KR102215739B1 - 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템 - Google Patents

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KR102215739B1
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문지훈
채지훈
서창택
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재단법인 경북하이브리드부품연구원
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Abstract

본 발명은 해양관측 부이와, 해양 관측 부이와 해저 바닥을 연결시키는 이탈방지용 로프와, 이탈방지용 로프를 권취 또는 권출시키는 이탈방지용 로프 드럼과, 이탈방지용 로프 드럼을 해저 바닥에 고정시키는 앵커 몸체로 이루어지는 앵커모듈과, 상기 해양관측 부이와 일정한 거리만큼 이격되는 위치에서 부유되는 제2부유체로 이루어지는 너울 승강 모듈과, 해양관측 부이와 일체로 가변되는 부위와 너울 승강 모듈에 연결되는 부위중 어느 한 부위에는 압전소자가 설치되고 나머지 한 부위는 압전소자와 수직 방향으로 배치되어 너울에 따라 해양관측 부이와 너울 승강 모듈이 서로 반대 방향으로 승강될 때 압전소자와 나머지 한 부위 간의 충돌로 전력이 생성되는 압전 발전 모듈을 포함함으로써, 맑은 날씨나 악천후를 가리지 않고 항상 전력 공급이 가능하고, 별도의 배터리 교체 없이도 자체적으로 전력 생산이 가능한 수단을 갖춤으로써, 주기적인 배터리 교체에 소요되는 설비비용 및 해상 수송 비용이 대폭 절감될 수 있어, 악천후가 장기간 지속될 때 조차도 정상적으로 작동될 수 있는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템을 제공하고자 한다.

Description

압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템{Power generation system for ocean observation using piezoelectric elements}
본 발명은 해양관측을 위해 해상에 부유하는 해양관측 부이에 전력을 공급하기 위한 시스템으로서, 특히 태양광 발전이 이루어지기 힘든 악천후 상황에서도 원활하게 전력 공급이 이루어질 수 있는 압전소자를 이용한 발전시스템이다.
우리나라 연안 해역에서는 지구환경의 변화로 인한 환경오염 및 양식장의 대량폐사, 해양연구 등을 목적으로 많은 해양관측 부이가 해양에 설치되어 운용되고 있다.
해양관측 부이는 다양한 관측을 위한 센서들과 관측 결과의 송신을 위한 통신장비가 탑재되므로 원활한 전력공급이 필요하다. 하지만 해양관측 부이는 연안지역에 설치되더라도 육지에서는 상당한 거리만큼 떨어진 지역에 설치되므로 해양관측 부이에 송전 케이블로 전력을 공급할 경우 상당한 길이의 송전 케이블이 필요하고, 송전 케이블의 안전한 관리가 어려우며, 송전 케이블의 무게로 인해 해양관측 부이가 계획했던 설치 지점으로부터 이탈될 수 있어, 직접 육지로부터 전력을 공급받기 보다는 배터리가 내장되며 배터리가 일정 수준 이하로 소모되면 교체되는 형태로 전력이 공급된다.
하지만 악천후가 지속되어 기상관측이 지속적으로 이루어져야 하는 경우에, 오히려 악천후로 인해 배터리 교체가 이루어지지 못하면 관측이 중단되는 경우가 발생될 수 있으며, 주기적인 배터리 교체를 위한 비용으로 인해 유지관리 비용이 상승되는 문제가 있다.
특히 지구온난화로 인한 기후 변화가 피부로 느껴질 정도로 이상 기후가 발생되는 상황에서는 더욱 많은 관측용 부이가 필요할 수 있는데, 이처럼 수많은 해양관측 부이가 설치될 경우 배터리 교체 비용이 상당할 수 있어, 해양관측 부이의 설치가 비용 문제로 그 수가 축소되는 문제가 생길 수 있다.
이러한 문제를 개선하고자 태양광 발전 모듈이 해상관측 부이에 설치되는 연구가 있으나, 태양광 발전은 악천후가 지속되는 상황에서는 실효성이 없고, 특히 실시간 관측이 중요한 상황에서 태양광 발전은 무용지물일 수 있으므로, 기상 변화에 상관없이 자체적으로 해상관측 부이에 전력이 공급될 수 있는 친환경 에너지 공급 기술의 개발이 필요한 상황이다.
