KR101734226B1 - 파고를 이용한 양수발전시스템 - Google Patents

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Abstract

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파고를 이용한 양수발전시스템에 있어서, 제1저수조(20)와, 상기 제1저수조(20)의 일측에 구비된 파고펌프장치(100)와, 상기 제1저수조(20) 보다 높은 곳에 설치된 제2저수조(10)와, 상기 제2저수조(10)의 물이 상기 제1저수조(20)로 이동되는 배출관(50)의 소정의 위치에 구비되는 발전기(30)를 포함하되, 상기 파고펌프장치(100)는 파도의 높낮이(파고)에 따른 부력체(140)의 운동에너지로 펌프를 작동시킴으로써, 양수동력원으로 별도의 전력을 사용하지 않고 상기 제1저수조(20)의 물을 토출관(40)을 통해 상기 제2저수조(10)로 양수시켜 수력발전 하는 것을 특징으로 하는 파고를 이용한 양수발전시스템이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템에 따르면, 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시켜 물을 높은 위치로 양수시킴으로써 양수동력원으로 별도의 전력이 사용되지 않아 발전되는 전력량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

파고를 이용한 양수발전시스템{A positive development system using the wave height}
본 발명은 파고를 이용한 양수발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 물의 위치에너지를 상승시키고 상기 위치에너지를 이용하여 수력발전을 하는 파고를 이용한 양수발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수력발전은 발전에 사용된 물을 경제적으로 일부 양수하여 발전에 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 통상적으로 양수발전은 전력소비가 적은 야간에 물을 양수하였다가 발전에 이용하는 것으로 이러한 발전시스템에서 물을 높은 위치로 양수하기 위한 양수동력원은 발전시 생산되는 전력을 이용한다.
또한, 상기와 같은 종래의 수력발전 장치는 저수탱크 안에 저장된 물을 열어 수차 날개로 수직으로 받게 하여 이 힘이 수차의 회전력이 되게하고 이회전력을 기어 변속장치를 통해 증속시킨 후 발전기를 구동하여 발전하는 발정 방식이었다.
그러나 상기와 같은 종래의 수력발전 장치는 물을 높은 위치로 양수하기 위한 양수동력원으로 발전시 생산되는 전력을 이용하고, 한번 낙수 된 물은 재사용하지 못하기 때문에 경제적으로 바람직하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시킴으로써, 물을 높은 위치로 양수시켜 수력발전을 하는 파고를 이용한 양수발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 파고를 이용한 양수발전시스템에 있어서, 제1저수조(20)와, 상기 제1저수조(20)의 일측에 구비된 파고펌프장치(100)와, 상기 제1저수조(20) 보다 높은 곳에 설치된 제2저수조(10)와, 상기 제2저수조(10)의 물이 상기 제1저수조(20)로 이동되는 배출관(50)의 소정의 위치에 구비되는 발전기(30)를 포함하되, 상기 파고펌프장치(100)는 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시킴으로써, 양수동력원으로 별도의 전력을 사용하지 않고 상기 제1저수조(20)의 물을 토출관(40)을 통해 상기 제2저수조(10)로 양수시켜 수력발전 하는 것을 특징으로 하는 파고를 이용한 양수발전시스템이 제공된다.
또한, 상기 파고펌프장치(100)는, 지지대(150)와, 상기 지지대(150)의 상부에는 피봇장치(131)가 구비되어 상기 지지대(150)와 피봇 연결되는 펌프레버(130)와, 상기 지지대(150)의 일측에 구비되어 상기 펌프레버(130)의 일측에 연결되고, 해수면의 변화에 따라 부력에 의해 상승과 하강을 반복하는 부력체(140)와, 상기 지지대(150)의 타측에는 상기 부력체(140)의 상, 하 이동에 의해 상기 제1저수조(20)의 물을 흡입하고 상기 토출관(40)으로 상기 제1저수조(20)에서 흡입된 물을 토출시키는 파고펌프부(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고를 이용한 양수발전시스템이 제공된다.
