KR20100034806A - 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해양 에너지 중 하나로서 해양에서 수시로 생성 및 소멸되는 파도의 수평 및 수직 운동에너지를 동시에 활용하여 전력을 생성하는 것이 가능한 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 해수면 상부에 놓이는 바닥판; 상기 바닥판 상부면의 일측에 결합되는 제1 회전축; 상기 바닥판 상부면의 타측에 결합되는 제2 회전축; 일측이 상기 제1 회전축에 결합되고 타측이 상기 제2 회전축에 연결되는 동력 전달부; 상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 동력 생성부; 상기 제1 동력 발생부와 소정의 간격만큼 이격되어 상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 균형 유지부; 상기 동력 전달부와 소정의 간격만큼 이격되며 일측이 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 중 적어도 하나에 연결되는 제1 회전력 전달부; 및 상기 제1 회전력 전달부의 타측과 연결되는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 파도의 수직 운동 에너지와 수평 운동 에너지를 모두 이용하므로 발전 효율이 향상되는 것이 가능한 효과를 가진다.
파력, 발전, 해수면

Description

파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템{Apparatus for generating wave-force and generating system thereof}
본 발명은 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해양 에너지 중 하나로서 해양에서 수시로 생성 및 소멸되는 파도의 수평 및 수직 운동에너지를 동시에 활용하여 전력을 생성하는 것이 가능한 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해양 에너지란 파랑, 조석, 조류, 해류, 해수의 온도차에 의한 에너지로서 고갈될 염려가 전혀 없고 인류의 에너지 수요를 충족시키고도 남을 만큼 풍부할 뿐 아니라 공해가 전혀 발생하지 않는 장점을 가지므로 에너지 수요 급증에 따른 에너지 자원 부족 및 에너지 자원의 가격 상승과 같은 문제점을 극복 가능하며 현재 주 에너지원으로 활용되는 화석 에너지의 가장 큰 문제점 중 하나인 환경 오염 및 그에 따른 지구 온난화 문제 또한 극복하는 것이 가능한 차세대 에너지원이다.
따라서 이러한 장점을 가지는 해양 에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 다양한 종류의 해양 발전 방법이 개발되어 실험적으로 활용되고 있는 추세이며, 이와 같은 해양 발전 방법의 종류로는 조력 발전, 파력 발전, 온도차 발전, 해류 발전, 풍력 발전, 및 염도차 발전 등이 있다.
이러한 해양 발전 방법에 대하여 살펴보면 조력 발전은 밀물 시에 유입한 바닷물을 높은 곳의 저수지에 가두어 두었다가 썰물 시에 방수함으로써 발생하는 수위 차를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이며 물의 낙차를 이용한다는 점에 있어서 수력 발전의 원리와 동일하다.
파력 발전은 파도의 상하 운동 에너지를 이용하여 발전을 위한 동력을 획득하는 방식으로 파력 발전 장치로는 수면에 떠있는 부체가 파랑의 운동에 의하여 상하 또는 회전운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 고정식 파력 발전 장치와 파랑의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 시에 노즐을 통과하는 공기의 흐름을 이용하여 터빈을 돌려 발전을 하는 부유식 파력 발전 장치 등이 있다.
온도차 발전은 수심에 따른 바닷물의 온도차를 이용한 발전 방식으로 열대 해역에 있어서 해면 부근의 해수 온도는 20도를 넘으나 해면으로부터 500~1000m 정도 깊이의 심해에서는 4도 정도로 거의 변하지 않는 것을 이용하여 바다 표면층과 심층 간의 온도차를 이용해 비등액이 낮은 액체를 증발 냉각시킨 후 그 압력차를 이용해 발전하는 것으로, 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 방법이다.
해류차 발전은 육상에서 바람을 이용하여 거대한 풍차를 돌리는 것처럼 바다속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치, 해류를 이용하여 이를 돌려 전기를 일으키게 하 는 방식이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 부유식 파력 발전 장치의 동작 원리에 대한 참고도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 부유식 파력 발전 장치(1)는 공기실(2), 발전실(3), 개폐부(4), 터빈(5), 및 발전기(6)를 포함한다.
공기실(2)은 부표와 유사하게 해수면 위에 떠있으며 하부가 개방되어 있고 상부에는 발전실(3)이 형성된다. 발전실(3)은 내부에 발전을 위한 터빈(5) 및 발전기(6)가 위치하며 상부, 전면부, 및 후면부에 공기의 흐름에 따라 개폐가 가능한 복수 개의 개폐부(4)를 구비한다.
