KR20110003133U - 파력을 이용한 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 파도의 힘을 이용한 발전 시스템에 관한 것으로 지진, 대류현상, 밀물과 썰물, 맨틀 등 여러 요인에 의하여 바닷물의 표면에 출렁임이 생기고 그 출렁임이 육지에 도달하면서 엄청난 파괴력을 발생한 바, 그 파도의 힘을 이용하여 발전을 일으키는 발전 시스템으로, 파도의 출렁임을 보면 골과 마루를 반복적으로 형성하면서 육지로 몰려온 바, 파도의 모양을 따라 공기통을 골에서 마루로 다시 골로, 마루로 반복 하상 운동하게 하고, 공기통이 골에서 마루로 공기통의 하상 운동을 진자 운동시켜 회전 운동으로 바꾸어 주며 그 회전력을 원웨이 클러치 베어링을 통하여 유압펌프에 전달하여 유압유를 압축하고 그 다음 공기통을 빠져나온 파도는 어느 정도 평탄한 모양으로 계속 같은 방향으로 운동 에너지를 가지고 직진 운동하므로 공기통 뒤에 수차를 설치, 수차를 돌리게 하며 수차에도 동력전달장치인 기어와 원웨이 클러치 베어링과 유압펌프를 장설하여 유압유를 압축하고 압축된 유압유는 체크밸브(역방향 흐름 방지 밸브)를 통하여 어큐뮬레이터(유압유 저장 장치)를 통하여 자동제어밸브(전류의 부하에 따라 유압유량 가감 자동 조절 장치)를 통하여 유압발전기(유압모터와 발전기가 일체인 발전기)를 통과시켜 발전을 하고 유압발전기를 빠져나온 유압유를 유압유 저장 탱크에 저장하여 불순물을 제거하고 다시 유압펌프에 공급하여 계속 순환 발전이 이루어지게 하며 고른 발전을 위하여 주기(골에서 다음 골까지의 거리)를 3등분 또는 4등분하여 시차를 두고 발전하게 하여 계속 고른 발전이 이루어지게 하는 파력을 이용한 파력 발전 시스템.
Figure P2020090012418
원웨이 클러치 베어링, 체크밸브, 어큐뮬레이터, 자동제어밸브, 유압발전기, 수차, 공기통

Description

파력을 이용한 발전 시스템{omitted}
본 고안은 중력가속도를 가지고 골과 마루의 모양을 형성하면서 육지로 몰려오는 파도의 힘을 이용하여 발전을 일으키는 파력을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
본 고안은 파력을 이용한 발전분야로 파도 앞에 가로 막이를 하여 파도가 부딪히면 물이 튀어 오르고 그 힘으로 공기를 압축 발전을 하는 시스템, 뱀과 같이 긴 관속에 유압장치를 삽입, 파력으로 관의 움직임을 유압장치를 통해 발전을 일으키는 아나콘다 방식 등 초보실험단계의 발전 시스템이 있음.
현재 석유나 석탄을 이용한 화력 발전, 우라늄 핵분열을 이용한 원자력 발전, 물의 낙차를 이용한 수력발전, 바닷물을 이용한 조력 발전 등 많은 발전시스템이 있으나, 그와 같은 방법이 에너지 고갈로 발전 원가가 계속 상승하고, 공해문제를 야기 시키며 에너지 고갈로 계속 발전이 불가능한바, 영구 발전이 가능한 발전 시스템을 찾아내야 하는 과제에 직면해 있으며 파력을 이용한 발전시스템은 지구의 3분의 2가 바다이며 파도는 지구현상에 의하여 계속 파도가 발생하므로 그 파도의 힘을 이용하여 영구발전을 일으켜야 함.
