KR102519615B1 - 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 - Google Patents

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여태경
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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치는, 일정한 면적을 갖도록 형성되고 일정 거리를 두고 대향하도록 배치되는 한 쌍의 각운동축고정판, 상기 한 쌍의 각운동축고정판의 모퉁이 중 적어도 하나 이상의 모퉁이에 각각 돌출되고 대향되는 각운동축고정판의 모퉁이에 각각 형성되어 쌍을 이루는 회전축삽입구, 회전축삽입구로부터 일정 거리 이격되고, 한 쌍의 각운동축고정판 각각에 상단과 하단이 각각 결합되는 각운동축, 적어도 하나 이상의 레버를 포함하고, 회전축삽입구에 삽입되어 각운동축고정판이 마주보는 방향으로 돌출되는 회전축의 일단에 한 레버의 단부가 결합되며, 각운동축에 다른 레버의 중간이 회전 가능하게 삽입되는 레버-크랭크기구부, 회전축의 타단에 발전축이 결합되고 발전축이 회전됨에 따라 전력을 생산하는 발전기, 레버-크랭크기구부는 각운동축의 상단과 하단에 각각 삽입되도록 설치되며, 상단과 하단에 각각 설치된 레버-크랭크기구부에 포함되는 각운동축에 삽입되는 레버의 단부에 상단과 하단이 각각 결합되는 블레이드를 포함하고, 블레이드는 주변 유체의 유동에 의해 일정 범위 내에서 왕복 운동하며, 왕복 운동은 레버-크랭크기구부에 의하여 회전 운동으로 전환되고, 회전 운동은 발전기의 발전축으로 전달되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 바람, 파랑, 조류 등에 의하여 발생되는 왕복 운동형태 동력을 연속회전 운동형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치{RENEWABLE ENERGY DEVICE USING LEVER-CRANK}
본 발명은 재생에너지발전에 이용될 수 있는 기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바람, 파랑, 조류 등으로부터 변환된 왕복운동 형태 동력을 연속회전 운동 형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 관한 것이다.
종래의 발전으로는 석탄, 천연가스, 석유 등의 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 물의 위치에너지를 이용하는 수력발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전 등이 주를 이루었으나, 최근 태양광을 에너지원으로 하는 태양광발전, 바람의 운동에너지를 이용한 풍력발전, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전, 해양의 수심에 따른 온도 차이를 이용하는 해수온도차발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전 및 조수 간만의 차이나 지형적인 영향 등으로 조류를 에너지원으로 하는 조류발전 등의 개발이 활발해지고 있다.
종래의 화력발전 및 수력발전은 막대한 건설비가 요구되며, 화력발전은 화석에너지에 따른 온실가스와 공해문제를 발생하며, 수력 발전은 댐 건설후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화는 물론 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 제기되고 있는 실정이다.
원자력발전은 방사선 누출을 차단하기 위해 시설 투자에 막대한 비용이 소비되며, 또한 폐기물 처리에 막대한 비용을 소비해야 하는 등의 여러 제약이 따르는 문제가 있으며, 한 번의 사고라도 발생되면 심각한 환경파괴를 초래하는 위험이 항상 존재한다.
이에 반해, 풍력발전, 태양광발전, 파력발전, 해수온도차발전, 조력발전, 조류발전 등은 통칭한 재생에너지발전은 온실가스 및 공해물질을 배출하지 않은 청정발전방식으로 그 보급과 활용이 확대될 것으로 예상된다. BP사가 2021년에 출간한 energy outlook 2020 edition에 따르면, 2050년경에는 전 세계 에너지수요의 45~60%가 재생에너지원으로 공급될 것으로 예상된다.
