KR101246722B1 - 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치 - Google Patents

타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101246722B1
KR101246722B1 KR1020120094572A KR20120094572A KR101246722B1 KR 101246722 B1 KR101246722 B1 KR 101246722B1 KR 1020120094572 A KR1020120094572 A KR 1020120094572A KR 20120094572 A KR20120094572 A KR 20120094572A KR 101246722 B1 KR101246722 B1 KR 101246722B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vortex
energy
cylinder
vibration
cross
Prior art date
Application number
KR1020120094572A
Other languages
English (en)
Inventor
최종수
홍섭
김형우
여태경
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020120094572A priority Critical patent/KR101246722B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101246722B1 publication Critical patent/KR101246722B1/ko
Priority to PCT/KR2013/004153 priority patent/WO2014035029A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명은 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와유기진동 에너지 추출장치에서 이용되는 와류발생실린더를 타원형으로 형성하여 향상된 와유기진동 에너지 추출효율을 얻을 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 유체역학적인 분석을 통해, 보다 향상된 에너지 추출효율을 얻기 위한 최적의 단면형상비(단축길이를 장축길이로 나눈 값)로 형성된 와류발생실린더를 제공함으로써, 와유기진동 에너지 추출장치의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 와류발생실린더를 이용하는 병진형 및 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 링크 구조를 단순화하여 에너지 변환효율을 보다 향상시키고, 장치의 설치, 관리 및 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
따라서, 발전 시스템 분야, 특히 청정 에너지를 이용한 발전 시스템 분야에서 시스템의 안전성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치 {Vortex induced vibration energy extraction device with ellipsoidal cross section cylinder}
본 발명은 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와유기진동 에너지 추출장치에서 이용되는 와류발생실린더를 타원단면으로 형성하여 향상된 와유기진동 에너지 추출효율을 얻을 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 보다 향상된 에너지 추출효율을 얻기 위한 최적의 단면형상비(단축길이를 장축길이로 나눈 값)로 형성된 와류발생실린더를 포함하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치에 관한 것이다.
전기에너지를 생산하기 위하여 종래에 알려지고 이용되고 있는 발전방법으로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전, 물의 위치에너지를 이용하는 수력발전, 바람의 운동에너지를 이용하는 풍력발전, 태양열을 에너지원으로 하는 태양열발전, 핵분열을 이용하는 원자력발전, 파도를 에너지원으로 하는 파력발전, 해류의 수심에 다른 온도 차이를 이용하는 해양온도차발전, 조수 간만의 차이를 이용하는 조력발전, 유체 유동을 에너지원으로 하는 유동발전 등이 있다.
종래의 이러한 발전 중에서 조류, 해류, 하천유동 등의 유체 유동 에너지를 전기, 유압, 기계 에너지와 같은 유용한 에너지로 변환하는 유동발전 기술은 오염원을 추가적으로 발생시키지 않는 청정에너지로서, 설치 및 운용시 환경에 영향이 최소화되는 친환경 에너지 기술로 알려져 있다.
이러한 유동발전은 날씨의 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 다른 발전시스템보다 유리한 것으로 알려져 있다.
그러나, 유동발전은 회전 터어빈 방식의 발전시스템이 대부분이고, 이러한 회전 터어빈 방식 발전장치는 터어빈의 회전에 의해 수중생물의 피해가 발생할 수 있으며, 그에 따라 수중생태계를 파괴하는 요인이 되는 문제점이 있다. 또한, 유체장내에서 이동하는 이물질이 터어빈에 직접적으로 영향을 준다는 점도 극복해야 할 단점이다.
이러한 문제점들을 극복하고자 대한민국 등록특허공보 제10-1061824호 "VIV 이용 친환경 청정에너지 추출장치"가 제안되었으나, 발전효율에 영향을 주는 와류발생실린더의 단면형태가 명시되어 있지 않았다.
한편, 대부분의 청정에너지를 이용한 발전방법은, 화석연료를 이용한 발전방법에 비하여 에너지 변환효율이 낮기 때문에, 에너지 변환효율을 향상시키는 것이 가장 중요한 기술이라고 할 수 있다.
특히, 와류발생실린더는 유체역학적인 특성으로 인해 단면형상에 따라 유체속에서의 와류강도와 감쇄특성이 달라질 수 밖에 없고, 이로 인해 와유기진동을 이용하는 발전장치의 효율이 달라짐에도 불구하고, 종래의 기술에는 이에 대한 언급이나 최적화된 와류발생실린더의 형상에 대한 기술은 나타나 있지 않다.
