KR20230066712A - High heads water power generating apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high-head water power generating apparatus using wave power and the specific-gravity difference of liquid. The high-head water power generating apparatus comprises: a wave power water pump installed on the sea to pump transfer water through a pumping pipe in response to the fluctuation of a buoyant body due to wave power; a tower water tank connected in communication with the pumping pipe, extending vertically to be higher than the surface of the sea, and accommodating a first liquid that has a specific-gravity difference from the transfer water and is separated from the transfer water in layers; a first discharge pipe connected to the tower water tank to discharge the transfer water separated in layers from the first liquid stored in the tower water tank and located on the top of the first liquid; a first water collection tank collecting the transfer water discharged from the first discharge pipe; a drop guide pipe extended to receive the transfer water stored in the first water collection tank and transfer the same to a position lower than the first water collection tank; and a generator generating electricity by the transfer water fallen through the drop guide pipe. Therefore, the high-head water power generating apparatus can pump seawater by using power generated by wave power, and can use a head difference due to the specific-gravity difference with respect to the pumped seawater to create a high head without using additional energy as in a hydraulic pumping power generation formula of P = 9.8 QHη, the value of the power generation output (P) of a water turbine increases in proportion to the value of a head height (H), thereby greatly increasing power generation efficiency.

Description

파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치{High heads water power generating apparatus}High heads water power generating apparatus using wave power and specific gravity difference between liquids {High heads water power generating apparatus}

본 발명은 수력양수발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 파도의 운동에너지인 파력과 물에 용해되지 않는 액체의 비중차를 이용하여 고낙차의 수두를 만들어 발전을 수행하는 수력양수발전장치에 관한 것이다. The present invention relates to a hydroelectric pumped power generation device, and more particularly, to a hydroelectric pumped power device that performs power generation by creating a head of water with a high drop using wave force, which is the kinetic energy of waves, and the difference in specific gravity of a liquid insoluble in water. .

일반적으로 양수발전은 전력소비가 적은 야간에 물을 높은 위치로 양수하였다가 발전에 이용하는 것으로 이러한 발전시스템에서 물을 높은 위치로 양수하기 위한 양수동력원은 발전시 생산되는 전력을 이용하거나 야간이나 휴일 등 전력사용량이 적은 시간의 잉여전력을 이용한다.In general, pumped-storage power generation pumps water to a higher location at night when electricity consumption is low and uses it for power generation. The pumped-storage power source for pumping water to a higher location in such a power generation system uses electricity produced during power generation or at night or on holidays. Use surplus power during times of low power consumption.

또한, 이러한 종래의 수력발전 장치는 상부 저수조 안에 저장된 물을 열어 수차 날개로 수직으로 받게 하여 이 힘이 수차의 회전력이 되게 하고 이 회전력을 기어 변속장치를 통해 증속시킨 후 발전기를 구동하여 발전하는 방식이었다.In addition, such a conventional hydroelectric power generation device opens the water stored in the upper reservoir and receives it vertically with the aberration blades, so that this force becomes the rotational force of the aberration, and after increasing the rotational force through the gear shifting device, the generator is driven to generate electricity was

그러나 상기와 같은 종래의 수력양수발전 장치는 물을 높은 위치로 양수하기 위한 양수동력원으로 한전선로의 전력을 이용하기 때문에 경제적인 양수 전력이 발전전력보다 많이 소요되므로 경제적인 효과를 얻기는 어려운 단점이 있다.However, since the conventional hydropower pumping power generation device as described above uses the power of the KEPCO line as a pumping power source for pumping water to a high position, economical pumping power is required more than generated power, so it is difficult to obtain an economical effect. there is.

