KR20120010101A - 파력발전장치 - Google Patents

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KR20120010101A
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Abstract

파력발전장치가 개시된다.　본 발명의 일 측면에 따른 파력발전장치는 파도에 의해 요동하는 상부 구조체와, 수선면 하부에 설치되어 상부 구조체를 회전가능하게 지지하는 하부 구조체와, 상부 구조체 또는 하부 구조체 중 어느 한 쪽에 설치되며 상부 구조체의 회전시 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부와, 상부 구조체에 설치되며 파도의 주기와 상부 구조체가 요동하는 주기를 조절하기 위해 상부 구조체의 무게 중심을 이동시키는 무게중심 이동부를 포함할 수 있다.

Description

파력발전장치 {GENERATOR USING WAVE FORCE}
본 발명은 전기를 발생시키는 파력발전장치에 관한 것이다.
일반적인 발전방법에는 수력을 이용한 수력발전, 화석연료를 이용한 화력발전, 원자력을 이용한 원자력발전 등이 있다.
이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비와 발전설비를 가동시키기 위한 막대한 양의 에너지원을 필요로 하며 설치장소에 제약이 따른다.
특히, 화력발전에 이용되는 에너지원으로서 석유나 석탄 등의 화석연료는 타 연료에 비해 그 의존도가 매우 크기 때문에 자원 고갈 등의 문제를 야기하고, 그 사용이 영구적이지 못하다는 한계를 안고 있다. 또한, 대기오염과 방사능의 유출 우려가 있어 환경 친화적이지 않다는 문제가 있다.
이와 같이, 최근에는 화석연료의 고갈과 환경오염의 문제점이 부각되면서 자연에너지를 직접적으로 이용하여 전기를 발생시킬 수 있으며, 대규모의 발전설치가 필요없는 대체에너지의 개발이 요구되고 있다.
이러한 대체에너지를 이용한 장치로는 태양열, 조력, 파력, 풍력 및 수력 등의 자연에너지를 이용한 친환경적이며 영구적으로 에너지원을 활용할 수 있는 발전장치들이 개발되고 있다.
이러한 발전장치의 일례로 파력발전장치는 파에 의한 부유체의 병진 또는 회전 운동을 이용한 형태로, 이러한 운동에너지를 변환하여 전기에너지를 생산하는 장치다.
종래의 파력발전장치는 발전효율을 증가시키기 위해 파에너지를 부유체의 운동으로 가능한 많이 전달하려 하였고 그 방법에 따라 다양한 형태의 부유체 형상이 제시되었다.　
그러나, 종래의 파력발전장치는 파 에너지 자체를 직접 이용하기 때문에 해상 상태에 따라 발전 효율이 낮아질 수 있고, 더욱이 잔잔한 해상조건에서는 발전효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.　 또한, 종래의 파력발전장치는 발전 효율을 증가시키기 위해 파 에너지가 큰 곳에 설치할 경우 발전장치 자체의 손상 위험성이 있었다.　 이와 같이, 종래의 파력장치는 발전가능한 지역이 제한되고, 안정적인 전기를 지속적으로 생산할 수 없었으며, 이에 따라 실질적인 전기 생산 효율이 낮아 경제성 및 실용성이 떨어지는 요인이 되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 부유체가 해상의 조파 특성에 따라 운동할 수 있도록 하여 공진에 의한 운동에너지를 증가시켜 발전효율을 향상시키는 파력발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 파력발전장치는 파도에 의해 요동하는 상부 구조체와, 수선면 하부에 설치되어 상부 구조체를 회전가능하게 지지하는 하부 구조체와, 상부 구조체 또는 하부 구조체 중 어느 한 쪽에 설치되며 상부 구조체의 회전시 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부와, 상부 구조체에 설치되며 파도의 주기와 상부 구조체가 요동하는 주기를 조절하기 위해 상부 구조체의 무게 중심을 이동시키는 무게중심 이동부를 포함할 수 있다.
발전부의 구동축은 상부 구조체의 피봇(pivot)축에 연결될 수 있다.
상부 구조체의 피봇축과 발전부의 구동축 사이에 설치된 감/가속기를 더 포함할 수 있다.
