KR20100128056A - 파력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파랑 등의 파도의 상하 운동을 발전기를 돌리는 에너지로 변환시켜 발전을 행하는 파력 발전 장치에 관한 것으로, 해수면에 떠 있는 본체에 파도의 상하 움직임에 따라 각각 회전되는 회전날개가 일정 간격으로 다수 개 설치되어 연속으로 발전을 행할 수 있도록 된 파력 발전 장치이다.

본 발명에 따르면, 발전축이 내부에 설치되고, 수평으로 길게 설치된 본체; 상기 본체의 양단부에 각각 연결고정되고, 부력에 의해 부상되며, 어느 하나의 내부에는 발전축과 연결된 발전기가 설치된 부유탱크; 파도의 상하 운동에 의해 일측 방향으로만 회전되고, 본체의 상부와 하부에 각각 번갈아 가면서 일정 간격으로 설치된 다수 개의 회전날개;를 포함하여 구성된 파력 발전 장치가 제공된다.

파력 발전, 회전날개, 부유 탱크, 발전축

Description

파력 발전 장치{Wave-power generator}

본 발명은 파랑 등의 파도의 상하 운동을 발전기를 돌리는 에너지로 변환시켜 발전을 행하는 파력 발전 장치에 관한 것으로, 해수면에 떠 있는 본체에 파도의 상하 움직임에 따라 각각 회전되는 회전날개가 일정 간격으로 다수 개 설치되어 연속으로 발전을 행할 수 있도록 된 파력 발전 장치이다.

파력 발전 장치는 파도가 가지는 위치 에너지를 회전날개 등의 수차를 이용하여 기계 에너지로 변환하고 이것을 발전기를 돌리는 에너지로 활용하는 장치이다. 즉 파도에 의한 수면의 주기적 상하 운동과 물 입자의 전후 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동으로 변환시킨 후, 전기 에너지로 변화시키는 것을 말한다.

파력 발전 방식에는 파랑의 운동 에너지를 변환하는 방식에 따라 분류할 수 있는데, 대표적으로 수면에 부구를 띄우고 상기 부구가 파랑의 운동에 의하여 상하 또는 회전 운동을 하고, 이의 운동을 발전기를 회전시키는 방식이다. 그리고 파랑 이 드나들 수 있는 공기실을 구축하고, 파랑의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통하여 발생하는 공기 흐름으로 터빈을 돌려 발전하는 방식이 있다.

화석 에너지 고갈에 따라 대체 에너지로서 풍력, 조력, 파력 등의 이용 가치가 높아짐에 따라 상기 자연력을 이용한 발전 장치가 다수 개발되어 있다. 특히 본 발명과 같은 파력 에너지의 이용을 보면, 공기실을 연안에 축조하여 파력에 의한 공기실의 공기를 압축하여 터빈을 돌리는 기술이 일반화되어 있으나 공기실 등의 축조에 따른 어려움이 있다. 그리고 해수면에 부구를 띄우고 이의 상하 운동을 발전기를 돌리는 에너지로 전환하는 구조에 있어서는 파랑의 상사점과 하사점에서 회전력을 발생시키지 못하여 연속적인 발전을 행할 수 없었다.

따라서 본 발명은 파도의 운동을 발전기를 회전시키는 에너지로 전환시키는 간단한 구조를 제공하고, 파도의 상사점이나 하사점의 위치에 관계없이 연속적인 에너지를 얻을 수 있도록 하는 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파랑 등의 파도의 하향 운동에 회전되는 다수 개의 회전날개와, 상향 운동에 회전되는 다수 개의 회전날개가 번갈아 가면서 설치된 본체가 부유탱크에 의해 수면 부근에 위치되게 설치된 파력 발전 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 파도의 에너지를 발전기를 회전시키는 에너지로 전환시키는 장치의 구성이 간단하고, 또한 이의 설치가 용이한 특징이 있다. 그리고 파랑 등의 크기에 변화 등 환경적인 측면에서의 변화가 있더라도 연속적인 발전 에너지를 얻을 수 있어 발전 효율이 큰 장점이 있다.

