KR20080035478A - 파력에너지 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파력에너지 변환 장치에 관한 것으로 부력에 의해 수면에 노출되며 파도에 의해 상하로 이동하는 수면부체와; 상기 수면부체와 지반에 결합되며, 움직회전구 또는 움직회전구와 고정회전구의 조합으로 이루어진 복합회전구와, 상기 복합회전구에 연결되어 상기 수면부체의 이동에 따라 왕복이동하는 선형부재와, 상기 선형부재의 말단에 결합되며 상기 선형부재를 당겨 팽팽하게 유지되도록 하는 장력유지부재로 이루어져 상기 수면부체의 상하이동거리에 대해 복합회전구의 작용에 의해 선형부재가 수배의 왕복이동거리를 가지도록 하는 동작부와; 상기 동작부 또는 수면부체에 설치되며 상기 선형부재의 왕복이동에 의해 전달되는 파력 에너지를 다른 에너지로 변환하는 에너지변환부;를 포함하여 구성되어 수면부체의 이동거리에 대해 선형부재의 이동거리를 수배로 하여 선형부재의 속도를 높이고 이에 따라 에너지의 변환이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
파력 에너지 발전 부력 도르래

Description

파력에너지 변환 장치{wave energy converter}
본 발명은 파력에너지 변환 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 부력에 의해 수면에 노출되는 수면부체와, 수면부체와 지반에 1개 이상의 움직회전구 또는 움직회전구와 고정회전구를 다수개 조합한 복합회전구와 상기 복합회전구에 연결되는 선형부재 그리고 상기 선형부재를 당겨 선형부재가 팽팽하게 유지되도록하는 장력유지부재로 이루어진 동작부를 부설하여 구비하고 동작부 일측 또는 수면부체에 발전기 등의 에너지변환부를 설치하여 파력에너지를 전기,위치, 운동에너지등으로 형태를 변환하게되는 파력에너지 변환 장치에 관한 것이다.
최근 친환경적인 에너지에 관심이 높아지고 있다. 이러한 친환경적인 에너지원으로는 태양열, 풍력발전, 조력발전, 파력발전 등이 있다. 이중 파력발전의 경우 바다에서 발생하는 파도의 힘을 이용하는 것으로 여러가지 발전방식이 연구되고 있다.
종래의 방식으로는 부유식 발전장치, 치차회전식발전장치, 레크와 피니언을 이용한 발전장치 등이 개발되어 사용되고 있으나 이러한 발전방식은 장치가 복잡하여 설치비용이 높으며, 파도의 불규칙적인 운동으로 인하여 정압 발전의 어려움, 발전에 적합하지 못한 낮은 파고, 파도의 느린 운동으로 인한 발전 효율 저하 등의 어려움을 극복하지 못하고 있는 실정이다.
국제특허공개 WO 2006-109491호에서는 도1에 도시된 것과 같이 수면 위에 수면부체를 두고 상기 수면부체의 상측으로 와이어를 연결한 후 상기 와이어를 수면부체의 상측에 위치한 지반의 다수개의 고정도르래를 통해 하측으로 방향을 전환시킨 후 그 말단에 추를 단 형태의 파력에너지 변환 장치가 개시되어 있으나 상기와 같은 장치는 지반에 부착시킨 고정도르래만을 사용하여 설치 장소가 한정되며 고정도르래 만을 사용하여 파고가 낮을 경우 원활한 발전이 이루어지지 못한다는 문제점이 있다.
