KR20070114385A - Wave activied power device and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파력으로부터 전기 에너지를 꺼내어 발전시키는 파력 발전 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wave power generating apparatus and method for extracting and generating electrical energy from wave power.
파력 발전은 해양의 파도 에너지를 동력으로 하여 터빈을 회전시킴과 아울러 발전기를 작동시키고, 이것을 전기 에너지로 변환하여 이용한다. 이 파도 에너지를 이용하기 위해서는, 이것을 공기 에너지나 기계적 에너지 등의 역학적 에너지로 변환한다. 그리고, 이 변환된 역학적 에너지를 다시 터빈이나 발전기 등을 이용하여 전기 에너지로서 꺼낸다. The wave power generation uses the wave energy of the ocean as the power to rotate the turbine and to operate the generator, which is converted into electrical energy and used. In order to use this wave energy, it converts into mechanical energy, such as air energy and mechanical energy. And this converted mechanical energy is taken out again as electrical energy using a turbine, a generator, etc.
즉, 이 파력 발전은 파력을 공기 에너지로 변환하고, 이에 기초하여 터빈을 회전시키는 방식과, 파력을 기계적인 에너지로 변환하고, 이에 기초하여 터빈을 회전시키는 방식의 2가지로 크게 나뉘게 된다. That is, the wave power generation is largely divided into two types: a method of converting wave power into air energy and rotating the turbine based on it, and a method of converting wave power into mechanical energy and rotating the turbine based on it.
파력을 공기 에너지로 변환하는 방식으로서, 종래 도 14에 도시한 바와 같은 파력 발전 장치(106)가 제안된 바 있다. 이 파력 발전 장치(106)는 항만 등의 해저에 설치한 광역 면적의 마운드(101)에 방파제(102)를 구축하고, 방파제(102)에 케이슨을 상하 방향으로 조립해 넣고, 외양수 중으로 통하는 개구부(103a)를 형성시킴과 아울러 방파제(102)에 고정 장착된 공기실(103)과, 해당 공기실(103)의 상 부에 배열 설치된 공기 댐퍼실(104) 및 발전실(105)을 구비하고 있다. As a method of converting wave power into air energy, a wave
파력 발전 장치(106)는 공기실(103)과 공기 댐퍼실(104)을 연통시킨 통기공(107)과, 공기 댐퍼실(104)과 발전실(105)을 연통시킨 입력구(108) 및 발전실(105)과 외부를 연통시킨 흡배기구(109)를 각 실의 격벽에 형성시키고 있다. The
또한 통기공(107)에는 먼지 제거용 스크린(110)이 형성되고, 입력구(108)에는 공기 댐퍼실(104) 내부를 향하여 입력관(111)이 부착되며, 그 선단에는 플로트 밸브(112)가 더 배열 설치되어 있다. 발전실(105)의 입력구(108)에는 터빈(113) 및 발전기(114)가 배열 설치되어 있다. 이러한 구성으로 이루어지는 파력 발전 장치(106)는 외양의 파도가 공기실(103)의 수면을 승하강시키고, 내부의 공기를 요동시킴으로써 터빈(113) 및 발전기(114)를 작동시켜 전기 에너지를 얻는다. In addition, the
또한 특히 최근에 특별한 복잡한 기구를 사용하지 않고, 공기실 등 건물의 높이를 높게 하지 않고도 유체가 갖는 성질을 이용함으로써 발전실(105)로의 해수의 침입을 방지하는 것이 가능한 파력 발전 장치도 제안된 바 있다(예컨대 특허 문헌 1 참조.) In addition, recently, a wave power generation device capable of preventing the intrusion of seawater into the
이 특허 문헌 1에 있어서 개시되는 파력 발전 장치(130)에서는, 예컨대 도 15에 도시한 바와 같이, 공기실(133)과 터빈(143)·발전기(144)를 수납한 발전실(135) 사이에 해수 감세실(152)을 설치하고, 공기실(133)과 해수 감세실(152)을 통기관(153)으로 연통시키고, 해수 감세실(152)과 발전실(135)의 터빈(143)을 입력관(154)으로 연통시키고 있다. In the
이 파력 발전 장치(130)에서는, 공기실(133) 내의 파도 압력이 상방의 공기 를 승하강시키고, 통기관(153), 해수 감세실(152)을 통하여 연결되어 있는 터빈(143)을 작동시킴으로써 전기 에너지를 취득하는 것인데, 이상 파고가 작용하였을 때의 해면 상승 시에는 공기실(133)로부터 상방으로 빠져나오는 공기는 통기관(153)에 의해 충분히 작게 압축되고, 해수 감세실(152)에서 확장되게 된다. 그 결과, 해수 감세실(152)에서는 해면의 상승 속도가 느려지기 때문에 특별한 기구를 설치하지 않고도 해수의 이상 상승으로 인한 영향을 방지할 수 있다. In the
또한 파력을 기계적인 에너지로 변환하는 방식으로서, 파력으로부터 진자를 통하여 발전기에 힘을 가하는 소위 진자식이라 불리는 파력 발전 장치도 제안된 바 있다. 이 진자식에서는 파도 에너지를 수압판의 진자 운동으로 포착하여 유압으로 변환하는 파력 발전 방식이다. In addition, as a method of converting the wave force into mechanical energy, a so-called pendulum generator, which applies a force to the generator through the pendulum from the wave force, has also been proposed. In this pendulum method, wave energy is captured by the pendulum motion of the hydraulic plate and converted into hydraulic pressure.
