KR102171212B1 - 파력 발전 시스템 - Google Patents

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히데타카 코바야시
나오키 쿠리바야시
히데키 타나카
마사히데 츠지
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
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Abstract

파력 발전 시스템은, 파수 부재와, 램 실린더식 액압 펌프 장치와, 변화값 센서와, 어큐뮬레이터 장치와, 액압 모터와, 발전기와, 제어 장치를 구비하고, 파수 부재는, 밀려 드는 입사파를 반사하는 가상 반사면 주변에 설치되고, 제어 장치는 발전기가 발전하는 경우의 토크 지령을 설정하고, 변화값 센서에서 검출되는 파수 부재의 요동량에 대응하여 변화하는 변화값의 미분값에 기초하여 파수 부재가 요동 방향의 한 쪽 및 다른 쪽 중 어디로 요동하고 있는지를 판정하고, 가상 반사면에서 반사되는 반사파의 힘을 받아 파수 부재가 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하고 있다고 판정되면, 파수 부재가 입사파의 힘을 받아 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 있다고 판정된 경우에 대한 토크 지령을 변화시킨다.

Description

파력 발전 시스템
본 발명은 파도의 힘을 이용하여 발전하는 파력 발전 시스템에 관한 것이다.
풍력 에너지나 태양 에너지 등 다양한 자연 에너지를 이용한 자연 에너지 발전 시스템이 실용화되어 있고, 이러한 자연 에너지 발전 시스템의 하나로서 파력 발전 시스템이 알려져 있다. 파력 발전 시스템은 파도의 에너지를 일단 기계 에너지로 변환하고 다시 기계 에너지에서 전기 에너지로 변환하도록 되어 있다. 파력 발전 시스템으로는, 예를 들어 특허문헌에 기재된 파력 발전 시스템이 있다.
특허문헌의 파력 발전 시스템은 파수(波受) 부재가 파도의 에너지를 받아 요동하고, 그에 연동하여 램 실린더(ram cylinder)식 펌프가 작동한다. 이 때 펌프는 파수 부재가 받는 파도 에너지에 대응하는 액압 및 유량의 작동액을 토출하고, 토출된 작동액은 어큐뮬레이터(accumulator)에 의해 평준화된 후, 액압 모터에 공급된다. 또한, 액압 모터의 출력축에는 발전기가 연결되어 있고, 액압 모터는 공급되는 작동액의 유량 및 액압에 대응하는 출력으로 발전기를 구동한다. 발전기는 액압 모터의 출력에 대응하여 전력을 발전한다. 이와 같이, 파력 발전 시스템은 파수 부재가 받은 파력 에너지를 전기 에너지로 변환한다, 즉 파도의 에너지를 받아 전력을 발전할 수 있다.
일본공개특허공보 특개2015-108344호
특허문헌의 파력 발전 시스템에서는, 높은 발전 효율을 얻을 수 있는 회전수로 발전기를 작동시키기 위해, 파도의 에너지에 대응하여 토크가 조정된다. 한편, 특허문헌의 파력 발전 시스템에서는 다음과 같은 것이 실제적인 과제로 남아 있다. 즉, 파력 발전 시스템은 방파제 부근에 배치되어 있고, 파수 부재가 바다 쪽에서 전해지는 입사파를 전면에 받고, 또한 방파제 부근에서 반사되는 반사파를 배면에 받는다. 그리고, 파수 부재는 입사파와 반사파를 번갈아 받음으로써 전후로 요동하고 있다.
이와 같이 입사파와 반사파는 파수 부재를 전후로 요동시키고 있지만, 그들이 가지는 에너지는 반드시 일치하지 않는다. 예를 들어, 방파제는 밀려오는 파도의 에너지를 감소시키는 역할도 담당하고 있다. 따라서, 파수 부재가 반사파로부터 받는 에너지도 입사파로부터 받는 에너지보다 작아지는 경우가 있다. 발전기의 토크 지령은 상술한 바와 같이 파도의 에너지에 대응하여 설정되지만, 입사파의 파동 에너지에 맞게 설정하면 반사파를 받았을 때 파수 부재의 저항이 너무 커서 작동하지 않는 등의 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 발전기의 토크 지령을 반사파의 파동 에너지에 맞추어 낮게 설정하면 입사파를 받았을 때 충분히 발전하지 못하고 발전 효율이 떨어질 것이다.
따라서, 본 발명은 발전 효율을 향상시킬 수 있는 파력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 파력 발전 시스템은, 밀려드는 입사파를 반사하는 가상 반사면 주변에 설치되고, 상기 입사파의 힘을 받으면 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 또한 상기 가상 반사면에서 반사된 반사파의 힘을 받으면 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하는 파수 부재와, 상기 파수 부재의 요동 운동을 직동(直動) 운동으로 변환하여 작동액을 메인 통로로 토출하는 램 실린더식 액압 펌프 장치와, 상기 파수 부재의 요동량에 대응하여 변화하는 변화값을 검출하는 변화값 센서와, 상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치와, 상기 메인 통로를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하는 출력값으로 출력축을 구동하는 액압 모터와, 상기 액압 모터의 출력축에 주어지는 출력값에 대응하는 전력을 발생시키고, 발전시의 토크 지령을 변경 가능한 발전기와, 상기 토크 지령을 설정하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 변화값 센서에서 검출되는 값의 미분값에 따라 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽 및 다른 쪽 중 어디로 요동하고 있는지를 판정하고, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하고 있다고 판정되면, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 있다고 판정된 경우에 대한 상기 토크 지령을 변화시킨다.
본 발명에 따르면, 입사파와 반사파의 각각의 에너지에 따라 토크 지령을 설정할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 파수 부재가 입사파와 반사파 중 어떤 것에서 에너지를 받은 경우에도 발전기를 효율적으로 발전시킬 수 있기 때문에 파력 발전 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발명에서, 상기 액압 펌프 장치는 상기 파수 부재에 연결되고 또한 상기 파수 부재의 요동에 연동하여 직선 왕복 운동하는 로드를 구비하고, 상기 변화값 센서는 상기 변화값으로 상기 로드의 스트로크량을 검출하는 스트로크 센서이고, 상기 제어 장치는 상기 스트로크 센서에서 검출된 스트로크량의 미분값인 상기 로드의 속도에 기초하여 상기 파수 부재의 요동 방향을 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 파수 부재의 요동 방향을 쉽게 판정할 수 있어, 파력 발전 시스템의 발전 효율을 향상시키는 것을 용이하게 실현할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 액압 펌프 장치는 상기 파수 부재에 연결되고 또한 상기 파수 부재의 요동에 연동하여 직선 왕복 운동하는 로드와, 상기 로드의 양단부가 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있는 한 쌍의 실린더를 구비하고, 상기 로드가 상기 한 쌍의 실린더 중 한 쪽의 상기 실린더로 향하는 제1 방향으로 이동하면 상기 한 쪽의 실린더에서 작동액을 토출하는 동시에 다른 쪽의 상기 실린더에 작동액을 흡입하고, 상기 로드가 상기 다른 쪽의 상기 실린더로 향하는 제2 방향으로 이동하면 상기 다른 쪽의 실린더에서 작동액을 토출하는 동시에 상기 한 쪽의 실린더에 작동액을 흡입하며, 상기 파수 부재는 상기 제1 및 제2 방향 각각의 최대 스트로크 양이 같게 되는 중립 위치에 상기 로드가 있는 상태에서, 수하(垂下)하는 위치에 대해 오프셋되도록 상기 로드에 연결되어 있어도 좋다.
