WO2015008891A1 - 파력 발전장치 - Google Patents

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WO2015008891A1
WO2015008891A1 PCT/KR2013/007907 KR2013007907W WO2015008891A1 WO 2015008891 A1 WO2015008891 A1 WO 2015008891A1 KR 2013007907 W KR2013007907 W KR 2013007907W WO 2015008891 A1 WO2015008891 A1 WO 2015008891A1
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force
floating body
connecting rod
main body
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임채경
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Lim Che Kyung
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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 generating device, in particular a pendulum movement by the wave force of the wave proceeding in both directions on the water surface, by transmitting a continuous driving force to the generator side by regenerative force using a plurality of weights, wave power of the wave
  • the present invention relates to a wave power generating apparatus whose structure is improved so that a continuous output can be obtained without disconnection.
  • wave power generation means that the water particles move back and forth by periodically moving the water surface up and down by the waves, which refers to converting this motion into electrical energy through the energy converter.
  • Such wave power generation can be divided into floating type and stationary type according to the installation method.
  • floating type power is excellent in terms of efficient use of wave energy by a device floating in the sea and surrounding facilities.
  • the fixed type is installed on a fixed substrate, which is advantageous in design and construction, can be used with other facilities such as breakwater, and it is easy to receive the extracted energy.
  • the method of using the energy of the wave can be divided into wave power generation using the vertical motion, horizontal motion, underwater pressure of the wave, respectively.
  • the operation principle of the floating type and air turbine type the large part of the structure of the device is a vertical cylinder, a diameter of several tens of centimeters, a length of several meters.
  • the bottom is open so that water can flow freely.
  • the buoy is attached to the upper end of the cylinder to prevent the entire cylinder from sinking, and the wave motion becomes smaller when it moves away from the surface, so the surface of the cylinder does not move much.
  • the second connection part is fixed to the bottom of the sea rather than the sea level, and the first connection part is connected to the bottom of the floating structure, it is composed of a structure that is lifted up and down according to the height difference of the waves.
  • the axial force by the rotation of the spiral of the first connection portion is transmitted to the rotating device to drive the power generator built in the rotating device, but in the case of the wave when hit in one direction from the water surface While the wave energy of the wave is large, simply converting the rotational force of the floating structure into the axial force of the spiral first connection is not satisfactory in efficiency and there is a risk of component damage due to contact.
  • the existing wave power generation system has a disadvantage in that the wave power of the wave is cut off as the wave period is long and unstable.
  • the existing wave power generation system uses the force of the wave which is intermittently due to the slow cycle of the wave and the irregular force of the wave, and has the disadvantage of low energy density but low efficiency compared to the wind power generation using the wind power continuously. .
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a wave power generation apparatus whose structure is improved so that wave power is continuously transmitted regardless of high and low tide of waves.
  • the present invention for achieving the above object is the lower end of the frame is supported on the sea bottom and the upper end protruding onto the sea surface,
  • a main body disposed above the frame
  • An exercise force switching unit provided at an upper side of the main body and connected to a connecting rod connected to an upper portion of the floating body to convert the pendulum motion of the floating body into rotational force;
  • a gear box mounted on the main body and converting the rotational force of the kinetic force switching unit into a continuous rotational force by a weight and a one-way clutch transmission method;
  • the driving force transmission means includes a speed increaser for increasing the rotational force of the gear box, a hydraulic pump for converting the rotational force transmitted from the output shaft of the speed increaser into hydraulic pressure of the fluid, and hydraulically driven by the hydraulic pump to drive the generator. It is provided with a hydraulic motor.
  • the exercise force conversion unit and the connection plate is connected to the upper portion of the connection member
  • Rotating bars provided on both sides of the connection plate and provided with first and second weights at one end and the other end,
  • First and second support bars connecting the first and second weights, respectively;
  • It consists of a connecting member for interlocking the rotational force of the first support bar to the gearbox side.
  • the first and second weights are eccentrically arranged to have different weights.
  • the exercise force converting portion is configured to be stretchable in the longitudinal direction of the rotation bar
  • a hydraulic cylinder disposed between the connection plate and the second support bar and operated according to a pressure value transmitted from a load cell disposed on the floating body;
  • a stretchable by the hydraulic cylinder and further comprises a rod member for adjusting the length of the first and second weight interlock according to the operation of the hydraulic cylinder.
  • the gear box is the power pulley is rotated in accordance with the movement of the connecting member is wound up and down, and
  • a first drive shaft coupled to the power pulley by the shaft and interlocked with the power pulley
  • First and second pulley pulleys provided at both ends of the left and right sides of the first driving shaft and suspended from the first and second weight weights;
  • a second driving shaft which is interlocked with the rotational driving force of the first driving shaft
  • a chain gear provided to be interlocked with the second driving shaft to transmit the rotational force of the second driving shaft to the outside;
  • a plurality of gears are coupled to each other between the first and second driving shafts, and a driving force transmission unit for transmitting a driving force of the first driving shaft to the second driving shaft;
  • the gearbox further includes a flywheel provided on the second driving shaft to increase rotational inertia of the second driving shaft.
  • the connecting rod is configured to be stretchable in the longitudinal direction, and is provided with an elastic member of a flexible material capable of bending in the middle portion.
  • the floating body is composed of an upper floating body disposed on the water surface and a lower floating body which is locked to the lower side of the water surface, and the upper floating body is composed of a plurality of module portions formed with a seawater passage through which seawater passes.
  • the lower float has a tank structure in which water is filled therein so that the weight can be adjusted.
  • the main body and the receiving groove is formed so that the connecting rod;
  • a rotation shaft coupled to the inlet side of the accommodation groove to support the rotation of the connecting rod
  • the connecting rod is further provided with a joist means for joisting the float to be spaced apart from the water surface in an emergency
  • the joist means is a hinge pin coupled to the pin so that the lower portion of the connecting table can be folded in a hinge operation with respect to the upper portion;
  • Another characteristic element of the present invention includes: a floating frame composed of a floatable material on the surface of the water and suspended through a balance adjusting means;
  • a main body disposed above the floating frame
  • An exercise force switching unit provided at an upper side of the main body and connected to be connected to a connecting rod connected to the upper portion of the floating body in a longitudinal direction so as to convert the pendulum motion of the floating body into bidirectional lifting force;
  • a gear box mounted on the main body and converting the rotational force of the kinetic force switching unit into a continuous rotational force by a weight and a one-way clutch transmission method;
  • the floating means has respective counterweights suspended from the edge of the floating frame and disposed underwater.
  • the present invention when the gear box 500 is transmitted to the pendulum kinetic force of the wave wave power is transmitted through the forward one-way clutch 550 while raising the first and second weight (545A, 545B) chain
  • the first and second weights 545A and 545B are lowered and the potential energy of the first and second weights 545A and 545B is lowered. Since the output through 590, it is possible to generate a continuous output without disconnection using the position kinetic energy during the lowering operation of the first and second weight (545A, 545B).
  • the present invention has a useful effect that can increase the kinetic energy by increasing the rotation angle of the pendulum movement of the connecting rod 350 and the movement force 400 due to the eccentric center of gravity of the first and second weights (342,344) Has
  • the pendulum movement of the movement force switching unit 400 and the connecting rod 350 When the connecting rod 350 hits the cushioning material 220 by the pre-wave, it has an advantage of absorbing the impact force and transferring the accumulated force to the connecting rod 350 which is pendulum-driven by the post-wave. .
  • the present invention is because the seawater passage (311) through which seawater passes between each module portion of the upper floating body 310, by providing a passage through which the seawater exits when a wave of excessive pressure is transmitted, It is possible to prevent the 300 from being damaged.
  • the present invention since the flexible elastic member 355 is arranged to bend in the middle portion of the connecting rod 350, it has a buffer function against the directionality and impact of irregular waves.
  • the present invention has the advantage to protect the floating body 300 by lifting the floating body 300 to the main body 200 by using the joist means in an emergency situation.
  • Figure 1a is a graph showing the motion diagram of the buoyancy body of the general vessel type on the blue wave
  • Figure 1b is a graph showing the motion diagram when the pendulum floating body of the present invention on the blue wave.
  • Figure 2 is a perspective view showing the configuration of one embodiment of a wave power generator according to the present invention.
  • Figure 3 is a perspective view of the main body and the exercise force conversion unit.
  • Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the present invention connecting rod.
  • Figure 5 is a use state diagram schematically showing the pendulum motion of the present invention exercise force switching unit and connecting rod.
  • Figure 6 is a perspective view showing the configuration of the present invention floating body.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing the structure of the interval control between the first and second weight weight of the present invention.
  • 8a and 8b is a use state showing the state before and after adjusting the interval of the first and second weights according to the stretching operation of the rod member of the present invention.
  • Figure 9 is a block diagram showing the configuration of the present invention gearbox.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of a forward power path of the present invention gearbox.
