WO2015102321A1 - 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기 - Google Patents

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WO2015102321A1
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이경녕
이무송
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이경녕
이무송
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a rotational operation device of a closed structure capable of collecting various forms of natural energy and converting it into mechanical energy or electrical energy through a gyroscope structure and a piston-cylinder interlocking configuration.
  • the buoyancy vessel portion connected to the gyroscope rotating frame, and transmits 6 degrees of freedom external energy such as wave force, wind power acting on the buoyancy vessel portion to the internal energy extraction means, in particular the energy extraction means is provided with a plurality of piston-cylinder portion And a passage through which the working fluid passes and a rotating actuator such as a hydraulic motor or a turbine, and a closed structure as a whole, which cuts in and out of the fluid to the outside, thereby enabling an energy conversion such as high efficiency power generation. .
  • Natural energy such as wave power, wind power, and tidal power
  • the amount of natural energy is disordered in amount or direction, so it is not easy to convert it into available energy.
  • the addition of high volume and inefficiency such as increasing the volume of the device or increasing the speed of the gearbox, has led to a decrease in the utility of the device.
  • a power generation device with high energy conversion efficiency can be implemented at low cost, this will provide a great advantage in the field of power generation using natural energy.
  • the disordered natural energy can be analyzed as the kinetic energy represented by the combination of six degrees of freedom motion, ie, translation in the three-axis direction and rotational motion in the three-axis direction.
  • the direction and the size is characterized by changing over time. Therefore, if it can be converted into available energy such as electricity by reflecting such variable kinetic energy of six degrees of freedom, it would be an ideal energy converter.
  • a piston-cylinder configuration can be considered. This causes the external force to be applied to the piston-cylinder, so that the discharged or introduced working fluid transmits a force to the turbine or the hydraulic motor to generate rotation.
  • a piston-cylinder is relatively simple in structure, easy to implement, has a rigid exoskeleton, and has the advantage of being easily interlocked with other mechanical elements.
  • Korean Patent No. 10-0105196 discloses the invention of a floating wave energy extraction method and apparatus thereof.
  • the present invention relates to a wave energy extraction device in which a floating means is connected to a cylinder and an anchor is connected to a piston, and has a mechanical tension means such as an elastic spring between the cylinder and the piston to provide energy storage means. And a check valve, and finally constitutes a water pump for turbine power generation.
  • the present invention has the advantage that the energy can be transmitted at a long distance by using the configuration of the piston-cylinder, but it is difficult to extract energy from the disordered motion of the six degrees of freedom that the wave as a configuration that is tied to the buoyant body.
  • the present invention devised to solve the problems of the prior art as described above is an object of the present invention to provide a device for converting natural forces such as wave power and wind power, ground vibrations into environmentally available rotational force.
  • the object of the present invention is to combine the first frame, the first frame formed on the surface of the first frame and the second frame and the second frame rotatable about the rotation axis of the first hinge
  • a rotating frame part including a third frame rotatably coupled to the second frame through a second hinge formed on a surface thereof, and being rotatable about a rotation axis of the second hinge;
  • a buoyancy vessel unit coupled to a third frame and rotatable about a rotation axis of the third hinge includes an energy conversion unit having an energy extraction means inside the buoyancy vessel unit and connected to one side of the first frame.
  • a frame is achieved by an energy converter having a rotatable floating means, characterized in that it comprises a bendable berth, limiting the movable space.
  • Energy converter having a rotary floating means collects natural forces such as wave power, wind power, ground vibrations, converts the fluid into the internal fluid flow and converts it into mechanical rotational force of the rotary actuator to the environmentally available rotational force It is effective to provide a device for converting.
  • FIG. 6 is a configuration of a buoyancy container portion of a soccer ball shape
  • FIG. 7 is a configuration of a piston-cylinder part including a first elastic body
  • FIG. 8 is a schematic view showing the configuration of an anchoring portion including a second elastic body.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of the energy converter having a rotary floating means of the present invention.
  • the energy converter having the rotatable floating means includes a first frame 210 through a first hinge 211 formed on a surface of the first frame 210 and the first frame 210. ) Coupled to the second frame 220 through the second frame 220 rotatable about the rotation axis of the first hinge 211 and the second hinge 221 formed on the surface of the second frame 220.