한편, 최근에는 자연에너지를 이용하여 친환경적으로 발전하기 위한 방안이 다양하게 시도되고 있고, 파력을 이용한 발전 시스템은 국내 등록특허 제10-1648293호 등 다양하게 제안되어 있으나, 여전히 발전효율을 향상시킬 수 있는 방안이 꾸준히 요구되고 있다.On the other hand, recently, various plans for eco-friendly power generation using natural energy have been attempted, and power generation systems using wave power have been variously proposed, such as Korean Patent No. 10-1648293, but still can improve power generation efficiency. There is a constant demand for solutions.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 파력을 이용하여 양수에 필요한 동력을 대체함과 아울러 액체의 비중차를 이용하여 높은 낙차를 인위적으로 만들어 발전효율을 향상시킬 수 있는 수력양수 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above requirements, and uses wave power to replace the power required for pumping water, as well as hydraulic power that can improve power generation efficiency by artificially creating a high drop using the specific gravity difference of the liquid. Its purpose is to provide a pumped-storage generator.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수력양수 발전장치는 해상에 설치되어 파력에 의한 부력체의 요동에 대응하여 펌핑관을 통해 이송수를 펌핑하는 파력 양수기와; 상기 펌핑관과 연통되게 접속되되 해수면 보다 높게 수직상으로 연장되며 상기 이송수와 비중차를 갖으며 층분리가 되는 제1액체가 수용된 타워수조와; 상기 타워수조의 상기 제1액체로부터 층분리되어 상기 제1액체 상부에 위치하는 이송수를 배출하도록 상기 타워 수조와 접속된 제1배출관과; 상기 제1배출관에서 배출되는 이송수를 집수하는 제1집수조와; 상기 제1집수조에 저수된 이송수를 유입받아 상기 제1집수조보다 낮은 위치까지 이송하도록 연장된 낙하 안내관과; 상기 낙하 안내관을 통해 낙하되는 이송수에 의해 발전하는 발전기;를 구비한다.In order to achieve the above object, the hydroelectric power plant according to the present invention includes a wave power water pump installed on the sea and pumping water through a pumping pipe in response to fluctuations of a buoyancy body caused by wave power; a tower water tank that is connected in communication with the pumping pipe, extends vertically higher than sea level, has a specific gravity difference with the transported water, and accommodates a first liquid that is layer-separated; a first discharge pipe connected to the tower tank to discharge transfer water separated from the first liquid in the tower tank and positioned above the first liquid; a first collection tank for collecting the transfer water discharged from the first discharge pipe; a drop guide pipe extending to receive the transfer water stored in the first water collecting tank and transport it to a position lower than the first water collecting tank; and a generator that generates power by the transfer water falling through the drop guide pipe.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이송수는 해수가 적용되고, 상기 파력 양수기는 해상에 수직상으로 연장된 지주와; 상기 지주에 메인 힌지를 통해 회동가능하게 양방향으로 연장되되 일단에는 상기 부력체가 결합되어 있고, 타단에는 피스톤로드가 결합된 시소아암과; 상기 피스톤로드에 결합된 피스톤이 내장되며 하방에 유입구가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 하사점보다 낮고 상기 유입구보다 높은 위치의 측면에 상기 펌핑관이 접속된 실린더와; 상기 유입구와 상기 펌핑관의 접속부분 사이에 설치되어 상기 유입구로의 해수유입은 허용하고, 상기 유입구 하부로의 해수 배출은 차단하는 제1체크밸브와; 상기 펌핑관 상에 설치되어 상기 펌핑관으로부터 상기 타워수조로의 해수 이송은 허용하고, 상기 타워수조로부터 상기 실린더로의 해수 이송을 차단하는 제2체크밸브;를 구비하고, 상기 피스톤로드는 상기 시소아암에 형성된 장공을 따라 수직 이동이 허용되게 결합된다.According to one aspect of the present invention, sea water is applied to the transfer water, and the wave power water pump includes a post extending vertically to the sea; a seesaw arm rotatably extending in both directions through a main hinge to the support, one end of which is coupled to the buoyancy body, and the other end to which a piston rod is coupled; a cylinder having a built-in piston coupled to the piston rod, having an inlet formed thereunder, and having the pumping pipe connected to a side surface lower than the bottom dead center of the piston and higher than the inlet; a first check valve installed between the inlet and the connecting portion of the pumping pipe to allow seawater to flow into the inlet and block seawater discharge to the lower portion of the inlet; and a second check valve installed on the pumping pipe to allow the transfer of seawater from the pumping pipe to the tower water tank and to block the transfer of seawater from the tower water tank to the cylinder, wherein the piston rod is provided with the seesaw. It is coupled to allow vertical movement along the long hole formed in the arm.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제1액체는 상기 이송수보다 비중이 큰 것이 적용되고, 상기 제1액체가 상기 타워수조에 충진되는 높이 보다 높은 위치에서 수평상으로 내부 중앙을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되어 상기 타워수조의 내부를 관통하는 광을 검출하는 광검출기를 구비하는 제1센서와; 상기 제1배출관을 개폐하는 제1밸브와; 상기 광검출기에서 검출된 신호로부터 상기 제1액체에 대한 상기 이송수의 층분리율을 산출하고, 산출된 층분리율이 설정된 목표값에 도달하면 상기 제1밸브를 개방되게 처리하는 제어부;를 더 구비한다.According to another aspect of the present invention, the first liquid has a higher specific gravity than the transfer water, and the first liquid emits light horizontally toward the inner center at a position higher than the height at which the tower tank is filled. a first sensor having a light source for irradiation and a photodetector for detecting light emitted from the light source and passing through the inside of the tower water tank; a first valve opening and closing the first discharge pipe; A control unit that calculates a layer separation rate of the transferred water for the first liquid from the signal detected by the photodetector, and opens the first valve when the calculated layer separation rate reaches a set target value. .

