KR101333049B1 - 파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법이 개시된다. 본 발명은 파도의 고저운동에 의해 전력이 발생 되는 파력발전기에 있어서, 해수면에서 파고에 따라 상하운동하는 보조부체; 상기 보조부체의 하측에 일단이 결합되고 타단이 해수면 아래로 연장된 메인샤프트; 상기 메인샤프트가 관통되도록 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 메인샤프트의 길이방향 소정의 위치에 설치되는 주부체; 상기 메인샤프트의 타단에 결합되는 무게추; 해저에 고정되어 상기 파력발전기를 지지하는 베이스블럭; 및 상기 베이스블럭에 일단이 결합되고 상기 주부체의 하부 일측에 결합되어 상기 파력발전기를 해저에 고정하는 하나 이상의 무어링와이어를 포함하되, 상기 무게추는 파고에 따라 무게를 제어할 수 있는 무게추제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기를 제공한다.

Description

파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법{ FLEXIBLE WAVE POWER GENERATOR AGAINST WAVE HEIGHT AND CONTROL METHOD}
본 발명은 무게추의 무게를 가변하는 기능을 가진 파력발전기 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면,해수면에서 발생되는 파도의 파고 차이에 의해 승강되는 보조부체의 승강운동을 일정 방향의 회전운동으로 전환하여 이를 발전설비의 동력원으로 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 파고에 유연한 파력발전기 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 발생시키는 발전방법으로는 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 함으로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 있으며, 공해도 큰 문제가 되고 있다. 또한, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고 안전하고 획기적인 발전방법이 요구되고 있다.
한편, 석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전방법으로는 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등 다양하며, 이 가운데 조수간만의 차이에 따라 조수가 수평이동하는 힘을 이용한 조력발전과, 파도의 고저차이를 이용하여 발전을 행하는 파력발전이 수력을 이용한 수력발전의 형태로 대표적으로 사용되고 있다.
상술한 바와 같은 수력발전은 하천 또는 호수 등에서 물이 갖는 위치에너지를 수차를 이용하여 기계에너지로 변환하고 이것을 다시 전기에너지로 변환하는 발전방식이다. 즉, 물이 떨어지는 힘으로 수차를 돌리면 수차의 축에 붙어 있는 발전기가 돌아가게 되어 전기를 발생하도록 하는 방식이다. 한편, 발전기의 출력은 낙차와 수량과의 곱에 비례하게 된다. 따라서, 수차에 큰 낙차가 작용할 수 있도록 구성하는 것이 중요하다.
한편, 상술한 바와 같은 수력발전의 방식 중, 조수 간만의 차를 이용하는 조력발전방식은 조수 간만의 차를 이용하고 있다는 점에서, 장소 선정에 있어 난점이 있으며, 또한, 조력발전은 오랜 건설 기간과 막대한 건설비용이 수반된다는 문제점이 있다.
따라서, 바다에서 상시 생성 및 소멸되는 파도의 수평운동에너지를 변화를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 파력발전이 그 대안으로 떠오르고 있다.
이러한 파력발전기는 파도에 의한 해수면의 주기적 상하 운동과 물 입자의 전후 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동 또는 축 방향 운동으로 변환시킨 후, 전기에너지로 변환시키는 장치로서 파력발전 방식에는 파고의 고저에따른 에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러가지로 분류할 수 있으나, 대표적인 것으로 수면에 떠 있는 부체가 파도의 고저에 의하여 상하 또는 회전 운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 가동물체형 방식이 있다.
그러나, 종래의 가동물체형 방식의 파력발전기는 파도의 높이에 따른 부체 제어와 태풍 등의 환경적 재해를 대비하기가 곤란한 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 무게추의 무게를 가변적으로 제어하여 부체의 제어가 용이하고, 태풍 등의 환경적 재해를 대비할 수 있는 파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파도의 고저운동에 의해 전력이 발생 되는 파력발전기에 있어서, 해수면에서 파고에 따라 상하운동하는 보조부체; 상기 보조부체의 하측에 일단이 결합되고 타단이 해수면 아래로 연장된 메인샤프트; 상기 메인샤프트가 관통되도록 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 메인샤프트의 길이방향 소정의 위치에 설치되는 주부체; 상기 메인샤프트의 타단에 결합되는 무게추; 해저에 고정되어 상기 파력발전기를 지지하는 베이스블럭; 및 상기 베이스블럭에 일단이 결합되고 상기 주부체의 하부 일측에 결합되어 상기 파력발전기를 해저에 고정하는 하나 이상의 무어링와이어를 포함하되, 상기 무게추는 파고에 따라 무게를 제어할 수 있는 무게추제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기를 제공한다.