파고의 높이 변화에 대응하여 발생하는 흡 배기 공기의 압력으로 구동되는 부체식, 부유식 공기 터빈 구동 파력에너지 변환 장치가 개발되어 있으나 이 역시 높은 설치비와 발전의 효율성 저하로 인해 널리 보급되지 못해, 무한한 에너지 보고인 파력을 효율적으로 이용하지 못하고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 파고가 낮을 경우에도 파력에너지를 전기에너지나 위치에너지 또는 운동에너지로 변환하는 에너지변환이 원할하게 이루어지도록 하는 파력에너지 변환 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
또한 구조가 간단하여 저비용으로 설치가 가능하며, 설치 및 보수관리가 용이한 파력에너지 변환 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한 강한 파도에도 대항할 수 있는 파도 순응형 구조물로 이루어져 파손이 적은 파력에너지 변환 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 부력에 의해 수면에 노출되며 파도에 의해 상하로 이동하는 수면부체와; 상기 수면부체와 지반에 결합되며, 움직회전구 또는 움직회전구와 고정회전구의 조합으로 이루어진 복합회전구와, 상기 복합회전구에 연결되어 상기 수면부체의 이동에 따라 왕복이동하는 선형부재와, 상기 선형부재의 말단에 결합되며 상기 선형부재를 당겨 팽팽하게 유지되도록 하는 장력유지부재로 이루어져 상기 수면부체의 상하이동거리에 대해 복합회전구의 작용에 의해 선형부재가 수배의 왕복이동거리를 가지도록 하는 동작부와; 상기 동작부 또는 수면부체에 설치되며 상기 선형부재의 왕복이동에 의해 전달되는 파력 에너지를 다른 에너지로 변환하는 에너지변환부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치를 기술 적 요지로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 선형부재는 와이어로프이며 움직회전구와 고정회전구는 도르래인것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 선형부재는 체인이며 상기 움직회전구와 고정회전구는 체인휠인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 에너지변환부는 상기 선형부재의 왕복운동에 의해 전기에너지를 생성하는 발전기인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 에너지변환부는 펌프를 구비하여 유체를 취수하게 되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 에너지변환부는 압축기와 압력용기를 구비하여 유체를 압축하여 저장하게 되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 장력유지부재는 상하로 관통된 관통공이 형성되어 상기 선형부재가 통과하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 장력유지부재는 선형부재의 말단에 결합된 균형추, 스프링 또는 부력에 의해 선형부재를 상측으로 당기는 수중부체 중 하나 인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면 상기 발전기는 변속기어가 구비되어 회전속도를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
상술한 바와 같이 본 발명은 낮은 파고에서도 발전과 같은 에너지변환이 원 할하게 이루어지도록 하는 파력에너지 변환 장치를 제공하는 것을 주목적으로 함을 알 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 복합회전구를 구비하고 있다. 상기 복합회전구는 1개 이상의 움직회전구 또는 움직회전구와 고정회전구의 조합으로 이루어지며 그 조합에 따라 복합회전구에 연결되는 선형부재의 이동거리를 수배로 확대할 수 있으며 이에 따라 선형부재의 이동속도가 높아지므로 파고가 낮을 경우에도 원활하게 에너지변환부를 작동시킬 수 있도록 하기 위함이다.
상술한 것과 같은 구조를 가진 본원 발명은 선형부재가 수면부체의 이동거리에 대해 수배의 이동거리를 가지도록 구성하여 선형부재의 이동속도를 높일 수 있으므로 낮은 파고에서도 원활한 에너지변환이 이루어진다는 효과가 있다.
또한 구조가 간단하여 설치와 유지보수가 용이하며 설치비용이 저렴하여 경제적이라는 효과가 있다.
그리고 높은 파도에도 순응하여 파손이 발생하지 않아 내구성이 높다는 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 파력에너지 변환 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 개략적인 구성도이다.
도2에 의하면 본 발명은 수면부체(100)와 동작부와 에너지변환부로 구성됨을 알 수 있다. 여기서 상기 동작부는 복합회전구(210)와 선형부재(220) 그리고 장력유지부재(232,234,236)로 구성된다.
먼저 수면부체에 대해 설명하기로 한다. 상기 수면부체(100)는 스치로폼 또는 폴리우레탄과 같이 해수보다 밀도가 낮은 고형 부력재를 충진한 것으로 도2에 도시된 것과 같이 항상 일정한 부력을 유지하도록 하여 파도에 의해 상하로 이동하게 된다.
여기서 상기 수면부체(100)를 밀도가 낮은 소재를 충진한 고형 부력재로 한정하는 것은 아니다. 내부가 비어있는 밀폐된 통 등으로 구성하는 것도 무방하다.
다음으로 동작부에 대해 설명하기로 한다. 상기 동작부는 수면부체(100)와 지반(400)에 연결되어 파도에 의해 수면부체(100)가 상하로 왕복운동하면 상기 선형부재(220)가 상기 수면부체(100)의 이동에 따라 왕복운동하여 후술하게될 발전기(300) 등의 에너지변환부를 작동시키게 된다.
