KR101258063B1

KR101258063B1 - 파력발전장치

Info

Publication number: KR101258063B1
Application number: KR1020110069031A
Authority: KR
Inventors: 권혁민; 권오균; 이정렬; 박상신; 조일형
Original assignee: 경주대학교 산학협력단
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-04-30
Also published as: US20130015664A1; JP2013019409A; US8704395B2; CN102878006A; JP5478582B2; KR20130008336A; EP2546509A2; CN102878006B; EP2546509A3

Abstract

본 발명은, 앵커를 파일로서 채용하고, 체인의 양단을 상기 파일과 부유체에 고정하되, 체인을 공기가 충전된 튜브로 밀봉하여 감싸고, 일단이 상기 파일의 내부와 유통하게 접속되어 있고 타단이 상기 부유체에 고정되어 수면위로 노출되어 있는 흡입관을 상기 튜브 내를 관통하게 하고, 상기 튜브 상단에 일단이 유통하게 접속된 공기공급관의 타단이 상기 부유체에 고정되어 노출되게, 파력발전장치를 개량함으로써 체인의 자중을 감소시켜, 파동에 의한 부유체의 상하운동을 방해하지 않게 하여, 부유체의 상하이동량을 종래의 공진타입의 파력발전장치보다 증대시킬 수 있으며, 또한, 상기 앵커를 종래보다 용이하게 설치 및 해체하는 것을 가능하게 하여, 공진타입의 파력발전장치의 위치이동을 용이하게 할 수 있다.

Description

파력발전장치{WAVE ACTIVATED POWER GENERATION UNIT}

본 발명은 파력발전장치에 관한 것으로서, 파면의 파동에너지를 고효율로 전기에너지로 변환하는 파력발전장치에 관한 것이다.

파동에너지를 이용하여 발전하는 방식은 2가지가 있다. 제1방식은 서로에 상대운동하는 2개의 부유체 간에 영구자석과 코일을 개재하여 파력발전장치를 만드는 방식이고 그리고 제2방식은 1개의 부유체 안에 중량물(mass)를 삽입하여 서로에 상대운동하는 상기 중량물과 상기 부유체 간에 영구자석과 코일을 개재하여 파력발전장치를 만드는 방식이다.

제1방식은 서로 상대운동하는 2개의 부유체가 필요하고, 하나의 부유체가 해저면에 고정되어야 하고, 다른 하나의 부유체가 파면에 부유되어야 하며, 그리고 2개의 부유체 간에 수밀적인 상태에서 상대운동을 허용하여야 하기 때문에, 구조적으로 복잡하고, 유지보수가 어렵다고 하는 문제점을 가지고 있다.

제2방식은 해저면에 고정되는 하나의 부유체만이 필요하고, 상기 하나의 부유체에만 수밀적인 구조를 제공하기 때문에, 제1방식보다 구조적으로 단순하고 유지보수가 용이하다는 장점을 가지고 있어서, 요즘 제1방식보다 더 파력발전장치에 적용되고 있다.

상기 제2방식은 상기 중량물의 상하이동량(진폭)을 증대시키기 위해, 상기 중량물을 상기 부유체 내에서 탄성체에 의해 지지하고, 상기 중량물을 가진(加振)하는 파의 진동수에 상기 탄성체의 부감쇠고유진동수를 맞추어서, 탄성체와 파 간의 공진형상을 일으켜 중량물의 상하이동량을 최대로 하여 발전효율을 증대시키는 구조로 되어 있으며, 그 일예가 WO2005/040603호에 개시되어 있다.

이와 같은 공진현상을 일으키는 파력발전장치는, 연안에 복수개 배치되어 해저면에 앵커와 와이어에 의해 고정되게 되어 있다. 그 이유는 상기 파력발전장치가 파의 흐름방향으로 떠밀려가는 것을 방지하기 위함이다.

하지만, 상기 공진타입의 파력발전장치는 일단이 앵커에 고정되고 타단이 부유체에 고정된 체인의 자중이 파동에 의한 부유체의 상향운동을 방해하여, 부유체의 상하이동량을 작게 한다는 문제점을 가진다.

