KR20190097641A - 파력발전 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

유압회로에 의해서 전기 에너지를 생산하는 파력발전 시스템 및 제어 방법이 개시된다. 파력발전 시스템은, 파도에 부유하는 가동물체의 6자유도 운동에 의해 유압을 발생시키는 유압실린더를 포함하는 동력변환부를 포함하고, 상기 동력변환부는, 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 제1 경로를 따라 유체를 유동시킴으로써 전기 에너지를 생산하고, 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 제1 경로와 반대 방향으로 상기 유체를 바이패스 시켜 유동시키는 제2 경로를 통해 유체를 유동시키되, 상기 제1 경로에 합류됨으로써 전기 에너지를 생산할 수 있다.

Description

파력발전 시스템 및 그 제어 방법{WAVE ENERGY GENERATION SYSTEM AND CONTROLLING METHOD FOR THE WAVE ENERGY GENERATION SYSTEM}
이하의 설명은 파력발전 시스템 및 그 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 발생시키는 발전방법으로는 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하다. 뿐만 아니라 화력발전의 경우 발전 설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄 에너지가 필수적으로 공급되어야 하므로, 석유, 석탄 자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 있으며, 공해도 큰 문제가 되고 있다. 또한, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 수력발전의 경우에는 물의 낙차를 이용하기 때문에, 대규모 댐을 건설해야 하므로 주위 환경에 변화를 초래할 뿐만 아니라, 수자원이 풍부한 하천 등이 전제가 되어야 건설될 수 있는 등 환경적인 제약이 따른다는 문제가 있다. 따라서 이러한 일반적인 발전방법보다 저렴하고, 안전하고, 환경 친화적인 획기적인 발전방법이 요구되고 있는데, 그 중 하나가 파도의 움직임을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 파력발전이다.
조수간만의 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조력발전과, 바닷물의 빠른 유속을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조류발전 및 파도의 움직임을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 파력발전이 주목 받고 있다. 특히, 파력발전은 끊임없이 발생되는 파도의 움직임을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 기술로서, 지속적으로 에너지를 생산할 수 있다. 파력발전은 파도에 의한 해수면의 주기적 상하 운동과 물 입자의 전후 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동 또는 축 방향 운동으로 변환시킨 후, 전기 에너지로 변환시키게 된다. 파력발전 방식에는 파고의 고저에 따른 에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있으며, 대표적인 것으로, 수면에 떠있는 부표가 파도의 움직임에 의하여 상하 또는 회전 운동을 함에 따라 발전기를 작동시키는 가동물체형 방식이 있다.
가동물체형의 경우, 파도의 움직임에 따라 움직이는 물체, 예를 들어 부표의 움직임을 전달받아서 이를 왕복 혹은 회전 운동으로 변환시킨 후에 발전기를 통해 발전하는 방식으로서, 그 일 예로 한국 특허 공개번호 제10-2015-00120896호가 개시되어 있다.
다만, 파도의 특성상 불규칙적인 운동 에너지가 제공되므로 이를 이용하여 안정적으로 에너지를 생산하기 위해서는 파도 에너지를 전달하는 운동전달부 및 전달 받은 운동 에너지를 발전에 이용되는 회전 운동 에너지로 변환하는 동력변환부에서 효과적인 전기 에너지를 생산할 수 있는 시스템 및 제어 방법이 요구된다.
전술한 배경기술로서 설명된 내용은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 인정하는 것이라고 할 수는 없다.
한국 공개특허 제10-2015-00120896호 일본등록특허 제5260092호
실시 예들에 따르면, 에너지 변환 효율을 향상시키고, 높은 제어 자유도를 갖는 파력발전 설비의 제어 시스템 및 방법을 제시하는 것이다.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 실시 예들에 따르면, 파력발전 시스템은, 파도에 부유하는 가동물체의 6자유도 운동에 의해 유압을 발생시키는 유압실린더를 포함하는 동력변환부를 포함하고, 상기 동력변환부는, 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 제1 경로를 따라 유체를 유동시킴으로써 전기 에너지를 생산하고, 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 제1 경로와 반대 방향으로 상기 유체를 바이패스 시켜 유동시키는 제2 경로를 통해 유체를 유동시키되, 상기 제1 경로에 합류됨으로써 전기 에너지를 생산한다.