통상, 앞바다 쪽에서 진행해 온 파도가 벽에 부딪치면, 후퇴하는 파도가 발생하고, 양쪽의 파도가 서로 섞여 벽 앞에 정상파라 불리는 파도가 생긴다. 이 정상파는 물 입자가 상하동하는 진동의 "배"와 수평 운동을 하는 "마디"의 부분으로 이루어지며, 이 마디 부분에 가동물체를 놓으면 그 에너지를 흡수할 수 있다. 진자식은 이러한 가동물체로서 진자를 적용하는 것이다. Normally, when a wave traveling from the offshore side hits a wall, a retreating wave occurs, and waves on both sides are mixed with each other to create a wave called a standing wave in front of the wall. The standing wave is composed of a "fold" of the oscillation of the water particles, and a "node" in horizontal motion, and when the animal is placed on the node, the energy can be absorbed. Pendulum is the application of pendulum as this pseudo-animal.
또한 파력 발전용 터빈에 관해서도 특히 최근에 연구가 진전되어, 예컨대 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이 파도가 가져오는 에너지를 최대한 도입하는 것이 가능한 파력용 안내판 공기 분출구 있는 밸브 터빈도 제안된 바 있다. 이 특허 문헌 2에서 개시되어 있는 터빈에서는 터빈 외장부의 상하에 공기의 분출구, 흡인구이기도 한 틈새를 뚫고, 주변을 안내판을 겸하는 공기 분출구로 둘러싸고, 속 에 러너를 넣는다. In addition, particularly for a turbine for wave power generation, research has recently been made, and a valve turbine with a wave guide plate air ejection outlet capable of introducing the energy brought by the waves as much as possible, for example, has been proposed. In the turbine disclosed in
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평 10-246171호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-246171
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 2000-87838호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2000-87838
그런데, 전술한 종래의 파력 발전 장치에서는 파도의 에너지를 공기 에너지나 기계적 에너지 등의 역학적 에너지로 한 번 변환할 필요가 있는 바, 파도의 에너지로 직접 터빈 등을 회전시키는 구성과 비교하여 소량의 에너지밖에 취득할 수 없다. 즉, 파도의 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 경우와 비교하여 에너지 효율을 향상시키기가 어려웠다. 따라서, 초기 비용 쪽이 훨씬 비싸져, 파력 발전 자체의 실현화에 있어 커다란 장벽이 되었다. However, in the conventional wave power generation apparatus described above, it is necessary to convert the energy of the wave once into mechanical energy such as air energy or mechanical energy, so that a small amount of energy is compared with the configuration in which the turbine directly rotates with the energy of the wave. You can only acquire. That is, it is difficult to improve the energy efficiency compared with the case of directly converting the energy of the wave into electrical energy. Thus, the initial cost is much more expensive, which is a great barrier to the realization of wave power itself.
따라서 본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 에너지 효율을 보다 향상시키는 것이 가능한 파력 발전 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a wave power generation apparatus and method capable of further improving energy efficiency.
본 발명을 적용한 파력 발전 장치는, 전술한 과제를 해결하기 위하여, 서로 간격을 두고 각각 세워져 설치된 제1 벽 및 제2 벽과, 이 제1 벽의 하단에서 제2 벽의 하단에 걸쳐 대략 수평 방향을 향하여 배열 설치된 수평판에 의해 둘러싸여 이루어짐과 아울러, 제1 벽의 하부에 개구부가 형성된 유수실과, 유수실 내에 발생한 물의 와류에 상응하여 날개를 고정 장착시킨 회전축을 회전시키고, 그 회전축의 회전에 기초한 전기 에너지를 꺼내어 발전시키는 발전 수단을 구비한다. In order to solve the above-mentioned problems, the wave power generator device to which the present invention is applied is substantially horizontal in the horizontal direction from the bottom of the first wall to the bottom of the second wall and the first wall and the second wall, which are each set up at intervals. It is enclosed by a horizontal plate arranged toward the center, and the oil and water chamber with an opening formed in the lower part of the first wall, and the rotating shaft fixedly mounted in accordance with the vortices of water generated in the oil and water chamber are rotated, A power generation means for extracting and generating electrical energy is provided.