대한민국 등록특허공보 제10-1061824호 "VIV 이용 친환경 청정에너지 추출장치"
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 타원형 단면으로 형성된 와류발생실린더를 이용하여 향상된 와유기진동 에너지 추출효율을 얻을 수 있는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치를 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 유체역학적인 분석을 통해, 보다 향상된 에너지 추출효율을 얻기 위한 최적의 단면형상비(단축길이를 장축길이으로 나눈 값)로 형성된 와류발생실린더를 제공할 수 있는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 링크 구조를 단순화하여 에너지 변환효율을 보다 향상시키고, 장치의 설치, 관리 및 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 한 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치는, 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하며, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에서 발생하는 와유기진동의 운동에너지를 전달하는 에너지전달장치; 및 상기 에너지전달장치를 통해 전달된 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 포함하고, 상기 와류발생실린더는 단면형상이 타원형인 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
또한, 본 발명의 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치는, 단면형상이 타원형으로 형성되어 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하며, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 의해 발생된 와유기진동에 의한 직선왕복운동에너지를 전달받아 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및 상기 와류발생실린더와 발전장치를 연결하여, 상기 와류발생실린더의 와유기진동에 의한 직선왕복운동에너지를 상기 발전장치에 전달하는 에너지전달장치를 포함한다.
또한, 상기 와류발생실린더는, 일정위치에 고정설치되는 상측지지판과 하측지지판 사이에 고정설치되는 가이드바를 따라 와유기진동할 수 있다.
또한, 상기 상측지지판 및 하측지지판과 와류발생실린더 사이; 또는 상기 가이드바를 따라 상하방향으로 왕복이동가능하도록 구성되는 발전모듈과 상기 상측지지판이 및 하측지지판 사이에 고정설치되는 와유기진동 조절용 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 와유기진동 조절용 탄성부재는, 상기 가이드바를 중심으로 대칭되도록 설치되는 한 쌍의 스프링을 포함할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치는, 단면형상이 타원형으로 형성되어 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하며, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더; 상기 와류발생실린더에 고정설치되고 일측에 힌지축 구성되며, 상기 와류발생실린더의 와유기진동에 따라 축회전 왕복운동하는 에너지전달장치; 및 상기 에너지전달장치에 고정설치되며, 상기 에너지전달장치의 축회전 왕복운동에 의해 발생된 회전왕복운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 포함한다.
삭제
또한, 상기 에너지전달장치는, 일측종단부에 상기 와류발생실린더가 고정설치되고, 다른 일측에 상기 발전장치가 힌지축에 의해 힌지결합되며, 상기 힌지축을 중심으로 와유기진동 조절용 탄성부재가 고정설치될 수 있다.
또한, 상기 와유기진동 조절용 탄성부재는, 상기 힌지축의 전방 및 후방에는 상부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 와유기진동 조절용 탄성부재는, 상기 힌지축의 전방 및 후방 중 적어도 한 곳에는 상부방향 및 하부방향으로 고정설치될 수 있다.
또한, 상기 에너지전달장치는, 힌지축에 의해 힌지회동되며 일측종단부에 상기 와류발생실린더가 고정설치되는 회동바; 및 일측종단이 상기 회동바에 힌지결합되고 다른 일측종단이 상기 발전장치에 연결되는 승하강바를 포함할 수 있다.
삭제
삭제
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 와유기진동을 발생시키는 와류발생실린더의 단면 형상을 타원형으로 형성하여, 향상된 와유기진동 에너지 추출효율을 얻을 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 유체역학적인 분석을 통해, 보다 향상된 에너지 추출효율을 얻기 위한 최적의 단면형상비(단축길이를 장축길이로 나눈 값)로 형성된 와류발생실린더를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 타원형 단면의 와류발생실린더를 이용하는 와유기진동 에너지 추출장치의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 와류발생실린더를 이용하는 병진형 및 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 링크 구조를 단순화하여 에너지 변환효율을 보다 향상시키고, 장치의 설치, 관리 및 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
따라서, 발전 시스템 분야, 특히 청정 에너지를 이용한 발전 시스템 분야에서 시스템의 안전성, 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치의 개념을 설명하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타난 와류발생실린더의 단면형상비별 데이터를 측정하기 위한 측정장치를 설명하는 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 단면형상비가 0.167인 타원형단면 와류발생실린더의 정수중 자유감쇠실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 단면형상비가 1인 원형단면 와류발생실린더의 정수중 자유감쇠실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 운동각도 30°에서의 단면형상비별 고유진동수 및 감쇠계수를 비교한 표이다.
도 10 내지 도 17은 도 9에 나타난 단면형상비별로 Reduced velocity와 전기저항의 변화에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 10 내지 도 17에서 각 단면형상비별 최적 전기저항에서의 효율을 비교한 표이다.
도 19는 도 18의 최대효율에 매칭되는 단면형상을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명에 의한 와류발생실린더를 설명하는 사시도이다.
도 21은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 병진형 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하는 구성도이다.
도 22는 본 발명에 의한 와유기진동 에너지 추출장치의 병진형 발전장치에 대한 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명에 의한 와류발생실린더의 측정값이 회전형에도 근사화될 수 있음을 설명하는 도면이다.
