KR20230046433A - 부유체를 이용한 파력발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바다 표면, 파랑의 파고 및 파저점의 고저차를 이용하기 위해 부유체의 밸러스트 기술을 적용하여 보다 효과적으로 파도의 에너지를 포획할 수 있는 부유체를 이용한 파력발전장치에 관한 것이다.
이를 위해 부유체를 이용한 파력발전장치는 해수면 상에 부유하는 상태로 상하 또는 좌우로 유동하고, 서로에 대해 일정 간격을 두고 상하방향으로 배치되는 상부 부유체와 하부 부유체, 상기 하부 부유체 상부에 수직방향으로 고정되고, 상단부가 영구자석으로 이루어져 수직 상방향으로 자력을 발생하는 복수개의 자기 실린더, 상기 자기 실린더의 상부에 설치되고, 상기 자기 실린더와 동일한 전극의 영구자석으로 이루어져 수직 하방향으로 자력을 발생하면서 상하방향으로 이동하는 복수개의 실린더 캡, 상기 실린더 캡과 연결 링크로 연결된 회전축을 상기 실린더 캡의 미는 힘으로 회전시켜 상기 회전축과 연결된 발전기에서 전기를 일으키게 하는 전기 발생부 및 상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체의 양 측에 각각 설치되어 상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체를 연결 또는 고정하는 부유체 고정부를 포함한다.

Description

부유체를 이용한 파력발전장치{APPARATUS FOR USING THE FLOATING OF WAVE POWER GENERATOR}
본 발명은 부유체를 이용한 파력발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 바다의 파도나 일렁임은 계절과 날씨에 관계없이 잠시의 쉬임도 없이 발생한다. 이것이 파력발전이 갖는 태양광이나 풍력발전에 대비되는 장점이다. 이와 같은 장점에도 불구하고 파력발전이 다른 친환경발전에 비해 실용화가 저조한 이유는 아직 안정되고 효과적인 파력에너지의 획득기술이 부족하기 때문이다.
파력을 이용한 발전방법은 바다의 바닥이나 해안가에 방파제 등과 같이 고정된 구조물을 이용하거나 설치하여 발전하는 방법이 있으며, 고정 구조물 없이 부유체만을 이용한 발전방법이 있다. 고정 구조물을 필요로하는 파력발전은 설치공사의 어려움과 높은 설치비용의 단점을 갖는다.
이에 따라 근래에는 부유체를 이용한 발전방법이 주로 개발되고 있는 실정이며, 이러한 파력발전장치는 파도의 에너지를 포획하기 위해 해수면 상에 부유하는 부유체를 구비하게 된다.
많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 부유체가 파도로부터 많은 양의 에너지를 포획하는 것이 중요할 수 있다. 파도의 진행 방향에 대하여 부유체가 포획하는 파도의 폭이 증가할수록 부유체는 파도로부터 더 많은 양의 에너지를 포획할 수 있다.
그러나, 파도의 에너지를 포획하는 부유체의 개발이 쉽지 않은 실정이고, 변화하는 파도의 진행방향에 대응하여 효과적으로 파도의 에너지를 포획하기 어렵기 때문에 발전효과가 미약하다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2177846호(발명의 명칭: 해양 부유체 플랫폼 연결용 파력발전장치, 2020. 11. 11. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2124458호(발명의 명칭: 파력 발전용 부유체 및 이를 포함하는 파력 발전 장치, 2020. 04. 21. 공개)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 바다 표면, 파랑의 파고 및 파저점의 고저차를 이용하기 위해 부유체의 밸러스트 기술을 적용하여 보다 효과적으로 파도의 에너지를 포획할 수 있는 부유체를 이용한 파력발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치는 해수면 상에 부유하는 상태로 상하 또는 좌우로 유동하고, 서로에 대해 일정 간격을 두고 상하방향으로 배치되는 상부 부유체와 하부 부유체, 상기 하부 부유체 상부에 수직방향으로 고정되고, 상단부가 영구자석으로 이루어져 수직 상방향으로 자력을 발생하는 복수개의 자기 실린더, 상기 자기 실린더의 상부에 설치되고, 상기 자기 실린더와 동일한 전극의 영구자석으로 이루어져 수직 하방향으로 자력을 발생하면서 상하방향으로 이동하는 복수개의 실린더 캡, 상기 실린더 캡과 연결 링크로 연결된 회전축을 상기 실린더 캡의 미는 힘으로 회전시켜 상기 회전축과 연결된 발전기에서 전기를 일으키게 하는 전기 발생부 및 상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체의 양 측에 각각 설치되어 상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체를 연결 또는 고정하는 부유체 고정부를 포함할 수 있다.