일 측에 따르면, 상기 가동물체의 3개소 이상의 위치에 연결되는 복수의 장력전달 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 장력전달 부재에는, 상기 유압실린더를 구동하는 제1 구동부와 복원력 전달부가 구비되고, 상기 장력전달 부재는 장력이 인가되면 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘을 가하고, 상기 복원력 전달부는 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘을 가하도록 구비될 수 있다. 상기 제1 구동부는 상기 장력전달 부재의 움직임을 왕복 직선 운동으로 변환하여 상기 유압실린더에 힘을 전달하게 된다. 예를 들어, 상기 제1 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 복원력 전달부는, 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 상기 제1 구동부를 구동하도록, 상기 장력전달 부재에 연결되는 제2 구동부와, 상기 제2 구동부에 의해서 구동되는 탄성부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성부는 가스 스프링, 공압 스프링, 유압 스프링 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제1 구동부와 상기 복원력 전달부는 상기 복수의 장력전달 부재의 각각에 구비될 수 있다.
한편, 상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 다른 실시 예들에 따르면, 파력발전 시스템은, 파도에 부유하면서 파도의 의해 움직이는 가동물체, 상기 가동물체의 6자유도 운동이 가능하도록 연결되어서 상기 가동물체의 운동 에너지를 전달하는 장력전달 부재를 포함하는 운동전달부, 상기 장력전달 부재에 연결되는 제1 구동부와, 상기 제1 구동부에 의해 유압을 발생시키는 유압실린더와, 상기 유압실린더에 의해 발생되는 유압에 의해 구동되는 유압모터와, 상기 유압실린더와 상기 유압모터를 연결하여 유체가 유동되는 유압회로를 포함하는 동력변환부 및 상기 장력전달 부재에 연결되되 상기 제1 구동부를 통해 상기 유압실린더에 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 유압을 발생시키는 복원력 전달부를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 제1 구동부는, 상기 장력전달 부재에 장력이 인가되면 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘을 가하고, 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 상기 복원력 전달부에서 가해지는 힘에 의해서 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘을 가하도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 복원력 전달부는, 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 상기 제1 구동부에 힘을 가하도록 구비되는 탄성부와 제2 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성부는 가스 스프링, 공압 스프링, 유압 스프링 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 유압회로는, 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 상기 유압모터를 구동하도록 상기 유체가 유동되는 제1 경로 및 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 유체를 상기 유압실린더의 일단과 타단 사이에서 유동시키는 제2 경로를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 경로는 상기 유압실린더에 상기 타 방향에서 유출된 유체를 상기 제1 경로로 유입시킴으로써, 상기 제1 경로를 통해 상기 유압모터에 의해 전기 에너지가 생산되도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 제2 경로는 상기 제1 경로로 유체를 유입시키지 않고, 상기 유압실린더의 타단과 일단 사이에서 상기 유체를 순환시키도록 형성될 수도 있다.
한편, 상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 실시 예들에 따르면, 파력발전 시스템의 제어 방법은, 파도에 부유하면서 파도의 의해 움직이는 가동물체의 6자유도 운동 에너지를 장력전달 부재를 통해서 동력변환부에 전달하는 단계, 상기 동력변환부에서 상기 장력전달 부재에 장력이 인가되면 일 방향으로 유압을 발생시키고, 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 타 방향으로 유압을 발생시키는 단계 및 상기 일 방향 및 타 방향으로 발생되는 유압에 의해서 각각 전기 에너지를 생산하는 단계를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 유압을 발생시키는 단계는, 상기 장력전달 부재에는 유압실린더를 구동시키는 제1 구동부와, 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 상기 제1 구동부에 힘을 가하는 복원력 전달부가 구비되고, 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 유체가 제1 경로를 따라 유동하고, 상기 복원력 전달부에 의해서 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 유압실린더의 타단과 일단 사이에서 유체가 상기 제1 경로와 바이패스 되어 제2 경로를 따라 유동될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 실시 예들에 따르면, 유압회로를 이용하여 가동물체의 움직임에 따른 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 급격한 움직임과 같은 외란 발생 시 발전기를 동작시키지 않고 바이패스 시킴으로써 외란에 의해 파력발전 시스템에 이상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 파력발전 시스템 및 그 제어 방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 파력발전 시스템의 개념도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 파력발전 시스템에서의 동력변환부의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3과 도 4는 도 2의 동력변환부의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1을 참조하여 실시 예들에 따른 파력발전 시스템(10)에 대해서 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시 예에 따른 파력발전 시스템(10)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 파력발전 시스템(10)은 가동물체(110), 운동전달부(120), 동력변환부(130), 전력생산부(150)를 포함하여 구성된다.
