below the sea level.

또한, 파워부이의 설치 지역 내에서 보다 지속적인 에너지 추출이 가능하도록 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기 범위에 속하는 서로 다른 고유주기를 갖는 파워부이를 복수 개 설치함으로써 파워주기 팜을 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to form a power cycle farm by installing a plurality of power buoys having different intrinsic periods belonging to the periodic period of the wave frequently incident on the installation zone so that the energy buoy can be continuously extracted in the power buoy installation area. Do.

본 발명에 따르면 코일이 설치된 챔버가 해수면에 부유하여 파고의 높이에 따라 상하 이동함으로써 지지체에 연결되어 해저에 고정되거나 운동이 적은 모체에 고정된 자석에 대하여 상대운동을 일으키므로 유도기전력이 발생하게 된다.According to the present invention, the chamber in which the coil is installed floats on the sea surface and moves up and down according to the height of the crest so that the induced electromotive force is generated because it is connected to the support and causes relative movement with respect to the magnet fixed to the mother or fixed to the mother with less movement. .

이 때 상기 챔버는 설치 지역에 입사하는 파랑에 의하여 강제진동되는데, 상기 챔버에 결합된 질량체의 질량을 조절하여 해수면상 평형위치에 대한 고유진동주기를 파랑의 주기와 일치시킴으로써 파랑과 상기 챔버가 상호 공진하도록 할 수 있다. 이 경우 챔버의 진폭이 증가되므로 상기 자석에 대하여 보다 활발한 상대운동이 발생하여 에너지 추출량이 증가한다. 이러한 상호 공진에 의한 운동에너지는 파고에 의하여 제공된 운동에너지와는 무관한 것이므로, 파도의 높이가 낮은 경우에도 공진에 의한 진폭 확대로 파워부이의 지속적인 에너지 추출이 가능하다.At this time, the chamber is forcibly vibrated by the wave incident on the installation area, by adjusting the mass of the mass bound to the chamber by matching the period of natural oscillation with respect to the equilibrium position on the sea level with the period of the blue wave and the chamber mutually Can be resonated. In this case, since the amplitude of the chamber is increased, more active relative motion occurs with respect to the magnet, thereby increasing the amount of energy extraction. Since the kinetic energy due to the mutual resonance is independent of the kinetic energy provided by the wave height, even when the height of the wave is low, the energy of the power buoy can be continuously extracted due to the amplitude expansion due to the resonance.

특히, 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기를 관측하고, 상기 챔버의 고유주기를 이것과 일치시키는 경우 챔버가 빈번하게 공진을 일으키도록 할 수 있어 에너지 추출 효율을 높일 수 있다.In particular, when the period of the wave frequently incident on the installation area of the chamber is observed, and the intrinsic period of the chamber coincides with this, the chamber may be frequently caused to resonate, thereby improving energy extraction efficiency.

또한, 복수 개의 파워부이가 각각 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기 범위에 속하는 서로 다른 고유주기를 갖도록 하여 파워주기 팜을 형성함으로써 보다 지속적인 전력 공급이 가능하다.In addition, a plurality of power buoys have different intrinsic periods belonging to the periodic period of the wave frequently incident on the installation area, thereby forming a power cycle farm, thereby enabling a more continuous power supply.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이의 개략도이다.
도 2는 속초 주변 해역에서 파랑의 주기별 빈도를 관측한 그래프이다.
도 3은 파랑의 주기(T)에 따른 챔버의 진폭 확대율(α/a)의 변화추이를 예시한 그래프이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 실시예에 따른 파워부이의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이의 개략도이다.
도 8은 도 1의 실시예에 따른 파워부이를 복수 개 설치하여 형성한 파워부이 팜을 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of a power buoy for continuous extraction of wave energy according to a first embodiment of the present invention.
2 is a graph illustrating the frequency of each wave in the sea around Sokcho.
3 is a graph illustrating a change trend of the amplitude magnification α / a of the chamber according to the period T of the blue wave.
4 and 5 are views illustrating an operating state of the power buoy according to the embodiment of FIG. 1.
6 is a schematic diagram of a power buoy for continuous extraction of wave energy according to a second embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of a power buoy for continuous extraction of wave energy according to a third embodiment of the present invention.
8 is a view showing a power unit palm formed by installing a plurality of power units according to the embodiment of FIG.