또한, 상기 공진타입의 파력발전장치는, 앵커가 해저면 속에 타설된 콘크리트에 박혀있기 때문에, 유지보수를 위해 육상 또는 선상으로 위치이동될 때, 또는 설치되었던 곳의 파동이 작아 파동이 큰 다른 곳으로 위치이송시켜 설치될 때, 그 위치이동작업이 상당히 더디게 되고, 아울러 작업자로 하여금 매우 성가진 작업으로 취급하게 한다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은 앵커를 파일(PILE)로서 채용하고, 체인의 양단을 상기 파일과 부유체에 고정하되, 체인을 공기가 충전된 튜브로 밀봉하여 감싸고, 일단이 상기 파일의 내부와 유통하게 접속되어 있고 타단이 상기 부유체에 고정되어 수면위로 노출되어 있는 흡입관을 상기 튜브 내를 관통하게 하고, 상기 튜브 상단에 일단이 유통하게 접속된 공기충전관의 타단이 상기 부유체에 고정되어 노출되게 파력발전장치를 개량함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해, 체인의 자중을 감소시켜, 파동에 의한 부유체의 상향운동을 방해하지 않게 하여, 부유체의 상하이동량을 종래의 공진타입의 파력발전장치보다 증대시킬 수 있으며, 또한, 상기 파일을 종래보다 용이하게 설치 및 해체하는 것을 가능하게 하여, 공진타입의 파력발전장치의 위치이동을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 파력발전장치를 도시한 투영정면도,
도 2는 도 1의 발전유니트를 도시한 투영 정면도,
도 3은 도 1의 파력발전장치를 설치할 때의 상태를 도시한 설명도, 및
도 4는 도 1의 파력발전장치를 이동시킬 때의 상태를 도시한 설명도.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 실시예의 파력발전장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 영구자석과 코일을 상대적으로 이동시켜 상기 코일에 유도기전력을 발생시켜 발전하는 발전유니트(40)를 내부에 밀봉하여 구비한 케이스(10), 상기 케이스(10)의 상단을 노출시킨 상태에서 상기 케이스(10)의 하단에 외접된 부유체(50), 파일(20) 및 양단이 상기 부유체(50) 및 상기 파일(20)에 고정된 체인(30)을 포함하고 있다.

상기 부유체(50)는 바닥중앙에 무게중심을 두도록 중량물(51)이 하단에 삽입되어 있고, 전체적으로 오뚜기 형상을 하고 있다.

상기 발전유니트(40)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(10)의 상단에 고정적으로 내접된 상단디스크(41), 상기 케이스(10)의 하단에 고정적으로 내접된 하단디스크(42), 상기 상하단디스크(41, 42)의 테두리에 양단이 고정된 복수개의 가이드기립레일(43)로서 상기 상하단디스크(41, 42)의 테두리를 따라 동일한 간격을 두고 배치된 상기 복수개의 가이드기립레일(43), 상기 상하단디스크(41, 42)의 중앙에 양단이 고정된 하나의 고정기립축(44), 상기 상하단디스크(41, 42)의 중심축선 방향에서 일정 간격을 두고 배치되어 상기 복수개의 가이드기립레일(43)을 따라 상하로 이동가능한 한 쌍의 캐리어원판(45), 상기 고정기립축(44)에 고정적으로 외접되어 있고 상기 한 쌍의 캐리어원판(45)에 대하여 이동가능하게 내접된 관형의 영구자석(46), 상기 한 쌍의 캐리어원판(45)에 상단 및 하단이 고정되어 상기 영구자석(46)에 대하여 이동가능하게 외접된 관형의 중량체(47), 상기 중량체(47)에 고정적으로 외접된 코일(48), 상단이 상기 상단디스크(41)에 접촉되어 있고 하단이 상기 한 쌍의 캐리어원판(45) 중 상부 캐리어원판에 접촉된 복수개의 상부탄성스프링(49a) 및 상단이 상기 한 쌍의 캐리어원판(45) 중 하부 캐리어원판에 접촉되어 있고 하단이 상기 하단디스크(42)에 접촉된 복수개의 하부탄성스프링(49b)를 포함하고 있다.