또한, 상기 파고펌프부(110)는, 상기 제1저수조(20)와 연결되는 흡입밸브(111a)와, 상기 토출관(40)과 연결되는 토출밸브(111b)가 구비되는 펌프탱크(111)와, 상기 펌프탱크(111) 내에 피스톤부(112)가 구비되되, 상기 피스톤부(112)는, 실린더(112a)와, 상기 실린더(112a) 내부에 구비되어 상기 펌프레버(130)의 타측과 연결되어 상기 부력체(140)의 상, 하 이동과 연동되는 피스톤(112b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파고를 이용한 양수발전시스템이 제공된다.
또한, 상기 흡입밸브(111a)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 열리고 하향 운동 시 닫히도록 제어되고, 상기 토출밸브(111b)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 닫히고 하향 운동 시 열리도록 제어되는 것을 특징으로 하는 파고를 이용한 양수발전시스템이 제공된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템에 따르면, 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시켜 물을 높은 위치로 양수시킴으로써 양수동력원으로 별도의 전력이 사용되지 않아 발전되는 전력량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템의 시스템 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 파고펌프를 개략적으로 나타낸 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템의 시스템 개념도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파고펌프를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템은 제1저수조(20)와, 상기 제1저수조(20)의 일측에 구비된 파고펌프장치(100)와, 상기 제1저수조(20) 보다 높은 곳에 설치된 제2저수조(10)와, 상기 제2저수조(10)의 물이 상기 제1저수조(20)로 이동되는 배출관(50)의 소정의 위치에 구비되는 발전기(30)로 이루어진다.
즉, 상기 제1저수조(20)로 유입된 물은 순환될 수 있다.
또한, 상기 파고펌프장치(100)는 해수면의 높이 차에 의한 부력체(140)의 상하 운동에 따른 운동에너지를 이용하여 상기 제1저수조(20)의 물을 토출관(40)을 통해 상기 제2저수조(10)로 이동시킨다.
따라서 상기 제1저수조(20)의 물이 상기 파고펌프장치(100)로 이동되고, 상기 파고펌프장치(100)에 의해서 상기 물은 상기 제2저수조(10)로 이동된다.
그리고 상기 제2저수조(10)로 이동된 물은 상기 제1저수조(20)와 제2저수조(10)의 높이 차이만큼 위치에너지가 증가하게 된다.
또한, 상기 제2저수조(10)에서 상기 발전기(30)로 수직으로 낙수되는 물에 의해서 발전이 이루어지며, 상기 발전기(30)를 거친 물은 상기 제1저수조(20)로 다시 유입될 수 있다.
즉, 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시킴으로써, 양수동력원으로 별도의 전력을 사용하지 않고 물을 높은 위치로 양수시켜 수력발전을 할 수 있다.
한편, 상기 배출관(50)의 상기 제2저수조(10) 측인 일단부와 상기 제1저수조(20) 측인 타단부에는 각각 저수조 밸브(11) 및 탱크 밸브(21)가 구비되며, 상기 밸브(11,21)에 의해서 상기 제2저수조(10)에서 제1저수조(20)로 이동되는 유량을 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 파고펌프장치(100)는 지지대(150)와, 상기 지지대(150)의 상부에는 피봇장치(131)가 구비되어 상기 지지대(150)와 피봇 연결되는 펌프레버(130)와, 상기 지지대(150)의 일측에는 해수면의 변화에 따라 부력에 의해 상승과 하강을 반복하는 부력체(140)와, 상기 지지대(150)의 타측에는 상기 부력체(140)의 상, 하 이동에 의한 피스톤 왕복운동으로 상기 제1저수조(20)의 물을 흡입하고 상기 토출관(40)으로 상기 흡입된 물을 토출시키는 파고펌프부(110)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 부력체(140)는 상기 펌프레버(130)의 일단에 구비된 피봇장치(132)와 피봇 연결된 부력체로드(141)에 의해 상기 펌프레버(130)와 연결된다.
