KR102819915B1 - Wave power generation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어큐뮬레이터 장치(42)의 공기 압력을 조절할 수 있도록 구성하여 파력이 큰 경우에는 고출력 운전을 하고 파력이 작은 경우에는 저출력 운전을 가능하게 하여 발전 효율을 향상시키고 발전 유지력을 제고할 수 있는 파력 발전 시스템에 관한 것으로, 파도의 힘에 의해 작동액을 메인 통로로 토출하는 액압 펌프 장치; 상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치(42); 상기 메인 통로를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하여 구동하는 액압 모터; 상기 액압 모터와 연결된 발전기; 제어 장치; 및 상기 어큐뮬레이터 장치(42)의 공기 압력을 조절할 수 있는 공기 압축기(90);를 포함하고 있다.
The present invention relates to a wave power generation system which is configured to be able to control the air pressure of an accumulator device (42) so as to perform high-output operation when the wave force is large and low-output operation when the wave force is small, thereby improving power generation efficiency and enhancing power generation maintenance, and includes: a hydraulic pump device which discharges working fluid into a main passage by the force of waves; an accumulator device (42) which accumulates working fluid discharged from the hydraulic pump device and discharges the accumulated working fluid when the pressure of the main passage decreases; a hydraulic motor which supplies working fluid flowing through the main passage and is driven in response to the hydraulic pressure and flow rate of the supplied working fluid; a generator connected to the hydraulic motor; a control device; and an air compressor (90) which can control the air pressure of the accumulator device (42).
Description
본 발명은 입력 에너지인 파력의 변동성이 큰 특성을 갖는 파력 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전 효율과 발전 유지력을 향상시킬 수 있는 파력 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a wave power generation system having a characteristic of high variability in wave power as input energy, and more specifically, to a wave power generation system capable of improving power generation efficiency and power generation maintenance capacity.
파력 발전 시스템은 파도에 의한 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 시스템으로 환경 친화적인 재생에너지원 중의 하나로서, 파도는 일정한 주기로 발생하므로 전기 생산이 상대적으로 안정적이고 일관성이 있고, 발전 과정에서 온실 가스를 거의 배출하지 않으며, 기존의 수력발전과 달리 강의 경사면을 이용하지 않으므로 해양 생태계에 더 적은 영향을 미치므로 많은 연구가 이루어지고 있고 많은 나라에서 상용화도 되고 있다.Wave power generation system is a system that generates electricity by utilizing the energy of waves. It is one of the environmentally friendly renewable energy sources. Since waves occur in regular cycles, electricity generation is relatively stable and consistent. It emits almost no greenhouse gases during the power generation process. Unlike conventional hydroelectric power generation, it does not utilize the slope of the river, so it has less impact on the marine ecosystem. Therefore, much research is being conducted on it and it is being commercialized in many countries.
하지만, 파력 발전은 파도의 파고를 이용하기 때문에 파도의 높이 및 주기와 날씨 계절 등과 같은 환경 조건에 따라 입력 에너지의 변동 폭이 크다.However, since wave power generation utilizes the height of waves, the input energy fluctuates greatly depending on environmental conditions such as wave height and cycle and weather season.
또한, 파력 발전 시스템은 일정한 파도 또는 조건이 충족되어야만 전기를 생산할 수 있어, 발전이 연속적으로 이루어지지 않을 수 있고, 여러 이유로 인해 발전이 중단될 수도 있다.Additionally, wave power systems can only produce electricity when certain waves or conditions are met, so power generation may not occur continuously and may be interrupted for various reasons.
이러한 문제점을 해결하고 발전 효율을 높이기 위한 노력을 하고 있는데, 그 한 예로 공개특허공보 제10-2020-0014375호에 나타난 파력 발전 시스템(이하, ‘종래기술’이라 함)이 있다.Efforts are being made to solve these problems and increase power generation efficiency, and one example of this is the wave power generation system described in Patent Publication No. 10-2020-0014375 (hereinafter referred to as “prior art”).
종래기술의 파력 발전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 밀려드는 입사파를 반사하는 가상 반사면 주변에 설치되고, 상기 입사파의 힘을 받으면 요동 방향의 한 쪽으로 요동하고, 상기 가상 반사면에서 반사된 반사파의 힘을 받으면 요동 방향의 다른 쪽으로 요동하는 파수 부재와 상기 파수 부재의 요동 운동을 직동 운동으로 변환하여 작동액을 메인 통로로 토출하는 램 실린더식 액압 펌프 장치(20)와, 상기 파수 부재의 요동량에 대응하여 변화하는 변화값을 검출하는 변화값 센서와, 상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로(41)의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치(20)와, 상기 메인 통로(41)를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하는 출력값으로 출력축(61)을 구동하는 액압 모터(60)와, 상기 액압 모터(60)의 출력축(61)에 주어지는 출력값에 대응하는 전력을 발생시키고, 발전시의 토크 지령을 변경 가능한 발전기(65)와, 상기 토크 지령을 설정하는 제어 장치(65)를 구비하고 있다.The wave power generation system of the prior art, as shown in Fig. 1, is installed around a virtual reflection surface that reflects an incoming incident wave, and when receiving the force of the incident wave, oscillates to one side of the oscillation direction, and when receiving the force of the reflected wave reflected from the virtual reflection surface, oscillates to the other side of the oscillation direction, and a ram cylinder type hydraulic pump device (20) that converts the oscillating motion of the wave member into a linear motion and discharges the working fluid into the main passage, a change value sensor that detects a change value that changes in response to the amount of oscillation of the wave member, an accumulator device (20) that accumulates the working fluid discharged from the hydraulic pump device and discharges the accumulated working fluid when the pressure of the main passage (41) decreases, a hydraulic motor (60) that supplies the working fluid flowing in the main passage (41) and drives an output shaft (61) with an output value corresponding to the hydraulic pressure and flow rate of the supplied working fluid, and a power corresponding to the output value given to the output shaft (61) of the hydraulic motor (60). It has a generator (65) that generates and can change the torque command during generation, and a control device (65) that sets the torque command.