  • FIG. 11 is a schematic block diagram of a reverse power path of the present invention gearbox.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a stopper means of the pulley of the present invention.
  • Figure 13 is a block diagram showing the selection means of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing a modified embodiment of the present invention floating body.
  • 15 is a view showing another modified embodiment of the present invention floating body.
  • FIG. 16 is a side view of FIG. 15;
  • 17 is a view showing an operating state of the present invention floating body.
  • FIG. 18 is a view showing a modified embodiment of the frame of the present invention.
  • 20 is a graph periodically showing the output of the existing wave power generator and the present invention the wave power generator.
  • Figure 1a is a motion diagram of the buoyancy body in the form of a general ship motion on the blue
  • Figure 1b is a graph showing the motion diagram when the pendulum floating body of the present invention on the blue, the pendulum floating body is longer It can be seen that the motion diagram of the upper object of the pendulum platform is large.
  • the pendulum wave power generation has high absorption rate of wave energy only when the floating motion of the floating body is large due to the waves at sea level.
  • the moving distance of the floating body of the sea is increased by adjusting the length of the pendulum and adjusting the movement angle, so that the wave energy can be greatly received.
  • the present invention pendulum movement by the wave force of the wave proceeding in both directions on the water and by converting the pendulum momentum into a continuous rotational force by using a plurality of weights, and transmitted to the generator 800, even if the wave power of the wave is not transmitted without interruption Allows continuous driving force to be transmitted.
  • the wave power generating apparatus the lower end is formed in a wedge-shaped structure so that the bottom is supported on the sea bottom surface and the upper end protruding onto the sea surface and the frame Rotation axis by the main body 200 disposed on the upper portion of the 100, and wave energy transmitted from the traveling wave of the wave constrained to one side of the main body 200 and the lower portion is disposed on the sea surface and transmitted in both directions of one side and the other side Pendulum of the floating body 300 pendulum movement around the 350a, and connected to the connecting rod 350 provided on the upper side of the main body 200 is connected to the upper portion of the floating body 300
  • Gear box 500 and the drive force transmission means for transmitting the output of the gear box 500 to the generator 800 side.
  • the frame 100 has a structure in which the lower end is inserted into and supported by the sea bottom of the shallow sea, and the upper end protrudes above the water surface.
  • the main body 200 is fixed to the upper side of the frame 100 and the gear box 500 and the driving force transmission means is mounted on the upper side.
  • the main body 200 has a receiving groove 210 is formed so that the upper portion of the connecting rod 350 is accommodated on one side of the front side, the rotation shaft for supporting the rotation of the connecting rod 350 on the inlet side of the receiving groove 210 ( 215 has a structure that is laterally coupled.
  • the connecting rod 350 is configured in the form of a vertical bar connected to the upper side of the floating body 300, and an auxiliary support for supporting the connection portion with the floating body 300 is connected at an inclined angle to the lower portion, as shown in FIG. As described above, the structure is rotatable about the rotation shaft 350a coupled laterally in the receiving groove 210 of the main body 200.
  • the connecting rod 350 has a rotation angle of approximately 60 ° of the pendulum motion.
  • Receiving groove 210 is contacted during the rotation of the connecting rod 350 on the inner surface is disposed a buffer member 220 of the spring form having a buffer function.
  • the buffer 220 has a wave force of the after wave corresponds to approximately 1/3 compared to the wave force of the previous wave when the wave is separated from the previous wave and the wave is pushed, the movement force switching unit 400 and the connecting rod 350
  • the connecting rod 350 hits the buffer band by the front wave during the pendulum movement of))
  • it absorbs the impact force and transmits the accumulated force to the connecting rod 350 which is pendulum-driven by the subsequent wave, thereby balancing the force distribution.
  • the connecting rod 350 is composed of a flexible structure with a double pipe structure of the outer tube and the inner tube so as to automatically adjust the length according to the height of the sea surface according to its own gravity and buoyancy of the floating body 300
  • the elastic member 355 of a flexible material capable of bending in the middle is provided.
  • the elastic member 355 performs a buffer function against the directionality and impact of irregular waves.
  • the exercise force switching unit 400 is provided with a plate-shaped connecting plate 410 is connected to the upper end of the connecting table 350, both sides of the connecting plate 410 in the longitudinal direction is stretchable Rotating bar 420, which is provided with first and second weights 432 and 434 at one end and the other end, First and second support bars 440 and 450 for connecting the first and second weights 432 and 434, respectively, It consists of a connecting member 460 for interlocking the rotational force of the first support bar 440 toward the gearbox 500 side.
  • connection member 460 may use a wire, and for this purpose, a fixing pulley 442 having an end portion of the connection member 460 fixed to the first support bar 440 is provided.
  • the connecting plate 410 and the first and second support bars 440 and 450 have an eccentric center of gravity, thereby The rotation bar 420 and the first and second support bars 440 and 450 have the advantage of increasing the rotation angle during the pendulum movement based on the connection plate 410.
  • the connecting table 350 and the movement force switching unit 400 has a structure in which the pendulum movement is possible around the rotational axis 350a by being formed in a “T” shape of an inverted triangle structure having an overall unbalanced heavy shape.
  • the driving force transmitting means includes an increaser 600 for increasing the rotational force of the gearbox 500, a hydraulic pump 710 for converting the rotational force transmitted from the output shaft of the increaser 600 into hydraulic pressure of the fluid;
  • the hydraulic pump 720 is driven by the hydraulic pressure of the generator 800 to drive the generator 800.
  • the speed increaser 600 is to increase the rotational speed by using the diameter ratio of the gear in a known gear engagement structure.
  • “830” represents a power generation facility, such as a rectifier, a battery, an automatic voltage regulator used in the generator 800.
  • the floating body 300 of the present invention is disposed on an upper side of the lower floating body 320 which is locked below the surface of the water, and floating on the surface of the lower floating body 320. It consists of an upper float 310 having a plurality of module portions corresponding to the wave force of the wave proceeding to.
  • the upper floating body 310 is preferably formed with a seawater passage 311 through which seawater passes between each module unit. This is to prevent damage to the floating body 300 by providing a passage through which seawater exits when a wave of excessive pressure is transmitted.
  • the upper floating body 310 is disposed so that each module part is spaced apart from both left and right sides, a wave absorption wall 315 is formed to connect the module parts of both left and right sides, so that seawater passes through the wave absorption wall 315.
  • a communication hole 315a is formed in which front and rear surfaces communicate with each other.
  • a load cell 330 is disposed in front of the upper floating body 310, and a rod member 475 is disposed between the second support bar 450 and the connection plate 410.
  • the hydraulic cylinder 470 which stretches and operates the rod member 475 according to the pressure change transmitted from the load cell 330 is disposed in the connection plate 410.
  • the rotation bar 420 is configured as a telescopic structure that is stretchable in the longitudinal direction.
  • the hydraulic cylinder 470 expands and contracts the rod member 475 according to a signal transmitted from the load cell 330, and the rod member 475 is second according to the operation of the hydraulic cylinder 470 as shown in FIG. 8A. Pulling the support bar 450 before and after, or as shown in Figure 8b to push the second support bar 450 to extend the length of the rod member 475 to perform the operation.
  • the hydraulic cylinder 470 expands and contracts the rod member 475 according to the pressure of the wave transmitted to the upper floating body 310, whereby the distance L2 ⁇ between the second support bar 450 and the first support bar 440. L1; the distance between the first and second weights (432, 434) can be adjusted, thereby adjusting the imbalance of the first and second weights (432, 434) to the pendulum movement of the connecting rod 350 and the force conversion unit 400 Can be adjusted in balance.
  • the gear box 500 connects the fixed frame 501 disposed in a symmetrical form to the left and right sides, and connects the upper portions of the left and right fixed frames 501 to guide the connecting member 460.
  • a fixed shaft 510 having a support pulley 512 to be provided, a first driving shaft 520 coupled to both ends thereof to connect the left and right fixed frames 501, and provided on the first driving shaft 520.
  • the connecting member 460 is wound and rotated in accordance with the up and down movement of the connecting member 460 and the left and right sides of the first drive shaft 520 are provided at both ends of the first,
  • a chain gear 590 provided to interlock with the second driving shaft 530 and transmitting the rotational force of the second driving shaft 530 to the outside; and the first and second driving shafts.
  • a plurality of gears are gear-coupled to each other to provide a power transmission unit for transmitting the driving force of the first driving shaft 520 to the second driving shaft 530 and the forward and reverse driving forces provided on the first and second driving shafts 520 and 530. It consists of a forward and reverse one-way clutch 560 to transmit.
  • a flywheel 580 is provided on the second driving shaft 530 to increase rotational inertia.
  • the forward one-way clutch 550 has a function of blocking a driving force when a driving load is transmitted when driving in one direction, and a slip phenomenon occurs when the driving direction is transmitted in another direction, and the reverse one-way clutch 560 has a forward circle. The operation is performed in the opposite direction to the wake clutch 550.
