KR101492036B1 - 파력 수집 장치 및 연안 파력 수집 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 파도의 수직운동에너지와 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 각각 변환시켜서 수집하는 파력 수집 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 파력 수집 장치는, 부력통에 비해 파도에 의한 움직임이 적은 해양구조물에 설치되어, 부력통에 가해지는 파도의 운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 파력 수집 장치로서, 해수면에 수직한 방향으로 부력통을 승강시키는 수직운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수직운동에너지 변환수집부와, 해수면에 수평한 방향으로 부력통을 떠미는 파도의 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수평유동에너지 변환수집부 및 해수면에 수평한 방향으로 부력통이 떠밀릴 때 발생하는 수직운동에너지 변환수집부의 스윙에너지를 수평유동에너지 변환수집부에 전달하는 스윙에너지 전달부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

파력 수집 장치 및 연안 파력 수집 설비{Apparatus for collecting wave power and coast facilities with the apparatus}

본 발명은, 파도의 수직운동에너지와 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 각각 변환시켜서 수집하는 파력 수집 장치 및 연안 파력 수집 설비에 관한 것이다.

더 구체적으로, 본 발명은, 전기에너지나 기계에너지로 변환시킬 수 있는 파도의 운동에너지(이하 「파력(波力)」이라 한다)를 효율적으로 수집하기 위한 파력 수집 장치와, 이러한 파력 수집 장치가 만(灣)의 입구측이나 방파제를 따라 복수개 설치된 연안 파력 수집 설비에 관한 것으로서, 파력 성분 중 부력통을 해수면에 수직한 방향으로 승강시키는 수직운동에너지 성분은 수직운동에너지 변환수집부를 통해 수집하고, 해수면에 떠 있는 부력통을 일방향(또는 일방향의 반대쪽인 타방향)으로 수평 유동시키는 수평유동에너지 성분은 수평유동에너지 변환수집부를 통해 수집할 수 있도록 한, 파력 수집 장치와 연안 파력 수집 설비에 관한 것이다.

대체 에너지원으로 연구되고 있는 파도는, 관련 설비의 설치 후, 관리비용만 들어가기 때문에 저렴하고, 전혀 고갈될 염려가 없는 무한 청정 에너지원이다.

파도 에너지를 전기에너지나 기계적 에너지로 변환하는 장치로는, 파력 수집 장치와 조력 발전 장치를 들 수 있는데, 본 발명은 그 중에서도 특히 파력 수집 장치와 관련이 있다.

종래의 파력 수집 장치는, 파도 에너지 성분 중 해수면에 수직한 상하방향의 운동에너지만 수집할 뿐, 해수면에 수평한 횡방향의 운동에너지는 수집할 수 없는 구조였기 때문에, 파력의 수집 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 파력 수집 장치는, 부력통의 횡방향으로 거센 파도가 밀어칠 경우, 부력통과 회전축 사이를 연결하는 강체 로드(rigid rod)가 한순간에 파손되는 문제점이 있다.

본 발명의 선행기술로서, 예컨대 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 파력 수집 효율 또는 발전 용량을 극대화하기 위한 장치가 공지되어 있다.

그러나 이들 특허문헌에 개시된 장치는 해수면에 수평한 횡방향의 파도 에너지를 수집할 수 없고, 또한, 부력통에 큰 횡력이 가해지거나 일기불순 등으로 거센 파도가 칠 때에도 부력통이 일정 범위 내에서만 상하로 요동칠 뿐, 거센 파도에 떠밀린 부력통이 반대편으로 완전히 넘어가 강체 로드의 파손이 방지될 수 있는 구조는 아니었다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0395401 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1188030

본 발명은 종래 구성의 파력 수집 장치가 갖고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 부력통이 해수면에 수직한 상하방향으로 승강할 때는 물론, 부력통이 일방향(또는 일방향의 반대쪽인 타방향)으로 떠밀려 해수면 상에서 수평 유동할 때조차 파력 수집이 가능하게 구성된 파력 수집 장치를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 설치 및 유지관리가 용이한 파력 수집 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 부력통이 승강할 때 수집된 파력과, 부력통이 해수면 상에서 일방향 또는 그 반대방향인 타방향으로 떠밀릴 때 수집된 파력이 각각 별개로 출력되거나, 필요에 따라 합산되어 출력될 수 있는 파력 수집 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주회전축 상에 설치되는 주에너지 생성 유닛의 개수와 부회전축 상에 설치되는 부에너지 생성 유닛의 개수를 증감시킴으로써, 주회전축과 부회전축으로부터 얻어지는 기계적 회전에너지(토크나 회전수 따위)를 용이하게 증감시킬 수 있는 파력 수집 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 부력통을 구비한 주에너지 생성 유닛이 주회전축을 중심으로 한바퀴 돌게 한다든지 부력통을 공중으로 들어올려 파도의 영향권으로부터 대피시킨다든지 함으로써, 일기불순 등의 사유로 거친 파도가 치는 경우에도 쉽게 파손되지 않는 파력 수집 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 부력통 이외의 모든 작동부위가 케이싱에 내장된 상태로 파도가 닿기 어려운 높이에 배치됨으로써, 작동부위에 뿌려 둔 윤활유에 의한 해양오염이 최소화될 수 있는 파력 수집 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 적당한 간격으로 만(灣)의 입구측에 복수개의 해양구조물을 설치하고, 이들 해양구조물 사이마다 본 발명에 따른 파력 수집 장치를 배치함으로써, 파력은 물론, 조수 간만의 차에 의한 힘(조력)도 수집할 수 있는 연안 파력 수집 설비를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은, 파도의 수직운동에너지는 물론, 종래의 파력 수집 장치에서는 변환 수집할 수 없었던 파도의 수평유동에너지까지도 유용한 기계적 회전에너지로 변환하여 수집할 수 있고, 장치의 파손이 우려되는 거센 파도가 칠 때에는 파도의 영향권으로부터 대피시켜 장치의 파손을 방지할 수 있는 새로운 유형의 파력 수집 장치에 관한 것으로서, 구성상 특징은 다음과 같다.

