KR20230001443A - 부표형식의 파력 발전장치 - Google Patents

부표형식의 파력 발전장치 Download PDF

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Abstract

개시되는 발명은 부표형식의 파력 발전장치에 관한 것으로서, 연직방향에 대해 기울어졌을 때 복원력이 작용하는 원추형태이며, 부력을 가진 발전장치용 부표;와, 상기 발전장치용 부표 내부에 탑재되는 발전장치; 및 상기 발전장치용 부표를 해저나 중량물에 대해 연결하는 무어링 라인; 을 포함하고, 여기서 상기 발전장치는, 상기 발전장치용 부표의 내부면을 따라 원형의 궤도를 형성하는 주행궤도;와, 상기 발전장치용 부표가 기울거나 제자리로 복원하는 요동운동을 할 때, 상기 주행궤도를 따라 구름운동을 하는 운동체; 및 상기 운동체의 구름운동에 따라 함께 회전하는 동력전달 축에 연결되고, 상기 동력전달 축의 회전운동으로 발전을 하며, 상기 발전장치용 부표의 하부에 배치되는 제1 발전기;를 포함한다.

Description

부표형식의 파력 발전장치{Wave-power generating apparatus with buoy}
본 발명은 파도의 에너지를 가용할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 부표형식의 파력 발전장치에 관한 것이다.
파도는 지구가 회전하고 있는 한 무한하게 발생하는 에너지원이다. 따라서, 파도에 잠재된 거대한 에너지를 가용 에너지, 특히 전기 에너지로 효율적으로 변환하기 위한 노력은 상당히 오래 전부터 이어져 왔다. 파력 발전은 신재생 에너지의 유력한 기술로서 다양한 구조의 파력 발전수단이 제안되고 있다.
파력 발전으로 유의미한 수준의 전기 에너지를 얻기 위해서는, 파력 발전수단이 대규모 시설로 설치되거나, 또는 소규모의 단위 파력 발전수단이 군집을 이룰 필요가 있다. 여기에서, 비용 대비 에너지 생산량이라는 발전효율의 문제가 나타난다.
현재로서는, 종래의 에너지 생산기술에 비해, 파력 발전은 발전효율 면에서 뒤처져 있다. 파력 발전은 분명 매력적인 신재생 에너지이지만, 최소한의 경제성이 확보되어야 상업적으로 이용할 수 있다.
본 발명은 저렴한 비용으로 효율적으로 파도에 잠재된 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 파력 발전장치를 제공하고자 한다.
한국등록특허 제10-1663729호 (2016.09.30 등록)
본 발명은 파력과 중력, 나아가 조력을 함께 이용함으로써 파력 발전의 효율을 향상시키고, 간단한 구조로서 구현함으로써 제조비용을 줄일 수 있는 파력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 부표형식의 파력 발전장치에 관한 것으로서, 연직방향에 대해 기울어졌을 때 복원력이 작용하는 원추형태이며, 부력을 가진 발전장치용 부표;와, 상기 발전장치용 부표 내부에 탑재되는 발전장치; 및 상기 발전장치용 부표를 해저나 중량물에 대해 연결하는 무어링 라인; 을 포함하고, 여기서 상기 발전장치는, 상기 발전장치용 부표의 내부면을 따라 원형의 궤도를 형성하는 주행궤도;와, 상기 발전장치용 부표가 기울거나 제자리로 복원하는 요동운동을 할 때, 상기 주행궤도를 따라 구름운동을 하는 운동체; 및 상기 운동체의 구름운동에 따라 함께 회전하는 동력전달 축에 연결되고, 상기 동력전달 축의 회전운동으로 발전을 하며, 상기 발전장치용 부표의 하부에 배치되는 제1 발전기;를 포함한다.
그리고, 상기 주행궤도와 운동체 사이에는 볼 베어링이 설치될 수 있다.
그리고, 상기 동력전달 축은 상기 운동체와 제1 발전기에 대해 유니버설 조인트로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 발전장치용 부표에 연결되는 상기 무어링 라인의 일단에는 에너지 하베스팅 수단을 더 포함할 수 있으며, 상기 에너지 하베스팅 수단은 상기 무어링 라인이 권취되는 롤러의 회전운동을 전기 에너지로 변환한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 에너지 하베스팅 수단은, 상기 무어링 라인이 권취되는 상기 롤러;와, 상기 롤러에 작용하는 상기 무어링 라인의 장력을 일정하게 유지하는 오토 텐셔너; 및 상기 롤러의 회전운동으로 발전을 하는 제2 발전기;를 포함한다.
그리고, 상기 제1 발전기 및 제2 발전기에서 생산된 전기 에너지는 별도로 설치된 에너지 저장장치에 저장될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 파력 발전장치는 부표 안에서 파도의 불규칙한 움직임에 따라 운동체에 작용하는 중력의 변화를 구름운동으로 변환하여 전기를 생산한다. 따라서, 본 발명은 파력과 중력을 함께 이용하여 발전을 함에 따라, 단순히 파력만을 이용하는 종래의 파력발전에 비해 에너지 변환 효율이 상승한다.
