KR20150120896A - 파력발전용 동력변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해양에 부유되어 파도에 의해 상하 방향 및 측방향으로 일정범위에서 불규칙한 운동을 하여 간헐적인 선형 동력을 발생시키는 동력원으로부터 동력을 전달받아, 동력의 일부는 발전기에 연결된 출력축을 회전시켜 전력을 생산하고, 나머지 일부는 에너지 저장 장치에 축적된 뒤 동력원으로부터의 동력 전달이 이루어지지 않을 때 축적된 에너지로 출력축을 회전시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 파력발전용 동력변환장치에 관한 것이다.

Description

파력발전용 동력변환장치{Power Converting Apparatus for Wave-force Generation}
본 발명은 파력 발전에 사용되는 동력변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양에 부유되어 파도에 의해 일정범위에서 불규칙한 운동을 하여 간헐적인 선형 동력을 발생시키는 동력원으로부터 동력을 전달받아, 동력의 일부는 발전기에 연결된 출력축을 회전시켜 전력을 생산하고, 나머지 일부는 에너지 저장 장치에 축적된 뒤 동력원으로부터의 동력 전달이 이루어지지 않을 때 축적된 에너지로 출력축을 회전시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 파력발전용 동력변환장치에 관한 것이다.
파력 발전 장치는 파도의 유동을 이용하여 발전기를 회전시키고, 이러한 발전기의 회전 운동을 통하여 전기에너지를 생산하는 설비로서, 파도 에너지의 출력 변동을 감안한 대규모 발전플랜트를 해상에 시공하는 문제를 개선하는 등 파력자원이 풍부한 해양 국가 등에서 파력 에너지의 개발이 활발하게 추진되고 있다.
종래의 파력 발전과 관련된 기술로서, 등록특허 제10-1049518호에는 파도의 상하 운동을 이용하여 발전기를 구동하여 전기에너지로 변환시킬 수 있는 파력 발전 장치에 관한 것으로, 부력체가 상측으로 이동시 동력전달축으로 회전력이 전달되어 발전을 하고, 부력체가 하측으로 이동시에는 복귀 장치에 의해 동력 전달로프가 감기면서 복원되도록 구성함으로써 연속적으로 발전을 행할 수 있으면서도 파도에 의한 외력에 상관없이 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 된 파력 발전 장치가 개시되어 있다.
그리고, 공개특허 제2004-0026588호에는 부구의 상하운동을 동력변환부의 동력전달단속부재에서 일방향의 회전운동으로 변환하면, 이를 이용하여 압축공기생성부와 압력제어부에서 일정압력의 압축공기를 생산 제어한 후, 이를 발전부에 공급하여 전기를 생산하도록 구성되는 파도를 이용한 발전장치가 개시되어 있다.
그러나 종래의 파력 발전장치에 적용되고 있는 동력변환장치들은 부력체의 상하방향으로의 선형 동력을 회전 동력으로 효율적으로 변환시키는데 중점을 두어 구성되고 있으며, 파도에 의한 부력체의 측방향 선형 운동이 발생하는 경우에는 선형 동력을 회전 동력을 변환하지 못하거나 변환 효율이 현저히 저하되고, 기계적인 손상이나 피로가 발생할 수 있는 문제가 있다.