  • Rotation frame portion 200 including a third frame 230 that can rotate around the axis of rotation of the second hinge 221, the third through the third hinge 231 formed on the surface of the third frame 230
  • the energy conversion unit 300 includes a buoyancy vessel 310 rotatable about the rotation axis of the third hinge 231 in combination with the frame 230 and includes an energy extraction means in the buoyancy vessel 310. Included by default.
  • the hinge in the present invention means no relative horizontal and vertical movement, except that the rotation means by the moment is free.
  • the hinge coupling configuration of the first hinge 211, the second hinge 221, and the third hinge 231 preferably uses a one degree of freedom rotation joint configuration, and a ball bearing may be used.
  • the first hinge 211, the second hinge 221, and the third hinge 231 may be configured as a pair of two components, respectively.
  • the buoyancy vessel 310 performs a rotational motion of three degrees of freedom. It is possible to do
  • the buoyancy vessel 310 is basically also capable of three degrees of translational motion (x, y, z-axis directions), the buoyancy vessel 310 of the present invention as a whole allows six degrees of freedom of rotation and translational movement. It is possible to efficiently transfer the amorphous kinetic energy to the internal energy extraction means.
  • the energy extraction means may utilize a variety of existing power generation means such as a turbine generator using a hydraulic pump, a pendulum-type generator using a guide rail.
  • a rotor such as a turbine, and a piston-cylinder are combined to form a closed flow path, and then a generator is added.
  • Rotating shafts of the first hinge 211, the second hinge 221, and the third hinge 231 may be installed at right angles to each other so that the rotating frame part 200 forms a gyroscopic structure.
  • Do. 2 and 3 illustrate different embodiments of the rotating frame part 200 formed of a gyroscope structure. As such, when the respective rotation axes are configured to be perpendicular to each other, rotational motion of three degrees of freedom may be easily performed in any of the x, y, and z axes.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the energy extraction means
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the configuration of the rotating body portion.
  • the buoyancy vessel 310 is preferably formed in a hollow three-dimensional shape.
  • the energy extracting means includes a rotary body part 340 and a piston, which include a rotary actuator 341 rotating by the flow of the working fluid and a case 342 surrounding the rotary actuator 341.
  • a piston consisting of a head 322 and a piston rod 321 and a cylinder 323 interlocking with the piston, a plurality of piston-cylinder portion 320 and the case consisting of a cylinder rod 324 formed on the outer surface of the cylinder 323
  • One end is connected to the 342 and the other end is connected to the cylinder 323 and is preferably configured to include a plurality of passage portions 330 through which the working fluid enters and exits.
  • the working fluid may be used alone or in combination depending on the application field.
  • the case 342 of the plurality of passages 330, the inner space of the cylinder 323, and the plurality of passages 330 form one closed space filled with the working fluid, and among the inner spaces of the cylinder 323. It is preferable that the working fluid exited from any one is configured to enter anything other than one of the internal spaces of the cylinder 323 after rotating the rotary actuator 341.
  • the piston-cylinder part 320 may contract by receiving a positive external force to push the working fluid to rotate the rotary actuator 341, or expand and receive a negative external force to pull the working fluid to perform the rotary operation.
  • the sieve 341 may also be rotated.
  • Such a closed flow path structure has the advantage that can be smoothly interlocked with external machinery by using a simple structure of environmentally friendly, semi-permanent, low-cost, while maximizing energy conversion efficiency.
  • interlocking with the gyroscope-type rotary frame portion of the present invention it is possible to effectively transfer the kinetic energy from the buoyancy vessel portion can be easily switched to the rotation of the internal rotating body.
  • the working fluid can be used as a gas, a liquid or a combination thereof.
  • the liquid may be considered to be an oil in consideration of the lubrication of the rotary actuator 341.
  • One of the piston rod 321 or the cylinder rod 324 is hinged to an outer surface of the case 342 or a structure outside the case 342 fixed to and attached to the case 342, and the buoyancy container part 310 It is preferable that the other of the piston rod 321 or the cylinder rod 324 is hinged to the inner side of the configuration.
  • the hinge coupling in the present invention has no relative horizontal and vertical movement, but the rotation by the moment means the coupling free.
  • the hinge coupling structure of the inner surface of the buoyancy vessel 310 and the piston rod 321 or the cylinder rod 324 may include a universal joint structure, a ball joint structure or a ring connection structure.
