KR101488870B1 - 반복승강식 조류발전기의 왕복장치 - Google Patents

반복승강식 조류발전기의 왕복장치 Download PDF

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Abstract

반복승강식 조류발전기의 왕복장치가 개시된다. 본 발명의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치는, 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 조류발전기에 사용되고, 제1 회전축을 기준으로 왕복회전하는 연결부; 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제1 힌지축을 기준으로 연결부와 회전가능하게 결합되는 제1 날개; 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제2 힌지축을 기준으로 제1 날개와 회전가능하게 결합되는 제2 날개; 및 제1 힌지축과 제2 힌지축의 회전을 연동시키는 제1 연동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 유체의 유동에너지에 의해 제1 날개가 제1 힌지축을 기준으로 연결부와 상대회전하고 제1 힌지축과 제2 힌지축의 회전을 연동시키는 연동부에 의해 제2 날개가 제2 힌지축을 기준으로 양력이 증가하는 방향으로 회전함으로써, 왕복장치의 형태가 추가적인 동력을 사용하지 않고도 왕복장치의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어지는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치를 제공할 수 있게 된다.

Description

반복승강식 조류발전기의 왕복장치{RECIPROCATING DEVICE OF OSCILLATING TIDAL STREAM GENERATORS}
본 발명은 반복승강식 조류발전기의 왕복장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반복승강식 조류발전기에 사용되어 유동하는 유체 내에서 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동을 반복하도록 이루어지는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치에 관한 것이다.
조류발전(潮流發電)은 해수의 흐름을 이용해 발전하는 방식으로서, 해안에 방파제를 설치하여 조수간만의 차이를 이용하여 발전하는 조력발전과 달리, 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식이다.
조류발전은 방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 비용이 적게 들고, 선박 다니기가 자유로우며, 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않아 환경친화적인 것으로 평가된다.
이와 관련하여 미국 공개특허공보 제2013-0202407호에는 OSCILLATING HYDROFOIL, TURBINE, PROPULSIVE SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING ENERGY가 개시되어 있으며, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호의 동력전달장치는 세로방향의 포스트와, 포스트에서 가로방향으로 연장된 형태로 구비되어 유체의 흐름에 의해 회전하며 포스트의 길이방향을 따라 이동하는 제1 수중익 및 제2 수중익으로 구성된다.
미국 공개특허공보 제2013-0202407호의 동력전달장치는, 보다 구체적으로, 포스트의 내부에 마련되어 제1 수중익이 왕복이동함에 따라 작동하는 제1 유압실린더와, 제1 유압실린더와 마찬가지로 포스트의 내부에 마련되어 제2 수중익이 왕복이동함에 따라 작동하는 제2 유압실린더를 포함하여 이루어진다. 제1 유압실린더 및 제2 유압실린더는, 제1 수중익 및 제2 수중익이 선형적으로 왕복이동함에 따라 내부 유체의 이동에 의해 발생하는 운동에너지를 기계적 일로 변환시켜 전력을 생산하게 된다.
또한, 유체의 유동에너지에 의한 포일의 직선왕복운동을 이용하여 터빈을 구동시키는 발전장치는 미국 등록특허공보 제8,469,663호와 미국 공개특허공보 제2013-0216381호에도 개시되어 있으며, 이외에도 유체의 유동에너지에 의한 포일의 회전왕복운동을 이용하여 터빈을 구동시키는 발전장치가 있다.
미국 공개특허공보 제2013-0202407호, 미국 등록특허공보 제8,469,663호 및 미국 공개특허공보 제2013-0216381호를 포함하는 종래의 동력전달장치는, 포일과 유체의 흐름 방향이 형성하는 각도를 변화시킴으로써 포일의 왕복운동방향으로 유체의 유동에너지에 의한 양력을 발생시키고 있다.
유체의 유동에너지를 이용하여 포일이 왕복운동하는 동력전달장치는 포일에 발생하는 양력의 크기가 증가할수록 터빈의 발전효율이 향상되므로 포일의 형상설계가 중요하게 인식되고 있다.
그러나, 미국 공개특허공보 제2013-0202407호, 미국 등록특허공보 제8,469,663호 및 미국 공개특허공보 제2013-0216381호를 포함하는 종래의 동력전달장치는, 포일의 양쪽 면에 작용하는 양력의 크기가 포일의 고정된 형태에 의해 일정한 범위 내에서 더 이상 증가하지 않으므로 포일의 형태를 변수로 하여 양력의 크기를 증가시키는데에는 한계가 있었다.