도 24는 본 발명에 의한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 근사값과 실제 운동값을 비교한 그래프이다.
도 25는 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 26은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 27은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 28은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 29는 본 발명에 의한 와유기진동 에너지 추출장치의 회전형 발전장치에 대한 일 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치의 개념을 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 와유기진동 에너지 추출장치는 와류발생실린더(100), 에너지전달장치(200) 및 발전장치(300)를 포함한다.
와류발생실린더(100)는 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동한다.
또한, 와류발생실린더(100)는 와유기진동에 따른 에너지변환효율을 향상시키기 위하여 타원형으로 형성될 수 있다.
이와 같은 타원형단면의 와류발생실린더(100)에 대한 효율에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
에너지전달장치(200)는 와류발생실린더(100)에서 발생하는 와유기진동의 운동에너지를 발전장치(300)로 전달한다.
또한, 에너지전달장치(200)의 와유기진동 운동에너지 전달방식에 따라 와유기진동 에너지 추출장치는 병진형과 회전형으로 구분될 수 있으며, 이하에서 구체적인 실시예들을 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.
발전장치(300)는 에너지전달장치(200)를 통해 전달된 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시킨다.
또한, 발전장치(300)는 축회전을 통한 발전방식과 병진이동을 통한 발전방식등이 이용될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 의한 와류발생실린더의 단면형상비별 효율 및 이에 기초한 최적의 단면형상비를 갖는 와류발생실린더에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 나타난 와류발생실린더의 단면형상비별 데이터를 측정하기 위한 측정장치를 설명하는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 측정장치(10)는 유체에너지로부터 와유기공진을 통해 기계에너지로 변환하는 1차 변환부(미부호), 기계에너지를 전기에너지로 변환하고 부하를 통해 열에너지를 생성하는 2차 변환부(17), 측정값을 데이터로 추출하는 계측부(18) 및 전체장치를 구성하고 실험전차에 연결되는 구조프레임(19)을 포함할 수 있다.
도 2에서, 본 발명을 위한 실험장치는 1차 변환부를 통해 발생되는 기계운동동력을 'Scotch-Yoke' 동력전달기구를 통해 2차 변환부에 전달하고, 2차 변환부는 영구자석발전기를 통해 전기를 발생시키고 전기저항을 사용하여 열에너지로 변환할 수 있다. 여기서, 전기저항은 전체시스템에 부하로 작용한다.
또한, 예인전차를 통해 와유기진동을 위한 상대유속을 발생시킬 수 있으며, 예인전차의 속도를 엔코더로 계측하여 유동동력을 계측할 수 있고, 발전기축의 회전속도와 토오크를 통해 기계운동동력를 얻고, 전기저항에 흐르는 전류와 전압강하를 계측하여 전기동력을 구할 수 있다. 여기서, 각각의 계측데이터는 'cDAQ'를 통해 구한다.
실시예
실험장치의 세부구성과 주요부 사양은 다음과 같다.
1차 변환부는 와유기진동실린더(11), 유동차단판(12), 병진운동가이드(13), 실린더지지대(14), 스프링장력조절장치(15), 스프링(15') 및 'Scotch-Yoke' 동력전달기구(16)를 포함할 수 있으며, 각 구성의 특징은 다음과 같다.
와유기진동실린더(11) : 착탈식, 높이 90mm, AL6061, PE, Acrylic 등.
유동차단판(12) : 직경 450mm.
병진운동가이드(13) : Speed Guide SG15.
실린더지지대(14) : AL6061 Plate(10mm), 경질아노다이징.
스프링장력조절장치(15) : LM Guide(SR20).
스프링(15') : 0.04825 kgf/mm, 운동범위내에서 압축이 되지 않도록 함.
Scotch-Yoke동력전달기구(16) : 수중실린더운동을 2차 변환부로 전달. 여기서, Scotch-Yoke동력전달기구(16)는 실린더지지대연결블럭(AL6061), 연결링크(AL6061), 병진운동가이드(Speed Guide SG10) 및 회전링크(AL6061, 6001베어링)를 포함할 수 있다.
2차 변환부(17) : 기계에너지를 전기에너지로 변환하고 부하를 통해 열에너지로 방출. 여기서, 2차 변환부(17)는 발전기(AFPMG (Coreless type), 12VDC, 정격 10W, 20극) 및 발전부하(전기저항 및 변경장치)를 포함할 수 있다.