입사파와 반사파의 에너지가 다른 상태에서 파수 부재는 수하하는 위치와 다른 위치를 중심으로 요동한다. 상기 구성에 따르면, 미리 오프셋함으로써 입사파와 반사파의 에너지가 다르게 되어도, 파수 부재의 요동 중심에 위치할 때 로드가 중립 위치 부근에 위치하도록 할 수 있다. 이에 따라서, 로드가 중립 위치에서 제1 방향 및 제2 방향 각각의 스트로크량을 거의 동일하게 할 수 있다, 즉 로드의 제1 방향 및 제2 방향으로의 스트로크 범위를 균등하게 할 수 있다. 따라서, 로드가 가지는 스트로크를 효율적으로 사용할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 제어 장치는 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하고 있다고 판정되면, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 있다고 판정하는 경우에 대한 상기 토크 지령을 작게 하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 입사파에 대해 반사파가 작은 경우에 발전기를 효율적으로 발전시킬 수 있기 때문에 파력 발전 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발명에서, 상기 입사파의 파도 높이를 검출하는 파고(波高) 센서와, 상기 제어 장치는 상기 파고 센서의 검출 결과에 따라 상기 출력값을 추정하고, 상기 발전기의 회전수가 소정 회전수가 되도록 추정되는 상기 출력값에 따라 상기 토크 지령을 설정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 사전에 액압 펌프의 출력값을 추정하고, 추정된 출력값에 기초하여 토크 지령을 설정한다. 이에 따라서, 파수 부재가 그 때 받을 입사파의 에너지에 대응하는 토크로 토크 지령을 설정할 수 있기 때문에 더 높은 효율로 발전기를 발전시킬 수 있다.
상기 발명에서, 상기 제어 장치로부터의 지령에 대응하여 상기 메인 통로와 탱크를 개방하는 릴리프 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 진폭 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 파도의 에너지를 추정하고, 추정된 상기 파도의 에너지가 소정의 허용 에너지를 초과하는 경우에 상기 릴리프 밸브에 의해 상기 메인 통로와 탱크를 개방하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 태풍 시 등처럼 파도가 높고 에너지가 큰 경우에는 발전기에 입력되는 출력이 발전기의 최대 출력을 초과하여 파력 발전 시스템이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 파고 센서는 상기 파고 센서는 상기 파수 부재에 대해 상기 가상 반사면과 반대쪽측으로 소정 거리(X) 이상 떨어진 곳에 배치되고, 상기 소정 거리(X)는 상기 파수 부재에 입사하는 다양한 주기의 상기 입사파 중 빈도가 높은 주기의 상기 입사파의 파장이어도 좋다.
상기 구성에 따르면, 빈도가 높은 주기의 입력파의 에너지를 정밀하게 추정할 수 있어, 더 높은 발전 효율에서 파력 발전 시스템을 작동시킬 수 있다.
상기 발명에서, 상기 발전기의 회전수를 검출하는 회전수 검출기와, 상기 액압 모터에 공급되는 작동액의 압력을 검출하는 액압 검출기와, 상기 액압 모터에 공급되는 작동액의 유량을 검출하는 유량 검출기와, 상기 액압 모터의 출력축에 주어지는 출력 토크를 검출하는 토크 검출기를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 설정된 상기 토크 지령과 상기 회전수 검출기에서 검출되는 회전수 검출값에 기초하여 계산되는 발전량과, 상기 액압 검출기에서 검출되는 액압 검출값과 상기 유량 검출기에서 검출되는 유량 검출값에 기초하여 연산되는 제1 출력값과, 상기 토크 검출기에서 검출되는 출력 토크와 상기 회전수 검출기에서 검출되는 회전수 검출값에 기초하여 연산되는 제2 출력값을 비교하여 서로 불일치가 있으면 결함이 있는 것으로 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 정합성에 따라서 결함을 판단하기 때문에 결함의 오판단의 발생을 억제할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 메인 통로를 흐르는 작동액의 압력을 검출하는 액압 검출기와, 상기 어큐뮬레이터 장치는 복수의 어큐뮬레이터와 복수의 전환 밸브를 구비하고, 상기 복수의 어큐뮬레이터는 축압 가능한 작동액의 축압 압력이 서로 상이하고, 상기 복수의 전환 밸브 각각은 상기 복수의 어큐뮬레이터에 대응하여 설치되고, 대응하는 상기 어큐뮬레이터와 상기 메인 통로와의 연결 상태를 전환하며, 상기 제어 장치는, 상기 액압 검출기에서 검출되는 액압 검출값에 따라 상기 복수의 전환 밸브 각각의 동작을 제어하여 상기 복수의 어큐뮬레이터 각각과 상기 메인 통로의 연결 상태를 전환하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 제어 장치가 메인 통로와 연결되는 어큐뮬레이터를 작동액의 압력에 대응하여 전환하기 때문에, 상기 메인 통로를 흐르는 작동액의 압력을 정밀하게 평준화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 파력 발전 시스템의 측방에서 본 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1의 파력 발전 시스템을 정면에서 본 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 1의 파력 발전 시스템의 구성을 도시하는 액압 회로도이다.
도 4는 파력 발전 시스템의 제어 장치가 실행하는 발전 제어 처리 순서에 대해 설명하는 순서도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예의 파력 발전 시스템(1)에 대하여 상술한 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명에서 사용하는 방향의 개념은 설명의 편의상 사용하는 것으로서, 발명의 구성의 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에서 설명하는 파력 발전 시스템(1)은 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 따라서, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 수정이 가능하다.
<파력 발전 시스템>
도 1 파력 발전 시스템(1)은 해안에 밀려오는 파도의 힘, 즉 파도의 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는 발전 시스템이고, 해안에 설치되어 있는 방파제(2)의 전방에 설치되어 있다. 구체적으로 설명하면, 방파제(2) 부근의 해저(3)에는 콘크리트 싱커(4)가 설치되어 있고, 이 콘크리트 싱커(4)에는 복수(예를 들어, 4개)의 지주(5)가 세워져 있다. 복수의 지주(5) 상에는 평면에서 볼 때 대략 직사각형의 바닥 판(6)이 올려져 고정되어 있고, 바닥 판(6)에는 방수 커버(7)가 씌어져 있다. 방수 커버(7) 안에는 파력 발전 시스템(1)의 일부분이 수용되어 있고, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 파력 발전 시스템(1)은 진자식 파수 기구(10)을 구비한 강철제의 해양 재킷 구조물로 구성되어 있다.
