WO2014017859A1 - 반복 승강식 조류 발전 장치 - Google Patents

반복 승강식 조류 발전 장치 Download PDF

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WO2014017859A1
WO2014017859A1 PCT/KR2013/006694 KR2013006694W WO2014017859A1 WO 2014017859 A1 WO2014017859 A1 WO 2014017859A1 KR 2013006694 W KR2013006694 W KR 2013006694W WO 2014017859 A1 WO2014017859 A1 WO 2014017859A1
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shaft
gears
bidirectional
conversion unit
gear
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PCT/KR2013/006694
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French (fr)
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박훈철
강태삼
쿠옥 비엣 구옌
쾅 트리 트롱
에베네저 파타르 시토러스
고진환
이광수
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한국해양과학기술원
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    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 an algae power generation device, and more particularly, to an algae power generation device using a member repeatedly lifting and lowering in a horizontally flowing fluid.
  • thermal power generation or nuclear power generation still plays a large role in electric power production. If fossil fuels are depleted in the future, thermal power generation will no longer be available, and nuclear power generation has the disadvantage of avoiding fatal consequences in the event of an accident.
  • Algae generation has many advantages, including the use of natural tidal streams, which eliminates the need for dam installations and little impact on the surrounding environment.
  • Algae generation is generally applied to the ocean, but the same principle applies to fast-flowing streams. Therefore, algae power generation in the present invention is applied to the river as well as the sea is used to mean a power generation device for generating power from the horizontal flow energy of the fluid.
  • the tidal power generation system includes a method using an impeller rotating in one direction by a bird, a method using a wing-shaped lifting member reciprocating up and down by a bird, and the like.
  • An object of the present invention is to provide a tidal current generating device capable of converting a reciprocating motion of a elevating member into a unidirectional rotational movement through a relatively simple structure in a tidal current generating device using a lifting member.
  • the present invention is a power generation device for producing electric power using a horizontal flow fluid, disposed in the fluid linear reciprocating member in a linear reciprocating motion in both directions perpendicular to the horizontal flow; A first conversion unit converting and transmitting the linear reciprocating motion into a bidirectional rotational motion; A second conversion unit converting the bidirectional rotational motion into one-way rotational motion and outputting the converted bidirectional rotational motion; And a power generation unit that generates electric power by using the one-way rotational motion output from the second conversion unit.
  • the second conversion unit includes: first and second bidirectional rotary gears mounted to a first shaft and driven to rotate in both directions by the first conversion unit; First and second idler gears mounted to a second shaft parallel to the first shaft; First and second output gears parallel to the second shaft and mounted to a third shaft that outputs the one-way rotational movement; And first and second electrodes disposed between the third shaft and the first and second output gears, respectively, in which a rotational force in a first direction is transmitted to the third shaft, but a rotational force in a second direction is not transmitted to the third shaft.
  • a unidirectional clutch member wherein the first bidirectional rotary gear meshes with the first output gear, the second bidirectional rotary gear meshes with a first idler gear, and the second idler gear meshes with the second output gear. Can interlock.
  • the first and second bidirectional rotary gears are integrally formed, and the first and second idler gears may also be integrally formed.
  • the first and second bidirectional rotary gears may be spur gears of the same shape, the first and second idler gears may also be spur gears of the same shape, and the first and second output gears may also be spur gears of the same shape. .
  • the gear ratio between the second bidirectional rotary gear and the first idler gear may be 1: 1.
  • the first conversion unit may include a swing member having one end linked to the linear reciprocating member and swinging in both directions; A first rotating member rotating in both directions in association with a bidirectional swing movement of the swing member; A second rotating member spaced apart from the first rotating member; And a rotation force transmitting member configured to transmit bidirectional rotation of the first rotating member to the second rotating member.
  • Each of the first and second rotating members may be provided as a pulley, and the transmitting member may be provided as a belt.
  • the second rotating member may be fixedly coupled to the first shaft.
  • the linear reciprocating member may be to reciprocate up and down.
  • the fluid may be seawater or river water.
  • the present invention also provides a one-way conversion unit for converting the bidirectional rotation to one-way rotation, the first and second bidirectional rotation gear mounted on the first shaft and receiving the bidirectional rotation; First and second idler gears mounted to a second shaft parallel to the first shaft; First and second output gears parallel to the second shaft and mounted to a third shaft that outputs the one direction rotation; And first and second electrodes disposed between the third shaft and the first and second output gears, respectively, in which a rotational force in a first direction is transmitted to the third shaft, but a rotational force in a second direction is not transmitted to the third shaft.
  • a unidirectional clutch member wherein the first bidirectional rotary gear meshes with the first output gear, the second bidirectional rotary gear meshes with a first idler gear, and the second idler gear meshes with the second output gear.
  • An interlocking, one-way conversion unit is provided.
  • a tidal current can be converted into a unidirectional rotary motion by the second conversion unit having a simple structure, and the manufacturing cost can be reduced and the space required for its installation can be reduced. It is possible to provide a power generation device.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a tidal current generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are side views illustrating the first conversion unit included in the tidal current generator of FIG. 1, FIG. 2 illustrates an operation of the first conversion unit when the linear reciprocating member is lifted, and FIG. The operation of the first conversion unit when lowering is shown.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a second conversion unit included in the tidal current generator of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining the operation of the second conversion unit when the linear reciprocating member is raised.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining the operation of the second conversion unit when the linear reciprocating member is lowered.
  • first conversion unit 210 swing member
  • first shaft 302 second shaft
  • tidal stream refers to horizontal flow of seawater, but as described above, algae is used to include not only horizontal flow of seawater but also horizontal flow of rivers.
  • algae power generation refers to a power generation method for generating electric power from horizontal flow energy of seawater, but the algae power generation according to the present invention is similarly applicable to rivers having horizontal flow as well as the sea, and thus, algae power generation in the present invention. It should be understood that the present invention is not limited to power generation methods for generating electric power from horizontal flow energy of seawater, but includes various power generation methods for generating electric power from horizontal flow energy of fluid.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a tidal current generator according to an embodiment of the present invention
  • Figures 2 and 3 are side views for explaining a first conversion unit provided in the tidal current generator of Figure 1, where Figure 2 is a straight line 3 shows the operation of the first conversion unit when the reciprocating member is raised, and FIG. 3 shows the operation of the first conversion unit when the linear reciprocating member is lowered
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the second conversion unit provided in the tidal current generator of FIG. Perspective view.