계측부(18) : 성능치를 데이터형태로 변환. 여기서, 계측부(18)는 토오크셀(HBM, T22, 5Nm), 엔코더1(E40S-6-5000-3N-24), 엔코더2(전차속도계측), 전류계(EIT사, MCCT, 전압으로 변환), 전압계(NI9229) 및 데이터수집장치(NI cDAQ 9174, Labview S/W)를 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 단면형상비가 0.167인 타원형단면 와류발생실린더의 정수중 자유감쇠실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 와류발생실린더의 병진운동이 회전운동으로 변환되는 운동각도의 변화가 나타나 있으며, 도 4을 참조하면, 운동각도가 클 경우, 와유기진동 실린더의 유체감쇠로 인해 감쇠계수가 크고, 운동각도가 작은 경우, 기계부 윤활부분에서 발생하는 기계부 감쇠가 큰 것을 알 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면 운동각도가 클수록 고유진동수가 줄어드는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 부가질량의 증가로 고유진동수가 감소함을 알 수 있다.
도 6 내지 도 8은 단면형상비가 1인 원형단면 와류발생실린더의 정수중 자유감쇠실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3 내지 도 5와 비교하면, 단면형상비가 0.167인 경우와 다른 점은 전체적으로 감쇠가 크다는 점이다. 또한, 단면형상비가 0.167인 경우 운동변위가 클수록 고유진동수가 조금씩 증가한다는 점도 알 수 있다.
따라서, 단면형상비가 0.167인 타원형의 경우, 단면형상비가 1인 원형에 비하여 감쇠가 작다는 점과 운동변위에 따라 고유진동수가 증가한다는 점을 통해, 와유기진동 에너지의 변환효율도 증가하게 됨을 알 수 있다.
도 9는 운동각도 30°에서의 단면형상비별 고유진동수 및 감쇠계수를 비교한 표이다. 이때의 고유진동수는 0.77 내지 0.86 Hz이다.
도 9을 참조하면, 와류발생실린더의 단면형상비가 작을수록 감쇠계수가 감소하므로 와유기진동의 1차효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 10 내지 도 17은 도 9에 나타난 단면형상비별로 Reduced velocity와 전기저항의 변화에 따른 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 17을 참조하면, 전반적으로 'Reduced velocity' 5~8사이에서 1차 변환(에너지추출)이 가장 높은 것을 알 수 있다.
또한, 도 11 내지 15에 나타난 바와 같이 와류발생실린더(100)의 단면형상비가 0.3~0.5사이에서 높은 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 18은 도 10 내지 도 17에서 각 단면형상비별 최적 전기저항에서의 효율을 비교한 표이고, 도 19는 도 18의 최대효율에 매칭되는 단면형상을 나타낸 그래프이다.
도 18에서, 단면형상비가 가장 낮은 형상(AR=0.167)에서는 거의 운동을 하지 않아서 데이터가 계측이 되지 않았다.
또한, 단면형상비가 1.0인 원의 경우에 비해 단면형상비 0.4에서 3배의 효율을 확인할 수 있었다.
또한, 도 19에 나타난 바와 같이 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 경우에서 1차효율이 현저하게 높음을 알 수 있다.
도 20은 본 발명에 의한 와류발생실린더를 설명하는 사시도이다.
도 20를 참조하면, 와류발생실린더(100)는 유체의 이동방향(도 15에서 좌측하부에서 우측상부 방향)에 저항하는 방향(예를 들어, 유체의 이동에 수직방향)으로 타원형의 장축방향이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 도 3 내지 도 19에 기초하여 와류발생실린더(100)는, 단면형상인 타원형의 단축길이(2b)를 장축길이(2a)로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5로 형성될 수 있다.
특히, 도 18 및 도 19에 나타난 봐와 같이 와류발생실린더(100)는 타원형의 단축길이(2b)를 장축길이(2a)로 나눈 단면형상비가 0.4일 때, 최대효율을 얻을 수 있다.
이하에서, 도 1에 나타난 바와 같이 구성되어, 상기의 최대효율을 갖는 와류발생실린더(100)를 이용하는 와유기진동 에너지 추출장치에 대해 살펴보기로 한다.
도 21은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 병진형 와유기진동 에너지 추출장치를 설명하는 구성도이다.
도 21을 참조하면, 병진형 와유기진동 에너지 추출장치는 와류발생실린더(100)의 양측에 발전장치(300)와 연결되도록 에너지전달장치(200)가 구성된다.
도 21에서, 에너지전달장치(200)는 와류발생실린더(100)와 발전모듈(340)을 연결하는 연결구의 형태로 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니며, 도 2에 나타난 병진운동가이드(13) 및 실린더지지대(14)를 포함하여 구성될 수도 있다. 또한, 에너지전달장치(200)는 와류발생실린더(100)의 위치변경 및 당업자의 요구에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 발전장치(300)는 가이드바(330) 및 가이드바(330)를 따라 상하방향으로 왕복이동하는 발전모듈(340)을 포함할 수 있으며, 세부구성은 도 22에 나타난 바와 같다.
또한, 병진형 와유기진동 에너지 추출장치의 상부 및 하부에는 각각 상측지지판(410) 및 하측지지판(420)이 구성되며, 상측지지판(410) 및 하측지지판(420)은 병진형 와유기진동 에너지 추출장치를 일정한 장소에 고정되도록 할 수 있다.
