KR20110118453A - 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치 - Google Patents

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KR20110118453A
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Abstract

본 발명은 자유도 증가를 통한 와유기진동 청정에너지 추출장치의 성능 향상 방안에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와유기진동 현상을 이용하여 조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동에너지를 전기에너지, 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 기술로써, 오염원을 추가적으로 발생시키지 않고, 설치 및 운용시 환경에 영향이 거의 없는 친환경 에너지이며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되게 하여 유용한 에너지를 추출하며, 상기 와유기진동 청정에너지 추출장치에 진동추와 스프링을 추가하여 자유도를 증가시키면, 증가된 자유도 개수만큼 공진모드의 개수가 늘어나고 공진진동수 영역이 넓어지며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되는 유속범위가 넓어져서, 유속의 변화로 대표되는 유동에너지의 변화에서도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 에너지추출효율을 최대화할 수 있는 특징이 있다.

Description

다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치{Clean Energy Extraction Device Utilizing Multi-Degree-Of-Freedom Vortex-Induced Vibration}
본 발명은 자유도 증가를 통한 와유기진동 청정에너지 추출장치의 성능 향상 방안에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와유기진동 현상을 이용하여 조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동에너지를 전기에너지, 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 기술로써, 오염원을 추가적으로 발생시키지 않고, 설치 및 운용시 환경에 영향이 거의 없는 친환경 에너지이며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되게 하여 유용한 에너지를 추출하며, 상기 와유기진동 청정에너지 추출장치에 진동추와 스프링을 추가하여 자유도를 증가시키면, 증가된 자유도 개수만큼 공진모드의 개수가 늘어나고 공진진동수 영역이 넓어지며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되는 유속범위가 넓어져서, 유속의 변화로 대표되는 유동에너지의 변화에서도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 에너지추출효율을 최대화할 수 있는, 자유도 증가를 통한 와유기진동 청정에너지 추출장치의 성능 향상 방안에 관한 것이다.
일반적인 발전으로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 유체의 위치에너 지를 이용하는 수력발전, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전, 해류의 수심에 따른 온도 차이를 이용하는 해양온도차발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전 및 조수 간만의 차이나 지형적인 영향 등으로 해류를 에너지원으로 하는 해류발전 등이 있다.
그 중 화력발전 및 수력발전은 막대한 건설비가 요구되며, 화력발전은 화석에너지에 따른 공해문제를 발생하며, 수력 발전은 댐 건설후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화는 유체론 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 제기되고 있는 실정이다.
또한, 풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로, 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전시스템을 가동시킬 수 없다.
원자력발전은 방사선 누출을 차단하기 위해 시설 투자에 막대한 비용이 소비되며, 또한 폐기유체 처리에 막대한 비용을 소비해야 하는 등의 여러 제약이 따르는 문제가 있으며, 한 번의 사고라도 발생되면 심각한 환경파괴를 초래하는 위험이 항상 존재한다.
그리고, 파력 발전 및 해양온도차발전은 입지조건에 적당한 지역이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제가 있는 실정이다.
또한, 조력발전은 조석현상에 의한 조수 간만의 차이를 이용하는 것으로, 조석현상은 달과 태양의 인력에 의해 지배적으로 발생되며, 지구가 공전할 때 생기는 원심력의 차이도 영향을 미친다. 조력발전은 조수 간만의 차이가 발생하는 지역의 하구나 만을 댐으로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다. 상기 조력발전은 발전을 하는 장소가 결정되면 조위의 변화를 예측 할 수 있으며, 청정에너지라는 유리한 측면이 있지만, 갯벌을 황폐화시키고, 방대한 지역이 요구되어 해양 환경에 막대한 영향을 미치며, 실제로 사용할 수 있는 에너지로 변환하기 위한 최소 유효낙차는 약 5 m로, 적어도 약 5 m 이상의 조수차가 발생되는 장소에 시스템이 설치되어야 하며, 보다 큰 효율을 얻기 위해서는 댐을 기준으로 서로 다른 측에 위치한 조수의 차이가 커야 한다.