  • the buoyancy vessel part 310 may be configured as a soccer ball shape consisting of a regular polyhedron shape, a spherical shape, or a combination of twelve pentagonal plate members 312 and twenty hexagonal plate members 313. .
  • the hinge coupling to the inside of the buoyancy vessel 310 of the piston rod 321 or the cylinder rod 324 is coupled only to the center of the inner surface of the pentagonal plate member 312 or hexagonal. It may be configured to be coupled only to the center of the inner surface of the plate-like member 313.
  • a plurality of wings may be formed on the outer surface of the buoyancy vessel 310.
  • the wings 311 may be easily assembled to the outer surface as shown in FIG. 6.
  • the energy conversion unit 300 preferably further includes a cable 120 including a generator for converting the rotational energy of the rotary actuator 341 into electrical energy and a wire connected to an output side electrode of the generator. Do. This makes it possible to convert external natural energy, such as wave power and wind power, into available electrical energy.
  • the generator is installed in the buoyancy vessel 310, the cable 120 is a plurality of rotary power transmission means coupled to the first hinge 211, the second hinge 221 and the third hinge 231, respectively. It is preferable to configure to include.
  • Rotating power transmission means a component that transmits power or electric signals to the rotating equipment without twisting, and may use a general slip ring (rotary joint, rotary connector). In addition to the rotary power transmission means, it may be configured to include a wireless power transmission means.
  • the wireless power transmission means a device capable of transmitting remote power by using an electromagnetic resonance phenomenon.
  • the rotary actuator is composed of a centrifugal turbine or a hydraulic motor rotor.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the configuration of a piston-cylinder portion including a first elastic body.
  • the piston-cylinder part 320 is preferably configured to further include a first elastic body 325 for restoring the position of the piston.
  • the first elastic body 325 it is preferable to use a contraction or tension coil spring made of steel, and an installation position of the cylinder 323 is shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C. Any position may be used to allow the piston to be repositioned internally or externally.
  • the buoyancy vessel 310 transmits the kinetic energy to the internal energy extraction means by rotating or translating according to the kinetic energy acting from the outside.
  • the kinetic energy may be generated by the flow of waves or the flow of wind, or may be transmitted from an external vibrating object to the buoyancy vessel.
  • the buoyancy vessel 310 may form a sealed structure and may be filled with a lighter fluid than the surrounding fluid or may be formed of a lighter material than the surrounding fluid. That is, the present invention can be utilized for various uses such as wave power generation and wind power generation by using the buoyancy vessel 310 which is lighter than a fluid such as surrounding water or air.
  • the anchoring unit 100 includes the anchor 110 and the second elastic body 130 that enables relative movement and positional restoration of the anchor 110 and the first frame 210. It can be configured to include.
  • the second elastic body a steel coil spring or a rubber material may be used.
  • the first frame is connected to various vibrating objects such as the ground, a car, and a ship, so that the kinetic energy generated is transmitted to the buoyancy vessel through the rotating frame part 200. It is preferable.

Abstract

본 발명은 자이로스코프(Gyroscope) 구조와 피스톤-실린더의 연동 구성을 통해 다양한 형태의 자연 에너지 및 버려지는 인공적 에너지를 수집하여 기계적 에너지나 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 폐쇄구조의 회전작동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자이로스코프 회전 프레임에 연결된 부력 용기부를 갖추어, 부력 용기부에 작용하는 파력, 풍력 등의 6자유도 외부 에너지를 내부의 에너지 추출 수단에 전달하되, 특히 상기 에너지 추출 수단은 복수 개의 피스톤-실린더부를 구비하고, 작동유체가 지나는 통로 및 유압모터나 터빈 등의 회전작동체를 갖추며, 전체적으로 하나의 폐쇄구조를 이루어 외부와 유체의 출입이 단절되어 고효율의 발전 등 에너지 전환이 가능한 장치의 구성에 관한 것이다.

