KR102012832B1 - 파력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파력 발전 장치에 관한 것으로, 내부에 하면으로 개방된 배치공간이 형성된 외부관체, 상기 외부관체 하면과 연결되어 있고 내부에 상기 배치공간과 연결되고 하면으로 개방된 면적확장공간이 형성된 면적확장관체, 상기 배치공간에 위치하여 상기 면적확장관체 외부로 노출되어 있으며 내부에 하면으로 개방된 유동공간이 형성된 내부관체, 상기 외부관체 내부둘레와 상기 내부관체 외부둘레 사이에 배치된 터빈 및 상기 외부관체와 상기 내부관체 사이에 위치하여 상기 내부관체 원주방향을 따라 배열된 스페이스 부재를 포함하며, 상기 내부관체의 외부둘레와 상기 외부관체 내부둘레는 간격을 두고 마주하며, 상기 내부관체의 외부둘레와 상기 외부관체 내부둘레는 간격을 두고 마주하며, 상기 내부관체의 상하길이는 상기 외부관체의 상하길이와 상기 면적확장관체의 상하길이를 더한 값보다 더 길다.

Description

파력 발전 장치{Apparatus for Wave power generation}

본 발명은 파력 발전 장치에 관한 것이다.

신재생 에너지(New renewable energy)는 신에너지와 재생 에너지를 합쳐 부르는 말이다. 신에너지에는 연료 전지, 석탄 액화 가스화, 수소 에너지 등이 있고, 재생 에너지에는 태양광, 태양열, 바이오매스, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열 등이 있다.

해양 에너지 중 파력발전(wave power generation)은 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전(發電)하는 방법으로, 파력으로부터 에너지를 얻기 위한 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형으로 나눌 수 있다.

가동물체형의 발전원리는 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하도록 고안된 기구를 사용하여 파랑에너지를 기구에 직접 전달하여 기구의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 방식이다. 예컨대 진자를 내장한 부표를 물에 띄워 파도가 치는 대로 동요시켜서 부표 속에 장치한 진자의 움직임을 회전운동으로 바꾸고 기어를 통해서 발전기를 회전시킬 수 있다. 이 방식에서는 파고(波高) 40cm에서 10W(와트) 정도의 전력이 얻어지며, 전등을 켜거나 소리를 내게 하여 위험한 항로의 표지로 이용한다든가 안전항로의 안내에 사용할 수 있다. 파랑에너지가 직접 기구에 작용하므로 파랑에 의한 외력을 견뎌야 한다는 점에서 구조적인 안전성에 취약한 단점이 있으나, 파랑에너지를 직접적으로 흡수하므로 에너지 변환 효율은 상대적으로 유리하다.

진동수주형 파력발전은 워터칼럼 내부로 유입된 파랑에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입하여 공기의 흐름을 생성시키고 유도관 내에 설치된 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이다. 입사파가 장치의 전면에서 반사되면 중복파가 형성이 되고, 이때 수면의 상부 노즐부에 공기의 흐름이 발생하는 원리이다. 효율 관점에서는 낮은 위치를 차지하지만, 중요 기계류가 해수와 분리된 별도의 공간에 위치하게 됨으로써 장치 자체의 신뢰도가 매우 우수하고, 안정성 및 유지보수 편이성 면에서도 탁월하다.

월파형 파력발전은 파랑의 진행방향 전면에 사면을 두어 운동에너지에 의해 파랑이 사면을 넘어서게 되면, 이것이 위치에너지로 변환하여 저수된 후, 형성된 수두차(1차 변환)를 이용하여 저장된 해수를 저수지의 하부로 흘리면 통로 하부에 설치된 수차터빈(2차 변환)이 회전하여 발전하는 방식이다. 2차 변환장치가 파의 운동을 직접 감당하지 않아 파랑 충격에 대한 위험이 적으며 상대적으로 발생 전력의 변동성이 작아 제어가 용이하다.

이러한 파력 발전 장치는 대부분 터빈을 가동할 수 있을 정도로 파도가 강해야만 전기를 생산할 수 있다. 이에 파도가 강하지 않고 출렁거리는 지역에서는 설치할 수 없었다.

공개특허 제10-2017-0114271호 (2017.10.13.) 등록특허 제10-1501906호 (2015.03.06.)

본 발명은 파도가 자연스럽게 출렁이는 힘만으로도 전기를 생산할 수 있는 파력발전 장치를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 파력 발전 장치는, 내부에 하면으로 개방된 배치공간이 형성된 외부관체, 상기 외부관체 하면과 연결되어 있고 내부에 상기 배치공간과 연결되고 하면으로 개방된 면적확장공간이 형성된 면적확장관체, 상기 배치공간에 위치하여 상기 면적확장관체 외부로 노출되어 있으며 내부에 하면으로 개방된 유동공간이 형성된 내부관체, 상기 외부관체 내부둘레와 상기 내부관체 외부둘레 사이에 배치된 터빈 및 상기 외부관체와 상기 내부관체 사이에 위치하여 상기 내부관체 원주방향을 따라 배열된 스페이스 부재를 포함하며, 상기 내부관체의 외부둘레와 상기 외부관체 내부둘레는 간격을 두고 마주하며, 상기 내부관체의 외부둘레와 상기 외부관체 내부둘레는 간격을 두고 마주하며, 상기 내부관체의 상하길이는 상기 외부관체의 상하길이와 상기 면적확장관체의 상하길이를 더한 값보다 더 길다.