터빈(5)은 발전실(3) 내부에 위치하며 공기에 흐름에 따라 회전한다. 발전기(6)는 터빈(5)에 결합되며 터빈(5)의 회전 운동 에너지를 이용하여 전기를 발생시킨다.
파력 발전 장치(1)의 동작 원리는 다음과 같다. 먼저 파도에 의해 공기실(2) 하부의 해수면이 상승하게 되면 공기실(2) 내부의 공기가 압축되어 발전실(3) 후면부에 구비된 개폐부(4)와 발전실(3) 상부에 구비된 개폐부(4)가 개방되어 공기실(2) 내부의 공기가 외부로 배출됨과 동시에 공기의 움직임에 의해 터빈(5)이 회전하게 되며, 터빈(5)의 회전에 의해 발전기(6)가 동작하여 전기가 발생된다.
다음으로 파도에 의해 공기실(2) 하부의 해수면이 하강하게 되면 공기실(2) 내부의 공기가 팽창되어 발전실(3) 상부에 구비된 개페부(4)와 발전실 전면부에 구비된 개폐부(4)가 개방되어 외부의 공기가 공기실(2) 내부로 유입됨과 동시에 공기 의 움직임에 따라 터빈(5)이 회전하게 되며, 터빈(5)의 회전에 의해 발전기(6)가 동작하여 전기가 발생된다.
그러나 상기와 같은 부유식 파력 발전 장치의 경우 파도의 수직 운동에 의해발생하는 해수면의 수면차에 따라 변화하는 공기 흐름을 이용하여 발전이 이루어지므로 수직 운동과 수평 운동이 동시에 일어나는 파력 에너지를 전부 활용하여 발전이 이루어지지 못하므로 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 해양 에너지 중 하나로서 해양에서 수시로 생성 및 소멸되는 파도의 수평 및 수직 운동에너지를 동시에 활용하여 전력을 생성하는 것이 가능한 파력 발전 장치 및 이를 이용한 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파력 발전 장치는 해수면 상부에 놓이는 바닥판; 상기 바닥판 상부면의 일측에 결합되는 제1 회전축; 상기 바닥판 상부면의 타측에 결합되는 제2 회전축; 일측이 상기 제1 회전축에 결합되고 타측이 상기 제2 회전축에 연결되는 동력 전달부; 상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 동력 생성부; 상기 제1 동력 발생부와 소정의 간격만큼 이격되어 상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 균형 유지부; 상기 동력 전달부와 소정의 간격만큼 이격되며 일측이 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 중 적어도 하나에 연결되는 회전력 전달부; 및 상기 회전력 전달부의 타측과 연결되는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발전 시스템은 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 파력 발전 장치; 상기 파력 발전 장치의 일측 및 타측에 결합되는 부력 유지부; 상기 부력 유지부의 양측단부에 결합되는 구동축; 상기 구동축의 일측이 삽입되며 하부면이 해저면에 결합되는 제1 고정축; 상기 구 동축의 타측이 삽입되는 제2 고정축; 및 상기 제1 고정축의 상부에 결합되는 보조 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 파력 발전 장치가 구동하여 발전이 이루어지는 과정에서 파도의 수직 운동 에너지와 수평 운동 에너지를 모두 이용하게 되어 종래의 파력 발전 장치에 비해 발전 효율이 향상되는 것이 가능한 효과를 가진다.
또한, 해수면에 놓인 파력 발전 장치가 제1 고정축 및 제2 고정축 사이에 삽입되어 파도의 움직임에 따라 상하로 슬라이드 되는 구동축의 움직임에 의해 동작하므로 복수 개의 파력 발전 장치를 결합시키는 구성이 가능하며, 해수면 상부의 공기에 움직임에 따라 제1 구동축의 상부에 결합된 보조 발전부가 동작하여 발전이 이루어지므로 파력 에너지 및 풍력 에너지를 모두 활용할 수 있어 발전 효율과 발전량을 증가시키는 것이 가능한 효과를 가진다.
또한, 제1 고정축의 하부면이 해저면에 결합되어 파력 발전 장치가 파도에 의해 파력 발전 장치가 설치된 위치로부터 이탈되지 않고 정해진 위치에 고정되므로 안정적으로 발전이 이루어지는 것이 가능한 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판된되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치의 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치의 평면도이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치(10)는 바닥판(20), 제1 회전축(30), 제2 회전축(40), 동력 전달부(50), 제동력 생성부(60), 균형 유지부(70), 제1 가이드(80), 제2 가이드(90), 제1 회전력 전달부(100), 및 발전기(110)를 포함한다.