재생에너지 발전방식중 풍력발전, 파력발전, 조류발전 등은 각각 바람, 파랑, 조류의 운동에너지로부터 연속회전 운동형 또는 왕복 운동형 에너지 추줄장치로 에너지를 얻은 후 중간변환을 거쳐 최종적으로 전력을 생산한다. 이 중 왕복 운동형 에너지 추출장치는 파력발전(Pelamis, Oyster, Floating Pendulum Wave Energy Converter 등), 와유기진동형 조류발전(VIVACE, VIVEED 등) 등에 적용되고 있으며, 전력생산을 위해 발전기를 직결하거나 유압변환장치를 거쳐 전력을 생산한다. 발전기를 직결할 경우 왕복운동에서 발생되는 큰 토오크로 인해 발전기와 전력변환장치의 용량이 증가하며, 유압변환장치를 거칠 경우 그 과정에서 에너지손실이 커지는 문제가 발생한다. 본 발명은 왕복운동형 에너지 추출장치를 통해 얻어진 에너지를 레버-크랭크 기구를 이용하여 기계식으로 연속회전 운동으로 변환하여, 에너지손실을 최소화하고 발전기와 전력변환장치 용량 최소화할 수 있는 방안에 대한 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0126151호(명칭: 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치, 공개일: 2011년 11월 29일), 10-1284106 (2013/07/03) 대한민국 공개특허 제10-2018-0081262호(명칭: 양방향 조류 대응구조를 갖는 와유기진동 에너지 추출장치, 공개일: 2018년 11월 12일), 10-2048726 (2019/11/20) 미국 등록특허 제9018779호(명칭: Apparatus for extracting power from waves, 등록일: 2015년 4월 28일)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 한 가지 목적은, 회전수차 방식 이외의 구조를 이용하여 바람, 파랑, 조류 등으로부터 변환된 왕복운동형태 동력을 연속회전운동형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 비교적 간단한 구조를 통하여 바람, 파랑, 조류 등으로부터 변환된 왕복 운동형태 동력을 연속회전 운동형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치는, 일정한 면적을 갖도록 형성되고 일정 거리를 두고 대향하도록 배치되는 한 쌍의 각운동축고정판, 한 쌍의 각운동축고정판의 모퉁이 중 적어도 하나 이상의 모퉁이에 각각 돌출되고 대향되는 각운동축고정판의 모퉁이에 각각 형성되어 쌍을 이루는 회전축삽입구, 회전축삽입구로부터 일정 거리 이격되고, 한 쌍의 각운동축고정판 각각에 상단과 하단이 각각 결합되는 각운동축, 적어도 하나 이상의 레버를 포함하고, 회전축삽입구에 삽입되어 각운동축고정판이 마주보는 방향으로 돌출되는 회전축의 일단에 한 레버의 단부가 결합되며, 각운동축에 다른 레버의 중간이 회전 가능하게 삽입되는 레버-크랭크기구부, 회전축의 타단에 발전축이 결합되고 발전축이 회전됨에 따라 전력을 생산하는 발전기, 레버-크랭크기구부는 각운동축의 상단과 하단에 각각 삽입되도록 설치되며, 상단과 하단에 각각 설치된 레버-크랭크기구부에 포함되는 각운동축에 삽입되는 레버의 단부에 상단과 하단이 각각 결합되는 블레이드를 포함하고, 블레이드는 주변 유체의 유동에 의해 일정 범위 내에서 왕복 운동하며, 왕복 운동은 레버-크랭크기구부에 의하여 회전 운동으로 전환되고, 회전 운동은 발전기의 발전축으로 전달되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치의 레버-크랭크기구부는, 회전축의 상단에 일단부가 회전 가능하게 결합되는 제1 레버, 제1 레버의 타단부에 타단부가 회전 가능하게 결합되는 제2 레버, 제2 레버의 일단부에 일단부가 회전 가능하게 결합되고 일단과 타단 중간에 관통공이 형성되는 제3 레버 및 제3 레버의 타단부에는 마주한 레버-크랭크기구부의 동일 부위까지 연장되도록 결합되는 블레이드를 포함하고, 제3 레버의 관통공은 각운동축에 삽입되며, 제1 레버 일단부의 회전 중심으로부터 제1 레버 타단부의 회전 중심에 이르는 길이를 a라 하고, 제2 레버 일단부의 회전 중심으로부터 제2 레버 타단부의 회전 중심에 이르는 길이를 b라 하고, 제3 레버 일단부의 회전 중심으로부터 관통공에 삽입된 각운동축 중심에 이르는 길이를 c라 하고, 제1 레버 일단부의 회전 중심으로부터 각운동축 중심에 이르는 길이를 d라 할 때, a, b, c, d 중 a가 가장 짧고 d가 가장 길며, a+b < c+d 및 a+d < b+c 와 같은 관계가 성립하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치의 