상기 종래기술은 입력 에너지를 높일 수 있는 구조 및 발전기의 토크를 변경하는 제어 등을 통해 파력 발전 에너지 효율을 일정 부분 향상시킬 수 있는 효과가 있지만, 파도의 파고 및 주기의 차이에 의한 입력 에너지의 큰 변동성에 따른 발전이 중단될 수 있는 문제점을 해결하는데 있어서는 여전히 한계가 있다.The above-mentioned conventional technology has the effect of improving the energy efficiency of wave power generation to a certain extent through structures that can increase input energy and controls that change the torque of the generator, but it still has limitations in resolving the problem that power generation may be interrupted due to large fluctuations in input energy caused by differences in wave height and period.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 어큐뮬레이터 장치의 공기 압력 및 공기실의 부피를 공기 압축기 및 배출 밸브를 통해 조절할 수 있도록 구성하여 파력이 큰 경우에는 고출력 운전을 하고 파력이 작은 경우에는 저출력 운전을 가능하게 하여 발전 효율을 향상시키고 발전 유지력을 향상시킬 수 있는 파력 발전 시스템을 제공하고자 한다.The present invention is intended to solve the above problems, and provides a wave power generation system capable of improving power generation efficiency and power generation maintenance by configuring the air pressure of an accumulator device and the volume of an air chamber to be controlled by an air compressor and a discharge valve, thereby enabling high-output operation when the wave force is large and low-output operation when the wave force is small.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 파력 발전 시스템은 파도의 힘에 의해 작동액을 메인 통로로 토출하는 액압 펌프 장치; 상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치(42); 상기 메인 통로를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하여 구동하는 액압 모터; 상기 액압 모터와 연결된 발전기; 및 제어 장치;를 포함하고 있다. 이 때, 상기 어큐뮬레이터 장치(42)는 피스톤(42a)을 경계로 공기가 저장되는 공기실(42b)과 작동액이 출입하는 작동액실(42c)을 포함하고 있고, 상기 공기실(42b)은 압력을 조절할 수 있도록 공기 압축기(90)가 추가로 연결되어 있으며, 상기 제어 장치는, 유입되는 파력의 변화에 따라 상기 공기실(42b)의 압력 및 부피를 조절할 수 있도록 제어하는 구성을 포함하고 있다.According to one embodiment of the present invention, a wave power generation system for achieving the above object includes: a hydraulic pump device that discharges working fluid into a main passage by the force of waves; an accumulator device (42) that accumulates working fluid discharged from the hydraulic pump device and discharges the accumulated working fluid when the pressure of the main passage decreases; a hydraulic motor that supplies working fluid flowing through the main passage and is driven in response to the hydraulic pressure and flow rate of the supplied working fluid; a generator connected to the hydraulic motor; and a control device. At this time, the accumulator device (42) includes an air chamber (42b) in which air is stored with a piston (42a) as the boundary, and an operating fluid chamber (42c) through which working fluid enters and exits, and an air compressor (90) is additionally connected to the air chamber (42b) so as to be able to control the pressure, and the control device includes a configuration that controls so as to be able to control the pressure and volume of the air chamber (42b) according to changes in the incoming wave power.
또한, 파력의 변화를 감지할 수 있도록 상기 메인 통로 및 작동액실(42c)과 연결되어 있는 파고 센서가 추가로 구비되어 있는 것이 바람직하다.In addition, it is desirable to additionally provide a wave sensor connected to the main passage and the operating fluid chamber (42c) so as to detect changes in wave power.
또한, 상기 제어장치는 유입되는 파력의 증가로 인해 상기 작동액실(42c)의 압력이 증가하여 상기 피스톤(42a)이 상부로 이동했을 때, 높아진 압력을 갖는 작동액을 적은 양으로 상기 액압 모터를 구동시키기 위해 상기 공기 압축기(90)에서 상기 공기실(42b)에 압축 공기를 공급하여 상기 공기실(42b)을 설정된 압력 및 설정된 부피가 되도록 상기 피스톤(42a)을 설정된 위치까지 하강시켜 상기 작동액실(42c)의 부피가 감소하게 제어하는 구성을 포함하고 있을 수 있다.In addition, the control device may include a configuration that, when the pressure of the working fluid chamber (42c) increases due to an increase in the incoming wave force and the piston (42a) moves upward, the air compressor (90) supplies compressed air to the air chamber (42b) to drive the hydraulic motor with a small amount of the working fluid having the increased pressure, thereby lowering the piston (42a) to a set position so that the air chamber (42b) has a set pressure and a set volume, thereby controlling a decrease in the volume of the working fluid chamber (42c).
