WO2012015146A1 - 파도력 발전장치 - Google Patents

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WO2012015146A1
WO2012015146A1 PCT/KR2011/002885 KR2011002885W WO2012015146A1 WO 2012015146 A1 WO2012015146 A1 WO 2012015146A1 KR 2011002885 W KR2011002885 W KR 2011002885W WO 2012015146 A1 WO2012015146 A1 WO 2012015146A1
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wave
hydraulic
generator
cylinder
frame
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PCT/KR2011/002885
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송기석
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Song Ki-Suk
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a wave power generation device, and more particularly, inexpensive using the ocean wave force (force acting in parallel to the horizontal line by the pushed and pushed waves) in accordance with the cycle of the wave
  • the present invention relates to a wave power generating apparatus capable of producing electric power in an environmentally friendly manner.
  • electric power generation is classified into hydroelectric power generation using water drop, thermal power generation using combustion heat of fuel, and nuclear power generation using nuclear power, depending on the source of power used.
  • the conventional technique for tidal power generation is a method of generating power by converting the vertical movement of the wave into a rotational movement.
  • power generation facilities should be installed in a floating state at sea, so there are many difficulties in the installation of buoyancy bodies and the construction of structures.
  • Korean Patent No. 10-0886837 proposes a new concept of power generation that uses the wave force, the horizontal kinetic energy generated as the waves are repeatedly pushed from the sea side to the land side. have.
  • the present invention was made by further research based on the invention of the Republic of Korea Patent No. 10-0886837, a wave power generation device capable of generating power by using a wave force, as well as continuous power generation regardless of the period of the wave To provide, the purpose is.
  • Wave power generator is a frame installed on the coast, a generator for producing electric power by the rotational movement of the rotor (rotor), receiving the reciprocating horizontal kinetic energy of the wave force on the land side or land
  • a generator for producing electric power by the rotational movement of the rotor (rotor) receiving the reciprocating horizontal kinetic energy of the wave force on the land side or land
  • the linear motion of the drive unit is installed in the frame is converted to rotational motion It includes a power transmission for transmitting to the rotor of the generator.
  • the drive unit is installed in a submerged state below the sea surface of the sea and formed in a tubular shape so as to effectively receive the wave force, one end is connected to the hydraulic body and the other end is connected to the power transmission unit And a plurality of link members installed between the frame and the hydraulic body to support the hydraulic body so that the pendulum moves about the frame as the wave force acts.
  • the hydraulic elements are arranged in multiple stages so that at least one hydraulic element that does not exist on the same virtual line exists when a plurality of imaginary lines are drawn in parallel with the wave of the wave.
  • the hydraulic element is preferable because setting the intervals between the stages and the stages so as not to be equal to each other can effectively cope with various cycles of the variance.
  • the link member may be composed of two to five joints.
  • the power transmission unit is configured to convert the reciprocating motion of the drive unit into a rotational motion in one direction by using a one-way clutch or a pressure fluid, etc. to be transmitted to the rotor of the generator.
  • the wave power generating apparatus since the hydraulic elements are arranged in multiple stages so as not to have the same intervals, the characteristics of the waves that have been repeatedly pushed are changed in the direction in which the direction of force is reversed. The force of the other shoulder acts even in the resting period, so that the wave force can act on the driving unit continuously, and it is possible to continuously generate power for 24 hours.
  • the hydraulic body effectively supports the hydraulic body corresponding to the irregular height and width when the wave force is applied. It is possible to do
  • FIG. 1 is a block diagram conceptually illustrating a wave power generator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a wave power generating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a partially enlarged perspective view illustrating an installation state of a hydraulic body in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view showing the shape of a hydraulic body in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially enlarged side view illustrating a state in which a wheel is installed on a frame and a lifting wire is installed on a hydraulic body in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing another example of the hydraulic body in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partially enlarged side view illustrating an operation process of a hydraulic body and a link member in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view conceptually illustrating a main part of the wave power generating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a pneumatic pneumatic circuit diagram showing a state in which a power transmission unit is implemented by applying a pneumatic pneumatic system in the wave power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partially enlarged perspective view illustrating an installation state of a hydraulic body in the wave power generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a partially enlarged perspective view illustrating a state in which a limiting member is installed in a link member in the wave power generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view conceptually illustrating a wave power generator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a partially enlarged perspective view illustrating a frame to which a multi-stage boom structure is applied in the wave power generator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a side view conceptually showing a wave power generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a partially enlarged perspective view illustrating a state in which a traction wire is wound around a winch shaft in a wave power generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the wave power generator includes a frame 100, a generator 200, a driver 300, and a power transmitter 500. It is made to include.
  • the frame 100 is made of a rigid body and is installed on land and coast adjacent to the sea.
  • the frame 100 is firmly installed so as to maintain a fixed position even when a wave acts.
  • the frame 100 may be provided with wheels 180 so as to release the fixed state and move to land to evacuate to a safe place when there is a fear of a storm or tsunami.
  • the frame 100 may be configured to be disassembled and moved, and may be configured to move the entire frame 100 at the same time.
  • the generator 200 is composed of a device for producing electric power by the rotational movement of the rotor (rotor). Since the generator 200 can be implemented by applying various known generator configurations for converting mechanical kinetic energy into electrical energy, a detailed description thereof will be omitted.
  • the drive unit 300 receives the reciprocating horizontal kinetic energy of the wave force reciprocating from the sea to the land side or land to the sea (relatively forward and backward reciprocating motion or pendulum motion relative to the frame 100 installed in a fixed position) Install to do this.
  • the driving unit 300 is installed under the sea level of the sea, and is provided with a hydraulic body 310 under wave force, and one end portion thereof is connected to the hydraulic body 310.
  • the opposite end portion includes a connecting rod 350 connected to the power transmission unit 500.
  • the frame 100 may be provided with a guide rail (not shown) to minimize shaking and rocking when the connecting rod 350 moves forward (moving toward the sea) and backward (moving toward the land).
  • the guide rail may be configured by a guide tube or guide tunnel method through which the connecting table 350 is inserted, or may be configured by forming a guide groove.
  • the connecting rod 350 may be formed and used in a rod shape, or may be implemented by applying various structures capable of maintaining sufficient strength in response to wave force such as a ladder shape or a truss structure.
  • the hydraulic body 310 is formed in a box shape in which one side toward the sea is opened.
  • the hydraulic member 310 is preferably formed in a box shape in which the inner surface is concave from the sea side to the land side, so that the sea wave flows efficiently when the wave is pushed in, so that the hydraulic force acts efficiently.
  • the hydraulic member 310 can be formed to have various cross-sectional shapes such as "U” shape, "V” shape, "c” shape, and "C” shape.
  • the hydraulic body 310 arranges the upper plate 312 in parallel with the horizontal line, and arranges the lower plate 314 at a predetermined angle (for example, 10 to 80 degrees) with the upper plate 312. It is arranged in a shape that meets with) to connect integrally to form.
  • the portion where the upper plate 312 and the lower plate 314 are connected to each other may be configured to be directly connected, it is also possible to install a separate back plate (313).
  • the hydraulic body 310 is formed in a box shape by installing a pair of side plates 315 on the left and right sides of the upper plate 312 and the lower plate 314.
  • the hydraulic body 310 configured as described above is installed to enable the forward and backward reciprocating motion or the pendulum motion with respect to the frame 100 through the plurality of link members 370.