[1] 부력통에 비해 파도에 의한 움직임이 적은 해양구조물에 설치되어, 부력통에 가해지는 파도의 운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 파력 수집 장치로서, 상기 파력 수집 장치는, 해수면에 수직한 방향으로 부력통을 승강시키는 수직운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수직운동에너지 변환수집부와; 해수면에 수평한 방향으로 부력통을 떠미는 파도의 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수평유동에너지 변환수집부; 및 해수면에 수평한 방향으로 부력통이 떠밀릴 때 발생하는 수직운동에너지 변환수집부의 스윙에너지를 수평유동에너지 변환수집부에 전달하는 스윙에너지 전달부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[2] 상기 [1]에서, 수직운동에너지 변환수집부는, 양 단부가 해양구조물 상에 회전 자유롭게 지지된 상태로 해수면의 상방(上方)에 가설(架設)되는 주회전축과; 주회전축 상에 설치되며, 해수면 상의 부력통이 승강할 때 주회전축을 회전시키고, 부력통이 해수면 상에서 일방향으로 수평 유동할 때 주회전축 상에서 공회전하는 한편, 부력통이 타방향으로 수평 유동할 때 주회전축을 회전시키는 주(主)에너지 생성 유닛으로 구성되고, 수평유동에너지 변환수집부는, 주회전축으로부터 일정 거리만큼 떨어져서, 적어도 일단부가 해양구조물 상에 회전 자유롭게 지지된 상태로 해수면의 상방에 가설되는 부회전축과; 부회전축 상에 설치되며, 수직운동에너지 변환수집부의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 공회전하는 스윙운동시의 회전력을, 스윙에너지 전달부를 통해서 전달받아 부회전축을 회전시키는 부(副)에너지 생성 유닛으로 구성되며, 스윙에너지 전달부는, 수직운동에너지 변환수집부에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[3] 상기 [2]에서, 주에너지 생성 유닛은, 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과; 케이싱 내의 주회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 피니언과; 피니언의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 피니언에 인접하여 주회전축 상에 설치된 래치기어와; 피니언에 맞물리도록 주회전축에 수직한 방향으로 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및 해수면을 향해 있는 래크의 하단부에 설치된 부력통으로 구성되고, 부에너지 생성 유닛은, 부회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 종동기어; 및 종동기어의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 종동기어에 인접하여 부회전축 상에 설치된 래치기어로 구성되며, 스윙에너지 전달부는, 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 부에너지 생성 유닛의 종동기어와 맞물리는 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[4] 상기 [2]에서, 주에너지 생성 유닛은, 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과; 케이싱 내의 주회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 피니언과; 피니언의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 피니언에 인접하여 주회전축 상에 설치된 래치기어와; 피니언에 맞물리도록 주회전축에 수직한 방향으로 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및 해수면을 향해 있는 래크의 하단부에 설치된 부력통으로 구성되고, 부에너지 생성 유닛은, 부회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 종동스프로킷 또는 종동풀리; 및 종동스프로킷 또는 종동풀리의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 종동스프로킷 또는 종동풀리에 인접하여 부회전축 상에 설치된 래치기어로 구성되며, 스윙에너지 전달부는, 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 부에너지 생성 유닛의 종동스프로킷 또는 종동풀리와 체인이나 벨트로 연결되는 구동스프로킷 또는 구동풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[5] 상기 [2]에서, 주에너지 생성 유닛은, 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과; 케이싱 내의 주회전축 상에 원 웨이 베어링(one way bearing)을 개재하여 설치되는 피니언과; 피니언에 맞물리도록 주회전축에 수직한 방향으로 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및 해수면을 향해 있는 래크의 하단부에 설치된 부력통으로 구성되고, 부에너지 생성 유닛은, 부회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 종동기어로 구성되며, 스윙에너지 전달부는, 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 부에너지 생성 유닛의 종동기어와 맞물리는 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[6] 상기 [2]에서, 주에너지 생성 유닛은, 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과; 케이싱 내의 주회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 피니언과; 피니언에 맞물리도록 주회전축에 수직한 방향으로 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및 해수면을 향해 있는 래크의 하단부에 설치된 부력통으로 구성되고, 부에너지 생성 유닛은, 부회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 종동스프로킷 또는 종동풀리로 구성되며, 스윙에너지 전달부는, 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 부에너지 생성 유닛의 종동스프로킷 또는 종동풀리와 체인이나 벨트로 연결되는 구동스프로킷 또는 구동풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[7] 상기 [3]에서, 구동기어는 섹터기어이거나 원형 기어인 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[8] 상기 [3] 내지 [7]에서, 주에너지 생성 유닛은, 케이싱 내의 주회전축 상에 2개의 피니언이 서로 간격을 두고 설치되고, 각각의 피니언에 맞물리도록 주회전축에 수직한 방향으로 케이싱을 관통하여 2개의 편면 래크가 설치되며, 해수면을 향해 있는 2개의 편면 래크의 하단부에 하나의 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[9] 상기 [3] 내지 [7]에서, 주에너지 생성 유닛은, 케이싱 내의 주회전축 상에 1개의 피니언과 보조 기어가 서로 간격을 두고 배치되며, 주회전축의 상방 또는 하방에 위치하도록 케이싱에 보조 회전축이 설치되고, 주회전축 상의 피니언 및 보조 기어와 대응되도록 보조 회전축 상의 대응위치에 1개의 피니언과 보조 기어가 배치되며, 주회전축 및 보조 회전축 상의 보조 기어는 서로 맞물리고, 주회전축 상의 피니언과 보조 회전축 상의 피니언에 동시에 맞물리도록 케이싱을 관통하여 1개의 편면 래크가 설치되며, 해수면을 향해 있는 편면 래크의 하단부에 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[10] 상기 [3] 내지 [7]에서, 주에너지 생성 유닛은, 케이싱을 관통하여 1개의 양면 래크가 설치되고, 양면 래크와 맞물리도록 케이싱 내의 주회전축 상에 1개의 피니언이 설치됨과 아울러 피니언으로부터 일정 간격을 두고 보조 기어가 설치되며, 양면 래크를 사이에 두고 주회전축의 상방 또는 하방에 위치하도록 케이싱에 보조 회전축이 설치되고, 보조 회전축 상에 양면 래크와 맞물리도록 피니언이 설치됨과 아울러 주회전축 상의 보조 기어와 대응되는 위치에 보조 기어가 설치되며, 주회전축 및 보조 회전축 상의 보조 기어와 동시에 맞물리는 연결 기어를 구비한 연결축이 케이싱에 설치되고, 해수면을 향해 있는 양면 래크의 하단부에 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[11] 상기 [3] 내지 [10]에서, 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에 복수개 설치되고, 주에너지 생성 유닛의 개수와 동수(同數)로, 부회전축 상에 복수개의 부에너지 생성 유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[12] 상기 [3] 내지 [10]에서, 주에너지 생성 유닛은, 주회전축이 관통하는 케이싱의 양쪽 벽체 중 적어도 한쪽 벽체에, 케이싱의 스윙에너지를 주회전축에 전달하기 위한 스윙에너지 전달용 래치가 설치되고, 스윙에너지 전달용 래치에 대응되도록 주회전축 상에 래치기어가 더 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[13] 상기 [3] 내지 [10]에서, 부력통과 래크의 하단부 사이에 힌지 조인트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[14] 상기 [3] 내지 [10]에서, 파도의 수평유동에너지를 모음과 아울러 일방향 또는 타방향의 스윙력이 약할 때 균형을 맞추기 위해 하나 이상의 수집판이 부력통에 구비되고, 수집판의 일단부는 부력통에 고정됨과 아울러, 수집판의 타단부는 파도의 방향에 따라 부력통 쪽으로 다가갔다 멀어졌다 하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[15] 상기 [13]에서, 힌지 조인트로 연결된 부력통과 래크의 하단부가 직선성을 유지하도록, 부력통과 래크의 하단부 사이에 파손방지(또는 충격완화)용 및 위치복귀용 스프링이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[16] 상기 [2] 내지 [10]에서, 일정 거리를 두고 이격해 있는 두 해양구조물 사이에 파력 수집 장치가 설치되는 경우, 두 해양구조물 사이의 해수 통로는 해양구조물의 양끝에서 중앙 지점으로 갈수록 통로의 폭이 좁아지며, 파력 수집 장치의 수직운동에너지 변환수집부는 해수 통로의 폭이 가장 협소한 지점에 부력통이 위치되도록 두 해양구조물의 중앙 지점 사이에 가설되는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[17] 상기 [16]에서, 부력통이 해수 통로 안으로 유입되는 파도에 떠밀려 해수 통로를 따라 수평방향으로 이동할 수 있는 거리를 제한하기 위한 수평유동 제한수단이 해양구조물과 주에너지 생성 유닛 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[18] 상기 [17]에서, 수평유동 제한수단은 양 단부가 볼 조인트 또는 유니버설 조인트를 개재하여 해양구조물과 주에너지 생성 유닛에 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[19] 상기 [17]에서, 수평유동 제한수단은 탄성체인 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[20] 상기 [3] 내지 [10]에서, 하단부에 부력통이 설치된 래크가 주에너지 생성 유닛의 케이싱의 상하방향으로 승강함에 따라 인장 또는 압축되는 탄성체가 케이싱의 상하 벽체와 래크 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.

