KR20090080275A

KR20090080275A - 해수력발전방법과 장치

Info

Publication number: KR20090080275A
Application number: KR1020080006148A
Authority: KR
Inventors: 박찬근
Original assignee: 박찬근
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2009-07-24

Abstract

본 발명은 파도의 상승력과 해수의 부압(負壓)무게를 수력으로 이용한 발전 방법과 장치로, 과제는 부력체의 중량이 갖는 모순 해결과 불규칙한 상승·하강력을 일정한 회전력으로 바꾸고, 장치가 해수 중에서 안정된 자세를 유지하며 고효율의 전기를 생산하는 것이다. 이는 부력체에 부착된 공기밸브(15)가 부력과 중력에 의해 자연적으로 개폐되어 파도가 상승할 때는 부력체에 부력이 작용하고, 하강할 때는 하중부(16) 체적만큼의 부압(負壓)해수가 무게로 작용하도록 하여 종래의 부력체 무게가 갖는 모순을 해결하고, 부력체가 상승·하강할 때 크기가 다른 힘은 변환장치의 기어지름을 달리하여 회전기어(41)가 일정한 회전력을 갖도록 했다. 또한, 태엽(44)(45)은 부력체의 운동에너지가 장치의 관성으로 발생하는 손실과 운동에너지가 미약하여 발생하는 회전력의 손실을 탄성으로 흡수·복원하여 감소시켰고, 수평 및 수직날개로 장치가 해수 중에서 안정된 자세를 유지하며 자체전원으로 해저에 빛에너지를 공급할 수 있도록 했다. 해상의 무한한 파도의 부력과 해수의 수력으로 청정의 전기를 생산하고, 해저에 빛에너지를 공급하는 효과가 있다.

공기밸브, 부압(負壓), 래크(Lack), 래칫(Ratchet), 태엽, 수직날개, 수평날개

Description

해수력발전방법과 장치{SEAWATER-POWER GENERATING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 파도의 부력에 의해 상승하고 수력에 의해 하강하는 부력체로부터 전기를 생산하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 장치에는 수직날개와 수평날개를 부착시켜 해수 중에서 안정된 자세를 유지하여 파도가 상승할 때는 공기밸브가 개방되어 가벼운 부력체가 파고높이까지 올라가고, 하강할 때는 공기밸브가 폐쇄되어 부압(負壓)해수의 무게가 수력(水力)으로 작용하여 발전한다. 부력체의 상승·하강운동은 변환장치로 회전운동으로 바꾸고, 동력전달과정에 삽입된 태엽은 부력체의 불규칙한 힘을 고르게 흡수·복원시켜서 전기를 생산하는 방법과 장치에 관한 것이다.

종래의 해수의 파동을 이용하는 발전 방법 중 부력체의 승·하강 운동에너지로부터 전기를 생산하는 발전 방법 및 장치에서 전기의 생산량은 부력체를 상승·하강시키는 파도의 크기에 가장 큰 영향을 받는 데 부력체가 상승할 때는 부력체의 상승력과 이동거리, 하강할 때에는 이동거리와 부력체 무게가 전기량에 주요 변수가 된다. 그러나 부력체가 크고 무거우면 파도에 의해 상승하는 높이가 적고, 반대로 작고 가벼우면 높이는 상승하나 하강하는 힘과 속도가 느려져 에너지효율이 낮 아지는 모순이 있다. 즉, 동일한 파도에서 부력체가 상승할 땐 부력체가 가벼울수록 더 높이 상승하여 많은 발전을 할 수 있고, 부력체가 하강 할 땐 부력체가 무거울수록 하강하는 힘이 커서 더 많은 전기를 생산 시킬 수 있지만, 종래의 기술은 부력체의 무게를 상승할 때와 하강할 때 다르게 할 수 없어 모순이 해결되지 않고 있고, 게다가 부력체가 부력에 의해 상승할 때의 속도는 빠르나 힘은 적고, 하강할 때는 힘은 크나 속도가 느리지만 부력체의 힘을 동일하게 적용하고 있다. 또한, 부력체에서 생산되는 불규칙하고 크기가 작은 운동에너지를 직접 발전기까지 전달하게 되므로 장치의 무게가 갖는 관성으로 에너지손실이 많이 발생되고, 장치가 해수 중에 부유할 땐 파도의 충격이나 부력체의 상승·하강운동으로 흔들리게 된다.