그리고, 발전모듈(340)과 상측지지판(410) 및 하측지지판(420)의 사이에는 와유기진동 조절용 탄성부재(240)가 고정설치될 수 있다. 예를 들어, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는 상측지지판(410) 및 하측지지판(420)과 와류발생실린더(100) 사이에 고정설치되도록 구성될 수 있다.
또한, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)인 스프링은 가이드바(330)에 끼워지도록 설치될 수 있다. 이외에도, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)은 당업자의 요구에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 변형에 따라 발전장치(300)의 구성 및 연결관계도 변경될 수 있음은 물론이다.
도 22는 본 발명에 의한 와유기진동 에너지 추출장치의 병진형 발전장치에 대한 다른 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 22을 참조하면, 발전장치(300)는 상하방향으로 설치되는 가이드바(330) 및 가이드바(330)를 따라 상하바향으로 왕복이동하는 발전모듈(340)을 포함할 수 있다.
또한, 가이드바(330)의 내부에는 발전용 코일(331)이 구성될 수 있고, 발전모듈(340)의 내부에는 자성체(예를 들어, 영구자석)(341)가 구성될 수 있다.
따라서, 발전모듈(340)이 상하방향으로 왕복이동하면, 자성체(341)에 의해 발전용 코일(331)에 유도전류가 발생되어 전기에너지를 생산할 수 있다.
이러한 도 22에 나타난 발전장치(300)는 도 24의 에너지전달장치(200)에 직접 구성되거나, 도 28의 승하강바(260)에 발전모듈(340)이 연결되도록 구성될 수 있다.
도 23은 본 발명에 의한 와류발생실린더의 측정값이 회전형에도 근사화될 수 있음을 설명하는 도면이고, 도 24는 본 발명에 의한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 근사값과 실제 운동값을 비교한 그래프이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 병진형 VIV(Vortex Induced Vibration)발전장치 모형실험에서 최적 타원형 단면형상비를 얻었다. 이하에서, 이러한 결과를 회전형 VIV발전장치에 적용할 수 있음을 설명하기로 한다.
회전형 VIV발전장치는 중력과 탄성력이 평형을 이룬 정적평형위치 근처에서 1차변환동력이 최대이다. 이러한 정적평형위치에서는 병진에 가까운 운동이 이루어지므로, 회전형 VIV발전장치의 1차변환 동력 및 효율과 관련된 특성은 병진형 VIV발전장치와 유사하게 나타날 것으로 예측된다. 이에, 병진형 VIV발전장치 모형실험에서 얻은 최적 타원형 단면형상비는 회전형 VIV발전장치에도 적용될 수 있다.
도 23 (a)는 병진형 VIV발전장치에서의 와류발생실린더(100)에 대한 운동형태를 나타내었고, 도 23 (b)는 회전형 VIV발전장치에서의 와류발생실린더(100)에 대한 정적평형위치와 운동형태를 나타낸 것이다. 1차변환 동력 및 효율에 가장 큰 영향을 받는 정적평형위치에서는 근사적으로 병진운동을 나타낸다.
다시 말해, 회전형 VIV발전장치 와류발생실린더(100)의 유동 수직방향 운동 'y'는 링크회전반경 'L'과 회전각도 'θ'에 대해 수학식 1의 관계가 성립한다.
(수학식 1)
Figure 112012069411828-pat00001
'θ'는 회전각진폭'Aθ'와 회전진동수 'ω'를 파라메터로한 시간에 대한 정현파 함수로서 수학식 2와 같이 표현된다.
(수학식 2)
Figure 112012069411828-pat00002
따라서, 수학식 1은 수학식 3과 같다.
(수학식 3)
Figure 112012069411828-pat00003
또한, 정적평형 위치(θ=0)에서는 테일러급수전개(Taylor series expansion)를 거치면 다음과 같이 표현된다.
(수학식 4)
Figure 112012069411828-pat00004
(수학식 5)
Figure 112012069411828-pat00005
도 24는 수학식 3의 회전형 VIV발전장치의 유동 수직방향의 운동과 수학식 5의 근사화식을 비교한 그래프로서(L=500mm, Aθ=30°, ω=2π), 와류발생실린더(100)의 운동이 정적평형위치(θ=0)에 가까울 경우 오차가 매우 적어 병진운동으로 모델링이 가능함을 보여준다.
병진형 VIV발전장치의 경우 수직운동 'y'는 수직운동 진폭'Ay'와 회전진동수 ω에 대해 수학식 6과 같이 표현된다.
(수학식 6)
Figure 112012069411828-pat00006
수학식 5와 수학식 6을 비교하면, 회전형 VIV발전장치의 정적평형 위치(θ=0)에서의 수직방향운동은 병진형 VIV발전장치의 운동과 근사적으로 동일함을 알 수 있다.
