KR20200054739A - 선박의 진동을 이용한 발전장치 - Google Patents

Abstract

선박의 진동을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 선박 내 진동이 발생하는 장치에 탈착 가능하게 결합되고, 진동에 의해 가압되어 전력을 생성하는 압전 발전부, 압전 발전부로부터 생성된 전력이 저장되는 배터리 및 배터리에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 변환부를 포함하여 구성된다.

Description

선박의 진동을 이용한 발전장치{Generator using vibration of ship}

본 발명은 선박의 진동을 이용한 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 내 발생하는 진동을 이용하여 전력을 생산하고, 활용할 수 있는 선박의 진동을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에서는 프로펠러, 주기관, 탑재장비(발전기, 펌프 등), 파도, 유체유동 등에 의해 진동 및 소음이 유발된다.

따라서, 선박의 진동 및 소음을 피하기 위해서 탑 브레이싱과 같은 별도의 장치들이 메인 엔진 바디, 샤프트 등에 부착되어 댐퍼(damper) 역할을 하게 된다.

그러나, 이러한 선박에서 발생하는 진동에너지는 별다른 회수 수단 없이 버려지는 것이 일반적이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 진동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 기술이 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 선박 엔진의 진동을 이용한 발전 장치에 관한 것으로서, 선박 엔진의 구동으로 인하여 발생되는 진동에너지를 전기에너지로 전환하여 사용할 수 있는 선박 엔진의 진동을 이용한 발전 장치를 제공하기 위하여, 선박의 엔진의 측면부에 결합되는 지지 브라켓과, 지지 브라켓에 일단부가 고정되는 다수 개의 컨틸레버와, 컨틸레버의 상하부면에 부착되는 압전소자로 구성되어, 선박 엔진의 구동으로 인한 진동에너지를 압전소자를 통해서 전기 에너지로 전환하여 선박에 필요한 전기를 공급할 수 있으므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

<특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 선박의 발전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 표면에 압전소자가 부착되고, 매스(mass) 부재를 포함하는 외팔보 부재를 진동시켜 전기를 발생시키는 발전부와, 엔진 또는 프로펠러의 회전수 정보를 제공하는 운항정보 제공부와, 회전수 정보를 이용하여 공진 주파수를 계산하고, 공진 주파수에 대응하는 매스 부재의 기 설정된 위치값을 추출하고, 위치값에 따른 구동 제어신호를 제공하는 제어부와, 구동 제어신호에 따라 매스 부재를 외팔보 상에서 이동시키는 구동부를 포함하는 구성을 마련하여, 엔진, 프로펠러의 회전수에 따라 계산된 공진 주파수에 대응하는 매스 부재의 기 설정된 위치값을 추출하고, 추출된 기 설정된 위치값에 따라 매스 부재를 이동시킴으로써, 압전소자가 양면에 부착된 외팔보 부재를 공진 주파수 영역에서 진동할 수 있도록 하여 압전소자의 변형량을 증폭시켜 전기를 발생시킬 수 있다.

그러나, <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술에 의하면 구조적 변경이 곤란하기 때문에 다양한 장치에 적용하려는 측면에서 한계성을 보이고 있다.

대한민국 공개특허공보 10-2010-0062280호 (2010.06.10. 공개)(선박 엔진의 진동을 이용한 발전 장치) 대한민국 등록특허공보 10-1259619호 (2013.04.23. 등록)(선박의 발전 장치 및 그 방법)

본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 선박 내 발생하는 진동을 이용하여 전력을 생산하고, 활용할 수 있는 선박의 진동을 이용한 발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 선박 내 진동이 발생하는 다양한 장치에 적용할 수 있는 선박의 진동을 이용한 발전장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치는 선박 내 진동이 발생하는 장치에 탈착 가능하게 결합되고, 진동에 의해 가압되어 전력을 생성하는 압전 발전부, 상기 압전 발전부로부터 생성된 전력이 저장되는 배터리 및 상기 배터리에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치에 의하면, 선박내 발생하는 진동을 이용하여 전력을 생산하고, 활용할 수 있으므로, 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 선박 내 진동이 발생하는 다양한 장치에 모두 적용할 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압전 발전부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 압전 발전부의 사용 예를 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치의 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치(100)는 선박 내 발생하는 진동을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 선내에 공급하는 것으로, 압전 발전부(110), 배터리(120) 및 변환부(130)를 포함한다.