[21] 바다가 육지 쪽으로 파고 들어와 있는 만(灣)의 입구측에, 서로 간격을 두고 복수개의 해양구조물을 설치하여, 인접한 두 해양구조물 사이에 상기 [1] 내지 [10]의 파력 수집 장치를 각각 배치한 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.

[22] 상기 [21]에서, 파도가 거칠 때, 해수면으로부터 부력통을 들어올려 부력통이 공중에 떠 있는 상태로 유지될 수 있게 하거나, 부력통이 일정 높이 이상으로 올라오면 자동으로 내려가지 못하게 하는 피난고정수단이 해양구조물에 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.

[23] 상기 [21]에서, 서로 인접해 있는 두 해양구조물 사이의 해수 통로는 해양구조물의 양끝에서 중앙 지점으로 갈수록 통로의 폭이 좁아지며, 파력 수집 장치의 수직운동에너지 변환수집부는 해수 통로의 폭이 가장 협소한 지점인 두 해양구조물의 중앙 지점 사이에 가설되는 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.

[24] 방파제를 따라, 서로 간격을 두고 복수개의 해양구조물을 설치하여, 인접한 두 해양구조물 사이에 상기 [1] 내지 [10]의 파력 수집 장치를 각각 배치한 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 파력 수집 장치에 의하면, 부력통을 해수면에 수직한 방향으로 승강시키는 파력 성분은 수직운동에너지 변환수집부에 의해 기계적 회전에너지로 변환되어 수집되고, 부력통을 해수면에 수평한 방향으로 떠미는 파력 성분은 수평유동에너지 변환수집부에 의해 기계적 회전에너지로 변환되어 수집될 수 있다. 그리고 이들 기계적 회전에너지는 각각 출력될 수도 있고, 합산되어 출력될 수도 있다.

또, 주회전축과 부회전축 상에 동수(同數)로 설치하는 주에너지 생성 유닛과 부에너지 생성 유닛의 개수는 증감시킬 수 있으므로, 용도에 맞춰, 출력을 최적화하거나 극대화할 수 있다.

또, 주회전축을 중심으로, 부력통을 구비한 주에너지 생성 유닛이 한바퀴 돈다든지, 파도의 영향권에서 벗어나도록 부력통이 공중에 들어올려진 상태로 유지될 수 있으므로, 일기불순 등으로 인해 거친 파도가 칠 때에도 파력 수집 장치의 파손이 방지될 수 있다.

또, 부력통과 래크의 하단부를 제외한 대부분의 작동부위가 해수면의 상방에 배치된 케이싱에 내장되어 있으므로, 작동부위에 뿌려 둔 윤활유로 인해 해수가 오염되는 것을 최소화시킬 수 있다.

또, 종래 구성의 파력 수집 장치에 비해 구조가 단순하여, 설치 및 유지보수가 용이한 이점이 있다.

또, 래크와 맞물려 있는 2개의 피니언 중 하나는 부력통이 상승할 때 주회전축을 한쪽 방향으로 회전시키고 나머지 하나는 부력통이 하강할 때 주회전축을 동일한 한쪽 방향으로 회전시키므로, 주회전축이 중단없이 한쪽 방향으로만 회전하게 되어, 편차가 거의 없는 균일한 출력을 얻을 수 있다.

또, 부력통 옆으로 파도가 쳐서 래크가 파손될 수 있는 상황이라도, 래크의 하단부에 설치된 부력통이 힌지 조인트를 중심으로 회전할 수 있으므로, 래크와 부력통의 연결부위가 파손되는 일이 없고, 이때의 파력도 기계적 회전에너지로 변환하여 수집할 수 있다.

또, 힌지 조인트로 연결된 부력통과 래크의 하단부 사이에 파손방지 및 위치복귀용 스프링이 구비되어 있으므로, 힌지 조인트를 중심으로 부력통이 회전되도록 하였던 파력 성분이 약해지거나 제거되면, 스프링의 당김 작용에 의해 부력통이 원위치로 복귀하여, 래크와 부력통이 일직선 상태로 유지될 수 있다.

또, 해양구조물 사이의 해수 통로는 양끝 지점이 넓고 중앙 지점이 좁은 형태로서, 해수 통로의 폭이 가장 협소한 중앙 지점에 파력 수집 장치의 부력통이 배치되므로, 파력 수집 효과가 최대로 발휘될 수 있다. 물론, 이 경우에 부력통의 크기는, 해수 통로의 가장 좁은 폭보다 약간 작은 크기, 예컨대, 5∼10㎝가량 작은 크기인 것이 바람직하다.

또, 스윙에너지 전달용 래치와 이에 대응되는 래치기어가 케이싱과 주회전축 상에 각각 설치되어 있는바, 주회전축 상에 설치된 주에너지 생성 유닛의 하중이 주회전축의 축방향을 따라 분산되는 효과가 있고, 이에 더해, 주에너지 생성 유닛의 출력이 증가하는 효과도 볼 수 있다.

또, 수평유동 제한수단으로서 고무줄이나 스프링과 같은 탄성체를 채용하면, 주에너지 생성 유닛이 일정한 각도범위 내에서 스윙운동을 하면서도 파도가 약해진 때에는 탄성체에 저장된 힘에 의해 주에너지 생성 유닛이 원위치로 되돌아가고, 이때의 스윙에너지가 주회전축이나 부회전축에 전달되어 출력이 증가할 수 있다.

또, 부력통에 설치된 수집판에 의해 파도와의 접촉면적이 늘어나, 더 큰 스윙에너지가 주회전축이나 부회전축에 전달될 수 있으며, 일방향(또는 타방향)의 스윙력이 타방향(또는 일방향)의 스윙력보다 상대적으로 약해도 양방향 모두의 스윙력의 균형을 맞출 수 있다.

또, 케이싱의 상하 벽체와 래크 사이에 개재된 스프링에 의해, 케이싱으로부터 래크가 이탈하는 일이 없으며, 주회전축의 파손이 방지되고, 이에 더해, 부력통의 하강시에 스프링에 저장된 힘이 보태어져 주회전축에 전달될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파력 수집 장치가 고정식 해양구조물 사이에 설치된 모습을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 파력 수집 장치의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 것으로서, (a)는 해수면이 잔잔한 상태, (b)는 파도에 의해 부력통이 전측으로 밀린 상태, (c)는 파도에 의해 부력통이 후측으로 밀린 상태를 각각 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파력 수집 장치가 부유식 해양구조물 사이에 설치된 모습을 나타낸 도 2에 상당한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파력 수집 장치의 구조를 간략하게 나타낸 도 2에 상당한 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파력 수집 장치가 고정식 해양구조물 사이에 설치된 모습을 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 파력 수집 장치의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 파력 수집 장치의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른, 기어 비율을 가감시키기 위한 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도 2에 상당한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 도 3에 상당한 도면.
도 11 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제7 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 도시한 도면.
도 12 (a)와 (b)는 본 발명의 제8 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 도시한 도면.
도 13 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제9 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 14 (a)와 (b)는 본 발명의 제10 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 15 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제9 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 도면.
도 16 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제11 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 17 (a)와 (b)는 본 발명의 제12 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도면.
도 18 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제13 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 19 (a)와 (b)는 본 발명의 제14 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 20 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제13 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 도면.
도 21 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 부력통과 래크의 조립 예를 나타낸 도면.
도 22는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 부력통의 변형예를 나타낸 도면.
도 23 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 케이싱과 래크의 조립 예를 나타낸 도면.
도 24 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 래크 또는 부력통과 해양구조물의 연결 예를 나타낸 도면.
도 25는 본 발명에 따른 파력 수집 장치가 만(灣)의 입구측에 설치된 예.
도 26은 본 발명에 따른 파력 수집 장치가 방파제를 따라 설치된 예.

