KR20140062929A - 파력을 이용한 동력발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파력을 이용한 동력발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 설치 및 이동이 용이할 뿐만 아니라 발전기 또는 압축기의 구동축의 관성을 크게 하여 균일하게 발전을 할 수 있는 파력을 이용한 동력발생장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 파력을 이용한 동력발생장치는 안내바와, 고정수단과, 부유수단과, 회전기어와, 발전기 또는 압축기와, 동력전달수단을 포함한다. 상기 안내바는 적어도 어느 한면에 길이방향을 따라 랙기어가 형성되고, 일단이 수중에 삽입된다. 상기 고정수단은 상기 안내바를 수중에 고정시킨다. 상기 부유수단은 파도가 칠 때 상기 파도의 힘에 의하여 상기 안내바를 따라서 상하로 이동할 수 있게 설치된다. 상기 회전기어는 상기 랙기와 이물림을 하도록 상기 부유수단에 설치된다. 상기 발전기 또는 압축기는 구동축에 플라이휠을 구비하여 상기 부유수단에 설치된다. 상기 동력전달수단은 상기 회전기어가 일방향으로 회전할 경우에만 상기 회전기어의 회전력을 상기 발전기 또는 압축기의 구동축에 전달한다.
본 발명에 의하면, 부유수단이 분리가 가능하므로 조립 및 분해가 간단하다. 그래서 태풍과 같은 강한 바람이 불 경우 부유수단을 분해할 수 있다. 이 경우 태풍으로부터 파력을 이용한 동력발생장치를 보호할 수 있다.

Description

파력을 이용한 동력발생장치{Power generating equipment using wave forces}
본 발명은 파력을 이용한 동력발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 설치 및 이동이 용이할 뿐만 아니라 발전기 또는 압축기의 구동축의 관성을 크게 하여 균일하게 발전을 할 수 있는 파력을 이용한 동력발생장치에 대한 것이다.
파력발생장치는 해파(Sea wave) 또는 해양파(Ocean wave)를 이용하여 전기와 같은 유용한 에너지로 변환하기 위하여 파력을 발생시키는 장치이다. 해파는 효율적으로 개발된다면 세계 에너지 문제의 상당 부분을 해결할 수 있는 거의 무한한 에너지원을 구성하는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서 해파를 이용하여 발전을 하는 장치에 대해서 국내외로 많이 출원되어 있다. 국내 등록특허 제10-0926463호는 해수의 유동인 조류와 파도의 운동 에너지를 이용하여 동력을 발생시킬 수 있는 파력발생장치에 대한 것이다. 도 5는 등록특허 제10-0926463호에 개시된 파력발생장치의 개념도이다. 도 5에 개시된 종래의 파력발생장치는 스크류바(1)와, 제1부유체(3)와, 동력변환수단(5)과, 제2부유체(15)와, 압축기(20)를 포함한다.
스크류바(1)는 일단이 해저에 고정된다. 제1부유체(3)는 파도가 쳐서 물결이 일렁일 때 스크류바(1)를 따라 상하운동을 한다.
동력변환수단(5)은 회전운동부와 직선운동부(8)를 구비한다. 회전운동부는 원형캠(7)으로 구성된다. 원형캠(7)은 제1부유체(3)의 상부에 고정된다. 그래서 제1부유체(3)가 상하운동을 하면 원형캠(7)도 상하운동을 한다. 그리고 원형캠(7)은 상하운동시 스크류바(1)를 중심으로 회전운동을 할 수 있게 스크류바(1)와 결합한다. 즉 스크류바(1)는 원형캠(7)을 관통하여 삽입된다. 이때 스크류바(1)는 원형캠(7)이 중심에서 벗어난 일측을 중심으로 회전할 수 있게 상기 일측을 관통하여 삽입된다.
직선운동부(8)는 원형캠(7)이 회전운동시 직선운동을 안내하는 역할을 한다. 이를 위하여 환형링(9)과 동력전달축(11)을 구비한다. 환형링(9)은 타원형으로서 원형캠(7)을 감싼다. 그리고 동력전달축(11)은 환형링(9)에 결합한다. 그래서 원형캠(7)이 회전운동을 하면 동력전달축(11)은 직선운동을 한다.