본 발명에서 사용하는 복합회전구(210)는 수면부체의 이동거리에 대해 상기 복합회전구(210)에 연결되어 있는 선형부재(220)의 말단의 이동거리를 수배로 확대하기 위한 구성요소이다. 상기 복합회전구(210)는 움직회전구(212) 또는 움직회전구(212)와 고정회전구(214)의 조합에 의해 이루어진다.
상기 복합회전구(210)는 1개 이상의 움직도르래 또는 움직도르래와 고정도르래의 조합으로 이루어지는 복합도르래를 포함하게 되며 선형부재가 체인일 경우에 는 도르래 대신 체인휠을 사용하는 것도 무방하다.
여기서 상기 움직회전구(212)는 축을 중심으로 회전하게 되며 상기 축이 상하로 이동가능한 것이다.
그리고 고정회전구(214)는 축을 중심으로 회전하게 되나 그 축은 고정되어 있는 것을 말한다.
본 발명의 실시예에서는 상기 움직회전구나 고정회전구로 도르래나 체인휠 등이 사용되고 있다.
상기 복합회전구(210)에는 선형부재(220)가 연결된다. 상기 선형부재(220)는 선형의 와이어로프 또는 체인으로 상기 복합회전구(210)에 결합되어 상기 수면부체(100)의 이동에 따라 상하로 왕복이동하게 된다.
상기 장력유지부재는 상기 선형부재(220)의 일측에 연결되어 상기 선형부재(220)를 당겨 선형부재(220)가 항상 팽팽하게 유지되도록 한다.
이를 위해 수중부체(232), 균형추(234), 스프링(236) 등을 사용할 수 있으나 도2에 도시된 제1실시예에서는 수중부체(232)를 사용하고 있다.
상기 수중부체(232)는 해수보다 비중이 낮은 것으로 스티로폼이나 폴리우레탄 또는 속이 빈 통으로 상기 선형부재(220)의 말단이 상측으로 향하는 경우 그 일측에 설치되어 부력에 의해 선형부재(220)를 당겨 선형부재(220)가 팽팽하게 유지 되도록 한다. 이때 상기 수중부체(232)의 부력은 수면부체(100)의 부력보다 적도록 하여 항상 수면부체(100)는 수면위에 위치하고 수중부체(232)는 수중에 위치하도록 한다.
상기 장력유지부재로 도3과 같이 균형추(234)를 사용하는 것도 무방하다.
상기 균형추(234)는 중량물로 상기 선형부재(220)의 말단이 하측으로 향하는 경우 설치되어 상기 선형부재(220)의 말단을 하측으로 당기게 된다. 여기서 상기 균형추(234)의 무게는 수면부체(100)의 부력보다는 작아 상기 수면부체(100)가 수면에 떠 있을 수 있도록 한다.
또한 도7과 같이 스프링(236)을 사용하는 것도 무방하다.
상기 스프링(236)의 경우에는 선형부재(220)의 말단의 방향에 관계없이 선형부재(220)의 말단에 결합되며 선형부재(220)가 상향일 경우에는 스프링(236)의 다른 말단이 수면부체(100)에 결합되며 하향일 경우에는 지반(400) 등에 결합되어 상기 선형부재(220)를 당기게 된다. 이때 상기 스프링(236)의 탄성력은 수면부체(100)의 부력보다 적도록 하여 상기 수면부체(100)가 수면위에 위치할 수 있도록 한다.
도2에 도시된 제1실시예에서는 수면부체의 하측에 움직회전구를 부설하고 지면에 고정회전구를 설치하고 있으나 도3에 도시된 것과 같이 수면부체에만 움직회전구를 설치하거나 도4에 도시된 것과 같이 움직회전구를 수면부체에 결합하고 또 하나의 움직회전구는 상기 수면부체에 결합된 움직회전구에 연결된 선형부재의 말 단에 결합하도록 하는 것도 고려해 볼만하다.