  • the link member 370 is rotatably connected to the fixing bracket 178 installed on the frame 100 using a hinge pin 379 and the other end thereof. Is rotatably connected to the support bracket 378 installed on the upper plate 312 of the hydraulic body 310 using a hinge pin (379).
  • the link member 370 has been described as having two joints in FIGS. 3 and 4, the link member 370 may be configured by one joint or may be configured by three or more joints. Preferably, the link member 370 is composed of two to five joints, which is more advantageous in terms of strength, manufacturing, and freedom of movement.
  • the link member 370 may be provided with a limiting member 376 to be selected as necessary to prevent bending of the joint.
  • the link member 370 is free to bend the joint. Maintain state.
  • the link member 370 does not bend the joint and maintains one rigid state.
  • one end of the link member 370 is rotatably connected to the fixing bracket 178 installed on the frame 100 using a hinge pin 379, and the other end thereof. It is also possible to rotatably connect to the support bracket 378 installed on the side plate 315 or the back plate 313 of the hydraulic body 310 using a hinge pin (379).
  • the link member 370 may be rotatably connected to the other end of the hydraulic member 310 as shown in Figure 3, the lower end of the hydraulic member 310 as shown in FIG. It is also possible to connect rotatably to the side.
  • the link members 370 installed on one hydraulic member 310 may be configured to have the same number of joints as shown in FIG. 3, and as shown in FIG. 10, in front of the hydraulic member 310. It is also possible to configure the number of joints of the link member 370 to be installed and the link member 370 to be installed on the back differently.
  • the link member 370 installed at the front of the hydraulic body 310 is configured to have two or more joints so that the joint can be folded, and the hydraulic body 310 is provided.
  • Link member 370 installed at the rear of the) is configured to install the configuration in one joint) can also be installed so that no bending occurs.
  • the link member 370 installed at the rear of the hydraulic member 310 may be formed of two or more joints, and a limiting member 376 may be installed to selectively change the state of the joint as necessary. Do.
  • the hydraulic body 310 may be provided with a buoyant body made of a porous foam-shaped synthetic resin, a bag filled with air, a box-shaped structure filled with air, and the like.
  • an upper portion of the hydraulic element 310 may be detachably connected to an air hose (not shown) for injecting or extracting air therein.
  • the structure according to the embodiment of the present invention for supporting the frame 100 using the link member 370 without using a buoyancy body is very effective for the installation of the hydraulic body 310.
  • the state of the link member 370 is changed (as shown by a solid line, a double-dot chain line, and a single-dot chain line in FIG. 7). For example, it is possible to move the hydraulic body 310 up and down as well as the back and forth reciprocating motion at the same time as the hydraulic line 310 is changed to a state such as a solid line-> two-dot chain line-> one-dot chain line-> solid line). It is possible.
  • the link member 370 when the link member 370 is installed as described above, by limiting the movement of the hydraulic member 310 to the left and right (lateral direction perpendicular to the traveling direction of the wave), it also serves to guide the wave force to operate only in the front-rear direction Will be performed.
  • Each joint of the link member 370 may be configured as a single member, or may be configured as a ladder structure or a truss structure using a plurality of members having excellent strength.
  • the wave may not directly act on the hydraulic body 310. It is also possible to connect the lifting wire 130 connected to the winch (not shown) to the hydraulic body 310 so as to lift the hydraulic body 310 to the height.
  • the frame 100 may be provided with a guide roller 136 for guiding the lifting wire 130.
  • the front plate (sea side) of the hydraulic body 310 may be provided with a guide plate 317 to be inclined inward to effectively guide the incoming waves to the internal space.
  • the guide plate 317 is preferably installed to be inclined outward to a larger area than the inlet of the hydraulic member 310 to guide more seawater to the inner space quickly.
  • the guide plate 317 may be installed both in the top, bottom, left and right, and may be installed only on the top or the top and left and right sides.
  • the hydraulic members 310 are arranged in the frame 100 in a plurality of stages in a plan view so that the plurality of hydraulic components 310 do not contact with the waves at the same time.
  • At least one hydraulic member 310 that does not exist on the same virtual line is drawn when a plurality of virtual lines (represented by a double-dotted line) are drawn in parallel with the wave of the wave. It is preferable to arrange in multiple stages so that an abnormality may exist.
  • the waves of the waves are pushed towards the land in cycles of 7 to 14 seconds when they are weak and 4 to 6 seconds when they are strong. There is also a toilet paper. Therefore, when all the hydraulic body 310 is installed to contact the same wave at the same time, there is a problem that the wave force does not work continuously.
  • the plurality of hydraulic bodies 310 are installed in a plurality of stages by setting positions in contact with the waves in order to correspond to various cycles of the waves, waves are acting on one hydraulic body 310, and It is possible to apply the wave force continuously without a rest period such as the wave force starts to act on the other hydraulic body 310 with a time difference (different from the period of the wave).
  • the hydraulic element 310 is preferably arranged so that the interval between the stages and the stages is not equal to each other, so that it can effectively correspond to the period (Pw) (or the pitch of the wave) of the variable varying.
  • Pw period
  • the distance D1 between the hydraulic pressure element 310 in the first stage and the hydraulic pressure element 310 in the second stage, and the hydraulic pressure element 310 in the second stage and the hydraulic pressure element 310 in the third stage. Set the intervals D2 differently.
  • the space D1 between the first stage hydraulic body 310 and the second stage hydraulic body 310 and the second stage hydraulic body 310 and the third stage hydraulic body 310 It is preferable to set (D2) not to be equal to the period Pw of the shoulder.
  • a part of the said frame 100 can also be comprised by the multistage boom structure.
  • the hydraulic body 310 of the first stage is moved backwards (indicated by a double-dotted line) to move the hydraulic body 310 of the first stage and the first stage. It is possible to change the space
  • the connecting table 350 is rotatably connected to one end of the hydraulic body 310.
  • a boss member 358 protruding upward from the upper plate 312 of the hydraulic body 310 is installed, and a hinge pin 359 or the like is attached to the boss member 358 at the end of the connecting rod 350. Rotatably connected.
  • an excessive force may be prevented from being applied to the connecting rod 350 even when the direction in which the wave force acts is not constant.
  • the force (wave strength) to move with the wave acts on the hydraulic body 310 in accordance with the horizontal reciprocating motion that the wave is pushed toward the land from the sea side. Therefore, the hydraulic body 310 repeatedly performs the reciprocating movement from the sea side to the land side, and the connecting rod 350 connected to the hydraulic body 310 moves forward with respect to the frame 100 (movement from the land side to the sea side) and A straight reciprocating motion is repeated, reversing (moving from sea to land).
  • the power transmission unit 500 converts the linear movement of the driving unit 300 into a rotational movement and transmits the rotational movement to the rotor of the generator 200.
  • the power transmission unit 500 may be installed on the frame 100 or may be installed on the land side of the coast.
  • the power transmission unit 500 is configured to convert the reciprocating motion of the drive unit 300 into a rotational motion in one direction by using a one-way clutch or a pressure fluid, and to transmit to the rotor of the generator 200.
  • the power transmission unit 500 may be implemented by applying a hydraulic pressure system using a pressure fluid.
  • the power transmission unit 500 includes a cylinder 410 that is connected to and operated by the connecting rod 350 of the driving unit 300.
  • a piston 420 installed inside the cylinder 410 is connected to the connection table 350.
