KR101551479B1 - 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치 및 하우징 장치 - Google Patents

물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치 및 하우징 장치 Download PDF

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Abstract

물의 파랑 에너지의 전환 장치는 전방부(11), 전방부(11) 맞은 편의 후방부(12), 상부(13) 및 상부 맞은 편의 하부(14); 및 칸막이(16), 상부(13)와 칸막이(16) 사이의 전방부(11)에 있는 적어도 하나의 유입 밸브(17), 및 유입 챔버 벤트(18)를 가지는 유입 챔버(15)를 포함하고, 유입 밸브(17)는 유입 챔버(15)로 물이 한 방향으로 흐르게 한다. 유출 챔버(19)는 칸막이(16)와 하부(14) 사이의 적어도 하나의 유출 밸브(20), 및 유출 챔버(19) 안의 대기압을 유지하도록 형성된, 칸막이(16)와 상부(13) 사이에 위치한 유출 챔버 벤트(21)를 가지고, 유출 밸브(20)는 유출 챔버(19) 밖으로 물이 한 방향으로 흐르도록 한다. 연결 덕트(22)는 유출 챔버(19)로 유입 챔버(15)의 칸막이(16)를 연결하고, 연결 덕트(22)에 적어도 부분적으로 위치한 발전기(41)는 유입 챔버(15)로의 물의 파랑 에너지-유도 흐름에 반응하여 전기를 발생한다.

Description

물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치 및 하우징 장치{DEVICE FOR CONVERSION OF ENERGY OF INCIDENT WAVE OF WATER TO ELECTRICITY AND HOUSING DEVICE}
본 발명은 물의 파랑 에너지를 다른 형태의 에너지로 전환하기 위한 장치에 관한 것이다.
오늘날 에너지에 대한 요구는 증가하고 있다. 에너지 가격의 증가로 인해 다양한 대안의 에너지원이 고려되어 왔다. 이들 대안의 에너지원은 예를 들어, 물의 파랑의 에너지의 일부를 획득하는 것을 포함한다. 물의 파랑으로부터 에너지를 채취하기 위한 다양한 기술이 공지되어 있다. 예를 들어, 하타케야마(Hatakeyama)에 의한 일본 특허 공개공보 JP 11-117847은 유입 챔버 및 배출 챔버를 가지는 전력-발생 장치를 개시하고 있다. 유입 챔버의 전방 벽은 안쪽으로 열리도록 위치한 복수의 역류-검사 보드를 가진다. 배출 챔버의 전방 벽은 바깥쪽으로 열리도록 위치한 복수의 유입-검사 보드를 가진다. 유입 챔버는 전달 구멍을 가지는 칸막이에 의해 떨어져, 배출 챔버에 인접한다. 배출 챔버의 발전기에 연결된 터빈은 전달 구멍 안에 위치해 있다. 배출 챔버는 리드(lid)를 구비한다.
블레이서너(Bleissener)에 의한 PCT 특허 공개공보 WO 86/04391은 바다의 바닥에 고정되고 유입 챔버 및 배출 챔버로 나눠진 플로트(float)를 포함하는, 파랑 에너지의 개발을 위한 파랑 에너지 발전 설비를 개시하고 있다. 보(barrage) 소자들은 한 방향으로만 물의 스트림이 통과하도록 한다. 흐름 개구부(flow opening)는 유입 챔버와 배출 챔버 사이의 벽에 형성되고, 발전기에 결합된 유압식 터빈은 각각의 개구부에 배열된다. 물은 바다의 상승 파(up wave)의 영역에 있는 보 소자들을 통해 유입 챔버에 침투한다. 물은 파의 골(trough) 영역에 있는 보 소자들을 통해 배출 챔버 밖으로 나온다. 들어가고 나오는 물에 의해 열린 보 소자들 사이의 압력차 및 유압식 터빈을 통해 상기 압력 때문에 흐르는 물의 양이 에너지를 발생시킨다.
그러나, 이와 같은 공지된 파랑 에너지 전환 장치는 가능한한 파랑의 에너지의 대부분을 전환하는데 있어 효율성의 면에서 결점을 가지며, 장치는 실용적이지 않게 된다. 신뢰성 있고 견고하며 비용면에서 효율적인 효율성이 증가된 파랑 에너지의 전기로의 전환을 위한 장치를 제공하는 것이 매우 바람직하다.
