WO2015163641A1 - 슬라이딩 방식의 파력발전기 - Google Patents

슬라이딩 방식의 파력발전기 Download PDF

Info

Publication number
WO2015163641A1
WO2015163641A1 PCT/KR2015/003803 KR2015003803W WO2015163641A1 WO 2015163641 A1 WO2015163641 A1 WO 2015163641A1 KR 2015003803 W KR2015003803 W KR 2015003803W WO 2015163641 A1 WO2015163641 A1 WO 2015163641A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cylinder
hydraulic
hydraulic motor
generator
sliding
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/003803
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
안경관
도황친
판콩빈
박형규
누옌민치
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020140049632A external-priority patent/KR101559664B1/ko
Priority claimed from KR1020140049631A external-priority patent/KR101554823B1/ko
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Publication of WO2015163641A1 publication Critical patent/WO2015163641A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • 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
    • F03B13/14—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 using wave energy
    • F03B13/16—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 using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • 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
    • F03B13/14—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 using wave energy
    • F03B13/16—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 using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—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 using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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 a sliding type wave power generator, and more particularly, to a sliding type including a power generator driven by a hydraulic motor driven by hydraulic power generated through vertical movement of a piston by a wave and a drive of the hydraulic motor.
  • a sliding type including a power generator driven by a hydraulic motor driven by hydraulic power generated through vertical movement of a piston by a wave and a drive of the hydraulic motor.
  • power generation methods that generate electricity include hydroelectric power generation, thermal power generation, and nuclear power generation. These power generation methods require large-scale power generation facilities, and in the case of thermal power generation, a huge amount of power is required to operate the power generation facilities. As oil or coal energy must be supplied, many difficulties are foreseen at the present time when oil and coal resources are depleted, and environmental pollution is also a big problem. In addition, in the case of nuclear power generation, radioactive leakage and nuclear waste treatment have serious problems. Therefore, there is a need for a power generation method that is cheaper, safer and has less environmental pollution than such a general power generation method.
  • power generation methods that do not require oil or coal resources and do not have radiation or nuclear waste problems include solar power generation, wave power generation, tidal power generation, and wind power generation. It is typically used in the form of wave power generation using the tidal power generation and the high and low difference of the wave and hydro power generation using the hydropower.
  • the wave generator converts the periodic vertical movement of the sea surface caused by the waves and the forward and backward movements of the water particles into mechanical rotational or axial movements through an energy converter, and then converts them into electrical energy.
  • the energy can be classified into various types according to the method of first-order converting energy according to the height.
  • the wave generator is classified into vibration type, moon wave type, and animal body type according to the wave energy absorption method.
  • Oscillating wave power generation converts the space change caused by the large and small wave energy introduced into the water column into the flow of internal air, and introduces it into the induction pipe so that an overlapping wave is formed when the incident wave is reflected from the front of the device.
  • the principle that the air flow occurs in the upper nozzle portion of the water surface when forming the redundant wave is a method of obtaining electricity by rotating the turbine installed in the induction pipe with air.
  • the monthly wave power generation uses the water level difference generated by kinetic energy to make the slope wall in front of the direction of the large and small waves, and discharge the seawater stored in the lower part of the reservoir by using the water level difference generated by the kinetic energy. It's a way to make turbines generate power.
  • Fauna-type wave power generation is a way to rotate the generator by allowing the floating body floating on the water to move up or down by the height of the wave.
  • Faux animal body type is evaluated to be more efficient than other wave power generation methods. Therefore, the floating wave type wave generator has a wave height, wave period, and wave direction that have a great influence on the power generator's output operation. Appropriate use will have a direct impact on improving the efficiency and utilization of wave generators.
  • US Patent No. US 6,226,989 B1 discloses a wave generator comprising a single piston pump paired with three accumulators, a check valve, a directional control valve and a hydraulic motor.
  • This wave generator has a problem that the speed of the motor is determined by the displacement of the motor is fixed and affected by the fluid flow by the pump.
  • the flow of the fluid by the pump must flow across the check valve and the direction control valve to reach the hydraulic motor, there is a problem that the power generation efficiency is reduced.
  • US Pat. No. 6,574,957 B2 discloses a wave generator in which a buoy's movement is converted into a rotational movement by a rack gear and a pinion gear. This wave generator has a problem of low power generation efficiency because it has to go through several stages of the transfer process.
  • US Pat. No. 6,8125,88 B1 discloses a wave generator comprising a hydraulic piston assembly, a floating device, a high and low pressure reservoir and a hydraulic generator.
  • the wave generator control system describes how to measure the condition of the sea, adjust the length of the support structure accordingly, and optimize the generator for the sea situation.
  • the wave generator of US 6,8125,88 B1 includes two problems. First, there is a problem that the efficiency of the generator is lowered because the fluid is discharged through the discharge valve to lose some of the energy of the high pressure fluid, and secondly, when the ocean wave is low, the pressure of the high pressure reservoir is lower than the rated pressure, the efficiency of the generator There is a problem that fall.
  • the present invention is to overcome the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a sliding type power generator for outputting a constant amount of power by controlling the rotational speed of the hydraulic motor.
  • an object of the present invention is to provide a sliding type wave power generator to reduce the friction caused by the movement of the floating body to increase the power generation efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a sliding wave generator that protects the entire system from strong waves and storms by adjusting the height of the frame connected to the pillar.
  • Sliding wave generator to achieve the above object is a hydraulic generating device for generating the hydraulic pressure of the internal fluid by the piston up and down movement of the cylinder using the potential energy of the wave, to remove the fluctuations in the hydraulic pressure and to store the reserve energy It includes a hydraulic control system for charging the driving pressure of the hydraulic motor and a power generation unit for generating the power by the rotation of the hydraulic motor in the generator by receiving the driving pressure of the hydraulic motor and the driving current of the hydraulic motor from the microprocessor. do.
  • the hydraulic generating device is a column fixed to the sea bottom or the bottom, a frame connected horizontally to the column, a cylinder connected to the frame, a shaft connected to the cylinder and It characterized in that it comprises a float installed on the shaft end.
  • the cylinder, the shaft and the floating body is composed of one set, a plurality of sets are attached to the frame at regular intervals of two rows, the set is compared with the direction of gravity It is characterized by being inclined at a predetermined angle.
  • the hydraulic generating device is characterized in that for adjusting the height of the frame above the sea level.
  • the hydraulic control system is the fluid of the fluid tank when the cylinder is advanced flows into the head side chamber of the cylinder through the low pressure line, when the cylinder is retracted
  • the fluid is characterized by discharging the flow rate through the high pressure line to supply the hydraulic pressure to the hydraulic accumulator and the hydraulic motor.
  • the hydraulic accumulator regulates and accumulates the high pressure fluid from the cylinder, and stores the reserve power when the receiving power is higher than the rated power of the generator, the receiving power of the generator When it is lower than the rated power, it is characterized by compensating for the insufficient power of the hydraulic motor.
  • the microprocessor checks the reference speed by using a controller and transmits a current for driving the hydraulic motor.
  • the controller is characterized in that it comprises a closed-loop control system of the PID controller.
  • the hydraulic motor includes a variable capacity hydraulic mechanism, it characterized in that the rotational speed is adjusted by adjusting the swash plate angle.
  • the sliding wave generator generates the hydraulic pressure of the internal fluid by the piston vertical movement of the first cylinder using the potential energy of the wave, the rotation angle of the first cylinder using the second cylinder Hydraulic generating device for adjusting the hydraulic pressure, the hydraulic control system for removing the fluctuation of the hydraulic pressure and storing the reserve energy to charge the driving pressure of the hydraulic motor and the driving pressure of the hydraulic motor and the driving current of the hydraulic motor from the microprocessor is applied to the generator It is configured to include a power generating unit for generating power by the rotation of the hydraulic motor.
  • the hydraulic generating device is a column fixed to the sea bottom or the bottom, the frame is connected horizontally to the column, the frame connected to the second cylinder, It is characterized in that it comprises a piston rod of the two cylinders and the frame, the rotating plate to which the first cylinder is attached, a shaft connected to the piston rod of the first cylinder and a floating body installed at the end of the shaft.
  • the first cylinder, the shaft, the floating body, the rotating plate, the second cylinder is composed of one set
  • the rotating plate is O Is connected to the type pin and rotates around the O-type pin
  • a plurality of sets are attached to the frame at regular intervals of two rows
  • the shaft and the float of the set is installed to be variable at an optimal angle do.
  • the angle of the shaft and the floating body compares and calculates the sliding shaft inclination angle and the optimal sliding angle, and the second cylinder is advanced by using the calculation result And adjusting the rotation angle of the first cylinder when reversing.