가동물체(110)는 파도 위에 부유하면서 파도의 움직임에 따라 6자유도로 운동한다. 구체적으로, 가동물체(110)는 파도의 움직임에 따라 x, y, z 축을 따라 변이운동(heave, surge, sway)을 하거나, 요우(yaw), 피치(pitch), 롤(roll)의 회전 운동을 함으로써, 총 6자유도(6 Degree of Freedom) 운동을 하게 된다.
예를 들어, 가동물체(110)는 파도에 부유하면서 파도의 움직임에 따라 움직이도록 형성되며, 부이 또는 부표이다. 가동물체(110)는 파도에 부유 가능하게 형성된 몸체(111)와 운동전달부(120)가 결합되는 결합부(112)를 포함하여 구성된다.
가동물체(110)의 몸체(111)는 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 원반형이거나 튜브형일 수 있으며, 그 외에도 원기둥, 다각기둥, 돔형상, 원반형상 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 몸체(111)는 각각의 모양, 형상, 재질, 기능, 특성, 효과, 결합관계에 의해서 원반형상으로 구성되나, 여기에 한정되는 것은 아니며 다양한 모양으로 구성될 수 있다. 또한, 몸체(111)는 그 재질이 파도에 부유할 수 있는 재질이면 족하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
결합부(112)는 몸체(111)에 운동전달부(120)가 결합되도록 형성되며, 일 예로, 360도의 운동각도를 가지고 있는 볼 조인트 형태를 가질 수 있다. 결합부(112)는 가동물체(110)가 파도의 움직임에 따라 다 방향으로 일정범위 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 결합되며, 가동물체(110)의 6자유도 운동을 전달할 수 있도록 몸체(111)의 적어도 서로 다른 3곳 이상에 결합된다. 다만, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 결합부(112)는 운동전달부(120)가 가동물체(110)에 결합되어 제한된 범위 내에서 가동물체(110)가 자유롭게 움직일 수 있도록 하는 다양한 방식의 결합이 가능하다. 또한, 결합부(112)의 위치는 도면에 의해 한정되지 않으며, 몸체(111)의 다양한 위치에서 가동물체(110)가 일정 범위에서 이탈되는 것을 방지함과 동시에 그 일정 범위 내에서 자유롭게 유동될 수 있도록 하는 위치라면 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 결합부(112)는 몸체(111)의 하부에 수직 방향으로 형성된 격벽 형태를 갖는다. 이러한 결합부(112)는 가동물체(110)가 파도의 움직임에 보다 적극적으로 연동될 수 있도록 수평면과 수직되게 형성되어서, 결합부(112)에 파도의 힘이 수직으로 작용함에 따라 파도의 움직임에 의해 가동물체(110)가 보다 효율적으로 움직이게 할 수 있다. 그러나 이는 다만 일 예시에 불과한 것으로, 결합부(112)는 가동물체(110)가 모든 방향에서 파도의 힘을 받을 수 있으며, 파도의 움직임 또는 에너지가 가동물체(110)의 움직임에 효율적으로 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
운동전달부(120)는 가동물체(110)에 결합되어 가동물체(110)의 움직임을 전달하기 위한 장력전달 부재(121)와, 장력전달 부재(121)를 해저 등에 고정시키는 고정 부재(122)를 포함한다.
장력전달 부재(121)는 가동물체(110)의 파도에 의한 다 방향의 움직임을 선형의 왕복 운동으로 변환하여 동력변환부(130)로 전달한다. 일 예로, 장력전달 부재(121)는 일 단이 가동물체(110)에 결합되고 타단이 동력변환부(130)에 연결되는 소정의 와이어 형태를 갖는다. 또한, 장력전달 부재(121)는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷, 벨트 등일 수 있다. 이 외에도 장력전달 부재(121)는 가동물체(110)와 동력변환부(130)를 연결시키고 움직임을 전달할 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다.
