KR20160024701A - 파력 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 파력발전장치는, 부력에 의해 해수면에 부양되는 부력체; 상기 부력체의 상부 표면에 부착되어 전자석에 자력을 부여하기 위한 전력을 생산하는 태양광패널; 상기 부력체의 하부 중앙에 연결되어 부력체의 수직 운동에너지와 태양광패널에서 생산된 전력을 전달하기 위한 전선을 내장한 연결케이블; 을 포함하는 부력체부와, 상부가 개방된 원통형태의 하우징 바디; 상기 하우징 바디의 내주면을 따라 권취되어있는 코일; 상기 하우징 바디의 하부에 위치한 무게추; 내부에 전선을 내장하고 상기 부력체부의 연결케이블과 물리적, 전기적으로 연결되어 수직 운동에너지와 전력을 전달받는 샤프트; 상기 하우징 바디의 내부에 해수가 들어오는 것을 막기 위해 중앙에 샤프트가 관통되는 수밀 베어링이 형성되어 있고, 상기 하우징 바디의 개방된 상부에 결합되는 하우징 바디 덮개; 상기 샤프트에 결합되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생하고 전달된 수직 운동에너지에 의해 상기 하우징 바디 내부에 권취된 코일내부를 수직 운동하는 전자석; 상기 전자석의 상승 시 압축되었다가 하강 시 전자석의 위치를 원위치로 되돌리는 복원스프링; 을 포함하는 발전장치부로 구성되는 것을 특징으로 하며, 따라서, 파도의 수직에너지를 회전동력이나, 기타 다른 형태로 전환하지 않고, 파도의 수직 에너지 그대로 수직 운동하는 전자석의 전자기 유도로서 전류를 생산하므로 에너지의 손실 없이 좀더 효율적으로 전력을 생산할 수 있으며, 기존의 크기가 한정된 영구자석을 대신하여 전자석을 사용함으로써 장치의 대형화가 가능해 지고, 이러한 대형화로 인해 전력의 생산량 또한 증대되는 효과를 가진다.
또한, 수직운동에 의해 공진하는 다수개의 전자석을 추가하여 전력 생산량을 더욱 늘릴 수 있으며, 전자석의 자력형성에 필요한 에너지를 위한 태양광패널을 증설하여 태양광 및 파력발전의 병행이 가능해지는 효과를 제공한다.

Description

파력 발전 장치{WAVE POWER GENERATOR}
본 발명은 파력 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 파도의 너울에 의한 수직 운동 에너지를 이용하여 전자기유도에 의해 전력을 얻음으로써 발전할 수 있는 파력 발전 장치에 관한 것이다.
자연력을 이용하여 전기를 획득할 수 있는 발전의 종류에는 수력발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 및 태양력발전이 대표적이다. 대개의 경우 기계적 에너지를 이용하여 전기적 에너지를 얻는 형태이다.
이중 파력발전은 해양의 파고변화를 이용한 것이다.
우리나라는 반도로서 해상은 넓고 평균파고가 1~2M의 무한한 파력에너지를 가지고 있으나, 종래의 파력 발전 장치는 해상특유의 천재지변을 극복할 수 있는 설치시공기술이 고가이어서, 재원부담 등의 문제로 널리 확산되지 못한 문제가 있으며, 이러한 재원부담은 신재생에너지 생산단가의 경제성 가치상실로 이어져 실용화가 이루어지지 못하고 있다.
한편, 파력 발전 장치는 파도의 수직운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전하는 장치로서, 파력으로부터 에너지를 얻기 위한 작동원리에 따라 일반적으로 가동물체형, 진동수주형, 월파형으로 나눌 수 있다.
우선, 가동물체형의 파력발전(선행기술문헌 KR 10-2011-0025432)은 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하도록 고안된 기구를 사용하여 파랑에너지를 기구에 직접 전달하여 기구의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 방식이다. 예를 들어 진자를 내장한 부표를 물에 띄워 파도가 치는 대로 요동시켜서 부표 속에 장치한 진자의 움직임을 회전운동으로 바꾸고 기어를 통해서 발전기를 회전시킬 수 있다.
