KR20080086148A - 파력 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부력체 내에 발전기를 일체로 내장하여 전체의 시스템을 간략화할 수 있으며, 단위 부력체의 고장시 새로운 것으로 용이하게 교체할 수 있도록 한 파력발전시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 작동공간이 형성된 해양구조물과, 상기 해양구조물의 작동공간 내에서 파도에 의해 승 하강하는 부력체를 구비한 파력발전시스템에 있어서: 상기 부력체에는, 상기 부력체의 승 하강운동력을 회전력으로 변환하기 위한 정역회전 가능한 회전력 발생수단과; 상기 회전력 발생수단에 의해 발생된 회전력이 정역회전 하더라도 항상 동일한 방향으로만 동력이 전달되도록 한 일방향 회전력전달수단; 및 상기 일방향 회전력전달수단의 출력동력을 입력받아 전기를 발생시키는 발전기를 구비함을 특징으로 한다.

파도, 발전, 부력체, 해양구조물, 바퀴, 체인, 피니언, 래크,

Description

파력 발전시스템{Wave-force generation system}

도 1은 본 발명에 따른 파력발전시스템을 도시한 사시도;

도 2는 도 1에 도시된 파력발전시스템에 이용 가능한 부력체의 분해사시도;

도 3은 도 2에 도시된 부력체의 일부 절개 사시도;

도 4는 도 3에 도시된 부력체의 평단면도;

도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 일방향 회전력전달수단의 단면도;

도 6은 도 5에 도시된 일방향 회전력전달수단의 발췌 확대 사시도;

도 7은 도 2에서의 VII-VII선 단면도;

도 8은 도 7에 도시된 단위 부력체의 다른 실시예를 도시한 측단면도;

도 9는 도 2에 도시된 단위 부력체의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1 : 해양구조물 1a: 작동공간

2: 부력체 21: 바퀴

22: 회전축 23,24: 풀리

25,25a: 벨트 34: 동력입력기어

40: 일방향동력전달수단 44,45: 일방향클러치

46: 동력출력기어 60: 발전기

70: 축전기 121: 피니언

122: 래크 123: 스프라켓

125: 체인

본 발명은 파력발전(波力發電)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부력체 내에 발전기를 일체로 내장하여 전체의 시스템을 간략화할 수 있으며, 단위 부력체의 고장시 새로운 것으로 용이하게 교체할 수 있도록 한 파력 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 파력발전이란 파도의 파랑(波浪) 에너지를 이용하는 발전으로서, 바다에 부력체를 띄우는 방식과 연안에 시설을 설치하는 방식이 있다. 세계의 바다에서 얻을 수 있는 총파력은 40PW(페타와트: 1PW는)라는 추정도 있다. 물론, 이 파력의 에너지 모두가 전력으로 유효하게 이용되는 것은 아니다.

최근까지 여러 가지 아이디어가 제안되었는데, 현재 실용화되어 있는 것은 공기 터빈을 쓰는 방식이다. 파랑에 의한 해면의 승강운동을 피스톤으로 공기의 흐름으로 만들어, 공기터빈을 돌려서 발전기를 구동한다. 해안 등에 고정하는 방식은 양끝이 열린통을 안벽 등에 고정한다. 파랑에 의한 해면의 승강 운동에 따라서 통내의 해수면도 승강 운동을 하여 공기의 흐름이 생기며, 밸브를 장치함으로써 공기 터빈 부분의 공기의 흐름을 한 방향으로 할 수도 있다.

부유시키는 방식인 경우는 떠 있는 등대로 이용되는 경우가 많다. 파랑에 따라서 통이 상하로 움직이더라도 통내의 해수면은 그것과 완전히 일치해서 움직이지 않는다. 따라서 통 내에 공기의 흐름이 일어난다. 이 방식은 항로표지등의 전원등에 실용되고 있다.

최근에는 자원의 고갈과 에너지의 과다 사용으로 인해 태양에너지, 풍력, 파력 등을 이용하여 발전을 시킴으로써 전기를 얻는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히, 대한민국 공개특허 1999-0080155호에서는 파고가 상승하게 되면, 부력통이 상승 또는 하강하게 되고, 상기 부력통의 위에 결합된 치차막대가 동시에 상승 또는 하강하면서 치차를 회전시켜 발전을 하는 기술이 제시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 발전장치는 부력체가 저점에서 고점까지 이르는 길이만큼 치차막대가 길어져야 하는 제약이 따르고, 또한, 치차막대가 구조물의 상층부에서 상하 움직일 수 있는 공간이 필요하게 된다. 이는 구조물 상층부의 공간을 활용할 수 없는 비효율성도 따르는 것은 당연하다.