  • connection between the rod of the piston 420 and the connecting rod 350 is irregular to use a universal joint, a flexible coupling, a hinge connection, etc. so as to be able to rotate vertically or horizontally. Even if the path of the forward and backward movement of the connecting rod 350 is slightly changed according to the movement of the wave, the piston 420 is preferably moved in a constant and stable manner inside the cylinder 410 at all times.
  • the cylinder 410 is connected to a pressure transport pipe 418 through which the pressure fluid therein is discharged, and a fluid supply pipe 427 connected to the pressure fluid supply source 430 to supply the pressure fluid to the cylinder 410.
  • the pressure fluid supply source 430 is configured as a storage tank for storing the pressure fluid.
  • the pressure fluid stored in the pressure fluid supply source 430 is a cylinder through the fluid supply pipe 427 by the vacuum pressure generated according to the backward movement of the cylinder 410 (movement in the direction in which the hydraulic fluid 310 moves toward the sea). It is forced to move to (410).
  • both gas and hydraulic oil incompressible liquid
  • hydraulic oil of a hydraulic system that can use high pressure and precisely control the pressure.
  • the cylinder 410 uses a pneumatic cylinder when using gas as a pressure fluid, and uses a hydraulic cylinder when using hydraulic fluid as a pressure fluid.
  • the cylinder 410 is provided with a first check valve 432 and a second check valve 433 at the point where the pressure transport pipe 418 and the fluid supply pipe 427 is connected.
  • the first check valve 432 discharges the pressure fluid toward the pressure transport pipe 418 when the cylinder 410 moves forward (moving in the direction in which the hydraulic fluid 310 moves toward the land under wave force). Although it is possible, the pressure fluid is installed to block the inflow into the cylinder 410 from the pressure transport pipe 418 side.
  • the second check valve 433 is capable of introducing pressure fluid from the fluid supply pipe 427 toward the cylinder 410 when the cylinder 410 moves backward, but the pressure fluid flows from the cylinder 410 to the fluid supply pipe. Emissions to (427) are provided to block.
  • the power transmission unit 500 includes a pump 510 to which the pressure transport pipe 418 is connected and generates a rotational force by a pressure fluid injected from the pressure transport pipe 418, and the pump. It further comprises a rotational force transmission device 520 for transmitting the rotational force of the 510 to the rotor of the generator 200.
  • the pump 510 is a pump of various structures (in this case, the term pump is used, but since the turbine structure can also perform the same function, hereinafter, the pump will also be used as a meaning including the turbine structure). Do.
  • the pump 510 may be a centrifugal pump, a four-flow pump, an axial pump, a rotary pump, or the like.
  • the pump 510 is generally used as a function of the prime mover by using a function of a pump used to pump pressure fluid in reverse.
  • the function of a general pump operates to pump pressure fluid sucked into the inlet to the outlet by rotating the shaft with a rotational force such as a motor, but the pump 510 rotates as the pressure fluid flows into the shaft.
  • Install and use to print Since the technique of using the pump 510 as a function of the prime mover as described above is a widely disclosed technique, detailed description thereof will be omitted.
  • the pump 510 generates a rotational force while the shaft of the rotating vehicle rotates as the pressure fluid transferred and injected through the pressure transport tube 418 collides with the rotating vehicle (impeller).
  • a drain pipe 438 for recovering the pressure fluid used to generate the rotational force in the pump 510 to the pressure fluid supply source 430 may be connected to the outlet of the pump 510.
  • the wave power generator according to the fourth embodiment of the present invention as shown in Figure 14, the generator 200 and the power transmission unit 500 accommodated and installed in the generator tower 800, the generator tower ( The fixed tower 900 is installed between the 800 and the drive unit 300 is installed on the sea side.
  • the generator tower 800 is installed to be movable on land.
  • the fixed tower 900 is formed of a structure that is fixed to the ground position is built, the fixed tower 900, the traction motor 930 is fixedly installed.
  • the generator tower 800 and the drive unit 300 is preferably provided with a sliding plate, wheels, caterpillar or the like on the bottom side to enable sliding or rolling movement.
  • the rails or tracks are preferably installed on the ground of the region where the generator tower 800 and the driving unit 300 are installed, for smooth movement of the generator tower 800 and the driving unit 300.
  • One end of the different towing wire 920 is connected to the fixed tower 800 and the driving unit 300, and as shown in FIG. 15, the other end of the towing wire 920 is the towing motor (
  • the winch shaft 910 connected to the shaft of 930 is connected to be wound in opposite directions to each other.
  • the generator tower 800 and the drive unit 300 is integrally moved toward the sea (represented by the dashed line) or to the land ( Solid lines).
  • the hydraulic body 310 of the drive unit 300 When the wave force is pushed toward the land acts on the hydraulic body 310 of the drive unit 300, the hydraulic body 310 is moved to the land side, the hydraulic body 310 is connected to the Connecting rod 350 is a reverse movement (moving from the sea side to the land side), the piston 420 of the power transmission unit 500 connected to the connecting rod 350 is the direction in which the pressure fluid inside the cylinder 410 Will be moved to.
  • the first check valve 432 is opened while the second check valve 433 is closed to close the cylinder.
  • the pressure fluid inside the 410 is moved through the pressure transport pipe 418.
  • the pressure fluid moving through the pressure transport pipe 418 generates a rotational force while passing through the pump 510, and rotates the rotor of the generator 200 through the rotational force transmission device 520, the power generation is made.
  • the wave force applied to the at least one hydraulic member 310 in the above acts, even when a break occurs in order to push the wave toward the sea, the wave force is applied to the other hydraulic member 310, Continuous development is possible.
  • the power transmission unit 500 has been described using a pneumatic system such as a cylinder 410, but the present invention is not limited thereto. It is possible to carry out by applying a variety of mechanical devices capable of converting the forward and backward reciprocating motion of the sieve 310 to the rotational motion to be transmitted to the rotor of the generator (200). For example, it is also possible to configure the power transmission unit 500 by applying the motion switching unit and the one-way rotation described in Korean Patent No. 10-0886837.

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Abstract

본 발명은 파도력을 이용하여 발전을 행함은 물론 파도의 주기에 관계없이 연속적으로 발전을 행하는 것이 가능한 파도력 발전장치를 제공한다. 본 발명의 파도력 발전장치는 해안에 설치되는 프레임과, 로터의 회전운동에 의하여 전력을 생산하는 발전기와, 파도력의 왕복 수평운동 에너지를 받아 바다에서 육지쪽 또는 육지에서 바다쪽으로 왕복운동을 행하며 복수의 수압체가 파도와 동일하게 접하지 않도록 평면에서 보아서 다단으로 배열되어 프레임에 설치되는 구동부와, 프레임에 설치되고 구동부의 직선운동을 회전운동으로 변환하여 발전기의 로터로 전달하는 동력전달부를 포함한다.

Description

파도력 발전장치
본 발명은 파도력 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파도의 주기에 맞추어 바다의 파도력(밀려왔다 밀려가는 파도에 의하여 수평선에 대하여 평행하게 작용하는 힘)을 순차적으로 매우 효율적으로 이용하여 저렴하고 환경친화적으로 전력을 생산하는 것이 가능한 파도력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력을 생산(발전)하는 방식으로는 이용하는 힘의 근원에 따라, 물의 낙차를 이용하는 수력 발전, 연료의 연소열을 이용하는 화력 발전, 원자력을 이용하는 원자력 발전 등으로 분류한다.