바람직하게는 상기 제1액체는 비중이 1.2 내지 1.5이며 해수와 구분되는 색상을 갖는 것을 적용한다.Preferably, the first liquid has a specific gravity of 1.2 to 1.5 and has a color distinct from seawater.

또한, 상기 발전기를 거쳐 배출되는 이송수를 수집하는 제2집수조와; 상기 제2집수조에 집수된 이송수를 상기 파력 양수기에 공급되게 상기 제2집수조와 상기 실린더의 유입구 사이에 접속된 순환관;을 더 구비하는 구조로 구축될 수 있다.In addition, a second collection tank for collecting the transported water discharged through the generator; It may be constructed in a structure further comprising a circulation pipe connected between the second collection tank and the inlet of the cylinder so that the transfer water collected in the second collection tank is supplied to the wave power water pump.

본 발명에 따른 수력양수 발전장치에 의하면, 파력에 의해 생성된 동력으로 해수를 양수하고, 양수된 해수에 대해 이온성 제1액체의 비중차에 의한 수두차를 이용하여 고낙차를 만들어 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. According to the hydropower pumping device according to the present invention, seawater is pumped with power generated by wave power, and a high drop is made using the head difference due to the specific gravity difference of the ionic first liquid for the pumped seawater to increase power generation efficiency. Provides an advantage that can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력양수 발전장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 파력 양수기의 구조를 확대하여 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수력양수 발전장치를 나타내 보인 도면이다. 1 is a view showing a hydroelectric power plant according to an embodiment of the present invention,
2 is an enlarged view showing the structure of the wave power water pump of FIG. 1;
3 is a view showing a hydroelectric power plant according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수력양수 발전장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a hydroelectric power plant according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수력양수 발전장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 양수기의 구조를 확대하여 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a hydroelectric pump generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing the structure of the water pump of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수력양수 발전장치(100)는 파력 양수기(110), 펌핑관(130), 타워수조(140), 이젝터(120), 제1센서(145), 제1배출관(151), 제1집수조(161), 낙하 안내관(163), 제1 및 제2밸브(171)(172), 발전기(180) 및 제어부(190)를 구비한다.1 and 2, the hydroelectric power plant 100 according to the present invention includes a wave power water pump 110, a pumping pipe 130, a tower water tank 140, an ejector 120, and a first sensor 145 , a first discharge pipe 151, a first water collection tank 161, a drop guide pipe 163, first and second valves 171 and 172, a generator 180, and a controller 190.

파력 양수기(110)는 해상에 설치되어 파력에 의한 부력체(111)의 요동에 대응하여 펌핑관(130)을 통해 이송수를 펌핑하여 공급할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 이송수는 해수가 적용된다. The wave power water pump 110 is installed on the sea to pump and supply transported water through the pumping pipe 130 in response to fluctuations of the buoyancy body 111 caused by wave power. Here, seawater is applied as the number of transfers.

파력 양수기(110)는 지주(112), 시소아암(114), 피스톤(116), 실린더(118), 제1체크밸브(121), 제2체크밸브(122)를 구비한다.The wave power water pump 110 includes a post 112, a seesaw arm 114, a piston 116, a cylinder 118, a first check valve 121, and a second check valve 122.

지주(112)는 해상에서 해저에 지지되어 해수면보다 높은 위치까지 수직상으로 연장되게 설치되어 있다.The support 112 is supported on the seabed in the sea and is installed to extend vertically to a position higher than sea level.

시소아암(114)은 지주(112)의 상부에 메인 힌지(113)를 통해 회동가능하게 양방향으로 연장되되 일단에는 부력체(111)가 하방으로 연장되게 결합되어 있고, 타단에는 피스톤(116)의 피스톤로드(116a)가 하방으로 연장되게 결합되어 있다.The seesaw arm 114 extends rotatably in both directions through the main hinge 113 on the top of the support 112, but at one end, the buoyancy body 111 is coupled to extend downward, and at the other end, the piston 116 The piston rod 116a is coupled to extend downward.

여기서, 부력체(111)는 해수면에 부력에 의해 부상상태를 유지할 수 있게 형성된 것을 적용하며 상단과 시소아암(114)의 일단 사이에는 접속로드(111a)에 의해 접속되어 있다. Here, the buoyancy body 111 is formed to maintain a floating state by buoyancy on the sea surface, and is connected between the upper end and one end of the seesaw arm 114 by a connecting rod 111a.

또한, 시소아암(114)의 타단에는 길이방향을 따라 장공(114a)이 형성되어 있고, 피스톤로드(116a)는 시소아암(114)에 형성된 장공(114a)을 따라 수직 이동이 허용되게 결합되어 있다.In addition, a long hole 114a is formed at the other end of the seesaw arm 114 along the longitudinal direction, and the piston rod 116a is coupled to allow vertical movement along the long hole 114a formed in the seesaw arm 114. .