특히, 파도에 의한 부력통의 상하동작이 일정하지 않는 경우에는 치차막대와 치차와의 결합이 원활하지가 않아 작동이 제대로 이루어지지 않고 기계적인 결함으로 인하여 고장발생이 잦아지는 것을 간과한 것 같다.

이를 위해 본 출원인은 대한민국 특허출원 제2007-13639호로서 부력체가 상승함으로써 발생하는 회전력 뿐만 아니라 하강함에 따라 발생하는 회전력에도 발전을 시키는 파력발전시스템을 출원한바 있다.

이 파력발전시스템은 파고의 높이 변화에 따라 발전을 함에 있어서 정확한 구동력의 전달이 가능하고, 파도에 의한 부력체의 상승력 및 하강력 모두를 일방향 동력전달장치를 통하여 발전력을 향상시킬 수 있으며, 파력발전 시스템을 복수개 연접하여 설치함으로써 발전력을 극대화시킬 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기의 특허출원 발명은 부력체와 발전기가 별도로 구비되어 있으므로 전체의 시스템 구성이 복잡할 뿐만 아니라, 체인이 연결된 부력체가 파손되어 교체하고자할 경우 교체작업이 용이하지 않고 교체비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 부력체 내에 발전기를 일체로 내장하여 전체의 시스템을 간략화할 수 있으며, 단위 부력체의 고장시 새로운 것으로 용이하게 교체할 수 있도록 한 파력발전시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작동공간이 형성된 해양구조물과, 상기 해양구조물의 작동공간 내에서 파도에 의해 승 하강하는 부력체를 구비한 파력발전시스템에 있어서: 상기 부력체에는, 상기 부력체의 승 하강운동력을 회전력으로 변환하기 위한 정역회전 가능한 회전력 발생수단과; 상기 회전력 발생수단에 의해 발생된 회전력이 정역회전 하더라도 항상 동일한 방향으로만 동력이 전달되도록 한 일방향 회전력전달수단; 및 상기 일방향 회전력전달수단의 출력 동력을 입력받아 전기를 발생시키는 발전기를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 회전력 발생수단은, 부력체의 외부에 회전 가능하게 장착 된 적어도 2조의 바퀴들과; 상기 다수의 바퀴들의 회전축에 장착된 풀리와, 상기 풀리의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 벨트들을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 회전력 발생수단은, 해양구조물의 내측에 장착된 래크들과; 부력체의 외부에 회전 가능하게 장착되어 래크들과 각각 치합되어 회전 가능한 적어도 2조의 피니언 기어들과; 상기 다수의 피니언 기어들의 회전축에 장착된 풀리와, 상기 풀리의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 벨트들을 구비하는 것이 바람직하다.

그리고 회전축에는 스프라켓이 장착되고, 상기 스프라켓의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 체인을 구비할 수도 있다.

또한 부력체 내에는 상기 일방향 회전력전달수단의 출력 동력을 증폭시키기 위한 수단을 더 구비할 수도 있는바, 이는 다수의 기어들을 포함하는 기어트레인으로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예의 구성을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 파력발전시스템의 개략적인 사시도가 도시되어 있는바, 본 발명에 이용되는 해양 구조물(1)은 고정식 또는 부유식으로 바다에 설치되거나 위치될 수도 있다. 그리고 해양 구조물(1)은 파력이 부력체(2)에 그대로 전달되도록 하기 위해 하부뿐만 이 아니라 상측 및 측면이 개방되는 것이 바람직하며, 발전력을 크게 하기 위해서는 다수의 부력체들(2)이 해양 구조물(1) 내에 설치 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 파도(W)의 고저에 의해 부력체(2)의 높이가 상이한바, 파도(W)가 심하게 칠 경우에는 발전력이 증가될 수 있는 것이다.

도 2에는 1개의 부력체(2)와 해양 구조물(1)의 발췌 사시도가 도시되어 있는바, 부력체(2)는 해양 구조물(1)의 작동공간(1a)의 내벽에 밀착되어 파도(W)에 의해 승 하강하도록 되어 있다.

부력체(2)가 승 하강할 경우 부력체(2)의 승 하강운동력은 회전력으로 변환될 수 있는데 이를 위해 부력체(2)에는 정역회전 가능한 회전력 발생수단이 구비되어 있는바, 이 회전력 발생수단은 부력체(2)의 외부에 회전 가능하게 장착된 8개의 바퀴들(21)을 포함하고, 또한 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 다수의 바퀴들(21)의 회전축(22)에 장착된 풀리(23)와, 이 풀리(23)의 회전력을 풀리(24)에 각각 전달하기 위한 벨트(25,25a)를 포함한다.