한편, 포일에 보다 큰 양력을 발생시키기 위해 추가적인 동력을 사용하여 포일의 형태를 가변적으로 변화시키게 되면 추가동력의 사용분에 의해 터빈의 발전효율이 감소하게 되는 문제가 있었다.
(0001) 미국 공개특허공보 제2013-0202407호 (공개일:2013.08.08) (0002) 미국 등록특허공보 제8,469,663호 (등록일:2013.06.25) (0003) 미국 공개특허공보 제2013-0202407호 (공개일:2013.08.22)
본 발명의 목적은, 왕복장치의 형태가 추가적인 동력을 사용하지 않고도 왕복장치의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어지는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 조류발전기에 사용되고, 제1 회전축을 기준으로 왕복회전하는 연결부; 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제1 힌지축을 기준으로 상기 연결부와 회전가능하게 결합되는 제1 날개; 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제2 힌지축을 기준으로 상기 제1 날개와 회전가능하게 결합되는 제2 날개; 및 상기 제1 힌지축과 상기 제2 힌지축의 회전을 연동시키는 제1 연동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치에 의하여 달성된다.
상기 제2 힌지축은 상기 제1 회전축과 평행하게 이루어질 수 있다.
본 발명은, 제3 힌지축을 기준으로 상기 제2 날개와 회전가능하게 결합되는 제3 날개를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 연동부는, 상기 제1 힌지축과 상기 제3 힌지축의 회전을 연동시키도록 이루어질 수 있다.
상기 제3 힌지축은 상기 제2 힌지축과 평행하게 이루어질 수 있다.
본 발명은, 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제4 힌지축을 기준으로 상기 제1 날개와 회전가능하게 결합되는 제4 날개; 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제5 힌지축을 기준으로 상기 제4 날개와 회전가능하게 결합되는 제5 날개; 및 상기 제4 힌지축과 상기 제5 힌지축의 회전을 연동시키는 제2 연동부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제4 힌지축은 상기 제1 힌지축과 평행하고, 상기 제5 힌지축은 상기 제1 회전축과 평행하게 이루어질 수 있다.
상기 제1 연동부는, 상기 제1 힌지축에 결합되고 상기 제1 날개와 함께 회전하는 제1a 주동기어와, 상기 연결부에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제1b 주동기어를 포함하는 제1 주동회전부; 상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되는 제1a 종동기어와, 상기 제2 힌지축에 결합되고 상기 제1a 종동기어와 맞물려서 상기 제2 날개와 함께 회전하는 제1b 종동기어를 포함하는 제1 종동회전부; 및 상기 제1 주동회전부와 제1 종동회전부의 회전을 연동시키는 제1 전달부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 연동부는, 상기 제1 힌지축에 결합되고 상기 제1 날개와 함께 회전하는 제1a 주동기어와, 상기 연결부에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제1b 주동기어를 포함하는 제1 주동회전부; 상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되는 제1a 종동기어와, 상기 제2 힌지축에 결합되고 상기 제1a 종동기어와 맞물려서 상기 제2 날개와 함께 회전하는 제1b 종동기어를 포함하는 제1 종동회전부; 상기 제1 주동회전부와 제1 종동회전부의 회전을 연동시키는 제1 전달부; 상기 제1a 종동기어와 함께 회전하는 제2a 주동기어와, 상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제2a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제2b 주동기어를 포함하는 제2 주동회전부; 상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되는 제2a 종동기어와, 상기 제3 힌지축에 결합되고 상기 제2a 종동기어와 맞물려서 상기 제3 날개와 함께 회전하는 제2b 종동기어를 포함하는 제2 종동회전부; 및 상기 제2 주동회전부와 제2 종동회전부의 회전을 연동시키는 제2 전달부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 전달부는, 상기 제1b 주동기어와 함께 회전하는 제1a 전달바퀴와, 상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 전달바퀴와 벨트 또는 체인으로 연결되는 제1b 전달바퀴와, 상기 제1b 전달바퀴와 함께 회전하는 제1a 전달기어와, 상기 제1a 전달기어와 맞물려서 회전하고 상기 제1a 종동기어와 함께 회전하는 제1b 전달기어를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 전달부는, 상기 제2b 주동기어와 함께 회전하는 제2a 전달바퀴와, 상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제2a 전달바퀴와 벨트 또는 체인으로 연결되는 제2b 전달바퀴와, 상기 제2b 전달바퀴와 함께 회전하는 제2a 전달기어와, 상기 제2a 전달기어와 맞물려서 회전하고 상기 제2a 종동기어와 함께 회전하는 제2b 전달기어를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 유체의 유동에너지에 의해 제1 날개가 제1 힌지축을 기준으로 연결부와 상대회전하고 제1 힌지축과 제2 힌지축의 회전을 연동시키는 연동부에 의해 제2 날개가 제2 힌지축을 기준으로 양력이 증가하는 방향으로 회전함으로써, 왕복장치의 형태가 추가적인 동력을 사용하지 않고도 왕복장치의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어지는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 도면.
