KR101932625B1

KR101932625B1 - 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리

Info

Publication number: KR101932625B1
Application number: KR1020180034762A
Authority: KR
Inventors: 조희남; 조은준
Original assignee: 조희남; 조은준
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-03-20

Abstract

본 발명은 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 관한 것으로, 외해 측 높은 파도가 형성되는 위치에 설치가 가능하되 깊은 해저면에서부터 시작되는 기초공사가 불필요하도록 함으로써 경제적인 설치가 가능하면서도 대용량의 발전이 가능한 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리는, 수상에 부유하는 제1,2부력체(10-1,10-2)와; 상기 제1,2부력체를 고정하는 제1,2앵커(30-1,30-2)와; 상기 제1,2부력체에 설치되며 상기 제1,2부력체의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 제1,2발전기를 포함하고, 상기 제1,2부력체는 축을 통해 회전 가능하게 연결되며 해수의 수위 변화에 따라 일정 궤적 내에서 양방향으로 회전 운동하여 상기 발전기에 전달함으로써 전기를 생산한다.

Description

지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리{WAVE POWER GENERATION ASSEMBLY USING LEVERAGE}

본 발명은 파력 발전 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파도가 큰 외해에 큰 기초공사없이 시공이 가능하고 대용량의 발전이 가능한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

파력 발전은 파도의 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 기술이며, 가동 물체형, 진동수주형 및 월파/월류형이 있다.

가동물체형 파력발전장치의 대표적인 사례는 부력체에 로우프를 연결하여 피스톤을 작동시켜 유압을 형성시키고 이 유압이 발전기를 구동하여 전력을 생산하게 하는 방식이거나 지렛점을 이용하여 파도에 의해 부력체가 상하이동하는 것을 회전축에서 크랭크축을 움직이게 하거나 발전기를 구동시키도록 한 방식이 많았다.

진동수주형은 주기적으로 진동하는 파도의 운동으로부터 수주 내에서 공기나 물의 흐름을 만들어내고 이로부터 에너지를 얻어 발전하는 방식이다. 대체적으로 수주 내의 수위변화에 따른 공기이동을 이용하여 발전기 터빈을 회전시켜 발전하는 형태를 말한다.

피도의 진행방향으로 경사면을 형성시키고 파도에 의해 월파된 바닷물을 넘겨진 공간에 채워지도록 하여 해수면과의 낙차가 형성되도록 한 후 그 낙차를 이용하여 발전기 터빈을 회전시키도록 한 월파 또는 월류형 파력발전장치가 있다.

파력발전장치는 파도가 반복적으로 가하는 힘에 직접 노출되어 있게 됨으로 내구성이 확보되어져야 하고 파도의 직접적인 충격이나 구성요소들의 접촉 충격에도 견디면서 기능을 유지해야 하는 기술적, 기능적 요구를 충족해야 하는 어려운 문제점 있다. 이러한 이유로 하여 직접 파도와 구동부가 접촉되지 않는 진동수주형이 기술개발이 앞서 가고 있는 실정이다.

한편 파력발전장치는 이러한 문제점들로 인하여 깊은 해저에 기초공사가 필요하게 되고 이로 인해 투입되는 공사비용이 과도하게 되는 또 다른 심각한 문제가 있어 경제성을 맞춰 나가는데 어려움이 있었다.

파도는 대체적 외해의 경우에는 해저 면까지의 심도가 깊은 것과 비례하여 그 파고가 높아 그만큼 발전량을 크게 할 수 있는 장점이 있으나 이러한 시공비용의 문제로 인해 파고가 높은 외해 쪽에는 설치가 제한될 수밖에 없는 문제가 있었으며 시험설치 또한 어려움이 있을 수밖에 없었다. 이로 인해 소규모 시험시설 위주의 파력발전장치들이 내해 육지에 근접한 위치에 설치되어질 수밖에 없었으며 결과적으로 대규모 용량으로의 확장은 한계에 부딪힐 수밖에 없었다.

