WO2019013590A1 - 와유기진동 에너지 추출장치 - Google Patents

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WO2019013590A1
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fluid
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최종수
홍섭
김영식
백부근
김형우
민천홍
성홍근
박지용
이창호
김성순
조수길
김길원
정태환
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한국해양과학기술원
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    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • a vortex is generated on the surface by algae flow, that is, vortex peeling according to the flow of the fluid, and mechanical energy generated by the vibration of the upper, lower, left, and right sides is extracted by electric energy
  • the present invention relates to an apparatus for extracting energy corresponding to various flow directions of fluids including algae and ocean currents and capable of remarkably improving power generation efficiency by wake galloping phenomenon will be.
  • Power generation is the conversion of other energy such as mechanical energy, heat energy, and chemical energy into electrical energy.
  • Known developments so far include thermal power generation using fossil fuel as energy source, hydroelectric power using water potential energy, wind power generation using wind kinetic energy, solar power generation using solar heat as energy source, nuclear power using nuclear fission The power generation, the wave generation using the wave as the energy source, the ocean temperature difference generation using the temperature difference according to the depth of the ocean current, the tidal power using the difference of the tidal water tide, And ocean currents.
  • thermal power generation and hydro power generation require huge construction cost, and thermal power generation causes environmental pollution problem due to fossil energy.
  • Hydropower develops a secondary environmental problem that changes the ecosystem as well as the climate in the region, even after extensive dam construction.
  • Wind power generation and solar power generation are dominated by the effects of weather conditions, so that the power generation system can not be started if there is no wind and solar radiation is blocked.
  • Nuclear power generation has many problems such as a large expenditure of facility investment to prevent radiation leakage and a large expenditure of waste treatment, and even if one accident occurs, it causes severe environmental destruction There is always a risk.
  • the tidal power generation utilizes the difference in the tide interval due to the tidal phenomenon.
  • the tidal phenomenon is predominantly caused by the attraction of the moon and the sun, and also affects the difference in centrifugal force generated when the earth revolves.
  • Tidal power generation is a method in which only the estuary where the difference of the tide interval is generated is blocked by the dam, and the water turbine is installed and the water level generator is used.
  • the tidal power generation can predict the change of tidal power when the place where the power generation is determined, and there is an advantageous aspect of clean energy.
  • the system is installed at a place where a minimum of 5 m of minimum effective deflection is required to convert into energy that can be used practically, and a tidal difference of at least about 5 m or more is generated. .
  • the difference in the tides located on different sides relative to the dam should be large.
  • the ocean current generation is actively using the kinetic energy of the current to convert it into electrical energy.
  • Such an ocean current development is not only the region where the difference of the tide interval is great but also the region where the current rate is high, It can be substantially developed even if it is smaller than the required tidal difference of 5 m or more.
  • the above-mentioned ocean current generation can be considered as advantageous from other power generation systems in that it can continuously develop regardless of the change of weather and uses a clean energy source without pollution.
  • Such an ocean current generation system includes an ocean current generating system installed inside a breakwater forming a tunnel in a breakwater to generate electricity from a generator module inside the tunnel, a sea current fixed ocean current generating system attached to a support fixed on the sea floor, And a floating ocean current generation system attached to the fluid.
  • Korean Patent Registration No. 10-1061824 discloses an environmentally friendly clean energy extraction apparatus using VIV (Vortex Induced Vibration) -1284106 (Publication date: 2013.07.10) discloses a simple reciprocating pivot rotating type waving vibration energy extracting device and a wicking vibration energy extracting method using the same.
  • the power generation means is adapted to convert the mechanical energy generated by the vibration of the vibrating body due to the flow of algae (ocean current) installed in the ocean into electric energy.
  • the power generation means using the tidal vibration is configured to convert the mechanical energy into electric energy as the vibrating body vibrates by the one-way flow caused by tide of seawater or the one direction flow caused by ebb (Tide) is generated by the seawater (fluid) flowing in the opposite direction when the seawater flows in the direction opposite to the direction of flow for the first time,
  • ebb Triangulation
  • yawing and weather vanning can be used to cope with the direction change (fluid flow direction change), but in this case, an additional device is required, which raises manufacturing costs and maintenance costs.
  • a separate direction switching device is required to cope with the change in orienting direction, thereby increasing manufacturing costs and increasing maintenance costs.
  • the above object can be accomplished by providing an anchor body installed on the sea floor; A support provided on the anchor body and having an energy conversion device for converting kinetic energy into electric energy; And a pair of supporting ends, one end of each of which is coupled to both ends of the vibrating body, are coupled to the supporting body so as to rotate respective axes of the supporting body, and mechanical energy due to the reciprocating motion of the vibrating body is transmitted through the shaft And a mechanical energy generated by the vibration of the vibrating body due to the flow of the fluid including the alga or the current is extracted as electrical energy, including an operating portion to be transmitted to the converting device, The vibrating body vibrates in one direction to generate mechanical energy, and the other vibrating body vibrates in the opposite direction to the fluid flowing in the opposite direction.
  • the above object can be attained by providing, on a support provided on the sea floor, a pair of vibrating bodies, both ends of which are axially coupled to each other on both sides with respect to the support so as to be aligned with each other, ; And an energy conversion device provided on the support to convert mechanical energy according to the tidal vibration of the vibrating bodies due to the flow of the fluid into electric energy, wherein the energy conversion device is disposed on the upstream side of the fluid flowing direction And the vibrating body positioned on the downstream side in the flow direction generates mechanical energy by vortex-oscillating by the flow of the upstream fluid, and the vibrating body located on the downstream side in the flowing direction is in a vortex generated behind the vibrating body located on the upstream side Wherein a wake galloping is caused to generate mechanical energy.
  • the support may be coupled to an anchor body consisting of an anchor body, a mono file, a gravity anchor or a pile anchor, with three support blocks arranged at an angle of 120 degrees.
  • the supporting body corresponding to between the upstream vibrating body and the downstream vibrating body is formed in a shape of "] " in both the sides so that the fluid passing through the upstream vibrating body does not interfere with the downstream vibrating body So that the avoiding space can be formed.
  • the support between the upstream vibrator and the downstream vibrator is formed in a streamlined thin plate shape so that the fluid passing through the upstream vibrator does not interfere with the downstream vibrator
  • the avoiding portion can be formed.
  • a bird guiding structure for guiding the flow of the fluid including algae and currents formed by tide and ebb in the direction coinciding with the respective vibrating bodies may be installed in the periphery of the support.
  • the support includes a rated power holding means for varying the angle of the vibrating body with respect to the flow of the fluid or varying the shape of the vibrating body to maintain the rated power or to stop the vibration of the vibrating body can do.
  • the rated power holding means is coupled to a supporting end for coupling the vibrating body to the shaft and has one end connected to the vibrating body and the other end for pushing or pulling the vibrating body by a shrinking tension operation to vary the angle of the vibrating body And the like.
  • the rated power holding means includes a plurality of first, second, third, and fourth vibrating members that are respectively disposed such that the vibrating body is divided in the longitudinal direction so that the cross sections of the vibrating bodies are polygonal, Bodywork; A support for supporting the first, second, third, and fourth vibrating elements in the longitudinal direction; And the first and second vibrating body pieces are respectively coupled at one end thereof to the inside and the other ends thereof are coupled to the support base so as to expand and collapse the first and second vibrating body parts, And the first and second shape changing actuators are operated to contract when the first and second shape changing actuators are tensioned to pull the third and fourth vibrating body pieces toward the support table and when the first and second shape changing actuators contract And a third shape changing actuator which is operated by tension to push the third and fourth vibrating body pieces toward the opposite side of the support, so that the cross sectional shape of the vibrating body can be changed.
  • the support may be provided with a stop state maintaining means for controlling the angle of the oscillator with respect to the flow of the fluid to stop the oscillation of the oscillator, or to minimize oscillation of the oscillator.
  • the stationary state maintaining means may comprise a parking actuator which is installed inside the support end so as to vary the angle of the oscillator and is controlled to be operated by the control unit.
  • the above object can be accomplished by providing an anchor body installed on the sea floor; A support provided on the anchor body and having an energy conversion device for converting kinetic energy into electric energy; And a pair of supporting ends, one end of each of which is coupled to both ends of the vibrating body, are coupled to the supporting body so as to rotate respective axes of the supporting body, and mechanical energy due to the reciprocating motion of the vibrating body is transmitted through the shaft And a mechanical energy generated by the vibration of the vibrating body due to the flow of the fluid including the alga or the current is extracted as electrical energy, including an operating portion to be transmitted to the converting device, A plurality of vibrating bodies are provided on both sides of the support body, one vibrating body is provided on one upper side of the support body and the other vibrating body is provided on the lower side of the opposite side of the support body, And the other vibrating body is moved in the opposite direction Is achieved by the group wayu vibration energy extraction device which is characterized by oscillation wayu group by which the same fluid that the so as to generate mechanical
  • the present invention it is possible to extract the energy of the tsuyuki vibration energy extraction device installed in the ocean by the tidal wave and to extract energy, and to extract the energy by vortexing vibration even by the ebb tide, It is possible to provide an effect of extracting energy corresponding to bi-directional algae due to tide and ebb or currents moving in different directions.
  • the operating section is provided with the rated power holding means for variably controlling the angle of the vibrating body with respect to the flow of the algae or for variably controlling the shape of the vibrating body, it is possible to provide the effect of maintaining the rated power .
  • the angle of the vibrating body can be controlled to stop the vibration of the vibrating body during maintenance or emergency, or to minimize the vibration of the vibrating body .
  • the vibrating body positioned at the front side and the vibrating body positioned at the rear side are subjected to the waving vibration by the fluid (algae) flowing in one direction, Can be provided. That is, the vibrating body located on the upstream side in the flow direction with respect to the flowing direction of the fluid generates mechanical energy by vortex-oscillating by the flow of the fluid on the upstream side, and the vibrating body located on the downstream side in the flowing direction vibrates The wake galloping is generated by the vortex generated in the rear of the sieve to generate the mechanical energy, so that the power generation efficiency can be remarkably improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a transporter vibration energy extracting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a perspective view showing another embodiment of the anchor body shown in Fig. 1.
  • Fig. 2 is a perspective view showing another embodiment of the anchor body shown in Fig. 1.
