KR20230124441A - 무게추의 관성력을 이용한 밀폐형 파력발전기 - Google Patents

무게추의 관성력을 이용한 밀폐형 파력발전기 Download PDF

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Abstract

기존의 파력발전기는 파도에 의해 전기를 발생하는 장치들이 바닷물과 직접 접촉된 상태에서 파도의 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 주고 있는데, 이렇게 하면 파력발전기의 장치들이 불규칙적인 파도에 직접 노출되어 바닷물에 의한 장치의 부식과 함께 장치에 가해지는 파도의 물리적인 충격으로 인해 파력발전기의 부품들이 빨리 손상되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 파력발전기에서 전기를 생산하는 장치들을 모두 파력발전기 외부를 둘러싸고 있는 플라스틱통(42)의 내부에 설치하고 바닷물과 전혀 접촉하지 않도록 밀폐형으로 제작한다. 파도가 상하 운동을 하면 파력발전기도 부력에 의해 똑같이 상하 운동을 하게 되고, 발생되는 무게추(33)의 관성력과 무게추 무게 및 태엽(12a,12b)의 복원력이 서로 상호 작용을 하여 장치가 파도와 직접적인 접촉 없이 전기를 생산하는 밀폐형 파력발전기를 만들 수 있다.

Description

무게추의 관성력을 이용한 밀폐형 파력발전기{A sealed Wave Power Generator using the inertia of Weight}
본 발명은 무게추(33)의 관성력을 이용한 밀폐형 파력발전기에 관한 것으로 더 상세하게는 파도의 상하 운동에 의하여 발생되는 무게추(33)의 관성력을 이용하는 파력발전기의 전기 발생 장치를 바닷물과 접촉하지 않도록 내구성이 강한 플라스틱통의 내부에 설치하고 밀폐시킴으로써 바닷물에 부식되지 않고 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 밀폐형 파력발전기에 관한 것이다.
본 발명은 무게추(33)의 관성력을 이용한 밀폐형 파력발전기에 관한 것으로 더 상세하게는 파도의 상하 운동에 의하여 발생되는 무게추(33)의 관성력을 이용하는 파력발전기의 전기 발생 장치를 바닷물과 접촉하지 않도록 내구성이 강한 플라스틱통의 내부에 설치하고 밀폐시킴으로써 바닷물에 부식되지 않고 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 밀폐형 파력발전기에 관한 것이다.
기존의 파력발전기는 파도에 의해 전기를 발생하는 장치들이 바닷물과 직접 접촉된 상태에서 파도의 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 주고 있는데, 이렇게 하면 파력발전기의 장치들이 불규칙적인 파도에 직접 부딪히게 되어 바닷물에 의한 장치의 부식과 함께 장치에 가해지는 파도의 물리적인 충격으로 인해 파력발전기의 부품들이 빨리 손상되어 부품을 자주 교체해 주어야 하는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 파도의 상하 운동에 의해서 발생되는 무게추(33)의 관성력과 태엽(12a,12b)의 복원력을 이용하여 전기를 생산하는 장치들을 내구성이 뛰어난 플라스틱통(42)의 내부에 설치하고 바닷물과 전혀 접촉하지 않도록 밀폐형으로 제작함으로써 부품의 손상이 거의 없이 전기를 생산하는 반영구적인 파력발전기를 만들고자 한다.
무게추(33)의 관성력을 이용하여 전기를 생산하는 밀폐형 파력발전기를 사용하면 바닷물과 파도에 의해 부품이 직접적인 손상을 입지 않으므로 부품교체 시기가 매우 길어져서 유지비가 대폭 절감되어 전기 생산 단가가 낮아진다.
도 1은 파력발전기의 내부 사시도.
도 2는 파력발전기의 상단부 내부를 확대한 사시도.
도 3은 파력발전기의 하단부 내부를 확대한 사시도.
도 4는 파력발전기의 정면 단면도.
도 5는 파력발전기의 정면 상단부를 확대한 단면도.
도 6은 파력발전기의 정면 상단부의 내부를 확대한 단면도.
도 7은 파력발전기의 정면 하단부를 확대한 단면도.
도 8은 파력발전기의 측면(또는 정면) 외형도.
본 발명의 구체적인 설치 예를 보여주는 도면에 대한 설명은 다음과 같다.