압축기(20)는 제2부유체(15)의 상부에 설치되며, 동력전달축(11)에 연결된다. 그래서 동력전달축(11)이 직선운동을 하면 공기 또는 물 등의 유체를 압축시킨다.
파도(30)가 치면 물결이 일렁인다. 그러면 제1부유체(3)가 화살표 31의 방향으로 상하운동을 한다. 제1부유체(3)가 상하운동을 하면 원형캠(7)은 스크류바(1)를 중심으로 화살표 33의 방향으로 회전운동을 한다. 스크류바(1)가 회전운동을 하면 동력전달축(11)은 화살표 35의 방향으로 직선운동을 하여 압축기(20)를 구동시킨다. 이때 압축기(20)를 구동시키는 효율은 동력전달축(11)의 직선 왕복운동 거리에 달려있다.
도 5에 개시된 종래의 파력발생장치는 제1부유체 및 제2부유체가 필요하고 동력변환수단이 회전운동부와 직선운동부로 나뉘어 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 태풍과 같은 강한 바람이 불 경우 파력발생장치 분해가 어려우므로 파손될 수 있다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 파력발생장치는 파도가 규칙적으로 발생하지 아니하므로 파력에 의한 동력변환이 규칙적으로 발생하지 아니한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 분해조립이 용이하여 필요시 분해할 수 있는 파력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발전기 또는 압축기의 구동축에 플라이휠을 달아서 구동축의 관성을 높임으로써 발전기 또는 압축기의 구동축이 규칙적으로 회전할 수 있는 파력을 이용한 동력발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 파력을 이용한 동력발생장치는 안내바와, 고정수단과, 부유수단과, 회전기어와, 발전기 또는 압축기와, 동력전달수단을 포함한다. 상기 안내바는 적어도 어느 한면에 길이방향을 따라 랙기어가 형성되고, 일단이 수중에 삽입된다. 상기 고정수단은 상기 안내바를 수중에 고정시킨다. 상기 부유수단은 파도가 칠 때 상기 파도의 힘에 의하여 상기 안내바를 따라서 상하로 이동할 수 있게 설치된다. 상기 회전기어는 상기 랙기와 이물림을 하도록 상기 부유수단에 설치된다. 상기 발전기 또는 압축기는 구동축에 플라이휠을 구비하여 상기 부유수단에 설치된다. 상기 동력전달수단은 상기 회전기어가 일방향으로 회전할 경우에만 상기 회전기어의 회전력을 상기 발전기 또는 압축기의 구동축에 전달한다.
또한, 상기의 파력을 이용한 동력발생장치에 있어서, 동력전달수단은 동력전달부와, 일방향기어를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 동력전달부는 상기 회전기어의 회전력을 상기 구동축에 전달하는 복수의 기어나, 벨트로 연결된 복수의 풀리나, 복수의 체인을 구비한다. 상기 일방향기어는 상기 회전기어가 일방향으로 회전할 경우에만 상기 동력전달부의 동력을 상기 발전기 또는 압축기의 구동축에 전달한다.
또한, 상기의 파력을 이용한 동력발생장치에 있어서, 상기 부유수단은 제1부유부와, 제2부유부를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제2부유부는 일단이 상기 제1부유부의 일단과 회동할 수 있게 결합되며, 타단이 상기 제1부유부의 타단과 체결될 수 있다. 그래서 상기 부유수단은 상기 제1부유부와 상기 제2부유부가 결합하여 상기 안내바를 따라 슬라이딩을 할 수 있게 상기 안내바를 감싼다.
또한, 상기의 파력을 이용한 동력발생장치에 있어서, 상기 부유수단은 상기 파도가 칠 때 수직방향으로 힘을 받을 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁은 것이 바람직하다.