공개특허 제10-2011-0059915호 등록특허 제10-1484041호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외해 측 높은 파도가 형성되는 위치에 설치가 가능하되 깊은 해저면에서부터 시작되는 기초공사가 불필요하도록 함으로써 경제적인 설치가 가능하면서도 대용량의 발전이 가능한 부유형태의 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리는, 수상에 부유하는 부력체와; 상기 부력체를 고정하는 고정수단과; 상기 부력체에 설치되며 상기 부력체의 회전 운동을 전기에너지로 변환하는 발전기를 포함하고, 상기 부력체는 축을 통해 회전 가능하게 연결되는 2개 이상으로 이루어지며 해수의 수위 변화에 따라 일정 궤적 내에서 양방향으로 회전 운동하여 상기 발전기에 전달함으로써 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 의하면, 부력체들을 서로 회전 가능하게 연결하여 해저면에서부터 큰 기초공사를 하지 않고 로우프 등으로 고정되는 앵커만으로도 시공이 가능하여 매우 경제적이며 외해의 높은 파도를 이용하여 대용량의 발전을 할 수 있어 부가가치도 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리의 제1,2부력체가 회전한 상태를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 에너지 전달수단의 일 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 펌프식 에너지 전달수단의 다른 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 펌프식 에너지 전달수단의 캠선단부와 피스톤 로드의 다른 연결 구조를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 에너지 전달수단의 다른 예를 보인 도면.
도 7은 도 6의 중요부 발췌 사시도.
도 8은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 박스형 비틀림 방지수단의 사시도.
도 9는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 밴드형 비틀림 방지수단의 사시도.
도 10은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 와셔형 비틀림 방지수단의 평면도.
도 11은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 가이드레일의 일 예를 보인 사시도.
도 12는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 가이드레일의 다른 예를 보인 정면도.
도 13은 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 가이드레일의 다른 예를 보인 사시도.
도 14는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 보조정착수단이 적용되는 예를 보인 도면.
도 15는 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리에 적용된 부력체가 3개인 예를 도시한 사시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리는, 2개 이상의 부력체(10-1,10-2), 수위 변화로 인한 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전운동을 전기에너지로 생산하는 제1,2발전기(20-1,20-2), 제1,2부력체(10-1,10-2)를 고정하는 고정수단으로 예컨대 제1,2앵커(30-1,30-2)로 구성되며, 제1,2부력체(10-1,10-2)는 마주하는 부분이 축(11)을 통해 회전 가능하게 연결, 제1,2발전기(20-1,20-2)는 제1,2부력체(10-1,10-2)에 설치되며 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 운동을 전기에너지로 변환하여 공급한다.

1. 제1,2부력체.

제1,2부력체(10-1,10-2)는 해수에 부유하도록 원형의 강관형태이거나 사각형 형태의 구조체로서 내부에 부력재(공기 등)가 적용될 수 있으며, 내부에 부력재를 충진하는 방법, 부력재가 충진된 부력통을 장착하는 방법 등이 가능하다. 특히 2개의 제1,2 부력체(10-1,10-2)를 연결하여 회전구동하도록 지렛점 기능을 하도록 하는 축(11) 부분에는 제1,2연결부(12-1,12-2)의 구성 등으로 인하여 다른 부분에 비하여 하중이 무겁게 걸릴 수 있어 축(11)에 근접하는 제1,2 부력체(10-1,10-2) 하부 부분에는 추가적인 부력재를 설치하여 해수면 위에서 제 1,2부력체(10-1,10-2)가 전체적으로 평형이 이루어지도록 한다.

제1,2부력체(10-1,10-2)는 내부에 제1,2발전기(20-1,20-2)가 장착되는 경우 이를 위하여 내부에 공간이 구비된 박스 형태, 예를 들어 육면체 형태, 원통 형태이고, 또는 엇갈리게 구동할 수 있는 구동축을 갖는 대칭 형태도 구성될 수 있다.

제1,2부력체(10-1,10-2)는 축(11)을 통해 서로 연결되고 이와 같은 연결 방식에서 제1,2발전기(20-1,20-2)가 충분한 양의 발전이 가능하도록 제1,2부력체(10-1,10-2)의 마주하는 단부에는 제1,2연결부(12-1,12-2)를 각각 형성하고 제1,2연결부(12-1,12-2)를 겹친 후 축(11)으로 연결한다. 즉, 축(11)은 제1,2부력체(10-1,10-2)의 마주하는 단부로부터 안쪽으로 이격되는 곳에 연결되어 서로 겹쳐지는 제1,2연결부(12-1,12-2)가 형성되는 형태이다.