상기 터빈은, 상기 내부관체 상면과 상기 상면과 마주하는 내부면 사이에 배치되어 있으며, 상기 내부관체 내부에 위치하여 상기 터빈과 연결된 연장관체를 더 포함하며, 상기 연장관체의 외부둘레 지름은 상기 내부관체 내부둘레 지름보다 작고, 상기 연장관체의 상하길이는 상기 외부관체 상하길이보다 짧다.

상기 면적확장공간을 이루는 상기 면적확장관체 내부둘레 지름은 상기 배치공간을 이루는 상기 외부관체의 내부둘레 지름보다 크다.

상기 파력 발전 장치는, 상기 외부관체와 연결된 부유체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 파도의 상하움직임에 의해 압력 발생시 유동공간과 면적확장공간의 면적차이로 인하여 공기 유동이 발생하며, 공기의 유동을 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 생산할 수 있다. 이에 면적차이로 인한 공기 유동으로 터빈이 구동하므로 파도가 강하지 않고 출렁거리는 상태에서 전기 에너지를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 파력 발전 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 반단면 사시도.
도 3은 도 1을 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 단면도.
도 4는 도 1의 파력 발전 장치가 복수 설치된 상태를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 파력 발전 장치에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 파력 발전 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 반단면 사시도이며, 도 3은 도 1을 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 자른 단면도이고, 도 4는 도 1의 파력 발전 장치가 복수 설치된 상태를 나타낸 개략도이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 파력 발전 장치(100)는 외부관체(110), 면적확장관체(120), 내부관체(130), 스페이스 부재(150), 터빈(140) 및 연장관체(141)를 포함하며 파도가 자연스럽게 출렁이는 힘만으로도 전기를 생산할 수 있도록 한다.

외부관체(110)는 기설정된 길이를 가지며 내부에는 하면방향으로 개방된 배치공간(111)이 형성되어 있다.

면적확장관체(120)는 기설정된 길이를 가지며 내부에는 하면방향으로 개방된 면적확장공간(121)이 형성되어 있다. 면적확장관체(120) 상면은 외부관체(110) 하면과 결합되어 있으며 면적확장공간(121)은 배치공간(111)과 연결되어 있다. 면적확장공간(121)을 이루는 면적확장관체(120) 내부둘레 지름은 배치공간(111)을 이루는 외부관체(110) 내부둘레 지름보다 크다. 면적확장공간(121)과 배치공간(111)의 면적 차이로 면적확장관체(120)와 외부관체(110) 사이에는 단차가 형성되어 있다. 면적확장관체(120)는 외부관체(110)와 일체로 형성되어 있다.

내부관체(130)는 기설정된 길이를 가지며 내부에 하면방향으로 개방된 유동공간(131)이 형성되어 있다. 내부관체(130) 상단이 배치공간(111)에 위치하고 하단은 면적확장공간(121)을 통해 면적확장관체(120) 외부로 기설정된 길이만큼 노출되어 있다. 내부관체(130)의 상하길이(130L)는 외부관체(110) 상하길이(110L)와 면적확장관체(120)의 상하길이(120L)을 더한 값보다 더 길다. 내부관체(130)의 외부둘레는 외부관체(110) 및 면적확장관체(120)의 내부둘레와 간격을 두고 이격되어 있다.

스페이스 부재(150)는 기설정된 넓이를 갖는 블록 형태로 형성되어 있으며 내부관체(130) 외부둘레와 외부관체(110) 내부둘레 사이에 위치하여 내부관체(130) 원주방향을 따라 배열되어 있다. 스페이스 부재(150)는 공기의 유동을 방해하지 않는 유선형으로 형성될 수 있다. 스페이스 부재(150)는 내부관체(130) 및 외부관체(110)와 결합수단(도시하지 않음)을 통해 결합되어 있다. 결합수단은 볼트, 리벳, 접착제 등일 수 있다. 결합수단을 특별히 한정하지 않는다. 배열되어 있는 이웃한 스페이스 부재(150) 들의 사이를 통해 면적확장공간(121)과 배치공간(111)은 연결된다.

터빈(140)은 내부관체(130) 상면, 상면과 마주하는 외부관체(110) 내부면 사이에 배치되어 있다. 터빈(140)을 통해 배치공간(111)과 유동공간(131)은 연결된다. 터빈(140)은 전기 에너지를 생산하며 전기 에너지 저장부(도시하지 않음)와 연결되어 있다. 터빈(140)과 전기 에너지 저장부의 세부 구조는 널리 공지된 발전 장치의 터빈과 전기 에너지 저장부 구성이 적용될 수 있는바, 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다.

