KR101640885B1 - 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 파도에 의해 발생하는 파랑의 출렁거림을 이용하여 발전 가이드 관의 기울어짐을 통해 자성체와 유도코일에 의해 발생한 전력을 충전시키고 작은 파랑의 기울기에도 최대의 발전량을 생산할 수 있도록 발전 가이드 관을 시소 타입으로 형성하여 발전량의 효율을 극대화할 수 있으며 자성체의 슬라이드 운동으로 인한 이동 시 발전 가이드 관 양끝에 압전 발전부를 형성하여 자성체의 이동에 따라 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부가적인 발전을 생성할 수 있는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것이다.

Description

파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템{System for self generation of seesaw type using wave energy}
본 발명은 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 파도에 의해 발생하는 파랑의 출렁거림을 이용하여 발전 가이드 관의 기울어짐을 통해 자성체와 유도코일에 의해 발생한 전력을 충전시키고 작은 파랑의 기울기에도 최대의 발전량을 생산할 수 있도록 발전 가이드 관을 시소 타입으로 형성하여 발전량의 효율을 극대화할 수 있으며 자성체의 슬라이드 운동으로 인한 이동 시 발전 가이드 관 양끝에 압전 발전부를 형성하여 자성체의 이동 시 자성체가 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부가적인 발전을 생성할 수 있는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것이다.
최근 에너지 자원의 고갈과 에너지 가격의 증가로 인해 다양한 대안의 에너지원이 고려되고 있으며 이에 따라 바이오에너지의 개발, 태양 및 풍력 에너지, 해양 에너지를 이용한 발전 기술 등이 꾸준히 개발되고 있다.
이런 대체 에너지 기술 중 해양 에너지를 이용한 발전 기술은 이러한 대체 에너지 기술 중 해양 에너지를 이용한 발전 기술은, 조석에 따라 나타나는 해수면의 상승하강 현상을 이용하여 전기를 생산하는 조력발전, 조석현상에 의한 물의 흐름이 빠른 곳에 수차 발전기를 설치하고, 자연적인 조류의 흐름을 이용하여 설치된 수차발전기를 가동시켜 발전하는 조류발전, 파랑의 운동 및 위치에너지를 이용하여 터빈을 구동하거나 기계장치의 운동으로 변환하고, 이를 이용하여 전기를 생산하는 파력발전, 수심에 따른 바닷물의 온도차를 이용하여 에너지를 얻는 해수온도차 발전 등이 있다.
이중 파력발전은 파도에 의한 수면의 주기적 상하 운동과 물입자의 전후 은동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동 또는 축방향 운동으로 변환시킨 후 전기 에너지로 변화시키는 것으로 상기 파랑 에너지를 이용한 파력발전기구들의 특징은 파랑의 위치 에너지를 이용하는 방법이 대분이다.
하지만 상기 상하 진동운동을 회전운동으로 변환하여 전기를 얻는 경우 동력 손실이 많이 발생하여 발전 효율이 떨어지는 문제점이 발생하였으며 적절한 상하운동이 필요한 위치 에너지기 필요함에 따라 파고가 높은 지역에 설치해야 하는 설치 지역의 제약 조건을 가지며 발전장치가 해수와 접촉할 수밖에 없어 부식 등의 문제점이 발생하였다.
이에 상기한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-0679450호의 "자성체를 이용한 파력발전장치"가 개시되어 있다.
상술한 종래 기술은 도1에 도시된 바와 같이 수용공간을 가지는 부유체의 내부에 파랑에 따라 부유체의 내부에서 회전 운동하는 원통형 자성체를 장착하여 파랑에 따라 원통형 자성체가 부유체의 내부에서 회전 왕복운동을 수행하는 것에 의해 발전할 수 있는 것이다.