상부 구조체의 무게중심은 상부 구조체의 부력중심 보다 낮게 위치될 수 있다.
상부 구조체의 측면은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 증가되고, 상부 구조체의 피봇축을 지나면서 다시 폭이 좁아지는 물방울형상으로 형성될 수 있다.
파력발전장치는, 일단부는 상부 구조체의 상단부에 회동가능하게 결합되고, 타단부는 하부 구조체에 회동가능하게 결합되며, 상부 구조체의 회전시 발생하는 운동 에너지를 유압 에너지로 변환하는 유압 피스톤; 및 유압 피스톤에 연결되며, 유압 에너지를 회전 에너지로 변환하는 유압 모터를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 유압 모터의 구동축은 발전부의 구동축에 연결될 수 있다.
무게중심 이동부는 상부 구조체에 상, 하로 설치된 회전축과, 회전축의 일측에 설치된 중량체와, 회전축을 회전시켜 중량체를 승강시키는 구동부를 포함할 수 있다.
무게중심 이동부는 상부 구조체에 상, 하로 설치되며 일측에 기어부가 형성된 로드와, 로드의 타측에 설치된 중량체와, 로드의 기어부와 치합되어 중량체가 승강되도록 로드를 이동시키는 회전기어를 포함할 수 있다.
무게중심 이동부는 상부 구조체의 내부에 설치된 액추에이터(actuator)와, 액추에이터의 일측에 설치되어 액추에이터에 의해 승강되는 중량체를 포함할 수 있다.
무게중심 이동부는 상부 구조체의 내부에 설치된 밸러스트(ballast) 탱크와, 밸러스트 탱크와 연결되어 밸러스트 수를 공급 또는 배출하는 밸러스트 펌프를 포함할 수 있다.
파력발전장치를 수선면에 대해 일정한 높이로 유지시키기 위한 지지부재를 더 포함할 수 있다.
지지부재는 해저면에 설치되어 하부 구조체에 연결되는 적어도 하나의 와이어를 포함할 수 있다.
지지부재는 해저면에 고정 설치되어 하부 구조체에 설치되는 지주를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상부 구조체의 종동요를 파의 주기와 공진시킬 수 있으며, 이로 인해 상부 구조체의 회전량을 증가시킬 수 있어 발전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 측면도.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 상부 구조체 내부를 간략하게 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 상부 구조체를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조체의 파주기에 따른 종동요 응답특성(RAO)를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 무게중심 이동부의 변형례를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 무게중심 이동부의 다른 변형례를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 무게중심 이동부의 또 다른 변형례를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력발전장치를 나타낸 측면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
이하, 본 발명에 따른 파력발전장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 측면도이다.　또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 상부 구조체 내부를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 파력발전장치(1)는 상부 구조체(10), 피봇축(11), 무게중심 이동부(12), 회전축(13), 중량체(14), 하부 구조체(20), 발전부(22), 지주(24)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 파력발전장치(1)는 파도에 의해 요동하는 상부 구조체(10)를 갖고, 이 상부 구조체(10)는 수선면 하부에 설치된 하부 구조체(20)에 회전 가능하게 설치된다.　여기서 수선면이란 해수 표면을 말하는 것으로서, 하부 구조체(20)는 해수에 잠긴 상태로 설치될 수 있다.　또한, 상부 구조체(10)는 양측이 하부 구조체(20)에 의해 고정되어 횡방향으로의 회전이 제한되며, 종방향으로의 종동요만 발생할 수 있다.
본 실시예에서, 파력발전장치(1)는 수심이 낮은 해역에 설치될 수 있으며, 이때 하부 구조체(20)가 해저면에 고정 설치될 수 있다.
한편, 파력발전장치(1)는 물에 뜰 수 있으며, 이에 따라 파력발전장치(1)를 일정한 높이로 유지시키기 위한 지지부재를 더 포함할 수 있다.
따라서 본 실시예에서의 파력발전장치(1)가 설치된 해역의 수심에 따라 다양한 방식의 지지부재에 의해 파력발전장치(1)가 일정한 높이에서 계류될 수 있다.