도 2는 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 전체구성을 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치가 아래쪽으로 이동하는 경우를 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 제1 연동부를 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치가 위쪽으로 이동하는 경우를 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 제1 연동부를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치는, 포일의 형태가 추가적인 동력을 사용하지 않고도 포일의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 도면, 도 2는 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 전체구성을 나타내는 도면, 도 3은 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치가 아래쪽으로 이동하는 경우를 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 제1 연동부를 나타내는 도면, 도 5는 도 1의 반복승강식 조류발전기의 왕복장치가 위쪽으로 이동하는 경우를 나타내는 도면, 도 6은 도 5의 제1 연동부를 나타내는 도면, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치의 도면.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)는, 반복승강식 조류발전기(미도시)에 사용되어 유동하는 유체 내에서 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동을 반복하는 장치로서, 추가적인 동력을 사용하지 않고도 왕복장치(1)의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어지며, 연결부(100), 제1 날개(200), 제2 날개(300), 제3 날개(400) 및 제1 연동부(800)를 포함하여 구성된다.
연결부(100)는 제1 회전축(S1)을 통해 조류발전기의 회전변환장치(미도시)에 연결되어 제1 회전축(S1)을 중심으로 왕복회전하게 된다. 회전변환장치는 터빈(미도시)을 구동시키기 위해 왕복장치(1)의 직선왕복운동이나 회전왕복운동을 회전운동으로 변환하는 장치이다. 조류발전기의 회전변환장치는 공지의 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
연결부(100)는 제1 회전축(S1)을 통해 전달되는 왕복회전력에 의해 양방향(R1a,R1b)으로 반복회전하여 유체의 흐름과 만나는 면이 바뀜에 따라(즉, R1a 회전의 경우 윗면, R1b 회전의 경우 아랫면) 제1 날개(200)의 경사각(α)을 양방향으로 변화시키게 되며, 이에 따라 제1 날개(200)에 형성되는 양력의 방향이 반복적으로 변화하여 왕복장치(1)의 왕복운동을 가능하게 한다. 제1 회전축(S1)은 유체의 흐름 방향과 대략 90도를 형성하게 된다.
제1 날개(200)는 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의한 양력에 의해 왕복운동하는 구성으로서, 제1 힌지축(H1)을 기준으로 연결부(100)와 특정 각도 안에서 회전가능하게 결합된다. 제1 힌지축(H1)은 제1 회전축(S1)과 대략 90도를 이루도록 마련된다.
제1 날개(200)는 유체의 유동에너지에 의해 제1 힌지축(H1)을 기준으로 회전하게 된다.
제2 날개(300)는 제1 날개(200)와 마찬가지로 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의한 양력에 의해 왕복운동하는 구성으로서, 제2 힌지축(H2)을 기준으로 제1 날개(200)와 특정 각도 안에서 회전가능하게 결합된다. 제2 힌지축(H2)은 제1 회전축(S1)과 평행하게 마련된다.
제3 날개(400)는 제1 날개(200) 및 제2 날개(300)와 마찬가지로 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의한 양력에 의해 왕복운동하는 구성으로서, 제 3힌지축(H3)을 기준으로 제2 날개(300)와 특정 각도 안에서 회전가능하게 결합된다. 제3 힌지축(H3)은 제2 힌지축(H2)과 마찬가지로 제1 회전축(S1)과 평행하게 마련된다.
제1 날개(200)는, 유체의 흐름이 제1 날개(200), 제2 날개(300), 제3 날개(400) 순서로 전달되도록, 유체 흐름의 전단에 배치된다.
제1 날개(200), 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)는 서로 평행한 제2 힌지축(H2) 및 제3 힌지축(H3)에 의해 연결된 상태에서 유선형을 이루게 된다. 제1 날개(200), 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)의 유체의 유동방향 길이는 제1 날개(200), 제2 날개(300), 제3 날개(400) 순서로 감소하는 것이 바람직하다.
