KR101416962B1

KR101416962B1 - 파력을 이용한 발전장치

Info

Publication number: KR101416962B1
Application number: KR1020130150575A
Authority: KR
Inventors: 최남규; 최주영
Original assignee: 최주영; 최남규
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-07-08

Abstract

본 발명의 파력을 이용한 발전장치는, 파도가 칠 때 파력에 의해 부력체(50)가 해안으로 밀려나가면서 래칫래크(40)를 전진시킴과 동시에 래칫휠(30)을 회전시켜 발전기(80)를 가동시키고, 파력이 상쇄될 때 탄발부재(70)의 견인력에 의해 래칫래크(40)가 본래 위치로 후진되면서 부력체(50)가 복귀되도록 주기적인 전진과 후진을 반복함으로써 래칫휠(30)을 회전시켜 발전기(80)를 가동시키는 친환경 방식의 구조이기 때문에 안정적이고 지속적으로 전기 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 소규모이므로 연안 해저까지 용이하게 운반 및 설치할 수 있고, 유지보수 및 관리비용을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

파력을 이용한 발전장치{GENERATOR OF USING WAVE POWER}

본 발명은 연안에 설치되는 파력을 이용한 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연안에 주기적으로 발생되는 파력 에너지를 이용하여 발전기를 가동시켜 전기를 생산할 수 있는 파력을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유용하게 사용할 수 있는 전기 에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력 발전기의 날개를 회전시키고, 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 풍력 발전기는 풍속이 세고 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에, 바람의 세기와 풍차의 크기가 클수록 그 발전량이 많다.

현재 사용하고 있는 석탄, 석유 등 화석연료는 재생 불가능한 에너지원으로 점차 고갈되고 있으며, 화석연료의 사용으로 인한 환경오염이 문제시되고 있다. 최근 이러한 문제들에 대한 대체 에너지원으로 무공해 풍력발전이 더욱 각광받고 있다.

육상 풍력 발전의 발달로 인하여 풍력 터빈이 대형화되었는데 이로 인해 부지가 넉넉하지 않은 국내에서는 설치 장소의 한계가 드러나게 되었다. 육상의 풍력 발전기 설비는 설치비가 비싸므로 풍력을 효과적으로 사용하기 위해 설비 간의 넓은 이격 거리가 필요하다. 부지의 구입이나 임대비용이 많이 드는 국내에서는 육상 풍력 발전기 설비 시 필요한 이격 거리를 확보하는데 어려움이 많이 따르고 있다. 또한 바람이 많이 부는 지역은 한정적이고 제한되어있다. 더욱이 국내에서 바람이 많이 부는 지역은 주로 산간 오지의 산마루 지점이기 때문에 기초 공사가 어려울 뿐 아니라 평지에서부터 산간 오지까지 설치하는데 필요한 도구의 수송이 어렵다. 산간지역은 고도가 높고 경사가 가파르기 때문에 설치과정 역시 복잡하고 어렵다.

이에 비해 해상 풍력 발전기의 경우, 부지 확보의 한계성이 없기 때문에 바다 위의 대규모 풍력 발전 단지의 조성이 가능하다. 또한 해상은 풍속이 빠른 바람이 주기적으로 불어올 뿐 아니라 해상에는 높은 빌딩이나 산맥 등의 장애물이 없기 때문에 바람의 난류, 높이, 방향에 따른 풍속의 변화가 적다. 이러한 이유 때문에 유사 조건의 육상 풍력발전에 비해 상대적으로 낮은 피로하중으로 약 1.5~2배의 높은 발전량을 유지할 수 있다.

하지만, 풍력 발전을 풍질이 좋은 먼 바다에 세우는데 있어서 여러 문제점들이 발생한다. 기상변화로 인한 강한 풍량과 거친 파도가 발생시에는 부력이 좁은 기둥 형상의 부유 구조물이 심하게 흔들려 풍력 발전기의 자재들이 손상되는 문제점이 있다. 풍력 발전기의 기둥에 방사형으로 연결 배치된 프레임 부재들과 상기 프레임에 부력 부재를 결합한 부유 구조물이 해상에 설치되어 발전기를 가동하였으나 거친 파도에 의한 부력부의 이탈 및 파손과 해상에서 풍력 발전기를 유지 관리에 있어 여러 문제점들이 발생한다. 부력부의 부분 이탈로 부유 구조물이 중심을 잡지 못 하거나 관리자가 이동 및 작업하는 공간이 협소하여 바다에 빠지는 사고가 발생한다.

