KR101346067B1 - Floating body for wave-power generation and wave-power generating system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파력 발전에 관한 것으로서, 특히 파력 발전에 이용되는 부유체, 이를 이용한 파력 발전 장치, 및 이의 운전 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to wave power generation, and more particularly, to a floating body used for wave power generation, a wave power generation device using the same, and a driving method thereof.
현대 생활에서 널리 사용되는 전기 에너지는, 태양광 발전 등을 제외한 대부분의 경우, 발전기를 회전시켜 전자기 유도에 의해 원래의 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 방식을 이용한다. 발전을 위해서는 발전기를 회전시키기 위해 전기 이외의 다른 형태의 에너지를 소비해야 하는데, 이 에너지의 근원이 되는 자원을 발전 자원이라고 한다. 이용하는 발전 자원에 따라 수력 발전, 화력 발전, 원자력 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 태양열 발전, 조력 발전, 조류 발전, 파력 발전 등으로 구별된다.Electric energy, which is widely used in modern life, utilizes a method of converting original energy into electric energy by electromagnetic induction by rotating a generator in most cases except solar power generation. Power generation requires the consumption of other forms of energy other than electricity to rotate generators. The source of this energy is called the power generation resource. Depending on the power resources used, it is divided into hydro, thermal, nuclear, wind, geothermal, solar, tidal, tidal and wave power.
이들 발전 방법 중에서 대표적인 수력 발전, 화력 발전 및 원자력 발전의 경우는, 대규모의 발전 설비와 이를 가동시키기 위한 막대한 양의 에너지원을 필요로 하며 설치 장소에 제약이 따른다. 또한, 이들 발전 방법은 생태계 파괴와, 사용되는 연료의 유한성과, 연료 사용에 의한 대기 오염 및 방사능의 유출 등으로 인해 환경 친화적이지 않다는 문제가 있다.Representative hydroelectric, thermal and nuclear power generation of these power generation methods require large-scale power generation facilities and a huge amount of energy source to operate them, and installation sites are limited. In addition, these power generation methods have a problem in that they are not environmentally friendly due to the destruction of the ecosystem, the finiteness of the fuel used, the air pollution caused by the use of fuel, and the release of radioactivity.
최근에는 태양열, 조력, 파력, 풍력 및 태양광 등의 자연 에너지를 이용한 친환경적이며 영구적인 에너지원을 활용할 수 있는 발전 방법들이 개발되고 있다. 그 중에서도 파력 발전이란 파도의 파력 에너지를 이용하는 발전이다. 파력 발전은 작동 원리에 따라서 가동 물체형, 진동 수주형, 월파형, 수압면형, 셋업형 등으로 구분될 수 있다. 이 중에서, 파도가 물체에 주는 힘과 진동을 이용하는 가동 물체형에서는, 파력 에너지를 기계적 에너지로 변환하기 위하여 파력 에너지를 일차적으로 수용하는 물체가 바로 부유체(또는 부표, 부체라고도 함)이다.Recently, power generation methods are being developed that can utilize environmentally friendly and permanent energy sources using natural energy such as solar, tidal, wave, wind and solar power. Among them, wave power generation is power generation using wave energy of waves. The wave power generation can be classified into moving object type, vibration receiving type, wall wave type, hydraulic pressure type, setup type and the like according to the operating principle. Among these, in the movable object type that uses the force and vibration applied to the object, the object that primarily receives the wave energy in order to convert the wave energy into mechanical energy is a floating body (or buoy or float).
부유체는 파도가 가지고 있는 충동 에너지, 부력 에너지, 하중 에너지 등 여러 다양한 형태의 파력 에너지를 보다 효율적으로 추출할 수 있어야 바람직하다.Floating body is desirable to be able to extract various types of wave energy such as impulse energy, buoyancy energy, load energy more efficiently.
종래 기술에 따른 통상의 부유체는 대체로 정육면체, 직육면체(도 1 참조), 원통형 등의 형상을 갖도록 플라스틱 등으로 제조된 중공체로서, 그 내부에 스티로폼 등과 같이 물보다 밀도가 낮은 물질로 충전되기도 한다.Conventional floats according to the prior art are generally hollow bodies made of plastic to have a shape such as a cube, a cuboid (see FIG. 1), a cylinder, or the like, and may be filled with a material having a lower density than water such as styrofoam therein. .
그러나, 이와 같이 정육면체, 직육면체, 원통형 등의 형상을 갖은 종래의 부유체로는 충동 에너지 및 부력 에너지만을 이용할 뿐, 물의 하중 에너지는 거의 이용하지 못하고 있다. 예를 들어, 부유체의 상하 승강 운동을 이용하여 파력 발전을 하는 경우, 종래의 부유체의 상승 운동은 부유체의 부력에 의존하고, 하강 운동은 부유체의 무게에 의존한다. 따라서, 상승 운동을 증가시키기 위해서는 부유체의 밀도, 즉 단위 체적당 무게를 감소시켜야하는 반면, 하강 운동을 증가시키기 위해서는 부유체의 무게를 증가시켜야 하는 서로 모순되는 문제가 발생하게 된다.However, in the conventional floating body having a shape such as a cube, a cube, a cylinder, or the like, only the impulse energy and the buoyancy energy are used, and the load energy of water is hardly used. For example, in the case of the wave power generation using the up and down movement of the floating body, the conventional rising movement of the floating body depends on the buoyancy of the floating body, and the lowering movement depends on the weight of the floating body. Accordingly, in order to increase the upward movement, the density of the float, that is, the weight per unit volume, must be reduced, while in order to increase the downward movement, a contradictory problem arises in that the weight of the floating body must be increased.
이러한 문제로 인하여 종래의 부유체는 균형 잡힌 상승 운동과 하강 운동을 얻기 위하여, 부유체의 크기와 무게를 절충하여 적절히 설계할 수밖에 없었다. 따라서, 이와 같이 부유체의 크기와 무게만으로는 파력 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 효율을 증가시키는 데 한계가 있었기 때문에, 이러한 한계를 극복할 수 있는 다른 방안이 요구되고 있다.
Due to this problem, in order to obtain a balanced up and down movement, the conventional floating body had to design appropriately by compromising the size and weight of the floating body. Therefore, since there was a limit to increase the efficiency of converting the wave energy into mechanical energy only by the size and weight of the floating body, there is a need for another way to overcome this limitation.
본 발명의 목적은 파력 발전에서 종래 기술에 따른 부유체에 의한 전술된 한계를 극복하여 파력 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 효율을 증가시킬 수 있는 파력 발전용 부유체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wave power floating body capable of increasing the efficiency of converting wave energy into mechanical energy by overcoming the aforementioned limitations by the floating body according to the prior art in wave power generation.
본 발명의 다른 목적은 파력 발전 효율을 증가시키면서도 크기가 감소된 파력 발전용 부유체를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a wave power floating body whose size is reduced while increasing the wave power generation efficiency.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 부유체를 이용할 수 있는 다양한 형태의 파력 발전 장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide various types of wave power generation apparatuses that can utilize the float of the present invention.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 부유체를 포함하는 발전 장치의 운전 방법을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a method of operating a power generation device including the float of the present invention.
전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 파력 발전용 부유체는 부력을 제공하는 부력부; 및 상기 부력부의 하부에 하향으로 개방되어 물을 수용하는 하부 공간을 형성하는 스커트를 포함한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a floating body for wave power generation includes a buoyancy unit for providing buoyancy; And a skirt which opens downward to the lower portion of the buoyancy portion to form a lower space for receiving water.
상기 스커트에는 스커트 내부의 공기를 배기하기 위한 배기부가 형성될 수 있다.The skirt may be provided with an exhaust portion for exhausting the air inside the skirt.
상기 배기부는 체크 밸브를 포함할 수 있다.The exhaust unit may include a check valve.
상기 배기부는 공기의 배출만을 허용하는 밸브를 포함할 수 있다.The exhaust portion may include a valve to allow only the discharge of air.
상기 스커트는 부력부보다 폭이 넓을 수 있다.The skirt may be wider than the buoyancy portion.
상기 스커트는 하단부로 내려갈수록 폭이 넓어질 수 있다.The skirt may be wider as it goes down to the lower end.
상기 스커트의 내부에는 적어도 하나의 격벽이 수직으로 형성되어 상기 스커트의 내부 공간이 둘 이상으로 분할될 수 있다.At least one partition wall may be vertically formed in the skirt, and the inner space of the skirt may be divided into two or more.
상기 스커트의 하단면이 경사지게 형성될 수 있다.The bottom surface of the skirt may be formed to be inclined.
