KR101807869B1 - 파력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파고에 따라 부력체가 승강하는 운동을 회전운동으로 변환하는 무한궤도형 동력전환부, 상기 무한궤도형 동력전환부에서 발생한 일방향회전력과 타방향회전력을 일방향회전력으로 일치시키는 회전방향일치부, 및 상기 회전방향일치부에서 발생한 일방향회전을 이용하는 발전하는 발전부를 포함하는 파력발전장치에 관한 것이다.

Description

파력발전장치{wave power generation}

본 발명은 중력과 부력을 이용한 파력발전장치에 관한 것이다.

파력발전장치는 파도의 힘을 이용해 발전을 하는 장치로서, 파도의 에너지를 직접 기구의 운동에너지로 변환하여 에너지를 회수하는 장치이다.

통상의 파력발전장치는 파도에 의해 승강하는 부유체, 부유체의 승강운동을 회전운동으로 변환시켜 발전시키는 동력변환수단을 구비한다. 상기 개시된 파력발전장치는 부유체 간의 상대운동에 의해 야기된 왕복운동을 랙과 피니온 기구를 이용하여 발전기의 축을 회전시키는 것으로 되어 있다.

하지만, 상기 파력발전장치는 피니온의 일방향 회전시에만 발전기의 축에 동력을 전달하고 타방향 회전시에는 발전기의 축에 동력을 전달하지 못하여 발전효율이 낮다고 하는 문제를 가진다.

이러한 문제를 해결하기 위해 한국등록특허 제10-1078529호에 개시된 랙과 피니온 기구를 이용하는 것이 고려될 수 있지만, 상기 랙과 피니온 기구는 평행하게 배치된 2개의 랙과 상기 2개의 랙 각각에 치합하는 2개의 피니온을 발전기의 축에 외접시켜, 하나의 피니온은 2개의 랙 중 하나의 랙이 위로 이동할 때만 동력을 전달하게 하고, 다른 하나의 피니온은 다른 하나의 랙이 아래로 이동할 때만 동력을 전달하게 하는 구조로 되어 있지만, 부력체에 고 중량의 동력변환수단이 탑재되어 있어서, 파고가 작으면 부력체 위에 탑재된 동력변환수단인 랙가 피니온기구의 중량 때문에 승강하지 못하여 발전을 하지 못하는 경우가 발생되는 문제를 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 수면 위에 배치된 구동풀리를 해양구조물에 회전가능하게 장착하고 수중에 배치된 종동풀리를 해양구조물에 회전가능하게 장착하고 그리고 무한궤도운동하게 구동풀리와 종동풀리에 줄을 감은 상태에서 수면 부근의 줄부위에 부력체를 장착하여서 파고에 따른 부력체의 승강운동에 의해 회전하는 구동풀리를 이용하여 발전시킬 수 있지만, 수중에 배치되어 해양구조물에 회전가능하게 고정된 종동풀리와 이 종동풀리에 감긴 줄에, 파력에 의해 요동하고 있는 부력체의 부하가 반복적으로 그리고 주기적으로 전달되어, 동력변환장치가 쉽게 파손된다고 하는 문제점을 야기한다.