이하, 본 발명에 따른 파력 수집 장치의 여러 실시예가 도면에 의거하여 구체적으로 설명된다.

여기서, 후술하는 각 실시예의 파력 수집 장치는 주에너지 생성 유닛의 스윙운동과 부력통이 달려 있는 래크의 승강운동에 지장을 주지 않도록 구성된 별도의 케이스로 덮여져 바다 환경으로부터 보호되어도 좋다.

또, 구성요소 중 일부는, 필요에 따라 내부식 처리나 방청 처리되어도 좋다.

또, 해양구조물로는, 선박(바지선)과 같은 부유식 구조물을 이용해도 좋고, 해류에 휩쓸리지 않도록 하부부분을 해저바닥에 고정시킨 철재 구조물이나 콘크리트 구조물과 같은 고정식 구조물을 이용해도 좋다. 경우에 따라서는 방파제나 접안 시설과 같은 기설(旣設) 구조물을 이용할 수도 있을 것이다.

또, 주회전축의 양 단부와 부회전축의 적어도 일 단부는 해양구조물 상의 축받이에 회전 가능하게 지지되어 있는 것으로 가정한다.

[편면 래크가 복수개인 경우]

후술하는 제1 실시예 내지 제6 실시예는, 기어치가 한쪽 면에만 형성되어 있는 편면 래크(125)를 2개 구비하는 경우로서, 주회전축 상에 설치하는 피니언의 개수에 따라, 편면 래크의 개수는 피니언의 개수와 동수(同數)로 증가시킨다.

≪제1 실시예≫

도 1 내지 4는 제1 실시예에 관계된 도면들로서, 도 1 및 도 4는 각각, 파력 수집 장치가 고정식 또는 부유식 해양구조물 사이에 설치된 모습을 나타낸 것이고, 도 2는 주에너지 생성 유닛의 내부 구조를 간략하게 나타낸 도면이며, 도 3은 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 도면이다.

이들 도면에 나타나 있는 바와 같이, 수직운동에너지 변환수집부(100)와 수평유동에너지 변환수집부(200)와 스윙에너지 전달부(300)로 구성된 파력 수집 장치가 해양구조물(400) 사이에 설치되어 있다.

수직운동에너지 변환수집부(100)는, 파력 성분 중 해수면에 수직한 방향으로 부력통(126)을 들어올리는 수직운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시키는 구성요소로서, 양 단부가 해양구조물(400)의 상단측의 대략 중앙 지점에 회전 자유롭게 지지된 주회전축(110)과, 주회전축(110) 상에 설치되어 부력통(126)이 승강할 때는 주회전축(110)을 회전시키고 부력통(126)이 해수면 상에서 한쪽 수평방향으로 떠밀릴 때 주회전축(110)을 중심으로 공회전하는 주(主)에너지 생성 유닛(120)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 주에너지 생성 유닛은, 주회전축(110)에 회전 자유롭게 설치되는 케이싱(121)과, 케이싱(121) 내의 주회전축(110)에 설치되며 양쪽 면에 각각 3개의 래치(123)가 구비된 2개의 피니언(122)과, 래치(123)와 대응될 수 있도록 피니언(122)의 양쪽 편에 인접하여 주회전축(110)에 설치된 래치기어(124)와, 각각의 피니언(122)과 맞물리도록 케이싱(121)의 상하 벽체를 관통하여 설치된 2개의 편면 래크(125)와, 이들 편면 래크(125)의 하단부에 연결된 하나의 부력통(126)으로 구성되어 있다. 또, 주회전축(110)이 관통해 있는 케이싱(121)의 좌우 벽체에는 스윙에너지 전달용 래치(128)가 각각 설치되어 있고, 이 래치(128)에 대응하는 래치기어(127)가 주회전축(110)에 설치되어 있다.

다음으로, 수평유동에너지 변환수집부(200)는, 해수면에 수평한 일방향(또는 타방향)으로 부력통을 떠미는 파력 성분(파도의 수평유동에너지)을 기계적 회전에너지로 변환시킬 수 있는 구성요소로서, 적어도 한쪽 단부가 해양구조물(400)에 회전 자유롭게 지지된 부회전축(210)과, 주에너지 생성 유닛(120)이 주회전축(110)을 중심으로 일방향(또는 타방향)으로 스윙운동 할 때의 회전력을 스윙에너지 전달부(300)를 통해서 전달받을 수 있도록 부회전축(210)에 설치된 부(副)에너지 생성 유닛(220)으로 구성되어 있다.

또한, 부에너지 생성 유닛(220)은, 부회전축(210)에 설치되며 양쪽 면에 각각 3개의 래치(222)가 구비된 종동기어(221)와, 래치(222)와 대응될 수 있도록 종동기어(221)의 양쪽 측에 인접하여 부회전축(210)에 설치된 래치기어(223)로 구성되어 있다.

다음으로, 스윙에너지 전달부(300)는 해수면에 수평한 일방향(또는 타방향)으로 부력통(126)이 떠밀릴 때 발생하는 주에너지 생성 유닛(120)의 스윙에너지를 부에너지 생성 유닛(220)에 전달하는 기어 형상의 구성요소(구동기어)로서, 본 실시예에서는 섹터기어(301)가 채용되었다.

한편, 해양구조물(400)이 부유식 구조물인 경우, 거친 파도로 인해, 두 해양구조물 사이가 벌어지거나 높낮이가 변하는 것을 방지하기 위해, 예를 들면 도 4에 나타낸 것처럼, H빔이나 I빔과 같은 철제 빔으로 구성된 고정프레임(500)을 이용하여, 두 해양구조물을 서로 구속시켜 놓는 것이 바람직하다.

≪제2 실시예≫

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파력 수집 장치를 나타낸 것으로서, 도 2에 상당한 도면이다. 도 2와 비교했을 때, 수평유동에너지 변환수집부(200)가 수직운동에너지 변환수집부(100)의 전후측에 모두 설치되어 있다는 점에서 차이가 있음을 알 수 있다. 이 구성에 의하면, 주에너지 생성 유닛(120)이 주회전축(110)을 중심으로 어느 방향(시계방향 또는 반시계방향)으로 스윙운동을 하든지 간에 어느 한쪽의 부회전축(210)으로부터 출력을 얻을 수 있다.

≪제3 실시예≫

도 6은 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 사시도로서, 스윙에너지 전달부(300)가 원형 기어(302)로 구성된 점에만 차이가 있을 뿐, 그 외 구성요소의 구조와 이들의 결합관계 및 작동방식 등은 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다.

≪제4 실시예≫

도 7은 제3 실시예의 변형예로서, 도 5에 상당한 도면이다.