그러나 상술한 종래 기술은 파고의 높낮이가 큰 지역에서는 발전 효율을 높일 수 있으나 파고의 높낮이가 작은 지역에 대해선 파랑 에너지를 전기 에너지로 전환하는 효율이 낮은 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 파랑의 기울기에 의해 발전 가이드 관 내부에 자성체가 슬라이드 운동을 하면서 상기 발전 가이드 관 외주면에 형성된 유도 코일 권선부와 반응하여 발생한 전류를 정류 및 변환하여 전력을 발생할 수 있으며 작은 파랑의 기울기에도 자성체가 슬라이드 운동을 할 수 있도록 기울기 조절 지지대를 통해 상기 발전 가이드 관이 시소 타입으로 높이를 조절할 수 있도록 형성하여 발전 효율을 극대화하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급할 수 있는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 있어서,
상기 파랑의 기울기 변화에 의해 자성체를 이동시키는 원통형의 발전 가이드 관;
상기 발전 가이드 관 내부에 설치되어 파랑의 기울기 변화에 의해 발전 가이드 관 내부를 슬라이드 운동으로 이동하는 자성체;
상기 발전 가이드 관 외주면에 일정간격으로 형성하여 코일이 권선된 유도 코일 권선부;
상기 발전 가이드 관 양끝에 형성되어 자성체가 슬라이드 운동을 통해 이동하는 충격을 완화하고 상기 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전 소자를 통해 전기 에너지로 변환하는 압전 발전부;
상기 자성체와 유도 코일 권선부에서 발생한 유도기 전력과 압전 발전부에서 발생한 전력을 정류 및 변환하는 에너지 변환부;
상기 발전 가이드 관 중앙에 형성되어 발전 가이드 관의 높이를 조절하여 시소 형태로 발전 가이드 관이 기울어질 수 있도록 지지하는 기울기 조절 지지대;
상기 발전 가이드 관 상단에 형성되어 발전 가이드 관이 파랑에 의해 기울어질 경우 유체의 흐름으로 자성체의 슬라이드 운동을 활성화하도록 보조하는 유체 이동관;
상기 에너지 변환부를 통해 정류된 전력을 축전기 또는 슈퍼 커패시터로 충전하는 충전부; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자성체는 발전 가이드 관 내부에 작은 파랑의 기울기에도 슬라이드 운동을 할 수 있도록 발전 가이드 관과 마찰력을 줄이기 위한 볼 베이링을 부착한 자성체 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유도 코일 권선부는 모듈 형태로 형성되어 발전 가이드 관에 탈부착이 가능하여 유도 코일 권선부의 개수를 늘리거나 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전 발전부는 발전 가이드 관의 양끝에 형성되어 자성체의 슬라이드 운동을 통해 이동 시 발전 가이드 관 양끝단에 부딪히는 충격을 완화할 수 있는 완충부재와 상기 완충부재의 내부에 형성되어 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하는 압전 소자를 포함하여 전력을 발생할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기울기 조절 지지대는 발전 가이드 관 중앙 양측에 각각 형성하여 상기 발전 가이드 관을 표면으로부터 지지하며, 상기 발전 가이드 관의 높이를 조절하고 베이링 구조를 통해 파랑의 기울기에 의한 발전 가이드 관의 기울어짐 마찰력을 최소화할 수 있는 높이 조절 홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 파랑 에너지의 기울기 변화에 따라 발전 가이드 관 내부의 자성체가 슬라이드 운동을 하면서 상기 발전 가이드 관 외주면에 형성된 유도 코일 권선부와 반응하여 발생한 전류를 정류 및 변환하여 전력을 생산할 수 있으며 발전 가이드 관의 중앙에 기울기 조절 지지대를 형성하여 상기 발전 가이드 관을 시소 타입으로 높이를 조절할 수 있도록 형성하여 발전 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발전 가이드 관의 내부에 형성된 자성체가 슬라이드 운동 시 표면 마찰력을 최소화하기 위해 자성체의 외주면을 볼 베이링을 부착한 자성체 케이스를 형성하여 파랑의 기울기 변화에 따른 자성체의 슬라이드 운동을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자성체가 슬라이드 운동을 하면서 상기 발전 가이드 관 양끝에 부딪히면서 발생하는 충격의 진동 에너지를 압전 소자를 이용해 전기 에너지로 변환하여 부가적인 전력을 발생할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 자성체를 이용한 파랑 발전 장치 도면
도 2는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 유체 이동관 유체흐름을 나타내는 도면
도 4는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 자성체 상세도
도 5는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 실시예를 나타내는 도면
본 발명은 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것으로 보다 파도에 의해 발생하는 파랑의 출렁거림을 이용하여 발전 가이드 관(100)의 기울어짐을 통해 자성체(200)와 유도코일에 의해 발생한 전력을 정류하여 충전시키고 작은 파랑의 기울기에도 최대의 발전량을 생산할 수 있도록 발전 가이드 관(100)을 시소 타입으로 형성하여 발전량의 효율을 극대화할 수 있으며 자성체(200)의 슬라이드 운동으로 인한 이동 시 발전 가이드 관(100) 양끝에 압전 발전부(400)를 형성하여 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 부가적인 발전을 생성할 수 있는 것으로 바람직한 실시 예에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 유체 이동관 유체흐름을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 자성체 상세도이고, 도 5는 본 발명에 따른 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다.
