KR20120038862A - 원웨이 베어링이 내장된 원웨이 베벨,마이터 기어박스 및 이를 이용한 파력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

파력 발전 장치는 종부력물(300)의 주축(311)에 체결되어 각운동하는 하나이상의 붐대(200)가 주부력물(100)과 연결되어 파랑에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 포함하는 파력 발전 장치에 있어서, 붐대(200)의 양방향 각운동이 원웨이 베어링(312a,312b)이 내장된 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)에 의해 한 방향 회전운동을 하고 기계식으로 에너지의 직접 변환을 통하여 효율증대와 파랑에너지 흡수함에 있어서 주부력물(100)의 부력을 다단형식으로 가감하고 파랑에너지의 흡수율을 상승 시키고 플라이휠(330)을 통해 파랑(10)의 파고의 상사점, 하사점 에서의 에너지 편차를 줄여준다. 상기와 같이 에너지 변환 효율증대와 구조적 단순화를 달성하고 해양의 부유식 혹은 고정식 구조물에 적용함에 있어서 제작, 운용, 유지, 보수가 용이 하도록 한다.

Description

원웨이 베어링이 내장된 원웨이 베벨,마이터 기어박스 및 이를 이용한 파력 발전 장치{One Way Bevel, Meter Gearbox including One Way Bearing or One Way Clutch and Wave Energy Converter Using the Gearbox}

본 발명은 바다의 파랑에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 주부력물과 종부력물 사이에 발생되는 모멘트상의 양방향 토르크를 원웨이 베벨,마이터 기어박스를 이용하여 전기에너지로 변환시키는 파력발전장치에 관한 것이다.

파랑에너지는 전세계 해양에너지[조력, 파력, 조류, 해수온도차, 해수염도차] 잠재량의 85% 를 차지하고 있으며 이는 전 인류의 연간 에너지 사용량의 5배수에 육박한다. 전세계적으로 다양한 방식의 파력발전장치를 연구개발 중에 있으나 상업적 성공을 이룬 모델이 없는 실정이다.

파력발전의 주 목적은 파랑에너지로부터 전기에너지로의 변환이며, 전기에너지를 생성시키는 회전형 발전기의 에너지, 즉 동력(Power)은 회전력(Torque)과 회전수(R)를 곱한 값으로 나타내어진다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

P = T * R ( P:동력 Power , T:회전력 Torque , R: 회전수 r/min [rpm] )

상기 식으로 알 수 있듯이, 동력(P)은 회전력(T)과 회전수(R)에 비례한다.

대부분의 파력발전장치들은 파랑에너지를 유체압(유압,공기압:간접구동형)방식으로 변환하는 선행기술을 보이는데, 유체압 방식의 대표적인 예로 국내출원 제10-2006-7009454호 (국제출원번호:PCT/DK2004/000705)의 ‘부유체와 해면 위의 한 지점에서 부유체를 고정시키는 수단을 구비한 파력발전장치‘는 구성품으로 부유체,암,지지구조물,수력시스템이 있다. 부유체와 지지구조물은 암으로 연결되어지고 암과 지지구조물 사이에 위치한 수력시스템이 부유체 상승시에 파랑에너지를 흡수하여 유체압으로 유압모터에 높은 회전력(T)을 발생시켜 발전기를 구동하는 방식을 취하고 있다.

상기한 종래의 기술은 파랑에너지에서 전기에너지로의 변환공정에 있어서 유체압이라는 또 하나의 전달매체를 둠으로써 에너지 효율 저하를 일으키며 유체압을 생성 시키는 부품의 구조 또한 복잡다단 하여 부가적인 효율저하 및 제작 및 운영, 유지, 보수에 어려움이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 최소화 시키는 기계식 방식으로써 1차 변환에 의한 중간 전달매체를 없애고 구조적으로 단순화시켜 제작 및 운영, 유지, 보수가 용이한 형태를 취하여 에너지 변환효율 증대와 또한 공간적 제약으로부터 자유로워 해양 부유식 혹은 고정식 구조물에 설치되어 다양한 실시 예를 나타내는 것이다.

