KR20020071492A - 파력발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 바다에서 발생된 파도의 힘에 의해 전력을 발생시키는 파력발전장치에 관한 것으로서, 메인프레임과; 상기 메인프레임의 일측에 배치되어 전력을 발생시키는 단일의 발전기와; 상기 발전기 내에 장착된 회전자와 연결되며 상기 발전기로부터 길게 연장되어 상기 회전자를 회전시키는 단일의 회전축과; 상호 이격간격을 두고 상기 회전축의 길이방향에 대해 가로로 배치되는 복수의 보조축과; 상기 회전축과 상기 복수의 보조축이 상호 접촉하는 영역에 각각 마련되어 상기 복수의 보조축의 개별적인 회전을 상기 회전축으로 전달하는 베벨기어부와; 상기 바다의 수면에 올려져 상기 파도에 의해 승강하는 복수의 부력구와; 상기 복수의 부력구에 각각 결합되어 상기 복수의 부력구와 함께 승강하며 적어도 일부구간에서 상기 보조축과 결합되어 승강시 상기 보조축을 일방향으로 회전시키는 복수의 부력축을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 간단한 구조로 인해 실용화가 쉽게 될 수 있으면서도 설치 후 유지보수가 용이한 파력발전장치가 제공된다.

Description

파력발전장치{Electric apparatus for waves}

본 발명은, 파력발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단한 구조로인해 실용화가 쉽게 될 수 있으면서도 설치 후 유지보수가 용이한 파력발전장치에 관한 것이다.

현대사회에서 가장 많은 연료원으로 사용되는 석유는 점차 산유국의 매장량이 감소됨으로써 장래의 에너지 수급전망은 매우 불투명해지고 있다.

이러한 석유자원의 고갈 문제와 발맞추어 대두되기 시작한 새로운 에너지원으로는 풍력, 태양력 및 파력 등의 자연에너지를 이용하여 전기나 열을 얻어내는 것이다. 그러나, 풍력은 자연조건에 해당되지 못하는 곳, 예를 들어, 바람이 거의 불지 않는 곳에서는 그 에너지를 얻어 낼 수 없다는 단점이 있다.

그리고, 태양력은 태양계에 위치한 지구의 그 어디에서도 얻어 낼 수 있는 이점이 있으나, 태양에너지를 이용하여 전기나 열을 생산하는데는 쉽지 않은 기술력이 필요할 뿐만 아니라 태양광이 비치지 않는 저녁이나 새벽, 구름이 많이 낀 날 등에는 그 에너지를 이용할 수 없다는 단점이 있다.

이에 반해, 바다에서 자연적으로 발생되는 파력은 매일같이 얻어 낼 수 있는 자연 에너지인 바, 파력발전장치를 바다에 설치하기만 한다면 파력에 의한 에너지를 얻어내기가 수월하다.

도 1은 등록특허공보 등록번호 10-0299741호에 개시된 종래의 파력발전장치에 대한 도면이다. 이 도면에 도시된 종래의 파력발전장치는, 파도가 칠 때, 부력통(8)은 큰 부력을 받게되어 위로 올라가게 되므로 치차막대(9)도 상승하면서 상향치차(10)를 회전시키게 되고 구동치차(12)와 하강치차 (11)를 동시에 회전시킨다.

이 때, 하강치차(11)로 전달된 동력은 하강치차(11)사이에 설치된 래쳇휠에의하여 동력이 차단된 상태에서 자유롭게 치차막대(9)에 따라 회전한다. 파도가 지나간 후에 부력통(8)은 아래로 내려가므로 이때에 치차막대(9)가 하강하면 하향치차(11)의 회전력은 구동치차(12)와 상향치차(10)에 전달되고 이때 상향치차(12)로 전달되는 회전력은 상기와 동일한 작용에 의하여 래쳇휠에 의하여 차단된다. 이러한 원리로 발전기(13)가 구동된다.

그런데, 이러한 종래의 파력발전장치에 있어서는, 치차막대의 상하 운동을 모두 사용하여 발전기를 구동시키고 있다. 그러나, 치차막대의 상승운동은 발전기의 구동에 사용될 수는 있으나, 치차막대가 하강될 경우에는 그 자중에 의해 하강되고 또한, 하강되는 높이는 뒤따르는 파도에 의해 낮을 수밖에 없는 바, 치차막대의 하강운동을 발전기의 구동으로 연결하기는 곤란하다는 것을 간과하고 있다.