  • the rotation angle adjustment of the first cylinder is 20 minutes after the absolute value of the rotation angle of the first cylinder is smaller than the maximum target value and the minimum target value
  • the method of controlling the rotation angle of the first cylinder is repeated, and the method of controlling the rotation angle of the first cylinder is repeated after 10 minutes if it is smaller than the maximum target value and larger than the minimum target value.
  • the second cylinder is moved forward and backward through it characterized in that for controlling the rotation angle of the first cylinder.
  • the controller includes a PID controller, when the first cylinder rotation angle is less than 0, the second cylinder is reversed, the first cylinder rotation angle Is greater than 0, the second cylinder is advanced, the controller is operated until the first cylinder rotation angle is smaller than the minimum target value, and the method of controlling the first cylinder rotation angle at regular time intervals is repeated. It features.
  • the hydraulic generating device is characterized in that for adjusting the height of the frame above the sea level.
  • the hydraulic control system is the fluid of the fluid tank is introduced into the head-side chamber of the first cylinder through the low pressure line when the first cylinder is advanced, When the first cylinder is retracted, the fluid in the head side chamber discharges a flow rate through a high pressure line to supply hydraulic pressure to the hydraulic accumulator and the hydraulic motor.
  • the hydraulic accumulator adjusts and accumulates high pressure fluid from the first cylinder, and stores the reserve power when the received power is higher than the rated power of the generator, When the received power is lower than the rated power of the generator, it characterized in that to compensate for the insufficient power of the hydraulic motor.
  • the microprocessor generates a current for driving the hydraulic motor by checking the reference speed using the closed-loop control system of the PID controller. do.
  • the hydraulic motor includes a variable capacity hydraulic mechanism, characterized in that to ensure the rotational speed by adjusting the swash plate angle.
  • FIG. 1 is a front view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing the movement of the hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a hydraulic control system and a power generating unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram for controlling the speed of the power generation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the movement of the hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing the shape of the floating body according to the sea surface in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling a rotation angle of a cylinder according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a hydraulic control system and a power generating unit according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention may have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
  • the sliding wave generator of the present invention includes a hydraulic generator, a hydraulic control system and a power generator, and will be described for each component.
  • FIG. 1 is a front view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the hydraulic generating apparatus includes a pillar 1, a frame 2, a cylinder 3, a shaft 4, and a float 5. .
  • the column 1 is fixed to the sea bottom or the bottom of the sea, the frame 2 is connected horizontally to the column 1, one end of the cylinder 3 is connected to the frame 2, and the cylinder 3 At the other end of the) a moving shaft 4 is connected, and to the shaft 4 a floating body 5 is connected.
  • the set structure of the cylinder 3, the shaft 4 and the float 5 is attached to the frame 2, which is attached to the frame 2 in plural at regular intervals in two rows.
  • the piston compresses the fluid inside the cylinder 3 while moving up and down.
  • the fluid contained in the space between the cylinder 3 and the shaft 4 generally uses lubricating oil, but the type of fluid is not necessarily limited, and the fluid may be changed as necessary.
  • the shaft 4 and the floating body 5 move together in the vertical direction and the axial direction according to the wave.
  • the up and down and axial movements of the shaft 4 and the float 5 reduce the friction of the moving parts and enhance the mechanical energy obtained through the waves.
  • FIG 3 is a view showing the movement of the hydraulic pressure generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the predetermined angle refers to an angle capable of providing an optimal power generation efficiency while the floating body 5 moves up and down by waves.
  • the predetermined angle may be 30 to 45 degrees.
  • one embodiment of the present invention can provide a structure that can adjust the height of the frame (2) connected to the pillar (1).
  • the pillar 1 has a structure for supporting the frame 2.
  • the frame 2 coupled to the pillar 1 can adjust the height in the vertical direction. This protects the entire system from strong waves and storms.
  • FIG. 4 is a view showing a hydraulic control system and a power generating unit according to an embodiment of the present invention.
  • the hydraulic control system of the present invention comprises a low pressure check valve 7a, a high pressure check valve 7b, a high pressure line 8, a low pressure line 9, a hydraulic accumulator 10 and a fluid tank 16.
  • the power generation unit 11 includes a high pressure fluid detector 11, a hydraulic motor 12, a motor speed detector 13, a clutch 14, a generator 15, a relief valve 17, a reference speed 18, and a microprocessor ( 19), and each component description is as follows.
  • the plurality of cylinders 3 all perform the operation of supplying hydraulic pressure to the hydraulic accumulator 10 in this manner.
  • the low pressure check valve 7a is a valve for controlling the low pressure fluid of the low pressure line 9 to move to the cylinder 3.
  • the high pressure check valve 7b is a valve for adjusting the high pressure fluid of the cylinder 3 to enter the hydraulic accumulator 10 through the high pressure line 8.
  • the hydraulic accumulator 10 since the hydraulic accumulator 10 is large in size, the hydraulic accumulator 10 may compensate for the fluctuation of the inflow flow rate and store extra energy.
  • the microprocessor 19 processes the feedback signal and sends control signals to the clutch 14 and the hydraulic motor 12.
  • the hydraulic motor 12 and the generator 15 are connected in a form having a common shaft by the clutch 14. At this time, the hydraulic motor 12 and the generator 15 are connected when the speed of the hydraulic motor 12 is within a predetermined allowable range, and is connected when the speed of the hydraulic motor 12 exceeds the predetermined allowable range. Is released.
  • Figure 5 is a block diagram for controlling the speed of the power generation unit according to an embodiment of the present invention.
  • a control current is generated to drive the hydraulic motor 12 by identifying the reference speed 18 of the PID controller.
  • the method of controlling the driving of the hydraulic motor 12 is the same as the method of controlling the power of the hydraulic motor 12 according to the flow rate and the pressure.
  • the flow rate is increased to keep the power output from the hydraulic motor 12 constant.
  • the pressure increases, the flow rate is reduced in order to keep the power output from the hydraulic motor 12 constant.
  • the output power is proportional to the drive speed of the hydraulic motor 12.
  • the flow rate of the cylinder 3 is adjusted by changing the angle of the swash plate included in the hydraulic motor 12, and thus the driving speed of the hydraulic motor 12 is maintained not to exceed the rated speed.
  • the relief valve 17 serves to discharge the high pressure fluid when the pressure of the hydraulic accumulator 10 is too high and there is a risk that the hydraulic circuit may be broken.
  • one embodiment of the present invention is to control the rotational speed of the hydraulic motor by using the hydraulic accumulator and the PID controller to maintain a constant amount of power generated by the sliding wave generator.
  • the sliding wave generator includes a hydraulic generating device, a hydraulic control system and a power generating unit.
  • FIG. 6 is a front view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a side view showing a hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the hydraulic generating device is a column 51, a frame 52, a first cylinder 53, a shaft 54, a float 55, A rotating plate 56 and a second cylinder 57.
  • the column 51 is fixed to the sea bottom or the bottom of the sea
  • the frame 52 is horizontally connected to the column 51
  • the second cylinder 57 is connected to the frame 52
  • the second cylinder One end of the rotary plate 56 is connected to the piston rod of 57
  • the other end of the rotary plate 56 is connected to the frame 52 by a pin to rotate the pin about its axis.
  • a first cylinder 53 is attached to the rotating plate 56, a piston rod of the first cylinder 53 is connected to the moving shaft 54, and a floating body 55 is connected to the shaft 54.
  • a set structure of the first cylinder 53, the shaft 54, the float 55, the rotating plate 56 and the second cylinder 57 is attached to the frame 52, which is placed on the frame 52.
  • Plural numbers are attached at regular intervals.
  • the fluid contained in the first cylinder 53 and the second cylinder 57 generally uses lubricating oil, but the type of fluid is not necessarily limited, and the fluid may be changed as necessary.
  • the shaft 54 and the floating body 55 move together in the vertical direction and the axial direction according to the wave.
  • the up and down and axial movements of the shaft 54 and the float 55 reduce the friction of the moving parts and enhance the mechanical energy obtained through the waves.
  • the present invention can provide a structure that can adjust the height of the frame 52 connected to the column (51).
  • the pillar 51 has a structure for supporting the frame 52.
  • the frame 52 coupled to the pillar 51 may adjust the height in the vertical direction. This protects the entire system from strong waves and storms.
  • FIG. 8 is a view showing the movement of the hydraulic pressure generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the optimal sliding shaft inclination angle of the hydraulic generator is calculated by the following equation.
  • Equation 1 is a sliding shaft inclination angle
  • ⁇ is the optimal sliding angle
  • F ⁇ represents the force of the horizontal component
  • F ⁇ represents the force of the vertical component
  • a p 1 i in Equation 2 means the piston cross-sectional area is calculated as in Equation 3.