  • the tidal current generator 1 includes a linear reciprocating member 100, a first conversion unit 200, a second conversion unit 300, and a power generation unit. 400.
  • the linear reciprocating member 100 is preferably arranged in a fluid, such as sea or river water, and particularly in a zone with a fast horizontal flow.
  • the linear reciprocating member 100 has a substantially wing shape and is streamlined when viewed from the side.
  • the front end 110 of the linear reciprocating member 100 is thicker than its rear end 120.
  • the front end 110 is disposed upstream with respect to the rear end 120 along the flow of algae.
  • the linear reciprocating member 100 is disposed so that the algae flows from the front end portion 110 toward the rear end portion 120.
  • the inclination angle ⁇ (see FIG. 2) of the linear reciprocating member 100 is adjusted so that the linear reciprocating member 100 can linearly reciprocate up and down. More specifically, the inclination angle ⁇ of the linear reciprocating member 100 is adjusted such that the front end portion 110 is higher than the rear end portion 120 so that the linear reciprocating member 100 rises upward, and the rear end portion 120 is reversed. By adjusting the inclination angle ⁇ of the linear reciprocating member 100 to be higher than the front end portion 110, the linear reciprocating member 100 is lowered downward.
  • the elevating of the linear reciprocating member 100 is due to the pressure difference acting on the upper and lower surfaces of the linear reciprocating member 100, and this elevating principle is fully understood by those skilled in the art of the present invention. Is omitted. And since the adjustment of the inclination angle ( ⁇ ) of the linear reciprocating member 100 does not belong to the main technical idea to be proposed by the present invention, it should be noted that the configuration for adjusting the inclination angle of the linear reciprocating member 100 is omitted in the drawings. .
  • linear reciprocating member 100 is configured to reciprocate up and down in this embodiment, this is merely exemplary, and in alternative alternative embodiments, the linear reciprocating member 100 is disposed in the vertical direction and reciprocates from side to side. It may be configured to.
  • the first converting unit 200 converts the linear reciprocating motion of the linear reciprocating member 100 into a bidirectional rotational motion and transmits it to the second converting unit 300, and includes a swing member 210 and a first rotating member 220. ), A second rotating member 230, and a rotational force transmitting member 240.
  • the swing member 210 has a long rod shape. One end of the swing member 210 is linked to the aforementioned linear reciprocating member 100, and the other end of the swing member 210 is fixedly coupled to the support shaft 221 supporting the first rotating member 220. Accordingly, the swing member 210 repeatedly swings up and down in association with the linear reciprocating motion of the linear reciprocating member 100. That is, the swing member 210 repeats the two-way swing movement.
  • the first rotating member 220 is fixedly coupled to its support shaft 221 and is rotatably mounted therewith upon rotation of the support shaft 221.
  • the first rotating member 220 is provided as a pulley.
  • the first rotating member 220 is repeatedly rotated in both directions (that is, clockwise and counterclockwise) in conjunction with the repetitive swing movement of the swing member 210.
  • the second rotating member 230 is spaced apart from the first rotating member 220. More specifically, the second rotating member 230 is disposed away from the first rotating member 220 by a predetermined distance. Therefore, unlike the first rotating member 220, the second rotating member 230 is disposed on the water surface. Like the first rotating member 220, the second rotating member 230 is provided as a pulley.
  • the diameter of the first rotating member 220 is preferably larger than the diameter of the second rotating member 230.
  • the rotational force transmitting member 240 is to transmit the bidirectional rotation of the first rotating member 220 to the second rotating member 230, and thus the rotational force transmitting member 240 is the first rotating member 220 and the second rotation. It is disposed to surround the member 230.
  • the rotational force transmitting member 240 is provided as a belt for transmitting the rotational force through a tension (tension).
  • first and second rotating members 220 and 230 are provided as pulleys and the rotational force transmitting member 240 is provided as a belt.
  • first and second rotating members 220 and 230 may be provided.
  • 230 may be provided as a sprocket and the rotational force transmitting member 240 may be provided as a chain (chain).
  • the inclined angle ⁇ of the linear reciprocating member 100 is adjusted so that the tip portion 110 of the linear reciprocating member 100 is higher than its rear end 120 so that the linear reciprocating member 100 is lifted from the tidal current T. Will receive. Accordingly, the linear reciprocating member 100 rises upward, so that the swing member 210 linked to the linear reciprocating member 100 swings upward. Then, the support shaft 221 fixedly coupled to the swing member 210 rotates clockwise, and the first rotation member 220 fixedly coupled to the support shaft 221 also rotates clockwise. In addition, the rotational force of the first rotational member 220 is transmitted to the second rotational member 230 by the rotational force transmission member 240 so that the second rotational member 230 is also rotated in the clockwise direction. As such, when the linear reciprocating member 100 rises, the first conversion unit 200 outputs a clockwise rotational motion through the second rotation member 230.
  • the inclined angle ⁇ of the linear reciprocating member 100 is adjusted such that the rear end 120 of the linear reciprocating member 100 is higher than its front end 110 so that the linear reciprocating member 100 is separated from the current T. You will receive a descent force. Accordingly, the linear reciprocating member 100 descends downward, and accordingly, the swing member 210 linked to the linear reciprocating member 100 swings downward. Then, the support shaft 221 to which the swing member 210 is fixedly coupled rotates in the counterclockwise direction, and the first rotation member 220 also rotates in the counterclockwise direction. In addition, the rotational force of the first rotational member 220 is transmitted to the second rotational member 230 by the rotational force transmission member 240, so that the second rotational member 230 is also rotated counterclockwise. As such, when the linear reciprocating member 100 descends, the first conversion unit 200 outputs a counterclockwise rotational motion through the second rotation member 230.
  • the linear reciprocating member 100 repeats the linear reciprocating motion in the vertical direction, whereby the first conversion unit 200 makes the linear reciprocating motion bidirectional (clockwise). Direction and counterclockwise rotation) to convert the output.
  • the second conversion unit 300 receives the bidirectional rotational motion output by the first conversion unit 200 and converts the bidirectional rotational motion into one direction rotational output.
  • the second conversion unit 300 includes the first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 mounted on the first shaft 301, and the second shaft 302. Mounted first and second idler gears 330, 340, first and second output gears 350, 360 mounted on a third shaft 303, third shaft 303, first and second First and second unidirectional clutch members 370, 380 disposed between the two output gears 350, 360, respectively. From the figures it can be seen that the first, second and third shafts 301, 302, 303 are parallel to each other.