본 고안은 파도의 골과 마루의 폭을 공기통(1)이 하상 반복 운동을 하도록 하고 그 반복 운동을 진자의 원리를 이용 중심축에서 회전 운동으로 바꾸어 그 힘을 원웨이 클러치 베어링을 통하여 유압 펌프에 전달하게 하며 수차1과 수차2는 파도의 흐름에 따라 수차가 돌며 수차에서 발생한 회전운동의 힘도 원웨이 클러치베어링을 통하여 유압펌프에 전달하게 하며 유압펌프에서 발생한 압축 유압유는- 체크밸브- 어큐뮬레이터 - 자동제어밸브-유압발전기-유압유 저장탱크-다시 처음 유압펌프로 1사이클을 마치게 하며 다시 말하면 골과 마루사이의 폭을 공기통(1)의 하상 진자운동으로 회전 에너지를 얻으며, 공기통을 빠져나온 파도는 수차(1, 2)를 이용하여 직접 회전 에너지를 얻는 방법으로 에너지를 얻어 에너지 고갈문제, 환경문제 등을 해결하였다.
전 세계의 3분의 2가 바다며 우리나라도 3면이 바다로 둘러싸여 있으며 파도(물)는 공기보다 비중이 높아 많은 에너지를 가지고 있으므로 파력을 이용한 발전을 하면 에너지 문제, 공해 문제, 환경 문제가 해결될 것이다.
본 고안은 도 2, 도 3과 같이 맨 앞의 공기통(1)과 공기통에 연결된 연결막대(2), 공기통을 지지하는 지지 축(3), 공기통 지지 축에 고정된 기어(4)와, 고정 기어와 맞물린 기어(5)로 되어 있으며, 맞물린 기어(5) 중앙에 원웨이 클러치 베어링(6)을 장설하고, 원웨이 클러치 베어링(6) 중앙에 유압펌프(14)를 장설하며 뒤의 수차(1, 2)는 프로펠러축(9)에 고정기어(10)와 고정기어와 맞물린 기어(12)로 되어 있으며 맞물린 기어 중앙에 원웨이 클러치 베어링(13)을 장설하고 원웨이 클러치 베어링 중앙에 유압펌프(14)를 장설하며 지지 축(15) 중앙에 지지 축에 고정된 고정 핀(25)을 장설하고 고정 핀에 지지 축(15)의 지지 축(30)과 고정기어(26)를 장설하고 고정기어에 맞물리는 기어(28)와 그 기어 중앙에 원웨이 클러치 베어링(29)을 장설하고 원웨이 클러치 베어링 중앙에 유압펌프(27)를 장설하며 지지 축(30) 끝에는 고정 핀(30-1)을 장설하고 보조 축(31)에 설치된 베어링(49)에 삽입하며 고정 핀(30-1) 중앙에 기어(32)를 고정하고 기어에 맞물린 기어(33)를 그 기어 중앙에 원웨이 클러치 베어링(61)을 장설하며 그 베어링 중앙에 유압펌프(34)를 장설하고 보조 축(31) 중앙에 주 기둥(48)을 삽입하고 주 기둥 밑면에 주 기둥을 고정할 콘크리트(47)를 부어 지면과 견고하게 밀착하며 주 기둥(48)에 기어(35)를 가공하고 주 기둥에 끼워진 보조 축(31) 중앙 90도 각도 부분에 기어(36)와 감속 모터(37)를 지지할 수 있는 판(52)을 부착하며 그 판(52) 중앙에 구멍을 뚫어 기어(36)와 감속 모터(37)를 설치하며 감속 모터 밑으로 물 높이를 감지할 수 있는 수면 높이감지 센서 통(39)을 장설하고 그 센서 통(39) 안에 물의 유입, 배출이 부자연스럽게 하는 판(40)을 장설하며 센서 통에 삽입된 센서 선위에는 상승 타이머 스위치(53) 하강 센서 선 위에는 하강 마그네트(54)와 하강 타이머 스위치(55)를 장설하며 지지 축 반대편에는 지지 축(30) 쪽의 무게와 같은 질량의 무게를 무게중심을 맞추기 위한 지지 축(44)과 지지 축 끝부분에 무거운 추(45)를 달아주며 유압펌프에 연결된 유압파이프(19)에는-체크밸브(62)-어큐뮬레이터(57)-자동제어밸브(56)-유압발전기(59)-유압유 저장탱크(63)-다시 유압펌프(7,14,27,34)로 이렇게 구성되어 있으며 작동은 도2에서와 같이 물위에 공기통(1)이 떠 있으면 파도가 밀려오면 공기통(1)은 파도 골(23)에서 마루(24)까지 상승하다가 마루에 도달하면 더 이상 오르지 못하고 공기통(1) 무게에 의해서 골(23)까지 하강하다 다시 파도(20)를 만나면 다시 마루까지 상승하고 또 마루에서 골까지 하강 하고를 반복한다. 