제2 힌지축(H2) 및 제3 힌지축(H3)에 회전이 발생하더라도 제1 날개(200), 제2 날개(300), 제3 날개(400)의 연결부(100)분이 연속적인 곡률을 갖는 부드러운 곡면을 형성하도록, 제2 힌지축(H2)에 의해 회전가능하게 연결되는 제1 날개(200)의 후단부와 제2 날개(300)의 전단부, 그리고 제3 힌지축(H3)에 의해 회전가능하게 연결되는 제2 날개(300)의 후단부와 제3 날개(400)의 전단부는, 제2 힌지축(H2) 및 제3 힌지축(H3)을 기준으로 어느 한쪽 단부는 호형으로 이루어지고 다른 한쪽 단부는 호형에 대응되는 오목한 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 연동부(800)는 제1 힌지축(H1)과 제2 힌지축(H2)의 회전을 연동시키는 동시에 제1 힌지축(H1)과 제3 힌지축(H3)의 회전을 연동시키기 위한 구성으로서, 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)는 제1 연동부(800)를 통해 유체의 유동에너지에 의한 제1 날개(200)의 회전력이 전달되어 제1 날개(200)와 함께 회전하게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 연동부(800)는 제1 주동회전부(810), 제1 전달부(820), 제1 종동회전부(830), 제2 주동회전부(840), 제2 전달부(850) 및 제2 주동회전부(840)를 포함하여 구성된다.
이 중, 제1 주동회전부(810), 제1 전달부(820) 및 제1 종동회전부(830)는 제1 날개(200)의 회전력을 이용하여 제2 날개(300)를 회전시키기 위한 회전력을 전달하고, 제2 주동회전부(840), 제2 전달부(850) 및 제2 종동회전부(860)는 제1 날개(200)의 회전력을 이용하여 제3 날개(400)를 회전시키기 위한 회전력을 전달한다.
제1 주동회전부(810)는 제1 날개(200)의 회전력에 의해 제2 날개(300)를 회전시키는 회전력이 시발하게 되는 구성으로서, 제1a 주동기어(811) 및 제1b 주동기어(812)를 포함하여 구성된다.
제1a 주동기어(811)는 제1 힌지축(H1)에 결합되어 제1 날개(200)와 함께 회전하게 된다. 제1 힌지축(H1)은 연결부(100)의 단부에 결합되어 연결부(100)와 제1 날개(200)를 상대회전가능하게 연결한다.
제1 힌지축(H1)을 기준으로 제1 날개(200)가 회전하는 회전력은 유체의 유동에너지에 의해 제1 날개(200), 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)에 작용하는 양력에 의해 발생하게 된다. 제1 날개(200), 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)에 작용하는 양력은 제1 회전축(S1)을 기준으로 하는 연결부(100)의 양방향회전에 의해 각각 서로 다른 방향으로 발생하게 되며, 제1 회전축(S1)의 회전방향에 따라 양력의 방향이 바뀌게 된다.
제1b 주동기어(812)는 제2 회전축(S2)을 기준으로 연결부(100)에 회전가능하게 결합되어 제1a 주동기어(811)와 맞물려서 회전하게 된다.
제1 전달부(820)는 제1 주동회전부(810)와 제1 종동회전부(830)의 회전을 연동시키는 구성으로서, 제1a 전달바퀴(821), 제1b 전달바퀴(822), 제1a 전달기어(823) 및 제1b 전달기어(824)를 포함하여 구성된다.
제1a 전달바퀴(821)는 제2 회전축(S2) 상에서 제1b 주동기어(812)와 함께 회전하는 구성으로서, 풀리 또는 스프로킷으로 이루어진다.
제1b 전달바퀴(822)는, 제3 회전축(S3)을 기준으로 제1 날개(200)에 회전가능하게 결합되어 제1a 전달바퀴(821)와 벨트 또는 체인으로 연결된다. 제1b 전달바퀴(822)는 제1a 전달바퀴(821)와 마찬가지로 풀리 또는 스프로킷으로 마련되어 제1 바퀴와 동일한 방향으로 회전하게 된다.
제1a 전달기어(823)는 제3 회전축(S3) 상에서 제1b 전달바퀴(822)와 함께 회전하는 구성이고, 제1b 전달기어(824)는 제4 회전축(S4)을 기준으로 제1a 전달기어(823)와 맞물려서 회전하는 구성으로서, 제1a 전달기어(823)와 제1b 전달기어(824)는 한 쌍의 베벨기어로 마련되고, 이때 제3 회전축(S3)과 제4 회전축(S4)은 서로 직교하는 방향으로 형성될 수 있고, 또는 소정의 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 제1 힌지축(H1)을 회전축으로 하여 전달되는 제1 날개(200)의 회전방향은 제1a 전달기어(823)와 제1b 전달기어(824)를 통해 제2 힌지축(H2)과 평행하게 된다.