파랑에너지가 직접 기구에 작용하므로 파랑에 의한 외력을 견뎌야 한다는 점에서 구조적인 안전성에 취약한 단점이 있으나, 파랑에너지를 직접적으로 흡수하므로 에너지 변환 효율은 상대적으로 유리하다.
그리고, 진동수주형 파력발전(선행기술문헌 KR 10-2006-0091345)은 워터칼럼 내부로 유입된 파랑에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입하여 공기의 흐름을 생성시키고 유도관 내에 설치된 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이다. 입사파가 장치의 전면에서 반사되면 중복파가 형성이 되고, 이때 수면의 상부 노즐부에 공기의 흐름이 발생하는 원리이다.
또한, 월파형 파력발전(선행기술문헌 KR 10-2007-7022930)은 파랑의 진행방향 전면에 사면을 두어 운동에너지에 의해 파랑이 사면을 넘어서게 되면, 이것이 위치에너지로 변환하여 저수된 후, 형성된 수두차를 이용하여 저장된 해수를 저수지의 하부로 흘리면 통로 하부에 설치된 수차터빈이 회전하여 발전하는 방식이다.
그러나, 상기와 같은 방법 중, 가동물체형의 경우 파도의 수직에너지를 회전동력으로 변환하는 과정에서 에너지의 손실이 발생하게되고, 결과적으로 회전력이 약하여 충분한 전력을 생산하지 못하며, 진동수주형과, 월파형 파력발전은 상당한 크기의 구조체를 가지게 되므로, 전체적인 대형플랜트의 형태로서 시공이 어렵고 시공비용이 높아지며, 파력에너지가 상대적으로 풍부하게 분포하는 먼바다에서의 설치는 불가능하다는 단점을 가진다.
KR 10-2011-0025432 KR 10-2006-0091345 KR 10-2007-7022930
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 가동물체형 파력발전의 형태를 하되, 파도의 수직에너지를 회전동력으로 변환하는 것이 아닌, 코을 감은 관 내부를 수직으로 이동하는 전자석에 의해 전자기유도로서 에너지의 손실 없이 효율적으로 전력을 생산할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파력발전장치는, 부력에 의해 해수면에 부양되는 부력체; 상기 부력체의 상부 표면에 부착되어 전자석에 자력을 부여하기 위한 전력을 생산하는 태양광패널; 상기 부력체의 하부 중앙에 연결되어 부력체의 수직 운동에너지와 태양광패널에서 생산된 전력을 전달하기 위해 전선을 내장한 연결케이블; 을 포함하는 부력체부와, 상부가 개방된 원통형태의 하우징 바디; 상기 하우징 바디의 내주면을 따라 권취되어있는 코일; 상기 하우징 바디의 하부에 위치한 무게추; 내부에 전선을 내장하고 상기 부력체부의 연결케이블과 기계적, 전기적으로 연결되어 수직 운동에너지와 전력을 전달받는 샤프트; 상기 하우징 바디의 내부에 해수가 들어오는 것을 막기 위해 중앙에 샤프트가 관통되는 수밀 베어링이 형성되어 있고, 상기 하우징 바디의 개방된 상부에 결합되는 하우징 바디 덮개; 상기 샤프트에 결합되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생하고 전달된 수직 운동에너지에 의해 상기 하우징 바디 내부에 권취된 코일내부를 수직 운동하는 전자석; 상기 전자석의 상승 시 압축되었다가 하강 시 전자석의 위치를 원위치로 되돌리는 복원스프링; 을 포함하는 발전장치부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 파력발전 방식에 있어서, 파도의 수직에너지를 회전동력이나, 기타 다른 형태로 전환하지 않고, 파도의 수직 에너지 그대로 수직 운동하는 전자석의 전자기 유도로서 전류를 생산하므로 에너지의 손실 없이 좀더 효율적으로 전력을 생산할 수 있으며, 기존의 크기가 한정된 영구자석을 대신하여 전자석을 사용함으로써 장치의 대형화가 가능해 지고, 이러한 대형화로 인해 전력의 생산량 또한 증대되는 효과를 가진다.
또한, 수직운동에 의해 공진하는 다수개의 전자석을 추가하여 전력 생산량을 더욱 늘릴 수 있으며, 전자석의 자력형성에 필요한 에너지를 위한 태양광패널을 증설하여 태양광 및 파력발전의 병행이 가능해지는 효과를 가진다.