본 발명의 다른 일 태양에 따른 파력 발전용 부유체는 부력을 제공하는 부력부; 및 상기 부력부의 상부에 상향으로 개방된 상부 공간을 형성하는 크라운을 포함한다.Floating body for wave power generation according to another aspect of the present invention is a buoyancy unit for providing a buoyancy; And a crown forming an upper space upwardly open above the buoyancy portion.
상기 크라운에는 크라운 내부에 수용되는 물을 배수하기 위한 배수부가 형성될 수 있다.The crown may be formed with a drain for draining the water contained in the crown.
상기 크라운은 상기 상부 공간을 둘러싸는 측벽으로 형성되고, 상기 측벽은 경사지게 형성될 수 있다.The crown may be formed as a side wall surrounding the upper space, and the side wall may be formed to be inclined.
상기 크라운의 바닥면에 경사가 형성될 수 있다.An incline may be formed on the bottom surface of the crown.
상기 크라운은 상기 상부 공간을 둘러싸는 측벽으로 형성되고, 상기 측벽의 일부는 크라운과 별도로 형성되어 상단부가 크라운의 상단부에 회전 가능하게 연결되어, 상기 측벽의 일부는 상기 상부 공간의 측부를 폐쇄하는 위치에 편의된 상태에서 크라운 외부로 회전하여 상기 상부 공간의 측부를 개방할 수 있다.The crown is formed of a side wall surrounding the upper space, a portion of the side wall is formed separately from the crown so that the upper end is rotatably connected to the upper end of the crown, a portion of the side wall closes the side of the upper space The side of the upper space may be opened by rotating outside the crown in a convenient state.
상기 크라운의 상단면이 경사지게 형성될 수 있다.The top surface of the crown may be formed to be inclined.
본 발명에 따른 부유체는 전술된 크라운 및 스커트를 모두 포함할 수 있다The float according to the invention may comprise both the crown and skirt described above.
본 발명의 또 다른 일 태양에 따른 파력 발전 장치는 전술된 부유체를 포함한다.The wave power generating apparatus according to another aspect of the present invention includes the above-mentioned floating body.
본 발명의 또 다른 일 태양에 따른 파력 발전 장치의 운전 방법은 상기 스커트의 하부 공간에서 공기를 제거하고 물을 채우는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of operating a wave power generation apparatus includes removing air from a lower space of a skirt and filling water.
상기 스커트에 배기부가 구비된 경우, 상기 물을 채우는 단계는 상기 배기부를 개방하는 단계와, 상기 스커트를 물속에 침수시켜 스커트의 하부를 통하여 스커트 내부로 물이 유입되면서 스커트 내의 공기는 배기부를 통하여 배기되도록 하는 단계와, 상기 배기부를 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있다.When the skirt is provided with an exhaust portion, filling the water may include opening the exhaust portion, submerging the skirt into the water, and introducing water into the skirt through the lower portion of the skirt while air in the skirt is exhausted through the exhaust portion. And closing the exhaust unit.
상기 배기부가 체크 밸브 또는 공기의 배출만을 허용하는 밸브인 경우, 상기 물을 채우는 단계는 상기 스커트를 물속에 침수시켜 스커트의 하부를 통하여 스커트 내부로 물이 유입되면서 스커트 내의 공기는 체크 밸브를 통하여 배기되도록 함으로써 수행된다.
When the exhaust unit is a check valve or a valve to allow only the discharge of air, the filling of the water may involve submerging the skirt into the water so that water flows into the skirt through the lower portion of the skirt while the air in the skirt is exhausted through the check valve. By doing so.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 파력 발전용 부유체는 파력에 의한 부유체의 상승 운동 및 하강 운동 둘 모두를 향상시켜 파력 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 단순 부유체의 경우 부유체 상승 시에는 파력을 충분히 이용하나, 부유체 하강시에는 자중을 제외하고 인하력이 없어 발전기를 구동하는 힘을 발휘하지 못하여 1/2 주기 동안만 발전이 가능하나, 본 발명에 따른 파력 발전용 부유체는 부유체가 하강하는 동안에 스커트 내에 담긴 물의 자중과 크라운 내에 담긴 물의 자중 중 적어도 하나의 자중이 작용하므로 발전기를 구동하는 것이 가능하고, 따라서 한 주기 동안 계속 발전이 가능하다.The wave power generation floating body according to the present invention configured as described above can increase the efficiency of converting the wave energy into mechanical energy by improving both the up and down movement of the floating body by the wave force. In other words, in the case of a simple floating body, the wave power is fully used when the floating body is raised, but when the floating body is lowered, it is possible to generate power for half a cycle because there is no reduction force except self weight. In accordance with the present invention, the wave-powered floating body according to the present invention is capable of driving a generator since at least one of the weight of the water contained in the skirt and the weight of the water contained in the crown acts while the floating body descends, so that the power generation continues for one cycle. It is possible.
본 발명에 따른 파력 발전용 부유체는 다양한 크기로 형성될 수 있어서 다양한 형태의 파력 발전 장치에 활용될 수 있고, 그에 따라서 파력 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
Wave power generation floating body according to the present invention can be formed in a variety of sizes can be utilized in various types of wave power generation device, thereby increasing the wave power generation efficiency.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 다음의 첨부 도면과 관련하여 주어진 바람직한 실시예의 이하 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 부유체의 개략적인 형상을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체의 개략적인 형상을 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 부유체의 스커트에 설치된 예시적인 밸브의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 부유체의 다른 변형 실시예들의 개략적인 형상을 도시하는 수직단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 부유체가 설치된 육상 파력 발전 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 종래 기술에 따른 부유체와 본 발명에 따른 부유체가 육상 파력 발전에 적용될 때의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 도 2에 도시된 부유체의 다른 변형 실시예의 개략적인 형상을 도시하는 사시도 및 수직단면도이다.
도 9a는 도 2에 도시된 부유체의 또 다른 변형 실시예의 개략적인 형상을 도시하는 수직단면도이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 부유체의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10a는 도 2에 도시된 부유체의 또 다른 변형 실시예의 개략적인 형상을 도시하는 수직단면도이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 부유체의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 원근해 해상에 떠 있는 바지선 위에 설치된 파력 발전 장치의 정면도 및 평면도이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments given in connection with the following accompanying drawings.
1 is a perspective view showing a schematic shape of a floating body according to the prior art.
2 is a perspective view showing a schematic shape of a floating body according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an exemplary valve installed in the skirt of the float of FIG. 2.
4 and 5 are vertical cross-sectional views showing schematic shapes of other modified embodiments of the float shown in FIG.
6 is a view showing a schematic configuration of a land wave power generation device equipped with a float according to the present invention.
7 is a view for explaining the operation when the floating body according to the prior art and the floating body according to the present invention is applied to the land wave power generation.
8A and 8B are perspective and vertical cross-sectional views, respectively, showing a schematic shape of another modified embodiment of the float shown in FIG.
FIG. 9A is a vertical sectional view showing a schematic shape of yet another modified embodiment of the float shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 9B is a schematic view for explaining the operation of the float shown in FIG. 9A.
FIG. 10A is a vertical sectional view showing a schematic shape of yet another modified embodiment of the float shown in FIG. 2. FIG.
10B is a schematic view for explaining the operation of the float shown in FIG. 10A.
11 is a front view and a plan view of a wave power generation apparatus installed on a barge floating in the near sea;
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, etc. of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
본 발명의 부유체에 대한 설명에 앞서, 본 발명의 부유체를 포함하는 파력 발전 장치에 이용되는 파도의 특성을 먼저 살펴보고자 한다.Prior to the description of the float of the present invention, the characteristics of the waves used in the wave power generating apparatus including the float of the present invention will be described first.
파도는 크게 연안 파도와 원근해 파도 두 가지로 분류될 수 있다. 먼저, 연안 파도는 원근해 파도에 비해 상하 진폭도 및 수평 진폭이 크며, 쇄파의 형상을 갖는다. 이러한 특성을 갖는 연안 파도를 이용하여 얻을 수 있는 에너지의 형태는 충동 에너지, 부력 에너지, 및 하중 에너지로 구분할 수 있다. 충동 에너지는 파도가 부유체에 충돌할 때 부유체를 밀어내려고 하는 힘으로 나타나며, 부력 에너지는 물속에 들어 있는 물체, 즉 부유체를 상승시키는 부력으로 나타난다. 하중 에너지는 파도에 의해 물체의 임의의 공간에 물이 채워짐으로써 발생하는 물의 하중으로 나타난다.Waves can be broadly classified into coastal waves and near-shore waves. First, coastal waves have a larger vertical wave and horizontal amplitude than near sea waves and have the shape of a breaking wave. The types of energy that can be obtained using coastal waves having these characteristics can be classified into impulse energy, buoyancy energy, and load energy. The impulse energy appears as a force that tries to push the floating body when the waves collide with it, and the buoyant energy appears as a buoyant force that raises the floating object. The load energy is represented by the load of water generated by the filling of water in any space of the object by the waves.