또한, 발전장치용 부표 안에서 운동체가 주행궤도 위를 구르는 운동을 발전에 이용하는 단순화된 구조이기에, 고장의 염려가 적고 제조비용이 절감되어 상업적인 파력발전을 가능케 한다.
또한, 본 발명은 파도의 운동과 조수간만의 해수면 운동을 종합적으로 파력발전에 이용함에 따라, 에너지 변환 효율을 더욱 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 도 1의 발전장치용 부표 내부에 탑재되는 발전장치를 상세히 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치의 발전원리를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 1의 파력 발전장치에 에너지 하베스팅 수단이 추가되는 실시예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치에서 생산한 전기 에너지를 에너지 저장장치에 저장하는 일례를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치(100)의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 발전장치용 부표(110) 내부에 탑재되는 발전장치(120)를 상세히 도시한 도면으로서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 부표형식의 파력 발전장치(100)에 관한 것으로서, 발전장치용 부표(110)는 연직방향에 대해 기울어졌을 때 복원력이 작용하는 원추형태를 가지며, 또한 부력을 가진 발전장치용 부표(110) 안에 파력발전을 위한 발전장치(120)를 구비한다.
발전장치용 부표(110)의 저면은 파도에 의해 쉽게 요동을 할 수 있도록 반구면에 가까운 곡면을 이루며, 기울었을 때 다시 연직방향으로 복원력이 작용하도록 반구면 위로는 원추형태를 이룸으로써 전체적인 무게중심을 낮추고 있다. 그리고, 후술할 발전장치(120)에서 중량이 가장 많이 나가는 제1 발전기(132)를 발전장치용 부표(110)의 하부에 배치함으로써 무게중심을 더욱 낮추고 있다.
그리고, 발전장치용 부표(110)는 강한 파도에도 파손되지 않을 정도의 견고한 강도를 가질 필요가 있고, 또한 해수의 염분에도 강한 재질로 만들어지는 것이 바람직하다. 아울러 바다에 떠 있는 발전장치용 부표(110)를 쉽게 육안으로 확인할 수 있도록, 색상은 바다색에 대해 시인성이 좋은 주황색과 같은 보색 계통으로 하는 것이 적절하다.
발전장치용 부표(110) 내부에는 발전장치(120)가 탑재되며, 발전장치용 부표(110)는 무어링 라인(140)으로 해저나 중량물에 연결되어 표류하지 않고 일정 영역 안에 고정된다. 여기서, 중량물이란 부표형식의 파력 발전장치(100)를 견고히 지탱할 수 있는 선박이나 해상 건조물 등을 모두 포함하는 것이다. 해저에 무어링 라인(140)을 고정하는 경우라면, 무어링 라인(140)의 끝에 닻과 같은 중량체를 연결할 수 있다.
도 2는 발전장치용 부표(110) 내부에 탑재되는 발전장치(120)에 대해 상세히 도시하고 있다. 발전장치(120)는 발전장치용 부표(110)의 내부면을 따라 원형의 궤도를 형성하는 주행궤도(122)와, 발전장치용 부표(110)가 기울거나 제자리로 복원하는 요동운동을 할 때 주행궤도(122)를 따라 구름운동을 하는 운동체(126)를 포함한다. 그리고, 운동체(126)와 발전장치용 부표(110)의 하부에 배치되는 제1 발전기(132)는 동력전달 축(128)으로 연결되는데, 동력전달 축(128)은 운동체(126)의 구름운동에 따라 함께 회전하고, 동력전달 축(128)의 회전운동을 통해 제1 발전기(132)는 전기를 생산하게 된다.
도 3은 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치(100)의 발전원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 무게중심이 낮고 바닥이 둥글게 생긴 발전장치용 부표(110)는 파도에 의해 오뚝이와 같이 사방으로 쉽게 흔들리게 된다. 발전장치용 부표(110)가 요동운동을 하면, 기울어진 주행궤도(122) 상의 운동체(126)에는 중력에 의한 힘이 추진력으로 작용(중력의 연직성분 이외의 분력이 추진력으로 작용)함으로써, 운동체(126)는 주행궤도(122) 위를 이리저리 굴러가게 되며, 이러한 운동체(126)의 구름운동은 동력전달 축(128)을 회전시킴으로써 결국 제1 발전기(132)가 전기를 생산하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 파력과 중력을 함께 이용하여 발전을 하는 구성임을 특징으로 한다. 따라서, 단순히 파력만을 이용하는 구성에 비해, 에너지 변환 효율이 상승한다. 또한, 발전장치용 부표(110)는 단순히 수면 위에서 요동운동을 하면 되고, 중력에 의해 운동체(126)는 자연적으로 구름운동을 하게되는 단순한 구조이기에, 고장의 염려가 매우 낮고 제조비용이 저렴해짐에 따라 상업적인 파력발전을 가능케 한다.