본 발명을 적용한 파력 발전 장치는 전술한 과제를 해결하기 위하여, 서로 간격을 두고 각각 세워져 설치된 제1 벽 및 하단이 해저면에 고정된 제2 벽과, 이 제1 벽의 하단에서 제2 벽에 걸쳐 대략 수평 방향을 향하여 배열 설치된 수평판에 의해 둘러싸여 이루어짐과 아울러, 상기 제1 벽의 하부에 개구부가 형성된 유수실과, 상기 유수실 내에 발생한 물의 와류에 상응하여 날개를 고정 장착시킨 회전축을 회전시키고, 그 회전축의 회전에 기초한 전기 에너지를 꺼내어 발전시키는 발전 수단을 구비한다. In order to solve the above-mentioned problems, the wave power generation device to which the present invention is applied includes a first wall and a bottom wall, each of which is set up at a distance from each other and a bottom wall is fixed to the sea bottom, and a bottom wall of the first wall is connected to the second wall. It is surrounded by a horizontal plate arranged in a substantially horizontal direction over the rotation, while rotating the oil and water chamber formed with an opening in the lower portion of the first wall, and the rotating shaft fixedly mounted in accordance with the vortex of water generated in the oil and water chamber, A power generation means for extracting and generating electrical energy based on the rotation of the rotary shaft is provided.
또한 본 발명을 적용한 파력 발전 방법은, 서로 간격을 두고 각각 세워져 설치된 제1 벽 및 제2 벽과, 이 제1 벽의 하단에서 제2 벽의 하단에 걸쳐 대략 수평 방향을 향하여 배열 설치된 수평판에 의해 둘러싸여 이루어짐과 아울러, 상기 제1 벽의 하부에 개구부가 형성된 유수실 내에서 물의 와류를 발생시키고, 해당 와류에 상응하여 날개를 고정 장착시킨 회전축을 회전시키고, 그 회전축의 회전에 기초한 전기 에너지를 꺼내어 발전시킨다. In addition, the wave power generation method to which the present invention is applied includes a first wall and a second wall which are installed at a distance from each other, and a horizontal plate arranged in a substantially horizontal direction from the lower end of the first wall to the lower end of the second wall. In addition, the vortex of the water is generated in the oil and gas chamber having an opening formed in the lower part of the first wall, the rotary shaft fixedly mounted with the vane is rotated corresponding to the vortex, and the electrical energy based on the rotation of the rotary shaft is generated. Take it out and develop it.
(발명의 효과)(Effects of the Invention)
원호 날개를 고정 장착시킨 회전축으로 이루어지는 수차는 이 정상 와류에 기초하여 반 시계 방향으로 회전하게 된다. 그 결과, 파도 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 것이 가능해지고, 공기 에너지나 기계적 에너지 등의 역학적 에너지로 한 번 변환하는 경우와 비교하여 에너지 효율을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 초기 비용을 억제하는 것이 가능해지고, 파력 발전 자체의 실현성을 크게 높이는 것이 가능해진다. The aberration consisting of the rotating shaft fixedly mounted with the circular arc blade rotates in the counterclockwise direction on the basis of the normal vortex. As a result, the wave energy can be directly converted into electrical energy, and energy efficiency can be further improved as compared with the case of converting once into mechanical energy such as air energy or mechanical energy. Therefore, it becomes possible to hold down an initial cost, and to greatly increase the implementability of wave power generation itself.
도 1은 본 발명을 적용한 파력 발전 장치를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a wave power generation apparatus to which the present invention is applied.
도 2는 발전부의 횡단면도이다. 2 is a cross-sectional view of the power generation unit.
도 3은 유수실 내에서 생성되는 정상 와류에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining a normal vortex generated in the oil and gas chamber.
도 4는 유수실 내에서 모퉁이에 모따기부를 형성한 예를 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an example in which a chamfer is formed at a corner in the oil and gas chamber.
도 5는 본 발명을 적용한 파력 발전 장치의 실험계에 대하여 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating an experimental system of a wave power generator according to the present invention.
도 6은 파도 1주기 당 수차의 회전수의 데이터를 도시한 도면이다. 6 is a diagram showing data of the number of revolutions of aberration per wave period.
도 7은 파도 1주기 당 수차의 회전수에 대하여 파장·유수실 폭비(L/B)를 가로축으로 한 데이터를 도시한 도면이다. FIG. 7 is a diagram showing data on the horizontal axis of the wavelength / flow path width ratio (L / B) with respect to the rotational speed of aberration per wave period.