  • the first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 are provided with spur gears of the same shape and thus have the same number of gear teeth. Although not clearly shown, the first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 are integrally formed. These first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 are fixedly coupled to the first shaft 301. Since the second rotation member 230 of the first conversion unit 200 described above is also fixedly coupled to the first shaft 301, the first and second bidirectional directions as the second rotation member 230 rotates in both directions. The rotary gears 310 and 320 also rotate in both directions.
  • the first and second idler gears 330 and 340 are provided with flat gears of the same shape and therefore have the same number of gear teeth. Although not clearly shown, the first and second idler gears 330 and 340 are integrally formed. These first and second idler gears 330, 340 are fixedly coupled to the second shaft 302. Here, the first idler gear 330 is engaged with the second bidirectional rotation gear 320 described above. Thus, when the first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 rotate in both directions, the first and second idler gears 330 and 340 also rotate in both directions.
  • the gear ratio (gear ratio) of the first idler gear 330 and the second bidirectional rotary gear 320 which is interlocked with each other is preferably 1: 1.
  • the first and second output gears 350 and 360 are provided with spur gears of the same shape and thus have the same number of gear teeth.
  • the first output gear 350 is mounted to the third shaft 303 via the first unidirectional clutch member 370
  • the second output gear 360 is mounted to the third shaft 280 via the second unidirectional clutch member 380. 303).
  • the first output gear 350 meshes directly with the first bidirectional rotary gear 310 and rotates in the opposite direction to the first bidirectional rotary gear 310.
  • the second output gear 360 meshes with the second idler gear 340 and rotates in the same direction as the second bidirectional rotation gear 320.
  • the number of gear teeth of the first and second output gears 350 and 360 is less than the number of gear teeth of the first and second idler gears 330 and 340.
  • the angular velocities of the first and second output gears 350, 360 are greater than the angular velocities of the other gears 310, 320, 330, 340.
  • the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 are disposed between the first and second output gears 350 and 360 and the third shaft 303 and are fixedly coupled to the third shaft 303.
  • the first and second unidirectional clutch members 370, 380 transmit the first directional rotation of the first and second output gears 350, 360 to the third shaft 303 but in a first direction (eg, clockwise direction). Rotation in the second direction (eg, counterclockwise) as opposed to) does not transfer to the third shaft 303.
  • the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 the first and second output gears 350 and 360 drive the third shaft 303 in the same direction when the first direction is rotated, but in the second direction. At the time of rotation, it turns away.
  • the first direction is specified as being clockwise. However, in another alternative embodiment, the first direction may be counterclockwise. Note that the rotational directions that the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 can transmit to the third shaft 303 are the same.
  • the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 are provided so that the third shaft 303 can be continuously rotated only in the first direction (clockwise in this embodiment). That is, the third shaft 303 may output a unidirectional rotational motion.
  • the power generation unit 400 is connected to the third shaft 303 as shown in FIG. 1, and thus can generate power from the unidirectional rotational movement of the third shaft 303. It will be readily understood by those skilled in the art that power generation is possible using unidirectional rotational power. Therefore, a more detailed description of the power generation unit 400 belonging to the known art will be omitted.
  • Reference numerals 501 and 502 denote a pair of rod-shaped support rods, and each of the support rods 501 and 502 has both ends coupled to the support shaft 221 and the first shaft 301 to support the shaft 221. At the same time to maintain a constant distance between the support shaft 221 and the first shaft 301.
  • FIGS. 5 and 6 are perspective views for explaining an operation of the second conversion unit when the linear reciprocating member is raised
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining an operation of the second conversion unit when the linear reciprocating member is lowered.
  • the first conversion unit 200 when the linear reciprocating member 100 rises, the first conversion unit 200 outputs a clockwise rotational movement through the second rotation member 230. Then, as shown in FIG. 5, since the second rotating member 230 of the first conversion unit 200 is fixedly coupled to the first shaft 301, the first and second bidirectional rotations fixedly coupled thereto. Gears 310 and 320 also rotate clockwise. In addition, since the first idler gear 330 is engaged with the second bidirectional rotation gear 320, the first and second idler gears 330 and 340 formed integrally rotate in the counterclockwise direction.
  • the first output gear 350 since the first output gear 350 is directly engaged with the first bidirectional rotation gear 310, the first output gear 350 will rotate in the counterclockwise direction, and the second output gear 360 is engaged with the second idler gear 340. Will rotate clockwise.
  • the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 coupled to the first and second output gears 350 and 360 transmit only a clockwise rotational force, the counterclockwise direction of the first output gear 350 is prevented.
  • the rotational force is not transmitted to the third shaft 303, while the clockwise rotational force of the second output gear 360 is transmitted to the third shaft 303.
  • the third shaft 303 rotates 'clockwise' by the clockwise rotational force transmitted from the second output gear 360.
  • the first conversion unit 200 outputs a counterclockwise rotational motion through the second rotation member 230. Then, as shown in FIG. 6, since the second rotating member 230 of the first conversion unit 200 is fixedly coupled to the first shaft 301, the first and second bidirectional rotations fixedly coupled thereto. The gears 310 and 320 also rotate counterclockwise. In addition, since the first idler gear 330 is engaged with the second bidirectional rotation gear 320, the first and second idler gears 330 and 340 formed integrally rotate in a clockwise direction.
  • the first output gear 350 since the first output gear 350 is directly engaged with the first bidirectional rotation gear 310, the first output gear 350 will rotate in a 'clockwise' direction, and the second output gear 360 is engaged with the second idler 340 and thus 'half'. Will rotate clockwise '.
  • the first and second unidirectional clutch members 370 and 380 coupled to the first and second output gears 350 and 360 transmit only the clockwise rotational force, and thus, the clockwise rotational force of the first output gear 350. Is transmitted to the third shaft 303, while the counterclockwise rotational force of the second output gear 360 is not transmitted to the third shaft 303.
  • the third shaft 303 rotates 'clockwise' by the clockwise rotational force transmitted from the first output gear 350.
  • the first output gear 303 always rotates clockwise even when the linear reciprocating member 100 is raised or lowered.
  • the linear reciprocating member 100 repeats the up and down movements during the operation of the tidal current generator 1 according to the present embodiment, so that the first output gear 303 is in one direction (clockwise in this embodiment). Rotate continuously.