상기 상하부탄성스프링(49a, 49b)는, 파력발전장치(100)가 설치될 연안의 파동의 평균 진동수에 일치하는 부감쇠고유진동수를 갖고 있어서, 상기 상하부탄성스프링(49a, 49b)와 상기 중량체(47) 간에 공진현상이 발생되어, 상기 중량체(47)가 평균적으로 상하이동량이 최대로 되어서, 그 결과 파력발전장치(100)가 최대용량의 발전을 효율적으로 얻을 수 있게 한다.

상기 파일(20)은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 바닥이 개방되어 있고 천정부(21)가 폐쇄되어 있는 관형부(22), 상기 천정부(21)의 중앙에 배치되어 상기 체인(30)의 하단과 결합되는 걸음부(23), 및 상기 천정부(21)에 형성된 관통구멍(24)를 포함하고 있다.

상기 체인(30)은 상기 체인(30)의 양단을 노출시킨 상태로 가요성의 튜브(60) 내에 상기 튜브(60)의 길이방향으로 따라 뻗어서 삽입되어 있다.

상기 체인(30)이 관통된 상기 튜브(60)의 양단부위는 상기 체인(30)과 밀봉적으로 결합되어 있다.

상기 튜브(60) 내에는 가요성의 흡입관(70)이 상기 튜브(60)의 길이방향을 따라 뻗어 있다.

또한, 상기 흡입관(70)의 하단은 상기 튜브(60)의 하단을 관통하여 상기 파일(20)의 관통구멍(24)에 유통가능하게 접속되어 있고, 그리고 상기 흡입관(70)의 상단은 상기 튜브(60)의 상단을 관통하여 상기 부유체(50)의 측벽에 고정되어 있다.

상기 흡입관(70)의 상단과 하단이 관통되는 상기 튜브(60)의 부위는 상기 흡입관(70)과 밀봉적으로 결합되어 있다.

또한, 상기 튜브(60)의 상단은 상단이 상기 부유체(50)의 측벽에 고정되어 있는 공기공급관(90)의 하단에 유통가능하게 접속되어 있다.

상기 공기공급관(90)의 상단과 상기 흡입관(70)의 상단은 각각 캡(91, 71)과 탈착가능하게 밀봉적으로 결합되어 있다.

상기와 같이 구성된 파력발전장치는 다음과 같이 연안에 설치될 수 있다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 선상에 공기공급원(P1)과 흡입펌프(P2)를 마련해 둔다.

그 다음, 튜브(60), 공기공급관(90), 및 흡입관(70)의 내부가 비어있는 파력발전장치(100)를 선상에 올려놓은 후 파력발전장치(100)가 설치될 연안에 위치이동한 후, 상기 파력발전장치(100)를 수면에 놓으면서, 상기 파일(20)을 연안의 해저면에 놓는다.

그 다음, 캡(71)을 상기 흡입관(70)으로부터 분리하여 상기 흡입관(70)의 상단을 흡입유로관(L2b)을 경유하여 상기 흡입펌프(P2)의 흡입구에 접속시켜, 상기 흡입펌프(P2)를 가동하여 상기 파일(20) 내의 해저면에 있는 물과 토양을 흡입하여 상기 파일(20) 밖으로 배출시켜서, 상기 파일(20)을 해저면 속에 밖아 넣는다. 이 때 파일의 내외부 간의 압력차로 인하여 파일에 해저면에 안정적으로 고정된다.

그 다음, 상기 흡입관(70)의 상단과 상기 흡입펌프(P2)와의 결합을 해제하고 상기 캡(71)을 상기 흡입관(70)의 상단에 결합시킨다.