또한 동력원인 부력체와 축을 로프로 연결하여 동력원이 로프를 이동시키면 축에 감겨있던 로프가 풀리면서 축을 회전시켜 회전 동력을 얻는 방식이 있는데, 이러한 방식에서는 로프의 길이가 다하면 더 이상 동력 전달이 되지 않으며, 반복적인 동력 전달을 위해서는 이동한 로프를 다시 축에 감아주어야 하므로 동력은 연속성을 잃게 되어 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1049518호(등록일자 2011년07월08일) "파력 발전 장치" 대한민국 공개특허 제2004-0026588호(공개일자 2004년03월31일) "파도를 이용한 발전장치"
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 해양에 부유되어 파도에 의해 상하 방향 및 측방향으로 일정범위에서 불규칙한 운동을 하여 간헐적인 선형 동력을 발생시키는 동력원으로부터 동력을 전달받아, 동력의 일부는 발전기에 연결된 출력축을 회전시켜 전력을 생산하고, 나머지 일부는 에너지 저장 장치에 축적된 뒤 동력원으로부터의 동력 전달이 이루어지지 않을 때 축적된 에너지로 출력축을 회전시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 파력발전용 동력변환장치를 제공함에 있다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 파력발전용 동력변환장치는, 해양에 부유되어 운동하는 부유체에 연결되어 부유체의 운동에 따른 장력을 전달하는 제1장력전달부재와; 상기 제1장력전달부재에 연결되어 회전하는 제1동력전달부재를 구비한 입력축과; 상기 제1동력전달부재와 연결되어 회전 운동하는 제2동력전달부재를 구비한 에너지 전달축과; 상기 제2동력전달부재와 연결되어 제2동력전달부재가 일방향으로 회전함에 따라 탄성에너지 또는 위치에너지를 저장하고, 상기 부유체에서 발생하는 선형 운동력이 소멸 또는 감소되면 상기 저장된 탄성에너지 또는 위치에너지로 상기 에너지 전달축을 회전시키는 에너지 저장유닛과; 상기 입력축과 에너지 전달축으로부터 교대로 회전력을 전달받아 회전하는 출력축과; 상기 입력축의 회전력을 출력축으로 전달하는 제1입력수단과; 상기 에너지 전달축의 회전력을 출력축으로 전달하는 제2입력수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 파력발전용 동력변환장치는, 해양에 부유되어 운동하는 부유체에 연결되어 부유체의 운동에 따른 장력을 전달하는 제1장력전달부재와; 상기 제1장력전달부재에 연결되어 제1장력전달부재에 의해 전달되는 장력에 의해 회전 운동하는 입력축과; 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재를 통해 상기 입력축에 결합되어 입력축과 함께 회전하거나 입력축에 대해 아이들링하면서 회전하는 제1동력전달부재와; 상기 입력축과 나란하게 설치되는 에너지 전달축과; 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재를 매개로 상기 에너지 전달축에 결합되어 에너지 전달축과 함께 회전하거나 에너지 전달축에 대해 아이들링하면서 회전하며, 상기 제1동력전달부재와 연결되어 제1동력전달부재로부터 동력을 전달받는 제2동력전달부재와; 상기 입력축에 결합되어 입력축과 함께 회전하는 제1입력부재와; 상기 에너지 전달축에 결합되어 에너지 전달축과 함께 회전하는 제2입력부재와; 상기 입력축 및 에너지 전달축에 나란하게 설치되어 회전하는 출력축과; 상기 출력축에 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재를 통해 결합되며 상기 제1입력부재 및 제2입력부재와 각각 연결되어 제1입력부재 또는 제2입력부재로부터 회전력을 전달받는 복수개의 출력부재와; 일단이 상기 에너지 전달축에 연결되어 에너지 전달축이 일방향으로 회전함에 따라 탄성에너지 또는 위치에너지를 저장하고, 상기 부유체에서 발생하는 선형 운동력이 소멸 또는 감소되면 상기 저장된 탄성에너지 또는 위치에너지로 상기 에너지 전달축을 회전시키는 에너지 저장유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 해양에 부유된 부유체와 같이 일정 범위에서 불규칙한 운동을 하여 간헐적인 선형 동력을 발생시키는 동력원으로부터 동력을 전달받아, 동력의 일부는 발전기에 연결된 출력축을 회전시켜 전력을 생산하고, 나머지 일부는 에너지 저장유닛에 축적한 뒤 부유체로부터의 동력 전달이 이루어지지 않을 때 축적된 에너지로 출력축을 회전시킬 수 있도록 하여 발전 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