  • the power pulley 521 is wound around the wire-shaped connecting member 460 and transmits the upward and downward lifting force of the connecting member 460 to the first driving shaft 520 to perform a function of rotating the first driving shaft 520. do.
  • the power transmission unit has a gear engagement structure to transmit the rotational force of the first drive shaft 520 to the second drive shaft 530, and to transmit the forward drive force of the first drive shaft 520 to the second drive shaft 530 as a reverse drive force.
  • the first driving force transmission unit 570 including the first, second, third and fourth power transmission gears 570a, 570b, 570c, and 570d and the forward driving force of the first driving shaft 520 are forwarded to the second driving shaft 530.
  • the second power transmission unit 575 is composed of the first, second, third rotary gears 575a, 575b, 575c to transmit the driving force.
  • the gearbox 500 of the present invention when the wave force of the wave is transmitted to the pendulum movement force, power is transmitted through the forward one-way clutch 550 to raise the first and second weights 545A and 545B, and the wave force When not transmitted, the first and second weights 545A and 545B are lowered and the potential energy of the first and second weights 545A and 545B is output through the chain gear 590.
  • the forward operation of the gearbox 500 (when the blue wave is transmitted) is the power pulley 521 is rotated in one direction by the lifting force when the connecting member 460 in the form of wire is pulled.
  • the first and second pulleys 540A and 540B are rotated to raise the first and second weights 545A and 545B.
  • the second driving shaft 530 is rotated through the first, second, third and fourth power transmission gears 570a, 570b, 570c and 570d of the first power transmission unit 570.
  • the pendulum movement force of the exercise force switching unit 400 is the power pulley 521 ⁇ the first drive shaft 520 ⁇ the forward one-way (left and right).
  • Clutch 550 power connection
  • second power transmission unit 575 first and second pulley pulleys (540A, 540B) ⁇ first and second weights (545A, 545B) (impression)
  • the forward one-way clutch 550 transmits power to each pulley side provided at left and right ends of the first driving shaft 520 as the first driving shaft 520 is rotated in one direction.
  • the first and third rotary gears 575a and 575c of the power pulley 521, the first driving shaft 520, and the second power transmission unit 575, the first and second pulley pulleys 540A and 540B, and the first The first and third power transmission gears 570a and 570c of the power transmission unit 570 are rotated in the forward direction, and the second drive shaft 530, the second rotary gear 575b, and the second and fourth power transmission gears 570b and 570d are rotated forward. ) Is rotated in the reverse direction.
  • the reverse one-way clutch 560 cuts off the power transmitted through the second power transmission unit 575 and is opposite to the rotation direction of the second driving shaft 530 driven through the first power transmission unit 570.
  • the driving force can be transmitted to prevent the collision.
  • the reverse operation of the gearbox 500 (when a blue wave is not transmitted) is performed by the first and second weights 545A and 545B (falling) ⁇ the first and second pulley pulleys 540A and 540B.
  • (Reverse rotation) ⁇ Second power transmission unit 575 ⁇
  • Reverse one-way clutch 560 (power connection) ⁇
  • Second drive shaft 530 ⁇
  • Flywheel 580 ⁇
  • Chain gear 590 ⁇ Chain member 595 ⁇ has a path from which power is transmitted to the accelerator 600.
  • the forward one-way clutch 550 slips as the reverse driving force is transmitted to the first driving shaft 520, and the power transmitted through the first and second pulley pulleys 540A and 540B and the second power transmission unit 575. Will block.
  • the wave period of the wave is lengthened, and the external gearhead (using the potential energy generated during the lowering operation of the first and second weights 545A and 545B) is transmitted even though the rotational force is not transmitted to the power pulley 521 side.
  • Being able to transmit the driving force to the 600) side has the advantage of generating a continuous power without disconnection.
  • the first and second weights 545A and 545B are lifted or lowered by the pull wires 546 to the first and second pulley pulleys 540A and 540B, and the first and second pulley pulleys. Stopper means for stopping the operation of 540A and 540B is further provided.
  • the stopper means performs a function to stop the first and second weights 545A and 545B at a fixed position during the maintenance work of the equipment.
  • the stopper means is inserted between the holes of the first and second pulley pulleys 540A and 540B.
  • the present invention may further include a joist means for protecting the floater 300 by warsting the floater 300 from the water surface when an emergency situation such as a storm or a typhoon occurs.
  • the joist means is a hinge pin 930 is coupled so that the lower portion of the connecting rod 350 can be folded in a hinged manner with respect to the upper portion, and a fixing pin 920 for fixing the upper and lower portions of the connecting rod 350 And, the solenoid 910 for releasing the engagement state of the fixing pin 920 and the connecting rod by releasing the fixing pin 920, winding the joist wire 945 connected to the lower portion of the connecting rod 350 It is composed of a winch 940 for pulling the lower portion and the floating body 300 of the connecting rod (350).
  • the winch 940 is configured in the form of a drum wound around the joist wire 945 during rotation, and wound around the outer circumferential surface.
  • an electric winch using a motor may be used.
  • the floating body 300 is lifted to the main body 200 by using the joist means in an emergency, and thus, the floating body 300 may be protected.
  • FIG. 14 is a view showing a modified embodiment of the present invention, a plurality of weight blocks 325 that can increase or decrease the weight on the lower side of the lower floating body 320 is connected to the lower side via the connecting rod 326. .
  • Each weight block 325 is composed of a structure that can be separated and assembled through each connecting rod 326 has a structure capable of adjusting the increase and decrease of weight.
  • the shape of the lower float 320 is the same as the shape of the wave absorption wall 315 of the upper float 310, the front center is recessed. It is formed in the form of a rounded arc, the lower floating body 320 has a structure in which a through hole 320a is formed in communication with the front and rear to solve the excessive blue pressure.
  • the support 317 for supporting the rear of the wave absorption wall 315 is further provided.
  • the wave absorption wall 315 is the hinge rotation of the wave absorption wall 315 so as to absorb the impact force of the wave when the traveling wave of the wave is excessively transmitted
  • the hinge shaft 316 is provided at a lower portion of the wave absorption wall 315 to enable this.
  • the wave absorption wall 315 is flipped backward about the hinge axis 316, and the folded wave absorption wall 315 is supported by the support ( After being supported by 317, the excessive pressure wave is released and returned to its original position by the load.
  • FIG. 18 is a view showing a modified embodiment of the frame of the present invention, when the frame 100 is disposed on the sea floor in close proximity to land or bridges, one side of the frame 100 is mediated through the fixed connecting plate 150 It can be connected to land or bridge structures.
  • anchor block 120 is a frame in a state that sinks to the bottom of the sea due to its own weight It will perform the function of supporting the (100).
  • FIG. 19 is a view showing another embodiment of the present invention, in which the other components are the same, but have a floating frame 100A floating on the water surface unlike the above-described embodiment, and the upper portion of the floating frame 100A. It has a structure in which the main body 200 is installed.
  • the floating frame 100A is coupled to be seated on the upper portion of the buoy 125 and the balance adjusting means is required to maintain a balance against the blue waves of the wave
  • the balance adjusting means is a plurality of balance weights 110 at each edge portion Is connected to hang
  • anchor 130 and anchor block 120 has a structure connected to the anchoring in place.
  • the wave power generation is cut off while the wave goal is progressed.
  • the present invention has the advantage of generating a continuous output without disconnection using the position kinetic energy during the lowering operation of the first and second weight (545A, 545B).

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Abstract

본 발명은 수면상에서 양방향으로 진행되는 파도의 파력으로 진자운동되고 진자 운동력을 복수의 중량추를 이용하여 연속적인 회전력으로 전환시켜 발전기측에 전달함으로써, 파도의 파력이 전달되지 않더라도 단절 없이 연속적인 구동력이 전달되도록 한다. 본 발명에 따른 파력 발전장치는, 하단부가 해저면에 지지되도록 쇄기형 구조로 형성되고 상단부가 해수면상으로 돌출되는 프레임과, 상기 프레임의 상부에 배치되는 본체와,상기 본체의 일측에 구속되고 하부가 해수면상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력 에너지에 의해 회전축을 중심으로 진자운동되는 부유체와, 상기 본체의 상측에 마련되고 상기 부유체의 상부에 길이 방향 신축가능하도록 연결된 연결대에 연동되도록 연결되어 상기 부유체의 진자운동을 회전력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부와, 상기 본체상에 탑재되고 상기 운동력 전환부의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치 전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스와, 상기 기어박스의 출력을 발전기측으로 전달하는 구동력 전달수단으로 구성된다.