  • FIG. 3 is a plan view for explaining the operation of the pseudo-vibrational energy extracting apparatus shown in FIG.
  • Fig. 4 is a front view of the texas vibration energy extracting apparatus shown in Fig. 1. Fig.
  • Fig. 5 is a schematic plan view for explaining wake galling of the tear gas vibration energy extracting apparatus shown in Fig. 1.
  • Fig. 5 is a schematic plan view for explaining wake galling of the tear gas vibration energy extracting apparatus shown in Fig. 1.
  • FIG. 6 is a schematic plan view for explaining a pseudo-vibrational energy extracting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic plan view for explaining a pseudo-vibrational energy extracting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 and FIG. 9 are front views showing a transporter vibration energy extracting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a torsional vibration energy extracting apparatus is provided with a rated power holding means and a state in which the angle of a vibrating body is varied by an actuator And a schematic plan view thereof.
  • FIGS. 12 and 13 are schematic plan views showing a state in which the transaxial plane of the vibrating body is varied by a plurality of actuator portions provided with the rated power holding means in the transillumination vibrational energy extracting device according to the sixth embodiment of the present invention .
  • Fig. 14 is a schematic plan view showing a pseudo-vibrational energy extracting apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing a tuyere vibration energy extracting apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
  • 16 is a schematic block diagram for explaining an energy conversion process of the texas vibration energy extracting apparatus according to the present invention.
  • 17 is a perspective view for explaining a function of varying the angle of the vibrating body shown in FIG. 1 to maintain the stopped state of the operating part.
  • vibration excitation energy extraction device 20 anchor body
  • FL1 upstream side
  • FL2 downstream side
  • the present invention relates to a tearing vibration energy extracting device for extracting mechanical energy generated by a tearing vibration of a vibrating body due to fluid flow as electric energy, comprising: an anchor body installed on the sea floor; And an operating portion through which the mechanical energy corresponding to the reciprocating motion of the vibrating body is transmitted to the energy converting device through the shaft.
  • the vibrating body is composed of a plurality of vibrating bodies, and each of the vibrating bodies is installed on both sides of the support body. The vibrating body vibrates by the fluid that flows in one direction to generate mechanical energy, while the vibrating body on the opposite side flows in the opposite direction And is configured to vibrate by fluid to generate mechanical energy.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a pseudo-vibration energy extracting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a perspective view showing another embodiment of the anchor body shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a plan view for explaining the operation of the pseudo-vibrational energy extracting apparatus shown in FIG.
  • Fig. 4 is a front view of the texas vibration energy extracting apparatus shown in Fig. 1.
  • a pumping oil vibration energy extracting apparatus 10 is a pumping oil vibration energy extracting apparatus 10 for extracting pumping energy from a machine generated by vortex oscillation of vibrating bodies 54A, Energy is extracted as electric energy.
  • the tidal vibration energy extracting apparatus 10 includes an anchor body 20 installed on the sea floor and a power generating means 30 for converting flow (transient vibration) energy into electric energy, And an operating portion 50 through which the mechanical energy resulting from the reciprocating rotational motion of the oscillating body 54 is transmitted to the power generating means 30 through the energy converting means.
  • the above-described actuating portions 50 are respectively installed on the supporting body 40 at positions symmetrical or asymmetric with respect to each other about the supporting body 40.
  • the vibrating body 54A of the one operating portion 50A vibrates by the flow of the unidirectional fluid to generate mechanical energy and the vibrating body 54B of the opposite operating portion 50B vibrates by the fluid flowing in the opposite direction So as to generate mechanical energy. That is, since the actuating part 50 has the structure in which the vibrating bodies 54A and 54B are provided on both sides of the support body 40, by the flow of fluid flowing in various directions including tide and ebb, It can vibrate and generate mechanical energy.
  • the texasonic vibration energy extracting apparatus 10 will be described in more detail.
  • the anchor body 20 installed on the sea floor is for supporting the support body 40 on which the operation part 50 is installed in a stable manner and three support blocks 21 made of concrete or metal are arranged at an angle of 120 ° So as to support the support body 40.
  • a coupling portion 22 is formed at the center of each support block 21 so that the lower end of the support body 40 is engaged.
  • the anchor body 20 is composed of the three support blocks 21, so that the support body 40 can be more stably supported.
  • the anchor body 20 supporting the support body 40 may be composed of a mono-pile 20B, but not limited thereto, and may be a gravity type anchor or a pile anchor.
  • the mono-pile 20B has a structure in which the bottom portion 22B for engaging the lower end of the support body 40 is formed at the upper end portion. Since the anchor body 20 is formed of the mono-pile 20B, the construction of the anchor body 20 is simplified, and the construction of the oil-based vibration energy extraction apparatus 10 can be easily performed at low cost.
  • the support body 40 is vertically installed at the center of the anchor body 20 with the power generating means 30 for converting the mechanical energy corresponding to the vibration of the vibrating bodies 54A and 54B into electric energy .
  • the support body 40 has a mechanical configuration for supporting the operating portion 50 in a stable rotation and for converting the mechanical energy of each of the vibrating bodies 54A and 54B to the power generating means 30.
  • the supporting body 40 is a cylindrical-shaped structure for stably supporting and rotating the actuating part 50.
  • An energy conversion means for converting mechanical energy generated in each operating portion 50 into kinetic energy and transferring the kinetic energy to the electric power generation means 30 to convert it into electric energy is built in the upper portion .
  • the oil is generated by being connected to the shaft 52B of the supporting end 52 supporting the vibrating bodies 54A, 54B of the operating portion 50 And an oil pressure converting device 53A for converting the oil pressure generated in the energy converting member 53 into a positive oil pressure.
  • a hydraulic motor may be installed between the hydraulic pressure conversion device 53A and the generator 30, and the energy conversion member 53 may be a hydraulic pump.
  • the turbine in the generator 30 is operated by the hydraulic pressure converted from the hydraulic pressure conversion device 53A to the constant oil pressure to produce electricity, and the produced electric power is supplied to the power system through the power conversion device 31.
  • the operating portion 50, the energy converting member 53, the hydraulic pressure converting device 53A, the power converting device 31, and the like are controlled by the control portion C.
  • a plurality of drive gears and driven gears connected to the shaft 52B of the support end 52 for receiving the rotational force of the shaft 52B, And the turbine shaft of the generator 30 driven by the turbine shaft. That is, the rotational force of the shaft 52B can be configured to rotate the turbine.
  • the energy conversion means is not limited to the above-described embodiment, and various means capable of converting kinetic energy into electric energy can be applied.
  • various energy converting means for converting the mechanical energy (reciprocal rotational motion) generated in each of the vibrating bodies 54A and 54B into the rotational kinetic energy and transmitting the rotational kinetic energy to the power generating means 30 can be variously performed.
  • the power generating means 30 is provided on the upper end of the supporting body 40, and the power generating means 30 will be described on the basis of this.
  • the present invention is not limited to this, and the energy converting member 53 connected to the shaft 52B of the supporting end 52 for supporting the vibrating bodies 54A, 54B of the operating parts 50A, It is possible.
  • the other end of the support end 52 is rotatably coupled to an upper portion and a lower portion of a bracket 41 fixed to the support 40 by a shaft 52B, And the energy conversion member 53 is coupled to the upper and lower portions of the housing.
  • the power converting means 53 may be provided with the power generating means.
  • the power generating means 30 is provided on the upper end of the supporting body 40.
  • each vibrating body 54A, 54B connected to the energy converting member 53 via the supporting end 52 by supporting the shaft 52B elastically can be controlled. That is, although not shown in the drawings, a plurality of springs are provided on the shaft 52B to control the resonance of the vibrating bodies 54A and 54B. Since such a resonance control is known, detailed description thereof will be omitted.
  • the operating portion 50 is configured such that a pair of supporting ends 52 each having one end connected to both ends of both angled oscillating bodies 54A and 54B rotate respective axes 52B provided on the supporting body 40 . That is, the shaft 52B is coupled to the support body 40 by the bracket 41 in a state of being coupled to the support end 52, and the oscillating bodies 54A and 54B are reciprocally moved Is transmitted to the power generating means 30 through the shaft 52B of the supporting end 52.
  • the shaft 52B coupled to the support end 52 is rotated by reciprocating rotational motion of the oscillating bodies 54A and 54B so that such rotational force is transmitted to the power generating means 30 through the above- And transferred to electric energy.
  • the actuating portions 50 configured as described above are installed at positions symmetrical to each other with respect to the support body 40 as a center. That is, the vibrating body 54A of one operating portion 50A vibrates by means of a one-way flow (fluid flow) A to generate mechanical energy, while the vibrating body 54B of the opposite operating portion 50B And are disposed on both sides of the support body 40 so as to generate mechanical energy by vortex-oscillating by an opposite flow (flow of fluid) B, respectively.
  • Both operating portions 50A and 50B provided symmetrically on both sides of the support body 40 operate as follows. For example, when a one-way flow (fluid flow) A due to tide is generated, the vibrating body 54A of one operating portion 50A is vibrated by the one-way flow A to generate mechanical energy . In this way, the one-way algae A that has passed through the vibrating body 54A of the one actuating part 50A acts on the vibrating body 54B of the opposite actuating part 50B to vibrate the vibrating body 54B will be.
  • the oscillating body 54B of the opposite operating portion 50B vibrates by the opposite direction algae B to generate mechanical energy .
  • the counterflow B passing through the vibrating body 54A of the opposite operating portion 50B acts on the vibrating body 54A of the one operating portion 50A to vibrate the vibrating body 54A .
  • the vibrating bodies 54A and 54B of the operating portions 50A and 50B disposed on both sides of the support body 40 It is possible to extract electric energy from the algae A and B flowing in various directions by making the waving vibration correspond to each of the algae A and B.
  • wake galloping phenomenon occurs because both vibrating bodies 54A and 54B are arranged in a straight line with respect to the flow direction of the alga (A or B) with respect to the support body 40 do. Therefore, the tidal vibration of each of the vibrating bodies 54A, 54B can be maximized and the power generation efficiency can be improved. That is, synergy effect can be exhibited when the number of the vibrating body is more than one, so that the energy harvesting efficiency can be raised.
  • FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a wake gallop occurring in the transillumination vibration energy extracting apparatus according to the present embodiment.
  • the vibrating bodies 54A and 54B are disposed symmetrically on both sides of the support 40, respectively.
  • the vibrating body 54A located on the upstream side FL1 of the flow direction FL with respect to the flow direction FL of the fluid occurs when the fluid flows due to tide or ebb or when the fluid flows only in one direction, (FL1) fluid to generate mechanical energy (energy as the pressure field is changed to change in the form of reciprocating motion).
  • the oscillating body 54B located on the downstream side FL2 of the flow direction FL is connected to the oscillating body 54A located on the upstream side FL1 by a vortex D produced by Wake Galloping ) Is generated to generate mechanical energy. That is, the vibrating body 54B located on the downstream side FL2 of the flow direction FL vibrates by the vortex flow generated by the vibrating body 54A located on the upstream side FL1, (The energy due to the change in the reciprocating motion by changing the pressure field).
  • the pair of vibrating bodies 54A and 54B are disposed on both sides of the support body 40, the pair of vibrating bodies 54A and 54B vibrates together by the flow of fluid, Mechanical energy can be generated, so that the power generation efficiency, that is, the energy extraction efficiency can be remarkably improved.
  • FIG. 6 is a schematic plan view for explaining a pseudo-vibrational energy extracting apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the transillumination vibrational energy extracting apparatus 10 includes the upstream vibrating body 54A and the downstream vibrating body 54B
  • the support member 40 between the upstream side FL1 and the downstream side FL2 does not interfere with the fluid passing through the vibrating body 54A of the upstream side FL1 before acting on the vibrating body 54B of the downstream side FL2, And is formed in the shape of a curved skin 41A, as in the above-described embodiment.
  • the supporting body 40 that is, the middle portion of the support body 40 between the upstream-side vibrating body 54A and the downstream-side vibrating body 54B has a streamlined thin plate shape So that interference with generation of vapors at the rear of the upstream vibrator 54A can be minimized.
  • FIG. 7 is a schematic plan view for explaining a pseudo-vibration energy extracting apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the peteomotive vibration energy extracting apparatus 10 is provided with a support body 40 between the upstream vibrating body 54A and the downstream vibrating body 54B, Shaped so as to prevent the fluid that has passed through the vibrating body 54A on the upstream side FL1 from interfering with the downstream vibrating body 54B before acting on the downstream vibrating body 54B to form the avoiding space S
  • a support body 40 between the upstream vibrating body 54A and the downstream vibrating body 54B
  • the intermediate portion of the support body 40 is divided into two parts and the respective divided support portions 41B and 41C are formed in a " " shape, and the avoidance space S is formed therebetween, 54A of the downstream vibrating body 54B is not interfered by the support body 40 before acting on the downstream vibrating body 54B, the vibration of the downstream vibrating body 54B can be smoothly performed. Further, it does not interfere with vortex generation behind the upstream-side vibrating body 54A.
  • FIG. 8 and Fig. 9 are front views showing a transporter vibration energy extracting apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the transillumination vibrational energy extracting apparatus 10 is characterized in that the vibrating bodies 54A and 54B of the operating portions 50A and 50B are connected to the respective birds A And B in the vertical direction.
  • the vibrating bodies 54A and 54B of the operating portions 50A and 50B are connected to the respective birds A And B in the vertical direction.
  • one of the actuating portions 50A and 50B provided on both sides of the support body 40, one actuating portion 50A is located on one side and the other actuating portion 50B Are located on the lower side of the opposite side and are arranged to be shifted from each other.
  • the opposite operating portion 50B may be disposed at the upper portion and the one operating portion 50A may be disposed at the lower portion.
  • the algae A flowing in one direction is located on the rear side (downstream side) of the oscillating body 54A of the operating portion 50A located on the front side (upstream side)
  • the algae B flowing in the opposite direction directly acts on the vibrating body 54B of the operating portion 50B located on the opposite side 54A) and the vibrating body 54A of the operating portion 50A located on the rear side (with reference to the flow direction of the opposite direction algae), respectively.
  • each of the algae A and B is provided independently of each other, 54B of the vibrating bodies 54A, 54B, the parasitic vibrations due to the algae A, B of the vibrating bodies 54A, 54B are efficiently generated.
  • Fig. 10 and Fig. 11 are diagrams for explaining a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 and Fig. 11 relate to a fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. Fig. 3 is a perspective view and a schematic plan view showing a state in which a variable angle is varied; Fig.
  • the transillumination vibrational energy extracting apparatus 10 includes the vibrating bodies 54A, 54B for the flow of the algae A, 54B) or variable control of the shape of the vibrating bodies 54A, 54B to maintain the rated power, and a parked condition (a function of preventing the vibrating body from being reciprocated by receiving resistance) (60) for carrying out the operation of the electric power steering apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the rated power holding means 60 has one end coupled to the vibrating bodies 54A and 54B with both ends thereof being axially coupled to the respective support ends 52 and the other end coupled to the support ends 52, And an actuator 62 for pushing or pulling the vibrating bodies 54A and 54B to vary the angle of the vibrating bodies 54A and 54B (the angle of the vibrating body with respect to the flow direction of the fluid).
  • the angle of the vibrating body 54 maintaining a right angle with respect to the flow direction of the algae A is determined by the operation of the actuator 62 so that the algae A
  • the oscillating motion of the oscillating body 54 can be controlled. That is, when the vibrating body 54 having an elliptical cross section maintains a right angle with respect to the flow direction of the alga A (in the state of the vibrating body shown by the solid line in Fig. 11, (Reciprocal rotational motion) is the largest.
  • the oscillating body 54 becomes tilted in the flow direction of the algae A a state in which the narrow surface in the state of the oscillator shown by the dashed-dotted line in Fig.
  • the above-described stationary state holding function is a function of operating the actuator 62 to vary the angle so that the wide face of the oscillating body 54 faces the flow direction of the algae A or the narrow face of the oscillating body 54 A of the vibrating body 54 is changed so as to face the flow direction of the vibrating body 54 so that the vibration of the vibrating body 54 is stopped or finely operated. This is a very useful feature to stop the transmitter.
  • the stationary state maintaining means is constituted by a parking actuator (AC) which is controlled by the controller (C).
  • This parking actuator AC is installed to rotate the shaft of the oscillating body 54 inside the support end 52.
  • Such a parking actuating actuator AC is supported by the oscillating body 54 or is connected to the shaft by a power transmission means.
  • the stationary state maintaining means made up of the parking actuator (AC) having such a configuration is for the purpose of maintenance or for stopping or minimizing the reciprocating motion of the vibrating body 54 due to the vibration of the vibrating body 54 in an emergency.
  • the parking AC actuator is operated by the control section C to vary the angle of the oscillating body 54 such that the wide surface of the oscillating body 54 faces the flow direction of the alga A as shown in Fig.
  • the bird A acts on the wide surface of the vibrating body 54, so that the reciprocating rotational motion is the largest due to the vibration of the vibrating body 54.
  • the parking actuator AC is operated by the control section C so that the narrow side of the oscillating body 54 faces the flow direction of the algae A as shown in Fig.
  • the vibration of the vibration body 54 is minimized or not generated. This is because the area where the algae A acts in the vibrating body 54 is small.
  • the parking actuator (AC) changes the angle of the vibrating body (54) so that the narrow side of the vibrating body (54) faces the flow direction of the fluid so that the vibration of the vibrating body So that it is possible to maintain the oscillating body 54 in a stationary state.
  • the energy extraction efficiency of the operating portion 50 can be controlled (the rated power can be maintained)
  • the operation unit 50 can be stopped and maintained in the stopped state for various reasons including maintenance and emergency situations.
  • the actuator 62 described above can be configured in various configurations such as a hydraulic vibrator, a pneumatic vibrator, and a step motor.
  • FIG. 12 and 13 are views showing a state in which the transverse section of the vibrating body is varied by the plurality of actuator portions in which the rated power holding means is provided in the transillumination vibrating energy extracting apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, Fig.
  • the transillumination vibrational energy extracting apparatus 10 has the rated power holding means 60 in each of the actuating portions 50A and 50B, Is configured to variably control the cross-sectional shape of the cross section (54).
  • the vibrating body 54 is divided in the longitudinal direction so that the cross section of the vibrating body 54 Second, third, and fourth vibrating body pieces 54C-1, 54C-2, 54C-3, and 54C-4, respectively, each of which is arranged to form a polygonal shape, .
  • support rods 64 installed in the longitudinal direction on the inner sides of the first, second, third, and fourth vibrating body pieces 54C-1, 54C-2, 54C-3, and 4C-4.
  • each of the first and second oscillating body pieces 54C-1 and 54C-2 is coupled to the inside of the first and second oscillating body parts 54C-1 and 54C- 2 and the first and second shape-changing actuators 66A, 66B that expand and contract to both extend or collapse.
  • the first and second shape changing actuators 66A and 66B are contracted to pull the third and fourth vibrating body pieces 54C-3 and 54C-4 toward the support table 64 when the first and second shape-
  • a third shape changing actuator 66C which is tensioned when the actuators 66A and 66B shrink to move the third and fourth vibrating body pieces 54C-3 and 54C-4 to the opposite side of the support table 64,
  • an actuator unit 66 composed of a plurality of actuators.
  • the rated power holding means 60 of this structure has first, second, third, and fourth vibrating body pieces 54C-1, 54C-2, 54C-3 and 4C-
  • the cross sectional shape of the vibrating body 50 is varied by expanding or collapsing the first, second and third shape changing actuators 66A, 66B and 66C so that the surface area at which the algae A acts perpendicularly to the vibrating body 54 It can be made smaller or larger. In other words, the greater the surface area at which the algae A are perpendicular to the vibrating body 54, the greater the lag wave vibration. Therefore, by reducing the algae A to the surface area at right angles, Can not be achieved.
  • the rated power can be controlled by varying the cross-sectional shape of the vibrating body 54, and the vibration of the vibrating body 54 can be stopped or finely operated.