본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 안정적이고 지속적으로 전기 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 연안 해저까지 용이하게 운반 및 설치할 수 있고, 유지보수 및 관리비용을 최소화시킬 수 있는 파력을 이용한 발전장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파력을 이용한 발전장치는, 연안 해저 지반에 모노파일식 다수의 앵커에 의해 고정되고 해수면 위에 지지되는 지지판과, 상기 지지판의 상면 중앙에 돌출된 지지축에 끼워져 일방향으로 회전되도록 수평으로 지지되는 래칫휠과, 상기 래칫휠의 좌우측에 각각 기어맞춤되는 다수의 래칫래크와, 상기 다수의 래칫래크의 일측 끝단에 각각 연결되고 파력에 의해 해안으로 밀려나가면서 래칫래크를 잡아당겨 래칫휠을 일방향으로 빠르게 회전시키는 다수의 부력체와, 상기 지지판의 상면 좌우측에 지지되어 다수의 래칫래크와 래칫휠의 접촉 간격 및 높이를 조절하면서 래칫래크의 전진 및 후진 이동방향을 제어하도록 각각 안내하는 다수의 안내블록과, 상기 지지판의 일측에 각각 설치되어 상기 다수의 부력체에 가해진 파력이 해지될 때 래칫래크가 후진되도록 각각 견인하는 탄발부재와, 상기 다수의 안내블록의 상면을 연결하는 지지판을 매개로 지지되고 상기 래칫휠의 상부에 형성된 축홀에 끼워져 래칫휠의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생산하도록 하부에 회전축이 설치된 발전기와, 상기 발전기로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 축전기로 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

다른 실시예로서, 본 발명의 래칫휠의 둘레측 기어면은 지지판의 상면에 일측에 설치된 스토퍼에 접촉되어 일방향으로만 회전되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 래칫래크는 그 일측 끝단이 상기 부력체와 와이어를 매개로 연결되고, 그 타측 끝단이 상기 탄발부재와 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 부력체는 그 전방측이 해안을 향해 전진될 때 마찰력을 감소하도록 중앙이 볼록하게 만곡 형성되고, 그 후방에는 파도가 해안으로 밀려올 때 파도물이 수용되어 마찰력을 증가시키도록 중앙이 오목하게 만곡 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 안내블록은 상기 래칫휠의 기어면 좌우측에 대하여 일정깊이로 각각 끼워지도록 디긋(ㄷ)자 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 탄발부재는 파력보다 약한 인장력을 가진 코일 스프링 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 다수의 탄발부재는 그 일측 끝단이 상기 래칫래크의 타측 끝단과 연결되고, 그 타측 끝단이 상기 지지판의 상면 일측에 일정 거리를 두고 각각 고정된 지지봉에 각각 고정되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파력을 이용한 발전장치는 연안에 주기적으로 발생되는 파력 에너지를 이용하여 파력발전을 가동시킬 수 있는 친환경 방식의 구조이기 때문에 안정적이고 지속적으로 전기 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 소규모이므로 연안 해저까지 용이하게 운반 및 설치할 수 있고, 유지보수 및 관리비용을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치를 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치를 도시한 결합 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치의 전진작동시 상태를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 파력을 이용한 발전장치의 후진작동시 상태를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 파력을 이용한 발전장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 연안 해저 지반에 모노파일식 다수의 앵커(10)에 의해 고정되고 해수면 위에 지지되는 지지판(20)과, 상기 지지판(20)의 상면 중앙에 일방향으로 회전되도록 수평으로 지지되는 래칫휠(30)과, 상기 래칫휠(30)의 좌우측에 각각 기어맞춤되는 다수의 래칫래크(40)와, 상기 다수의 래칫래크(40)의 일측 끝단에 각각 연결되고 파력에 의해 해안으로 밀려나가면서 래칫래크(40)를 잡아당겨 래칫휠(30)을 일방향으로 빠르게 회전시키는 다수의 부력체(50)와, 상기 지지판(20)의 상면 좌우측에 지지되어 다수의 래칫래크(40)와 래칫휠(30)의 접촉 간격 및 높이를 조절하면서 래칫래크(40)의 전진 및 후진 이동방향을 제어하도록 각각 안내하는 다수의 안내블록(60)과, 상기 지지판(20)의 일측에 각각 설치되어 상기 다수의 부력체(50)에 가해진 파력이 해지될 때 래칫래크(40)가 후진되도록 각각 견인하는 탄발부재(70)와, 상기 다수의 안내블록(60)의 상면을 연결하는 지지판(62)을 매개로 지지되고 상기 래칫휠(30)과 연결되어 래칫휠(30)의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생산하는 발전기(80)와, 상기 발전기(80)로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 축전기(90)로 구성되어 있다.