이러한 장력전달 부재(121)는 가동물체(110)의 6 자유도 운동에 연동하여 장력전달 부재(121)가 가동물체(110)의 모든 움직임에 반응하여 전달할 수 있으므로, 가장 효율적으로 가동물체(110)의 운동을 동력변환부(130)에 전달할 수 있다. 즉, 장력전달 부재(121)는, 가동물체(110)가 파도에 의해 다 방향의 힘으로 해면을 부유하면서, 어느 일 방향으로 가동물체(110)가 힘을 받으면, 해당 힘을 받는 부분의 일 장력전달 부재(121)가 당겨지고, 가동물체(110)에서 다른 부분에 연결된 타 장력전달 부재(121)는 느슨해지면서, 일 장력전달 부재(121)의 장력 때문에 반대로 당겨지도록 구성된다. 그리고 이와 같이 가동물체(110)에 파도의 힘이 다 방향에서 지속적으로 발생함에 따른 가동물체(110)의 움직임에 의해 장력전달 부재(121)가 왕복 운동을 하게 된다. 즉, 장력전달 부재(121)는 가동물체(110)의 움직임을 선형의 왕복 운동으로 전환하여 동력변환부(130)에 전달하게 된다. 그리고 장력전달 부재(121)는3곳 이상에서 가동물체(110)와 연결되며, 가동물체(110)가 일정범위에서 이탈되는 것을 방지함과 동시에, 일정 범위 내에서 가동물체(110)가 자유롭게 유동될 수 있도록 하여, 가동물체(110)의 운동 에너지를 빠짐없이 전달하는 역할을 하는 것이다.
고정 부재(122)는 해저나 다른 곳에 설치되어서 장력전달 부재(121)를 고정시키고, 더불어, 장력전달 부재(121)의 방향을 바꾸는 역할을 한다. 즉, 장력전달 부재(121)는 고정 부재(122)를 중심축으로 하여 일정 범위 내에서 움직이게 된다. 또한, 고정 부재(122)는 장력전달 부재(121)의 길이 방향을 따라 적어도 1개소 이상, 복수의 위치에 구비되어서 장력전달 부재(121)를 고정함과 더불어, 장력전달 부재(121)의 방향을 바꾸기 위한 위치에도 구비되어서 방향을 바꾸게 된다. 예를 들어, 고정 부재(122)는 복수의 롤러 또는 도르래를 포함한다.
동력변환부(130)는 운동전달부(120)에서 전달되는 장력전달 부재(121)의 왕복 운동에 의해서 유압을 발생시키고 이를 전력생산부(150)에 전달한다.
전력생산부(150)는 동력변환부(130)의 유압모터(134, 도 2 참조)에 의해서 발전기를 구동하여 전기 에너지를 생산한다.
한편, 본 실시 예에서는 하나의 가동물체(110)에 복수의 장력전달 부재(121)가 구비되고, 복수의 장력전달 부재(121)가 하나의 동력변환부(130) 및 전력생산부(150)로 취합되는 형태를 예시하였다. 그러나, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 복수의 장력전달 부재(121)에 각각 동력변환부(130)가 연결될 수 있고, 또는, 각 장력전달 부재(121)마다 복수의 동력변환부(130)가 연결되는 것도 가능하다. 그리고 복수의 동력변환부(130)가 하나의 전력생산부(150)에 연결되거나, 복수의 동력변환부(130)에 각각 전력생산부(150)가 연결되는 것도 가능하다.
여기서, 상술한 실시 예들에서는 파력발전 시스템(10)이 연안(onshore) 방식으로 설치된 것을 예시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 해안(offshore) 방식으로 설치되는 시스템에도 본 실시 예들에 따른 파력발전 시스템(10)을 적용할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조하여 일 실시 예에 따른 동력변환부(130)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 2는 일 실시 예에 따른 파력발전 시스템(10)에서 일 예에 따른 동력변환부(130)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 동력변환부(130)는 변환체(131)와, 장력전달 부재(121)에 의해서 유압실린더(133)를 일 방향으로 구동하기 위한 제1 구동부(132)를 포함하여 구성된다. 그리고 장력전달 부재(121)에 의해서 유압실린더(133)를 반대 방향으로 구동하기 위한 복원력 전달부(140)가 구비된다.
변환체(131)는 운동전달부(120)와 동력변환부(130)의 사이에 구비되며, 장력전달 부재(121)의 움직임을 회전 운동 또는 왕복 직선 운동으로 변환한다. 예를 들어, 변환체(131)는 장력전달 부재(121)가 감기거나 또는 연결되도록 구비되며, 장력전달 부재(121)의 왕복 선형 운동을 회전 운동으로 변환하거나 축 방향 운동으로 변환하는 회전축 또는 드럼 등을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 장력전달 부재(121)의 움직임을 왕복 회전 운동 또는 왕복 직선 운동으로 변환 가능하다면 실질적으로 다양한 수단이 사용될 수 있다.
