KR20010082785A - 파도를 이용한 에너지 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해안에서 발생하는 파도의 진동을 이용하여 에너지를 생성하는 파도를 이용한 에너지 변환장치에 관한 것이다. 파도의 요동에 따른 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 때, 진동방향과 같은 선상에서 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있도록 하기 위하여, 부유체의 파도에 따른 운동이 자유롭게 되도록 하면서 이탈하지 않도록 하는 콘크리트 구조물을 설치한 후 상기 구조물 내에 부유체를 띄우고, 부유체의 상하진동운동을 전달할 수 있는 동력전달수단을 설치하여 상기 동력전달수단으로부터 전달된 운동에너지를 발전기를 이용하여 전기에너지를 생성하여 파도의 진동에너지를 전기에너지로 바꾸는 파도를 이용한 에너지 변환장치가 제시되어 있다.

Description

파도를 이용한 에너지 변환장치{The apparatus of converting energy by use of waves}

본 발명은 해안에서 발생하는 파도의 운동을 이용하여 에너지를 생성하는 파도를 이용한 에너지 변환장치에 관한 것이다.

현재 우리 인류는 인구증가와 과학문명의 발전으로 인해 1인당 에너지 소비추세가 증가함에 따라 보다 많은 전기에너지를 필요로 하게 되므로서 이로인한 전기에너지 파동을 염려하지 않을 수 없게 되었으며, 이에 대한 대처 방안으로 그동안 개발된 것은 기존의 수력 및 화력발전 외에 태양열에너지 축적장치와 원자력 및 핵융합 발전 장치가 주류를 이루고 있고 바다의 파도를 이용한 발전장치의 개발도 소수 있었다.

그러나 태양열 에너지는 맑은날 낮에는 열축적이 가능하나 태양이 없는 밤과 장마철과 같이 비나 눈이 많이오는 시기에는 열에너지 축적이 원할하지 못한 폐단이 있으며, 원자력 및 핵융합 발전은 안전성과 핵폐기물 처리 등 기술상의 문제점 때문에 환경오염과 더불어 설치 운영비가 고가인 결점이 있었다.

그래서, 바다의 파도를 이용한 발전장치는 다른 발전장치의 단점을 많이 보완할 수 있는 장치로 많은 연구대상이 되고 있다.

이하에서는 종래의 바다의 파도를 이용한 발전장치에 관하여 특허공고 89-645를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 파도를 이용한 에너지 변환장치의 예시도이다.

도 2는 도 1의 동력발생발전기와 전동부와의 연결 상태도이다.

도 3은 도 1의 간ㆍ만조에 따른 작동 설명도이다.

도 4는 상기 종래 발전장치의 파력과 조력에 따른 에너지 상태도이다.

상기 도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 종래 발명의 원리를 설명하기 위하여 동력발생장치의 일실시예를 도시한 것이다. 즉, 해안에서 얕은 해저에 풀리(1)를 장착한 앙카체(2a)를 설치하고, 이 앙카체(2a)와 대응된 형태 및 구조를 가진 부력구동 전달장치(2b)를 해안에 설치한다. 이 부력구동 전달장치(2b)의 일실시예를 도 2에 도시한 바와 같이, 통상의 베어링(21)지지에 의해 고정되어 있는 풀리샤프트(7)를 발전기(9) 또는 기타의 동력을 필요로 하는 장치에 연결하고 상기 샤프트(7)상에 도 2에서와 같이 아이들구동(idle)하는 풀리(1)를 설치한 구조에 의하여 해수의 파고에 따라 발생되는 운동에너지를 전기에너지 또는 기계에너지로 변환 사용할 수 있다. 상기 풀리(1)는 해수의 파고에 따라 정ㆍ부 방향의 전회운동을 임의로 반복한다. 상기 해저의 앙카체(2a)와 해안의 부력구동 전달장치(2b)와의 사이에는 와이어(5) 또는 벨트 등을 도 1과 같이 양측 풀리(1)에 걸어 연결하고, 이 와이어(5) 또는 벨트의 중간부에는 내부가 밀폐되어 있는 실린더형의 용기, 즉, 부유체(3)를 설치하는데 이 부유체(3)를 설치하는데, 이 부유체(3)의 외벽에 용접된 고리(6)에 상기 와이어(5)의 단부를 끼워 체결하고, 상기 와이어(5)의 타부분에는 턴버클(8)을 연결 설치하며, 이 턴버클(turn buckle)(8)의 일단부에 스프링(4)을 와이어(5)의 다른 끝부분과 고리(6)로 연결 설치한다.