Description

회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기
본 발명은 자이로스코프(Gyroscope) 구조와 피스톤-실린더의 연동 구성을 통해 다양한 형태의 자연 에너지를 수집하여 기계적 에너지나 전기적 에너지로 변환시킬 수 있는 폐쇄구조의 회전작동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자이로스코프 회전 프레임에 연결된 부력 용기부를 갖추어, 부력 용기부에 작용하는 파력, 풍력 등의 6자유도 외부 에너지를 내부의 에너지 추출 수단에 전달하되, 특히 상기 에너지 추출 수단은 복수 개의 피스톤-실린더부를 구비하고, 작동유체가 지나는 통로 및 유압모터나 터빈 등의 회전작동체를 갖추되, 전체적으로 하나의 폐쇄구조를 이루어 외부와 유체의 출입이 단절되어 고효율의 발전 등 에너지 전환이 가능한 장치의 구성에 관한 것이다.
파력, 풍력, 조력 등 자연 에너지는 공해를 유발하지 않으면서 자원의 고갈 염려가 없는 청정의 대체 에너지이다. 그러나 자연 에너지는 그 양이나 방향성이 무질서하여 가용 에너지로의 변환이 그리 쉽지는 않다. 기존의 자연에너지 이용 발전기들에서 장치의 부피 증가나 증속기 등 고비용 및 비효율을 야기하는 구성의 추가는 장치의 효용성을 저하시키는 원인이 되었다. 반대로 저비용으로 에너지 전환 효율이 높은 발전 장치를 구현할 수 있다면 이는 자연 에너지를 이용한 발전 분야에 큰 이점을 제공하게 된다.
이처럼 무질서한 자연 에너지는 6자유도 운동, 즉 3축 방향의 병진 및 3축 방향의 회전 운동의 결합으로 나타나는 운동 에너지로 분석할 수 있다. 또한 시간에 따라 그 방향과 크기가 변하는 것을 특징으로 한다. 따라서 이러한 6자유도의 가변적인 운동 에너지를 반영하여 전기 등의 가용 에너지로 전환할 수 있다면, 이상적인 에너지 변환기라 할 수 있을 것이다.
저비용, 소형의 에너지 전환 장치를 설계하는데에 있어서, 피스톤-실린더 구성을 고려할 수 있다. 이는 피스톤-실린더부에 외력이 가해지도록 하여, 방출되거나 유입되는 작동유체가 터빈이나 유압모터에 힘을 전달하여 회전을 발생시키는 방식이다. 이러한 피스톤-실린더는 비교적 구조가 단순하여 구현하기가 쉽고 단단한 외골격을 갖추고 있으며, 다른 기계요소와 손쉽게 연동이 가능하다는 이점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-0105196호에는 부유형 파도에너지 추출방법 및 그 장치의 발명이 공개되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 발명은 부유수단이 실린더에 연결되고 앵커가 피스톤에 연결된 파도에너지 추출장치 관한 기술로서, 실린더와 피스톤 사이에 탄성 스프링과 같은 기계적 인장수단을 구비하여 에너지 저장수단으로 이용하고 체크밸브를 구비하여, 최종적으로 터빈 발전을 위한 물펌프를 이루는 구성을 포함하고 있다.
이 발명은 피스톤-실린더의 구성을 이용하여 원거리의 에너지 전달이 가능한 이점은 있으나, 부력체를 정박부에 묶어놓은 것에 불과한 구성으로서 파도가 가지는 6자유도의 무질서한 운동에서 에너지를 추출하는 것은 어렵다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 파력과 풍력, 지면의 진동과 같은 자연력을 친환경적으로 가용의 회전력으로 변환시키는 장치를 제공하려는 목적이 있다.
또한 6자유도의 무질서한 자연의 운동 에너지로부터 효율적으로 전기 등의 에너지를 추출하는 장치를 구성하는 데에 목적이 있다.
또한 에너지의 변환 효율을 극대화하면서도 환경 친화적이고, 반영구적인 에너지 변환 장치를 제공하려는 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 제1프레임, 상기 제1프레임의 표면에 형성된 제1힌지를 통해 상기 제1프레임과 결합하여 상기 제1힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제2프레임 및 상기 제2프레임의 표면에 형성된 제2힌지를 통해 상기 제2프레임과 결합하여 상기 제2힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제3프레임을 포함하는 회전프레임부, 상기 제3프레임의 표면에 형성된 제3힌지를 통해 상기 제3프레임과 결합하여 상기 제3힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 부력용기부를 포함하고 상기 부력용기부 내부에 에너지 추출 수단을 구비한 에너지변환부 및 상기 제1프레임의 일측에 연결되어 상기 제1프레임이 운동 가능한 공간을 제한하되 만곡 가능한 정박부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기는 파력과 풍력, 지면의 진동과 같은 자연력을 수집하여, 내부의 유체 흐름으로 전환시키고 이를 회전작동체의 기계적 회전력으로 변환시킴으로써 친환경적으로 가용의 회전력으로 변환시키는 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한 자이로스코프 프레임을 이용하여 6자유도의 무질서한 자연의 운동 에너지로부터 효율적으로 전기 등의 에너지를 추출하는 장치를 구성하는 다른 효과가 있다.
