KR101599737B1 - Wave-force power generation system - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 따른 파력발전 시스템은 내부 공간부를 가지는 발전기 하우징; 상기 발전기 하우징의 내부에 설치되는 파력 발전장치; 상기 발전기 하우징의 외측에 결합되어 상기 파력 발전장치를 제 1 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 1 부유모듈; 및 상기 제 1 부유모듈 외측에 배치되어, 상기 제 1 부유모듈을 상기 제 1 축 방향과 수직한 제 2 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 2 부유모듈;을 포함할 수 있다.The wave power generation system according to the present embodiment includes a generator housing having an inner space; A wave generator installed inside the generator housing; An annular first floating module coupled to the outside of the generator housing to support the wave generator in a pivotable manner in a first axial direction; And an annular second floating module disposed outside the first floating module and rotatably supporting the first floating module in a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
Description
본 실시예는 해상의 파도를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 파력발전 시스템에 관한 것이다.
The present embodiment relates to a wave power generation system capable of producing electricity using a sea wave.
파력발전(波力發電)은 해수면 파에 의한 에너지 전달, 또는 이러한 에너지를 포집 하여 전기를 생산하거나, 해수를 담수화하는 작업 및 물을 펌핑 하여 필요로 하는 곳으로 이송하는 기능 등에 사용할 수 있다. 파력은 조력의 일시적인 흐름을 의미하며 해류와 같은 지속적인 해수의 움직임과는 구분된다.Wave power generation (wave power generation) can be used for energy transfer by sea level waves, or for collecting such energy to produce electricity, to desalinate seawater, or to pumped water and transfer it to a required place. Wave refers to a temporary flow of tidal currents and distinguishes it from continuous sea movement such as ocean currents.
일반적으로 파력 발전장치는 비공진형 시스템으로 구현되는 경우가 많다. 비공진형 시스템은 해수 표면에 부이(buoy)를 띄우고, 상기 부이와 연결된 발전기 몸체가 연결된다. 따라서 부이가 파도에 따라 상하로 움직이면, 이 움직임에 연동하여 발전기 몸체 내부에 이동 가능하게 설치되는 코일이 권선된 가동자가 마그네트로 형성된 스테이터와의 전자기적 상호작용에 의해 전기를 생산할 수 있다. 그러나 이와 같은 구성을 가지는 파력 발전장치는 파력자원이 좋지 않은 곳에서는 기대출력이 낮다.In general, wave power generators are often implemented as non-resonant systems. The non-equilibrium system floats buoys on the surface of the seawater and connects the generator body connected to the buoy. Accordingly, when the buoy moves up and down along the wave, electricity can be produced by electromagnetic interaction with the stator formed by the movable magnet, which is wound around the coil and installed movably in the generator body in conjunction with the motion. However, a wave power generator having such a configuration has a low expected output in a case where the wave power source is poor.
상기한 비공진형 시스템으로 구성된 파력 발전장치의 문제점을 개선하기 위해, 최근에는 공진형 시스템에 관한 연구가 진행 중에 있다. 이러한 공진 시스템은 부이의 변위보다 진동체의 변위를 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 저주파 튜닝 시 선형 스프링의 처짐이 발생할 수 있으며, 선형 발전기의 발전 효율이 낮다. 또한, 파력 발전장치가 설치되는 주변 환경에 따른 적절한 튜닝이 용이하지 않다.
In order to solve the problem of the wave power generator constituted by the non-resonant system described above, researches on a resonant type system are under way. This resonance system has the advantage that the displacement of the vibrating body can be increased more than the displacement of the buoy. However, deflection of the linear spring may occur during low frequency tuning, and the power generation efficiency of the linear generator is low. In addition, it is not easy to appropriately tune according to the surrounding environment in which the wave power generator is installed.
본 실시예는 주변 환경에 따라 발전 시스템을 최적화하는 튜닝 작업이 용이한 파력발전 시스템을 제공한다.
The present embodiment provides a wave power generation system that facilitates tuning work for optimizing a power generation system according to the surrounding environment.