바닥판(20)은 장방형으로 형성되고 파력 발전 장치(10)를 구성하는 구성 요소들이 배치되며 파력 발전을 위해 해수면 상부에 놓인다.
제1 회전축(30)은 바닥판(20) 상부면의 일측에 결합되며, 제1 회전축(30)의 외주면을 감싸는 형태로 제1 동력 전달 기어(130)가 결합되고 제1 동력 전달 기어(130)와 소정의 간격만큼 이격되어 제1 회전축(30)의 외주면을 감싸는 형태로 제1 회전력 전달 기어(150)가 결합된다. 이때, 제1 회전축(30)은 제1 받침부(32)에 결합되어 바닥판(20)의 상부면에 고정될 수 있다.
제2 회전축(40)은 바닥판(20) 상부면의 타측에 결합되며, 제2 회전축(40)의 외주면을 감싸는 형태로 제2 동력 전달 기어(140)가 결합되고 제2 동력 전달 기어(140)와 소정의 간격만큼 이격되어 제2 회전축(40)의 외주면을 감싸는 형태로 제 2 회전력 전달 기어(160)가 결합된다. 이때, 제2 회전축(40)은 제2 받침부(42)에 결합되어 바닥판의(20)의 상부면에 고정될 수 있다.
동력 전달부(50)는 일측이 제1 회전축(30)에 결합된 제1 동력 전달 기어(130)에 연결되고 타측이 제2 회전축(40)에 결합된 제2 동력 전달 기어(140)에 연결된다. 이때, 동력 전달부(50)는 벨트 또는 체인 형태로 형성되어 제1 동력 전달 기어(130) 및 제2 동력 전달 기어(140)에 감기는 식으로 연결될 수 있다.
동력 생성부(60)는 동력 전달부(50)와 결합되며 바닥판(20)의 움직임에 따라 바닥판(20)의 상부면 상에서 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 슬라이드 된다. 이때, 동력 생성부(60)와 동력 전달부(50) 간의 결합은 동력 생성부(60)의 양측면을 동력 전달부(50)가 관통하여 이루어질 수 있다.
균형 유지부(70)는 동력 생성부(60)와 소정의 간격만큼 이격되어 동력 전달부(50)와 결합되며 바닥판(20)의 움직임에 따라 바닥판(20)의 상부면 상에서 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 슬라이드 된다. 이때, 균형 유지부(70)와 동력 전달부(50) 간의 결합은 균형 유지부(70)의 양측면을 동력 전달부(50)가 관통하여 이루어질 수 있다.
균형 유지부(70)는 동력 생성부(60)가 슬라이드 되는 방향으로 슬라이드 됨으로써 동력 생성부(60)가 바닥판(20) 상부면의 좌측 또는 우측으로 과도하게 슬라이드 되어 동력 생성부(60)의 움직임에 의한 파력 발전 장치(10)의 동작이 불균형 해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)는 바닥판(20)의 움직임에 따라 서 로 다른 수평면 상에서 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 슬라이드 되는 것이 바람직한데, 이는 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)가 바닥판(20) 동일한 수평면상에서 슬라이드 될 시에 서로 충돌하게 되는 경우를 방지하기 위함이다.
또한, 동력 생성부(60)는 균형 유지부(70)에 의해 움직임이 과도하게 제한되는 것을 방지하기 위해 균형 유지부(70)보다 중량이 클 수 있다.
제1 가이드(80)는 제1 회전축(30)과 제2 회전축(40) 사이에 결합되고, 제2 가이드(90)는 제1 가이드(80)와 소정의 간격만큼 이격되어 제1 회전축(30)과 제2 회전축(40) 사이에 결합된다.
이때, 제1 가이드(80)와 제2 가이드(90) 사이에 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)가 삽입되어 바닥판(20)의 움직임에 따라 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 슬라이드 될 수 있으며, 제1 가이드(80)와 제2 가이드(90)는 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)가 서로 다른 수평면 상에서 슬라이드 될 수 있도록 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)의 삽입 위치를 구분하기 위해 수평 방향으로 삽입 구분판(82)이 결합될 수 있다.
따라서, 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)는 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 바닥판(20)의 상부면 상에서 좌측에서 우측 또는 우측에서 좌측으로 이동될 수 있으며, 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)의 상하부 면에는 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 슬라이드 되는 경우에 발생되는 마찰력의 감소를 위해 별도의 베어링(미도시)이 결합될 수 있다.