제 1 태양에 따르면, 물의 파랑 에너지의 전환을 위한 장치는 전방부, 전방부 맞은 편의 후방부, 상부 및 상부 맞은 편의 하부, 칸막이, 상부와 칸막이 사이의 전방부에 있는 적어도 하나의 유입 밸브, 및 유입 챔버 벤트를 가지는 유입 챔버를 포함하고, 유입 밸브는 유입 챔버로 물이 한 방향으로 흐르도록 한다. 유출 챔버는 칸막이와 하부 사이의 적어도 하나의 유출 밸브, 및 유출 챔버 안의 대기압을 유지하도록 형성된, 칸막이와 상부 사이에 위치한 유출 챔버 벤트를 가지며, 유출 챔버는 유출 챔버로 물이 한 방향으로 흐르도록 한다. 연결 덕트는 유출 챔버로 유입 챔버의 칸막이를 연결하고, 연결 덕트에 적어도 부분적으로 위치한 발전기는 유입 챔버로의 물의 파랑 에너지-유도 흐름에 반응하여 전기를 발생한다.
다양한 바람직한 실시예에 관한 전술한 내용 및 이하 더 상세한 설명으로부터, 본 발명이 물의 파랑 에너지의 전환 기술에서 상당한 개선을 제공함은 당업자에 명백할 것이다. 이와 관련하여 본 발명이 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 높은 효율성을 가진 낮은 비용의 장치를 제공하는 것이 특히 중요하다. 다양한 바람직한 실시예들의 추가적 특징 및 이점은 이하 제공된 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 바람직한 실시예에 따라 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치에 관한 등각도이다.
도 2는 파랑으로부터 물로 부분적으로 충전된 유입 챔버 및 유출 챔버를 가지는 장치의 내부를 나타내는 도 1의 실시예에 관한 등각 단면도이다.
도 3은 열리는 경우 유입 밸브 또는 유출 밸브 중 하나에 관한 바람직한 실시예의 등각도이다.
도 4는 닫히는 경우의 도 3의 밸브에 관한 등각도이다.
도 5는 닫힌 것으로 도시된 유입 밸브 또는 유출 밸브의 또다른 바람직한 실시예에 관한 단면도이다.
도 6은 개방된 것으로 도시된 유입 밸브 또는 유출 밸브의 또다른 바람직한 실시예에 관한 단면도이다.
도 7은 곡면의 전방부를 가지는 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치의 대안의 바람직한 실시예에 관한 등각 단면도이다.
도 8은 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치의 또다른 대안의 바람직한 실시예에 관한 등각 단면도이다.
도 9는 조절가능한 물 표면적을 가지는 장치의 챔버의 제 1 실시예에 관한 단면도이다.
도 10은 조절가능한 물의 표면적을 가지는 장치의 챔버에 관한 개략적인 도면이다.
도 11은 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치에 관한 또다른 바람직한 실시예에다.
도 12 및 13은 파랑 에너지의 흡수를 나타내는 장치의 추가적인 실시예이다.
첨부한 도면은 본 발명의 기본 원리를 설명하는 다양한 바람직한 특징들을 간소화된 표현으로 나타내며, 일정 비율로 반드시 그려질 필요가 없음을 이해해야 한다. 예를 들어, 유입 및 유출 챔버의 구체적인 치수를 포함하는 본 발명에 개시된 바와 같이 파랑 에너지를 전환하기 위한 장치의 구체적인 설계 특징은 의도된 특정 응용 및 사용 환경에 의해 부분적으로 결정될 것이다. 설명된 실시예들의 소정의 특징은 명백한 이해를 제공하는데 도움이 되도록 다른 실시예들로 확장되거나 또는 변경된다. 특히, 이 특징들은 예를 들어 설명의 명료함을 위해 풍성하게 된다. 달리 표시되지 않는 한, 방향 및 위치에 대한 모든 참고사항은 도면에 설명된 방위를 언급한다.
본 발명에 개시되어 있는 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하는 장치를 위해 다양한 용도 및 설계를 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술의 분야에서 통상의 지식 또는 경험을 가지는 당업자에 명백할 것이다. 다양한 대안의 특징과 실시예 및 바람직한 특징과 실시예들에 관한 이하 상세한 설명은 물의 파랑 에너지의 전환에 사용하기 적합한 장치를 참고로 하여 본 발명의 일반적 원리를 설명할 것이다. 본 발명의 이점을 제공하며 다른 응용들에 적합한 다른 실시예가 당업자에 명백할 것이다.