한편, 상기 파고펌프장치(100)는 지면을 지지하는 플랫폼(160)에 설치되고, 상기 플랫폼(160)에는 상기 부력체로드(141)가 상하 방향으로의 이동시 상기 부력체로드(141)의 이동을 안내하는 가이드 장치(142)가 설치될 수 있다.
즉, 상기 가이드 장치(142)는 상기 부력체로드(141)가 파도에 의해 수평방향으로 과도하게 움직이는 것을 방지하기 위한 장치이다.
또한, 상기 파고펌프부(110)는 상기 제1저수조(20)와 연결되는 흡입밸브(111a)와, 상기 토출관(40)과 연결되는 토출밸브(111b)가 구비되는 펌프탱크(111)와, 상기 펌프탱크(111) 내에 피스톤부(112)가 구비된다.
그리고 상기 피스톤부(112)는, 실린더(112a)와, 상기 실린더(112a) 내부에 구비되는 피스톤(112b)으로 이루어지고, 상기 피스톤(112b)은 상기 펌프레버(130)의 타단에 구비된 피봇장치(133)에 의해 피봇 연결된 피스톤 로드(112c)와 연결된다.
상기 파고펌프부(110)는 유압 피스톤 펌프로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 흡입밸브(111a)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 열리고 하향 운동 시 닫히도록 제어되고, 상기 토출밸브(111b)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 닫히고 하향 운동 시 열리도록 제어된다.
따라서 상기 부력체(140)의 해수면 변화에 따른 상, 하 이동과 연동되어 상기 피스톤(112b)도 상, 하 운동함에 따라 상기 실린더(112a) 내부의 압력변화에 의해서 상기 흡입 밸브(111a) 및 토출 밸브(111b)로 물을 흡입 및 토출시켜 상기 제1 저수조(20)의 물을 상기 제2저수조(10)로 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 부력체(140)가 하강하면 상기 피스톤(112b)은 상승하게 되어 상기 흡입밸브(111a)는 열리고, 상기 토출밸브(111b)는 닫히게 되어, 상기 제1저수조(20)의 물을 흡입한다.
그리고 상기 부력체(140)가 상승하면 상기 피스톤(112b)은 하강하게 되어 상기 흡입밸브(111a)는 닫히고, 상기 토출밸브(111b)는 열리게 되어, 상기 제1저수조(20)에서 흡입된 물은 상기 제2저수조로(10)로 토출된다.
이하 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파고를 이용한 양수발전시스템의 한 응용 예로써 상기 플랫폼(160)을 해변에서 가까운 해상 또는 육상에 설치하고, 상기 플랫폼(160)에 다수개의 제1저수조(20) 및 파고펌프장치(100)를 설치하여 병렬운전하고, 상기 제2저수조(10) 및 발전기(30)는 육상에 다수개 설치함으로써 전력을 생산할 수 있다.
이때, 식(1)~(3)을 통하여 본 발명에 따른 시스템으로 얻을 수 있는 에너지를 정량적으로 표현할 수 있다.
우선, 식은 다음과 같다.
F=v×ρ×G … (1)
E=ε×F×Δh=ε×v×ρ×G×Δh … (2)
Ehour=ε×v×ρ×G×Δh×n1×n2 … (3)
여기서, 상기 식(1)에서 F는 1개의 부력체(140)의 부력을 나타낸다. 또한, v는 1개의 부력체(140)의 부피[ m3 ]이고, ρ는 바닷물의 밀도[ kg/m3 ] 이며, G는 중력 가속도[ m/s2 ] 이다.
그리고 상기 식(2)에서 F 대신에 F-부력체(140)무게-부력체로드(141)무게의 값을 삽입하는 것이 타당하나 부력체(140)무게와 부력체로드(141)무게가 부력체(140) 부력에 비해 매우 작으므로 무시한다.
또한, 식(2)에서 Δh는 파도에서 파고의 높이 차이의 평균값이고, ε은 시스템 효율이다.