  • Equation 4 is a formula for obtaining the pressure value of Equation 2
  • p means the pressure of the high pressure line
  • p l means the pressure of the low pressure line.
  • F fric represents the friction force of the cylinder and is calculated as follows.
  • the frictional force F fric of the cylinder is defined by the efficiency constant ⁇ C.
  • the value of ⁇ has a value similar to the response angle ⁇ adjusted by the actuator.
  • F G represents gravity
  • F PTO represents the moving force of the piston of the cylinder to create a high-pressure fluid
  • F W represents the force of the floating body from the wave containing the vertical and horizontal components. In order to separate the vertical component and the horizontal component of the F W it is calculated using the equation (7).
  • Equation 8 The values of the vector calculated through Equation 7 are calculated by Equation 8, respectively.
  • the force of the vertical component applied to the floating body through Equation 9 is expressed as a superposition of three forces.
  • the three kinds of power is defined as the radiation force F R generated from the excitation force F Ex where the constant wave in the Archimedean force F Arc, the fixing fluid is applied generating unit, a vibration unit fluid.
  • Equation 10 the Archimedean force F Arc is calculated by Equation 10.
  • Equation 10 p represents the density of water, g represents the acceleration of gravity, and V s represents the volume of the floating body. Where the volume V s of the float is calculated by Equation 11.
  • FIG. 9 is a view showing the shape of the floating body according to the sea surface in another embodiment of the present invention.
  • Equation 11 represents the degree of submersion of the floating body.
  • Equation 12 ⁇ ( ⁇ ) represents an excitation force coefficient, and the excitation force coefficient depends on the shape of the floating body and the wave frequency ⁇ . H also represents the height of the wave from the lowest peak to the highest peak.
  • Equation 13 b rad is an impulse response function for describing hydrodynamic damping, and m Ad represents an additional mass for explaining an effect when the floating body vibrates.
  • Equation 14 ⁇ denotes the velocity of the wave, C D denotes the drag coefficient, and A bh denotes the wet cross section of the floating body, which is a vertical plane in the wave direction.
  • a bh is calculated using Equation 15.
  • Equation 1 A power take-off device (PTO system) using the above method is disposed on the rotating plate 56 rotatable about the pin O as shown in FIG.
  • the second cylinder 57 is used to adjust the sliding shaft inclination angle ⁇ and collect wave data for the last 20 minutes. Assuming a sampling time of 0.01 seconds, Equation 1 may be expressed as Equation 17.
  • Equation 18 ⁇ represents a rotation angle (measured value) of the cylinder.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a method of controlling a rotation angle of a cylinder according to another embodiment of the present invention.
  • Equation 17 is used to approximate an optimal sliding angle.
  • of the cylinder is smaller than the minimum rotation angle ⁇ min and the maximum rotation angle ⁇ max , which are target values, the method of controlling the optimum angle after 20 minutes is repeated.
  • of the cylinder is larger than the minimum rotation angle ⁇ min which is a target value and smaller than the maximum rotation angle ⁇ max , the method of controlling the optimum angle after 10 minutes is repeated.
  • of the cylinder is larger than the maximum rotation angle ⁇ max , which is a target value
  • the PID controller operates to advance and back the second cylinder 57 to adjust the optimum angle.
  • the max represents the maximum angle difference for driving the power take-off.
  • the controller operates until the rotation angle ⁇ of the cylinder is smaller than the minimum rotation angle ⁇ min , and repeats the control to approximate the optimal angle after a certain time, that is, 20 minutes.
  • FIG. 11 is a view showing a hydraulic control system and a power generating unit according to another embodiment of the present invention.
  • the hydraulic control system of the present invention includes a low pressure check valve 58a, a high pressure check valve 58b, a high pressure line 60, a low pressure line 61, a hydraulic accumulator 62, a fluid tank 68 and a hydraulic valve 59. It is configured to include.
  • the power generation unit, the high pressure fluid detector 63, the hydraulic motor 64, the motor speed detection unit 65, the clutch 66, the generator 67, the relief valve 69, the reference speed 70 and the microprocessor ( 71), and each component description is as follows.
  • the fluid in the fluid tank 68 is connected to the low pressure line 61.
  • the fluid in the head-side chamber discharges the flow through the high pressure line 60 to accumulate the hydraulic accumulator Apply pressure to 62.
  • the plurality of first cylinders 53 all work to apply pressure to the hydraulic accumulator 62 in this manner.
  • the second cylinder 57 adjusts the sliding shaft inclination angle by advancing and reversing the piston inside the second cylinder 57 through the hydraulic valve 59.
  • the low pressure check valve 58a is a valve for controlling the low pressure fluid of the low pressure line 61 to move to the first cylinder 53.
  • the high pressure check valve 58b is a valve for adjusting the high pressure fluid of the first cylinder 53 to enter the hydraulic accumulator 62 through the high pressure line 60.
  • the microprocessor 71 processes the feedback signal and sends control signals to the clutch 66 and the hydraulic motor 64.
  • the hydraulic motor 64 and the generator 67 are connected in a form having a common shaft by the clutch 66. At this time, the hydraulic motor 64 and the generator 67 are connected when the speed of the hydraulic motor 64 is within a predetermined allowable range, and is connected when the speed of the hydraulic motor 64 exceeds the predetermined allowable range. Is released.
  • the microprocessor 71 generates a control current for driving the hydraulic motor 64 by checking the reference speed 70 with the PID controller.
  • the method of controlling the driving of the hydraulic motor 12 is the same as the method of controlling the power of the hydraulic motor 12 according to the flow rate and the pressure.
  • the flow rate is increased to keep the power output from the hydraulic motor 64 constant.
  • the pressure increases, the flow rate is reduced in order to keep the power output from the hydraulic motor 64 constant.
  • the output power is proportional to the drive speed of the hydraulic motor 64.
  • the flow rate of the first cylinder 53 is adjusted by changing the angle of the swash-plate included in the hydraulic motor 64, whereby the driving speed of the hydraulic motor 64 is maintained not to exceed the rated speed. .
  • the relief valve 69 serves to discharge the high pressure fluid when the pressure in the hydraulic accumulator 62 is too high and the hydraulic circuit may be broken.
  • the present invention can output a constant amount of power by controlling the rotational speed of the hydraulic motor, and can be widely applied to the animal-type wave power generator by improving the power generation efficiency in the energy conversion process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

본 발명은 슬라이딩 방식의 파력발전기에 관한 것으로, 파도의 위치에너지를 이용한 실린더의 피스톤 상하운동으로 내부 유체의 유압을 생성하는 유압 생성 장치; 유압의 변동을 제거하고 예비 에너지를 저장해 유압 모터의 구동 압력을 충전하는 유압 제어 시스템; 및 상기 유압 모터의 구동 압력과 마이크로 프로세서로부터 상기 유압 모터의 구동 전류를 인가 받아 발전기에서 상기 유압 모터의 회전에 의한 전력을 생성하는 전력 생성부;를 포함하여 구성된다.

Description

슬라이딩 방식의 파력발전기
본 발명은 슬라이딩 방식의 파력발전기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파도에 의한 피스톤의 상하 운동을 통하여 발생된 유압 동력으로 구동되는 유압 모터와 유압 모터의 구동에 의해 발전을 하는 발전기를 포함하는 슬라이딩 방식의 파력발전기에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 발생시키는 발전 방법으로는 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전 방법들은 대규모의 발전설비가 필요하고, 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 함으로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 있으며, 환경오염도 큰 문제가 되고 있다. 또한, 원자력발전의 경우는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서, 이러한 일반적인 발전 방법보다 저렴하고 안전하며 환경오염이 적은 발전 방법이 요구되고 있다.
한편, 석유나 석탄자원이 필요 없고 방사능이나 핵폐기물 문제가 없는 발전 방법으로는 태양열발전, 파력발전, 조력발전, 풍력발전 등이 있으며, 이 가운데 조수간만의 차이에 따라 조수가 수평이동하는 힘을 이용한 조력발전과 파도의 고저차이를 이용하여 발전을 행하는 파력발전 및 수력을 이용한 수력발전의 형태로 대표적으로 사용되고 있다.
파력발전기는 파도에 의한 해수면의 주기적 상하 운동과 물 입자의 전후 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전 운동 또는 축 방향 운동으로 변환시킨 후, 전기에너지로 변환시키는 장치로서, 파력발전 방식에는 파고의 고저에 따른 에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러가지로 분류할 수 있다.
파력발전기는 파랑에너지 흡수방식에 따라 진동수주형과 월파형, 가동물체형으로 구분된다.