본 발명에 의한 파력 발전 장치는 발전축(1)이 내부에 설치되고, 수평으로 길게 설치된 본체(2); 상기 본체(2)의 양단부에 각각 연결고정되고, 부력에 의해 부상되며, 어느 하나의 내부에는 발전축(1)과 연결된 발전기(3)가 설치된 부유탱크(4); 파도의 상하 운동에 의해 일측 방향으로만 회전되고, 본체(2)의 상부와 하부에 각각 번갈아 가면서 일정 간격으로 설치된 다수 개의 회전날개(5);를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 부유탱크(4) 또는 본체(2)는 도 1에 도시된 바와 같이 해저면에 설치된 고정체(6)와 고정줄(7)로 연결된다. 따라서 파도에 의해 본체(2) 등이 유실되지 않고 설치된 곳에서 발전을 할 수 있게 된다.

그리고 상기 회전날개(5)는 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(8)의 일측단부 에 설치되고, 회전축(8)은 베어링으로 본체(2)에 지지되며, 회전축(8)의 타측단부에는 일방향베어링(9)을 매개로 하여 베벨기어(10b)가 설치되고, 베벨기어(10b)는 발전축(1)의 베벨기어(10a)와 치합된다. 따라서 회전날개(5)가 회전하면 회전축(8)으로 회전력이 전달되고, 베벨기어(10a)(10b)의 치합에 의해 발전축(1)을 회전시키고, 발전축(1)의 일단에 연결된 발전기(3)가 발전을 행하게 된다.

상기와 같은 회전날개(5)의 설치 구조 이외에, 도 5와 도 6에 도시된 실시예도 가능하다. 즉, 본체(2)에 일정 간격으로 상부로 절곡된 분기관(11)과 하부로 절곡된 분기관(11)이 연결되고, 각각의 분기관(11)의 내부에는 회전날개(5)가 설치된 회전축(8)을 발전축(1)에 연결하기 위한 베벨기어들이 설치되어 있다. 물론 이 실시예에서도 회전축(8)의 하단에 설치된 베벨기어(10b)는 일방향베어링(9)으로 회전축(8)에 설치된다.

어떠한 실시예이더라도, 회전날개(5)는 도 3에 도시된 바와 같이 파도의 하향 운동에 의해 회전되는 것은 본체(2)의 상부에 설치되고, 파도의 상향 운동에 의해 회전되는 것은 본체(2)의 하부에 설치된다. 따라서 파도의 움직임이 본체(2)에 간섭을 받지 않고 바로 회전날개(5)에 작용하게 된다. 즉, 하향하는 파도의 움직임은 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 회전날개(5)를 먼저 회전시킨 후 본체(2)에 다다르게 되고, 상향하는 파도는 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 역시 회전날개(5)를 먼저 회전시킨 후 본체(2)쪽으로 이동된다.

그리고 상기 각각의 부유탱크(4)의 하부에는 균형판(12)이 수직으로 고정설치되고, 균형판(12)의 하단에는 무게추(13)가 설치되어, 부유탱크(4)의 자세를 유 지시킨다. 따라서 회전날개(5)가 항상 도 3과 같은 자세를 유지할 수 있도록 하여 파도의 상하 운동이 회전날개(5)의 회전운동으로 전환되는 효율을 극대화시키게 된다.

그리고 상기 본체(2)에는 하나 이상의 부구가 더 설치될 수 있다. 부구는 본체(2)가 자중에 의하여 물속으로 침강하는 것을 방지하는 것으로, 이는 파도의 상하 운동이 가장 큰 위치에 회전날개(5)가 위치하도록 하기 위함이다.

이와 같이 본 발명은 파도의 상하 운동이 일어날 때, 긴 본체(2)에 설치된 회전날개(5)의 위치에 따라 파도의 운동 방향이 서로 다른 현상을 이용하게 된다.

따라서 부유탱크(4)가 본체(2)와 함께 상승하거나 하강할 때, 그 반대 방향으로 이동하는 파도의 영향을 받는 회전날개(5)의 회전력으로 발전축(1)을 회전시키고, 발전축(1)의 회전방향과 다른 방향으로 회전하는 회전날개(5)의 회전력은 발전축(1)에 전달되지 않도록 일방향베어링(9)이 장착된 구조이다.

즉, 부유탱크(4)가 본체(2)와 함께 상승하는 동안에는 아래 방향으로 치닫는 파도에 부딪히는 회전날개(5)가 발전축(1)을 회전시키고, 부유탱크(4)가 본체(2)와 함께 하강하는 동안에는 위 방향으로 치솟는 파도에 부딪히는 회전날개(5)가 발전축(1)을 회전시킨다.