도 8은 투과, 반사율의 관계를 보인 도면이다. 8 is a diagram showing a relationship between transmission and reflectance.
도 9는 원호 날개의 평균 회전각 속도의 데이터를 도시한 도면이다. 9 is a diagram showing data of an average rotation angle velocity of an arc blade.
도 10은 파도 주기(T)가 1.4s일 때의 원호 날개의 회전 속도의 시간적인 변화를 보인 도면이다. FIG. 10 is a diagram showing a temporal change in the rotational speed of the arc blade when the wave period T is 1.4 s. FIG.
도 11은 유수실 내에 수차를 설치하였을 때의 반사율과 투과율의 결과를 파장·유수실 폭비(L/B)의 변화로 보인 도면이다. Fig. 11 is a diagram showing the results of reflectance and transmittance when aberrations are provided in the oil and gas chamber as a change in the wavelength / oil and water chamber width ratio (L / B).
도 12는 유수실 내의 파고의 L/B에 따른 변화를 보인 도면이다. 12 is a view showing the change according to the L / B of the crest in the running water chamber.
도 13은 본 발명을 적용한 파력 발전 장치의 다른 예를 도시한 도면이다. It is a figure which shows the other example of the wave power generation apparatus which applied this invention.
도 14는 종래의 파력 발전 장치를 도시한 도면이다. 14 is a view showing a conventional wave power generator.
도 15는 종래의 파력 발전 장치를 도시한 다른 예이다. 15 is another example of a conventional wave power generator.
<부호의 설명><Description of the code>
1 : 파력 발전 장치 2 : 수직 하강벽 1: wave power generator 2: vertical falling wall
3 : 불투과벽 4 : 정수면 3: impermeable wall 4: water purification surface
5 : 해저부 6 : 해수 투과부 5: Sea bottom part 6: Sea water permeation part
7 : 개구부 8 : 몰수평판 7: opening 8: molar horizontal plate
9 : 모따기부 10 : 유수실 9: chamfer 10: running water room
11 : 발전부 12 : 원호 날개 11: power generation unit 12: arc wing
13 : 회전축 14 : 발전기 13: rotating shaft 14: generator
15 : 베어링 16 :원판15
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태로서 파력으로부터 전기 에너지를 꺼내어 발전시키는 파력 발전 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the wave power generation apparatus and method which take out electric energy from a wave power and generate | occur | produce it as a best form for implementing this invention are demonstrated in detail, referring drawings.
도 1은 본 발명을 적용한 파력 발전 장치(1)를 도시하고 있다. 이 파력 발전 장치(1)는 하부 투과형이고, 또한 이(異)흘수 2중 커튼식 구조이며, 해측의 수직 하강벽(2)의 흘수가 육측의 불투과벽(3)보다 얕아지도록 조정되어 있다. 즉, 수직 하강벽(2) 하단에 위치하는 흘수 하단부(2a)가 불투과벽(3) 하단에 위치하는 흘수 하단부(3a)보다 정수면(4)에 가까운 위치가 되도록 설치되어 있다. 또한 이들 수직 하강벽(2)과 불투과벽(3)은 서로 간격을 두고 평행하게 배치되어 이루어지며, 양 벽(2, 3) 사이에는 유수실(10)이 형성되어 있다. 덧붙여, 이 유수실(10) 내의 정수면(4)은 외부에 대하여 개방되어 있는 것이 전제가 된다. 1 shows a
이러한 이흘수 2중 커튼벽으로 구성되어 있는 파력 발전 장치(1)에 있어서, 불투과벽(3)의 흘수 하단부(3a)와 해저부(5) 사이에는 하부 통수 개구부(6a)가 형성되어 있다.In the