진동수주형 파력발전은 워터칼럼 내부로 유입된 크고 작은 물결에너지에 의하여 생기는 공간의 변화를 내부공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입시켜 입사파가 장치의 전면에서 반사되면 중복파가 형성되도록 하며, 상기 중복파의 형성 시 수면의 상부 노즐부에 공기의 흐름이 발생하는 원리를 이용해 유도관 내에 설치된 터빈을 공기로 회전시켜 전기를 얻는 방식이다.
월파형 파력발전은 크고 작은 물결의 진행방향 전면에 사면 벽을 두고 운동에너지에 의해 크고 작은 물결이 사면 벽을 넘어서게 됨으로써 발생하는 수위 차를 이용하여 저수지의 하부로 저장된 해수를 배출시켜서 통로 하부의 수차터빈이 발전하도록 하는 방식이다.
가동물체형 파력발전은 수면에 떠 있는 부체가 파도의 고저에 의하여 상하 또는 회전 운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 방식이다. 가동물체형은 다른 파력발전 방식에 비해 효율이 높은 것으로 평가되고 있다. 따라서 부유식으로 에너지를 흡수하는 가동물체형 파력발전기는 파랑의 파고(wave height) 및 주기(wave period), 파향(wave direction)이 파력발전기의 출력운전에 지대한 영향을 미치게 되며, 이러한 요소들을 어떻게 적절하게 이용하느냐에 따라 파력발전기의 효율성 및 이용율 향상에 직접적인 영향을 미치게 된다.
이에 대해 가동물체형 파력발전이 활발하게 연구되고 있으며, 종래의 기술들은 에너지 생성을 위해 다양한 방법을 제시한 바 있다.
첫 번째로, 미국특허 등록공보 제 US 6,226,989 B1호에서는 단일 피스톤 펌프가 짝을 이루고 세 개의 어큐뮬레이터(accumulator), 체크 밸브, 방향 제어 밸브와 유압 모터를 구성으로 한 파력발전기를 개시하고 있다. 이 파력발전기는 모터의 변위가 고정되어 있어 펌프에 의한 유체 흐름의 영향을 받아 모터의 속도가 결정되는 문제점이 있다. 또한, 펌프에 의한 유체의 흐름이 유압 모터에 도달하려면 체크 밸브와 방향 제어 밸브를 가로질러 흘러야 하기 때문에 발전 효율이 감소하는 문제가 있다.
두 번째로, 미국특허 등록공보 제 US 6,574,957 B2호는 랙기어(rack gear)와 피니언기어(pinion gear)에 의하여 부표의 움직임이 회전운동으로 전환되는 파력발전기를 개시하고 있다. 이 파력발전기는 여러 단계의 전달과정을 거쳐야 하므로 발전 효율이 낮은 문제가 있다.
세 번째로, 미국특허 등록공보 제 US 6,8125,88 B1호는 유압 피스톤 집합, 부유 장치, 고압 및 저압 저장소 및 유압식 발전기를 구성으로 한 파력발전기를 개시하고 있다. 이 파력발전기의 컨트롤 시스템은 바다의 상태를 측정하고 그에 맞게 서포트 구조의 길이를 조정하며 바다의 상황에 맞게 발전기를 최적화하는 방법을 개시하고 있다. 다만, 미국특허 등록공보 제 US 6,8125,88 B1호의 파력발전기는 두 가지 문제점을 포함하고 있다. 첫 번째로 배출 밸브를 통하여 유체가 배출되어 고압 유체의 에너지를 일부 잃게 되어 발전기의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있으며, 두 번째로 바다의 파도가 낮은 경우 고압 저장소의 압력이 정격압력보다 낮아져 발전기의 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
마지막으로, 국제특허 등록공보 제 WO 2005038248 A1호와 제 WO 2006108421 A1호는 다수의 회전 가능한 암(arm)에 축이 되는 부유체를 결합하고, 상기 부유체의 반대편 끝에는 샤프트(shaft)가 연결된 파력발전기를 개시하고 있다. 이 파력발전기의 각각의 암은 유압 실린더에 연결되어 있다. 또한, 다수의 부유체와 실린더가 구비되어 있어 어떠한 파도의 형태에도 발전이 가능하도록 구성되어 있다. 다만, 실린더에 의하여 유입되는 유량에 따라 유압 모터의 속도가 달라지므로 발전량이 일정하지 않은 문제점이 있다.
상기와 같이 다양한 가동물체형 파력발전 방법이 제시되고 있지만 모터 제어 및 에너지변환 과정에서 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 전기에너지를 생성하는 과정에서 발전량이 일정하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 유압 모터의 회전 속도를 제어하여 일정한 발전량을 출력하는 슬라이딩 방식의 파력발전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 부유체의 움직임에 따른 마찰을 줄여 발전 효율을 높이는 슬라이딩 방식의 파력발전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기둥과 연결되는 프레임의 높이를 조절하여 강한 파도와 폭풍으로부터 전체 시스템을 보호하는 슬라이딩 방식의 파력발전기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기는 파도의 위치에너지를 이용한 실린더의 피스톤 상하운동으로 내부 유체의 유압을 생성하는 유압 생성 장치, 유압의 변동을 제거하고 예비 에너지를 저장하여 유압 모터의 구동 압력을 충전하는 유압 제어 시스템 및 상기 유압 모터의 구동 압력과 마이크로 프로세서로부터 상기 유압 모터의 구동 전류를 인가받아 발전기에서 상기 유압 모터의 회전에 의한 전력을 생성하는 전력 생성부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 생성 장치는 바다 해저면 또는 바닥에 고정되는 기둥, 상기 기둥에 가로로 연결되는 프레임, 상기 프레임에 연결되는 실린더, 상기 실린더에 연결되는 샤프트 및 상기 샤프트 끝에 설치되는 부유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 실린더, 상기 샤프트 및 상기 부유체가 하나의 세트로 구성되고, 상기 프레임에 상기 세트가 두 열의 일정한 간격으로 복수 개 부착되며, 상기 세트는 중력 방향 대비 소정 각도로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 생성 장치는 해수면 위 상기 프레임의 높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 제어 시스템은 상기 실린더가 전진 시 유체 탱크의 유체가 저압 라인을 통해 실린더의 헤드측 챔버에 유입되고, 상기 실린더가 후진 시 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터 및 상기 유압 모터에 유압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 어큐뮬레이터는 상기 실린더로부터 고압 유체를 조절 및 축적하고, 수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고, 수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 낮은 경우 상기 유압 모터의 부족한 동력을 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는 제어기를 이용해 참조 속도를 확인하여 상기 유압 모터의 구동을 위한 전류를 보내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 제어기는 PID 제어기의 폐-루프 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 모터는 가변 용량 유압 기계장치를 포함하며, 사판 각도를 조절하여 회전 속도를 보장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기는 파도의 위치에너지를 이용한 제 1 실린더의 피스톤 상하운동으로 내부 유체의 유압을 생성하고, 제 2 실린더를 이용해 상기 제 1 실린더의 회전각을 조절하는 유압 생성 장치, 유압의 변동을 제거하고 예비 에너지를 저장해 유압 모터의 구동 압력을 충전하는 유압 제어 시스템 및 유압 모터의 구동 압력과 마이크로 프로세서로부터 상기 유압 모터의 구동 전류를 인가받아 발전기에서 상기 유압 모터의 회전에 의한 전력을 생성하는 전력 생성부를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 생성 장치는 바다 해저면 또는 바닥에 고정되는 기둥, 상기 기둥에 가로로 연결되고, 상기 제 2 실린더에 연결되는 프레임, 상기 제 2 실린더의 피스톤 막대 및 상기 프레임과 연결되고, 상기 제 1 실린더가 부착된 회전판, 상기 제 1 실린더의 피스톤 막대와 연결되는 샤프트 및 상기 샤프트 끝에 설치되는 부유체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 제 1 실린더, 상기 샤프트, 상기 부유체, 상기 회전판, 상기 제 2 실린더가 하나의 세트로 구성되며, 상기 회전판이 상기 프레임에 O형 핀으로 연결되어 상기 O형 핀을 중심으로 회전하며, 상기 프레임에 상기 세트가 두 열의 일정한 간격으로 복수 개 부착되고, 상기 세트의 샤프트 및 부유체는 최적의 각도로 가변되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 샤프트 및 상기 부유체의 각도는 슬라이딩 샤프트 경사각과 최적의 슬라이딩 각을 비교 및 계산하고, 상기 계산 결과를 이용하여 제 2 실린더가 전진 및 후진시 상기 제 1 실린더의 회전각을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 제 1 실린더의 회전각 조절은 상기 제 1 실린더의 회전각 절대값이, 최대 목표값 및 최소 목표값 보다 작을 경우 20분 후에 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 방법이 반복되고, 최대 목표값 보다 작고 최소 목표값 보다 클 경우 10분 후에 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 방법이 반복되고, 최대 목표값 보다 클 경우 제어기를 통해 상기 제 2 실린더가 전진 및 후진하여 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 제어기는 PID 제어기를 포함하며, 상기 제 1 실린더 회전각이 0보다 작을 경우 상기 제 2 실린더가 후진하고, 상기 제 1 실린더 회전각이 0보다 클 경우 상기 제 2 실린더가 전진하고, 상기 제 1 실린더 회전각이 최소 목표값 보다 작을 때까지 제어기가 작동하고, 일정 시간 간격으로 상기 제 1 실린더 회전각을 제어하는 방법이 반복되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 생성 장치는 해수면 위 상기 프레임의 높이를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 제어 시스템은 상기 제 1 실린더가 전진 시 유체 탱크의 유체가 저압 라인을 통해 상기 제 1 실린더의 헤드측 챔버에 유입되고, 상기 제 1 실린더가 후진 시 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터 및 상기 유압 모터에 유압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 어큐뮬레이터는 상기 제 1 실린더로부터 고압 유체를 조절 및 축적하고, 수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고, 수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 낮은 경우 상기 유압 모터의 부족한 동력을 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는 상기 PID 제어기의 폐-루프 제어 시스템을 이용해 참조 속도를 확인하여 상기 유압 모터의 구동을 위한 전류를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 있어서, 상기 유압 모터는 가변 용량 유압 기계장치를 포함하며, 사판 각도를 조절하여 회전 속도를 보장하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 의하면, 유압 모터의 회전 속도를 제어하여 일정한 발전량을 출력하는 효과가 있다.