전 시스템과는 차이가 있는데, 이러한 차이점 중 가장 큰 점은 해류발전을 하는 경우에는 해류의 운동에너지를 적극적으로 이용한다는 측면에 있다. 그러므로 해류발전은 조수 간만의 차이가 큰 지역 뿐만 아니라 해류 속도가 빠른 지역도 적당한 입지조건에 해당되며, 조력발전을 하기 위해 요구되는 5 m 이상의 조수차 보다 작아도 실질적으로 발전할 수 있다.
또한, 상기 해류발전은 날씨의 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 다른 발전시스템 보다 유리하다.
해류발전 시스템은 방파제에 터널을 형성하여 터널 내부의 발전기 모듈로부터 발전하는 방파제 내부 설치식 해류발전 시스템과, 해저면에 고정되는 지지유체에 부착되는 해저면 고정식 해류발전 시스템, 및 해수면에 부유하는 부유체에 부착되는 부유식 해류발전 시스템 등이 있다.
여기서, 해류발전 시스템의 종래기술을 살펴보면, 공개특허번호 2003-0050836, 공개특허번호 20003-0050835, 특허등록번호 10-0765910, 공개특허번호 2008-0023776, 특허등록번호 10-0697717 등 회전수차 방식의 다양한 해류발전 시스템과, WO 2006/055393 A2, WO 2008/147545 A1 등의 와유기진동을 이용한 발전시스템이 있다.
그러나, 회전수차 방식의 해류발전 시스템의 경우, 수차의 회전에 의해 수중생유체의 피해가 발생하고, 그에 따라 자연파괴의 주범이 되는 문제점이 있다.
또한, 기존의 와유기진동을 이용한 발전시스템의 경우, 1 자유도(단일 자유도) 시스템으로 최적효율 유속범위는 공진진동수로 가진할 수 있는 유속 근처로 제한된다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동에너지를 전기에너지와 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 기술로써, 오염원을 추가적으로 발생시키지 않고, 설치 및 운용시 환경에 영향이 거의 없는 친환경 에너지이며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되게 하여 유용한 에너지를 추출하며, 상기 와유기진동 청정에너지 추출장치에 진동추와 스프링을 추가하여 자유도를 증가시키면, 증가된 자유도 개수만큼 공진모드의 개수가 늘어나고 공진진동수 영역이 넓어지며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되는 유속범위가 넓어져서, 유속의 변화로 대표되는 유동에너지의 변화에서도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 에너지추출효율을 최대화할 수 있는, 자유도 증가를 통한 와유기진동 청정에너지 추출장치의 성능 향상 방안을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 바다 및/또는 하천에 설치되어 유체의 유속에 의해 와유기진동을 유발시켜, 유체 유동에너지를 전기에너지, 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 청정에너지 추출장치에 있어서,
상기 바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되는 가이드부와;
상기 가이드부에 수평으로 설치되어 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 병진운동하는 실린더와;
상기 실린더의 양끝단부에 고정설치되면서 가이드부에 연결되어 상기 실린더를 가이드부에 연결시키고, 상기 가이드부의 길이방향으로 상호 이격되어 다수개가 형성되어 상기 실린더의 와유기 진동에 의해 동일한 병진운동을 동시에 진행하여 개수만큼 자유도가 증가하는 진동추와;
상기 진동추의 중앙 내부에 형성되어 실린더의 와유기진동에 따른 병진운동으로 전기를 발생시키는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치는 조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동에너지를 전기에너지와 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 기술로써, 오염원을 추가적으로 발생시키지 않고, 설치 및 운용시 환경에 영향이 거의 없는 친환경 에너지이며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되게 하여 유용한 에너지를 추출하며, 상기 와유기진동 청정에너지 추출장치에 진동추와 스프링을 추가하여 자유도를 증가시키면, 증가된 자유도 개수만큼 공진모드의 개수가 늘어나고 공진진동수 영역이 넓어지며, 유체 유동이 실린더에 작용하는 와유기력에 의해 실린더가 공진되는 유속범위가 넓어져서, 유속의 변화로 대표되는 유동에너지의 변화에서도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 에너지추출효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 정면 단면도이고,