또한, 상기의 파력을 이용한 동력발생장치에 있어서, 상기 부유수단은 상기 파도를 수직방향으로 안내하도록 외주면에 수직방향으로 복수 개의 가이드판이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 파력을 이용한 동력발생장치에 있어서, 상기 안내바는 상기 고정수단에 회동할 수 있게 고정된 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 부유수단이 분리가 가능하므로 조립 및 분해가 간단하다. 그래서 태풍과 같은 강한 바람이 불 경우 부유수단을 분해할 수 있다. 이 경우 태풍으로부터 파력을 이용한 동력발생장치를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 발전기 또는 압축기의 구동축에 플라이휠이 결합되어 있다. 이 경우 구동축의 관성이 커지므로 회전운동의 변화에 대한 저항이 커므로 구동축을 균일하게 회전시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 회전기어의 회전력을 복수의 기어나 체인 등으로 동력을 전달한다. 즉 적절한 크기의 기어나 체인을 사용하면 발전기 또는 압축기의 구동축의 회전속도를 고속으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파력을 이용한 동력발생장치의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 동력전달수단의 개념도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 부유수단의 개념도,
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 적용될 수 있는 다른 부유수단의 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 파력을 이용한 동력발생장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 파력을 이용한 동력발생장치는 안내바(110)와, 고정수단(115)과, 부유수단(120)과, 회전기어(130)와, 발전기(135)와, 동력전달수단(140)을 포함한다.
안내바(110)는 일단이 수중에 삽입되도록 세워져서 설치된다. 이때 안내바(110)에는 적어도 어느 한면에 길이방향을 따라 랙기어(112)가 형성된다. 본 실시예의 경우에는 안내바(110)의 양면에 랙기어(112)가 형성되었다.
고정수단(115)은 안내바(110)를 수중에 고정시킨다. 이를 위하여 고정수단(115)은 수중의 바닥에 가라앉는다. 그리고 안내바(110)는 고정수단(110)에 고리, 볼조인트, 체인 또는 와이어 등으로 결합될 수 있다. 안내바(110)가 고정수단(115)에 움직이지 못하도록 고정되면 파도가 칠 경우 안내바(110)가 파손될 수 있으므로 고리 등으로 자유롭게 움직일 수 있도록 고정되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우 안내바(110)는 고정수단(115)에 고리로 결합되었다.
부유수단(120)은 파도가 치면 파도에 의하여 안내바(110)를 따라 상하로 이동하는 역할을 한다. 이를 위하여 부유수단(120)은 물에 뜰 수 있는 부유체로 형성되며, 그 중심을 안내바(110)가 관통하여 삽입되도록 형성된다. 이때 부유수단(120)은 파도에 의하여 상하로 이동하는 거리를 늘리기 위하여 파도의 수직력을 많이 받도록 경사져서 상부가 넓고 하부가 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 파도가 치면 수직력을 받아서 부유수단(120)은 상하로 더욱 많이 이동할 수 있다.
한편 태풍 등으로 큰 파도가 칠 경우 본 실시예의 파력을 이용한 동력발생장치는 파손될 염려가 있다. 이 경우 부유수단(120)을 분리시켜 방파제 내부로 이동시킬 필요가 있다. 그런데 부유수단(120)을 설치하거나 분리시키기 위해서는 안내바(110)를 따라 들어올려야 한다. 이때 안내바(110)가 물 속에서 세워지면 그 높이가 높아서 부유수단(120)을 들어올려야 한다. 그런데 부유수단(120)은 부피가 커서 무거우므로 작업자가 이를 들어올리기가 곤란하다. 이를 위하여 부유수단(120)은 제1부유부(121)와 제2부유부(123)로 분리되어 구성된다. 제1부유부(121)와 제2부유부(123)는 일측(125)에서 힌지결합되어 일측(125)을 중심으로 회동할 수 있고, 타측(126)이 개폐가능하게 결합된다. 그래서 설치시에는 타측(126)을 풀어서 제1부유부(121)와 제2부유부(123)를 일측(125)을 중심으로 회동시켜 벌린 후 제1부유부(121)와 제2부유부(123) 사이에 안내바(110)를 삽입시키고 제1부유부(121)와 제2부유부(123)을 오무려서 타측(126)을 체결하여 부유수단(120)을 장착할 수 있다.