본 발명은, 종부력물(300)의 주축(311)에 체결되어 각운동하는 하나이상의 붐대(200)가 주부력물(100)과 연결되어 파랑에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 장치를 포함하는 파력 발전 장치에 있어서, 붐대(200)의 양방향 각운동이 원웨이 베어링(312a,312b)이 내장된 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)에 의한 한 방향 회전운동 하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치를 제공한다.

상기 주부력물(100)은 부력을 배가시키는데 있어서 다단형식을 취하고 있으며, 무게 중심기구(101)를 포함하고 있어 파랑(10)에너지를 흡수함에 용이한 구조를 뛰고 있다. 위의 파랑(10)에너지는 주부력물(100)에 링크 연결된 붐대(200)에 양방향 각운동으로 전환하고 이와 같은 양방향 각운동은 주축(311)에 전달된다.

상기 주축(311)을 입력축으로 하는 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)는 청구항5, 청구항6항, 청구항7항에 기술한 것과 같이 종축(315)에 한방향 회전운동으로 변환시킨다.

상기 종축(315)에 연결된 증속기(320)를 통해 회전수(rpm)를 증대 시키고, 플라이휠(330)에 의해 파랑(10)의 파고와 파주기에 따른 상사점, 하사점 에서의 에너지 편차를 보완하며 궁극적으로 발전기(340)에 균일한 동력을 발생시키도록 한다.

본 발명은, 파랑에너지를 흡수함에 있어서 중간 전달매체를 없앰으로써 기계식 직접변환을 채택하여 에너지 변환 효율을 증대시켰고 한방향 회전운동 기구를 원웨이 베벨,마이터 기어박스라는 극대화 된 단순한 구조를 통해 파랑의 상승, 하강시 모든 경우에 에너지를 흡수율을 높일 수 있다. 파력 발전 장치 전체의 규모가 소형화 되어 제작이 용이하다. 그리고 모듈식 주부력물을 채택하여 부력을 유연성 있게 가감할 수 있고 플라이휠을 설치하여 파랑에너지의 상사점, 하사점 에서의 에너지 편차를 보완한다.

상기 파력 발전 장치는 해양 밖에 위치하여 해수의 직접적인 접촉을 회피하여 부식이 덜하며 해양의 부유식 혹은 고정식 구조물 등의 다양한 방법으로 설치가 가능 하여 운용, 유지, 보수가 용이하다.

도1은 원웨이 베벨,마이터 기어박스를 이용한 파력발전장치의 대표도면.
도2는 파력발전장치의 구성도면.
도3은 주부력물의 구성도면.
도4는 붐대의 구성도면.
도5와 도6은 원웨이 베벨,마이터 기어박스의 구성도면.
도7은 파력발전장치의 측면도
도8와 도9는 원웨이 베벨,마이터 기어박스에 의한 에너지 전달 모사도면.
도10은 파력발전장치의 대표적인 실시예 도면.

본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 도1에서부터 도9까지를 통해 도10을 완성하고자 한다.

도1은 파력 발전 장치를 개략적으로 도시한 것이다.도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 파력 발전 장치는 주요 구성품으로 주부력물(100), 붐대(200) 그리고 종부력물(300)에 위치한 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310), 증속기(320), 플라이휠(330), 발전기(340)를 포함한다.

도3에 도시한 바와 같이 주부력물(100)은 해수보다 밀도가 낮은 소재, 예를 들면 폴리스틸렌으로 직접 성형 하거나 블로우 성형 제작한 플라스틱계열의 원통의 내부에 충진하여 사용 할 수 있고, 무게 중심기구(101)를 중심으로 하여 모듈식으로 쌓음으로써 부력을 배가시킬 수 있다. 상기에 서술한 바와 같이 주부력물(100)은 부력을 증대 시키고 무게중심을 낮춤으로써 파랑의 파고와 파주기에 빠른 응답을 나타낼 수 있다.

붐대(200)는 파력 발전 장치의 설치해역에 파랑에너지밀도의 고저(高低)에 따라 길이를 짧거나 길게 하여, 도4에 도시 된 것과 같이 붐대(200)의 측면에 각도(Angle)를 부가하여 에너지 흡수율을 극대화 시킬 수 있다.