또한, 상기 무게추는 상기 메인샤프트의 타단과 결합되는 회전고리와, 상기 회전고리의 하부에 결합되는 소정 형상을 갖는 외부하우징과, 상기 외부하우징과 하부는 고정되고 다른 부분은 상기 외부하우징과 소정의 간격을 두고 상기 외부하우징의 내부에 안착되며 내부에 상기 무게추제어수단이 마련되는 내부하우징을 포함하되, 상기 무게추제어수단은 상기 내부하우징의 상부 일측에 장착되어 회전력을 전달하는 서보모터와, 상기 서보모터의 하부 일측에 결합되어 상기 내부하우징을 관통하여 상기 내부하우징의 하부바닥 일측에 회전가능하게 결합되는 장볼트와, 상기 장볼트가 관통되도록 소정의 위치에 결합되어 상기 서보모터의 회전에 따라 상하로 이동하는 구동디스크와, 상기 외부하우징과 상기 외부하우징의 사이에 결합되어 상기 내부하우징내의 공기가 출입하는 공기튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기를 제공한다.
또한, 상기 무게추는 상기 외부하우징의 하부와 내부하우징의 하부가 결합되는 소정의 위치에 해수가 무게추의 내부로 출입하는 하나 이상의 출입구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기를 제공한다.
또한, 파도의 고저운동에 의해 전력이 발생 되는 파력발전기의 제어방법에 있어서, 무게추의 내부가 공압챔버와 수압챔버로 구분되는 단계; 구동디스크를 구동하기 위해 서보모터를 구동하는 단계; 구동디스크의 구동에 따라 해수가 내부하우징으로 출입하고 공기가 공기튜브로 출입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 구동디스크의 구동에 따라 해수가 내부하우징으로 출입하고 공기가 공기튜브로 출입하는 단계는, 파도가 낮은 경우, 상기 구동디스크가 상기 서보모터의 구동에 따라 하부방향으로 이동하게 되고, 상기 수압챔버의 해수가 바다로 빠져나가게 하여 상기 무게추의 무게를 가볍게 하는 단계이고, 파도가 높은 경우, 상기 구동디스크가 상기 서보모터의 구동에 따라 상부방향으로 이동하게 되고, 상기 공압챔버의 공기가 상기 공기튜브로 나가게 되고, 상기 무게추는 해수로 가득 차게 되어 무게추의 무게를 무겁게 하는 단계인 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기 제어방법을 제공한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 무게추의 무게를 가변적으로 제어하여 부체의 제어가 용이하고, 태풍 등의 환경적 재해를 대비할 수 있는 파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파고에 유연한 파력발전기의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 무게추의 내부를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 무게추가 해수를 배출하는 원리를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 무게추가 해수를 유입하는 원리를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파고에 유연한 파력발전기 및 제어방법에 대하여 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 파고에 유연한 파력발전기의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 무게추의 내부를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 무게추가 해수를 배출하는 원리를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 무게추가 해수를 유입하는 원리를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 파도의 고저운동에 의해 전력이 발생 되는 파력발전기(10)에 있어서, 해수면에서 파고에 따라 상하운동하는 보조부체(100); 상기 보조부체(100)의 하측에 일단이 결합되고, 타단이 해수면 아래로 연장된 메인샤프트(200); 상기 메인샤프트(200)가 관통되도록 소정위치에 관통홀(320)이 형성되고, 상기 메인샤프트(200)의 길이방향 소정의 위치에 설치되는 주부체(300); 상기 메인샤프트(200)의 타단에 일단이 결합되는 무게추(400); 해저에 고정되어 상기 파력발전기(10)를 지지하는 베이스블럭(500); 및 상기 베이스블럭(500)에 일단이 결합되고 상기 주부체(300)의 하부 일측에 결합되어 상기 파력발전기(10)를 해저에 고정하는 하나 이상의 무어링와이어(600)를 포함하되, 상기 무게추(400)는 파고에 따라 무게를 제어할 수 있는 무게추제어수단(468)을 구비하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기(10)를 제공한다.