특히 본 발명의 파력발전용 동력변환장치는 복수개의 장력전달부재를 동력원인 부유체에 소정의 각도를 두고 연결하여, 파도에 의한 상하 방향 선형 동력 뿐만 아니라 측방향으로의 선형 동력도 효율적으로 입력축에 전달할 수 있으므로 출력축에 지속적으로 회전 동력을 전달하여 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전용 동력변환장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 파력발전용 동력변환장치의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력발전용 동력변환장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파력발전용 동력변환장치의 디커플링 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4의 디커플링 구조를 다른 면에서 절단하여 본 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파력발전용 동력변환장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동력변환장치는, 해양에 부유되어 운동하는 부유체(1)에 연결되어 장력을 전달하는 제1장력전달부재(40)와; 상기 제1장력전달부재(40)에 연결되어 제1장력전달부재(40)에 의해 전달되는 장력에 의해 회전 운동하는 입력축(10)과; 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재(14)를 통해 상기 입력축(10)에 결합되어 입력축(10)과 함께 회전하거나 입력축(10)에 대해 아이들링하면서 회전하는 제1동력전달부재(11)와; 상기 입력축(10)과 나란하게 설치되어 회전하는 에너지 전달축(20)과; 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재(24)를 매개로 상기 에너지 전달축(20)에 결합되어 에너지 전달축(20)과 함께 회전하거나 에너지 전달축(20)에 대해 아이들링하면서 회전하며, 상기 제1동력전달부재(11)와 연결되어 제1동력전달부재로부터 동력을 전달받는 제2동력전달부재(21)와; 상기 입력축(10)에 결합되어 입력축(10)과 함께 회전하는 제1입력부재(13)와; 상기 에너지 전달축(20)에 결합되어 에너지 전달축(20)과 함께 회전하는 제2입력부재(23)와; 상기 입력축(10) 및 에너지 전달축(20) 사이에서 입력축(10) 및 에너지 전달축(20)에 나란하게 설치되어 회전하는 출력축(30)과; 상기 출력축(30)에 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재(32)를 통해 결합되며 상기 제1입력부재(13) 및 제2입력부재(23)와 각각 연결되어 제1입력부재(13) 또는 제2입력부재(23)로부터 회전력을 전달받는 복수개의 출력부재(31)와; 일단이 상기 에너지 전달축(20)에 연결되어 제2동력전달부재(21)가 일방향으로 회전함에 따라 탄성에너지 또는 위치에너지를 저장하고, 상기 부유체(1)에서 발생하는 선형 운동력이 소멸 또는 감소되면 저장되어 있던 탄성에너지 또는 위치에너지로 상기 에너지 전달축(20)을 회전시키는 에너지 저장유닛을 포함하여 구성된다.
상기 부유체(1)는 해양에 해수면 또는 수중에 부유되어 해수의 유동에 의해 상하 방향 및 측방향으로 선형 운동을 발생시키는 선형동력원이다. 상기 부유체(1)가 어느 방향으로 운동하더라도 선형 동력이 입력축(10)에 전달될 수 있도록 부유체(1)에는 복수개의 제1장력전달부재(40)가 고정도르래와 같은 방향전환부재(2)를 통해 서로 소정의 간격을 두고 연결된다. 따라서 부유체(1)에 연결된 복수개의 제1장력전달부재(40)는 부유체(1)와 입력축(10)을 서로 다른 방향(벡터)으로 연결하게 된다. 여기서 상기 복수개의 제1장력전달부재(40)는 90도의 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제1장력전달부재(40)는 기계적인 유연성은 가지지만 늘어나지는 않아 장력을 효과적으로 전달할 수 있는 로프 또는 와이어, 체인 등을 적용하여 구성할 수 있다.
상기 입력축(10)은 상기 부유체(1)로부터 선형 동력을 전달받아 회전 운동하는 구성요소로서, 상기 입력축(10)에는 상기 복수개의 제1장력전달부재(40)로부터 동력을 전달받도록 복수개의 제1동력전달부재(11)가 구성되고, 각각의 제1동력전달부재(11)에는 상기 제1장력전달부재(40)가 감겨지거나 풀려지는 제1드럼(12)이 고정되게 설치된다. 상기 제1드럼(12)은 상기 제1동력전달부재(11)와 함께 회전하도록 구성된다.
상기 제1동력전달부재(11)는 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재(14)를 통해 결합된다. 상기 일방향회전부재(14)는 원웨이클러치베어링, 래치트(ratchet) 기어 등을 이용하여 구성할 수 있다. 이 실시예에서 상기 일방향회전부재(14)는 시계방향으로의 회전만 허용하여 제1장력전달부재(40)가 제1드럼(12)에서 풀려질 때는 제1동력전달부재(11)와 입력축(10)을 구속하여 제1동력전달부재(11)와 입력축(10)이 함께 회전하게 된다.
상기 에너지 전달축(20)은 상기 입력축(10)과 나란하게 설치되며, 제1동력전달부재(11)와 연결된 제2동력전달부재(21)에 의해 입력축(10)으로부터 동력을 전달받는다. 상기 제2동력전달부재(21)에는 제2드럼(22)이 결합되어 제2동력전달부재(21)와 제2드럼(22)이 함께 회전하도록 되어 있다. 상기 제2드럼(22)에는 상기 에너지 저장유닛과 연결되어 장력을 전달하는 제2장력전달부재(50)가 감겨지거나 풀려진다.