축(11)은 제1,2부력체(10-1,10-2)의 중심에서 일측(서로 가까운 곳)으로 치우친 곳에 연결되어 지렛점 역할을 하게 되며, 따라서, 파고의 변화에 따라 가위 형태로 모아지거나 벌어지는 회전 운동(일정 궤적 안에서 양방향의 상하 회전 운동)을 하게 된다. 즉, 축(11)을 중심으로 한 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전운동은 제1,2부력체(10-1,10-2) 너비의 중앙을 잇는 중심선과 제1,2부력체(10-1,10-2)의 상하운동시의 궤적이 수직방향에서 항상 일치하도록 한다. 이렇게 함으로써 무거운 하중을 갖게 제작되는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 뒤틀림으로 인해 제1,2부력체(10-1,10-2)를 연결한 축(11)의 휘어짐 등 파손을 예방할 수 있게 한다.

제1,2연결부(12-1,12-2)는 예를 들어 제1,2부력체(10-1,10-2)보다 적은 폭의 면적으로, 각각 하나씩 형성되어 겹쳐지는 것도 가능하고, 또는 제1연결부(12-1)는 1개가 제2연결부(12-2)는 2개가 형성되어 제1연결부(12-1)가 제2연결부(12-2) 사이에 삽입되어 겹쳐지는 것도 가능하다. 물론, 제1,2연결부(12-1,12-2)의 수량은 이에 한정되지 아니하고 제1,2연결부(12-1,12-2)는 각각 2개 이상이 형성되는 것도 가능하다.

제1부력체(10-1)의 제1연결부(12-1)는 제2부력체(10-2)의 선단면에 회전 가능하게 지지되고 반대로 제2부력체(10-2)의 제2연결부(12-2)는 제1부력체(10-1)의 선단면에 회전 가능하게 지지됨으로써 제1,2부력체(10-1,10-2)의 안정적인 회전 운동을 유도할 수 있으며, 이 부분에서 마찰저항을 줄이기 위하여 면적을 줄이거나 롤러를 구성할 수 있다.

제1,2연결부(12-1,12-2)의 단부에는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 안정적인 지지, 후술하는 기계식 에너지 전달수단을 위한 부채꼴 형상 또는 원 형상의 롤러부나 기어부 및 캠부 등이 구성되며 여기서 제1,2연결부(12-1,12-2)는 후술하는 기계식 에너지 전달수단을 위한 부채꼴 형상 또는 원 형상의 롤러부나 기어부 및 캠부등 자체를 통칭하는 것으로 간주된다. 즉,부채꼴 형상 또는 원 형상의 롤러부나 기어부 및 캠부등에 회전 운동을 위한 축(11)을 직접 구성할 수도 있다.

제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 운동은 에너지 전달수단을 매개로 하여 제1,2발전기에 전달된다.

에너지 전달수단은 펌프식과 기계식이 가능하다.

도 3은 펌프식 에너지 전달수단(40)을 도시한 것으로, 제1부력체(10-1)를 예로 들어 설명하면, 제1부력체(10-1)의 제1연결부(12-1)에 일측이 연결되는 와이어(41), 와이어(41)의 타측이 내부의 피스톤(42)에 연결되는 유압 펌프(43), 유압 펌프(43)에 의해 회전에너지를 발생하며 제1발전기(20-1)에 전달하는 유압 터빈(44)으로 구성된다.

와이어(41)는 제1부력체(10-1)의 변위를 유압 펌프(43)에 전달하기 위한 것이며, 제1부력체(10-1)가 회전 운동하고 이 회전 운동을 피스톤(42)의 직선 운동으로 전환하는 기능을 한다.

와이어(41)는 전후진 및 약간의 회전 운동을 하는 모든 재질(바람직하게 유연성 있는 재질)과 구조가 가능하고, 제1부력체(10-1)의 회전 운동을 피스톤(42)의 직선 운동으로 정확하게 전달하기 위하여 가이드부재가 구성된다.

상기 가이드부재는 와이어(41)의 양쪽을 지지하는 한 쌍의 롤러(45), 내부에 와이어가 전후진 가능하게 삽입되는 통(46)(둘레부가 폐쇄된 통 구조 또는 일부가 개방된 구조) 등이 가능하고, 롤러(45)와 통(46)은 각각 사용되는 것, 조합으로 사용되는 것 모두가 가능하다.

유압 펌프(43)는 펌프 하우징, 상기 펌프 하우징 내부에 전후진 왕복 이동 가능하게 설치되며 와이어의 타측이 연결되며 펌프 하우징 내부의 작동유를 압축하는 피스톤(42), 피스톤(42)을 일방향(복귀방향)으로 탄력 지지하는 스프링(47), 상기 펌프 하우징 내부의 작동유를 유압 터빈(44)의 양쪽에 공급하기 위한 2개의 배관(48,49)으로 구성된다.