이렇게 벨트(25,25a)에 의해 풀리(24)가 각각 회전하게 되면, 각각의 회전축(31,31a)에 축설된 평기어(32,32a)가 각각 회전하게 되며, 회전축(31)에는 지름이 큰 평기어(33)가 축설되고, 이 평기어(33)는 또 다른 작은 직경의 평기어(34)와 치합되어 회전되도록 하였다.

여기에서 평기어(34)는 일방향 회전력전달수단(40)의 동력입력기어를 형성하는 것인바, 일방향 회전력전달수단(40)은 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 동력입력기어(34)의 회전축(34a)이 정 역회전하더라도 동력출력기어(46)(도 6 참조)의 회전축(46a)는 항상 한 방향으로만 회전하는 것이다.

이렇듯 일방향 회전력전달수단(40)은 회전력 발생수단의 바퀴(21)가 정역회전하여 비록 풀리(24)가 회전축(34a)을 회전시키더라도 동력출력기어(46)은 항상 일정한 방향으로만 회전하는바, 이는 본 출원인이 선출원하여 등록한 실용신안등록 제20-0422089호에 따른 일방향 회전력전달수단(40)을 이용하였다.

따라서, 본 발명에 이용되는 일방향 회전력전달수단(40)은 부력체(2)가 상승하는 경우는 물론, 하강하는 경우에도 동일한 방향으로 회전력을 전달하여 발전을 할 수 있는 것으로서, 제 1,2일방향클러치(44)(45)를 이용하여 동력출력기어(46)를 항상 일정한 방향으로만 회전하도록 연결하고, 회전축(46a)에는 회전력을 증폭시키기 위한 기어트레인(51,52)을 거쳐 전기를 발생시키는 발전기(60)에 전달되도록 하였다. 이렇게 발생된 전기는 케이블(도면부호 생략)을 경유하여 축전기(70)에 저장되어 필요시 외부로 전송할 수 있도록 하였다.

다시 도 2및 도 9를 참조하면, 참조번호 27과 127은 부력체(2)의 교체시에 탈착될 수 있으며, 또한 부력체(2)가 임의로 이탈되지 않도록 한 스토퍼를 나타낸것으로서, 스토퍼(27,127)는 해양구조물(1)의 하부측에도 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일실시예의 동작을 설명하면, 파고의 높이에 따라 부력체(2)가 구조물(1)의 작동공간(1a) 내에서 승 하강을 하게 되는바, 이 경우 부력체(2)의 외부에 회전가능하게 부착된 8개의 바퀴들(21)이 회전하게 된다.

예컨대 부력체(2)가 도 7에서와 같이 화살표방향(A)으로 상승할 경우 우측의 바퀴들(21)은 시계방향(B)으로 회전하게 되고, 좌측의 바퀴들(21)은 반시계방향(C) 으로 회전하게 되는바, 이 경우, 도 6에 도시된 회전축(34a) 및 도 4에 도시된 동력입력기어(34)는 시계방향으로 회전하고, 그에 따라 기어(42)(43)는 모두 반시계방향으로 회전하게된다.

따라서, 기어(43)와 축(43a)가 반시계방향으로 회전함에 따라 일방향클러치(45)는 래치(48)에 걸려 반시계방향으로 회전하지만, 일방향클러치(44)는 축(42a)가 반시계방향으로 회전함에 따라 축(42a)의 회전력에 영향을 받지 않고 자유로운 상태가 되고, 이때 일방향클러치(45)의 반시계방향회전력에 의해 치합되어 시계방향으로 회전하게되는 것이다.

결국 일방향클러치(45)가 반시계방향으로 회전함에 따라 동력출력기어(46)는 시계방향으로 회전하게된다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 동력출력기어(46)는 시계방향으로 회전하게 되고, 이렇게 발생된 회전력은 도 3 및 도 4에서와 같이 회전력을 증폭시키기 위한 기어트레인(51,52)을 거쳐 전기를 발생시키는 발전기(60)에 전달될 수 있어 전기가 케이블(도면부호 생략)을 경유하여 축전기(70)에 저장되어 필요시 외부로 전송할 수 있는 것이다.

한편 부력체(2)가 도 7에서와 같이 화살표방향(A)의 반대방향으로 하강할 경우 우측의 바퀴들(21)은 반시계방향으로 회전하게 되고, 좌측의 바퀴들(21)은 시계방향으로 회전하게 되는바, 이 경우, 도 6에 도시된 회전축(34a) 및 동력입력기어(34)는 반시계방향으로 회전하고, 그에 따라 기어(42)(43)는 모두 시계방향으로 회전하게된다.