그리고 식(3)은 본 발명에 따른 시스템에 의해 얻을 수 있는 시간 당 에너지양[ joule ]을 나타낸다. 여기서 n1 은 부력체(140)의 수이고, n2 는 시간당 평균 파도 회수를 의미한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
10 : 제2저수조 20 : 제1저수조
30 : 발전기 40 : 토출관
50 : 배출관 100 : 파고펌프장치
110 : 파고펌프부 111 : 펌프탱크
111a : 흡입밸브 111b : 토출밸브
112 : 피스톤부 112a : 실린더
112b : 피스톤 112c : 피스톤 로드
130 : 펌프레버 131,132,133 : 피봇장치
140 : 부력체 141 : 부력체 로드
142 : 가이드 장치 150 : 피봇지지대
160 : 플랫폼

Claims (4)

  1. 파고를 이용한 양수발전시스템에 있어서,
    제1저수조(20)와, 상기 제1저수조(20)의 일측에 구비된 파고펌프장치(100)와, 상기 제1저수조(20) 보다 높은 곳에 설치된 제2저수조(10)와, 상기 제2저수조(10)의 물이 상기 제1저수조(20)로 이동되는 배출관(50)의 소정의 위치에 구비되는 발전기(30)를 포함하며,
    상기 파고펌프장치(100)는 파도의 높낮이(파고)를 이용하여 펌프를 작동시킴으로써, 양수동력원으로 별도의 전력을 사용하지 않고 상기 제1저수조(20)의 물을 토출관(40)을 통해 상기 제2저수조(10)로 양수시켜 수력발전을 하고,
    상기 파고펌프장치(100)는, 지지대(150)와, 상기 지지대(150)의 상부에는 피봇장치(131)가 구비되어 상기 지지대(150)와 피봇 연결되는 펌프레버(130)와, 상기 지지대(150)의 일측에 구비되어 상기 펌프레버(130)의 일측에 연결되고, 해수면의 변화에 따라 부력에 의해 상승과 하강을 반복하는 부력체(140)와, 상기 지지대(150)의 타측에는 상기 부력체(140)의 상, 하 이동에 의해 상기 제1저수조(20)의 물을 흡입하고 상기 토출관(40)으로 상기 제1저수조(20)에서 흡입된 물을 토출시키는 파고펌프부(110)를 포함하되,
    상기 파고펌프부(110)는,
    상기 제1저수조(20)와 연결되는 흡입밸브(111a)와, 상기 토출관(40)과 연결되는 토출밸브(111b)가 구비되는 펌프탱크(111)와,
    상기 펌프탱크(111) 내에 피스톤부(112)가 구비되되,
    상기 피스톤부(112)는, 실린더(112a)와,
    상기 실린더(112a) 내부에 구비되어 상기 펌프레버(130)의 타측과 연결되어 상기 부력체(140)의 상, 하 이동과 연동되는 피스톤(112b)으로 이루어지며,
    상기 흡입밸브(111a)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 열리고 하향 운동 시 닫히도록 제어되고,
    상기 토출밸브(111b)는 상기 피스톤(112b)이 상향 운동 시 닫히고 하향 운동 시 열리도록 제어되며,
    상기 부력체(140)는 상기 펌프레버(130)의 일단에 구비된 피봇장치(132)와 피봇 연결된 부력체로드(141)에 의해 상기 펌프레버(130)와 연결되고,
    상기 파고펌프장치(100)는 지면을 지지하는 플랫폼(160)에 설치되고, 상기 플랫폼(160)에는 상기 부력체로드(141)를 상하 방향으로의 이동을 안내하는 가이드 장치(142)가 설치되되,
    상기 플랫폼(160)은 해변에서 가까운 해상 또는 육상에 설치하고, 다수개의 제1저수조(20)와 파고펌프장치(100)를 설치하여 병렬운전하며, 상기 제2저수조(10) 및 발전기(30)는 육상에 다수개 설치하여 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 양수발전시스템.
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KR1020160065558A 2016-05-27 2016-05-27 파고를 이용한 양수발전시스템 KR101734226B1 (ko)

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