상기 자기 실린더의 외측에 삽입된 상태로 상기 실린더 캡을 수용하여 유체에 의해 유동되는 상기 자기 실린더를 가이드하는 실린더 가이드부재를 포함할 수 있다.
상기 회전축의 양 단부에 상기 실린더 캡의 직진운동을 회전운동으로 변환하는 캠이 설치될 수 있다.
상기 캠은 구동축과 연결되어 상기 구동축의 회전력을 상기 발전기에 전달하여 전기를 발생시킬 수 있다.
상기 하부 부유체는 상부에 간격을 두고 설치되면서 복수개의 상기 실린더 가이드부재를 고정하는 고정브라켓을 포함할 수 있다.
상기 고정브라켓의 상부에 설치되어 상기 발전기를 지지하면서 복수개의 배터리를 수용하는 지지브라켓을 포함할 수 있다.
상기 전기 발생부의 외측에는 상기 회전축과 연결된 상기 구동축이 고정되는 외곽프레임이 설치될 수 있다.
상기 부유체 고정부는 상기 하부 부유체의 양측에 각각 형성되어 하부 손잡이가 구비된 하부 잠금수단, 상기 하부 잠금수단에 수직방향으로 삽입설치되면서 외측에 잠금기어가 수직방향으로 형성된 잠금레일 및 상기 상부 부유체에 고정됨과 동시에 상기 잠금레일에 삽입되면서 외측에 상부 손잡이가 구비되고, 상기 잠금레일에 체결되어 상기 상부 부유체를 고정하는 잠금부재를 포함할 수 있다.
상기 잠금레일은 상단부에 스톱퍼가 설치되어 상기 잠금부재의 이탈을 방지할 수 있다.
상기 잠금부재는 상기 잠금기어에 체결되어 상기 잠금부재를 상기 잠금레일에 고정하는 체결부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치에 따르면, 부유체의 밸러스트 기술을 적용하여 보다 효과적으로 파도의 에너지를 포획함으로써 파력발전장치의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 해상양식장 및 스마트 팜, 연안 소파제, 부잔교, 마리나 등에 발전기능을 갖는 부유체를 설치하여 생산된 전기를 각종 시설물에 보다 효과적으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 전기 발생부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발생부의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 부유체 고정부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체 고정부의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 부유체 내부구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치의 외형을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치의 구조를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 전기 발생부를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 발생부의 구조를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치(1)는 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20), 자기 실린더(30), 실린더 캡(40), 전기 발생부(50) 및 부유체 고정부(60)를 포함하고, 상기 파력발전장치(1)는 하부 부유체(20)에 설치된 자기 실린더(30)와 실린더 캡(40)의 상하운동을 회전축(51)의 회전운동으로 전환하여 상기 전기 발생부(50)를 통해 전기를 생산할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 파력발전장치(1)의 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20)는 해수면 상에 부유하는 상태로 상하 또는 좌우로 유동하고, 서로에 대해 일정 간격을 두고 상하방향으로 배치되는 것으로, 상기 하부 부유체(20)에는 자기 실린더(30)와 실린더 캡(40) 및 전기 발생부(50)가 설치되고, 상기 상부 부유체(10)는 파력발전장치(1)를 수용한 상태로 상기 하부 부유체(20)와 연결될 수 있다.