도 3a와 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 작동을 나타낸 개략도이고,
도 4는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실린더를 나타낸 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 그래프도이고,
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 사시도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 바다 및/또는 하천에 설치되어 유체의 유속에 의해 와유기진동을 유발시켜, 유체 유동에너지를 전기에너지, 유압에너지 등의 유용한 에너지로 변환하는 청정에너지 추출장치에 있어서,
상기 바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되는 가이드부와;
상기 가이드부에 수평으로 설치되어 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 병진운동하는 실린더와;
상기 실린더의 양끝단부에 고정설치되면서 가이드부에 연결되어 상기 실린더를 가이드부에 연결시키고, 상기 가이드부의 길이방향으로 상호 이격되어 다수개가 형성되어 상기 실린더의 와유기 진동에 의해 동일한 병진운동을 동시에 진행하여 개수만큼 자유도가 증가하는 진동추와;
상기 진동추의 중앙 내부에 형성되어 실린더의 와유기진동에 따른 병진운동으로 전기를 발생시키는 발전부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등유체과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 정면 단면도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치의 작동을 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 1의 A부분을 나타낸 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실린더를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 그래프도이다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치는 바다(조류, 해류), 하천 등에 설치되어 유체의 유속에 의해 와유기진동을 유발시켜, 유체 유동에너지를 전기에너지로 변환하는 청정에너지 추출장치로써, 가이드부(10)와, 실린더(20)와, 진동추(30)와, 발전부(40)로 구성된다.
상기 가이드부(10)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되어 와유기진동 발전장치를 지지하는 장치로써, 하측 지지판(11)과, 상측 지지판(12)과, 가이드대(13)와, 가이드축(14)과, 지지축(15)으로 구성된다.
여기서, 상기 하측 지지판(11)은 바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되는 판으로 상부면에 가이드대(13)와 가이드축(14)과 지지축(15)이 설치되고, 상기 상측 지지판(12)은 하측 지지판(11)과 동일한 재질과 형태로써, 상기 하측 지지판(11)에 대응되도록 설치되는데, 상기 하측 지지판(11)의 상측으로 소정간격 이격되어 구비된다.
또한, 상기 가이드대(13)는 하측 지지판(11)과 상측 지지판(12) 사이에 설치되는데, 상기 하측 지지판(11)과 상측 지지판(12)의 양측부에 상호 대응되도록 설치되어 하측 지지판(11)과 상측 지지판(12)을 연결한다.
그리고, 상기 가이드축(14)은 양측 가이드대(13)의 내부에 각각 구비되는데, 상기 가이드축(14)은 하나의 가이드대(13)에 2개가 상호 대응되어 소정간격 이격되어 구비되고, 상기 두 개의 가이드축(14)은 상기 진동추(30)의 양측부를 수직으로 관통하여 진동추(30)가 병진 운동할 때나 평상시에 가이드해준다. 이때, 상기 가이드축(14)의 양끝단부는 상,하측 지지판(12,11)에 고정된다.
마지막으로, 상기 지지축(15)은 양측 가이드대(13)의 내부에 각각 구비되는데, 상기 지지축(15)은 두 개의 가이드축(14) 사이에 상호 대응되어 소정간격 이격되어 구비되고, 상기 진동추(30)의 중앙부를 관통하면서 동시에 상기 발전부(40)의 중앙부도 관통하여 발전부(40)를 지지한다. 이때, 상기 지지축(15)의 양끝단부는 가이드축(14)과 마찬가지로 상,하측 지지판(12,11)에 고정된다.
이러한 가이드축(14)과 진동추(30)내부의 마찰감소 재질에 의한 병진운동 가이드는 LM블럭-LM가이드, 볼부싱-연마봉, 롤러-가이드 등의 여러 가지 형태로 제작될 수 있으며 본 발명은 하나의 실시예이다.