압전 발전부(110)는 선박 내 진동이 발생하는 장치에 탈착 가능하게 결합되고, 진동에 의해 가압되어 전력을 생성한다.

이때, 선박 내 진동이 발생하는 장치는 예컨대, 주기관, 보조기관, 배관 및 탑재장비 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

이와 같은, 압력발전부(110)는 다른 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

압전 발전부(110)로부터 생성된 전력은 DC 전력으로써, 배터리(120)에 저장된다. 여기서, 배터리(120)는 충방전이 가능하며 반복해서 사용할 수 있는 일반적인 2차전지를 사용할 수 있다.

한편, 배터리(120)에 저장된 DC 전력은 예컨대 선박에 구비된 각종 센서의 전원으로 활용될 수 있다.

이와는 달리, 배터리(120)에 저장된 DC 전력은 변환부(130)를 통해 AC 전력으로 변환될 수 있다.

이때, 변환부(130)는 배터리(120)에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 역할을 하는 것으로, 일반적인 인버터(inverter)를 사용할 수 있다. 여기서, 인버터는 직류전력(DC)을 교류전력(AC)으로 변환하는 장치로써, 일반적인 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 변환부(130)로부터 변환된 AC 전력은 선내 형광등 등 저부하 전원으로 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치(100)는 압전 발전부(110)로부터 생성된 전력을 배터리(120)에 저장하거나, 변환부(130)를 통해 변환시켜 선박에서 전력을 필요로 하는 다른 장소 혹은 선박 외부의 기기에 전력을 공급할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압전 발전부를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하여 압전 발전부를 상세하게 설명함에 있어서, 도 1과 동일한 부분 또는 도 1을 참조하여 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

압력 발전부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(111), 압전소자(112) 및 스프링(113)을 포함할 수 있다.

하우징(111)은 소정의 내부공간을 갖고, 내부에 압전소자(112) 및 스프링(113)이 내장된다. 이를 위해, 하우징(111)은 편평한 사각형의 단면을 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다.

한편, 하우징(111)은 도면에 플레이트 형상으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 원형, 타원형, 삼각형, 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 하우징(111)에 대해선 다른 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

압전소자(112)는 힘을 가했을 경우 결정 표면에 전기적 분극이 나타나는 현상을 이용한 다양한 형태의 소자로서, 압전 효과(piezoelectric effect)에 의하여 전력을 생성한다. 즉, 압전소자(112)는 기계적인 에너지인 진동을 받아 전기적인 에너지로 변환할 수 있다.

이와 같은 압전소자(112)는 하우징(111)의 바닥면에 다수개로 마련되어 행과 열을 이루도록 상호 일정간격으로 배치될 수 있다.

그러나, 다수개의 압전소자(112)는 배치구조가 필요에 따라 방사형태, 격자형태 등으로 변형될 수 있다.

또한, 압전소자(112)는 도면에 원형으로 형성되어 있으나, 이에 한정되지 않고 크기 및 발전 용량 등에서 차등화가 가능하다. 즉, 압전소자(112)는 원형으로 형성되는 구성에 한정되지 않고 단면이 삼각형, 사각형 및 오각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

압전소자(112)는 선박 내 진동이 발생하는 장치로부터 발생되는 진동에 의해 스프링(113)이 압축되면서 개별적으로 전력을 생성할 수 있다.

이때, 각각의 압전소자(112)는 서로가 연결되어 생성된 전력을 통합하여 배터리(120, 도 1참조)로 보낼 수 있다.

이와는 달리, 각각의 압전소자(112)는 개별적으로 배터리(120, 도 1참조)에 전력을 보낼 수 있다.