다시 말하면 상승, 하강을 반복하는 것이다. 상승 하강하는 공기통(1)에 연결막대(2)를 고정하고 그 연결막대 끝에 지지 축(3)을 부착하고 지지 축(3)은 지지 축(15)을 중심으로 삼아 회전하게 하며 지지 축(3) 끝 부분에 둥근 기어(4)를 부착하면 그 기어는 지지 축(3)을 중심 삼아 정, 역 회전운동을 하게 되며 이 회전운동은 지렛대의 원리에 따라 엄청난 힘이 생기며 그 힘은 기어(5)를 통하여 유압펌프(7)에 전달되며 공기통(1)을 빠져나온 파도(20)는 힘은 있으나 마루(24)가 밋밋해 수차 (1)과 수차(2)를 통하여 바로 회전운동의 에너지로 바꾸며 수차 축(9)에는 고정 기어(10)와 고정 기어와 맞물리는 기어(12), 그 맞물리는 기어(12) 속에서 원웨이 클러치 베어링(13)을 그 베어링 속에서 유압 펌프 축(14-1)을 설치, 수차의 프로펠러(8)가 회전하면 그 회전력이 유압펌프(14)에 전달 유압유를 압축하게 하였고 공기통과 수차1, 2에서 압축된 유압유는 체크밸브(62)를 지나 유압유 파이프(19)를 통하여 어큐뮬레이터(59)에 저장되며 저장된 유압유는 자동제어밸브(58)를 통하여 유압발전기에 전달되어 많은 양의 고른 전기를 발생시키게 된다. 그러나 반대로 공기통(1) 이 마루(24)에서 골(23)로 하강할 때 공기통은 파도(20)를 따라 내려오지 못하고 마루(24)에서 멈추게 된다. 그 이유는 유압펌프(7)가 체크밸브(62)에 의해서 유압유를 공급받지 못하기 때문에 반대로 돌 수 없는 것이다. 즉 계속 반복에너지 발생작업이 되지 않는 것이다. 그래서 기어(5) 중앙에 원웨이 클러치 베어링(6)을 삽입하여 공기통이 상승할 때 상승에너지로 유압펌프(7)를 돌리고 공기통(1)이 하강할 때 원웨이 클러치 베어링(6)이 유압펌프(7)와 연결된 축(11)을 끊어 주어 공기통(1)은 공기통의 무게로 파도(20)를 따라 마루(24)에서 골(23)로 하강하게 되며 파도(20)가 오면 공기통은 다시 파도를 따라 골(23)에서 마루(24)로 오르는 반복 작용을 하며 에너지는 골(23)에서 마루(24)로 오를 때만 발생하는, 즉 파도(20)의 반인 상승시만 에너지를 발생하며, 공기통(1)을 빠져나온 파도(20-1)는 마루가 거의 없는 모양을 이루게 되어 공기통을 다시 공기통(1)뒤에 설치하면 적은 에너지밖에 생산할 수 없게 될 것이다. 그래서 공기통(1)뒤에는 수차를 설치하여 파도(20-1)가 수차 프로펠러(8)에 부딪혀 프로펠러를 돌리게 하였으며 프로펠러에도 프로펠러축에 고정기어(10)를, 고정기어와 맞물리는 기어(12)를, 맞물리는 고정기어(12) 중앙에는 원웨이 클러치 베어링(13)을, 원웨이 클러치 베어링 중앙에는 유압 펌프 축(14-1)을 삽입 프로펠러가 정 회전 할 때는 유압펌프가 작동하고 프로펠러를 지나간 물이 육지에 도달했다가 다시 바다로 돌아 갈 때는 프로펠러(8)가 공회전하여 프로펠러가 물의 흐름에 따라 자유롭게 정역 