  • power may be produced from the power generation unit 400 using the one-way rotational force provided by the first output gear 303.
  • the second conversion unit 300 having a relatively simple structure composed of six gears 310, 320, 330, 340, 350 and 360 and two unidirectional clutch members 370 and 380. Bidirectional rotational motion can be converted to unidirectional rotational motion.
  • the first and second bidirectional rotary gears 310 and 320 are integrally formed and the first and second idler gears 330 and 340 are integrally formed, the number of gears provided in the second conversion unit 300 is four. Can be.
  • the manufacturing cost of the tidal current generator 1 may be reduced as well as the space required for installation thereof.
  • the second conversion unit having a simple structure can convert the bidirectional rotational motion to the unidirectional rotational motion, and the manufacturing cost is reduced and the space required for its installation is reduced.
  • the present invention is an industrially available invention, since the possibility of marketing or operating the applied device is not only sufficient for the related technology as well as the use of the related technology according to the limitation of the existing technology.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치는, 수평 유동하는 유체를 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치로서, 상기 유체 내에 배치되어 상기 수평 유동에 직교하는 양 방향으로 직선 왕복 운동하는 직선 왕복 부재; 상기 직선 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛; 상기 양방향 회전 운동을 일방향 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛; 및 상기 제2 변환 유닛으로부터 출력되는 상기 일방향 회전 운동을 이용하여 전력을 생산하는 발전 유닛;을 포함한다.

Description

반복 승강식 조류 발전 장치
본 발명은 조류 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 특정적으로는, 수평 유동하는 유체 내에서 반복적으로 승강하는 부재를 이용한 조류 발전 장치에 관한 것이다.
전력 생산 분야에서 아직까지는 화력 발전 또는 원자력 발전이 큰 비중을 차지하는 것이 사실이다. 미래에 화석 연료가 고갈되면 화력 발전은 더 이상 사용할 수 없을 것이며, 원자력 발전은 사고 발생시 치명적인 결과를 면하기 어렵다는 단점이 있다.
따라서 화력 발전 및 원자력 발전을 대체할 수 있는 대안적인 발전 장치들의 개발이 절실한 실정이며, 그 중 하나로 거론되는 것이 조류 발전이다. 조류 발전은 자연적인 조류(tidal stream)를 이용하므로 댐 시설이 불필요하며 주변 환경에의 영향이 거의 없는 등의 여러 가지 장점을 지닌다.
조류 발전은 그 명칭에서 알 수 있듯이 바다에 적용되는 것이 일반적이지만, 빠른 유속을 지닌 하천에도 동일한 원리로 적용 가능하다. 따라서 본 발명에서 조류 발전이라 함은 바다 뿐만 아니라 하천 등에 적용되어 유체의 수평 유동 에너지로부터 전력을 생산하는 발전 장치를 의미하는 것으로 사용한다.
조류 발전 방식에는 조류에 의해 한 방향으로 회전하는 임펠러(impeller)를 이용하는 방식, 조류에 의해 상하로 왕복하는 날개(wing) 형상의 승강 부재를 이용하는 방식 등이 있다.
승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치의 경우, 승강 부재의 왕복 운동을 단방향 회전 운동으로 변환하는 것을 간단한 구조를 통해 달성할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은, 승강 부재를 이용하는 조류 발전 장치에 있어서 승강 부재의 왕복 운동을 비교적 간단한 구조를 통해 단방향의 회전 운동으로 변환 가능한 조류 발전 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 수평 유동하는 유체를 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치로서, 상기 유체 내에 배치되어 상기 수평 유동에 직교하는 양 방향으로 직선 왕복 운동하는 직선 왕복 부재; 상기 직선 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛; 상기 양방향 회전 운동을 일방향 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛; 및 상기 제2 변환 유닛으로부터 출력되는 상기 일방향 회전 운동을 이용하여 전력을 생산하는 발전 유닛;을 포함하는 발전 장치를 제공한다.
상기 제2 변환 유닛은, 제1 샤프트에 장착되며 상기 제1 변환 유닛에 의해 양방향으로 회전 구동되는 제1 및 제2 양방향 회전 기어; 상기 제1 샤프트에 평행한 제2 샤프트에 장착된 제1 및 제2 아이들러 기어; 상기 제2 샤프트에 평행하며 상기 일방향 회전 운동을 출력하는 제3 샤프트에 장착된 제1 및 제2 출력 기어; 및 상기 제3 샤프트와 상기 제1 및 제2 출력 기어 사이에 각각 구비되며, 제1 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하되 제2 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 제2 단방향 클러치 부재;를 포함하며, 상기 제1 양방향 회전 기어는 상기 제1 출력 기어와 맞물리고, 상기 제2 양방향 회전 기어는 제1 아이들러 기어에 맞물리며, 상기 제2 아이들러 기어는 상기 제2 출력 기어와 맞물릴 수 있다.
상기 제1 및 제2 양방향 회전 기어는 일체로 형성되며, 상기 제1 및 제2 아이들러 기어도 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 양방향 회전 기어는 동일 형상의 평 기어이고, 상기 제1 및 제2 아이들러 기어도 동일 형상의 평 기어이며, 상기 제1 및 제2 출력 기어도 동일 형상의 평 기어일 수 있다.
상기 제2 양방향 회전 기어와 상기 제1 아이들러 기어 간의 기어 비(gear ratio)는 1:1 일 수 있다.
상기 제1 변환 유닛은, 일단이 상기 직선 왕복 부재에 링크 결합되어 양방향으로 스윙 운동하는 스윙 부재; 상기 스윙 부재의 양방향 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 회전하는 제1 회전 부재; 상기 제1 회전 부재와 이격 배치된 제2 회전 부재; 및 상기 제1 회전 부재의 양방향 회전을 상기 제2 회전 부재에 전달하는 회전력 전달 부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 회전 부재는 각각 풀리로 구비되고, 상기 전달 부재는 벨트로 구비될 수 있다.
상기 제2 회전 부재는 상기 제1 샤프트에 고정 결합될 수 있다.
상기 직선 왕복 부재는 상하로 왕복하는 것일 수 있다.