유압실린더(133)는 장력전달 부재(121)에서 전달되는 운동 에너지에 의해 유압을 발생시킨다. 한편, 도면에서는 유압실린더(133)를 간략하게 도시한 것으로, 유압실린더(133)의 세부 구성은 설명을 생략한다.
제1 구동부(132)는 장력전달 부재(121)의 움직임에 의해서 유압실린더(133)를 구동하도록 구비된다. 예를 들어, 제1 구동부(132)는 랙 기어(302)와 피니언 기어(301)로 구성될 수 있다. 그러나 이는 일 예시에 불과한 것으로, 제1 구동부(132)는 유압실린더(133)를 가압할 수 있는 다양한 구성이 사용될 수 있다.
복원력 전달부(140)는 제1 구동부(132)와 동일한 장력전달 부재(121)에 의해서 연결되며, 제1 구동부(132)에 장력전달 부재(121)에 의해서 힘이 가해지는 방향과 반대 방향으로 힘을 가하도록 구비된다. 여기서, 가동물체(110)의 움직임에 따라 장력전달 부재(121)에 장력이 인가되면 제1 구동부(132) 및 유압실린더(133)에 일 방향으로 힘을 가할 수 있다. 다만, 장력전달 부재(121)는 와이어 등의 형태를 갖기 때문에, 장력전달 부재(121)에 장력이 해제되는 경우에는 제1 구동부(132) 및 유압실린더(133)에 힘이 가해질 수 없다. 이에, 본 실시 예에서는 장력전달 부재(121)에서 장력이 해제된 상태일 때는, 복원력 전달부(140)가 장력전달 부재(121)와 반대 방향으로 힘을 가함으로써 제1 구동부(132) 및 유압실린더(133)에 힘을 가할 수 있다.
복원력 전달부(140)는 탄성부(141)와, 탄성부(141)를 구동하기 위한 제2 구동부(142)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 탄성부(141)는 가스 스프링, 유압 스프링 또는 공압 스프링 등이 사용되고, 제2 구동부(142)는 제1 구동부(132)와 유사하게 랙 기어(402)와 피니언 기어(401)가 사용될 수 있다.
다만, 제2 구동부(142)는 제1 구동부(132)와 동일 장력전달 부재(121) 상에 구비되며, 제1 구동부(132)에 대해서 장력전달 부재(121)와 반대 방향으로 힘을 가하도록 구성된다. 상세하게는, 장력전달 부재(121)에 장력이 인가되면 제1 구동부(132)가 일 방향으로 이동하면서 유압실린더(133)에 힘을 가하게 된다. 이 경우, 유압실린더(133)는 압축되거나 팽창될 수 있다. 그리고 장력전달 부재(121)에서 장력이 해제되면 제2 구동부(142) 및 탄성부(141)가 제1 구동부(132)와 반대 방향으로 작동함에 따라 제1 구동부(132)를 타 방향으로 이동시킴으로써 유압실린더(133)에 힘을 가하게 된다. 예를 들어, 장력전달 부재(121)에 의해서 유압실린더(133)의 로드측이 압축되는 경우라면, 복원력 전달부(140)에 의해서는 유압실린더(133)가 압축될 수 있다. 물론, 상술한 예와는 달리, 장력전달 부재(121)와 복원력 전달부(140)에 의한 유압실린더(133)의 압축과 팽창이 상술한 것과는 반대로 작동하는 것도 가능하다.
또한, 복원력 전달부(140)는 장력전달 부재(121)에 일정 크기 이상의 장력을 작용시켜서 인장된 상태를 유지하는 역할도 하게 된다.
여기서, 동력변환부(130)와 복원력 전달부(140)는 복수의 장력전달 부재(121)가 모두 연결되도록 1개가 구비되거나, 또는 복수의 장력전달 부재(121)의 각각에 동력변환부(130)와 복원력 전달부(140)가 각각 구비될 수도 있다.
다음으로, 도 3 내지 도 4를 참조하여 일 실시 예에 따른 동력변환부(130)의 구성 및 제어 방법에 대해 설명한다. 참고적으로, 도 3과 도 4는 도 2의 동력변환부(130)의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
동력변환부(130)는 유압실린더(133)에 의해서 발생되는 유압에 의해 유체를 유동시키는 유압회로(135)와 유압회로(135) 상에 구비되어 전력생산부(150)를 구동하는 유압모터(134)를 포함한다.