상기 자기 실린더(30)는 하부 부유체(20) 상부에 수직방향으로 고정되고, 상단부가 영구자석으로 이루어져 수직 상방향으로 자력을 발생하는 것으로, 상기 자기 실린더(30)는 하부 부유체(20)에 일정 간격을 두고 복수개가 설치되어 파고에 따른 상하운동을 반복하게 된다.
상기 실린더 캡(40)은 자기 실린더(30)의 상부에 설치되고, 상기 자기 실린더(30)와 동일한 전극의 영구자석으로 이루어져 수직 하방향으로 자력을 발생하면서 상하방향으로 이동하는 것으로, 상기 실린더 캡(40)은 상기 자기 실린더(30)와 대응하여 자기 실린더(30)의 상부에 설치되어 자기 실린더(30)의 상하방향 운동을 상기 전기 발생부(50)로 전달하게 된다.
또한, 상기 파력발전장치(1)의 전기 발생부(50)는 실린더 캡(40)과 연결 링크(41)로 연결된 회전축(51)을 실린더 캡(40)의 미는 힘으로 회전시켜 회전축(51)과 연결된 발전기(52)에서 전기를 일으키게 하는 것으로, 상기 발전기(52)에서 생산한 전기는 배터리(70)를 충전하게 되고, 상기 배터리(70)를 이용하여 전기를 사용할 수 있다.
또한, 상기 파력발전장치(1)의 부유체 고정부(60)는 상기 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20)의 양 측에 각각 설치되어 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20)를 연결 또는 고정하는 것으로, 상기 부유체 고정부(60)는 악천후 시 하부 부유체(20)에서 상부 부유체(10)가 분리되는 것을 방지할 수 있고, 상기 부유체 고정부(60)로 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20)의 양측을 각각 고정하여 보다 용이하게 부유체를 이동시키거나 운반할 수 있다.
즉, 상기 부유체를 이용한 파력발전장치(1)는 바다의 표면에서 일어나는 파랑의 파고 및 파저점의 고저차를 이용하기 위해 부유체의 밸러스트 기술을 적용한 것으로, 상기 부유체의 상하운동을 회전운동으로 변환하여 상기 전기 발생부(50)에서 전기를 발생하도록 할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 파력발전장치(1)는 상기 자기 실린더(30)의 외측에 삽입된 상태로 상기 실린더 캡(40)을 수용하여 유체에 의해 유동되는 상기 자기 실린더(30)를 가이드하는 실린더 가이드부재(31)를 포함할 수 있다.
상기 실린더 가이드부재(31)는 상기 자기 실린더(30)와 실린더 캡(40)을 수용하고, 상기 실린더 가이드부재(31)의 내부에서 상기 자기 실린더(30)의 상하운동이 상기 실린더 캡(40)에 전달되어 실린더 캡(40)이 상하운동을 통해 상기 회전축(51)을 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 회전축(51)을 회전시키기 위하여 회전축(51)의 양 단부에 상기 실린더 캡(40)의 직진운동을 회전운동으로 변환하는 캠(53)이 설치될 수 있다. 상기 캠(53)은 구동축(54)과 연결되어 상기 구동축(54)의 회전력을 상기 발전기(52)에 전달하여 전기를 발생시킬 수 있다.
즉, 상기 파력발전장치(1)의 전기 발생부(50)는 상기 발전기(52)에 구동축(54)이 연결되고, 상기 구동축(54)은 캠(53)을 통해 회전축(51)과 연결되어 회전축(51)의 상하운동이 캠(53)에 의해 구동축(54)을 회전시키며, 상기 구동축(54)의 회전을 통해 상기 발전기(52)에서 전기가 생산될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 파력발전장치(1)의 하부 부유체(20)는 상부에 간격을 두고 설치되면서 복수개의 상기 실린더 가이드부재(31)를 고정하는 고정브라켓(21)을 포함하고, 상기 고정브라켓(21)의 상부에 설치되어 상기 발전기(52)를 지지하면서 복수개의 배터리(70)를 수용하는 지지브라켓(22)을 포함하며, 상기 전기 발생부(50)의 외측에는 상기 회전축(51)과 연결된 상기 구동축(54)이 고정되는 외곽프레임(23)이 설치될 수 있다.