또한, 상기 제어장치는 유입되는 파력의 감소로 인해 상기 작동액실(42c)의 압력이 감소하여 상기 피스톤(42a)이 하부로 이동했을 때, 낮아진 압력을 갖는 작동액을 많은 양으로 상기 액압 모터를 구동시키기 위해 상기 공기실(42b)에서 내부 공기를 배출하여 상기 공기실(42b)을 설정된 압력 및 설정된 부피가 되도록 상기 피스톤(42a)을 설정된 위치까지 상승시켜 상기 작동액실(42c)의 부피가 증가하게 제어하는 구성을 포함하고 있을 수 있다.In addition, the control device may include a configuration that controls the volume of the operating liquid chamber (42c) to increase by discharging internal air from the air chamber (42b) to raise the piston (42a) to a set position so that the air chamber (42b) has a set pressure and a set volume, thereby driving the hydraulic motor with a large amount of operating liquid when the pressure of the operating liquid chamber (42c) decreases due to a decrease in the incoming wave power and the piston (42a) moves downward.
또한, 상기 공기실(42b)에는 내부 공기 배출을 위한 배출 밸브(42e)가 추가로 구비되어 있을 수 있다.Additionally, the air chamber (42b) may be additionally equipped with a discharge valve (42e) for discharging internal air.
또한, 상기 공기실(42b)에는 상기 피스톤(42a)의 위치를 감지하기 위한 위치감지 센서(42h)가 추가로 구비되어 있을 수 있다.Additionally, the air chamber (42b) may be additionally equipped with a position detection sensor (42h) for detecting the position of the piston (42a).
본 발명에 따른 파력 발전 시스템(1)은, 공기 압축기(90)를 이용하여 어큐뮬레이터 장치(42)의 공기실(42b)의 공기압과 함께 공기실(42b) 또는 작동액실(42c)의 부피를 조절할 수 있어, 파력의 변동성이 크더라도 각 조건에 맞게 발전을 하여 발전 유지력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The wave power generation system (1) according to the present invention has the advantage of being able to control the volume of the air chamber (42b) or the operating liquid chamber (42c) together with the air pressure of the air chamber (42b) of the accumulator device (42) by using an air compressor (90), thereby generating power according to each condition even when wave power fluctuations are large, thereby improving the power generation maintenance capacity.
또한, 본 발명에 따른 파력 발전 시스템(1)은, 파도의 에너지가 크고 주기가 빠른 경우 공기 압축기(90)로 어큐뮬레이터 장치(42)의 공기실(42b)에 압축 공기를 공급하여 공기실(42b)의 압력을 증가시킨 상태에서 부피를 증가시켜, 즉, 작동액실(42c)의 부피를 감소시켜 높은 압력의 적은 양의 작동액으로 액압 모터(60)를 구동할 수 있도록 구성하여 발전 효율을 향상시키고 고출력 발전 유지력을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the wave power generation system (1) according to the present invention has the advantage of being able to improve power generation efficiency and increase high-output power generation maintenance by configuring it so that, when the energy of the wave is large and the cycle is fast, compressed air is supplied to the air chamber (42b) of the accumulator device (42) by an air compressor (90) to increase the pressure of the air chamber (42b) and increase the volume, that is, to reduce the volume of the working fluid chamber (42c) so that the hydraulic motor (60) can be driven with a small amount of working fluid at high pressure.
또한, 본 발명에 따른 파력 발전 시스템(1)은, 파도의 에너지가 적고 주기가 느린 경우 어큐뮬레이터 장치(42)의 공기실(42b)에 압축 공기를 배출하여 공기실(42b)의 압력을 감소시키고 부피를 감소시켜, 즉, 작동액실(42c)의 부피를 증가시켜 낮은 압력의 많은 양의 작동액으로 액압 모터(60)를 구동하는 것이 가능하도록 함으로써 발전 효율을 향상시키고 저출력 발전 유지력을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the wave power generation system (1) according to the present invention has the advantage of improving power generation efficiency and increasing low-output power generation maintenance capacity by discharging compressed air into the air chamber (42b) of the accumulator device (42) when the wave energy is low and the cycle is slow, thereby reducing the pressure and volume of the air chamber (42b), that is, increasing the volume of the working fluid chamber (42c), thereby enabling the hydraulic motor (60) to be driven with a large amount of working fluid at low pressure.
도 1. 종래기술에 따른 파력 발전 시스템의 구성을 도시한 액압 회로도.
도 2. 본 발명에 따른 파력 발전 시스템의 어큐뮬레이터 장치의 단면도.
도 3. 파력 증가시 어큐뮬레이터 장치 공기실의 제어도.
(a) 초기 에너지 발전 시의 어큐뮬레이터 장치
(b) 파력 증가 시의 어큐뮬레이터 장치의 변화도
(c) 고출력 발전을 위해 제어된 어큐뮬레이터 장치
도 4. 파력 감소 시 어큐뮬레이터 장치 공기실의 제어도.
(a) 초기 에너지 발전 시의 어큐뮬레이터 장치
(b) 파력 감소 시의 어큐뮬레이터 장치 변화도.
(c) 저출력 발전을 위해 제어된 어큐뮬레이터 장치 Fig. 1. A hydraulic circuit diagram showing the configuration of a wave power generation system according to conventional technology.
Fig. 2. Cross-sectional view of an accumulator device of a wave power generation system according to the present invention.
Fig. 3. Control diagram of the air chamber of the accumulator device when the wave power increases.
(a) Accumulator device in the initial energy generation period
(b) Changes in the accumulator device when wave power increases
(c) Controlled accumulator device for high power generation;
Fig. 4. Control diagram of the accumulator device air chamber when the wave power is reduced.
(a) Accumulator device in the initial energy generation period
(b) Changes in accumulator device when wave power decreases.