한 쌍의 각운동축고정판의 일단 각각은, 일정한 두께와 길이를 갖고 특정 물체의 표면에 일면이 결합되는 고정판지지대의 타면 상단과 하단에 각각 결합되고, 고정판지지대는, 일면에 대향되는 면 상의 중간 높이에 상단 부근과 하단 부근에 각각 결합되는 각운동축고정판의 표면 중간까지 곧게 연장되는 직선형 보강보가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치는, 회전축 주변에 설치되어 회전축의 회전 속도를 측정하는 회전속도계측센서, 고정판지지대 또는 각운동축고정판 중 어느 한 쪽에 설치되고 회전속도계측센서로부터 회전 속도 측정 결과값을 전달받는 제어부를 구비하고, 회전속도계측센서에서 측정된 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 큰 경우, 제어부의 제어에 의하여 발전기를 통해 정상적으로 전력생산하고, 회전속도계측센서에서 측정된 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 작은 경우, 연속 회전운동이 이루어지지 않으므로 제어부의 제어에 의하여 발전부하를 부가하지 않도록 하여 연속 회전운동이 이루어질 수 있도록 회전축에 가속력을 제공하는 것을 특징으로 하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치의 발전축과 발전기 사이에, 유압변속회로와 유압모터를 설치하고, 유압변속회로는 발전축에 결합되어 발전축으로부터 전달되는 회전 운동을 제어에 따라 변속할 수 있는 유압변속회로를 이용하여 변속하며, 유압모터는 유압변속회로로부터 전달되는 회전 운동을 이용하여 회전되어 발전기를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 회전수차 방식 이외의 구조를 이용하여 바람, 파랑, 조류 등으로부터 변환된 왕복 운동형태 동력을 연속회전 운동형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비교적 간단한 구조를 통하여 바람, 파랑, 조류 등으로부터 변환된 왕복 운동형태 동력을 회전 운동형태로 전환하여 효과적으로 전력을 생산하는데 이용할 수 있게 하는 구조를 포함하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 적용되는 레버-크랭크 기구에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 나타낸 사시도와 정면도 및 측면도를 포함하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 포함되는 레버-크랭크 구조를 상방에서 내려다 본 경우를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예(100)가 설치되는 한 가지 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예(100)가 설치되는 다른 한 가지 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제2 실시예(200)가 설치되는 한 가지 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제2 실시예(200)가 설치되는 다른 한 가지 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 포함되는 기구가 정상 작동하도록 보조하기 위하여 이용되는 제어 개념도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 적용되는 레버-크랭크 기구에 대한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 포함되는 레버-크랭크 기구는, A, B, C 및 D의 4개 레버를 포함하고 있으며, 이들 레버의 길이는 A 레버가 가장 짧고, D 레버가 가장 길고, A+B < C+D 및 A+D < B+C 와 같은 관계가 성립한다.
위와 같은 길이 관계 조건이 성립한다면, A 레버는 회전하고 D 레버는 왕복각운동을 하게 된다.
또한, 도면에서 C1, C2는 C 레버가 왕복각운동하는 범위를 나타낸 것이다.
이하 도 2 및 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 나타낸 사시도와 정면도 및 측면도를 포함하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 도면의 좌측에 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 관한 사시도와 장치 아래 쪽 레버-크랭크 기구부(L)의 부분확대도가 나타나 있고, 우측에는 정면도와 측면도, 평면도가 나타나 있다.