등록특허공보 제10-1753320호(공고일자: 2017. 07. 03.)
이에 본 발명은 해양관측용 부이에 대해 맑은 날씨나 악천후를 가리지 않고 항상 전력 공급이 가능하고, 별도의 배터리 교체 없이도 자체적으로 전력 생산이 가능한 수단을 갖춤으로써, 주기적인 배터리 교체에 소요되는 설비비용 및 해상 수송 비용이 대폭 절감될 수 있어, 악천후가 장기간 지속될 때 조차도 정상적으로 작동될 수 있는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템은 기후, 해양 상태, 해양 생태계를 위한 기기들과, 해양관측 기기들이 안착 될 수 있는 면적을 가지며 해양관측 기기들을 부유시킬 수 있는 부력을 가지는 제1부유체로 이루어지는 해양관측 부이와, 상기 해양 관측 부이와 해저 바닥을 연결시키는 이탈방지용 로프와, 이탈방지용 로프를 권취 또는 권출시키는 이탈방지용 로프 드럼과, 이탈방지용 로프 드럼을 해저 바닥에 고정시키는 앵커 몸체로 이루어지는 앵커모듈과, 상기 해양관측 부이와 일정한 거리만큼 이격되는 위치에서 부유되는 제2부유체로 이루어지는 너울 승강 모듈과, 상기 해양관측 부이와 너울 승강 모듈을 수중에서 서로 가변 가능하게 연결시키며, 해양관측 부이와 일체로 가변되는 부위와 너울 승강 모듈과 일체로 가변되는 부위 중 어느 한 부위에는 압전소자가 설치되고 나머지 한 부위는 압전소자와 수직 방향으로 배치되어, 너울에 따라 해양관측 부이와 너울 승강 모듈이 서로 반대 방향으로 승강될 때, 압전소자와 나머지 한 부위 간의 충돌로 전력이 생성되게 구성되는 압전 발전 모듈을 포함한다.
여기서 상기 나머지 한 부위에는 바람직하게는 너울에 따라 승강되면서 압전소자에 충격을 가하는 가압 헤머가 설치되고, 압전소자는 가압헤머의 상부와 하부에 설치되어, 가압 헤머가 너울에 따라 승강될 때 상부와 하부에서 모두 압전소자와 충돌되거나, 또는 가압 헤머가 압전소자의 상부와 하부에 설치되어 압전 소자가 너울에 따라 승강될 때 상부와 하부에서 모두 가압 헤머와 충돌되게 구성될 수 있다.
이 경우 상기 상부의 압전소자와 하부의 압전소자 또는 상부의 가압 헤머와 하부의 가압 헤머는 바람직하게는 하나의 실린더 상부와 하부에 각각 내장되고, 가압 헤머 또는 압전소자는 실린더에 형성되는 가이드를 따라 승강될 수 있다.
또한 상기 실린더의 상부와 하부에는 바람직하게는 각각 스프링이 설치되어, 가이드를 따라 승강되는 가압 헤머 또는 압전소자가 실린더 상부 또는 하부에 설치된 압전소자 또는 가압 헤머와 충돌될 때 충격은 흡수되면서 충격으로 인한 밀착시간은 일정시간 동안 지속시킬 수 있다.
이때 상기 압전소자에는 바람직하게는 압전소자와 가압헤머 사이에 배치되도록 압력판이 설치되어, 가압헤머가 전달하는 충격이 압전소자 전체 면적에 걸쳐 전달된다.
한편 상기 실린더는 바람직하게는 수중 승강용 로프 또는 와이어로 너울 승강 모듈에 연결되며, 상기 실린더에는 하나 이상의 깊이조절용 중량체가 설치되어, 너울 승강 모듈이 너울에 따라 승강될 때 실린더의 수심의 급격한 변동이 방지될 수 있다.