더 나아가 피스톤-실린더를 활용한 폐쇄 유로 구성을 이용하여 에너지의 변환 효율을 극대화하면서도 환경 친화적이고, 반영구적인 에너지 변환 장치를 제공하는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 기존 기술인 대한민국 등록특허 제10-0105196호의 대표도이며,
도 2는 본 발명의 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기의 기본 구성,
도 3은 회전프레임부 구성의 다른 실시예,
도 4는 에너지 추출 수단의 구성,
도 5는 회전체부의 구성,
도 6은 축구공 형상의 부력 용기부의 구성,
도 7은 제1탄성체를 포함하는 피스톤-실린더부의 구성,
도 8은 제2탄성체를 포함하는 정박부의 구성을 나타낸 모식도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기의 기본 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기는 제1프레임(210), 제1프레임(210)의 표면에 형성된 제1힌지(211)를 통해 제1프레임(210)과 결합하여 제1힌지(211)의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제2프레임(220) 및 제2프레임(220)의 표면에 형성된 제2힌지(221)를 통해 제2프레임(220)과 결합하여 제2힌지(221)의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제3프레임(230)을 포함하는 회전프레임부(200), 제3프레임(230)의 표면에 형성된 제3힌지(231)를 통해 제3프레임(230)과 결합하여 제3힌지(231)의 회전축을 중심으로 회전 가능한 부력용기부(310)를 포함하고 부력용기부(310) 내부에 에너지 추출 수단을 구비한 에너지변환부(300)를 기본적으로 포함한다.
본 발명에서의 힌지는 상대적인 수평 및 수직 이동은 없고, 다만 모멘트에 의한 회전(꺾임)은 자유가 되는 결합 수단을 의미한다. 제1힌지(211), 제2힌지(221), 제3힌지(231)의 힌지 결합 구성은 1자유도 회전 조인트 구성을 이용하는 것이 바람직하며 볼베어링 등을 사용할 수 있다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이 제1힌지(211), 제2힌지(221), 제3힌지(231)는 각각 2개의 구성부품의 쌍으로 이루어 지도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 3개(또는 3조)의 힌지가 직렬연결되는 구성을 통해 제1프레임(210)의 일측에 정박부(100)가 연결되었음에도 불구하고 부력용기부(310)가 3자유도의 회전 운동을 하는 것이 가능하다.
부력용기부(310)는 기본적으로 3자유도의 병진 운동(x, y, z축 방향)도 가능하므로 전체적으로 본 발명의 부력용기부(310)는 6자유도의 회전 및 병진운동이 가능하게 되어 주위에서 전달되는 무정형의 운동 에너지를 효율적으로 내부의 에너지 추출 수단에 전달하는 것이 가능하다. 상기 에너지 추출 수단으로는 유압 펌프를 이용한 터빈 발전기, 가이드 레일을 이용한 진자 운동형 발전기 등 다양한 기존의 발전 수단을 활용할 수 있다. 특히 아래에서 기술하는 바와 같이 터빈 등의 회전체와 피스톤-실린더를 결합하여 폐쇄형 유로를 형성한 후 발전기를 부가하는 구성을 활용하는 것이 바람직하다.
제1힌지(211), 제2힌지(221) 및 제3힌지(231) 각각의 회전축은 서로 직각으로 설치되어 회전프레임부(200)가 자이로스코프 구조(Gyroscopic Structure)를 형성하도록 구성하는 것이 바람직하다. 도 2과 도 3에는 자이로스코프 구조로 형성된 회전프레임부(200)의 각각 다른 실시예가 도시되어 있다. 이와 같이 각각의 회전축을 서로 직각 방향이 되도록 구성하면, x, y, z축 중 어느 방향으로도 3자유도의 회전 운동이 용이하게 이뤄질 수 있다.