일례로, 상부 구조체(10)가 수선면 아래에 위치될 경우, 하부 구조체(20)의 하부에 지지부재를 설치하여 파력발전장치(1)를 일정한 높이에 계류시킬 수 있다.　 이때 지지부재는 해저면에 고정 설치되는 지주(24)로 이루어질 수 있다.　 지주(24)는 하부가 해저면에 삽입되어 고정되며, 상부는 하부 구조체(20)의 일측에 결합되어 하부 구조체(20)를 지지하게 된다.　본 실시예에서 지주(24)는 쇠기둥, 파이프 또는 트러스(truss) 형태의 고정식 구조물로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 파력발전장치(1)는 하부 구조체(20)가 해저면에 설치된 지주(24)에 의해 일정한 높이로 고정 설치되는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 파력발전장치(1)가 설치되는 해역의 수심 또는 해상 상태에 따라 다양한 형태로 설치될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 지지부재는 해저면에 설치되어 하부 구조체(20)에 연결되는 적어도 하나의 와이어(wire)를 포함할 수 있다.　 이러한 와이어는 단선의 강철선으로 이루어질 수 있고, 복수의 강철선이 꼬인 형태의 텐던(tendon)선으로 이루어질 수 있다.　또한, 와이어는 체인(chain) 또는 고리가 연속적으로 결합되어 형성되는 쇠줄 등과 같이 다양한 형태가 사용될 수 있다.
본 실시예에서 파력발전장치(1)는 파도에 대한 종동요를 크게 하기 위해 상부 구조체(10)가 파도의 진행방향을 향해 설치될 수 있다.　즉, 상부 구조체(10)는 정면부가 파도에 부딪치는 방향으로 설치되며, 이 파도에 의해 전후 방향으로 종동요가 발생한다.
상부 구조체(10)의 측면은 상부는 폭이 좁고 하부로 갈수록 폭이 증가된다.　 또한, 상부 구조체(10)의 측면은 폭이 하부 구조체(20)에 지지되는 피봇(pivot)축(11) 부분을 지나면서 다시 좁아진다.　 이러한 상부 구조체(10)의 측면은 전체적인 형상이 오뚜기 또는 물방울의 형상으로 형성되며, 이에 따라 상부 구조체(10)는 파도에 의해 전후 방향으로의 종동요가 쉽게 발생하며, 제자리로 쉽게 복원될 수 있다.
또한, 상부 구조체(10)는 무게 중심이 낮게 형성되며, 상하 운동은 억제되고 큰 복원력을 갖게 된다.　일례로 상부 구조체(10)는 무게 중심이 해수에 의해 부력을 받게 되면 부력 중심보다 낮게 위치될 수 있다.
또한, 파력발전장치(1)는 상부 구조체(10)의 종동요시 발생하는 회전력에 의한 운동에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부(22)를 포함할 수 있다.
발전부(22)는 상부 구조체(10) 또는 하부 구조체(20) 중 어느 한 쪽에 설치될 수 있으며, 일례로 본 실시예에서 발전부(22)는 하부 구조체(20)의 양측에 설치되며, 발전부(22)는 각각의 구동축이 상부 구조체(10)의 피봇축(11) 단부에 각각 연결될 수 있다.
본 실시예에서 발전부(22)는 하부 구조체(20)에 설치되어 있으나, 발전부(22)의 설치된 위치나 개수 등은 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.　일례로, 발전부(22)는 상부 구조체(10)의 내측에 설치될 수 있다.　또한, 발전부(22)는 하나로 이루어져 상부 구조체(10)의 피봇축(11) 일측에 설치되거나 두 개로 이루어져 상부 구조체(10)의 피봇축(11) 양측에 각각 설치될 수 있다.　본 실시예에서 발전부(22)는 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있으므로 연결구조 또는 작용 등에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에서 발전부(22)는 상부 구조체(10)의 피봇축(11)에 연결되어 회전 운동이 직접적으로 전달될 수 있으며, 상부 구조체(10)의 피봇축(11)과 발전부(22)의 구동축 사이에 (도시되지 않은) 감/가속기를 더 설치될 수 있다.