[파수 기구]
파력 발전 시스템(1)에 구비되는 파수 기구(10)은 샤프트(11)와, 한 쌍의 설치부(12)와, 파수 부재(13)를 구비한다. 샤프트(11)는 방수 커버(7) 내에서 좌우 방향으로 연장되는 축이고, 샤프트(11)의 중간 부분이 한 쌍의 베어링 부재(14)에 의해 회동 가능하게 지지되어 있다. 또한, 샤프트(11)는 축 방향 양단부에 한 쌍의 설치부(12)가 각각 고정되어 있고, 설치부(12)는 샤프트(11)의 축 방향 양단부에서 하방으로 각각 내려져 있다. 설치부(12)는 바닥 판(6)에 형성되는 홈(미도시)을 통해서 바닥 판(6)의 하방까지 연장되고, 설치부(12)의 하단부는 해수면(9) 보다 상방에 위치하고 있다. 설치부(12)의 하단부에는 파수 부재(13)가 일체로 형성되어 있다.
파수 부재(13)는 전방(즉, 바다 쪽)에서 볼 때 대략 직사각형의 판이고, 그 상측 부분을 제외한 대부분이 해수면(9) 보다 아래에 위치하고 있다. 이와 같이 배치되는 파수 부재(13)는 그것보다 바다 쪽에서 전해지는 파도(입사파)를 전면에서 받고, 또한 방파제(2) 및 그 부근에서 반사된 파도(반사파)의 힘을 받도록 되어 있다. 파도의 힘을 받은 파수 부재(13)는 샤프트(11)의 축선을 중심으로 전후(즉, 바다 쪽 및 방파제(2) 쪽)으로 요동하고 샤프트(11)도 파수 부재(13)와 함께 그 축선 둘레로 회동한다. 또한, 샤프트(11)에는 상기와 같이 한 쌍의 베어링 부재(14)가 좌우로 이격되어 배치되고, 그 사이에 한 쌍의 틸러(tiller)(15, 15)가 좌우로 이격되어 설치되어 있다. 한 쌍의 틸러(15, 15)는 샤프트(11)에 상대 회전 불가능하게 고정되어 샤프트(11)로부터 상방으로 연장된다. 또한, 틸러(15)의 상단부는 파력 발전 시스템(1)의 액압 펌프 장치(20)에 연결되어 있다.
[펌프 장치]
액압 펌프 장치(20)는 한 쌍의 펌프(21, 21)를 구비한다. 펌프(21)는 램 실린더식 펌프로서, 한 쌍의 실린더(22, 23) 및 로드(24)를 구비한다. 한 쌍의 실린더(22, 23)는 대략 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있고, 각각의 개구가 마주하고 또한 그 축선 방향(본 실시예에서는, 전후 방향)에 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 각각의 실린더(22, 23)에는 1개의 로드(24)의 일단부와 타단부가 각각 삽입 통과되고, 로드(24)의 일단부와 타단부는 실린더(23) 내를 그 축선을 따라서 각각 왕복 운동할 수 있도록 되어 있다.
또한, 로드(24)의 축 방향 중앙 부분에는 그 축선에 직교하는 방향(즉, 본 실시예에서 좌우 방향)으로 연장하는 핀(25)이 일체적으로 형성되어 있고, 이 핀(25)에 틸러(15)의 상단부가 연결되어 있다. 이에 따라서 틸러(15)가 요동하면(도 1의 일점쇄선 및 이점쇄선 참조), 로드(24)가 왕복 운동한다, 즉 틸러(15)에 의해 파수 부재(13)의 요동 운동이 로드(24)의 왕복 운동(직동 운동)으로 변환된다.
이와 같이 구성되는 액압 펌프 장치(20)에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 실린더(22, 23)에 액체 챔버(26, 27)가 각각 형성되어 있고, 각각의 액체 챔버(26, 27)가 포트를 통해서 액압 펌프 장치(20)의 2개의 펌프 통로(31 ,32) 각각에 각각 연결되어 있다. 즉, 한 쌍의 펌프(21, 21)의 제1 액체 챔버(26) 각각이 제1 펌프 통로(31)에 연결되고, 한 쌍의 펌프(21, 21)의 제2 액체 챔버(27) 각각이 제2 펌프 통로(32)에 연결되어 있다. 2개의 펌프 통로(31, 32)는 그 하류와 상류 측에서 각각 합류하고, 상류 측에서는 합류한 뒤 후술하는 메인 스톱 밸브(35)를 통해 탱크(33)에 연결되고, 하류 측에서 합류한 뒤 액압 구동 회로(40)의 메인 통로(41)에 연결되어 있다. 또한, 2개의 펌프 통로(31, 32)에는 2개의 체크 밸브(36, 37)가 각각 설치되어 있다.
이와 같이 구성되는 액압 펌프 장치(20)는 로드(24)가 축선 방향의 한쪽으로 이동하면, 제1 액체 챔버(26)의 작동액이 제1 펌프 통로(31)에 토출되고, 토출된 작동액이 제2 체크 밸브(37)를 통해서 메인 통로(41)에 인도된다. 또한, 제2 펌프 통로(32)에서는 제1 체크 밸브(36)가 개방되고, 탱크(33)로부터 제2 액체 챔버(27)에 작동액이 흡입된다. 한편, 로드(24)를 축선 방향의 다른 쪽으로 이동하면, 제2 액체 챔버(27)의 작동액이 제2 펌프 통로(32)에 토출되고, 토출된 작동액이 제2 체크 밸브(37)를 통해서 메인 통로(41)에 인도된다. 또한, 제1 펌프 통로(31)에서는 제1 체크 밸브(36)가 개방되고, 탱크(33)로부터 제1 액체 챔버(26)에 작동액이 흡입된다. 따라서, 액압 펌프 장치(20)에서는, 로드(24)가 왕복 운동하여 액압 구동 회로(40)의 메인 통로(41)에 작동액이 토출되도록 되어 있다.