도2의 제1실시예 또는 도3의 제2실시예에 도시된 것 같이 움직회전구가 하나인 복합회전구는 수면부체의 이동거리에 대해 상기 선형부재의 말단의 이동거리는 두배가 된다.
다음으로 에너지변환부에 대해 설명하기로 한다. 상기 에너지변환부는 상기 동작부의 선형부재(220)의 왕복운동을 전기에너지, 운동에너지, 위치에너지 등으로 변환하게 된다. 여기서 선형부재(220)의 왕복운동으로부터 에너지를 변환하는 대신 상기 선형부재(220)에 의해 회전하는 복합회전구(210)의 회전운동을 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성하는 것도 무방하다.
전기에너지를 생산하기 위해서는 발전기(300)를 설치하게 된다. 상기 발전기(300)는 상기 선형부재(220)의 상하이동에 따라 축이 회전하여 발전을 하게 되는 것으로 도2의 실시예에서는 상기 발전기가 장력유지부재인 수중부체(232) 내에 위치하도록 구성하고 있다. 그러나 상기와 같이 장력유지부재내에 설치하는 것으로 한정하는 것은 아니다. 수면부체(100)의 내부나 복합회전구(210)의 움직회전구나 고정회전구의 축에 결합되어 선형부재의 이동에 의해 회전하는 회전구를 따라 회전하여 발전이 이루어지도록 하는 것도 고려해볼 만하다.
여기서 상기 발전기(300)의 회전속도를 보다 높이기 위해서 상기 발전기(300)의 축에 변속기어(310)를 조합하는 것도 고려해볼 만하다.
그러나 에너지변환부를 상기와 같이 발전기로 한정하는 것은 아니다. 상기 선형부재의 이동에 의해 회전하는 펌프를 부설하여 해수를 취수하여 고지에 저장하여 추후 발전을 하거나 다른 장치를 돌릴 수 있는 위치에너지로 변환하거나 압축기와 압력용기를 구비하여 공기나 해수 등의 유체를 압축하여 저장한 후 이를 이용할 수 있도록 하는 것도 고려해볼 만하다. 또한 상기와 같이 에너지를 변환하여 저장하는 대신 장치를 직접 작동시킬 수 있는 동력원으로 사용하는 것도 고려해볼 만하다.
이하에서는 도면을 참조로 하여 본 발명의 다양한 실시예의 작용과 효과에 대해 설명하기로 한다.
<제1실시예>
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 단면도이다.
도2에 의하면 제1실시예는 수면부체(100)의 하부에 움직회전구(212)를 설치하고 지반에 고정회전구(214)를 설치하고 있다. 선형부재(220)의 일측 말단은 지면에 고정하고 상기 움직회전구(212)와 고정회전구(214)를 통과시킨 후 말단에 수중부체(232)를 설치하여 상기 수중부체(232)의 부력에 의해 선형부재(220)가 팽팽하게 유지되도록 한다.
상기와 같이 구성된 파력에너지 변환 장치는 파도에 의해 상기 수면부체가 상측으로 이동하게 되면 그 하부의 움직회전구가 상측으로 이동하고 이에 따라 선형부재의 말단에 부설된 수중부체는 하측으로 이동하게 된다. 이때 상기 수중부체 의 이동거리는 수면부체의 이동거리의 2배가 된다.
여기서 상기 수중부체 내에 발전기가 설치되어 있으며 상기 발전기는 선형부재에 연결되어 있어 상기 선형부재의 이동에 따라 발전기가 회전하게 되어 발전이 이루어진다.
<제2실시예>
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다.
제2실시예에서는 수면부체(100)의 하부에 단 하나의 움직회전구(212)만을 설치하고 선형부재(220)의 일측 말단은 지면에 고정하고 타측 말단은 균형추(234)를 결합하여 선형부재가 팽팽하게 유지되도록 구성하고 있다.
그리고 상기 발전기(300)는 상기 움직회전구의 일측에 연결되어 움직회전구의 회전에 따라 발전이 이루어지게 된다.
파도에 의해 상기 수면부체가 상측으로 상승하게 되면 상기 움직회전구도 상승하게 되고 이에 따라 균형추가 상측으로 이동하면서 움직회전구가 회전하게 되어 발전이 이루어진다. 이 경우에도 균형추의 이동거리는 수면부체의 이동거리의 2배가 된다.
