KR20160034160A - 파력발전용 부이 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파력발전용 부이 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양에 부유되어 파도에 의해 유동하는 부이가 보다 높은 자유도를 가지고, 파도에서 발생 되는 힘을 동력발전장치로 보내어 전기에너지를 생산하는 것이다.
본 발명에 따른 파력발전시스템은 부이, 복수의 동력전달부재, 동력변환장치, 동력발전장치를 포함한다. 상기 부이는 해양에 부유하여 파도의 움직임에 따라 유동하고, 동력전달부재로 동력을 전달한다. 상기 부이는 몸통부, 결합부를 포함하며, 일측면에 상기 부이의 운동에너지 효율을 높이는 칸막이를 구비한다.
상기 동력전달부재는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷 중 어느 하나가 될 수 있으며, 좌우 회전과 상하 롤링이 가능한 롤러를 포함한다. 상기 롤러는 해저 바닥에 고정되어 상기 부이에서 전달되는 다방향의 운동을 선형의 왕복 운동으로 변환시켜 동력변환장치로 전달한다. 상기 동력변환장치는 선형의 왕복운동을 일방향 운동으로 변화시켜, 일부는 상기 동력발전장치를 구동하여 전기에너지를 생산하고 일부는 축적되어 동력이 전달되지 않을 때 상기 동력발전장치를 구동하도록 하여 지속적으로 구동하게 한다.

Description

파력발전용 부이 및 그 시스템 {Buoy for wave force generation and system thereof}

본 발명은 파력발전용 부이 및 그 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양에 부유되어 파도에 의해 움직이는 6 자유도로 움직이는 부이의 운동을 누락시키지 않고 보다 효율적으로 전달하여 전력 생산의 효율성을 극대화할 수 있는 파력발전용 부이 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 부이의 종류에는 고정부이와 표류부이가 있으며 해면에 부유되어 풍향, 풍속, 온도, 습도, 수온, 기압, 파고, 파주기, 파향 등을 관측하여 기상청에 데이터를 보내 줌으로서 날씨예측에 유용한 보조도구로 쓰이고 있다.

이러한 부이를 이용하여 파도의 유동을 동력으로 변환하여 발전기를 회전시키고, 발전기의 회전운동을 통하여 전기에너지를 생산하는 파력발전 장치의 개발이 활발하게 추진되고 있다.

종래의 파도의 유동을 동력으로 변환하는 부이와 파력발전시스템에 관련된 기술로서, 공개특허 제2004-0026588호에는 파도의 유동에서 부구의 상하운동을 이용하여 발전기를 구동하고 전기에너지를 생산할 수 있는 파력발전 장치에 관한 것으로, 부구의 상하운동을 동력변환부의 동력전달단속부재에서 일방향의 회전운동으로 변환하면 이를 이용하여 압축 공기생성부와 압력제어부에서 일정압력의 압축공기를 생산 제어한 후, 이를 발전부에 공급하여 전기에너지를 생산하도록 구성되는 파력발전장치가 개시되어 있다. 이 내용에서 부구는 상하운동의 움직임을 동력으로 변환시키고 있으며 이외의 운동은 동력을 생산하는데 영향을 주지 못하고 있다.

또한 공개특허 제2014-0141714에는 파에너지 변환장치가 해면에 부유하며 슬라이딩식의 수직방향 변환기로 파의 운동수평성분을 수직으로 변환시켜 에너지 추출용량을 증대시키지만 이외의 운동에서는 제한되어 있다.

이러한 기존의 선행기술은 부이의 운동 중 일부 움직임만을 전달하여 전력으로 변환시켜서, 전력 생산효율이 높지 않다는 문제가 있다. 즉, 6자유도 (X, Y, Z 방향의 transition, yaw/pitch/roll 의 rotation)로 움직이는 부이의 운동 중 일부 운동만을 전달하여 전력을 생산하기 때문에, 누락되는 움직임이 누설되어 전력 생산효율이 떨어지게 되는 것이다.

따라서, 전력생산 효율을 높이기 위해 부이의 움직임을 효과적으로 전달하는 매커니즘에 대한 연구가 시급한 실정이라고 하겠다.