상술한 구성에 의하여 상기 중공의 부유체(3)는 내부가 빈 밀폐용기로 되어 있어 해수에서 부력을 가지도록 되어 있으므로 해면에 떠서 해수의 파도에 의한 요동이 가능하도록 되고, 이 부유체(3)의 요동에 따른 위치변동에 탄성적으로 대응시키기 위하여 턴버클(8)과 스프링(4)을 설치하는 것이다. 상기 턴버클(8)은 적정장력을 유지하기 위한 것으로 그 구성의 일실시예를 들면, 중공의 튜브의 양단벽에 나사가공을 하고 이 가공된 나사부와 나합되는 닛트와 고리홈을 가진 볼트로 구성된다. 이 볼트의 고리홈의 일단은 탄성을 가진 스프링(4)과 연결되고 타단은 와이어(5)와 연결된다. 상기 턴버클(8)은 적정 장력의 셋팅과 일정 장력을 유지하기 위하여 필요한 것으로서, 최소 설치시 해수의 파도를 감안하여 적정위치로 볼트조임을 하여 두면 된다.

상술한 일실시예로서의 구성에 의한 상기의 발명은 도 4에서와 같이 조수의 간조 또는 만조를 막론하고, 즉, 간만의 차(H)에 관계없이 파고의 차이(d)를 이용한 에너지발생(빗금부분)을 하는 것으로, 도 3에서 도시한 바와 같이 초수 만조시의 부유체의 진동 또는 요동(A)인 경우에나 조수 간조시의 부유체의 진동 또는 요동(B)인 경우에나 어느 경우를 막론하고 항상 조건의 급격한 변동없이 이용이 가능하다.

상술한 일실시예로서의 상기 발명의 구성을 이용하면 해수의 파고에 따라 부력을 가지고 해상에 떠 있는 실린더형 부유체(3)는 도 3의 화살표로 나타낸 바와같이 해수의 파고에 따른 진동과 요동에 의한 위치이동을 하나 이 위치이동은 해저의 앙카체(2a)와 해안의 부력구동 전달장치(2b)의 사이에서 임의대로 왕복 이동하면서위치이동을 하므로, 이러한 위치이동에 따른 요동 내지 진동이 진동폭(d) 만큼의 진동력으로 부력구동 전달장치의 풀리(1)를 정ㆍ부 방향으로 반복전회시켜서 동력을 발생케 하고, 이 발생된 운동에너지인 동력에 의하여 발전기(9)에서 전기에너지 또는 기계에너지로 변환시키게 되는 것이다.

상기의 같이 종래의 파도의 운동을 이용한 에너지 생성장치는 그 원리에 있어서, 파도의 요동에 따른 부유체의 진동에너지가 앙카체와 부력구동 전달장치의 풀리를 정ㆍ부 방향으로 반복전회시켜 동력을 얻고 있으나, 상기 파도의 진동에너지의 성분은 수직성분이고 이 수직성분의 에너지가 사선으로 설치된 풀리사이의 와이어의 왕복운동으로 바뀌게 되면 상기 수직성분과 교차하는 사선의 각도차 만큼의 에너지 손실을 가져와 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파도의 요동에 따른 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 때, 진동방향과 같은 선상에서 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있도록 하기 위하여, 부유체의 운동이 이루어질 수 있는 콘크리트 구조물을 설치한 후 상기 구조물 내에 부유체를 띄우고, 부유체의 상하진동운동을 전달할 수 있는 동력전달수단을 설치하여 상기 동력전달수단으로부터 전달된 운동에너지를 발전기를 이용하여 전기에너지를 생성하는 파도를 이용한 에너지 변환장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 파도를 이용한 에너지 변환장치의 예시도

도 2는 도 1의 동력발생발전기와 전동부와의 연결 상태도

도 3은 도 1의 간ㆍ만조에 따른 작동 설명도

도 4는 상기 종래 발전장치의 파력과 조력에 따른 에너지 상태도

도 5는 본 발명인 파도를 이용한 에너지 변환장치의 예시도

도 6은 도 5의 콘크리트 구조물을 설명하기 위한 예시도

도 7은 도 5의 부유체와 동력전달장치의 연결 상태를 설명하기 위한 사시도

도 8은 도 5의 동력전달장치와 연결된 발전장치를 설명하기 위한 상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 기초 콘크리트 15: 지지기둥

20: 상판 25: 부유체

30: 동력전달막대 30a: 래크

35: 동력전달봉 35a: 숫나사

40: 연결부 45: 보강 플레이트

50: 암나사 55: 피니언

60: 피니언 지지대 65: 발전기

이하에서는 본 발명의 실시예의 구성 및 작용에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명인 파도를 이용한 에너지 변환장치의 예시도이다.