그 다음, 캡(91)을 상기 공기공급관(90)으로부터 분리하여, 상기 공기공급관(90)의 상단을 토출관(L1)을 경유하여 상기 공기공급원(P1)의 토출구에 접속시켜, 상기 공기공급원(P1)을 가동하여 상기 튜브(60) 내에 공기를 충전하고 나서, 상기 공기공급관(90)의 상단과 상기 공기공급원(P1)과의 결합을 해제하고 상기 캡(91)을 상기 공기공급관(90)의 상단에 결합시킨다.

그 결과, 상기 파력발전장치(100)가 도 1에 도시된 바와 같이, 용이하게 연안에 설치될 수 있다.

상기 연안에 설치된 상기 파력발전장치(100)의 부유체(50)는 연안의 파면의 파동에 의해 상하로 진동하게 되며, 이 때, 상기 부유체(50)의 바닥중앙에 무게중심을 두도록 중량물(51)이 상기 부유체(50)의 하단에 삽입되어 있는 관계로, 상기 부유체(50)가 안정적으로 기립자세를 유지하면서, 중량물의 관성에 의해 상기 파동의 진폭보다 큰 진폭으로 상기 부유체(50)가 상하로 진동하게 된다. 여기에서, 상기 부유체(50)의 상하진동은, 중량이 나가는 체인(30)이 공기가 충전된 튜브(60) 내에 삽입되어 수중에 배치되어 있기 때문에, 부력에 의해 체인(30)의 중량이 감소되어서, 체인(30)의 중량에 의해 장애를 받지 않게 된다.

이 상태에서, 상기 상하부탄성스프링(49a, 49b)가, 파력발전장치(100)가 설치될 연안의 파동의 평균 진동수에 일치하는 부감쇠고유진동수를 갖고 있기 때문에, 상기 상하부탄성스프링(49a, 49b)와 상기 중량체(47) 간에 공진현상이 발생되어, 상기 중량체(47)의 상하 이동량이 평균적으로 상하 이동량이 최대로 되어, 그 결과 파력발전장치(100)가 최대용량의 발전을 효율적으로 얻을 수 있게 한다.

상기 설치된 파력발전장치(100)가 유지보수 등의 이유로 위치이동될 때에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캡(71)을 상기 흡입관(70)의 상단으로부터 결합해제한 후, 상기 흡입관(70)의 상단을 토출유로관(L2a)을 경유하여 상기 흡입펌프(P2)의 토출구에 접속시키고, 상기 흡입펌프(P2)의 흡입구를 상기 흡입유로관(L2b)을 경유하여 수면 중에 접속시켜 수면의 물이 상기 흡입관(70) 및 상기 관통구멍(24)을 경유하여 상기 파일(20) 내로 충전되게 하여서, 상기 파일(20) 내외의 압력을 동일하게 하면, 상기 튜브(30)의 부력에 의해 상기 체인(30)이 위로 상승하게 되고, 자중에 의해 해저면 속에 박혀있는 파일이 해저면 밖으로 빠져 나오게 된다.

이 때, 상기 튜브(30)의 부력이 상기 파일(20)을 해저면 밖으로 빠져나오게 하는 힘보다 작은 경우에는, 상기 캡(91)이 상기 공기공급관(90)의 상단으로부터 결합해제 되어, 상기 공기공급관(90)을 경유하여 상기 튜브(60)를 통기시킨 후, 상기 튜브(60)를 도시되지 않은 견인기구들을 이용하여 들어올리게 되면, 용이하게 상기 파일(20)이 해저면 밖으로 빠져나오게 되며, 상기 튜브(60)를 수면 위로 들어올리게 되면, 선체에 선적하여 상기 파력발전장치(100)를 용이하게 위치이동시킬 수 있다.