또한 하부 통수 개구부(6a)의 상단에 대략 일치하는 높이로, 그리고, 흘수 하단부(2a)에서 흘수 하단부(3a)에 걸쳐 수평 방향으로 몰수(沒水)평판(8)이 배열 설치되어 있다. 이 몰수평판(8)은 투과 파도 저감 및 파도의 작용에 따른 수직 하강벽(2) 하단으로부터 발생하는 와류수의 제어나, 그 제어 효과에 따른 앞바다를 향한 일방향 흐름의 생성을 가능하게 한다. 또한 수직 하강벽(2) 하단에서 몰수평판(8)에 이르기까지 개구부(7)가 형성되어 있다. 이 개구부(7)에서 유수실(10) 내로 해수가 오가게 된다. In addition, a water condensation
또한, 이 파력 발전 장치(1)는 유수실(10) 내의 특정 방향으로 발생한 해수의 와류를 동력으로 하여 발전시키는 발전부(11)가 배열 설치되어 있다. In addition, the
이 발전부(11)는 원호 날개(12)를 고정 장착시킨 소위 수차로서의 역할을 담당하는 회전축(13)과, 해수의 와류에 기초하여 이 회전축(13)을 회전 구동시킴으로써 전기 에너지를 꺼내어 발전시키는 도시하지 않은 발전기를 구비하고 있다. 덧붙여, 이 원호 날개(12)는 어떠한 형상으로 이루어지는 날개로 구성되어 있어도 좋다. The
도 2(a)는 이 발전부(11)를 도 1중 A방향에서 본 도면이고, 도 2(b)는 이 발전부(11)의 횡단면도이다. 원호 날개(12)는 예컨대 염화 비닐 등의 재료로 구성되 어 이루어지며, 회전축(13)의 주위에 대략 180° 간격으로 고정 장착되어 있다. 덧붙여, 이 원호 날개(12)는 상기 구성에 한정되는 취지가 아니며, 어떠한 형상으로 또한 어떠한 각도 간격으로 어떠한 장수로 구성되어 있어도 좋다. 또한 이 회전축(13)은 베어링(15)에 의해 지지되어 있다. 이 베어링(15)은 예컨대 회전체로서 구체를 사용한 볼 베어링 축받이 등이 적용되며, 회전축(13)의 회전에 수반되는 마찰을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 회전축(13)은 파력을 받아 원활하게 회전 구동하는 것이 가능해짐과 아울러, 그 위치가 강력하게 유지되게 된다. FIG. 2 (a) is a view of the
회전축(13)의 양단에는 각각 원판(16)이 배열 설치되어 있다. 이 원판(16)을 배열 설치함으로써 해수를 효과적으로 도입하여 원호 날개(12)를 추진시킬 수 있고, 나아가서는 회전축(13)의 회전 구동력을 증가시키는 것이 가능해진다. 덧붙여, 이 원판(16)의 구성은 생략할 수도 있다. 이 회전축(13)은 상하 방향에 있어서 수직 하강벽(2) 하단과 대략 같은 높이가 되도록 조정되어 있을 수도 있다. The
발전기(14)는 해수의 와류에 기초한 압력을 받아 파도 에너지를 회전축(13)에 기초한 회전 운동의 에너지로 변환하고, 이로부터 운동 에너지를 꺼내는 소위 원동기이다. The
또한, 이 도 2에 도시한 예에서는 원호 날개(12)가 회전축(13)으로 이루어지는 수차를 2기 설치하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이러한 구성에 한정되지 않으며, 1기 이상이면 어떠한 수로 구성되어 있어도 좋다. In addition, in the example shown in FIG. 2, the case in which two
이러한 구성으로 이루어지는 파력 발전 장치(1)에서는 몰수평판(8)과 해저 사이에 형성된 해수 투과부(6)에 의해 조류나 파랑류 등의 흐름의 통수 기능이 유 지됨과 아울러, 유수실(10) 내에서의 피스톤 모드의 파동 운동을 이용하여 흘수 하단부(3a)로부터 와류를 발생시키고, 파동 운동의 에너지를 최종적으로 일방향 흐름의 에너지로 효율적으로 변환한다.In the
이 때, 몰수평판(8)은 도 3에 도시한 바와 같이 유수실(10) 내에 도면 중의 상태에서 반 시계 방향의 와류를 집적함과 아울러, 이 와류가 해수 투과부(6) 중을 흐르는 유체에 간섭을 미치는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 달리 표현하면, 몰수평판(8)은 해수 투과부(6)에 있어서 전후 방향으로 연장되는 하부 통수로를 형성하는 것으로서, 특히 이 해수 투과부(6)의 천장면을 형성하는 역할을 한다. At this time, the molten
이러한 몰수평판(8)으로 형성되는 해수 투과부(6)에 의해 해수 투과부(6)를 흐르는 유체는, 도 3에 도시한 바와 같이 소정 방향의 수류로 강제로 정류되고, 또한 수직 하강벽(2)의 해측에 형성되는 시계 방향의 소용돌이의 영향을 강하게 받으므로 파도의 일주기 동안에서 평균화하면 해측으로 수송된다. 즉, 해수 투과부(6)를 형성하는 몰수평판(8)은 육측에서 해측을 향하는 해수의 평균 흐름을 야기하는 역할을 하게 되고, 이에 따라 항만의 안팎에서 해수의 교류가 보다 촉진되게 된다. The fluid flowing through the
또한 이러한 해수 투과부(6)를 설치함으로써 파도 운동에 따라 수직 하강벽(2) 하단으로부터 발생하는 반시계 방향의 와류가 유수실(10) 내에서 누적된다. 이 와류는 시간 위상과 관계없이 특정 회전 방향으로 정상적으로 발생한다. 이 정상 와류의 세기는 해수 투과부(6)를 통한 앞바다 방향의 평균 수송 유량의 크기와도 관련되어 있다. In addition, by installing the