이때 상기 너울 승강 모듈에는 바람직하게는 승강용 로프 드럼이 설치되고, 상기 수중 승강용 로프는 승강용 로프 드럼에 권취 또는 권출되며, 상기 승강용 로프 드럼에는 권출된 승강용 로프를 다시 권취시키는 복귀 스프링이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템은 해양관측용 부이에 대해 맑은 날씨나 악천후를 가리지 않고 항상 전력 공급이 가능하고, 별도의 배터리 교체 없이도 자체적으로 전력 생산이 가능한 수단을 갖춤으로써, 주기적인 배터리 교체에 소요되는 설비비용 및 해상 수송 비용이 대폭 절감될 수 있어, 악천후가 장기간 지속될 때 조차도 정상적으로 작동될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해양관측용 발전 시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1에서 압전 발전 모듈의 확대 단면도,
도 3과 도 4는 압전 발전 모듈의 작동 상태도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 해양관측 부이(10)와, 앵커모듈(40)과, 너울 승강 모듈(20)과, 압전 발전 모듈(30)로 구성된다.
해양관측 부이(10)는 기후, 해양 상태, 해양 생태계를 위한 해양 관측 기기(12)들과, 관측 기기(12)들이 안착 될 수 있는 면적을 가지며 관측 기기(12)들을 부유시킬 수 있는 부력을 가지는 제1부유체(11)로 이루어진다. 여기서 관측 기기(12)는 지역 기상 관측 뿐만아니라 기후변화 관측을 위한 장비도 포함되고, 기후 외에도 해양 생태계나 기타 해양에서 관측 가능한 모든 종류의 관측 기기들이 포함된다.
앵커모듈(40)은 도 1에 도시된 바와 같이 해양 관측 부이(10)와 해저 바닥을 연결시키는 이탈방지용 로프(43)와, 이탈방지용 로프(43)를 권취 또는 권출시키는 이탈방지용 로프 드럼(42)과, 이탈방지용 로프 드럼(42)을 해저 바닥에 고정시키는 앵커 몸체(41)로 이루어진다. 해양관측 부이(10)는 지속적으로 물결과 조류의 영향을 받으므로 앵커모듈(40)로 해저 바닥에 연결되어야만 비로소 지정된 위치를 벗어나지 않을 수 있다.
너울 승강 모듈(20)은 해양관측 부이(10)와 일정한 거리만큼 이격되는 위치에서 부유되는 제2부유체(21)로 이루어진다. 너울 승강 모듈(20)도 앵커 모듈(40)에 연결될 수 있으나, 후술하게 될 압전 발전 모듈(30)을 통해 너울 승강 모듈(20)은 해양관측 부이(10)와 연결되므로 반드시 너울 승강 모듈(20)이 앵커 모듈(40)과 연결되어야 하는 것은 아니다.
압전 발전 모듈(30)은 해양관측 부이(10)와 너울 승강 모듈(20)을 수중에서 서로 가변 가능하게 연결시키며, 해양관측 부이(10)와 일체로 가변되는 부위와 너울 승강 모듈(20)과 일체로 가변되는 부위 중 어느 한 부위에는 압전소자(34)가 설치되고 나머지 한 부위는 압전소자(34)와 수직 방향으로 배치되어, 너울에 따라 해양관측 부이(10)와 너울 승강 모듈(20)이 서로 반대 방향으로 승강될 때, 압전소자(34)와 나머지 한 부위 간의 충돌로 전력이 생성되게 구성된다.
즉 압전 발전 모듈(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 해양관측 부이(10)의 하부에 연결된 구조물과, 너울 승강 모듈(20)의 하부에 연결된 구조물 간에 서로 높이 차이가 발생되고, 높이 차이는 끊임없이 변동되어, 서로간에 충돌이 지속적으로 발생되므로, 둘 중 적어도 어느 하나에 압전 소자가 설치될 경우, 지속적인 압력을 받아 끊임없이 전기에너지가 생산되게 구성된다.
보다 구체적으로 상기 나머지 한 부위에는 너울에 따라 승강되면서 압전소자(34)에 충격을 가하는 가압 헤머(312)가 설치되고, 압전소자(34)는 가압헤머(312)의 상부와 하부에 각각 설치되어, 가압 헤머(312)와 압전소자(34)가 서로 너울에 따라 상대 가변될 때 가압 헤머(312)가 상부와 하부에서 모두 압전소자(34)와 충돌되거나, 또는 압전소자(34)와 가압 헤머(312)의 위치가 뒤바뀌어, 가압 헤머(312)가 압전소자(34)의 상부와 하부에 설치되어 압전 소자(34)가 너울에 따라 승강될 때 압전 소자(34)가 상부와 하부에서 모두 가압 헤머(312)와 충돌되게 구성될 수 있다.