즉, 상기 지지판(20)은 내부가 빈 사각 육면체의 부력부재로서, 그 하면 코너부분과 상기 다수의 앵커(10)의 상단 사이에는 파고에 따라 지지판(20)의 높낮이가 자동 조절되도록 높낮이조절부(12)가 각각 설치되어 있다.

상기 래칫휠(30)은 그 하부가 상기 지지판(20)의 무게 중심에 대하여 상부로 돌출된 지지축(22)에 지지되고, 그 상부의 축홀(32)은 상기 발전기(80)의 회전축(82)에 끼워지며, 그 둘레측 기어면(34)은 지지판(20)의 상면에 일측에 설치된 스토퍼(36)에 접촉되어 일방향으로만 회전되도록 구성되어 있다.

이때, 상기 래칫휠(30)의 축홀(32)과 발전기(80)의 회전축(82)은 여러개의 기어로 구성된 별도의 가속장치를 매개로 결합되어 발전기(80)의 회전축(82)이 빠르게 회전되도록 구성할 수도 있다.

상기 다수의 래칫래크(40)는 그 일측에 기어면이 형성되고 기어면으로 굴곡되는 바(BAR) 형태로서, 그 일측 끝단은 상기 부력체(50)와 와이어(52)를 매개로 연결되고, 그 타측 끝단은 상기 탄발부재(70)와 연결되도록 구성되어 있다.

상기 다수의 부력체(50)는 그 전방측이 해안을 향해 전진될 때 마찰력을 감소하도록 중앙이 볼록하게 만곡 형성되고, 그 후방에는 파도가 해안으로 밀려올 때 파도물이 수용되어 마찰력을 증가시키도록 중앙이 오목하게 만곡 형성되어 있다.

상기 다수의 안내블록(60)은 상기 래칫휠(30)의 기어면(34) 좌우측에 대하여 일정깊이로 각각 끼워지도록 디긋(ㄷ)자 형상으로 형성되어 있다.

상기 다수의 탄발부재(70)는 파력보다 약한 인장력을 가진 코일 스프링 형상으로 이루어진 것으로서, 그 일측 끝단은 상기 래칫래크(40)의 타측 끝단과 연결되고, 그 타측 끝단은 상기 지지판(20)의 상면 일측에 일정 거리를 두고 각각 고정된 지지봉(24)에 각각 고정되도록 구성되어 있다.

다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 파력을 이용한 발전장치에 대한 작용 및 효과를 설명한다.

본 발명의 도 2과 같이 구성된 발전장치를 수심이 낮은 연안에 설치하여 파력 에너지를 이용하여 발전기(80)를 가동시켜 전기를 생산할 수 있는 것이다.

즉, 해상에서 파도가 치면, 도 3과 같이 파력에 의해 다수의 부력체(50)는 해안으로 밀려가면서 와이어(52)를 매개로 연결된 래칫래크(40)를 잡아당기게 되고, 이 래칫래크(40)는 안내블록(60)의 안내를 받아 전방으로 직진하면서 기어맞춤된 래칫휠(30)을 빠르게 회전시키게 되며, 이 래칫휠(30)은 회전되면서 그 상면 중앙측 축홀(32)과 결합된 회전축(82)을 통해 발전기(80)에 회전력을 전달함으로써 전기 에너지를 생산하게 된다.

한편, 해안으로 밀려왔던 파도가 밀려나가면, 도 4와 같이 지지판(20)의 일측 지지봉(24)에 고정된 탄발부재(70)의 인장력(견인력)에 의해 래칫래크(40)를 잡아당기게 되고, 이 래칫래크(40)는 안내블록(60)의 안내를 받아 래칫휠(30)의 기어면(34)로부터 기어맞춤이 어긋나는 방향으로 미끄러지면서 본래 위치인 후방으로 되돌아가게 된다.

이때, 래칫래크(40)가 본래 위치로 후진될 때 래칫휠(30)은 그 기어면(34)의 일측과 접촉된 스토퍼(36)에 의해 회전되지 않고 정지된다.

또, 래칫래크(40)가 본래 위치로 후진될 때 래칫래크(40)에 연결된 와이어(52)는 부력체(50)를 잡아당겨 본래 위치로 복귀시킨다.