연장관체(141)는 기설정된 길이를 가지며 유동공간(131) 상부측에 위치하여 터빈(140)과 연결되어 있다. 연장관체(141)의 길이는 외부관체(110) 길이보다 짧으며 지름은 유동공간(131)의 지름보다 작다. 도면에서 연장관체(141)를 원통 형태로 도시하였으나, 연장관체(141)는 콘 형태로 형성될 수 있으며, 콘 형태의 연장관체(141)는 터빈(140)에서 멀어질수록 그 단면적이 증가할 수 있다.

도면 [도 1] 내지 [도 4]에서 외부관체(110), 면적확장관체(120), 내부관체(130) 및 연장관체(141)를 원기둥 형태로 도시하였으나 이에 한정하지 않고 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

이와 같은 파력 발전 장치(100)는 설치 장소에 복수 배열되어 부유체(160)와 연결될 수 있다. 파력 발전 장치(100) 들이 부유체(160)를 통해 서로 연결되며 각 파력 발전 장치(100)에서 생산된 전기 에너지는 전기 에너지 저장부에 저장될 수 있다.

다음은 도 1 내지 도 4를 참고하여 위에서 설명한 파력 발전 장치의 작용에 대하여 설명한다.

파력 발전 장치(100)가 파도, 물결 등이 발생하는 장소에 설치되면 유동공간(131)과 면적확장공간(121)의 적어도 일부분에 바닷물이 유입된다. 면적확장공간(121) 상부, 유동공간(131) 상부 및 배치공간(111)에는 바닷물이 유입되지 않는다. 여기서, 유동공간(131)과 면적확장공간(121)의 면적차이로 수위차이(H)가 발생한다. 여기서, 유동공간(131)의 수위가 면적확장공간(121)의 수위보다 낮다. 수위차이(H)가 발생한 상태에서 파도(물결)가 발생하면 면적확장공간(121), 배치공간(111) 및 유동공간(131) 내의 공기는 유동하며 유동공간(131)의 공기가 연장관체(141) 및 터빈(140)을 통해 배치공간(111)으로 유입될 때 터빈(140)이 구동하면서 전기 에너지가 생산될 수 있다. 전기 에너지는 전기 에너지 저장부로 유도되어 저장될 수 있다.

이와 같이 면적차이로 인한 공기 유동으로 터빈이 구동하므로 파도가 강하지 않고 출렁거리는 상태에서 전기 에너지를 생산할 수 있다. 아울러, 바다가 아닌 물결이 출렁거리는 호수, 저수지 등에 설치하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 파력 발전 장치
110: 외부관체 111: 배치공간
120: 면적확장관체 121: 면적확장공간
130: 내부관체 131: 유동공간
140: 터빈 141: 연장관체
150: 스페이스 부재 160: 부유체

Claims (4)

1. 내부에 하면으로 개방된 배치공간이 형성된 외부관체,
   상기 외부관체의 하면과 연결되어 있고 내부에 상기 배치공간과 연결되고 하면으로 개방된 면적확장공간이 형성된 면적확장관체,
   상기 배치공간에 위치하여 상기 면적확장관체의 외부로 노출되어 있으며 내부에 하면으로 개방된 유동공간이 형성된 내부관체,
   상기 내부관체의 상면에 배치되어 있고 상기 배치공간과 상기 유동공간을 연결하며 전기 에너지를 생산하는 터빈,
   상기 유동공간에 위치하여 상기 터빈과 연결되어 있는 연장관체
   상기 외부관체와 상기 내부관체 사이에 위치하여 상기 내부관체의 원주방향을 따라 배열되어 있는 스페이스 부재 및
   상기 스페이스 부재를 상기 내부관체 및 상기 외부관체와 결합하는 결합수단
   을 포함하며,
   상기 내부관체의 외부둘레와 상기 외부관체의 내부둘레는 간격을 두고 마주하고, 배열되어 있는 이웃한 상기 스페이스 부재들의 사이를 통해 상기 면적확장공간과 상기 배치공간은 연결되며, 상기 내부관체의 상하길이는 상기 외부관체의 상하길이와 상기 면적확장관체의 상하길이를 더한 값보다 더 길고, 상기 유동공간은 상기 연장관체 및 상기 터빈을 통해 배치공간과 연결되는
   파력 발전 장치.
2. 제1항에서,
   상기 연장관체의 외부둘레 지름은 상기 내부관체의 내부둘레 지름보다 작고, 상기 연장관체의 상하길이는 상기 외부관체의 상하길이보다 짧은
   파력 발전 장치.
3. 제1항에서,
   상기 면적확장공간을 이루는 상기 면적확장관체의 내부둘레 지름은 상기 배치공간을 이루는 상기 외부관체의 내부둘레 지름보다 큰
   파력 발전 장치.
4. 제1항에서,
   상기 외부관체와 연결된 부유체를 더 포함하는 파력 발전 장치.

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