유압실린더(133)는 장력전달 부재(121)에 장력이 인가되면, 제1 구동부(132, 도 2 참조)가 일 방향으로 이동하면서 유압실린더(133)의 피스톤이 당겨지면서 유압실린더(133)의 로드측 내부 유체가 압축되고 일 방향에서 유출된다. 그리고 장력전달 부재(121)에서 장력이 해제되면, 복원력 전달부(140, 도 2 참조)에서 제1 구동부(132)를 타 방향으로 이동시킴에 따라 유압실린더(133)의 블라인드측 내부 유체가 압축되고 타 방향에서 유출된다.
여기서, 본 실시 예에서는 장력전달 부재(121)에 의해 유압실린더(133)의 로드측 내부 유체가 압축되고 복원력 전달부(140)에 의해서는 유압실린더(133)의 블라인드측 내부 유체가 압축되는 것을 예시하였으나, 이와는 반대로 작동되는 것도 가능하다.
유압모터(134)는 유압실린더(133)에서 발생된 유압에 의해 구동되며, 전력생산부(150)와 연결되어서 유압모터(134)의 회전 에너지를 통해서 전력생산부(150)에서 전기 에너지를 발생시키게 된다.
유압회로(135)는 유압실린더(133)에 의해 발생되는 유압에 의해 유체를 유동시킴으로써 유압모터(134)를 구동한다. 유압회로(135)는 유압실린더(133)에 일 방향으로 힘이 가해졌을 때 발생되는 유압에 의해 유체를 유동시키는 제1 경로(310)와, 유압실린더(133)에 타 방향으로 힘이 가해졌을 때 발생되는 유압에 의해 유체를 유동시키는 제2 경로(320)로 이루어진다.
제1 경로(310) 상에는 유압모터(134)가 구비되어서, 제1 경로(310)를 따라 유체가 유동하면 유압모터(134)가 구동됨에 따라 전력생산부(150)에서 전기 에너지가 생산된다.
또한, 제1 경로(310) 상에는 유체를 일 방향으로 유동시키기 위한 복수의 체크 밸브(311, 312, 313)가 구비된다. 예를 들어, 제1 경로(310) 상에는 제2 경로(320)와 분지되는 부분에 각각 적어도 하나 이상의 체크 밸브(311, 312)가 구비될 수 있다. 또한, 제1 경로(310) 상에는 유압모터(134)의 전 및/또는 후에 적어도 하나 이상의 체크 밸브(311, 312)가 구비될 수 있다. 다만, 제1 경로(310) 상에 구비되는 체크 밸브(311, 312, 313)의 위치와 개수는 도면에 의해 한정되지 않는다.
제2 경로(320)는 유압실린더(133)의 타측에서 유동되는 유체가 제1 경로(310)에 대해서 바이패스 되되, 유압모터(134)를 구동시킬 수 있도록 제2 경로(320)의 유체의 이동 방향을 따라 단부가 제1 경로(310)에 연결되도록 구비된다. 또한, 제2 경로(320) 상에는 유체의 유동 방향을 제어하는 적어도 하나 이상의 체크 밸브(321)가 구비된다. 도면에서는 제2 경로(320) 상에 1개의 체크 밸브(321)가 구비된 것을 예시하였으나, 이는 일 예시에 불과한 것으로, 복수개의 체크 밸브(321)가 구비될 수 있다.
도면에서 136은 유체를 저장하는 탱크(136)이다. 탱크(136)는 제1 경로(310) 상에 구비되며, 또한, 유압모터(134)와 연결되어서 여분의 유체를 저장할 수 있다.
다음으로, 상술한 실시 예에 따른 동력변환부(130)의 제어 방법에 대해 설명한다.
우선, 도 3을 참조하면, 파도에 부유하면서 파도의 의해 움직이는 가동물체(110, 도 1 참조)의 6자유도의 운동 에너지가 장력전달 부재(121)를 통해서 동력변환부(130)에 전달된다.
여기서, 장력전달 부재(121)에 장력이 인가되면, 제1 구동부(132)에 의해 유압실린더(133)에 일 방향으로 힘이 가해진다. 이 경우, 제1 구동부(132)에 의해서 유압실린더(133)는 팽창 또는 압축될 수 있다. 그리고, 장력전달 부재(121)에 장력이 해제되었을 경우에는 제1 구동부(132)에서 유압실린더(133)에 힘을 작용시킬 수 없지만, 복원력 전달부(140, 도 2 참조)가 제1 구동부(132)와 반대 방향으로 유압실린더(133)에 힘을 가하게 된다. 즉, 복원력 전달부(140)는 유압실린더(133)를 압축하거나 팽창시킬 수 있다.