또한, 별다른 설치시공 없이 해상에 던져놓기만 하면 무게추에 의해 발전장치부가 가라앉게 되고 부력체에 의해 부력체부가 해수면에 뜨게 되므로 설치가 끝나게 되어 발전장치로서의 작동을 바로 시작할 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파력발전장치의 구성도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파력발전장치의 작동 예시도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파력발전장치의 구성도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광패널 확장부의 장착 예시도이다;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 모듈의 장착 예시도이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파력발전장치의 구성도를 도시하였으며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파력발전장치의 작동 예시도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파력발전장치의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양광패널 확장부의 장착 예시도 이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 모듈의 장착 예시도가 도시되어 있다.
상기 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 파력발전 장치는 부력에 의해 해수면에 부양되는 부력체(10); 상기 부력체(10)의 상부 표면에 부착되어 전자석(90)에 자력을 부여하기 위한 전력을 생산하는 태양광패널(20); 상기 부력체(10)의 하부 중앙에 연결되어 부력체(10)의 수직 운동에너지와 태양광패널(20)에서 생산된 전력을 전달하기 위한 전선을 내장한 연결케이블(30); 을 포함하는 부력체부(1)와, 상부가 개방된 원통형태의 하우징 바디(40); 상기 하우징 바디(40)의 내주면을 따라 권취되어있는 코일(50); 상기 하우징 바디(40)의 하부에 위치한 무게추(60); 내부에 전선을 내장하고 상기 부력체부(1000)의 연결케이블(30)과 물리적, 전기적으로 연결되어 수직 운동에너지와 전력을 전달받는 샤프트(70); 상기 하우징 바디(40)의 내부에 해수가 들어오는 것을 막기 위해 중앙에 샤프트(70)가 관통되는 수밀 베어링(81)이 형성되어 있고, 상기 하우징 바디(40)의 개방된 상부에 결합되는 하우징 바디 덮개(80); 상기 샤프트(70)에 결합되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생하고 전달된 수직 운동에너지에 의해 상기 하우징 바디(40) 내부에 권취된 코일(50)내부를 수직 운동하는 전자석(90); 상기 전자석(90)의 상승 시 압축되었다가 하강 시 전자석의 위치를 원위치로 되돌리는 복원스프링(100); 을 포함하는 발전장치부(2)로 구성된 파력발전장치로 구성된다.
즉, 부력체부(1)는 상면에 태양광패널(20)을 부착한 부력체(10)의 하부 중앙에 태양광패널(20)과 연결된 전선(도시하지않음)이 내부에 개재된 연결케이블(30)이 결합되어 있으며, 이러한 연결케이블(30)의 끝단에는 샤프트(70)와 기계적, 전기적으로 체결되기 위한 체결장치(31)가 형성된다.
발전장치부(2)는 하부에 무게추(60)가 형성되어 있는 상부가 개방된 원통형의 하우징 바디(40)내부에 코일(50)이 감겨있는 내부 원통(41)이 결합되고, 내부 원통(41)에 샤프트(70)가 결합된 전자석(90)을 위치시키고, 전자석(90)이 결합된 샤프트(70)와 복원스프링(100)을 결합한다.
상기 전자석(90)은 순철로 이루어진 순철부(91)에 전자석 코일(92)을 감아 완성되며, 전자석 코일(92)에 전류가 흐를 시, 자성을 띄게 된다.
이 후, 하우징 바디(40) 밖으로 돌출한 샤프트(70)를 수밀 베어링(81)으로 결합하고 상기 하우징 바디(40)의 개방된 상부를 완전히 밀봉하는 하우징 바디 덮개(80)로서 발전장치부(2) 내부에 해수가 들어오는 것을 막는다.
따라서, 상기 부력체부(1)의 연결케이블(30)에 형성된 체결장치(31)와 상기 발전장치부(2)의 샤프트(70)의 상단에 위치한 연결고리(71)를 체결하여 본 발명에 따른 파력발전장치가 완성된다.