이때 해양관측 부이(10)와 일체로 가변되는 부위와 너울 승강 모듈(20)과 일체로 가변되는 부위 중에 어느 한 쪽에만 압전소자(34)가 설치될 수도 있고, 또는 양측 모두에 압전소자(34)가 설치될 수도 있다. 다만 도 1 내지 도 4의 실시예에서는 해양관측 부이(10)측에 가압 헤머(312)가 설치되고, 너울 승강 모듈(20)측에는 압전소자(34)가 설치된 것으로 도시되어 있다.
따라서 이하에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따라 압전소자(34)는 너울 승강 모듈(20)측에 설치되고, 가압 헤머(312)는 해양관측 부이(10)에 일체로 연결된 것을 전제로 하여 설명하기로 한다. 다만 앞서 서술된 것처럼 가압 헤머(312)와 압전소자(34)의 위치가 서로 반대인 경우도 변형 실시예로서, 본 발명에 포함될 수 있다.
즉 이하에서 서술되는 내용과는 반대로 배치되는 경우, 즉 압전소자(34)의 위치에 도 1 내지 도 4의 배치와는 반대로 가압 헤머(312)가 설치되고, 가압헤머(312)로 서술되는 위치에 반대로 압전소자(34)가 설치될 수도 있으며, 이 경우에는 압전소자(34)가 승강되고 가압헤머(312)는 상대적으로 정지될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 압전 발전 모듈(30)은 보다 구체적으로 해양관측 부이(10)의 하부에 일체로 연결되어 해양관측 부이(10)와 함께 승강되는 승강 프레임(311) 및 승강 프레임(311)의 측면 단부에 설치되는 가압 헤머(312)로 이루어지는 승강 유닛(31)과, 가압 헤머(312)가 승강될 수 있는 가이드(313)가 형성되고, 내부의 천정과 바닥에 각각 압전소자(34)가 설치되는 실린더(32)로 이루어질 수 있다.
여기서 가이드(313)는 자세하게 도시되진 않았지만, 해양관측 부이(10)가 너울에 따라 가변될 때 가압 헤머(312)가 실린더(32) 내부에서 승강운동만 가능하도록 가압 헤머(312)를 안내하는 부재이다. 즉 가압 헤머(312)가 실린더(32)로부터 이탈되지 못하면서도 실린더(32) 길이방향을 따라 승강될 수는 있게 실린더(32)에 형성되는 가이드 레일(321)을 따라 이동되는 부재이다. 보다 구체적으로 가이드(313)는 가이드 레일(321) 형태에 맞게 제작되는 블록 형태의 부재일 수도 있고, 또는 가이드 레일(321)을 따라 이동되는 바퀴나 롤러가 부착된 구름 부재일 수도 있다.
즉 가이드(313)와 가이드레일(321)로 인해 해양관측 부이(10)와 너울 승강 모듈(20)은 서로 이탈되지 않게 연결되므로 너울 승강 모듈(20)은 별도로 앵커 모듈(40)에 연결되지 않더라도 조류에 밀려 떠내려가지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 해양관측용 발전 시스템은, 상술된 바와 같이 해양관측 부이(10)와 별도로 해양관측 부이(10)에서 이격된 지점에 제2의 부유체(21)로 이루어지는 너울 승강 모듈(20)을 부유시키면, 너울이 평면이 아니라 지속적으로 경사가 형성되므로 해양관측 부이(10)와 너울 승강 모듈(20) 간에 높이차이가 끊임없이 발생되고, 이 높이차는 지속적으로 변동되므로 서로간의 높이 차이의 지속적인 변화를 이용하여 압전소자(34)가 지속적으로 가압되면서 전력이 생산된다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이 압전소자(34)에는 가압 헤머(312)가 충돌되는 지점에 압력판(33)이 설치될 수 있다. 압력판(33)은 가압 헤머(312)가 충돌되는 접촉면적보다 훨씬 넓은 면적에 걸쳐 압전소자(34)에 압력을 가함으로써, 가압 헤머(312)의 단부면의 면적이 작더라도 압전소자(34)의 면적 전체에 걸쳐 전력이 생성될 수 있다.