  • FIG. 14 is a schematic plan view showing a pseudo-vibration energy extracting apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the tearing vibration energy extracting apparatus 10 according to the eighth embodiment is characterized in that the tearing vibration energy extracting apparatus 10 according to the eighth embodiment is configured to extract the tearing vibration A (trough) formed by tide and ebb on the periphery of the anchor body 20 or the anchor body 20 Is provided in a direction coinciding with the operating portions 50A and 50B of both the operating portions 50A and 50B.
  • An algae guiding structure 70 for guiding the flow of the algae A and B formed by tide and ebb toward the operating portions 50A and 50B on both sides of the anchor body 20 or the anchor body 20 The algae A and B can efficiently act on both of the vibrating bodies 54A and 54B to improve energy extraction efficiency.
  • the bird-guiding structure 70 is provided with a curved portion and the height thereof is formed to be equal to the height of each of the vibrating bodies 54A and 54B from the sea floor.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view showing a tuyere vibration energy extracting apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the tearing vibration energy extracting apparatus 10 is characterized in that the direction changing member 80 is provided at the upper end of the supporting body 40 or at the upper end of the generating means 30 The same as the above-described embodiments.
  • the direction changing member 80 is configured such that the support body 40 having the actuating portions 50A and 50B on both sides thereof turns the actuating portion 50A or 50B in the flow direction of the algae A or B. That is, the lower end portion of the support body 40 is rotatably coupled to the anchor body 20, and the upper end portion of the power generating means 30 has a structure in which a direction changing member 80 having a triangular shape is coupled. Therefore, when the algae A or B flow (when the fluid flows), the support body 40 is positioned such that one of the vibrating members 54A and 54B is positioned in a direction opposite to the direction in which the algae A or B flows So that the vibrating bodies 54A and 54B vibrate by the algae A or B, respectively.
  • the actuating portions 50A and 50B on both sides can actively extract the energy corresponding to the algae A or B flowing in various directions.
  • a transporter vibration energy extracting apparatus is a transporter vibrational energy extracting apparatus for extracting mechanical energy generated by a transient vibration of a vibrating body due to fluid flow as electric energy, comprising: a plurality of vibrating bodies; And the vibrating body of one vibrator is vibrated by the fluid flowing in one direction to generate mechanical energy and the vibrating body of the other vibrator vibrates by the fluid flowing in the opposite direction, And is configured to generate mechanical energy.
  • the pseudo-vibrational energy extraction device is an invention that is industrially applicable because it can produce eco-friendly energy because it is installed in a sea area having a large difference between tides and tides.

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Abstract

와유기진동 에너지 추출장치가 개시된다. 본 발명에 따른 와유기진동 에너지 추출장치는, 진동체가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서, 상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되며, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성된다. 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체가 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 때, 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 해양에 설치되는 와유기진동 에너지 추출장치가 밀물과 썰물에 의해서도 와유기진동하여 에너지를 추출할 수 있고, 웨이크 갤로핑에 의해 에너지 추출 효율이 향상될 수 있으며, 조류 또는 다향한 방향으로 이동하는 해류에 대응하여 에너지를 추출할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

Description

와유기진동 에너지 추출장치
본 발명은 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조류의 흐름, 즉 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상,하 또는 좌,우로 와유기 진동함에 따라 발생하는 기계 에너지를 전기에너지로 추출할 때, 조류나 해류를 포함하는 유체의 다양한 흐름 방향에 대응하여 에너지를 추출할 수 있고, 웨이크 갤로핑(wake galloping) 현상으로 발전 효율이 현저하게 향상될 수 있는 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것이다.
발전은, 역학에너지나 열에너지, 화학에너지 등 다른 에너지를 전기에너지로 변환시키는 것이다. 지금까지 알려진 발전으로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전과, 물의 위치에너지를 이용하는 수력발전과, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전과, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열 발전과, 핵분열을 이용하는 원자력발전과, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전과, 해류의 수심에 따른 온도 차이를 이용하는 해양온도차발전과, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전 및 조수 간만의 차이나 지형적인 영향 등으로 해류를 에너지원으로 하는 해류발전 등이 있다.
그 중 화력발전 및 수력발전은 막대한 건설비가 요구되며, 화력발전은 화석에너지에 따른 환경오염문제를 발생한다. 수력 발전은 댐 건설 후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화는 물론 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 제기 된다.
풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로, 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전시스템을 가동시킬 수 없다.
원자력발전은 방사선 누출을 차단하기 위해 시설 투자에 막대한 비용이 소비되며, 또한 폐기물 처리에 막대한 비용을 소비해야 하는 등의 여러 제약이 따르는 문제가 있으며, 한 번의 사고라도 발생되면 심각한 환경파괴를 초래하는 위험이 항상 존재한다.
그리고, 파력 발전 및 해양온도차발전은 입지조건에 적당한 지역이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제가 있는 실정이다.
조력발전은 조석현상에 의한 조수 간만의 차이를 이용하는 것이다. 조석현상은 달과 태양의 인력에 의해 지배적으로 발생되며 지구가 공전할 때 생기는 원심력의 차이도 영향을 미친다. 조력발전은 조수 간만의 차이가 발생하는 지역의 하구나 만을 댐으로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다. 상기 조력발전은 발전을 하는 장소가 결정되면 조위의 변화를 예측할 수 있으며, 청정에너지라는 유리한 측면이 있다. 그러나, 갯벌을 황폐화시키고, 방대한 지역이 요구되어 해양 환경에 막대한 영향을 미치며, 실제로 사용할 수 있는 에너지로 변환하기 위한 최소 유효낙차는 약 5m로, 적어도 약 5m 이상의 조수차가 발생되는 장소에 시스템이 설치되어야 하며, 보다 큰 효율을 얻기 위해서는 댐을 기준으로 서로 다른 측에 위치한 조수의 차이가 커야 한다.
해류발전은 해류의 운동에너지를 적극적으로 이용하여 전기 에너지로 변환하는 것으로, 이러한 해류발전은 조수 간만의 차이가 큰 지역뿐만 아니라 해류 속도가 빠른 지역도 적당한 입지조건에 해당되며, 조력발전을 하기 위해 요구되는 5m 이상의 조수차 보다 작아도 실질적으로 발전할 수 있다.
전술한 해류발전은 날씨의 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 다른 발전시스템 보다 유리하다고 볼 수 있다.
이러한 해류발전 시스템은 방파제에 터널을 형성하여 터널 내부의 발전기 모듈로부터 발전하는 방파제 내부 설치식 해류발전 시스템과, 해저면에 고정되는 지지물에 부착되는 해저면 고정식 해류발전 시스템, 및 해수면에 부유하는 부유체에 부착되는 부유식 해류발전 시스템 등이 있다.
한편, 종래기술에 의해 개발된 발전수단으로서, 대한민국등록특허 제10-1061824호(공고일 : 2011.09.05)에는 VIV(Vortex Induced Vibration)이용 친환경 청정에너지 추출장치가 개시되어 있고, 대한민국등록특허 제10-1284106호(공고일 : 2013.07.10)에는 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치 및 이를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법이 개시되어 있다.
이와 같은 종래기술에 의한 발전수단은, 해양에 설치되어 조류(해류)의 흐름에 의해 진동체가 와유기 진동 함에 따라 발생된 기계 에너지를 전기에너지로 변환하도록 된 것이다.
그러나, 이와 같이 와유기진동을 이용한 종래기술에 의한 발전수단은 모두 한쪽 방향으로 흐르는 조류(유체의 흐름)에 의해서만 작동하도록 구성됨으로써, 밀물과 썰물이 발생하는 해역에서 밀물과 썰물에 의한 기계 에너지를 모두 활용할 수 없는 문제점이 있었다.
예를 들면, 종래기술에 의한 와유기진동을 이용한 발전수단은 바닷물의 밀물에 의한 일방향 흐름 또는 썰물에 의한 일방향 흐름에 의해 진동체가 와유기진동을 함에 따라 기계 에너지를 전기에너지로 변환하도록 구성되어 있을 뿐, 바닷물이 처음 유동방향과 반대방향으로 유동할 때 반대방향으로 유동하는 바닷물(유체)에 의해 진동체가 와유기진동을 하지 못하는 구조를 갖음으로써 양방향 조류(밀물과 썰물)가 발생되는 곳에서 양방향 조류를 효율적으로 활용하지 못하는 문제점이 있었던 것이다.
또한, 유향 변화(유체의 흐르는 방향 변화)에 대해 요잉(yawing)과 웨더배닝(weather vanning)으로 대응할 수 있었으나, 이 경우에는 추가적인 장치가 필요하여 제작비용 및 유지보수비용이 상승하는 문제점이 있었다. 유향 변화에 대응하기 위하여 별도의 방향전환장치가 필요하게 됨으로써 제작비용 상승 및 유지보수비용이 상승하는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명의 목적은, 해양에 설치되는 와유기진동 에너지 추출장치가 밀물에 의해서도 와유기진동하여 에너지를 추출하고, 썰물에 의해서도 와유기진동하여 에너지를 추출할 수 있는, 즉 양방향 조류나 해류와 등과 같은 유체의 다양한 유동방향에 대응하여 에너지를 추출할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 와유기 진동하는 진동체(또는 진동체)를 대향되도록 구비하여 조류나 해류 등 유체의 유동에 의해 앞쪽(상측 - upstream)에 위치한 진동체가 와유기진동할 때 뒷쪽(하측 - downstream)에 위치한 진동체가 웨이크 갤로핑 현상에 의해 같이 와유기 진동하도록 함으로써 발전 효율을 현저하게 향상시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 와유기진동 에너지 추출장치의 진동체 자세 및 형상을 가변시키거나, 진동체의 배치구조를 기존의 배치구조와 달리하여 양방향 조류나 유체의 다양한 방향으로의 흐름에 효율적으로 대응할 수 있고, 정비시 또는 위급상황시 진동체의 와유기 진동을 정지시키거나 와유기 진동을 최소화시킬 수 있는 수단을 제공하는데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 해저면에 설치되는 앵커체; 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지변환장치를 구비하여 상기 앵커체에 설치되는 지지체; 및 진동체의 양단에 각 일단이 결합된 한 쌍의 지지단이 상기 지지체에 구비된 각각의 축을 회전시키도록 상기 지지체에 결합되고, 상기 진동체의 왕복운동에 따른 기계 에너지가 상기 축을 통하여 상기 에너지변환장치에 전달되도록 된 작동부를 포함하여, 조류나 해류를 포함하는 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서, 상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되며, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성되고, 상기 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체가 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 때, 상기 유동방향의 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는 와유기진동 에너지 추출장치에 의해 달성된다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 해저면에 설치되는 지지체에, 유체의 유동방향에 대하여 서로 일직선상에 배치되도록 상기 지지체를 기준으로 서로 양쪽에 양단이 각각 축으로 결합되는 한 쌍의 진동체들; 및 상기 유체의 유동에 의한 상기 진동체들의 와유기 진동에 따른 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 상기 지지체에 구비되는 에너지변환장치를 포함하고, 상기 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 상기 유동방향의 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는 와유기진동 에너지 추출장치에 의해 달성된다.