본 실시예에 따른 파력발전 시스템은 내부 공간부를 가지는 발전기 하우징; 상기 발전기 하우징의 내부에 설치되는 파력 발전장치; 상기 발전기 하우징의 외측에 결합되어 상기 파력 발전장치를 제 1 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 1 부유모듈; 및 상기 제 1 부유모듈 외측에 배치되어, 상기 제 1 부유모듈을 상기 제 1 축 방향과 수직한 제 2 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 2 부유모듈;을 포함할 수 있다.The wave power generation system according to the present embodiment includes a generator housing having an inner space; A wave generator installed inside the generator housing; An annular first floating module coupled to the outside of the generator housing to support the wave generator in a pivotable manner in a first axial direction; And an annular second floating module disposed outside the first floating module and rotatably supporting the first floating module in a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
또한, 상기 발전기 하우징 외측에 설치되어 상기 발전기 하우징의 부력을 조절하는 부력 조절장치;를 더 포함하며, 상기 부력 조절장치는 해수 및 공기 중 어느 하나를 내부 공간부에 수용하는 밸러스트 탱크; 상기 밸러스트 탱크 내부로 압축 공기를 공급하는 압축공기 탱크; 상기 밸러스트 탱크의 하부면에 설치되어 상기 밸러스트 탱크 내부의 해수를 배출하는 제 1 밸브유닛; 상기 밸러스트 탱크 상부면에 설치되어 상시 밸러스트 탱크 내부의 공기를 배출하거나, 외부 공기를 흡입하는 제 2 밸브유닛; 및 일단은 상기 밸러스트 탱크와 연결되고, 타단은 상기 압축고기 탱크와 연결되어, 소정의 제어신호에 따라 상기 밸러스트 탱크 내부로 상기 압축공기 탱크 내부의 압축 공기를 공급하는 제 3 밸브유닛;을 포함할 수 있다.The buoyancy regulating device further includes a ballast tank installed outside the generator housing to regulate the buoyancy of the generator housing, wherein the buoyancy regulating device includes a ballast tank for accommodating either seawater or air in the inner space; A compressed air tank for supplying compressed air into the ballast tank; A first valve unit installed on a lower surface of the ballast tank for discharging seawater in the ballast tank; A second valve unit installed on the upper surface of the ballast tank for discharging air inside the normal ballast tank or for sucking outside air; And a third valve unit connected to the ballast tank at one end and connected to the compressed meat tank at the other end to supply compressed air inside the compressed air tank into the ballast tank according to a predetermined control signal .
상기 파력 발전장치는 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 샤프트; 상기 샤프트에 결합되어, 회전 동작 시 상기 샤프트가 연동 회전하는 와이어가 권선된 풀리; 상기 와이어와 일단이 연결되는 무게추; 상기 샤프트의 회전 동작 시 회전 방향의 반대 방향으로 복원력을 형성하는 복수 개의 탄성복원유닛; 및 상기 샤프트의 회전에 따른 동력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전유닛;을 포함할 수 있다.The wave power generator includes a housing; A shaft rotatably installed in the housing; A pulley coupled to the shaft, the pulley being wound with a wire through which the shaft rotates in a rotating operation; A weight connected at one end to the wire; A plurality of elastic restoring units which form a restoring force in a direction opposite to a rotating direction during a rotating operation of the shaft; And a power unit for generating electricity by receiving power generated by the rotation of the shaft.
상기 탄성복원유닛은 상기 샤프트와 연결되는 제 1 탄성복원유닛; 상기 샤프트와 제 1 연결모듈로 연결되는 제 2 탄성복원유닛; 상기 샤프트와 제 2 연결모듈로 연결되는 제 3 탄성복원유닛; 및 상기 샤프트와 제 3 연결모듈로 연결되는 제 4 탄성복원유닛;을 포함할 수 있다.The elastic restoring unit includes: a first elastic restoring unit connected to the shaft; A second elastic restoring unit connected to the shaft by a first connection module; A third elastic restoring unit connected to the shaft and a second connecting module; And a fourth elastic recovery unit connected to the shaft and a third connection module.
상기 제 1 연결모듈은 제 1 종동축; 상기 제 1 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 샤프트와 연결되어, 상기 제 1 종동축을 상기 샤프트와 선택적으로 연결 및 이격하는 제 1 메카록; 및 상기 제 1 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 1 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링;을 포함할 수 있다.The first connection module includes a first slave axis; A first mechanical lock, one end of which is coupled to the first driven shaft and the other end of which is connected to the shaft, for selectively connecting and separating the first driven shaft to the shaft; And a first bearing coupled to the other end of the first slave coaxial shaft and rotatably supporting the first slave coaxial shaft.
상기 제 2 연결모듈은 제 2 종동축; 상기 제 2 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 1 종동축과 연결되어, 상기 제 2 종동축을 상기 제 1 종동축과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 2 메카록; 및 상기 제 2 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 2 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 2 베어링;을 포함할 수 있다.The second connection module includes a second bogie shaft; A second mechanical lock which is connected at one end to the second driven axis and the other end connected to the first driven axis and selectively connects and separates the second driven axis with the first driven axis; And a second bearing coupled to the other end of the second driven axis and rotatably supporting the second driven axis.
상기 제 3 연결모듈은 제 3 종동축; 상기 제 3 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 2 종동축과 연결되어, 상기 제 3 종동축을 상기 제 2 종동축과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 3 메카록; 및 상기 제 3 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 3 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 3 베어링;을 포함할 수 있다.The third connection module comprises a third bogie axis; A third mechanical lock which is connected at one end to the third driven shaft and the other end connected to the second driven shaft and selectively connects and separates the third driven shaft to the second driven shaft; And a third bearing coupled to the other end of the third driven coaxial shaft to rotatably support the third driven coaxial shaft.
상기 무게추는 상측과 하측에 돌출 형성되는 적어도 하나 이상의 지지부; 및 상기 지지부의 상측 및 하측에 설치되는 완충부재;를 포함할 수 있다.At least one support portion protruding upward and downward from the weight portion; And a cushioning member provided on the upper side and the lower side of the support portion.