종래의 파력 발전에서는 주로 부력 에너지를 이용함으로써, 그에 의한 부유체의 상하 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하였다. 즉, 부유체의 부력에 의한 상승 운동과 부유체의 무게에 의한 하강 운동의 반복에 의한 부유체의 상하 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하였다.In conventional wave power generation, the buoyant energy is mainly used to convert vertical kinetic energy of the floating body into electrical energy. That is, the vertical kinetic energy of the floating body due to the repetition of the uplift motion due to the buoyancy of the floating body and the descending motion by the weight of the floating body was converted into electrical energy.
이에 반하여, 본 발명에 따른 부유체 및 이를 이용한 발전 장치에서는, 종래의 부유체가 받는 부력에 더하여 물의 하중 에너지를 추가로 이용하여, 발전 효율을 증가시키고자 하는 것이다.On the contrary, in the float according to the present invention and the power generation apparatus using the same, in order to increase power generation efficiency by further using load energy of water in addition to the buoyancy received by the conventional float.
상부 및 하부에 각각 상향 및 하향으로 개방된 공간이 형성된 물체가 물 위에 떠 있는 경우, 특히 물체의 하부 공간에는 물이 미리 채워져 있는 경우를 고려해 보자. 연안 파도의 경우 쇄파에 의해 파도가 물체에 부딪치면서, 부유체의 상부 공간에 어느 정도의 물이 채워지게 되고, 이때 물의 채워진 물의 무게로 인해 물체를 아래로 누르는 힘을 일으키게 된다. 또한, 파도에 의해 물체 주변의 해수면이 낮아지면서 물체도 이와 함께 하강하게 된다. 이때, 물체 외부의 해수면이 물체의 하부 공간에 채워진 물의 수면보다 먼저 낮아지게 됨으로써, 하부 공간에 채워진 물은 물체를 아래로 당기는 힘을 일으키게 된다.Consider a case where an object having a space open upward and downward on the upper and lower portions, respectively, floats on the water, in particular, the water in the lower space of the object is pre-filled. In the case of the coastal wave, the wave hits the object by the breaking wave, and a certain amount of water is filled in the upper space of the floating body, and the weight of the filled water of the water causes the force to press down the object. In addition, as the sea level around the object is lowered by the waves, the object also descends with it. At this time, the sea level outside the object is lower than the water level of the water filled in the lower space of the object, the water filled in the lower space causes a force to pull the object down.
본 발명은 이와 같이 부유체의 상부 및 하부에 물이 채워질 수 있는 공간을 마련함으로써, 부유체의 부력 및 무게에 의한 상하 운동에 물의 하중을 추가로 이용하고자 하는 것이다. 이하에서는 이러한 기본 개념들을 구현하기 위한 부유체의 바람직한 실시예들을 설명한다.The present invention is to provide a space to be filled with water in the upper and lower portions of the floating body, by using the load of the water in the vertical motion by the buoyancy and weight of the floating body. The following describes the preferred embodiments of the float to implement these basic concepts.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체의 개략적인 형상을 도시하는 사시도이다.2 is a perspective view showing a schematic shape of a floating body according to an embodiment of the present invention.
종래 기술에 따른 부유체(10)를 도시한 도 1과 비교하여, 도 2에 도시된 부유체(100)는 부유체의 상부 및 하부에 물을 수용할 수 있는 공간을 갖는다. 구체적으로, 본 발명에 따른 부유체(100)는 부력부(120)와, 상기 부력부(120)의 상단에 형성되어 상향으로 개방된 상부 공간을 형성하는 상부 구조(이하, 크라운이라고 함)(140)와, 상기 부력부(120)의 하단에 형성되어 하향으로 개방된 하부 공간을 형성하는 하부 구조(이하, 스커트라고 함)(160)를 포함한다.Compared to FIG. 1 showing the
부유체(100)의 부력부(120)는 중공형의 육면체 형상을 갖도록 섬유 강화 플라스틱(FRP)과 같은 플라스틱, S/S 316L과 같은 스테인레스강 등으로 제조되며, 그 내부에는 스티로폼 등과 같이 물보다 밀도가 낮은 물질로 충전될 수 있다. 상기 부력부(120)만을 본다면, 이는 통상의 부유체(예를 들어, 도 1에 도시된 부유체(10))와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 그 형상도 육면체로 한정되지 않고 원통형, 디스크 형 등일 수 있다.The
상기 크라운(140)은 부력부(120)의 상부면 가장자리에 형성된 측벽으로 이루어져, 상향으로 개방된 공간을 형성한다. 상기 크라운(140)은 파도에 의해 유입되어 들어오는 물을 수용하는 기능을 한다. 이와 같이 수용된 물은 그 무게로 인해 부유체(100)가 하강 운동을 하는 동안 부유체(100)를 아래로 누르는 힘을 일으키게 된다.The
그러나, 부유체(100)가 다시 상승하여야 할 때에, 상기 수용된 물은 부유체(100)의 상승을 방해하게 된다. 따라서, 상기 수용된 물은 부유체(100)가 상승하기 전에 배수되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 크라운(140)은 바닥부 또는 바닥 측부에 구멍 또는 밸브와 같은 배수부(145)가 형성될 수 있다. 이러한 배수부(145)는 상승된 부유체(100)가 하강한 다음 다시 상승하기 전까지 크라운(140) 내에 수용된 물이 대부분 배수되도록 크기와, 위치와, 개수가 설계되는 것이 바람직하다. 상기 배수부 이외에 다른 방식의 배수 수단은 후술하는 실시예에서 추가로 설명하고자 한다.However, when the
한편, 상기 배수부(145)는 본 발명의 부유체(100)가 적용되는 파력 발전 장치의 유형과 크라운의 형상에 따라서 불필요할 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 다시 설명될 것이다.On the other hand, the
상기 스커트(160)는 부력부(120)의 하부면 가장자리에 형성된 측벽으로 이루어져, 하향으로 개방된 공간을 형성하고, 이 공간 내에는 물을 수용한다. 본 발명의 부유체(100)가 정상으로 작동하기 위해서, 상기 스커트 내에는 상시 물이 채워져 있어야 한다. 이를 위하여, 상기 스커트(160)는 상부 또는 상부 측부에 수동으로 개폐 가능한 구멍 또는 밸브와 같은 배기부(165)를 형성할 수 있다. 부유체(100)를 처음 물에 띄울 때, 배기부(165)를 개방한 후, 스커트(160)를 물에 침수시켜서 스커트(160)의 하부를 통하여 스커트(160) 내부로 물이 유입되면서 스커트(160) 내의 공기가 배기부(165)를 통하여 배기되도록 한다. 스커트(160) 내에 물이 모두 채워지면 배기부(165)를 폐쇄한다.The
한편, 부유체(100)의 작동 중에, 특히 부유체(100)의 상승 중에 스커트(160) 내에 공기가 유입되면 부유체(100)의 작동 효율이 떨어지므로, 스커트(160) 내에 공기가 유입되면 이를 제거하여야 한다. 이를 위하여, 상기 배기부(165)는 스커트(160) 내의 공기는 외부로 배출시키는 반면에 외부의 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있는 일 방향 밸브, 즉 체크 밸브를 포함할 수 있다. 이 경우, 부유체(100)의 상승 중에 스커트(160) 내에 공기가 유입되더라도, 부유체(100)의 하강 동안 스커트(160)의 개방된 하부를 통하여 물이 유입되면서 스커트(160) 상부 공간의 공기는 체크 밸브인 배기부(165)를 통하여 배기될 수 있다.On the other hand, if air flows into the
상기 배기부(165)는 이러한 체크 밸브 중에서, 공기의 유출만 허용되고, 그 외에 공기의 유입뿐만 아니라 물의 유출입까지도 차단할 수 있는 밸브인 것이 바람직할 수 있다.Among the check valves, the
도 3은 공기의 유출만 허용하는 배기부(165)의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 배기부(165)는 중공형 밸브 몸체, 제1 밸브 판(165a), 스프링(165b) 및 제2 밸브 판(165c)으로 구성된다. 제1 밸브 판(165a)은 밸브 몸체를 수밀하게 관통하고 관통하는 부분에 밸브 몸체에 회전 가능하게 연결되도록 구성된다. 제1 밸브 판(165a)의 밸브 몸체의 외측 부분 일단에는 스프링(165b)과 연결되어 있어, 제 1 밸브판(165a)이 일부 개방되도록 유지된다. 또한, 제 2 밸브판(165d)은 밸브 몸체를 수밀하게 관통하고 관통하는 부분에 밸브 몸체에 회전 가능하게 연결되도록 구성된다. 제 2 밸브 판(165b)은 자중에 의해서 밸브 몸체 내의 유로를 폐쇄하고 있으나, 스커트(160) 내부로부터 공기가 배출되는 경우 공기압에 의해서 회전되어 밸브 몸체 내의 유로를 개방하도록 구성된다.3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
이와 같은 구성에 의하면, 밸브 몸체 내의 유로를 유동하는 물질에 따라서 제1 밸브 판(165a) 부분에 작용하는 힘이 달라지기 때문에, 밸브 몸체 내 유로를 유동하는 물질에 따라 제1 밸브 판(165a)에 의해 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 즉, 제1 밸브 판(165a) 부분에 스프링(165b)의 탄성력을 넘어서는 큰 힘이 작용하면 밸브 몸체 내부가 제1 밸브 판(165a)에 의해 폐쇄된다. 대안으로서, 배기부(165)가 통상의 체크 밸브로 구성될 수도 있다. 또한, 다른 대안으로서, 배기부(165)의 제 2 밸브판(165c)을 대신해서 통상의 체크 밸브를 이용할 수도 있다. 이와 같이 구성하는 경우, 체크 밸브를 통해서 물이 배출되는 것이 방지될 수 있을 것이다.According to such a structure, since the force acting on the part of the
본 실시예에서는 배기부가 수평하게 스커트의 상단 부착된 구성이나, 부착 자세나 위치가 여기에 한정되는 것은 아니다.In this embodiment, the configuration in which the exhaust portion is horizontally attached to the upper end of the skirt is not limited thereto.