또한, 부유체의 움직임에 따른 마찰을 줄여 발전 효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 기둥과 연결되는 프레임의 높이를 조절하여 강한 파도와 폭풍으로부터 전체 시스템을 보호하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 생성부의 속도를 제어하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에서 해수면에 따른 부유체의 모양을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더의 회전각을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 슬라이딩 방식의 파력발전기는 유압 생성 장치, 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 포함하며, 각 구성 별로 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 측면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치는 기둥(1), 프레임(2), 실린더(3), 샤프트(4) 및 부유체(5)를 포함한다.
바다의 해저면 또는 바닥에 기둥(1)이 고정되어 있으며, 기둥(1)에 가로로 프레임(2)이 연결되고, 프레임(2)에 실린더(3)의 한쪽 끝이 연결되며, 실린더(3)의 다른쪽 끝에는 움직이는 샤프트(4)가 연결되고, 샤프트(4)에는 부유체(5)가 연결된다.
실린더(3), 샤프트(4) 및 부유체(5)의 세트 구조는 프레임(2)에 부착되는데, 상기 세트는 프레임(2)에 두 열의 일정 간격으로 복수 개 부착된다.
실린더(3) 내부에는 피스톤이 상하운동을 하면서 실린더(3) 내부의 유체를 압축한다. 실린더(3)와 샤프트(4) 사이의 공간에 포함된 유체는 일반적으로 윤활유를 사용하나, 반드시 유체의 종류가 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 유체를 변경하여 사용할 수 있다.
샤프트(4)와 부유체(5)는 파도에 따라 상하방향 및 축방향으로 함께 움직이게 된다. 샤프트(4)와 부유체(5)의 상하방향 및 축방향 움직임은 움직이는 부분의 마찰을 줄여주며, 파도를 통해 얻어진 기계적 에너지를 강화시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 생성 장치의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 파도에 의하여 부유체(5)의 위치 변동이 발생하게 되면 샤프트(4)의 움직임이 발생하고, 샤프트(4)의 움직임으로 인하여 실린더(3) 내부의 피스톤이 운동하며, 상기 피스톤의 운동으로 실린더(3) 내부의 유체가 압축 또는 팽창하게 된다. 파도에 의하여 부유체(5)의 위치 변동이 연속적으로 발생함에 따라 실린더(3) 내부의 상기 피스톤이 연속적으로 운동하게 되므로 상기 유체는 고압을 가지게 된다.
그리고, 도시된 바와 같이 프레임(2)에 실린더(3), 샤프트(4) 및 부유체(5)의 세트 구조가 소정 각도만큼 비스듬하게 설치된다. 여기서 소정 각도는 파도에 의해 부유체(5)가 상승 및 하강 운동하면서 최적의 발전 효율을 제공할 수 있는 각도를 말한다. 예를 들면, 소정 각도는 30 ~ 45°가 될 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 일 실시예에는 기둥(1)과 연결된 프레임(2)의 높이를 조절할 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 예컨대, 기둥(1)은 프레임(2)을 지지하는 구조이다. 그리고 도시하지는 않았지만, 기둥(1)과 결합하는 프레임(2)은 상하 방향으로 높이를 조절할 수 있다. 이렇게 하면, 강한 파도와 폭풍으로부터 전체 시스템을 보호할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 유압 제어 시스템은 저압체크 밸브(7a), 고압체크 밸브(7b), 고압 라인(8), 저압 라인(9), 유압 어큐뮬레이터(10) 및 유체 탱크(16)를 포함하여 구성된다. 또한 전력 생성부는 고압 유체 검출부(11), 유압 모터(12), 모터 회전수 검출부(13), 클러치(14), 발전기(15), 릴리프 밸브(17), 참조 속도(18) 및 마이크로 프로세서(19)를 포함하여 구성되며, 각 구성별 설명은 아래와 같다.
도 4에 도시된 바와 같이 실린더(3) 내부의 유체가 압축된 후 피스톤의 운동에 의하여 전진하게 되면, 유체 탱크(16)의 유체가 저압 라인(9)을 통하여 실린더(3)의 헤드측 챔버(chamber)에 유입되고, 실린더(3)가 후진하게 되면, 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인(9)을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터(10)에 유압을 공급한다.
다수의 실린더(3)들은 모두 상기 방식을 따라 유압 어큐뮬레이터(10)에 유압을 공급하는 작업을 수행한다.
저압체크 밸브(7a)는 저압 라인(9)의 저압 유체가 실린더(3)로 이동할 수 있도록 조절하는 밸브이다. 고압체크 밸브(7b)는 실린더(3)의 고압 유체가 고압 라인(8)을 통하여 유압 어큐뮬레이터(10)로 들어가도록 조절하는 밸브이다. 여기서, 유압 어큐뮬레이터(10)는 크기가 크므로 유입되는 유량의 변동을 상쇄할 수 있으며 여분의 에너지를 저장할 수 있다.
마이크로 프로세서(19)는 피드백 신호를 처리하고, 클러치(14)와 유압 모터(12)에 제어 신호를 보낸다.
유압 어큐뮬레이터(10)로 유입되는 유체로 인하여 유압 어큐뮬레이터(10)가 동작압력에 도달하게 되면 유압 모터(12)와 발전기(15)는 클러치(14)에 의하여 공통의 축을 가지는 형태로 연결된다. 이때, 유압 모터(12)와 발전기(15)는 유압 모터(12)의 속도가 미리 정하여진 허용범위 내인 경우에는 연결되고, 유압 모터(12)의 속도가 미리 정하여진 허용범위를 초과하게 되면 연결이 해제된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전력 생성부의 속도를 제어하는 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 제어 전류는 PID 제어기의 참조 속도(18)를 확인하여 유압 모터(12)를 구동하기 위해 생성된다.
유압 모터(12)의 구동을 제어하는 방법은 유량과 압력에 따른 유압 모터(12)의 동력을 제어하는 방법과 동일하다. 압력이 감소하는 경우, 유압 모터(12)에서 출력되는 동력을 일정하게 유지하기 위하여 유량을 늘린다. 반대로 압력이 증가하는 경우, 유압 모터(12)에서 출력되는 동력을 일정하게 유지하기 위하여 유량을 줄인다.
발전기(15)에 걸리는 부하가 변하지 않고 일정한 경우, 출력되는 동력과 유압 모터(12)의 구동 속도는 비례하게 된다. 유압 모터(12)에 포함되어 있는 사판(swash-plate)의 각도 변화를 통하여 실린더(3)의 유량을 조절하며, 이를 통하여 유압 모터(12)의 구동 속도가 정격속도를 넘지 않도록 유지된다.
릴리프 밸브(17)는 유압 어큐물레이터(10)의 압력이 너무 높아 유압 회로가 파손될 염려가 있을 경우에는 고압의 유체를 방출하는 역할을 한다.
이처럼 본 발명의 일 실시예는 유압 어큐물레이터와 PID 제어기를 이용해 유압 모터의 회전 속도를 제어하여 슬라이딩 방식의 파력발전기가 발전량을 일정하게 유지하도록 하는 것이다.