도 4는 에너지 추출 수단의 구성을 나타낸 모식도, 도 5는 회전체부의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 부력용기부(310)는 내부가 빈 입체 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 에너지 추출 수단은 작동유체의 유동에 의해 회전하는 회전작동체(341) 및 회전작동체(341)를 둘러싸는 케이스(342)로 이루어진 회전체부(340), 피스톤헤드(322)와 피스톤로드(321)로 이루어진 피스톤 및 피스톤과 연동하는 실린더(323), 실린더(323)의 외측 면에 형성된 실린더로드(324)로 이루어진 복수의 피스톤-실린더부(320) 및 케이스(342)에 한 쪽 끝이 연결되고 다른 쪽 끝은 실린더(323)와 연결되며 내부가 빈 관 형상으로 형성되어 상기 작동유체가 드나드는 복수의 통로부(330)를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 작동유체로는 적용분야에 따라 액체나 기체를 단독으로 또는 병용하여 사용할 수 있다.
복수의 통로부(330)의 케이스(342), 실린더(323)의 내부 공간 및 복수의 통로부(330)는 상기 작동유체가 충진된 하나의 폐쇄공간을 이루며, 실린더(323)의 내부 공간 중 어느 하나에서 빠져나온 작동유체는 회전작동체(341)를 회전시킨 후 실린더(323)의 내부 공간 중 어느 하나 이외의 것으로 들어가도록 구성하는 것이 바람직하다. 피스톤-실린더부(320)은 양의 외력을 받아 수축하여 상기 작동유체를 밀어내어 회전작동체(341)를 회전시킬 수도 있고, 음의 외력을 받아 팽창하여 상기 작동유체를 잡아당김으로써 상기 회전작동체(341)를 회전시킬 수도 있다.
이와 같은 폐쇄형의 유로 구조는 에너지의 변환 효율을 극대화하면서도 환경 친화적이고, 반영구적이며, 저비용의 간단한 구조를 이용하여 외부의 기계장치와 원활히 연동할 수 있는 장점이 있다. 특히 본 발명의 자이로스코프 타입의 회전 프레임부와 연동함으로써 부력용기부로부터 효과적으로 운동 에너지를 전달받아 내부의 회전체의 회전으로 용이하게 전환하는 것이 가능하다.
상기 작동유체는 기체, 액체 또는 이들을 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 다만 액체로 구성하는 경우 상기 회전작동체(341)의 윤활을 고려하여 기름(oil)으로 하는 것을 고려할 수 있다.
케이스(342)의 외측 면 또는 케이스(342)에 부착되어 고정된 케이스(342) 외부의 구조물에 피스톤로드(321) 또는 실린더로드(324) 중 어느 하나가 힌지 결합되고, 부력용기부(310)의 내측면에 피스톤로드(321) 또는 실린더로드(324) 중 다른 하나가 힌지 결합되도록 구성하는 것이 바람직하다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서의 힌지 결합은 상대적인 수평 및 수직 이동은 없고, 다만 모멘트에 의한 회전(꺾임)은 자유가 되는 결합을 의미한다. 부력용기부(310)의 내측면과 피스톤로드(321) 또는 실린더로드(324)의 힌지 결합 구조로는 유니버설 조인트 구조, 볼 조인트 구조 또는 고리 연결 구조 등이 있다.
도 6은 축구공 형상의 부력 용기부의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부력용기부(310)는 정다면체 형상, 구 형상 또는 12개의 오각형 판상 부재(312)와 20개의 육각형 판상 부재(313)의 결합으로 이루어진 축구공 형상으로 구성할 수 있다. 특히 축구공 형상으로 구성하는 경우에 피스톤로드(321) 또는 실린더로드(324) 중 부력용기부(310)의 내측에 힌지 결합되는 것은 오각형 판상 부재(312)의 내측 표면의 중심에만 결합되거나 또는 육각형 판상 부재(313)의 내측 표면의 중심에만 결합되도록 구성할 수 있다. 이와 같이 축구공 형태로 부력용기부(310)를 구성함으로써 부력용기부(310)가 큰 경우에도 조립이 용이하며, 피스톤로드(321) 또는 실린더로드(324)를 힌지 결합할 위치를 형성하는 것이 용이하다.