최근에는 화력이나 원자력, 수력 등을 대체할 에너지원으로 풍력, 태양열, 태양광, 조력 등의 자연력을 이용하여 발전을 행하는 기술에 대한 관심이 새롭게 높아지고 있으며, 환경친화적인 녹색 에너지로서 차세대 성장산업으로 각광을 받고 있다.
그리고 바다의 힘을 이용하는 조력 발전의 경우에는 바다에 접한 지역이나 섬 지역의 경우에 적합한 발전 기술로서, 24시간 지속적으로 발전을 행하는 것이 가능하고, 발전시설의 건설비용도 풍력이나 태양광 등에 비하여 상대적으로 저렴하다는 이점이 있다.
종래 조력 발전을 위한 기술은 대부분 파도의 상하 수직운동을 회전운동으로 변환하여 발전을 행하는 방식이다. 파도의 상하 수직운동 에너지를 이용하여 발전을 행하는 경우에는 발전시설을 바다에 띄운 상태로 설치하여야 하므로, 부력체의 설치와 구조물의 건설에 많은 어려움이 있다.
대한민국 특허 제10-0886837호에는 파도가 반복적으로 바다쪽에서 육지쪽을 밀려왔다 다시 육지쪽에서 바다쪽으로 밀려감에 따라 발생하는 수평운동에너지인 파도력을 이용하여 발전을 행하는 새로운 개념의 발전방식이 제안되고 있다.
본 발명은 대한민국 특허 제10-0886837호의 발명을 기본으로 추가적인 연구를 진행하여 이루어진 것으로서, 파도력을 이용하여 발전을 행함은 물론 파도의 주기에 관계없이 연속적으로 발전을 행하는 것이 가능한 파도력 발전장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파도력 발전장치는 해안에 설치되는 프레임과, 로터(rotor)의 회전운동에 의하여 전력을 생산하는 발전기와, 파도력의 왕복 수평운동 에너지를 받아 바다에서 육지쪽 또는 육지에서 바다쪽으로 왕복운동을 행하며 복수의 수압체가 파도와 동일하게 접하지 않도록 평면에서 보아서 다단으로 배열되어 상기 프레임에 설치되는 구동부와, 상기 프레임에 설치되고 상기 구동부의 직선운동을 회전운동으로 변환하여 상기 발전기의 로터로 전달하는 동력전달부를 포함하여 이루어진다.
상기 구동부는 바다의 해수면 아래에 잠긴 상태로 설치되고 파도력을 효과적으로 받도록 통형상으로 형성되는 복수의 수압체와, 한쪽 끝부분은 상기 수압체에 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 동력전달부에 연결되는 연결대와, 상기 프레임과 수압체 사이에 설치되어 파도력이 작용함에 따라 상기 프레임을 중심으로 진자운동을 하도록 상기 수압체를 지지하는 복수의 링크부재를 포함하여 이루어진다.
상기에서 수압체는 파도의 너울과 평행하게 다수의 가상선을 그은 경우에 서로 동일 가상선상에 존재하지 않는 수압체가 적어도 하나이상이 존재하도록 다단으로 배열 설치한다.
상기 수압체는 단과 단 사이의 간격을 서로 동일하지 않게 설정하는 것이 다양하게 변화하는 너울의 주기에 효과적으로 대응할 수 있으므로 바람직하다.
상기 링크부재는 2~5개의 관절로 구성하는 것도 가능하다.
상기 동력전달부는 일방향클러치나 압력유체 등을 이용하여 상기 구동부의 왕복운동을 한쪽방향의 회전운동으로 변환하여 상기 발전기의 로터로 전달하도록 구성한다.
본 발명의 실시예에 따른 파도력 발전장치에 의하면, 수압체를 간격이 동일하지 않게 다단으로 배열하여 설치하므로, 반복적으로 밀려왔다 밀려가는 파도의 특성상 힘의 작용방향이 반대로 바뀌는 순간의 각 너울의 휴지기에도 다른 너울의 힘이 작용하게 되어 연속적으로 파도력이 구동부에 작용하는 것이 가능하고, 24시간 지속적으로 발전을 행하는 것이 가능하다.
또 본 발명의 실시예에 따른 파도력 발전장치에 의하면, 링크부재를 이용하여 수압체를 진자운동이 가능하게 지지하므로, 파도력이 작용할 때에 불규칙한 너울의 높이와 폭에 대응하여 수압체를 효과적으로 지지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치를 개념적으로 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치를 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 수압체의 설치상태를 나타내는 부분확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 수압체의 형상을 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 프레임에 바퀴를 설치하고 승강와이어를 수압체에 설치한 상태를 나타내는 부분확대 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 수압체의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 수압체 및 링크부재의 작동과정을 나타내는 부분확대 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치의 주요부를 개념적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 동력전달부를 유공압시스템을 적용하여 실시한 상태를 나타내는 유공압회로도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 수압체의 설치상태를 나타내는 부분확대 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 링크부재에 제한부재를 설치한 상태를 나타내는 부분확대 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 파도력 발전장치를 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 다단붐 구조가 적용된 프레임을 나타내는 부분확대 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 파도력 발전장치를 개념적으로 나타내는 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 파도력 발전장치에 있어서 윈치축에 견인와이어가 감긴 상태를 설명하기 위한 부분확대 사시도이다.
다음으로 본 발명에 따른 파도력 발전장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 동일한 기능을 하거나 동일하게 구성되는 부품이나 장치에는 동일한 참조번호를 부여하고, 반복적인 설명은 생략한다.
먼저 본 발명의 제1실시예에 따른 파도력 발전장치는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 프레임(100)과, 발전기(200)와, 구동부(300)와, 동력전달부(500)를 포함하여 이루어진다.
상기 프레임(100)은 강체로 이루어지고, 바다에 인접한 육지 및 해안에 설치한다.
상기 프레임(100)은 파도가 작용하는 경우에도 위치가 고정된 상태를 유지하도록 견고하게 고정 설치한다.
상기 프레임(100)에는 도 5에 나타낸 바와 같이, 폭풍이나 해일 등의 우려가 있는 경우 고정된 상태를 해제하고 육지쪽으로 이동하여 안전한 장소에 대피시킬 수 있도록 바퀴(180)를 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 프레임(100)이 설치되는 해안이나 육지의 바닥에는 프레임(100)의 이동을 안내하기 위한 레일(도면에 나타내지 않음)을 설치하는 것도 가능하다.
상기 프레임(100)은 일부를 분해하여 이동할 수 있도록 구성하는 것도 가능하고, 전체 프레임(100)을 동시에 이동할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 발전기(200)는 로터(rotor)의 회전운동에 의하여 전력을 생산하는 장치로 구성된다. 상기 발전기(200)는 기계적인 운동에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 공지된 다양한 발전기의 구성을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 구동부(300)는 파도력의 왕복 수평운동 에너지를 받아 바다에서 육지쪽 또는 육지에서 바다쪽으로 왕복운동(고정된 위치에 설치되는 상기 프레임(100)에 대하여 상대적으로 전후진 왕복운동 또는 진자운동)을 행하도록 설치한다.
상기 구동부(300)는 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 바다의 해수면 아래에 잠긴 상태로 설치되고 파도력을 받는 수압체(310)와, 상기 수압체(310)에 한쪽 끝부분이 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 동력전달부(500)에 연결되는 연결대(350)를 포함하여 이루어진다.