상기 복수 개의 지지부들은 상하 동수로 동축 배치될 수 있다.The plurality of support portions may be coaxially arranged in the same number.
상기 무게추는 외주면에 적어도 하나 이상의 구름부재를 더 포함하며, 상기 구름부재는 상기 하우징 내부에 마련된 가이드 튜브 내측면에 구름 접촉할 수 있다.
The weighing device may further include at least one rolling member on the outer circumferential surface, and the rolling member may be in rolling contact with an inner side surface of the guide tube provided inside the housing.
공진형 발전장치로 구성하므로, 기존의 비공진형에 비해 발전효율을 향상할 수 있다. 또한, 회전 진동계 도입을 통해 정적 처짐 문제를 해결함과 아울러, 회전 발전기를 적용할 수 있으므로 대용량화가 가능하다.Since it is constituted by the resonance type power generation device, the power generation efficiency can be improved as compared with the conventional non-resonance type. In addition, the problem of static deflection can be solved through the introduction of a rotary vibrometer, and a rotary generator can be applied, thereby enabling a large capacity.
메카록 등과 같은 수동 및 자동 잠금장치를 이용하는 복수 개의 강성유닛을 선택적으로 연결하여, 시스템 전체의 강성 조절을 수행할 수 있으므로, 파력 발전장치의 고유 진동수를 튜닝 하여, 파력 발전장치와 파도의 주기를 서로 동기화 시킨 후에 파력 발전을 수행할 수 있다.The rigidity of the entire system can be adjusted by selectively connecting a plurality of rigid units using a manual and automatic locking device such as a mechanical lock to adjust the natural frequency of the wave power generator, Wave generation can be performed after synchronizing with each other.
또한, 발전장치를 밀폐형 구조로 구성하면서 수면 위치에 설치가 가능하기 때문에 장치 내구성을 향상시킬 수 있음은 물론 유지 보수성을 향상할 수 있다.Further, since the power generation apparatus can be installed at the water surface position while the power generation apparatus is constructed in a hermetically sealed structure, the durability of the apparatus can be improved and the maintenance property can be improved.
또한, 태풍과 같은 재해 발생 시, 수중으로 파력 발전장치를 피신할 수 있어 자연재해에 따른 장치 파손을 최소화할 수 있다.
In addition, when a disaster such as a typhoon occurs, it is possible to avoid the wave generator from underwater and minimize the damage of the apparatus due to natural disasters.
도 1은 본 실시예에 따른 파력 발전시스템의 개략적인 평면도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 본 실시예에 따른 파력 발전장치의 개략적인 도면,
도 4는 도 3의 파력 발전장치 내부 구성을 도시한 도면,
도 5는 도 4의 요부 확대도, 그리고,
도 6은 도 4의 무게추를 확대한 도면이다.1 is a schematic plan view of a wave power generation system according to the present embodiment,
Fig. 2 is a side view of Fig. 1,
3 is a schematic view of a wave power generator according to the present embodiment,
FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the wave power generator of FIG. 3,
Fig. 5 is an enlarged view of the main part of Fig. 4,
Fig. 6 is an enlarged view of the weight of Fig. 4. Fig.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. The definitions of these terms should be interpreted based on the contents of the present specification and meanings and concepts in accordance with the technical idea of the present invention.
도 1은 본 실시예에 따른 파력 발전시스템의 개략적인 평면도, 도 2는 도 1의 측면도, 도 3은 본 실시예에 따른 파력 발전장치의 개략적인 도면, 도 4는 도 3의 파력 발전장치 내부 구성을 도시한 도면, 도 5는 도 4의 요부 확대도, 그리고, 도 6은 도 4의 무게추를 확대한 도면이다.2 is a side view of Fig. 1, Fig. 3 is a schematic view of the wave power generator according to the present embodiment, Fig. 4 is a sectional view of the wave power generator of Fig. 3 Fig. 5 is an enlarged view of the main part of Fig. 4, and Fig. 6 is an enlarged view of the weight of Fig.
도 1 및 도 2는 본 실시예에 따른 파력발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 and 2 are views schematically showing a wave power generation system according to the present embodiment.