감/가속기는 상부 구조체(10)의 회전 운동을 증폭시켜 발전부(22)의 구동축으로 전달하며, 이에 따라 발전 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
본 실시예의 파력발전장치(1)는 상부 구조체(10)의 무게 중심을 이동시키는 무게중심 이동부(12)를 포함할 수 있다.
무게중심 이동부(12)는 상부 구조체(10)의 무게 중심을 이동시켜 상부 구조체(10)의 종동요하는 주기를 파도의 주기와 공진시킬 수 있으며, 이로 인해 상부 구조체(10)가 작은 크기의 파도에도 크게 종동요할 수 있다.
이와 같이, 상부 구조체(10)가 종동요하는 주기가 파도의 주기와 공진됨에 따라 안정적으로 전기를 생산할 수 있다.　즉, 파도의 크기가 잔잔할 경우(파도의 주기가 짧을 경우), 상부 구조체(10)의 무게 중심을 부력 중심과 가깝게 하면, 파도의 작은 힘에도 상부 구조체(10)의 종동요를 크게 발생시킬 수 있다.　또한, 파도의 크기가 클 경우(파도의 주기가 길 경우), 상부 구조체(10)의 무게 중심을 부력 중심과 멀게 하면, 파도의 큰 힘에도 상부 구조체(10)가 안정적으로 종동요할 수 있다.
본 실시예에서 무게중심 이동부(12)는 상부 구조체(10)에 상, 하로 설치된 회전축(13)을 포함할 수 있다. 또한, 이 회전축(13)의 일측에는 중량체(14)가 결합되어 설치될 수 있다.
또한, 회전축(13)에는 구동부(15)가 설치되며, 이 구동부(15)의 작동에 의해 회전축(13)이 회전하며 중량체(14)를 상하로 승강시킬 수 있다.
본 실시예의 무게중심 이동부(12)는 중량체(14)를 상, 하로 승강함에 따라 상부 구조체(10)의 무게 중심을 조절할 수 있다.
이를 위해 회전축(13)의 외주면에는 나선부가 형성될 수 있다.　또한, 중량체(14)는 중앙부에 이 회전축(13)에 삽입되는 홀이 형성되어 있고, 이 홀의 내주면에는 회전축(13)의 나선부와 결합되는 나선부가 형성될 수 있다.
따라서, 구동부(15)가 회전축(13)을 회전시키면, 중량체(14)가 회전축(13)의 나선부를 따라 상, 하로 승강하게 된다.　이때, 상부 구조체(10)에는 중량체(14)의 이동을 안내하며, 중량체(14)의 회전을 방지하는 (도시되지 않은) 가이드가 마련될 수 있다.
일례로, 구동부(15)는 모터(motor)를 포함할 수 있으며, 이 모터의 구동축이 회전축(13)의 단부에 결합될 수 있다.
본 실시예에서, 중량체(14)는 구동부(15)의 회전에 의해 승강하도록 설치되어 있으나, 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다.
일례로, 본 실시예에서 구동부(15)인 모터의 구동축이 회전축(13)에 연결된 것으로 개시되어 있으나, 모터의 구동축이 이 회전축(13)과 병렬로 배치되어 간접적으로 구동력을 전달할 수 있다.　이를 위해 회전축(13)의 일측에는 피동기어가 설치되고, 구동축의 단부에는 피동기어와 치합되는 주동기어를 설치하여 구동력을 전달하는 것도 가능하다.
본 실시예의 무게중심 이동부(12)는 구동부(15)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부에는 구동부(15)의 구동을 제어할 수 있도록 컴퓨터, 회로 등이 내장될 수 있으며, 외부 장치와 전기적으로 연결되도록 입출력단자를 구비할 수 있다.
제어부는, 사용자 또는 사용자의 의도에 의해 설계된 컴퓨터의 조작에 따른 전기적 신호를 전달받아 구동부(15)인 모터에 동작 신호를 인가함으로써, 회전축(13)의 회전을 제어할 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부의 동작 신호에 따라 구동부(15)인 모터가 회전축(13)을 회전시키며, 회전하는 회전축(13)은 중량체(14)를 상하로 승강시킴으로써 상부 구조체(10)의 무게중심의 이동을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 상부 구조체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4와 표 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(1)의 종동요 응답특성을 구하기 위한 상부 구조체(10)의 제원을 설명하면 다음과 같다.