상기 지지체는, 3개의 지지블럭이 120°각도로 배치된 앵커체, 모노 파일, 중력식 앵커 또는 파일 앵커로로 이루어진 앵커체에 결합될 수 있다.
상기 상류측 진동체와 상기 하류측 진동체 사이에 해당하는 지지체는, 상기 상류측의 진동체를 통과한 유체가 상기 하류측 진동체에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 양쪽으로 각각 "]"형상으로 형성되어 회피공간을 형성할 수 있다.
상기 상류측 진동체와 상기 하류측 진동체 사이에 해당하는 지지체는, 상기 상류측의 진동체를 통과한 유체가 상기 하류측 진동체에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 유선형의 얇은 판 형상으로 형성되어 회피부가 형성될 수 있다.
상기 지지체의 주변에는, 밀물과 썰물에 의해 형성되는 조류나 해류를 포함하는 유체의 흐름을 양쪽의 각 진동체와 일치하는 방향으로 유도하기 위한 조류 유도용 구조물이 설치될 수 있다.
상기 지지체에는, 유체의 흐름에 대하여 상기 진동체의 각도를 가변 제어하거나 상기 진동체의 형상을 가변 제어하여 정격동력을 유지하거나, 상기 진동체의 와유기 진동을 정지시키기 위한 정격동력유지수단을 구비할 수 있다.
상기 정격동력유지수단은, 상기 진동체에 일단이 결합되고, 타단은 상기 진동체를 축에 결합하는 지지단에 결합되어 수축 인장 작동으로 상기 진동체를 밀거나 당겨 상기 진동체의 각도를 가변시키기 위한 엑츄에이터로 이루어질 수 있다.
상기 정격동력유지수단은, 상기 진동체가 길이방향으로 분할 형성되어 상기 진동체의 횡단면이 다각형을 이루도록 각각 배치되되, 각각의 단부가 서로 축 결합되어 연결되는 다수개의 제1,2,3,4 진동체편; 상기 제1,2,3,4 진동체편의 내부 쪽에 길이방향으로 설치되는 지지대; 및 상기 제1,2 진동체 편의 내측에 각 일단이 결합되고, 각 타단은 상기 지지대에 결합되어, 상기 제1,2 진동체 편을 양쪽으로 펼치거나 접도록 인장 및 수축 작동하는 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터와, 상기 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터가 인장 작동할 때 수축 작동하여 상기 제3,4 진동체 편을 상기 지지대 쪽으로 당기고 상기 제1,2 형상변경용 엑츄에이터가 수축 작동할 때 인장 작동하여 상기 3,4 진동체 편을 상기 지지대 반대쪽으로 밀도록 된 제3 형상 변경용 엑츄에이터로 이루어진 엑츄에이터부를 포함하여, 상기 진동체의 대한 횡단면 형상을 가변시키도록 구성될 수 있다.
상기 지지체에는, 유체의 흐름에 대하여 상기 진동체의 각도를 가변 제어하여 상기 진동체의 와유기 진동을 정지시키거나 와유기 진동을 최소화하기 위한 정지상태 유지수단이 구비될 수 있다.
상기 정지상태 유지수단은, 상기 진동체의 각도를 가변시키도록 상기 지지단의 내부에 설치되고, 제어부에 의해 작동 제어되는 파킹용 엑츄에이터로 이루어질 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 해저면에 설치되는 앵커체; 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지변환장치를 구비하여 상기 앵커체에 설치되는 지지체; 및 진동체의 양단에 각 일단이 결합된 한 쌍의 지지단이 상기 지지체에 구비된 각각의 축을 회전시키도록 상기 지지체에 결합되고, 상기 진동체의 왕복운동에 따른 기계 에너지가 상기 축을 통하여 상기 에너지변환장치에 전달되도록 된 작동부를 포함하여, 조류나 해류를 포함하는 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서, 상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되되, 하나의 진동체가 상기 지지체의 한쪽 상부에 설치되고 다른 하나의 진동체는 상기 지지체의 반대쪽 하부에 설치되어, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는 와유기진동 에너지 추출장치에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 해양에 설치되는 와유기진동 에너지 추출장치가 밀물에 의해서도 와유기진동하여 에너지를 추출하고, 썰물에 의해서도 와유기진동하여 에너지를 추출할 수 있도록 지지체의 양쪽에 대칭 또는 비대칭으로 각각 배치됨으로써, 밀물과 썰물에 의한 양방향 조류 또는 다향한 방향으로 이동하는 해류에 대응하여 에너지를 추출할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 작동부에, 조류의 흐름에 대한 상기 진동체의 각도를 가변 제어하거나 진동체의 형상을 가변 제어하기 위한 정격동력유지수단이 구비됨으로써, 정격동력을 유지할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 작동부에, 정지상태 유지수단이 구비됨으로써 진동체의 각도를 제어하여 정비시 또는 위급상황시에 진동체의 와유기 진동을 정지시키거나 와유기 진동을 최소화시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 유향의 변화에 대응하기 위한 방향전환장치가 불필요하게 되므로 제작비용 및 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 두 개의 진동체가 유체의 흐름 방향에 대하여 일직선상에 배치됨으로써 일방향으로 흐르는 유체(조류)에 의해 앞쪽에 위치한 진동체와 뒷쪽에 위치한 진동체가 같이 와유기진동을 하게 됨으로써 발전효율이 현저하게 향상될 수 있는 효과가 제공될 수 있다. 즉, 유체의 유동방향에 대하여 유동방향의 상류측에 위치한 진동체는 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 유동방향의 하류측에 위치한 진동체는 상류측에 위치한 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키게 됨으로써 발전 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 앵커체의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 와유기진동 에너지 추출장치의 작용을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 와유기진동 에너지 추출장치의 정면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 와유기진동 에너지 추출장치의 웨이크 갤로핑을 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 정면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제5 실시에 따른 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것으로, 와유기진동 에너지 추출장치에 정격동력유지수단이 마련되어, 엑츄에이터에 의해 진동체의 각도가 가변되는 상태를 도시한 사시도 및 개략적 평면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치에 정격동력유지수단이 마련된 것으로, 다수개의 엑츄에이터부에 의해 진동체의 횡단면이 가변되는 상태를 도시한 개략적 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 개략적 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 개략적 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 와유기진동 에너지 추출장치의 에너지 변환 과정을 설명하기 위한 개략적 블럭도이다.
도 17은 도 1에 도시된 진동체의 각도를 가변시켜 작동부의 정지상태를 유지시키는 기능을 설명하기 위한 사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 와유기진동 에너지 추출장치 20 : 앵커체
30 : 발전수단 40 : 지지체
50,50A,50B : 작동부 52 : 지지단
54,54A,54B : 실린더 60 : 정격동력유지수단
62 : 엑츄에이터 64 : 지지대
66 : 엑츄에이터부 70 : 조류 유도용 구조물
80 : 방향전환부재 A,B : 조류
FL : 유체의 유동방향 C : 제어부
FL1 : 상류측 FL2 : 하류측
D : 와류 S : 회피공간
AC : 파킹용 엑츄에이터
본 발명은 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서, 해저면에 설치되는 앵커체와, 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지변환장치와 진동체 및 상기 진동체의 왕복운동에 따른 기계 에너지가 상기 축을 통하여 상기 에너지변환장치에 전달되도록 된 작동부를 포함한다. 상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되며, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성된다. 상기 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체가 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 때, 상기 유동방향의 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 효율적으로 발생시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 앵커체의 다른 실시예를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 와유기진동 에너지 추출장치의 작용을 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 와유기진동 에너지 추출장치의 정면도이다.
이하에서는 밀물 및 썰물에 의한 조류나 해류의 흐름을 '유체의 유동'이라 표현한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 유체의 유동에 의해 진동체(54A,54B)가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기에너지로 추출하도록 된 것이다. 이러한 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 해저면에 설치되는 앵커체(20)와, 유동(와유기진동)에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 발전수단(30)을 구비하여 앵커체(20)에 설치되는 지지체(40)와, 진동체(54)의 왕복 회전운동에 따른 기계 에너지가 에너지변환수단을 통하여 발전수단(30)에 전달되도록 된 작동부(50)를 포함한다.
전술한 작동부(50)는, 지지체(40)를 중심으로 서로 대칭 또는 비대칭되는 위치의 지지체(40)에 각각 설치된다. 한쪽 작동부(50A)의 진동체(54A)는 일방향 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 작동부(50B)의 진동체(54B)는 반대방향으로 유동하는 유체에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성된 것이다. 즉, 작동부(50)는 지지체(40)를 중심으로 양쪽에 진동체(54A,54B)가 각각 구비된 구조를 갖기 때문에, 밀물이나 썰물을 포함한 다양한 방향으로 유동하는 유체의 유동에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시킬 수 있는 것이다.
이러한 와유기진동 에너지 추출장치(10)를 보다 구체적으로 설명한다.
해저면에 설치되는 앵커체(20)는, 작동부(50)가 설치되는 지지체(40)를 안정되게 지지하기 위한 것으로, 콘크리트나 금속재로 된 3개의 지지블럭(21)이 120°각도로 배치되어 지지체(40)를 지지할 수 있다. 각 지지블럭(21)의 중앙에는 지지체(40)의 하단부가 결합도록 결합부(22)가 형성된다. 이와 같이 앵커체(20)가 3개의 지지블럭(21)으로 구성됨으로써, 지지체(40)를 보다 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지체(40)를 지지하는 앵커체(20)는, 모노파일(20B)로 이루어질 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니고, 중력식 앵커 또는 파일 앵커로 이루어질 수 있다. 모노파일(20B)로 이루어지는 경우에, 모노파일(20B)은 해저면에 관입되고, 상단부에 지지체(40)의 하단부가 결합되기 위한 결합부(22B)가 형성된 구조를 갖는다. 앵커체(20)가 모노파일(20B)로 구성됨으로써 앵커체(20)의 구성이 단순화되어 와유기진동 에너지 추출장치(10)의 시공이 저비용으로 용이하게 이루어질 수 있다.