상기 배기부(165)를 통하여 스커트(160)의 내부의 공기가 빠져 나갈 경우에는 제1 밸브 판(165a)은 스프링(165b)의 탄성력에 의하여 밸브 몸체 내부를 개방된 상태로 유지한다. 또한, 제2 밸브 판(165c)은 통상의 체크 밸브 기능을 하기 때문에, 스커트(160)의 내부의 공기는 배기부(165)를 통하여 배기된다. 그러나, 상기 배기부(165)를 통하여 스커트(160)의 내부에서 물이 빠져나갈 경우에는 수압으로 인하여 제1 밸브 판(165a)은 스프링(165b)의 탄성력을 초과하여 밸브 몸체 내부를 폐쇄하게 되어 물은 배기부(165)를 통하여 배출되지 못한다. 또한, 스커트(160) 외부의 물은 제2 밸브 판(165c)에 의해 스커트(160) 내부로의 유입이 차단된다.When the air inside the
상기 크라운(140) 및 스커트(160)는 부력부(120)와 일체로 또는 별도로 형성될 수 있다. 상기 크라운(140) 및 스커트(160)가 별도로 형성되는 경우, 별도로 제작된 부유체(100)의 부력부(120)의 상부 및 하부에 각각 부착되어 부유체(100)가 형성될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 부유체(100)의 부력부(120)는 종래 기술에 따른 기존의 부유체(10)와 동일한 구조를 가질 수 있기 때문에, 종래 기술에 따른 기존의 부유체의 상부 및 하부에 크라운(140) 및 스커트(160)를 각각 부착함으로써 본 발명에 따른 부유체(100)를 구현할 수도 있다.The
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 부유체의 다른 변형 실시예들의 개략적인 형상을 도시하는 수직단면도이다. 도 4를 참조하면, 부유체의 하부에 형성되는 스커트는 그 폭이 아래로 갈수록 넓어지는 형태(도 4의 (a))이거나, 또는 스커트의 폭이 부력부(120)보다 넓은 형태(도 4의 (b))이거나, 스커트 내부에 수직 격벽이 형성되어 스커트의 내부 공간이 복수개로 형성된 형태(도 4의 (c))를 가질 수 있다. 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 형태의 실시예에 따르면, 스커트 내에 수용된 물의 양이 증가할 뿐만 아니라 그 면적도 넓어져서 부유체를 끌어당기는 힘이 증가하여, 부유체의 하강 운동을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 스커트가 복수개의 독립된 공간으로 형성되는 경우에는, 스커트의 일측벽에 구멍과 같은 손상이 발생하여 해당하는 내부 공간이 그 기능을 제대로 발휘하지 못하더라도 나머지 공간들이 스커트의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도 4의 (c)에 도시된 구성의 경우, 전술된 배기부(165)가 복수 개의 공간에 각각 설치될 수 있다.4 and 5 are vertical cross-sectional views showing schematic shapes of other modified embodiments of the float shown in FIG. Referring to FIG. 4, the skirt formed at the lower portion of the floating body has a form in which the width thereof becomes wider toward the bottom (FIG. 4A), or in a form in which the skirt is wider than the buoyancy portion 120 (FIG. 4). (B)) or a vertical partition wall is formed inside the skirt, so that a plurality of inner spaces of the skirt may be formed (FIG. 4C). According to the embodiment of the type shown in (a) and (b) of FIG. 4, not only the amount of water contained in the skirt increases, but also the area thereof expands to increase the force for attracting the floating body, thereby lowering the floating body. Can be further improved. In addition, as shown in (c) of FIG. 4, when the skirt is formed of a plurality of independent spaces, damage such as a hole occurs in one side wall of the skirt, and the corresponding internal space does not function properly. However, the remaining spaces can function as a skirt. In addition, in the configuration illustrated in FIG. 4C, the
또한, 도 5를 참조하면, 부유체의 상부에 형성되는 크라운의 폭이 위로 갈수록 넓어지는 형태(도 5의 (a))이거나, 또는 크라운의 바닥 중심에 정점을 갖고 크라운의 폭이 위로 갈수록 넓어지는 형태, 즉 크라운의 바닥부가 측벽과 동일하게 경사진 형태(도 5의 (b))로 구성될 수 있다. 특히, 도 5의 (b)에 도시된 실시예의 경우, 크라운의 위에서 본 형상이 사각형이면 크라운의 내부 공간은 역피라미드 형태의 오목부가 되고, 원형이면 역원추 형태의 오목부가 된다. 이러한 변형 실시예는, 부유체가 상하 운동 중에 기울어지는 경우에 유리할 수 있다. 즉, 부유체의 작동 중에 발생하는 경사를 고려하여 크라운의 측벽의 높이 및 기울기를 적절히 설정하면, 부유체가 하강하는 동안 경사질 때, 크라운에 수용된 물이 크라운의 상단부를 통하여 배수될 수 있다. 이 경우, 전술된 배수부(145)가 불필요할 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 다시 설명하고자 한다.In addition, referring to Figure 5, the width of the crown formed on the upper portion of the floating body is widened upward (Fig. 5 (a)), or has a vertex at the bottom center of the crown and the width of the crown is wider upward Losing form, ie, the bottom portion of the crown can be configured to be inclined form the same as the side wall (Fig. 5 (b)). In particular, in the embodiment shown in (b) of FIG. 5, if the top view of the crown is a quadrangle, the inner space of the crown is a concave portion of an inverse pyramid shape, and a circular concave portion of a crown. This variant embodiment may be advantageous when the float is tilted during up and down motion. In other words, if the height and inclination of the side wall of the crown are properly set in consideration of the inclination occurring during the operation of the float, when the float is inclined, the water contained in the crown can be drained through the upper end of the crown. In this case, the above-described
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 스커트 및 크라운의 형상은 각각 크라운 및 스커트에 적용시킬 수 있어 다양한 조합이 가능할 것이다. 또한, 크라운 및 스커트의 상측 및 하측에서 본 형상은, 도시된 실시예와 달리, 부력부와 동일ㅎ하지 않아도 무방하다.On the other hand, the shape of the skirt and the crown of the embodiment shown in Figures 4 and 5 can be applied to the crown and skirt, respectively, various combinations are possible. In addition, the shape seen from the upper side and the lower side of the crown and skirt, unlike the embodiment shown, may not be the same as the buoyancy portion.