<상부 구조체의 제원표>
구분 제원 비고
정면의 폭 20m
수선면의 길이 3.4m
흘수의 길이 14.1m
배수량 2036.3ton
무게중심의 높이 3.1m
메타센터의 높이 3.33m
관성반경 4m
일례로 본 실시예에서, 상부 구조체(10)는 파도가 진행하는 정면의 폭(L1)이 약 20m이고, 해상의 높이인 수선면에 위치되는 측면의 길이(L2)가 약 3.4m이며, 물에 잠긴 길이인 흘수(L3)가 약 14.1m로 이루어질 수 있다.　이러한 상부 구조체(10)는 배수량이 약 2036.3ton일 수 있으며, 무게 중심(C)의 높이(L4)는 하단에서 약 3.1m 상부에 위치할 수 있다.
또한, 상부 구조체(10)는 종동요하는 복원력을 결정하는 메타센터(GM)의 높이(L5)가 무게 중심(C)에서 약 3.33m 상부에 위치될 수 있다.
이러한, 상부 구조체(10)는 약 4m의 관성반경내에서 종동요할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 구조체(10)의 파주기에 따른 종동요 응답특성(RAO)를 도시한 그래프이다.
상부 구조체(10)의 파주기에 대한 종동요 운동 응답 특성(RAO)은 도 5와 같이 도시할 수 있다.　여기서, 도 5의 x축(가로축)은 파의 주기를 나타내며, y축(세로축)은 각 주기파에 대한 상부 구조체(10)의 응답을 나타낸다.
여기서, 종동요 응답특성(RAO)은 변위가 1m인 임의 주기의 파도가 왔을 때, 상부 구조체(10)의 종동요 운동이 몇 도로 발생하는지를 파 주기에 따라 표시한 값이다.　
예를 들어, 파력발전장치(1)가 설치되는 해상의 파 주기가 5~8초인 경우, 상부 구조체(10)는 무게중심 이동부(12)를 조절함으로써 상부 구조체(10)의 종동요하는 주기를 해상의 파 주기인 5~8초에 맞춰 공진시킬 수 있다.
구체적으로, 도 5의 화살표로 표시된 것과 같이 해상파의 주기가 예를 들어 약 6.5도인 경우, 상부 구조체(10)는 무게중심 이동부(12)를 조절함으로써 해상파의 주기인 6.5초와 공진시킬 수 있으며, 이에 따라 상부 구조체(10)가 약 6.5도의 주기로 종동요할 수 있다.
따라서, 상부 구조체(10)는 변위가 1m인 파도가 왔을 때, 약 6.5도의 종동요 운동을 할 수 있다.
이와 같이, 상부 구조체(10)의 무게 중심을 상하로 이동시킴으로써, 해상의 조건에 따라 상부 구조체(10)의 종동요 주기(즉, 고유 진동 주파수 or 공진 주파수)를 파주기와 일치시킬 수 있으며, 이에 따라 각 해상 상태에 따라 최대 운동을 구현할 수 있다.
본 실시예에서 상부 구조체(10)의 형상은 오뚜기 또는 물방울 형태로 형성된 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 상부 구조체(10)의 종동요 주기와 해상 상태의 파 주기에 공진시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.　 일례로, 상부 구조체(10)는 삼각형 모양, 호리병 모양 등과 같이 수선면 하부로 갈수록 부피가 커지는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상부 구조체(10)는 파력을 크게 받기 위해 파를 받는 정면의 상하방향 길이를 길게 할 수 있으며, 상부에서 보는 것을 기준으로 전체적인 형상이 전후 방향으로 휘어진 형상 또는 원호 형상으로 형성될 수 있다.　 또한, 상부 구조체(10)의 상하방향 길이는 구조강도나 제작성 등을 고려하여 설계 변경될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(1)의 무게중심 이동부(12)의 변형례를 도시한 도면으로, 무게중심 이동부(112)는 상부 구조체(10)에 상, 하로 설치된 회전축(113)을 포함할 수 있다.　 그리고, 회전축(113)의 외주면에는 나선부가 형성될 수 있다.　 또한, 회전축(113)의 단부에 중량체(114)가 설치될 수 있다.