본 발명은 해수의 파동을 이용하는 발전 방법 중 부력체의 상승·하강 운동에너지로부터 전기를 생산하는 발전 방법 및 장치를 구성하는 방법을 제공하는 데 있어서, 부력체가 상승할 때의 무게와 하강할 때의 무게가 같아서 발생하는 모순을 해결하고, 부력체가 파도의 부력으로 상승할 때와 부압수력으로 하강할 때 발생하는 힘의 크기가 다르므로 이에 적합한 회전력을 얻는 변환장치를 제공하는 것이 해결 과제이다. 또한, 발전 장치가 해상에서 안정된 자세를 유지하면서 다양한 부력과 부압수력을 규칙적인 회전운동으로 복원시켜 전기를 생산하고, 해양생태환경에도 이롭게 활용할 수 있는 방법과 장치를 발명하는 것이 해결하고자 하는 과제이다.

본 발명에서 종래의 기술이 갖는 부력체가 상승할 때의 무게와 하강할 때의 무게가 같아서 발생하는 모순의 해결수단으로 부력체를 해수보다 작은 단위중량의 재료를 사용하여 부력(浮力)부와 공기밸브를 부착한 하중(荷重)부로 구분하여 결합하여, 파도가 상승할 때는 하부가 개방된 하중부로 해수가 유입되고, 공기밸브는 개방되어 공기와 해수가 왕래하므로 부력체는 파고높이까지 상승하고, 해수면이 하강할 때는 공기밸브가 자연적으로 폐쇄되어 하중부내 해수는 부압(負壓)상태가 되어 하중부 체적만큼의 해수무게가 낙하하는 수력 발전이 된다.

또한, 부력체가 부력으로 상승할 때보다 수력에 의해 하강할 때가 더 큰 힘이 발생되므로 부력체와 연동하는 원호형 양면 래크를 지름이 다른 2개의 내부기어 사이에 삽입하여 부력체가 상승할 때는 지름이 큰 내부기어와 내치래칫이 작동되어 외부기어(34)에 느리고 작은 회전력을 전달하고(이때 지름이 작은 내부기어는 내치래칫(36)의 역작동으로 공회전을 한다), 반대로 부력체가 하강할 때는 지름이 작은 내부기어와 내치래칫이 작동되어 외부기어(37)에 빠르고 큰 회전력을 전달(이때 지름이 큰 내부기어는 내치래칫(33)의 역작동으로 공회전을 한다)시킴으로서 상승·하강할 때 발생하는 힘의 차이의 해결한다.

그리고, 부력체와 발전기의 직접연결로 생기는 장치의 관성에 의한 손실과 부력체의 운동에너지가 적어서 전환되지 못하는 회전력의 손실은 회전기어와 수직회전축을 복수개의 태엽으로 균형 있게 연결하면, 태엽이 가지고 있는 탄성으로 에너지를 흡수·복원시켜줌으로서 손실을 줄인다. 또한, 발전장치 저부에 길이가 조 절되는 연결체에 다수의 수직날개와 수평날개를 부착하는 것은 장치가 해수에 부유할 때 파도의 충격이나 부력체가 상승·하강할 때 장치가 흔들림 없이 평형을 유지하고 부력체의 이동거리, 즉 낙차(落差)도 최대로 확보할 수 있는 수단이다. 부가적 수단으로 자체 전원으로 장치 하단부의 발광전등을 가동하여 해저에 빛에너지를 공급하는 것이다.

1. 부력체가 파도의 부력과 낙차 큰 부압수력의 병행으로 발전효율이 높다.

2. 부력체의 불규칙한 운동에너지를 일정한 크기의 회전에너지로 변환시킨다.

3. 장치가 해수 중에 안정되어 부력체는 최대의 이동거리를 확보할 수 있다.

4. 자체 전원으로 해저생태환경에 이로운 빛에너지를 공급할 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 부력체(11)(12)(13)(14)(15)(16), 변환장치(32)(33)(34)(35)(36)(37), 회전기어와 태엽(41)(44)(45), 증속 및 발전장치(55)(56)(61)(62)(63), 수직·수평장치(81)(82)(83)(84)(85)(86) 및 보호장치(91)(92)(93) 등으로 구성된다.

복수개의 부력체는 해수에 부유하는 재질로 부력부(11)(12)와 하중부(16)로 결합되고, 하중부는 저부가 개방되고 상단에는 공기밸브(15)가 부착되고, 각각의 부력체는 굴절이 자유로운 베어링 활절(Hinge)(13)로 붐대(Boom rod)(21)와 결합되 고, 붐대(Boom rod)(21)에는 원호형 양면 래크(23)가 부착된다.