다음은, 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 부유체(100)가 적용된 파력 발전 장치에 대하여 간략히 설명하고자 한다. 도 6에 도시된 파력 발전 장치는 본체가 방파제 또는 연안에 설치되는 육상 파력 발전 장치이다.Next, referring to FIG. 6, a brief description will be given of a wave power generation apparatus to which the floating
도 6을 참조하면, 파력 발전 장치(200)는 전술된 구성을 갖는 부유체(100), 방파제 또는 연안(300)에 설치된 발전 장치 본체(220), 및 상기 부유체(100)와 발전 장치 본체(220)를 연결하는 아암(240)을 포함한다. 아암(240)은, 일단에 전술된 구성의 부유체(100)가 고정되고 타단에는 발전 장치 본체(220)에 연결되어, 상기 부유체(100)의 상하 승강 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 발전 장치 본체(220)로 전달한다.Referring to FIG. 6, the
발전 장치 본체(220)에는 발전기와 연결되는 제1 회전축(222)과, 그 외부에 2개의 보조 회전축, 즉 제2 회전축(224) 및 제3 회전축(226)을 갖으며, 이들은 CR(contra rotation) 기어(특허출원번호 제 10-2008-0118486 호의 내용을 인용함)를 구성하며, 부유체(100)의 아암(240)의 타단은 제3 회전축(226)에 고정 연결된다. 부유체(100)가 하강함으로써 제3 회전축(226)을 시계 방향으로 회전시키면 래치트(ratchet)에 의해 힘을 받게 되는 제1 회전축(222)이 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제3 회전축(226)은 래치트에 의해 제2 회전축(224)에 전혀 힘을 전달하지 못한다. 또한, 부유체(100)가 상승함으로써 제3 회전축(226)을 반시계 방향으로 회전시키면 래치트에 의해 힘을 받게 되는 제2 회전축(224)이 동일한 방향으로 회전하게 되면서, 제3 회전축(226)은 래치트에 의해 제1 회전축(222)에 힘을 전달하지 못한다. 한편, 제2 회전축(224)은 제1 회전축(222)을 자신과 반대 방향으로 회전시키도록 내부적으로 연결되어 있으므로, 제2 회전축(224)의 반시계 방향 회전은 제1 회전축(222)을 시계방향으로 회전시킨다.The generator
결론적으로, 부유체(100)가 하강하여 축을 중심으로 하여 시계 방향으로 회전할 때 발전기축인 제1 회전축(222)을 시계 방향으로 회전시키게 되고 부유체(100)가 상승하여 반시계 방향으로 회전할 때도 발전기축인 제1 회전축(222)을 시계 방향으로 회전시키게 된다. 즉, 부유체(100)가 어느 방향으로 회전하든 상관없이 발전기축은 동일한 방향으로 회전하게 되어, 이러한 회전 운동에 의해 발전이 이루어질 수 있다.In conclusion, when the
발전을 위하여 부유체의 상하 승강 운동을 회전 운동으로 변환시키는 것과 관련하여, 특허출원번호 제 10-2008-1108486 호에 개시된 기술 이외 다른 공지된 기술들이 이용될 수도 있을 것이다.Regarding converting the up and down movement of the floating body into rotational movement for power generation, other known techniques other than those disclosed in Patent Application No. 10-2008-1108486 may be used.
다음은, 도 7을 참조하여, 도 6에 도시된 육상 파력 발전 장치에서 본 발명에 따른 부유체의 작동을 종래 기술에 따른 부유체와 비교하여 설명하고자 한다. 도 7에서, 좌측에는 종래 기술에 따른 부유체(10)의 작동이 나타나 있고, 우측에는 본 발명에 따른 부유체(100)의 작동이 나타나 있다.Next, with reference to FIG. 7, the operation of the floating body according to the present invention in the land wave power generating apparatus shown in FIG. 6 will be described in comparison with the floating body according to the prior art. In Fig. 7, the operation of the floating
도 7의 (a)에 도시된 상태를 중립인 상태로 설정한다. 우선, 본 발명에 따른 부유체(100)는, 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 종류의 배기부(165)를 이용하여 부유체(100)의 스커트 내부에서 공기를 제거하고 물이 채워지도록 한다. 이때, 체크 밸브 또는 도 3에 도시된 밸브를 배기부로서 사용하는 경우에는 별도의 작업이 요구되지 않는다. 즉, 파도에 의해 부유체(100)가 승강 운동을 하는 중에 스커트의 하부를 통하여 물이 유입되면서 상기 배기부를 통하여 스커트 내의 공기가 외부로 배기되어, 스커트 내에는 물이 채워지게 된다.A state shown in FIG. 7A is set to a neutral state. First, as described above, the floating
도 6에 도시된 파력 발전 장치는 본체가 방파제 또는 연안에 설치되기 때문에, 발전에 이용되는 파도의 특성은 파장은 짧고 파고는 높으며 쇄파가 발생하게 된다. 따라서, 위와 같은 중립 상태에서 파도가 치게 되면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 해수면이 상승하면서 부유체(10, 100)가 상승하게 된다. 이때, 부유체(10, 100)를 상승시키는 주된 힘은 부유체(10, 100)에 작용하는 부력이다. 앞서 설명한 바와 같이, 종래의 부유체(10)는 하강을 위하여 적절한 무게를 가져야 되는 반면 본 발명에 따른 부유체(100)는 하강 시 물의 작용을 받을 수 있기 때문에 무게를 가능한 가볍게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 부유체(100)는 동일한 (평면 상의) 크기에 대해 종래의 부유체(10)보다 가볍게 설계될 수 있다. 따라서, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 부유체(10, 100)가 상승할 때, 본 발명에 따른 부유체(100)는 종래의 부유체(10)보다 큰 상승력으로 상승할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 부유체(100)의 스커트에는 물이 채워져 있지만 하방으로 개방되어 있으므로 부유체(100)의 상승 시, 스커트 내에 채워진 물은 부유체의 상승에 영향을 주지 않는다.In the wave power generator shown in FIG. 6, since the main body is installed at a breakwater or a coast, the characteristics of waves used for power generation are short in wavelength, high in wave height, and breaking waves are generated. Therefore, when the wave hits in the neutral state as shown above, as shown in Figure 7 (b), the sea level rises while the floating body (10, 100) rises. At this time, the main force for raising the float (10, 100) is a buoyancy force acting on the float (10, 100). As described above, the conventional floating
파도가 물러나면서 해수면이 낮아지면, 종래 기술에 따른 부유체(10)는 부유체(10)의 무게에 의해, 해수면의 하강에 따라 함께 하강하게 된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 부유체(100)는 파도, 특히 쇄파에 의해 물이 부유체(100) 상부의 크라운 내에 물이 수용되어 있기 때문에, 부유체(100)의 무게와 크라운 내에 채워진 물의 무게로 인하여 부유체(100)가 하강하게 된다. 한편, 부유체(100)는 해수면이 하강할 때 그에 맞추어 함께 하강하기 때문에, 부유체(100)의 하강 시 부유체(100)의 스커트 내에 채워진 물의 상부면의 높이는 해수면보다 높은 것이 일반적이다. 이 경우, 스커트 내에 채워진 물은 그 무게만큼 부유체(100)를 아래로 당기게 된다. 따라서, 부유체(100)는 그 자체의 무게와 크라운 내에 채워진 물의 무게뿐만 아니라, 스커트 내에 채워진 물의 무게까지 더해져서 이들 무게에 의한 하중으로 하강하게 된다.When the sea level is lowered while the wave is receding, the floating
이러한 상태에서 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이 부유체(10, 200)가 최하점까지 하강하게 되면, 종래 기술에 따른 부유체(10)는 여전히 그의 자체 무게에 의해 하강하면서 해수면의 상승 시 부력에 의해 다시 상승할 준비를 한다. 본 발명의 경우, 크라운에 채워진 물은 부유체(100)가 기울어지면서 크라운의 상단부, 즉 측벽의 상단부를 통해서 그리고 전술된 배수부(도 2의 145)에 의해 모두 배수되어 부유체(100)의 상승을 방해하지 않는다. 전술된 바와 같이, 이러한 배수부(145)는 부유체(100)가 도 7의 (a)에서 (d)까지 작동하는 동안 크라운 내에 수용된 물이 모두 배수되도록 크기와 위치와 개수가 설계되는 것이 바람직하다.In this state, as shown in (d) of FIG. 7, when the
이와 같이 작동하는 본 발명에 따른 부유체(100)에서, 스커트는 상하 승강 시 스커트 내로 물이 유입되지 않도록 그 길이를 적절히 설계하여야 한다. 통상, 위와 같이 연안 파도를 이용하는 경우, 부유체(100)는 부력부의 가로/세로/높이를 각각 1m로 하고, 크라운 및 스커트의 높이를 각각 0.3m 및 1m로 하고 가로/세로를 모두 1m로 설계한다.In the floating
본 발명의 부유체를 파도의 진폭이 다소 큰 지역에서 이용할 때에는 스커트의 길이를 조금 길게 하고, 파도의 진폭이 다소 작은 지역에서 이용할 때에는 스커트의 길이를 조금 짧게 할 수 있다. 또한, 크라운의 높이를 설계할 때에도, 크라운의 높이가 너무 높으면 많은 물을 수용할 수 있어서 큰 하강력을 발휘할 수 있지만, 물을 용이하게 배출시킬 수 없어서 부유체의 상승 시에 상승력을 감소시킬 수 있다. 스커트의 높이는 쇄파로 인해 물이 유입되는 정도와 배수부의 배수 용량 등을 고려하여 설계되어야 한다.When the floating body of the present invention is used in an area where the wave amplitude is rather large, the length of the skirt is slightly longer, and when the floating body is used in an area where the wave amplitude is rather small, the length of the skirt can be slightly shortened. In addition, even when designing the height of the crown, if the height of the crown is too high can accommodate a large amount of water can exhibit a large descending force, but the water can not be easily discharged to reduce the lifting force when the float rises have. The height of the skirt should be designed in consideration of the degree of water inflow due to the breaking wave and the drainage capacity of the drain.