도 6은 도 5의 콘크리트 구조물을 설명하기 위한 예시도이다.

도 7은 도 5의 부유체와 동력전달장치의 연결 상태를 설명하기 위한 사시도이다.

도 8은 도 5의 동력전달장치와 연결된 발전장치를 설명하기 위한 상태도이다.

상기 도 5, 6, 7, 8을 참조하여 구성에 대하여 설명하면, 본 발명은 콘크리트 구조물과 동력전달부, 발전부의 세가지로 나누어 설명할 수 있다.

먼저, 콘크리이트 구조물에 대하여 설명하면, 바다의 바닥에 설치되어 모든 장치의 하중을 견디고 파도의 범람이나 해일에도 견딜 수 있도록 시공되는 기초 콘크리트(10)와, 상기 기초 콘크리트(10)에 수직으로 세워져 부유체(25)의 파도에 의한 진동에도 이탈하지 못하도록 하며, 상부의 하중을 기초 콘크리트(10)에 전달하는 지지기둥(15)과, 상기 지지기둥(15)을 덮고 발전을 하기 위한 모든 장치가 설치되는 상판(20)으로 구성된다. 상기 콘크리트 구조물에 대한 상세한 모습은 도 6의 예시도에 나와있는 것처럼, 기초 콘크리트(10) 위에 지지기둥(15)이 세워져 있고, 각 지지기둥(15)의 설치 형태는 사각형의 부유체(25)가 웬만한 파도에도 이탈할 수 없도록 되어 있으며, 상기 지지기둥(15)을 덮는 상판(20)은 가운데 사각 구멍이 뚫려져 있고 마찰을 줄일 수 있도록 윤활유가 첨가되어 후술되는 동력전달막대(30)의 상하 이동로가 된다.

또한, 동력전달부에 대해 설명하면, 상기 콘크리이트 구조물의 지지기둥(15)에 둘러싸여 있으며, 물보다 가볍고 해수에서 부력을 가지도록 되어있어 해면에 떠서 해수의 파도에 의한 진동이 가능한 부유체(25)와, 상기 부유체(25)에 결합되어 파도에 의한 부유체(25)의 진동을 전달하도록 부유체(25)의 가운데에 뚫린 구멍을 통하여 고정되어 있는 동력전달봉(35)과, 상기 동력전달봉(35)과 연결되어 발전부에 진동에너지를 전달하는 동력전달막대(30)와, 상기 동력전달봉(35)과 동력전달막대(30)를 연결시키되 파도의 요동시 발생하는 상,하 운동이외의 좌,우 운동에 의한 동력전달막대(30)의 좌,우 흔들림을 줄이기 위해 고리모양으로 연결되어 파도의 상,하 운동만을 동력전달막대(30)에 전달하도록 하는 연결부(40)로 구성된다.

상기에서 동력전달장치와 부유체(25)와의 연결 상태를 도 7을 참조하여 상세히 설명하면, 도 7에서 보면 알 수 있듯이, 부유체(25)와 동력전달봉(35)이 연결되기 위해서는 고정할 수 있는 장치가 필요하다. 상기 연결장치는 각 2개의 암나사(50)와 보강플레이트(45), 그리고 동력전달봉(35)의 숫나사(35a)로서, 상기 부유체(25)에 뚫여져 있는 구멍에 동력전달봉(35)를 끼우고 보강플레이트(45)를 결합한후 각각 위, 아래에서 암나사(50)를 동력전달봉(35)의 숫나사(35a)와 결합하여 연결이 완성된다. 상기에서 동력전달봉(35)은 상술한 동력전달막대(30)와 연결부(40)에 의해 연결되어, 부유체(25)의 상,하 진동이 상기 동력전달봉(35)과 동력전달막대(30)인 동력전달장치에 의해 발전부로 전달되게 된다. 또한, 상기 동력전달막대(30)는 도 7에서 예시된 대로 상,하 진동에 의한 에너지를 전달할 수 있도록 상판(20)에 뚫여진 사각 구멍을 통하여 발전부와 연결되며, 동력전달막대(30)의 상단부에는 래크(30a)가 있어, 상기 래크(30a)에 의해 상,하 진동이 발전부의 피니언(55)으로 전달된다.

마지막으로, 발전부에 대하여 도 8을 참조하여 설명하면, 상기 동력전달부의 동력전달막대(30)의 래크(30a)와 맞물려 회전하는 피니언(55)과, 상기 피니언(55)의 회전운동을 지지해 주는 피니언 지지대(60)와, 상기 피니언(55)에 의한 회전동력에 의해 전기에너지를 생성하는 발전기(65)로 구성된다.