이 회전축(113)에는 구동부(116)가 연결될 수 있다.　 구동부는 모터를 포함할 수 있고, 이 모터의 구동축에 회전축(113)의 나선부와 치합되는 회전기어(115)가 설치될 수 있다.
이러한 무게중심 이동부(112)는 구동부(116)가 작동함에 따라 회전기어(115)가 회전하며, 이 회전기어(115)와 치합된 회전축(113)을 회전시킨다.　　 그리고, 회전축(113)은 회전에 의해 상부 구조체(10)의 내측에서 상, 하로 이동하게 된다.　 이때, 회전축(113)의 단부에 설치된 중량체(114)는 회전축(113)의 상, 하 이동에 의해 상, 하로 이동되며 상부 구조체(10)의 무게 중심을 조절할 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(1)의 무게중심 이동부(12)의 다른 변형례를 도시한 도면으로, 무게중심 이동부(212)는 상부 구조체(10)에 상, 하로 설치되며 일측에 기어부가 형성된 로드(213)를 포함할 수 있다.　 그리고, 이 로드(213)의 타측에는 중량체(214)가 설치될 수 있다.　 한편, 로드(213)의 기어부에는 이 기어부와 치합되는 회전기어(215)가 설치될 수 있다.　 회전기어(215)는 (도시되지 않은) 모터에 의해 구동력을 전달받고, 이 구동력에 의해 로드(213)를 이동시켜 중량체(214)를 승강시킬 수 있으며, 이로 인해 상부 구조체(10)의 무게 중심을 조정할 수 있다.
또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(1)의 무게중심 이동부(12)의 또 다른 변형례를 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 본 실시예의 무게중심 이동부(312)는 상부 구조체(10)의 내부에 액추에이터(actuator)(313)를 포함할 수 있다.　 이 액추에이터(313)는 하나 또는 복수개로 이루어질 수 있으며, 이 액추에이터(313)의 일측에는 중량체(314)가 설치될 수 있다.　 중량체(314)는 액추에이터(313)의 작동에 의해 승강하며 상부 구조체(10)의 무게 중심을 조정할 수 있다.
본 실시예에서 무게중심 이동부는 전술된 실시예 외에도 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 이러한 실시예들을 하나 이상 조합하여 적용하는 것도 물론 가능하다.　 또한, 무게중심 이동부는 상부 구조체의 내부에 밸러스트 탱크(ballast tank)를 설치하고, 이 밸러스트 탱크와 연결되어 밸러스트 수(ballast water)를 공급 또는 배출하는 밸러스트 펌프(ballast water)를 포함하는 것도 가능하다.
이와 같이 무게중심 이동부가 밸러스트 탱크 및 밸러스트 펌프를 포함하는 구성은 전술된 실시예의 무게중심 이동부와 간섭되지 않게 추가로 설치될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치(1)에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력발전장치(2)에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력발전장치(2)를 나타낸 측면도이다.
본 실시예의 경우, 유압 피스톤(30)과 유압 모터(32)를 제외하고는, 전술한 실시예에 따른 파력발전장치(1)의 구성 및 작용과 동일 또는 유사함으로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 파력발전장치(2)는 유압 피스톤(30)과 유압 모터(32)를 더 포함할 수 있다.
전술한 실시예는 하부 구조체(20)에 결합된 발전부(22)가 상부 구조체(10)의 피봇축(11)에 연결되어 발전하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 실시예는 도 9에 도시된 바와 같이 상부 구조체(10)의 상단부와 하부 구조체(20)에 회동가능하게 결합되는 유압 피스톤(30)을 이용하여 발전할 수 있다.
유압 피스톤(30)은, 상부 구조체(10)의 회전시 발생하는 운동 에너지를 유압 에너지로 변환하는 장치로서, 일단부는 상부 구조체(10)의 상단부에 회동가능하게 결합되고, 타단부는 하부 구조체(20)에 회동가능하게 결합된다.