상기 제2장력전달부재(50)는 제1장력전달부재(40)와 마찬가지로 기계적인 유연성은 가지지만 늘어나지는 않아 장력을 효과적으로 전달할 수 있는 로프 또는 와이어, 체인 등을 적용하여 구성할 수 있다.
상기 제2동력전달부재(21) 또한 제1동력전달부재(11)와 마찬가지로 원웨이클러치베어링이나 래치트(ratchet) 기어 등을 이용한 일방향회전부재(24)를 통해 에너지 전달축(20)에 연결된다. 이 실시예에서 상기 일방향회전부재(24)는 제1동력전달부재(11)에 결합된 일방향회전부재(14)의 부하 회전방향과 동일하게 구성된다. 즉, 상기 일방향회전부재(24)는 시계방향으로의 회전은 허용하고, 반시계방향의 회전은 허용하여, 제2동력전달부재(21)가 제1동력전달부재(11)로부터 동력을 전달받아 회전할 때에는 에너지 전달축(20)에 대해 자유롭게 상대 회전하고, 제2동력전달부재(21)가 에너지 저장유닛으로부터 에너지를 전달받아 반시계방향으로 회전할 때에는 에너지 전달축(20)과 제2동력전달부재(21)가 구속되어 함께 회전하도록 하는 작용을 하게 된다.
이 실시예에서 상기 제1,2동력전달부재(11a, 21a)는 기어를 사용하여 구성되지만, 이외에도 풀리와 벨트 시스템, 또는 스프로켓 및 체인 시스템, 링크기구 등 공지의 다양한 동력전달 기구를 사용하여 구성할 수 있다. 상기 제1,2동력전달부재(11, 21)는 동일한 기어이를 갖는 기어로 구성될 수 있지만, 제1동력전달부재(11)와 제2동력전달부재(21)의 기어비를 적절히 조정하여 효율적으로 에너지를 전달할 수 있을 것이다.
상기 출력축(30)은 상기 입력축(10)과 에너지 전달축(20) 사이에 나란하게 설치되어 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 교대로 동력을 전달받아 회전하게 된다. 상기 출력축(30)은 직접적으로 또는 간접적으로 전력을 생성하는 발전기(미도시)와 연결된다.
상기 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 출력축(30)에 동력을 전달하기 위해 상기 입력축(10)에는 제1입력부재(13)가 입력축(10)과 고정되어 함께 회전하고, 상기 에너지 전달축(20)에는 제2입력부재(23)가 에너지 전달축(20)과 고정되어 함께 회전한다. 그리고, 상기 출력축(30)에는 제1입력부재(13) 및 제2입력부재(23)와 각각 결합되어 회전력을 전달받는 복수개(이 실시예에서 2개)의 출력부재(31)가 각각 원웨이클러치베어링과 같은 일방향회전부재(32)을 통해 결합되어 있다.
이 실시예에서 상기 제1입력부재(13)와 제2입력부재(23) 및 출력부재(31)는 기어로 구성되지만, 이와 다르게 풀리와 벨트 시스템, 스프로켓과 체인 시스템 등 다양한 공지의 동력전달 시스템을 적용하여 구성할 수 있을 것이다.
상기 출력축(30)에 결합되는 일방향회전부재(32)의 부하회전방향은 모두 동일하다. 즉, 시계방향으로의 회전은 불가능하고, 반시계방향으로의 회전은 허용하도록 구성된다. 상기 일방향회전부재(32)는 역시 원웨이클러치베어링이나 래치트 기어 등을 사용하여 구성할 수 있다.
상기 에너지 저장유닛은 상기 제2드럼(22)에 연결된 제2장력전달부재(50)를 매개로 에너지 전달축(20)과 연결되어 에너지를 저장하고, 축적된 에너지를 공급하는 작용을 한다. 이 실시예에서 상기 에너지 저장유닛은 상기 제2장력전달부재(50)와 연결되어 제2장력전달부재(50)가 제2드럼(22)에 감김에 따라 탄성에너지를 축적하는 스프링(51)으로 구성된다. 상기 스프링(51)으로는 코일스프링이나 판스프링, 태엽스프링 등을 적용할 수 있는데, 이 실시예에서는 코일스프링이 적용된 것으로 하여 설명한다. 상기 스프링(51)은 제2장력전달부재(50)가 제2드럼(22)에 감김에 따라 늘어나면서 탄성력을 축적하고, 수축되면서 제2장력전달부재(50)를 당겨서 제2드럼(22)을 회전시켜 에너지를 전달한다.
