KR101260506B1

KR101260506B1 - 파력발전장치

Info

Publication number: KR101260506B1
Application number: KR1020100054382A
Authority: KR
Inventors: 최영휴; 황현영
Original assignee: 창원대학교 산학협력단
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2013-05-06
Also published as: KR20110134669A

Abstract

본 발명은 파도의 파동을 이용하여 강체의 진동을 발생시키고, 강체의 진동을 회전운동으로 전환하여 발전이 이루어지도록 하는 파력발전장치에 관한 것이다.
본 발명은 부력형성수단과, 상기 부력형성수단의 상측에 구비되는 강체와, 상기 부력형성수단과 강체 사이에서 상기 강체를 탄성 지지하여 파도에 의해 상기 강체를 진동시키는 지지수단과, 상기 진동하는 강체와 연결되어, 진동에 따른 강체의 위치변화를 회전운동으로 변환하는 운동변환수단과, 상기 운동변환수단과 연결되어 회전운동을 전달받아 전기를 발생시키는 발전수단 및 상기 강체 일측에 구비되어 강체의 이동경로를 형성하는 가이드와, 상기 가이드와 강체를 연결하는 슬라이더를 포함하는 요동안내수단이 포함되며, 상기 운동변환수단은 상기 강체의 일측에 구비되는 복수의 랙과, 상기 랙과 일대일 대응되어 랙의 이동에 따라 회전하는 피니언과, 상기 피니언과 발전수단의 회전중심이 동일선상에 위치하여 피니언의 회전운동이 발전수단으로 전달될 수 있도록 하는 회전축을 포함하고, 상기 복수의 피니언은 적어도 2개 이상이 하나의 회전축과 연결되어 회전운동을 전달하며, 각각의 피니언에는 상기 회전축으로 선택적인 회전운동이 전달될 수 있도록 상기 피니언과 회전축의 선택적인 연결관계를 형성하는 연결수단이 구비된다. 이에 의하면 안정적인 회전력이 발생되어 발전효율이 향상되는 이점을 가진다.

Description

파력발전장치{A wave power generator}

본 발명은 파도의 상하 운동을 이용하여 가진식 병진진동계를 형성함으로써 전기를 생성하는 파력발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 파력발전은 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전하는 전력생산의 한 방법으로 파도의 파동에 의한 상하 운동을 이용하는 고정식과, 파동의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통하여 발생하는 공기의 흐름을 이용하는 부유식으로 구분될 수 있다.

그러나, 부유식의 경우 파고가 낮을 경우 적용이 어려운 문제점을 가지게 되어 상대적으로 고정식이 많이 개발되고 있다.

한편, 고정식 파력 발전장치의 경우 일반적으로 파도의 높이 변화에 대응하여 부유체가 상승 또는 하강하는 힘을 이용하여 회전운동이 발생되고, 발생 된 회전운동으로 발전기를 가동시켜 전기를 생산하게 된다.

따라서, 발전 효율이 파고에 의해 좌우되는 문제점을 가진다.