도면을 참고하면, 도 1은 물의 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치(10)를 나타낸다. 장치는 고정식 또는 부유식 방파제와 같은 파랑 에너지 흡수기 또는 반응성 파 댐퍼(reactive wave damper)로 기능할 수 있다. 장치(10)의 복수의 유닛은 해안선에서 또는 대안으로는 바다에서의 부유식 폰툰(pontoon) 상에서 함께 사용될 수 있다. 파랑으로부터 물은 유출 챔버(19) 위의 유입 챔버(15)로 흐른다. 유출 챔버(19)는 도 2에 도시된 바와 같이 대략 L-형태의 단면을 가질 수 있다. 장치는 전방부(11), 전방부의 반대 편에 있는 후방부(12), 및 상부(13) 및 상부의 반대 편에 있는 하부(14)를 가진다. 상부에서 하부로의 방향은 정상 동작에서 또한 중력의 끌어당김에 대응하는 수직 방향으로 정의된다. 물은 파랑으로부터 유입 챔버로 흐르고, 수위(27)까지 물로 유입 챔버를 채운다. 유리하게는 유입 챔버에서 파랑 에너지를 획득한다. 유입 챔버(15)로부터, 물은 연결 덕트(22)를 통해 유출 챔버(19)로 흐르며, 전기를 발생시키기 위해 전기 발전기(41)의 일부인 터빈(24)을 회전시킨다. 유입 챔버(15)는 장치(10)의 상부(13)에 위치되어 있는 유입 챔버 벤트(vent)(18) 및 깊이(depth)(33)를 가진다. 유출 챔버(19)는 유출 챔버 벤트(21) 및 유출 깊이(34)를 가진다.
유입 챔버(15)는 물이 유입 챔버(15)로 한 방향으로 흐르도록 하는 유입 밸브(17)를 가지며, 유리하게는 동일한 밸브를 통해 유입 챔버의 밖으로 물이 흐르는 것을 방지한다. 유출 챔버(19)는 물이 유출 챔버(19)의 밖으로 한 방향으로 흐르도록 하는 유출 밸브(20)를 가지며, 유리하게는 동일한 밸브를 통해 유출 챔버로 물이 흐르는 것을 방지한다. 유입 밸브(17) 및 유출 밸브(20)는 장치(10)의 전방부(11)에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 밸브(17, 20)가 정상 동작에서 입사 파랑과 마주하도록 한다. 유리하게는, 유입 밸브(17)는 정상 동작 동안 유출 밸브(20)가 물에 잠겨진 채로 있도록 유출 밸브(20) 위에 위치한다. 큰 파랑의 수위가 유출 밸브(20)의 상부 가장자리보다 낮은 경우, 예를 들어 폭풍 조건에서 파랑의 골 동안, 유출 밸브(20)는 여전히 물이 유출 챔버(19) 밖으로 한 방향으로 흐르도록 할 것이다. 유출 챔버의 밖에서 흐름이 발생하기 위해 유출 밸브(20)가 물에 잠길 필요는 없다.
유입 벨브(17)는 상부(13)와 칸막이(16) 사이 어디든지 위치할 수 있다. 따라서, 유입 밸브(17)는 상부(13)에, 상부(13)와 칸막이(16) 사이에, 또는 칸막이(16)에 있을 수 있다. 유출 밸브(20)는 칸막이(16)와 하부(14) 사이 어디든지 위치할 수 있다. 따라서 유출 밸브(20)는 칸막이(16)에, 칸막이(16)와 하부(14) 사이에, 또는 하부(14)에 있을 수 있다.
유입 챔버(15) 및 유출 챔버(19)는 칸막이(16)에 의해 부분적으로 분리된다. 칸막이(16)의 일부는 장치(10)의 하부(14)에 실질적으로 평행할 수 있고, 칸막이에 하나 이상이 터빈들이 도 2에 도시된 바와 같이 위치할 수 있다. 대안으로는, 칸막이(216)의 일부는 하나 이상의 터빈이 도 11에 도시된 바와 같이 위치되어 있는 장치의 하부(14)에 대략 수직일 수 있다. 장치(10)의 하부(14)는 또한 유출 챔버(19)의 하부(14)이다.