지지체(40)는, 각 진동체(54A,54B)들의 와유기진동에 따른 기계 에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 발전수단(30)을 구비하여 앵커체(20)의 중앙에 수직으로 설치되는 것이다. 지지체(40)는, 작동부(50)를 안정되게 회전 지지하고, 각 진동체(54A,54B)들의 기계 에너지를 변환하여 발전수단(30)에 전달하기 위한 기구적 구성을 갖는다. 지지체(40)는 작동부(50)를 안정적으로 회전 지지하도록 된 원기둥 형태의 구조체이다. 상단에는 발전수단(30)이 구비되고, 내부에는 각 작동부(50)에서 발생된 기계 에너지를 운동에너지로 변환하여 발전수단(30)에 전달함으로써 전기 에너지로 변환하기 위한 에너지 변환수단이 내장된다.
이러한 에너지 변환수단의 한 예로서, 도 16에 도시된 바와 같이, 작동부(50)의 진동체(54A,54B)를 지지하는 지지단(52)의 축(52B)과 연결되어 유압을 발생시키기 위한 에너지 변환부재(53)와, 에너지 변환부재(53)에서 발생된 유압을 정유압으로 변환하기 위한 정유압 변환장치(53A)를 포함한다. 이때, 정유압 변환장치(53A)와 발전기(30) 사이에는 유압모터가 설치될 수 있고, 에너지 변환부재(53)는 유압펌프로 이루어질 수 있다. 그리고, 정유압 변환장치(53A)에서 정유압으로 변환된 유압으로 발전기(30) 내의 터빈을 작동시켜 전기를 생산한 후 생산된 전기는 전력변환장치(31)를 통하여 전력계통으로 공급된다. 또한, 작동부(50), 에너지 변환부재(53), 정유압 변환장치(53A), 전력변환장치(31) 등은 제어부(C)에 의해 제어된다.
한편, 에너지 변환수단의 한 예로서 도면에 도시되지 않았으나, 지지단(52)의 축(52B)과 연결되어 축(52B)의 회전력을 전달받기 위한 다수개의 구동기어 및 피동기어들과, 피동기어에 의해 구동되는 발전기(30)의 터빈축으로 이루어질 수 있다. 즉, 축(52B)의 회전력이 터빈을 회전 작동시키도록 구성될 수 있는 것이다.
이와 같은 에너지 변환수단은 전술한 실시예에 국한되지 않고, 운동에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 다양한 수단들이 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 진동체(54A,54B)에서 발생한 기계 에너지(왕복회전운동)를 회전운동 에너지로 변환하여 발전수단(30)에 전달하기 위한 에너지 변환수단은 다양하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서 발전수단(30)은 지지체(40)의 상단에 구비된 것을 기준으로 설명한다. 그러나, 이에 국한되는 것은 아니고, 작동부(50A,50B)의 진동체(54A,54B)를 지지하는 지지단(52)의 축(52B)과 연결된 에너지 변환부재(53)에 발전수단이 구비될 수도 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지체(40)에 고정 설치되는 브라켓(41)의 상,하부에 지지단(52)의 타단이 축(52B)으로 회전 가능하게 결합되고, 브라켓(41)의 상,하부에 에너지 변환부재(53)가 각각 결합된 구조를 갖는다. 이러한 구조의 에너지 변환부재(53)에 발전수단이 구비될 수도 있으나, 본 실시예에서는 발전수단(30)은 지지체(40)의 상단에 구비된 것을 기준으로 설명한다. 그리고, 에너지 변환부재(53)에는 축(52B)을 탄력 지지하여 지지단(52)을 통하여 연결된 각 진동체(54A,54B))의 공진을 제어할 수도 있다. 즉, 도면에 도시되지 않았으나 축(52B)에 다수개의 스프링이 설치되어 진동체(54A,54B)의 공진을 제어할 수 있는 것이다. 이러한 공진제어는 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
작동부(50)는, 양쪽 각 진동체(54A,54B)의 양단에 각 일단이 결합된 한 쌍의 지지단(52)이 지지체(40)에 구비된 각각의 축(52B)을 회전시키도록 구성된다. 즉, 축(52B)이 지지단(52)에 결합된 상태로 브라켓(41)에 의해 지지체(40)에 결합되고, 각 진동체(54A,54B))의 왕복 회전운동(와유기 진동)에 따른 기계 에너지가 지지단(52)의 축(52B)을 통하여 발전수단(30)에 전달되도록 구성된다.
그리고, 지지단(52)에 결합된 축(52B)이 각 진동체(54A,54B)의 왕복 회전운동에 의해 회전을 하게 되므로, 이러한 회전력이 전술한 에너지 변환수단을 통하여 발전수단(30)에 전달되어 전기에너지로 변환되는 것이다.
이와 같이 구성된 작동부(50)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지체(40)를 중심으로 서로 대칭되는 위치에 각각 설치된다. 즉, 한쪽 작동부(50A)의 진동체(54A)는 일방향 조류(유체의 유동)(A)에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 작동부(50B)의 진동체(54B)는 반대방향 조류(유체의 유동)(B)에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 지지체(40)를 중심으로 양쪽에 각각 배치되는 것이다.
지지체(40)의 양쪽에 대칭으로 각각 설치된 양쪽의 작동부(50A,50B)는 다음과 같이 작동한다. 예를 들어, 밀물에 의한 일방향 조류(유체의 유동)(A)가 발생되는 경우에 한쪽 작동부(50A)의 진동체(54A)가 일방향 조류(A)에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시키게 된다. 이러한 과정으로 한쪽 작동부(50A)의 진동체(54A)를 통과한 일방향 조류(A)는 반대쪽 작동부(50B)의 진동체(54B)에 작용하여 진동체(54B)를 와유기진동 시키게 되는 것이다.
또한, 썰물에 의한 반대방향 조류(유체의 유동)(B)가 발생되는 경우에 반대쪽 작동부(50B)의 진동체(54B)가 반대방향 조류(B)에 의해 와유기진동하여 기계 에너지를 발생시키게 된다. 이러한 과정으로 반대쪽 작동부(50B)의 진동체(54A)를 통과한 반대방향 조류(B)는 한쪽 작동부(50A)의 진동체(54A)에 작용하여 진동체(54A)를 와유기 진동시키게 되는 것이다.
이와 같이, 밀물과 썰물에 의한 서로 다른 방향의 조류(A,B)들이 발생하더라도 지지체(40)를 중심으로 양쪽에 배치된 각 작동부(50A,50B)의 각 진동체(54A,54B)가 각 조류(A,B)에 대응하여 와유기진동 하도록 함으로써 다양한 방향으로 흐르는 조류(A,B)로부터 전기에너지를 추출할 수 있게 된다.
다시 설명하면, 지지체(40)를 기준으로 하여, 양쪽의 진동체(54A,54B)가 조류(A 또는 B)의 흐름 방향에 대하여 일직선상에 배치되기 때문에 웨이크 갤로핑(wake galloping) 현상이 발생된다. 따라서, 각 진동체(54A,54B)의 와유기진동이 극대화될 수 있고 발전효율이 향상될 수 있다. 즉, 진동체가 1개일 때보다 다수개일 때 시너지(synergy) 효과가 발현되어 에너지 수확효율이 상승될 수 있는 것이다.
이와 같이 본 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)에서 발생되는 웨이크 갤로핑 현상을 설명하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 5는 본 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치에서 일어나는 웨이크 갤로핑을 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 지지체(40)를 중심으로 양쪽에 진동체(54A,54B)가 각각 대칭으로 배치되어 있다. 밀물이나 썰물에 의한 유체의 유동이 발생하거나, 또는 일방향으로만 유체의 유동이 발생할 때, 유체의 유동방향(FL)에 대하여 유동방향(FL)의 상류측(FL1)에 위치한 진동체(54A)는 상류측(FL1) 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지(압력장을 바꾸어서 왕복운동형태로 변동함에 따른 에너지)를 발생시킨다. 그리고, 유동방향(FL)의 하류측(FL2)에 위치한 진동체(54B)는 상류측(FL1)에 위치한 진동체(54A)의 배후에 생성되는 와류(D)에 의해 웨이크갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키게 된다. 즉, 유동방향(FL)의 하류측(FL2)에 위치한 진동체(54B)는 상류측(FL1)에 위치한 진동체(54A)의 배후에 생성되는 와류(D)에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지(압력장을 바꾸어서 왕복운동형태로 변동함에 따른 에너지)를 발생시키게 되는 것이다.
이상에서와 같이 한 쌍의 진동체(54A,54B)가 지지체(40)를 사이에 두고 양쪽에 각각 배치됨으로써 유체의 유동에 의해 양쪽 한 쌍의 진동체(54A,54B)가 함께 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 수 있어서 발전효율, 즉 에너지 추출 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
첨부된 도면 중에서, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 유체의 유동방향(FL)를 기준으로, 상류측 진동체(54A)와 하류측 진동체(54B) 사이에 해당하는 지지체(40)는, 상류측(FL1)의 진동체(54A)를 통과한 유체가 하류측(FL2)의 진동체(54B)에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 유선형의 얇은 판 형상으로 형성되어 회피부(41A)가 형성되는 것을 제외하고는 전술한 실시예와 같다.
이와 같이, 상류측 진동체(54A)와 하류측 진동체(54B) 사이에 해당하는 지지체(40), 즉 지지체(40)의 중간부가 유체의 유동방향(FL)를 기준으로 유선형의 얇은 판 형상으로 형성되어 회피부(41A)가 형성됨으로써, 상류측 진동체(54A)의 배후에서의 와류 생성에 간섭이 최소화될 수 있다.