또한, 각 치차막대마다 하나씩의 발전기를 사용하고 있는 바, 그 구조가 복잡하고 설치비용이 많이 소요되어 실용화되기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 설치 후, 유지보수하기가 용이하지 않다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 간단한 구조로 인해 실용화가 쉽게 될 수 있으면서도 설치 후 유지보수가 용이한 파력발전장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 파력발전장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 파력발전장치의 개략적인 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 파력발전장치의 부분 확대도,

도 4는 베벨기어부영역의 분해 사시도,

도 5a 및 도 5b는 각각 부력구의 승강에 따른 일방향클러치의 작동상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 메인프레임 22 : 보조프레임

30 : 발전기 40 : 회전축

50a,50b : 보조축 55 : 베벨기어부

60a~60f : 부력구 70a~70f : 부력축

74 : 기어홈 75 : 일방향클러치

상기 목적은, 본 발명에 따라, 바다에서 발생된 파도의 힘에 의해 전력을 발생시키는 파력발전장치에 있어서, 메인프레임과; 상기 메인프레임의 일측에 배치되어 전력을 발생시키는 단일의 발전기와; 상기 발전기 내에 장착된 회전자와 연결되며 상기 발전기로부터 길게 연장되어 상기 회전자를 회전시키는 단일의 회전축과; 상호 이격간격을 두고 상기 회전축의 길이방향에 대해 가로로 배치되는 복수의 보조축과; 상기 회전축과 상기 복수의 보조축이 상호 접촉하는 영역에 각각 마련되어 상기 복수의 보조축의 개별적인 회전을 상기 회전축으로 전달하는 베벨기어부와; 상기 바다의 수면에 올려져 상기 파도에 의해 승강하는 복수의 부력구와; 상기 복수의 부력구에 각각 결합되어 상기 복수의 부력구와 함께 승강하며 적어도 일부구간에서 상기 보조축과 결합되어 승강시 상기 보조축을 일방향으로 회전시키는 복수의 부력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 복수의 보조축에 인접한 상기 복수의 부력축의 단부영역에는 기어홈이 형성되어 있으며, 상기 기어홈에 대응하도록 상기 복수의 보조축에는 상기 기어홈에 맞물려 상기 복수의 부력축의 승강 운동을 상기 복수의 보조축의 회전 운동으로 변환시키는 클러치가 마련되어 있다.

이 때, 상기 클러치로는 상기 부력축이 상승할 경우 상기 보조축을 회전시키는 방향으로 형성된 일방향클러치인 것이 바람직하다.

상기 메인프레임에는 복수의 보조프레임이 마련되어 있으며, 상기 복수의 보조프레임 중 적어도 어느 하나에는 상기 부력축이 관통하여 배치되는 관통공이 형성되어 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 파력발전장치의 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 파력발전장치의 부분 확대도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파력발전장치는, 메인프레임(20)과, 메인프레임(20)의 일측에 배치되어 전력을 발생시키는 발전기(30)와, 발전기(30)로부터 연장된 단일의 회전축(40)과, 상호 이격간격을 두고 회전축(40)의 길이방향에 대해 가로로 배치되는 복수의 보조축(50a,50b)과, 회전축(40)과 복수의 보조축(50a,50b)이 상호 접촉하는 영역에 각각 마련되어 복수의 보조축(50a,50b)의 개별적인 회전을 회전축(40)으로 전달하는 베벨기어부(55)와, 바다의 수면에 올려져 파도에 의해 승강하는 복수의 부력구(60a~60f)와, 복수의 부력구(60a~60f)에 각각 결합되어 복수의 부력구(60a~60f)와 함께 승강하며 적어도 일부구간에서 복수의 보조축(50a,50b)과 결합되어 승강시 복수의 보조축(50a,50b)을 일방향으로 회전시키는 복수의 부력축(70a~70f)을 포함한다.

메인프레임(20)은 사각틀 형상으로 이루어져 바다에 놓인다. 이 때, 메인프레임(20)은 수분에 의해 녹스는 것을 방지할 수 있는 예를 들어, 알루미늄, 동, 혹은 플라스틱과 같은 내부식성 재질로 이루어지는 것이 유리하다.