실린더(118)는 피스톤로드(116a)의 하단에 결합된 피스톤(116)이 내장되며 하방에 유입구(118a)가 형성되어 있고, 피스톤(116)의 하사점보다 낮고 유입구(118a)보다 높은 위치의 측면에 측면공(118b)이 형성되어 펌핑관(130)이 연통가능하게 접속되어 있다.The cylinder 118 has a built-in piston 116 coupled to the lower end of the piston rod 116a and has an inlet 118a formed at the bottom, lower than the bottom dead center of the piston 116 and higher than the inlet 118a. A side hole 118b is formed on the side and the pumping pipe 130 is communicatively connected.

제1체크밸브(121)는 실린더(118)의 유입구(118a)와 펌핑관(130)의 접속부분이 되는 측면공(118b) 사이에 설치되어 유입구(118a)로부터 실린더(118) 내부로의 해수유입은 허용하고, 실린더(118) 내부에 유입된 해수의 유입구(118a) 하부로의 해수 배출은 차단하도록 설치되어 있다.The first check valve 121 is installed between the inlet 118a of the cylinder 118 and the side hole 118b that is the connection part of the pumping pipe 130, and the seawater flows from the inlet 118a into the cylinder 118. It is installed to allow the inflow and block the discharge of seawater to the bottom of the inlet 118a of the seawater introduced into the cylinder 118.

제2체크밸브(122)는 펌핑관(130) 상에 설치되어 펌핑관(130)으로부터 이온성 제1액체가 충전된 타워수조(140)로의 해수 이송은 허용하고, 타워수조(140)로부터 실린더(118)로의 해수 이송을 차단하도록 설치되어 있다.The second check valve 122 is installed on the pumping pipe 130 to allow the transfer of seawater from the pumping pipe 130 to the tower tank 140 filled with the ionic first liquid, and from the tower tank 140 to the cylinder. It is installed to block seawater transfer to (118).

이러한 파력 양수기(110)는 파력에 의해 승하강되면서 유동되는 부유체(111)에 의해 피스톤(116)이 승하강되면서 피스톤 작용에 의해 해수를 펌핑하며, 펌핑된 해수는 펌핑관(130)을 통해 이온성 제1액체가 충전된 타워수조(140)로 공급된다.The wave power water pump 110 pumps seawater by the piston action while the piston 116 moves up and down by the floating body 111 moving up and down by wave power, and the pumped seawater passes through the pumping pipe 130. The ionic first liquid is supplied to the filled tower water tank 140.

한편, 도시된 예와 다르게 파력 양수기는 파력에 의해 진퇴되는 진퇴체의 진퇴에 대응되게 피스톤이 진퇴하면서 해수를 펌핑하여 펌핑관(130)으로 공급하는 구조 등 다양한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, unlike the illustrated example, the wave power water pump can be applied with various structures, such as a structure in which the piston advances and retreats to pump seawater and supply it to the pumping pipe 130 in response to the advance and retreat of the body advancing and retreating by wave power.

타워수조(140)는 펌핑관(130)과 연통되게 접속되되 해수면 보다 높게 수직상으로 연장되며 이송수로 적용된 해수(141)와 비중차를 갖으며 층분리가 되는 이온성 제1액체(142)가 수용되어 있다. The tower water tank 140 is connected in communication with the pumping pipe 130, but extends vertically higher than sea level, has a specific gravity difference with seawater 141 applied as transported water, and has an ionic first liquid 142 that is layer-separated is accepted.

여기서, 제1액체(142)는 이송수로 적용된 해수(142)보다 비중이 큰 것이 적용된다. 바람직하게는 제1액체(142)는 비중이 1.2 내지 1.5인 것이 적용되고, 이온성 액체가 적용될 수 있다. 일 예로서, 제1액체(142)는 소수성이 강한 음이온 액체로서 비중이 1.337, 녹는점이 -32.5℃이고, 끓는점이 74.1℃인 메틸클로로포름(methylchloroform;C2H3Cl3)과 할로겐화아실불소를 포함하는 음이온으로 구성된 PF6 -,(CF2SO4)2N-, 비극성 유기용매인 디에틸에테르나 톨루엔 중 어느 하나가 적용될 수 있다.Here, the first liquid 142 has a higher specific gravity than seawater 142 applied as transfer water. Preferably, the first liquid 142 has a specific gravity of 1.2 to 1.5, and an ionic liquid may be applied. As an example, the first liquid 142 is an anionic liquid having a strong hydrophobicity, and contains methylchloroform (C 2 H 3 Cl 3 ) having a specific gravity of 1.337, a melting point of -32.5 ° C, and a boiling point of 74.1 ° C and acyl fluorine halide. PF 6 - , (CF 2 SO 4 ) 2 N - composed of anions including, any one of diethyl ether or toluene, which is a non-polar organic solvent, may be applied.