파력발전 시스템은 발전기 하우징(1000), 제 1 부유모듈(2000), 제 2 부유모듈(3000)을 포함할 수 있다.The wave power generation system may include a
발전기 하우징(1000)은 내부 공간부를 가지며, 내부에 파력 발전장치(100, 도 3 참조)가 설치될 수 있다. 발전기 하우징(1000)의 형상은 다양하게 구성될 수 있는데, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이 원통형상으로 마련되어 중앙에 배치될 수 있다. 발전기 하우징(1000)은 제 1 및 제 2 부유모듈(2000)(3000)에 의해 수면(S) 위에 부유된 상태를 유지할 수 있다.The
제 1 부유모듈(2000)은 상기 발전기 하우징(1000)의 외측에 결합되어 상기 파력 발전장치(100)를 제 1 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이를 위해, 상기 제 1 부유모듈(2000)은 상기 발전기 하우징(1000)의 외주면을 감싸는 링 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 발전기 하우징(1000)과 제 1 링크(C1)로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제 1 링크(C1)는 한 쌍이 상호 동축적으로 배치될 수 있다.The first floating
제 2 부유모듈(3000)은 상기 발전기 하우징(1000)의 외측에 결합되되, 상기 제 1 부유모듈(2000)의 바깥쪽에 결합될 수 있다. 제 2 부유모듈(3000)은 상기 파력 발전장치(100)를 상기 제 1 축과 수직한 제 2 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이를 위해, 상기 제 2 부유모듈(3000)은 상기 발전기 하우징(1000)과 제 1 부유모듈(2000)의 외주면을 감싸는 링 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 제 1 부유모듈(2000)과 제 2 링크(C2)로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제 2 링크(C2)는 한 쌍이 상호 동축적으로 배치될 수 있으며, 상기 제 1 링크(C1)의 축과는 수직이 되도록 배치될 수 있다.The second floating
상기한 바와 같이, 제 1 및 제 2 부유모듈(2000)(3000)로 발전기 하우징(1000)이 지지되면, 수면(S) 위에서 다양한 방향으로 몰아치는 파도의 방향과 관계없이 상기 발전기 하우징(1000)이 파도의 운동에 동조하여 원활한 상하 및 회전 운동을 하는 것이 가능하다. As described above, when the
도 3은 본 실시예에 따른 파력발전 시스템의 개략적인 도면이다.3 is a schematic diagram of a wave power generation system according to the present embodiment.
도시된 바와 같이, 발전기 하우징(1000)의 내부에는 후술할 파력 발전장치(100)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 파력 발전장치(100)는 상기 발전기 하우징(1000)의 대략 상측 부근에 배치되는 것이 가능하다.As shown in the figure, a
또한, 상기 발전기 하우징(1000)의 외측에는 상기 발전기 하우징(1000)의 부력을 조절하는 부력 조절장치가 마련될 수 있다.In addition, a buoyancy regulating device for regulating the buoyancy of the
상기 부력 조절장치는 밸러스트 탱크(1100), 압축공기 탱크(1200), 제 1 밸브유닛(1300), 제 2 밸브유닛(1400), 제 3 밸브유닛(1500)을 포함할 수 있다.The buoyancy regulating device may include a
밸러스트 탱크(1100)는 상기 발전기 하우징(1000)의 외측에 설치되는 것으로, 상기 발전기 하우징(1000)보다는 작은 용적을 가지도록 마련될 수 있다. 또한, 밸러스트 탱크(1100)는 내부에 공간부를 구비하여, 상기 압축공기 탱크(1200) 내부의 기체 및 해수를 선택적으로 수용할 수 있다. The
즉, 본 실시예에 따른 파력발전 시스템을 작동할 경우에는 상기 밸러스트 탱크(1100)의 내부 공간에 기체를 가득 채워, 본 실시예에 따른 파력발전 시스템을 수면(S) 위에 떠 있는 상태를 유지하고, 태풍 또는 일기가 좋지 않을 경우에는 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부의 기체를 제거하고, 주변의 해수를 흡입하여 해수로 가득 채워 발전기 하우징(1000)이 바다 속에 가라앉을 수 있도록 한다.That is, when operating the wave power generation system according to the present embodiment, the inner space of the
압축공기 탱크(1200)는 상기 발전기 하우징(1000)에 함께 설치될 수 있는데, 설치 위치는 상측 하측 또는 측벽 중 어느 한 곳일 수 있다. 압축공기 탱크(1200) 내부에는 압축 공기가 저장될 수 있으며, 미도시된 컴프레서 등과 같은 공기 압축수단에 의해 압축된 공기가 저장될 수 있다. 저장된 공기는 소정의 유로를 통해 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부에 공급될 수 있다. 이때, 상기 압축공기 탱크(1200)에 저장되는 공기는 일단 대기일 수도 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요할 경우 이산화탄소 또는 질소 등과 같은 기체를 사용하는 것도 가능하다. 그러나 주기적으로 손쉽게 충전 가능하도록 대기 중의 공기를 흡입하여 사용하는 것이 좋다.The