이와 같이 부력체(50)는 파도가 칠 때 파력에 의해 해안으로 밀려나가면서 와이어(52)를 매개로 래칫래크(40)를 전진시킴과 동시에 래칫휠(30)을 회전시켜 발전기(80)를 가동시키고, 파력이 상쇄될 때 탄발부재(70)의 견인력에 의해 래칫래크(40)가 본래 위치로 후진되면서 부력체(50)가 복귀되도록 주기적인 전진과 후진을 반복함으로써 래칫휠(30)을 회전시켜 발전기(80)를 가동시키게 된다.

그리고 축전기(90)는 발전기(80)로부터 생산되는 전기 에너지를 저장하였다가 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 한전 발전소 또는 수용가로 공급할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명의 발전장치는 해안으로 주기적으로 발생되는 파력을 이용하여 파력발전을 가동시킬 수 있는 친환경 방식의 구조이기 때문에 안정적이고 지속적으로 전기 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 소규모이므로 연안 해저까지 용이하게 운반 및 설치할 수 있고, 유지보수 및 관리비용을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 앵커 12 : 높낮이조절부
20 : 지지판 22 : 지지축
24 : 지지봉 30 : 래칫휠
32 : 축홀 34 : 기어면
36 : 스토퍼 40 : 래칫래크
50 : 부력체 52 : 와이어
60 : 안내블록 62 : 지지판
70 : 탄발부재 80 : 발전기
82 : 회전축 90 : 축전기

Claims

연안 해저 지반에 모노파일식 다수의 앵커(10)에 의해 고정되고 해수면 위에 지지되는 지지판(20)과, 상기 지지판(20)의 상면 중앙에 돌출된 지지축(22)에 끼워져 일방향으로 회전되도록 수평으로 지지되는 래칫휠(30)과, 상기 래칫휠(30)의 좌우측에 각각 기어맞춤되는 다수의 래칫래크(40)와, 상기 다수의 래칫래크(40)의 일측 끝단에 각각 연결되고 파력에 의해 해안으로 밀려나가면서 래칫래크(40)를 잡아당겨 래칫휠(30)을 일방향으로 빠르게 회전시키는 다수의 부력체(50)와, 상기 지지판(20)의 상면 좌우측에 지지되어 다수의 래칫래크(40)와 래칫휠(30)의 접촉 간격 및 높이를 조절하면서 래칫래크(40)의 전진 및 후진 이동방향을 제어하도록 각각 안내하는 다수의 안내블록(60)과, 상기 지지판(20)의 일측에 각각 설치되어 상기 다수의 부력체(50)에 가해진 파력이 해지될 때 래칫래크(40)가 후진되도록 각각 견인하는 탄발부재(70)와, 상기 다수의 안내블록(60)의 상면을 연결하는 지지판(62)을 매개로 지지되고 상기 래칫휠(30)의 상부에 형성된 축홀(32)에 끼워져 래칫휠(30)의 회전력을 전달받아 전기 에너지를 생산하도록 하부에 회전축(82)이 설치된 발전기(80)와, 상기 발전기(80)로부터 생산된 전기 에너지를 저장하는 축전기(90)로 구성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 래칫휠(30)의 둘레측 기어면(34)은 지지판(20)의 상면에 일측에 설치된 스토퍼(36)에 접촉되어 일방향으로만 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 래칫래크(40)는 그 일측 끝단이 상기 부력체(50)와 와이어(52)를 매개로 연결되고, 그 타측 끝단이 상기 탄발부재(70)와 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 부력체(50)는 그 전방측이 해안을 향해 전진될 때 마찰력을 감소하도록 중앙이 볼록하게 만곡 형성되고, 그 후방에는 파도가 해안으로 밀려올 때 파도물이 수용되어 마찰력을 증가시키도록 중앙이 오목하게 만곡 형성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 안내블록(60)은 상기 래칫휠(30)의 기어면(34) 좌우측에 대하여 일정깊이로 각각 끼워지도록 디긋(ㄷ)자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 탄발부재(70)는 파력보다 약한 인장력을 가진 코일 스프링 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 탄발부재(70)는 그 일측 끝단이 상기 래칫래크(40)의 타측 끝단과 연결되고, 그 타측 끝단이 상기 지지판(20)의 상면 일측에 일정 거리를 두고 각각 고정된 지지봉(24)에 각각 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 발전장치.