도 5a에서와 같이 부력부(11)(12)는 파도가 상승할 때 해수의 부력으로 부력체를 파고의 최상단까지 도달시키고 원호형 양면 래크(23)를 상향으로 이동시켜 회전기어(41)는 회전력을 얻는다. 하중부(16)는 항상 해수 중(17)에 잠기어 부력체에 무게로 작용하지는 않으며, 해수면이 상승할 때는 상단의 공기밸브(15)가 부력에 의해 개방되고 공기와 해수가 통과한다.

도 5b에서와 같이 부력체가 하강할 때는 공기밸브(15)가 중력으로 폐쇄되고 하중부(16) 내부는 부압(負壓)상태가 되어 하중부(16) 체적만큼의 해수무게가 붐대(21)에 낙하하여 원호형 양면 래크(23)를 하향 이동시키는 수력 발전 형식이 된다.

도 6에서와 같이 원호형 양면 래크(23)는 변환장치의 축(31)에 설치된 지름이 다른 두 개의 내부기어(32)(35)와 맞물려 상하로 움직이고, 내부기어(32)(35)와 내치래칫(33)(36)의 동작 또는 역동작으로 외부기어(34)(37)를 회전 또는 공회전 시킨다.

도 7a에서와 같이 부력체가 상승할 때는 원호형 양면 래크(23)와 맞물린 지름이 큰 내부기어(32)가 내치래칫(33)의 동작으로 외부기어(34)에 회전력을 전달하고(이때 지름이 작은 내부기어(35)의 내치래칫(36)은 역동작으로 외부기어2(37)는 공회전을 한다), 반대로 도 7b에서와 같이 부압해수의 수력으로 부력체가 하강할 때는 원호형 양면 래크(23)와 맞물린 지름이 작은 내부기어(35)는 내치래칫(36)을 동작시켜 외부기어(37)에 회전력을 전달한다(이때 큰 지름 측의 외부기어(34)는 내치래칫(33)의 역동작으로 공회전을 한다). 즉, 끊임없는 부력체의 상하운동은 변환 장치에 의해 회전기어(41)를 일 방향으로만 회전시키게 된다.

부력체와 발전기의 직접 연결로 생기는 장치의 관성에 의한 손실과 부력체의 운동에너지가 적어서 회전력으로 전환되지 못하는 손실이 생기는 데, 도 8a 와 도 8b에서와 같이 회전기어(41)와 수직회전축(51)을 부품(42)(43)(46)(47)을 사용해서 복수개의 태엽(44)(45)으로 연결하여 태엽의 탄성으로 손실을 줄인 균일한 회전력으로 복원시킨다.

도 8b에서와 같이 수직회전축(51)에 전달된 회전력은 스트레이트 바벨기어(52)(53)로 방향을 바꾸어 지름이 큰 풀리(Pulley)(55)가 달린 수평회전축(54)을 회전시킨다. 지름이 큰 풀리(Pulley)(55)는 수평회전축(54)과 평행한 발전기(62)에 부착된 작은 지름의 풀리(Pulley)(61)와 동력벨트(56)로 연결되어 회전속도를 증속시켜 전기를 생산한다..

도 10에서와 같이 상기의 장치들을 내부골격구조(79)(76)(77)(78)에 장치고정부품(71)(72)(73)(74)(75)으로 고정시키고, 회전부와 활절부 및 지점부는 베어링을 삽입시켜 장치가 원활히 구동할 수 있다.

도 11에서와 같이 보호장치의 하부캡슐(82)내에 필요한 중량물(81)을 탑재하여 무게중심을 보조하고, 길이를 조절할 수 있는 연결체(83)에 수직날개(84)와 수평날개(85)를 부착하여 장치가 해수에 부유할 때 파도의 충격이나 부력체가 상승·하강할 때 장치가 흔들림 없이 평형을 유지하고 부력체의 이동거리, 즉 낙차(落差)도 최대로 확보할 수 있다. 날개의 하부에 부착된 발광전등(86)은 자체 전원으로 직접 또는 축전지(63)(64)에 축전 후 필요할 때 빛에너지를 해저에 공급한다.

장치는 하부캡슐(82)과 도 12에서와 같은 붐대(Boom Rod)방수막(91), 상부캡슐(92) 및 중앙부캡슐(93)로 보호된다.