상기 보조부체(100)는 파랑에너지를 전달받도록 해수면에서 파고에 따라 부유되어 상하운동 되도록 스치로폼 또는 폴리우레탄과 같이 해수보다 밀도가 낮은 고형 부력재를 충진한 것으로 이루어진다.
한편, 보조부체(100)는 해수보다 밀도가 낮은 소재를 충진한 고형 부력재로 한정하는 것은 아니며, 내부가 비어있는 밀폐된 통 등으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 메인샤프트(200)는 보조부체(100)의 하측에 일단이 결합되어 수중에 마련되며, 해수면에서 파고에 의해 상하운동 되는 보조부체(100)와 연동 되어 상하운동한다.
한편, 메인샤프트(200)는 상기 보조부체(100)와 일단이 결합되고, 주부체(300) 소정의 위치에 형성된 관통홀(320)을 관통하며, 또한, 타단에는 상기 보조부체(100)와 상기 메인샤프트(200)를 수중에서 지지하기 위한 무게추(400)가 결합되어 있다.
상기 주부체(300)는 전술한 메인샤프트(200)의 길이방향 소정의 위치에 마련되며, 내부에는 파력에너지 발생부, 변속제어부, 전기에너지 변환부가 구비되며, 보조부체(100)의 상하운동에 따라 에너지를 발생하는 전기발생장치를 구비하고 있다. 파고에 의한 전기발생장치의 구조는 공지된 기술인바 설명을 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 무게추(400)는 메인샤프트(200)의 타단에 일단이 결합된 채 수중에 위치한다.
상기 무게추(400)는 상기 메인샤프트(200)의 타단과 결합되는 회전고리(420)와, 상기 회전고리(420)의 하부에 결합 되는 소정 형상을 갖는 외부하우징(440)과, 상기 외부하우징(440)과 하부는 고정되고 다른 부분은 상기 외부하우징(440)과 소정의 간격을 두고 상기 외부하우징(440)의 내부에 안착되며 내부에 상기 무게추제어수단(468)이 마련되는 내부하우징(460)을 포함한다.
상기 회전고리(420)는 상기 무게추(400)의 상부에 마련되며, 상기 메인샤프트(200)의 타단과 회전이 가능하도록 결합된다. 따라서, 해수의 변화에 따라 회전함으로써 메인샤프트(200)에 가해지는 영향을 감소시킬 수 있다.
상기 외부하우징(440)은 상기 회전고리(420)와 결합되고 해저에서도 해수가 상기 외부하우징(440)의 내부로 침투하지 못하도록 밀폐되어 있다.
상기 내부하우징(460)은 상기 외부하우징(440)과 하부는 고정되고 다른 부분은 상기 외부하우징(440)과 소정의 간격을 두고 상기 외부하우징(440)의 내부에 안착된다.
한편, 상기 외부하우징(440)과 내부하우징(460)이 결합되는 하부바닥부에는 해수가 출입하는 출입구(466)가 하나 이상 형성된다. 또한, 상기 내부하우징(460)의 내부에는 무게추제어수단(468)이 마련되어 있다.
또한, 상기 내부하우징(460)은 구동디스크(468c)에 의해 공기로 차 있는 공압챔버(462)와 해수로 차 있는 수압챔버(464)로 구분된다. 한편, 상기 공압챔버(462)와 수압챔버(464)는 상기 구동디스크(468c)의 이동에 따라 유동적으로 크기가 변하는 것이 바람직하다.
상기 무게추제어수단(468)은 상기 내부하우징(460)의 상부 일측에 장착되어 회전력을 전달하는 서보모터(468a)와, 상기 서보모터(468a)의 하부 일측에 결합되어 상기 내부하우징(460)을 관통하여 상기 내부하우징(460)의 하부바닥 일측에 회전가능하게 결합되는 장볼트(468b)와, 상기 장볼트(468b)가 관통되도록 소정의 위치에 결합되어 상기 서보모터(468a)의 회전에 따라 상하로 이동하는 구동디스크(468c)와, 상기 외부하우징(440)과 상기 외부하우징(440)의 사이에 결합되어 상기 내부하우징(460) 내의 공기가 출입하는 공기튜브(468d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기(10)를 제공한다.