상기와 같이 구성된 파력발전용 동력변환장치는 다음과 같이 작동한다.
부유체(1)가 파도에 의해 상하 또는 좌우의 임의의 방향으로 이동하게 되면, 제1장력전달부재(40)인 로프 또는 와이어의 장력이 증가하게 되어 제1장력전달부재(40)가 제1드럼(12)에서 풀려나오게 되면서 제1드럼(12)의 회전운동(반시계방향의 회전운동)을 일으키게 된다. 이에 따라 상기 제1드럼(12)과 일체형인 제1동력전달부재(11)(이 실시예에서 기어)가 제1드럼(12)과 같은 각속도로 반시계방향으로 회전한다.
상기 제1동력전달부재(11)와 입력축(10) 사이에 배치된 일방향회전부재(14)는 반시계방향으로는 구속되어 있으므로 제1동력전달부재(11)와 입력축(10)이 함께 회전하게 된다. 상기 제1동력전달부재(11)의 회전력 중 일부는 상기 입력축(10)을 회전시키는데 사용되고, 나머지 일부는 제1동력전달부재(11)와 연결된 제2동력전달부재(21) 및 제2드럼(22)을 에너지 전달축(20)에 대해 상대 회전시키는데 사용되어, 제2장력전달부재(50)가 제2드럼(22)에 감겨지도록 하고, 이로 인해 에너지 저장유닛의 스프링(51)이 늘어나서 탄성에너지로 저장된다.
상기 입력축(10)의 회전은 제1입력부재(13) 및 이에 연결된 출력부재(31)를 통해 출력축(30)으로 전달되어 출력축(30)이 일방향(이 실시예에서 시계방향)으로 회전하게 된다.
한편 선형동력을 발생하는 부유체(1)가 선형운동을 하지 못하거나 제1장력전달부재(40)의 장력이 줄어들면 에너지 저장유닛의 스프링(51)에 저장된 탄성에너지가 제2장력전달부재(50)의 장력으로 변환되고, 그 결과 제2드럼(22) 및 이와 일체형인 제2동력전달부재(21)가 반시계방향으로 회전운동을 한다. 상기 스프링(51)으로부터 전달받은 에너지는 일방향회전부재(24)을 통해 연결된 에너지 전달축(20)의 회전동력으로 사용되는 것이다.
상기 에너지 전달축(20)의 반시계방향 회전력은 제2입력부재(23) 및 이에 연결된 출력부재(31)를 통해 출력축(30)으로 전달되어 출력축(30)을 회전시키게 된다.
상기 스프링(51)으로부터 탄성에너지가 제2동력전달부재(21)로 전달되어 제2동력전달부재(21)가 반시계방향으로 회전할 때 제1동력전달부재(11)는 시계방향으로 회전하게 되는데, 제1동력전달부재(11) 내측에 연결된 일방향회전부재(14)가 시계방향으로의 회전은 허용하기 때문에 제2동력전달부재(21)의 회전력이 입력축(10)으로는 전달되지 않고 제1동력전달부재(11) 및 제1드럼(12)은 입력축(10)에 대해 아이들링(idling)하면서 제1장력전달부재(40)를 감게 된다.
이와 같이 부유체(1)의 운동에 의해 복수개의 제1장력전달부재(40) 중 어느 하나에 장력이 인가되어 제1드럼(12) 및 제1동력전달부재(0가 회전하게 되면, 제1장력전달부재(40)에 의해 전달된 동력 중 일부는 입력축(10)의 회전으로 전환되고, 나머지 일부는 제2동력전달부재(21) 및 제2장력전달부재(50)를 통해 에너지 저장유닛으로 전달되어 탄성에너지로 축적된다.
그리고 부유체(1)로부터의 동력 전달이 없거나 현저히 약화되면, 에너지 저장유닛에 축적된 탄성에너지가 에너지 전달축(20)을 통해 출력축(30)으로 전달되어 출력축(30)이 회전할 수 있게 된다.