이러한 파력발전장치는 도 2에서 보는 바와 같이, 해수면이 상승할 시, 부력체(10)가 부력에 의해 해수면에 맞추어 같이 상승하게 되고, 이러한 부력체(10)의 수직운동은 연결케이블(30)에 의해 발전장치부(2)의 샤프트(70)에 전해져 상기 샤프트(70)에 결합된 전자석(90)을 상승시킨다.
이 때, 발전장치부(2)의 하우징 바디(40)는 하부의 무게추(60)에 의해 상승하지 않으므로, 전자석(90)과 샤프트(70)만이 상승하게 되고, 하우징 바디 덮개(80)에 의해 내부에 고정된 복원스프링(100)이 압축되게 된다.
이 후, 해수면이 다시 하강하게 되면 압축되었던 복원스프링(100)의 탄성력에 의해 전자석(90)은 다시 원위치로 하강하게 되므로, 파도에 의해 해수면이 연속적으로 상승과 하강을 반복할 시, 결과적으로 전자석(90)이 코일(50)을 감은 관속을 상하로 왕복 운동하게 되므로 전자기 유도의 원리에 의해 전력을 생산하게 된다.
도 3을 참고하여, 또 다른 실시예에 의한 파력발전장치를 설명하면, 도 1의 파력발전장치와 다른 구성은 같으나, 공진 스프링(110)과, 공진 전자석(200), 가이드바(300)을 추가한 사항이 상이하다.
즉, 도 3에서 보는 바와 같이, 샤프트(70)의 구조가 내부에 가이드바(300)를 수용할 수 있도록 중공구조를 가지며, 최상부 전자석(900)과 결합되어 있어 최상부 전자석(900)은 도 1에서 설명한 전자석(90)과 동일하게 샤프트(70)로 부력체(10)의 수직에너지를 전달받는다.
그러나, 나머지 다수개의 공진 전자석(200)들은 상기 샤프트(70)와 연결되어 있지 아니하므로 부력체(10)의 수직 에너지를 공급받지 않는데, 이러한 공진 전자석(200)은 공진 스프링(110)에 의해 최상부 전자석(900)의 수직운동에너지를 공급받아 최상부 전자석(900)과 공진하여 움직이게 되므로 도 1의 실시예에서 보다 더욱 많은 전력을 생산할 수 있게 된다.
이러한 공진 전자석(200)은 중앙에 가이드바(300)를 수용할 수 있는 홈을 형성하는데, 이러한 가이드바(300)는 하우징 바디(40)의 내부원통(41) 하부 바닥 중앙에 수직으로 고정되어 상기 공진 전자석(200)과 공진 스프링(110), 최상부 전자석(900), 샤프트(70)를 관통하여 결합되는데, 이러한 가이드바(300)에 의하여 공진 전자석(200)의 안정적인 상하 운동이 가능하게 한다.
도 4를 참고하면 상기 두 실시예에 추가적으로 적용 가능한 태양광패널 확장부(500)를 나타내었다.
즉, 해상에서 기후 변화로 인해 태양광포집이 부력체(10)의 표면 면적만으로는 부족할 시, 추가적인 태양광패널 확장부(500)를 장치하여 태양광 포집 면적을 확장할 수 있다.
또한, 도 5와 같이 상기 부력체(10) 상부에 풍력발전을 위한 프레임(620)과 풍력 블레이드(610)로 구성된 풍력발전 모듈(600)을 장착하여, 태양광 발전으로 부족한 전력을 보충 할 수 있다.
또한, 해상의 기후 변화는 예측할 수 없으므로, 태양광패널(20)과 발전장치부(2)에서 생산되는 전력의 일부를 저장하는 배터리(3)를 부력체(10) 내부에 장치하여, 태양광이 없는 밤이나, 흐린 기상조건에서 전자석(90)에 자력을 생성하기 위한 전력공급이 끊기지 않도록 한다.