상기 프레임(100)에는 상기 연결대(350)가 전진(바다쪽으로 이동) 및 후진(육지쪽으로 이동)할 때에 흔들림과 출렁거림을 최소화하기 위하여 안내레일(도면에 나타내지 않음)을 설치하는 것도 가능하다. 상기 안내레일은 연결대(350)가 관통 삽입되는 안내관이나 안내터널 방식으로 구성하는 것도 가능하고, 안내홈을 형성하는 방식으로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들면 연결대(350)에 바퀴를 설치하고, 상기 바퀴가 안내레일에 결합되어 미끄럼 또는 구름 접촉하면서 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 연결대(350)는 봉형상으로 형성하여 사용하는 것도 가능하고, 사다리형상이나 트러스 구조 등의 파도력에 대응하여 충분한 강도를 유지할 수 있는 다양한 구조를 적용하여 실시하는 것도 가능하다.
상기 수압체(310)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 바다쪽을 향한 한쪽면이 개방되는 상자형상으로 형성한다.
상기 수압체(310)는 바다쪽에서 육지쪽으로 오목하게 내면이 형성되는 상자형상으로 형성하는 것이 파도가 밀려올 때 바닷물이 유입되면서 파도력이 효율적으로 작용하게 되므로 바람직하다. 예를 들면, 상기 수압체(310)는 "U"형상, "V"형상, "ㄷ"형상, "C"형상 등의 다양한 단면형상을 갖도록 형성하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 수압체(310)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상판(312)을 수평선과 평행하게 배치하고, 하판(314)을 상기 상판(312)과 소정의 각도(예를 들면 10∼80도)로 만나는 형상으로 배치하여 일체로 연결하여 형성한다.
상기 상판(312)과 하판(314)이 서로 연결되는 부분은 직접 연결되도록 구성하는 것도 가능하고, 별도의 후면판(313)을 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 하판(314)을 수평선에 대하여 경사지게 배치하여 설치하면, 바닷물과 함께 상기 수압체(310) 내부로 유입되는 모래나 갯벌 진흙, 이물질, 어패류 등이 바닷물이 빠져나갈 때에 자연스럽게 흘러내리면서 제거되는 효과가 얻어진다.
상기 수압체(310)는 상판(312)과 하판(314)의 좌우 측면에 한쌍의 측면판(315)을 설치하여 상자형상으로 형성한다.
상기와 같이 구성되는 수압체(310)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 링크부재(370)를 통하여 상기 프레임(100)에 대하여 전후진 왕복운동 또는 진자운동이 가능하도록 설치된다.
상기 링크부재(370)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 한쪽 끝부분은 상기 프레임(100)에 설치되는 고정브라켓(178)에 힌지핀(379)을 이용하여 회전가능하게 연결되고, 다른쪽 끝부분은 상기 수압체(310)의 상판(312)에 설치되는 지지브라켓(378)에 힌지핀(379)을 이용하여 회전가능하게 연결된다.
상기와 같이 링크부재(370)를 이용하여 수압체(310)를 프레임(100)에 연결 설치하게 되면, 파도력이 수압체(310)에 작용함에 따라 상기 프레임(100)을 중심으로 상기 수압체(310)가 진자운동(또는 전후진 왕복운동)을 행하게 된다.
상기 링크부재(370)는 도 3 및 도 4에는 2개의 관절로 이루어지는 것으로 설명하였지만, 1개의 관절로 구성하는 것도 가능하고, 3개 이상의 관절로 구성하는 것도 가능하다. 바람직하게는 상기 링크부재(370)는 2~5개의 관절로 구성하는 것이 강도 및 제조, 운동의 자유도 예측 등의 측면에서 보다 유리하다.
상기 링크부재(370)에는 도 11에 나타낸 바와 같이, 필요에 따라 선택하여 관절의 꺽임을 방지할 수 있도록 제한부재(376)를 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 제한부재(376)를 설치하는 경우에는, 상기 제한부재(376)를 관절부위로부터 벗어나는 위치에 위치시키면(도 11에서 실선으로 나타낸 상태), 해당 링크부재(370)는 관절이 자유롭게 꺽이는 상태를 유지한다. 또한 상기 제한부재(376)를 관절부위에 위치하도록 이동시키면(도 11에서 이점쇄선으로 나타낸 상태), 해당 링크부재(370)는 관절이 꺽이지 못하며, 하나의 강체 상태를 유지하게 된다.
상기 링크부재(370)는 도 10에 나타낸 바와 같이, 한쪽 끝부분은 상기 프레임(100)에 설치되는 고정브라켓(178)에 힌지핀(379)을 이용하여 회전가능하게 연결되고, 다른쪽 끝부분은 상기 수압체(310)의 측면판(315) 또는 후면판(313)에 설치되는 지지브라켓(378)에 힌지핀(379)을 이용하여 회전가능하게 연결하는 것도 가능하다.
상기 링크부재(370)는 다른쪽 끝부분을 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 수압체(310)의 상면쪽에 회전가능하게 연결하는 것도 가능하고, 도 10에 나타낸 바와 같이 상기 수압체(310)의 하단쪽에 회전가능하게 연결하는 것도 가능하다.
상기 수압체(310) 하나에 설치되는 상기 링크부재(370)는 도 3에 나타낸 바와 같이 모두 동일한 관절수를 갖도록 구성하는 것도 가능하고, 도 10에 나타낸 바와 같이 상기 수압체(310)의 앞쪽에 설치되는 링크부재(370)와 뒤쪽에 설치되는 링크부재(370)의 관절수를 서로 다르게 구성하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 수압체(310)의 앞쪽에 설치되는 링크부재(370)는 2개 이상의 관절을 갖도록 구성하여 관절의 꺽임이 가능하도록 설치하고, 상기 수압체(310)의 뒤쪽에 설치되는 링크부재(370)는 1개의 관절로 구성를 설치하는 구성)하여 꺽임이 발생하지 않도록 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 수압체(310)의 뒤쪽에 설치되는 링크부재(370)를 2개 이상의 관절로 구성하고, 필요에 따라 선택적으로 관절의 상태를 변경하는 것이 가능하도록 제한부재(376)를 설치하는 것도 가능하다.
상기 수압체(310)에는 도면에 나타내지 않았지만, 다공질체인 폼형상 합성수지, 공기가 채워지는 주머니, 내부가 공기로 채워지는 상자형상의 구조물 등으로 이루어지는 부력체를 설치하는 것도 가능하다.
그리고 상기 수압체(310)의 상부에는 내부로 공기를 주입하거나 빼내기 위한 에어호스(도면에 나타내지 않음)를 분리가능하게 연결 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 파도에 충분한 내구성을 갖도록 대형으로 수압체(310)를 제조하는 경우에는 수압체(310) 자체의 무게가 수~수십톤으로 매우 무거우므로, 부력체를 이용하여 수압체(310)가 잠기는 높이를 제어하는 작업이 매우 어렵다.
따라서 부력체를 사용하지 않고 프레임(100)에 링크부재(370)를 이용하여 지지시키는 본 발명의 실시예에 따른 구조가 수압체(310)의 설치에 매우 효과적이다.