유입 챔버(15)를 유출 챔버(19)에 연결하는 연결 덕트(22)가 칸막이(16)에 있다. 2 이상의 연결 덕트는 장치에서 사용될 수 있다. 연결 덕트는 수위선 아래에(즉, 수중에) 위치할 수 있다. 연결 덕트는 장치의 챔버의 레이아웃에 따라 직선, 구부러진 형태, 또는 U-형태와 같은 다양한 형태로 가정될 수 있다. 연결 덕트(22)는 유입 챔버(15)로부터 유출 챔버(19)로 물이 흐르도록 한다. 연결 덕트(22)는 유입 챔버(15) 및 유출 챔버(19)에 연결 덕트(22)를 연결하는 챔퍼링된(chamfered) 단부(66)를 가질 수 있다. 바람직하게는 연결 덕트는 유입 챔퍼의 단면적보다 작은 단면적을 가지며, 이에 의해 덕트를 통해 물이 흐르는 속도를 증가시킨다. 유입 챔버의 단면적은 유입 챔버 안의 액체의 표면적에 의해 정의된다. 연결 덕트의 단면적은 칸막이에서 연결 덕트를 통해 단면선에 의해 형성된 영역에 의해 정의된다. 장치(10)의 구성에 따라, 장치(10)는 유입 챔버와 유출 챔버 사이의 2 개 이상의 연결 덕트(22)를 가질 수 있다.
발전기(41)는 터빈(24)을 포함할 수 있고 또한 연결 덕트를 통하는 물의 흐름에 반응하여 터빈의 회전에 의해 발생된 전기가 더 안정적이며 일정하도록 기계식 이니셜 디스크(initial disk) 및/또는 커패시터를 포함할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 전기 발전기(41)는 챔버(15, 19) 밖에 부분적으로 위치할 수 있으며 터빈(24)에 샤프트(25)를 통해 연결될 수 있다. 터빈(24)은 연결 덕트(22)에 위치된다. 터빈(24)은 실질적으로 수직 방향에 있는 회전의 축을 가진다. 터빈의 회전은 전기를 발생한다. 선택적으로 필터(55)가 또한 장치에 제공될 수 있다. 필터(55)는 연결 덕트(22) 안에 또는 연결 덕트(22) 위에 위치할 수 있다. 필터(55)는 연결 덕트(22)로 흐르는 물을 여과한다.
입사하는 물의 파랑이 전방부(11)에서 장치(10)에 부딪히는 경우, 물은 유입 밸브(17)을 통해 유입 챔버(15)에 들어간다. 유출 밸브(20)가 유출 챔버(19)의 밖으로 한 방향으로만 물이 흐르도록 하기 때문에, 유출 밸브(20)를 통해 유출 챔버(19)로 물이 거의 들어가지 않거나 전혀 들어가지 않는다. 파랑 에너지는 유입 챔버로 물의 흐름을 압박한다. 사실상, 파랑 에너지는 유입 밸브에 의해 유입 챔버에 트랩되는 것이 유리하다. 이 추가 물은 유입 챔버와 유출 챔버 사이의 압력차를 발생시키며, 물은 연결 덕트(24)를 통해 한 방향으로만 흐른다. 이는 터빈(24)을 회전하게 한다. 터빈(24)의 회전은 전기 발전기(41)를 통해 물로부터의 파랑 에너지를 전기로 전환할 것이다. 유리하게는, 정상 동작에서 물의 흐름은 중력이 끌어당기는 방향에 있으며, 그래서 중력은 전기의 발생을 증가시키는데 도움이 되도록 수압과 협동한다. 유출 챔버로 흐르고 난 후, 물은 유출 밸브(20)를 통해 유출 챔버(19)의 밖으로 흐를 것이다. 유출 챔버(19) 밖의 수압이 유출 챔버(19) 내부의 수압보다 낮은 경우 대부분의 흐름이 발생할 것이다.
유입 챔버(15)는 장치(10)의 상부(13)에 위치한 유입 챔버 벤트(18)를 가진다. 바람직하게는 장치(10)의 상부(13)는 또한 유입 챔버(15)의 상부이다. 유입 챔버 벤트(18)는 유입 챔버(15) 안팎으로 잉여의 물이 흐르도록 한다. 유입 챔버 벤트(18)는 또한 유입 챔버(15) 안의 대기압을 유지하도록 공기가 유입 챔버(15) 안팎으로 자유롭게 흐르게 한다.
