KR20160063206A

KR20160063206A - 파력발전장치

Info

Publication number: KR20160063206A
Application number: KR1020140168029A
Authority: KR
Inventors: 최진욱
Original assignee: 최진욱
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-03

Abstract

본 발명은 파랑에너지를 전기에너지로 변환시키기 위한 파력발전장치에 관한 것으로서, 일정 수심의 해변에 방파제를 겸해서 완만한 경사면을 갖는 베이스를 시공하고 상기 베이스 상부에 파랑에너지 변환장치를 내장시킨 콘크리트로 제작된 실린더블록을 결합시키는데, 상기 실린더블록 내부에는 사다리꼴 형태의 파랑유입구와 상기 파랑유입구와 연결되어 상방으로 관통되는 실린더가 구비되며, 상기 실린더 상부에는 토출구가 형성되는 특징이 있다.
상하운동을 하는 파랑에너지가 상기 베이스경사면에 굴절되어서 수평운동에너지로 변환되어 파랑유입구를 통하여 많은 양의 파랑에너지가 실린더에 집중되므로 파랑이 증폭되는 효과가 있으므로 파고보다 큰 실린더 상하행정을 갖는다.
상기 실린더블록은 구조가 간단하고 내구성이 우수하며, 실린더블록 다수 개를 나란히 연결하여 배치하고 메인샤프트를 통한 회전력으로 한 곳에서 대형 발전기로 전력을 생산하면 발전설비가 육상에 위치하므로 유지관리가 편리하여 발전단가 인하로 상업발전이 가능한 장점이 있다.

Description

파력발전장치 {WAVE ENERGY CONVERTER}

본 발명은 파랑에너지를 전기에너지로 변환시키는 파력발전장치를 콘크리트블록에 내장하여 일정 수심의 해변에 방파제를 겸하도록 설치해서 파력을 효율적으로 이용할 수 있는 파력발전장치에 관한 것이다.

파랑에너지를 전기에너지로 변환시키고자 많은 기술이 발표되었지만, 대부분 해상 플랜트로 제작하여 설치비용 과다로 경제성이 부족하고, 염해와 격랑에 노출되어 비효율적이며, 불규칙한 파랑에 효율적으로 대응하지 못한다는 단점이 있었다.

종래 공지된 기술로 대한민국 공개특허 제10-2011-0039000호 "파력 발전용 방파제"가 제시된 바 있으며, 제10-2012-0120817호 "폐선을 이용한 파력발전장치"가 제시된 바 있다.

이러한 진동수주형 파력발전장치는 공기 압축실에 파랑 유입이 제한적이고 공기 압축실이 바닷물 유효 상하행정 외 불필요한 공간이 커서 공기가 압축실 내부에서 압축되고 배출되는 용량이 크지 않으므로 비효율적이며, 에너지변환방법에 있어서, 높은 밀도의 파랑에너지를 낮은 밀도의 압축공기로 변환시켜서 터빈에 전달하는 과정에서 에너지 손실이 많아 비효율적이라는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상하운동을 하는 파랑에너지를 수평운동으로 변환시켜서 많은 파랑에너지를 실린더블록에 내장되는 실린더에 유입시켜서 파고보다 큰 실린더 상하행정을 하도록 하며, 파랑에너지 변환과 전달과정에서 손실을 최소화하여 효율적으로 발전을 할 수 있는 파력발전장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전방의 해수와 맞닿고 해수가 후방으로 밀려오면서 상승하도록 유인하는 베이스경사면을 가진 베이스와, 상기 베이스의 상단부 위에 설치되며, 하부의 전면부에는 상기 베이스경사면을 타고 올라온 해수의 유입을 위한 파랑유입구가 형성되고 내부에는 하단이 상기 파랑유입구와 통하며 상하 방향으로 길게 뻗은 공간인 실린더가 구비된 실린더블록과, 상기 실린더 내에서 상기 실린더 내로 유입된 파랑의 밀어 올리는 힘에 의해 상하운동을 하는 피스톤 및 상기 피스톤의 상단부와 결합되어 상기 피스톤의 상하운동을 전기에너지로 변환하는 에너지변환수단을 포함한다.

또한, 상기 에너지변환수단은, 상기 피스톤의 상단부와 결합하여 상방으로 길게 뻗는 래크기어와, 상기 래크기어와 맞물리는 피니언기어와, 상기 피니언기어와 결합하여 일체로 회전하는 메인샤프트 및 상기 메인샤프트의 회전력에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피니언기어는 래칫이 구비되어 일방향으로만 회전되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 파랑유입구는 상기 실린더블록의 바깥쪽에서 안쪽으로 가면서 점점 좁아지는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실린더블록 중 상기 파랑유입구 하부면은 상기 베이스경사면과 연장된 면을 형성하는 경사면으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실린더블록의 상부 전면부에는 상기 실린더와 통하는 토출구가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실린더는 수직방향으로 길게 뻗을 수 있다.