다음, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기에 대해서 설명하겠다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 슬라이딩 방식의 파력발전기는 유압 생성 장치, 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 포함한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 정면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치를 나타내는 측면도이다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치는 기둥(51), 프레임(52), 제 1 실린더(53), 샤프트(54), 부유체(55), 회전판(56) 및 제 2 실린더(57)를 포함한다.
기둥(51)은 바다의 해저면 또는 바닥에 고정되어 있으며, 기둥(51)에 가로로 프레임(52)이 연결되고, 프레임(52)에 제 2 실린더(57)가 연결되며, 제 2 실린더(57)의 피스톤 막대에 회전판(56)의 한쪽 끝 부분이 연결되고, 회전판(56)의 다른쪽 끝 부분이 프레임(52)과 핀으로 연결되어 상기 핀을 축으로 회전한다.
또한 회전판(56)에 제 1 실린더(53)가 부착되고, 제 1 실린더(53)의 피스톤 막대가 움직이는 샤프트(54)에 연결되며, 샤프트(54)에는 부유체(55)가 연결된다.
제 1 실린더(53), 샤프트(54), 부유체(55), 회전판(56) 및 제 2 실린더(57)의 세트 구조는 프레임(52)에 부착되는데, 상기 세트는 프레임(52)에 두 열의 일정 간격으로 복수 개 부착된다.
샤프트(54)의 움직임에 따라 제 1 실린더(53)의 피스톤이 상하운동하면서 제 1 실린더(53) 내부의 유체를 압축하며, 제 2 실린더(57)의 피스톤이 전진 및 후진하는 움직임에 따라 샤프트(54) 및 부유체(55)의 경사각을 조절한다. 제 1 실린더(53) 및 제 2 실린더(57) 내부에 포함된 유체는 일반적으로 윤활유를 사용하나 반드시 유체의 종류가 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 유체를 변경하여 사용할 수 있다.
샤프트(54)와 부유체(55)는 파도에 따라 상하방향 및 축방향으로 함께 움직이게 된다. 샤프트(54)와 부유체(55)의 상하방향 및 축방향 움직임은 움직이는 부분의 마찰을 줄여주며, 파도를 통해 얻어진 기계적 에너지를 강화시킨다.
그리고 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에는 기둥(51)과 연결된 프레임(52)의 높이를 조절할 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 예컨대, 기둥(51)은 프레임(52)을 지지하는 구조이다. 도시되지는 않았지만 기둥(51)과 결합하는 프레임(52)은 상하 방향으로 높이를 조절할 수 있다. 이렇게 하면, 강한 파도와 폭풍으로부터 전체 시스템을 보호할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 생성 장치의 움직임을 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이 파도에 의하여 부유체(55)의 위치 변동이 발생하게 되면 샤프트(54)의 움직임이 발생하고, 샤프트(54)의 움직임으로 인하여 제 1 실린더(53) 내부의 피스톤이 운동하며, 상기 피스톤의 운동으로 제 1 실린더(53) 내부의 유체가 압축 또는 팽창하게 된다. 또한 샤프트(54)는 제 2 실린더(57) 내부의 피스톤에 의해 최적의 각도로 회전각이 조절된다.
파도에 의하여 부유체(55)의 위치 변동이 연속적으로 발생함에 따라 제 1 실린더(53) 내부의 피스톤이 연속적으로 운동하게 되어 상기 유체가 고압을 가지게 된다.
그리고, 도시된 바와 같이 상기 유압 생성 장치의 최적의 슬라이딩 샤프트 경사각은 아래의 식을 통해 계산된다.
수학식 1
Figure PCTKR2015003803-appb-M000001
상기 수학식 1의 α는 슬라이딩 샤프트 경사각이며, β는 최적의 슬라이딩 각도를 의미한다. 또한 F →는 수평성분의 힘을, F ↑는 수직성분의 힘을 나타내며, 여기서 실린더의 힘을 구하기 위해서는 수학식 2를 통해 계산된다.
수학식 2
Figure PCTKR2015003803-appb-M000002
상기 수학식 2에서 A p 1 i 는 피스톤 단면적을 의미하며 수학식 3과 같이 계산된다.
수학식 3
Figure PCTKR2015003803-appb-M000003
수학식 4
Figure PCTKR2015003803-appb-M000004
상기 수학식 4는 상기 수학식 2의 압력값을 구하는 식으로, p는 고압 라인의 압력을 의미하며, p l 은 저압라인의 압력을 의미한다. 상기 수학식 2에 F fric 는 실린더의 마찰력을 나타내며 아래와 같이 계산된다.
수학식 5
Figure PCTKR2015003803-appb-M000005
상기 수학식 5에서 실린더의 마찰력 F fric 는 효율상수 ηC에 의해 정의된다. 최적의 경우, 각도 차이는 0이 된다. 즉, γ = β-α의 값에서 실린더의 회전각인 γ가 0이 되는 것을 의미한다. 따라서 β의 값은 엑추에이터에 의해 조정된 응답 각도 α와 유사한 값을 가진다.
한편 부유체의 유체 역학적 모델을 고려하여, 상기 부유체의 움직임은 수학식 6을 이용하여 계산된다.
수학식 6
Figure PCTKR2015003803-appb-M000006
상기 수학식 6에서 m b 는 부유체의 질량을, m s 는 샤프트의 질량을 의미하며 y(t)는 부유체의 변위를 나타낸다. 또한 F G 는 중력을 나타내며, F PTO 는 실린더의 피스톤이 고압 유체를 만들기 위해 움직이는 힘을 나타내며, F W 는 수직성분과 수평성분을 포함하는 부유체가 파도로부터 받는 합력을 나타낸다. 상기 F W 의 수직성분과 수평성분을 분리하기 위해서는 수학식 7을 이용하여 계산한다.
수학식 7
Figure PCTKR2015003803-appb-M000007
수학식 8
Figure PCTKR2015003803-appb-M000008
상기 수학식 7을 통해 계산된 벡터의 값들은 수학식 8을 통해 각각의 값들이 계산된다.
수학식 9
Figure PCTKR2015003803-appb-M000009
상기 수학식 9를 통해 부유체에 가해지는 수직성분의 힘은 세가지 힘의 중첩으로 표현된다. 상기 세가지 힘은 아르키메데스의 힘 F Arc 와, 고정된 부유체에 일정한 파도가 가해져 생성되는 가진력 F Ex 와, 진동하는 부유체로부터 생성되는 방사력 F R 로 정의된다.
여기서 아르키메데스 힘 F Arc 는 수학식 10을 통해 계산된다.
수학식 10
Figure PCTKR2015003803-appb-M000010
상기 수학식 10에서 ρ는 물의 밀도를, g는 중력 가속도를, V s 는 부유체의 부피를 나타낸다. 여기서 부유체의 부피 V s 는 수학식 11을 통해 계산된다.
수학식 11
Figure PCTKR2015003803-appb-M000011
도 9는 본 발명의 다른 실시예에서 해수면에 따른 부유체의 모양을 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 수학식 11에서 z는 부유체의 침수 정도를 나타낸다.
상기 수직성분의 중첩된 힘에서 가진력 F Ex 는 수학식 12를 이용해 계산된다.
수학식 12
Figure PCTKR2015003803-appb-M000012
상기 수학식 12에서 Γ(ω)는 가진력 계수를 나타내며, 상기 가진력 계수는 부유체의 모양과 파도 주파수 ω에 따라 달라진다. 또한 H는 최저 피크에서 최고 피크까지 파도의 높이를 나타낸다.
상기 수직성분의 중첩된 힘에서 방사력 F R 은 수학식 13을 이용해 계산된다.
수학식 13
Figure PCTKR2015003803-appb-M000013
상기 수학식 13에서 b rad 는 유체동력학적 감쇠를 설명하는 임펄스 응답 함수이며, m Ad 은 부유체가 진동할 때 효과를 설명하기 위한 추가 질량을 나타낸다.
한편, 파도로부터 수평성분의 힘은 수학식 14와 같이 계산된다.
수학식 14
Figure PCTKR2015003803-appb-M000014
상기 수학식 14에서 ν는 파도의 속도를, C D 는 항력 계수를, A bh 는 파도 방향의 수직평면인 부유체의 습윤 단면을 나타낸다. 여기서 A bh 는 수학식 15를 통해 계산된다.
수학식 15
Figure PCTKR2015003803-appb-M000015
상기의 수학식들의 값을 계산하여 얻은 운동 방정식은 수학식 16과 같은 형태로 표현된다.