제 1 밸브유닛(1300)는 상기 밸러스트 탱크(1100)의 내부에 해수를 흡입하여 공급하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밸러스트 탱크(1100)의 바닥면에 근접한 위치에 배치될 수 있다. 이는 상기 밸러스트 탱크(1100)의 바닥면은 항상 물 속에 위치하기 때문에, 다른 곳에 설치하는 것 보다 주변 해수의 흡입을 용이하게 하기 위함이다. 상기 제 1 밸브유닛(1300)은 소정의 제어부의 제어신호에 따라, 본 실시예에 따른 파력발전 시스템의 안전확보를 위해 발전기 하우징(1000)을 바다 속에 가라앉힐 필요가 있을 경우 작동하여, 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부에 해수를 공급한다.The
제 2 밸브유닛(1400)는 상기 제 1 밸브유닛(1300)이 작동할 경우, 작동하는 것으로, 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부의 공기를 대기 중으로 배출할 때 사용할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 제 2 밸브유닛(1400)은 상기 밸러스트 탱크(1100)의 상측에 배치되는 것이 바람직하며, 이는 상기 밸러스트 탱크(1100)가 대기와 항상 접하는 곳이 상부면이기 때문이다. The
제 3 밸브유닛(1500)은 일단은 상기 압축공기 탱크(1200)와 연결되고, 타단은 상기 밸러스트 탱크(1100)와 연결되어, 상기 압축공기 탱크(1200) 내부의 공기를 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부로 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 소정의 제어부에 의해 본 실시예에 따른 파력발전 시스템의 작동이 정지되거나, 태풍 등의 자연재해에 의한 손상을 방지할 필요가 있을 경우, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브유닛(1300)을 오픈 하여 주변의 해수를 밸러스트 탱크(1100) 내부로 유입될 수 있도록 하고, 이와 동시에 상기 제 2 밸브유닛(1400)을 오픈 하여, 상기 밸러스트 탱크(1100)의 내부 공기를 대기 중으로 배출할 수 있다. 반대로, 바다 속에 가라앉은 상태의 파력발전 시스템을 사용 상태로 할 경우에는, 상기 제 1 밸브유닛(1300)을 오픈 하여 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부의 해수를 바다로 다시 배출할 수 있다. 이때, 별도의 펌프 등을 설치할 필요 없이, 상기 제 3 밸브유닛(1500)을 오픈 하여, 상기 압축공기 탱크(1200) 내부의 공기를 상기 밸러스트 탱크(1100) 내부로 주입하여, 그 압력에 의해 내부에 저장되어 있던 해수는 상기 제 1 밸브유닛(1300)을 통해 바다로 배출될 수 있다.The
도 4 및 도 5는 본 실시예에 따른 파력 발전장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.4 and 5 are views schematically showing a
파력 발전장치(100)는 하우징(101), 샤프트(20), 풀리(30), 무게추(40), 발전유닛(50), 탄성복원유닛(60)을 포함할 수 있다.The wave
하우징(101)은 상부면에 베이스(102)가 설치될 수 있으며, 상기 베이스(102)에 상기한 파력 발전장치(100)를 구성하는 구성요소들이 설치될 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 하우징(101)의 형태 및 구조는 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 상기 하우징(101)의 상측에는 베이스(102)가 배치될 수 있으며, 구조적 안정성 확보를 위해 복수 개의 지지 프레임(103)들이 마련될 수 있다. 또한, 상기 무게추(40)의 상하 왕복 이동을 가이드 할 수 있도록, 가이드 튜브(104)가 더 구비될 수도 있다. 이때, 상기 가이드 튜브(104)는 상기 무게추(40)의 폭과 대응되는 지름 또는 폭을 가지도록 마련될 수 있다.The
샤프트(20)는 회전 가능하게 설치되는 것으로, 상기 샤프트(20)에 풀리(30)가 회전 가능하게 설치될 수 있다. 이때, 상기 샤프트(20)는 상기 베이스(102)의 상면에 소정의 지지부재에 의해 회전 가능하게 설치될 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 샤프트(20)의 위치 고정이 가능한 구성이면 하우징(101) 또는 상기 발전기 하우징(1000)등 다양한 곳에 회전 가능하게 고정될 수도 있다. 상기 샤프트(20)와 발전기 하우징(1000) 등의 연결 부분에는 회전 가이드를 위한 베어링(미도시)이 추가로 설치될 수도 있고, 슬리브 등과 같은 마찰 구름 지지부재가 설치되는 것도 가능하다.The shaft (20) is rotatably installed, and a pulley (30) can be rotatably installed on the shaft (20). At this time, the