이하, 본 발명에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이(100)의 제1실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a first embodiment of the power unit 100 for the continuous extraction of wave energy according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이(100)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a power buoy 100 for continuous extraction of wave energy according to a first embodiment of the present invention.

이를 참조하면, 본 실시예에 따른 파워부이(100)는 내부에 코일(120)이 설치되고 하부에 질량체(150)가 결합된 챔버(110)와, 코일 내부에 위치하는 자석(130)과, 상기 자석(130)을 해저에 고정하는 지지체(140)를 포함한다.Referring to this, the power unit 100 according to the present embodiment includes a chamber 110 having a coil 120 installed therein and a mass body 150 coupled to a lower portion thereof, a magnet 130 positioned inside the coil, It includes a support 140 for fixing the magnet 130 to the seabed.

상기 챔버(110)는 질량(M)과 단면적(A)를 조절하여 해수의 부력에 의하여 해수면에 부유할 수 있도록 설치한다. 이로써 파도의 높낮이에 따라 해수면의 높이가 상승 또는 하강하면 해수면의 높이에 따라 챔버(110)가 상하로 이동하도록 할 수 있다. 평형상태에서 챔버(110)의 일부는 해수면 아래에 위치하고, 일부는 해수면 위에 위치한다. The chamber 110 is installed to float on the sea surface by the buoyancy of the sea water by adjusting the mass (M) and the cross-sectional area (A). As a result, when the height of the sea level rises or falls according to the height of the waves, the chamber 110 may move up and down according to the height of the sea level. In equilibrium, part of the chamber 110 is located below sea level, and part is located above sea level.

본 실시예에서 챔버(110)는 수평단면이 원형인 원통형상을 채택하였으며, 후술할 코일(120)과 자석(130)의 결합구조 및 하부에 결합된 질량체(150)에 의하여 해수면상에서 원형의 수평단면을 갖도록 배치될 수 있다.In the present embodiment, the chamber 110 adopts a cylindrical shape having a circular horizontal cross section, and is horizontally circular on the sea surface by the coupling structure of the coil 120 and the magnet 130 to be described later and the mass body 150 coupled to the lower portion. It may be arranged to have a cross section.

챔버(110)는 해수가 침투하지 못하도록 격리된 내부공간을 갖는다. 내부공간에는 상하방향으로 연장되는 코일이(120)이 설치되며, 외부로부터 코일에 유도된 유도기전력을 이용할 수 있도록 하는 집전 및 전송 설비를 포함할 수 있다.The chamber 110 has an internal space isolated to prevent seawater from penetrating. In the inner space, the coil 120 extending in the vertical direction may be installed, and may include current collecting and transmission facilities for using the induced electromotive force induced in the coil from the outside.

상기 지지체(140)는 해저에 고정되어 해수면까지 연장되며, 지지체(140)의 상부에는 자석(130)이 결합된다. 본 실시예에서는 하나의 축에 의하여 지지체(140)가 해저로부터 해수면까지 연직 상방으로 연장되도록 하였으나, 보다 안정적인 지지가 가능하도록 다수의 받침으로부터 해수면까지 연장되어 자석(130)에 결합하도록 설계할 수도 있고, 해저에 고정된 모체로부터 해수면까지 연장된 형태로 구현할 수도 있다.The support 140 is fixed to the sea bottom and extends to the sea level, and the magnet 130 is coupled to the upper portion of the support 140. In this embodiment, the support 140 extends vertically upward from the sea floor to the sea level by one axis, but may be designed to be coupled to the magnet 130 by extending from a plurality of bases to the sea level to enable more stable support. For example, it may be implemented in a form extending from the mother fixed to the sea floor to the sea level.

상기 자석(130)은 상기 지지체(140)의 상부에 결합하며, 상기 코일(120)의 내부에 위치한다. 본 실시예에서는 상하방향으로 연장된 원통형상을 채택하였으며, 역시 상하방향으로 연장된 코일(120)과 맞물려서 상기 챔버(110)가 원형의 수평단면을 가진 채 자석을 감싸고 있는 형태로 배치되도록 한다. 자석(130)과 코일(120)의 맞물림 구조에 의하여 원통형상의 챔버(110)가 해수면상에서 직립해있는 구조를 갖도록 할 수 있다.The magnet 130 is coupled to an upper portion of the supporter 140 and is located inside the coil 120. In this embodiment, a cylindrical shape extending in the up and down direction is adopted, and is engaged with the coil 120 extending in the up and down direction so that the chamber 110 is disposed in a shape surrounding the magnet with a circular horizontal cross section. By the engagement structure of the magnet 130 and the coil 120, it is possible to have a structure in which the cylindrical chamber 110 is upright on the sea surface.