펌프식 에너지 전달수단은 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전운동을 와이어(41)에 의해 피스톤(42)에 전달하는 것으로 한정되지 아니하고, 캠 방식도 가능하다. 와이어와 캠은 펌프 가동수단이다.

도 4에서 보이는 것처럼, 제1부력체(10-1)의 단부에는 제1캠선단부(13-1)가 형성되며, 피스톤(42)에는 펌프 하우징의 외부로 돌출되는 제1캠선단부(13-1)에 지지되는 피스톤 로드(42a)가 연장된다. 즉, 제1부력체(10-1)가 회전할 때 제1캠선단부(13-1)를 통해 피스톤 로드(42a)가 전후진하여 작동유가 유압 터빈에 공급됨으로써 제1발전기(20-1)가 구동한다. 제1캠선단부(13-1)과 피스톤 로드(42a)간에 부드러운 동작을 위하여 피스톤 로드(42a)에는 캠선단부(13-1)와 최소의 접촉저항으로 접촉되는 롤러(42b)가 구성될 수 있다.

캠선단부(13-1)는 평탄면 형태이거나 피스톤 로드(42a)에 부설한 롤러(42b)가 이동하도록 가이드레일(14-1)이 구성된 형태일 수 있다. 가이드레일(14-1)은 캠의 형태이며 롤러(42b)의 경로를 피스톤 로드(42a)의 전후진 방향으로 제공한다. 가이드레일(14-1)이 적용된 경우 피스톤(42)의 자동 복귀를 위한 유압펌프(43) 내장형 스프링(47)은 생략할 수 있다.

유압 터빈(44)은 양쪽에 2개의 배관(48,49)이 각각 연결되며 압축유체(작동유)에 의해 날개가 회전하며 회전축을 통해 제1발전기(20-1)에 회전에너지를 전달한다.

도 6과 도 7은 기계식 에너지 전달수단(50)을 도시한 것이며, 기계식 에너지 전달수단은, 제1부력체(10-1)의 제1연결부(12-1)의 단부에 형성되는 구동기어부(51)(부채꼴, 원형 등), 구동기어부(51)와 대응하는 제2부력체(10-2)에 형성되며 구동기어부(51)의 회전을 제1발전기(10-1)에 전달하는 종동기어부(52)로 구성된다.

종동기어부(52)의 회전력을 제1발전기(10-1)에 전달하는 것은 하나 이상의 증속을 위한 기어군(53), 벨트 등이 가능하다.

물론, 이러한 종동기어부(52)와 기어군(53)의 구동을 통해 유압펌프를 구동하여 통상의 유압모터와 연결된 발전기(20-1)를 구동시키는 방법과 구동기어부(51) 또는 종동기어부(52)에 통상의 크랭크축에 결합된 캠을 구성하고 캠의 회전에 따라 피스톤이 구동하여 유압펌프를 작동시키는 방법 또한 구성이 가능하다.

한편, 제2부력체(10-2)도 제1부력체(10-1)의 에너지 전달수단과 동일한 에너지 전달수단이 적용된다.

2. 제1,2발전기.

제1,2발전기(20-1,20-2)는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 운동을 전기에너지로 변환하며, 회전 운동의 전달방식에 따라 제1발전기(20-1)는 제2부력체(10-2)에 설치되어 제1부력체(10-1)의 회전 운동을 전달받는 것으로 하고 제2발전기(20-2)는 제1부력체(10-1)에 설치되어 제2부력체(10-2)의 회전 운동을 전달받는 것으로 한다. 제1,2발전기(20-1,20-2)는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 내부에 설치되거나 제1,2부력체(10-1,10-2) 상부 바닥면에 설치할 수 있다.

제1,2발전기(20-1,20-2)는 발전 전기를 동력케이블을 통해 외부에 송전하며, 예를 들어 제1,2발전기(20-1,20-2)에서부터 육상 등의 ESS에 걸쳐 동력케이블을 배선한다.

3. 제1,2앵커.

제1,2앵커(30-1,30-2)는 제1,2부력체(10-1,10-2)가 파도 변화에 맞춰 원활하게 회전 운동하고 설치 위치를 벗어나지 않도록 하며, 해저면에 정착되고 체인이나 와이어, 로프 등을 통해 제1,2부력체(10-1,10-2)와 연결되는 하나 이상이 적용된다.