제1 회전력 전달부(100)는 일측이 제1 회전축(30)에 결합된 제1 회전력 전달 기어(150)와 제2 회전축(40)에 결합된 제2 회전력 전달 기어(160) 중 적어도 하나에 연결된다.
이때, 제1 회전력 전달부(100)는 벨트 또는 체인 형태로 형성되어 제1 회전력 전달 기어(150)와 제2 회전력 전달 기어(160) 중 적어도 하나에 감기는 식으로 연결될 수 있다.
발전기(110)은 바닥판(20) 상부면에 결합되며 전면에 발전 구동부(115)가 구비되고, 일측이 제1 회전력 전달 기어(150)와 제2 회전력 전달 기어(160)중 적어도 하나에 연결되어 있는 제1 회전력 전달부(100)의 타측과 연결된다.
또한, 파력 발전 장치(10)는 발전기(100)와 전기적으로 연결되어 발전기(100)에서 생산되는 전기를 저장할 수 있는 축전지(120)를 더 구비할 수 있다.
또한, 파력 발전 장치(10)는 제1 회전력 전달 기어(150)와 제2 회전력 전달 기어(160)중 적어도 하나에 연결되는 제2 회전력 전달부(165), 제2 회전력 전달부(165) 상에 연결되어 제2 회전력 전달부(165)의 회전 방향의 역방향으로 회전하는 피크 동력 전달부(170), 및 피크 동력 전달부(170)와 발전기(100)를 연결하는 제3 회전력 전달부(180)를 더 포함하며, 이때, 제2 회전력 전달부(165), 피크 동력 전달부(170), 및 제3 회전력 전달부(180)의 역할은 이하 도 4a 내지 4c에서 설명하도록 한다.
상기 도 2와 상기 도3에서는 바닥판(20) 상에 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)가 결합되어 발전기(110)을 동작시키는 파력 발전 장치(10)를 도시하였으나, 본 발명의 파력 발전 장치(10)는 이에 그치지 않고 바닥판(20)상에 복수 개의 동력 생성부(60)와 균형 유지부(70)를 구성하여 파력 발전 장치(10)의 발전량을 증가시키는 구성 또한 가능하다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치의 발전 방법에 대한 참고도이다.
이때, 파력 발전 장치(10)의 발전 방법에 대한 설명을 위하여 파력 발전 장치(10)를 구성하는 일부 구성 요소들만 도시하였으며 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치(10)를 이용한 발전 방법은 다음과 같다.
해수면(W) 상에 파력 발전 장치(10)를 설치 한다. 파도가 발생되지 않은 평형 상태의 해수면(W) 상에 설치된 파력 발전 장치(10)는 수평 상태를 유지한다. 파도가 발생하여 해수면(W)의 좌측이 해수면(W)의 우측에 비해 높게 형성되면 몸체부(20)의 좌측은 우측에 비해 상승하게 되며 그에 따라 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 좌측에서 우측으로 이동하게 된다.
동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 좌측에서 우측으로 이동하게 되면 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)와 연결되어 있는 동력 전달부(50)가 동작하여 제1 동력 전달 기어(130) 및 제2 동력 전달 기어(140)가 회전하게 되고 그에 따라 제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전하게 된다.
제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전하게 되면 제1 회전축(30)에 결합되어 있는 제1 회전력 전달 기어(150) 및 제2 회전축(160)에 결합되어 있는 제2 회 전력 전달 기어(160)가 회전하게 되고 그에 따라 제1 회전력 전달 기어(150)와 제2 회전력 전달 기어(160)중 적어도 하나에 연결되어 있는 제1 회전력 전달부(100)가 동작한다.
제1 회전력 전달부(100)가 동작하게 되면 제1 회전력 전달부(100)에 연결되어 있는 발전 구동부(115)가 회전하게 되므로 발전기(110)가 구동되어 발전이 이루어진다.
또한, 파도가 발생하여 해수면(W)의 우측이 해수면(W)의 좌측에 비해 높게 형성되는 경우에는 몸체부(20)의 우측이 좌측에 비해 상승하게 되며 그에 따라 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 우측에서 좌측으로 이동하게 된다.
동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 우측에서 좌측으로 이동하게 되면 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)와 연결되어 있는 동력 전달부(50)가 그에 따라 동작하여 제1 동력 전달 기어(130) 및 제2 동력 전달 기어(140)가 회전하게 되고 그에 따라 제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전하게 된다.
제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전하게 되면 제1 회전축(30)에 결합되어 있는 제1 회전력 전달 기어(150) 및 제2 회전축(160)에 결합되어 있는 제2 회전력 전달 기어(160)가 회전하게 되고 그에 따라 제1 회전력 전달부(100)가 동작한다.