상기 실린더(20)는 도 1과 도 5에 도시한 바와 같이, 가이드부(10)에 수평으로 설치되어 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 병진 운동하는 장치로써, 여기서, 상기 와유기진동(VIV: Vortex-Induced Vibration) 현상이란, 유선형이 아닌 뚱뚱한(bluff) 단면에 유동이 지나갈 때 후류유동장에 발생되는 와류 유동장에 의해 유동의 수직방향의 양력(lift force)이 실린더(20)에 상,하 번갈아가며 작용하게 됨으로써 스프링과 연결된 실린더(20)는 유동과 수직방향으로 진동하게 되는 것을 와유기진동(VIV)이라 한다. 이러한 와유기진동현상에서는, 유체 와류의 가진(excitation) 진동수가 스프링과 연결된 실린더의 고유진동수에 영향을 받는 비선형 공진(nonlinear resonance)의 특성이 있다.
이런, 상기 실린더(20)는 유체의 유동에 의해 와유기진동이 증가하도록 단면 형태를 구형, 타원형, 삼각형 등 다각형으로 다양한 형태로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 실린더(20)에는 유체의 유동에 의해 와유기 진동이 증가하도록 관통단면(21)이 수직방향으로 관통 형성되고, 상기 관통단면(21) 부근에서 와류가 증가하여 와유기 진동에 의한 상,하 병진운동이 더 활발해진다.
상기 진동추(30)는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 실린더(20)의 양끝단부에 고정설치되면서 가이드부(10)의 가이드축(14)과 지지축(15)에 연결되어 상기 실린더(20)를 가이드부(10)에 연결시키고, 상기 진동추(30)는 가이드부(10)의 가이드축(14)과 지지축(15)에 길이방향으로 상호 이격되어 다수개가 형성되며, 상기 실린더(20)의 와유기 진동에 의해 동일한 병진운동을 동시에 진행하여 전체 자유도가 증가된다.
여기서, 상기 진동추(30)는 다수개가 실린더(20)의 와유기 진동에 의해 동일한 병진운동을 동시에 진행하도록 진동추(30)와 진동추(30) 사이에 각각 스프링(31)이 설치되고, 상기 진동추(30)는 도 3a를 참고하여, 실린더(20)의 와유기진동에 의해 다수개의 진동추(30)가 동일한 방향 또는 도 3b에서처럼 각각 다른 방향으로 병진 운동한다. 이때, 상기 스프링(31)은 가이드축(14)에만 각각 설치되고, 상기 진동추(30)와 상,하측 지지판(12,11) 사이의 가이드축(14)에도 각각 설치된다.
그 이유는 다음과 같이 설명된다. 유체의 유속에 따른 가진 주파수에 따라 실린더(20)가 운동할 때, 실린더(20)의 고유진동수 근처에서는 진동 폭이 증가하는 공진현상이 발생한다. 한편, 상기 진동추(30)를 추가하면 다수의 고유진동수를 나타내게 된다. 이때, 가장 저주파인 1차 고유진동수에 해당하는 주파수의 와류를 발생시키는 유속에서는, 전체 실린더(20)와 다수의 진동추(30)가 동일한 형태로 운동하게 된다. 1차 고유진동수보다 높은 주파수의 와류를 발생시키는 유속에서는, 전체 실린더(20)와 다수의 진동추(30)가 각각 서로 다른 방향 또는 일부만 다른 방향으로 운동하게 되기 때문이다.
여기서, 상기 자유도란, 그 시스템의 운동을 표현하는 최소한의 좌표수이다. 즉, 기존의 와유기진동 에너지추출장치는 실린더의 상하방향 좌표 하나로서 전체의 운동을 표현할 수 있다. 따라서 1자유도(단일 자유도)의 시스템이라고 할 수 있다. 본 발명의 다자유도라는 것은 기존의 와유기진동 발전시스템에 다수의 진동추와 스프링이 추가되어, 진동추의 수만큼 자유도가 증가된 다수의 자유도를 의미한다. 이러한 자유도의 수만큼 시스템의 공진모드가 존재하게 되고 각 공진모드에 해당하는 진동수의 가진을 받을 때 시스템이 그 공진모드로 공진한다.
이렇듯, 상기 진동추(30)가 다수개 설치되어 실린더(20)와 각 진동추(30)에 와유기 에너지가 발생하고, 이 에너지를 발전부(40)에 의해 추출하는 발명으로 자유도에 따른 와유기진동 발전시스템의 특성을 이하에서 수식으로 도 6을 참고하여 표현한다.