상기 유체는 해수 또는 강물일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한, 양방향 회전을 일방향 회전으로 변환하여 출력하는 일방향 변환 유닛으로서, 제1 샤프트에 장착되며 양방향 회전을 입력받는 제1 및 제2 양방향 회전 기어; 상기 제1 샤프트에 평행한 제2 샤프트에 장착된 제1 및 제2 아이들러 기어; 상기 제2 샤프트에 평행하며 상기 일방향 회전을 출력하는 제3 샤프트에 장착된 제1 및 제2 출력 기어; 및 상기 제3 샤프트와 상기 제1 및 제2 출력 기어 사이에 각각 구비되며, 제1 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하되 제2 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 제2 단방향 클러치 부재;를 포함하며, 상기 제1 양방향 회전 기어는 상기 제1 출력 기어와 맞물리고, 상기 제2 양방향 회전 기어는 제1 아이들러 기어에 맞물리며, 상기 제2 아이들러 기어는 상기 제2 출력 기어와 맞물리는, 일방향 변환 유닛을 제공한다.
본 발명의 조류 발전 장치에 의하면, 간단한 구조의 제2 변환 유닛에 의해 양방향 회전 운동을 단방향 회전 운동으로 변환할 수 있으며, 제조 비용이 절감됨은 물론 그것의 설치를 위해 필요한 공간이 감소될 수 있는 조류 발전 장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2 및 3은 도 1의 조류 발전 장치에 구비되는 제1 변환 유닛을 설명하기 위한 측면도로서, 도 2는 직선 왕복 부재의 상승시 제1 변환 유닛의 동작을 나타내며, 도 3은 직선 왕복 부재의 하강시 제1 변환 유닛의 동작을 나타낸다.
도 4는 도 1의 조류 발전 장치에 구비되는 제2 변환 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 5는 직선 왕복 부재가 상승할 때 제2 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 직선 왕복 부재가 하강할 때 제2 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 *
1 : 조류 발전 장치 100 : 직선 왕복 부재
200 : 제1 변환 유닛 210 : 스윙 부재
220 : 제1 회전 부재 230 : 제2 회전 부재
240 : 회전력 전달 부재 300 : 제2 변환 유닛
301 : 제1 샤프트 302 : 제2 샤프트
303 : 제3 샤프트 310 : 제1 양방향 회전 기어
320 : 제2 양방향 회전 기어 330 : 제1 아이들러 기어
340 : 제2 아이들러 기어 350 : 제1 출력 기어
360 : 제2 출력 기어 370 : 제1 단방향 클러치 부재
380 : 제2 단방향 클러치 부재 400 : 발전 유닛
이하에서는 첨부된 도면들을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치에 대해 상세히 설명한다.
일반적으로 조류(tidal stream)는 해수의 수평 유동을 일컫지만, 전술한 바와 같이 본 발명에서 조류는 해수의 수평 유동 뿐만 아니라 하천의 수평 유동 등 포함하는 의미로 사용한다. 또한, 일반적으로 조류 발전은 해수의 수평 유동 에너지로부터 전력을 생산하는 발전 방식을 일컫지만, 본 발명에 따른 조류 발전은 바다 뿐만 아니라 수평 유동을 지닌 하천 등에도 마찬가지로 적용 가능하므로, 본 발명에서 조류 발전은 해수의 수평 유동 에너지로부터 전력을 생산하는 발전 방식에 한정하지 않고 유체의 수평 유동 에너지로부터 전력을 생산하는 다양한 발전 방식을 포함하는 의미로 이해해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치의 개략적인 사시도이며, 도 2 및 3은 도 1의 조류 발전 장치에 구비되는 제1 변환 유닛을 설명하기 위한 측면도로서, 여기서 도 2는 직선 왕복 부재의 상승시 제1 변환 유닛의 동작을 나타내고 도 3은 직선 왕복 부재의 하강시 제1 변환 유닛의 동작을 나타내며, 도 4는 도 1의 조류 발전 장치에 구비되는 제2 변환 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치(1)는, 직선 왕복 부재(100), 제1 변환 유닛(200), 제2 변환 유닛(300), 및 발전 유닛(400)을 포함한다.
직선 왕복 부재(100)는 바다 또는 강물과 같은 유체 내에 배치되며 특히 빠른 수평 유동을 지닌 구역에 배치됨이 바람직하다. 직선 왕복 부재(100)는 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 측면에서 보면 유선형이다. 그리고 직선 왕복 부재(100)의 전단부(110)는 그것의 후단부(120)보다 더 두껍다. 조류의 흐름을 따라 전단부(110)는 후단부(120)에 대해 상류에 배치된다. 다시 말해서 직선 왕복 부재(100)는 전단부(110) 쪽에서 후단부(120) 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다.
조류 발전 장치(1) 가동시, 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α, 도 2 참조)이 조절됨으로써 직선 왕복 부재(100)가 상하로 직선 왕복 운동할 수 있다. 보다 구체적으로, 전단부(110)가 후단부(120)보다 더 높아지게 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α)이 조절됨으로써 직선 왕복 부재(100)가 위로 상승하며, 반대로 후단부(120)가 전단부(110)보다 더 높아지게 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α)이 조절됨으로써 직선 왕복 부재(100)가 아래로 하강한다.
이러한 직선 왕복 부재(100)의 승강은 직선 왕복 부재(100)의 상하면에 작용하는 압력 차이에 의한 것으로, 이러한 승강 원리는 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자라면 충분히 이해할 수 있는 것이므로 그에 관한 보다 자세한 설명은 생략한다. 그리고 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α) 조절은 본 발명이 제안하고자 하는 주요 기술적 사상에 속하지 않으므로, 도면들 상에서 직선 왕복 부재(100)의 경사각 조절을 위한 구성들은 생략되어 있음을 유의해야 한다.
한편, 본 실시예에서 직선 왕복 부재(100)는 상하로 왕복 운동하도록 구성되었지만, 이는 단지 예시적인 것으로서, 대안적인 다른 실시예들에서 직선 왕복 부재(100)는 연직 방향으로 배치되어 좌우로 왕복 운동하도록 구성될 수도 있다.
제1 변환 유닛(200)은 직선 왕복 부재(100)의 직선 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 제2 변환 유닛(300)에 전달하기 위한 것으로서, 스윙 부재(210), 제1 회전 부재(220), 제2 회전 부재(230), 및 회전력 전달 부재(240)를 포함한다.