본 발명은, 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 해양구조물이나 선체에 고정되어 침수된 베이스에 채널형 틀의 한 쌍의 다리부를 고정하고; 상기 한 쌍의 다리부에 양단이 고정된 수평바아의 윗면에 서로 평행하게 수평방향으로 뻗은 한 쌍의 구동축을 회전가능하게 장착하고; 상기 한 쌍의 구동축 각각에 풀리나 스프로킷과 같은 적어도 하나의 구동부를 고정적으로 외접시키고; 상기 한 쌍의 구동축중 하나의 구동축의 일단에 시계방향으로만 구동력을 전달하는 일방향클러치를 개재하여 풀리, 스프로킷, 또는 기어와 같은 수렴일방향구동부를 외접시키고; 다른 하나의 구동축의 일단에 반시계방향으로만 구동력을 전달하는 타방향클러치를 개재하여 풀리, 스프로킷, 또는 기어와 같은 적수렴타방향구동부를 외접시키고; 상기 수렴일방향구동부와 상기 수렴타방향구동부에 연동되어 일방향으로 회전하게 상기 수렴일방향구동부와 상기 수렴타방향구동부에 발전회전부를 결합시키고; 상기 발전회전부의 회전력을 이용하여 발전하는 발전부를 상기 발전회전부에 결합시키고; 적어도 하나의 구동부에 대응하는 풀리나 스프로킷과 같은 적어도 하나의 아이들부를 상기 수평바아에서 밑으로 일정 간격이격시켜 수평방향으로 자유롭게 수중에 배치하고; 적어도 무한궤도형인 하나의 벨트, 체인, 줄 또는 로프를 대응하는 상기 적어도 하나의 구동부, 상기 적어도 다른 하나의 구동부 및 상기 적어도 하나의 아이들부에 감아 걸고;, 상기 적어도 하나의 아이들부가 회전가능하게 하는 상태에서 상기 적어도 하나의 아이들부에 적어도 하나의 중량체가 장착되게 하고; 그리고 수면부근에 위치된 상기 적어도 하나의 벨트나 체인의 일부분에 부력체를 고정시킴으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은 부력체에 고 중량의 동력변환수단이 탑재되지 않고, 구조물에 탑재되어 있어서, 파고가 작아도 발전을 용이하게 수행할 수 있고, 그리고 무한궤도형 동력전환장치의 일부가 수면 위에 배치되어 해양구조물에 고정되고, 상기 무한궤도형 동력전환장치의 다른 일부가 현수상태에서 수평방향으로 자유롭게 수중에 배치되어 있기 때문에, 파력의 부하를 완화시켜 상기 무한궤도형 동력전환장기가 받게 되어, 장시간 손상없이 파력을 이용하여 발전시킬 수 있는 파력발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 파력발전장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 수렴일방향구동부와 수렴타방향구동부가 발전부에 결합되는 다른 실시예를 도시한 개념도,
도 3은 도 1의 무한궤도형 동력전달부와 구동부 간의 결합관계에 대한 다른 실시예를 도시한 개념도, 및
도 4는 도 1의 무한궤도형 동력전달부와 부력체 간의 결합관계에 대한 다른 실시예를 도시한 개념도.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 파력발전장치가 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 해양구조물이나 선체에 구비된 파력발전장치가 부호 100으로 지시되어 있다.

상기 파력발전장치(100)는 파고에 따라 부력체가 승강하는 운동을 회전운동으로 변환하는 무한궤도형 동력전환부, 상기 무한궤도형 동력전환부에서 발생한 일방향회전력과 타방향회전력을 일방향회전력으로 일치시키는 회전방향일치부, 및 상기 회전방향일치부에서 발생한 일방향회전을 이용하는 발전하는 발전부를 포함하고 있다.

상기 무한궤도형 동력전환부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 해양구조물이나 선체에 고정되어 침수된 베이스(1)에 일단이 고정되어 연직방향으로 뻗은 한 쌍의 다리부(11)와 상기 한 쌍의 다리부의 타단에 양단이 고정되어 수면 위에 노출되어 수면을 향하고 있는 수평바아(12)를 포함하고 있는 채널형 틀(10); 상기 수평바아(12)의 윗면에 서로 평행하게 수평방향으로 뻗어서 회전가능하게 장착되어 있는 한 쌍의 구동축(20); 상기 한 쌍의 구동축(20) 중 하나의 구동축에 일방향클러치(22)를 개재하여 외접되어 있는 풀리나 스프로킷과 같은 적어도 하나의 구동부(21: 도 1에는 풀리로 도시됨)와, 상기 한 쌍의 구동축(20) 중 다른 하나의 구동축에 타방향클러치(24)를 개재하여 외접되어 있는 풀리나 스프로킷과 같은 적어도 다른 하나의 구동부(21: 도 1에는 풀리로 도시됨); 상기 수평바아(12)에서 밑으로 일정 간격 이격시켜 수중에 수평방향으로 자유롭게 현수상태로 배치하여 상기 적어도 하나의 구동부(21)에 대응하는 풀리나 스프로킷과 같은 적어도 하나의 아이들부(50: 도 1에는 풀리로 도시됨); 서로 대응하고 있는 상기 적어도 하나의 구동부(21), 상기 적어도 다른 하나의 구동부(21) 및 상기 적어도 하나의 아이들부(50)에 감아 걸린 벨트, 줄(로프 또는 와이어) 또는 체인과 같은 적어도 하나의 무한궤도형 동력전달부(60: 도 1에는 로프로 도시됨); 상기 적어도 하나의 아이들부(50)가 회전가능하게 하는 상태에서 상기 적어도 하나의 아이들부(50)에 장착되어 있는 적어도 하나의 중량체(70); 및 수면부근에 위치된 상기 적어도 무한궤도형 동력전달부(60)의 일부분에 고정된 부력체(80)를 포함하고 있다.