다시 도 2로 돌아오면, 주행궤도(122)와 운동체(126) 사이에는 볼 베어링(124)이 설치됨으로써 운동체(126)는 더욱 원활하게 구름운동을 할 수 있다. 또한, 동력전달 축(128)은 그 축심이 운동체(126) 및 제1 발전기(132)의 회전축과 일직선을 이루지 못할 수 있으므로, 동력전달 축(128)의 양단이 운동체(126)와 제1 발전기(132)에 대해 유니버설 조인트(130)로 연결될 수도 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 4에 나타난 실시예는, 해수의 수직운동, 즉 파도의 상하운동은 물론 조수간만의 움직임까지 발전에 이용하는 것임을 특징으로 한다. 이를 위해, 발전장치용 부표(110)에 연결되는 무어링 라인(140)의 일단에는 에너지 하베스팅 수단(150)이 구비되며, 에너지 하베스팅 수단(150)은 무어링 라인(140)이 권취되는 롤러(152)의 회전운동을 전기 에너지로 변환한다. 좀더 구체적으로는, 에너지 하베스팅 수단(150)은, 무어링 라인(140)이 권취되는 롤러(152)와, 롤러(152)에 작용하는 무어링 라인(140)의 장력을 일정하게 유지하는 오토 텐셔너(154)와, 그리고 롤러(152)의 회전운동으로 발전을 하는 제2 발전기(156)를 포함한다.
롤러(152)에 권취되는 무어링 라인(140)의 장력은 오토 텐셔너(154)에 의해 일정하게 유지된다. 이를 다른 말로 표현한다면, 발전장치용 부표(110)에 작용하는 부력이 일정하게 유지된다는 것이고, 또한 발전장치용 부표(110)의 부력이 일정하다는 것은 발전장치용 부표(110)가 물에 잠기는 깊이가 일정하다는 것을 의미한다. 따라서, 파도가 위아래로 발전장치용 부표(110)를 움직이거나, 또는 파도의 운동에 조수간만의 움직임까지 더해져 발전장치용 부표(110)가 상하운동을 하면, 이에 따라 무어링 라인(140)은 롤러(152)에 감기거나 풀리게 된다. 이러한 과정에서 롤러(152)는 회전운동을 일으키게 되고, 제2 발전기(156)는 롤러(152)의 회전운동을 전기 에너지로 변환하게 된다.
이와 같이, 도 4에 도시된 부표형식의 파력 발전장치(100)는, 발전장치용 부표(110)의 좌우요동은 물론 상하의 움직임을 포함하는 입체적인 운동을 모두 발전에 이용하는 만큼, 그 파력발전의 효율은 더욱 향상한다. 또한, 무어링 라인(140)이 일정한 장력으로 롤러(152)에 권취됨으로써, 우리나라의 서해안과 같이 조수간만의 차가 큰 해역에서도 본 발명을 실시할 수 있으며, 더욱 효과적으로 전기를 생산할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 부표형식의 파력 발전장치(100)를 육상에 설치된 별도의 에너지 저장장치(200)(ESS, Energy Storage System)에 연결하는 실시형태를 도시하고 있으며, 제1 발전기(132) 및/또는 제2 발전기(156)에서 생산된 전력이 에너지 저장장치(200)에 집중되어 저장된다. 도 6에는 하나의 파력 발전장치(100)만이 도시되어 있지만, 실제로는 발전량을 고려하여 수십 수백개 이상의 파력 발전장치(100)가 군집을 이루게 된다. 이러한 다수의 파력 발전장치(100)에서 생산한 전력은 육상(또는 선박이나 해상 건조물도 가능)에 설치된 고용량의 에너지 저장장치(200)로 모이게 되고, 이렇게 모인 전력은 경제성이 있는 유용한 에너지원으로 사용하게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 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: 부표형식의 파력 발전장치
110: 발전장치용 부표 120: 발전장치
122: 주행궤도 124: 볼 베어링
126: 운동체 128: 동력전달 축
130: 유니버설 조인트 132: 제1 발전기
140: 무어링 라인 150: 에너지 하베스팅 수단
152: 롤러 154: 오토 텐셔너
156: 제2 발전기 200: 에너지 저장장치