제1 구동부(132) 에 의해서 유압실린더(133)의 피스톤이 당겨지면, 유압실린더(133)의 로드측 내부의 유체가 압축한다. 그리고 유압실린더(133)의 일 방향이 고압측이 되고 타 방향이 저압측이 되어서, 유압실린더(133)의 일 방향에서 유체가 유출된다. 그리고 유압실린더(133)에서 유출된 유체는 제1 경로(310)를 따라 A 화살표의 방향으로 유동한다. 그리고 제1 경로(310)를 따라 유체가 유동되면 유압모터(134)가 구동되면서, 유압모터(134)에 의해서 전력생산부(150)에서 전기 에너지가 생산된다. 여기서, 제 1경로(310) 상에서 유압실린더(133)의 타 방향에 인접하게 설치된 체크 밸브(313)에 의해서 유압실린더(133)의 블라인드 측에 형성된 저압측으로 탱크(136)로부터 유체가 유입된다.
여기서, 제2 경로(320) 상에 구비된 체크 밸브(321)는 폐쇄되어 있으므로, 체크 밸브(321)에 의해서 유체가 제2 경로(320)를 따라 유동 되는 것이 방지된다.
그리고, 도 4를 참조하면, 복원력 전달부(140)에 의해서 유압실린더(133)의 블라인드 측 내부의 유체가 압축되면, 도 3의 상태와는 반대로, 유압실린더(133)의 일 방향이 저압측이 되고 타 방향이 고압측이 되어서, 유압실린더(133)의 타 방향에서 유체가 유출된다. 그리고 유압실린더(133)에서 유출된 유체는 제2 경로(320)를 따라 B 화살표 방향으로 유동하게 된다. 여기서, 제1 경로(310) 상에서 유압실린더(133)의 타 방향에 인접하게 설치된 체크 밸브(313)는 폐쇄되어서, 유압실린더(133)로부터 탱크(136)로 유체가 유출되는 것을 방지한다.
그리고 제2 경로(320)를 따라 유동하는 유체는 제1 경로(310)와 수렴되는 부분에서 유압실린더(133)의 로드 측에 형성된 저압측으로 대부분의 유체가 유입되고 남은 유체는 체크 밸브(311)를 통해서 제1 경로(310) 상으로 유동하게 된다. 또한, 제1 경로(310) 상에서 유체가 유동됨에 따라 유압모터(134)가 구동되면서 전력생산부(150)에서 전기 에너지가 생산된다.
본 실시 예에서는 장력전달 부재(121)의 움직임에 의해 제1 구동부(133)가 일 방향으로 이동하여 유압실린더(133)를 팽창(또는 압축)시키고, 복원력 전달부(140)에 의해서 제1 구동부(133)가 장력전달 부재(121)와는 반대 방향으로 유압실린더(133)를 압축(또는 팽창)시키게 되므로, 운동전달부(120, 도 1 참조)의 왕복 움직임에 의해서 유압실린더(133)가 양 방향으로 유압을 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 유압실린더(133)의 양 방향에서 발생된 유압에 의해, 연속적으로 유압모터(134)를 구동시키고 전력생산부(150)에서 전기 에너지를 생산할 수 있다. 또한, 유압실린더(133)의 압축과 팽창 시에 모두 제1 경로(310)를 통해 유체가 유동하게 되므로, 연속적으로 전력생산부(150)에서 전기 에너지를 생산할 수 있으며, 일정하게 전기 에너지를 생산할 수 있도록 한다.