제1 회전력 전달부(100)가 동작하게 되면 제1 회전력 전달부(100)가 결합되어 있는 발전 구동부(115)가 회전하게 되므로 발전기(110)가 구동되어 발전이 이루 어진다.
이때, 통상적인 발전기(110)에 있어서, 발전 구동부(115)는 동일한 방향으로 만 회전하는데, 동력 생성부(60)의 움직임에 따라 회전하는 제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)은 회전 방향이 동일하지 않으므로 발전 구동부(115)가 제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전 방향의 차이와 관계없이 동일한 방향으로만 회전할 수 있는 구성을 이하에서 설명하도록 한다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 제2 회전력 전달부(165)는 일측이 제1 회전력 전달 기어(150)에 연결되며, 타측이 제2 회전력 전달부(165)와 소정 간격만큼 이격되어 있는 회전력 전달 보조부(170)에 연결된다.
피크 동력 전달부(175)는 제1 회전축(30)과 회전력 전달 보조부(170) 사이에 결합되며, 피크 동력 전달부(175)는 전면부에 결합되는 피크 동력 전달 기어(177)를 더 구비하여 피크 동력 전달 기어(177)가 제2 회전력 전달부(165)에 연결되어 제2 회전력 전달부(165) 회전 방향의 역방향으로 회전한다. 이때, 피크 동력 전달부(175)는 제3 받침부(179)에 결합되어 바닥판(20) 상에 고정될 수 있다.
제3 회전력 전달부(180)는 일측이 피크 동력 전달 기어(177)와 연결되며 타측이 발전 구동부(115)와 연결되어 피크 동력 전달 기어(177)의 회전 방향에 따라 동작하여 발전 구동부(115)가 구동 되도록 한다.
해수면(W)의 우측이 해수면(W)의 좌측에 비해 높게 형성되어 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 우측에서 좌측으로 슬라이드 되는 경우, 제1 회전축(30)에 결합되는 제1 회전력 전달 기 어(150)에 연결되는 제2 회전력 전달부(165)에 연결되며, 제2 회전력 전달부(165)의 회전 방향의 역방향으로 회전하는 피크 동력 전달 기어(177)와 연결된 제3 회전력 전달부(180)는 발전 구동부(115)와 연결되어 제2 회전축(30)의 회전 방향과 역방향으로 발전 구동부(115)가 구동되도록 한다.
따라서, 제1 회전력 전달부(110)와 제3 회전력 전달부(180)는 제1 회전축(30)과 제2 회전축(40)의 회전 방향의 차이와 관계없이 발전 구동부(115)가 동일한 방향으로 구동되도록 하여 발전기(110)에서 발전이 지속적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 파력 발전 장치(10)는 피크 동력 전달부(175)를 이용하여 제1 회전축(30)의 회전 방향과 반대 방향의 회전력을 제3 회전력 전달부(180)를 통하여 발전 구동부(115)에 전달하므로 동력 생성부(60)의 이동 방향과 관계없이 발전기(110)에서 지속적으로 발전이 이루어질 수 있다.
본 발명의 파력 발전 장치(10)는 바닥판(20)의 양측면부의 높이 차에 의하여 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)가 제1 가이드(80) 및 제2 가이드(90)를 따라 바닥판(20)의 상부면 상에서 좌측에서 우측 또는 우측 또는 좌측으로 이동하게 되며, 동력 생성부(60) 및 균형 유지부(70)의 움직임에 따라 동력 전달부(50)가 동작하여 제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)을 회전시킨다.
제1 회전축(30) 및 제2 회전축(40)이 회전하게 되면 그에 따라 제1 회전축 (30) 및 제2 회전축(40)과 결합된 제1 회전력 전달부(100)가 동작하며 제1 회전력 전달부(100)의 동작에 따라 발전기(110)가 구동하여 전기가 발생되며 발생된 전기 는 축전지(120)에 저장된다.
따라서 파도가 발생하여 해수면의 좌측이 우측보다 상승하거나 또는 우측이 좌측보다 상승하는 경우에 관계없이 발전기(110)에서 지속적으로 발전이 이루어지며, 파도의 수직 운동 에너지와 수평 운동 에너지를 모두 이용 가능하므로 종래의 파력 발전 장치에 비해 발전 효율이 향상되는 것이 가능한 효과를 가진다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치를 해수면 상부에 놓은 상태에 대한 참고도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치(10)를 해수면(W) 상부에 설치하는 경우 해수가 파력 발전 장치(10) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위하여 바닥판(20)의 상부에 덮개부(190)가 결합될 수 있다.