본 발명의 목적은 파도에 의해 위치가 가변되는 강체와 이를 탄성 지지하는 부력형성수단을 포함하여 기초 가진식 병진진동계를 형성함으로써 강체의 진동에너지로 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 파력발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 설치 지역별로 각각 다르게 나타나는 파도의 파장을 감안하여 공진 원리에 입각한 최적의 스프링상수 값을 결정하고, 이를 적용함으로써 발전효율이 향상되도록 하는 파력발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 파도의 파장을 고려하여 최적화된 부력형성수단의 길이를 결정함으로써 안정성 및 발전효율이 향상되는 파력발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 부력형성수단과, 상기 부력형성수단의 상측에 구비되는 강체와, 상기 부력형성수단과 강체 사이에서 상기 강체를 탄성 지지하여 파도에 의해 상기 강체를 진동시키는 지지수단과, 상기 진동하는 강체와 연결되어, 진동에 따른 강체의 위치변화를 회전운동으로 변환하는 운동변환수단과, 상기 운동변환수단과 연결되어 회전운동을 전달받아 전기를 발생시키는 발전수단 및 상기 강체 일측에 구비되어 강체의 이동경로를 형성하는 가이드와, 상기 가이드와 강체를 연결하는 슬라이더를 포함하는 요동안내수단이 포함되며, 상기 운동변환수단은 상기 강체의 일측에 구비되는 복수의 랙과, 상기 랙과 일대일 대응되어 랙의 이동에 따라 회전하는 피니언과, 상기 피니언과 발전수단의 회전중심이 동일선상에 위치하여 피니언의 회전운동이 발전수단으로 전달될 수 있도록 하는 회전축을 포함하고, 상기 복수의 피니언은 적어도 2개 이상이 하나의 회전축과 연결되어 회전운동을 전달하며, 각각의 피니언에는 상기 회전축으로 선택적인 회전운동이 전달될 수 있도록 상기 피니언과 회전축의 선택적인 연결관계를 형성하는 연결수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

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상기 지지수단은 하나 이상의 서스펜션 스프링이며, 상기 서스펜션 스프링의 스프링상수 값은 상기 강체의 무게 또는 설치지역 파도의 진동주파수 제곱에 비례하며, 상기 강체를 병렬 지지하는 서스펜션 스프링 개수의 총합에 반비례하도록 결정되는 것을 특징으로 한다.

상기 부력형성수단의 길이는 설치지역 파도의 파장 절반보다 크고, 전체 파장에 대응되는 길이 범위에서 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 파력발전장치는 소정의 무게를 가지는 강체가 탄성을 가지는 지지수단과 연결되어 탄성 지지 되면서 진동하도록 구성된다.

따라서, 본 발명에 따른 파력발전장치에서는 공진 원리에 입각하여 강체의 무게와 지지수단의 탄성계수를 조절함으로써 파고 및 부력에 의존하여 변위를 발생시키는 경우에 비해 보다 큰 변위를 형성할 수 있으며, 변위발생주기가 보다 빠르게 형성될 수 있는 이점을 가진다.

또한, 상기 강체는 랙과 피니언 및 래칫을 포함하는 운동변환수단에 의해 진동에 의한 위치변화를 회전운동으로 전환할 수 있으며, 상기 래칫이 발전기와 연결된 회전축이 상기 강체의 상승 또는 하강 운동시 모두 일방향으로 회전할 수 있도록 피니언의 일방향 회전만 회전축으로 전달하게 된다.

따라서, 진동에 의한 강체의 위치변화가 모두 발전을 위한 회전운동을 생성하게 되므로 발전효율이 향상되는 이점을 가진다.

도 1 은 본 발명에 따른 파력발전장치의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 일실시 예인 파력발전장치의 상세 구성을 보이기 위한 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 다른 실시 예인 파력발전장치의 상세 구성을 보이기 위한 도면.
도 4 는 도 2 에 도시된 실시 예에 따른 파력발전장치의 분해사시도.
도 5 는 본 발명의 요부구성인 강체의 상승운동에 따른 피니언의 회전방향을 보이기 위한 도면.
도 6 은 도 5 의 부분 확대도.
도 7 은 본 발명의 요부구성인 강체의 하강운동에 따른 피니언의 회전방향을 보이기 위한 도면.
도 8 은 도 7 의 부분 확대도.
도 9 는 본 발명에 따른 파력발전장치의 기초 가진식 병진진동계를 설명하기 위한 도면.
도 10 은 파도의 파장에 따른 부력형성수단의 최적길이를 보이기 위한 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1 에는 본 발명에 따른 파력발전장치의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 부력이 물체가 받는 중력에 비해 크게 형성되어 물 위에 뜰 수 있도록 하는 부력형성수단(200)과, 상기 부력형성수단(200)의 상측에서 전기를 생성하기 위한 복수의 구성을 내부에 수용하는 하우징(140)에 의해 외관이 형성된다.