이젝터(120)는 타워수조(140) 내로 연장된 토출관(122)을 통해 에어를 공급하여 이송수인 해수(141)와 제1액체(142)의 혼합을 촉진시켜 층분리 속도를 향상시킨다. 이젝터(120)는 후술되는 제어부(190)에 의해 구동이 제어된다.The ejector 120 supplies air through the discharge pipe 122 extending into the tower water tank 140 to promote mixing of the transported seawater 141 and the first liquid 142 to improve the layer separation speed. The driving of the ejector 120 is controlled by a control unit 190 to be described later.

또한, 해수(141)와의 층분리에 대한 인식률을 높이기 위해 제1액체(142)는 해수(141)와 구분되는 색상을 갖는 것을 적용할 수 있다.In addition, in order to increase the recognition rate for the layer separation from the seawater 141, the first liquid 142 may have a color distinct from the seawater 141.

제1배출관(151)은 타워수조(140)의 제1액체(141)로부터 층분리되어 제1액체(141) 상부에 위치하는 이송수인 해수(141)를 배출하도록 타워 수조(140)의 상부에 형성된 토출구(140a)로부터 연장되어 제1집수조(161)로 해수를 공급할 수 있도록 되어 있다.The first discharge pipe 151 is separated from the first liquid 141 of the tower water tank 140 and discharges seawater 141, which is transfer water located above the first liquid 141, at the top of the tower water tank 140. It extends from the discharge port 140a formed on the to supply seawater to the first water collection tank 161.

여기서, 제1배출관(151)의 높이는 타워수조(140)에 제1액체(142)로만 채워졌을 때의 상단 높이보다 높은 위치에서 층분리가 안정적으로 유지되는 위치로 적절하게 적용하면 된다.Here, the height of the first discharge pipe 151 may be appropriately applied to a position where the layer separation is stably maintained at a position higher than the height of the top when the tower water tank 140 is filled only with the first liquid 142.

제1센서(145)는 제1액체(142)가 타워수조(140)에 충진되는 높이 보다 높은 위치에서 수평상으로 내부 중앙을 향해 광을 조사하는 광원(145a)과, 광원(145a)에서 출사되어 타워수조(140)의 내부를 관통하는 광을 검출하는 광검출기(145b)를 구비한다. 제1센서(145)는 제1액체(142)에 대한 해수(141)의 층분리율을 판단할 수 있도록 적용된 것으로 제1배출관(151)이 접속되는 토출구(140a) 보다는 낮은 위치에 배치된다.The first sensor 145 emits light from a light source 145a that radiates light toward the inner center horizontally from a position higher than the height at which the first liquid 142 is filled in the tower water tank 140, and the light source 145a. and a photodetector 145b for detecting light penetrating the inside of the tower water tank 140. The first sensor 145 is applied to determine the layer separation rate of the seawater 141 with respect to the first liquid 142 and is disposed at a position lower than the discharge port 140a to which the first discharge pipe 151 is connected.

제1밸브(171)는 제1배출관(151)에 설치되어 제1배출관(151) 내부의 유로를 제어부(190)에 제어되어 개폐한다.The first valve 171 is installed in the first discharge pipe 151 and opens and closes the passage inside the first discharge pipe 151 under the control of the control unit 190 .

제1집수조(161)는 제1배출관(161)에서 배출되는 이송수인 해수(141)를 집수한다.The first collection tank 161 collects seawater 141, which is transported water discharged from the first discharge pipe 161.

제1집수조(161)에 지수된 해수의 수위를 검출하여 제어부에 제공하는 수위센서(미도시)가 더 구비될 수 있다.A water level sensor (not shown) may be further provided in the first water collecting tank 161 to detect the water level of the indexed seawater and provide the detected water level to the control unit.

낙하 안내관(163)은 제1집수조(161)에 저수된 해수(141)를 유입받아 제1집수조(161)보다 낮은 위치까지 연장되어 후술되는 발전기(180)의 수차 터빈 발전 동력원으로 공급하도록 되어 있다.The drop guide pipe 163 receives the seawater 141 stored in the first water collecting tank 161 and extends to a position lower than the first water collecting tank 161 to supply it as a water turbine power source of the generator 180 to be described later. there is.