도 1은 파력발전기의 내부 사시도, 도 2는 파력발전기의 상단부 내부를 확대한 사시도, 도 3은 파력발전기의 하단부 내부를 확대한 사시도, 도 4는 파력발전기의 정면 단면도, 도 5는 파력발전기의 정면 상단부를 확대한 단면도, 도 6은 파력발전기의 정면 상단부의 내부를 확대한 단면도, 도 7은 파력발전기의 정면 하단부를 확대한 단면도, 도 8은 파력발전기의 측면(또는 정면) 외형도이다.
본 발명은 파도의 상하 운동에 의해서 발생되는 무게추(33)의 관성력을 이용하여 전기를 생산하는 밀폐형 파력발전기로 버섯 모양의 내구성이 뛰어난 플라스틱통(42) 내부에 전기를 생산하는 장치들을 모두 설치하고 바닷물이 내부 장치에 접촉되지 않도록 밀폐되어 있으며, 파력발전기의 상단부에는 기어들과 전기발전기(27a, 27b)가 설치되어 있고 파력발전기의 하단부에는 무게추(33)와 무게중심추(35)가 설치되어 있다. 무게추(33)의 옆면에 부착되어 있는 볼베어링(32a, 32b, 32c)은 무게추(33)가 무게추 통로(36)에서 상하로 이동할 때 접촉저항을 줄여주는 역할을 한다.
플라스틱통(42) 내부에 설치되어 전기를 생산하는 장치들은 다음과 같이 구성되어 있다.
도1과 도4에서 보듯이 강철선(31)의 한쪽 끝은 무게추 기어(21)의 옆 부분에 부착되어 있는 무게추 휠(24)에 감겨있고, 강철선(31)의 반대쪽 끝은 무게추(33) 위에 붙어있는 무게추 고리(34)에 묶여서 무게추(33)를 매달고 있다. 무게추 기어(21)의 중심을 관통하는 무게추 기어축(25)의 양쪽 끝에는 회전이 잘 되도록 베어링(11c, 11f)이 설치되어 있고 다른 기어축의 양쪽 끝에도 베어링(11a, 11b, 11d, 11e)이 설치되어 있다.
무게추 기어축(25)의 양쪽 베어링(11c, 11f)의 안쪽에는 태옆(12a, 12b)이 감겨있다. 태엽(12a, 12b)의 한쪽 끝은 무게추 기어축(25)에 고정되어 있고 다른쪽 끝은 태엽고정핀(13a, 13b)에 고정되어서 무게추(33)의 상하 운동과 상호 작용하여 무게추 기어축(25)의 회전에 관여한다.
태엽(12a, 12b)의 첫 번째 역할은 파력발전기가 초기에 정지되어 있을 때 무게추(33)가 무게추 통로(36)의 중간에 위치하도록 태엽(12a, 12b)의 복원력이 무게추(33)의 무게와 균형을 이루는 것이고, 두 번째 역할은 파도의 상하 운동으로 인해 발생되는 무게추(33)의 상하 운동에 의해서 무게추 휠(24)에 감겨있는 강철선(31)이 풀렸다 감겼다 하면 무게추 휠(24)이 회전하게 되고 무게추 기어축(25)이 따라서 회전하게 되면 무게추 기어축(25) 양단에 설치되어 있는 태엽(12a, 12b)도 감겼다 풀렸다 하게 되는데 이때 태엽(12a, 12b)의 복원력으로 무게추(33)를 초기의 무게추 통로(36)의 중앙 위치로 이동시켜 주는 것이다.
파력발전기는 전기를 발생시키는 장치들을 밀폐된 버섯 모양의 플라스틱통(42) 내부에 설치하여 외부의 바닷물이 내부로 침투하지 못하도록 되어있고, 플라스틱통(42) 내부의 하단부 맨 아래에는 파력발전기가 똑바로 설수 있도록 중심을 잡아주는 무게중심추(35)가 있으며 파력발전기의 상단부에는 큰 공기통들이 만들어져 있어서 부력에 의해서 상단부가 바다 표면 위로 뜨게 된다.
파도가 상하 운동을 하게 되면 파력발전기의 상단부에 있는 공기통의 부력으로 파력발전기도 파도에 따라 상하 운동을 하게 되고 파력발전기를 둘러싸고 있는 플라스틱통(42)이 부력에 의하여 파도에 따라 상하운동을 하게 되면 무게추(33)도 이어서 상하 운동을 하게 되는데 무게추(33)가 무게추 통로(36)의 길이를 초과하는 상하 운동을 하게 될 경우에는 무게추(33)에 의해 무게추 통로(36)의 상단과 하단에 심한 충격이 발생하므로 이를 방지하기 위해서 무게추 통로(36)의 상부와 하부에 무게추 충돌방지 스프링(37a, 37b)을 설치하였다.
파력발전기가 전기를 생산하는 원리를 설명하면,
파도가 위쪽으로 상승하면 파력발전기의 외부를 둘러싼 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의해서 부력이 발생되어 플라스틱통(42)도 파도와 같은 방향으로 위쪽으로 올라가게 되는데 무게추(33)는 제자리에 있으려고 하는 관성력에 의하여 무게추 휠(24)에 감겨있는 강철선(31)이 풀리고 무게추 기어축(25)에 설치되어 있는 태엽(12a, 12b)이 감기면서 무게추 기어축(25)과 무게추 휠(24)이 정방향으로 회전하게 된다. 파도가 최상위 지점에 도달하면 태엽(12a, 12b)의 풀리려고 하는 복원력으로 무게추 기어축(25)과 무게추 휠(24)이 역방향으로 회전하게 되고 강철선(31)이 무게추 휠(24)에 감기면서 무게추(33)를 초기의 무게추 통로(36)의 중앙 위치로 끌어 올린다.