스윙 부재(210)는 길다란 로드(rod) 형상을 하고 있다. 스윙 부재(210)의 일단부는 전술한 직선 왕복 부재(100)에 링크 결합되며, 스윙 부재(210)의 타단부는 제1 회전 부재(220)를 지지하는 지지 샤프트(221)에 고정 결합된다. 따라서 스윙 부재(210)는 직선 왕복 부재(100)의 직선 왕복 운동에 연동하여 상하로 반복적으로 스윙하는 운동을 하게 된다. 즉, 스윙 부재(210)는 양방향 스윙 운동을 반복한다.
제1 회전 부재(220)는 그것의 지지 샤프트(221)에 고정 결합되어 지지 샤프트(221) 회전시 그것과 함께 회전 가능하게 장착된다. 본 실시예에서 제1 회전 부재(220)는 풀리(pulley)로 구비된다. 이러한 제1 회전 부재(220)는 스윙 부재(210)의 반복적인 스윙 운동에 연동하여 양방향으로(즉, 시계 방향 및 시계 반대 방향으로) 반복 회전한다.
제2 회전 부재(230)는 제1 회전 부재(220)와 이격 배치된다. 보다 구체적으로, 제2 회전 부재(230)는 제1 회전 부재(220)로부터 상방으로 일정 거리 떨어져 배치된다. 따라서 제2 회전 부재(230)는 제1 회전 부재(220)와 달리 수면 위에 배치된다. 제1 회전 부재(220)와 마찬가지로 제2 회전 부재(230)는 풀리로 구비된다.
도 2에 도시된 바와 같이 제1 회전 부재(220)의 직경이 제2 회전 부재(230)의 직경보다 더 큰 것이 바람직하다.
회전력 전달부재(240)는 제1 회전 부재(220)의 양방향 회전을 제2 회전 부재(230)에 전달하기 위한 것으로, 이에 회전력 전달부재(240)는 제1 회전 부재(220) 및 제2 회전 부재(230)를 감싸도록 배치된다. 본 실시예에서 회전력 전달부재(240)는 장력(tension)을 통해 회전력을 전달하는 벨트(belt)로 구비된다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 회전부재(220, 230)는 풀리로 구비되고 회전력 전달부재(240)는 벨트로 구비되지만, 대안적인 다른 실시예들에서는 제1 및 제2 회전부재(220, 230)는 스프로켓(sprocket)으로 구비되고 회전력 전달부재(240)는 체인(chain)으로 구비될 수도 있다.
도 2 및 3을 참조하여, 직선 왕복 부재(100)의 직선 왕복 운동에 따른 제1 변환 유닛(200)의 동작을 살펴본다.
먼저 도 2를 참조한다.
직선 왕복 부재(100)의 선단부(110)가 그것의 후단부(120)보다 더 높아지도록 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α)이 조절됨으로써 직선 왕복 부재(100)는 조류(T)로부터 상승력을 받게 된다. 따라서 직선 왕복 부재(100)는 위로 상승하며, 이에 따라 직선 왕복 부재(100)에 링크 결합된 스윙 부재(210)는 위로 스윙 운동한다. 그러면 스윙 부재(210)가 고정 결합된 지지 샤프트(221)는 시계 방향으로 회전하며 지지 샤프트(221)에 고정 결합된 제1 회전 부재(220)도 함께 시계 방향으로 회전한다. 그리고 제1 회전 부재(220)의 회전력이 회전력 전달 부재(240)에 의해 제2 회전 부재(230)에 전달됨으로써 제2 회전부재(230) 역시 시계 방향으로 회전된다. 이처럼 직선 왕복 부재(100)가 상승할 때 제1 변환 유닛(200)은 제2 회전 부재(230)를 통해 시계 방향의 회전 운동을 출력한다.
다음으로 도 3을 참조한다.
직선 왕복 부재(100)의 후단부(120)가 그것의 전단부(110)보다 더 높아지도록 직선 왕복 부재(100)의 경사각(α)이 조절됨으로써 직선 왕복 부재(100)는 조류(T)로부터 하강력을 받게 된다. 따라서 직선 왕복 부재(100)는 아래로 하강하며, 이에 따라 직선 왕복 부재(100)에 링크 결합된 스윙 부재(210)는 아래로 스윙 운동한다. 그러면 스윙 부재(210)가 고정 결합된 지지 샤프트(221)는 반시계 방향으로 회전하며 제1 회전 부재(220)도 함께 반시계 방향으로 회전한다. 그리고 제1 회전 부재(220)의 회전력이 회전력 전달 부재(240)에 의해 제2 회전 부재(230)에 전달됨으로써 제2 회전 부재(230)도 반시계 방향으로 회전된다. 이처럼 직선 왕복 부재(100)가 하강할 때 제1 변환 유닛(200)은 제2 회전 부재(230)를 통해 반시계 방향의 회전 운동을 출력한다.
요컨대, 본 실시예에 따른 조류 발전 장치(1) 가동시, 직선 왕복 부재(100)는 상하 방향의 직선 왕복 운동을 반복하며, 이에 따라 제1 변환 유닛(200)은 직선 왕복 운동을 양방향(시계 방향 및 반시계 방향)의 회전 운동으로 변환하여 출력한다.
제2 변환 유닛(300)은 제1 변환 유닛(200)에 의해 출력된 양방향 회전 운동을 전달받아 일방향의 회전 운동으로 변환하여 출력하기 위한 것이다.
도 1 및 4에 도시된 바와 같이, 제2 변환 유닛(300)은, 제1 샤프트(301)에 장착된 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)와, 제2 샤프트(302)에 장착된 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)와, 제3 샤프트(303)에 장착된 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)와, 제3 샤프트(303)와 제1 및 제2 출력 기어(350, 360) 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)를 포함한다. 도면들로부터 제1, 제2, 및 제3 샤프트들(301, 302, 303)은 서로 평행함을 알 수 있다.
제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)는 동일 형상의 평 기어(spur gear)로 구비되며 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 명확히 도시되지 않았지만 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)는 일체로 형성된다. 이러한 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)는 제1 샤프트(301)에 고정 결합된다. 앞서 설명한 제1 변환 유닛(200)의 제2 회전 부재(230)도 제1 샤프트(301)에 고정 결합되어 있으므로, 제2 회전 부재(230)가 양방향으로 회전 운동함에 따라 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)도 양방향으로 회전 운동을 하게 된다.