제1,2앵커(30-1,30-2)와 함께 축에 연결되는 다른 앵커도 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리의 작용은 다음과 같다.

지레의 3요소는 힘점과 받침점, 그리고 작용점으로 구성되어 있으며, 힘점에 작용하는 힘을 F 라 하고 받침점과 힘점 간의 거리를 b 라 하고 작용점에 작용하는 무게를 W 라하고 작용점과 받침점 간의 거리를 a 라 정할 때 아르키메데스의 지레의 원리에 따라 다음 등식이 성립하게 된다.

W×a = F×b

따라서, 무게 값 W는 하기의 식을 통해 구할 수 있다.

W = F × b/a

즉, 무게 값과 힘 값이 동일하다 할 경우 받침점을 중심으로 a 와 b 의 값을 다르게 하되 특히 받침점과 힘점 간의 거리 b 의 값을 크게 할 경우 더 큰 무게 값을 구할 수 있게 된다는 것을 의미한다. 예를 들어 a와 b가 각각 1m 이고 W 와 F가 각각 100 N의 무게를 가지고 있을 경우 b의 길이를 2m로 하면 계산에 의해 힘점에 50 N 의 힘만으로도 작용점 W 의 무게를 들어 올릴 수 있게 된다.

본 발명은 이러한 아르케메데스의 지레원리를 이용한 파력발전기에 관한 것으로, 해수면에 형성되는 파도는 주기적인 파장을 가지고 지속적으로 발생되는 특성을 가지고 있으며 바람과 기압의 높고 낮음 등에 따라 파도의 높이 즉 파고가 형성되어지게 되고, 파고의 변화를 발전기의 구동원으로 이용하여 파고의 높고 낮음 시 전기를 생산하는 것이다.

파고가 없는 상태에서 제1,2부력체(10-1,10-2)는 해수면과 평행한 상태로 해수면에 부유한다. 이 때는 제1,2부력체의 회전 운동이 없어 전기의 발전이 없다.

파도가 일어나면 제1,2부력체(10-1,10-2)가 파도에 따라 높아지고 낮아지는 높이 변화가 일어난다. 구체적으로 설명하면, 파도에 의해 해수면의 수위가 높아지고 낮아지는 현상이 반복되고 고정 상태의 제1,2부력체(10-1,10-2)는 파도에 의한 해수면의 변화에 따라 각각 다른 높이로 상승 및 하강하게 된다. 이 때, 제1,2부력체(10-1,10-2)는 축(11)을 통해 회전 가능하게 연결되어 있기 때문에 일정한 궤적 내에서 축(11)을 중심으로 상하의 회전 운동을 반복하게 된다. 이때 축(11)을 기준으로 보면 제 1,2 부력체의 길이가 길수록 지렛점 기능을 하는 축(11)의 반대편에 작용하는 힘의 크기는 커지게 되며 제 1,2 부력체가 가지고 있는 무게 또한 비례적으로 축(11)의 반대편에 작용하는 힘의 크기를 변화시킬 수 있게 되며 결과적으로 파고가 높아지고 제1,2부력체의 하중과 크기가 클수록 에너지 발생량을 커지게 된다.

제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 운동을 통해 획득된 에너지는 에너지 전달수단을 통해 제1,2발전기(20-1,20-2)에 각각 전달되고, 제1,2발전기(20-1,20-2)는 전기를 생산하게 된다.

이상의 구성과 함께 본 발명은 발전 효율의 증대와 어셈블리의 보호를 위하여 비틀림 방지수단, 가이드레일, 보조정착수단이 구성될 수 있다.

4. 비틀림 방지수단.

제1,2부력체(10-1,10-2)는 해수면에 부유하기 위한 면적을 갖고 가장자리에서 축(11)으로 연결되기 때문에 축(11)으로부터 먼 곳으로 가면서 거칠고 일정한 방향성이 없는 높은 파도에 의해 제1,2 부력체가 가지고 있는 고유의 무게와 길이로 인해 비틀림이 일어날 수 있고, 이를 해결하기 위하여 비틀림 방지수단이 적용된다.

상기 비틀림 방지수단은 예를 들어 박스형, 밴드형, 와셔형이 있다.

도 8은 박스형의 비틀림 방지수단을 도시한 것이며, 비틀림방지 박스(60)는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 둘레부를 덮는 상하 개방형의 박스 형태이고 예를 들어 제1 또는 제2부력체(10-1,10-2)에 볼트를 통해 고정되고 또는 제1,2부력체(10-1,10-2)를 연결하는 축(11)의 양쪽이 관통되어 고정될 수 있다.