파도가 아래쪽으로 하강하면 파력발전기의 플라스틱통(42)도 파도와 함께 아래로 이동하고 이때 제자리에 있으려고 하는 무게추(33)의 관성력과 무게추 기어축(25)에 설치되어 있는 태엽(12a, 12b)의 풀리려고 하는 복원력에 의하여 무게추 기어축(25)과 무게추 휠(24)이 역방향으로 회전하면서 강철선(31)을 감게 되고 무게추(33)는 무게추 통로(36)의 위쪽으로 이동하게 된다.
파도가 아래쪽의 최하위 지점에 도달하면 무게추(33) 자체의 무게로 인해 무게추(33)가 아래로 이동하면서 강철선(31)이 풀리고 무게추 기어축(25)에 설치되어 있는 태엽(12a, 12b)이 감기면서 무게추 기어축(25)과 무게추 휠(24)을 정방향으로 돌려준다. 이후 무게추(33)의 무게와 태엽(12a, 12b)의 복원력이 균형을 이루면서 무게추(33)는 초기의 무게추 통로(36)의 중앙 위치로 내려온다.
파도가 다시 위쪽으로 상승하면 파력발전기의 외부를 둘러싼 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의해서 발생되는 부력으로 플라스틱통(42)도 파도와 같은 방향으로 위쪽으로 올라가게 되고 무게추(33)는 제자리에 있으려고 하는 관성력에 의하여 무게추 휠(24)에 감겨있는 강철선(31)이 풀리고 무게추 기어축(25)에 설치되어 있는 태엽(12a, 12b)이 감기면서 무게추 기어축(25)과 무게추 휠(24)이 정방향으로 회전하게 되고 무게추(33)는 무게추 통로(36)의 중앙 위치에서 아래 방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 방식으로 무게추(33)는 상하 운동을 반복하게 된다.
파도의 상하 운동에 따라 파력발전기의 외부를 둘러싼 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의해서 발생되는 부력으로 플라스틱통(42)도 파도와 같은 방향으로 상하 운동을 하게 되는데, 이러한 플라스틱통(42)의 부력에 의한 상하 운동에 의하여 발생되는 무게추(33)의 관성력과 무게추(33)의 무게 및 태엽(12a, 12b)의 감기고 풀림에 따른 복원력이 서로 상호 작용을 하여 위에서 설명한 바와 같이 무게추 기어축(25) 및 무게추 휠(24)과 함께 무게추 기어(21)가 회전하게 되고, 이에 따라 맞물려 있는 중간 기어(22)가 회전하고 중간 기어(22)가 회전하면 맞물려 있는 발전기 기어(23)가 회전하게 된다.
발전기 기어(23)가 회전하게 되면 발전기 기어축(26)이 회전하게 되면서 발전기 기어축(26)에 연결되어 있는 전기발전기(27a, 27b)에서 정방향 회전과 역방향 회전에서 모두 전기를 생산하게 된다. 이렇게 전기발전기(27a, 27b)에서 생산된 전기는 전기단자함(29)을 거쳐 충전용 밧데리로 전송된다.
파도에 의해서 전기를 생산하는 장치들을 바닷물과 직접 접촉되지 않도록 밀폐형 으로 만들면 파도에 의해서 손상되는 부분이 거의 없으므로 경제성이 뛰어난 파력발전기가 될 수 있다. 이것은 바다에 홀로 떠서 불빛을 내는 부표에 매우 적합하고, 여러 개를 묶어서 출력이 큰 파력발전기도 만들 수 있다.
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f : 베어링
12a, 12b : 태엽
13a, 13b : 태엽 고정핀
14 : 전선
21 : 무게추 기어
22 : 중간 기어
23 : 발전기 기어
24 : 무게추 휠
25 : 무게추 기어축
26 : 발전기 기어축
27a, 27b : 전기발전기
28 : 전기발전기 고정대
29 : 전기단자함
31 : 강철선
32a, 32b, 32c : 볼베어링
33 : 무게추
34 : 무게추 고리
35 : 무게중심추
36 : 무게추 통로
37a, 37b : 무게추 충돌방지 스프링
41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f : 공기통
42 : 플라스틱통
45a, 45b, 45c : 공기 통로