따라서, 본 발명은 파력을 이용하여 보다 효율적인 전기에너지 생산이 가능하도록 하기 위해 창출된 것으로서, 기존의 제한적인 상하운동만이 아닌 3방향의 이동 및 3방향의 회전 움직임을 모두 전달하여 이를 통하여 파도에서 보다 많은 동력을 얻을 수 있는 파력발전용 부이 및 그 시스템을 제시하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 부이의 움직임을 모두 흡수하여 전달할 수 있게 되므로, 작은 파도에서도 전력 생산이 가능하여 지속적인 전력 생산에 유리한 파력발전용 부이 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 부이의 움직임을 효율적으로 흡수할 수 있기에, 발전 설비 중 일부가 내륙에 위치시킬 수 있는 연안 발전에 더욱 유리한 파력발전용 부이 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시에 따른 파력발전용 부이 및 그 시스템은, 해양에 부유하여 파도에 의해 유동되는 부이와, 상기 부이의 움직임을 전달하는 3개 이상의 동력전달부재, 상기 3개 이상의 동력전달부재에서 전달된 동력을 일방향의 움직임으로 변환시키는 동력변환장치 및 전기에너지를 생산하는 동력발전장치를 포함한다.

상기 부이는 해양에서 부력을 가지고 부유하여 파도에 따라 움직이는 몸통부, 일측면에 벽면형태로 구성되어 파도운동에너지 전달 효율을 높이는 칸막이 및 상기 3개 이상의 동력전달부재가 연결되는 결합부를 포함한다.

상기 몸통부의 서로 다른 3곳 이상에서 결합된 3개 이상의 상기 동력전달부재를 통하여 파도의 X, Y, Z 방향으로 발생하는 힘과 회전을 모두 동력으로 전달할 수 있도록 한다.

이렇게 발생된 동력은 일방향의 운동으로 변환시키는 상기 동력변환장치를 통하여 전기에너지를 생산하는 상기 동력발전장치로 전달되어 보다 효율적으로 전기에너지를 생산하여 공급할 수 있다.

이러한 구성에 의해 파력을 이용하여 보다 효율적인 전기에너지 생산이 가능하도록 하기 위해 창출된 것으로서, 기존의 제한적인 상하운동만이 아닌 3방향의 이동 및 3방향의 회전 움직임을 모두 전달하여 이를 통하여 파도에서 보다 많은 동력을 얻을 수 있다.

또한, 부이의 움직임을 모두 흡수하여 전달할 수 있게 되므로, 작은 파도에서도 전력 생산이 가능하여 지속적인 전력 생산에 유리하다.

또한, 부이의 움직임을 효율적으로 흡수할 수 있기에, 발전 설비 중 일부가 내륙에 위치시킬 수 있는 연안 발전에 더욱 유리하다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전용 부이를 이용한 파력발전시스템을 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 의 파력발전시스템의 파력발전용 부이를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 은 도 2 의 파력발전용 부이의 또 다른 형상과 특징에 대하여 도시한 도면이다.
도 4 는 도 2 의 파력발전용 부이의 하단을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 도 1 을 참조하여 본 발명의 파력발전용 부이(100) 및 파력발전시스템(500)의 일 실시예를 설명한다.

먼저, 파력발전용 시스템(500)은 부이(100), 동력전달부재(200), 동력변환장치(300), 동력발전장치(400)로 구성되며, 이는 파도를 운동에너지를 이용하여 보다 효율적으로 동력을 전달하여 전기에너지를 생산하는데 그 목적이 있다.

부이(100)에 대해 먼저 설명하면, 부이(100)는 파도 위에 부유하게 되는데, 파도에서 부유하며 유동되기 위한 몸통부(110)가 형성되며, 일측면에는 칸막이(120) 형태의 연장부가 형성되어 있다.

또한 몸통부(110) 일면에 서로 다른 위치 3곳 이상에서 결합부(130)가 형성되어 있으며, 결합부(130)에는 로프나 체인 등의 동력전달부재(200)가 감겨져 결합 되거나, 후크, 볼트체결, 리베팅, 볼 조인트, 유니버셜 조인트 등 여러 방식으로 결합될 수 있다. 결합부(130)의 형태는 이에 한정되지 않으며 동력전달부재(200)가 몸통부(110)에 결합되는 것이면 족하다.