좌측 사시도와 부분확대도를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치는, 일정한 두께와 길이의 육면체 형상을 갖고 교각 등 수중 인공 구조물의 표면에 일면이 결합되는 고정판지지대(1), 고정판지지대(1)의 일면에 대향되는 대향면 상의 상단 부근과 하단 부근에 각각 결합되고 외측을 향하여 일정 길이 연장되는 각운동축고정판(5), 각운동축고정판(5)의 외측 단부에 형성되는 적어도 하나 이상의 모퉁이에 각각 돌출되도록 형성되는 회전축삽입구(10), 회전축삽입구(10)로부터 고정판지지대(1) 쪽으로 일정 거리 이격되고, 상단 부근과 하단 부근에 각각 결합된 각운동축고정판(5) 각각에 상단과 하단이 각각 결합되는 각운동축(60), 적어도 하나 이상의 레버를 포함하고, 회전축삽입구(10)에 삽입되어 각운동축고정판(5)이 마주보는 방향으로 돌출되는 회전축의 일단에 한 레버의 단부가 결합되며, 각운동축(60)에 다른 레버의 중간이 회전 가능하게 삽입되는 레버-크랭크기구부(L), 회전축의 타단에 발전축이 결합되고 발전축이 회전됨에 따라 전력을 생산하는 발전기(8), 레버-크랭크기구부(L)는 각운동축(60)의 상단과 하단에 각각 삽입되도록 설치되며, 상단과 하단에 각각 설치된 레버-크랭크기구부(L)에 포함되는 각운동축(60)에 삽입되는 레버의 단부에 상단과 하단이 각각 결합되는 블레이드(50)를 포함하고, 블레이드(50)는 주변 유체의 유동에 의해 일정 범위 내에서 왕복 운동하며, 왕복 운동은 레버-크랭크기구부(L)에 의하여 회전 운동으로 전환되어 발전기(8)의 발전축으로 전달되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구조를 포함하는 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치는, 도 1을 참조하여 설명한 것과 같은 4개의 레버를 포함하는 레버-크랭크 기구를 이용하여 장치 주변 유체의 유동에 의하여 발생하는 블레이드(50)의 왕복각운동 및 제3 레버(40)의 왕복각운동을 제1 레버(20)의 회전운동으로 전환하고, 제1 레버(20)의 일단부에 설치되는 회전축이 각운동축고정판(5)을 관통하여 발전기(8)의 발전축과 결합되게 함으로써, 발전기(8) 내부의 코일을 회전시켜 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치의 고정판지지대(1)에는, 고정판지지대(1)의 일면에 대향되는 면 상의 중간 높이에 고정판지지대(1)의 상단 부근과 하단 부근에 각각 결합되는 각운동축고정판(5)의 표면 중간까지 곧게 연장되는 직선형 보강보(3)가 각각 형성됨으로써, 고정판지지대(1) 및 각운동축고정판(5) 사이의 결합력을 공고히 유지되도록 한다.
이는 유체 유동에 의하여 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 끊임없이 반복 작용하는 외력에 의하여 고정판지지대(1) 및 각운동축고정판(5) 사이의 결합력이 저하되거나 어느 구성요소가 파손될 가능성을 가능한 범위에서 낮추기 위한 보완적 구성이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 포함되는 레버-크랭크 구조를 상방에서 내려다 본 경우를 나타내는 개념도이다.
도 3에는, a, b 및 c 와 같은 3개의 레버와 d 의 길이가 나타나 있다.
여기에서, a, b, c, d 각각은 도 1의 대문자에 대응되는 것으로 볼 수 있으며, 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예를 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치의 구성요소들에 대응시킨다면, a는 제1 축간거리로서 도 2의 제1 레버(20)에 대응하는 것, b는 제2 축간거리로서 도 2의 제2 레버(30)에 대응하는 것, c는 제3 레버(40)의 일부, d는 c의 한쪽 단부인 각운동축(60)으로부터 회전축삽입구(10)의 중심에 이르는 거리로 볼 수 있다.