(c) Controlled accumulator device for low power generation;
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms and therefore is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, joined)" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another member in between. Also, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean that other components are excluded, unless otherwise specifically stated, but that other components can be included.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
도 1은 종래기술에 따른 파력 발전 시스템의 구성을 도시한 액압 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 파력 발전 시스템의 어큐뮬레이터 장치의 단면도이다.Figure 1 is a hydraulic circuit diagram showing the configuration of a wave power generation system according to the prior art, and Figure 2 is a cross-sectional view of an accumulator device of a wave power generation system according to the present invention.
본 발명의 파력 발전 시스템은 도 1에 도시된 종래기술과 동일할 필요는 없지만, 종래기술과 마찬가지로 파도의 힘에 의해 작동액을 메인 통로(41)로 토출하는 액압 펌프 장치(20), 상기 액압 펌프 장치(20)로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로(41)의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치(42); 상기 메인 통로(41)를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하여 구동하는 액압 모터(60); 상기 액압 모터(60)와 연결된 발전기(65); 및 제어 장치(70);를 포함하고 있다. The wave power generation system of the present invention need not be identical to the prior art illustrated in FIG. 1, but, like the prior art, includes a hydraulic pump device (20) that discharges working fluid into a main passage (41) by the force of waves; an accumulator device (42) that accumulates working fluid discharged from the hydraulic pump device (20) and discharges the accumulated working fluid when the pressure of the main passage (41) decreases; a hydraulic motor (60) that supplies working fluid flowing through the main passage (41) and is driven in response to the hydraulic pressure and flow rate of the supplied working fluid; a generator (65) connected to the hydraulic motor (60); and a control device (70).
또한, 본 발명의 파력 발전 시스템(1)은 도 1에 도시된 종래기술과 같이 파도의 파고와 주기를 측정할 수 있는 파고 센서(16), 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 유량을 검출할 수 있는 유량 센서(38), 메인 통로(41)의 작동액의 압력을 검출할 수 있는 액압 센서(39), 회전수 센서(68) 및 토크 센서(69) 등이 설치되어 있을 수 있고, 다수의 밸브가 설치되어 있을 수 있으며, 이들은 각각 상기 제어 장치(70)와 연결되어 있다.In addition, the wave power generation system (1) of the present invention may be equipped with a wave height sensor (16) capable of measuring the wave height and period, a flow rate sensor (38) capable of detecting the flow rate of the working fluid flowing through the main passage (41), a hydraulic pressure sensor (39) capable of detecting the pressure of the working fluid in the main passage (41), a rotational speed sensor (68), a torque sensor (69), etc., as in the prior art illustrated in FIG. 1, and may be equipped with a plurality of valves, each of which is connected to the control device (70).
종래기술의 어큐뮬레이터 장치(42)는 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 어큐뮬레이터(43, 44)와 2개의 밸브(45, 46)을 구비하고 있고, 상기 어큐뮬레이터(43, 44)는 각각 전환 밸브(45, 46)에 서로 대응하여 설치되어 있고, 해당 밸브(45, 46)를 통해 메인 통로(41)에 연결되어 있다. 이 때, 제어 장치(70)는 액압 센서(39)의 검출 결과에 따라 메인 통로(41)를 흐르는 작동액의 압력을 판정하고 그 판정 결과에 따라 밸브(45, 46)를 제어한다.As shown in Fig. 1, the accumulator device (42) of the prior art has two accumulators (43, 44) and two valves (45, 46). The accumulators (43, 44) are respectively installed corresponding to the switching valves (45, 46) and are connected to the main passage (41) through the corresponding valves (45, 46). At this time, the control device (70) determines the pressure of the operating fluid flowing through the main passage (41) based on the detection result of the hydraulic pressure sensor (39) and controls the valves (45, 46) based on the determination result.
한편, 종래기술에서 상기 2개의 어큐뮬레이터(43, 44)는 작동액을 축압 가능하게 구성되고, 파력의 큰 변동성에 대응하기 위해 서로 축압할 수 있는 작동액의 축압 압력이 상이하게 구성되어 있다.Meanwhile, in the prior art, the two accumulators (43, 44) are configured to be able to accumulate the working fluid, and the accumulator pressures of the working fluids that can be accumulated are configured differently to cope with the large fluctuations in wave power.
즉, 액압의 압력에 따라 비교적 축압 압력이 큰 제1 어큐뮬레이터(43)를 메인 통로(41)에 연결하거나, 축압 압력이 작은 제2 어큐뮬레이터(44)를 메인 통로(41)에 연결하거나 제1, 2 어큐뮬레이터(43, 44)가 함께 메인 통로(41)에 연결되도록 제어할 수 있다.That is, depending on the pressure of the hydraulic pressure, the first accumulator (43) having a relatively large accumulator pressure can be connected to the main passage (41), the second accumulator (44) having a relatively small accumulator pressure can be connected to the main passage (41), or the first and second accumulators (43, 44) can be controlled to be connected together to the main passage (41).
이처럼, 종래기술에서는, 축압 압력이 상이한 2개의 어큐뮬레이터(43, 44)를 설치하여 파력의 크기에 변동성이 있더라도 발전이 중단되는 것을 어느 정도 대응하고는 있지만 그 효율성이 높지는 않다.In this way, in the conventional technology, by installing two accumulators (43, 44) with different accumulator pressures, the interruption of power generation is to some extent counteracted even when there is fluctuation in the size of wave power, but the efficiency is not high.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 파력 발전 시스템(1)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 어큐뮬레이터 장치(42)에 공기 압축기(90)를 연결하여 공기압 및 공기실(42b)의 부피를 조절할 수 있도록 구성하였다.To solve these problems, the wave power generation system (1) of the present invention is configured to control the air pressure and the volume of the air chamber (42b) by connecting an air compressor (90) to the accumulator device (42) as shown in Fig. 2.