또한, 폭풍 이나, 태풍 등의 여파로 파력발전장치가 본 위치를 이탈하여 유실될 것에 대비하여 부력체(10)내부에 고유신호를 발생하는 신호장치를 더 추가하는 것을 고려할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
부력체: 10 연결케이블: 30 코일: 50
태양광패널: 20 하우징 바디: 40

Claims (6)

  1. 부력에 의해 해수면에 부양되는 부력체; 상기 부력체의 상부 표면에 부착되어 전자석에 자력을 부여하기 위한 전력을 생산하는 태양광패널; 상기 부력체의 하부 중앙에 연결되어 부력체의 수직 운동에너지와 태양광패널에서 생산된 전력을 전달하기 위한 전선을 내장한 연결케이블; 을 포함하는 부력체부와,
    상부가 개방된 원통형태의 하우징 바디; 상기 하우징 바디의 내주면을 따라 권취되어있는 코일; 상기 하우징 바디의 하부에 위치한 무게추; 내부에 전선을 내장하고 상기 부력체부의 연결케이블과 물리적, 전기적으로 연결되어 수직 운동에너지와 전력을 전달받는 샤프트; 상기 하우징 바디의 내부에 해수가 들어오는 것을 막기 위해 중앙에 샤프트가 관통되는 수밀 베어링이 형성되어 있고, 상기 하우징 바디의 개방된 상부에 결합되는 하우징 바디 덮개; 상기 샤프트에 결합되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생하고 전달된 수직 운동에너지에 의해 상기 하우징 바디 내부에 권취된 코일내부를 수직 운동하는 전자석; 상기 전자석의 상승 시 압축되었다가 하강 시 전자석의 위치를 원위치로 되돌리는 복원스프링; 을 포함하는 발전장치부로 구성된 파력발전장치.
  2. 부력에 의해 해수면에 부양되는 부력체; 상기 부력체의 상부 표면에 부착되어 전자석에 자력을 부여하기 위한 전력을 생산하는 태양광패널; 상기 부력체의 하부 중앙에 연결되어 부력체의 수직 운동에너지와 태양광패널에서 생산된 전력을 전달하기 위한 전선을 내장한 연결케이블; 을 포함하는 부력체부와,
    상부가 개방된 원통형태의 하우징 바디; 상기 하우징 바디의 내주면을 따라 권취되어있는 코일; 상기 하우징 바디의 하부에 위치한 무게추; 상기 부력체부의 연결케이블과 물리적, 전기적으로 연결되어 수직 운동에너지와 전력을 전달받으며, 내부에 전선과 가이드바를 수용하는 홈이 형성되어있는 샤프트; 상기 하우징 바디의 내부에 해수가 들어오는 것을 막기 위해 중앙에 샤프트가 관통되는 수밀 베어링이 형성되어 있고, 상기 하우징 바디의 개방된 상부에 결합되는 하우징 바디 덮개; 내부에 가이드바를 수용하는 홈이 형성되고 상기 샤프트에 결합되어 공급된 전력에 의해 자력을 발생하고 전달된 수직 운동에너지에 의해 상기 하우징 바디 내부에 권취된 코일내부를 수직 운동하는 최상부 전자석; 상기 최상부 전자석의 상승 시 압축되었다가 하강 시 상기 최상부 전자석의 위치를 원위치로 되돌리는 복원스프링; 중앙에 가이드바의 관통을 위한 홈을 형성하고 상기 최상부 전자석의 상승-하강 시, 같이 공진하는 다수개의 공진 전자석; 상기 최상부 전자석의 수직운동을 공진전자석에 전달하기 위해 상기 최상부 전자석과 공진 전자석들의 사이에 개재되는 공진스프링; 상기 샤프트로부터 전력을 전달받는 전선을 내장하고 상기 하우징 바디의 내부 바닥 중앙에 수직으로 고정되어 상기 공진 전자석과 최상부 전자석을 관통하여 상기 샤프트 내부의 홈에 끼워져, 상기 공진 전자석들에게 전력공급 및 수직운동 시 안정성을 부여하는 가이드바; 를 포함하는 발전장치부로 구성된 파력발전장치.
  3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광 패널은, 발전면적을 넓히기 위해 상기 부력체에 추가적으로 결합되는 태양광패널 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 부력체는, 내부에 태풍 및 천재지변에 의해 유실되는 것을 막기 위한 신호장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  5. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 부력체는, 내부에 태양광패널에서 생산되는 전력과 발전장치부에서 생산되는 전력 중, 일부를 저장하는 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
  6. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서,
    상기 부력체는, 상부에 풍력발전을 위한 풍력발전모듈을 장착하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
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