풀리(30)는 상기 샤프트(20)의 소정의 위치에 고정 결합된다. 따라서 상기 풀리(30)가 회전하면, 샤프트(20)는 상기 풀리(30)의 회전 동작에 연동하여 함께 회전할 수 있다. 풀리(30)에는 소정 굵기의 와이어(35)가 권선될 수 있는데, 상기 와이어(35)의 일측 끝단은 상기 풀리(30)에 고정 결합되고, 그 반대편 끝단은 후술할 무게추(40)와 연결될 수 있다. The
무게추(40)는 상기한 바와 같이 와이어(35)의 일측 단부에 연결되어 도시된 바와 같이 상기 와이어가(35)가 상기 풀리(30)에서 최대한 풀려 있을 경우에도 상기 하우징(10)의 바닥면에 일정 거리 이격 되도록 설치될 수 있다. 상기 무게추(40)와 와이어(35)의 움직임에 대해서는 뒤에 설명한다. 무게추(40)의 형상은 다양하게 구성될 수 있는데, 본 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이 대략 육면체 형태로 마련될 수 있다. 이때, 상기 무게추(40)의 외주면에는 적어도 하나 이상의 구름부재(41)가 설치되어, 상기 무게추(40)의 상하 왕복 이동을 가이드 할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 구름부재(41)는 볼 형태의 구름부재일 수도 있고, 바퀴 형태의 구름부재일 수도 있다. The
또한, 무게추(40)는 상측과 하측에 돌출 형성되는 적어도 하나 이상의 지지부(42)와, 상기 지지부(42)의 상측 및 하측에 설치되는 완충부재(43)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 지지부(42)들은 상하 동수로 동축 배치될 수 있다. 또한, 완충부재(43)들은 고무 또는 실리콘 등과 같은 탄성복원력이 우수한 재질로 구성될 수도 있고, 코일 스프링 등과 같은 탄성부재가 사용될 수도 있다.The
발전유닛(50)은 샤프트(20)의 회전력을 전달 받은 기어부재(21)와 치합되는 기어부재를 포함할 수 있으며, 상기 기어부재의 회전에 의해 미도시된 로터가 회전하면서 스테이터와 로터 사이의 전자기적 상호 작용에 의해 전기 동력을 생산할 수 있다. 발전유닛(50)의 구성은 공지 영역의 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.The
상기 탄성복원유닛은 상기 샤프트(20)와 연결되는 제 1 탄성복원유닛(61), 상기 샤프트(20)와 제 1 연결모듈(71)로 연결되는 제 2 탄성복원유닛(62), 상기 샤프트(20)와 제 2 연결모듈(72)로 연결되는 제 3 탄성복원유닛(63) 및 상기 샤프트(20)와 제 3 연결모듈(73)로 연결되는 제 4 탄성복원유닛(64)을 포함할 수 있다.The elastic restoring unit includes a first elastic restoring
상기 제 1 내지 제 4 탄성복원유닛(61~64)는 각 스테이지 별로 본 실시예에 따른 파력발전 시스템의 고유 진동수를 조절하기 위해 선택적으로 시스템에 연결될 수 있다. 이를 위해, 상기 제 1 내지 제 3 연결모듈(71~73)은 수동 또는 자동으로 작동할 수 있도록 소정의 제어부 또는 제어장치에 연결될 수 있다.The first to fourth
상기 제 1 연결모듈(71)은 제 1 종동축(71a), 상기 제 1 종동축(71a)에 일단이 결합되고, 타단은 상기 샤프트(20)와 연결되어, 상기 제 1 종동축(71a)을 상기 샤프트(20)와 선택적으로 연결 및 이격하는 제 1 메카록(71b) 및 상기 제 1 종동축(71a)의 타단에 결합되어 상기 제 1 종동축(71a)을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링(71c)을 포함할 수 있다.The first connecting
상기 제 2 연결모듈(72)은 제 2 종동축(72a), 상기 제 2 종동축(72a)에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 1 종동축(71a)과 연결되어, 상기 제 2 종동축(72a)을 상기 샤프트(20) 및 제 1 종동축(71a)과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 2 메카록(72b) 및 상기 제 2 종동축(72a)의 타단에 결합되어 상기 제 2 종동축(72a)을 회전 가능하게 지지하는 제 2 베어링(72c)을 포함할 수 있다.The
상기 제 3 연결모듈(73)은 제 3 종동축(73a), 상기 제 3 종동축(73a)에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 2 종동축(72a)과 연결되어, 상기 제 3 종동축(73a)을 상기 샤프트(20), 제 1 종동축(72a) 및 제 2 종동축(72a)과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 3 메카록(73b) 및 상기 제 3 종동축(73a)의 타단에 결합되어 상기 제 3 종동축(73a)을 회전 가능하게 지지하는 제 3 베어링(73c)을 포함할 수 있다.The
이상과 같이 제 1 내지 제 3 연결모듈(71~73)을 이용하여, 제 1 내지 제 4 탄성복원유닛(61~64)을 스테이지 별로 연결하여 사용할 경우, 탄성복원력을 능동적으로 조절할 수 있어, 본 실시예에 따른 파력 발전장치의 고유진동수를 적절히 조절할 수 있다. As described above, when the first to fourth
상기한 바와 같이 구성된 파력 발전장치의 동작 원리를 개략적으로 설명한다.The operation principle of the wave power generator constructed as described above will be schematically described.