매우 유리한 특징에 따라, 유출 챔버(19)는 칸막이(16)와 상부(13) 사이에 위치한 유출 챔버 벤트(21)를 가진다. 도면에 도시된 바람직한 실시예에서, 유출 챔버 벤트(21)는 도 7, 8 및 11에 도시된 바와 같이 상부(13)에 인접하거나 또는 상부(13)에 위치하거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 상측 후방부(12)에 위치한다. 유출 챔버 벤트(21)는 유입 챔버 벤트(18)와 유사하게 작동한다. 유출 챔버 벤트(21)는 잉여 물이 유출 챔버(19) 안팎으로 흐르도록 한다. 유출 챔버 벤트(21)는 또한 유입 챔버(15) 안의 대기압을 유지하도록 공기가 유입 챔버(15) 안팎으로 자유롭게 흐르게 한다. 이는 폐쇄식 유출 챔버와 비교하여 매우 유리하고, 이는 공기가 탈출할 장소가 없는 유출 챔버로의 물의 추가 흐름이 연결 덕트를 통해 물의 흐름에 반대하는 압력을 증가시키며, 유속을 느리게 하여 장치의 효율성을 감소시킨다. 장치에 부딪히는 파랑이 평균보다 훨씬 많은 에너지를 포함하는 매우 파도가 높은 해역 또는 폭풍우 날씨에서, 유출 챔버 벤트(21)는 입사하는 파랑으로부터 유출 챔버로의 잉여의 물의 흐름을 감소시키거나 또는 방지하도록 장치(10)의 후방부(12) 및/또는 상부(13)에 위치하는 것이 바람직하다. 유입 챔버 벤트(18) 및 유출 챔버 벤트(21)는 또한 큰 파랑이 장치에 부딪힌 이후 물이 빠르게 빠지도록 함으로써 파도가 높은 해역에서 장치(10)의 내구력에 도움이 된다.
격자 플레이트(77)는 이물질 또는 해양 생명이 유입 챔버(15)와 유출 챔버(19)에 들어가는 것을 방지하도록 유입 밸브(17) 및 유출 밸브(20) 앞에 전방부(17)에 구비될 수 있다.
수면 파 또는 해파는 위치 에너지 및 운동 에너지 모두를 전달한다. 파가 파의 기본 전파 방향에 수직하는 단단한 표면(예를 들어, 해변의 바위 또는 배의 선체 또는 폰툴의 선채)에 부딪히는 경우, 반대 방향으로 반사 파의 형태로 에너지를 전송하기 전에 파의 진폭은 2배가 된다. 본 발명에 개시된 장치는 이와 같은 파의 운동 및 위치 에너지 모두를 획득한다. 유입 챔버와 유출 챔버에서의 진동하는 수위는 유입 및 유출 밸브를 통해 파로부터 에너지를 흡수하고 방출하도록 작업한다. 최적으로 작동하는 경우, 반사파로부터의 에너지는 최소이며 수주(column)들 사이의 물의 진동은 장치의 효율성이 최대 수준에 있는 공명 현상에 도달한다.
장치(10)는 유입 밸브(17)를 통해 유입 챔버(15)로의 마루(crest) (양의 피크) 위상 동안 파랑으로부터 물을 수용하기 위해 유입 챔버(15)와 유출 챔버(19) 사이에 정역학적 압력차 또는 상대적 수위를 사용한다. 유입 챔버(15)로 물이 밀려옴으로써 물의 에너지를 상승시키고 획득하기 위해 유입 챔버(15) 안의 유입 챔버 의 수위(27)가 된다. 이 위상 동안, 유출 밸브(20)는 외부로부터의 압력이 유출 챔버 내부로부터 압력을 초과하는 경우 닫힌다. 유출 챔버(19) 안의 유출 챔버의 수위(28)는 또한 연결 덕트(22)를 통한 물의 흡입 때문에 상승할 것이다. 일반적으로는, 수위(27)가 수위(28)를 초과하는 경우, 물은 유입 챔버로부터 유출 챔버로 흐를 것이다. 이 과정 동안, 입사 파랑으로부터 얻어진 유입 챔버(15) 내부의 물의 위치 에너지는 연결 덕트(22) 내부의 물 흐름을 통해 운동 에너지로 변환된다. 연결 덕트(22)의 단면적은 유입 챔버(15)의 단면적보다 작게 설계된다. 연결 덕트의 단면적인 터빈 크기, 발전기의 원하는 속도, 및 다른 요인들을 고려하여 조절된다. 좁은 연결 덕트는 물이 관통하는 것으로부터 운동 에너지를 모아 물의 속도를 증가시키고 더 많은 전력을 생산한다.