특히 도 2에 도시된 바와 같이 압력판(33)과 압전소자(34)를 최대한 근접시키면, 가압 헤머(312)가 압력판(33)에 충격을 가한 후 가압 헤머(312)와 압력판(33)이 함께 이동되다가 압력판(33)과 압전소자(34)가 밀착되는 순간까지의 이동거리가 최소화되어 압력판(33)의 면적이 크더라도 물의 저항으로 인해 가압 헤드(312)로부터 전달받는 운동량이 감쇠되는 정도가 최소화될 수 있다.
왜냐하면 실린더(32)는 내부가 해수로 채워지므로 실린더(32) 내부에서 이동되는 물체에 대해 물의 저항이 있다. 그런데 가압 헤머(312)는 최대한 큰 압력을 압전소자(34)에 전달시켜야 하므로 가압 헤머(312)가 이동될 때 가압 헤머(312)가 받는 물의 저항이 최소화되도록 가압 헤머(312)는 도 2에 도시된 바와 같이 유선형으로 형성될 수 있다.
가압 헤머(312)가 유선형이 되면 가압 헤머(312)와 압전소자(34)가 충돌하면서 접촉되는 부위의 면적이 작아서 압전소자(34)에서 발생되는 전력이 작을 수 있다. 즉 압전소자(34)의 면적 중 일부만 전력 생산에 사용될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 가압 헤머(312)는 최대한 물의 저항을 덜 받으면서도 압전소자(34)에는 보다 넓은 면적에 걸쳐 압력이 가해질 수 있도록 압력판(33)을 두되, 압력판(33)과 압전소자(34) 간의 거리는 최대한 근접배치 됨으로써 압력판(33)이 압전소자(34)까지 도달하는데에 발생될 수 있는 물의 저항은 최소화시킬 수 있다.
또한 압력판(33)이 설치됨으로써, 압전소자(34)에 가해지는 충격량은 최소화 되면서 압전소자(34)에 가해지는 압력은 보다 넓은 면적에 걸쳐 발생되므로 지속적인 너울에 따른 지속적인 충격으로 압전소자(34)가 오래 사용되지 못하고 단시간에 열화되거나 파손되는 것을 방지시켜 압전소자(34)의 내구성이 더욱 증대될 수 있다.
한편, 실린더(32)의 천정과 압전소자(34) 사이, 그리고 실린더(32)의 바닥과 압전소자(34)의 사이에는 각각 도 2에 도시된 바와 같이 스프링(35)이 삽입될 수 있다. 스프링(35)이 설치되면, 또한 가압헤머(312)가 실린더(32) 상부 또는 하부에 설치된 압전소자(34)와 충돌될 때 충격은 흡수되면서 충격으로 인한 밀착시간은 일정시간 동안 지속되므로, 압전소자(34)의 파손은 방지되면서 가압헤머(312)의 충격이 압력의 형태로 압전소자(34)에 더욱 확실하게 전달될 수 있다.
또한 스프링(35)이 설치되면, 가압 헤머(312)가 상부 또는 하부 중 어느 하나의 압전소자(34)에 대해 충격을 가한 다음 다시 반대측으로 이동될 때 탄력이 발생되어 너울에 따른 높이차로 발생되는 운동이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.
그리고 실린더(32)는 수중 승강용 로프(24) 또는 와이어로 너울 승강 모듈(20)에 연결되며, 이때 실린더(32)에는 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 깊이조절용 중량체(36)가 설치되어, 너울 승강 모듈(20)이 너울에 따라 승강될 때 실린더(32)의 수심의 급격한 변동이 방지될 수 있다.
깊이조절용 중량체(36)의 무게는 깊이조절용 중량체(36)와 실린더(32)를 합친 부피의 물의 중량보다 조금 더 무거운 정도의 무게이다. 즉 깊이조절용 중량체(36)의 무게는 깊이조절용 중량체(36)가 실린더(32)에 부착된 상태의 실린더(32)를 물에 빠트렸을 때 서서히 가라앉는 정도의 무게가 되도록 선택된다.
따라서 깊이조절용 중량체(36)가 부착된 실린더(32)는 급격하게 부상되거나 급격하게 가라앉지 않으므로, 너울 승강 모듈(20)이 너울에 따라 승강되더라도 상대적으로 일정한 수심이 유지될 수 있다.
이와 같이 깊이조절용 중량체(36)가 실린더(32)에 설치되는 경우, 가압 헤머(312)는 해양관측 부이(10)와 함께 일체로 수직 운동을 하므로 너울의 주기에 따라 일정한 속도로 계속적으로 가압 헤머(312)가 압전 소자(34)에 압력을 가하여 발전이 지속될 수 있다.