또한, 회전형 VIV발전장치의 경우 병진형 VIV발전장치과 마찬가지로, 운동속도는 정적평형위치에서 최대이고, 토오크는 정적평형위치 근처에서 최대이다. 이에 회전형 VIV발전장치도 병진형 VIV발전장치과 마찬가지로 1차변환동력도 정적평형위치 근처에서 최대임을 알 수 있다.
회전형 VIV발전장치의 와류발생실린더(100)에 대한 회전운동은 수학식 2와 같으며, 실린더 회전각속도(
Figure 112012069411828-pat00007
)는 수학식 2를 미분하여 수학식 7과 같이 표현된다.
(수학식 7)
Figure 112012069411828-pat00008
여기서, ω=2πfo의 관계가 성립한다. fo는 운동주파수이다.
정적평형위치(θ=0)에서 회전각속도는 Aθω로서 최대이다.
회전형 VIV발전장치의 와류발생실린더(100)에 작용하는 토오크는 수학식 8과 같이 표현된다.
(수학식 8)
Figure 112012069411828-pat00009
여기서, AT는 토오크 최대값이며, φ는 수학식 2의 회전링크 운동에 대한 토오크의 위상차이다.
이러한 회전형 VIV발전장치의 1차변환동력(P)은 수학식 9와 같다.
(수학식 9)
Figure 112012069411828-pat00010
또한, 병진형 VIV발전자의 와류발생실린더(100)에 대한 운동은 수학식 6과 같으며, 병진운동속도(
Figure 112012069411828-pat00011
)는 수학식 6을 미분하여 수학식 10과 같이 표현된다.
(수학식 10)
Figure 112012069411828-pat00012
정적평형위치(y=0)에서 병진운동속도는 Ayω로서 최대이다.
병진형 VIV발전장치의 와류발생실린더(100)에 작용하는 힘은 수학식 11과 같이 표현된다.
(수학식 11)
Figure 112012069411828-pat00013
여기서, AF는 힘의 최대값이며, φ는 수학식 6의 와류발생실린더(100) 병진운동에 대한 힘의 위상차이다.
이러한 회전형 VIV발전의 1차변환동력(P)은 수학식 12와 같다.
(수학식 12)
Figure 112012069411828-pat00014
회전형 VIV발전장치의 정적평형위치는 회전각이 zero(θ=0)이므로, 병진형 VIV발전장치와 마찬가지로 수직위치가 zero(θ=0)이다. 따라서, 회전형도 병진형과 마찬가지로 수직위치가 zero인 상태에서 운동속도가 최대이다. 회전형 VIV발전장치의 최대토오크도 병진형의 최대힘과 마찬가지로 정적평형위치에서 φ만큼의 위상차를 가진다. 이에, 회전형의 최대 토오크는 병진형의 최대 힘과 마찬가지로 위상차 φ에서 최대이다.
이상을 정리하면, 회전형은 병진형과 마찬가지로 정적평형위치(θ=0, y=0)에서 운동속도가 최대이며, 정적평형에서 위상이 앞선 시점에서 토오크가 최대이다. 이에, 회전형은 병진형과 마찬가지로 정적평형위치 근처에서 1차변환동력이 최대임을 알 수 있다.
도 25는 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 25를 참조하면, 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 에너지전달장치(200)는, 와류발생실린더(100)에 고정설치되고, 일측에 힌지축(미부호) 구성되며, 와류발생실린더(100)의 와유기진동에 따라 축회전 왕복운동할 수 있다.
회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 발전장치(300)는 에너지전달장치(200)의 힌지축에 고정설치되며, 에너지전달장치(200)의 축회전 왕복운동에 의해 발생된 곡선왕복운동에너지를 전기에너지로 변환시킨다.
예를 들어, 발전장치(300)는 곡선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 원 웨이 클러치(One Way Clutch)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 도 25에 나타난 바와 같이, 에너지전달장치(200)의 힌지축을 중심으로 와유기진동 조절용 탄성부재(240)가 고정설치될 수 있다. 예를 들어, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는, 힌지축의 전방 및 후방에는 상부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함할 수 있다.
도 25에서, 힌지축의 오른쪽에 위치한 스프링은 시계방향의 모멘트를 발생시키고, 왼쪽에 위치한 스프링은 반시계방향의 모멘트를 발생시켜 균형을 이루게 된다.
이와 같은, 스프링은 와류발생실린더(100)가 정적평형위치에 있을 수 있도록 상하부의 장력을 조절하는 역할을 하여, 운동에너지를 향상시키기 위하여 구성될 수 있다.
다시 말해, 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 경우, 장시간 사용함에 따라 와류발생실린더(100)의 무게에 의해 상하진동의 밸런스가 변화될 수 있으며, 이로 인해 에너지 변환효율이 저하될 수 있다.