그리고, 상기 파력발전장치(100)에는 앵커(120)가 더 구비될 수 있다. 상기 앵커(120)는 상기 부력형성수단(200)의 부상 위치를 고정하여 본 발명에 따른 파력발전장치(100)가 일정 위치에서 전기를 생산할 수 있도록 한다.

또한, 상기 앵커(120) 이외에도 본 발명에 따른 파력발전장치(100)는 복수개가 연결수단(150)으로 연결되어 구비될 수 있다.

여기서, 상기 연결수단(150)은 복수의 파력발전장치(100)를 연결하기 위한 로프(Rope)일 수 있으며, 생산된 전력을 이송하기 위한 전력선(Power cable)으로 구성될 수도 있다.

한편, 상기 하우징(140) 내부에는 발전을 위한 복수의 구성이 구비된다.

상세한 설명을 위해 도 2 에는 본 발명에 따른 일실시 예인 파력발전장치의 상세 구성을 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 3 에는 본 발명에 따른 다른 실시 예인 파력발전장치의 상세 구성을 보이기 위한 도면이 도시되어 있으며, 도 4 에는 도 2 에 도시된 실시 예에 따른 파력발전장치의 분해사시도가 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 상기 하우징(140)의 내부에는 후술한 복수의 구성의 장착공간을 제공하기 위한 베이스 플레이트(160)가 구비된다. 즉, 상기 베이스 플레이트(160)는 상기 부력형성수단(200)의 상측에서 복수의 구성요소가 안정적으로 결합되어 작동할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 베이스 플레이트(160)의 상측에는 소정의 무게를 가지는 강체(400)와, 상기 강체(400)를 탄성 지지하여 병진 진동을 발생시키는 지지수단(800)과, 상기 강체(400)의 병진 진동에 따른 위치변화를 회전운동으로 변환하기 위한 운동변환수단(600) 및 상기 운동변환수단(600)을 통해 발생된 회전운동으로 전기를 생산하는 발전수단(900)이 포함된다.

상세히, 상기 강체(400)는 소정의 무게를 가지는 중량 체로 다양한 재질 또는 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 하면이 상기 지지수단(800)에 의해 지지된다. 따라서, 도시되지는 않았지만 상기 강체(400)의 하면에는 상기 지지수단(800)의 일측이 고정될 수 있도록 용접 또는 억지 끼움 등의 결합구조가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 강체(400)에는 상기 운동변환수단(600)의 일구성인 랙이 수용될 수 있도록 랙수용부(420)가 마련된다.

상기 랙수용부(420)는 상기 강체(400)의 하면에서 상방으로 함몰 형성되며, 수용될 랙의 개수에 따라 복수로 형성될 수 있다.

상기 랙과 랙수용부(420)의 관계는 아래 운동변환수단(600)의 설명에서 상세히 살펴보기로 한다.

한편, 상기 지지수단(800)은 서스펜션 스프링과 같이 탄성을 지닌 물체로 상기 강체(400)의 하중 및 발전량을 고려하여 결정될 수 있다.

즉, 상기 지지수단(800)은 하중에 대한 인장 및 압축 정도 또는 강체(400)의 변위를 고려하여 탄성계수가 결정되고, 결정된 탄성계수를 가지는 물체가 선택되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 지지수단(800)은 복수로 구비되어 상기 강체(400)를 보다 안정적으로 지지하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 운동변환수단(600)은 상기와 같이 지지수단(800)에 의해 탄성지지되면서 진동하는 강체(400)의 변위를 회전운동으로 전환하기 위한 복수의 구성을 포함한다.