따라서, 기어(42)와 축(42a)가 시계방향으로 회전함에 따라 일방향클러치(44)는 래치(47)에 걸려 시계방향으로 회전하지만, 일방향클러치(45)는 축(43a)가 시계방향으로 회전함에 따라 축(43a)의 회전력에 영향을 받지 않고 자유로운 상태가 되고, 이때 일방향클러치(44)의 반시계방향 회전력에 의해 치합되어 반시계방향으로 회전하게 되는 것이다.

결국 일방향클러치(45)가 반시계방향으로 회전함에 따라 동력출력기어(46)는 시계방향으로 회전하게 된다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 동력출력기어(46)는 시계방향으로 회전하게 되고, 이렇게 발생된 회전력은 도 3 및 도 4에서와 같이 회전력을 증폭시키기 위한 기어트레인(51,52)을 거쳐 전기를 발생시키는 발전기(60)에 전달될 수 있어 전기가 케이블(도면부호 생략)을 경유하여 축전기(70)에 저장되어 필요시 외부로 전송할 수 있는 것이다.

결국, 제 2일방향클러치(45)와 치합된 동력출력기어(46)는 시계반대방향으로 회전하면서 발전기(60)를 발전시키게 되므로, 파고의 높이가 높아져 상기 부력체(2)가 상승하거나, 파고의 높이가 낮아져 부력체(2)가 하강하는 경우에도 동력출력기어는 항상 시계반대방향으로 회전을 하게 되므로 발전력이 향상되는 효과가 있다.

한편, 도 8에는 본 발명의 다른 실시예의 측단면도가 도시되어 있는바, 이는 바퀴(21)의 회전축(22)에 스프라켓(123)이 장착되고, 이 스프라켓(123)의 회전력은 체인(125)을 경유하여 기어(32)에 전달되도록 한 것을 제외하고는 전술한 벨트 및 풀리를 이용한 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 9에는 본 발명의 회전력 발생수단의 다른 변형예가 도시되어 있는바, 이는 해양구조물(1a)의 내측에 래크(122)들이 장착되고, 부력체(2)의 외부에는 래크(122)와 치합되어 회전 가능한 적어도 2조의 피니언 기어들(121)이 회전 가능하게 장착된 것을 제외하고는 전술한 벨트 및 풀리를 이용한 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 본 발명은 부력체 내에 발전기를 일체로 내장하여 전체의 시스템을 간략화할 수 있으며, 단위 부력체의 고장시 새로운 것으로 용이하게 교체할 수 있으며, 파고의 높이 변화에 따라 발전을 함에 있어서 정확한 구동력의 전달이 가능한 매우 유용한 발명이다.

비록 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 설명되었을지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위 내에서 많은 변형 및 수정이 있을 수도 있다.

Claims (6)

1. 작동공간이 형성된 해양구조물과, 상기 해양구조물의 작동공간 내에서 파도에 의해 승 하강하는 부력체를 구비한 파력발전시스템에 있어서:

   상기 부력체에는,

   상기 부력체의 승 하강운동력을 회전력으로 변환하기 위한 정역회전 가능한 회전력 발생수단과;

   상기 회전력 발생수단에 의해 발생된 회전력이 정역회전 하더라도 항상 동일한 방향으로만 동력이 전달되도록 한 일방향 회전력전달수단; 및

   상기 일방향 회전력전달수단의 출력 동력을 입력받아 전기를 발생시키는 발전기를 구비함을 특징으로 하는 파력 발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전력 발생수단은,

   상기 부력체의 외부에 회전 가능하게 장착된 적어도 2조의 바퀴들과;

   상기 다수의 바퀴들의 회전축에 장착된 풀리와, 상기 풀리의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 벨트들을 구비함을 특징으로 하는 파력 발전시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 회전력 발생수단은,

   상기 해양구조물의 내측에 장착된 래크들과;

   상기 부력체의 외부에 회전 가능하게 장착되어 상기 래크와 치합되어 회전 가능한 적어도 2조의 피니언 기어들과;

   상기 다수의 피니언 기어들의 회전축에 장착된 풀리와, 상기 풀리의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 벨트들을 구비함을 특징으로 하는 파력 발전시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 회전축에는,

   스프라켓이 장착되고, 상기 스프라켓의 회전력을 상기 일방향 회전력전달수단에 전달하기 위한 체인을 구비함을 특징으로 하는 파력 발전시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 부력체 내에는 상기 일방향 회전력전달수단의 출력 동력을 증폭시키기 위한 수단을 더 구비함을 특징으로 하는 파력발전시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 일방향 회전력전달수단의 출력 동력을 증폭시키기 위한 수단은 다수의 기어들을 포함하는 기어트레인으로 구성됨을 특징으로 하는 파력발전시스템.

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