상기 서보모터(468a)는 상기 내부하우징(460)의 상부 일측에 장착되어 회전력을 전달한다. 한편, 상기 서보모터(468a)의 일측면에 연결된 일단이 연결된 장볼트(468b)는 상기 서보모터(468a)의 회전력을 상기 구동디스크(468c)에 전달한다.
상기 구동디스크(468c)는 상기 장볼트(468b)에 관통되어 결합된다. 또한, 상기 장볼트(468b)는 내부하우징(460)의 하부바닥에 고정되어 회전하도록 결합된다. 따라서, 상기 구동디스크(468c)는 상기 서보모터(468a)가 회전하는 경우에 상기 장볼트(468b)가 회전하게 되고, 상기 장볼트(468b)에 결합된 구동디스크(468c)는 상기 서보모터(468a)의 회전 방향에 따라 상하로 이동할 수 있다. 또한, 상기 구동디스크(468c)의 상하이동에 따라 상기 내부하우징(460)에 상부 양측면에 연결된 공기튜브(468d)에 공기가 출입하게 된다.
상기 베이스블럭(500)은 해저에 고정되어 상기 파력발전기(10)를 지지한다. 즉, 상기 베이스블럭(500)은 상부면이 하나 이상의 무어링와이어(600)의 일단에 연결되고, 상기 무어링와이어(600)의 타단에 주부체(300)가 결합됨으로써 상기 파력발전기(10)를 지지하게 된다.
상기 무어링와이어(600)은 상기 파력발전기(10)를 상기 베이스블럭(500)에 고정하기 위한 장비로써 하나 이상이 사용되어 상기 파력발전기(10)를 지지한다.
도 3과 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 파고에 유연한 파력발전기(10)의 부체 제어방법에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 물이 배출되는 경우에 내부하우징(460) 내에서의 구동디스크(468c)의 움직임을 차례로 보여주고 있다. 도 3의 (a)는 구동디스크(468c)를 통해 공압챔버(462)와 수압챔버(464)로 분리된 상태를 나타내며, 공기튜브(468d)에 공기가 가득 차 있는 상태를 나타낸다.
도 3의 (b)와 (c)는 서보모터(468a)가 시계방향으로 회전함으로써 구동디스크(468c)는 시계반대방향으로 회전하게 되고 , 상기 구동디스크(468c)가 내부하우징(460)의 하부로 이동하는 것을 나타낸다.
상기와 같이 구동디스크(468c)가 내부하우징(460)의 하부로 이동하게 되면, 공기튜브(468d)에 가득차 있던 공기는 늘어난 내부하우징(460)의 부피를 채우게 되고, 상기 내부하우징(460)은 상기 구동디스크(468c)의 압력에 밀려 해수는 상기 내부하우징(460)의 밖으로 배출되고 상기 내부하우징(460)은 대부분의 공기로 차게 된다.
따라서, 내부가 공기로 가득찬 무게추(400)는 그 무게가 가벼워지게 되고, 가벼워진 무게추(400)와 메인샤프트(200)에 의해 연결된 보조부체(100)와 주부체(300)는 낮은 파고에도 영향을 많이 받아 상하움직임이 많아지고 에너지 회생에 유리하게 된다.
또한, 도 4는 물이 유입되는 경우에 내부하우징(460) 내에서의 구동디스크(468c)의 움직임을 차례로 보여주고 있다.
도 4의 (a), (b) 및 (c)는 서보모터(468a)가 시계반대방향으로 회전함으로써 구동디스크(468c)는 시계방향으로 회전하게 되고 , 상기 구동디스크(468c)가 내부하우징(460)의 상부로 이동하는 것을 나타낸다.