메인프레임(20)에는 복수의 보조프레임(22)이 마련되어 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 보조프레임(22)들은 메인프레임(20)의 하부를 연결하는 부분과 메인프레임(20)의 상부를 연결하는 부분들로 이루어져 있다. 이들 보조프레임(22)의 판면에는 부력축(70a~70f)이 관통하여 배치되는 관통공(22a)이 형성되어 있다. 이에, 보조프레임(22)의 관통공(22a) 내에 부력축(70a~70f)이 관통하여 배치된 상태에서 부력축(70a~70f)이 승강하면 부력축(70a~70f)은 그 위치를 이탈하지 않고 원활하게 승강될 수 있다.

이들 보조프레임(22) 역시, 메인프레임(20)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 메인프레임(20)과 보조프레임(22)이 금속재질로 이루어짐에도 불구하고 수면 아래로 완전히 잠기지 않는 이유는 메인프레임(20) 및 보조프레임(22) 중 일측에 장착된 부력체(25) 때문일 것이다. 따라서, 부력체(25)들의 크기 및 개수는 메인프레임(20) 및 보조프레임(22)이 잠기지 않을 정도로 설치해야 함은 당연한 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 파력발전장치가 수심이 낮은 바다에 설치된다면 부력체(25)를 마련하지 않고 메인프레임(20)을 길게 형성하여 바다의 저면에 고정시킬 수도 있는 것이다.

메인프레임(20)의 일측에 배치된 단일의 발전기(30)는 통상의 것과 마찬가지로 도시 않은 영구자석 내에서 회전자가 회전하면서 전기를 발생시킨다. 따라서, 이러한 발전기(30)를 통해 전기를 발생시키고자 한다면 회전자를 회전시키는 힘이 필요하다. 이에, 본 발명에서는 회전축(40)의 일단을 회전자와 결합시키고 보조축(50a,50b), 베벨기어부(55), 부력구(60a~60f) 및 부력축(70a~70f) 등에 의해 회전축(40)을 회전시킴으로써 회전자가 회전될 수 있도록 하고 있다.

복수의 보조축(50a,50b)은 봉형상을 가지며 회전축(40)의 길이방향에 대해 가로로 배치되어 있다. 이하의 설명중에는 참조번호 50a를 제1 보조축이라 하고, 참조번호 50b를 제2 보조축이라고도 설명한다.

회전축(40)과 복수의 보조축(50a,50b)이 상호 접촉하는 영역에는 복수의 보조축(50a,50b)의 개별적인 회전 운동 일체를 회전축(40)으로 전달하는 베벨기어부(55)가 마련되어 있다. 베벨기어부(55)는 도 4에 도시된 바와 같이, 보조축(50a,50b) 측에 마련된 제1베벨기어(55a)와, 회전축(40) 측에 마련된 제2베벨기어(55b)로 이루어져 있다.

복수의 부력구(60a~60f)는 내부에 공기가 차있는 상태로 바다의 수면에 올려진다. 이처럼 바다의 수면에 놓인 상태에서 파도가 치게 되면 부력구(60a~60f)는 파도의 높낮이에 따라 승강될 수 있다. 도 1과 도 2에는 복수의 부력구(60a~60f)의 형상이 서로 다르게 되어 있지만, 부력구(60a~60f)는 어떠한 형상을 갖더라도 무관한 것이다.

이 때, 도 5a를 참조한다면, 파도의 높낮이에 따라 승강되는 부력구(60a)와 함께 부력축(70a) 역시 승강하면서 이에 해당하는 보조축(50a)을 일방향으로 회전시키게 된다. 이처럼 부력축(70a)이 승강하면서 이에 해당하는 보조축(50a)을 일방향으로 회전시키기 위해서는 어느 일 영역에서 보조축(50a)과 부력축(70a)은 상호 기어식으로 맞물려야만 한다.

이에, 본 발명에서는 복수의 보조축(50a,50b)에 인접한 부력축(70a~70f)의 단부영역에 기어홈(74)을 마련하고, 이 기어홈(74)에 대응하도록 보조축(50a,50b)에는 기어홈(74)에 맞물려 부력축(70a~70f)의 승강 운동을 복수의 보조축(50a,50b)의 회전 운동으로 변환시키는 클러치를 마련하고 있다.

여기서, 부력축(70a~70f)이 승강할 때마다 기어홈(74) 및 클러치에 의해 보조축(50a,50b)이 정역방향으로 회전해서는 안된다. 즉, 보조축(50a,50b)은 항상 일방향으로만 회전되어야만 한다. 이를 위해, 보조축(50a,50b)에 형성된 클러치는 부력축(70a~70f)이 상승할 경우 보조축(50a,50b)을 회전시키는 방향으로 형성된 일방향클러치(75)로 채용하고 있다.