여기서, 유압 에너지라 함은 유압 실린더 내의 피스톤이 상부 구조체(10)의 운동에 따라 직선 왕복 운동하면서 발생하는 고압 또는 저압의 유체압이 가진 에너지를 말한다.
이렇게 생성된 유체압(즉, 유압 에너지)는, 도 9에 도시된 바와 같이 유압 피스톤(30)에 연결되어 있는 유압 모터(32)로 전달된다.
유압 모터(32)는, 상기 유압 에너지를 발전부(22)를 돌릴 수 있는 회전 에너지로 변환한다. 이를 위해, 유압 모터(32)의 구동축은 발전부(22)의 구동축에 연결되어 있다.
한편, 본 실시예에서는 전술한 실시예와 마찬가지로 유압 모터(32)의 구동축과 발전부(22)의 구동축 사이에 (도시되지 않은) 감/가속기(즉, 변속기)가 더 설치될 수 있다.
또한, 비록 본 실시예에서 설명되지는 않았지만, 전술한 실시예의 도 6 내지 도 8에서 설명한 무게중심 이동부(12)의 다양한 변형례들이 본 실시예에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 파력발전장치 10 : 상부 구조체
11 : 피봇축 12 : 무게중심 이동부
13 : 회전축 14 : 중량체
20 : 하부 구조체 22 : 발전부
24 : 지주

Claims (13)

  1. 파도에 의해 요동하는 상부 구조체와,
    수선면 하부에 설치되어 상기 상부 구조체를 회전가능하게 지지하는 하부 구조체와,
    상기 상부 구조체 또는 상기 하부 구조체 중 어느 한 쪽에 설치되며 상기 상부 구조체의 회전시 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전부와,
    상기 상부 구조체에 설치되며 상기 파도의 주기와 상기 상부 구조체가 요동하는 주기를 조절하기 위해 상기 상부 구조체의 무게 중심을 이동시키는 무게중심 이동부를 포함하는 파력발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전부의 구동축은 상기 상부 구조체의 피봇(pivot)축에 연결되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 구조체의 피봇축과 상기 발전부의 구동축 사이에 설치된 감/가속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조체의 무게중심은 상기 상부 구조체의 부력중심 보다 낮게 위치된 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 구조체의 측면은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 증가되고, 상기 상부 구조체의 피봇축을 지나면서 다시 폭이 좁아지는 물방울형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    일단부는 상기 상부 구조체의 상단부에 회동가능하게 결합되고, 타단부는 상기 하부 구조체에 회동가능하게 결합되며, 상기 상부 구조체의 회전시 발생하는 운동 에너지를 유압 에너지로 변환하는 유압 피스톤; 및
    상기 유압 피스톤에 연결되며, 상기 유압 에너지를 회전 에너지로 변환하는 유압 모터를 더 포함하며,
    상기 유압 모터의 구동축은 상기 발전부의 구동축에 연결되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무게중심 이동부는,
    상기 상부 구조체에 상, 하로 설치된 회전축과,
    상기 회전축의 일측에 설치된 중량체와,
    상기 회전축을 회전시켜 상기 중량체를 승강시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무게중심 이동부는,
    상기 상부 구조체에 상, 하로 설치되며 일측에 기어부가 형성된 로드와,
    상기 로드의 타측에 설치된 중량체와,
    상기 로드의 기어부와 치합되어 상기 중량체가 승강되도록 상기 로드를 이동시키는 회전기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무게중심 이동부는,
    상기 상부 구조체의 내부에 설치된 액추에이터와,
    상기 액추에이터의 일측에 설치되어 상기 액추에이터에 의해 승강되는 중량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무게중심 이동부는,
    상기 상부 구조체의 내부에 설치된 밸러스트 탱크(ballast tank)와,
    상기 밸러스트 탱크와 연결되어 밸러스트 수(ballast water)를 공급 또는 배출하는 밸러스트 펌프(ballast pump)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파력발전장치를 수선면에 대해 일정한 높이로 유지시키기 위한 지지부재를 더 포함하는 파력발전장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지부재는 해저면에 설치되어 상기 하부 구조체에 연결되는 적어도 하나의 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 지지부재는 해저면에 고정 설치되어 상기 하부 구조체에 설치되는 지주를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
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