수학식 16
Figure PCTKR2015003803-appb-M000016
상기의 방법을 이용한 동력인출장치(PTO system)는 도 8에 도시된 바와 같이 핀 O를 중심으로 회전 가능한 회전판(56)에 배치된다. 제 2 실린더(57)는 슬라이딩 샤프트 경사각 α를 조절하는데 사용되며, 최근 20분간 파도 데이터를 수집한다. 샘플링 시간을 0.01초로 가정하면 상기 수학식 1은 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 17
Figure PCTKR2015003803-appb-M000017
상기 수학식 17에 대한 값을 계산한 후, 슬라이딩 샤프트 경사각 α와 최적의 슬라이딩 각 β를 비교하고, 수학식 18과 같이 각도 차이가 최소값보다 작도록하기 위해 조절한다.
수학식 18
Figure PCTKR2015003803-appb-M000018
상기 수학식 18에서 γ는 실린더의 회전각(측정값)을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더의 회전각을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 수학식 17은 최적의 슬라이딩 각을 근사하기 위해 사용된다. 상기 실린더의 회전각 |γ|가 목표값인 최소 회전각 γmin 및 최대 회전각 γmax 보다 작을 경우, 20분 후에 최적의 각도를 제어하는 방법이 반복된다. 그리고 상기 실린더의 회전각 |γ|가 목표값인 최소 회전각 γmin 보다는 크고, 최대 회전각 γmax 보다는 작을 경우, 10분 후에 최적의 각도를 제어하는 방법이 반복된다. 또한, 상기 실린더의 회전각 |γ|가 목표값인 최대 회전각 γmax 보다 클 경우, 최적의 각도를 조절하기 위해 PID 제어기는 상기 제 2 실린더(57)를 전진 및 후진시키는 작동을 한다. 상기 γmax는 동력인출장치를 구동하기 위한 최대 각도 차이를 나타낸다.
한편 상기 실린더의 회전각 γ가 0보다 작을 경우 제 2 실린더(57)는 후진하고, 상기 실린더의 회전각 γ가 0보다 클 경우 제 2 실린더(57)는 전진한다.
제어기는 상기 실린더의 회전각 γ이 최소 회전각 γmin 보다 작아질 때까지 작동하고, 일정 시간 즉, 20분이 지나면 최적의 각도를 근사화하기 위해 제어를 반복한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 제어 시스템 및 전력 생성부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 유압 제어 시스템은 저압체크 밸브(58a), 고압체크 밸브(58b), 고압 라인(60), 저압 라인(61), 유압 어큐뮬레이터(62), 유체 탱크(68) 및 유압 밸브(59)를 포함하여 구성된다. 또한 전력 생성부는 고압 유체 검출부(63), 유압 모터(64), 모터 회전수 검출부(65), 클러치(66), 발전기(67), 릴리프 밸브(69), 참조 속도(70) 및 마이크로 프로세서(71)를 포함하여 구성되며, 각 구성별 설명은 아래와 같다.
도 11에 도시된 바와 같이 제 1 실린더(53) 내부의 유체가 압축된 후, 제 1 실린더(53)가 피스톤의 운동에 의하여 전진하게 되면, 유체 탱크(68)의 유체가 저압 라인(61)을 통하여 제 1 실린더(53)의 헤드측 챔버(chamber)에 유입되고, 제 1 실린더(53)가 후진하게 되면, 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인(60)을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터(62)에 압력을 가한다.
다수의 제 1 실린더(53)는 모두 상기 방식을 따라 유압 어큐뮬레이터(62)에 압력을 가하는 작업을 수행한다.
제 2 실린더(57)는 유압 밸브(59)를 통해 제 2 실린더(57) 내부의 피스톤을 전진 및 후진시켜 슬라이딩 샤프트 경사각을 조절한다.
저압체크 밸브(58a)는 저압 라인(61)의 저압 유체가 제 1 실린더(53)로 이동할 수 있도록 조절하는 밸브이다. 고압체크 밸브(58b)는 제 1 실린더(53)의 고압 유체가 고압 라인(60)을 통하여 유압 어큐뮬레이터(62)로 들어가도록 조절하는 밸브이다.
유압 어큐뮬레이터(62)의 크기가 크므로, 유입되는 유량의 변동을 상쇄할 수 있으며 여분의 에너지를 저장할 수 있다.
마이크로 프로세서(71)는 피드백 신호를 처리하고, 클러치(66)와 유압 모터(64)에 제어 신호를 보낸다.
유압 어큐뮬레이터(62)로 유입되는 유체로 인하여 유압 어큐뮬레이터(62)가 동작압력에 도달하게 되면 유압 모터(64)와 발전기(67)는 클러치(66)에 의하여 공통의 축을 가지는 형태로 연결된다. 이때, 유압 모터(64)와 발전기(67)는 유압 모터(64)의 속도가 미리 정하여진 허용범위 내인 경우에는 연결되고, 유압 모터(64)의 속도가 미리 정하여진 허용범위를 초과하게 되면 연결이 해제된다.
마이크로 프로세서(71)는 PID 제어기에 참조 속도(70)를 확인하여 유압 모터(64)를 구동하기 위해 제어 전류를 생성한다.
유압 모터(12)의 구동을 제어하는 방법은 유량과 압력에 따른 유압 모터(12)의 동력을 제어하는 방법과 동일하다. 압력이 감소하는 경우, 유압 모터(64)에서 출력되는 동력을 일정하게 유지하기 위하여 유량을 늘린다. 반대로 압력이 증가하는 경우, 유압 모터(64)에서 출력되는 동력을 일정하게 유지하기 위하여 유량을 줄인다.
발전기(67)에 걸리는 부하가 변하지 않고 일정한 경우, 출력되는 동력과 유압 모터(64)의 구동 속도는 비례하게 된다. 유압 모터(64)에 포함되어 있는 사판(swash-plate)의 각도 변화를 통하여 제 1 실린더(53)의 유량을 조절하며, 이를 통하여 유압 모터(64)의 구동속도가 정격속도를 넘지 않도록 유지된다.
릴리프 밸브(69)는 유압 어큐뮬레이터(62)의 압력이 너무 높아 유압 회로가 파손될 염려가 있을 경우에 고압의 유체를 방출하는 역할을 한다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
본 발명은 유압 모터의 회전 속도를 제어하여 일정한 발전량을 출력할 수 있으며, 에너지 변환 과정에서의 발전 효율을 향상시킴으로 가동물체형 파력발전기에 폭넓게 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 파도의 위치에너지를 이용한 실린더의 피스톤 상하운동으로 내부 유체의 유압을 생성하는 유압 생성 장치;
    유압의 변동을 제거하고 예비 에너지를 저장하여 유압 모터의 구동 압력을 충전하는 유압 제어 시스템; 및
    상기 유압 모터의 구동 압력과 마이크로 프로세서로부터 상기 유압 모터의 구동 전류를 인가 받아 발전기에서 상기 유압 모터의 회전에 의한 전력을 생성하는 전력 생성부;를 포함하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유압 생성 장치는,
    바다 해저면 또는 바닥에 고정되는 기둥;
    상기 기둥에 가로로 연결되는 프레임;
    상기 프레임에 연결되는 실린더;
    상기 실린더에 연결되는 샤프트; 및
    상기 샤프트 끝에 설치되는 부유체;를 포함하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실린더, 상기 샤프트 및 상기 부유체가 하나의 세트로 구성되고,
    상기 프레임에 상기 세트를 두 열의 일정한 간격으로 복수 개 부착되며,
    상기 세트는 중력 방향 대비 소정 각도로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유압 생성 장치는,
    해수면 위 상기 프레임의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 유압 제어 시스템은,
    상기 실린더가 전진 시 유체 탱크의 유체가 저압 라인을 통해 상기 실린더의 헤드측 챔버에 유입되고,
    상기 실린더가 후진 시 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터(accumulator) 및 상기 유압 모터에 유압을 공급하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유압 어큐뮬레이터는,
    상기 실린더로부터 고압 유체를 조절 및 축적하며,
    수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고,
    수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 낮은 경우 상기 유압 모터의 부족한 동력을 보상하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는,
    제어기를 이용해 참조 속도를 확인하여 상기 유압 모터의 구동을 위한 전류를 보내는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어기는,
    PID 제어기의 폐-루프 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 유압 모터는,
    가변 용량 유압 기계장치를 포함하며,
    사판 각도를 조절하여 회전 속도를 보장하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  10. 파도의 위치에너지를 이용한 제 1 실린더의 피스톤 상하운동으로 내부 유체의 유압을 생성하고, 제 2 실린더를 이용해 상기 제 1 실린더의 회전각을 조절하는 유압 생성 장치;
    유압의 변동을 제거하고 예비 에너지를 저장해 유압 모터의 구동 압력을 충전하는 유압 제어 시스템; 및
    상기 유압 모터의 구동 압력과 마이크로 프로세서로부터 상기 유압 모터의 구동 전류를 인가 받아 발전기에서 상기 유압 모터의 회전에 의한 전력을 생성하는 전력 생성부;를 포함하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유압 생성 장치는,
    바다 해저면 또는 바닥에 고정되는 기둥;
    상기 기둥에 가로로 연결되고, 상기 제 2 실린더에 연결되는 프레임;
    상기 제 2 실린더의 피스톤 막대 및 상기 프레임과 연결되고, 상기 제 1 실린더가 부착된 회전판;
    상기 제 1 실린더의 피스톤 막대와 연결되는 샤프트; 및
    상기 샤프트 끝에 설치되는 부유체;를 포함하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 실린더, 상기 샤프트, 상기 부유체, 상기 회전판 및 상기 제 2 실린더가 하나의 세트로 구성되며,