<제3실시예>
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다.
도4는 도3의 파력에너지 변환 장치에 있어서, 발전기(300)를 균형추(234) 내에 추가로 설치하고 있다.
<제4실시예>
도5는 제4실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다. 제4실시예는 움직회전구(212)를 상측에 2개 구비하고 하측에 지면에 고정된 고정회전구(214)를 조합하여 선형부재(220)의 이동거리를 보다 늘린 것이다.
<제5실시예>
도6은 제5실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다. 제5실시예에서는 상측에 움직회전구(212)를 하나 부설하고 하측에 두개의 고정회전구(214)를 설치하고 장력유지부재로 수중부체(232)를 사용한 것이다.
<제6실시예>
도7은 제6실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다. 제6실시예에서는 제5실시예에서 장력유지부재로 스프링(236)을 사용한 것이다. 상기 스프링(236)은 수면부체(100)와 선형부재(220)에 결합되어 상기 선형부재(220)가 팽팽하게 유지되도록 한다.
<제7실시예>
도8은 제7실시예에 따른 파력에너지 변환 장치의 구성도이다. 제7실시예에서는 스프링(236)을 선형부재(220)와 지반에 결합하여 장력이 유지되도록 한 것이다.
상기와 같은 실시예 외에도 도9와 도10에 도시된 것과 같은 다양한 형태의 복합회전구를 사용할 수 있다.
여기서 발명의 복합회전구는 수면부체의 이동거리에 대해 선형부재의 이동거리를 수배로 증가시킬 수 있는 구성이라면 움직회전구만의 조합이거나 움직회전구와 고정회전구의 조합이거나 또는 움직회전구나 고정회전구의 숫자에 관계없이 어떠한 조합도 무방하다.
도1 : 종래의 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도2 : 본 발명의 제1실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도3 : 본 발명의 제2실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도4 : 본 발명의 제3실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도5 : 본 발명의 제4실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도6 : 본 발명의 제5실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도7 : 본 발명의 제6실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도8 : 본 발명의 제7실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도9 : 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
도10 : 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파력 에너지 변환기의 간략한 구성도
<도면의 주요부에 사용된 기호의 설명>
100 : 수면부체 210 : 복합회전구
212 : 움직회전구 214 : 고정회전구
220 : 선형부재 232 : 수중부체
234 : 균형추 236 : 스프링
300 : 발전기 310 : 변속기어
400 : 지반

Claims (8)

  1. 부력에 의해 수면에 노출되며 파도에 의해 상하로 이동하는 수면부체와;
    상기 수면부체와 지반에 결합되며, 움직회전구 또는 움직회전구와 고정회전구의 조합으로 이루어진 복합회전구와, 상기 복합회전구에 연결되어 상기 수면부체의 이동에 따라 왕복이동하는 선형부재와, 상기 선형부재의 말단에 결합되며 상기 선형부재를 당겨 팽팽하게 유지되도록 하는 장력유지부재로 이루어져 상기 수면부체의 상하이동거리에 대해 복합회전구의 작용에 의해 선형부재가 수배의 왕복이동거리를 가지도록 하는 동작부와;
    상기 동작부 또는 수면부체에 설치되며 상기 선형부재의 왕복이동에 의해 전달되는 파력 에너지를 다른 에너지로 변환하는 에너지변환부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선형부재는 와이어로프이며 움직회전구와 고정회전구는 도르래인것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선형부재는 체인이며 상기 움직회전구와 고정회전구는 체인휠인 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지변환부는 상기 선형부재의 왕복운동에 의해 전기에너지를 생성하는 발전기인 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발전기는 변속기어가 구비되어 회전속도를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에너지변환부는 펌프를 구비하여 유체를 취수하게 되는 것을 특징으로 하는 파력에너지 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지변환부는 압축기와 압력용기를 구비하여 유체를 압축하여 저장하게 되는 것을 특징으로하는 파력에너지 변환 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장력유지부재는 선형부재의 말단에 결합된 균형추, 스프링, 부력에 의해 선형부재를 상측으로 당기는 수중부체 중 하나 인 것을 특징으로 하는 파력에너 지 변환 장치.
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