[액압 구동 회로]
액압 구동 회로(40)는 상술한 메인 통로(41)를 구비하고, 메인 통로(41)에는 어큐뮬레이터 장치(42)가 연결되어 있다. 어큐뮬레이터 장치(42)는 복수(본 실시예이서는 2개)의 어큐뮬레이터(43, 44)와, 복수(본 실시예에서는 2개)의 밸브(45, 46)를 구비한다. 어큐뮬레이터(43, 44)는 작동액을 축압 가능하게 구성되고, 또한 서로 축압할 수 있는 작동액의 축압 압력이 상이하다. 이와 같이 구성된 어큐뮬레이터(43, 44)는 각각 전환 밸브(45, 46)에 서로 대응하여 설치되어 있고, 해당 밸브(45, 46)를 통해 메인 통로(41)에 연결되어 있다. 밸브(45, 46)는 거기에 입력되는 전환 지령에 따라 대응하는 어큐뮬레이터(43, 44)와 메인 통로(41)의 연결 상태를 전환 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 메인 통로(41)에는 어큐뮬레이터 장치(42) 보다 하류 측에 유량 센서(38) 및 액압 센서(39)가 설치되어 있다. 유량 센서(38)는 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 유량을 검출하고, 또한 액압 센서(39)는 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 압력을 검출한다.
또한, 메인 통로(41)에는, 유량 센서(38)의 상류 측에 릴리프 통로(47)가 연결되어 있고, 릴리프 통로(47)는 탱크 통로(48)를 통해 탱크(33)에 연결되어 있다. 또한, 릴리프 통로(47)에는 릴리프 밸브(49)가 개재되어 있고, 릴리프 밸브(49)는 메인 통로(41)를 흐르는 작동액이 설정된 릴리프 압 이상이 되면, 릴리프 통로(47)를 개방하여 작동액을 탱크(33)로 놓아줄 수 있다. 이에 따라서, 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 압력을 릴리프 압 이하로 제한할 수 있다. 또한, 탱크 통로(48)에는 오일 쿨러(50)가 개재되어, 탱크 통로(48)를 흐르는 작동액을 냉각하도록 되어 있다.
나아가, 메인 통로(41)에는 필터(51), 체크 밸브(52) 및 유량 조절 밸브(53)가 개재되어 있다. 필터(51), 체크 밸브(52) 및 유량 조절 밸브(53)는 2개의 센서(38, 39) 보다 하류 측에 배치되고, 상류 측(즉, 액압 펌프 장치(20) 측)에서부터 그 순서대로 나열되어 있다. 체크 밸브(52)는 상류 측에서 하류 측으로의 작동액의 흐름을 허용하고, 반대 방향의 흐름을 차단할 수 있게 되어 있다. 또한, 유량 조절 밸브(53)는 소위 가변 유량의 조리개이고, 거기에 입력되는 유량 지령에 따라 작동액의 유량을 제한하도록 되어 있다. 이러한 기능을 가지는 유량 조정 밸브(53)의 하류 측에는 액압 모터(60)가 더 설치되어 있다.
[액압 모터]
액압 모터(60)는 예를 들어 사판 모터이고, 메인 통로(41)를 통해 공급되는 작동액에 의해 구동되어 그 출력축(61)을 회전시킨다. 더 상세하게 설명하면, 액압 모터(60)는 공급되는 작동액의 유량 및 그 흡입 용량에 대응하는 회전 속도로 출력축(61)을 회전시킨다. 또한, 액압 모터(60)는 소위 가변 용량형 사판 모터이고, 거기에 구비되는 사판(60a)의 경전각을 변화시켜 흡입 용량을 전환할 수 있다, 즉 출력축(61)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 이와 같이 구성된 액압 모터(60)는 사판(60a)의 경전각을 바꿀 수 있도록 서보 기구(servo mechanism)(62)이 설치되어 있다.
서보 기구(62)은 입력되는 서보 지령에 따라 직동 기구(예를 들어, 피스톤 및 볼 스크류)을 동작시켜 사판(61a)의 경전각을 조절하도록 되어 있다. 즉, 서보 기구(62)는 입력되는 서보 지령에 따라 액압 모터(60)의 흡입 용량을 변경하고 그것을 가지고 출력축(61)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 또한, 출력축(61)에는 클러치(63)를 개재하여 발전기(65)가 설치되어 있다.
[발전기]
발전기 (65)는 소위 동기 발전기이고, 예를 들어 영구 자석 발전기로 구성되어 있다. 발전기(65)는 출력축(61)의 회전 속도에 따라 주파수의 교류 전력(이하, 단순히 「전력」이라고도 함)을 발생시키도록 되어 있다. 따라서, 출력축(61)이 정격 회전수(예를 들어, 1500 rpm 또는 1800 rpm) 이하로 회전하거나, 또한 출력축(61)의 회전 속도가 안정되지 않거나 하더라도 발전기(65)는 발전을 할 수가 있다. 여기서, 본 실시예에 따르면 발전기(65)로 동기 발전기를 채용하고 있지만, 발전기(65)로서 유도 발전기를 사용하여도 좋다. 이와 같이 구성되는 발전기(65)는 동력 조절기(power conditioner)(66)에 연결되고, 발전기(65)에서 발생한 전력은 동력 조절기(66)에 전송된다.
[동력 조절기]
주파수 변환기인 동력 조절기(66)는 전력 계통(미도시)에 연결되어 있고, 전력의 전압 및 주파수를 상용 전원으로부터 공급되는 전력과 대략 동일하게 전압, 주파수 및 위상을 조정하여 전력 계통에 전송하도록 되어 있다. 발전기(65)에는 회전수 센서(68)가 설치되어 있고, 회전수 센서(68)는 출력축(61)의 회전 속도, 즉 회전수를 검출한다. 회전수 센서(68)는 상기 유량 센서(38) 및 액압 센서(39)와 함께 제어 장치(70)에 연결되어 있고, 검출 결과를 제어 장치(70)로 출력한다.
[제어 장치]
제어 장치(70)는 3개의 센서(38, 39, 68) 외에 파고 센서(16), 스트로크 센서(28) 및 토크 센서(69)에 연결되어 있다. 파고 센서(16)는 파도의 높이, 주로 바다에서 밀려오는 입사파의 높이를 측정하는 센서이다. 파고 센서(16)는, 예를 들면 파수 부재(13)로부터 거리(X) 이상 떨어진 곳에 배치되어 있다. 여기서, 거리(X)는 방파제(2)에 밀려드는 파도에 포함된 다양한 주파수 파동 중 빈도가 높은 주파수(본 실시예에서는 가장 빈도가 높은 주파수)의 파도의 파장과 동일하다. 스트로크 센서(28)는 한 쌍의 실린더(22, 23) 중의 적어도 하나의 로드(24)에 설치되고, 왕복 운동할 때 로드(24)의 스트로크량을 검출한다. 또한, 토크 센서(69)은 액압 모터(60)의 출력축(61)에 설치되고, 액압 모터(60)로부터 출력되는 토크를 검출한다. 또한, 제어 장치(70)는 2개의 밸브(45, 46), 릴리프 밸브(49), 유량 조절 밸브(53), 서보 기구(62) 및 동력 조절기(66)의 각종 기기에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 제어 장치(70)는 각종 센서(16, 28, 38, 39, 68)의 검출 결과에 따라 각종 기기의 작동을 제어하도록 되어 있다. 이하에서는, 제어 장치(70)의 기능 및 제어 동작을 포함하여, 파력 발전 시스템(1)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
[파력 발전 시스템의 동작]
파력 발전 시스템(1)에서는, 파수 부재(13)가 파도의 힘을 받아 요동하면 샤프트(11)가 회동하여 액압 펌프 장치(20)로부터 메인 통로(41)에 작동액이 토출된다. 액압 펌프 장치(20)로부터 토출되는 작동액은 액압 펌프 장치(20)가 램 실린더 식 펌프이므로 그 흐름(유량 및 액압)이 맥동(脈動)하고 있다. 이와 같이 맥동하는 작동액의 흐름을 평준화하기 위해 어큐뮬레이터 장치(42)는 메인 통로(41)를 흐르는 작동액을 축적하거나(즉, 축압하거나), 또한 축적된 작동액을 배출하거나 한다. 맥동하는 작동액의 유압은 파수 부재(13)가 받는 파도의 에너지에 따라 변동한다. 또한, 어큐뮬레이터 장치(42)에 구비되는 2개의 어큐뮬레이터(43, 44)는 각각 충진 가능한 압력 범위가 다르기 때문에 제어 장치(70)는 맥동하는 작동액의 압력에 따라 메인 통로(41)에 연결되는 어큐뮬레이터(43, 44)를 선택한다.