상기 회전방향일치부는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 구동축(20) 중 하나의 구동축의 일단에 고정적으로 외접된 풀리, 스프로킷, 또는 기어와 같은 수렴일방향구동부(23: 도 1에는 기어로 도시됨); 상기 한 쌍의 구동축(20)중 다른 하나의 구동축의 일단에 고정적으로 외접된 풀리, 스프로킷, 또는 기어와 같은 수렴타방향구동부(25: 도 1에는 기어로 도시됨); 및 상기 수렴일방향구동부(23)와 상기 수렴타방향구동부(25)에 연동되어 일방향으로 회전하게 상기 수렴일방향구동부(23)와 상기 수렴타방향구동부(25)에 결합되어 있는 링형상의 내외치기어, 벨트, 체인과 같은 일방향회전부(30: 도 1에는 링형상의 내외치기어로 도시됨)를 포함하고 있다.

상기 발전부(40)는 상기 일방향회전부(30)에 결합되어 상기 일방향회전부(30)의 회전력을 이용하여 발전하는 공지된 장치이다.

또한, 상기 적어도 하나의 무한궤도형 동력전달부(60)는 상기 채널형 틀(10)에서 파력에 의해 이탈되는 것을 방기하기 위해 상기 수평바아(12)에 마련된 적어도 하나의 이탈방지부(61)를 관통하여 뻗어 있다.

도 1에는 상기 발전부(40)가 상기 일방향회전부(30)에 동심을 가지고서 일체로 결합된 발전기어(41)에 치합된 피동기어(42)에 고정적으로 내접된 발전축(43)에 결합되어 있는 것으로 되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 발전기어(41)에 고정적으로 내접된 발전축에 바로 결합될 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수렴일방향구동부(23)가 벨트나 체인의 내주면에 결합되고 상기 수렴타방향구동부(25)가 상기 벨트나 체인의 외주면에 결합된 상태에서, 상기 벨트나 체인에 결합되어 있는 발전기어(41)에 고정적으로 내접된 발전축(43)에 바로 결합될 수도 있다.

또한, 도 1에서 아이들부(50), 하나의 구동부(21) 및 다른 하나의 구동부(21)가 풀리 대신에 스프로킷인 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 무한궤도형 동력전달부(60)인 줄에 상기 스프로킷이 걸음될 수 있는 복수개의 걸림부가 상기 스프로킷의 이빨 피치에 맞는 간격을 두고서 구비될 수도 있다.

또한, 상기 부력체(80)가 도 1에서 삼각형의 궤적을 갖고 무한궤도 운동하는 상기 무한궤도형 동력전달부(60)의 하나의 직선궤적부위만을 에워싸서 이 직선궤적부위에 고정되어 있는 것을 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 부력체(80)의 크기를 확대하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 다른 하나의 직선궤적부위도 궤적운동이 가능하게 상기 부력체(80)가 상기 다른 하나의 직선궤적부위를 관통시켜 에워쌀 수 있다.

또한, 상기 부력체(80)는 상기 한 쌍의 구동축(20)를 회전시킬 수 있는 부력과 중량을 갖도록 설계되어 있고 그리고 상기 중량체(70)는 상기 무한궤도형 동력전달부(60)가 항상 긴장상태를 유지시킬 수 있는 중량을 갖도록 설계되어 있다. 이를 위해 상기 부력체(80)와 상기 중량체(70)는 내부에 빈공간이 마련되어 이 빈공간에 공기나 액체를 선택적으로 주입할 수 있는 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 무한궤도 동력전달부(60)의 긴장상태를 유지하기 위해 상기 아이들부(50)에 상기 중량체(70)가 매달린 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 중량체(70)를 배제하고 상기 아이들부(50)를 중량체로서 구성하여도 된다.

또한, 상기 실시예에서 상기 베이스가 선체에 고정되어 침수되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 바지선에 상기 베이스(1)를 선택적으로 승강 가능하게 장착하고 상기 베이스(1)가 공기나 액체를 선택적으로 채울 수 있는 구조를 갖게 하여서 상기 베이스(1)가 도크식으로 수중에 선택적으로 침수될 수 있게 할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 한 쌍의 구동축(20) 중 하나의 구동축에 상기 적어도 하나의 구동부(21)가 일방향클러치(22)를 개재하여 외접되어 있고, 상기 한 쌍의 구동축(20) 중 다른 하나의 구동축에 상기 적어도 다른 하나의 구동부(21)가 타방향클러치(24)를 개재하여 외접되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 적어도 하나의 구동부와 상기 적어도 다른 하나의 구동부가 각각 한 개만 제공되는 경우에는 일방향클러치가 상기 수렴일방향구동부(23)와 구동축(20) 사이에 그리고 상기 수렴타방향구동부(25)와 구동축(20) 사이에 개재될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 파력발전장치(100)에서는, 수면에 위치된 부력체(80)가 파고에 따라 자체의 부력과 자체의 중량에 의해 승강하게 되고, 이에 의해 한 쌍의 구동축(20) 중 하나의 구동축은 일방향으로 회전하게 되고, 다른 하나의 구동축은 타방향으로 회전하게 되면, 상기 한 쌍의 구동축(20)에 결합된 일방향회전부(30)가 일방향으로 회전하게 되어, 발전부(40)가 이 회전력을 전달받아 발전하게 된다.