이러한 구성을 갖는 파력발전장치의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면과 같이 설치된 상태에서 파도가 발생하면 발생된 파도에 의해 복수의 부력구(60a~60f)는 승강한다. 파도에 의해 부력구(60a~60f)가 상승하면, 부력구(60a~60f)에 결합된 부력축(70a~70f) 역시 상승한다.

이 때, 도 5a를 참조하면 부력축(70a)에 마련된 기어홈(74)은 보조축(50a)에 마련된 일방향클러치(75)에 기어식으로 맞물려 있는 바, 부력축(70a)이 상승함에 따라 보조축(50a)은 일방향으로 회전할 수 있다. 이러한 방법으로 제1 보조축(50a)에 결합되어 있는 여러개의 부력축(70a~70c)에 의해 제1 보조축(50a)은 회전할 수 있으며, 최종적으로 제1 보조축(50a)은 베벨기어부(55)에 의해 발전기(30)의 회전축(40)을 회전시키게 된다.

이처럼, 제1 보조축(50a)을 회전시킨 여러개의 부력축(70a~70c)은 다시 자중에 의해 하향한다. 이 때, 도 5b를 참조하면 부력축(70a)에 마련된 기어홈(74)은 보조축(50a)에 마련된 일방향클러치(75)의 회전에 아무런 영향을 미치지 않는다. 즉, 파력 및 자중에 의해 부력축(70a)은 그냥 하향하게 된다. 이렇게 설계한 이유는 부력축(70a)의 하향 이동 운동은 미비하기 때문일 것이다.

마찬가지로, 제2 보조축(50b)에 결합되어 있는 여러개의 부력축(70d~70f)에 의해 제2 보조축(50b) 역시 일방향으로 회전할 수 있게 되고 제2 보조축(50b)의 회전운동은 베벨기어부(55)에 의해 전술한 회전축(40)을 회전시키게 된다.

이러한 방식으로 회전축(40)이 회전되는 것은 보조축을 설치한 개수에 따라동일하게 이루어질 수 있다. 따라서, 회전축(40)의 회전속도가 그만큼 빨라질 수 있어 발전기(30)에서 정상적인 전기를 생산할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 간단한 구조로 인해 실용화가 쉽게 될 수 있으면서도 설치 후 유지보수가 용이한 파력발전장치가 제공된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 간단한 구조로 인해 실용화가 쉽게 될 수 있으면서도 설치 후 유지보수가 용이한 파력발전장치가 제공된다.

Claims (4)

1. 바다에서 발생된 파도의 힘에 의해 전력을 발생시키는 파력발전장치에 있어서,

   메인프레임과;

   상기 메인프레임의 일측에 배치되어 전력을 발생시키는 단일의 발전기와;

   상기 발전기 내에 장착된 회전자와 연결되며 상기 발전기로부터 길게 연장되어 상기 회전자를 회전시키는 단일의 회전축과;

   상호 이격간격을 두고 상기 회전축의 길이방향에 대해 가로로 배치되는 복수의 보조축과;

   상기 회전축과 상기 복수의 보조축이 상호 접촉하는 영역에 각각 마련되어 상기 복수의 보조축의 개별적인 회전을 상기 회전축으로 전달하는 베벨기어부와;

   상기 바다의 수면에 올려져 상기 파도에 의해 승강하는 복수의 부력구와;

   상기 복수의 부력구에 각각 결합되어 상기 복수의 부력구와 함께 승강하며 적어도 일부구간에서 상기 보조축과 결합되어 승강시 상기 보조축을 일방향으로 회전시키는 복수의 부력축을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 보조축에 인접한 상기 복수의 부력축의 단부영역에는 기어홈이 형성되어 있으며, 상기 기어홈에 대응하도록 상기 복수의 보조축에는 상기 기어홈에 맞물려 상기 복수의 부력축의 승강 운동을 상기 복수의 보조축의 회전 운동으로 변환시키는 클러치가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 클러치는 상기 부력축이 상승할 경우 상기 보조축을 회전시키는 방향으로 형성된 일방향클러치인 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 메인프레임에는 복수의 보조프레임이 마련되어 있으며, 상기 복수의 보조프레임 중 적어도 어느 하나에는 상기 부력축이 관통하여 배치되는 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.