회전하면서 압축 유압유를 발생시키게 하였으며, 공기통(1)과 수차(1, 2)에 파력이 가해지면 유압펌프(7, 14)가 작동하는데 즉, 공기통(1)과 수차(1, 2)와 유압펌프의 힘이 1:1이 되지 않으면 지지축의 움 직임이 생기게 되며 이 움직임은 지지 축 중앙의 유압펌프(27)에 의해서 공기통(1)과 수차(1, 2)가 심하게 움직이지 않고 고른 작동을 할 수 있게 하였으며, 태풍과 같은 강한 파도, 지진으로 인한 강한 파도 등은 공기통(1)의 하상 운동, 수차(1, 2)의 회전운동으로는 다 에너지를 흡수할 수 없기 때문에 높은 파도에는 지지 축(30)도 같이 움직일 수 있게 하고 그 움직임도 유압펌프(34)에 전달되게 하여 높은 파도, 낮은 파도의 에너지를 모두 흡수하게 하였으며 밀물과 썰물은 물 높이가 달라지기 때문에 간만의 차가 심한 곳은 지지 축(30)을 한 곳에 고정하면 작동에 애로사항이 있어 지지 축(30)을 주 기둥(48)에 고정하지 않고 주 기둥(48)을 축으로 상하 운동하는 보조 축(31)에 고정하고 보조 축(31)을 물높이에 맞게 맞추기 위하여 주 기둥(48)에 기어(35)를 파고 보조 축(31)에도 기어(36)를 장설하며 그 기어(36)를 감속 모터(37)로 회전시켜 상하작동을 하게 하였으며 물 높이는 물 높이 센서 통속(39)의 센서로 물높이를 감지하여 물높이에 따라 물이 상승하면 모터(37)가 작동, 보조 축(31)이 상승하고 물이 하강하면 모터가 작동 보조축이 하강하게 하였다. 원리는 주전원 공급선(41)에 전기가 공급되고 공급된 전기는 하강 센서 선(43)에 공급되며 전기가 공급되면 하강 마그네트(54)가 달라붙어 전원을 끊으며 물이 빠지면, 즉 전원에서 하강 센서 선(43)으로 전기가 흐르지 못하면 하강 마그네트(54)가 작동되지 않아 전원이 바로 감속 모터(37)에 연결되어 감속 모터가 작동 하강하게 되며, 이때 보조 축(31)에 연결된 센서 통(39)도 같이 하강하게 되어 하강 센서 선(43)에 물이 닿게 되면 하강 센서 선(43)에 전기가 흘러 하강 마그네트(54)에 전기가 공급되어 하강 마그네트가 작동, 전기를 끊어 감속 모터(37)를 정지, 다 시 말하면 예민하게 작동하게 된다. 그래서 하강 타이머 스위치(55)를 설치, 한번 전기가 공급되면 하강 타이머 스위치(55)가 작동하는 시간에는 전원이 끈기지 않고 계속 공급되게 하여 한번 작동 시 일정량의 하강이 이루어지도록 하였다. 또 밀물이 되어 물의 수위가 올라 갈 때는 상승 센서 선(42)에 물이 닿아 주 전원 공급선(41)에서 공급된 전기가 상승 센서 선(42)에 공급되면 이때에도 상승 타이머 스위치(53)를 통하여 공급하여 일정한 높이까지 상승하여 센서가 예민하게 작동하지 않도록 하였으며 수면 높이 감지 센서 통(39) 내에는 물의 유입과 배출의 속도를 느리게 해주는 판(40)을 장설, 파도가 칠 때 물이 상승, 하강 센서 선에 닿아 오작동이 일어나지 않도록 하였다. 