이상과 같이 실시 예들이 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 파력발전 시스템
110: 가동물체
111: 몸체
112: 결합부
120: 운동전달부
121: 장력전달 부재
122: 고정 부재
130: 동력변환부
131: 변환체
132: 제1 구동부
133: 유압실린더
134: 유압모터
135, 235: 유압회로
140: 복원력 전달부
141: 탄성부
142: 제2 구동부
310: 제1 경로
311, 312, 313: 체크 밸브
320: 제2 경로
321: 체크 밸브
150: 전력생산부

Claims (19)

  1. 파도에 부유하는 가동물체의 6자유도 운동에 의해 유압을 발생시키는 유압실린더를 포함하는 동력변환부를 포함하고,
    상기 동력변환부는,
    상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 제1 경로를 따라 유체를 유동시킴으로써 전기 에너지를 생산하고,
    상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 제1 경로와 반대 방향으로 상기 유체를 바이패스 시켜 유동시키는 제2 경로를 통해 유체를 유동시키되, 상기 제1 경로에 합류됨으로써 전기 에너지를 생산하는 파력발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동물체의 3개소 이상의 위치에 연결되는 복수의 장력전달 부재를 포함하는 파력발전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장력전달 부재에는, 상기 유압실린더를 구동하는 제1 구동부와 복원력 전달부가 구비되고,
    상기 장력전달 부재는 장력이 인가되면 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘을 가하고,
    상기 복원력 전달부는 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘을 가하도록 구비되는 파력발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 상기 장력전달 부재의 움직임을 왕복 직선 운동으로 변환하여 상기 유압실린더에 힘을 전달하는 파력발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 파력발전 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복원력 전달부는, 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 상기 제1 구동부를 구동하도록, 상기 장력전달 부재에 연결되는 제2 구동부와, 상기 제2 구동부에 의해서 구동되는 탄성부를 구비하는 파력발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성부는 가스 스프링, 공압 스프링, 유압 스프링 중 어느 하나 이상을 포함하는 파력발전 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 파력발전 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동부와 상기 복원력 전달부는 상기 복수의 장력전달 부재의 각각에 구비되는 파력발전 시스템.
  10. 파도에 부유하면서 파도의 의해 움직이는 가동물체;
    상기 가동물체의 6자유도 운동이 가능하도록 연결되어서 상기 가동물체의 운동 에너지를 전달하는 장력전달 부재를 포함하는 운동전달부;
    상기 장력전달 부재에 연결되는 제1 구동부와, 상기 제1 구동부에 의해 유압을 발생시키는 유압실린더와, 상기 유압실린더에 의해 발생되는 유압에 의해 구동되는 유압모터와, 상기 유압실린더와 상기 유압모터를 연결하여 유체가 유동되는 유압회로를 포함하는 동력변환부; 및
    상기 장력전달 부재에 연결되되 상기 제1 구동부를 통해 상기 유압실린더에 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 유압을 발생시키는 복원력 전달부;
    를 포함하는 파력발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 구동부는, 상기 장력전달 부재에 장력이 인가되면 상기 유압실린더에 일 방향으로 힘을 가하고, 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 상기 복원력 전달부에서 가해지는 힘에 의해서 상기 유압실린더에 타 방향으로 힘을 가하도록 구비되는 파력발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 파력발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복원력 전달부는, 상기 장력전달 부재와 반대 방향으로 상기 제1 구동부에 힘을 가하도록 구비되는 탄성부와 제2 구동부를 포함하는 파력발전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄성부는 가스 스프링, 공압 스프링, 유압 스프링 중 어느 하나 이상을 포함하는 파력발전 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 구동부는 랙 기어와 피니언 기어를 포함하는 파력발전 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 유압회로는,
    상기 유압실린더에 일 방향으로 힘이 가해지면 상기 유압모터를 구동하도록 상기 유체가 유동되는 제1 경로; 및
    상기 유압실린더에 타 방향으로 힘이 가해지면 상기 유체를 상기 유압실린더의 일단과 타단 사이에서 유동시키는 제2 경로;
    를 포함하는 파력발전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 경로는 상기 유압실린더에 상기 타 방향에서 유출된 유체를 상기 제1 경로로 유입시킴으로써, 상기 제1 경로를 통해 상기 유압모터에 의해 전기 에너지가 생산되도록 형성되는 파력발전 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 경로는 상기 제1 경로로 유체를 유입시키지 않고, 상기 유압실린더의 타단과 일단 사이에서 상기 유체를 순환시키는 파력발전 시스템.
  19. 파도에 부유하면서 파도의 의해 움직이는 가동물체의 6자유도 운동 에너지를 장력전달 부재를 통해서 동력변환부에 전달하는 단계;
    상기 동력변환부에서 상기 장력전달 부재에 장력이 인가되면 일 방향으로 유압을 발생시키고, 상기 장력전달 부재에서 장력이 해제되면 타 방향으로 유압을 발생시키는 단계; 및
    상기 일 방향 및 타 방향으로 발생되는 유압에 의해서 각각 전기 에너지를 생산하는 단계;
    를 포함하는 파력발전 시스템의 제어 방법.
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