몸통부(110)의 형태는 플레이트 형상, 타원기둥, 원기둥, 다각기둥, 돔형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 몸통부(110)는 각각의 모양, 형상, 재질, 기능, 특성, 효과, 결합관계에 의해서 원반형상으로 구성되나, 여기에 한정되는 것은 아니며 다양한 모양으로 구성될 수 있다. 그 재질은 파도에 부유할 수 있는 재질이면 족하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 몸통부(110)는 무리한 파도의 힘을 받아 동력전달부재(200)가 끊어지거나 결합부(130)가 손상되는 것을 최소화 하기 위하여 일부의 홀이 형성된다. 파도는 대부분이 자연적으로 발생되는 자연현상으로 그 힘과 크기가 불규칙적이며, 때로는 그 힘과 크기가 과도하게 커질 때가 있다. 이 때, 파도의 힘과 크기가 과도하게 커져서 해양에 부유하는 부이(100)에 그 힘이 전달되면, 부이(100)의 결합부(130) 또는 동력전달부재(200)가 끊어지거나 손상될 수 있다. 그래서 몸통부(110)에는 일부의 홀을 형성하여 과도하게 가해지는 파도의 일부 바닷물이 몸통부(110) 일부의 홀을 통과하여 빠져 나갈 수 있도록 하며, 이는 파력발전시스템(500)에 있어서 그 내구성을 증가시키는데 목적이 있다. 몸통부(110)의 홀은 일측면에 형성되나 여기에 한정되지 않으며, 내부 또는 외부를 통하여 바닷물이 부이(100)에 무리한 힘을 가하지 않도록 함에 그 목적이 있다. 홀의 크기나 모양, 위치는 한정되지 않으며, 그 기능에 있어서 파도의 과도한 힘을 일정부분 상쇄시키면 족하다.

몸통부(110) 일측면에는 칸막이(120) 형태의 연장부가 형성되는데, 칸막이(120)는 파도의 작은 움직임에도 부이(100)가 유동될 수 있도록 그 움직임의 효율을 증대시키는데 목적이 있다.

칸막이(120)는 몸통부(110)의 일측면에 형성되어, 모든 방향에서 들어오는 파도의 움직임에도 운동에너지를 효율적으로 부이(100)에 전달시켜 유동 될 수 있도록 한다. 칸막이(120)는 수직방향으로 복수개의 칸으로 구성되어 있으나 그 형태나 칸의 갯수는 여기에 한정되지 않는다. 칸막이(120)의 재질은 한정되어 있지 않으며, 파도의 힘을 받아 부이(100)의 운동에너지의 효율을 증대시키는 것이면 족하다.

한편, 결합부(130)에는 부이(100)의 움직임을 전달하는 동력전달부재(200)가 결합되어 있으며, 서로 다른 3곳 이상에서 결합되어 부이(100)가 자유도를 가지고, 일정범위 내에서 자유롭게 유동될 수 있도록 한다. 또한 동력전달부재(200)는 부이(100)가 일정범위에서 이탈되는 것을 방지하여 동력변환장치(300)에 지속적인 동력이 전달될 수 있도록 한다.

동력전달부재(200)에 대해 자세히 설명하면, 동력전달부재(200)는 로프나 체인으로 형성 될 수 있으며, 해저바닥에 설치되어 좌우회전, 상하롤링이 가능한 롤러(210)를 포함한다. 부이(100)의 몸통부(110) 상에 서로 다른 3곳 이상에서 형성된 결합부(130)에는, 각각 로프나 체인으로 연결되어 있다. 이를 통하여 동력전달부재(200)는 부이(100)가 X, Y, Z축(Heave, Surge, Sway)과 3축 회전(Yaw, Pitch, Roll)의 움직임을 가질 수 있도록 한다. 각 방향과 회전에서 발생되는 다양한 움직임을 통하여, 각각의 로프나 체인이 늘어나거나 당겨지는 운동이 발생되며, 이러한 운동을 통하여 왕복운동의 동력을 전달하게 된다. 이와 함께 로프나 체인은 부이(100)가 일정범위에서 이탈되는 것을 방지한다.

부이(100)를 통하여 발생되는 동력에 대하여 자세히 설명하면, 아래와 같다.

부이(100)는 파도의 움직임에 무작위로 다양하게 유동된다. 파도에 의하여 한 방향으로 유동 될 때, 한쪽의 로프나 체인은 이에 따라 당겨지는 힘을 받고, 일방향으로 운동을 하게 된다. 다른 쪽의 로프나 체인은 반대로 밀어내는 힘을 받게 되며 반대방향의 일방향 운동을 하게 된다. 이 때, 당겨지는 힘을 받는 로프나 체인은 늘어나며 일방향의 운동으로 동력을 생성한다. 밀어내는 힘을 받는 로프나 체인은 반대의 일방향 운동으로 동력을 생성한다. 이러한 과정이 각각의 동력전달부재(200)에서 반복되면서 왕복의 동력이 생성 된다.

한편, 해저바닥에 고정되어 좌우회전, 상하롤링이 가능한 롤러(210)는 해면에 부유한 부이(100)의 수직방향 아래의 해저에 위치해 있어, 부이(100)에 결합된 로프나 체인의 피벗역할을 한다. 롤러(210)는 회전하면서 여러 방향의 힘을 전달하는 것과 동시에, 롤링을 통하여 파도의 상하운동 또한 동력변환장치(300)에 전달될 수 있도록 한다.