상기 질량체(150)는 챔버(110)의 하부에 결합한다. 본 실시에에서는 챔버(110)의 내부공간에 원형띠 형상으로 결합되며, 챔버(110)의 하부 질량을 무겁게 하여 상술한 원통형상의 챔버(110)의 직립구조가 안정적으로 유지되도록 한다.The mass 150 is coupled to the lower portion of the chamber 110. In this embodiment, the inner space of the chamber 110 is coupled in a circular band shape, and the lower mass of the chamber 110 is heavy so that the above-described upright structure of the cylindrical chamber 110 is stably maintained.

질량체(150)의 질량은 해수면상의 평형위치에 대한 상기 챔버(110)의 고유주기(Tn)가 상기 챔버(110)의 설치지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기(T)와 일치하도록 결정된다.The mass of the mass 150 is determined such that the intrinsic period T n of the chamber 110 with respect to the equilibrium position on the sea level coincides with the period T of the wave frequently incident on the installation area of the chamber 110. .

챔버(110)가 해수면에 부유하도록 설치되면, 일시적으로 가해지는 외력에 의해 해수면상의 평형위치를 중심으로 단진동을 하게 된다. 이 때, 해수면상의 평형점을 기준으로 한 챔버(110)의 단진동 주기는 아래의 식과 같이 챔버(110)의 수평단면적(A), 해수의 밀도(ρ), 중력가속도(g), 질량체(150)를 포함하는 챔버(110)의 질량(M), 해수와의 마찰계수(b)로 결정되는 값을 갖는 것으로 해석할 수 있으며, 이를 챔버(110)의 고유주기(Tn)로 표현한다. 여기서 Aρg에 해당하는 부분이 챔버(110)가 평형위치에서 벗어나는 변위에 비례하여 받는 부력의 크기 비를 나타낸다.When the chamber 110 is installed to float on the sea surface, the single vibration is caused around the equilibrium position on the sea surface by the external force applied temporarily. At this time, the short vibration period of the chamber 110 on the basis of the equilibrium point on the sea surface is the horizontal cross-sectional area (A) of the chamber 110, the density of the sea water (ρ), the gravity acceleration (g), the mass body 150 It can be interpreted as having a value determined by the mass (M) of the chamber 110, the friction coefficient with the sea water (b), including, and is expressed as the natural period (T n ) of the chamber (110). Here, the portion corresponding to A rho represents the magnitude ratio of the buoyancy force received in proportion to the displacement of the chamber 110 from the equilibrium position.

Figure 112010079499249-pat00002
Figure 112010079499249-pat00002

즉, 챔버(110)가 일정한 수평단면적(A)을 갖도록 설계한다면 다른 변수들의 값은 결정되어 있으므로, 질량체(150)의 질량을 조절함으로써 질량체(150)와 결합한 상태의 챔버(110)의 질량(M)만을 변화시켜 상기 챔버(110)의 고유주기가 입사 파랑의 주기(T)와 일치하도록 할 수 있다.That is, if the chamber 110 is designed to have a constant horizontal cross-sectional area (A), since the values of other variables are determined, the mass of the chamber 110 coupled with the mass 150 by adjusting the mass of the mass 150 ( Only M) may be changed so that the natural period of the chamber 110 coincides with the period T of the incident wave.

여기서, 입사 파랑의 주기(T)는 상기 챔버(110)의 설치 지역에 입사되는 파랑을 관측하여 그 중 빈번하게 입사하는 파랑의 주기(T)를 택한다. 일례로, 도 2는 속초 주변 해역에서 파랑의 주기별 빈도를 관측한 그래프이다. 여기서 주기가 4초 부근인 입사 파랑의 빈도수가 가장 높은 것을 볼 수 있으며, 정규화를 거치면 대략 4초와 5초 사이 범위 내의 주기를 갖는 파랑이 빈번하게 입사한다고 할 수 있다. 이와 같이, 관측을 통해 챔버(110) 설치 지역에 빈번하게 입사되는 파랑의 주기에 관한 자료를 확보하고, 챔버(110)의 고유주기를 이와 일치시킴으로써 후술할 챔버(110)와 파랑 상호간의 공진이 빈번하게 발생하도록 할 수 있다.Here, the period T of the incident wave observes the wave incident on the installation area of the chamber 110 and selects the period T of the wave that frequently enters. For example, FIG. 2 is a graph illustrating the frequency of each wave in the sea around Sokcho. It can be seen that the frequency of incident waves having a period of about 4 seconds is the highest, and when normalized, waves having a period within a range of approximately 4 seconds and 5 seconds are frequently incident. In this way, through observation, the data on the period of the wave frequently incident on the installation area of the chamber 110 is secured, and by matching the intrinsic period of the chamber 110 to this, resonance between the chamber 110 and the wave, which will be described later, may be achieved. Can occur frequently.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이(100)의 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the operation of the power unit 100 for the continuous extraction of the wave energy according to this embodiment.