Description

파력 발전장치
본 발명은 파력 발전장치에 관한 것으로, 특히 수면상에서 양방향으로 진행되는 파도의 파력으로 진자운동되고 진자 운동력을 복수의 중량추를 이용하여 회생동력으로 연속적인 구동력을 발전기측에 전달함으로써, 파도의 파력이 전달되지 않더라도 단절없이 연속적인 출력을 얻을 수 있도록 그 구조가 개선된 파력 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 파력 발전이란 파도에 의해 수면이 주기적으로 상하운동을 하면, 물 입자가 전후로 움직이는데, 이 운동을 에너지 변환장치를 통하여 전기에너지로 변환시키는 것을 일컫는다.
이러한 파력 발전은 그 설치 방법에 따라 부체식과 고정식으로 나눌 수 있는데, 먼저, 부체식은 바다에 떠 있는 장치에 의한 파 에너지의 효율적 이용과 시설 주변 측면에서 우수하다.
다음으로, 고정식은 고정되어 있는 기질에 설치되는데, 설계 및 시공상 유리하며 방파제 등 타 시설물과 겸용할 수 있고 추출한 에너지 수용이 용이하다.
또한, 파의 에너지를 이용하는 방법에 따라 각각 파의 상하운동, 수평운동, 수중압력을 이용하는 파력 발전으로 나눌 수 있다.
이 중에서, 부체식 및 공기터빈 방식의 작동원리를 살펴보면, 장치의 구조로서 큰 부분은 세로형의 원통이고, 지름은 수십cm, 길이는 수m이다. 그 바닥은 개방되어 물이 자유롭게 유입될 수 있다.
원통의 상단부에는 '부표'가 부착되어 원통 전체가 가라앉는 것을 방지하며, 파의 운동은 수면으로부터 멀어지면 작게 되기 때문에, 원통내의 수면은 그다지 움직이지 않는다.
이것에 반해 부표는 파에 의해 상하로 움직이기 때문에, 원통내의 수면은 원통에 대해서 상대적으로 상하로 움직이는 것으로 된다. 따라서 공기실의 압력은 변동하게 된다.
또한, 원통의 상단에는 공기의 입구가 있는데, 이것은 내측으로만 개방되는 역지변의 장치로 구성된다. 원통내의 수면이 내려가면 공기실의 압력이 내려감에 따라 공기가 공기실로 유입되고, 수면이 올라가면 압력이 상승하여 위쪽에 설치된 공기 터빈을 통해서 밖으로 유출된다. 이때 공기터빈이 회전함에 따라 이에 접속된 발전기가 전력을 발전한다.
기존 파력 발전과 관련된 선행기술은 한국 등록특허공보 등록번호 제 10-0989594호 " 부유식 구조물을 이용한 파력발전 시스템"(등록일자 : 2010.10.18)에 기재된 바와 같이, 해수면에 설치되어 파도의 고저차에 의해 상하 왕복운동을 하는 부유식 구조물과, 일측이 상기 부유식 구조물의 하단부의 일측에 연결되고 타측이 나사산으로 이루어진 제 1연결부와, 일측이 상기 제 1연결부의 나사산 부분에 연결되고 상기 제 1연결부의 축방향 운동에 따라 회전하는 회전장치와, 상기 회전장치의 내부에 설치되어 상기 회전장치의 회전에 따라 전기에너지를 발생하는 발전장치와, 일측이 상기 회전장치의 타측에 연결되고 타측이 고정부를 통하여 해저면에 고정되는 제 2연결부를 포함하여 이루어진 것이다.
이 경우 제 2연결부가 해수면이 아닌 해저쪽에 고정되고 제 1연결부가 부유식 구조물의 하단에 연결되어 파도의 고저차에 따라 상하 승강되는 구조로 구성되므로, 제 2연결부를 해저면에 고정시켜야 하는 번거로운 작업이 있으며, 부유식 구조물의 상,하 승강시 제 1연결부의 나선 회전에 의한 축력이 회전장치에 전달되어 회전장치내에 내장된 발전장치를 구동시키도록 되어 있으나 파도의 경우 수면에서 일방향으로 들이칠 때 파도의 파력 에너지가 큰 반면에, 단순히 부유식 구조물의 회전력을 나선형 제 1연결부의 축력으로 전환시킬 경우 효율이 만족스럽지 못하고 접촉에 따른 부품 손상의 우려가 있다.
기존 파력 발전과 관련된 다른 선행기술은 한국 등록특허공보 등록번호 제 10-1155290호 "파력발전 시스템"(등록일자 : 2012.06.05)에 기재된 바와 같이, 케이싱, 상기 케이싱의 내부 양측에 양단이 고정되는 고정축, 고정축의 양측에 구비된 베어링에 장착되고, 외주면에는 블레이드를 장착하여 유체의 왕복 유동 에너지를 직접 회전 에너지로 변한하는 기능을 포함하는 중공의 회전자와, 상기 회전자 내부의 고정축에 고정되는 고정자를 포함하여 구성된 것이다.
그런데, 기존 파력 발전 시스템은 파도의 주기가 길고 불안정함에 따라 파도의 파력이 단절되는 단점이 있었다.
즉, 기존 파력 발전시스템은 파랑의 주기가 느리고 파도의 힘이 불규칙하게 작용하여 간헐적으로 센 파도의 힘을 이용하는 것으로서, 에너지의 밀도는 낮으나 연속적으로 이용하는 풍력발전 태양광 발전 대비 효율성이 낮은 단점이 있다.
또한, 이와 같은 종래의 파력발전 시스템은 그 구조가 복잡하여 설치가 용이하지 않으며, 그에 따라 전력생산의 효율이 크지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 파도의 밀물과 썰물에 관계없이 파력이 연속적으로 전달되도록 그 구조가 개선된 파력 발전장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하단부가 해저면에 지지되고 상단부가 해수면 상으로 돌출되는 프레임과,
상기 프레임의 상부에 배치되는 본체와,
상부가 상기 본체의 일측에 구속되고 하부가 해수면 상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력에너지에 의해 회전축을 중심으로 진자 운동되는 부유체와,
상기 본체의 상측에 마련되고 상기 부유체의 상부에 연결된 연결대에 연동되도록 연결되어 상기 부유체의 진자운동을 회전력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부와,
상기 본체 상에 탑재되고 상기 운동력 전환부의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스와,
상기 기어박스의 출력을 발전기측으로 전달하는 구동력 전달수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 구동력 전달수단은 상기 기어박스의 회전력을 증속시키기 위한 증속기와, 상기 증속기의 출력축으로부터 전달되는 회전력을 유체의 유압력으로 전환시키기 위한 유압펌프와, 상기 유압펌프의 유압으로 구동되어 발전기를 구동시키는 유압모터를 구비한다.
상기 운동력 전환부는 상기 연결부재의 상부가 연결되는 연결플레이트와,
상기 연결플레이트의 양측에 각각 마련되고 일단과 타단부에 제 1,2무게추가 마련되는 회전바아와,
상기 제 1,2무게추를 각각 연결하는 제 1,2지지바아와,
상기 제 1지지바아의 회전력을 상기 기어박스측으로 연동시키기 위한 연결부재로 구성된다.
상기 제 1,2무게추는 서로 다른 무게를 갖도록 편심되게 배치된 것이다.
상기 운동력 전환부는 상기 회전바아를 길이방향으로 신축 가능하게 구성하되,
상기 연결플레이트와 상기 제 2지지바 사이에 배치되고 상기 부유체에 배치된 로드셀로부터 전달되는 압력값에 따라 동작되는 유압실린더와,
상기 유압실린더에 의해 신축가능하게 마련되고 상기 유압실린더의 동작에 따라 상기 제 1,2무게추간의 길이를 조절하는 로드부재를 더 구비한 것이다.
상기 기어박스는 상기 연결부재가 권취되어 상기 연결부재의 상,하 이동에 따라 회전되는 동력풀리와,
상기 동력풀리에 축 결합되어 연동 회전되는 제 1구동축과,
상기 제 1구동축의 좌,우 양측 단부에 마련되고 제 1,2중량추가 각각 매달린 제 1,2활차 풀리와,
상기 제 1구동축의 회전 구동력을 전달받아 연동 회전되는 제 2구동축과,
상기 제 2구동축에 연동되도록 마련되어 상기 제 2구동축의 회전력을 외부로 전달하기 위한 체인기어와,
상기 제 1,2구동축 사이에 복수의 기어가 치차 결합되도록 마련되어 상기 제 1구동축의 구동력을 상기 제 2구동축에 전달하기 위한 구동력 전달부와,
상기 제 1,2구동축에 마련되어 정,역방향 구동력을 전달하는 정,역방향 원웨이클러치를 구비하여서,
상기 파도의 파력이 진자 운동력으로 전달될 경우 정방향 원웨이 클러치를 통해 동력이 전달되어 상기 제 1,2중량추를 인상시킴과 동시에 상기 체인기어를 통해 출력되고, 파력이 전달되지 않을 때에는 인상된 제 1,2중량추가 하강되면서 위치에너지가 상기 체인기어를 통해 출력된 것이다.