제1 종동회전부(830)는 제1 주동회전부(810)와 제1 전달부(820)를 통해 제1 날개(200)의 회전력이 전달되어 제2 날개(300)에 회전력을 전달하는 구성으로서, 제1a 종동기어(831) 및 제1b 종동기어(832)를 포함하여 구성된다.
제1a 종동기어(831)는 제4 회전축(S4) 상에서 제1b 전달기어(824)와 축으로 연결되어 함께 회전하게 된다.
제1b 종동기어(832)는, 제2 힌지축(H2)에 결합되고 제1a 종동기어(831)와 맞물려서 제1a 종동기어(831)의 회전력을 전달받으며, 제2 날개(300)에 고정결합되어 제2 날개(300)와 함께 회전하게 된다.
이와 같이, 제1 날개(200)의 회전력은 제1 주동회전부(810), 제1 전달부(820) 및 제1 종동회전부(830)를 통해 제2 날개(300)에 전달되어 제2 날개(300)를 양력이 증가하는 방향으로 회전시키게 된다.
제2 주동회전부(840)는 제1 날개(200)의 회전력에 의해 제3 날개(400)를 회전시키는 회전력이 시발하게 되는 구성으로서, 제2a 주동기어(841) 및 제2b 주동기어(842)를 포함하여 구성된다.
제2a 주동기어(841)는 제4 회전축(S4)을 기준으로 회전가능하도록 제1 날개(200)에 결합된다.
제2b 주동기어(842)는 제5 회전축(S5)을 기준으로 회전가능하도록 제2 날개(300)에 결합되고, 제2b 주동기어(842)와 맞물려 회전하도록 이루어진다.
제2a 전달바퀴(851)는 제5 회전축(S5) 상에서 제2b 주동기어(842)와 함께 회전하는 구성으로서, 풀리 또는 스프로킷으로 이루어진다.
제2b 전달바퀴(852)는, 제6 회전축(S6)을 기준으로 제2 날개(300)에 회전가능하게 결합되어 제2a 전달바퀴(851)와 벨트 또는 체인으로 연결된다. 제2b 전달바퀴(852)는 제2a 전달바퀴(851)와 마찬가지로 풀리 또는 스프로킷으로 마련되어 제2a 전달바퀴(851)와 동일한 방향으로 회전하게 된다.
제2a 전달기어(853)는 제2b 전달바퀴(852)와 고정되어 제6 회전축(S6)을 기준으로 회전한다.
제2b 전달기어(854)는 제7 회전축(S7)을 기준으로 회전가능하도록 제2 날개(300)에 결합되고, 제2a 전달기어(853)와 맞물려 회전한다.
제2a 종동기어(861)는 제7 회전축(S7) 상에서 제2b 전달기어(854)와 축으로 연결되어 함께 회전하게 된다.
제2b 종동기어(862)는, 제3 힌지축(H3)에 결합되고 제2a 종동기어(861)와 맞물려서 제2a 종동기어(861)의 회전력을 전달받으며, 제3 날개(400)에 고정결합되어 제3 날개(400)와 함께 회전하게 된다.
이와 같이, 제2 날개(300)의 회전력은 제2 주동회전부(840), 제2 전달부(850) 및 제2 종동회전부(860)를 통해 제3 날개(400)에 전달되어 제3 날개(400)를 양력이 증가하는 방향으로 회전시키게 된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)에서는 연결부(100)가 R1a 방향으로 회전하면 연결부(100)에 연결된 제1 날개(200)가 유체에 의한 양력의 영향으로 R2방향으로 α의 각도로 회전한다.
제1 날개(200)의 R2 방향 회전에 따라 제1b 주동기어(812) 및 제1a 전달바퀴(821)는 R3 방향으로 회전하고, 이에 따라 제1b 전달바퀴(822)와 제1a 전달기어(823)가 R4 방향으로 회전하게 된다.
제1a 전달기어(823)와 맞물리는 제1b 전달기어(824)가 R5 방향으로 회전하고, 이에 따라 제1a 종동기어(831)와 맞물리는 제1b 종동기어(832)가 R6 방향으로 회전한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 날개(300)가 제1 날개(200)의 위쪽 방향으로 β1의 각도로 회전하게 된다.
제1b 전달기어(824) 및 제1a 종동기어(831)의 회전과 함께 제2a 주동기어(841)가 R5 방향으로 회전하고, 이에 따라 제2b 주동기어(842) 및 제2a 전달바퀴(851)가 R7 방향으로 회전한다.