Claims (4)

  1. 본 발명의 밀폐형 파력발전기는 무게추 휠(24)에 감겨있는 강철선(31)에 매달려 있는 무게추(33)와 무게추 휠(24) 옆에 부착되어 있는 무게추 기어(21) 및 무게추 기어(21)와 무게추 휠(24)을 관통하는 무게추 기어축(25)과
    무게추 기어(21)와 맞물리는 중간 기어(22), 중간 기어(22)와 맞물리는 발전기 기어(23), 발전기 기어(23)를 관통하는 발전기 기어축(26)의 양쪽에서 전기를 생산하는 전기발전기(27a, 27b)와
    무게추 기어축(25) 양쪽 끝부분에 설치되어 무게추(33)의 무게와 힘의 균형을 이루어서 무게추(33)의 상하 운동을 무게추 기어축(25)의 회전 운동으로 변환시키는 태엽(12a, 12b)과
    무게추(33)의 과도한 상하 운동으로 무게추(33)가 무게추 통로(36)의 상부와 하부에 충돌하는 것을 방지하기 위한 무게추 충돌 방지 스프링(37a, 37b)으로 구성되고,
    상기의 모든 장치들을 파력발전기의 외부를 둘러싸고 있는 내구성이 강한 플라스틱통(42)의 내부에 설치하고 바닷물과 직접 접촉되지 않도록 밀폐한다.
    파도의 상하 운동에 따라 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의해서 발생되는 부력으로 플라스틱통(42)도 동일한 상하 운동을 하게 되는데, 이에 따라 발생되는 무게추(33)의 관성력과 무게추(33)의 무게 및 태엽(12a, 12b)의 복원력이 서로 상호 작용을 하여 무게추(33)의 상하 운동을 무게추 휠(24)의 회전 운동으로 바꾸어서 최종적으로 발전기 기어축(26)이 회전하도록 하여 전기발전기(27a, 27b)에서 전기를 생산하는 특징을 가진 밀폐형 파력발전기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    무게추(33)가 무게추 통로(36)에서 상하 운동을 할 때 무게추(33)가 무게추 통로(36)에 부딪힐 경우에 마찰력을 줄이기 위해 무게추(33) 옆면에 볼베어링((32a, 32b, 32c)을 부착하고, 무게추(33)가 무게추 통로(36)의 길이를 초과하는 상하 운동을 하게 될 경우에는 무게추(33)에 의해 무게추 통로(36)의 상부와 하부에 심한 충격이 발생하므로 이를 방지하기 위해서 무게추 통로(36)의 상부와 하부에 무게추 충돌방지 스프링(37a, 37b)을 설치한 밀폐형 파력발전기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    플라스틱통(42)은 도 1과 같이 내구성이 강한 버섯 모양으로 내부에 많은 공기통(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)을 가지고 있어 파도의 상하 운동에 따라 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의하여 생기는 부력으로 플라스틱통(42)도 파도와 같은 방향으로 상하 운동을 하게 되고 , 이로 인해 무게추(33)가 상하 운동을 할 때 공기 저항을 줄여주기 위해 파력발전기 하단부의 공기통과 공기통 간에 공기가 쉽게 이동할 수 있는 공기통로(45a, 45b, 45c)가 있도록 하고, 외부의 강한 충격을 견딜 수 있는 칸막이 구조로 되어 있으며, 무게 중심이 파력발전기의 아래쪽에 있도록 하여 기어와 전기발전기(27a, 27b)가 있는 파력발전기의 상단부가 위로 가도록 하고 무게추(33)가 있는 파력발전기의 하단부가 아래쪽에 위치할 수 있도록 무게추 통로(36)의 바닥 아래쪽에 무게중심추(35)가 설치되어 있는 밀폐형 파력발전기.
  4. 파도의 상하 운동에 따라 파력발전기의 외부를 둘러싸고 있는 플라스틱통(42)의 내부 공기에 의해서 발생되는 부력으로 플라스틱통(42)도 파도와 같은 방향으로 상하 운동을 하게 되는데, 이러한 플라스틱통(42)의 부력에 의한 상하 운동으로 발생되는 무게추(33)의 관성력과 무게추(33)의 무게 및 태엽(12a, 12b)의 감기고 풀림에 따른 복원력이 서로 상호 작용을 하여 무게추 기어축(25)과 함께 무게추 휠(24)이 회전하게 되고 이에 따라 맞물려 있는 무게추 기어(21)와 중간 기어(22) 및 발전기 기어(23)가 회전하면서 발전기 기어축(26)에 연결되어 있는 전기발전기(27a, 27b)에서 전기를 생산하는 특징을 가진 밀폐형 파력발전기.
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