*상기 기어박스는 상기 제 2구동축에 마련되어 상기 제 2구동축의 회전관성을 증대시키기 위한 플라이휠을 더 구비한다.
상기 연결대는 길이방향으로 신축가능하도록 구성되고, 중간부위에 휘어짐이 가능한 플렉시블한 소재의 탄성부재가 마련된다.
상기 부유체는 수면상에 배치되는 상부 부유체와 수면의 하측으로 잠기게 되는 하부 부유체로 구성되며, 상기 상부 부유체는 해수가 통과하는 해수통로가 형성된 복수의 모듈부로 구성된 것이다.
상기 하부 부유체는 내부에 물이 충전되는 탱크 구조로 구성되어 중량 조절이 가능하도록 된 것이다.
상기 본체는 상기 연결대가 수용되도록 형성되는 수용홈부와,
상기 수용홈부의 입구측에 측방향으로 결합되어 상기 연결대의 회전을 지지하는 회전축과,
상기 수용홈부의 내측면에 배치되어 상기 연결대의 회전시 접촉되어 완충기능을 갖는 완충재를 더 구비한다.
상기 연결대는 비상시 상기 부유체를 수면으로부터 이격되도록 장선시키기 위한 장선수단을 더 구비하되,
상기 장선수단은 상기 연결대의 하부가 상부에 대해 힌지동작으로 접이 가능하도록 핀 결합되는 힌지핀과,
상기 연결대의 상부와 하부를 고정시키는 고정핀과,
상기 고정핀을 출몰동작시켜 상기 고정핀과 연결대의 결합상태를 해제시키기 위한 솔레노이드와,
상기 연결대의 하부에 연결된 장선 와이어를 권취시켜 상기 연결대의 하부 및 부유체를 견인하기 위한 윈치를 구비한다.
본 발명의 다른 특징적인 요소로는, 수면 상에 부유가능한 소재로 구성되고 균형조절수단을 매개로 부유되는 부유 프레임과,
상기 부유 프레임의 상부에 배치되는 본체와,
상부가 상기 본체의 일측에 구속되고 하부가 해수면 상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력에너지에 의해 진자 운동되는 부유체와,
*상기 본체의 상측에 마련되고 상기 부유체의 상부에 길이방향 신축가능하도록 연결된 연결대에 연동되도록 연결되어 상기 부유체의 진자운동을 양방향 승강력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부와,
상기 본체 상에 탑재되고 상기 운동력 전환부의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스와,
상기 기어박스의 출력을 발전기측으로 전달하는 구동력 전달수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 부유수단은 상기 부유 프레임의 가장자리에 매달려 수중으로 배치되는 각각의 균형추를 구비한다.
첫째, 본 발명은 기어박스(500)가 파도의 파력이 진자 운동력으로 전달될 경우 정방향 원웨이클러치(550)를 통해 동력이 전달되어 상기 제 1,2중량추(545A,545B)를 인상시키면서 체인기어(590)를 통해 출력되고, 파력이 전달되지 않을 때에는 인상된 제 1,2중량추(545A,545B)가 하강되면서 제 1,2중량추(545A,545B)의 위치에너지가 상기 체인기어(590)를 통해 출력되므로, 제 1,2중량추(545A,545B)의 하강 동작시 위치 운동에너지를 이용하여 단절없이 연속적인 출력을 발생시킬 수 있는 이점을 갖는다.
둘째, 본 발명은 제 1,2무게추(342,344)의 편심된 무게 중심으로 인해 연결대(350)와 운동력 전환부(400)가 진자운동의 회전각도를 증대시켜 운동에너지를 증대시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
셋째, 파도가 밀려오는 전 파도와 파도가 밀려나가는 후 파도를 구분할 때 전 파도의 파력보다 후 파도의 파력이 대략 1/3에 해당되므로, 운동력 전환부(400) 및 연결대(350)의 진자 운동시 전 파도에 의해 연결대(350)가 완충재(220)에 부딪힐 경우 충격력을 흡수하여 축적된 힘을 후 파도에 의해 진자 운동되는 연결대(350)에 전달하여 힘을 균형 분배할 수 있는 이점을 갖는다.
넷째, 본 발명은 상부 부유체(310)의 각각의 모듈부 사이에 해수가 통과하는 해수통로(311)가 형성되므로, 과도한 압력의 파력이 전달될 경우 해수가 빠져 나가는 통로를 마련함으로써, 부유체(300)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 연결대(350)의 중간 부위에 휘어짐이 가능하도록 플렉시블한 탄성부재(355)가 배치되므로, 불규칙한 파도의 방향성 및 충격에 대해 완충기능을 갖는다.
여섯째, 본 발명은 비상상황시 장선수단을 이용하여 부유체(300)를 본체(200) 측으로 들어올려 부유체(300)를 보호할 수 있는 이점을 갖는다.
도 1a는 일반 선박형태의 부력체가 파랑 위에서 운동되는 운동선도를 나타낸 그래프이고, 도 1b는 본 발명의 진자식 부유체가 파랑위에 있을 때의 운동선도를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 파력 발전장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명 본체와 운동력 전환부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명 연결대의 구성을 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명 운동력 전환부와 연결대의 진자운동을 개략적으로 나타낸 사용상태도.
도 6은 본 발명 부유체의 구성을 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명 제 1,2무게추간의 간격조절 구조를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 8a와 도 8b는 본 발명 로드부재의 신축동작에 따른 제 1,2무게추의 간격조절 전,후 상태를 보인 사용상태도.
도 9는 본 발명 기어박스의 구성을 나타낸 구성도.
도 10은 본 발명 기어박스의 정방향 동력 경로를 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 11은 본 발명 기어박스의 역방향 동력 경로를 개략적으로 나타낸 블럭도.
도 12는 본 발명 활차 풀리의 스톱퍼수단을 나타낸 구성도.
도 13은 본 발명 정선수단을 나타낸 구성도.
도 14는 본 발명 부유체의 변형 실시예를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명 부유체의 다른 변형 실시예를 나타낸 도면.
도 16은 도 15의 측면도.
도 17은 본 발명 부유체의 동작상태를 보인 도면.
도 18은 본 발명 프레임의 변형 실시예를 보인 도면.
도 19는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 20은 기존 파력발전장치와 본 발명 파력발전장치의 출력을 주기적으로 나타낸 그래프.
도 1a는 일반 선박형태의 부력체가 파랑 위에서 운동되는 운동선도이고, 도 1b는 본 발명의 진자식 부유체가 파랑위에 있을 때의 운동선도를 나타낸 그래프로서, 진자식 부유체는 진자운동대의 길이가 길수록 진자운동대의 상단 물체의 운동선도가 크게 나타나는 것을 알 수 있다
진자운동 파력발전은 해면에서 파랑에 따른 부유체의 운동선도가 커야만 파력에너지의 흡수율이 높다.
즉 본 발명의 진자운동장치는 진자대의 길이조정과 운동 각도의 조정으로 해상의 부유체의 운동거리가 크게 되어 파랑에너지를 크게 받을 수 있다.
본 발명은 수면상에서 양방향으로 진행되는 파도의 파력으로 진자운동되고 진자 운동력을 복수의 중량추를 이용하여 연속적인 회전력으로 전환시켜 발전기(800)측에 전달함으로써, 파도의 파력이 전달되지 않더라도 단절없이 연속적인 구동력이 전달되도록 한다.
본 발명에 따른 파력 발전장치의 일 실시예는, 도 2 내지 도 17을 참조하면, 하단부가 해저면에 지지되도록 쇄기형 구조로 형성되고 상단부가 해수면 상으로 돌출되는 프레임(100)과, 상기 프레임(100)의 상부에 배치되는 본체(200)와, 상기 본체(200)의 일측에 구속되고 하부가 해수면 상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력에너지에 의해 회전축(350a)을 중심으로 진자 운동되는 부유체(300)와, 상기 본체(200)의 상측에 마련되고 상기 부유체의 상부에 연결된 연결대(350)에 연동되도록 연결되어 상기 부유체(300)의 진자운동을 회전력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부(400)와, 상기 본체(200) 상에 탑재되고 상기 운동력 전환부(400)의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스(500)와, 상기 기어박스(500)의 출력을 발전기(800)측으로 전달하는 구동력 전달수단으로 구성된다.
도 2를 참조하면, 프레임(100)은 하단부가 얕은 바다의 해저면에 삽입되어 지지되고, 상단부가 수면 상측으로 돌출되는 구조를 갖는다.
본체(200)는 프레임(100)의 상측에 고정되고 상측에 기어박스(500) 및 구동력 전달수단이 탑재된다.