즉, 상기 상부 부유체(10)는 외곽프레임(23)과 고정브라켓(21)에 고정되어 부유체의 외형을 이루게 되고, 상기 지지브라켓(22)의 상부에 복수개의 발전기(52)가 설치되며, 상기 지지브라켓(22)의 하부가 이루는 공간에 복수개의 배터리(70)가 설치되어 발전기(52)에서 생산된 전기를 배터리(70)에 저장할 수 있다.
그러므로, 상기 파력발전장치(1)는 승하강되는 상기 자기 실린더(30)와 실린더 캡(40)을 이용하여 상기 회전축(51)과 구동축(54)을 회전시킴으로써 발전기(52)를 통해 전기를 효과적으로 생산할 수 있고, 생산된 전기를 배터리(70)에 충전하여 부유체에 설치된 각종 시설물에 전기를 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 부유체 고정부를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체 고정부의 구조를 도시한 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 상기 부유체 고정부(60)는 하부 잠금수단(61)과 잠금레일(62) 및 잠금부재(63)를 포함하고, 상기 부유체 고정부(60)를 이용하여 하부 부유체(20)에 상부 부유체(10)를 고정할 수 있다.
즉, 상기 부유체 고정부(60)의 하부 잠금수단(61)은 하부 부유체(20)의 양측에 각각 형성되어 하부 손잡이(61a)가 구비되고, 상기 잠금레일(62)은 하부 잠금수단(61)에 수직방향으로 삽입설치되면서 외측에 잠금기어(62a)가 수직방향으로 형성되며, 상기 잠금부재(63)는 상부 부유체(10)에 고정됨과 동시에 상기 잠금레일(62)에 삽입되면서 외측에 상부 손잡이(63a)가 구비되고, 상기 잠금부재(63)는 잠금레일(62)에 체결되어 상기 상부 부유체(10)를 고정할 수 있다.
또한, 상기 잠금레일(62)은 상단부에 스톱퍼(62b)가 설치되어 상기 잠금부재(63)의 이탈을 방지할 수 있는 것으로, 상기 스톱퍼(62b)가 상부 부유체(10)의 이동에 따라 상승되는 상기 잠금부재(63)의 최대 높이를 단속하여 상기 잠금레일(62)로부터 잠금부재(63)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 잠금부재(63)는 잠금기어(62a)에 체결되어 잠금부재(63)를 상기 잠금레일(62)에 고정하는 체결부재(63b)를 포함하는 것으로, 상기 체결부재(63b)는 회전식으로 구성되어 체결부재(63b)를 회전시킴으로써 내부의 체결구가 상기 잠금기어(62a)에 체결됨으로써 상부 부유체(10)를 고정할 수 있다.
상기 하부 부유체(20)에 설치된 하부 손잡이(61a)와 상기 상부 부유체(10)에 설치된 상부 손잡이(63a)는 각각의 부유체를 운반할 때 사용할 수 있다.
그러므로, 상기 파력발전장치(1)의 부유체 고정부(60)를 통해 악천후 시 하부 부유체(20)에 상부 부유체(10)를 견고하게 고정할 수 있고, 상기 하부 부유체(20)와 상부 부유체(10)의 결합으로 부유체의 운반에 편리함을 줄 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전장치의 부유체 내부구조를 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유체를 이용한 파력발전장치의 외형을 도시한 도면이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 상기 부유체를 이용한 파력발전장치(1)는 서로 결합되는 상부 부유체(10)와 하부 부유체(20) 사이에 전기 발생부(50)가 구비된 것으로, 상기 자기 실린더(30)의 자력을 전달하는 상하운동이 실린더 캡(40)을 상하운동시키게 되어, 상기 실린더 캡(40)에 연결된 회전축(51)을 회전키고, 상기 회전축(51)에 연결된 구동축(54)이 회전하면서 그 회전력을 이용하여 발전기(52)를 구동함으로써 전기를 발생하게 하며, 발생된 전기는 배터리(70)에 충전되어 별도의 시설물에 공급하게 된다.