또한, 제1부유부(121)와 제2부유부(123)에 상부에 마개(127)를 두어 그 내부에 유체를 부을 수 있다. 제1부유부(121)와 제1부유부(123) 각각에 별도로 유체를 저장할 수 있으므로 제1부유부(121)와 제2부유부(123)의 무게 밸런스가 맞지 아니할 경우 각각의 부유부(121, 123)에 유체를 저장하여 무게 밸런스를 맞출 수 있다.
한편 본 실시예의 동력발생장치는 부유수단(120)의 상하운동을 이용하여 파력을 발생시킨다. 따라서 큰 힘의 파력을 발생시키기 위해서는 부유수단(120)은 파도에 의하여 상하로 큰 폭으로 이동하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 부유수단(120)의 외주면에는 파도를 수직으로 안내할 수 있는 가이드판(128)이 돌기되는 것이 바람직하다. 가이드판(128)에 의하여 파도는 수직으로 올라가므로 파도에 의하여 부유수단(120)은 수직방향으로 더욱 많이 이동할 수 있다. 부유수단(120)은 다양한 모양을 가질 수 있으며, 도 4는 부유수단의 다양한 형태이다.
회전기어(130)는 부유수단(120)이 상하이동을 할 때 랙기어(112)와 이물림을 하여 회전할 수 있게 부유수단(120)에 설치된다.
발전기(135)는 부유수단(120)에 설치되며, 구동축(136)을 구비하고 구동축(136)에는 플라이휠(137)이 설치되어 있다. 플라이휠(137)은 구동축(136)의 회전관성력을 크게 해준다. 본 실시예의 경우 발전기(135)가 설치되었지만 발전기(135) 대신에 압축기가 설치될 수도 있다.
동력전달수단(140)은 회전기어(130)가 일방향으로 회전할 경우에만 회전기어(130)의 회전력을 발전기(135)의 구동축(136)에 전달하는 역할을 한다. 이를 위하여 동력전달수단(140)은 동력전달부(141)와 일방향기어(145)를 구비한다.
동력전달부(141)는 회전기어(130)의 회전력을 발전기(135)의 구동축(136)에 전달하는 역할을 한다. 이를 위하여 동력전달부(141)는 복수의 기어를 구비한다. 본 실시예의 경우 회전기어(130)의 축에 설치된 제1기어(141a)와, 제1기어(141a)와 이물림하는 제2기어(141b)와, 그리고 제2기어(141b)와 이물림하는 제3기어(141c)와, 그리고 제3기어(141c)와 같은 축에 형성된 제4기어(141d)와, 그리고 제4기어(141d)와 이물림하는 제5기어(141e)를 구비한다. 제5기어(141e)가 설치된 제5기어축(142)은 발전기(140)의 구동축(136)에 연결된다. 그래서 동력전달부(141)에 의하여 회전기어(130)의 회전력은 발전기(140)의 구동축(136)에 전달되어 구동축(136)이 회전된다. 한편 본 실시예의 경우 동력전달부(141)은 복수의 기어로 구성되었지만, 벨트로 연결된 풀리나, 체인 등으로 구성될 수도 있다. 동력전달부(141)에 사용되는 기어(141a~141e)들의 크기를 조절하면 구동축(136)의 속도를 조절할 수 있다. 일반적으로 저속발전기의 경우 부피가 크고 고가이기 때문에 파력발전장치에 적용되기 어렵다. 그래서 본 실시예의 동력전달부(141)를 사용하면 고속발전기를 사용할 수 있다.
한편, 일방향기어(145)는 회전기어(130)가 일방향으로 회전할 때에만 동력을 전달하기 위하여 제5기어(141e)가 설치된 제5기어축(142)과 발전기(135)의 구동축(136)을 연결시킨다. 그래서 회전기어(130)가 일방향으로 회전할 때에만 제5기어축(142)에서 동력이 발전기(135)의 구동축(136)에 전달되며, 타방향으로 회전할 때에는 구동축(136)에 전달되지 아니한다. 일방향기어(145)는 랫치기어 등으로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 제5기어축(142)과 구동축(136)을 연결시켰지만 회전기어(130)의 축에 설치될 수도 있다.