깊이조절용 중량체(36)와 실린더(32)가 서로 조립되어 합체된 상태의 중량이 물보다 약간 더 무거워 수면 아래에서 수직 운동이 거의 없으려면, 너울 승강 모듈(20)이 너울에 따라 상승 동작을 할 때 너울 승강 모듈(20)과 실린더(32)를 연결시키는 수중 승강용 로프(24)의 길이 또한 순간적으로 늘어날 필요가 있다.
이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 너울 승강 모듈(20)에는 승강용 로프 드럼(22)이 설치되고, 수중 승강용 로프(24)는 승강용 로프 드럼(22)에 권취 또는 권출되며, 승강용 로프 드럼(22)에는 권출된 수중 승강용 로프(24)를 다시 권취시키는 복귀 스프링(23)이 설치될 수 있다.
여기서 복귀 스프링(23)은 텐션 스프링이나 또는 승강용 로프 드럼(22)이 수중 승강용 로프(24)를 감는 방향으로 회전될 수 있게 하는 탄성체라면 텐션 스프링 외에 인장 스프링이나 기타 공지의 어떤 형태의 스프링도 채택될 수 있다.
특히 복귀 스프링(23)의 탄성력은 깊이조절용 중량체(36)와 실린더(32)가 조립된 상태로 일정 수위를 유지할 수 있도록, 깊이조절용 중량체(36)와 실린더(32)가 합체된 부피에 해당되는 물의 무게를 깊이조절용 중량체(36)와 실린더(32)의 무게의 합에서 뺀 만큼의 무게가 하부를 향해 잡아당기는 힘과 같도록 세팅된다.
즉 외부의 힘이 가해져서 실린더(32) 및 깊이조절용 중량체(36)의 조립체와 너울 승강 모듈(20) 사이의 높이가 변경되면, 그 변경된 높이대로, 즉 변경된 수심이 유지되는 것이다. 따라서 너울 승강 모듈(20)이 예를 들어 도 3의 상황에서 도 4의 상황으로 변하는 경우, 승강용 로프 드럼(22)은 급격하게 수중 승강용 로프(24)를 권출시키고, 실린더(32)의 수심은 상대적으로 미약하게 변동되며, 반대로 도 4의 상황에서 도 3의 상황으로 변하는 경우, 즉 너울 승강 모듈(20)이 급격하게 하강하는 경우에는, 실린더(32)의 수심은 상대적으로 급변하지 않으므로 너울 승강 모듈(20)과 실린더(32)의 거리가 가까워진 만큼 승강용 로프 드럼(22)은 수중 승강용 로프(24)를 권취시킨다.
참고로 도 3과 도 4에서는 너울 승강 모듈(20)과 해양관측 부이(10)가 서로 정확하게 너울의 진폭의 절반만큼의 거리를 유지하는 것으로 도시되어 있지만, 반드시 도면의 거리에 한정되지는 않아도 무방하다. 왜냐하면 앞서 설명된 바와 같이 너울 승강 모듈(20)과 해양관측 부이(10)는 동일한 위치가 아니라 일정한 간격만큼 이격되게 배치되므로, 너울에 의해 서로의 상대 높이는 지속적으로 변할 수밖에 없으며, 그로 인해서 압전 발전이 가능하기 때문이다.
또한 가압 헤머(312)와 해양관측 부이(10)의 저면은 승강 프레임(311)에 의해 일체로 연결되므로, 가압 헤머(312)는 해양관측 부이(10)와 함께 일체로 너울에 따라 승강된다.