따라서, 원호 날개(12)를 고정 장착시킨 회전축(13)으로 이루어지는 수차는 이 정상 와류에 기초하여 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그 결과, 파도 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 것이 가능해지고, 공기 에너지나 기계적 에너지 등의 역학적 에너지로 한 번 변환하는 경우와 비교하여 에너지 효율을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 초기 비용을 억제하는 것이 가능해지고, 파력 발전 자체의 실현성을 크게 높이는 것이 가능해진다. Therefore, the aberration made of the
또한, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이 유수실(10)의 적어도 한 모퉁이부에 대하여 모따기가 이루어진 모따기부(9)가 형성되어 있을 수도 있다. 이에 따라 전술한 정상 와류를 보다 효율적으로 생성하는 것이 가능해지고, 에너지 효율을 더욱 향상시키는 것도 가능해진다. In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, For example, as shown in FIG. 4, the
이하, 이러한 유수실(10) 내의 와류의 회전 운동 에너지를 원호 날개(12)에 의해 도입함에 따른 발전 이용에의 가능성에 대하여 검토한 결과에 대하여 설명을 한다. Hereinafter, the result of having examined the possibility of the use of electric power generation by introducing the rotational kinetic energy of the vortex in the oil-
이 검토 실험에 대하여 사용한 모델은 도 1에 도시한 바와 같은 파력 발전 장치(1)와 동일 단면으로서, 1기의 제방체 길이는 50cm이다. 실험에서는 이 파력 발전 장치(1)의 모형(21)을 2기 제작하여 1m의 수로 폭 전체를 차지하도록 하였다. 덧붙여, 제작한 모형(21)의 축척은 1/20이다. The model used for this examination experiment is the same cross section as the
다음, 이 제작한 파력 발전 장치(1)의 모형(21)을 조파수조 중에 설치한다. 이 조파수조(20)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 길이 100m, 폭 2m, 높이 2m의 긴 수로이다. 조파수조(20)는 콘크리트제의 격벽(28)에 의해 폭 방향으로 대략 2등분되어 있으며, 한쪽 1m 폭의 시험 수로(20a) 내에 이 파력 발전 장치(1)의 모형(21)을 2기 고정하였다. 이 조파수조(20)의 나머지 하나의 수로(20b)에는 단부에 투과성의 소파공(22)이 설치되어 있다. 이에 따라, 시험 수로(20a)에 있어서 평균 흐름이 발생하였을 때 용이하게 흐름이 환류되어 수위차가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.Next, the
시험 수로(20a)에서는 1/30 구배의 사면(25)이 형성되고, 그 꼭대기부(25a)에 매끄럽게 접속되도록 수평 바닥(26)이 부설되어 있다. 모형(21)은 이 수평 바닥(26) 상에서 도시하지 않은 볼트와 너트로 고정하였다. 덧붙여, 이 모형(21)의 회전축(13)의 설치 위치는 특정 파도 조건에 대하여 가장 회전수가 많다고 생각되는 위치를 여러 번의 시행 착오 후에 선정한 것이다. In the
또한 실험에서는 시험 수로 내의 1/30 사면의 시작단부 부근에 설치한 도시하지 않은 용량식 파고계로 입사파의 파고를 측정하였다. 또한 모형(21)으로부터의 반사 파도에 관해서는 이러한 모형(21)의 해측에 2대의 용량식 파고계를 설치하고, 수면 변동 기록을 읽음으로써 그 파고를 측정하였다. 또한, 이들 2대의 파고계의 수면 변동 기록으로부터 입반사 파도의 분리 추정법을 통하여 반사율을 구하였다. In the experiment, the wave height of the incident wave was measured using a capacitive wave height meter not shown near the start end of the 1/30 slope in the test channel. Regarding the reflected waves from the
또한 모형(21)의 육측과 모형(21)의 유수실(10) 내에는 각각 1대씩의 용량식 파고계를 설치함으로써 투과 파고와 유수실(10) 내의 파고를 측정할 수 있도록 하였다. In addition, the permeation crest and the crest height in the
또한 해수 투과부(6)의 수평 유속을 측정할 수 있도록 하기 위하여, 하부 통수 개구부(6a) 주변에서 전자 유속계를 설치하였다. In addition, in order to be able to measure the horizontal flow velocity of the
또한 파도 조건은 하기 표에 나타낸 바와 같은 조건을 이용하였다. In addition, the wave conditions used conditions as shown in the following table.