상기와 같이 다관절로 이루어지는 링크부재(370)를 이용하여 수압체(310)를 지지하게 되면, 도 7에 실선과 이점쇄선 및 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 링크부재(370)의 상태가 변경(예를 들면, 실선->이점쇄선->일점쇄선->실선 등의 상태로 변경)되면서 수압체(310)가 파도의 너울에 따라 상하로 이동하는 것이 가능함은 물론, 전후 왕복운동도 동시에 이루어지는 것이 가능하다.
따라서 파도력이 수압체(310)에 작용하는 경우에도 프레임(100)에 파도력이 그대로 전달되지 않게 되어 구조물의 파손을 방지하는 것이 가능하다.
그리고 상기와 같이 링크부재(370)를 설치하게 되면, 수압체(310)의 좌우(파도의 진행방향과 수직한 옆방향) 움직임을 제한하여, 파도력이 전후 방향으로만 작동하도록 안내하는 역할도 수행하게 된다.
상기 링크부재(370)의 각 관절은 단일 부재로 구성하는 것도 가능하고, 우수한 강도를 갖는 복수의 부재를 이용한 사다리구조 또는 트러스구조로 구성하는 것도 가능하다.
그리고 도 5에 나타낸 바와 같이, 파도의 너울 크기가 너무 커서 수압체(310)를 비롯한 구조물이 손상을 입거나 파손될 우려가 있는 경우에, 수압체(310)에 직접 파도가 작용하지 않게 해면에서 일정 높이까지 수압체(310)를 들어올리도록 윈치(도면에 나타내지 않음)와 연결된 승강와이어(130)를 수압체(310)에 연결 설치하는 것도 가능하다.
상기 프레임(100)에는 상기 승강와이어(130)를 안내하기 위한 안내롤러(136)를 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 수압체(310)에 승강와이어(130)를 연결하여 수압체(310)의 높이를 조절할 수 있도록 구성하게 되면, 파도의 크기에 대응하여 수압체(310)의 높이를 조정하는 것에 의하여 발전 출력의 조절을 행하는 것이 가능하다.
상기에서는 수압체(310)에 윈치와 연결된 승강와이어(130)를 연결 설치하여 높이를 조정하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 수압체(310)의 높이를 조절할 수 있는 다양한 구성을 적용하여 실시하는 것도 가능하다.
상기 수압체(310)의 전면(바다쪽)에는 도 6에 나타낸 바와 같이, 밀려오는 파도를 내부 공간으로 효과적으로 안내할 수 있도록 내부쪽으로 경사지게 안내판(317)을 설치하는 것도 가능하다.
상기 안내판(317)은 보다 많은 바닷물을 신속하게 내부 공간으로 안내할 수 있도록 수압체(310)의 입구보다 넓은 면적으로 바깥쪽으로 경사지게 돌출시켜 설치하는 것이 바람직하다.
상기 안내판(317)은 상하좌우에 모두 설치하는 것도 가능하고, 상면 또는 상면과 좌우면에만 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 안내판(317)을 설치하게 되면, 파도 에너지를 효과적으로 모아주게 되므로, 에너지 효율을 높이는 것이 가능하다.
상기 수압체(310)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 수압체(310)가 전부 동시에 파도와 동일하게 접하지 않도록 평면에서 보아서 다단으로 배열되어 상기 프레임(100)에 설치된다.
상기 수압체(310)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 파도의 너울과 평행하게 다수의 가상선(이점쇄선으로 나타냄)을 그은 경우에 서로 동일 가상선상에 존재하지 않는 수압체(310)가 적어도 하나이상이 존재하도록 다단으로 배열 설치하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 파도의 너울은 약할 때는 7~14초, 강할 때는 4~6초의 사이클로 육지쪽으로 밀려오며, 밀려왔다 방향을 바꾸어 밀려가는 사이에 잠시의 휴지기가 존재하게 되고, 밀려갔다 다시 밀려오는 사이의 휴지기도 존재하게 된다. 따라서 모든 수압체(310)가 동일한 파도의 너울에 동시에 접하도록 설치하게 되면, 파도력이 연속적으로 작용하지 않게 된다는 문제가 있다.
상기와 같이 복수의 수압체(310)를 파도의 다양한 주기에 대응하도록 파도와 순차적으로 접하는 위치를 설정하여 다단으로 배열 설치하게 되면, 하나의 수압체(310)에 파도가 작용하기 시작하고, 일정한 시간차(파도의 주기와 다른 시간차)를 두고 다른 수압체(310)에 파도력이 작용하기 시작하는 등 휴지기가 없이 연속으로 파도력을 작용시키는 것이 가능하다.
상기 수압체(310)는 단과 단 사이의 간격을 서로 동일하지 않게 다양하게 설정하여 배열하는 것이, 다양하게 변화하는 너울의 주기(Pw)(또는 파도의 피치)에 효과적으로 대응할 수 있으므로 바람직하다. 예를 들면, 제1단의 수압체(310)와 제2단의 수압체(310) 사이의 간격(D1)과 제2단의 수압체(310)와 제3단의 수압체(310) 사이의 간격(D2)을 서로 다르게 설정한다.
상기에서 제1단의 수압체(310)와 제2단의 수압체(310) 사이의 간격(D1)과 제2단의 수압체(310)와 제3단의 수압체(310) 사이의 간격(D2)은 너울의 주기(Pw)와 동일하지 않게 설정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1단의 수압체(310)와 제2단의 수압체(310) 사이의 간격(D1)과 제2단의 수압체(310)와 제3단의 수압체(310) 사이의 간격(D2)을 필요에 따라 조정할 수 있도록 상기 프레임(100)의 일부를 길이조절이 가능한 구조로 구성하는 것도 가능하다.
예를 들면 도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 프레임(100)의 일부를 다단붐 구조로 구성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 프레임(100)을 구성하게 되면, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1단의 수압체(310)를 뒤쪽으로 이동(이점쇄선으로 나타냄)시켜 제1단의 수압체(310)와 제2단의 수압체(310) 사이의 간격(D1)을 보다 좁게 변경시키는 것이 가능하다. 또한 반대로 제1단의 수압체(310)를 앞쪽을 이동시키는 것도 가능하다.
상기 연결대(350)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 수압체(310)에 한쪽 끝부분을 회전가능하게 연결한다.
예를 들면, 상기 수압체(310)의 상판(312) 위쪽으로 돌출하는 보스부재(358)를 설치하고, 상기 보스부재(358)에 연결대(350)의 끝부분을 힌지핀(359) 등을 이용하여 회전가능하게 연결한다. 상기와 같이 연결대(350)를 회전가능하게 연결하면, 파도력이 작용하는 방향이 일정하지 않은 경우에도 연결대(350)에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 구동부(300)에 의하면, 파도가 바다쪽에서 육지쪽으로 밀려왔다 밀려가는 수평왕복운동에 따라 수압체(310)에 파도와 함께 이동하려고 하는 힘(파도력)이 작용하게 된다. 따라서 상기 수압체(310)는 바다쪽에서 육지쪽으로의 왕복이동을 반복적으로 행하게 되고, 수압체(310)에 연결된 연결대(350)는 상기 프레임(100)에 대하여 전진(육지쪽에서 바다쪽으로의 이동)과 후진(바다쪽에서 육지쪽으로의 이동)을 반복하는 직선왕복운동을 하게 된다.
상기 동력전달부(500)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 구동부(300)의 직선운동을 회전운동으로 변환하여 상기 발전기(200)의 로터로 전달하는 기능을 수행한다.