또한, 각 구성요소들 사이의 길이 관계는 도 1에서 설명한 A, B, C 및 D 사이의 관계와 마찬가지로, 제1 축간거리(a)가 가장 짧고, 제4 축간거리(d)가 가장 길며, a+b < c+d 및 a+d < b+c 와 같은 관계가 성립한다.
또한, 도 3(a), 3(b), 3(c)는 제3 레버(40) 및 제3 축간거리(c)의 왕복각운동에 따라 제1 축간거리(a) 및 제1 레버(20)가 회전운동하게 됨을 이해하기 쉽도록, 제3 레버(40)의 왕복각운동 상태를 제3 레버(40)의 좌측단이 도면 방향을 기준으로 최고점, 중간점, 최저점에 이른 상태로 구분하여 각각 도 3(a), 3(b), 3(c)에 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예(100) 또는 제2 실시예(200)가 설치되는 예들을 각각 나타낸 도면으로서, 도 4,5는 각각 제1 실시예(100)에 관한 것, 도 6,7은 각각 제2 실시예(200)에 관한 것이다.
도 4를 참조하면, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예(100) 2기가 설치기둥(170)을 중심에 두고 서로 대향되는 위치에 설치되어 있으며 설치기둥(170)의 측면에서 바라보았을 때 제1 실시예 2기가 각각 설치기둥의(170)의 좌측과 우측에 설치되는 것으로 보인다. 또한, 설치기둥(170)의 하단부는 지면 또는 해저면에 고정되는 설치기둥고정구(180)에 삽입되어 고정 상태를 유지하게 된다.
도 5를 참조하면, 하나의 설치기둥(170)에 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예(100)가 여러 대 설치되는 경우의 실시예를 확인할 수 있다. 도 5의 실시예는 1개 설치기둥(170)에 5대의 발전장치가 설치되는 실시예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제2 실시예(200) 2기가 설치기둥(270)을 중심에 두고 서로 대향되는 위치에 설치되어 있으며 설치기둥(270)의 측면에서 바라보았을 때 제2 실시예 2기가 각각 설치기둥의(270)의 좌측과 우측에 설치되는 것으로 확인된다. 또한, 설치기둥(270)의 하단부는 지면 또는 해저면에 고정되는 설치기둥고정구(280)에 삽입되어 고정 상태를 유지하게 된다.
도 7을 참조하면, 하나의 설치기둥(270)에 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제2 실시예(200)가 여러 대 설치되는 경우의 실시예를 확인할 수 있다. 도 7의 실시예는 1개 설치기둥(270)에 12대의 발전장치가 설치되는 실시예를 보여준다.
도 4 내지 7을 통하여 살펴본 각 설치 사례에서와 같이, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1/제2 실시예(100)(200)는 교각 등 인공 구조물에 설치되며, 각 방향에 적어도 1기 이상 복수를 일열로 설치할 수 있다. 또한 재생에너지발전장치를 설치할 때는 해당 구조물의 길이 및 재생에너지발전장치의 크기와 유체의 유속, 요구 발전량 등 관련 조건들을 고려하여 몇 기를 설치할지 결정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치에 포함되는 기구가 정상 작동하도록 보조하기 위하여 이용되는 제어 개념도이다.
도 8을 참조하면, 입사되는 재생에너지원이 부족하거나 발전부하가 과도할 경우 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 기구의 발전기가 연결된 회전축이 연속 회전운동이 되지 못하는 현상이 발생되어 정상적인 전력생산이 불가하게 된다. 이러한 점을 해결하기 위하여, ‘기구의 운동 속도가 기 설정된 기준 운동 속도보다 큰가’를 판단한 후, 기구 운동 속도가 설정 운동 속도보다 큰 경우에만 정상작동을 하여 발전을 하는 것으로 표현되어 있다. 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치가 정지해 있던 상태에서 유체력이 작용하기 시작하는 초기에는 위와는 달리 기구 운동 속도가 설정 운동 속도에 미치지 못하게 되는데, 이런 경우에는 기구의 움직임에 발전부하를 부가하지 않도록 하여 자연 상태에서 보다 더 빠르게 기구 운동 속도가 기준 운동 속도에 도달할 수 있도록 제어한다.