이에 따라, 제2b 전달바퀴(852) 및 제2a 전달기어(853)가 R8 방향으로 회전하고, 제2a 전달기어(853)와 맞물려 회전하는 제2b 전달기어(854)가 R9 방향으로 회전하게 된다.
아울러, 제2b 전달기어(854)와 결합된 제2a 종동기어(861)가 회전하고, 제2a 종동기어(861)와 맞물리는 제2b 종동기어(862)가 R10 방향으로 회전하면서 제3 날개(400)가 제3 힌지축(H3)을 기준으로 회전하고, 결국, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 날개(400)가 제2 날개(300)의 위쪽 방향으로 β2의 각도로 회전하게 된다.
상술한 바와 달리, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)에서는, 연결부(100)가 R1b 방향으로 회전하면 연결부(100)에 연결된 제1 날개(200)가 유체에 의한 양력의 영향으로 R12 방향으로 회전한다.
제1 날개(200)의 R12 방향 회전에 따라 제1b 주동기어(812) 및 제1a 전달바퀴(821)는 R13 방향으로 회전하고, 이에 따라 제1b 전달바퀴(822)와 제1a 전달기어(823)가 R14 방향으로 회전하게 된다.
제1a 전달기어(823)와 맞물리는 제1b 전달기어(824)가 R15 방향으로 회전하고, 이에 따라 제1a 종동기어(831)와 맞물리는 제1b 종동기어(832)가 R16 방향으로 회전한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 날개(300)가 제1 날개(200)의 아래쪽 방향으로 β1의 각도로 회전하게 된다.
제1b 전달기어(824) 및 제1a 종동기어(831)의 회전과 함께 제2a 주동기어(841)가 R15 방향으로 회전하고, 이에 따라 제2b 주동기어(842) 및 제2a 전달바퀴(851)가 R17 방향으로 회전한다.
이에 따라, 제2b 전달바퀴(852) 및 제2a 전달기어(853)가 R18 방향으로 회전하고, 제2a 전달기어(853)와 맞물려 회전하는 제2b 전달기어(854)가 R19 방향으로 회전하게 된다.
아울러, 제2b 전달기어(854)와 결합된 제2a 종동기어(861)가 회전하고, 제2a 종동기어(861)와 맞물리는 제2b 종동기어(862)가 R20 방향으로 회전하면서 제3 날개(400)가 제3 힌지축(H3)을 기준으로 회전하고, 결국, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 날개(400)가 제2 날개(300)의 아래쪽 방향으로 β2의 각도로 회전하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)에 의하면, 유체의 유동에너지에 의해 제1 날개(200)가 제1 힌지축(H1)을 기준으로 연결부(100)와 상대회전하고 제1 힌지축(H1)과 제2 힌지축(H2) 및 제3 힌지축(H3)의 회전을 연동시키는 연동부에 의해 제2 날개(300)는 제2 힌지축(H2)을 기준으로, 제3 날개(400)는 제3 힌지축(H3)을 기준으로 각각 양력이 증가하는 방향으로 회전함으로써, 왕복장치(1)의 형태가 추가적인 동력을 사용하지 않고도 왕복장치(1)의 이동방향에 따라 양력이 증가하는 형태로 변형되도록 이루어지는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)를 제공할 수 있게 된다.
이 왕복장치(1)는 유동에 의해 자동으로 양력이 증가하는 형태로 변형하는 특징을 가지고 있어, 반복승강식 조류발전기의 효율을 향상할 수 있고, 또한 반복승강식 추진기(새나, 해양동물의 지느러미 모방 추진기)에 사용되면 추진력 향상에도 효과가 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반복승강식 조류발전기의 왕복장치(1)는, 제1 날개(200)에 연결부(100)의 반대쪽에서 제4 날개(500), 제5 날개(600) 및 제6 날개(700)가 더 결합될 수 있다.
제1 날개(200)의 제1 힌지축(H1)과 반대쪽에는 제2 연동부(900)의 제1a 주동기어(미도시)가 회전가능하게 결합되도록 제4 힌지축(H4) 및 제1b 주동기어가 마련된다.(도 2 참조)
제4 날개(500)는 제4 힌지축(H4)을 기준으로 제1 날개(200)에 특정 각도 안에서 회전가능하게 결합되어, 제1 날개(200)와 마찬가지로 유체의 유동에너지에 의해 양력을 받는 방향으로 회전하게 된다. 즉, 제4 날개(500)는 제4 힌지축(H4)을 기준으로 제1 날개(200)의 회전방향과 같은 방향으로 일정각도 회전하게 된다.