상기 동력전달부(500)는 상기 프레임(100)에 설치하는 것도 가능하고, 해안가의 육지쪽에 설치하는 것도 가능하다.
상기 동력전달부(500)는 일방향클러치나 압력유체 등을 이용하여 상기 구동부(300)의 왕복운동을 한쪽방향의 회전운동으로 변환하여 상기 발전기(200)의 로터로 전달하도록 구성한다.
예를 들면 상기 동력전달부(500)는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 압력유체를 이용하여 유공압 시스템을 적용하여 실시하는 것도 가능하다.
상기 동력전달부(500)는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 구동부(300)의 연결대(350)에 연결되어 작동되는 실린더(410)를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 연결대(350)에는 상기 실린더(410) 내부에 설치되는 피스톤(420)이 연결된다.
상기에서 피스톤(420)의 로드와 상기 연결대(350) 사이의 연결은 상하 또는 좌우 회전이 가능하도록 자재이음(universal joint)이나 플렉시블 커플링(flexible coupling), 힌지(hinge) 연결 등을 이용하는 것이 불규칙한 파도의 움직임에 따라 연결대(350)의 전후진 운동의 경로가 약간씩 변경되어도 용이하게 대응하여 피스톤(420)의 이동이 실린더(410) 내부에서 항상 일정하게 안정적으로 이루어지므로 바람직하다.
상기 실린더(410)에는 내부의 압력유체가 배출되는 압력수송관(418)과, 압력유체공급원(430)과 연결되어 압력유체를 실린더(410) 내부로 공급하는 유체공급관(427)이 연결된다.
상기 압력유체공급원(430)은 압력유체를 저장하는 저장탱크로 구성한다. 상기 압력유체공급원(430)에 저장된 압력유체는 실린더(410)의 후진 운동(수압체(310)가 바다쪽으로 이동하는 방향의 운동)에 따라 발생하는 진공압에 의하여 유체공급관(427)을 통하여 실린더(410)쪽으로 강제로 이동하게 된다.
상기에서 압력유체공급원(430)으로부터의 압력유체의 공급이 실린더(410)의 진공압만으로는 충분하지 않을 경우에는 펌프(도면에 나타내지 않음)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기 압력유체공급원(430)으로부터 공급되는 압력유체로는 기체나 작동유(비압축성 액체) 모두 사용 가능하지만, 높은 압력의 사용이 가능하고 압력을 정밀하게 제어하는 것이 가능한 유압시스템의 작동유를 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 실린더(410)는 압력유체로 기체를 사용하는 경우에는 공압실린더를 사용하고, 압력유체로 작동유를 사용하는 경우에는 유압실린더를 사용한다.
상기 실린더(410)에는 상기 압력수송관(418) 및 유체공급관(427)이 연결되는 지점에 각각 제1역지밸브(432) 및 제2역지밸브(433)를 설치한다.
상기 제1역지밸브(432)는 상기 실린더(410)가 전진 운동(수압체(310)가 파도력을 받아 육지쪽으로 이동하는 방향의 운동)할 때에 압력유체를 압력수송관(418)쪽으로 배출하는 것은 가능하지만, 압력유체가 압력수송관(418)쪽에서 실린더(410) 내부로 유입되는 것은 차단하도록 설치된다.
상기 제2역지밸브(433)는 상기 실린더(410)가 후진 운동할 때에 상기 유체공급관(427)으로부터 압력유체가 실린더(410)쪽으로 유입되는 것은 가능하지만, 압력유체가 실린더(410)에서 유체공급관(427)쪽으로 배출되는 것은 차단하도록 설치된다.
상기 동력전달부(500)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 압력수송관(418)이 연결되고 압력수송관(418)으로부터 분사되는 압력유체에 의해 회전력을 발생시키는 펌프(510)와, 상기 펌프(510)의 회전력을 상기 발전기(200)의 로터로 전달하는 회전력전달장치(520)를 더 포함하여 이루어진다.
상기 펌프(510)는 다양한 구조의 펌프(여기에서는 펌프라는 용어를 사용하였지만, 터빈 구조 또한 동일한 기능을 수행하는 것이 가능하므로, 이하에서는 펌프에 터빈 구조도 포함하는 의미로 사용한다)가 모두 사용 가능하다. 예를 들면, 상기 펌프(510)로는 원심 펌프, 사류 펌프, 축류 펌프, 회전 펌프 등이 사용가능하다.
상기 펌프(510)는 일반적으로 압력유체를 압송하기 위하여 사용하는 펌프의 기능을 역으로 이용하여 원동기의 기능으로 사용한다. 예를 들면, 일반적인 펌프의 기능은 모터 등의 회전력으로 축을 회전시키는 것에 의하여 유입구로 흡입되는 압력유체를 출구로 압송하도록 작동하지만, 상기 펌프(510)는 압력유체가 유입됨에 따라 축이 회전하여 회전력을 출력하도록 설치하여 사용한다. 상기와 같이 펌프(510)를 원동기의 기능으로 사용하는 기술은 널리 공개된 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기 펌프(510)는 상기 압력수송관(418)을 통하여 이송되어 분사되는 압력유체가 회전차(impeller)에 충돌함에 따라 회전차의 축이 회전하면서 회전력이 발생한다.
상기와 같이 펌프(510)에서 회전력을 발생시키기 위하여 사용된 압력유체를 압력유체공급원(430)쪽으로 회수하기 위한 드레인관(438)을 상기 펌프(510)의 출구쪽에 연결하여 설치하는 것도 가능하다.
그리고 본 발명의 제4실시예에 따른 파도력 발전장치는 도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 발전기(200)와 동력전달부(500)를 발전기타워(800) 내부에 수용 설치하고, 상기 발전기타워(800)와 바다쪽에 설치되는 상기 구동부(300) 사이에 고정타워(900)를 설치한다.
상기 발전기타워(800)는 육지에 이동가능하게 설치된다.
상기 고정타워(900)는 지면에 위치가 고정되어 축조되는 구조물로 형성하며, 상기 고정타워(900)의 내부에는 견인모터(930)를 고정 설치한다.
상기 발전기타워(800)와 구동부(300)는 미끄럼이동 또는 구름이동이 가능하도록, 바닥쪽에 미끄럼판이나 바퀴, 무한궤도 등을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 발전기타워(800) 및 구동부(300)가 설치되는 지역의 지면에는 상기 발전기타워(800)와 구동부(300)의 원활한 이동을 위하여, 도면에 나타내지 않았지만, 레일이나 트랙을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 고정타워(800)와 구동부(300)에는 서로 다른 견인와이어(920)의 한쪽 끝부분이 연결되고, 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 견인와이어(920)의 다른쪽 끝부분은 상기 견인모터(930)의 축에 연결된 윈치축(910)에 서로 반대방향으로 권취되도록 연결된다.
상기와 같이 구성된 상태에서, 상기 견인모터(930)를 정회전 또는 역회전시킴에 따라 상기 발전기타워(800) 및 구동부(300)는 일체로 바다쪽으로 이동(이점쇄선으로 나타냄)하거나 육지쪽으로 이동(실선으로 나타냄)하게 된다.
상기와 같이 구성하게 되면, 조수 간만의 차에 따라 상기 구동부(300)의 위치를 파도력을 받기 가장 적합한 지점에 위치시키는 것이 가능하고, 발전효율을 증대시키는 것이 가능하다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 파도력 발전장치의 제1실시예에 의한 발전과정을 설명한다.