상기와 같이 구동디스크(468c)가 내부하우징(460)의 상부로 이동하게 되면, 내부가 비어 있는 공기튜브(468d)로 공기가 배출되고 늘어난 내부하우징(460)의 부피는 외부의 해수가 무게추(400)의 하부바닥에 형성된 출입구(466)를 통해 유입됨으로써 가득 채우게 된다.
또한, 상기 내부하우징(460)은 상기 구동디스크(468c)의 압력에 밀려 공기는 상기 내부하우징(460)의 양측에 마련된 공기튜브(468d)로 배출되고, 상기 내부하우징(460)은 대부분의 해수로 차게 된다.
따라서, 내부가 해수로 가득 찬 무게추(400)는 그 무게가 무거워지게 되고, 무거워진 무게추(400)와 메인샤프트(200)에 의해 연결된 보조부체(100)와 주부체(300)는 높은 파고에도 영향을 많이 받지 않아 태풍과 같은 해안의 긴급상황 시에 환경적 재해를 대비할 수 있게 된다.
즉, 높은 파도의 경우에 에너지 회생이 유리하고, 태풍과 같은 해안의 긴급상황시에 무게추(400)를 무겁게 함으로써 상기 무게추(400)와 함께 보조부체(100)를 해수면 아래에 넣어 두어 파도의 영향을 덜 받도록 할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 즉, 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10:파력발전기 100:보조부체
200:메인샤프트 300:주부체
320:관통홀 400:무게추
420:회전고리 440:외부하우징
460:내부하우징 462:공압챔버
464:수압챔버 466:출입구
468:무게추제어수단 468a:서보모터
468b:장볼트 468c:구동디스크
468d:공기튜브 500:베이스블럭
600:무어링와이어

Claims (5)

  1. 해수면에서 파고에 따라 상하운동하는 보조부체;
    상기 보조부체와 메인샤프트로 연결되어 보조부체 하측에 위치하여서 보조부체에 무게를 가하는 무게추;
    상기 메인샤프트가 관통되도록 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 메인샤프트의 길이방향 소정의 위치에 설치되는 주부체;
    해저에 고정되는 베이스블럭; 및
    상기 베이스블럭에 일단이 결합되고 상기 주부체에 타단이 결합되는 하나 이상의 무어링와이어를 포함하되,
    상기 무게추는 소정 형상을 갖는 외부하우징과, 상기 외부하우징 내에 위치하고 일측이 상기 외부하우징의 일측에 고정된 내부하우징과, 상기 내부하우징의 일측에 장착되어 회전력을 전달하는 서보모터와, 일단이 상기 서보모터에 연결되고 타단은 상기 내부하우징의 내부 일측면에 회전가능하게 결합되어 서보모터의 회전력을 전달받아 회전하는 장볼트와, 상기 장볼트가 관통되도록 결합되어 상기 장볼트의 회전에 따라 내부하우징 내부에서 이동하는 것으로서 내부하우징을 공압챔버와 수압챔버로 구획하는 구동디스크와, 상기 공압챔버와 연통되어 공압챔버 내의 공기가 출입하는 공기튜브와, 상기 수압챔버로 해수가 출입할 수 있도록 외부하우징과 내부하우징을 관통하며 형성된 출입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 따른 파고에 유연한 파력발전기를 제어함에 있어서,
    상기 서보모터를 구동하여 상기 장볼트를 회전시켜 상기 구동디스크를 이동시키되 상기 공압챔버의 체적이 증가하고 수압챔버의 체적은 감소하는 방향으로 이동시켜서 상기 수압챔버 내의 해수를 상기 출입구를 통해 무게추 외부로 방출하여 무게추의 무게를 줄임으로써 파고가 낮아지는 것에 대응하도록 하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기의 제어방법.
  5. 제 1 항에 따른 파고에 유연한 파력발전기를 제어함에 있어서,
    상기 서보모터를 구동하여 상기 장볼트를 회전시켜 상기 구동디스크를 이동시키되 상기 공압챔버의 체적이 감소하고 수압챔버의 체적이 증가하는 방향으로 이동시켜서 상기 출입구를 통해 무게추 내의 수압챔버 내로 해수가 유입되도록 하여 무게추의 무게를 늘임으로써 파고가 높아지는 것에 대응하는 것을 특징으로 하는 파고에 유연한 파력발전기의 제어방법.
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