KR20110110401A

KR20110110401A - 튜브형 파력 발전기

Info

Publication number: KR20110110401A
Application number: KR1020100029683A
Authority: KR
Inventors: 이춘영
Original assignee: 이춘영
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-07

Abstract

본 발명품은 바다의 파도를 이용한 파력발전기에 관한 것으로 좀 더 상세하게 설명하면 바다에서 파도가 칠 때 파랑이나 풍랑을 이용하여 파랑의 움직임에 따라 작동 하면서 튜브형 발전체가 구부러졌다가 펴졌다가를 반복하며 상승행정과 하강 행정을 반복하면서 유압펌프의 역할을 하는 유압실린더가 고압의 유압을 발생시켜 파력발전기 내부의 유압라인을 따라 유압모터로 보내져 유압모터를 작동시키고 유압모터는 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 장치이다. 태양광발전기나 풍력발전기는 해가 떠있는 낮시간이나 바람이 많이 불어야 발전기 가능하다. 그리고 화력발전의 경우 발전을 하기 위하여 연료를 소비해야하며 발전시 환경오염물질이 많이 배출된다. 그러나 파도를 이용한 본발명품은 낮과밤에 관계없이 24시간 작동이 가능하며 공해물질이나 폐기물이 거의 배출되지 않는 것이 특징이다.

Description

튜브형 파력 발전기{tube type, wave power generator}

본 발명은 파도를 이용한 파력발전기의 관한 것으로 보다 상세하게는 해수면에 파도가 칠때 해수면의 풍랑이나 파랑을 이용하여 튜브형 발전체를 움직여 유압펌프 역할을 하는 유압실린더의 유압유를 고압으로 배출시켜 고압의 유압유가 유압모터를 돌리고 회전하는 유압모터는 발전기를 돌려 전기를 생산하는 튜브형 파력발전기이다.

일반적으로 바람을 이용한 풍력발전기는 바람이 불때만 발전이 가능하고 태양을 이용한 태양광 발전기는 해가 떠있는 낮시간에만 발전이 가능하다. 그리고 원자력 발전이나 화력발전은 발전에 필요한 원료를 구입하는데 많이 비용이 들고 방사능 폐기물이나 환경오염물질을 배출하는 단점이 있다. 이에 본 발명품은 낮과 밤의 제한 없이 24시간 발전이 가능하고 오염물질을 거의 배출하지 않는 순수한 자연의 힘 파도를 이용한 발전기를 만들려 한다.

본 발명품은 24시간 발전이 가능하여야 하고 이산화탄소나 방사능 등의 오염물질이나 폐기물을 배출하지 않으며 해수면의 파도를 이용하여 발전해야 한다. 그리고 파력발전기의 유압펌프 역할을 하는 각각의 유압실린더에서 발생한 고압의 유압유가 발전모터를 구동 시키는 유압모터의 회전방향을 일정한 방향으로 회전 할 수 있도록 제어해야 하며, 하나의 유압실린더에서 유압유를 배출할 때 또 다른 유압실린더는 유압유를 흡입한다. 두 개의 실린더가 흡입 행정과 배출 행정의 역할을 서로 교차하는 순간 유압유의 흐름은 정지한다. 유압유의 흐름이 정지하면 발전기를 구동시키는 유압모터가 정지한 유압유의 저항 때문에 회전력이 저하되고 발전기의 회전력 또한 급격 하게 떨어진다. 그러므로 발전효율도 떨어지는 문제가 생긴다. 위와 같은 과제를 해결 하여야 한다.

위 과제를 해결하기 위하여 철판으로 긴 튜브형 부유물체 4개를 만들어 파도가 칠때 해수면의 파랑이 움직이는 형태에 따라 움직일 수 있도록 서로 연결하고 서로 연결된 연결부위 상단과 하단에 유압펌프 역할을 하는 유압실린더를 부착하여 파랑의 움직임에 따라 서로 연결된 튜브들의 연결부위가 접혔다 펴졌다를 반복하면서 위아래에 부착된 유압실린더가 고압의 유압을 발생시키고 위 유압으로 유압모터를 돌려 발전기에 회전동력을 전달해 전기를 발생시킨다. 본 발전기가 파도의 힘에 의하여 고압의 유압유를 발생시켜 그 힘으로 발전기를 돌릴 때 중요한 것은 유압의 힘이다. 발전기를 돌려주는 유압모터를 일정한 방향으로 돌리기 위해서 유압펌프 역할을 하는 유압실린더에서 발생한 고압의 유압유를 즉, 배출행정의 유압유를 유압모터에 있는 흡입구와 배출구중 흡입구로만 흘러 유압모터를 돌리고 배출구로 배출되어야 하며, 배출된 유압유는 흡입행정을 하고 있는 유압실린더로 흡입되어야 한다. 이를 위하여 역류방지밸브 즉 체크밸브(check valve)와 발전모터의 흡입구로 보내지는 유압탱크 그리고 각각의 흡입행정의 유압실린더로 보내주는 유압탱크를 만들어 해결한다. 그리고 두 개의 실린더가 배출행정과 흡입행정을 끝내고 서로의 역할을 교차하는 순간 유압유의 흐름이 정지하여 발전기의 회전력이 급격하게 떨어지는 형상을 최소화 하기 위하여 유압모터와 발전기를 연결해주는 회전축에 일방향 베어링(one way bearing)을 설치하여 발전기의 급격한 회전력 손실을 최대한 줄인다.