본 실시예의 경우, 수직운동에너지 변환수집부(100)의 전후 양측에 수평유동에너지 변환수집부(200)가 각각 배치되어, 스윙에너지 전달부인 원형 기어(302)에 수평유동에너지 변환수집부의 부에너지 생성 유닛의 종동기어(221)가 맞물려 있다. 이 구성에 의해서도, 주에너지 생성 유닛(120)이 어느 방향으로 스윙운동을 하든지 간에 어느 한쪽의 부회전축(210)으로부터 출력을 얻을 수 있다.

≪제5 실시예≫

도 8은 본 발명의 제5 실시예로서, 제3실시예의 또 다른 변형예를 나타낸 것이다. 이 도면은, 예를 들면, 도 2에 상당한 도면이라 할 수 있다.

주회전축(110)에 직교해 있는 가상의 대칭선(SL)을 중심으로 완전한 대칭 구조임을 쉽게 알 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 2개의 주에너지 생성 유닛(120)이 하나의 주회전축(110) 상에 설치되어 있으므로, 출력이 2배로 증대될 수 있다.

≪제6 실시예≫

도 9와 도 10은 본 발명의 제6 실시예에 관계된 도면들로서, 도 2 및 도 3에 상당한 도면들이다.

제1 실시예와 비교하여, 수직운동에너지 변환수집부(100)의 주에너지 생성 유닛(120)의 내부구조에 차이가 있을 뿐, 그 외 구성요소는 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 따라서 이하에서는 주에너지 생성 유닛(120)의 내부구조에 대해서만 설명한다.

본 실시예의 경우, 케이싱(121) 내의 주회전축(110)에는 2개의 피니언(122)만 설치되어 있을 뿐이다. 바꿔 말해, 피니언(122)에는 래치가 구비되어 있지 않으며, 주회전축에는 래치기어가 설치되어 있지 않다.

그 대신, 이들 피니언(122)과 편면 래크(125) 사이에는 케이싱(121)의 상하방향으로 편면 래크(125)가 움직일 때, 주회전축(110)이 회전할 수 있도록 하는 기어열이 개재해 있다. 이 기어열은, 편면 래크(125)와 맞물려 돌아가는 또 다른 피니언(122A)과, 양 피니언(122)(122A) 사이에 개재되어 있는 전동기어(129)와, 상기 또 다른 피니언(122A)과 전동기어(129)의 한쪽 편에 각각 배치되어 서로 맞물리는 연동기어(129A)(129B)로 구성되어 있다. 또한, 편면 래크가 맞물린 피니언(122A)의 한쪽 면에는 래치(123A)가 구비되어 있고, 래치(123A)와 대응하도록, 피니언(122A)과 연동기어(129B)에 관통결합되어 있는 연결축에는 래치기어(124A)가 고정되어 있다.

[편면 래크가 하나인 경우]

후술하는 제7 실시예 내지 제10 실시예는, 편면 래크(125)를 1개만 구비하는 경우로서, 편면 래크(125)의 기어치가 형성되어 있는 방향(예컨대, 상하방향)을 따라 2개의 피니언(122)이 서로 간격을 두고 배치되며 각각의 피니언(122)은 편면 래크(125)에 맞물려 있다.

≪제7 실시예≫

도 11 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제7 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 도시한 도면이다.

본 실시예의 파력 수집 장치는, 제1 실시예와 비교하여, 두 해양구조물(400) 사이에 설치된 주에너지 생성 유닛의 구조에만 차이가 있고, 그 외에는 동일하다.

본 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛은, 케이싱(121) 내의 주회전축(110) 상에, 1개의 피니언(122)과 보조 기어(122B)가 간격을 두고 배치되어 있으며, 주회전축(110)의 상방(上方)에 위치하도록 케이싱(121) 내부를 가로질러 보조 회전축(111)이 설치되어 있다. 또, 보조 회전축(111)에는 주회전축(110) 상의 피니언(122) 및 보조 기어(122B)와 대응되는 대응위치에, 1개의 피니언(122)과 보조 기어(122C)가 배치되어 있다. 주회전축(110) 상의 보조 기어(122B)와 보조 회전축(111) 상의 보조 기어(122C)는 서로 맞물려 있고, 케이싱(121)을 상하방향으로 관통하는 1개의 편면 래크(125)가 주회전축(110) 상의 피니언(122) 및 보조 회전축(111) 상의 피니언(122)에 동시에 맞물려 있다.

한편, 주회전축(110) 상의 피니언(122)에 부가된 래치(123)와 그 인근에 배치된 래치기어(124)는 예를 들면, 편면 래크(125)가 상승할 때 주회전축(110)을 회전시키도록 설치되어 있는 반면, 보조 회전축(110) 상의 피니언(122)에 부가된 래치(123)와 그 인근에 배치된 래치기어(124)는 편면 래크(125)가 상승하는 경우에는 공회전하고 편면 래크(125)가 하강하는 경우에는, 맞물린 보조 기어(122B)(122C)를 통해 주회전축(110)을 회전시키도록 설치되어 있다.

≪제8 실시예≫

도 12 (a)와 (b)는 본 발명의 제8 실시예에 따른 파력 수집 장치를 간략하게 도시한 것으로서, 스윙에너지 전달부(300)가 섹터기어(301) 대신 원형 기어(302)로 구성된 점에 차이가 있을 뿐, 그 외 구성요소의 구조와 이들의 결합관계 및 작동방식 등은 제7 실시예에서 설명한 것과 동일하다.

≪제9 실시예≫

도 13 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제9 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부 구조를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 15 (a) 내지 (c)는 제9 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주에너지 생성 유닛이 주회전축 상에서 스윙운동 할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 도면이다.

제7 실시예와 비교했을 때, 주에너지 생성 유닛(120)의 전후 양측에, 부회전축(210)과 부에너지 생성 유닛(220)으로 이루어진 수평유동에너지 변환수집부가 각각 설치됨과 아울러, 케이싱(121)의 전후측에 설치된 섹터기어(301)가 부에너지 생성 유닛(220)의 종동기어(221)와 맞물려 있고, 스윙에너지 전달용 래치(128) 및 이에 대응되는 래치기어(127)가 제거되어 있다는 점에 차이가 있다.

이러한 구성에 따르면, 주에너지 생성 유닛(120)이 주회전축(110)의 어느 방향으로 스윙운동을 하든지 어느 한쪽 부회전축(210)으로부터 출력을 얻을 수 있다.

≪제10 실시예≫

도 14 (a)와 (b)는 본 발명의 제10 실시예에 따른 파력 수집 장치를 간략하게 나타낸 도면으로서, 스윙에너지 전달부가 원형 기어(302)로 구성된 점에 차이가 있을 뿐, 그 외는 상술한 제9 실시예와 동일하다.

[양면 래크가 하나인 경우]

후술하는 제11 실시예 내지 제14 실시예는, 양면 래크(125D)를 1개만 구비하는 경우로서, 양면 래크(125D)를 사이에 두고, 양면 래크의 양측에 피니언(122)이 각각 하나씩 배치되며, 각각의 피니언(122)은 양면 래크(125)의 양측 기어치에 맞물려 있다.

≪제11 실시예≫

도 16 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제11 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부의 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 주에너지 생성 유닛(120)은, 케이싱을 상하방향으로 관통하여 1개의 양면 래크(125D)가 설치되고, 이 양면 래크(125D)와 맞물리도록 케이싱 내의 주회전축(110) 상에 1개의 피니언(122)이 설치됨과 아울러 이 피니언(122)으로부터 일정 간격을 두고 보조 기어(122B)가 설치되어 있다.