따라서, 스프링의 종단부에는 장력조절장치(도시하지 않음)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 장력조절장치는 스프링의 상측종단부의 높이를 조절하여 에너지전달장치(200)에 가해지는 장력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 26은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 26를 참조하면, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는, 힌지축의 후방에는 상부방향 및 하부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함할 수 있다.
따라서, 힌지축의 후방 상부에 위치한 스프링은 반시계방향의 모멘트를 발생시키고, 하부에 위치한 스프링은 시계방향의 모멘트를 발생시켜 균형을 이루게 된다.
또한, 도시하지는 않았으나, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는, 힌지축의 전방에는 상부방향 및 하부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함할 수 있다.
도 27은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 37을 참조하면, 와유기진동 조절용 탄성부재(240)는, 힌지축의 전방 및 후방에는 상부방향 및 하부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함할 수 있다.
도 28은 도 20의 와류발생실린더를 이용한 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 구성도이다.
도 28을 참조하면, 회전형 와유기진동 에너지 추출장치의 에너지전달장치(200)는 힌지축(251)에 의해 힌지회동되며 일측종단부에 와류발생실린더가 고정설치되는 회동바(250)와, 일측종단이 회동바(250)에 힌지결합되고 다른 일측종단이 발전장치(300)에 연결되는 승하강바(260)를 포함할 수 있다.
따라서, 회동바(250)의 왕복회전운동이 승하강바(260)에 의해 직선왕복운동으로 변환될 수 있으며, 변환된 직선왕복운동은 크랭크에 의해 회전운동으로 변환되어 발전축을 회전시킬 수 있다.
도 29는 본 발명에 의한 와유기진동 에너지 추출장치의 회전형 발전장치에 대한 일 실시예를 설명하는 도면이다.
도 29를 참조하면, 발전장치(300)는 발전축(311)에 고정설치되는 회전판(310)과, 회전판(310)의 일측 및 승하강바(260)에 연결되는 크랭크축(320)을 포함할 수 있다.
따라서, 승하강바(260)가 상하로 이동함에 따라, 크랭크축(320)에 의해 회전판(310)이 회전될 수 있고, 회전판(310)이 회전함에 따라 발전축(311)이 회전하면서 전기에너지를 생산할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 와류발생실린더
200 : 에너지전달장치
240 : 와유기진동 조절용 탄성부재
250 : 회동바 251 : 힌지축
260 : 승하강바
300 : 발전장치
310 : 회전판 311 : 발전축
320 : 크랭크
330 : 가이드바 331 : 발전코일
340 : 발전모듈 341 : 자성체

Claims (17)

  1. 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하고, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더;
    상기 와류발생실린더에서 발생하는 와유기진동의 운동에너지를 전달하는 에너지전달장치; 및
    상기 에너지전달장치를 통해 전달된 와유기진동의 운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 포함하고,
    상기 와류발생실린더는 단면형상이 타원형인 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 단면형상이 타원형으로 형성되어 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하고, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더;
    상기 와류발생실린더에 의해 발생된 와유기진동에 의한 직선왕복운동에너지를 전달받아 전기에너지로 변환시키는 발전장치; 및
    상기 와류발생실린더와 발전장치를 연결하여, 상기 와류발생실린더의 와유기진동에 의한 직선왕복운동에너지를 상기 발전장치에 전달하는 에너지전달장치를 포함하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 와류발생실린더는,
    일정위치에 고정설치되는 상측지지판과 하측지지판 사이에 고정설치되는 가이드바를 따라 와유기진동하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 상측지지판 및 하측지지판과 와류발생실린더 사이; 또는
    상기 가이드바를 따라 상하방향으로 왕복이동가능하도록 구성되는 발전모듈과 상기 상측지지판이 및 하측지지판 사이에 고정설치되는 와유기진동 조절용 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 와유기진동 조절용 탄성부재는,
    상기 가이드바를 중심으로 대칭되도록 설치되는 한 쌍의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 단면형상이 타원형으로 형성되어 유체의 흐름에 따른 보오텍스(Vortex) 박리에 의해 표면에서 와류가 발생하여 상하로 와유기진동하며, 유체의 이동방향에 저항하는 방향으로 타원형의 장축방향이 형성되며, 타원형의 단축길이를 장축길이로 나눈 단면형상비가 0.3 내지 0.5인 와류발생실린더;
    상기 와류발생실린더에 고정설치되고 일측에 힌지축 구성되며, 상기 와류발생실린더의 와유기진동에 따라 축회전 왕복운동하는 에너지전달장치; 및
    상기 에너지전달장치에 고정설치되며, 상기 에너지전달장치의 축회전 왕복운동에 의해 발생된 회전왕복운동에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치를 포함하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 에너지전달장치는,
    일측종단부에 상기 와류발생실린더가 고정설치되고,
    다른 일측에 상기 발전장치가 힌지축에 의해 힌지결합되며,
    상기 힌지축을 중심으로 와유기진동 조절용 탄성부재가 고정설치되는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 와유기진동 조절용 탄성부재는,
    상기 힌지축의 전방 및 후방에는 상부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 와유기진동 조절용 탄성부재는,
    상기 힌지축의 전방 및 후방 중 적어도 한 곳에는 상부방향 및 하부방향으로 고정설치되는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 에너지전달장치는,
    힌지축에 의해 힌지회동되며 일측종단부에 상기 와류발생실린더가 고정설치되는 회동바; 및