10; 케이스, 20; 파일, 30; 체인, 40; 발전유니트, 50; 부유체, 60; 튜브, 70; 흡입관, 90; 공기공급관, 100; 파력발전장치

Claims

영구자석(46)과 코일(48)을 상대적으로 이동시켜 상기 코일(48)에 유도기전력을 발생시켜 발전하는 발전유니트(40)를 내부에 밀봉하여 구비한 케이스(10),
상기 케이스(10)의 상단을 노출시킨 상태에서 상기 케이스(10)의 하단에 외접된 부유체(50),
해저면에 설치되는 파일(20), 및
양단이 상기 부유체(50) 및 상기 파일(20)에 고정된 체인(30)을 포함하며,
상기 부유체(50)는 바닥중앙에 무게중심을 두도록 중량물(51)이 하단에 삽입되어 있는 상태에서 오뚜기 형상으로 되어 있고,
상기 발전유니트(40)에 구비된 중량체(47)를 지지하는 탄성스프링은 파동의 평균 진동수에 일치하는 부감쇠고유진동수를 갖고 있고,
상기 파일(20)은, 바닥이 개방되어 있고 천정부(21)가 폐쇄되어 있는 관형부(22), 상기 천정부(21)의 중앙에 배치되어 상기 체인(30)의 하단과 결합되는 걸음부(23), 및 상기 천정부(21)에 형성된 관통구멍(24)를 포함하고 있고,
상기 체인(30)은 상기 체인(30)의 양단을 노출시킨 상태로 가요성의 튜브(60) 내에 상기 튜브(60)의 길이방향으로 따라 뻗어서 삽입되어 있고,
상기 튜브(60) 내에는 가요성의 흡입관(70)이 상기 튜브(60)의 길이방향을 따라 뻗어 있는 상태에서, 상기 흡입관(70)의 하단이 상기 튜브(60)의 하단을 관통하여 상기 파일(20)의 관통구멍(24)에 유통가능하게 접속되어 있고, 그리고 상기 흡입관(70)의 상단이 상기 튜브(60)의 상단을 관통하여 상기 부유체(50)의 측벽에 고정되어 있고,
상기 튜브(60)의 상단은 상단이 상기 부유체(50)의 측벽에 고정되어 있는 공기공급관(90)의 하단에 유통가능하게 접속되어 있고, 그리고
상기 공기공급관(90)의 상단과 상기 흡입관(70)의 상단은 각각 캡(91, 71)과 탈착가능하게 밀봉적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제 1항에 있어서,
상기 발전유니트(40)는
상기 케이스(10)의 상단에 고정적으로 내접된 상단디스크(41),
상기 케이스(10)의 하단에 고정적으로 내접된 하단디스크(42),
상기 상하단디스크(41, 42)의 테두리에 양단이 고정된 복수개의 가이드기립레일(43)로서 상기 상하단디스크(41, 42)의 테두리를 따라 동일한 간격을 두고 배치된 상기 복수개의 가이드기립레일(43),
상기 상하단디스크(41, 42)의 중앙에 양단이 고정된 하나의 고정기립축(44),
상기 상하단디스크(41, 42)의 중심축선 방향에서 일정 간격을 두고 배치되어 상기 복수개의 가이드기립레일(43)을 따라 상하로 이동가능한 한 쌍의 캐리어원판(45),
상기 고정기립축(44)에 고정적으로 외접되어 있고 상기 한 쌍의 캐리어원판(45)에 대하여 이동가능하게 내접된 관형의 영구자석(46),
상기 한 쌍의 캐리어원판(45)에 상단 및 하단이 고정되어 상기 영구자석(46)에 대하여 이동가능하게 외접된 관형의 중량체(47),
상기 중량체(47)에 고정적으로 외접된 코일(48),
상단이 상기 상단디스크(41)에 접촉되어 있고 하단이 상기 한 쌍의 캐리어원판(45) 중 상부 캐리어원판에 접촉된 복수개의 상부탄성스프링(49a), 및
상단이 상기 한 쌍의 캐리어원판(45) 중 하부 캐리어원판에 접촉되어 있고 하단이 상기 하단디스크(42)에 접촉된 복수개의 하부탄성스프링(49b)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제 1항에 있어서,
상기 체인(30)이 관통된 상기 튜브(60)의 양단부위는 상기 체인(30)과 밀봉적으로 결합되어 있고, 그리고
상기 흡입관(70)의 상단과 하단이 관통되는 상기 튜브(60)의 부위는 상기 흡입관(70)과 밀봉적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.