비틀림방지 박스(60)는 양쪽에 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 궤적을 따라 벽(61,62)이 각각 형성, 즉 중앙보다 양쪽의 벽(61,62)이 높은 구조일 수 있다. 벽(61,62)은 제1,2부력체(10-1,10-2)보다 큰 높이{바람직하게 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 운동에 맞춰 가장자리로 가면서 단면적이 커지는 부채꼴의 형태}로 형성되어 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전 경로를 제공하는 기능도 한다.

도 9는 밴드형 비틀림방지 수단을 도시한 것이며, 비틀림방지 밴드(70)는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 측면{축(11)과 직교하는 면}에 배치되며 일측이 제1부력체(10-1)에 고정되는 한편 타측이 제2부력체(10-2)의 측면을 지지한다. 즉, 제1,2부력체(10-1,10-2)가 회전 운동할 때 비틀림방지 밴드(70)는 제1부력체(10-1)를 지지기반으로 하여 타측이 제2부력체(10-2)의 측면을 지지함으로써 제1,2부력체(10-1,10-2)를 일렬의 상태로 유지한다. 비틀림방지 밴드(70)는 통상 길이방향으로는 변형이 없는 반면 짧은 구간의 굴절은 가능한 재질이면 적용이 가능하며 양끝단을 포함하여 굴절부분을 제외한 길이방향을 제1,2부력체(10-1,10-2)의 측면에 고정하여 설치한다. 대체적으로 마닐라로우프등이 적합한 재질로 선택되어질 수 있다.

도 10은 와셔형 비틀림 방지수단을 도시한 것이며, 제1,2부력체(10-1,10-2)를 연결하는 축(11)의 축방향 양쪽에 각각 비틀림방지 와셔(11a)가 설치된다.

비틀림방지 와셔(11a)는 중앙에 축(11)이 조립되며 축(11)이 결합되는 부분을 중심으로 하여 양쪽으로 연장되어 제1,2부력체(10-1,10-2)의 측면에 각각 지지되는 날개부(11b,11c)를 갖는 형태이며 비틀림방지 와셔(11a)는 대체적으로 큰 원형의 형태가 사용되어지게 된다. 비틀림방지 와셔(11a)에는 제1,2부력체(10-1,10-2)와의 접촉면에 베아링 등 마찰저항이 발생하지 않는 구성을 하게 되며 제1,2부력체(10-1,10-2)의 제1,2연결부(12-1,12-2)에 관통되어 구성되는 축(11) 역시 베어링이나 부싱등 회전구동에 마찰이 발생되지 않도록 하는 구성이 이루어지게 된다.

비틀림방지 와셔(11a)는 제1,2부력체(10-1,10-2)와의 사이에 별도의 지지밴드가 함께 사용될 수 있다.

5. 가이드 레일.

제1,2부력체(10-1,10-2)는 축(11)에서 먼 곳의 회전 궤적이 크고 이 부분은 지지기반이 약하거나 없어 하중이 크고 길이가 긴 제1,2부력체(10-1,10-2)가 불안정한 회전 운동과 비틀림현상이 발생되어 파손될 수 있는데, 이는 가이드 레일에 의해 해결된다.

가이드 레일은 제1,2부력체의 자유단부{제1,2연결부의 반대쪽}가 회전 운동하는 경로를 제공하는 것이며, 곡선형의 제1,2레일부(81,82)를 갖는 가이드 레일(80)(도 11 참고), 원형의 가이드레일(90)(도 12와 도 13 참고)이 가능하다.

도 11에서 보이는 바와 같이, 가이드 레일(80)은 제1,2발전기(20-1,20-2)의 효율적인 발전이나 파고 등을 고려한 길이로서 제1,2부력체(10-1,10-2)의 회전에 맞는 곡선형의 제1,2레일부(81,82) 및 제1,2레일부(81,82)를 연결하는 틀(83)로 구성된다.

제1,2레일부(81,82)와 제1,2부력체(10-1,10-2)는 상호 간에 이탈을 일으키지 않도록 연결되어야 하고, 예를 들어 서로 끼움되는 요철부가 형성될 수 있다.

틀(83)은 바람직하게 제1,2부력체(10-1,10-2)의 둘레부를 감싸는 상하 개방형이고 제1,2부력체(10-1,10-2)를 연결하는 축(11)이 지지되도록 구성됨으로써 제1,2부력체(10-1,10-2)와 일체화된다.