도 6은 원호 날개(12)의 파도 1주기 당 회전수(N)를 파도 주기(T)에 따른 변화로 나타낸 것이다. 이 도 6으로부터, 원호 날개(12)의 파도 1주기 당 회전수(N)는 파도 주기가 길고 작용 파고(H)가 큰 경우에 많아지며, 대략 2.5회전 정도인 것으로 보인다. Figure 6 shows the number of revolutions (N) per wave cycle of the
작용 파고(H)가 크면 회전수(N)가 증가하는 이유로는, 수직 하강벽(2) 하단으로부터의 소용돌이의 양이 과도하게 증가하기 때문이라고 생각된다. 또한 작용 파도의 주기가 길어지면 회전수가 증가하는 이유로는, 유수실(10) 내의 피스톤 모드 파동 운동의 증폭도가 장주기 측에서 커지기 때문이라고 생각된다. 이는 원호 날개(12)의 회전수와 파장(L)·유수실 폭(B)의 비(=L/B)의 관계를 나타낸 도 7이나, 이러한 L/B에 대한 반사율(Cr), 투과율(Ct)의 관계를 나타낸 도 8과의 비교로부터도 어느 정도 유추할 수 있다. The reason why the rotation speed N increases when the action crest H is large is considered to be that the amount of vortex from the lower end of the vertical falling
도 9는 원호 날개(12)의 평균 회전 각속도를 나타내고 있다. 어느 주기 조건에 있어서도 작용 파고가 클 때 평균 회전 각속도가 고속이 되는 경향을 보이고 있다. 그리고, 회전 각속도는 파도 주기에 따른 변화가 그다지 관찰되지 않으며, 작용 파고(H)가 10cm 정도일 때 8∼9radian/s 정도이었다. 본 실험에서는 작용 파고로서 5cm와 10cm의 2종류만 채용하였으나, 보다 높은 파고의 조건 하에서는 회전 각속도는 더욱 증가할 것으로 추측된다. 9 shows the average rotational angular velocity of the
도 10은 대표예로서 파도 주기(T)가 1.4s일 때의 원호 날개(12)의 회전 속도의 시간적인 변화를 나타내고 있다. 이 도 10으로부터, 회전 각속도는 시간적인 변동 성분을 갖지만 정상적인 속도 성분이 탁월한 크기인 것이 확인되며, 파력 발전의 동력원으로서 이용할 수 있음을 시사하고 있다. FIG. 10 shows a temporal change in the rotational speed of the
도 11은 유수실 내에 수차를 설치하였을 때의 반사율(Cr)과 투과율(Ct)의 결과를 파장·유수실 폭비(L/B)의 변화로 나타내고 있다. 이 도 11에서는, 감쇄파 이론에 의한 산정 결과에 대해서도 도시하고 있다. 단, 이 산정 결과에서는 수차의 영향은 없는 것으로 가정하고 있다. FIG. 11 shows the results of reflectance Cr and transmittance Ct when aberration is provided in the oil and water chamber as a change in the wavelength / oil and water chamber width ratio L / B. In FIG. 11, the calculation result by attenuation wave theory is also shown. However, the estimation results assume that there is no influence of aberration.
이 도 11과 수차가 존재하지 않는 도 8의 비교로부터, 수차를 설치함에 따른 영향은 반사율의 극소값이 나타나는 L/B의 조건이 그것이 큰 장주기 측으로 이행하게 됨을 알 수 있다. 단, 투과율에 관해서는 수차의 설치에 따른 영향은 거의 관찰되지 않았다. From this comparison between FIG. 11 and FIG. 8 where no aberration is present, it can be seen that the effect of installing aberration is that the L / B condition in which the minimum value of the reflectance appears is shifted to the long period side where it is large. However, regarding the transmittance, the influence of the installation of the aberration was hardly observed.
도 12는 유수실(10) 내의 파고의 L/B에 따른 변화를 나타내고 있다. 이 도 12에서는 유수실(10) 내의 파고(Hc)를 입사 파고(H)로 나눈 파고 증폭도로 나타내고 있다. 12 shows the change according to the L / B of the crest in the oil and
이 도면으로부터, 반사율이 저감하는 것은 파고 증폭도가 비교적 커지는 L/B=12 부근인 것이나, 수차의 회전수가 2.5회전/주기로 증가하는 것도 이 조건 이후인 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 반사 파도의 산일이나 수차의 회전수가 현저해지는 것은 원인으로는 유수실 내의 피스톤 모드의 파동 운동의 증폭에 따른 것으로 생각된다. From this figure, it can be confirmed that the decrease in reflectance is around L / B = 12, where the wave height and amplification degree are relatively large, and the increase in the number of revolutions of the aberration to 2.5 revolutions / cycle is also after this condition. It is thought that the cause of the scattering of the reflected waves and the rotational speed of the aberration in this way is due to the amplification of the wave motion of the piston mode in the oil chamber.