상기 도2에 도시된 바와 같이 본 발명은 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 관한 것으로 상기 파랑의 기울기 변화에 의해 자성체(200)를 이동시키는 원통형의 발전 가이드 관(100)과, 상기 발전 가이드 관(100) 내부에 설치되어 파랑의 기울기 변화에 의해 발전 가이드 관(100)을 슬라이드 운동으로 이동하는 자성체(200)와, 상기 발전 가이드 관(100)의 외주면에 일정간격으로 코일이 권선된 유도 코일 권선부(300)와, 상기 발전 가이드 관(100) 양끝에 형성되어 자성체(200)가 슬라이드 운동을 통해 이동하는 충격을 완화하고 상기 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전 소자를 통해 전기 에너지로 변환하는 압전 발전부(400)와, 상기 자성체(200)와 유도 코일 권선부(300)에서 발생한 유도기 전력과 압전 발전부(400)에서 발생한 전력을 정류 및 변환하는 에너지 변환부(500)와, 상기 발전 가이드 관(100) 중앙에 형성되어 발전 가이드 관(100)의 높이를 조절하여 시소 형태로 발전 가이드 관(100)이 기울어질 수 있도록 지지하는 기울기 조절 지지대(600)와, 상기 발전 가이드 관(100) 상단에 형성되어 발전 가이드 관(100)이 파랑에 의해 기울어질 경우 유체의 흐름으로 자성체(200)의 슬라이드 운동을 활성화하도록 보조하는 유체 이동관(700)과, 상기 에너지 변환부(500)를 통해 정류된 전력을 축전기 또는 슈퍼 커패시터에 충전하는 충전부(800)로 구성된다.
상기 자성체(200)는 도3에 도시된 바와 같이 발전 가이드 관(100) 내부에서 작은 파랑의 기울기에도 슬라이드 운동을 할 수 있도록 발전 가이드 관(100)과 슬라이드 운동 시 마찰력을 최소화하기 위해 볼 베이링(210)을 부착한 자성체 케이스(220)를 포함하여 이를 통해 발전 가이드 관(100)의 작은 기울어짐에도 자성체(200)가 슬라이드 운동으로 이동할 수 있도록 한다.
또한, 상기 유도 코일 권선부(300)는 모듈 형태로 형성되어 발전 가이드 관(100)에 탈부착이 가능하며 발전 효율에 따라 발전 가이드 관에 유도 코일 권선부(300)의 숫자를 늘리거나 줄여 발전 효율을 높일 수 있다.
상기 압전 발전부(400)는 발전 가이드 관(100)의 양끝단에 형성되어 자성체(200)의 슬라이드 운동을 통해 이동 시 발전 가이드 관(100)의 양끝단에 부딪히는 충격을 완화할 수 있는 완충부재와 상기 완충부재의 내부에 형성되어 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전 효과에 따른 전기 에너지로 변환하는 압전 소자를 포함하여 파랑을 이용한 자성체(200)와 유도 코일 권선부(300)의 유도기전력으로 발생하는 전력 외에 부가적으로 전력을 발생하여 해양 부유식 시설물에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
또한, 상기 기울기 조절 지지대(600)는 발전 가이드 관(100) 중앙 양측에 각각 형성하여 상기 발전 가이드 관(100)을 시소 타입으로 표면으로부터 지지하고 상기 기울기 조절 지지대(600)의 중앙에 다수의 높이 조절 홀(610)을 형성하여 상기 발전 가이드 관(100)의 높이를 조절하고 상기 높이 조절 홀(610)을 베어링 구조로 형성하여 파랑의 기울기에 대한 발전 가이드 관(100)의 기울어짐 마찰력을 최소화할 수 있다.
상기 유체 이동관(700)은 도4에 도시된 바와 같이 발전 가이드 관(100) 상단에 설치되어 유체 이동관(700) 내부에 물과 같은 유체를 주입하여 파랑에 의해 발전 가이드 관(100)이 기울어질 경우 유체의 흐름에 따른 쏠림으로 기울어진 방향의 무게가 더해져 상기 발전 가이드 관(100)의 시소 운동을 극대화함으로써 자성체(200)의 슬라이드 운동을 활성화하도록 보조한다.