또, 양면 래크(125D)를 사이에 두고, 주회전축(110)의 상방에 위치하도록, 케이싱 내부를 가로질러 보조 회전축(111)이 설치되어 있고, 이 보조 회전축(111) 상에 양면 래크(125D)와 맞물리는 피니언(122)과 주회전축 상의 보조 기어(122B)와 대응되는 보조 기어(122C)가 설치되어 있다.

또, 상술한 보조 기어(122B)(122C)와 동시에 맞물리는 연결 기어(112A)를 구비한 연결축(112)이 케이싱의 내부를 가로질러 설치되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 양면 래크(125D)의 상승 또는 하강시, 서로 맞물려 있는 보조 기어(122B)(122C)와 연결기어(112A)를 통해, 일방향으로 회전하는 주회전축(110)에 회전력이 더해진다.

≪제12 실시예≫

도 17 (a)와 (b)는 본 발명의 제12 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부 구조를 간략하게 나타낸 것으로서, 스윙에너지 전달부로서 섹터 기어(301) 대신 원형 기어(302)를 채용한 점에 차이가 있을 뿐, 그 외는 제11 실시예와 동일하다.

≪제13 실시예≫

도 18 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제13 실시예에 따른 파력 수집 장치의 주요부 구조를 간략하게 나타낸 도면이고, 도 20 (a) 내지 (c)는 제13 실시예의 주에너지 생성 유닛이 스윙운동할 때의 주요 작동부위의 변화를 간략하게 나타낸 것이다.

제11 실시예와 비교하여, 주에너지 생성 유닛(120)의 전후측에 수평유동에너지 변환수집부가 각각 설치되고, 케이싱 전후측의 섹터기어(301)에 부에너지 생성 유닛(220)의 종동기어(221)가 각각 맞물려 있으며, 스윙에너지 전달용 래치(128)와 이에 대응되는 래치기어(127)가 제거된 점에 차이가 있다.

≪제14 실시예≫

도 19 (a)와 (b)는 본 발명의 제14 실시예에 따른 파력 수집 장치를 간략하게 나타낸 도면으로서, 스윙에너지 전달부가 섹터 기어(301)에서 원형 기어(302)로 바뀐 점에 차이가 있을 뿐, 그 외는 상술한 제13 실시예와 동일하다.

≪부력통과 래크의 결합 구조≫

상술한 실시예에서, 부력통(126)이 하단부에 설치된 편면 래크(125)와 양면 래크(125D)는 강체 로드(rigid rod)이므로, 주회전축(110)에 직교하는 방향으로 해수(파도)가 수평유동하는 경우에는 주에너지 생성 유닛(120)이 주회전축(110)을 중심으로 스윙운동을 하여 부력통(126)과 래크(125)의 연결부위가 파손될 염려가 없다. 그러나 주회전축(110)에 평행한 방향으로 해수가 수평유동하는 경우에는 부력통(126)에 가해지는 충격력의 크기에 따라 부력통(126)과 래크(125)의 연결부위가 파손될 수도 있다.

도 21은 부력통과 래크의 조립 예를 나타낸 것으로서, (a)에 도시된 바와 같이, 부력통(126)과 래크(125)의 연결부위에 힌지 조인트(H)를 채용한다든지, (b)에 도시된 바와 같이, 힌지 조인트(H)와 함께 스프링(S)을 더 구비시킴으로써, 연결부위의 파손을 피할 수 있다.

힌지 조인트(H)와 스프링(S)의 채용으로 얻을 수 있는 작용효과는 본 출원인의 선출원 특허출원 제10-2013-0044687호(파력 수집 장치)에 비교적 상세히 개시되어 있다.

≪부력통의 변형예≫

도 22는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 부력통의 변형예를 나타낸 것으로서, 파도의 수평유동에너지를 모음과 아울러 일방향 또는 타방향의 스윙력이 약할 때 균형을 맞추기 위해 하나 이상의 수집판(126A)이 부력통(126)의 적어도 일측에 구비되어 있다. 이 수집판(126A)은 일단부가 부력통에 고정됨과 아울러, 수집판의 타단부는 파도의 방향에 따라 부력통 쪽으로 다가갔다 멀어졌다 하도록 설치되어 있다. 수집판(126A)의 설치 개수에 제한은 없다.

≪케이싱과 래크의 조립 예≫

도 23 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 케이싱과 래크의 조립 예를 나타낸 것으로서, 편면 래크(125)의 상단에 규제판(125A)을 덧대어 편면 래크(125)가 케이싱(121)으로부터 이탈하지 않도록 하거나, 편면 래크(125)가 끼워진 케이싱(121)의 구멍에 파이프 형상의 가이드(121A)를 설치하여 래크가 안정적으로 상하이동할 수 있도록 하거나, 케이싱(121) 내외의 편면 래크(125)에 스프링(125B)을 배치한 후 그 외측을 지지판(125C)으로 막아 편면 래크가 이동할 수 있는 범위를 규제함과 아울러 수직운동에너지의 일부를 저장하고 인출할 수 있도록 하거나, 편면 래크의 상하 단부에 스프링(125B)을 설치하는 것이 바람직하다.

≪해양구조물과 래크의 연결 예≫

도 24 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 파력 수집 장치에 있어서 편면 래크 또는 부력통과 해양구조물의 연결 예를 나타낸 것으로서, (a) 및 (c)에 도시된 것처럼, 해양구조물(400)과 주에너지 생성 유닛의 편면 래크(125) 또는 부력통(126) 사이를 스프링(600)으로 연결한다거나, (b) 및 (d)에 도시된 것처럼, 양끝에 볼 조인트(701)가 구비된 연결로드(700)로 편면 래크(125)와 해양구조물(400)에 마련된 이동채널(410) 사이를 연결함으로써, 부력통(126)이 파도에 떠밀려 나가는 수평유동 거리를 제한하는 것이 바람직하다. 아울러, 스프링(600) 대신, 고무줄이 수평유동 제한수단으로 채택되어도 좋다.

또한, 편면 래크 대신, 양면 래크가 사용되는 경우에도 이와 거의 유사하다.

≪기타 변형예≫

도면으로 나타내지는 않지만, 피니언과 종동기어에 각각 구비된 래치와 그 부근에 설치된 래치기어는 원 웨이 베어링으로 대체되어도 좋다.

또한, 부에너지 생성 유닛을 구성하는 종동기어와 스윙에너지 전달부를 구성하는 구동기어는, 스프로킷 또는 풀리로 대체되어도 좋다. 이 경우, 스프로킷 사이는 체인으로 연결되고, 풀리 사이는 벨트로 연결될 것이다.

또, 본 출원인의 선출원 특허출원 제10-2013-0044687호에 개시된 출력합산부가 주회전축과 부회전축 사이에 구비되어도 좋다. 이 출력합산부는, 예를 들면, 주회전축의 단부에 설치된 기어(주출력기어)와, 부회전축의 단부에 설치된 기어(부출력기어)와, 이들 기어 사이에 연결된 기어(합력기어)나 기어열로 구성될 수 있다.

또, 연결기어(112A)와 보조 기어(122B)(122C) 대신, 스프로킷과 체인의 전동구조가 채용되어도 좋고, 풀리와 벨트의 전동구조가 채용되어도 좋다.