도5에서부터 도9까지 도시한 바와 같이 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)는 붐대(200)의 체결기구(202a,202b)에 의해 구속된 주축(311)을 입력축으로 한다. 입력축이 붐대(200)에 의해 양방향 각운동을 행한다. 입력축이 각운동을 함에 있어 주축기어(313a,313b) 중심상에 위치한 대칭 배치된 원웨이 베어링(312a 혹은 312b)을 통해 실제 동력전달 주축기어(313a 혹은 313b)가 결정되고 종축기어(314)를 구동시켜 줌으로써 구속되어 있는 종축(315)이 한 방향 회전운동이 가능하도록 한다.

증속기(320)는 가장 흔하게 사용되는 유성기어장치를 사용하여 회전수를 증가시키고 플라이휠(330)을 통해서 파랑(10)의 상사점, 하사점의 에너지 편차를 보완하여 균일한 동력을 발전기(340)에 전달 할 수 있다.

상기에 서술한 파력 발전 장치를 해양 부유식 혹은 고정식 구조물 등에 설치하여 재생에너지원으로 활용 할 수 있으며 상기 파력 발전 유닛들을 이용하여 대규모의 파력 발전 단지를 조성 할 수 있다.

발명의 효과

10: 파랑[파도]
R : 정방향
L : 역방향
31: 외륜 고정부
32: 원웨이 구동 기능부
33: 내륜 운동부
100: 주부력물 [파랑모사운동을 행함]
101: 무게 중심기구
102: 양단 덮개
200: 붐대
201: 연결기구
202a, 202b: 체결기구
300: 종부력물 [종부력물 혹은 고정 구조체를 칭함: 파랑모사운동이 불가능함]
310: 원웨이 베벨,마이터 기어박스
311: 주축
312a, 312b: 원웨이 베어링 [원웨이 베어링 혹은 원웨이 클러치]
313a, 313b: 주축기어
314: 종축기어
315: 종축
320: 증속기
330: 플라이휠
340: 발전기

Claims (10)

1. 종부력물(300)의 주축(311)에 체결되어 각운동하는 하나이상의 붐대(200)가 주부력물(100)과 연결되어 파랑에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 장치를 포함하는 파력 발전 장치에 있어서,
   붐대(200)의 양방향 각운동이 원웨이 베어링(312a,312b)이 내장된 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)에 의한 한방향 회전운동하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
2. 제 1 항 에 있어서,
   상기 원웨이 베어링(312a,312b)은 외륜 고정부(31)와 내륜 운동부(33) 사이에 위치한 원웨이 구동기능부(32)에 의해 한쪽방향의 구동만 허용하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장 치
3. 제 1 항 에 있어서,
   상기 주부력물(100)이 붐대(200)와 링크 연결된 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
4. 제 1 항 에 또는 제 3 항 에 있어서,
   상기 붐대(200)와 주축(311)이 체결기구(202a,202b)에 의해 체결되어 주축(311)과 동조운동을 실행하고 주축(311)이 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)의 입력축이 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
5. 제 2 항 에 또는 4 항 에 있어서,
   상기 원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)는 입력축에 최소 2개 이상의 원웨이 베어링(312a,312b)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
6. 제 1 항 에 또는 제 5 항 에 있어서,
   상기 원웨이 베어링(312a,312b)들은 주축기어(313a,313b)들의 중심상에 위치하며 주축기어(313a,313b)들과 체결되고 대칭 배치되어 주축(311)이 정방향(R), 역방향(L) 의 경우 각각 원웨이 베어링(312a,312b)의 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
7. 제 6 항 에 있어서,
   상기 주축기어(313a,313b)들이 종축기어(314)를 중심으로 직각 대칭 배치되고 종축기어(314)가 종축(315)와 일체 되어 종축(315)이 출력축이 되는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
8. 제 7 항 에 있어서,
   상기 종축(315)에 의해 증속기(320) 혹은 플라이휠(330) 혹은 발전기(340)를 구동하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
9. 제 1 항 에 있어서,
   상기 종부력물(300)에 다수의 주부력물(100),붐대(200),원웨이 베벨,마이터 기어박스(310)들로 구성되어 대형 파력 발전 단지를 이루는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.
10. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주부력물(100)이 다단형식으로 부력을 배가시켜주고, 무게 중심기구(101)를 포함하여 무게 중심을 낮추어 주는 것을 특징으로 하는 파력 발전 장치.

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