상기의 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명인 파도를 이용한 에너지 변환장치가 바다에 설치되면, 파도의 진동과 동시에 부유체(25)는 상,하 운동 및 좌, 우 운동의 혼합형태로 운동을 하게 되며, 상기 부유체(25)에 결합된 동력전달봉(35)은 부유체(25)의 운동을 동력전달막대(30)로 전달하게 된다. 상기에서 동력전달봉(35)은 상,하 운동 및 좌, 우 운동까지 이루어지나, 동력전달봉(35)과 동력전달막대(30)를 연결시키는 연결부(40)에 의해 좌,우 운동을 제외한 상,하 운동만이 동력전달막대(30)를 통하여 전달된다. 상기 동력전달막대(30)로 전달된 상,하 진동은 동력전달막대(30)의 래크(30a)와 맞물린 피니언(55)에 전달되어 회전운동으로 바뀌어 지게 되고, 상기 회전력에 의한 피니언(55)의 회전은 발전기(65)에 전달되어 전기에너지를 생성하게 된다.

상기의 모든 과정을 거쳐서 본 발명이 의도하는 데로 파도를 이용한 에너지 변환장치가 구현된다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 파도의 요동에 따른 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 때, 진동방향과 같은 선상에서 진동에너지를 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있도록 하기 위하여, 부유체의 파도에 따른 운동이 자유롭게 되도록 하면서 이탈하지 않도록 하는 콘크리트 구조물을 설치한 후 상기 구조물 내에 부유체를 띄우고, 부유체의 상하진동운동을 전달할 수 있는 동력전달수단을 설치하여 상기 동력전달수단으로부터 전달된 운동에너지를 발전기를 이용하여 전기에너지를 생성하여 파도의 진동에너지를 전기에너지로 바꾸는 효과와 기존의 발전에 비해 에너지 전환과정이 단조로와 에너지 효율의 증대 및 설치의 간단함 등의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 수면위에 띄어져 파도에 따라서 운동하는 부유체와,

   상기 부유체와 연동하여 에너지를 변환하는 에너지변환수단과,

   상기 부유체의 상면에 고정되어 부유체의 운동을 상기 에너지변환수단에 전달하는 동력전달수단과,

   상기의 부유체의 운동이 상,하 운동으로 유지될 수 있도록 상기 부유체를 안내하는 기초구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 파도를 이용한 에너지 변환장치.
2. 청구항 1항에 있어서, 상기 기초구조물은,

   바다의 바닥에 설치되어 모든 장치의 하중을 견디도록 시공되는 기초 콘크리트(10)와,

   상기 기초 콘크리트(10)에 수직으로 세워져 부유체(25)가 파도에 의한 진동에도 이탈하지 못하도록 하며, 상기 부유체(25)의 운동이 상,하 운동으로 되도록 안내하는 복수의 지지기둥(15)과,

   상기 복수의 지지기둥(15)을 상호 고정하며, 상기의 에너지변환수단이 설치되는 상판(20)으로 구성된 것을 특징으로 하는 파도를 이용한 에너지 변환장치.
3. 청구항 1항에 있어서, 상기 동력전달수단은,

   상기 부유체(25)에 결합되어 파도에 의한 부유체(25)의 운동을 전달하도록 부유체(25)의 상면 소정 위치에 고정되어 있는 동력전달봉(35)과,

   상기 동력전달봉(35)과 연결되어 상기 기초구조물 상판(20)의 에너지변환수단에 에너지를 전달하는 동력전달막대(30)와,

   상기 부유체(25)가 좌,우로 흔들릴 때에도 부유체(25)의 상,하 운동만을 동력전달막대(30)에 전달하도록 상기 동력전달봉(35)과 동력전달막대(30)가 힌지결합하는 연결부(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 파도를 이용한 에너지 변환장치.
4. 청구항 3항에 있어서, 상기 동력전달막대는,

   상,하 진동에 의한 운동을 회전운동으로 바꿀수 있는 래크(30a)가 있는 것을 특징으로 하는 파도를 이용한 에너지 변환장치.
5. 청구항 1항에 있어서, 상기 에너지변환수단은,

   상기 동력전달수단의 동력전달막대(30)의 래크(30a)와 맞물려 회전하는 피니언(55)과,

   상기 피니언(55)에 의한 회전동력에 의해 전기에너지를 생성하는 발전기(65)로 구성된 것을 특징으로 하는 파도를 이용한 에너지 변환장치.