제4 날개(500)의 후단에는 제5 힌지축(H5)을 기준으로 제5 날개(600)가 회전가능하게 결합되고, 제5 날개(600)의 후단에는 제6 힌지축(H6)을 기준으로 제6 날개(700)가 회전가능하게 결합될 수 있다. 제4 힌지축(H4)은 제1 힌지축(H1)과 평행하게 이루어지고, 제5 힌지축(H5) 및 제6 힌지축(H6)은 제1 회전축(S1)과 평행하게 이루어지게 된다.
제5 날개(600) 및 제6 날개(700)는 제4 힌지축(H4)의 회전을 제5 힌지축(H5) 및 제6 힌지축(H6)의 회전과 연동시키는 제2 연동부(900)에 의해 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)와 마찬가지로 양력을 받는 방향으로 회전하게 된다.
이때, 제4 날개(500)는 제1 날개(200)와, 제5 날개(600)는 제2 날개(300)와, 제6 날개(700)는 제3 날개(400)와 동일한 구조로 이루어지고, 제2 연동부(900)도 제1 연동부(800)와 동일한 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 날개(200), 제2 날개(300) 및 제3 날개(400)의 측면에 제4 날개(500), 제5 날개(600) 및 제6 날개(700)가 더 결합되면, 유체의 유동에너지에 의한 양력이 증가되어 터빈을 구동시키기 위한 보다 큰 회전력을 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 힌지축(H1)을 기준으로 하여 유동에 의해 수동적으로 이루어지는 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이(또는 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이 및 제1 날개(200)와 제4 날개(500) 사이)의 회전은 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이(또는 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이 및 제1 날개(200)와 제4 날개(500) 사이)의 간격에 의해 조정된다.
연결부(100)와 제1 날개(200)의 사이(또는 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이 및 제1 날개(200)와 제4 날개(500) 사이)에는 회전시 연결부(100)와 제1 날개(200)의 충격을 흡수하기 위한 댐퍼부재(미도시)가 부착되어 파손을 방지하게 되며, 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이(또는 연결부(100)와 제1 날개(200) 사이 및 제1 날개(200)와 제4 날개(500) 사이)에는 유체에 의한 마찰력이 감소하도록 얇은 고무나 폴리머 등 합성수지 재질의 필름(미도시)으로 연결된다.
왕복장치(1)의 유체 흐름 방향에 수직한 힌지 축으로의 회전각(β1,β2)은 유체의 흐름 방향으로 결합되는 날개 수에 의해 누적되며, 제1 힌지부의 회전각(또는 제1 힌지부 및 제4 힌지부의 회전각)보다 큰 것이 바람직하다.
이는 왕복장치(1)에 의해 터빈을 구동시키는 회전력은 유체 흐름 방향에 수직한 힌지 축으로의 회전각(β1,β2)에 의해 결정되기 때문이며, 유체 흐름 방향에 수직한 힌지 축으로의 회전각(β1,β2)과 제1 힌지부(또는 제1 힌지부 및 제4 힌지부의 회전각)의 회전각의 회전비는 제1 연동부(800)(또는 제1 연동부(800) 및 제2 연동부(900))의 기어비에 의해 조정될 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 왕복장치 100 : 연결부
200 : 제1 날개 300 : 제2 날개
400 : 제3 날개 500 : 제4 날개
600 : 제5 날개 700 : 제6 날개
S1 : 제1 회전축 H1 : 제1 힌지축
H2 : 제2 힌지축 H3 : 제3 힌지축
H4 : 제4 힌지축 H5 : 제5 힌지축
H6 : 제6 힌지축
800 : 제1 연동부
810 : 제1 주동회전부 840 : 제2 주동회전부
811 : 제1a 주동기어 841 : 제2a 주동기어
812 : 제1b 주동기어 842 : 제2b 주동기어
820 : 제1 전달부 850 : 제2 전달부
821 : 제1a 전달바퀴 851 : 제2a 전달바퀴
822 : 제1b 전달바퀴 852 : 제2b 전달바퀴
823 : 제1a 전달기어 853 : 제2a 전달기어
824 : 제1b 전달기어 854 : 제2b 전달기어
830 : 제1 종동회전부 860 : 제2 종동회전부
831 : 제1a 종동기어 861 : 제2a 종동기어
832 : 제1b 종동기어 862 : 제2b 종동기어

Claims (11)

  1. 유체의 유동에너지를 변환하여 전력을 생산하는 조류발전기에 사용되고,
    제1 회전축을 기준으로 왕복회전하는 연결부;
    유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제1 힌지축을 기준으로 상기 연결부와 회전가능하게 결합되는 제1 날개;
    유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제2 힌지축을 기준으로 상기 제1 날개와 회전가능하게 결합되는 제2 날개;
    상기 제1 힌지축과 상기 제2 힌지축의 회전을 연동시키는 제1 연동부; 및