본 발명의 어큐뮬레이터 장치(42)는 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(42a)을 기준으로 상부에 공기실(42b)이 형성되어 있고, 하부에 작동액이 출입하는 작동액실(42c)이 형성되어 있다.As shown in Fig. 2, the accumulator device (42) of the present invention has an air chamber (42b) formed at the top with respect to the piston (42a), and an operating fluid chamber (42c) formed at the bottom through which operating fluid enters and exits.
상기 공기실(42b)은 유입 밸브(91)를 매개로 공기 압축기(90)와 연결되어 있다.The above air chamber (42b) is connected to an air compressor (90) via an inlet valve (91).
상기 유입 밸브(91)는 공기 압축기(90)에서 공기실(42b)로 압축 공기를 공급할 수 있는 밸브로서, 안정적인 공급을 위해 체크 밸브로 형성되어 있을 수 있다.The above inlet valve (91) is a valve that can supply compressed air from an air compressor (90) to an air chamber (42b), and may be formed as a check valve to ensure a stable supply.
또한, 상기 공기실(42b)에는 도 2에 도시된 바와 같이 내부의 공기를 배출하여 압력을 낮출 수 있도록 별도의 배출 밸브(42e)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a separate discharge valve (42e) be formed in the air chamber (42b) so as to discharge the air inside and lower the pressure, as shown in Fig. 2.
상기 배출 밸브(42e)도 안정적인 공기 배출을 위해 체크 밸브로 형성되어 있을 수 있다.The above discharge valve (42e) may also be formed as a check valve for stable air discharge.
상기 피스톤(42a)과 상기 공기실(42b)은 도 2에 도시된 바와 같이 탄성체(42d)로 연결되어 있을 수 있다.The above piston (42a) and the air chamber (42b) may be connected by an elastic body (42d) as shown in Fig. 2.
상기 탄성체(42d)는 상기 공기실(42b)의 압력을 낮추기 위해 배출 밸브(42e)를 통해 공기를 배출할 경우 피스톤(42a)이 상승하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the above elastic body (42d) be configured so that the piston (42a) rises when air is discharged through the discharge valve (42e) to lower the pressure in the air chamber (42b).
이러한 구성을 통해, 상기 공기실(42b)의 공기 배출을 통해 내부의 압력을 낮추면 피스톤(42a)이 탄성체(42d)의 복원력에 의해 상승하여 낮은 압력에서 작동액실(42c)의 부피를 크게 할 수 있다.Through this configuration, by lowering the internal pressure through the discharge of air from the air chamber (42b), the piston (42a) rises by the restoring force of the elastic body (42d), thereby increasing the volume of the working fluid chamber (42c) at low pressure.
상기 공기실(42b)에는 압력 센서(42g)가 추가로 구비되어 있을 수 있다.The above air chamber (42b) may additionally be equipped with a pressure sensor (42g).
상기 압력 센서(42g)는 상기 액압 센서(39)에서 측정하는 메인 통로(41)에서의 작동액 압력과 동일하도록 제어할 수 있다.The above pressure sensor (42g) can be controlled to be the same as the operating fluid pressure in the main passage (41) measured by the above fluid pressure sensor (39).
한편, 상기 공기실(42b)에는 위치감지 센서(42h)가 추가로 구비되어 있을 수 있다.Meanwhile, the air chamber (42b) may additionally be equipped with a position detection sensor (42h).
상기 위치감지 센서(42h)는 상기 피스톤(42a)의 위치를 감지할 수 있도록 구성되어 있다. 위치감지 센서는 다양한 종류가 있는데, 공기실(42b)의 압력 범위에서 사용할 수 있고 피스톤의 이동을 방해하지 않는 센서이면 충분할 것이다.The above position detection sensor (42h) is configured to detect the position of the piston (42a). There are various types of position detection sensors, but any sensor that can be used within the pressure range of the air chamber (42b) and does not interfere with the movement of the piston will be sufficient.
상기 작동액실(42c)에는 도 2에 도시된 바와 같이 하부에 스토퍼(42f)가 설치되어 있을 수 있다.As shown in Fig. 2, a stopper (42f) may be installed at the bottom of the above-mentioned operating liquid chamber (42c).
상기 스토퍼(42f)는 상기 피스톤(42a)의 이동을 제한할 수 있도록 구성되어 있고, 충격을 방지할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.The above stopper (42f) is configured to limit the movement of the piston (42a) and may be configured to prevent impact.
본 발명의 어큐뮬레이터 장치(42)는 통상적인 어큐뮬레이터 장치와 달리 공기 압축기(90)를 통해 공기실(42b)에 압축 공기를 공급할 수 있고, 배출 밸브(42e)를 통해 공기실(42b)의 공기를 배출할 수 있어, 상기 공기실(42b)의 압력 조절과 함께 피스톤의 위치를 조절하여 공기실(42b)의 부피를 조절할 수 있는 특징이 있다.Unlike conventional accumulator devices, the accumulator device (42) of the present invention can supply compressed air to an air chamber (42b) through an air compressor (90) and discharge air in the air chamber (42b) through a discharge valve (42e), so that the volume of the air chamber (42b) can be controlled by controlling the position of the piston along with controlling the pressure of the air chamber (42b).
이와 같은 본 발명의 어큐뮬레이터 장치(42)의 작동 방법을 도 3, 4를 참조하여 살펴보면 아래와 같다.The operation method of the accumulator device (42) of the present invention is as follows with reference to FIGS. 3 and 4.
먼저, 도 3은 고출력 발전 시 어큐뮬레이터 장치 공기실의 제어도이다.First, Fig. 3 is a control diagram of the air chamber of the accumulator device during high-power generation.