또한 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 운동 에너지에 따라 부력용기부(310)가 병진 또는 회전 운동하는 것을 촉진하기 위하여, 부력용기부(310)의 외측 표면에 복수의 날개를 형성할 수 있다. 축구공 형상으로 부력용기부(310)를 형성하면 도 6에 도시된 바와 같이 용이하게 외부면에 날개(311)를 조립할 수 있다.
상기 에너지변환부(300)는 회전작동체(341)의 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기와 발전기의 출력 측 전극에 연결되는 전선을 내부에 포함하는 케이블(120)을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 이를 통해 파력, 풍력 등 외부의 자연에너지를 가용의 전기 에너지로 전환하여 사용하는 것이 가능해진다. 상기 발전기는 부력용기부(310) 내부에 설치되고, 케이블(120)은 제1힌지(211), 제2힌지(221) 및 제3힌지(231)와 각각 결합된 복수의 회전형 전력 전달 수단을 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 회전형 전력 전달 수단은 회전하는 장비에 전원 또는 전기 신호를 꼬임없이 전달하는 부품을 의미하며, 일반적인 슬립링(로터리 조인트, 로터리 커넥터)를 활용할 수 있다. 또한, 회전형 전력 전달 수단 이외에도 무선 전력 전송 수단을 포함하도록 구성할 수도 있다. 무선 전력 전송 수단은 전자기 공명 현상 등을 활용하여 원거리 전력 송신이 가능한 장치를 의미한다.
상기 회전작동체는 원심형 터빈 또는 유압 모터형 로터로 구성하는 것이 바람직하다.
도 7은 제1탄성체를 포함하는 피스톤-실린더부의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤-실린더부(320)는 피스톤의 위치 복원을 위한 제1탄성체(325)를 추가로 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 제1탄성체(325)로는 강 재질의 수축 또는 인장 코일스프링을 활용하는 것이 바람직하며, 설치 위치는 도 7의 (a), (b), (c)에 도시한 바와 같이, 실린더(323)의 내부 또는 외부에 피스톤의 위치 복원을 가능하게 하는 위치면 어디라도 무방하다.
부력용기부(310)는 외부에서 작용하는 운동 에너지에 따라 회전 또는 병진 운동함으로써 운동 에너지를 내부의 에너지 추출 수단에 전달한다. 상기의 운동 에너지는 파도의 유동 또는 바람의 유동에 의하여 발생하거나, 외부의 진동하는 물체에서 상기 부력 용기부로 전달되는 것을 이용할 수 있다. 파도의 유동, 바람의 유동을 이용하는 경우에 상기 부력용기부(310)는 밀폐 구조를 이루고 내부가 주위의 유체보다 가벼운 유체로 채우거나 주위의 유체보다 가벼운 재질로 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 주위의 물이나 공기와 같은 유체보다 가벼운 부력용기부(310)를 이용하여 파력 발전, 풍력 발전 등 다양한 용도로 활용 가능하다. 이와 같이 풍력이나 파력을 이용하는 경우에는 제1프레임(210)의 일측에 연결되어 제1프레임(210)이 운동 가능한 공간을 제한하되 만곡 가능한 정박부(100)를 구성에 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 8은 제2탄성체를 포함하는 정박부의 구성을 나타낸 모식도이다. 도 2 및도 8에 도시된 바와 같이 정박부(100)는 닻(110), 그리고 닻(110)과 제1프레임(210)의 상대적인 운동 및 위치 복원을 가능하게 하는 제2탄성체(130)를 포함하도록 구성할 수 있다. 제2탄성체로는 강(鋼) 재질의 코일 스프링 또는 고무 재질을 활용할 수 있다.