낙하 안내관(163)은 제1집수조(161)에 침수되게 설치된 일단으로부터 점진적으로 높이가 높게 연장되어 제1집수조(161)보다 높이가 높은 첨두영역을 거친 후 다시 점진적으로 높이가 낮아지면서 발전기(180)로 연장된 구조로 되어 있다.The drop guide pipe 163 extends to a higher height gradually from one end installed to be submerged in the first collecting tank 161, passes through a peak area higher in height than the first collecting tank 161, and then gradually lowers in height again to generate a generator ( 180) has an extended structure.

낙하 안내관(163)은 사이펀(siphon) 방식으로 제1집수조(161)에 저수된 해수(141)를 발전기에 공급할 수 있도록 되어 있다. 참조부호 165는 낙하 안내관(163)의 가장 높이가 높은 첨두영역으로부터 발전기(180)로 이어지는 연장부분의 중간에서 분기되어 낙하안내관(163)과 연통되며 상방으로 연장된 보조관이며, 참조부호 172는 보조관에 설치되어 보조관의 유로를 개폐하는 제2밸브이다.The drop guide pipe 163 is configured to supply the seawater 141 stored in the first water collecting tank 161 to the generator in a siphon manner. Reference numeral 165 is an auxiliary pipe that is branched from the middle of the extension from the highest peak area of the drop guide pipe 163 to the generator 180 and communicates with the drop guide pipe 163 and extends upward. 172 is a second valve installed in the auxiliary pipe to open and close the passage of the auxiliary pipe.

도시되지는 않았지만, 제어부(190)에 제어되며 보조관(165)으로 유체를 공급하여 낙하 안내관(163)의 해수 낙하를 촉진시키거나 초기에 유도하는 유체 공급기가 접속될 수 있다.Although not shown, a fluid supply that is controlled by the control unit 190 and supplies fluid to the auxiliary pipe 165 to accelerate or initially induce the drop of the water of the drop guide pipe 163 may be connected.

발전기(180)는 낙하 안내관(163)을 통해 낙하되는 이송수인 해수에 의해 발전하며 해수에 의해 회전하는 수차 및 수차의 회전에 연동되어 전력을 생성하는 수차터빈 발전기 등 공지된 다양한 구조로 구축될 수 있다.The generator 180 is constructed with various known structures, such as an aberration turbine generator that generates power by seawater, which is transported water falling through the drop guide pipe 163, and generates power by interlocking with the rotation of the aberration wheel and the rotation of the aberration by the seawater. It can be.

제어부(190)는 광검출기(145b)에서 검출된 신호로부터 제1액체(142)에 대한 이송수인 해수(141)의 층분리율을 산출하고, 산출된 층분리율이 설정된 목표값에 도달하면 제1밸브(171)를 개방되게 처리한다.The control unit 190 calculates the layer separation rate of the seawater 141, which is the transfer water for the first liquid 142, from the signal detected by the photodetector 145b, and when the calculated layer separation rate reaches the set target value, the first Handle the valve 171 to open.

여기서, 층분리율은 해수(141)와 제1액체(142)의 흡광 파장이 다른 경우 광원(145a)에서 출사된 광에 대해 제1액체(142)의 혼합 유무 및 비율에 의해 광검출기(145b)에서 검출되는 광의 세기 변화정보를 이용하여 산출하도록 구축될 수 있다.Here, the layer separation rate is determined by the presence or absence of mixing of the first liquid 142 with respect to the light emitted from the light source 145a when the absorption wavelengths of the seawater 141 and the first liquid 142 are different and the photodetector 145b It can be built to calculate using the light intensity change information detected in the.

이러한 제어방식에 의하면, 해수가 펌핑되는 과정에서 제1액체(142)와 해수가 혼합된 후 완전한 층분리가 이루어질 때 타워수조(140)의 상부에 층분리된 해수를 제1배출관(151)을 통해 배출되게 처리할 수 있어 제1액체(142)이 타워수조 외부로의 배출을 방지할 수 있다.According to this control method, when the first liquid 142 and the seawater are mixed in the process of pumping the seawater and complete layer separation is achieved, the layer-separated seawater on the top of the tower water tank 140 is passed through the first discharge pipe 151. It can be treated so that the first liquid 142 is discharged through the tower water tank.

한편, 제1액체(142)의 외부 누출을 억제할 수 있도록 이송수가 순환되는 구조로 적용할 수 있고, 이 경우 도 3에 도시된 바와 같이 발전기(180)를 거쳐 배출되는 이송수인 해수를 수집하는 제2집수조(185)와, 제2집수조(185)에 집수된 이송수를 파력 양수기(110)의 실린더(118)의 유입구(118a)에 공급되게 제2집수조(185)와 실린더(118)의 유입구(118a) 사이에 연통되게 접속된 순환관(187)을 갖는 구조로 구축될 수 있다. On the other hand, it can be applied to a structure in which the transported water is circulated so as to suppress external leakage of the first liquid 142, and in this case, as shown in FIG. 3, seawater, which is transported water discharged through the generator 180, is collected. The second collecting tank 185 and the cylinder 118 supply the transfer water collected in the second collecting tank 185 to the inlet 118a of the cylinder 118 of the wave power water pump 110 It may be constructed in a structure having a circulation pipe 187 connected in communication between the inlets 118a of the.