첨부된 도면 중에서, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하기 위한 개략적 평면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 상류측 진동체(54A)와 하류측 진동체(54B) 사이에 해당하는 지지체(40)에, 상류측(FL1)의 진동체(54A)를 통과한 유체가 하류측 진동체(54B)에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 양쪽으로 각각 "]"형상으로 형성되어 회피공간(S)을 형성하는 것을 제외하고는 전술한 각 실시예들과 같다.
이와 같이, 지지체(40)의 중간부가 양쪽으로 분할되고 분할된 각각의 지지부(41B,41C)가 각각 "]"형상으로 형성되어 그 사이에 회피공간(S)이 형성됨으로써, 상류측 진동체(54A)를 통과하면서 생성되는 와류가 하류측 진동체(54B)에 작용하기 전에 지지체(40)에 의해 간섭되지 않게 되므로 하류측 진동체(54B)의 와유기 진동 작동이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 상류측 진동체(54A) 배후에서의 와류 생성에 간섭되지 않게 된다.
첨부된 도면 중에서, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 정면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 각 작동부(50A,50B)의 양쪽 진동체(54A,54B)들이 각 조류(A,B)에 영향을 받지 않도록 상하 방향으로 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 지지체(40)를 중심으로 양쪽에 각각 설치되는 각각의 작동부(50A,50B) 중에서, 한쪽 작동부(50A)가 한쪽 상부에 위치하고, 반대쪽 작동부(50B)가 반대쪽 하부에 위치하여 서로 어긋나게 배치되는 것이다. 이와는 반대로 도 9에 도시된 바와 같이, 반대쪽 작동부(50B)가 상부에 배치되고, 한쪽 작동부(50A)가 하부에 배치될 수 있다.
이와 같이 양쪽의 작동부(50B)가 서로 어긋나게 배치된 상태에서, 일방향으로 흐르는 조류(A)는 앞쪽(상류측)에 위치한 작동부(50A)의 진동체(54A)와 뒷쪽(하류측)에 위치한(일방향 조류의 흐름 방향을 기준으로 함) 작동부(50B)의 진동체(54B)에 각각 직접 작용하고, 반대방향으로 흐르는 조류(B)는 반대쪽에 위치한 작동부(50B)의 진동체(54A)와 뒷쪽에 위치한(반대방향 조류의 흐름 방향을 기준으로 함) 작동부(50A)의 진동체(54A)에 각각 직접 작용하게 되는 것이다.
이러한 작용은 양쪽의 작동부(50A,50B)가 일직선상에 위치하지 않고 상부 또는 하부에 서로 어긋나게 배치되어 있기 때문이며, 각각의 조류(A,B)가 서로 독립적으로 양쪽의 각 진동체(54A,54B)에 작용하게 되므로 각 진동체(54A,54B)의 조류(A,B)에 의한 와유기진동은 효율적으로 발생하게 된다.
첨부된 도면 중에서, 도 10 및 도 11은 본 발명의 제5 실시에 따른 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것으로, 와유기진동 에너지 추출장치에 정격동력유지수단이 마련되어, 엑츄에이터에 의해 진동체의 각도가 가변되는 상태를 도시한 사시도 및 개략적 평면도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제5 실시에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 전술한 작동부(50)에, 조류(A)의 흐름에 대한 각 진동체(54A,54B)의 각도를 가변 제어하거나 진동체(54A,54B)의 형상을 가변 제어하여 정격동력을 유지하고, 정지상태 유지기능(parked condition - 진동체가 저항을 받지 않도록 하여 왕복운동되지 않게 하는 기능)을 수행하기 위한 정격동력유지수단(60)을 구비한 것을 제외하고는 전술한 실시예들과 같다.
정격동력유지수단(60)은, 각각의 지지단(52)에 양단이 축으로 결합되는 진동체(54A,54B)에 일단이 결합되고, 타단은 지지단(52)에 결합되어 수축 인장 작동으로 진동체(54A,54B)를 밀거나 당겨 진동체(54A,54B)의 각도(유체의 유동방향에 대한 진동체의 각도)를 가변시키기 위한 엑츄에이터(62)로 이루어지는 것이다.
다시 설명하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 조류(A)의 흐름방향(유체의 유동방향)에 대하여 직각을 유지하고 있는 진동체(54)의 각도를 엑츄에이터(62)를 작동시켜 조류(A)의 흐름방향 쪽으로 기울어지게 가변시킴으로써, 진동체(54)의 와유기진동 작동을 제어할 수 있다. 즉, 타원형 단면을 갖는 진동체(54)가 조류(A)의 흐름방향에 대하여 직각을 유지하는 경우(도 11의 실선으로 도시된 진동체의 상태로 넓은 면이 조류의 흐름방향과 마주보는 상태)에 와유기진동(왕복회전운동)이 가장 크게 일어난다. 그리고 진동체(54)가 조류(A)의 흐름방향으로 기울어진 상태(도 11의 일점쇄선으로 도시된 진동체의 상태로 좁은 면이 조류의 흐름방향과 마주보는 상태)가 될수록 와유기진동이 작게(적은 회전수 또는 정지 등) 일어난다. 따라서, 엑츄에이터(62)로 진동체(54)의 각도를 적절하게 가변시킴으로써 작동부(50)의 에너지 추출 효율을 제어(정격동력을 유지)할 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 정비를 포함한 다양한 이유로 작동부(50)를 정지시키고 그 정지상태를 유지할 수 있게 된다.
전술한 정지상태 유지기능은, 엑츄에이터(62)를 작동시켜 진동체(54)의 넓은 면이 조류(A)의 흐름방향과 마주보도록 각도를 가변하거나, 진동체(54)의 좁은 면이 조류(A)의 흐름방향과 마주보도록 각도를 가변하여 진동체(54)의 와유기진동이 정지되거나 미세하게 작동되도록 하는 것으로, 이러한 정지상태 유지기능은, 정비시 또는 위급 상황시 진동체(54)의 와유기 작동을 멈추기 위한 매우 유용한 기능이다.
한편, 다른 실시예에 의하면, 도 17에 도시된 바와 같이, 지지단(52)의 내부에 진동체(54)의 각도를 가변시켜 진동체(54)의 와유기 진동에 의한 왕복운동을 정지시키거나 최소화하기 위한 정지상태 유지수단(parked condition - 진동체가 저항을 받지 않도록 하여 왕복운동되지 않게 하는 기능)이 구비될 수 있다. 정지상태 유지수단은 제어부(C)에 의해 작동 제어되는 파킹용 엑츄에이터(AC)로 이루어진다. 이 파킹용 엑츄에이터(AC)는 지지단(52)의 내부에서 진동체(54)의 축을 회전시키도록 설치되는 것으로, 이러한 파킹용 엑츄에이터(AC)는 지지단(52)의 내부에서, 진동체(54)를 지지하는 축에 직접 결합되거나 동력전달수단에 의해 축과 연결되도록 설치된다.
이러한 구성을 갖는 파킹용 엑츄에이터(AC)로 이루어진 정지상태 유지수단은, 정비를 목적으로 하거나, 위급 상황시에 진동체(54)의 와유기 진동에 의한 왕복운동을 정지시키거나 최소화하기 위한 것이다.
전술한 정지상태 유지수단의 작용을 설명한다.
파킹용 엑츄에이터(AC)가 제어부(C)에 의해 작동되어 진동체(54)의 넓은 면이 도 17에 도시된 바와 같이 조류(A)의 흐름 방향과 마주하도록 진동체(54)의 각도를 가변시키면, 조류(A)가 진동체(54)의 넓은 면에 작용하게 되므로 진동체(54)의 와유기 진동에 의해 왕복회전운동이 가장 크게 일어난다. 이어서, 파킹용 엑츄에이터(AC)가 제어부(C)에 의해 작동되어 진동체(54)의 좁은 면이 도 17에 도시된 바와 같이 조류(A)의 흐름 방향과 마주하도록 진동체(54)의 각도를 가변시키면, 진동체(54)의 와유기 진동은 최소화되거나 발생되지 않게 된다. 이는 진동체(54)에서 조류(A)가 작용하는 면적이 작기 때문이다. 이와 같이 파킹용 엑츄에이터(AC)가 진동체(54)의 각도를 가변시켜 진동체(54)의 좁은 면이 유체의 흐름 방향과 마주하도록 함으로써 진동체(54)의 와유기진동 작동은 정지되거나 미세하게 작동하게 되므로 진동체(54)의 정지상태 유지가 가능하게 된다.
이때, 제어부(C)로 파킹용 엑츄에이터(AC)를 적절하게 제어함으로서 전술한 정격동력유지수단(60)의 기능을 수행할 수도 있다.
이와 같이 엑츄에이터(62) 또는 파킹용 엑츄에이터(AC)의 제어로 진동체(54)의 각도를 조절함으로써, 작동부(50)의 에너지 추출 효율을 제어(정격동력을 유지)할 수 있을 뿐만 아니라, 정비나 위급 상황시를 포함한 다양한 이유로 작동부(50)를 정지시키고 그 정지상태를 유지시킬 수 있게 된다.
전술한 엑츄에이터(62)는 유압진동체, 공압진동체, 스텝모터 등 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.
첨부된 도면 중에서, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치에 정격동력유지수단이 마련된 것으로, 다수개의 엑츄에이터부에 의해 진동체의 횡단면이 가변되는 상태를 도시한 개략적 평면도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제6 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 각 작동부(50A,50B)에 정격동력유지수단(60)이 구비되어 각 진동체(54)의 단면 형상을 가변 제어하도록 구성된 것을 제외하고는 전술한 실시예들과 같다.
구체적으로 설명하면, 제6 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)의 정격동력유지수단(60)은, 진동체(54)가 길이방향으로 분할 형성되어 진동체(54)의 횡단면이 다각형을 이루도록 각각 배치되되, 각각의 단부가 서로 축 결합되어 연결되는 다수개의 제1,2,3,4 진동체 편(54C-1,54C-2,54C-3,54C-4)들을 포함한다. 제1,2,3,4 진동체 편(54C-1,54C-2,54C-3,54C-4)들의 내부 쪽에 길이방향으로 설치되는 지지대(64)를 포함한다. 제1,2 진동체 편(54C-1,54C-2)들의 내측에 각 일단이 결합되고, 각 타단은 지지대(64)에 결합되어, 제1,2 진동체 편(54C-1,54C-2)을 양쪽으로 펼치거나 접도록 인장 및 수축 작동하는 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터(66A,66B)들을 포함한다. 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터(66A,66B)가 인장 작동할 때 수축 작동하여 제3,4 진동체 편(54C-3,54C-4)을 지지대(64) 쪽으로 당기고 제1,2 형상변경용 엑츄에이터(66A,66B)가 수축 작동할 때 인장 작동하여 제3,4 진동체 편(54C-3,54C-4)을 지지대(64) 반대쪽으로 밀도록 된 제3 형상 변경용 엑츄에이터(66C)로 이루어진 엑츄에이터부(66)를 포함한 것이다.