도 3(a)는 초기 에너지 발전 시의 어큐뮬레이터 장치를 나타내고 있다. 즉, 공기실(42b)의 압력이 초기 압력(P0)인 상태에서 발전을 하고 있는 상태를 나타낸다.Fig. 3(a) shows an accumulator device at the time of initial energy generation. That is, it shows a state in which power generation is taking place while the pressure in the air chamber (42b) is the initial pressure (P0).
도 3(b)는 파도의 변화에 따라 높은 파력이 발생한 경우를 나타내고 있다.Figure 3(b) shows a case where high wave power occurs due to wave changes.
이 때, 입력에너지인 파도의 크기는 상기 파고 센서(16)로부터 측정하여 상기 제어 장치(70)에서 검출한 결과를 통해 파악할 수 있다.At this time, the size of the wave, which is the input energy, can be measured from the wave sensor (16) and determined through the result detected by the control device (70).
파력이 증가하면 액압 펌프 장치(20)를 통해 유입되는 작동액의 유량 및 압력(P1)이 증가하므로, 작동실(42c)의 압력(P1)이 높아진다.As the wave force increases, the flow rate and pressure (P1) of the operating fluid flowing in through the hydraulic pump device (20) increase, so the pressure (P1) in the operating chamber (42c) increases.
이 때, 공기 압축기(90)에서 공기실(42b)로 공기를 공급하지 않은 상태이므로, 압력 차이에 의해 피스톤(42a)은 공기실(42b)의 압력이 동일한 압력(P1)이 될 때까지 상승하게 된다.At this time, since air is not supplied from the air compressor (90) to the air chamber (42b), the piston (42a) rises due to the pressure difference until the pressure of the air chamber (42b) becomes the same pressure (P1).
이 상태에서도 발전은 가능하지만, 높은 압력의 작동액은 작은 유량으로 액압 모터(60)를 구동할 수 있으므로 보다 효율적으로 고출력 발전을 하기 위해서 도 3(c)에 도시된 바와 같이 어큐뮬레이터 장치(42) 작동액실(42c)의 부피를 작게 제어할 수 있다.Although power generation is possible in this state, since the high-pressure working fluid can drive the hydraulic motor (60) with a small flow rate, the volume of the working fluid chamber (42c) of the accumulator device (42) can be controlled to be small in order to achieve high-power generation more efficiently, as shown in Fig. 3(c).
작동액실(42c)의 부피가 작으면, 액압 모터(60)를 충분히 작동시킬 수 있는 높은 압력(P1)의 작동액이 유입될 때 보다 신속하게 동일한 압력으로 액압 모터(60)를 구동시킬 수 있고, 파도의 주기에 따라 유입되는 작동액 중에서 보다 많은 양의 작동액을 액압 모터(60) 구동에 이용할 수 있다. If the volume of the working fluid chamber (42c) is small, when working fluid of high pressure (P1) that can sufficiently operate the hydraulic motor (60) is introduced, the hydraulic motor (60) can be driven more quickly at the same pressure, and a larger amount of the working fluid introduced according to the wave cycle can be used to drive the hydraulic motor (60).
도 3(c)에서와 같이 어큐뮬레이터 장치의 작동액실(42c)의 부피를 작게 하려면, 공기 압축기(90)에서 공기실(42b)에 압축 공기를 공급하여 동일한 압력(P1)에서 공기실(42b)의 부피가 증가하도록 제어 장치(70)에서 제어한다.To reduce the volume of the working fluid chamber (42c) of the accumulator device as in Fig. 3(c), compressed air is supplied from an air compressor (90) to the air chamber (42b) and the control device (70) controls the volume of the air chamber (42b) to increase at the same pressure (P1).
이 때, 각 압력에 따른 공기실(42b) 또는 작동액실(42c)의 부피, 즉, 피스톤(42a)의 적합한 위치는 미리 제어 장치에(70)에 저장해 두는 것이 바람직할 것이다.At this time, it would be desirable to store the volume of the air chamber (42b) or the operating liquid chamber (42c) according to each pressure, i.e., the appropriate position of the piston (42a) in advance in the control device (70).
다음으로, 도 4는 저출력 발전 시 어큐뮬레이터 장치 공기실의 제어도이다.Next, Fig. 4 is a control diagram of the air chamber of the accumulator device at low power generation.
도 4(a)는 도 3(a)와 마찬가지로 초기 에너지 발전 시의 어큐뮬레이터 장치를 나타내고 있다. 즉, 공기실(42b)의 압력이 초기 압력(P0)인 상태에서 발전을 하고 있는 상태를 나타낸다.Fig. 4(a) shows the accumulator device at the time of initial energy generation, similar to Fig. 3(a). That is, it shows the state in which power generation is taking place while the pressure in the air chamber (42b) is the initial pressure (P0).
도 4(b)는 파도의 변화에 따라 낮은 파고와 주기가 긴 파도가 발생한 경우를 나타내고 있다.Figure 4(b) shows a case where low wave height and long period waves occur due to wave changes.
파력이 감소하면 액압 펌프 장치(20)를 통해 유입되는 작동액의 유량 및 압력(P1)이 감소하므로, 작동실(42c)의 압력이 낮아진다.As the wave power decreases, the flow rate and pressure (P1) of the operating fluid flowing in through the hydraulic pump device (20) decrease, so the pressure in the operating chamber (42c) decreases.