상기와 같은 본 발명의 발전 구조에서는 부유탱크(4)와 본체(2)가 파도의 상사점과 하사점에 머물러 일시 정지하고 있는 상태에서도 긴 본체(2)에 설치된 불특정한 어느 하나 이상의 회전날개(5)는 위로 치솟거나 아래로 치닫는 파도에 의해 회전하게 됨으로써 연속적으로 발전축(1)에 회전력을 전달할 수 있게 되어 높은 발 전 효율을 기대할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 높은 발전 효율을 가지도록 모든 구성이 도 1과 같이 설치되고, 부유탱크(4)에 의해 해수면에 위치하고, 파도의 상하 운동이 가장 크게 일어나는 위치에 설치된다.

그리고 회전날개(5)의 설치 간격은 파도의 주기를 고려하여 결정되는 것으로, 파도의 유형이 어떠하더라도 설치된 다수 개의 회전날개(5) 중에 적어도 하나 이상은 회전하는 구조이다. 즉, 파도의 상사점과 하사점 위치에서는 파도의 상하 운동이 일어나지 않고, 이 위치에 있게 되는 회전날개(5)는 회전되지 않기 때문에 발전축(1)을 회전시키기 못한다. 따라서 본 발명은 파도의 상사점과 하사점의 사이 즉, 파도의 상하 운동이 일어나는 위치에 반드시 하나 이상의 회전날개(5)가 위치되도록 설계된다.

상기와 같은 본 발명은 도 1과 같이 해저면에 고정된 고정체(6)에 고정줄(7)로 연결되어 특정 위치에 있게 된다. 그리고 부유탱크(4)에 의해 해수면 부근에 위치되는데, 부유탱크(4)의 부력은 상기에서 본 바와 같이 파도의 상사점과 하사점 사이에 회전날개(5)들이 위치되도록 결정된다. 그리고 본체(2)의 하중에 의해 부유탱크(4)만으로 회전날개(5)들의 특정 위치 설치가 어려우면, 부구를 본체(2)에 더 설치하여 계획된 위치에 설치될 수 있도록 하면 된다.

파도가 일어나면 물은 상하로 움직이게 되고, 이의 운동에 의해 회전날개(5)가 회전되어 발전력을 얻게 된다.

도 3과 도 6에 도시된 바와 같이, 물의 하향 흐름은 본체(2)의 상부에 위치 된 회전날개(5)를 회전시키게 된다. 물의 하향 흐름에 의해 회전날개(5)가 회전되면, 회전축(8)의 하단부에 설치된 베벨기어(10b)가 발전축(1)에 설치된 베벨기어(10a)에 치합되어 있으므로, 발전축(1)을 회전시킨다. 물론 이 때에는 일방향베어링(9)은 힘을 전달하는 방향으로 회전된다.

물의 하향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)는 본체(2)의 상부에 설치되는데, 이는 물의 흐름이 본체(2)에 막혀 회전날개(5)를 제대로 회전시키지 못하는 경우를 방지하기 위함이다. 즉, 물의 하향 흐름이 바로 회전날개(5)를 회전시키도록 한다. 만약 물의 하향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)가 본체(2)의 하부에 위치된 경우에는 물의 하향 흐름이 먼저 본체(2) 부딪히고, 이후에 회전날개(5)를 회전시키게 되므로, 본체(2)에 의해 에너지의 손실이 있게 된다.

따라서 물의 하향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)는 본체(2)의 상부에 설치하고, 물의 상향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)는 본체(2)의 하부에 설치하는 것이 바람직하다.

그러나 본체(2)로부터 분기관(11)에 의해 일정 거리 떨어져 설치되는 도 5와 도 6의 경우에는 도 2와 도 4의 실시예보다 본체(2)에 의해 가려지는 부분이 작기 때문에 물의 흐름 방향에 따라 각각 작동하는 회전날개(5)를 본체(2)의 상하에 구별하여 설치할 필요는 없다. 그렇지만 도 5와 도 6의 경우 또한 분기관(11)이 물의 상하 흐름을 방해하게 되므로, 이 경우도 물의 하향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)는 본체(2)와 분기관(11)의 상부에 설치하고, 물의 상향 흐름에 의해 회전되는 회전날개(5)는 본체(2)와 분기관(11)의 하부에 설치하는 것이 바람직하다.