도 4 및 도 5는 도 1의 실시예에 따른 파워부이의 작동 상태를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면 파랑의 골에 해당하는 부분에서는 해수면의 높이가 낮으므로 챔버(110)도 하향 이동하게 된다. 이 때, 챔버(110) 내부에 설치된 코일(120)에 대하여 자석(130)의 위치가 상대적으로 상승하게 되어 자석(130)이 코일(120) 내부로 유입되면서 자속이 증가하고, 더욱 상승하여 외부로 이탈하면서 자속이 감소하게 되어 코일(120)에는 유도기전력이 발생한다.4 and 5 are views illustrating an operating state of the power buoy according to the embodiment of FIG. 1. Referring to FIG. 4, since the height of the sea level is low in the portion corresponding to the blue valley, the chamber 110 also moves downward. At this time, the position of the magnet 130 is relatively increased with respect to the coil 120 installed inside the chamber 110, so that the magnetic flux increases as the magnet 130 flows into the coil 120, and further rises to the outside. As the magnetic flux decreases while leaving the coil, induction electromotive force is generated in the coil 120.

도 5를 참조하면 파랑의 마루에 해당하는 부분에서는 해수면의 높이가 높으므로 챔버(110)도 상향 이동하고, 코일(120)에 대하여 자석(130)은 상대적으로 하강하게 된다. 역시, 자석(130)이 코일(120) 내부로 유입되는 경우 자속이 증가하고, 더욱 하강하여 외부로 이탈하는 경우에는 자속이 감소하게 되어 코일(120)이 유도기전력이 발생한다.Referring to FIG. 5, since the height of the sea surface is high in the portion corresponding to the blue floor, the chamber 110 also moves upward, and the magnet 130 is relatively lowered with respect to the coil 120. In addition, when the magnet 130 is introduced into the coil 120, the magnetic flux is increased, and when the magnet 130 is further lowered and separated from the outside, the magnetic flux is reduced to generate the induced electromotive force.

코일(120)과 자석(130)의 상대운동은 서술한 것과 같이 파랑의 높낮이에 따른 챔버(110)의 이동 외에도, 해수면상에서의 평형위치를 기준으로 한 챔버(110)의 단진동에 의해서도 야기될 수 있으므로 이러한 단진동에 의한 변위를 고려해야 한다. 챔버(110)의 단진동은 파랑으로부터 가해지는 외력에 의하여 야기되는데, 이 때 챔버(110)의 고유주기(Tn)를 파랑의 주기와 일치시키는 경우 공진이 발생하여 진폭을 최대로 할 수 있다.The relative movement of the coil 120 and the magnet 130 may be caused by the short vibration of the chamber 110 based on the equilibrium position on the sea surface, in addition to the movement of the chamber 110 according to the height of the blue as described above. Therefore, the displacement caused by this single vibration should be considered. The short vibration of the chamber 110 is caused by an external force applied from the blue wave. At this time, when the intrinsic period T n of the chamber 110 matches the period of the blue wave, resonance may occur to maximize the amplitude.

도 3은 파랑의 주기(T)에 따른 파랑의 진폭(a)에 대한 챔버(110)의 단진동 진폭(α)의 비율을 예시한 그래프이다. 이러한 파랑의 진폭에 대한 챔버(110)의 진폭의 비(α/a)는 아래의 수식에 의하여 그 값이 결정된다.3 is a graph illustrating the ratio of the single vibration amplitude α of the chamber 110 to the amplitude a of the blue wave according to the period T of the blue wave. The ratio (α / a) of the amplitude of the chamber 110 to the amplitude of the blue wave is determined by the following equation.