이상에서, 기구란 유체에 의해 움직임이 발생하는 구성요소들을 지칭하는 표현으로서, 유체에 대한 저항력 작용으로 운동 에너지를 발생시키는 블레이드(50), 블레이드와 결합되어 일정 각도 범위 내에서 병진 운동하는 제3 레버(40) 및 제2 레버(30), 제1 레버(20)를 가리킨다.
또한, 상술한 바와 같이 기구의 움직임을 일정 속도 범위 이내로 제한하거나 가진력을 더하기 위한 구성으로는 발전기(8)의 회전축의 회전 속도를 감속하거나 가속할 수 있는 것이 구현 비용 및 난이도, 효율성 면에서 바람직하다.
이와 같이 회전축의 회전 속도 가감속을 위해서는, 도 2,3을 참조하여 설명한 기본 구성에 제어부와 액츄에이터를 추가함으로써, 본 발명의 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치를 구성할 수 있으며, 추가 구성은 다음과 같다. 아래에서 회전축은 회전축삽입구(10)에 삽입된다.
회전축 주변에 설치되어 회전축의 회전 속도를 측정하는 회전속도계측센서 및 고정판지지대(1) 또는 각운동축고정판(5) 중 어느 한 쪽에 설치되고 회전속도계측센서로부터 회전 속도 측정 결과값을 전달받는 제어부를 구비하고, 회전속도계측센서에서 측정된 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 큰 경우, 제어부의 제어에 의하여 발전기를 통해 정상적으로 전력생산하고, 회전속도계측센서에서 측정된 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 작은 경우, 연속 회전운동이 이루어지지 않으므로 제어부의 제어에 의하여 발전부하를 부가하지 않도록 하여 연속 회전운동이 이루어질 수 있도록 회전축에 가속력을 제공한다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치가 수중 환경에 설치되는 경우에는 발전기(8) 뿐만이 아닌 모든 구성요소들의 표면이 염수에 의한 부식을 방지할 수 있도록 코팅되거나, 각 구성요소들을 형성하는 재질도 실시되는 수중 환경에 적합한 것으로 선택되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 고정판지지대 3 : 보강보
5 : 각운동축고정판 8 : 발전기
10 : 회전축삽입구 20 : 제1 레버
30 : 제2 레버 40 : 제3 레버
50 : 블레이드 60 : 각운동축
100 : 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제1 실시예
170, 270 : 설치기둥 180, 280 : 설치기둥고정구
200 : 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치 제2 실시예
a : 제1 축간거리 b : 제2 축간거리
c : 제3 축간거리 d : 제4 축간거리
L : 레버-크랭크 기구부

Claims (5)

  1. 일정한 면적을 갖도록 형성되고 일정 거리를 두고 대향하도록 배치되는 한 쌍의 각운동축고정판;
    상기 한 쌍의 각운동축고정판의 모퉁이 중 적어도 하나 이상의 모퉁이에 각각 돌출되고 대향되는 각운동축고정판의 모퉁이에 각각 형성되어 쌍을 이루는 회전축삽입구;
    상기 회전축삽입구로부터 일정 거리 이격되고, 상기 한 쌍의 각운동축고정판 각각에 상단과 하단이 각각 결합되는 각운동축;
    복수의 레버를 포함하고 상기 회전축삽입구에 삽입되어 상기 각운동축고정판이 마주보는 방향으로 돌출되는 회전축의 일단에 한 레버의 단부가 결합되며, 상기 각운동축에 다른 레버의 중간이 회전 가능하게 삽입되는 레버-크랭크기구부;
    상기 레버-크랭크기구부에 포함되는 상기 각운동축에 삽입되는 레버의 단부에 상단과 하단이 각각 결합되는 블레이드; 및