1자유도의 와유기진동 발전시스템의 특성을 잘 표현하는 무차원수는 감소속도(Reduced velocity)로서 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00001
이러한,
Figure pat00002
이 4 ~ 8 사이에서 공진이 발생된다.
따라서,
Figure pat00003
을 공진이 되어 VIV발전효율이 최적인 감소속도(4~8사이의 값)으로 정의하면 최적 유속범위(
Figure pat00004
)는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00005
공진이 발생되어 위상잠김이 발생될 때,
Figure pat00006
이 시스템의 고유진동주파수
Figure pat00007
과 거의 동일하게 된다.
따라서, 최적 유속범위는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00008
한편, m개 자유도의 시스템은 통상 m개의 고유진동주파수를 가지게 된다. 따라서 각 공진모드에 해당하는 최적유속범위(
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,...
Figure pat00011
)는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00012
Figure pat00013
.....
Figure pat00014
따라서, m자유도(다자유도) 시스템의 최적 유속 범위는 이러한 m개의 각 공진모드에 해당하는 최적유속범위의 중첩된 것과 동일하게 된다. 따라서 전체 최적유속범위(
Figure pat00015
)는 단일 자유도의 발전시스템에 비해 넓어지게 된다.
Figure pat00016
도 6에 도시한 바와 같이, 다자유도(도면은 2자유도)의 에너지 추출효율을 나타낸 것으로 에너지 추출 효율이 높은 곳이 최적유속범위와 일치한다. 2자유도 즉 다자유도일수록 최적유속범위가 더 넓어진다.
상기 발전부(40)는 도 1과 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 진동추(30)의 내부 중앙부에 형성되어 실린더(20)의 와유기진동에 따른 진동추(30)의 병진운동으로 전력을 발생시키는 장치로써, 코일부(41)와, 자성체(42)로 구성된다.
여기서, 상기 코일부(41)는 코일이 감겨있는 형태인데, 상기 코일이 진동추(30)가 설치되어 구비된 지지축(15)의 외주연에 감겨서 항시 그 위치에 고정된다.
그리고, 상기 자성체(42)는 자석으로써, 코일부(41)의 외주연에 구비되면서 진동추(30)의 내부에 고정되고, 상기 진동추(30)의 병진운동에 따라 상,하로 반복운동하여 상기 자성체와 코일부(41) 사이에 전력이 발생된다.
이때, 상기 코일부(41)와 자성체는 진동추(30)의 내부에 구비되어 외부의 유체에 영향을 받지 않고, 상기 코일부(41)는 진동추(30)의 병진운동 범위 안인 지지축(15)에 설치되는 것이다.
또한, 상기 발전부(40)는 도 2를 참고하여, 코일부(41)와 자성체(42)에 의해 발생된 전력이 와유기진동 발전장치의 외측에 설치된 충전장치(50)에 인가되어 발전하는 것이다.
여기서, 발전부(40)는 진동추의 병진운동을 회전운동으로 바꾸어서 회전발전기를 이용하여 발전할 수 있는 등 다양한 방법으로 발전부(40)를 적용시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치는 제 1실시예와 동일한 구조와 구성으로 형성되는데, 다만, 상기 가이드축과 지지축이 한 세트로 구성한 상태에서 상,하측 지지판을 따라 즉, 직렬방향으로 상호 소정간격 이격되어 다수개의 세트로 형성되고, 상기 가이드축과 지지축에 하나의 실린더와 각각 다수개의 진동추 및 발전부가 각각 설치되며, 그로 인해 점유공간 대비 추출 에너지가 증가하여 실용화 및 단지화의 측면에서 유리한 특징이 있다.
그리고, 상기 다수개의 세트에 각각 설치되는 실린더(20)가 세트별로 수평선상의 높이차를 두고 설치되어, 앞쪽에 설치된 실린더(20)와 뒤쪽에 설치된 실린더(20)간의 상호 영향력이 최소화 되는 높이에 설치된다.