도5는 본 발명에 따른 실시 예를 나타낸 것으로 발전 효율에 따라 다수의 유도 코일 권선부(300)를 발전 가이드 관(100)에 추가할 수 있으며 이를 통해 발전 성능을 극대화할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 파도에 의한 파랑 기울기 변화를 이용하여 자성체(200)와 유도 코일 권선부(300)의 유도기전력을 이용해 전력을 생성하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 필요한 전원을 공급할 수 있는 것으로 발전 효율을 높이기 위해 시소 타입의 형태로 구성되며 발전 가이드 관(100)의 높이를 기울기 조절 지지대(600)를 통해 조절하여 기울어짐의 각도를 변화시킬 수 있고 자성체(200)와 발전 가이드 관(100)의 마찰력을 최소화하기 위해 자성체(200)를 감싸는 자성체 케이스(220)에 볼 베어링(210)을 형성하여 작은 기울어짐으로도 상기 자성체(200)의 슬라이드 운동을 할 수 있다. 또한, 압전 발전부(400)를 통해 자성체(200)가 파랑의 기울어짐에 의해 슬라이드 운동으로 이동하면 발전 가이드 관(100) 양끝단과 충돌할 경우 이때 발생하는 진동 에너지를 압전 소자에 의해 전기 에너지로 변환하여 해양 부유식 시설물에 전원을 공급할 수 있는 파랑 발전을 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 **
100 : 발전 가이드 관 200 : 자성체
210 : 볼 베어링 220 : 자성체 케이스
300 : 유도 코일 권선부 400 : 압전 발전부
500 : 에너지 변환부 600 : 기울기 조절 지지대
610 : 높이 조절 홀 700 : 유체 이동관
800 : 충전부

Claims (5)

  1. 파랑 에너지를 이용하여 항로표지시설물과 같은 해양 부유식 시설물에 전원을 공급하기 위한 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템에 있어서,
    상기 파랑의 기울기 변화에 의해 자성체를 이동시키는 원통형의 발전 가이드 관;
    상기 발전 가이드 관 내부에 설치되어 파랑의 기울기 변화에 의해 발전 가이드 관 내부를 슬라이드 운동으로 이동하는 자성체;
    상기 발전 가이드 관 외주면에 일정간격으로 형성하여 코일이 권선된 유도 코일 권선부;
    상기 발전 가이드 관 양끝에 형성되어 자성체가 슬라이드 운동을 통해 이동하는 충격을 완화하고 상기 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전 소자를 통해 전기 에너지로 변환하는 압전 발전부;
    상기 자성체와 유도 코일 권선부에서 발생한 유도기 전력과 압전 발전부에서 발생한 전력을 정류 및 변환하는 에너지 변환부;
    상기 발전 가이드 관 중앙에 형성되어 발전 가이드 관의 높이를 조절하여 시소 형태로 발전 가이드 관이 기울어질 수 있도록 지지하는 기울기 조절 지지대;
    상기 발전 가이드 관 상단에 형성되어 발전 가이드 관이 파랑에 의해 기울어질 경우 유체의 흐름으로 자성체의 슬라이드 운동을 활성화하도록 보조하는 유체 이동관;
    상기 에너지 변환부를 통해 정류된 전력을 축전기 또는 슈퍼 커패시터로 충전하는 충전부; 로 구성되는 것을 특징으로 하는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성체는 발전 가이드 관 내부에 작은 파랑의 기울기에도 슬라이드 운동을 할 수 있도록 발전 가이드 관과 마찰력을 줄이기 위한 볼 베이링을 부착한 자성체 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유도 코일 권선부는 모듈 형태로 형성되어 발전 가이드 관에 탈부착이 가능하여 유도 코일 권선부의 개수를 늘리거나 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압전 발전부는 발전 가이드 관의 양끝에 형성되어 자성체의 슬라이드 운동을 통해 이동 시 발전 가이드 관 양끝단에 부딪히는 충격을 완화할 수 있는 완충부재와 상기 완충부재의 내부에 형성되어 자성체의 부딪히는 충격으로 발생하는 진동 에너지를 압전효과에 따른 전기 에너지로 변환하는 압전 소자를 포함하여 전력을 발생할 수 있는 것을 특징으로 하는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 조절 지지대는 발전 가이드 관 중앙 양측에 각각 형성하여 상기 발전 가이드 관을 표면으로부터 지지하며, 상기 발전 가이드 관의 높이를 조절하고 베이링 구조를 통해 파랑의 기울기에 의한 발전 가이드 관의 기울어짐 마찰력을 최소화할 수 있는 높이 조절 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템


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