또한, 덮개부(190)의 양측면에는 부표 결합부(195)가 구비되어 파력 발전 장치(10)를 해수면(W) 상부에 설치하는 경우 충분한 부력을 확보하기 위해 부표 결합부(195)에 부표(B)가 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템의 사시도 이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템(200)은 파력 발전 장치(210), 부력 유지부(220), 구동축(230), 제1 고정축(240), 제2 고정축(250), 및 보조 발전부(260)를 포함한다.
파력 발전 장치(210)는 해수면에 놓여 파도의 움직임에 따라 발전이 이루어지며 소정의 발전량 확보를 위하여 복수 개의 파력 발전 장치(210)가 해수면에 놓일 수 있다. 이때, 파력 발전 장치(210)의 상세한 구성 및 동작 원리는 상기 도 1 내지 상기 도 4c에 도시된바 있으므로 생략하도록 한다.
부력 유지부(220)는 파력 발전 장치(210)의 일측 및 타측에 결합되어 해수면 상부에 설치된 파력 발전 장치(210)가 해수면 하부로 가라앉지 않고 해수면에 놓여있도록 부력을 유지시키며, 부력 유지부(220)의 내부에는 에어 튜브가 내장될 수 있다. 이때, 부력 유지부(220)에는 소정의 발전량 확보를 위하여 복수 개의 파력 발전 장치(210)가 결합될 수 있다.
구동축(230)은 부력 유지부(220)의 양측단부에 결합되며, 파도의 움직임에 따라 상하로 동작하여 상기 동작에 따라 부력 유지부(220)에 결합된 파력 발전 장치(210)가 동작하여 발전이 이루어지도록 한다.
이때, 구동축(230)과 부력 유지부(220)와의 결합은 구동축(230)이 부력 유지부(220)의 양측단부에 관통 결합되어 이루어질 수 있다.
또한, 구동축(230)은 파도의 움직임에 따라 상하로 일정하게 동작될 수 있도록 가이드 역할을 하는 제1 고정축(240) 및 제2 고정축(250)에 구동축(230)의 일측 및 타측이 삽입된다. 이때, 제1 고정축(240) 및 제2 고정축(250)의 내부에는 높이 방향으로 제1 구동 가이드(242) 및 제2 구동 가이드(252)가 결합되며, 구동축(230)의 일측 및 타측은 제1 구동 가이드(242) 및 제2 구동 가이드(252)에 관통 결합되어 파도의 움직임에 따라 상하로 슬라이드 될 수 있다.
또한, 구동축(230)의 내부에는 복수 개의 베어링(232)이 삽입되어 구동축(230)의 일측 및 타측이 파도의 움직임에 따라 제1 구동 가이드(242) 및 제2 구동 가이드(252) 상에서 원활하게 상하로 슬라이드 되도록 할 수 있다.
또한, 제1 고정축(240)의 하부면은 해저면에 결합되어 발전 시스템(200)을 고정시킴으로써 발전 시스템(200)이 파도의 움직임에 따라 설치된 장소로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
보조 발전부(260)는 제1 고정축(240)의 상부에 결합되어 해수면 상부의 공기의 움직임에 따라 발전이 이루어진다. 이때, 보조 발전부(260)의 상세한 구성은 이하 도 7에서 설명하도록 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템(200)은 해수면의 움직임 또는 해수면 상부의 공기의 움직임에 의해 발전 시스템(200)이 파손되는 것을 방지하기 위하여 제1 고정축(240)을 감싸는 형태로 적어도 한 개 이상의 고정틀(280)이 결합될 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 발전부의 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 보조 발전부(260)는 받침판(262), 회전력 발생부(264), 보조 회전축(266), 보조 발전기(268), 및 보조 축전기(272)를 포함한다.
받침판(262)은 제1 고정축(240)의 상부에 관통 결합된다. 회전력 발생부(264)는 해수면 상부의 공기의 움직임에 따라 회전하여 회전력이 발생되며, 회전시에 불필요한 움직임 없이 제1 고정축(240) 상의 고정된 위치에서 회전될 수 있도록 받침판(262)의 상부에 놓여있는 상태로 회전될 수 있다. 이때, 회전력 발생부(264)는 복수 개의 회전 날개가 결합된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 받침판(262)에는 복수 개의 베어링(263)이 결합되어 회전력 발생 부(264)가 회전시에 발생되는 마찰력을 최소화하여 회전력 발생부(264)가 원활하게 회전되도록 할 수 있다.