본 발명품은 파도의 힘으로 발전하는 장치로서 화력발전이나 원자력발전처럼 폐기물과 공해물질이 배출되지 않으며, 해가 떠있는 낮시간에만 발전이 가능한 태양광 발전기와 달리 낮과밤에 제한없이 24시간 발전이 가능하다.

도1 : 튜브형 파력발전기의 측면도
도2 : 튜브형 파력발전기의 평면도
도3 : 튜브형 파력발전기가 파랑에 따라 움직이는 모형을 본 측면도
도4 : 파력발전기의 작동원리를 설명하기 위한 측 단면도
도5 : 방수 주름 고무가 설치된 튜브형 파력발전기의 측 부분도
[도면의 주요 부분의 대한 부호의 설명]
도1
T : 해치(hatch)
도3
A : 하강행정 부분
B : 상승행정 부분
도4
B : 발전모터
M : 유압모터
K : 전기 케이블
V : 유압 차단 밸브
S₁ S₂ : 유압 실린더
P₁ P₂ : 유압 피스톤
L₁ L₇ : 유압 호스 라인
L₂L₃L₄ L₅ L₆ : 유압 파이프 라인
C₁ C₂ C₃ C₄ : 역류 방지 밸브(check valve)
U₁ U₂ : 유압 탱크
O : 일방향 베어링(one way bearing)
도5
B₁ B₂ B₃ B₄ : 방수 주름 고무

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 에 따른 튜브형 파력 발전기를 상세 설명한다.

본 발명품은 파도를 이용한 파력발전기이다.

도1을 보면 철로된 튜브4개가 서로 연결되어 있는데 튜브 하나의 지름이 4m 길이가 30m 무게가 300톤 총길이가 126m 총무게가 1,200톤 가량 된다. 발전기 앞부분에는 발전튜브가 해류나 파도에 의해서 이동하는 것을 방지하기 위하여 튜브형 파력 발전기를 해저 바닥에 고정시키는 고정케이블 장치가 있고 튜브형 파력 발전기 윗부분에는 발전튜브 내부의 발전장치의 수리나 점검을 위한 출입통로의 해치(T) 그리고 튜브와 튜브 사이에는 유압 펌프역활을 하는 유압실린더가 위에 하나 밑에 하나 두 개의 실린더가 설치되어 있다. 본 튜브형 파력발전기는 파도가 칠 때 파랑의 모형에 따라 작동한다.

도3은 파도가 칠 때 튜브형 파력발전기가 파랑에 모형에 따라 작동하는 모습을 그린 도면이다.

파도가 튜브형 파력발전기 앞부분에서 끝부분까지 진행할 때 파봉과 맞닿아 있는 부분은 해수면의 부력에 의하여 위로 상승하고 파곡이 맞닿아 있는 부분은 발전기)의 무게 즉, 중력에 의하여 아래로 하강한다. 도3의 A부분은 파곡이 A부분을 지나면서 발전기가 하강행정을 하는 순간의 모습이고 B부분은 파봉이 B부분을 지나면서 발전기가 상승행정을 하는 순간의 모습이다. 튜브형 파력발전기 파곡과 파봉이 지나갈 때마다 하강행정과 상승행정을 반복하며 튜브형 파력발전기의 장착된 유압실린더를 작동 시킨다. 도3의 A부분은 파곡이 지나가는 순간의 하강행정을 도4를 통해 설명하면 파곡이 지나면서 튜브와 튜브의 연결부위가 파랑의 모형에 따라 V자 형으로 꺽어지면서 위쪽의 실린더(S₁ ) 내에있는 피스톤(P₁ )실린더(S₁ )앞쪽으로 밀려들어가 실린더(S₁ )에 있는 유압유를 고압으로 유압호스라인(L₁ )으로 전달한다.