    제3 힌지축을 기준으로 상기 제2 날개와 회전가능하게 결합되는 제3 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 힌지축은 상기 제1 회전축과 평행한 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연동부는, 상기 제1 힌지축과 상기 제3 힌지축의 회전을 연동시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 힌지축은 상기 제2 힌지축과 평행한 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  6. 제1항에 있어서,
    유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제4 힌지축을 기준으로 상기 제1 날개와 회전가능하게 결합되는 제4 날개;
    유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 왕복운동하고, 제5 힌지축을 기준으로 상기 제4 날개와 회전가능하게 결합되는 제5 날개; 및
    상기 제4 힌지축과 상기 제5 힌지축의 회전을 연동시키는 제2 연동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4 힌지축은 상기 제1 힌지축과 평행하고,
    상기 제5 힌지축은 상기 제1 회전축과 평행한 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연동부는,
    상기 제1 힌지축에 결합되고 상기 제1 날개와 함께 회전하는 제1a 주동기어와, 상기 연결부에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제1b 주동기어를 포함하는 제1 주동회전부;
    상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되는 제1a 종동기어와, 상기 제2 힌지축에 결합되고 상기 제1a 종동기어와 맞물려서 상기 제2 날개와 함께 회전하는 제1b 종동기어를 포함하는 제1 종동회전부; 및
    상기 제1 주동회전부와 제1 종동회전부의 회전을 연동시키는 제1 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1 연동부는,
    상기 제1 힌지축에 결합되고 상기 제1 날개와 함께 회전하는 제1a 주동기어와, 상기 연결부에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제1b 주동기어를 포함하는 제1 주동회전부;
    상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되는 제1a 종동기어와, 상기 제2 힌지축에 결합되고 상기 제1a 종동기어와 맞물려서 상기 제2 날개와 함께 회전하는 제1b 종동기어를 포함하는 제1 종동회전부;
    상기 제1 주동회전부와 제1 종동회전부의 회전을 연동시키는 제1 전달부;
    상기 제1a 종동기어와 함께 회전하는 제2a 주동기어와, 상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제2a 주동기어와 맞물려서 회전하는 제2b 주동기어를 포함하는 제2 주동회전부;
    상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되는 제2a 종동기어와, 상기 제3 힌지축에 결합되고 상기 제2a 종동기어와 맞물려서 상기 제3 날개와 함께 회전하는 제2b 종동기어를 포함하는 제2 종동회전부; 및
    상기 제2 주동회전부와 제2 종동회전부의 회전을 연동시키는 제2 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  10. 제8항 또는 9항에 있어서,
    상기 제1 전달부는,
    상기 제1b 주동기어와 함께 회전하는 제1a 전달바퀴와, 상기 제1 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제1a 전달바퀴와 벨트 또는 체인으로 연결되는 제1b 전달바퀴와, 상기 제1b 전달바퀴와 함께 회전하는 제1a 전달기어와, 상기 제1a 전달기어와 맞물려서 회전하고 상기 제1a 종동기어와 함께 회전하는 제1b 전달기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 전달부는,
    상기 제2b 주동기어와 함께 회전하는 제2a 전달바퀴와, 상기 제2 날개에 회전가능하게 결합되고 상기 제2a 전달바퀴와 벨트 또는 체인으로 연결되는 제2b 전달바퀴와, 상기 제2b 전달바퀴와 함께 회전하는 제2a 전달기어와, 상기 제2a 전달기어와 맞물려서 회전하고 상기 제2a 종동기어와 함께 회전하는 제2b 전달기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복승강식 조류발전기의 왕복장치.
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KR102030810B1 (ko) 2018-05-14 2019-10-10 필즈엔지니어링 주식회사 왕복 회전식 유동터빈의 비상상황 회피장치 및 방법

Citations (2)

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JPH09184471A (ja) * 1995-12-28 1997-07-15 Rongu Well Japan Kk 方向変動エネルギー取出し装置
KR20110131558A (ko) * 2010-05-31 2011-12-07 삼성중공업 주식회사 선박의 발전 시스템

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