보조 회전축(266)은 회전력 발생부(264)의 내측으로 소정의 간격만큼 이격되어 회전력 발생부(264)와 결합되며 회전력 발생부(264)에서 발생되는 회전력을 보조 발전기(268)로 전달한다. 이때, 회전력 발생부(264)와 보조 회전축(266)과의 결합은 일측이 회전력 발생부(264)에 결합되고 타측이 보조 회전축(266)에 결합되는 복수 개의 고정핀(265)에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 보조 회전축(264)의 하부면에는 상기 하부면을 감싸는 형태로 제1 구동 기어(267)가 결합될 수 있다.
보조 발전기(268)는 제1 고정축(240)의 상부에 결합된다. 이때, 보조 발전기(268)의 선단부에는 제2 구동 기어(269)가 결합되고, 보조 회전축(266)의 하부면에 결합된 제1 구동 기어(267)와 보조 발전기(268)의 선단부에 결합된 제2 구동 기어(269)를 구동 벨트(270)로 연결하여 회전력 발생부(264)에서 발생된 회전력은 보조 회전축(266)을 거쳐 보조 발전기(268)로 전달되며, 보조 발전기(268)에서 상기 회전력을 이용하여 발전이 이루어질 수 있다.
보조 축전기(272)는 보조 발전기(268)와 전기적으로 연결되어 보조 발전기(268)에서의 발전으로 생성된 전기 에너지를 저장한다.
또한, 보조 발전부(260)는 보조 발전부(260)의 상부에 별도의 태양열 발전 장치를 추가하여 태양열을 이용한 발전이 이루어질 수 있다.
또한, 해상에서 태풍 등이 발생하여 발전 시스템(200)의 손상이 우려되는 경 우에는 크레인 등으로 발전 시스템(200)의 제1 고정축(240)을 해수면의 상부로 끌어올려 발전 시스템(220)을 해수면 상부에 대하여 부양시킴으로써 태풍에 의한 피해를 방지할 수 있다.
본 발명의 발전 시스템(200)은 해수면에 놓인 파력 발전 장치(210)가 파도의 움직임에 따라 동작하여 발전이 이루어짐과 동시에 해수면 상부의 공기에 움직임에 따라 보조 발전부(260)의 회전력 발생부(264)가 회전하여 회전력이 발생되고 상기 회전력에 의해 보조 발전기(268)가 동작하여 발전이 이루어지므로 파력 에너지 및 풍력 에너지를 활용할 수 있고, 보조 발전부(260)의 상부에 별도의 태양열 발전 장치를 추가하여 태양열 에너지를 활용하는 것 또한 가능하므로 발전 효율이 우수한 효과를 가진다.
또한, 제1 고정축(240)의 하부면이 해저면에 결합되어 파력 발전 장치(210)가 파도에 의해 파력 발전 장치(210)가 설치된 위치로부터 이탈되지 않고 정해진 위치에 고정되므로 안정적으로 발전이 이루어지는 것이 가능한 효과를 가진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 파력 발전 장치가 구동하여 발전이 이루어지는 과정에서 파도의 수직 운동 에너지와 수평 운동 에너지를 모두 이용하게 되어 종래의 파력 발전 장치에 비해 발전 효율이 향상되므로 종래의 파력 발전 장치를 대체하여 활용할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 부유식 파력 발전 장치의 동작 원리에 대한 참고도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치의 사시도,
도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치의 평면도,
도 4a 내지 4c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치를 이용한 발전 방법에 대한 참고도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파력 발전 장치를 해수면 상부에 놓은 상태에 대한 참고도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 시스템의 사시도, 및
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 발전부의 단면도이다.