Figure 112010079499249-pat00003
Figure 112010079499249-pat00003

여기서, k는 파수이며,

Figure 112010079499249-pat00004
,
Figure 112010079499249-pat00005
으로 주어진다.Where k is the frequency,
Figure 112010079499249-pat00004
,
Figure 112010079499249-pat00005
.

도 3을 참조하면 파랑의 주기가 약 5초 정도인 경우 공진에 의한 진폭 확대가 발생하여 파랑과 챔버(110)의 진폭의 비가 최대가 된다. 따라서 챔버(110) 내부에 설치된 코일(120)과 자석(130)의 상호운동이 활발하게 일어나게 되므로 보다 많은 유도기전력을 발생시킬 수 있어 에너지 추출 효율이 높아진다.Referring to FIG. 3, when the period of the blue wave is about 5 seconds, amplitude enlargement due to resonance occurs to maximize the ratio of the amplitude of the blue to the chamber 110. Therefore, since the mutual movement of the coil 120 and the magnet 130 installed inside the chamber 110 takes place actively, more induced electromotive force can be generated, thereby increasing energy extraction efficiency.

여기서 파랑과 챔버(110)의 상호 공진에 의한 챔버의 진폭 증가는 파랑의 파고와는 무관하게, 챔버(110)의 고유주기와 파랑의 주기의 상호 관계로부터 결정되어 진다. 따라서, 해당 지역에 기후나 지역적 영향으로 인해 파도의 높이가 낮은 경우에도 공진에 의한 챔버(110)의 진폭 확대, 그리고 이로 인한 코일(120)과 자석(130)의 상호 운동 증대로 인해 파워부이(100)를 이용한 지속적인 에너지 추출이 가능하다.In this case, the amplitude of the chamber due to the mutual resonance of the wave and the chamber 110 is determined from the interrelationship between the natural period of the chamber 110 and the period of the wave regardless of the wave height. Therefore, even when the height of the wave is low due to climate or regional influence in the region, the power buoy due to the expansion of the amplitude of the chamber 110 due to the resonance and the increase of the mutual movement of the coil 120 and the magnet 130 due to this, 100) continuous energy extraction is possible.

특히, 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기를 관측하고, 상기 챔버의 고유주기를 이것과 일치시키는 경우 챔버가 빈번하게 공진을 일으키도록 할 수 있어 에너지 추출 효율을 높일 수 있다.In particular, when the period of the wave frequently incident on the installation area of the chamber is observed, and the intrinsic period of the chamber coincides with this, the chamber may be frequently caused to resonate, thereby improving energy extraction efficiency.

상기 파워부이(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 원하는 충분한 전력을 공급할 수 있도록 소정 지역에 복수 개를 설치하여 파워부이 팜 형태로 운영하는 것이 가능하다. 이 때, 상기 파워부이(100)의 고유주기가 해당 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 밀집 주기 범위 내에서 서로 다른 값을 갖도록 설계하는 경우, 특정 파랑이 입사할 경우 이에 의하여 공진을 일으키는 파워부이(100)를 찾을 수 있으므로, 에너지 추출효율을 높일 수 있으며, 이 경우 본 발명이 달성하고자 하는 목적인 지속적인 에너지 추출을 보다 효과적으로 실현할 수 있는 장점이 있다.As shown in FIG. 8, the power unit 100 may be installed in a predetermined area so as to supply a sufficient amount of power to be operated in the form of a power unit farm. At this time, when the natural period of the power buoy 100 is designed to have a different value within the range of the dense period of the wave frequently incident on the area, the power buoy that causes resonance by a specific wave incident ( Since 100) can be found, the energy extraction efficiency can be increased, and in this case, there is an advantage of more effectively realizing continuous energy extraction, which is an object of the present invention.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 파워부이(100)를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a power buoy 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이(100)의 개략도이다.6 is a schematic diagram of a power unit 100 for continuous extraction of wave energy according to a second embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 파워부이(100)는 제1실시예에 따른 파워부이(100)와 유사하나, 상기 자석(130)이 해수면 아래에 잠겨있는 것을 특징으로 한다. 상기 챔버(110)는 해수면상에 부유하므로, 파고에 따라 상하이동하면서 그 하부가 상기 자석(130)의 일부 또는 전부와 맞물리며 전력을 생산하게 된다. 아울러, 자석(130)은 해저로부터 와이어(142)로 연결되어 수중 격리된 모체(141)에 결합되어 있는 형태로 설계된다.The power buoy 100 according to the present embodiment is similar to the power buoy 100 according to the first embodiment, but the magnet 130 is locked under the sea level. Since the chamber 110 floats on the surface of the sea, the lower portion of the chamber 110 meshes with some or all of the magnets 130 while producing a power while moving according to the wave height. In addition, the magnet 130 is designed in a form that is connected to the mother 141 is isolated from the seabed is connected to the wire 142 from the seabed.