제1,2레일부(81,82)는 틀(83)의 좌우 양쪽에 각각 상하 종방향으로 형성되며 제1,2부력체(10-1,10-2)의 자유단부가 각각 슬라이딩 가능하게 연결된다. 도 9에 도시한 바와 같은 1,2부력체(10-1,10-2)를 조합하여 구성하게 될 경우 적합한 구동이 이루어질 수 있는 구조로 이해될 수 있다.

물론, 별도의 제1,2레일부(81,82)를 갖지 않고 틀 자신이 제1,2레일부(81,82)를 갖는 크기로 구성되는 것도 가능하다.

도 12와 도 13에서 보이는 것처럼, 원형의 가이드 레일(90)은 제1,2부력체(10-1,10-2)의 자유단부가 각각 슬라이딩 가능하게 연결되는 하나 이상의 원형의 림(rim)(91)으로 구성된다.

림(91)은 1열 또는 2개가 연결되는 2열로 구성될 수 있다.

부가적으로 도 13에서 보이는 것처럼, 원형의 가이드 레일(90)은 림(91)의 중심에 허브(hub)(92)가 그리고 이 허브(92)를 중심으로 하여 2개 이상의 스포크(spoke)(93)가 구성되며, 허브(92)에는 제1,2부력체(10-1,10-2)의 축(11)이 지지된다.

제1,2부력체(10-1,10-2)와 림(91)의 연결은 예를 들어 제1,2부력체(10-1,10-2)의 단부와 림(91)에 서로 끼움되는 요철부를 형성하여 연결하는 방법, 제1,2부력체(10-1,10-2)의 단부에 림(91)을 감싸는 클램프형 슬라이더를 형성하여 연결하는 방법 등이 있다.

6. 보조정착수단.

제1,2부력체(10-1,10-2)를 제1,2앵커(30-1,30-2)와 직접 연결 할 때 제1,2부력체(10-1,10-2)가 조류의 흐름 등에 영향을 받아 제1,2앵커(30-1,30-2)의 로프가 한 방향으로 쏠리게 되어 로프의 견인력이 한 방향으로 쏠리게 되며 이 쏠림 현상은 제1,2부력체(10-1,10-2)가 파도의 상하 변화에 따라 승강할 때 제1,2부력체(10-1,10-2)에 그대로 쏠림의 견인력으로 작용하게 되므로 발전을 위한 상하구동에 장애요인이 될 수 있다. 따라서 일차적으로 보조정착수단을 통해 제1,2부력체(10-1,10-2)를 방향성을 유지하도록 설치한다.

도 14에서 보이는 것처럼, 상기 보조정착수단은 해수면에 부유하며 제1,2부력체(10-1,10-2)와 각각 로프 등으로 연결되어 제1,2부력체(10-1,10-2)를 지지하는 제1,2보조 부력체(31-1,31-2), 해저면 등에 정착되며 연결부재(유연성과 신축성이 있는 고무 로프, 스프링, 코일 형태 로프 등 다양한 자재)를 통해 제1,2보조 부력체(31-1,31-2)와 연결되어 제1,2보조 부력체(31-1,31-2)를 고정하는 제1,2셋팅 앵커(32-1,32-2)로 구성된다.

이와 같은 보조정착수단은 제1,2부력체(10-1,10-2)에 각각 설치 즉, 파도의 방향으로 전후에 각각 설치한다.

제1,2셋팅 앵커(32-1,32-2)는 제1,2보조 부력체(31-1,31-2)가 조류방향 등으로 인하여 위치를 변경하지 못하도록 2 방향 이상으로 설치된다. 결과적으로 제1,2보조 부력체(31-1,31-2)는 해수면을 따라 자유롭게 상하 구동하면서 제1,2부력체(10-1,10-2)가 방향을 바꾸지 못하고 위치를 변경하지 못하도록 한다.

7. 풍향에 따른 위치 보정수단.

파도는 대체적으로 해안을 따라 그 방향이 정해져 오는 경향이나 외해로 가게되면 풍향에 따라 그 방향이 약간씩 변형이 발생될 수도 있어 발전장치의 정렬도 풍향에 따라 자체적으로 보정될 수 있도록 구성을 더하였다. 도 14에서와 같이 제1,2부력체(10-1,10-2) 상부에는 풍향에 따라 위치가 정렬이 가능하도록 풍향키(15-1,15-2)를 고정 설치하도록 한다.