    상기 회전판이 상기 프레임에 O형 핀으로 연결되어 상기 O형 핀을 중심으로 회전하며,
    상기 프레임에 상기 세트가 두 열의 일정한 간격으로 복수 개 부착되고,
    상기 세트의 샤프트 및 부유체는 최적의 각도로 가변되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 샤프트 및 상기 부유체의 각도는 슬라이딩 샤프트 경사각과 최적의 슬라이딩 각을 비교 및 계산하고,
    상기 계산 결과를 이용하여 상기 제 2 실린더가 전진 및 후진시 상기 제 1 실린더의 회전각을 조절하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 실린더의 회전각 조절은,
    상기 제 1 실린더의 회전각 절대값이,
    최대 목표값 및 최소 목표값 보다 작을 경우 20분 후에 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 방법이 반복되고,
    최대 목표값 보다 작고 최소 목표값 보다 클 경우 10분 후에 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 방법이 반복되고,
    최대 목표값 보다 클 경우 제어기를 통해 상기 제 2 실린더가 전진 및 후진하여 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어기는,
    PID 제어기를 포함하며,
    상기 제 1 실린더의 회전각이 0보다 작을 경우 상기 제 2 실린더가 후진하고,
    상기 제 1 실린더의 회전각이 0보다 클 경우 상기 제 2 실린더가 전진하고,
    상기 제 1 실린더의 회전각이 최소 목표값 보다 작을 때까지 상기 제어기가 작동하고,
    일정 시간 간격으로 상기 제 1 실린더의 회전각을 제어하는 방법이 반복되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 유압 생성 장치는,
    해수면 위 상기 프레임의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 유압 제어 시스템은,
    상기 제 1 실린더가 전진 시 유체 탱크의 유체가 저압 라인을 통해 상기 제 1 실린더의 헤드측 챔버에 유입되고,
    상기 제 1 실린더가 후진 시 상기 헤드측 챔버의 유체는 고압 라인을 통해 유량을 토출하여 유압 어큐뮬레이터에 및 상기 유압 모터에 유압을 공급하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 유압 어큐뮬레이터는,
    상기 제 1 실린더로부터 고압 유체를 조절 및 축적하고,
    수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고,
    수신 동력이 상기 발전기의 정격 동력보다 낮은 경우 상기 유압 모터의 부족한 동력을 보상하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는,
    상기 PID 제어기의 폐-루프 제어 시스템을 이용해 참조 속도를 확인하여 상기 유압 모터의 구동을 위한 전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
  20. 제 10항에 있어서,
    상기 유압 모터는,
    가변 용량 유압 기계장치를 포함하며,
    사판 각도를 조절하여 회전 속도를 보장하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 파력발전기.
PCT/KR2015/003803 2014-04-24 2015-04-15 슬라이딩 방식의 파력발전기 WO2015163641A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2014-0049631 2014-04-24
KR10-2014-0049632 2014-04-24
KR1020140049632A KR101559664B1 (ko) 2014-04-24 2014-04-24 회전각 가변 슬라이딩 부표방식의 파력발전기
KR1020140049631A KR101554823B1 (ko) 2014-04-24 2014-04-24 슬라이딩 방식의 파력 발전기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015163641A1 true WO2015163641A1 (ko) 2015-10-29

Family

ID=54332744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/003803 WO2015163641A1 (ko) 2014-04-24 2015-04-15 슬라이딩 방식의 파력발전기

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015163641A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107178463A (zh) * 2017-07-20 2017-09-19 张益� 一种海浪能发电装置
CN109469578A (zh) * 2018-10-16 2019-03-15 江苏科技大学 一种风电/海洋能互补性发电消波装置
CN109826744A (zh) * 2019-02-21 2019-05-31 三峡大学 一种阵列式振荡扑翼波浪能宽频采集与转换系统及控制方法
WO2023179803A1 (zh) * 2022-06-06 2023-09-28 中国科学院广州能源研究所 一种间接式波浪能装置液压负载分级控制系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070122236A (ko) * 2005-04-14 2007-12-28 웨이브 스타 에너지 에이피에스 파력 발전 장치 및 그를 위한 지지 구조물을 포함하는 설비
KR20100092582A (ko) * 2009-02-13 2010-08-23 청호파워텍(주) 파력 발전장치
KR20100123028A (ko) * 2009-05-14 2010-11-24 송기석 파도력 발전장치
KR101075137B1 (ko) * 2010-07-30 2011-10-19 송기석 파도력 발전장치
KR20130000052A (ko) * 2011-06-22 2013-01-02 유효상 너울을 이용한 발전 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070122236A (ko) * 2005-04-14 2007-12-28 웨이브 스타 에너지 에이피에스 파력 발전 장치 및 그를 위한 지지 구조물을 포함하는 설비
KR20100092582A (ko) * 2009-02-13 2010-08-23 청호파워텍(주) 파력 발전장치
KR20100123028A (ko) * 2009-05-14 2010-11-24 송기석 파도력 발전장치
KR101075137B1 (ko) * 2010-07-30 2011-10-19 송기석 파도력 발전장치
KR20130000052A (ko) * 2011-06-22 2013-01-02 유효상 너울을 이용한 발전 시스템

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107178463A (zh) * 2017-07-20 2017-09-19 张益� 一种海浪能发电装置
CN107178463B (zh) * 2017-07-20 2019-04-30 张益� 一种海浪能发电装置
CN109469578A (zh) * 2018-10-16 2019-03-15 江苏科技大学 一种风电/海洋能互补性发电消波装置
CN109469578B (zh) * 2018-10-16 2020-09-08 江苏科技大学 一种风电/海洋能互补性发电消波装置
CN109826744A (zh) * 2019-02-21 2019-05-31 三峡大学 一种阵列式振荡扑翼波浪能宽频采集与转换系统及控制方法
WO2023179803A1 (zh) * 2022-06-06 2023-09-28 中国科学院广州能源研究所 一种间接式波浪能装置液压负载分级控制系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015163641A1 (ko) 슬라이딩 방식의 파력발전기
CA2775641C (en) Apparatus and methods of positioning a subsea object
CA2186397A1 (en) Method and Apparatus for Generating Electric Power Using Wave Force
JP7184305B2 (ja) 圧力駆動型太陽光発電パネルの自動追跡装置
WO2015008891A1 (ko) 파력 발전장치
KR101559664B1 (ko) 회전각 가변 슬라이딩 부표방식의 파력발전기
WO2012011645A1 (ko) 파력발전장치
KR101667154B1 (ko) 가변 관성과 cvt를 이용한 고효율 파력발전기
CN107882684A (zh) 具有姿态自矫正功能的海上风力发电机
JP3169982U (ja) 発電船
WO2016043416A1 (ko) 부유식 해상풍력발전장치
WO2013089398A1 (ko) 해류 또는 조류를 이용하는 발전장치
CN107939605B (zh) 具有自我保护功能的海上风力发电机
KR101554823B1 (ko) 슬라이딩 방식의 파력 발전기
CN114198244A (zh) 一种多自由度俘能的浮子式波浪能发电装置
WO2013048007A2 (ko) 고효율 다단 조류 발전기 및 복합 발전 시스템
CN110425090A (zh) 一种具有安全防护功能的海上风力发电设备
KR101879512B1 (ko) 기계에너지 저장장치를 구비한 파력발전시스템
WO2013069854A1 (ko) 유체 발전장치
WO2017122898A1 (ko) 부력발전장치
CN110700985B (zh) 一种具有调节功能的水利发电装置
US20210010452A1 (en) Drivetrain for a wave energy converter
WO2022029748A1 (en) An improved apparatus and method for extracting energy from a fluid
GB2538548A (en) Power take-off system for a wave energy device
CN114508134B (zh) 一种用于海上风电单桩内水下检测的水下机器人

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15782466

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15782466

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1