파도가 발생되면, 발생된 파도는 도 1의 상하 방향으로 일정한 파형을 형성할 수 있다. 도시된 바와 같이 파력 발전장치(100)는 해수(S)의 표면에 떠 있는 구성이므로, 해수(S)의 표면에 파도가 발생되면, 도면의 상하 방향으로 하우징(10)이 움직일 수 있다.When a wave is generated, the generated wave can form a certain waveform in the vertical direction of FIG. As shown in the figure, since the
하우징(10)이 상하로 움직이면, 상기 무게추(40)는 하우징(10)의 움직임에 따라 발생하는 관성에 의해 상측 및 하측으로 움직일 수 있다. 이때, 무게추(40)는 와이어(35)와 연결되어 있는데, 초기 위치에서 하우징(10)이 하측으로 움직이면 무게추(40)가 하측으로 움직이면서 풀리(30)에 감겨 있던 와이어(35)는 풀리고, 반대로 하우징(10)이 상측으로 움직이면, 상기 탄성복원유닛(60)의 탄성복원력이 함께 작용하면서, 상기 와이어(35)가 풀리(30)에 감길 수 있다. 이와 같이 풀리(30)에 와이어(35)가 감겼다 풀리는 동작을 반복하면서 풀리(30)가 회전할 수 있다.When the housing 10 is moved up and down, the
상기한 바와 같이 풀리(30)가 회전하면, 풀리(30)와 함께 회전하도록 결합된 샤프트(20) 또한 회전하면서 변속장치(50)에 동력을 입력할 수 있다. 입력된 동력은 상기 제 1 내지 제 4 탄성복원유닛(61~64)의 탄성복원력을 조절하는 것을 통해 상기한 파력 발전장치(100)의 고유 진동수에 따라 출력값이 설정될 수 있다. When the
즉, 상기 풀리(30)의 반경을 r, 하우징(10)의 질량을 m, 탄성복원유닛(70)의 탄성계수를 k, 회전 토크를 T, 회전 각속도를 Ω, 무게추(40)의 질량을 mt, 무게추(40)의 중력방향 선속도를 V, 무게추(40)에 작용하는 힘을 F라고 하면, 의 관계를 만족할 수 있다. 병진 시스템의 임피던스(Zt)는 와 같고, 회전 시스템의 임피던스(Zr)은 와 같다. 여기서, 이고, 이다. 또한, 여기서 J는 시스템의 통합 관성이고, Cr은 기계 및 전자 댐핑이며, 위의 임피던스 들의 병렬 연결로부터 얻어지는 총 임피던스(Ztotal)은 다음의 수학식 1과 같다.That is, when the radius of the
[수학식 1][Equation 1]
이때, 의 변환 조화 베이스 가진으로 가정하면, 무게추(40)에 작용하는 관성력은 로 주어진다. 그러면, 상기한 바와 같이 구성된 파력 발전장치(100)에 수확되는 파워(P)는 다음의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.At this time, , The inertia force acting on the
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, 감쇠계수(ζ)는 , 전자기 댐핑계수(ζe)는 , 고유 진동수(ωn)는 , 무게추(40)의 진동수(ωn)는 , 전자기 댐핑(ce)는 와 같다.Here, the damping coefficient? , The electromagnetic damping coefficient? E is , The natural frequency (? N ) , The frequency (? N ) of the
따라서, 본 실시예에 따른 파력 발전장치의 최대 전력(Pmax)은 가진 주파수가 장치 고유 진동수와 대응될 때, 즉 ω=ωn 일 때 얻어질 수 있고, 수학식 2는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. Therefore, the maximum power ( Pmax ) of the wave power device according to the present embodiment can be obtained when the excitation frequency corresponds to the device natural frequency, i.e.,? =? N , and the equation (2) Can be expressed.
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, 는 이고, ρ는 이다.here, The , And rho is to be.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
10; 베이스 20; 샤프트
30; 풀리 40; 무게추
50; 발전유닛 60; 탄성복원유닛
61; 제 1 탄성복원유닛 62; 제 2 탄성복원유닛
63; 제 3 탄성복원유닛 64; 제 4 탄성복원유닛
71; 제 1 연결유닛 72; 제 2 연결유닛
73; 제 3 연결유닛 100; 파력 발전장치
1000; 발전기 하우징 2000; 제 1 부유모듈
3000; 제 2 부유모듈 C1; 제 1 연결유닛
C2; 제 2 연결유닛 S; 해수면10;
30;
50;
61; A first elastic restoring
63; A third elastic restoring
71; A first connecting
73; A third connecting
1000;
3000; A second floating module C1; The first connecting unit
C2; A second connection unit S; Sea level
Claims (8)
상기 발전기 하우징의 내부에 설치되는 파력 발전장치;
상기 발전기 하우징의 외측에 결합되어 상기 파력 발전장치를 제 1 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 1 부유모듈;
상기 제 1 부유모듈 외측에 배치되어, 상기 제 1 부유모듈을 상기 제 1 축 방향과 수직한 제 2 축 방향으로 피벗 회전 가능하게 지지하는 환형상의 제 2 부유모듈을 포함하며,
상기 파력 발전장치는,
하우징;
상기 하우징에 회전 가능하게 설치되는 샤프트;
상기 샤프트에 결합되어, 회전 동작 시 상기 샤프트가 연동 회전하는 와이어가 권선된 풀리;
상기 와이어와 일단이 연결되는 무게추;
상기 샤프트의 회전 동작 시 회전 방향의 반대 방향으로 복원력을 형성하는 복수 개의 탄성복원유닛; 및
상기 샤프트의 회전에 따른 동력을 전달 받아 전기를 생산하는 발전유닛을 포함하며,
상기 탄성복원유닛은,
상기 샤프트와 연결되는 제 1 탄성복원유닛;
상기 샤프트와 제 1 연결모듈로 연결되는 제 2 탄성복원유닛;
상기 샤프트와 제 2 연결모듈로 연결되는 제 3 탄성복원유닛; 및
상기 샤프트와 제 3 연결모듈로 연결되는 제 4 탄성복원유닛을 포함하는 파력발전 시스템.