상세히, 상기 운동변환수단(600)에는 상기 랙수용부(420)에 구비되는 복수의 랙과, 상기 랙과 일대일 대응되어 랙의 이동에 따라 맞물려 회전하는 피니언과, 상기 피니언과 발전수단(900)의 회전중심이 동일선상에 위치하여 피니언의 회전운동이 발전수단(900)으로 전달될 수 있도록 하는 회전축(680)이 포함된다. 즉, 상기 회전축(680)은 상기 발전수단(900)을 구성하는 회전자와 연결될 수 있다.

한편, 도시된 실시 예에서는 상기 강체(400)에 2곳의 랙수용부(420)가 형성되고, 상기 랙수용부(420)에 각각 한 쌍의 랙이 수용된다.

여기서, 쌍을 이루는 랙은 상기 강체(400)의 상승운동 시 아래에서 설명할 제 1 피니언(620)과 맞물려 상기 제 1 피니언(620)의 회전운동을 발생시키는 제 1 랙(440)과, 상기 강체(400)의 하강운동 시 아래에서 설명할 제 2 피니언(640)과 맞물려 상기 제 2 피니언(640)의 회전운동을 발생시키는 제 2 랙(460)으로 구분되며, 서로 대향되는 방향으로 위치된다.

즉, 상기 랙수용부(420)에는 상기 제 1 랙(440)이 일면에 접하여 고정되고, 상기 제 1 랙(440)이 고정된 일면과 마주보는 면에 제 2 랙(460)이 접하여 고정된다.

그리고, 상기 제 1 랙(440)과 제 2 랙(460)은 각각 맞물려 회전하는 피니언이 서로 간섭되지 않도록 전후로 소정거리 이격되도록 위치된다. 결국, 제 1 랙(440)과 제 2 랙(460)은 상기 랙수용부(420) 내부에서 대각방향에 위치된다.

한편, 상기와 같이 구비되는 랙과 맞물려 회전하는 제 1 피니언(620)과 제 2 피니언(640)은 상기 발전수단(900)으로 회전운동을 전달하기 위하여 상기 회전축(680)과 결합된다. 여기서, 상기 회전축(680)과 피니언 사이에는 피니언의 회전방향에 따라 회전운동을 상기 회전축(680)으로 선택하여 전달하기 위한 연결수단이 더 구비된다.

상기 연결수단은 상기 피니언이 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 회전할 경우에만 상기 회전축(680)으로 회전운동이 전달될 수 있도록 하기 위한 구성으로, 상기 피니언에 구비되는 멈춤쇠 및 래칫이 이 적용될 수 있다.

상세히, 상기 제 1 피니언(620)과 제 2 피니언(640)에는 상기 회전축(680)과 결합되어 회전하는 제 1 래칫(610)과 제 2 래칫(630)이 각각 구비된다.

즉, 상기 회전축(680)과 피니언은 베어링(650)을 통해 연결되어 직접적으로 맞물려 회전하지 않도록 구성된다.

그리고, 상기 래칫의 가장자리에는 수직면과 경사면을 포함하는 치형이 일방향으로 진행되도록 배열되며, 상기 피니언에는 상기 래칫에 형성된 치형과 접하여 회전방향에 따라 상기 피니언의 회전운동이 회전축(680)으로 전달될 수 있도록 하는 멈춤쇠(622,642)가 구비된다.

따라서, 상기 피니언의 회전방향에 따라 상기 멈춤쇠(622,642)가 경사면 또는 수직면과 접하게 되면서 피니언의 회전운동이 선택적으로 상기 래칫에 전달되어 회전축(680)을 일 방향으로만 회전시킬 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 회전하게 되는 회전축(680)은 상기 베이스 플레이트(160)의 상측으로 소정 높이 돌출 형성되어 상기 회전축(680)과 발전수단(900)의 회전자가 동일한 높이에서 연결될 수 있도록 하는 축지지대(170)에 의해 회전가능하게 지지된다. 상기 축지지대(170)에는 상기 회전축(680)의 원활한 회전을 위하여 부시(190)가 더 구비될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 축지지대(170)를 통과한 회전축(680)은 보다 균형잡힌 회전을 위하여 도 3 에 도시된 실시 예에서와 같이 밸런싱기어박스(300)에 더 연결될 수 있다.