본 발명에 따른 해양관측 부이용 발전 시스템은 상기와 같이 구성됨으로써, 잔잔한 경우보다 너울이 심할 때 더욱 활발하게 전력 생산이 원활하게 이루어짐으로써, 태양광 발전이 이루어질 수 없는 악천후에도 활발하게 해양관측 부이에 전력이 공급될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
S : 수면 10 : 해양관측 부이
11 : 제1부유체 12 : 관측 기기
20 : 너울 승강 모듈 21 : 제2부유체
22 : 승강용 로프 드럼 23 : 복귀 스프링
24 : 수중 승강용 로프 25 : 케이스
30 : 압전 발전 모듈 31 : 승강유닛
32 : 실린더 33 : 압력판
34 : 압전소자 35 : 스프링
36 : 깊이조절용 중량체 37 : 축전 유닛
40 : 앵커모듈 41 : 앵커 몸체
42 : 이탈방지용 로프 드럼 43 : 이탈방지용 로프
121 : 관측 기구 122 : 통신 기구
311 : 승강 프레임 312 : 가압 헤머
313 : 가이드 321 : 가이드레일
331 : 연결밴드 371 : 송전 케이블

Claims (8)

  1. 기후, 해양 상태, 해양 생태계를 위한 기기들과, 해양관측 기기들이 안착 될 수 있는 면적을 가지며 해양관측 기기들을 부유시킬 수 있는 부력을 가지는 제1부유체로 이루어지는 해양관측 부이와;
    상기 해양 관측 부이와 해저 바닥을 연결시키는 이탈방지용 로프와, 이탈방지용 로프를 권취 또는 권출시키는 이탈방지용 로프 드럼과, 이탈방지용 로프 드럼을 해저 바닥에 고정시키는 앵커 몸체로 이루어지는 앵커모듈과;
    상기 해양관측 부이와 일정한 거리만큼 이격되는 위치에서 부유되는 제2부유체로 이루어지는 너울 승강 모듈과;
    상기 해양관측 부이와 너울 승강 모듈을 수중에서 서로 가변 가능하게 연결시키며, 해양관측 부이와 일체로 가변되는 부위와 너울 승강 모듈에 연결되는 부위중 어느 한 부위에는 압전소자가 설치되고 나머지 한 부위는 압전소자와 수직 방향으로 배치되어, 너울에 따라 해양관측 부이와 너울 승강 모듈이 서로 반대 방향으로 승강될 때, 압전소자와 나머지 한 부위 간의 충돌로 전력이 생성되는 압전 발전 모듈;을 포함하며,
    상기 나머지 한 부위에는 너울에 따라 승강되면서 압전소자에 충격을 가하는 가압 헤머가 설치되고,
    압전소자는 가압헤머의 상부와 하부에 설치되어, 가압 헤머와 압전소자가 서로 너울에 따라 상대 가변될 때 상부와 하부에서 모두 압전소자와 충돌되거나, 또는 가압 헤머가 압전소자의 상부와 하부에 설치되어 압전 소자가 너울에 따라 승강될 때 상부와 하부에서 모두 가압 헤머와 충돌되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부의 압전소자와 하부의 압전소자 또는 상부의 가압 헤머와 하부의 가압 헤머는 하나의 실린더 내부의 상부와 하부에 각각 설치되고,
    가압 헤머 또는 압전소자는 실린더에 형성되는 가이드를 따라 승강되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실린더의 상부와 하부에는 각각 스프링이 설치되어, 가이드를 따라 승강되는 가압 헤머 또는 압전소자가 실린더 상부 또는 하부에 설치된 압전소자 또는 가압 헤머와 충돌될 때 충격은 흡수되면서 충격으로 인한 밀착시간은 일정시간 동안 지속시키는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압전소자에는 압전소자와 가압헤머 사이에 배치되도록 압력판이 설치되어, 가압헤머가 전달하는 충격이 압력판의 면적만큼 압전소자에 전달되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 실린더는 수중 승강용 로프 또는 와이어로 너울 승강 모듈에 연결되며,
    상기 실린더에는 하나 이상의 깊이조절용 중량체가 설치되어, 너울 승강 모듈이 너울에 따라 승강될 때 실린더의 수심의 급격한 변동이 방지되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 너울 승강 모듈에는 승강용 로프 드럼이 설치되고,
    상기 수중 승강용 로프는 승강용 로프 드럼에 권취 또는 권출되며,
    상기 승강용 로프 드럼에는 권출된 수중 승강용 로프를 다시 권취시키는 복귀 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복귀 스프링의 탄성력은, 중량체와 합체된 실린더의 중량에서 상기 실린더 부피와 동일한 부피의 물의 중량을 뺀 나머지 중량과 동일하게 설정됨으로써, 중량체와 합체된 실린더가 일정 수심에서 높이가 유지될 수 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 해양관측 부이용 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08127389A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 波強制力軽減型波浪発電装置付き浮体式海洋構造物
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