    상기 회전축의 타단에 결합되는 발전축이 회전됨에 따라 전력을 생산하는 발전기;를 포함하고,
    상기 레버-크랭크기구부는,
    상기 각운동축의 상단과 하단에 각각 삽입되도록 설치되며,
    상기 회전축의 상단에 일단부가 회전 가능하게 결합되는 제1 레버;
    상기 제1 레버의 타단부에 타단부가 회전 가능하게 결합되는 제2 레버;
    상기 제2 레버의 일단부에 일단부가 회전 가능하게 결합되고 일단과 타단 중간에 관통공이 형성되는 제3 레버; 및
    상기 제3 레버의 타단부에는 마주한 레버-크랭크기구부의 동일 부위까지 연장되도록 결합되는 블레이드;를 포함하고,
    상기 제3 레버의 관통공은 상기 각운동축에 삽입되며,
    상기 제1 레버 일단부의 회전 중심으로부터 상기 제1 레버 타단부의 회전 중심에 이르는 길이를 a라 하고,
    상기 제2 레버 일단부의 회전 중심으로부터 상기 제2 레버 타단부의 회전 중심에 이르는 길이를 b라 하고,
    상기 제3 레버 일단부의 회전 중심으로부터 상기 관통공에 삽입된 상기 각운동축 중심에 이르는 길이를 c라 하고,
    상기 제1 레버 일단부의 회전 중심으로부터 상기 각운동축 중심에 이르는 길이를 d라 할 때,
    상기 a, b, c, d 중 상기 a가 가장 짧고 상기 d가 가장 길며,
    a+b < c+d 및 a+d < b+c 와 같은 관계가 성립하고,
    상기 블레이드는 주변 유체의 유동에 의해 일정 범위 내에서 왕복 운동하며,
    상기 왕복 운동은 상기 레버-크랭크기구부에 의하여 회전 운동으로 전환되고,
    상기 회전 운동은 상기 발전기의 발전축으로 전달되는 것을 특징으로 하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 각운동축고정판의 일단 각각은, 일정한 두께와 길이를 갖고 특정 물체의 표면에 일면이 결합되는 고정판지지대의 타면 상단과 하단에 각각 결합되고,
    상기 고정판지지대는,
    상기 일면에 대향되는 면 상의 중간 높이에 상기 상단 부근과 하단 부근에 각각 결합되는 상기 각운동축고정판의 표면 중간까지 곧게 연장되는 보강보;가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 회전축 주변에 설치되어 상기 회전축의 회전 속도를 측정하는 회전속도계측센서; 및
    상기 고정판지지대 또는 상기 각운동축고정판 중 어느 한 쪽에 설치되고 상기 회전속도계측센서로부터 회전 속도 측정 결과값을 전달받아 발전부하를 결정하는 제어부;를 구비하고,
    상기 회전속도계측센서에서 측정된 상기 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 큰 경우, 상기 제어부의 제어에 의하여 발전기를 통해 정상적으로 전력생산하고,
    상기 회전속도계측센서에서 측정된 상기 회전축의 회전 속도가 사전 설정된 회전 속도보다 작은 경우, 연속 회전운동이 이루어지지 않으므로 상기 제어부의 제어에 의하여 발전부하를 부가하지 않도록 하여 연속회전운동이 이루어질 수 있도록 상기 회전축에 가속력을 제공하는 것을 특징으로 하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발전축과 상기 발전기 사이에, 유압변속회로와 유압모터를 설치하고,
    상기 유압변속회로는 상기 발전축에 결합되어 상기 발전축으로부터 전달되는 회전 운동을 제어에 따라 변속할 수 있는 유압변속회로를 이용하여 변속하며,
    상기 유압모터는 상기 유압변속회로로부터 전달되는 회전 운동을 이용하여 회전되어 상기 발전기를 회전시키는 것을 특징으로 하는 레버-크랭크를 이용한 재생에너지발전장치.
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