즉, 상기 밸런싱기어박스(300)가 상기 회전축(680)의 일단을 안정적으로 지지하면서 회전할 수 있도록 하여 발전효율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 강체(400)의 일측에는 상기 지지수단(800)에 의해 진동하는 강체(400)의 변위가 보다 안정적으로 형성될 수 있도록 하는 요동안내수단(500)이 구비된다.

상세히, 상기 요동안내수단(500)은 상기 강체(400)의 좌/우측 또는 전/후측과 연결되어 강체(400)의 상하 이동을 안내하기 위한 구성으로, 상기 베이스 플레이트(160)에서 상방으로 돌출 형성되어 상기 강체(400)의 이동경로를 형성하기 위한 가이드(520)와, 상기 강체(400)의 측면에 구비되어 상기 가이드(520)에 슬라이딩 가능하도록 연결되는 슬라이더(480)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 강체(400)의 측면에는 적어도 하나 이상의 슬라이더(480)가 구비되며, 상기 슬라이더(480)는 상기 가이드(520)에 끼워지도록 구성된다.

따라서, 상기 지지수단(800)에 의해 진동하는 강체(400)는 상기 슬라이더(480)와 가이드(520)에 의해 일정한 경로를 따라 반복해서 이동할 수 있게 된다.

또한, 상기 가이드(520)의 일측에는 상기 강체(400)의 진동에 따른 가이드(520)의 지지력을 배가하기 위하여 가이드 지지패널(510)이 더 구비될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 파력발전장치(100)가 바다위에 부상해 있는 상태에서 파도가 일렁이게 되면 강체(400)가 상승운동과 하강운동을 병행하게 되고, 상기 강체(400)의 상승 또는 하강운동은 상기 피니언을 회전시키는 힘을 제공하게 된다.

상세한 설명을 위해 도 5 에는 본 발명의 요부구성인 강체의 상승운동에 따른 피니언의 회전방향을 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 6 에는 도 5 의 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 상기 강체(400)가 상승운동을 하게 될 경우에는 상기 지지수단(800)이 인장되고, 상기 제 1 랙(440)과 제 2 랙(460)이 상승하면서 상기 제 1 피니언(620)과 제 2 피니언(640)을 회전시키게 된다.

여기서, 상기 제 1 랙(440)은 상기 제 1 피니언(620)의 좌측에 위치하여 상기 제 1 피니언(620)을 시계 방향으로 회전시키게 되는데, 이와 같이 회전하게 될 경우 상기 제 1 피니언(620)과 결합된 제 1 래칫(610)의 수직면에 상기 멈춤쇠(622)가 접하게 된다.

따라서, 상기 멈춤쇠(622)와 제 1 래칫(610)이 간섭되면서 상기 제 1 피니언(620)의 회전운동이 상기 제 1 래칫(610)으로 전달되고, 상기 제 1 래칫(610)의 회전운동은 상기 회전축(680)으로 전달되어 발전수단(900)을 회전시킬 수 있게 된다.

이에 반해, 상기 제 2 랙(460)은 상기 제 2 피니언(640)의 우측에 위치하여 상기 제 2 피니언(640)을 반시계 방향으로 회전시키게 된다.

여기서, 상기 제 2 피니언(640)과 결합된 제 2 래칫(630)은 상기 제 1 피니언(620)과 제 1 래칫(610)의 결합구조와 동일하게 결합되므로, 상기 제 2 피니언(640)의 멈춤쇠(642)는 상기 제 2 래칫(630)의 경사면과 접하면서 경사면을 타고 넘어가게 된다.

따라서, 상기 제 2 피니언(640)의 회전운동은 상기 제 2 래칫(630)을 회전시키지 못하게 되어 상기 회전축(680)으로 회전운동이 전달되지 않는다.