≪설치 예≫

지금까지 설명한 각 실시예의 파력 수집 장치는 부유식 해양구조물을 이용하여 바다 한가운데에 설치될 수도 있지만, 도 25 및 도 26에 도시된 것처럼, 만(G)의 입구측이나, 방파제(B)를 따라 설치될 수도 있다.

한편, 도 25에서 도면부호 800은 해수면으로부터 부력통(126)을 들어올려 부력통(126)이 공중에 떠 있는 상태로 걸쳐 놓을 수 있는 피난고정수단을 나타낸다.

≪작동관계≫

상술한 각(各) 실시예의 파력 수집 장치는, 파도의 수직운동에너지와 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜, 발전기나 그 밖의 기계장치(예컨대, 해수 담수화 설비의 해수 압축장치나 양수기 등)에 에너지로 제공하기 위한 것으로서, 편면 래크(125) 또는 양면 래크(125D)에 맞물려 있는 2개의 피니언(122) 중 어느 하나는 부력통(126)이 상승할 때 주회전축(110)을 어느 한 방향으로 회전시키고 다른 하나는 부력통(126)이 해수면 쪽으로 떨어질 때 주회전축(110)을 동일한 방향으로 회전시키게 된다. 다시 말해, 피니언 모두가 파도의 수직운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시키는 것이다.

한편, 부력통(126)이 파도에 떠밀려, 주에너지 생성 유닛(120)이 전후방향으로 스윙운동을 하는 경우에 있어서, 주에너지 생성 유닛의 어느 한쪽에만 부에너지 생성 유닛이 배치되어 있다면, 주회전축(110)의 회전방향과 같은 방향의 스윙에너지는 래치기어(127)와 스윙에너지 전달용 래치(128)를 통해 전달되지만, 스윙 방향이 반대일 경우는 공회전하게 된다. 공회전시의 회전력은, 스윙에너지 전달부(300)를 통해, 부에너지 생성 유닛(220)에 전달되어 부회전축(210)을 회전시킨다.

이에 대해, 주에너지 생성 유닛의 양쪽에 부에너지 생성 유닛이 배치된 경우라면, 래치기어(127)와 스윙에너지 전달용 래치(128)가 없어도, 어느 한쪽의 부회전축(210)이 회전하게 된다.

지금까지, 본 발명의 여러 실시예가 도면에 의거하여 구체적으로 설명되었지만, 이들은 단지 예시일 뿐, 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 명세서에서 미처 다루지 못한 사항이라도, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 통상의 창작능력을 발휘하여 용이하게 얻을 수 있는 다양한 변형과 변경은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100...수직운동에너지 변환수집부
110...주회전축
111...보조 회전축
112...연결축
112A...연결 기어
120...주에너지 생성 유닛
121...케이싱
121A...가이드
122, 122A...피니언
122B, 122C...보조 기어
123, 123A...래치
124, 124A...래치기어
125...편면(片面) 래크
125A...규제판
125B...스프링
125C...지지판
125D...양면(兩面) 래크
126...부력통
126A...수집판
127...래치기어
128...스윙에너지 전달용 래치
129...전동기어
129A, 129B...연동기어
200...수평유동에너지 변환수집부
210...부회전축
220...부에너지 생성 유닛
221...종동기어
222...래치
223...래치기어
300...스윙에너지 전달부
301...섹터기어
302...원형 기어
400...해양구조물
410...이동채널
500...고정프레임
600...스프링
700...연결로드
701...볼 조인트
800...피난고정수단
B...방파제
G...만(灣)
H...힌지 조인트
S...스프링
SL...대칭선

Claims (24)

1. 부력통에 비해 파도에 의한 움직임이 적은 해양구조물에 설치되어, 상기 부력통에 가해지는 파도의 운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 파력 수집 장치로서,
   상기 파력 수집 장치는,
   해수면에 수직한 방향으로 상기 부력통을 승강시키는 수직운동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수직운동에너지 변환수집부와;
   해수면에 수평한 방향으로 상기 부력통을 떠미는 파도의 수평유동에너지를 기계적 회전에너지로 변환시켜 수집하는 수평유동에너지 변환수집부; 및
   해수면에 수평한 방향으로 상기 부력통이 떠밀릴 때 발생하는 상기 수직운동에너지 변환수집부의 스윙에너지를 상기 수평유동에너지 변환수집부에 전달하는 스윙에너지 전달부를 포함하여 구성되며,
   상기 수직운동에너지 변환수집부는 양 단부가 상기 해양구조물 상에 회전 자유롭게 지지된 상태로 해수면의 상방(上方)에 가설(架設)되는 주회전축과; 상기 주회전축 상에 설치되며, 해수면 상의 상기 부력통이 승강할 때 상기 주회전축을 회전시키고, 상기 부력통이 해수면 상에서 일방향으로 수평 유동할 때 상기 주회전축 상에서 공회전하는 한편, 상기 부력통이 타방향으로 수평 유동할 때 상기 주회전축을 회전시키는 주(主)에너지 생성 유닛으로 구성되고,
   상기 수평유동에너지 변환수집부는 상기 주회전축으로부터 일정 거리만큼 떨어져서, 적어도 일단부가 상기 해양구조물 상에 회전 자유롭게 지지된 상태로 해수면의 상방에 가설되는 부회전축과; 상기 부회전축 상에 설치되며, 상기 수직운동에너지 변환수집부의 상기 주에너지 생성 유닛이 상기 주회전축 상에서 공회전하는 스윙운동시의 회전력을, 상기 스윙에너지 전달부를 통해서 전달받아 상기 부회전축을 회전시키는 부(副)에너지 생성 유닛으로 구성되며,
   상기 스윙에너지 전달부는 상기 수직운동에너지 변환수집부에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 상기 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과;
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 피니언과;
   상기 피니언의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 상기 피니언에 인접하여 상기 주회전축 상에 설치된 래치기어와;
   상기 피니언에 맞물리도록 상기 주회전축에 수직한 방향으로 상기 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및
   해수면을 향해 있는 상기 래크의 하단부에 설치된 부력통;
   으로 구성되고,
   상기 부에너지 생성 유닛은,
   상기 부회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 종동기어; 및
   상기 종동기어의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 상기 종동기어에 인접하여 부회전축 상에 설치된 래치기어;
   로 구성되며,
   상기 스윙에너지 전달부는,
   상기 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 상기 부에너지 생성 유닛의 상기 종동기어와 맞물리는 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 상기 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과;
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 피니언과;
   상기 피니언의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 상기 피니언에 인접하여 상기 주회전축 상에 설치된 래치기어와;
   상기 피니언에 맞물리도록 상기 주회전축에 수직한 방향으로 상기 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및
   해수면을 향해 있는 상기 래크의 하단부에 설치된 부력통;
   으로 구성되고,
   상기 부에너지 생성 유닛은,
   상기 부회전축 상에 설치되며, 적어도 한쪽 면에 래치가 구비된 종동스프로킷 또는 종동풀리; 및
   상기 종동스프로킷 또는 상기 종동풀리의 적어도 한쪽 면에 구비된 래치와 대응되도록 상기 종동스프로킷 또는 상기 종동풀리에 인접하여 상기 부회전축 상에 설치된 래치기어;
   로 구성되며,
   상기 스윙에너지 전달부는,
   상기 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 상기 부에너지 생성 유닛의 상기 종동스프로킷 또는 상기 종동풀리와 체인이나 벨트로 연결되는 구동스프로킷 또는 구동풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 상기 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과;
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 원 웨이 베어링(one way bearing)을 개재하여 설치되는 피니언과;
   상기 피니언에 맞물리도록 상기 주회전축에 수직한 방향으로 상기 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및
   해수면을 향해 있는 상기 래크의 하단부에 설치된 부력통;
   으로 구성되고,
   상기 부에너지 생성 유닛은,
   상기 부회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 종동기어로 구성되며,
   상기 스윙에너지 전달부는,
   상기 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 상기 부에너지 생성 유닛의 종동기어와 맞물리는 구동기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 주회전축의 일부 구간을 구획하는 형태로 상기 주회전축 상에 회전 자유롭게 설치된 케이싱과;
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 피니언과;
   상기 피니언에 맞물리도록 상기 주회전축에 수직한 방향으로 상기 케이싱을 관통하여 설치된 래크; 및
   해수면을 향해 있는 상기 래크의 하단부에 설치된 부력통;
   으로 구성되고,
   상기 부에너지 생성 유닛은,
   상기 부회전축 상에 원 웨이 베어링을 개재하여 설치되는 종동스프로킷 또는 종동풀리로 구성되며,
   상기 스윙에너지 전달부는,
   상기 주에너지 생성 유닛의 케이싱에 구비되어, 상기 부에너지 생성 유닛의 상기 종동스프로킷 또는 상기 종동풀리와 체인이나 벨트로 연결되는 구동스프로킷 또는 구동풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 구동기어는,
   섹터기어이거나 원형 기어인 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 2개의 피니언이 서로 간격을 두고 설치되고,
   각각의 피니언에 맞물리도록 상기 주회전축에 수직한 방향으로 상기 케이싱을 관통하여 2개의 래크가 설치되며,
   해수면을 향해 있는 상기 2개의 래크의 하단부에 하나의 상기 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
9. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주에너지 생성 유닛은,
   상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 1개의 피니언과 보조 기어가 서로 간격을 두고 배치되며,
   상기 주회전축의 상방 또는 하방에 위치하도록 상기 케이싱에 보조 회전축이 설치되고,
   상기 주회전축 상의 피니언 및 보조 기어와 대응되도록 보조 회전축 상의 대응위치에 1개의 피니언과 보조 기어가 배치되며,
   상기 주회전축 및 상기 보조 회전축 상의 보조 기어는 서로 맞물리고,
   상기 주회전축 상의 피니언과 상기 보조 회전축 상의 피니언에 동시에 맞물리도록 상기 케이싱을 관통하여 1개의 편면 래크가 설치되며,
   해수면을 향해 있는 상기 편면 래크의 하단부에 상기 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
   
10. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주에너지 생성 유닛은,
    상기 케이싱을 관통하여 1개의 양면 래크가 설치되고,
    상기 양면 래크와 맞물리도록 상기 케이싱 내의 상기 주회전축 상에 1개의 피니언이 설치됨과 아울러 상기 피니언으로부터 일정 간격을 두고 보조 기어가 설치되며,
    상기 양면 래크를 사이에 두고 상기 주회전축의 상방 또는 하방에 위치하도록 상기 케이싱에 보조 회전축이 설치되고,
    상기 보조 회전축 상에 상기 양면 래크와 맞물리도록 피니언이 설치됨과 아울러 상기 주회전축 상의 보조 기어와 대응되는 위치에 보조 기어가 설치되며,
    상기 주회전축 및 상기 보조 회전축 상의 상기 보조 기어와 동시에 맞물리는 연결 기어를 구비한 연결축이 상기 케이싱에 설치되고,
    해수면을 향해 있는 상기 양면 래크의 하단부에 상기 부력통이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
11. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주에너지 생성 유닛이 상기 주회전축 상에 복수개 설치되고,
    상기 주에너지 생성 유닛의 개수와 동수(同數)로, 상기 부회전축 상에 복수개의 상기 부에너지 생성 유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
12. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주에너지 생성 유닛은,
    상기 주회전축이 관통하는 상기 케이싱의 양쪽 벽체 중 적어도 한쪽 벽체에, 상기 케이싱의 스윙에너지를 상기 주회전축에 전달하기 위한 스윙에너지 전달용 래치가 설치되고,
    상기 스윙에너지 전달용 래치에 대응되도록 상기 주회전축 상에 래치기어가 더 설치된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
13. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부력통과 상기 래크의 하단부 사이에 힌지 조인트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
14. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    파도의 수평유동에너지를 모으기 위해 하나 이상의 수집판이 상기 부력통에 구비되고,
    상기 수집판의 일단부는 상기 부력통에 고정됨과 아울러, 상기 수집판의 타단부는 파도의 방향에 따라 상기 부력통 쪽으로 다가갔다 멀어졌다 하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 힌지 조인트로 연결된 상기 부력통과 상기 래크의 하단부가 직선성을 유지하도록, 상기 부력통과 상기 래크의 하단부 사이에 파손방지용 및 위치복귀용 스프링이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
16. 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    일정 거리를 두고 이격해 있는 두 해양구조물 사이에 파력 수집 장치가 설치되는 경우, 상기 두 해양구조물 사이의 해수 통로는 상기 해양구조물의 양끝에서 중앙 지점으로 갈수록 통로의 폭이 좁아지며,
    파력 수집 장치의 수직운동에너지 변환수집부는 해수 통로의 폭이 가장 협소한 지점에 상기 부력통이 위치되도록, 상기 두 해양구조물의 중앙 지점 사이에 가설되는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 부력통이 해수 통로 안으로 유입되는 파도에 떠밀려 해수 통로를 따라 수평방향으로 이동할 수 있는 거리를 제한하기 위한 수평유동 제한수단이 상기 해양구조물과 상기 주에너지 생성 유닛 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 수평유동 제한수단은 양 단부가 볼 조인트 또는 유니버설 조인트를 개재하여 상기 해양구조물과 상기 주에너지 생성 유닛에 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 수평유동 제한수단은 탄성체인 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
20. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    하단부에 부력통이 설치된 상기 래크가 상기 주에너지 생성 유닛의 케이싱의 상하방향으로 승강함에 따라 인장 또는 압축되는 탄성체가 상기 케이싱의 상하 벽체와 상기 래크 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 수집 장치.
    
21. 바다가 육지 쪽으로 파고 들어와 있는 만(灣)의 입구측에, 서로 간격을 두고 복수개의 상기 해양구조물을 설치하여, 인접해 있는 두 해양구조물 사이에, 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 상기 파력 수집 장치를 각각 배치한 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.
    
22. 제21항에 있어서,
    파도가 거칠 때, 해수면으로부터 상기 부력통을 들어올려 상기 부력통이 공중에 떠 있는 상태로 유지될 수 있게 하는 피난고정수단이 상기 해양구조물에 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.
    
23. 제21항에 있어서,
    서로 인접해 있는 상기 두 해양구조물 사이의 해수 통로는 상기 해양구조물의 양끝에서 중앙 지점으로 갈수록 통로의 폭이 좁아지며,
    상기 파력 수집 장치의 상기 수직운동에너지 변환수집부는 해수 통로의 폭이 가장 협소한 지점인 상기 두 해양구조물의 중앙 지점 사이에 가설되는 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.
    
24. 방파제를 따라, 서로 간격을 두고 복수개의 상기 해양구조물을 설치하여, 인접한 두 해양구조물 사이에, 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 상기 파력 수집 장치를 각각 배치한 것을 특징으로 하는 연안 파력 수집 설비.

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