제1도는 해수력 발전 장치 대표 예시도

제2도는 해수력 발전 장치의 내부를 조립한 평면도

제3도는 해수력 발전 장치의 내부를 조립한 정면도

제4a도는 부력체 부분의 전개도

제4b도는 부력체 부분을 조립한 결합도

제5a도는 파도 상승시 공기밸브와 부력부에 작용하는 부력 개념도

제5b도는 파도 하강시 공기밸브와 중력부 부압수력 작용 개념도

제6도는 변환장치 부분의 전개도와 조립한 결합도

제7a도는 부력체 상승시 원호형 양면 래크와 변환기어 동작 개념도

제7b도는 부력체 하강시 원호형 양면 래크와 변환기어 동작 개념도

제8a도는 회전기어에서 풀리간 동력전달장치 부분의 전개도

제8b도는 회전기어에서 풀리간 동력전달장치 부분의 조립한 결합도

제9도는 발전기 부분의 결합도

제10도는 장치 내부골격 부분의 결합도

제11도는 날개 등 보호 장치 하부를 조립한 부분의 결합도

제12도는 방수 및 보호 장치 부분의 전개도

제13도는 장치 내부를 조립한 투시도

Claims

해수력발전장치가 해상에서 전기를 생산하는 발전 방법을 제공하는 데 있어서, 수직날개(84) 및 수평날개(85)로 자세를 안정시킨 상태에서 붐대(Boom rod)(21)와 연결된 부력체가 파도의 부력(浮力)과 부압(負壓)해수의 무게로 승·하강하고, 부력체의 승·하강운동은 원호형 양면 래크(23)와 변환장치의 작동으로 회전기어(41)를 일 방향으로 회전시키고, 복수개의 태엽(44)(45)을 이용해서 회전력을 흡수·복원하여 수직회전축(51), 스트레이트 바벨기어(52)(53), 수평회전축(54), 지름이 큰 풀리(Pulley)(55), 동력벨트(56) 및 지름이 작은 풀리(Pulley)(61)를 연동하여 발전기(62)의 회전속도를 증속시켜 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
제1항에 있어, 파도가 상승할 때는 하중부(16)의 공기밸브(15)가 개방되어 부력체는 해수의 부력으로 상승하고, 하강할 때는 하중부(16)의 공기밸브(15)가 중력으로 폐쇄되어 부압(負壓)해수의 무게가 수력(水力)으로 작용하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
제1항에 있어, 장치에 복수개의 태엽을 부력체와 발전기의 동력전달장치 중간에 설치하여 부력체의 에너지의 변화를 태엽의 탄성으로 흡수·복원시키는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
제1항에 있어, 장치에 수평날개(84)와 수직날개(85)를 부착하여 해수 중에 안정된 자세를 유지하여 부력체가 상승·하강하는 이동거리(낙차)를 크게 확보하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
해수로 전기를 생산하는 장치를 제공하는 데 있어서, 수직날개(84) 및 수평날개(85)로 자세를 안정시키고, 원호형 양면 래크(23)와 변환장치, 회전기어(41), 복수개의 태엽(44)(45), 수직회전축(51), 스트레이트 바벨기어(52)(53), 수평회전축(54), 지름이 큰 풀리(Pulley)(55), 동력벨트(56) 및 지름이 작은 풀리(Pulley)(61)를 연동하여 발전기(62)로 부터 전기를 생산하고, 자체 전원으로 발광전등(86)으로 해저에 빛에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제5항에 있어, 부력체는 단위중량이 해수보다 가벼운 부력부(11)(14)와 하중부(16)의 합체로 이루어지고, 하중부(16) 상단의 공기밸브(15)는 부력으로 개방되고, 중력으로 폐쇄(진공상태)되는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제5항에 있어, 회전력을 얻는 변환장치에서, 지름의 다른 2개의 내부기어 사이로 원호형 양면 래크(23)를 삽입하여 부력체가 상승할 때는 지름이 큰 내부기어(32)의 내치래칫(35)을 동작하여 외부기어(34)를 회전시키고( 지름이 작은 내부기어(35)는 내치래칫(36)의 역동작으로 공회전 함 ), 부력체가 하강할 때는 원호형 양면 래크(23)가 지름이 작은 내부기어(35)의 내치래칫(36)을 동작하여 외부기어(37)를 회전시켜( 지름이 큰 내부기어(32)는 내치래칫(33)의 역동작으로 공회전함 ) 회전기어(41)는 일 방향으로만 회전하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제5항에 있어, 장치가 해수 중에서 안정된 자세를 유지하도록 발전장치에 길이가 조절되는 연결체(83)로 수평날개(84)와 수직날개(85)를 부착하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
제5항에 있어, 장치에 자체 전원을 이용하여 해저에 빛에너지를 공급하는 발광전등을 설치·가동하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.