이와 같이, 본 발명에 따른 부유체는 종래의 부유체에 비하여 상승 운동 및 하강 운동이 보다 효율적이므로, 수평면 상의 치수를 감소시켜도 동일한 상승 및 하강 운동을 얻을 수 있다.As described above, the floating body according to the present invention is more efficient in the ascending and descending motion than in the conventional floating body, so that the same ascending and descending motion can be obtained even if the dimension on the horizontal plane is reduced.
도 6 및 도 7에 도시된 파력 발전 장치(200)에는 도 2에 도시된 부유체(100) 이외에 도 4 및 도 5에 도시된 부유체의 변형 실시예 및 이들의 조합에 의한 변형 실시예가 적용될 수 있다. 이 경우, 전술된 바와 같이 스커트 및 크라운은 그 형태에 따라 다양한 효과를 가져올 수 있다. 즉, 스커트의 폭을 넓게 하면 스커트 내에 수용된 물이 부유체를 끌어당기는 힘을 증가시켜서 부유체의 하강 운동을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 크라운의 폭을 넓게 하면 크라운의 높이를 낮게 하더라도 많은 양의 물을 수용할 수 있으므로, 물의 무게에 의해 부유체의 하강 운동을 더 향상시킬 수 있다. 더욱이, 크라운의 측벽에 경사를 형성하면 부유체가 하강하는 동안 경사질 때 크라운에 수용된 물이 크라운의 상부를 통하여 용이하게 배수될 수 있다. 특히, 물이 크라운의 상부를 통하여 배수되는 부분, 즉 도 7에 도시된 부유체에서는 우측 측벽은 좌측 측벽에 비하여 높이를 낮게 하거나 더 경사지게 형성함으로써 물의 배수를 용이하게 할 수 있다. 크라운의 좌우 측벽의 높이를 상이하게 하는 구성은 아래에서 더 설명하고자 한다.In addition to the floating
다음으로, 전술된 실시예에 따른 부유체(100)의 다른 변형예에 대해서 설명한다. 도 8a 및 도 8b는 각각 도 2에 도시된 부유체의 변형 실시예들의 개략적인 형상을 도시하는 사시도 및 수직단면도이다.Next, another modified example of the floating
먼저 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 부유체(101)는 크라운 및 스커트를 이루는 측벽의 높이가 상이하다는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 부유체(100)와 동일한 구성을 갖는다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 부유체(101)의 크라운(141) 및 스커트(161)는 상단면 및 하단면이 각각 경사지게 형성될 수 있다. 여기서, 아암(240)이 연결되는 부분은 부유체의 좌측에 있다.First, referring to FIGS. 8A and 8B, the floating
구체적으로, 부력부(120)의 상부에 형성되어 크라운(141)을 형성하는 (도시된 실시예의 경우) 4개의 측벽 중에서, 대향하는 2개의 측벽, 여기서는 측벽(141a, 141c)의 높이를 상이하게 하고, 나머지 2개의 측벽(141b, 141d)은 측벽(141a, 141c) 높이에 대응하여 그 상단이 경사지게 형성된다. 이와 같은 크라운(141)의 상단의 경사도는 본 발명의 부유체가 적용되는 파력 발전 장치의 작동과 관련하여 결정된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 특히 도 7의 (b) 및 (c)의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 부유체(101)가 최고 상승 위치에서 경사져 있을 때, 크라운(141)의 상단이 수평이 되도록, 크라운(141)의 상단의 경사도를 설정하는 것이 바람직하다. 이는, 도 7의 (b) 및 (c)의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 부유체(101)가 경사진 상태에서 크라운(141)의 (도면의) 우측 측벽의 높이가 좌측 측벽의 높이와 같기만 하면 물을 수용하는 데 지장이 없으며, 측벽이 낮은 만큼 파도에 의해 크라운 내에 물이 쉽게 유입될 수 있기 때문이다. 더욱이, 크라운 내의 물이 넘쳐 흘러나갈 때 측벽이 낮으면 더 유리할 수 있다. 또한, 크라운의 측벽이 낮으면, 낮은 만큼 부유체의 무게도 그 만큼 가벼워진다.Specifically, out of four sidewalls (in the illustrated embodiment) that are formed on top of the
한편, 부력부(120)의 하부에 형성된 스커트(161)의 경우에도, 상기 크라운(141)과 유사한 방식으로 구성된다. 다만, 크라운(141)의 측벽(141a, 141c) 중에서 높이가 높은 측벽(141a) 아래에 위치된 스커트(161)의 측벽(161a)이 짧게 설정되도록 스커트(161)의 하단에 기울기를 주는 것이 바람직하다. 이는, 상기한 크라운(141)과 유사하게, 도 7의 (b) 및 (c)의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 부유체(101)가 최고 위치로 경사질 때 스커트(161)의 하단이 수평이 되도록, 스커트(161)의 하단이 경사지도록 하기 위한 것이다. 이는 부유체의 상하 승강 운동 시 스커트(161)의 하부가 물 밖으로 노출되어 스커트 내의 물이 외부로 유출되지 않도록 스커트의 길이가 설정되기 때문에, 도 7의 (b) 및 (c)의 우측 도면에 도시된 바와 같이, 스커트(161)의 (도면의) 좌측 측벽의 높이가 우측 측벽의 높이와 같기만 하면 스커트(161)의 하부가 물 밖으로 노출되지는 않을 것이다.On the other hand, the
전술된 바와 같이, 크라운(141) 및 스커트(161)의 상단 및 하단에 경사를 부여하는 것과 조합하여, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 이들의 측벽의 경사 및 폭, 바닥면 등을 변형시켜 또 다른 실시예를 구현할 수도 있다.As described above, in combination with imparting incline to the top and bottom of the
예를 들어, 도 9a에 도시된 부유체(102)는 크라운(142)의 일 측부의 측벽을 제거하는 대신 바닥부를 경사진 상태로 연장시킨 크라운(142)을 형성할 수 있다. 즉, 크라운(142)의 일 측벽(142a)에 대향하는 부분의 측벽을 제거하는 대신 크라운(142)의 바닥부(142e)를 일정 각도로 경사진 상태로 연장시킨다. 상기 바닥부(142e)는 연장된 부분이 상기 일 측벽(142a)에 대향하는 측벽의 역할을 하게 되고, 측벽(142a)에 인접한 부분에서 깊이가 깊도록 형성된다. 이때, 측벽(142a)도 일정 각도로 경사지게 형성되어 있으나, 수직으로 형성될 수도 있다. 측벽(142a)의 상단부는 바닥부(142e)의 연장된 부분의 말단부보다 높이를 높게 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 바닥부(142e)의 경사는, 부유체(102)가 하강된 위치에 경사져 있을 때, 바닥부(142e)의 기단부(측벽(142a)에 인접한 부분)가 말단부보다 낮게 위치되면 크라운(142) 내에 수용된 물은 용이하게 배수될 수 있다. 도시된 실시예에서, 측벽(142a)과 바닥부(142e)를 연결하여 크라운의 내부 공간을 형성하기 위한 다른 측벽이 존재한다는 것은 설명이 없어도 이해할 것이라 생각한다.For example, instead of removing sidewalls of one side of the
도 9a에 도시된 부유체(102)의 상승된 위치(a) 및 하강된 위치(b)를 도시하는 도 9b를 참조하면, 부유체(102)의 상승된 위치(a)에서 스커트 내에 수용된 물은 부유체(102)의 하강된 위치(b)에서 용이하게 배수될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예의 경우 별도의 배수부(145)가 불필요할 수 있다.Referring to FIG. 9B, which shows the raised position (a) and the lowered position (b) of the