또한 주위의 진동하는 물체와 연동하는 경우에는 지면, 자동차, 배 등 각종 진동하는 물체에 제1프레임을 연결함으로써, 발생하는 운동 에너지가 회전프레임부(200)를 거쳐, 상기 부력 용기부로 전달되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기에 있어서,
    제1프레임, 상기 제1프레임의 표면에 형성된 제1힌지를 통해 상기 제1프레임과 결합하여 상기 제1힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제2프레임 및 상기 제2프레임의 표면에 형성된 제2힌지를 통해 상기 제2프레임과 결합하여 상기 제2힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 제3프레임을 포함하는 회전프레임부,
    상기 제3프레임의 표면에 형성된 제3힌지를 통해 상기 제3프레임과 결합하여 상기 제3힌지의 회전축을 중심으로 회전 가능한 부력용기부를 포함하고 상기 부력용기부 내부에 에너지 추출 수단을 구비한 에너지변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1힌지, 상기 제2힌지 및 상기 제3힌지 각각의 회전축이 서로 직각으로 설치되어 상기 회전프레임부가 자이로스코프 구조(Gyroscopic Structure)를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부력용기부는 내부가 빈 입체 형상으로 형성되며,
    상기 에너지 추출 수단은
    작동유체의 유동에 의해 회전하는 회전작동체 및 상기 회전작동체를 둘러싸는 케이스로 이루어진 회전체부,
    피스톤헤드와 피스톤로드로 이루어진 피스톤, 상기 피스톤과 연동하는 실린더 및 상기 실린더의 외측 면에 돌출되어 형성된 실린더로드로 이루어진 복수의 피스톤-실린더부 및
    상기 케이스에 한 쪽 끝이 연결되고, 다른 쪽 끝은 상기 실린더와 연결되며내부가 빈 관 형상으로 형성되어 상기 작동유체가 드나드는 복수의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 케이스, 상기 실린더의 내부 공간 및 상기 복수의 통로부는 상기 작동유체가 충진된 하나의 폐쇄공간을 이루고, 상기 실린더의 상기 내부 공간 중 어느 하나에서 빠져나온 상기 작동유체는 상기 회전작동체를 회전시킨 후 상기 실린더의 상기 내부 공간 중 상기 어느 하나 이외의 것으로 들어가는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 피스톤-실린더부 중 하나를 구성하는 상기 피스톤로드 또는 상기 실린더로드 중 어느 하나는 상기 케이스의 외측 면 또는 상기 케이스에 부착되어 고정된 상기 케이스 외부의 구조물에 힌지 결합되고, 다른 하나는 상기 부력용기부의 내측면에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 부력용기부는 정다면체 형상, 구 형상 또는 12개의 오각형 판상 부재와 20개의 육각형 판상 부재의 결합으로 이루어진 축구공 형상인 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 피스톤로드 또는 상기 실린더로드 중 상기 부력용기부의 내측에 힌지 결합되는 것은 상기 오각형 판상 부재의 내측 표면의 중심에만 결합되거나 또는 상기 육각형 판상 부재의 내측 표면의 중심에만 결합되는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지변환부는 회전작동체의 회전 에너지를 전기 에너지로 전환하는 발전기와 상기 발전기의 출력 측 전극에 연결되는 전선을 내부에 포함하는 케이블을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 부력용기부 내부에 설치되고, 상기 케이블은 상기 제1힌지, 상기 제2힌지 및 상기 제3힌지와 각각 결합된 복수의 회전형 전력 전달 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전기는 상기 부력용기부 내부에 설치되고, 상기 케이블은 무선 전력 전송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 피스톤-실린더부는 상기 피스톤의 위치 복원을 위한 제1탄성체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전작동체는 원심형 터빈 또는 유압 모터형 로터인 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 부력용기부는 외부에서 작용하는 운동 에너지에 따라 회전 및 병진 운동함으로써 상기 운동 에너지를 상기 에너지 추출 수단에 전달하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 운동 에너지는 파도의 유동 또는 바람의 유동에 의하여 발생하며,
    상기 제1프레임의 일측에 연결되어 상기 제1프레임이 운동 가능한 공간을 제한하되 만곡 가능한 정박부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 정박부는 닻 및 상기 닻과 상기 제1프레임의 상대적인 운동 및 위치 복원을 가능하게 하는 제2탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 부력용기부는 밀폐 구조를 이루고 내부가 주위의 유체보다 가벼운 유체로 채워진 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 부력용기부는 주위의 유체보다 가벼운 재질을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 운동 에너지에 따라 상기 부력용기부가 병진 또는 회전 운동하는 것을 촉진하기 위하여, 상기 부력용기부의 외측 표면에 복수의 날개가 형성된 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1프레임은 외부의 진동하는 물체에 고정되고,
    상기 운동 에너지는 상기 외부의 진동하는 물체에서 상기 회전프레임부를 거쳐, 상기 부력 용기부로 전달되는 것을 특징으로 하는 회전형 부유수단을 갖는 에너지변환기.
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