또한, 제2집수조(185)는 내부공간이 폐쇄되어 발전기(180)로부터 배출되는 해수를 유입받아 순환관(187)에 공급하는 구조로 구축될 수 있음은 물론이다.In addition, it is needless to say that the second water collecting tank 185 may have a structure in which the inner space is closed to receive seawater discharged from the generator 180 and supply it to the circulation pipe 187.

한편, 예시된 제1센서(145), 제1밸브(171) 및 제어부(190)가 생략되고, 층분리영역에 도달된 해수가 제1배출관(161)을 통해 배출되고, 앞서 설명된 방식으로 제1집수조(161)에 저수된 해수가 낙하 가이드관(163)을 통해 낙하되면서 발전이 이루어도록 구축될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the exemplified first sensor 145, the first valve 171, and the control unit 190 are omitted, and the seawater reaching the layer separation area is discharged through the first discharge pipe 161, and in the manner described above. It goes without saying that the seawater stored in the first water collection tank 161 can be constructed so that power generation is achieved while falling through the drop guide pipe 163.

이러한 수력발전장치에 의하면, 파력에 의해 자연에너지로 생성된 동력으로 해수를 양수하고, 양수된 해수에 대해 이온성 제1액체의 비중차에 의한 화학에너지로 형성된 고낙차 수두차를 이용하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. According to this hydroelectric power generation device, seawater is pumped with power generated by natural energy by wave power, and power generation efficiency is achieved by using a high drop head difference formed by chemical energy due to the specific gravity difference of the ionic first liquid for the pumped seawater. provides an advantage that can be improved.

110: 파력 양수기 130: 펌핑관
140: 타워수조 145: 제1센서
151: 제1배출관 161: 제1집수조
163: 낙하 안내관 171, 172: 제1 및 제2밸브
180: 발전기 190: 제어부110: wave power water pump 130: pumping pipe
140: tower tank 145: first sensor
151: first discharge pipe 161: first collection tank
163: drop guide pipe 171, 172: first and second valves
180: generator 190: control unit

Claims (6)