즉, 제어 장치(70)는 액압 센서(39)의 검출 결과에 따라 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 압력을 판정하고, 그 판정 결과에 따라 밸브(45, 46)를 다음과 같이 제어한다. 예를 들어, 제어 장치(70)는 액압이 제1 전환 압력 이상이라고 판정되면 제1 전환 밸브(45)에 전환 지령을 출력하고 비교적 축압 압력이 큰 제1 어큐뮬레이터(43)를 메인 통로에 연결한다.
한편, 제어 장치(70)는 상기 액압이 제2 전환 압력(> 제1 전환 압력) 미만이라고 판정되면 제2 전환 밸브(46)에 전환 지령을 출력하여 제1 어큐뮬레이터(43) 보다 축압 압력이 작은 제2 어큐뮬레이터(44)를 메인 통로(41)에 연결한다. 또한, 제어 장치(70)는 액압이 제1 전환 압력 미만이고 제2 전환 압력 이상이라고 판정되면 2개의 밸브(45, 46) 모두에 전환 지령을 출력하여 2개의 어큐뮬레이터(43, 44) 모두를 메인 통로(41)에 연결한다.
이러한 제어 장치(70)는 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 압력에 따라 메인 통로(41)에 연결되는 어큐뮬레이터(43, 44)를 바꿀 수 있다, 즉 파수 부재(13)가 받는 파도 에너지에 따라 축압하는 어큐큘레이터(43, 44)를 바꿀 수 있다. 이에 따라서, 상기 메인 통로를 흐르는 작동액의 압력을 정밀하게 평준화할 수 있다. 그 결과, 액압 모터(60)의 출력축(61)을 안정적으로 회전시킬 수 있다. 이와 같이 회전하는 액압 모터(60)에서는 그 출력축(61)을 발전기(65)와 공유하고 있기 때문에, 출력축(61)의 회전 속도를 회전수 센서(68)에 의해 검출할 수 있고, 그 검출 결과가 회전수 센서(68)로부터 제어 장치(70)로 출력된다.
제어 장치(70)는 회전수 센서(68)의 검출 결과에 기초하여 서보 기구(62)의 동작을 제어한다. 즉, 제어 장치(70)는 회전수 센서 (68)의 검출 결과에 기초하여 사판(61a)의 경전각을 조절하고, 출력축(61)의 회전수를 소정의 범위(예를 들어, 상술한 정격 회전수 및 그 부근 값)으로 유지한다. 동시에 제어 장치(70)는 동력 조절기(66)를 통해 발전시에 발전기(65)의 토크(이하, 「토크 지령」이라고 함)를 설정하고, 그 토크 지령에서 발전기(65)의 발전 동작을 수행한다. 이에 따라서, 발전기(65)를 일정한 속도로 회전시킬 수 있다. 이와 같이 일정한 속도로 회전시킴으로써 안정된 주파수의 전력을 발전기(65)에서 출력할 수 있다. 이와 같이 출력된 전력은 발전기(65)로부터 동력 조절기(66)로 전송되고, 동력 조절기(66)로부터 전력 계통으로 전력을 전송할 수 있다. 여기서, 동력 조절기(66)에 의해 발생한 전력의 전압, 위상 및 주파수가 조절된다.
이와 같이 구성되는 파력 발전 시스템(1)에서는, 제어 장치(70)가 나아가 다음과 같은 발전 제어 처리를 실시하고, 그 발전 제어 처리에 대하여 도 4에 도시된 순서도를 참조하여 설명한다. 즉, 제어 장치(70)는 거기에 전력이 투입됨과 동시에 발전 제어 처리를 실행하고, 단계(S1)를 이행한다. 추측 공정인 단계(S1)에서는, 파고 센서(16)의 검출 결과에 기초하여 다음 회 이후에 파수 부재(13)가 받을 입사파의 에너지를 제어 장치(70)가 추정한다. 즉, 파도의 에너지는 파도의 진폭의 제곱에 비례하고, 파도의 진폭은 파도의 1주기 분의 진폭을 측정하여 연산할 수 있다. 파고 센서(16)는 상술한 바와 같이, 파수 부재(13)로부터 거리(X) 이상 떨어진 곳에 배치되어 있다. 따라서, 제어 장치(70)는 다음 회 이후에 파수 부재(13)가 받을 예정인 입사 파의 전모를 파악할 수 있고, 그 에너지를 정밀하게 추정할 수 있다. 그리고, 입사파의 에너지가 추정되면 단계(S2)로 이행된다.
발전 가부 판정 공정인 단계(S2)에서는 입사파의 에너지에 기초하여 발전의 가부를 제어 장치(70)가 판정한다. 즉, 제어 장치(70)는 단계(S1)에서 추정된 입사파의 에너지가 소정의 허용 에너지 이하인지 여부를 판정한다. 여기에서, 허용 에너지는 파력 에너지로부터 기계 에너지를 통해 전기 에너지로 에너지 변환을 할 때의 변환 효율 및 발전기(65)의 허용 발전 용량에 기초하여 미리 설정되는 값이며, 허용 에너지를 파수 부재(13)가 받아 발전기(65)에서 발전할 때에 발전기(65)가 손상되지 않도록 설정되어 있다. 입사파의 에너지가 이러한 허용 에너지 이하라고 판정되면, 단계(S3)로 이행된다. 밸브 폐쇄 공정인 단계(S3)에서는 제어 장치(70)가 릴리프 밸브(49)에 의해 릴리프 통로(47)를 닫거나 또는 릴리프 통로(47)를 닫은 상태를 유지하고, 단계(S4)로 이행된다.