또한, 본체(200)는 전면 일측에 연결대(350)의 상부가 수용되도록 수용홈부(210)가 형성되고, 상기 수용홈부(210)의 입구측에 상기 연결대(350)의 회전을 지지하는 회전축(215)이 측방향으로 결합되는 구조를 갖는다.
연결대(350)는 부유체(300)의 상측면에 연결되는 수직 바아 형태로 구성되고, 하부에 부유체(300)와의 연결부위를 지지하는 보조지지대가 경사진 각도로 연결되며, 도 5에 도시된 바와 같이 본체(200)의 수용홈부(210) 내에 측방향으로 결합된 회전축(350a)을 중심으로 회전 가능한 구조로 되어 있다.
이때, 연결대(350)는 진자운동의 회전각도는 대략 60˚의 각도를 갖는다.
수용홈부(210)는 내측면에 상기 연결대(350)의 회전시 접촉되어 완충기능을 갖는 스프링 형태의 완충재(220)가 배치된다.
그리고 완충재(220)는 파도가 밀려오는 전 파도와 파도가 밀려나가는 후 파도를 구분할 때 전 파도의 파력보다 후 파도의 파력이 대략 1/3에 해당되므로, 운동력 전환부(400) 및 연결대(350)의 진자 운동시 전 파도에 의해 연결대(350)가 완충대에 부딪힐 경우 충격력을 흡수하여 축적된 힘을 후 파도에 의해 진자 운동되는 연결대(350)에 전달하여 힘을 균형 분배하는 기능을 갖는다.
또한, 연결대(350)는 도 4에 도시된 바와 같이, 부유체(300)가 가지는 자체 중력과 부력에 따라 해면의 고저에 따라 자동으로 길이조정되도록 외관과 내관의 이중관 구조로 신축가능한 구조로 구성되며, 중간에 휘어짐이 가능한 플렉시블한 소재의 탄성부재(355)가 마련된다.
상기한 탄성부재(355)는 불규칙적인 파도의 방향성과 충격에 대해 완충 기능을 수행하게 된다.
도 3을 참조하면, 운동력 전환부(400)는 연결대(350)의 상단부가 연결되는 플레이트 형태의 연결플레이트(410)와, 상기 연결플레이트(410)의 양측에 길이방향으로 신축 가능하게 각각 마련되고 일단과 타단부에 제 1,2무게추(432,434)가 마련되는 회전바아(420)와, 상기 제 1,2무게추(432,434)를 각각 연결하는 제 1,2지지바아(440,450)와, 상기 제 1지지바아(440)의 회전력을 상기 기어박스(500)측으로 연동시키기 위한 연결부재(460)로 구성된다.
연결부재(460)는 와이어를 이용할 수 있으며, 이를 위해 제 1지지바아(440)에 연결부재(460)의 단부가 고정되는 고정풀리(442)가 마련되어 있다.
제 1무게추(432)는 제 2무게추(434)보다 더 무거운 중량을 갖도록 구성됨에 따라 연결플레이트(410) 및 제 1,2지지바아(440,450)가 편심된 무게중심을 갖게 되고, 이로 인해 연결플레이트(410)를 기준으로 회전바아(420) 및 제 1,2지지바아(440,450)의 진자 운동시 회전각을 증대시킬 수 있는 이점을 갖는다.
이로 인해 연결대(350)와 운동력 전환부(400)는 전체적인 형상이 상부가 무겁고 불균형을 갖는 역삼각형 구조의 "T"자 형태로 구성되어 회전축(350a)을 중심으로 진자 운동이 가능한 구조를 갖는다.
구동력 전달수단은 상기 기어박스(500)의 회전력을 증속시키기 위한 증속기(600)와, 상기 증속기(600)의 출력축으로부터 전달되는 회전력을 유체의 유압력으로 전환시키기 위한 유압펌프(710)와, 상기 유압펌프(710)의 유압으로 구동되어 발전기(800)를 구동시키는 유압모터(720)로 구성된다.
증속기(600)는 공지의 기어 치합 구조로 기어의 지름비를 이용하여 회전 속도를 증속시키는 것이다.
미설명부호 "810","820"."830"은 발전기(800)에 사용되는 정류기,축전지, 자동전압조정기 등의 발전설비를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 부유체(300)는 수면 하측으로 잠기게 되는 하부 부유체(320)와, 하부 부유체(320)의 상측에 배치되고 수면 상으로 부유되어 일방향과 타방향 양방향으로 진행되는 파도의 파력에 대해 대응하는 복수의 모듈부를 갖는 상부 부유체(310)로 구성된다.
상부 부유체(310)는 각각의 모듈부 사이에 해수가 통과하는 해수통로(311)가 형성되는 것이 바람직하다. 이는 과도한 압력의 파력이 전달될 경우 해수가 빠져 나가는 통로를 마련함으로써, 부유체(300)가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
상부 부유체(310)는 각 모듈부가 좌,우 양측으로 이격되게 배치되고, 좌,우 양측의 모듈부를 연결하는 파력 흡수벽(315)이 형성되며, 파력 흡수벽(315)에 해수가 통과되도록 전면과 후면이 연통되는 연통공(315a)이 형성된다.
도 7을 참조하면, 상부 부유체(310)의 전면에 파도의 파력을 측정하는 로드셀(330)이 배치되고, 제 2지지바아(450)와 연결플레이트(410) 사이에 로드부재(475)가 마련되며, 로드셀(330)로부터 전달되는 압력 변화에 따라 로드부재(475)를 신축 동작시키는 유압실린더(470)가 연결플레이트(410)에 배치되어 있다.
이를 위해 앞서 설명한 바와 같이 회전바아(420)는 길이 방향으로 신축 가능한 텔레스코픽 구조로 구성된다.
유압실린더(470)는 로드셀(330)로부터 전달되는 신호에 따라 로드부재(475)를 신축시키게 되고, 로드부재(475)는 도 8a에 도시된 바와 같이 유압실린더(470)의 동작에 따라 제 2지지바아(450)를 전,후로 당기거나, 도 8b에 도시된 바와 같이 제 2지지바아(450)를 밀어서 로드부재(475)의 간격을 길게 연장시키는 동작을 수행하게 된다.
즉, 유압실린더(470)는 상부 부유체(310)에 전달되는 파도의 압력에 따라 로드부재(475)를 신축시켜 제 2지지바아(450)와 제 1지지바아(440)의 간격(L2〈L1 ; 제 1,2무게추(432,434)간의 간격)을 조절할 수 있으며, 이로 인해 제 1,2무게추(432,434)의 불균형을 조절하여 연결대(350)와 운동력 전환부(400)의 진자 운동을 균형감있게 조절할 수 있다.
도 9를 참조하면, 기어박스(500)는 좌,우측 서로 대칭되는 형태로 배치되는 고정프레임(501)과, 상기 좌,우측 고정프레임(501)의 상부를 연결하고 연결부재(460)를 가이드하는 지지도르래(512)가 마련되는 고정축(510)과, 양단부가 상기 좌,우측 고정프레임(501)을 연결하도록 결합되는 제 1구동축(520)과, 상기 제 1구동축(520)에 마련되고 상기 연결부재(460)가 권취되어 상기 연결부재(460)의 상,하 이동에 따라 회전되는 동력풀리(521)와, 상기 제 1구동축(520)의 좌,우 양측 단부에 마련되고 제 1,2중량추(545A,545B)가 각각 매달린 제 1,2활차 풀리(540A,540B)와, 상기 제 1구동축(520)의 회전 구동력을 전달받아 연동 회전되는 제 2구동축(530)과, 상기 제 2구동축(530)에 연동되도록 마련되어 상기 제 2구동축(530)의 회전력을 외부로 전달하기 위한 체인기어(590)와, 상기 제 1,2구동축 사이에 복수의 기어가 치차 결합되도록 마련되어 상기 제 1구동축(520)의 구동력을 상기 제 2구동축(530)에 전달하기 위한 동력 전달부와, 상기 제 1,2구동축(520,530)에 마련되어 정,역방향 구동력을 전달하는 정,역방향 원웨이클러치(560)로 구성된다.
또한, 제 2구동축(530)에는 회전 관성을 증대시키기 위한 플라이휠(580)이 마련된다.
정방향 원웨이클러치(550)는 일방향 구동시 부하가 걸려 구동력이 전달되고, 타방향 구동력이 전달될 경우에는 슬립 현상이 발생되어 구동력을 차단하는 기능을 가지며, 역방향 원웨이클러치(560)는 정방향 원웨이클러치(550)와 반대방향으로 동작이 이루어지게 된다.
동력풀리(521)는 와이어 형태의 연결부재(460)가 권취되고 연결부재(460)의 상,하 승강력을 제 1구동축(520)에 전달하여 제 1구동축(520)을 회전시키는 기능을 수행한다.