또한, 상기 실린더블록, 상기 피스톤, 상기 래크기어, 상기 피니언기어 각각은 다수 개가 나란히 설치되고, 상기 메인샤프트가 다수 개의 상기 피니언기어들 모두와 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 따른 파력발전장치는 일정수심의 해변에 베이스경사면을 가진 베이스를 시공하고, 베이스 상부에 실린더블록을 결합시키는데, 베이스경사면과 파랑유입구 하부면이 연결되도록 결합하여 상하운동을 하는 파랑에너지가 상기 경사면에 의해 굴절되어서 수평운동에너지로 변환되어 파랑유입구를 통하여 많은 파랑에너지가 실린더로 유입되므로 파랑에너지가 증폭되는 효과가 있으며, 격랑에서도 발전을 할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 다수의 파력발전 실린더블록을 나란하게 연달아 배치하고 메인샤프트로 전달되는 회전력으로 한 곳에서 대형발전기로 전기를 생산하면 에너지 손실을 최소화하여 효율적인 발전이 가능하며, 발전장치 구조가 간단하여 내구성이 우수하고 발전시설이 육상에 위치하므로 유지관리가 편리하여 상업발전이 가능하다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파력발전장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파력발전 실린더블록의 우측면도, 정면도 및 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인샤프트, 래크 및 피니언기어를 포함하는 부분의 우측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파력발전장치의 격랑시의 모습을 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인샤프트를 이용한 발전방법을 설명하기 위한 평면구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 경사실린더가 구비된 파력발전장치를 나타낸 단면도.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 파력발전장치는 일정 수심의 해변에 완만한 베이스경사면(11)을 이루는 베이스(10)를 시공하고, 베이스(10) 위에 실린더블록(20)을 결합하는데, 베이스(10)의 베이스경사면(11)과 실린더블록(20)의 파랑유입구 하부면(29)이 연결되도록 결합하여 상하운동을 하는 파랑에너지가 상기 경사면들에 의해 굴절되어 수평운동에너지로 변환되어서 파랑유입구(21)를 통하여 실린더(22)로 유입되도록 구성된다.

실린더블록(20)은 콘크리트로 제작되며, 하부에 바닷물이 유입되는 파랑유입구(21)가 형성되고 파랑유입구(21)에서 연장되어 상부로 관통되게 형성된 실린더(22)와 실린더(22) 상부에 형성된 바닷물 토출구(26)로 이루어진다.

도 4에 도시된 것과 같이, 실린더(22) 내부에 끼워 조립되는 피스톤(23)과, 피스톤(23) 상부에 결합되어 상방으로 길게 뻗는 래크기어(rack gear)(24)와, 래크기어(24)에 맞물려 회전하는 피니언기어(pinion gear)(25)가 구비된다.

피니언기어(25)에는 메인샤프트(main shaft)(40)가 끼워져서 피니언기어(25)와 함께 회전되는데, 피니언기어(25)에는 래칫(ratchet) 기구가 장착되어 있어서 메인샤프트(40)를 한 방향으로만 회전되게 한다.

파랑유입구(21)는 저면에서 내측으로 점점 좁아지는 사다리꼴 형상으로 이루어져 많은 양의 바닷물이 유입되도록 하며, 파랑유입구(21) 내측을 완만하게 수직으로 구부려서 실린더(22)와 연결하여 관성에너지의 손실을 최소화하도록 구성하는 것이 바람직하다.

토출구(26)는 도 5에 도시된 것과 같이 폭풍으로 인한 격랑으로 실린더(22) 내부에 피스톤(23) 유효 상하행정을 초과하는 바닷물이 유입되면 토출구(26)로 바닷물이 흘러넘치도록 하여 격랑에서도 발전을 할 수 있도록 하기 위한 것이다.

바다의 표면운동을 하는 파랑은 파장 절반의 수심에 분포되므로 평균파장 절반 이상의 수심을 확보한 입지를 선정하는 것이 중요하며, 베이스경사면(11)도 평균파장 절반 이상을 확보하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 발명의 실시 예에 따른 경사면베이스와 실린더블록을 도시하는 개념 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 일정수심의 해변에 완만한 경사면을 이루는 베이스(10)를 시공하고 상기 베이스(10) 상부에 실린더블록(20)을 결합시키는데, 베이스경사면(11)과 파랑유입구 하부면(29)이 연결되도록 결합하여 상하운동을 하는 파랑에너지가 상기 경사면에 굴절되어서 수평운동에너지로 변환되도록 하여 파랑유입구(21)를 통하여 실린더(22)로 유입되도록 한다.

도 2에 도시된 실린더블록(20)의 구조는 실린더블록 몸체와, 실린더블록 몸체의 일측면에 형성된 사다리꼴 형태의 파랑유입구(21)와, 파랑유입구(21)와 완만하게 구부려져 연결된 실린더(22)를 포함한다.