설정 공정인 단계(S4)에서는 추정된 입사파의 에너지에 기초하여 발전기(65)의 토크 지령을 설정한다. 즉, 제어 장치(70)는 추정된 입사파의 에너지 및 파력 에너지에서 기계 에너지로의 변환 효율에 기초하여 액압 모터(60)의 출력값(= 출력 토크 × 회전수)을 연산한다. 나아가, 제어 장치(70)는 발전기(65)를 소정의 회전수(본 실시예에서는 상술한 정격 회전수)로 회전시킬 수 있도록, 이러한 소정의 회전수와 상기 출력 토크로 토크 지령을 연산하고 설정한다.
이와 ƒˆ이 제어 장치(70)는 액압 모터(60)의 출력값을 추정하고. 이를 기초로 토크 지령을 설정하고 있다. 원래, 입사파의 에너지는 시시각각 변화하고 또한 액압 펌프 장치(20) 및 액압 모터(60) 등의 액압 기기의 응답성이 낮기 때문에, 현재의 출력값에 따라 다음의 동작을 제어하면(즉, 피드백 제어), 제어 자체가 선수를 빼앗기고, 발전기(65)에서 효율적으로 발전할 수 없을 가능성이 있다. 이를 감안하여 파력 발전 시스템(1)은 상술한 바와 같이, 제어 장치(70)가 출력값을 미리 예상하고 그에 따라 토크 지령을 설정하고 있다. 이에 따라서, 파수 부재(13)가 그 때에 받을 입사파의 에너지에 대응하는 토크로 토크 지령을 설정할 수 있기 때문에 더 높은 효율로 발전기(65)로 발전을 할 수 있다.
여기서, 연산되는 토크 지령이 발전기(65)에서 설정 가능한 범위를 초과하는 경우, 다음과 같이 하여 액압 모터(60)의 출력을 억제할 수 있다. 즉, 메인 통로(41)를 흐르는 작동액은 그 액압이 릴리프 밸브(49)에 의해 릴리프 압력 이하로 제한되고, 또한 유량 조절 밸브(53)에 의해 유량이 제한되어 있다. 이에 따라서, 액압 모터(60)의 출력을 억제하도록 하고 또한 설정 가능한 범위 내에서 토크 지령을 얻는 동시에 상술한 소정의 회전수에서 발전기(65)가 회전하도록 하고 있다. 이와 같이 토크 지령이 설정되면, 단계(S5)로 이행된다.
발전 공정인 단계(S5)는 단계(S4)에서 설정된 토크 지령에 의해 발전기(65)를 발전시킨다. 이와 같이 발전기(65)에서 발전된 전력은 상술한 바와 같이, 동력 조절기(66)을 통해 전력 계통에 전송된다. 발전을 수행하면, 다음의 입사파에 대비하여 단계(S1)로 돌아간다.
한편, 단계(S2)에서, 입사파의 에너지가 이와 같이 설정되는 허용 에너지를 초과하는 것으로 판정되면 단계(S6)로 이행된다. 밸브 개방 공정인 단계(S6)에서는 제어 장치(70)가 릴리프 밸브(49)에 의해 릴리프 통로(47)를 개방하거나 또는 릴리프 통로(47)를 개방한 상태를 유지한다. 이에 따라서, 액압 펌프 장치(20)가 언로드 상태가 되고, 단계(S7)로 이행된다. 토크 지령 제로 공정인 단계(S7)에서는 토크 지령을 제어 장치(70)가 제로로 설정함으로써 발전기(65)가 발전을 하지 않게 되고, 액압 구동 회로(40) 및 발전기(65)에 과도한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있다. 즉, 태풍 시 등처럼 파도가 높고 에너지가 큰 경우에 발전기(65)에 입력되는 출력이 발전기(65)의 최대 출력을 상회하여 파력 발전 시스템(1)이 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 액압 펌프 장치(20)를 언로드 상태로 하여 파수 부재(13)의 요동 저항을 작게 할 수 있다. 이에 따라서, 파수 부재(13)가 파도를 받았을 때 그것을 회피하도록 요동할 수 있기 때문에, 파수 부재(13)에 큰 하중이 작용하여 손상되는 것을 억제할 수 있다.
이와 같은 발전 제어 처리에서는, 발전 효율을 더욱 높이기 위해 단계(S4)(설정 공정)에서 토크 지령이 다음과 같이 설정되고 있다. 즉, 제어 장치(70)는 파수 부재(13)의 요동 방향에 따라 토크 지령을 변화시키도록 되어 있다.
구체적으로 설명하면, 제어 장치(70)는 스트로크 센서(28)로부터 로드(24)의 스트로크량을 검출한다. 로드(24)의 스트로크량은 파수 부재(13)의 요동량(각도 변위)에 대응하여 변화하는 변화값의 일례이다. 스트로크량은, 예를 들어 로드(24)의 축선 방향의 한 쪽의 스트로크량(즉, 바다 쪽으로의 스트로크량)을 양, 그 반대 방향(본 실시예에서는 방파제(2) 쪽으로의 스트로크량)을 음으로 검출한다. 또한, 제어 장치(70)는 검출된 스트로크량의 시간 미분을 수행한다, 즉 로드(24)의 속도를 연산한다. 그리고, 제어 장치(70)는 연산되는 로드(24)의 속도에서 양음의 부호에 따라 파수 부재(13)의 요동 방향을 판단한다. 즉, 제어 장치(70)는 로드(24)의 속도의 부호가 양인 경우 파수 부재(13)가 입사파를 받고 방파제(2) 쪽을 향해 요동하고 있다고 판단하고, 로드(24)의 속도의 부호가 음인 경우, 파수 부재(13)가 반사파를 받아 바다 쪽을 향해 요동하고 있다고 판단한다.