이 때, 공기실(42b)과의 압력 차이에 의해 피스톤(42a)은 아래로 하강하여 작동액실(42c)의 액압과 동일한 위치까지 하강할 수 있다. 하지만, 어큐뮬레이터(42)의 구조적 크기에 따라 상기 피스톤(42a)의 하방 이동이 제한을 받을 수 있는데, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 피스톤(42a)이 스토퍼(42f)에 닿아서 실제 작동액실의 압력(P2)보다 높은 압력(P3) 상태에 있을 수도 있다.At this time, the piston (42a) can descend downwards due to the pressure difference with the air chamber (42b) to a position equal to the liquid pressure of the operating fluid chamber (42c). However, depending on the structural size of the accumulator (42), the downward movement of the piston (42a) may be restricted, and as shown in Fig. 4(b), the piston (42a) may touch the stopper (42f) and be in a state of pressure (P3) higher than the actual pressure (P2) of the operating fluid chamber.
이 상태에서의 작동액은 유압이 낮고 유량도 작기 때문에 액압 모터(60)를 구동시키지 못하여 발전이 중단될 수도 있다. In this state, the working fluid has low hydraulic pressure and small flow rate, so it cannot drive the hydraulic motor (60), which may cause power generation to stop.
이처럼 통상적인 어큐뮬레이터 장치에서 발전을 할 수 없는 조건이 될 수 있지만, 본 발명에서는 도 4(c)에 도시된 바와 같이 어큐뮬레이터 장치(42) 작동액실(42c)의 부피를 크게, 즉, 공기실(42b)의 부피를 작게 조절하여 저출력 발전이 가능할 수 있도록 구성할 수 있다.Although this may be a condition that makes it impossible to generate power in a conventional accumulator device, the present invention can be configured to enable low-output power generation by increasing the volume of the working fluid chamber (42c) of the accumulator device (42), i.e., decreasing the volume of the air chamber (42b), as shown in Fig. 4(c).
도 4(c)에서와 같이 어큐뮬레이터 장치의 작동액실(42c)의 부피를 크게 하려면, 공기실(42b) 내부의 공기를 배출하도록 제어 장치(70)에서 제어하여 공기실(42b)의 압력을 낮추는 것이 필요하다. 내부 공기 배출에 의해 공기실(42b)의 압력이 낮아지므로, 피스톤(42a)에 작용하는 탄성체(42d)의 복원력에 의해 공기실(42b)의 부피가 감소한다.In order to increase the volume of the working fluid chamber (42c) of the accumulator device as in Fig. 4(c), it is necessary to control the control device (70) to discharge the air inside the air chamber (42b) and thereby lower the pressure of the air chamber (42b). Since the pressure of the air chamber (42b) is lowered by the discharge of the internal air, the volume of the air chamber (42b) is reduced by the restoring force of the elastic body (42d) acting on the piston (42a).
이 때, 각 압력에 따른 작동액실(42c)의 부피, 즉, 피스톤(42a)의 적합한 위치는 미리 제어 장치에(70)에 저장해 두는 것이 바람직할 것이다.At this time, it would be desirable to store the volume of the operating fluid chamber (42c) according to each pressure, i.e., the appropriate position of the piston (42a) in advance in the control device (70).
도 4(c)에서와 같이 공기실(42b)의 압력이 미리 설정된 위치에서 필요한 압력(P2), 즉 작동액실(42c)의 압력이 되기 위해서 필요한 경우 상기 공기 압축기(90)를 통해 압축 공기를 공급하는 공정이 추가될 수도 있다.As in Fig. 4(c), if necessary, a process of supplying compressed air through the air compressor (90) may be added so that the pressure in the air chamber (42b) becomes the required pressure (P2) at a preset position, i.e., the pressure in the working fluid chamber (42c).
도 4(c)에서와 같이 어큐뮬레이터 장치(42)의 설정이 완료되면, 유압이 낮은 경우에도 작동액실(42c)에 많은 양의 작동액을 저장해서 저출력 운전으로 액압 모터(60)를 구동하여 저출력 발전을 할 수 있다. 이는 유압이 낮은 상태가 오래 지속되어도 저출력이지만 발전을 유지할 수 있으므로 유용한 발전 방법이라 할 수 있다.When the setting of the accumulator device (42) is completed as shown in Fig. 4(c), even when the hydraulic pressure is low, a large amount of working fluid can be stored in the working fluid chamber (42c) to drive the hydraulic motor (60) in low-output operation to generate low-output power. This can be considered a useful power generation method because power generation can be maintained at a low output even when the hydraulic pressure remains low for a long time.