따라서, 출력축(30)은 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 교대로 동력을 전달받으면서 지속적으로 회전 운동하게 되고, 이에 따라 발전 효율을 현저히 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이 실시예에서 상기 부유체(1)에는 복수개의 제1장력전달부재(40)가 연결되고, 상기 입력축(10)에는 각각의 제1장력전달부재(40)와 독립적으로 연결되는 복수개의 제1동력전달부재(11)와 제1드럼(12)이 설치된다. 그리고, 상기 에너지 전달축(20)에도 상기 복수개의 제1동력전달부재(11)와 연결되는 복수개의 제2동력전달부재(21)가 설치되고, 상기 각각의 제2동력전달부재(21)에 제2드럼(22)이 고정되게 형성되며, 상기 복수개의 제2드럼(22)은 복수개의 제2장력전달부재(50)를 통해 복수개의 에너지저장부재(51)에 연결되도록 구성된다. 하지만, 이와 다르게 제1장력전달부재(40)와 제1동력전달부재(11), 제1드럼(12), 제2동력전달부재(21), 제2드럼(22) 들이 단일하게 구성될 수도 있을 것이다.
한편 전술한 실시예에서는 에너지 저장유닛이 탄성에너지를 저장하는 스프링(51)인 것을 예시하였지만, 이와 다르게 제2장력전달부재(50)와 연결되어 위치에너지를 저장하는 중량물로 구성될 수 있다.
즉, 도 3에 도시한 것과 같이 에너지 저장유닛이 상기 제2장력전달부재(50)와 연결되어 제2장력전달부재(50)가 제2드럼(22)에 감김에 따라 상측으로 이동하면서 위치에너지를 축적하는 무게추(52)로 구성될 수도 있다.
상기 무게추(52)는 부유체(1)로부터의 동력 전달이 없거나 현저히 감소되면 하측으로 낙하하면서 제2드럼(22)을 회전시켜 에너지 전달축(20)을 회전시키고, 출력축(30)을 회전시키는 작용을 하게 된다.
그리고 부유체(1)의 급작스러운 운동에 의해 부유체(1)와 연결된 제1장력전달부재(40), 제1드럼(12), 제1동력전달부재(11), 입력축(10) 등에 과도한 하중이 걸리면 이러한 구성요소들이 파손되거나 동력전달장치 전체 계통의 파괴가 발생할 수 있다.
따라서 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 부유체(1)로부터 선형 동력을 전달받는 제1드럼(12)과 제1동력전달부재(11) 사이에 디커플러(60)를 구성하여, 제1장력전달부재(40)로부터 과도한 하중이 전달되면 디커플러(60)에 의해 제1드럼(12)으로부터 제1동력전달부재(11)로의 동력 전달이 차단되어 동력전달장치 전체 구성을 보호할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5에 도시된 디커플러(60)는, 상기 제1동력전달부재(11)에 고정되며 내부에 수용공간(61a)이 형성되어 있는 하우징(61)과, 상기 제1드럼(12)의 일측면에 고정되게 형성되어 상기 하우징(61) 내부로 삽입되며 외주면에 고정홈(63)이 오목하게 형성되어 있는 커플링디스크(62)와, 상기 하우징(61) 내부에 설치되어 상기 고정홈(63) 내측으로 삽입되도록 설치된 볼(64)과, 상기 하우징(61) 내부에서 상기 볼(64)을 커플링디스크(62) 쪽으로 탄력적으로 가압하도록 설치된 스프링(51)을 포함한다.
따라서, 평상시에는 커플링디스크(62)의 고정홈(63) 내측에 볼(64)이 탄력적으로 삽입되어 커플링디스크(62)와 하우징(61)이 결합 상태를 유지하여 제1드럼(12)과 제1동력전달부재(11)가 서로 고정된 상태가 된다. 그리고, 부유체(1)의 급격한 운동에 의해 제1장력전달부재(40)를 통해 설정값 이상의 과도한 장력이 전달되면, 커플링디스크(62)의 고정홈(63)에서 볼(64)이 이탈되면서 커플링디스크(62)과 하우징(61) 간의 결합이 해제되고, 커플링디스크(62)가 하우징(61) 내측에서 헛돌게 되어 동력 전달이 차단된다.
이와 같은 디커플러(60)의 구성에 의해 과도한 하중으로 인한 구성 부품의 파손이나 손상을 방지할 수 있게 되어 안정적인 동력 전달 시스템을 구현할 수 있게 되는 것이다.
한편 전술한 실시예에서 제1동력전달부재(11)는 일방향으로의 회전만 허용하는 일방향회전부재(14)를 통해 입력축(10)에 결합되었지만, 이와 다르게 상기 제1동력전달부재(11)가 제1장력전달부재(40)로부터 설정값 이상의 장력이 인가되면 제1동력전달부재(11)로부터 입력축(10)으로의 동력 전달이 이루어지지 않는 공지의 디커플러에 의해 입력축(10)에 결합됨으로써 과도한 하중으로 인한 구성 부품의 파손이나 손상을 방지할 수도 있을 것이다.