나아가, 제어 장치(70)는 파수 부재(13)가 입사파를 받고 방파제(2) 쪽을 향해 요동하고 있다고 판단하면 단계(S4)에 기재된 바와 같이 토크 지령을 연산하고 그것을 설정한다. 한편, 제어 장치(70)는 파수 부재(13)가 반사파를 받아 바다 쪽을 향해 요동하고 있다고 판단하면 상기 연산되는 토크 지령에 미리 정해진 계수(1 미만의 값으로, 본 실시예에서는 0.5)가 곱해진 값을 새로운 토크 지령으로 한다. 여기서, 계수는 방파제(2)에서 흡수되는 파도의 에너지에 기초하여 설정되는 값이다. 이와 같이 토크 지령을 작게 함으로써 파수 부재(13)가 입사파와 반사파의 어떠한 에너지를 받은 경우에도 발전기(65)에서 효율적으로 발전을 할 수 있기 때문에 파력 발전 시스템(1)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 파력 발전 시스템(1)에서는, 입사파와 반사파의 에너지가 다른 상태에서, 파수 부재(13)가 수하(垂下)하는 위치와 다른 위치를 중심으로 요동한다. 따라서, 파수 부재(13)는 도 1의 이점쇄선으로 표시된 연직 상태로부터 방파제(2) 쪽으로 각도 변위하여 배치되어 있다, 즉 오프셋되어 있다(도 1의 실선). 이와 같이 오프셋함으로써, 파수 부재(13)가 요동 중심에 위치할 때에, 로드(24)를 중립 위치 부근에 위치시킬 수 있다. 여기에서 중립 위치는 로드(24)의 핀(25)이 한 쌍의 실린더(22, 23)의 대략 한가운데에 배치되는 위치이고, 그 위치에서 로드(24)를 바다 쪽(제1 방향) 및 방파제(2) 쪽(제 2 방향)으로 각각 이동시켰을 때의 최대 스트로크량이 동일하게 되는 위치이다. 따라서, 입사파와 반사파의 에너지가 다른 상태에서도, 로드(24)의 중립 위치에서의 바다 쪽 및 방파제(2) 쪽으로의 스트로크량을 거의 동일하게 할 수 있어, 로드(24)의 제1 방향 및 제2 방향으로의 스트로크 범위를 균등하게 할 수 있다. 이에 따라서, 로드(24)가 가지는 스트로크를 효율적으로 사용할 수 있어, 액압 펌프의 토출량의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 제어 장치(70)는 파력 발전 시스템(1)에서 결함을 검출하기 위해 다음과 같은 결함 진단을 실시하고 있다. 즉, 제어 장치(70)는 유량 센서(38), 액압 센서(39), 회전수 센서(68) 및 토크 센서(69)의 검출값을 얻는다. 다음으로, 제어 장치(70)는 유량 센서(38)에서 검출되는 유량 및 액압 센서(39)에서 검출되는 액압에 기초하여 액압 모터(60)의 출력값(즉, 제1 출력값)을 연산한다. 한편, 제어 장치(70)는 회전수 센서(68)에서 검출되는 회전수 및 토크 센서(69)에서 검출되는 토크에 기초하여 액압 모터(60)의 출력값(즉, 제2 출력값)을 연산한다. 그리고, 제어 장치(70)는 이러한 제1 출력값 및 제2 출력값을 비교하고 그들이 일치하는지 여부를 판정한다. 일치하는 경우에는 파력 발전 시스템(1), 더 상세하게는 액압 구동 회로(40)에서 결함이 발생하지 않았다고 판정한다. 한편, 제1 출력값 및 제2 출력값이 일치하지 않는 경우, 제어 장치(70)는 파력 발전 시스템(1)에서 어떤 결함이 생기고 있다고 판정하고, 도시하지 않은 경보기 등으로 그 취지를 통지한다 .
또한, 제어 장치(70)는 회전수 센서(68)에서 검출되는 회전수 및 토크 지령에 기초하여 전동기의 발전량을 계산하고, 이를 제1 출력값 및 제2 출력값과 비교한다. 그들이 일치하는 경우에는 파력 발전 시스템(1), 더 상세하게는 액압 모터(60)와 발전기(65) 사이의 동력 전달에 결함이 발생하지 않은 것으로 판정한다. 한편, 제1 출력값 및 제2 출력값이 일치하지 않는 경우, 제어 장치(70)는 파력 발전 시스템(1)에서 어떤 결함이 생기고 있다고 판정하고, 도시하지 않은 경보기 등으로 그 취지를 통지한다. 여기서, 발전량, 제1 출력값 및 제2 출력값의 정합성은, 발전기(65)의 발전 효율 등을 고려하여 제1 출력값 및 제2 출력값에 대해서 발전량이 소정의 범위(예를 들어, 각 출력값에 대해 75 % 이상 98 % 이하)에 들어가는지 여부에 따라 판단된다. 제1 출력값과 제2 출력값의 정합성에 대해서도 동일하게 한정되지 않고 미리 정해진 범위 내에 들어간다면 일치한다고 판정하여도 좋다.
이러한 제어 장치(70)는 복수의 센서(38, 39, 68, 69)의 검출값에 기초하여 결함을 판단하기 때문에 결함의 오판단의 발생을 억제할 수 있다.
[기타 실시예에 대해서]
본 실시예에 따른 파력 발전 시스템(1)에서는, 한 쌍의 펌프(21, 21)가 평면에서 볼 때 좌우 방향으로 나란히 있지만, 반드시 그 방향일 필요는 없다. 한 쌍의 펌프(21, 21)는 상하 방향으로 배열되어도 좋고, 또한 전후 방향으로 배열되어도 좋다. 또한, 파력 발전 시스템(1)에서는, 파수 부재(13)의 요동 방향을 판정하기 위해, 파수 부재(13)의 요동량(각도 변위)에 대응하여 변화하는 변화값의 일례로서 스트로크량을 검출하는 스트로크 센서(28)를 이용하고 있지만, 변화값 센서는 반드시 스트로크 센서(28)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 샤프트(11)에 각도 변위 센서를 설치하여 샤프트(11)의 각도 변위로부터 파수 부재(13)의 요동 방향을 판정하여도 좋다. 또한, 변화값은 각도 변위에 한정하지 않고, 펌프(21)가 토출하는 작동액의 유량 및 압력이라도 좋다. 이 경우에는 변화값 센서는 2개의 펌프 통로(31, 32) 각각에 설치된 유량 센서 및 압력 센서에 의해 실현된다.
또한, 본 실시예에 따른 파력 발전 시스템(1)에서는, 로드(24)가 중립 위치에 위치할 때 파수 부재(13)가 오프셋되어 있지만 반드시 오프셋되어 있을 필요는 없다. 또한, 입사파의 에너지는 반드시 1주기 분의 파도의 에너지를 감지하여 추정할 필요는 없고, 다른 방법이라도 좋다. 즉, 파고 센서(16)에 의해 입사파의 일부분의 진폭을 검출하고, 이 검출 결과와 축적 데이터에 의해 얻어지는 파도의 트렌드(경향)에 기초하여 입사파의 에너지를 추정하여도 좋다.
또한, 본 실시예에 따른 파력 발전 시스템(1)에서는 2개의 어큐뮬레이터(43, 44)만 구비되어 있지만, 1개 또는 3개 이상의 어큐뮬레이터를 구비하여도 좋다. 또한, 3개 이상의 어큐뮬레이터를 구비하는 경우, 각각의 어큐뮬레이터에는 각각에 대응하는 전환 밸브가 설치되고, 각각의 어큐뮬레이터는 대응하는 전환 밸브를 통해 메인 통로(41)에 연결된다. 그리고, 제어 장치(70)는 메인 통로(41)에 흐르는 작동액의 압력에 대응하여, 적어도 한 개 이상의 어큐뮬레이터를 메인 통로(41)에 연결한다.