또, 지지 축(30) 반대편에는 지지 축 쪽의 무게와 비슷한 무게를 가질 수 있게 지지 축(44)과 고정 추(45)를 장설, 지지 축(30)에 부착된 기기들의 무게로 파도(20)의 힘이 낭비되는 것을 막았으며 발생된 유압유는 체크밸브(62)( 역 방향 흐름방지밸브)를 지나 유압파이프(19)를 통하여 어큐뮬레이터(57)(유압유저장장치)에 저장되었다가 자동제어밸브(58)(전류의 부하에 따라 유압유량 가감 자동 조절 장치)를 통하여 유압 발전기(59)(유압 모터와 발전기가 일체인 발전기)를 통하여 고른 발전을 하고 유압 발전기(59)를 빠져나온 유압유를 유압유저장탱크(63)에 저장하여 불순물을 제거하고 다시 유압펌프(7, 14, 27, 34)에 공급하여 계속 순환 발전이 이루어지게 하며 간만의 차가 적은 지역은 보조 축(31)이 상하운동을 할 필요가 없으므로 제7도와 같이 주 기둥(48)에 지지 축(30)을 바로 고정하고 물높이 감지 센서를 장설하지 않아 고장과, 제작 원가를 줄일 수 있게 하였으며 현장에 파력을 이용한 발전 시스템을 설치할 때 사용전기량이 적은 섬지역 과 사용전기량이 많은 대도시 지역으로 구분하여 설치할 수 있도록 1기 설치(도6)와 다기 공동설치(도9)가 가능하게 설계하여 지역 여건에 맞는 설치가 가능하게 하였으며 간만의 차가 심한 곳의 설치(도2)와 간만의 차가 적은 곳의 설치(도7)로 설계하였다. 여기서 도7를 설명하면 파도는 육지로 몰려 왔다가 다시 바다로 돌아간다. 다시 말하면 도9와 같이 주 기둥사이에 칸막이가 설치되면 파도는 공기통(1)을 거쳐 수차1과 수차2를 거쳐 칸막이(66)에 부딪혔다가 다시 역으로 빠져나간다. 이때 몰려오는 파도와 빠져나가는 파도가 공기통(1) 부분에서 부딪히면 양쪽의 파도의 힘으로 공기통(1)을 강하게 위로 밀어올리고 다시 수차1과 2를 거쳐 칸막이에 부딪혔다가 다시 역으로 빠져나가는 과정을 반복하면서 파도의 에너지를 최대한 흡수하게 하였으며 고른 발전을 위하여 지지 축(30)의 길이를 달리하여(파도의 주기를 3등분하여) 고른 발전이 되게 한 고안이다.
도1 : 파력 발전, 수면접촉 작동부분 확대도
도2 : 지지 축(30) 주 기둥 이동 형 파력발전시스템 정면도
도3 : 지지 축(30) 주 기둥 이동 형 파력발전시스템 평면도
도4 : 지지 축(30) 주 기둥 이동 형 파력발전시스템 좌측면도
도5 : 지지 축(30) 주 기둥 이동 형 파력발전시스템 우측면도
도6 : 지지 축(30) 주 기둥 이동 형 파력발전시스템 현장배치 평면도
도7 : 지지 축(30) 주 기둥 고정 형 파력발전시스템 정면도
도8 : 지지 축(30) 주 기둥 고정 형 파력발전시스템 평면도
도9 : 지지 축(30) 주 기둥 고정 형 파력발전시스템 현장배치 평면도
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
(1) 공기통 (2)공기통 연결 막대 (3)공기통 지지 축
(4)공기통 지지축의 고정기어 (5)공기통 에너지 유압펌프동력전달기어
(6)공기통 에너지 전달 원웨이 클러치 베어링
(7)공기통(1)의 움직임으로 회전하는 유압펌프
(8)수차 프로펠러 (9)수차 프로펠러축
(10)수차 프로펠러축의 고정기어
(11)유압 펌프 축
(12)프로펠러 에너지 유압펌프 동력전달 기어
(13)프로펠러 에너지 전달 원웨이 클러치 베어링
(14)프로펠러의 회전운동으로 회전하는 유압펌프
(14-1)유압 펌프 축
(15)공기통과 수차1과2 지지 축을 지지하는 지지 축
(16)공기통 지지 축 베어링 (17)프로펠러축을 지지하는 베어링
(18)유압유 입 파이프 (19)유압유 출 파이프 (20)파도
(20-1) 공기통을 빠져나온 파도
(21)파도 수평면 (22)파도의 골과 마루의 폭(진폭, 파고)
(23)골 (24)마루 (25)지지 축에 고정된 고정 핀
(26)고정 핀 (25)의 고정기어