또한 전술한 실시예에서는 입력축(10)과 에너지 전달축(20) 및 출력축(30)이 각각 한개씩만 구성되어 출력축(30)이 하나의 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 동력을 전달받는 것으로 설명되었지만, 이와 다르게 입력축(10)과 에너지 전달축(20)은 복수개로 구성되고 출력축(30)은 단일하게 구성되어, 하나의 출력축(30)이 복수개의 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 동력을 전달받아 회전하면서 파력 발전을 수행할 수도 있을 것이다. 이 경우 서로 다른 주기의 입력축(10)과 에너지 전달축(20)으로부터 회전 동력을 전달받는다면 결과적으로 출력축(30)의 회전속도가 균일해지는 이점을 얻을 수 있으며, 이로써 발생주기가 긴 파력에 의해 전력을 생산하는 파력발전 시스템에서 출력축(30)과 연결된 발전기의 회전수를 균일하게 유지하여 안정된 전력을 생산할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1 : 부유체 2 : 방향전환부재
10: 입력축 11 : 제1동력전달부재
12 : 제1드럼 13 : 제1입력부재
14 : 일방향회전부재 20 : 에너지 전달축
21 : 제2동력전달부재 22 : 제2드럼
23 : 제2입력부재 24 : 일방향회전부재
30 : 출력축 31 : 출력부재
32 : 일방향회전부재 40 : 제1장력전달부재
50 : 제2장력전달부재 51 : 스프링
52 : 무게추

Claims (18)

  1. 해양에 부유되어 운동하는 부유체에 연결되어 상기 부유체의 운동에 따른 장력을 전달하는 제1장력전달부재;
    상기 제1장력전달부재에서 전달된 구동력으로 전기를 생산하는 발전기; 를 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는, 상기 한 개의 부유체마다 복수개가 서로 다른 방향으로 연결되는 파력발전용 동력변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    상기 부유체가 파력에 의하여 운동할 때 상기 복수의 제1장력전달부재는 각각 독립적으로 움직이며, 상기 복수의 제1장력전달부재마다 서로 다른 장력을 전달하는 파력발전용 동력변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재의 일단부는 상기 부유체에 고정되고 상기 제1장력전달부재의 타단부는 상기 발전기에 연결된 여러 개의 축 중 하나에 연결되며,
    상기 제1장력전달부재의 상기 일단부 및 상기 타단부 사이의 중간 부분은 방향전환부재에 의하여 이동 가능하게 고정되고,
    상기 제1장력전달부재에 의하여 상기 부유체가 해상에 계류되며,
    상기 제1장력전달부재의 타단부가 연결된 상기 축을 기준으로 상기 부유체에 이르는 상기 제1장력전달부재의 길이가 늘어날 때 상기 제1장력전달부재에 가해지는 인장력이 상기 발전기에 전달되고,
    상기 제1장력전달부재가 연결된 상기 축을 기준으로 상기 부유체에 이르는 상기 제1장력전달부재의 길이가 줄어들면 상기 제1장력전달부재는 상기 발전기를 구동하지 않는 파력발전용 동력변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    어느 하나의 상기 부유체가 파력에 의하여 운동할 때 상기 복수의 제1장력전달부재는 각각 독립적으로 움직이며,
    상기 각각의 제1장력전달부재는 서로 다른 에너지 저장유닛에 연결되고,
    어느 하나의 상기 부유체가 파력에 의하여 운동할 때 어느 하나의 상기 부유체에 연결된 상기 각각의 에너지 저장유닛은 위치, 속도, 가속도, 운동 방향 중 적어도 하나에 있어서 서로 다른 상태를 갖는 파력발전용 동력변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    상기 각각의 제1장력전달부재는 해저면의 서로 다른 위치에 이동 가능하게 고정되며,
    상기 각각의 고정 위치에 대하여 어느 하나의 제1장력전달부재의 길이가 늘어나면 적어도 다른 하나의 제1장력전달부재의 길이는 줄어들고,
    상기 부유체의 운동 방향에 무관하게 상기 각각의 고정 위치에 대한 상기 제1장력전달부재의 길이 변화에 따라 상기 발전기에 구동력이 전달되는 파력발전용 동력변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    상기 각각의 제1장력전달부재의 과도한 장력을 해소하기 위하여 상기 제1장력전달부재를 상기 부유체 또는 상기 발전기로부터 분리시키는 디커플러를 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    상기 복수의 제1장력전달부재는 상기 부유체에 대하여 서로 간격을 두고 연결되는 파력발전용 동력변환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1장력전달부재는 상기 부유체마다 복수개 연결되고,
    상기 각각의 제1장력전달부재의 중간 부분을 이동 가능하게 고정시키는 방향전환부재가 마련되며,
    어느 하나의 상기 부유체와 상기 복수의 방향전환부재를 연결하는 가상의 방향 벡터는 상기 부유체를 시작점으로 하여 서로 다른 방향을 향하는 파력발전용 동력변환장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 부유체가 전달한 에너지를 탄성에너지 또는 위치에너지로 저장하는 에너지 저장유닛; 을 포함하고,
    상기 부유체 또는 상기 에너지 저장 유닛이 교대로 상기 발전기를 구동하는 파력발전용 동력변환장치.