따라서, 상기 파력발전장치(1)에 부유체의 밸러스트 기술을 적용하여 보다 효과적으로 파도의 에너지를 포획함으로써 파력발전장치(1)의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 해상양식장 및 스마트 팜, 연안 소파제, 부잔교, 마리나 등에 발전기능을 갖는 부유체를 설치하여 생산된 전기를 각종 시설물에 보다 효과적으로 공급할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1: 파력발전장치 10: 상부 부유체
20: 하부 부유체 21: 고정브라켓
22: 지지브라켓 23: 외곽프레임
30: 자기 실린더 31: 실린더 가이드부재
40: 실린더 캡 41: 연결 링크
50: 전기 발생부 51: 회전축
52: 발전기 53: 캠
54: 구동축 60: 부유체 고정부
61: 하부 잠금수단 61a: 하부 손잡이
62: 잠금레일 62a: 잠금기어
62b: 스톱퍼 63: 잠금부재
63a: 상부 손잡이 63b: 체결부재
70: 배터리

Claims (8)

  1. 해수면 상에 부유하는 상태로 상하 또는 좌우로 유동하고, 서로에 대해 일정 간격을 두고 상하방향으로 배치되는 상부 부유체와 하부 부유체;
    상기 하부 부유체 상부에 수직방향으로 고정되고, 상단부가 영구자석으로 이루어져 수직 상방향으로 자력을 발생하는 복수개의 자기 실린더;
    상기 자기 실린더의 상부에 설치되고, 상기 자기 실린더와 동일한 전극의 영구자석으로 이루어져 수직 하방향으로 자력을 발생하면서 상하방향으로 이동하는 복수개의 실린더 캡;
    상기 실린더 캡과 연결 링크로 연결된 회전축을 상기 실린더 캡의 미는 힘으로 회전시켜 상기 회전축과 연결된 발전기에서 전기를 일으키게 하는 전기 발생부; 및
    상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체의 양 측에 각각 설치되어 상기 상부 부유체와 상기 하부 부유체를 연결 또는 고정하는 부유체 고정부; 를 포함하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 실린더의 외측에 삽입된 상태로 상기 실린더 캡을 수용하여 유체에 의해 유동되는 상기 자기 실린더를 가이드하는 실린더 가이드부재를 더 포함하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축의 양 단부에 상기 실린더 캡의 직진운동을 회전운동으로 변환하는 캠이 설치되는 것을 특징으로 하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캠은 구동축과 연결되어 상기 구동축의 회전력을 상기 발전기에 전달하여 전기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 하부 부유체는 상부에 간격을 두고 설치되면서 복수개의 상기 실린더 가이드부재를 고정하는 고정브라켓을 포함하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부유체 고정부는 상기 하부 부유체의 양측에 각각 형성되어 하부 손잡이가 구비된 하부 잠금수단, 상기 하부 잠금수단에 수직방향으로 삽입설치되면서 외측에 잠금기어가 수직방향으로 형성된 잠금레일 및 상기 상부 부유체에 고정됨과 동시에 상기 잠금레일에 삽입되면서 외측에 상부 손잡이가 구비되고, 상기 잠금레일에 체결되어 상기 상부 부유체를 고정하는 잠금부재를 포함하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 잠금레일은 상단부에 스톱퍼가 설치되어 상기 잠금부재의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 잠금부재는 상기 잠금기어에 체결되어 상기 잠금부재를 상기 잠금레일에 고정하는 체결부재를 더 포함하는 부유체를 이용한 파력발전장치.
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