10 : 가이드부 11 : 하측 지지판
12 : 상측 지지판 13 : 가이드대
14 : 가이드축 15 : 지지축
20 : 실린더 30 : 진동추
31 : 스프링 40 : 발전부
41 : 코일부 42 : 자성체
50 : 충전장치

Claims (10)

  1. 바다 및/또는 하천에 설치되어 유체의 유속에 의해 와유기진동하여 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전장치에 있어서,
    상기 바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되는 가이드부(10)와;
    상기 가이드부(10)에 수평으로 설치되어 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 병진운동하는 실린더(20)와;
    상기 실린더(20)의 양끝단부에 고정설치되면서 가이드부(10)에 연결되어 상기 실린더(20)를 가이드부(10)에 연결시키고, 상기 가이드부(10)의 길이방향으로 상호 이격되어 다수개가 형성되어 상기 실린더(20)의 와유기 진동에 의해 동일한 병진운동을 동시에 진행하여 개수만큼 자유도가 증가하는 진동추(30)와;
    상기 진동추(30)의 중앙 내부에 형성되어 실린더의 와유기진동에 따른 병진운동으로 전기를 발생시키는 발전부(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드부(10)는,
    바다 및/또는 하천의 유체속 지반에 고정 설치되는 하측 지지판(11)과;
    상기 하측 지지판(11)에 대응되어 상측으로 이격되어 구비되는 상측 지지판(12)과;
    상기 하측 지지판(11)과 상측 지지판(12) 사이인 양측부에 상호 대응되도록 설치되는 가이드대(13)와;
    상기 양측 가이드대(13)의 내부에 각각 구비되고, 상기 진동추(30)의 양측부를 수직으로 관통하여 진동추(30)가 병진운동할 수 있도록 가이드해주며, 상기 상,하측 지지판(12,11)에 양끝단부가 고정되는 가이드축(14)과;
    상기 양측 가이드대(13)의 내부에 각각 구비되고, 상기 진동추(30)의 중앙부를 관통하면서 상기 발전부(40)의 중앙부도 관통하여 발전부(40)가 지지되며, 상기 상,하측 지지판(11)에 양끝단부가 고정되는 지지축(15);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 진동추(30)는 가이드부(10)의 가이드축(14)과 지지축(15) 양측에 각각 설치되면서, 길이방향으로 소정간격 이격되어 다수개가 설치되고, 상기 진동추(30)와 진동추(30) 사이에는 각각 스프링(31)이 설치되어 실린더(20)에 작용하는 유속변화에 따른 와유기진동의 공진모드변화에 대응하여 다수개의 진동추(30)가 동일한 방향 또는 각각 다른 방향으로 병진 운동하는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스프링(31)은 가이드축(14)에만 각각 설치되고, 상기 진동추(30)와 상,하측 지지판(12,11) 사이의 가이드축(14)에도 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 발전부(40)는,
    상기 진동추(30)가 설치된 지지축(15)에 고정 설치되는 코일부(41)와;
    상기 코일부(41)의 외주연에 구비되면서 진동추(30)의 내부에 고정되어 상기 진동추(30)의 병진운동에 따라 상,하로 반복운동하는 자성체(42);
    를 포함하여 구성되고, 상기 자성체(42)의 반복운동으로 코일부(41)와의 사이에 전력이 발생되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 발전부(40)는 코일부(41)와 자성체(42)에 의해 발생된 전력이 와유기진동 발전장치의 외측에 설치된 충전장치(50)에 인가되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더(20)의 단면 형태는 유체의 유동에 의해 와유기 진동이 증가하도록 구형, 타원형, 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 실린더(20)에는 유체의 유동에 의해 와류가 발생하여 와유기 진동이 증가하도록 관통단면(21)이 수직방향으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  9. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양측 가이드대(13)의 내부에는 두 개의 가이드축(14)과 하나의 지지축(15)을 한 세트로 구성한 상태에서, 상기 세트가 직렬방향으로 상호 이격되어 다수개의 세트로 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다수개의 세트에는 가이드부(10)에 수평으로 설치되는 실린더(20)가 세트별로 수평선상의 높이차를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치.
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