파도가 진행되면서 물의 운동이 하향 운동에서 상향 운동으로 바뀌게 되면 본체(2)의 하부에 설치된 회전날개(5)가 회전된다. 이 때에는 하향 운동에 의해 회전되는 본체(2)의 상부에 설치된 회전날개(5)들은 미약하게 반대 방향으로 회전하게 되지만, 이 때의 일방향베어링(9)은 힘을 전달하지 않고 헛돌아가는 구조이다. 따라서 물의 상승에 의해 회전되는 본체(2) 하부의 회전날개(5)에 의해 발전축(1)이 회전하는 방향의 반대 방향으로는 힘을 전달하지 못하므로, 발전에는 지장이 없게 된다.

따라서 일방향베어링(9)에 의해 본체(2) 하부에 설치된 것과 상부에 설치된 것들에 의해 서로 반대방향으로 발전축(1)을 회전시키려는 힘의 발생이 방지된다.

본체(2) 하측의 회전날개(5)가 회전되면 회전축(8)에 설치된 베벨기어(10b)가 발전축(1)의 베벨기어(10a)와 치합되어 있으므로, 발전축(1)을 회전시키게 된다.

상기와 같이, 본체(2) 상부의 회전날개(5)와 하부의 회전날개(5)가 모두 발전축(1)을 동일한 방향으로 회전시키도록 베벨기어(10a)(10b)의 위치와 회전날개(5)의 설계가 이루어져야 함은 당연하다.

그리고 물의 흐름이 회전날개(5)를 높은 효율로 회전시킬 수 있도록 회전날개(5)가 항상 물의 흐름에 대하여 직각을 유지할 수 있도록 자세를 유지시키는 장치가 구비된다.

이는 균형판(12)과 무게추(13)에 의해 이루어지는데, 균형판(12)이 부유탱크(4)에 고정되어 설치되고, 균형판(12)의 하부에 무게추(13)가 설치되어 있으므 로, 부유탱크(4)는 일정한 자세를 유지하게 된다. 따라서 파도의 발생이나 바람 등에 의해 본체(2)의 자세가 흐트러지더라도 균형판(12)과 무게추(13)는 그 하중에 의해 항상 아래 방향으로 이동하게 되므로 부유탱크(4)가 원래의 자세를 유지하게 되고, 회전날개(5)는 항상 물의 상하 운동에 의해 가장 큰 회전력을 얻는 자세를 유지하게 된다. 물론 상기에 있어서, 무게추(13)의 구성없이 균형판(12)만으로도 상기의 목적을 달성할 수 있다.

상기와 같이 파도의 상하 운동에 의해 회전날개(5)가 발전을 행하는 발전축(1)을 회전시키게 되고, 파도가 일어나는 동안에는 적어도 하나 이상의 회전날개(5)가 발전을 위한 회전력을 발생시키게 되어, 연속적인 발전이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 설치 상태도

도 2는 본 발명의 평면도

도 3은 도 2의 "A-A" 단면도

도 4는 도 2의 "B-B" 단면도

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 평면도

도 6은 도 5의 "C-C" 단면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 발전축 2 : 본체

3 : 발전기 4 : 부유탱크

5 : 회전날개 6 : 고정체

7 : 고정줄 8 : 회전축

9 : 일방향베어링 10a, 10b : 베벨기어

11 : 분기관 12 : 균형판

13 : 무게추

Claims (6)

1. 발전축(1)이 내부에 설치되고, 수평으로 길게 설치된 본체(2); 상기 본체(2)의 양단부에 각각 연결고정되고, 부력에 의해 부상되며, 어느 하나의 내부에는 발전축(1)과 연결된 발전기(3)가 설치된 부유탱크(4); 파도의 상하 운동에 의해 일측 방향으로만 회전되고, 본체(2)의 상부와 하부에 각각 번갈아 가면서 일정 간격으로 설치된 다수 개의 회전날개(5);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부유탱크(4) 또는 본체(2)는 해저면에 설치된 고정체(6)와 고정줄(7)로 연결됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전날개(5)는 회전축(8)의 일측단부에 설치되고, 회전축(8)은 베어링으로 본체(2)에 지지되며, 회전축(8)의 타측단부에는 일방향베어링(9)을 매개로 하여 설치된 베벨기어(10b)가 발전축(1)의 베벨기어(10a)와 치합됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 회전날개(5)는 파도의 하향 운동에 의해 회전되는 것은 본체(2)의 상부에 설치되고, 파도의 상향 운동에 의해 회전되는 것은 본체(2)의 하부에 설치됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 부유탱크(4)의 하부에는 균형판(12)이 수직으로 고정설치됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 본체(2)에는 하나 이상의 부구가 설치됨을 특징으로 하는 파력 발전 장치.

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