파랑유입구(21)는 많은 파랑에너지가 유입되도록 사각형으로 구성하고 내부로 갈수록 사각단면이 점점 좁아지는 사다리꼴 형태로 구성하는 것이 바람직하며, 실린더(22)도 사각통로 구조로 하면 제작이 편리하다.

또 다른 실시예로서, 사각단면으로 시작된 파랑유입구(21)가 단면이 점점 좁아지면서 원형으로 변하여 실린더(22)도 원형의 구조로 제작하면 실린더의 정밀도가 더욱 높아진다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파력발전 실린더블록(20)을 도시하는 것으로서, 격랑에서도 발전을 할 수 있도록 하기 위하여 격랑시 바닷물이 회귀하도록 하는 토출구(26)를 구비하는데, 상기 토출구(26)는 피스톤(23) 유효행정 이상의 파랑이 실린더(22) 내부에 유입되면 상기 토출구(26)로 바닷물이 넘치도록 하는데, 상기 토출구(26)는 바다 방향으로 점점 넓어지고 경사지도록 구비하여 도 5에 도시된 것과 같이 실린더(22)에서 넘친 바닷물이 자연스럽게 흘러내리도록 하는 특징이 있으며, 피스톤레일(27)을 구비하여 피스톤(23)의 이탈을 방지한다. 또한, 평균 해수면과 목 굴곡부(28) 높이가 일정하게 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 실린더(22) 내부에서 상하운동을 하는 파랑에너지를 회전운동에너지로 변환시키기 위한 구성으로서, 피스톤(23) 상부에 래크기어(24)가 구비되고 상기 래크기어(24)와 맞물려 회전하는 피니언기어(25)가 구비되는데, 상기 피니언기어(25)에는 메인샤프트(40)가 끼워져서 피니언기어(25)와 함께 회전하고, 상기 피니언기어(25)에는 한쪽 방향으로만 회전력을 전달하는 래칫구조가 구비되어 메인샤프트(40)를 한쪽 방향으로만 회전시킨다.

도 5는 폭풍에 의한 격랑으로 실린더(22) 내부에 피스톤(23) 유효행정을 초과하는 많은 바닷물이 유입되면 피스톤레일(27)을 따라 피스톤(23)이 상승하고 토출구(26)로 바닷물이 흘러넘치도록 하여 격랑에서도 발전이 가능하다는 것을 나타내고 있다.

도 6은 하나의 메인샤프트(40)로 전달되는 회전력으로 한 곳에서 대형 발전기를 이용하여 발전하는 방법을 도시한 실시예로서, 도시된 바와 같이 실린더블록(20) 다수 개를 나란히 배치하고 모든 실린더블록(20)에 설치된 피스톤(23)들과 연결된 메인샤프트(40)를 통하여 전달되는 회전력으로 한 곳에서 대형 발전기로 전력을 생산할 수 있으며, 이와 같이 대형발전도 할 수 있어서 경제적이다.

10:베이스 11: 베이스경사면
20:실린더블록 21: 파랑유입구
22:실린더 23: 피스톤
24:래크기어 25: 피니언기어
26:토출구 27: 피스톤 레일
28:목 굴곡부 29:파랑유입구 하부면
30: 뒷채움
40:메인샤프트

Claims

전방의 해수와 맞닿고 해수가 후방으로 밀려오면서 상승하도록 유인하는 베이스경사면을 가진 베이스;
상기 베이스의 상단부 위에 설치되며, 하부의 전면부에는 상기 베이스경사면을 타고 올라온 해수의 유입을 위한 파랑유입구가 형성되고, 내부에는 하단이 상기 파랑유입구와 통하며 상하 방향으로 길게 뻗은 공간인 실린더가 구비된 실린더블록;
상기 실린더 내에서 상기 실린더 내로 유입된 파랑의 밀어올리는 힘에 의해 상하 운동을 하는 피스톤; 및
상기 피스톤의 상단부와 결합되어 상기 피스톤의 상하 운동을 전기에너지로 변환하는 에너지변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제 1항에 있어서,
상기 에너지변환수단은,
상기 피스톤의 상단부와 결합하여 상방으로 길게 뻗는 래크기어;
상기 래크기어와 맞물리는 피니언기어;
상기 피니언기어와 결합하여 일체로 회전하는 메인샤프트; 및
상기 메인샤프트의 회전력에 의해 전기를 생산하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제 2항에 있어서,
상기 피니언기어는 래칫이 구비되어 일방향으로만 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파랑유입구는 상기 실린더블록의 바깥쪽에서 안쪽으로 가면서 점점 좁아지는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더블록 중 상기 파랑유입구의 하부면은 상기 베이스경사면과 연장된 면을 형성하는 경사면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더블록의 상부 전면부에는 상기 실린더와 통하는 토출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더는 수직 방향으로 길게 뻗는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 실린더블록, 상기 피스톤, 상기 래크기어, 상기 피니언기어 각각은 다수 개가 나란히 설치되고, 상기 메인샤프트가 다수 개의 상기 피니언기어들 모두와 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파력발전장치.