상기 실시예의 파력발전장치(100)는 부력체(80)가 구동축(20)을 회전시킬 수 있는 자체의 하중을 갖고 있는 상태에서 상기 부력체(80)에 고 중량의 동력변환수단이 탑재되지 않고, 구조물에 탑재되어 있어서, 파고가 작아도 발전을 용이하게 수행할 수 있고, 그리고 무한궤도형 동력변환장치의 일부가 수면 위에 배치되어 해양구조물에 고정되고, 상기 무한궤도형 동력변환장치의 다른 일부가 현수상태에서 수평방향으로 자유롭게 수중에 배치되어 있기 때문에, 파력의 부하를 완화시켜 상기 무한궤도형 동력변환장기가 받게되어, 장시간 손상없이 파력을 이용하여 발전시킬 수 있다.

10; 채널형 틀, 20; 구동축, 30; 일방향회전부, 40; 발전부, 50; 아이들부, 60; 동력전달부, 70; 중량체, 80; 부력체

Claims (4)

1. 해양구조물이나 선체에 구비된 파력발전장치에 있어서,
   파고에 따라 부력체가 승강하는 운동을 회전운동으로 변환하는 무한궤도형 동력전환부,
   상기 무한궤도형 동력전환부에서 발생한 일방향회전력과 타방향회전력을 일방향회전력으로 일치시키는 회전방향일치부, 및
   상기 회전방향일치부에서 발생한 일방향회전을 이용하는 발전하는 발전부를 포함하고 있고,
   상기 무한궤도형 동력전환부는,
   해양구조물이나 선체에 회전가능하게 장착된 적어도 하나의 한 쌍의 구동부(21);
   해양구조물이나 선체에 현수되어 수평방향으로 자유롭게 수중에 배치된 적어도 하나의 아이들부(50);
   상기 적어도 하나의 한 쌍의 구동부(21)와 상기 적어도 하나의 아이들부(50)에 감긴 적어도 하나의 무한궤도형 동력전달부(60); 및
   수면부근에 위치된 상기 적어도 하나의 무한궤도형 동력전달부(60)의 일부분에 고정된 적어도 하나의 부력체(80)를 포함하고,
   상기 회전방향일치부는,
   상기 적어도 하나의 한 쌍의 구동부(21)에 일방향클러치를 개재하여 내접된 한 쌍의 구동축(20) 중 하나의 구동축의 일단에 고정적으로 외접된 수렴일방향구동부(23);
   상기 적어도 하나의 한 쌍의 구동부(21)에 타방향클러치를 개재하여 내접된상기 한 쌍의 구동축(20) 중 다른 하나의 구동축의 일단에 고정적으로 외접된 수렴타방향구동부(25); 및
   상기 수렴일방향구동부(23)와 상기 수렴타방향구동부(25)에 연동되어 일방향으로 회전하게 상기 수렴일방향구동부(23)와 상기 수렴타방향구동부(25) 중 어느 하나에 내접되고 다른 하나에 외접되어 결합되어 있는 일방향회전부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 무한궤도형 동력전환부는,
   상기 적어도 하나의 아이들부(50)가 회전가능하게 하는 상태에서 상기 적어도 하나의 아이들부(50)에 장착되어 있는 적어도 하나의 중량체(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 부력체(80)가 상기 한 쌍의 구동축(20)을 회전시킬 수 있는 부력을 갖게 하기 위해, 그리고 상기 적어도 하나의 중량체(70)가 상기 무한궤도형 동력전달부(60)를 항상 긴장상태로 유지시키기 위해, 상기 적어도 하나의 부력체(80)와 상기 적어도 하나의 중량체(70)는 내부에 빈공간이 마련되어 이 빈 공간에 공기나 액체를 선택적으로 주입할 수 있는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
   

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