스프링(113)은 압전소자(112)의 상면과 하우징(111)의 천장면 사이에 설치되어, 진동에 의해 상하 진동됨에 따라 압전소자(112)를 가압하는 역할을 한다. 즉, 스프링(113)은 하우징(111)으로 가해지는 진동을 압전소자(112)에 수직하게 전달하는 역할을 한다.

이를 위해, 스프링(113)은 코일 형상으로 이루어진 일반적인 스프링으로써, 압전소자(112)를 적절하게 가압할 수 있는 탄성계수를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 스프링(113)은 진동이 수직이 아닌 경우(예를 들어 45도 각도로 진동이 작용)라도 압전소자(112)를 적절하게 가압할 수 있다.

한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 압전 발전부(110)는 선박 내 진동이 발생하는 장치에 탈착 가능하게 결합된 경우, 서로 다른 주파수에 의해 진동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 스프링(113)의 탄성을 변화시키거나 선박 내 진동이 발생하는 장치와 압전 발전부(110)의 진동 주파수를 다르게 하는 등 해당 분야의 기술자에 의해 다양하게 변형될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 도 2에 도시된 압전 발전부의 사용 예를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하여 압전 발전부의 사용 예를 상세하게 설명함에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일한 부분 또는 도 1 및 도 2를 참조하여 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

예컨대, 압력 발전부(110)는 도 3a에 도시된 바와 같이, 엔진에 탈착 가능하게 결합될 수 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 배관에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 압력 발전부(110)가 엔진에 탈착 가능하게 결합된 경우, 엔진에서 발생되는 열이 압전소자(112, 도 2참조)로 전달되어 압전소자(112, 도 2참조)가 손상되는 것을 방지하기 위해, 고강도 및 단열 소재로 제작될 수 있다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 압력 발전부(110)는 하우징(111)이 엔진의 외면에 탈착 가능하게 결합될 수 있도록, 외면 모서리 영역에 열에 강한 사마리움(SmCo) 자석을 구비할 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 압력 발전부(110)가 배관에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

이를 위해, 압력 발전부(110)의 하우징(111)은 플랙시블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 하우징(111)은 플라스틱고무 및 고무자석 중 적어도 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 하우징(111)은 배관에 용이하게 탈착될 수 있도록, 두께가 얇은 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

이로 인해, 압력 발전부(110)는 선박 내 진동이 발생하는 다양한 장치에 적용될 수 있다.

한편, 도 3에는 압력 발전부(110)를 엔진(도 3a)과 배관(도 3b)에 탈착 가능하게 결합한 것으로 도시하였으나 이는 설명을 위한 일례일 뿐, 보일러, 발전기, 펌프, 압축기, 냉각기 등과 같이 진동이 발생하는 탑재장비 및 보조기관 등 진동이 발생되는 선박 구조물에 모두 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치(100)는 선박내 발생하는 진동을 이용하여 전력을 생산하고, 활용할 수 있으므로, 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 진동을 이용한 발전장치(100)는 선박 내 진동이 발생하는 다양한 장치에 모두 적용할 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100: 선박의 진동을 이용한 발전장치
110: 압전 발전부
111: 하우징
112: 압전소자
113: 스프링
120: 배터리
130: 변환부

Claims (3)

1. 선박 내 진동이 발생하는 장치에 탈착 가능하게 결합되고, 진동에 의해 가압되어 전력을 생성하는 압전 발전부;
   상기 압전 발전부로부터 생성된 전력이 저장되는 배터리; 및
   상기 배터리에 저장된 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 진동을 이용한 발전장치.
2. 청구항 1에서, 상기 선박 내 진동이 발생하는 장치는,
   주기관, 보조기관, 배관 및 탑재장비 중 적어도 하나를 포함하고,
   상기 압전 발전부는,
   소정의 내부공간을 갖는 하우징;
   상기 하우징의 바닥면에 설치되는 압전소자; 및
   상기 압전소자의 상면과 상기 하우징의 천장면 사이에 설치되어, 진동에 의해 상기 압전소자를 가압하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 진동을 이용한 발전장치.
3. 청구항 2에서, 상기 하우징은,
   플랙시블(flexible)한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 진동을 이용한 발전장치.

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