나아가, 본 실시예에 따른 파력 발전 시스템(1)은 입사파를 받을 경우의 토크 지령에 대해서 반사파를 받는 경우의 토크 지령을 작게 하고 있지만, 반드시 이와 같이 설정될 필요는 없다. 즉, 어떠한 작용에 의해 입사파의 에너지에 대한 반사파의 에너지가 더 큰 경우, 입사파를 받을 경우의 토크 지령에 대해 반사파를 받는 경우의 토크 지령을 크게 하여도 좋다. 이때, 파수 부재(13)는 방파제(2) 쪽이 아니라 바다 쪽으로 오프셋되는 것이 바람직하다.
1: 파력 발전 시스템 2: 방파제(가상 반사면)
13: 파수 부재 16: 파고 센서
20: 액압 펌프 장치 22: 실린더
23: 실린더 24: 로드
28: 스트로크 센서 38: 유량 센서(유량 검출기)
39: 액압 센서(액압 검출기) 41: 메인 통로
42: 어큐뮬레이터 장치 43: 제1 어큐뮬레이터
44: 제2 어큐뮬레이터 45: 제1 밸브
46: 제2 밸브 60: 액압 모터
61: 출력축 65: 발전기
68: 회전수 센서(회전수 검출기) 69: 토크 센서(토크 검출기)
70: 제어 장치

Claims (9)

  1. 밀려드는 입사파를 반사하는 가상 반사면 주변에 설치되고, 상기 입사파의 힘을 받으면 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고, 상기 가상 반사면에서 반사된 반사파의 힘을 받으면 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하는 파수 부재와,
    상기 파수 부재의 요동 운동을 직동 운동으로 변환하여 작동액을 메인 통로로 토출하는 램 실린더식 액압 펌프 장치와,
    상기 파수 부재의 요동량에 대응하여 변화하는 변화값을 검출하는 변화값 센서와,
    상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치와,
    상기 메인 통로를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하는 출력값으로 출력축을 구동하는 액압 모터와,
    상기 액압 모터의 출력축에 주어지는 출력값에 대응하는 전력을 발생시키고, 발전시의 토크 지령을 변경 가능한 발전기와,
    상기 토크 지령을 설정하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 변화값 센서에서 검출되는 값의 미분값에 기초하여 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽 및 다른 쪽 중 어디로 요동하고 있는지를 판정하고, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하고 있다고 판정되면, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 있다고 판정된 경우에 대한 상기 토크 지령을 변화시키는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액압 펌프 장치는, 상기 파수 부재에 연결되고, 상기 파수 부재의 요동에 연동하여 직선 왕복 운동하는 로드를 구비하고,
    상기 변화값 센서는, 상기 변화값으로 상기 로드의 스트로크량을 검출하는 스트로크 센서이고,
    상기 제어 장치는, 상기 스트로크 센서에서 검출된 스트로크량의 미분값인 상기 로드의 속도에 기초하여 상기 파수 부재의 요동 방향을 판정하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액압 펌프 장치는 상기 파수 부재에 연결되고, 상기 파수 부재의 요동에 연동하여 직선 왕복 운동하는 로드와, 상기 로드의 양단부가 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있는 한 쌍의 실린더를 구비하고, 상기 로드가 상기 한 쌍의 실린더 중 한 쪽의 상기 실린더로 향하는 제1 방향으로 이동하면 상기 한 쪽의 실린더로부터 작동액을 토출하는 동시에 다른 쪽의 상기 실린더에 작동액을 흡입하고, 상기 로드가 상기 다른 쪽의 상기 실린더로 향하는 제2 방향으로 이동하면 상기 다른 쪽의 실린더로부터 작동액을 토출하는 동시에 상기 한 쪽의 실린더에 작동액을 흡입하며,
    상기 파수 부재는 상기 제1 및 제2 방향 각각의 최대 스트로크량이 동일하게 되는 중립 위치에 상기 로드가 위치하는 상태에서, 수하(垂下)하는 위치에 대해 오프셋되도록 상기 로드에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하고 있다고 판정되면, 상기 파수 부재가 상기 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고 있다고 판정하는 경우에 대한 상기 토크 지령을 작게 하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입사파의 파도 높이를 검출하는 파고 센서를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 파고 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 출력값을 추정하고, 상기 발전기의 회전수가 소정 회전수가 되도록 추정되는 상기 출력값에 기초하여 상기 토크 지령을 설정하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 장치로부터의 지령에 대응하여 상기 메인 통로와 탱크를 개방하는 릴리프 밸브를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 파고 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 파도의 에너지를 추정하고, 추정된 상기 파도의 에너지가 소정의 허용 에너지를 초과하는 경우에 상기 릴리프 밸브에 의해 상기 메인 통로와 탱크를 개방하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 파고 센서는, 상기 파수 부재에 대해 상기 가상 반사면과 반대 쪽으로 소정 거리(X) 이상 떨어진 곳에 배치되고,
    상기 소정 거리(X)는, 상기 파수 부재에 입사하는 다양한 주기의 상기 입사파 중 빈도가 높은 주기의 상기 입사파의 파장인 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전기의 회전수를 검출하는 회전수 검출기와,
    상기 액압 모터에 공급되는 작동액의 압력을 검출하는 액압 검출기와,
    상기 액압 모터에 공급되는 작동액의 유량을 검출하는 유량 검출기와,
    상기 액압 모터의 출력축에 주어지는 출력 토크를 검출하는 토크 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 설정된 상기 토크 지령과 상기 회전수 검출기에서 검출되는 회전수 검출값에 기초하여 계산되는 발전량과, 상기 액압 검출기에서 검출되는 액압 검출값과 상기 유량 검출기에서 검출되는 유량 검출값에 기초하여 연산되는 제1 출력값과, 상기 토크 검출기에서 검출되는 출력 토크와 상기 회전수 검출기에서 검출되는 회전수 검출값에 기초하여 연산되는 제2 출력값을 비교하여, 서로 불일치가 있으면 결함이 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 메인 통로를 흐르는 작동액의 압력을 검출하는 액압 검출기를 더 구비하고,
    상기 어큐뮬레이터 장치는 복수의 어큐뮬레이터와 복수의 전환 밸브를 구비하며,
    상기 복수의 어큐뮬레이터는 축압 가능한 작동액의 축압 압력이 서로 상이하고,
    상기 복수의 전환 밸브 각각은, 상기 복수의 어큐뮬레이터에 대응하여 설치되고, 대응하는 상기 어큐뮬레이터와 상기 메인 통로와의 연결 상태를 전환하며,
    상기 제어 장치는, 상기 액압 검출기에서 검출되는 액압 검출값에 따라 상기 복수의 전환 밸브 각각의 동작을 제어하여 상기 복수의 어큐뮬레이터 각각과 상기 메인 통로의 연결 상태를 전환하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
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