(27)지지 축 (15)움직임으로 회전하는 유압펌프 (27-1)유압펌프 축
(28)유압펌프 축(27-1)에 연결된 기어
(29)지지 축(15)의 회전에너지 전달 원웨이 클러치 베어링
(30)지지 축(15)의 지지 축
(30-1)지지 축(30)에 고정된 고정 핀
(31)주 기둥을 축으로 상하 운동하는 보조 축
(32)고정 핀(30-1)에 고정된 기어
(33)유압펌프(34)에 연결된 기어
(34)지지 축(30)의 움직임으로 회전하는 유압펌프
(35)주 기둥(48)에 가공된 기어
(36)기어(35)와 맞물린 기어
(37)보조 축(31)의 상하 이동을 시키는 감속 모터
(37-1)감속 모터(37)의 축
(38)보조 축(31)과 연결된 수면 높이 감지센서 기둥
(39)수면 높이 감지 센서 통
(40)물의 유입과 배출의 속도를 느리게 해주는 판
(41)주 전원 공급선 (42)상승 센서선 (43)하강 센서선
(44)지지 축(30)의 무게 중심을 맞추기 위한 지지 축
(45) (44)에 고정된 추 (46)주 기둥을 설치한 지면
(47)주 기둥(48)고정 콘크리트 (48)주 기둥
(49)지지 축(30)의 작동을 도와주는 베어링
(50)지지 축(30)의 하강 걸림 턱 (51)지지 축(30)의 상승 걸림 턱
(52)기어(36)와 감속 모터(37)를 지지하는 판
(53)상승 타이머 스위치 (54)하강 마그네트
(55)하강 타이머 스위치 (56) (39)의 수면
(57)어큐뮬레이터(유압유 저장장치)
(58)자동제어밸브(전류의 부하에 따라 유압유량 가감 자동조절장치)
(59)유압 발전기 (60)출력 전기선
(61)지지 축(30)의 에너지 전달 원웨이 클러치 베어링
(62)체크밸브(유압유 역방향 흐름 방지 밸브)
(63)유압유 저장 탱크 (64) (15)비틀림 방지 막대
(65) (30)비틀림 방지 막대 (66)시멘트 칸막이

Claims (1)

  1. 도1과 같이 공기통(1)은 하상 진자 운동을 하여 지지 축 기어(4)가 정역 회전운동을 하게하며, 그 회전운동을 기어(5)를 통하여 원웨이 클러치 베어링(6)을 통하여 유압펌프(7)에 전달, 에너지를 얻게 하며 수차1과 수차2는 프로펠러(8)의 회전력을 기어(10)과 기어(12)를 통하여 원웨이 클러치 베어링(13)을 통하여 유압펌프(14)에 전달, 에너지를 얻게 하며 압축된 유압유은 체크밸브(62)(유압유 역 방향 흐름 방지 밸브)를 지나 유압 파이프(57)를 통하여 어큐뮬레이터(유압유 저장 탱크)를 통하여 자동 제어 밸브(57)(전류의 부하에 따라 유압유량 가감 자동 조절 밸브)를 통하여 유압 발전기(57)에 보내 발전을 하고 유압발전기(59)를 빠져나온 유압유를 유압유 저장 탱크(63)에 저장하여 불순물을 제거하고 다시 유압 펌프(7, 14, 27, 34)에 공급하는 시스템과 밀물과 썰물의 간만의 차가 심한 곳은 주 기둥에 보조 축(31)을 설치하여 보조 축(31)이 주 기둥(48)을 상하 이동하여 공기통(1)과 수차(1, 2)가 제기능을 발휘하게 하고 밀물과 썰물의 간만의 차가 적은 곳은 주 기둥(48)에 지지 축(30)을 바로 고정하고 물 높이 감지 센서(39)를 없이 하며 현장 설치 시 도6, 도9와 같이 파도에 접하는 시간의 시차를 준 파력을 이용한 발전 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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