지금까지는 제1,2부력체(10-1,10-2) 즉, 2개의 부력체(10-1,10-2)가 사용되는 것으로 도시하고 설명하였으나, 도 15에서 보이는 것처럼, 3개 이상의 부력체(10-1,10-2,10-3)가 연쇄적으로 직렬로 연결되는 것도 가능하며 도 9 또는 도 10과 같이 다수개의 제1,2부력체(10-1,10-2)를 병렬로 연결 결합하여 대규모 발전장치로 확장하여 구성하는 것도 가능하다.

10-1,10-2 : 제1,2부력체, 20-1,20-2 : 제1,2발전기
30-1,30-2 : 제1,2앵커, 40 : 펌프식 에너지 전달수단
50 : 기계식 에너지 전달수단, 60 : 박스형 비틀림 방지수단
70 : 밴드형 비틀림 방지수단, 80,90 : 가이드 레일

Claims

수상에 부유하며 서로 마주하는 복수의 부력체와;
상기 부력체를 고정하는 고정수단과;
상기 부력체의 내부에 설치되며 반대쪽에 배치되는 부력체의 회전운동을 전달하는 에너지 전달수단과;
상기 에너지 전달수단을 통해 상기 부력체의 회전 운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 발전기를 포함하고,
상기 부력체는 마주하는 부분이 겹쳐지면서 각각의 마주하는 단부로부터 안쪽으로 이격되는 곳에 축이 연결되어 상기 축을 기준으로 하여 마주하는 단부쪽으로 일정 길이의 연결부가 형성되며,
상기 에너지 전달수단은 상기 연결부와 연결되어 상기 연결부의 상하 회전 운동을 기계식 또는 펌프식으로 전달하여 상기 발전기에 전달하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서, 상기 부력체들이 비틀림없이 일렬 상으로 회전 운동하도록 지지하는 비틀림 방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 부력체의 회전 운동을 안내하는 곡선형 또는 원형의 가이드레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 부력체로부터 이격되는 곳에 부유하며 상기 부력체와 연결되어 상기 부력체를 방향성을 갖도록 지지하는 보조정착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
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청구항 1에 있어서, 상기 에너지 전달수단은 상기 부력체의 회전 운동을 통해 작동유를 펌핑하는 펌프, 상기 펌프의 펌핑에 의해 회전 에너지로 변환하여 상기 발전기에 전달하는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 6에 있어서, 상기 부력체와 상기 펌프의 피스톤에 연결되어 상기 부력체의 회전 운동을 상기 피스톤의 직선 운동으로 변환하는 펌프 가동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 7에 있어서, 상기 펌프 가동수단은 상기 부력체와 상기 피스톤에 각각 연결되는 와이어, 또는 상기 부력체와 상기 피스톤에 각각 연결되는 구동기어부, 또는 상기 부력체의 선단부에 형성되며 상기 피스톤에 연장된 피스톤 로드를 직선 운동시키는 캠선단부 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서, 상기 에너지 전달수단은 부력체의 단부에 형성되는 구동기어부, 상기 구동기어부와 대응하는 다른 부력체에 형성되며 상기 구동기어부의 회전을 상기 발전기에 전달하는 종동기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 2에 있어서, 상기 비틀림 방지수단은 상기 부력체의 둘레부에 설치되어 상기 부력체가 비틀리는 것을 막아주는 벽을 포함하는 형태 또는 일측이 연접하는 부력체 중 일측의 부력체의 측면에 고정되는 한편 타측이 타측의 부력체의 측면에 지지되어 상기 부력체를 지지하는 밴드 형태, 또는 상기부력체를 연결하는 축의 축방향 양쪽에 각각 비틀림방지 와셔형태, 또는 상기 부력체의 자유단부가 회전 운동하는 경로를 제공하는 가이드레일 형태인 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서, 상기 부력체들은 이웃하는 단부에 서로 겹쳐지는 각각 1개 이상의 연결부를 포함하여 상기 연결부들이 상기 축을 통해 직렬 또는 병렬로 연결되어 확장되는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서, 상기 부력체의 이웃하는 단부에는 회전 운동을 안내하는 롤러부 또는 기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서,상기 부력체 상부에는 풍향키를 구성한 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
축에 근접하는 부력체 부분에는 추가적인 부력재를 설치한 것을 특징으로 하는 지렛점을 이용한 파력 발전 어셈블리.