자석(130)이 해수면 아래에 잠겨있게 되면 상기 자석(130)은 수면에서의 파랑의 움직임에 영향을 받지 않게 된다. 이러한 경우 파랑에 의한 자석(130)의 움직임이 자석(130)의 일부 또는 전부와 맞물리게 되는 챔버(110)의 움직임에 영향을 미치게 되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 챔버(110)와 파랑이 공진을 일으키게 하는 경우 자석(130)의 움직임에 의해 가해지는 또 다른 외력의 영향을 고려하지 않을 수 있으며, 챔버(110)가 안정적으로 공진할 수 있도록 하는 장점이 있다.When the magnet 130 is locked below the sea level, the magnet 130 is not affected by the movement of blue in the water surface. In this case, the movement of the magnet 130 due to blue can be prevented from affecting the movement of the chamber 110 which is engaged with some or all of the magnet 130. That is, when the chamber 110 and the blue cause resonance, the influence of another external force applied by the movement of the magnet 130 may not be considered, and the advantage of allowing the chamber 110 to stably resonate have.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이(100)의 개략도이다.7 is a schematic diagram of a power buoy 100 for continuous extraction of wave energy according to a third embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 파워부이(100)는 상기 챔버(110)가 원통형 하부본체(111) 및 상기 하부본체(111)의 수평단면적(A1)보다 작은 수평단면적(A2)을 갖는(A1>A2) 원통형 상부본체(112)로 구성된다.In the power buoy 100 according to the present embodiment, the chamber 110 has a cylindrical lower body 111 and a horizontal cross-sectional area A2 smaller than the horizontal cross-sectional area A1 of the lower body 111 (A1> A2). It consists of a cylindrical upper body (112).

상기 챔버(110)가 일정한 질량과 일정한 높이를 가지는 경우 상기 상부본체(111)와 상기 하부본체(112)의 높이의 비율을 조절함으로써, 상기 챔버(110)가 평형위치에서 벗어나게 되는 경우 변위에 따라 받는 부력의 크기를 달리할 수 있으며, 이를 이용하면 상기 챔버(110)의 고유주기를 변화시킬 수 있다.. 제1실시예에서 질량체(150)를 사용하여 챔버(110)의 고유주기를 조절하는 대신 본 실시예에서와 같이 서로 다른 단면적의 크기를 갖는 상부본체(112)와 하부본체(111)의 높이비를 조절함으로써 챔버(110)의 고유주기를 조절할 수도 있다.When the chamber 110 has a constant mass and a constant height by adjusting the ratio of the height of the upper body 111 and the lower body 112, according to the displacement when the chamber 110 is out of the equilibrium position The magnitude of the received buoyancy can be varied, and by using this, the intrinsic period of the chamber 110 can be changed. In the first embodiment, the intrinsic period of the chamber 110 is controlled by using the mass body 150. Instead, the intrinsic period of the chamber 110 may be adjusted by adjusting the height ratio of the upper body 112 and the lower body 111 having different cross-sectional sizes as in the present embodiment.

100 : 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이
110 : 챔버 111 : 하부본체
112 : 상부본체 120 : 코일
130 : 자석 140 : 지지체
141 : 모체 142 : 와이어
150 : 질량체100: Power buoy for continuous extraction of wave energy
110 chamber 111 lower body
112: upper body 120: coil
130: magnet 140: support
141: matrix 142: wire
150: mass

Claims (6)