이러한 구조의 정격동력유지수단(60)은, 서로 분할되어 서로 접히도록 축 결합된 제1,2,3,4 진동체 편(54C-1,54C-2,54C-3,54C-4)들을 제1,2,3 형상 변경용 엑츄에이터(66A,66B,66C)로 펼치거나 접으면서 진동체(50)의 횡단면 형상을 가변시킴으로써 조류(A)가 진동체(54)에 직각으로 작용하는 표면적을 작게 하거나 크게 할 수 있다. 즉, 진동체(54)에 조류(A)가 직각으로 작용하는 표면적이 클수록 와유기진동이 크게 일어나는 것이므로, 조류(A)가 직각으로 작용하는 표면적으로 감소시킴으로써 와유기진동을 작게 하거나 와유기진동이 이루어지지 않도록 할 수 있는 것이다.
이와 같이, 진동체(54)의 횡단면 형상을 가변시킴으로써 정격동력을 제어할 수 있고, 진동체(54)의 와유기 진동을 정지시키거나 미세하게 작동하도록 할 수도 있게 된다.
첨부된 도면 중에서, 도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 개략적 평면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제8 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 앵커체(20)의 주변 또는 앵커체(20)에, 밀물과 썰물에 의해 형성되는 조류(A)의 흐름을 양쪽의 작동부(50A,50B)에 일치하는 방향으로 유도하기 위한 조류 유도용 구조물(70)이 설치되는 것을 제외하고는 전술한 실시예들과 같다.
앵커체(20)의 주변 또는 앵커체(20)에, 밀물과 썰물에 의해 형성되는 조류(A,B)의 흐름을 양쪽의 작동부(50A,50B) 쪽으로 유도하기 위한 조류 유도용 구조물(70)이 설치됨으로써 조류(A,B)가 양쪽의 각 진동체(54A,54B)에 효율적으로 작용하도록 하여 에너지 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 조류 유도용 구조물(70)은 만곡부를 구비하고, 그 높이는 해저면으로부터 각 진동체(54A,54B)의 높이와 같도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치를 도시한 개략적 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제8 실시예에 따른 와유기진동 에너지 추출장치(10)는, 지지체(40)의 상단부 또는 발전수단(30)의 상단부에 방향전환부재(80)가 구비된 것을 제외하고는 전술한 실시예들과 같다.
방향전환부재(80)는, 양쪽에 작동부(50A,50B)를 갖는 지지체(40)가 조류(A 또는 B)의 흐름 방향으로 작동부(50A 또는 50B)를 방향전환 시키도록 구성된 것이다. 즉, 지지체(40)의 하단부는 앵커체(20)와 회전 가능하게 결합되고, 발전수단(30)의 상단부에는 삼각형상으로 이루어진 방향전환부재(80)가 결합된 구조를 갖는다. 따라서, 조류(A 또는 B)가 흐를 때(유체가 유동할 때) 지지체(40)는 어느 한쪽의 진동체(54A 또는 54B)가 조류(A 또는 B)가 흘러오는 방향과 마주하는 방향으로 위치가 바뀌도록 회전하여, 각 진동체(54A,54B) 조류(A 또는 B)에 의해 와유기진동 하도록 하는 것이다.
이러한 방향전환부재(80)에 의해 양쪽의 작동부(50A,50B)는 다양한 방향으로 흐르는 조류(A 또는 B)에 능동적으로 대응하여 에너지를 추출할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 와유기진동 에너지 추출장치는 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기 진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서, 진동체가 복수개로 이루어지고, 각각의 진동체가 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되며, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성된다. 특히 유체의 유동방향에 대하여 유동방향의 상류측에 위치한 진동체가 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 때, 하류측에 위치한 진동체는 상류측에 위치한 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키게 되므로 에너지 추출효율이 현저하게 향상될 수 있는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 와유기진동 에너지 추출장치는 조수간만의 차가 크고 조류가 빠른 해역에 설치되어 친환경적인 에너지를 생산할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (12)

  1. 해저면에 설치되는 앵커체; 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지변환장치를 구비하여 상기 앵커체에 설치되는 지지체; 및 진동체의 양단에 각 일단이 결합된 한 쌍의 지지단이 상기 지지체에 구비된 각각의 축을 회전시키도록 상기 지지체에 결합되고, 상기 진동체의 왕복운동에 따른 기계 에너지가 상기 축을 통하여 상기 에너지변환장치에 전달되도록 된 작동부를 포함하여, 조류나 해류를 포함하는 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기 진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서,
    상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되며, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 구성되고,
    상기 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체가 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시킬 때, 상기 유동방향의 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  2. 해저면에 설치되는 지지체에, 상기 지지체를 기준으로 서로 양쪽에 양단이 각각 축으로 결합되되, 유체의 유동방향에 대하여 서로 일직선상에 배치되도록 결합되는 한 쌍의 진동체들; 및
    상기 유체의 유동에 의한 상기 진동체들의 와유기 진동에 따른 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 상기 지지체에 구비되는 에너지변환장치를 포함하고,
    상기 유체의 유동방향에 대하여 상기 유동방향의 상류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측 유체의 유동에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 상기 유동방향의 하류측에 위치한 상기 진동체는 상기 상류측에 위치한 상기 진동체의 배후에 생성되는 와류에 의해 웨이크 갤로핑(Wake Galloping)이 발생되어 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지체는,
    3개의 지지블럭이 120°각도로 배치된 앵커체, 모노 파일, 중력식 앵커 또는 파일 앵커로로 이루어진 앵커체에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상류측 진동체와 상기 하류측 진동체 사이에 해당하는 지지체는,
    상기 상류측의 진동체를 통과한 유체가 상기 하류측 진동체에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 양쪽으로 각각 "]"형상으로 형성되어 회피공간을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상류측 진동체와 상기 하류측 진동체 사이에 해당하는 지지체는,
    상기 상류측의 진동체를 통과한 유체가 상기 하류측 진동체에 작용하기 전에 간섭되지 않도록, 유선형의 얇은 판 형상으로 형성되어 회피부가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지체의 주변에는,
    밀물과 썰물에 의해 형성되는 조류나 해류를 포함하는 유체의 흐름을 양쪽의 각 진동체와 일치하는 방향으로 유도하기 위한 조류 유도용 구조물이 설치되는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지체에는,
    유체의 흐름에 대하여 상기 진동체의 각도를 가변 제어하거나 상기 진동체의 형상을 가변 제어하여 정격동력을 유지하거나, 상기 진동체의 와유기 진동을 정지시키기 위한 정격동력유지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정격동력유지수단은,
    상기 진동체에 일단이 결합되고, 타단은 상기 진동체를 축에 결합하는 지지단에 결합되어 수축 인장 작동으로 상기 진동체를 밀거나 당겨 상기 진동체의 각도를 가변시키기 위한 엑츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정격동력유지수단은,
    상기 진동체가 길이방향으로 분할 형성되어 상기 진동체의 횡단면이 다각형을 이루도록 각각 배치되되, 각각의 단부가 서로 축 결합되어 연결되는 다수개의 제1,2,3,4 진동체 편;
    상기 제1,2,3,4 진동체 편의 내부 쪽에 길이방향으로 설치되는 지지대; 및
    상기 제1,2 진동체 편의 내측에 각 일단이 결합되고, 각 타단은 상기 지지대에 결합되어, 상기 제1,2 진동체 편을 양쪽으로 펼치거나 접도록 인장 및 수축 작동하는 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터와, 상기 제1,2 형상 변경용 엑츄에이터가 인장 작동할 때 수축 작동하여 상기 제3,4 진동체 편을 상기 지지대 쪽으로 당기고 상기 제1,2 형상변경용 엑츄에이터가 수축 작동할 때 인장 작동하여 상기 3,4 진동체 편을 상기 지지대 반대쪽으로 밀도록 된 제3 형상 변경용 엑츄에이터로 이루어진 엑츄에이터부를 포함하여,
    상기 진동체의 횡단면 형상을 가변시키도록 된 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지체에는,
    유체의 흐름에 대하여 상기 진동체의 각도를 가변 제어하여 상기 진동체의 와유기 진동을 정지시키거나 와유기 진동을 최소화하기 위한 정지상태 유지수단이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정지상태 유지수단은,
    상기 진동체의 각도를 가변시키도록 상기 지지단의 내부에서 상기 진동체의 축에 설치되고, 제어부에 의해 작동 제어되는 파킹용 엑츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
  12. 해저면에 설치되는 앵커체; 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 에너지변환장치를 구비하여 상기 앵커체에 설치되는 지지체; 및 진동체의 양단에 각 일단이 결합된 한 쌍의 지지단이 상기 지지체에 구비된 각각의 축을 회전시키도록 상기 지지체에 결합되고, 상기 진동체의 왕복운동에 따른 기계 에너지가 상기 축을 통하여 상기 에너지변환장치에 전달되도록 된 작동부를 포함하여, 조류나 해류를 포함하는 유체의 유동에 의해 상기 진동체가 와유기진동하여 발생된 기계 에너지를 전기 에너지로 추출하도록 된 와유기진동 에너지 추출장치로서,
    상기 진동체는 복수개로 이루어지고, 상기 지지체를 중심으로 양쪽에 각각 설치되되, 하나의 진동체가 상기 지지체의 한쪽 상부에 설치되고 다른 하나의 진동체는 상기 지지체의 반대쪽 하부에 설치되어, 한쪽 진동체는 일방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키고, 반대쪽 진동체는 반대방향으로 유동되는 유체에 의해 와유기 진동하여 기계 에너지를 발생시키도록 된 것을 특징으로 하는,
    와유기진동 에너지 추출장치.
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