Claims (6)

  1. 연직방향에 대해 기울어졌을 때 복원력이 작용하는 원추형태이며, 부력을 가진 발전장치용 부표;
    상기 발전장치용 부표 내부에 탑재되는 발전장치; 및
    상기 발전장치용 부표를 해저나 중량물에 대해 연결하는 무어링 라인;
    을 포함하고,
    상기 발전장치는,
    상기 발전장치용 부표의 내부면을 따라 원형의 궤도를 형성하는 주행궤도;
    상기 발전장치용 부표가 기울거나 제자리로 복원하는 요동운동을 할 때, 상기 주행궤도를 따라 구름운동을 하는 운동체; 및
    상기 운동체의 구름운동에 따라 함께 회전하는 동력전달 축에 연결되고, 상기 동력전달 축의 회전운동으로 발전을 하며, 상기 발전장치용 부표의 하부에 배치되는 제1 발전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행궤도와 운동체 사이에는 볼 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달 축은 상기 운동체와 제1 발전기에 대해 유니버설 조인트로 연결되는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전장치용 부표에 연결되는 상기 무어링 라인의 일단에는 에너지 하베스팅 수단이 설치되고,
    상기 에너지 하베스팅 수단은 상기 무어링 라인이 권취되는 롤러의 회전운동을 전기 에너지로 변환하는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 하베스팅 수단은,
    상기 무어링 라인이 권취되는 상기 롤러;
    상기 롤러에 작용하는 상기 무어링 라인의 장력을 일정하게 유지하는 오토 텐셔너; 및
    상기 롤러의 회전운동으로 발전을 하는 제2 발전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 발전기 및 제2 발전기에서 생산된 전기 에너지는 별도로 설치된 에너지 저장장치에 저장되는 것을 특징으로 하는 부표형식의 파력 발전장치.
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