이상, 파도 에너지의 취득을 목적으로 하여 유수실(10) 내에 형성되는 와류의 운동 에너지를 이용하는 방법의 유효성에 대하여 실험적 검토를 하였다. As mentioned above, the effect of the method of using the kinetic energy of the vortex formed in the oil-and-
그 결과, 유수실(10) 내에 설치된 수차는 유수실(10) 내에 발생하는 일방향 회전 소용돌이에 의해 파도의 1주기 당 1.5∼2.5 회전 정도의 비율로 일방향으로 회전하는 것이 밝혀졌다. 그리고, 그 회전수는 입사 파고 및 파도 주기가 커지면 증대 경향을 보이는 것도 확인할 수 있었다. As a result, it has been found that the aberration provided in the
그리고, 이 파력 발전 장치(1)를 방파제로서 병용하는 경우에 있어서, 그 방파제의 기능인 투과 파도 및 반사 파도의 저감에 관해서는 수차를 유수실(10) 내에 설치함에 따른 영향은 거의 관찰되지 않음을 알 수 있었다. 단, 반사율이 극소가 되는 파도 주기는 수차를 설치함으로써 다소나마 장주기 측으로 이행하는 것이 확인되었다. In the case where the
또한, 전술한 실시 형태에서는 해측에서 육측에 걸쳐 수직 하강벽(2), 불투과벽을 배치하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이러한 구성에 한정되지 않으며, 바다, 하천, 호수 등의 물의 흐름이 존재하는 어떠한 곳에서 어떠한 방향을 향하여 배열 설치되어 있어도 좋다. In addition, in the above-described embodiment, the case where the
또한 본 발명을 적용한 파력 발전 장치(1)는 예컨대 도 13에 도시한 바와 같이, 육측의 불투과벽(3)을 해안(31)에 접하도록 하여 구성할 수도 있다. 이 도 13의 구성에 있어서, 전술한 도 1의 구성과 동일한 요소, 부재에 관해서는 동일한 번호를 붙임으로써 여기서의 설명을 생략한다. 이 도 13의 구성에서는 불투과벽(3)의 하단을 해저부(5)에 고정시키는 결과, 하부 통수 개구부(6a)에 해당하는 부분에도 불투과벽(3)이 연장되게 된다. 또한 해수 투과부(6)에 있어서 해수는 통수되지도 않게 된다. In addition, the
이러한 경우에 있어서도 마찬가지로, 이 개구부(7)에서 유수실(10) 내로 해수가 오가게 된다. 그 결과, 유수실(10) 내에서 정상 와류를 발생시키는 것이 가능해지고, 원호 날개(12)를 고정 장착시킨 회전축(13)으로 이루어지는 수차를 반시계 방향으로 회전시킬 수 있고, 발전시키는 것이 가능해진다. In this case as well, the seawater flows into the running
또한 이 도 13에 도시한 바와 같이, 육측의 불투과벽(3)을 해안(31)에 접촉시키지 않고, 해상에서 이를 배열 설치하는 경우도 본 발명에 포함시킬 수 있음은 물론이다. As shown in FIG. 13, the present invention also includes a case where the six-sided
더욱이, 본 발명을 적용한 파력 발전 장치(1)는 해측에 설치된 수직 하강벽(2) 및 육측에 설치된 불투과벽(3)을 설치하는 경우에 한정되지 않으며, 이들에 대하여 서로 간격을 두고 각각 세워져 설치된 제1 벽 및 제2 벽으로 대체할 수도 있다. 이 제1 벽 및 제2 벽은 각각 해측, 육측에 설치되는 경우에 한정되지 않으며, 수중의 어떠한 곳에서 배열 설치되어 있어도 좋다. 또한 몰수평판(8)도 어떠한 수평판으로 대체하도록 하여도 좋다. Moreover, the wave
원호 날개를 고정 장착시킨 회전축으로 이루어지는 수차는 이 정상 와류에 기초하여 반 시계 방향으로 회전하게 된다. 그 결과, 파도 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 것이 가능해지고, 공기 에너지나 기계적 에너지 등의 역학적 에너지로 한 번 변환하는 경우와 비교하여 에너지 효율을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 초기 비용을 억제하는 것이 가능해지고, 파력 발전 자체의 실현성을 크게 높이는 것이 가능해진다. The aberration consisting of the rotating shaft fixedly mounted with the circular arc blade rotates in the counterclockwise direction on the basis of the normal vortex. As a result, the wave energy can be directly converted into electrical energy, and energy efficiency can be further improved as compared with the case of converting once into mechanical energy such as air energy or mechanical energy. Therefore, it becomes possible to hold down an initial cost, and to greatly increase the implementability of wave power generation itself.
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