제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)는 동일 형상의 평 기어로 구비되며 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 명확히 도시되지 않았으나, 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)는 일체로 형성된다. 이러한 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)는 제2 샤프트(302)에 고정 결합된다. 여기서 제1 아이들러 기어(330)는 전술한 제2 양방향 회전 기어(320)와 맞물려 있다. 따라서, 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320) 회전 기어가 양방향으로 회전하면 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)도 양방향으로 회전한다. 다만, 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)의 회전 방향과 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)의 회전 방향은 반대가 됨을 쉽게 이해할 수 있다. 한편, 상호 맞물려 있는 제1 아이들러 기어(330)와 제2 양방향 회전 기어(320)의 기어 비(gear ratio)는 1:1 인 것이 바람직하다.
제1 및 제2 출력 기어(350, 360)는 동일 형상의 평 기어로 구비되며 따라서 동일한 개수의 기어 이(gear tooth)를 갖는다. 제1 출력 기어(350)는 제1 단방향 클러치 부재(370)를 통해 제3 샤프트(303)에 장착되며, 제2 출력 기어(360)는 제2 단방향 클러치 부재(380)를 통해 제3 샤프트(303)에 장착된다. 제1 출력 기어(350)는 제1 양방향 회전 기어(310)에 바로 맞물리며, 제1 양방향 회전 기어(310)와 반대 방향으로 회전한다. 반면, 제2 출력 기어(360)는 제2 아이들러 기어(340)에 맞물리며, 제2 양방향 회전 기어(320)와 같은 방향으로 회전한다. 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)의 기어 이(gear tooth)의 개수는 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)의 기어 이(gear tooth)의 개수보다 적다. 따라서 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)의 각속도는 다른 기어들(310,320,330,340)의 각속도보다 더 크다.
제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)는 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)와 제3 샤프트(303) 사이에 배치되며, 제3 샤프트(303)에 고정 결합된다. 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)는 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)의 제1 방향 회전은 제3 샤프트(303)에 전달하지만 제1 방향(예로써, 시계 방향)에 반대되는 제2 방향(예로써, 반시계 방향)의 회전은 제3 샤프트(303)에 전달하지 않는다. 이러한 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)에 의해 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)는 제1 방향 회전시에는 제3 샤프트(303)를 동일 방향으로 구동하지만 제2 방향 회전시에는 헛돌게 된다. 본 실시예에서 상기 제1 방향은 시계 방향인 것으로 특정하여 설명한다. 하지만 대안적인 다른 실시예에서 상기 제1 방향은 반시계 방향일 수 있다. 여기서 주목할 것은 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)가 제3 샤프트(303)에 전달할 수 있는 회전 방향은 서로 동일하다는 점이다. 이러한 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)가 구비됨으로써 제3 샤프트(303)는 제1 방향(본 실시예에서는 시계 방향)으로만 연속적으로 회전할 수 있다. 즉, 제3 샤프트(303)는 단방향 회전 운동을 출력할 수 있다.
제2 변환 유닛(300)의 동작에 대한 보다 자세한 설명은 도 5 및 6을 참조하여 후술하기로 한다.
발전 유닛(400)은, 도 1에 도시된 바와 같이 제3 샤프트(303)에 연결되며, 따라서 제3 샤프트(303)의 단방향 회전 운동으로부터 전력을 생산할 수 있다. 단방향의 회전 동력을 이용하여 전력 생산이 가능함은 본 발명의 기술 분야에 속하는 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이미 공지된 기술 분야에 속하는 발전 유닛(400)에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
미설명 부호 501 및 502는 로드 형상의 한 쌍의 지지 로드 가리키며, 각각의 지지 로드(501, 502)는 그 양단이 지지 샤프트(221) 및 제1 샤프트(301)에 결합됨으로써 지지 샤프트(221)를 지지함과 동시에 지지 샤프트(221)와 제1 샤프트(301) 간의 간격을 일정하게 유지한다.
도 5 및 6을 참조하여 전술한 제2 변환 유닛(300)의 동작에 대해 보다 자세히 설명한다. 도 5는 직선 왕복 부재가 상승할 때 제2 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 사시도이고, 도 6은 직선 왕복 부재가 하강할 때 제2 변환 유닛의 동작을 설명하기 위한 사시도이다.
먼저 도 5를 참조한다.
앞서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 직선 왕복 부재(100)가 상승할 때 제1 변환 유닛(200)은 제2 회전 부재(230)를 통해 시계 방향의 회전 운동을 출력한다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 변환 유닛(200)의 제2 회전 부재(230)는 제1 샤프트(301)에 고정 결합되어 있으므로, 이것에 고정 결합된 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)도 시계 방향으로 회전한다. 그리고, 제2 양방향 회전 기어(320)에 제1 아이들러 기어(330)가 맞물려 있으므로, 일체로 형성된 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)는 반시계 방향으로 회전한다. 이때, 제1 출력 기어(350)는 제1 양방향 회전 기어(310)에 바로 맞물려 있으므로 '반시계 방향'으로 회전할 것이고, 제2 출력 기어(360)는 제2 아이들러 기어(340)에 맞물려 있으므로 '시계 방향'으로 회전할 것이다. 전술했듯이 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)에 결합된 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)는 시계 방향의 회전력 만을 전달하므로, 제1 출력 기어(350)의 반시계 방향 회전력은 제3 샤프트(303)에 전달되지 않는 반면, 제2 출력 기어(360)의 시계 방향 회전력은 제3 샤프트(303)에 전달된다. 따라서, 제3 샤프트(303)는 제2 출력 기어(360)로부터 전달된 시계 방향 회전력에 의해 '시계 방향'으로 회전한다.
다음으로 도 6을 참조한다.
앞서 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 직선 왕복 부재(100)가 하강할 때 제1 변환 유닛(200)은 제2 회전 부재(230)를 통해 반시계 방향의 회전 운동을 출력한다. 그러면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 변환 유닛(200)의 제2 회전 부재(230)는 제1 샤프트(301)에 고정 결합되어 있으므로, 이것에 고정 결합된 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310, 320)도 반시계 방향으로 회전한다. 그리고, 제2 양방향 회전 기어(320)에 제1 아이들러 기어(330)가 맞물려 있으므로, 일체로 형성된 제1 및 제2 아이들러 기어(330, 340)는 시계 방향으로 회전한다. 이때, 제1 출력 기어(350)는 제1 양방향 회전 기어(310)에 바로 맞물려 있으므로 '시계 방향'으로 회전할 것이고, 제2 출력 기어(360)는 제2 아이들러(340)에 맞물려 있으므로 '반시계 방향'으로 회전할 것이다. 전술했듯이 제1 및 제2 출력 기어(350, 360)에 결합된 제1 및 제2 단방향 클러치 부재(370, 380)는 시계 방향의 회전력 만을 전달하므로, 제1 출력 기어(350)의 시계 방향 회전력은 제3 샤프트(303)에 전달되는 반면, 제2 출력 기어(360)의 반시계 방향 회전력은 제3 샤프트(303)에 전달되지 않는다. 따라서, 제3 샤프트(303)는 제1 출력 기어(350)으로부터 전달된 시계 방향 회전력에 의해 '시계 방향'으로 회전한다.