결국, 상기 강체(400)의 상승운동 시에는 상기 제 1 피니언(620)의 회전운동만 상기 회전축(680)으로 전달되고, 상기 제 2 피니언(640)은 상기 회전축(680)으로 힘의 전달이 이루어지지 못하고 헛돌게 된다.

한편, 도 7 에는 본 발명의 요부구성인 강체의 하강운동에 따른 피니언의 회전방향을 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 8 에는 도 7 의 부분 확대도가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 강체(400)가 하강하게 될 경우에는 상기 제 1 피니언(620)이 반시계 방향으로 회전하게 되고, 제 2 피니언(640)이 시계방향으로 회전하게 된다.

따라서, 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 마찬가지로 시계 방향으로 회전하는 제 2 피니언(640)의 회전운동만 상기 제 2 래칫(630)을 통해 회전축(680)으로 전달되고, 제 1 피니언(620)은 헛돌게 된다.

결국, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)에서는 상기 강체(400)가 상승할 경우 제 1 피니언(620)의 회전운동이 상기 회전축(680)으로 전달되어 발전을 위한 회전력을 발생시키게 되며, 강체(400)가 하강할 경우 제 2 피니언(640)의 회전운동이 상기 회전축(680)으로 전달되어 발전을 위한 회전력을 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 지지수단(800)은 파도의 파동에 의한 강체(400)의 움직임에 강체(400)의 하중과 지지수단(800)의 탄성계수에 의해 형성되는 진동주기를 부가하게 되므로 강체(400)의 변위발생이 효과적으로 진행될 수 있으며, 이로 인해 복수의 피니언과 회전축(680)을 보다 안정적으로 회전시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 발전수단(900)이 안정적인 회전력을 바탕으로 꾸준한 전기의 생산이 가능하게 된다.

한편, 이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 파력발전장치(100)의 바람직한 실시 예를 위한 병진 진동 식을 살펴보도록 한다.

도 9 에는 본 발명에 따른 파력발전장치의 기초 가진식 병진진동계를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

본 발명에 따른 파력발전장치(100)에서는 기초 가진식 병진진동계를 구성하는 스프링 상수 k의 최적값을 다음 식으로부터 도출할 수 있다.

...................① (m : 강체, c : 스프링감쇄계수, ω : 파도의 진동수)
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 강체의 변위를 x(t), 기초 가진력으로 작용하는 파도의 변위를 y(t)라 둘 수 있다. 그리고, 파도는 일정한 파고(wave hight) Y와 일정한 주기(ω)를 가지는 조화함수로 가정을 하면, 파도의 변위 y(t) = Ysinωt이고, 속도는 변위를 미분하여 ωYconωt가 된다.
따라서, 도 9에서 강체는 스프링과 감쇠요소로 구성되는 4개의 지지수단이 병렬로 연결되어 있기 때문에 상기 수식 ①과 같은 방정식이 도출될 수 있다.

여기서,

.................................②

...③

.....................................④

................................⑤

이고,

라 두면,

...........⑥

이고,(X : 강체의 병진진폭, Y: 파고)

............⑦

이 된다.

여기서, 병진 진동계의 고유진동수

.................................⑧

이고, 진동수 비는

................................................⑨

감쇠비가

....................⑩

이므로, 상기 수식 ⑥에서 감쇠의 영향을 무시할 경우 X/Y가 최대가 되는 조건의 스프링상수 값 k를 결정하게 되면, 파고의 변위가 진동변위로 가장 크게 전달될 수 있다.

그리고, 이와 같은 경우는 상기 수식 ⑧에서 진동수 비(r)가 1일 경우이므로, 통상 파도의 진동수(ω)를 알 수 있으므로 아래 수식 ⑪에 의해 최적 스프링상수 값이 결정된다.