  11. 해양에 부유되어 운동하는 부유체에 연결되어 상기 부유체의 운동에 따른 장력을 전달하는 제1장력전달부재의 장력을 전달받아 회전하는 입력축;
    상기 부유체가 전달한 에너지를 탄성에너지 또는 위치에너지로 저장하는 에너지 저장유닛이 연결되는 에너지 전달축;
    발전기가 연결된 출력축; 을 포함하고,
    상기 입력축 및 상기 에너지 전달축이 교대로 상기 출력축을 구동하는 파력발전용 동력변환장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 부유체 또는 상기 제1장력전달부재로부터 구동력을 전달받을 때는 상기 입력축의 회전에 구속되고,
    상기 발전기가 상기 에너지 저장유닛으로부터 구동력을 전달받을 때는 상기 에너지 전달축의 회전에 구속되는 파력발전용 동력변환장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 입력축을 기준으로 상기 부유체가 상기 제1장력전달부재를 끌어당기면 상기 입력축이 구동되며, 상기 입력축의 구동력은 상기 출력축 및 상기 에너지 전달축에 동시에 전달되고, 상기 출력축 및 상기 에너지 전달축의 구동에 따라 상기 발전기의 구동 및 상기 에너지 저장유닛의 에너지 저장이 동시에 이루어지며,
    상기 에너지 저장유닛이 상기 에너지 전달축을 구동하면 상기 에너지 전달축의 구동력은 상기 출력축으로만 전달되고 상기 입력축은 아이들링 회전하는 파력발전용 동력변환장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 입력축의 회전력을 상기 출력축으로 전달하는 제1입력수단과,
    상기 에너지 전달축의 회전력을 상기 출력축으로 전달하는 제2입력수단을 포함하고,
    상기 제1입력수단 또는 상기 제2입력수단은 상기 출력축에 일방향의 회전력만 전달하는 일방향회전부재를 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 에너지 저장유닛은, 탄성 변형되면서 상기 탄성 에너지를 축적하는 스프링 또는 상하측으로 이동하면서 상기 위치 에너지를 축적하는 무게추 중 적어도 하나를 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  16. 제11항에 있어서,
    일방향회전부재(14)를 통해 상기 입력축에 결합되는 제1동력전달부재;
    상기 제1동력전달부재에 결합되며 상기 제1장력전달부재가 와인딩되는 제1드럼; 을 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  17. 제16항에 있어서,
    또 다른 일방향회전부재(24)를 통해 상기 에너지 전달축에 결합되고, 상기 제1동력전달부재에 연결되는 제2동력전달부재;
    상기 에너지 저장유닛과 연결되어 장력을 전달하는 제2장력전달부재가 와인딩되고, 상기 제2동력전달부재에 결합되는 제2드럼; 을 포함하는 파력발전용 동력변환장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 입력축에 제1동력전달부재 또는 제1드럼이 연결되고,
    상기 제1드럼에는 상기 제1장력전달부재가 와인딩되며,
    상기 에너지 전달축에 제2동력전달부재 또는 제2드럼이 연결되고,
    상기 제2드럼에는 상기 에너지 저장유닛에 연결되어 장력을 전달하는 제2장력전달부재가 와인딩되며,
    상기 제1동력전달부재의 기어수 및 상기 제2동력전달부재의 기어수가 서로 다르거나,
    상기 제1드럼의 반경 및 상기 제2드럼의 반경이 서로 다른 파력발전용 동력변환장치.
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