이처럼, 본 발명에 나타난 파력 발전 시스템(1)은 압력을 변화시킬 수 있는 어큐뮬레이터 장치(42)를 구비하고 있어, 파력이 큰 경우에는 고출력 발전을 하고 파력이 작은 경우에도 저출력 발전을 가능하게 발전 효율 및 발전 유지력을 향상시킬 수 있다.In this way, the wave power generation system (1) disclosed in the present invention is equipped with an accumulator device (42) capable of changing pressure, so that high-power generation is possible when the wave force is large, and low-power generation is possible when the wave force is small, thereby improving power generation efficiency and power generation maintenance capacity.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
1: 파력 발전 시스템 13: 파수 부재
16: 파고 센서 20: 액압 펌프 장치
38: 유량센서 39: 액압 센서
41: 메인 통로 42: 어큐뮬레이터 장치
42a: 피스톤 42b: 공기실
42c: 작동액실 42d: 탄성체
42e: 배출 밸브 42f: 스토퍼
42g: 공기압 센서 42h: 위치감지 센서
60: 액압 모터 61: 출력축
65: 발전기 68: 회전수 센서
69: 토크 센서 70: 제어 장치
90: 공기 압축기 91: 유입 밸브1: Wave power generation system 13: Wave water absence
16: Wave sensor 20: Hydraulic pump unit
38: Flow sensor 39: Liquid pressure sensor
41: Main passage 42: Accumulator device
42a: Piston 42b: Air chamber
42c: working fluid chamber 42d: elastic body
42e: exhaust valve 42f: stopper
42g: Air pressure sensor 42h: Position detection sensor
60: Hydraulic motor 61: Output shaft
65: Generator 68: Speed sensor
69: Torque sensor 70: Control device
90: Air compressor 91: Inlet valve
Claims (6)
상기 액압 펌프 장치로부터 토출되는 작동액을 축압하고, 상기 메인 통로의 압력이 저하하면 축압된 작동액을 배출하는 어큐뮬레이터 장치(42);
상기 메인 통로를 흐르는 작동액이 공급되고, 공급된 작동액의 액압 및 유량에 대응하여 구동하는 액압 모터;
상기 액압 모터와 연결된 발전기; 및
제어 장치;를 포함하고 있되,
상기 어큐뮬레이터 장치(42)는,
피스톤(42a)을 경계로 공기가 저장되는 공기실(42b)과 작동액이 출입하는 작동액실(42c)을 포함하고 있고,
상기 공기실(42b)은 압력을 조절할 수 있도록 공기 압축기(90)가 추가로 연결되어 있으며,
상기 제어 장치는,
유입되는 파력의 변화에 따라 상기 공기실(42b)의 압력 및 부피를 조절할 수 있도록 제어하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템에 있어서,
파력의 변화를 감지할 수 있도록 상기 메인 통로 및 작동액실(42c)과 연결되어 있는 파고 센서가 추가로 구비되어 있고,
상기 제어장치는,
유입되는 파력의 증가로 인해 상기 작동액실(42c)의 압력이 증가하여 상기 피스톤(42a)이 상부로 이동했을 때, 높아진 압력을 갖는 작동액을 적은 양으로 상기 액압 모터를 구동시키기 위해 상기 공기 압축기(90)에서 상기 공기실(42b)에 압축 공기를 공급하여 상기 공기실(42b)을 설정된 압력 및 설정된 부피가 되도록 상기 피스톤(42a)을 설정된 위치까지 하강시켜 상기 작동액실(42c)의 부피가 감소하게 제어하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.A hydraulic pump device that discharges working fluid into the main passage by the force of waves;
An accumulator device (42) that pressurizes the operating fluid discharged from the above hydraulic pump device and discharges the pressurized operating fluid when the pressure in the main passage decreases;
A hydraulic motor that is supplied with an operating fluid flowing through the main passage and is driven in response to the hydraulic pressure and flow rate of the supplied operating fluid;
a generator connected to the above hydraulic motor; and
A control device; comprising:
The above accumulator device (42) is
It includes an air chamber (42b) where air is stored and an operating fluid chamber (42c) through which operating fluid enters and exits, with the piston (42a) as the boundary.
The above air chamber (42b) is additionally connected to an air compressor (90) to control pressure.
The above control device,
A wave power generation system characterized by including a configuration that controls the pressure and volume of the air chamber (42b) according to changes in the incoming wave power.
In order to detect changes in wave power, a wave sensor connected to the main passage and the operating liquid chamber (42c) is additionally provided.
The above control device,
A wave power generation system characterized by including a configuration in which, when the pressure of the working fluid chamber (42c) increases due to an increase in the incoming wave power and the piston (42a) moves upward, compressed air is supplied from the air compressor (90) to the air chamber (42b) to drive the hydraulic motor with a small amount of the working fluid having the increased pressure, thereby lowering the piston (42a) to a set position so that the air chamber (42b) has a set pressure and a set volume, thereby controlling a decrease in the volume of the working fluid chamber (42c).
상기 제어장치는,
유입되는 파력의 감소로 인해 상기 작동액실(42c)의 압력이 감소하여 상기 피스톤(42a)이 하부로 이동했을 때, 낮아진 압력을 갖는 작동액을 많은 양으로 상기 액압 모터를 구동시키기 위해 상기 공기실(42b)에서 내부 공기를 배출하여 상기 공기실(42b)을 설정된 압력 및 설정된 부피가 되도록 상기 피스톤(42a)을 설정된 위치까지 상승시켜 상기 작동액실(42c)의 부피가 증가하게 제어하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.In the first paragraph,
The above control device,
A wave power generation system characterized by including a configuration in which, when the pressure of the working fluid chamber (42c) decreases due to a decrease in the incoming wave power and the piston (42a) moves downward, internal air is discharged from the air chamber (42b) to drive the hydraulic motor with a large amount of working fluid having a lowered pressure, and the piston (42a) is raised to a set position so that the air chamber (42b) has a set pressure and a set volume, thereby controlling the volume of the working fluid chamber (42c) to increase.
상기 공기실(42b)에는
내부 공기 배출을 위한 배출 밸브(42e)가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.In the first paragraph,
In the above air room (42b)
A wave power generation system characterized by having an additional discharge valve (42e) for exhausting internal air.
상기 공기실(42b)에는 상기 피스톤(42a)의 위치를 감지하기 위한 위치감지 센서(42h)가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.In any one of paragraphs 1, 4 and 5,
A wave power generation system characterized in that the air chamber (42b) is additionally provided with a position detection sensor (42h) for detecting the position of the piston (42a).
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| KR20200014375A (en) | 2018-02-07 | 2020-02-10 | 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 | Wave power generation system |
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