동력 전달부는 제 1구동축(520)의 회전력을 제 2구동축(530)으로 전달하도록 기어 치합구조로 구성되며, 제 1구동축(520)의 정방향 구동력을 제 2구동축(530)에 역방향 구동력으로 전달하도록 제 1,2,3,4동력 전달기어(570a,570b,570c,570d)로 구성된 제 1동력전달부(570)와, 제 1구동축(520)의 정방향 구동력을 제 2구동축(530)에 정방향 구동력으로 전달하도록 제 1,2,3회전기어(575a,575b,575c)로 구성된 제 2동력전달부(575)로 구성된다.
본 발명의 기어박스(500)는 상기 파도의 파력이 진자 운동력으로 전달될 경우 정방향 원웨이클러치(550)를 통해 동력이 전달되어 상기 제 1,2중량추(545A,545B)를 인상시키고, 파력이 전달되지 않을 때에는 인상된 제 1,2중량추(545A,545B)가 하강되면서 제 1,2중량추(545A,545B)의 위치에너지가 상기 체인기어(590)를 통해 출력되는 구조를 갖는다.
이러한 기어박스(500)의 정방향 동작(파도의 파랑 전달시)은 와이어 형태의 연결부재(460)가 당겨질 경우 승강력에 의해 동력풀리(521)가 일방향으로 회전되고. 제 1구동축(520)이 일방향으로 연동 회전되면서 정방향 원웨이클러치(550)가 연결되면서 제 1,2활차 풀리(540A,540B)를 회전시켜 제 1,2중량추(545A,545B)를 인상시킴과 아울러, 제 1동력전달부(570)의 제 1,2,3,4동력 전달기어(570a,570b,570c,570d)를 통해 제 2구동축(530)을 회전시킨다.
이어서, 제 2구동축(530)에 마련된 체인기어(590)가 연동회전되면서 체인부재(595)를 통해 외부의 증속기(600) 측으로 동력을 전달시키게 된다.
즉, 정상적인 파도의 파랑 진행시에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 운동력 전환부(400)의 진자 운동력이 동력풀리(521)→제 1구동축(520)→(좌,우측의)정방향 원웨이클러치(550)(동력연결)→제 2동력전달부(575)→제 1,2활차 풀리(540A,540B)→제 1,2중량추(545A,545B)(인상)됨과 아울러, 앞서의 제 1구동축(520)→제 1동력전달부(570)→제 2구동축(530)→플라이휠(580)→체인기어(590)→체인부재(595)를 통해 증속기(600)로 동력이 전달되는 경로를 갖는다.
이때, 정방향 원웨이클러치(550)는 제 1구동축(520)이 일방향으로 회전됨에 따라 제 1구동축(520)의 좌,우측 단부에 마련된 각각의 활차풀리측에 동력을 전달하게 된다.
그리고, 동력풀리(521), 제 1구동축(520), 제 2동력전달부(575)의 제 1,3회전기어(575a,575c), 제 1,2활차 풀리(540A,540B), 제 1동력전달부(570)의 제 1,3동력 전달기어(570a,570c)는 정방향 회전되고, 제 2구동축(530), 제 2회전기어(575b), 제 2,4동력 전달기어(570b,570d)는 역방향으로 회전된다.
또한, 역방향 원웨이클러치(560)는 제 2동력전달부(575)를 통해 전달되는 동력을 차단시켜 제 1동력전달부(570)를 통해 구동되는 제 2구동축(530)의 회전방향과 반대방향으로 구동력이 전달되어 충돌되는 것을 방지할 수 있다.
도 11을 참조하면, 기어박스(500)의 역방향 동작(파도의 파랑이 전달되지 않을때)은 제 1,2중량추(545A,545B)(하강)→제 1,2활차풀리(540A,540B)(역방향 회전)→제 2동력전달부(575)→역방향 원웨이클러치(560)(동력연결)→제 2구동축(530)→플라이휠(580)→체인기어(590)→체인부재(595)→증속기(600)로 동력이 전달되는 경로를 갖는다.
이때, 정방향 원웨이클러치(550)는 제 1구동축(520)에 역방향 구동력이 전달됨에 따라 슬립되면서 제 1,2활차 풀리(540A,540B) 및 제 2동력전달부(575)를 통해 전달되는 동력을 차단하게 된다.
이로 인해, 파도의 파랑 주기가 길어지게 되어 동력풀리(521)측에 회전력이 전달되지 않더라도 제 1,2중량추(545A,545B)의 하강 동작시 발생되는 위치에너지를 이용하여 외부의 증속기(600)측으로 구동력을 전달할 수 있게 되어 단절없이 연속적인 동력을 발생시킬 수 있는 이점을 갖는다.
도 12를 참조하면, 제 1,2중량추(545A,545B)는 제 1,2활차 풀리(540A,540B)에 견인 와이어(546)를 매개로 인상 또는 하강 동작되며, 제 1,2활차 풀리(540A,540B)의 동작을 정지시키는 스톱퍼수단이 더 구비된다.
스톱퍼수단은 장비의 유지 보수작업시 제 1,2중량추(545A,545B)를 정위치에서 정지시키기 위한 기능을 수행하며, 제 1,2활차 풀리(540A,540B)의 구멍 사이로 끼워서 제 1,2활차 풀리(540A,540B)의 회전을 정지시키는 스톱퍼바아(542)와, 스톱퍼바아(542)를 측방향으로 슬라이딩시키도록 지지하는 지지블록(544)으로 구성된다.
도 13을 참조하면, 본 발명은 폭풍이나 태풍등의 비상상황이 발생할 경우 부유체(300)를 수면으로부터 이격되도록 장선시켜 부유체(300)를 보호하기 위한 장선수단을 더 구비할 수 있다.
상기 장선수단은 상기 연결대(350)의 하부가 상부에 대해 힌지동작방식으로 접이동작이 가능하도록 결합되는 힌지핀(930)과, 상기 연결대(350)의 상부와 하부를 고정시키는 고정핀(920)과, 상기 고정핀(920)을 출몰동작시켜 상기 고정핀(920)과 연결대의 결합상태를 해제시키기 위한 솔레노이드(910)와,상기 연결대(350)의 하부에 연결된 장선 와이어(945)를 권취시켜 상기 연결대(350)의 하부 및 부유체(300)를 견인하기 위한 윈치(940)로 구성된다.
윈치(940)는 회전시 장선 와이어(945)를 감아서 외주면에 권취시키는 드럼 형태로 구성되며, 여기서는 핸들식 수동 윈치를 표현하였으나, 모터를 이용한 전동식 윈치를 사용할 수도 있다.
이로 인해, 비상상황시 장선수단을 이용하여 부유체(300)를 본체(200) 측으로 들어올려 부유체(300)를 보호할 수 있는 이점을 갖는다.
도 14는 본 발명 부유체의 변형 실시예를 나타낸 도면으로서, 하부 부유체(320)의 하측에 무게를 증감시킬 수 있는 복수의 웨이트블록(325)이 연결봉(326)을 매개로 하측에 연결된 것이다.
각각의 웨이트블록(325)은 각각의 연결봉(326)을 매개로 분리 및 조립 가능한 구조로 구성되어 무게의 증감 조절이 가능한 구조를 갖는다.
도 15 및 16은 본 발명 부유체의 다른 변형 실시예를 보인 도면으로서, 하부 부유체(320)의 형상이 상부 부유체(310)의 파력 흡수벽(315) 형상과 동일한 형태로 전면 중앙이 함몰되는 라운드진 원호 형태로 형성되고, 하부 부유체(320)는 과도한 파랑 압력을 해소할 수 있도록 전면과 후면이 연통되는 통과공(320a)이 형성된 구조를 갖는다.
파력 흡수벽(315)의 후면을 지지하는 지지대(317)가 더 구비된 것이다.
도 17은 본 발명 파력 흡수벽(315)의 동작상태를 나타낸 도면으로서, 파력 흡수벽(315)은 파도의 진행파가 과도하게 전달될 때 파력의 충격력을 흡수하도록 파력 흡수벽(315)의 힌지 회전이 가능하도록 파력 흡수벽(315)의 하부에 힌지축(316)이 마련된 구조를 갖는다.
이로 인해, 과도한 압력의 파력이 상부 부유체의 전면 방향에서 진행될 경우, 힌지축(316)을 중심으로 파력 흡수벽(315)이 후방으로 젖혀지게 되며, 젖혀진 파력 흡수벽(315)이 지지대(317)에 의해 지지된 후에 과도한 압력의 파력이 해소되면 하중에 의해 다시 원 위치로 복귀된다.
도 18은 본 발명 프레임의 변형 실시예를 나타낸 도면으로서, 프레임(100)이 육지나 교량등과 근접된 해저면에 배치될 경우, 프레임(100)의 일측 부위가 고정연결판(150)을 매개로 육지나 교량 구조물과 연결될 수 있다.