먼저, 파도가 육지쪽으로 밀려오는 파도력이 상기 구동부(300)의 수압체(310)에 작용하게 되면, 상기 수압체(310)가 육지쪽을 이동하게 되고, 상기 수압체(310)에 연결된 상기 연결대(350)가 후진운동(바다쪽에서 육지쪽으로 이동)을 하게 되고, 상기 연결대(350)와 연결된 상기 동력전달부(500)의 피스톤(420)이 실린더(410) 내부에서 압력유체를 압축하는 방향으로 이동하게 된다.
상기와 같이 피스톤(420)이 작동을 하여 실린더(410) 내부의 압력유체에 압력이 증가하게 되면, 제1역지밸브(432)는 개방되는 반면에 제2역지밸브(433)는 폐쇄되어, 실린더(410) 내부의 압력유체는 압력수송관(418)을 통하여 이동하게 된다.
상기에서 압력수송관(418)을 통하여 이동하는 압력유체는 펌프(510)를 통과하면서 회전력을 발생시키고, 회전력전달장치(520)를 통하여 발전기(200)의 로터를 회전시키게 되고, 발전이 이루어진다.
상기에서 적어도 하나의 수압체(310)에 밀려오는 파도력이 작용한 다음, 바다쪽으로 파도가 밀려가기 위하여 휴지기가 발생하는 경우에도, 다른 수압체(310)에는 밀려오는 파도력이 작용하게 되므로, 연속적인 발전이 가능해진다.
상기 수압체(310)에 밀려가는 파도력이 작용하게 되어 바다쪽으로 이동이 이루어지면, 피스톤(420)이 육지에서 바다쪽으로 이동하게 되고, 실린더(420) 내부에는 진공압이 발생하게 되고, 제1역지밸브(432)는 폐쇄되고 제2역지밸브(433)는 개방되는 상태로 되고, 압력유체공급원(430)으로부터 유체공급관(427)을 통하여 압력유체가 실린더(410) 내부를 채우게 된다.
상기와 같은 과정을 반복하면서 연속적으로 한쪽방향의 흐름만 압력수송관(418)을 통하여 펌프(510)에 작용하게 되고, 상기 펌프(510)의 회전방향은 항상 동일한 방향을 유지하게 되며, 연속적인 발전이 이루어진다.
상기 본 발명에 따른 파도력 발전장치의 제1실시예에 있어서는 동력전달부(500)를 실린더(410) 등의 유공압시스템을 이용하여 실시하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 수압체(310)의 전후진 왕복운동을 회전운동으로 변환하여 발전기(200)의 로터에 전달할 수 있는 다양한 기계장치를 적용하여 실시하는 것이 가능하다. 예를 들면, 대한민국 특허 제10-0886837호에 기재된 운동전환부와 일방향회전부를 적용하여 동력전달부(500)를 구성하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 파도력 발전장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 해안에 설치되는 프레임과,
    로터(rotor)의 회전운동에 의하여 전력을 생산하는 발전기와,
    파도력의 왕복 수평운동 에너지를 받아 바다에서 육지쪽 또는 육지에서 바다쪽으로 왕복운동을 행하며 복수의 수압체가 파도와 동일하게 접하지 않도록 평면에서 보아서 다단으로 배열되어 상기 프레임에 설치되는 구동부와,
    상기 프레임에 설치되고 상기 구동부의 직선운동을 회전운동으로 변환하여 상기 발전기의 로터로 전달하는 동력전달부를 포함하는 파도력 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 수압체는 파도의 너울과 평행하게 다수의 가상선을 그은 경우에 서로 동일 가상선상에 존재하지 않는 수압체가 적어도 하나이상이 존재하도록 다단으로 배열 설치하는 파도력 발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 수압체는 단과 단 사이의 간격을 서로 동일하지 않게 설정하는 파도력 발전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 프레임의 일부는 다단으로 설치되는 구동부 수압체의 단과 단 사이의 간격을 조정할 수 있도록 다단붐 구조로 구성하는 파도력 발전장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동부는 바다의 해수면 아래에 잠긴 상태로 설치되고 파도력을 효과적으로 받도록 통형상으로 형성되는 복수의 수압체와, 한쪽 끝부분은 상기 수압체에 연결되고 반대쪽 끝부분은 상기 동력전달부에 연결되는 연결대와, 상기 프레임과 수압체 사이에 설치되어 파도력이 작용함에 따라 상기 프레임을 중심으로 진자운동을 하도록 상기 수압체를 지지하는 복수의 링크부재를 포함하는 파도력 발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 링크부재는 2~5개의 관절로 구성하는 파도력 발전장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 링크부재에는 관절의 꺽임을 방지하기 위한 제한부재를 설치하는 파도력 발전장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 링크부재는 상기 수압체의 앞쪽에 설치하는 링크부재의 관절수와 상기 수압체의 뒤쪽에 설치하는 링크부재의 관절수를 서로 다르게 구성하는 파도력 발전장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 수압체에는 윈치와 연결된 승강와이어를 연결 설치하고,
    상기 프레임에는 상기 승강와이어를 안내하기 위한 안내롤러를 설치하는 파도력 발전장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 동력전달부는 일방향클러치 또는 압력유체를 이용하여 상기 구동부의 왕복운동을 한쪽방향의 회전운동으로 변환하여 상기 발전기의 로터로 전달하도록 구성하는 파도력 발전장치.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 동력전달부는 상기 구동부의 연결대에 피스톤이 연결되어 작동되는 실린더와, 상기 실린더에 연결되고 내부의 압력유체가 배출되는 압력수송관과, 압력유체공급원 및 상기 실린더에 연결되어 압력유체를 실린더 내부로 공급하는 유체공급관과, 상기 실린더가 전진 운동할 때에 압력유체를 압력수송관쪽으로 배출하는 것은 가능하지만 압력유체가 압력수송관쪽에서 실린더 내부로 유입되는 것은 차단하도록 상기 실린더의 압력수송관이 연결되는 지점에 설치되는 제1역지밸브와, 상기 실린더가 후진 운동할 때에 상기 유체공급관으로부터 압력유체가 실린더쪽으로 유입되는 것은 가능하지만 압력유체가 실린더에서 유체공급관쪽으로 배출되는 것은 차단하도록 상기 실린더의 유체공금관이 연결되는 지점에 설치되는 제2역지밸브와, 상기 압력수송관이 연결되고 압력수송관으로부터 분사되는 압력유체에 의해 회전력을 발생시키는 펌프와, 상기 펌프의 회전력을 상기 발전기의 로터로 전달하는 회전력전달장치를 포함하는 파도력 발전장치.
  12. 청구항 5에 있어서,
    육지에 이동가능하게 설치되는 발전기타워와 육지에 위치를 고정시켜 설치하는 고정타워를 더 포함하고,
    상기 발전기타워의 내부에는 발전기와 동력전달부를 설치하고,
    상기 고정타워는 상기 발전기타워와 구동부 사이에 설치하고,
    상기 고정타워에는 견인모터를 고정 설치하고,
    상기 견인모터의 축에 연결된 윈치축에는 서로 반대방향으로 권취되는 한쌍의 견인와이어를 연결하고,
    상기 한쌍의 견인와이어는 각각 하나는 상기 발전기타워에 연결되고 다른 하나는 상기 구동부에 연결되는 파도력 발전장치.
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