A generator housing having an internal space;
A wave generator installed inside the generator housing;
An annular first floating module coupled to the outside of the generator housing to support the wave generator in a pivotable manner in a first axial direction;
And an annular second floating module disposed outside the first floating module and rotatably supporting the first floating module in a second axial direction perpendicular to the first axial direction,
The wave power generator includes:
housing;
A shaft rotatably installed in the housing;
A pulley coupled to the shaft, the pulley being wound with a wire through which the shaft rotates in a rotating operation;
A weight connected at one end to the wire;
A plurality of elastic restoring units which form a restoring force in a direction opposite to a rotating direction during a rotating operation of the shaft; And
And a power unit for generating electricity by receiving the power generated by the rotation of the shaft,
The elastic restoring unit includes:
A first elastic restoring unit connected to the shaft;
A second elastic restoring unit connected to the shaft by a first connection module;
A third elastic restoring unit connected to the shaft and a second connecting module; And
And a fourth elastic restoration unit connected to the shaft and a third connection module.
상기 발전기 하우징 외측에 설치되어 상기 발전기 하우징의 부력을 조절하는 부력 조절장치를 더 포함하며,
상기 부력 조절장치는,
해수 및 공기 중 어느 하나를 내부 공간부에 수용하는 밸러스트 탱크;
상기 밸러스트 탱크 내부로 압축 공기를 공급하는 압축공기 탱크;
상기 밸러스트 탱크의 하부면에 설치되어 상기 밸러스트 탱크 내부의 해수를 배출하는 제 1 밸브유닛;
상기 밸러스트 탱크 상부면에 설치되어 상시 밸러스트 탱크 내부의 공기를 배출하거나, 외부 공기를 흡입하는 제 2 밸브유닛; 및
일단은 상기 밸러스트 탱크와 연결되고, 타단은 상기 압축공기 탱크와 연결되어, 소정의 제어신호에 따라 상기 밸러스트 탱크 내부로 상기 압축공기 탱크 내부의 압축 공기를 공급하는 제 3 밸브유닛을 포함하는 파력발전 시스템.
The method according to claim 1,
And a buoyancy adjusting device installed outside the generator housing to adjust the buoyancy of the generator housing,
The buoyancy adjusting device comprises:
A ballast tank for containing either seawater or air in the inner space;
A compressed air tank for supplying compressed air into the ballast tank;
A first valve unit installed on a lower surface of the ballast tank for discharging seawater in the ballast tank;
A second valve unit installed on the upper surface of the ballast tank for discharging air inside the normal ballast tank or for sucking outside air; And
And a third valve unit connected to the ballast tank at one end and connected to the compressed air tank for supplying compressed air inside the compressed air tank into the ballast tank in accordance with a predetermined control signal, system.
제 1 종동축;
상기 제 1 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 샤프트와 연결되어, 상기 제 1 종동축을 상기 샤프트와 선택적으로 연결 및 이격하는 제 1 메카록; 및
상기 제 1 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 1 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 1 베어링을 포함하는 파력발전 시스템.
2. The apparatus of claim 1, wherein the first connection module comprises:
First type coaxial;
A first mechanical lock, one end of which is coupled to the first driven shaft and the other end of which is connected to the shaft, for selectively connecting and separating the first driven shaft to the shaft; And
And a first bearing coupled to the other end of the first slave coaxial shaft and rotatably supporting the first slave coaxial shaft.
제 2 종동축;
상기 제 2 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 1 종동축과 연결되어, 상기 제 2 종동축을 상기 제 1 종동축과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 2 메카록; 및
상기 제 2 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 2 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 2 베어링;을 포함하는 파력발전 시스템.
6. The apparatus of claim 5, wherein the second connection module comprises:
Second type coaxial;
A second mechanical lock which is connected at one end to the second driven axis and the other end connected to the first driven axis and selectively connects and separates the second driven axis with the first driven axis; And
And a second bearing coupled to the other end of the second slave coaxial shaft and rotatably supporting the second slave coaxial shaft.
제 3 종동축;
상기 제 3 종동축에 일단이 결합되고, 타단은 상기 제 2 종동축과 연결되어, 상기 제 3 종동축을 상기 제 2 종동축과 선택적으로 연결 및 이격하는 제 3 메카록; 및
상기 제 3 종동축의 타단에 결합되어 상기 제 3 종동축을 회전 가능하게 지지하는 제 3 베어링;을 포함하는 파력발전 시스템.
7. The apparatus of claim 6, wherein the third connection module comprises:
Third type coaxial;
A third mechanical lock which is connected at one end to the third driven shaft and the other end connected to the second driven shaft and selectively connects and separates the third driven shaft to the second driven shaft; And
And a third bearing coupled to the other end of the third driven coaxial shaft and rotatably supporting the third driven coaxial shaft.
상측과 하측에 돌출 형성되는 적어도 하나 이상의 지지부; 및
상기 지지부의 상측 및 하측에 설치되는 완충부재를 포함하는 파력발전 시스템.[2] The apparatus according to claim 1,
At least one support portion protruding upward and downward; And
And a cushioning member provided on the upper and lower sides of the support portion.
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- 2014-08-22 KR KR1020140109487A patent/KR101599737B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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