직선 왕복 부재(100)가 상승할 때에나 하강할 때에도 제1 출력 기어(303)는 항상 시계 방향으로 회전함을 이해할 수 있다. 본 실시예에 따른 조류 발전 장치(1)의 가동 중에 직선 왕복 부재(100)는 상승 운동 및 하강 운동을 반복하며, 따라서 제1 출력 기어(303)는 일 방향(본 실시예에서는 시계 방향)으로 계속적으로 회전한다. 따라서 제1 출력 기어(303)에 의해 제공되는 일 방향 회전력을 이용하여 발전 유닛(400)으로부터 전력이 생산될 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 조류 발전 장치(1)에 의하면, 6개의 기어(310,320,330,340,350,360)와 2개의 단방향 클러치 부재(370,380)로 구성되는 비교적 간단한 구조의 제2 변환 유닛(300)에 의해 양방향 회전 운동을 단방향 회전 운동으로 변환할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 양방향 회전 기어(310,320)는 일체로 형성되고 제1 및 제2 아이들러 기어(330,340)도 일체로 형성되므로, 제2 변환 유닛(300)에 구비되는 기어의 개수는 4개로 볼 수 있다. 이처럼 제2 변환 유닛(300)의 구조가 비교적 간단하므로 종래에 비해 조류 발전 장치(1)의 제조 비용이 절감됨은 물론 그것의 설치를 위해 필요한 공간이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 반복 승강식 조류 발전 장치에 의하면 간단한 구조의 제2 변환 유닛에 의해 양방향 회전 운동을 단방향 회전 운동으로 변환할 수 있으며 제조 비용이 절감됨은 물론 그것의 설치를 위해 필요한 공간이 감소되는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (11)

  1. 수평 유동하는 유체를 이용하여 전력을 생산하는 발전 장치로서,
    상기 유체 내에 배치되어 상기 수평 유동에 직교하는 양 방향으로 직선 왕복 운동하는 직선 왕복 부재;
    상기 직선 왕복 운동을 양방향 회전 운동으로 변환하여 전달하는 제1 변환 유닛;
    상기 양방향 회전 운동을 일방향 회전 운동으로 변환하여 출력하는 제2 변환 유닛; 및
    상기 제2 변환 유닛으로부터 출력되는 상기 일방향 회전 운동을 이용하여 전력을 생산하는 발전 유닛;을 포함하는 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 변환 유닛은,
    제1 샤프트에 장착되며 상기 제1 변환 유닛에 의해 양방향으로 회전 구동되는 제1 및 제2 양방향 회전 기어;
    상기 제1 샤프트에 평행한 제2 샤프트에 장착된 제1 및 제2 아이들러 기어;
    상기 제2 샤프트에 평행하며 상기 일방향 회전 운동을 출력하는 제3 샤프트에 장착된 제1 및 제2 출력 기어; 및
    상기 제3 샤프트와 상기 제1 및 제2 출력 기어 사이에 각각 구비되며, 제1 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하되 제2 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 제2 단방향 클러치 부재;를 포함하며,
    상기 제1 양방향 회전 기어는 상기 제1 출력 기어와 맞물리고, 상기 제2 양방향 회전 기어는 제1 아이들러 기어에 맞물리며, 상기 제2 아이들러 기어는 상기 제2 출력 기어와 맞물리는 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 양방향 회전 기어는 일체로 형성되며, 상기 제1 및 제2 아이들러 기어도 일체로 형성되는 발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 양방향 회전 기어는 동일 형상의 평 기어이고, 상기 제1 및 제2 아이들러 기어도 동일 형상의 평 기어이며, 상기 제1 및 제2 출력 기어도 동일 형상의 평 기어인 발전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 양방향 회전 기어와 상기 제1 아이들러 기어 간의 기어 비(gear ratio)는 1:1 인 발전 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 변환 유닛은,
    일단이 상기 직선 왕복 부재에 링크 결합되어 양방향으로 스윙 운동하는 스윙 부재;
    상기 스윙 부재의 양방향 스윙 운동에 연동하여 양방향으로 회전하는 제1 회전 부재;
    상기 제1 회전 부재와 이격 배치된 제2 회전 부재; 및
    상기 제1 회전 부재의 양방향 회전을 상기 제2 회전 부재에 전달하는 회전력 전달 부재;를 포함하는 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 회전 부재는 각각 풀리로 구비되고, 상기 전달 부재는 벨트로 구비되는 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 회전 부재는 상기 제1 샤프트에 고정 결합되는 발전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 직선 왕복 부재는 상하로 왕복하는 발전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 해수 또는 강물인 발전 장치.
  11. 양방향 회전을 일방향 회전으로 변환하여 출력하는 일방향 변환 유닛으로서,
    제1 샤프트에 장착되며 양방향 회전을 입력받는 제1 및 제2 양방향 회전 기어;
    상기 제1 샤프트에 평행한 제2 샤프트에 장착된 제1 및 제2 아이들러 기어;
    상기 제2 샤프트에 평행하며 상기 일방향 회전을 출력하는 제3 샤프트에 장착된 제1 및 제2 출력 기어; 및
    상기 제3 샤프트와 상기 제1 및 제2 출력 기어 사이에 각각 구비되며, 제1 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하되 제2 방향의 회전력은 제3 샤프트에 전달하지 않는 제1 및 제2 단방향 클러치 부재;를 포함하며,
    상기 제1 양방향 회전 기어는 상기 제1 출력 기어와 맞물리고, 상기 제2 양방향 회전 기어는 제1 아이들러 기어에 맞물리며, 상기 제2 아이들러 기어는 상기 제2 출력 기어와 맞물리는, 일방향 변환 유닛.
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