<도면의 주요 부위에 대한 간단한 설명>
(1,10,210) : 파력 발전 장치 (2) : 공기실
(3) : 발전실 (4) : 개폐부
(5) : 터빈 (6) : 발전기
(20) : 바닥판 (30) : 제1 회전축
(32) : 제1 받침부 (40) : 제2 회전축
(42) : 제2 받침부 (50) : 동력 전달부
(60) : 동력 발생부 (70) : 균형 유지부
(80) : 제1 가이드 (82) : 삽입 구분판
(90) : 제2 가이드 (100) : 제1 회전력 전달부
(110) : 발전기 (115) : 발전 구동부
(120) : 축전지 (130) : 제1 동력 전달 기어
(140) : 제2 동력 전달 기어 (150) : 제1 회전력 전달 기어
(160) : 제2 회전력 전달 기어 (165) : 제2 회전력 전달부
(170) : 회전력 전달 보조부 (175) : 피크 동력 전달부
(177) : 피크 동력 전달 기어 (179) : 제3 받침부
(180) : 제3 회전력 전달부 (190) : 덮개부
(195) : 부표 결합부 (200) : 발전 시스템
(220) : 부력 유지부 (230) : 구동축
(240) : 제1 고정축 (250) : 제2 고정축
(260) : 보조 발전부 (262) : 받침판
(263) : 베어링 (264) : 회전력 발생부
(266) : 보조 회전축 (267) : 제1 구동 기어
(268) : 보조 발전기 (269) : 제2 구동 기어
(270) : 구동 벨트 (272) : 보조 축전기
(280) : 고정틀

Claims (18)

  1. 해수면 상부에 놓이는 바닥판;
    상기 바닥판 상부면의 일측에 결합되는 제1 회전축;
    상기 바닥판 상부면의 타측에 결합되는 제2 회전축;
    일측이 상기 제1 회전축에 결합되고 타측이 상기 제2 회전축에 연결되는 동력 전달부;
    상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 동력 생성부;
    상기 제1 동력 발생부와 소정의 간격만큼 이격되어 상기 동력 전달부와 결합되며 상기 바닥판의 움직임에 따라 이동하는 균형 유지부;
    상기 동력 전달부와 소정의 간격만큼 이격되며 일측이 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축 중 적어도 하나에 연결되는 제1 회전력 전달부; 및
    상기 제1 회전력 전달부의 타측과 연결되는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축 사이에 결합되는 제1 가이드 및 상기 제1 가이드와 소정의 간격만큼 이격되어 상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축 사이에 결합되는 제2 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 동력 생성부는 상기 제1 가이드와 상기 제2 가이드 사이에 삽입되어 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 균형 유지부는 상기 제1 가이드와 상기 제2 가이드 사이에 삽입되어 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 회전축의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 제1 동력 전달 기어 및 상기 제2 회전축의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 제2 동력 전달 기어를 더 포함하며, 상기 동력 전달부의 일측이 상기 제1 동력 전달 기어와 연결되며 상기 동력 전달부의 타측이 상기 제2 동력 전달 기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 동력 전달 기어와 소정의 간격만큼 이격되며 상기 제1 회전축의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 제1 회전력 전달 기어 및 상기 제2 동력 전달 기어와 소정의 간격만큼 이격되며 상기 제2 회전축의 외주면을 감싸는 형태로 결합되는 제2 회전력 전달 기어를 더 포함하며, 상기 제1 회전력 전달부의 일측이 상기 제1 회전력 전달 기어와 상기 제2 회전력 전달력 기어 중 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 회전력 전달 기어와 상기 제2 회전력 전달 기어 중 적어도 하나와 연결되는 제2 회전력 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 회전력 전달부 상에 연결되어, 상기 제2 회전력 전달부의 회전 방향의 역방향으로 회전하는 피크 동력 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 피크 동력 전달부와 상기 발전기를 연결하는 제3 회전력 전달부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기와 전기적으로 연결되는 축전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 동력 생성부는 상기 균형 유지부 보다 중량이 큰 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 동력 생성부와 상기 균형 유지부는 서로 다른 수평면상에서 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥판의 상부에 결합되는 덮개부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 덮개부는 양측면에 부표 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 파력 발전 장치;
    상기 파력 발전 장치의 일측 및 타측에 결합되는 부력 유지부;
    상기 부력 유지부의 양측단부에 결합되는 구동축;
    상기 구동축의 일측이 삽입되며 하부면이 해저면에 결합되는 제1 고정축;
    상기 구동축의 타측이 삽입되는 제2 고정축; 및
    상기 제1 고정축의 상부에 결합되는 보조 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 보조 발전부는 상기 제1 고정축의 상부에 관통 결합되는 받침판, 상기 받침판의 상부에 결합되는 회전력 발생부, 상기 회전력 발생부의 내측으로 소정의 간격만큼 이격되어 상기 회전력 발생부와 결합되는 보조 회전축, 상기 제1 고정축에 결합되며 상기 회전력 전달부와 연결되는 보조 발전기, 및 상기 제1 고정축에 결합되며 상기 보조 발전기와 연결되는 보조 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 보조 발전부는 상기 보조 회전축의 하부면에 결합되는 제1 구동 기어, 상기 보조 발전기의 선단부에 결합되는 제2 구동 기어, 및 상기 제1 구동 기어와 상기 제2 구동 기어를 연결시키는 구동벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 구동축은 상기 제1 고정축과 상기 제2 고정축 사이에 삽입되어 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
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