    일측종단이 상기 회동바에 힌지결합되고 다른 일측종단이 상기 발전장치에 연결되는 승하강바를 포함하는 것을 특징으로 하는 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020120094572A 2012-08-28 2012-08-28 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치 KR101246722B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120094572A KR101246722B1 (ko) 2012-08-28 2012-08-28 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치
PCT/KR2013/004153 WO2014035029A1 (ko) 2012-08-28 2013-05-10 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120094572A KR101246722B1 (ko) 2012-08-28 2012-08-28 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101246722B1 true KR101246722B1 (ko) 2013-03-25

Family

ID=48182437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120094572A KR101246722B1 (ko) 2012-08-28 2012-08-28 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101246722B1 (ko)
WO (1) WO2014035029A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109801538A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 江苏科技大学 一种基于直线式发电机的流致振动发电实验装置
US10702819B2 (en) 2017-11-27 2020-07-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Air cleaner

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109538416A (zh) * 2018-10-30 2019-03-29 北京临近空间飞行器***工程研究所 一种基于椭圆截面杆涡激振动特性的风力发电装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006097506A (ja) 2004-09-28 2006-04-13 Masanori Nakayama 電力発生方法及び電力発生装置
KR20070108576A (ko) * 2006-05-08 2007-11-13 김변수 해양 에너지를 이용한 발전 장치
US20080295509A1 (en) 2004-11-15 2008-12-04 The Regents Of The University Of Michigan Fluid motion energy converter
KR20110118453A (ko) * 2010-04-23 2011-10-31 한국해양연구원 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006097506A (ja) 2004-09-28 2006-04-13 Masanori Nakayama 電力発生方法及び電力発生装置
US20080295509A1 (en) 2004-11-15 2008-12-04 The Regents Of The University Of Michigan Fluid motion energy converter
KR20070108576A (ko) * 2006-05-08 2007-11-13 김변수 해양 에너지를 이용한 발전 장치
KR20110118453A (ko) * 2010-04-23 2011-10-31 한국해양연구원 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10702819B2 (en) 2017-11-27 2020-07-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Air cleaner
US10967319B2 (en) 2017-11-27 2021-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Air cleaner
CN109801538A (zh) * 2019-04-02 2019-05-24 江苏科技大学 一种基于直线式发电机的流致振动发电实验装置
CN109801538B (zh) * 2019-04-02 2023-10-27 江苏科技大学 一种基于直线式发电机的流致振动发电实验装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014035029A1 (ko) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Villarreal et al. VIV resonant wind generators
CN105089918B (zh) 一种基于压电元件的波浪能发电装置
JP5303686B2 (ja) 発電機
KR101188617B1 (ko) 다자유도 와유기진동 청정에너지 추출장치
Lejerskog et al. Lysekil research site, Sweden: a status update
WO2010056956A2 (en) Wave energy converter
JP6967526B2 (ja) 発電機
KR20130059915A (ko) 단순 왕복 피봇 회전형 와유기진동 에너지추출 장치 및 이를 이용한 와유기진동 에너지 추출방법
CA2813448A1 (en) Apparatus for harvesting energy from flow-induced oscillations and method for the same
KR101246722B1 (ko) 타원단면 실린더 와유기진동 에너지 추출장치
KR101309125B1 (ko) 슬라이딩기구와 와유기진동에 의한 양력발전장치
Chandrasekaran et al. Deep ocean wave energy systems (dowes): experimental investigations
Zilani et al. Unconventional energy harvesting from wind velocity and viv resonance phenomenon by using bladeless wind turbine (blwt)
EP4073913B1 (en) Electrical power generator
CN110022046B (zh) 一种压电层和永磁体复合的多振子驰振能量收集***
CN102953915B (zh) 波浪发电机
KR101376308B1 (ko) 파력발전장치
CN104319973B (zh) 一种波浪能量发电机
Liu et al. Design and test of a novel two-body direct-drive wave energy converter
CN104389724A (zh) 一种波浪能量发电机
CN104329211B (zh) 一种波浪能发电机
Lobo et al. Design feasibility of a vortex induced vibration based hydro-kinetic energy harvesting system
CN102996322B (zh) 波浪能量发电机
KR101960705B1 (ko) 가변 강성을 가진 파력발전기
CN108506150A (zh) 基于电磁感应的一体化点头鸭式波浪能发电装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151228

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170103

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180102

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 8