해상에 설치되어 파력에 의한 부력체의 요동에 대응하여 펌핑관을 통해 이송수를 펌핑하는 파력 양수기와;
상기 펌핑관과 연통되게 접속되되 해수면 보다 높게 수직상으로 연장되며 상기 이송수와 비중차를 갖으며 층분리가 되는 제1액체가 수용된 타워수조와;
상기 타워수조의 상기 제1액체로부터 층분리되어 상기 제1액체 상부에 위치하는 이송수를 배출하도록 상기 타워 수조와 접속된 제1배출관과;
상기 제1배출관에서 배출되는 이송수를 집수하는 제1집수조와;
상기 제1집수조에 저수된 이송수를 유입받아 상기 제1집수조보다 낮은 위치까지 이송하도록 연장된 낙하 안내관과;
상기 낙하 안내관을 통해 낙하되는 이송수에 의해 발전하는 발전기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.A wave power water pump that is installed on the sea and pumps transported water through a pumping pipe in response to fluctuations of the buoyancy body caused by wave power;
a tower water tank that is connected in communication with the pumping pipe, extends vertically higher than sea level, has a specific gravity difference with the transported water, and accommodates a first liquid that is layer-separated;
a first discharge pipe connected to the tower tank to discharge transfer water separated from the first liquid in the tower tank and positioned above the first liquid;
a first collection tank for collecting the transfer water discharged from the first discharge pipe;
a drop guide pipe extending to receive the transfer water stored in the first water collecting tank and transport it to a position lower than the first water collecting tank;
A high-drop hydraulic pumped-storage device using a difference in specific gravity between wave power and liquid, characterized in that it comprises a generator that generates power by the transfer water falling through the drop guide pipe. 제1항에 있어서, 상기 이송수는 해수가 적용되고,
상기 파력 양수기는
해상에 수직상으로 연장된 지주와;
상기 지주에 메인 힌지를 통해 회동가능하게 양방향으로 연장되되 일단에는 상기 부력체가 결합되어 있고, 타단에는 피스톤로드가 결합된 시소아암과;
상기 피스톤로드에 결합된 피스톤이 내장되며 하방에 유입구가 형성되어 있고, 상기 피스톤의 하사점보다 낮고 상기 유입구보다 높은 위치의 측면에 상기 펌핑관이 접속된 실린더와;
상기 유입구와 상기 펌핑관의 접속부분 사이에 설치되어 상기 유입구로의 해수유입은 허용하고, 상기 유입구 하부로의 해수 배출은 차단하는 제1체크밸브와;
상기 펌핑관 상에 설치되어 상기 펌핑관으로부터 상기 타워수조로의 해수 이송은 허용하고, 상기 타워수조로부터 상기 실린더로의 해수 이송을 차단하는 제2체크밸브;를 구비하고,
상기 피스톤로드는 상기 시소아암에 형성된 장공을 따라 수직 이동이 허용되게 결합된 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.The method of claim 1, wherein the transfer water is applied seawater,
The wave power water pump
A post extending vertically into the sea;
a seesaw arm rotatably extending in both directions through a main hinge to the support, one end of which is coupled to the buoyancy body, and the other end to which a piston rod is coupled;
a cylinder having a built-in piston coupled to the piston rod, having an inlet formed thereunder, and having the pumping pipe connected to a side surface lower than the bottom dead center of the piston and higher than the inlet;
a first check valve installed between the inlet and the connecting portion of the pumping pipe to allow seawater to flow into the inlet and block seawater discharge to the lower portion of the inlet;
A second check valve installed on the pumping pipe to allow the transport of seawater from the pumping pipe to the tower tank and to block the transport of seawater from the tower tank to the cylinder;
The piston rod is coupled to allow vertical movement along the long hole formed in the seesaw arm. 제1항에 있어서, 상기 제1액체는 상기 이송수보다 비중이 큰 것이 적용되고, 상기 제1액체가 상기 타워수조에 충진되는 높이 보다 높은 위치에서 수평상으로 내부 중앙을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되어 상기 타워수조의 내부를 관통하는 광을 검출하는 광검출기를 구비하는 제1센서와;
상기 제1배출관을 개폐하는 제1밸브와;
상기 광검출기에서 검출된 신호로부터 상기 제1액체에 대한 상기 이송수의 층분리율을 산출하고, 산출된 층분리율이 설정된 목표값에 도달하면 상기 제1밸브를 개방되게 처리하는 제어부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.The light source of claim 1, wherein the first liquid has a specific gravity greater than that of the transfer water, and emits light horizontally toward the inner center at a position higher than the height at which the first liquid is filled in the tower water tank. and a first sensor having a photodetector for detecting light emitted from the light source and penetrating the inside of the tower water tank;
a first valve opening and closing the first discharge pipe;
Further comprising a control unit that calculates a layer separation rate of the transfer water for the first liquid from the signal detected by the photodetector, and opens the first valve when the calculated layer separation rate reaches a set target value. High drop hydroelectric power plant using the difference in specific gravity between wave power and liquid, characterized in that. 제3항에 있어서, 상기 제1액체는 소수성이 강한 음이온 액체로서 비중이 1.337, 녹는점이 -32.5℃이고, 끓는점이 74.1℃인 메틸클로로포름(methylchloroform;C2H3Cl3)과 할로겐화아실불소를 포함하는 음이온으로 구성된 PF6 -,(CF2SO4)2N-, 비극성 유기용매인 디에틸에테르나 톨루엔 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.The method of claim 3, wherein the first liquid is a highly hydrophobic anionic liquid containing methylchloroform (C 2 H 3 Cl 3 ) having a specific gravity of 1.337, a melting point of -32.5 ° C, and a boiling point of 74.1 ° C and halogenated acyl fluorine. PF composed of anions containing 6 - , (CF 2 SO 4 ) 2 N - , high drop hydroelectric power generation using wave power and specific gravity difference between liquid, characterized in that either diethyl ether or toluene, a non-polar organic solvent, is applied Device. 제3항에 있어서, 상기 발전기를 거쳐 배출되는 이송수를 수집하는 제2집수조와;
상기 제2집수조에 집수된 이송수를 상기 파력 양수기에 공급되게 상기 제2집수조와 상기 실린더의 유입구 사이에 접속된 순환관;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.The method of claim 3, further comprising: a second collection tank for collecting transported water discharged through the generator;
A circulation pipe connected between the second collection tank and the inlet of the cylinder so that the transported water collected in the second collection tank is supplied to the wave power water pump. Hydroelectric power plant. 제1항에 있어서, 상기 타워수조 내로 에어를 공급하여 상기 이송수와 상기 제1액체의 혼합을 촉진시켜 층분리 속도를 향상시키는 이젝터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파력과 액체의 비중차를 이용한 고낙차 수력양수발전장치.The difference in specific gravity between the wave force and the liquid according to claim 1, further comprising an ejector that supplies air into the tower tank to promote mixing of the transported water and the first liquid to increase a layer separation speed. High drop hydraulic pumped storage device using
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