..............................................⑪

즉, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)에서는 최적의 발전 효율을 위한 스프링상수(k)의 값이 강체의 무게 및/또는 파도의 진동주파수 제곱에 비례하며, 강체를 병렬 지지하는 스프링 개수의 합에 반비례하므로 병진진동계를 구성하는 스프링상수 값은 상기와 같은 내용을 고려하여 결정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)에서는 상기 부력형성수단(200)의 길이를 설치 해역 파도의 파장을 고려하여 결정하게 된다.

상세한 설명을 위해 도 10에는 파도의 파장에 따른 부력형성수단의 최적길이를 보이기 위한 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 파도의 파장을“λ”라 하고, 상기 부력형성수단(200)의 길이를“L” 이라 할 경우,

λ/4 ≒ L < λ/2 일 경우에는 파도의 파장에 비해 부력형성수단(200)의 길이가 짧아 상기 부력형성수단(200)이 안정적으로 병진운동을 하지 못할 뿐 아니라, 전복될 가능성을 가진다.

따라서, 본 발명에 따른 파력발전장치(100)에서는, λ/2 < L ≒ λ와 같은 길이범위에서 상기 부력형성수단(200)의 길이를 설계함으로써, 안정적인 병진운동은 물론 파도에 의해 전복되는 상황이 발생하지 않도록 함으로써 발전효율이 향상될 수 있도록 한다.

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100..... 파력발전장치 120..... 앵커
140..... 하우징 160..... 베이스 플레이트
200..... 부력형성수단 300..... 밸런싱기어박스
400..... 강체 420..... 랙 수용부
440..... 제 1 랙 460..... 제 2 랙
480..... 슬라이더 500..... 요동안내수단
510..... 가이드 지지패널 520..... 가이드
600..... 운동변환수단 610..... 제 1 래칫
620..... 제 1 피니언 630..... 제 2 래칫
640..... 제 2 피니언 650..... 베어링
680..... 회전축 800..... 지지수단
900..... 발전수단

Claims

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부력형성수단;
상기 부력형성수단의 상측에 구비되는 강체;
상기 부력형성수단과 강체 사이에서 상기 강체를 탄성 지지하여 파도에 의해 상기 강체를 진동시키는 지지수단;
상기 진동하는 강체와 연결되어, 진동에 따른 강체의 위치변화를 회전운동으로 변환하는 운동변환수단;
상기 운동변환수단과 연결되어 회전운동을 전달받아 전기를 발생시키는 발전수단; 및
상기 강체 일측에 구비되어 강체의 이동경로를 형성하는 가이드와, 상기 가이드와 강체를 연결하는 슬라이더를 포함하는 요동안내수단;이 포함되며,
상기 운동변환수단은,
상기 강체의 일측에 구비되는 복수의 랙과,
상기 랙과 일대일 대응되어 랙의 이동에 따라 회전하는 피니언과,
상기 피니언과 발전수단의 회전중심이 동일선상에 위치하여 피니언의 회전운동이 발전수단으로 전달될 수 있도록 하는 회전축을 포함하고,
상기 복수의 피니언은 적어도 2개 이상이 하나의 회전축과 연결되어 회전운동을 전달하며, 각각의 피니언에는 상기 회전축으로 선택적인 회전운동이 전달될 수 있도록 상기 피니언과 회전축의 선택적인 연결관계를 형성하는 연결수단이 구비되는 파력발전장치.
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제 4 항에 있어서, 상기 지지수단은 하나 이상의 서스펜션 스프링이며,
상기 서스펜션 스프링의 스프링상수 값은 상기 강체의 무게 또는 설치지역 파도의 진동주파수 제곱에 비례하며, 상기 강체를 병렬 지지하는 서스펜션 스프링 개수의 총합에 반비례하도록 결정되는 파력발전장치.
제 4 항에 있어서, 상기 부력형성수단의 길이는,
설치지역 파도의 파장 절반보다 크고, 전체 파장에 대응되는 길이 범위에서 결정되는 파력발전장치.