＜이때, 유압실린더(S₁ )에는 유압유가 유압실린더(S₁ )밖으로 배출라인(L₁ )과 유압유가 유압실린더(S₁ )내부로 흘러들어오는 흡입라인(L6)이 있는데 유압실린더(S₁ )내부의 유압유가 배출라인(L₁ )쪽으로만 배출될수 있도록 흡입라인(L6)에는 역류방지 체크밸브(C₁ )을 설치한다.＞

유압실린더(S₁ )에서 배출된 고압의 유압유는 유압호스라인(L₁ )을 지나 유압파이프라인(L₂ )을 따라 유압탱크(U₁ )로 들어오고 유압유탱크(U₁ )에 들어온 고압의 유압유를 유압모터(M)쪽으로 향하는 유압 파이프라인(L₃ )으로만 보내기 위해 아래쪽 유압실린더(S₂ )에서 들어오는 파이프라인(L8)쪽에 역류방지 체크밸브(C₃ )를 설치한다. 물론 아래쪽 실린더(S₂ )가 고압의 유압유를 배출시킬 때에는 위쪽 유압실린더(S₁ )에서 들어온 파이프라인(L₂ )쪽에도 역류방지 체크밸브를 설치한다. 유압탱크(U₁ )의 역할은 실린더에서 고압으로 배출된 유압유를 한방향 즉, 유압모터(M)방향의 파이브라인(L₃ )으로만 보내는 역할을 한다.

유압탱크(U₁ )안의 유압유는 유압파이프라인(L₃ )을 따라 유압모터(M)에 전달되며 유압모터(M)에 전달된 강한 압력의 유압유가 유압모터(M)을 회전시키고 유압모터(M)와 연결된 회전축(H)이 유압모터(M)에서 발생한 회전력을 발전기(B)에 전달하여 전기를 발생시키는 원리이다.

도4를 보면 유압모터(M)와 발전기(B)사이의 회전축 중간부분에 일방향베어링(one way bearing)(O)이 설치되어있다. 여기서 일방향베어링(O)의 역할은 튜브와 튜브의 연결부위에 설치되어 있는 유압펌프 역할을 하는 유압실린더가 설치된 부분이 파곡과 파봉에 의해 하강행정《실린더S₁ 은 배출, 실린더S₂ 는 흡입》과 상승행정《실린더S₁ 은 흡입, 실린더S₂ 는 배출》이 교차하는 순간 파력발전튜브안의 유압유의 흐름은 정지한다. 유압유의 흐름이 순간적으로 정지하면 유압은 0이되고 유압모터(M)의 회전력은 급격히 저하되며, 이때 유압모터(M)와 회전축으로 직접 연결된 발전기(B)의 회전력 또한 급격히 저하된다. 이런 순간적인 회전력 저하를 막기위해 유압모터(M)와 발전기(B)사이의 회전축(H)의 중간에 일방향베어링(O)을 설치하여 유압모터(M)가 순간적으로 회전력이 급감 하더라도 일방향베어링(O)이 회전력 감소를 차단하여 회전하던 발전기의 회전력 감소를 최소화한다.

마지막으로 유압모터(M)를 회전시키고 나오는 유압유의 흐름을 설명하겠다. 유압모터(M)에서 나온 유압유는 유압파이프라인(L₄ )을 따라 유압탱크(U₂ )로 유입된다. 유압탱크(U₂ )에는 위쪽 유압실린더(S₁ )로 나가는 유압파이프라인(L6)과 아래쪽 유압실린더(S₂ )로 나가는 유압파이프라인(L5)이 있는데 위쪽 유압실린더(S₁ )가 유압유를 배출할 때 아래쪽 유압실린더(S₂ )는 유압유를 흡입하므로 유압탱크(U₂ )의 유압유는 위쪽 유압실린더(S₁ )로 통하는 유압 파이프라인(L6)으로 흐르지 않고 아래쪽 유압실린더(S₂ )로 통하는 유압파이프라인(L5)을 지나 유압실린더(S2)로 빨려 들어간다.

위와 같이 튜브형 파력발전기는 파도가 칠때 파랑의 모형을 따라 상승행정과 하강행정을 교차 반복하면서 24시간 쉬지않고 전기를 생산한다.

-도4 보충설명-

도면의 기호(V)는 유압차단 밸브이다

파도에 의해 움직이는 발전기의 유압의 흐름을 차단함으로써 발전기를 정지시키는 역할을 한다.

-도5 설명-

실린더와 튜브 연결 부위의 해수유입을 방수 주름고무를 설치한 모습이다.

도1과 도2 도3 도4에는 이해를 돕기 위하여 방수 주름고무를 생략하였다.

Claims

파도가 칠때 파랑의 모형에 따라 발전튜브가 상승행정과 하강행정을 하면서 유압펌프 역할의 유압실린더를 움직여 생성된 유압을 유압모터로 보내어 유압모터가 발전기를 회전시키는 튜브형 파력발전기.
상승 하강행정에서 생긴 고압의 유압유를 유압탱크와 역류방지밸브(check valve)를 이용하여 자동으로 유압유의 흐름을 제어하고 보내주는 유압시스템.
상승 하강행정이 교차하는 순간 유압유의 흐름이 정지되고 발전기를 회전시키는 유압모터의 회전력이 감소하더라도 회전하던 발전기의 회전력감소를 최소화하기 위하여 회전축사이에 일방향베어링(one way bearing)을 설치한 장치.