롤러(210)의 운동에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

동력전달부재(200)는 해저 바닥에 설치된 좌우회전과 상하롤링이 가능한 롤러(210)와 연결되어 있어서, 롤러(210)를 중심축으로 일정범위 내에서 유동하게 된다. 해저 바닥에 설치된 좌우회전과 상하 롤링이 가능한 롤러(210)는 파도의 움직임에 따라 회전, 롤링하여 로프나 체인의 다방향의 힘이 선형의 힘으로 동력변환장치(300)로 전달될 수 있도록 한다. 또한 부이(100)가 일정범위를 벗어나지 않도록 해저 바닥에서 고정되어 부이(100)의 위치를 잡아준다.

동력변환장치(300)는 해저 바닥에 설치된 좌우회전과 상하롤링이 가능한 롤러(210)를 통하여 다방향의 간헐적인 동력에서 선형의 왕복운동으로 변환 된 동력을 전달 받는다. 동력변환장치(300)는 전달받은 왕복 운동의 동력을, 일방향의 지속적인 운동으로 변환시켜, 일부는 동력전달부재(200)를 통하여 동력발전장치(400)의 출력축을 회전시켜 전력을 생산하고, 나머지 일부는 에너지 저장장치에 축적된 뒤 부이(100)에서 동력전달이 이루어지지 않을 때 축적된 에너지로 출력축을 회전시켜 지속적으로 동력발전장치(400)에 동력을 공급할 수 있도록 한다.

동력발전장치(400)는 동력변환장치(300)로부터 변환된 동력을 전달받아 지속적으로 전기에너지를 생산한다. 동력발전장치(400)는 그 내부에 발전기를 포함하고 있으며 지속적으로 공급되는 일방향의 동력을 통하여 발전기를 구동하고 전기에너지를 생산한다.

동력발전장치(400)는 내륙의 해안 주변에 위치하여, 동력전달부재(200)를 통하여 전달되는 일방향의 힘을 받아 지속적인 전기에너지를 생산한다.

본 발명의 동력발전장치(400)는 해안 또는 연안에 위치하여 근 해상의 부이(100)에서 전달되는 동력을 직접적으로 받으므로 전기에너지 손실을 최소화 할 수 있고, 많은 비용이 필요한 해저케이블의 설치가 필요하지 않다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 부이
110 : 몸통부
120 : 칸막이
130 : 결합부
200 : 동력전달부재
210 : 롤러
300 : 동력변환장치
400 : 동력발전장치
500 : 파력발전시스템

Claims (12)

1. 파도의 움직임에 따라 부유하는 몸통부; 및
   상기 몸통부와 복수의 동력전달부재가 연결되되 서로 다른 위치 3곳 이상에서 각각 상기 동력전달부재가 결합되는 결합부;
   를 포함하는 부이.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 동력전달부재는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부이.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 몸통부는 플레이트 형상, 타원 기둥, 원기둥, 다각기둥, 돔형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부이.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 몸통부는 과도한 힘을 받지 않도록, 물이 통과될 수 있게 일부에 홀이 형성된 부이.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 몸통부의 일측면에 벽면 형태로 구성되어 상기 몸통부의 파도 운동에너지 전달 효율을 높이는 칸막이를 포함하는 부이.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 결합부는 바 형태로서, 상기 동력전달부재가 상기 바에 결합되는 것을 특징으로 하는 부이.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 결합부는 후크, 볼트체결, 리베팅, 볼 조인트, 유니버셜 조인트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부이.
   
8. 해양에 부유하여 파도의 움직임에 따라 유동하는 부이;
   상기 부이에 결합되되, 적어도 서로 다른 3곳 이상에서 결합되는 복수의 동력전달부재;
   상기 동력전달부재로부터 전달되는 동력으로 일부는 전기에너지를 생산하고, 나머지 일부는 축적시켜 발전의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 동력변환장치; 및
   상기 동력변환장치로부터 전달되는 상기 동력으로 전기 에너지를 생산하는 동력발전장치;
   를 포함하는 파력발전시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 부이는 플레이트 형상, 타원 기둥, 원기둥, 다각기둥, 돔형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파력발전시스템.
   
10. 제 8항에 있어서, 상기 부이는 파도의 과도한 힘을 받지 않도록, 물이 통과될 수 있게 일부에 홀이 형성된 파력발전시스템.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 부이의 몸통부 일측면에 벽면 형태로 구성되어 파도의 운동에너지 전달 효율을 높이는 칸막이를 포함하는 파력발전시스템.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 동력전달부재는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파력발전시스템.
    
    

Images