또 다른 변형 실시예로서, 도 10a에 도시된 부유체(103)는 높이가 서로 상이한 대향하는 측벽(143a, 143c)과 경사진 바닥부(143e)와 이들을 연결하는 다른 측벽들(도시되지 않음)을 포함한다. 측벽(143a)은 측벽(143c)보다 높이를 높게 형성하고, 바닥부(143e)는 측벽(143a)과 인접한 부분에서 깊이가 깊도록 형성한다. 이때, 측벽(143a)은 도 9a에 도시된 실시예와 같이 경사지게 형성될 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 측벽(143a)과 대향하는 측벽(143c)은 부유체(103)와 별도로 형성되고 상단부가 (도시되지 않은) 다른 측벽들에 힌지(148)로 연결되어, 크라운(143)에 의해 형성되는 공간의 측부를 개폐하도록 회전 가능하게 설치된다. 도면에서, 폐쇄 위치는 실선으로 도시되어 있고, 개방 위치는 점선으로 도시되어 있다. 이때, 측벽(143c)이 크라운(143)의 내측으로 회전되지 못하도록 제한되어 있다. 상기 측벽(143c)은 자체 무게만으로도 폐쇄된 상태로 유지될 수 있으나, 측벽(143c)이 폐쇄 위치에 있도록, 예를 들어, 힌지 연결부 등에 스프링을 설치할 수도 있다.As a further alternative embodiment, the floating
이와 같이 구성된 부유체(103)의 크라운(143) 내에 물이 채워지고 상승해 있는 경우, 즉 도 10b의 (a)에 도시된 바와 같은 경우, 측벽(143c)은 가능하면 폐쇄 위치에 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 이때, 크라운(143) 내에 수용된 물 중에서 측벽(143c)의 하단부 이상의 (도면에서 선 A-A 이상의) 물은 측벽(143c)을 개방시키는 힘으로 작용하지만, 측벽(143c)의 무게와 선택적으로 설치된 스프링에 의해 측벽(143c)은 폐쇄 위치를 유지할 수 있다. 여기서, 부유체(103)가 하강하게 되면 (도 10b의 (b)와 같이 부유체의 우측이 아래로 기울어지면), 크라운(143) 내에 수용된 물이 측벽(143c)을 더 밀게 되고 측벽(143c)의 자체 무게는 개방하려는 힘으로 바뀌어, 측벽(143c)은 스프링의 탄성력을 초과하여 개방되면서 크라운(143) 내에 수용된 물이 배출된다. 측벽(143c)의 무게와 설치되는 스프링은 측벽(143c)이 이와 같이 작동되도록 설정하는 것이 바람직하다.When water is filled and raised in the
이때, 상기 측벽(143c)은 크라운의 일 측면 전체일 수도 있으나, 측벽(143c)의 일부가 개방되도록 구성될 수 있다. 이는 부유체(103)가 상승 후 하강될 때까지 크라운(143) 내에 수용된 물이 모두 배수되도록 설계하면 된다. 또한, 크라운(143) 내에 수용된 물 중에서 측벽(143c)의 하단부 이하의 (도면에서 선 A-A 이하의) 물의 양이 더 많아지도록, 바닥부(143e)를 더 경사지게 하거나 바닥부(143e)를 연장하여 측벽(143a)이 부력부(120)보다 외측에 있도록 하거나 측벽(143a)의 상단이 하단보다 크라운의 내측에 위치되도록 경사지게 설계하면, 스프링이 없이도 전술된 바와 같이 측벽(143c)이 개폐될 수 있다.In this case, the side wall 143c may be an entirety of one side of the crown, but may be configured to open a portion of the side wall 143c. This may be designed so that all the water contained in the
지금까지 설명된 부유체(100, 101, 102, 103) 및 그의 다른 변형 실시예들은 부력부의 상부 및 하부에 크라운 및 스커트가 각각 형성되어 있는 형태로, 이는 본체가 방파제 또는 연안에 설치되는 육상 파력 발전 장치에 적용되는 것이 바람직하다. 이는 연안 파도의 경우 쇄파가 일어나기 때문에, 부유체의 상부에 크라운을 형성하여 물을 수용함으로써 부유체의 하강 운동을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 크라운이 없이 스커트만으로, 또는 스커트가 없이 크라운만으로도 본 발명의 부유체는 종래 기술에 따른 기존의 부유체에 비하여 높은 효율을 가질 수 있다.The
도 6에서 본체가 방파제 또는 연안에 설치되는 육상 파력 발전 장치에 본 발명의 부유체가 적용된 것을 설명하였으나, 본 발명의 부유체가 적용되는 파력 발전 장치가 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 원근해의 해상 또는 해중에 설치되는 파력 발전 장치에도 본 발명의 부유체가 적용될 수 있다. 이와 같이 원근해의 해상 또는 해중에 설치되어 원근해 파도를 이용하는 경우, 원근해 파도는 연안 파도와 달리 수평 운동은 미미하고 쇄파도 거의 없기 때문에, 파도에 의해 크라운 내로 물이 유입될 경우가 거의 없다. 따라서, 파력 발전 장치가 원근해의 해상 또는 해중에 설치되는 경우에는, 크라운이 없이 부력부의 하부에 스커트만 형성되어 있는 부유체가 사용되는 것이 바람직하다.In FIG. 6, the floating body of the present invention is applied to a land wave power generation apparatus in which a main body is installed in a breakwater or a coast, but the wave power generation apparatus to which the floating body of the present invention is applied is not limited thereto. That is, the floating body of this invention can be applied also to the wave power generating apparatus installed in the sea or near sea of a near sea. In the case of using near-shore waves in the sea or near the sea as described above, the near-shore waves have little horizontal movement and little breaking waves, unlike the coastal waves, so that water rarely flows into the crown by the waves. . Therefore, in the case where the wave power generator is installed in the sea or near the sea, it is preferable to use a floating body having only a skirt formed below the buoyancy portion without a crown.
또한, 이상의 실시예에서, 아암(240)의 일단이 부유체에 고정적으로 연결된 것으로 가정하고 설명하였으나, 아암(240)의 일단이 부유체에, 예를 들어 베어링 등을 이용해서, 회전가능하게 연결될 수도 있을 것이다.In addition, in the above embodiment, it was assumed that one end of the
도 11은 원근해 해상에 떠 있는 바지선 등의 선박 위에 설치된 파력 발전 장치를 도시한다. 해상이라 함은 수심이 깊은 바다 가운데를 말하는 것으로, 바지선을 이용하여 발전에 필요한 시설물을 설치하는 경우이다. 수심이 깊은 경우 육지에 대한 고정 구조물을 건축할 수 없기 때문이다. 여기서, 바지선은 파도에 따라 그대로 상하 이동을 하게 된다. 한편, 바지선은 밧줄과 닻을 이용하여 해저에 어느 정도 고정될 수 있다. 또한, 본 발명의 파력 발전 장치는 바지선 이외의 일반 선박에 설치될 수도 있음은 물론이다.Fig. 11 shows a wave power generation apparatus installed on a ship such as a barge floating on the near sea. The sea is the deep sea, where barges are used to install the facilities needed for power generation. If the depth is deep, it is not possible to build a fixed structure for land. Here, the barge is moved up and down as the wave. Barges, on the other hand, can be fixed to the seabed to some extent using ropes and anchors. In addition, the wave power generation device of the present invention may be installed in a general ship other than the barge.