해수면에 부유하도록 설치되어 파고에 따라 상하이동하고, 격리된 내부공간을 갖는 챔버;
상기 챔버의 내부공간에 설치되는 코일;
상기 코일의 내부에 위치하고, 상기 챔버의 상하이동에 의해 상기 코일 내부를 왕복운동함으로써 유도기전력을 발생하는 자석;
상기 자석으로부터 해저로 연장되어 상기 자석을 해저나 수중 격리된 모체에 고정시키는 지지체;
상기 챔버가 공진하도록, 상기 챔버의 하부에 결합되어 상기 챔버의 무게를 조절함으로써 해수면상의 평형위치에 대한 상기 챔버의 고유주기가 파랑의 주기와 일치시키는 질량체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이.A chamber which is installed to float on the sea surface and moves in accordance with the digging, and has an isolated internal space;
A coil installed in the inner space of the chamber;
A magnet located inside the coil and generating an induced electromotive force by reciprocating the inside of the coil by moving the chamber;
A support extending from the magnet to the seabed to fix the magnet to the seabed or to an isolated mother body;
And a mass body coupled to a lower portion of the chamber to adjust the weight of the chamber so that the chamber resonates so that the intrinsic period of the chamber with respect to the equilibrium position on the sea level coincides with the period of the blue wave. Power buoy for continuous extraction. 제1항에 있어서,
상기 자석은 해수면 아래에 잠겨있는 것을 특징으로 하는 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이.The method of claim 1,
The magnet is a power buoy for continuous extraction of blue energy, characterized in that the submerged below sea level. 제1항에 있어서,
상기 질량체의 질량은 상기 챔버의 고유주기가 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기와 일치하도록 하는 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이.The method of claim 1,
The mass of the mass is a power unit for the continuous extraction of the wave energy such that the natural period of the chamber coincides with the period of the wave frequently incident on the installation area of the chamber. 제1항에 있어서,
상기 챔버는 원통형상이고,
상기 질량체의 질량은 상기 챔버의 고유주기(Tn)가 상기 챔버의 설치 지역에 빈번하게 입사하는 파랑의 주기(T)와 일치하도록 아래의 수식을 만족하는 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이.
Figure 112010079499249-pat00006

여기서, A는 챔버의 수평단면적, ρ는 해수의 밀도, g는 중력가속도, M은 상기 질량체가 결합된 상기 챔버의 질량, b는 해수와의 마찰계수를 의미한다.The method of claim 1,
The chamber is cylindrical,
The mass of the mass is determined by a value satisfying the following formula so that the intrinsic period (T n ) of the chamber coincides with the period (T) of the wave frequently incident on the installation area of the chamber. Power buoy for continuous extraction.
Figure 112010079499249-pat00006

Here, A is the horizontal cross-sectional area of the chamber, ρ is the density of seawater, g is the acceleration of gravity, M is the mass of the chamber combined with the mass, b is the coefficient of friction with seawater. 해수면에 부유하도록 설치되어 파고에 따라 상하이동하고, 격리된 내부공간을 가지며, 원통형 본체부 및 상기 본체부의 수평단면적보다 작은 수평단면적을 갖는 원통형 질량조절부로 구성되는 것을 특징으로 하는 챔버;
상기 챔버의 내부공간에 설치되는 코일;
상기 코일의 내부에 위치하고, 상기 챔버의 상하이동에 의해 상기 코일 내부를 왕복운동함으로써 유도기전력을 발생하는 자석;
상기 자석으로부터 해저로 연장되어 상기 자석을 해저에 고정시키는 지지체;를 포함하고,
상기 챔버는 일정한 높이를 가지며, 상기 본체부와 상기 질량조절부의 높이의 비율을 조절함으로써 해수면상의 평형위치에 대한 상기 챔버의 고유주기가 파랑의 주기와 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 파랑에너지의 지속적 추출을 위한 파워부이.A chamber which is installed to float on the sea surface and moves in accordance with digging, has an isolated internal space, and comprises a cylindrical body portion and a cylindrical mass control portion having a horizontal cross-sectional area smaller than the horizontal cross-sectional area of the body portion;
A coil installed in the inner space of the chamber;
A magnet located inside the coil and generating an induced electromotive force by reciprocating the inside of the coil by moving the chamber;
And a support extending from the magnet to the seabed to fix the magnet to the seabed.
The chamber has a constant height, and by adjusting the ratio of the height of the body portion and the mass control portion, the intrinsic period of the chamber relative to the equilibrium position on the sea surface, the continuous extraction of blue energy, characterized in that Power buoy for you. 제1항 또는 제5항의 파워부이를 이용하며,
서로 다른 고유주기를 갖는 상기 파워부이가 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 파워부이 팜.Using the power buoy of claim 1,
Power unit farm, characterized in that a plurality of the power unit having a different unique period is installed.
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