본 실시예의 경우 랙기어(112)가 안내바(110)의 양면에 형성되었으며, 이에 따라 회전기어(130), 발전기(135) 및 동력전달수단(140)도 안내바(110)의 양면에 각각 설치되었다.
파도에 의하여 해수면의 위치가 상승하거나 하강하면 부유수단(120)이 안내바(110)를 따라 상승하거나 하강한다. 그러면 회전기어(130)가 안내바(110)의 랙기어(112)와 이물림을 하므로 회전기어(130)가 회전한다. 회전기어(130)가 회전하면 동력전달수단(140)의 동력전달부(141)에 의하여 회전기어(130)의 회전력은 발전기(135)의 구동축(136)으로 전달된다. 이때 일방향기어(145)에 의하여 안내바(110)의 한 면에 설치된 구동축(136)에는 부유수단(120)이 상승할 때에만 회전기어(130)의 회전력이 전달되고, 안내바(110)의 다른 면에 설치된 구동축(136)에는 부유수단(120)이 하강할 때에만 회전기어(130)의 회전력이 전달된다.
한편 발전기(135)의 구동축(136)에는 플라이휠(137)이 설치되어 있다. 예를 들어 부유수단(120)이 상승할 때에만 구동축(136)에 회전기어(130)의 회전력이 전달될 경우 부유수단(120)이 하강하더라도 구동축(136)은 플라이휠(137) 회전관성에 의하여 계속 회전하게 된다. 즉 구동축(136)은 플라이휠(137)에 의하여 그 회전속도가 일정하게 유지될 뿐만 아니라 구동축(136)에 동력이 전달되지 않더라도 계속 회전하여 발전기(135)를 구동시킨다.
110 : 안내바 112 : 랙기어
115 : 고정수단 120 : 부유수단
121 : 제1부유부 123 : 제2부유부
125 : 부유수단의 일측 126 : 부유수단의 타측
127 : 마개 128 : 가이드판
130 : 회전기어 135 : 발전기
136 : 구동축 137 : 플라이휠
141a~141e : 기어 142 : 제5기어축
145 : 일방향기어

Claims (6)

  1. 적어도 어느 한면에 길이방향을 따라 랙기어가 형성되고, 일단이 수중에 삽입된 안내바와,
    상기 안내바를 수중에 고정시키기 위한 고정수단과,
    파도가 칠 때 상기 파도의 힘에 의하여 상기 안내바를 따라서 상하로 이동할 수 있게 설치된 부유수단과,
    상기 랙기와 이물림을 하도록 상기 부유수단에 설치된 회전기어와,
    구동축에 플라이휠을 구비하여 상기 부유수단에 설치된 발전기 또는 압축기와,
    상기 회전기어가 일방향으로 회전할 경우에만 상기 회전기어의 회전력을 상기 발전기 또는 압축기의 구동축에 전달하는 동력전달수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 동력전달수단은
    상기 회전기어의 회전력을 상기 구동축에 전달하는 복수의 기어나, 벨트로 연결된 복수의 풀리나, 복수의 체인을 구비한 동력전달부와,
    상기 회전기어가 일방향으로 회전할 경우에만 상기 동력전달부의 동력을 상기 발전기 또는 압축기의 구동축에 전달하는 일방향기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부유수단은
    제1부유부와,
    일단이 상기 제1부유부의 일단과 회동할 수 있게 결합되며, 타단이 상기 제1부유부의 타단과 체결될 수 있는 제2부유부를 구비하며, 상기 제1부유부와 상기 제2부유부가 결합하여 상기 안내바를 따라 슬라이딩을 할 수 있게 상기 안내바를 감싸는 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부유수단은 상기 파도가 칠 때 수직방향으로 힘을 받을 수 있도록 상부가 넓고 하부가 좁은 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 부유수단은 상기 파도를 수직방향으로 안내하도록 외주면에 수직방향으로 복수 개의 가이드판이 형성된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안내바는 상기 고정수단에 회동할 수 있게 고정된 것을 특징으로 하는 파력을 이용한 동력발생장치.
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