도 11에 도시된 해상 파력 발전 장치(201)는 부력부와 스커트로 이루어진 부유체(104), 해상에 떠 있는 바지선(301) 상에 설치된 발전 장치 본체(220), 및 상기 부유체(104)와 발전 장치 본체(220)를 연결하는 아암(240)을 포함한다.The marine
도 11에서는 바지선(301)의 좌우에 부유체(104)가 각각 하나씩 배치되도록 구성하고 있는 하나의 유니트를 도시하고 있다. 하나의 유니트를 볼 때 중심선을 기준으로 부유체가 하나씩 반대쪽에 위치하고 있다. 이와 같은 배치는 파도 에너지의 추출 면적을 넓게 하기 위함이다. 또한, 대향하는 2개의 부유체가 하나의 쌍을 이루고 있다. 이러한 유니트는 길게 형성된 바지선 상에 복수 개의 유니트가 일렬로 배열될 수 있다.In FIG. 11, one unit is configured such that the floating
부유체(104)는 상부에 크라운이 없이 부력부와 스커트로만 이루어져 있다. 부유체(104)는 부력부 및 스커트의 가로/세로/높이를 각각 1m로 설계한다.Floating
아암(240)은 도 6에 도시된 아암과 전체적으로 동일하나, 그 길이는 바지선(301)이 위치하는 지역의 평균적인 파도의 파장을 고려해서 결정되며, 아암의 길이를 평균 파장의 반으로 하는 것이 바람직할 것이다.The
발전 장치 본체(220)는 도 6에 도시된 바와 동일하기 때문에 그에 대한 설명은 생략한다. 또한, 앞에서 설명된 크라운 및 스커트를 갖는 부유체(100, 101, 102, 103)의 작동에서 스커트의 작용만을 고려한다면 (크라운과 스커트의 작용은 각각 독립적이기 때문에) 이는 크라운이 없는 본 실시예의 부유체(104)의 작동과 동일하기 때문에 그에 대한 설명도 생략한다.Since the generator
도 11에 도시된 바지선과 같은 해상에 떠있는 구조물 이외에, 원근해의 해중 지면에 고정된 구조물 상에 본 발명의 파력 발전 장치를 설치할 수 있다. 예를 들어, 지면에 고정되어 있는 기둥을 해중에 다수 개 세우고 그 위에 샤시를 설치한 후, 상기 샤시 상에 파력 발전 장치를 설치할 수 있다. 또한, 방파제와 같은 대형 구조물을 해중에 건설하고 이 구조물에서 진동 수주를 확보하고, 진동 수주 내에 본 발명에 따른 부체를 설치하여 이의 상하 운동을 발전에 이용할 수도 있다.In addition to the structure floating on the sea, such as the barge shown in Figure 11, it is possible to install the wave power generating apparatus of the present invention on a structure fixed to the sea surface of the near sea. For example, a plurality of pillars fixed to the ground can be erected in the sea and a chassis can be installed thereon, and then a wave power generator can be installed on the chassis. In addition, it is also possible to build a large structure such as a breakwater in the sea and to secure the vibration order in the structure, and to install the floating body according to the present invention within the vibration order to use the vertical movement thereof.
본 발명의 몇몇 실시예들에 대해 예시적으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 앞서 설명된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 더 잘 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 권리 범위는 이러한 실시예들에 의해 한정되지 않으며, 아래 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
While some embodiments of the present invention have been described by way of example, those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features thereof. Therefore, the embodiments described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention but merely for better understanding. The scope of the present invention is not limited by these embodiments, and should be interpreted by the following claims, and the technical spirit within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100, 101, 102, 103, 104: 부유체 120: 부력부
140, 141, 142, 143: 크라운 145: 배수부
160, 161: 스커트 165: 배기부
200, 201: 파력 발전 장치 220: 발전 장치 본체
240: 아암100, 101, 102, 103, 104: floating body 120: buoyancy part
140, 141, 142, 143: crown 145: drain
160, 161: skirt 165: exhaust
200, 201: wave power generator 220: power generator main body
240: arm
Claims (15)
상기 액체에 비하여 비중이 작아 상기 부유체를 상승시키기 위한 부력을 제공하는 부력부; 및
상기 부력부의 하단에 마련되고, 그 하방이 개방되어 그 내부에 액체가 유입되고 유입된 액체를 그 내부에 수용하여 액체의 자중에 의해 상기 부유체를 하강시키는 스커트를 포함하고,
상기 스커트에는 상기 스커트 내부의 공기를 외부로 배기하여 상기 스커트 내부를 액체로 채우기 위한 배기부가 구비되는
부유체.
In a float which can float on a liquid by buoyancy,
A buoyancy portion having a specific gravity smaller than that of the liquid to provide a buoyancy force for raising the floating body; And
A skirt provided at a lower end of the buoyancy part, the lower side of which is opened to receive liquid therein and receive the introduced liquid therein to lower the floating body by the weight of the liquid;
The skirt is provided with an exhaust portion for exhausting the air inside the skirt to the outside to fill the inside of the skirt with a liquid
Float.
상기 배기부는 체크 밸브를 포함하는
부유체.
The method according to claim 1,
The exhaust portion includes a check valve
Float.
상기 배기부는 상기 스커트 내부의 공기의 배출은 허용하고 상기 스커트 내부의 액체의 배출은 저지하는 밸브를 포함하고,
상기 밸브는 상기 스커트의 내부와 연통하는 유로를 형성하는 중공의 밸브 몸체와, 상기 밸브 몸체 내에 회전가능 연결되고 그 일단이 탄성체에 의해서 지지되어 상기 유로를 일부 개방하도록 위치되는 제 1 밸브판과, 상기 제 1 밸브판보다 상기 스커트의 내부에서 외측으로 상기 밸브 몸체에 회전 가능하게 연결되고 자중에 의해서 상기 유로를 폐쇄하는
부유체.
The method according to claim 1,
The exhaust portion includes a valve that permits the discharge of the air inside the skirt and prevents the discharge of the liquid inside the skirt,
The valve includes a hollow valve body for forming a flow path in communication with the interior of the skirt, a first valve plate rotatably connected in the valve body and one end of which is supported by an elastic body and positioned to partially open the flow path; It is rotatably connected to the valve body from the inside of the skirt to the outside than the first valve plate and closes the flow path by its own weight
Float.
상기 스커트는 부력부보다 적어도 일 방향 폭이 넓은
부유체.
The method according to claim 1,
The skirt is at least one wider than the buoyancy portion
Float.
상기 스커트는 하단부로 내려갈수록 적어도 일 단면에 있어서 단면 폭이 넓어지는
부유체.
The method according to claim 1,
As the skirt is lowered to the lower end, the cross-sectional width becomes wider in at least one cross section.
Float.
상기 스커트가 상기 부력부의 하단에 복수 개 마련되거나, 또는 하나의 스커트 내부에 격벽이 마련되어 복수 개로 분할되어, 각각의 내부가 서로 격리된
부유체.
The method according to claim 1,
A plurality of skirts are provided at a lower end of the buoyancy portion, or partitions are provided in a single skirt and divided into a plurality, so that the respective interiors are separated from each other.
Float.
상기 스커트의 하단면이 경사지게 형성된
부유체.
The method according to claim 1,
The bottom surface of the skirt is formed to be inclined
Float.
상기 부력부의 상부에 상향으로 개방된 상부 공간을 형성하는 크라운을 더 포함하는
부유체.
The method according to any one of claims 1 and 3 to 8,
Further comprising a crown forming an upper space upwardly open above the buoyancy portion.
Float.
상기 크라운에는 크라운 내부에 수용되는 액체를 배수하기 위한 배수부가 마련된
부유체.
The method of claim 9,
The crown is provided with a drain for draining the liquid contained in the crown
Float.
상기 크라운은 상기 상부 공간을 둘러싸는 측벽으로 형성되고, 상기 측벽의 상단부는 일 방향으로 경사지게 형성된
부유체.
The method of claim 9,
The crown is formed of a side wall surrounding the upper space, the upper end of the side wall is formed to be inclined in one direction
Float.
상기 크라운의 바닥면에 경사부가 형성된
부유체.
The method of claim 9,
An inclined portion is formed on the bottom surface of the crown
Float.
상기 크라운은 상기 상부 공간을 둘러싸는 측벽으로 형성되고, 상기 측벽의 일부는 크라운과 별도로 형성되어 상기 측벽의 상단부가 상기 크라운의 상단부에 회전 가능하게 연결되어, 상기 측벽의 일부는 상기 상부 공간의 측면을 폐쇄하는 위치로부터 상기 상부 공간의 외부로 회전하여 상기 상부 공간의 측면을 개방할 수 있는 위치로 회전가능한
부유체.
The method of claim 9,
The crown is formed of a side wall surrounding the upper space, a portion of the side wall is formed separately from the crown so that the upper end of the side wall is rotatably connected to the upper end of the crown, a portion of the side wall is a side of the upper space Rotatable to a position capable of opening the side of the upper space by rotating outward from the position of closing the upper space
Float.
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KR20170032844A (en) | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 조종해 | Wave power engine, generator and waterborne transportation using the engine |
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