또한, 프레임(100)의 하부는 해저면에 견고하게 고정되도록 하부에 별도의 앵커블록(120)이 매달리도록 연결되고, 앵커블록(120)은 자체 무게로 인해 해저면에 가라앉아 있는 상태로 프레임(100)을 지지하는 기능을 수행하게 된다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 다른 구성요소는 동일하지만, 앞서 설명한 선 실시예와는 달리 수면상에 부유되는 부유 프레임(100A)을 구비하며, 부유 프레임(100A)의 상부에 본체(200)가 설치되는 구조를 갖는다.
다른 구성요소는 앞서 설명한 선 실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
다만, 부유 프레임(100A)은 부표(125)의 상부에 안착되도록 결합되고 파도의 파랑에 대해 균형감을 유지하도록 균형조절수단이 요구되며, 상기 균형조절수단은 각 가장자리 부위에 복수의 균형추(110)가 매달리도록 연결되고, 정위치 정박을 위해 닻(130)과 앵커블록(120)이 연결된 구조를 갖는다.
따라서, 파력 발전장치는 도 20에 도시된 바와 같이, 파도의 마루와 골에 따라 진자 운동되는 주기를 갖는 기존 파력발전장치의 경우, 파도 골이 진행되는 구간에서는 파력 발전이 단절되는 반면에, 본 발명은 제 1,2중량추(545A,545B)의 하강 동작시 위치 운동에너지를 이용하여 단절없이 연속적인 출력을 발생시킬 수 있는 이점을 갖는다.

Claims (13)

  1. 하단부가 해저면에 지지되고 상단부가 해수면 상으로 돌출되는 프레임(100)과,
    상기 프레임(100)의 상부에 배치되는 본체(200)와,
    상부가 상기 본체(200)의 일측에 구속되고 하부가 해수면 상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력에너지에 의해 회전축(350a)을 중심으로 진자 운동되는 부유체(300)와,
    상기 본체(200)의 상측에 마련되고 상기 부유체의 상부에 연결된 연결대(350)에 연동되도록 연결되어 상기 부유체(300)의 진자운동을 회전력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부(400)와,
    상기 본체(200) 상에 탑재되고 상기 운동력 전환부(400)의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스(500)와,
    상기 기어박스(500)의 출력을 발전기(800)측으로 전달하는 구동력 전달수단을 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운동력 전환부(400)는 상기 연결대(350)의 상부가 연결되는 연결플레이트(410)와,
    상기 연결플레이트(410)의 양측에 각각 마련되고 일단과 타단부에 제 1,2무게추(432,434)가 마련되는 회전바아(420)와,
    상기 제 1,2무게추(432,434)를 각각 연결하는 제 1,2지지바아(440,450)와,
    상기 제 1지지바아(440)의 회전력을 상기 기어박스(500)측으로 연동시키기 위한 연결부재(460)를 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1,2무게추(432,434)는 서로 다른 무게를 갖도록 편심되게 배치된 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 운동력 전환부(400)는 상기 회전바아(420)를 길이방향으로 신축 가능하게 구성하되,
    상기 연결플레이트(410)와 상기 제 2지지바 사이에 배치되고 상기 부유체(300)에 배치된 로드셀(330)로부터 전달되는 압력값에 따라 동작되는 유압실린더(470)와,
    상기 유압실린더(470)에 의해 신축가능하게 마련되고 상기 유압실린더(470)의 동작에 따라 상기 제 1,2무게추(432,434)간의 길이를 조절하는 로드부재(475)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 기어박스(500)는 상기 연결부재(460)가 권취되어 상기 연결부재(460)의 상,하 이동에 따라 회전되는 동력풀리(521)와,
    상기 동력풀리(521)에 축 결합되어 연동 회전되는 제 1구동축(520)과,
    상기 제 1구동축(520)의 좌,우 양측 단부에 마련되고 제 1,2중량추(545A,545B)가 각각 매달린 제 1,2활차 풀리(540A,540B)와,
    상기 제 1구동축(520)의 회전 구동력을 전달받아 연동 회전되는 제 2구동축(530)과,
    상기 제 2구동축(530)에 연동되도록 마련되어 상기 제 2구동축(530)의 회전력을 외부로 전달하기 위한 체인기어(590)와,
    상기 제 1,2구동축 사이에 복수의 기어가 치차 결합되도록 마련되어 상기 제 1구동축(520)의 구동력을 상기 제 2구동축(530)에 전달하기 위한 동력전달부와,
    상기 제 1,2구동축에 마련되어 정,역방향 구동력을 전달하는 정,역방향 원웨이클러치(550)(560)를 구비하여서,
    상기 파도의 파력이 진자 운동력으로 전달될 경우 정방향 원웨이클러치(550)를 통해 동력이 전달되어 상기 제 1,2중량추(545A,545B)를 인상시키면서 상기 체인기어(590)를 통해 출력되고, 파력이 전달되지 않을 때에는 인상된 제 1,2중량추(545A,545B)의 위치에너지가 상기 체인기어(590)를 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 동력전달부는 상기 제 1구동축(520)의 정방향 구동력을 상기 제 2구동축(530)에 역방향 구동력으로 전달하도록 제 1,2,3,4동력 전달기어(570a,570b,570c,570d)로 구성된 제 1동력전달부(570)와,
    상기 제 1구동축(520)의 정방향 구동력을 상기 제 2구동축(530)에 정방향 구동력으로 전달하도록 제 1,2,3회전기어(575a,575b,575c)로 구성된 제 2동력전달부(575)로 구성된 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결대(350)는 길이방향으로 신축가능하도록 구성되고, 중간부위에 휘어짐이 가능한 플렉시블한 소재의 탄성부재(355)가 마련된 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 부유체(300)는 수면상에 배치되는 상부 부유체(310)와 수면의 하측으로 잠기게 되는 하부 부유체(320)로 구성되며,
    상기 상부 부유체(310)는 해수가 통과하는 해수통로(311)가 형성된 복수의 모듈부로 구성된 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 하부 부유체(320)는 내부에 물이 충전되는 탱크 구조로 구성되어 중량 조절이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 부유체(310)는 좌,우 양측으로 이격되게 배치된 모듈부 사이에 배치되어 좌,우 모듈부를 연결하는 파력 흡수벽(315)과,
    상기 파력 흡수벽(315)의 하부에 마련되어 파도의 진행파가 과도하게 전달될 때 파력의 충격력을 흡수하도록 상기 파력 흡수벽(315)을 힌지 회전시키기 위한 힌지축(316)과,
    상기 파력 흡수벽(315)의 후면 측에 배치되어 상기 파력 흡수벽(315)의 젖혀짐 동작을 지지하는 지지대(317)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(200)는 상기 연결대(350)가 수용되도록 형성되는 수용홈부(210)와,
    상기 수용홈부(210)의 입구측에 측방향으로 결합되어 상기 연결대(350)의 회전을 지지하는 회전축(350a)과,
    상기 수용홈부(210)의 내측면에 배치되어 상기 연결대(350)의 회전시 접촉되어 완충기능을 갖는 완충재(220)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결대(350)는 비상시 상기 부유체(300)를 수면으로부터 이격되도록 장선시키기 위한 장선수단을 더 구비하되,
    상기 장선수단은 상기 연결대(350)의 하부가 상부에 대해 힌지동작으로 접이 가능하도록 결합되는 힌지핀(930)과,
    상기 연결대(350)의 상부와 하부를 고정시키는 고정핀(920)과,
    상기 고정핀(920)을 출몰동작시켜 상기 고정핀(920)과 연결대(350)의 결합상태를 해제시키기 위한 솔레노이드(910)와,
    상기 연결대(350)의 하부에 연결된 장선 와이어(945)를 권취시켜 상기 연결대(350)의 하부 및 부유체(300)를 견인하기 위한 윈치(940)를 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
  13. 수면 상에 부유가능한 소재로 구성되고 균형조절수단을 매개로 부유되는 부유 프레임(100A)과,
    상기 부유 프레임(100A)의 상부에 배치되는 본체(200)와,
    상부가 상기 본체(200)의 일측에 구속되고 하부가 해수면 상에 배치되어 일측과 타측의 양방향으로 전달되는 파도의 진행파로부터 전달되는 파력에너지에 의해 진자 운동되는 부유체(300)와,
    상기 본체(200)의 상측에 마련되고 상기 부유체(300)의 상부에 길이방향 신축가능하도록 연결된 연결대(350)에 연동되도록 연결되어 상기 부유체(300)의 진자운동을 양방향 승강력으로 전환시키기 위한 운동력 전환부(400)와,
    상기 본체(200) 상에 탑재되고 상기 운동력 전환부(400)의 회전력을 중량추와 원웨이 클러치전달방식으로 연속적인 회전력으로 변환시키는 기어박스(500)와,
    상기 기어박스(500)의 출력을 발전기(800)측으로 전달하는 구동력 전달수단을 구비한 것을 특징으로 하는 파력 발전장치.
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