입사 파랑이 마루 위상에서 골 위상으로 변하는 (음의 피크를 가지는) 경우, 챔버(15, 19)의 밖의 물과 챔버(15, 19) 안의 물 사이의 수위 차는 음이 되며, 즉 챔버(15, 19) 안의 수위는 챔버의 밖의 수위보다 높다. 이는 유출 밸브(20)가 열리게 할 것이며 유입 밸브(17)를 닫히게 한다. 이 과정 동안, 유입 챔버(19) 안의 물은 흘러나가며, 유출 챔버의 수위(28)가 감소될 될 것이다. 그 동안에, 유입 챔버의 수위(27)는 유입 벨브(17)가 닫히기 때문에 높다. 그러나, 유입 챔버의 수위(27)는 연결 덕트(22)를 통하여 유출 챔버(19)로 물이 흐르는 경우 감소된다. 유입 챔버의 수위(27)와 유출 챔버의 수위(28) 사이의 차는 물이 계속하여 흐르게 한다.
필터 및/또는 터빈(24)은 열 및 물의 난류를 도입함으로써 파랑 에너지의 일부를 소모한다. 이와 같은 필터들은 댐프닝(dampening) 효과를 가질 수 있으며, 반사 파랑의 영향을 감소시킬 수 있다. 몇 경우에는 더 큰 파랑 주기에 걸쳐 높은 에너지 흡수 효율을 고려할 수 있다. 또한, 난류를 줄이는데 도움이 되기 위해, 바람직하게는 발전기는 유입 챔버의 칸막이와 하부 사이의 유출 챔버의 일부 밖에 위치한다. 도면에 도시된 바와 같이, 발전기는 유출 챔버 밖에 전체가 위치하며 샤프트(25)만이 유출 챔버(15) 안에 위치한다.
주어진 위치는 평균 파랑 에너지, 평균 파 길이, 평균 파고 및 평균 파 주기를 가진다. 매우 유리한 특징에 따라, 장치(10)는 주어진 파고, 파 길이 및 파 주기에 대해 설계되고 최적화될 수 있다. 즉, 깊이(33) 및 유출 깊이(34)는 지구의 일부 지역은 높은 평균 에너지를 포함하는 파를 가지며, 다른 지역은 낮은 평균 에너지를 포함하는 파를 가지는 주어진 위치에 따라 변할 수 있다. 유입 챔버(15)는 입사 파랑의 평균 파 길이의 대략 20 내지 50%의 깊이(33)를 가질 수 있다. 더 바람직하게는 깊이(33)는 입사 파랑의 평균 파 길이의 24 내지 33%이다. 파 길이는 주어진 주파수의 전파하고 있는 파랑의 반복 유닛을 사이의 거리로서 정의되고 마루와 골을 포함한다. 또한, 유입 챔버(15)의 깊이(33)는 바람직하게는 유출 챔버(19)의 유출 깊이(34)와 동일해야 한다.
챔버(15, 19)의 단면적은 바람직하게는 동일하게 유지된다. 이는 챔버들을 통한 비교적 균일한 흐름을 보장하는 것을 돕고, 더 일정한 전력 출력을 발생하는 것을 돕는다. 도 9-10은 유입 챔버 또는 유출 챔버의 물의 표면적(83)이 변할 수 있음을 개략적으로 나타낸다. 유입 물의 표면적 또는 유출 물의 표면적 중 하나 또는 두 개의 표면적은 바람직하게는 챔버의 물의 표면적을 변경시키기 위해 공기에서 물로 웨지(46) 또는 삽입가능한 곡선의 물체에 의해 조절가능하다(도 9 참고). 이의 대안은 조절될 수 있는 수밀 플랩(water-tight flap)(47)이다(도 10 참고). 챔버들의 물의 표면적은 입사 파랑으로부터 센서 피드백에 기초하여 그리고 파랑 에너지의 변화에 반응하여 자동으로 조절될 수 있다.
도 3 및 4는 유입 밸브 및 유출 밸브의 바람직한 실시예를 나타낸다. 밸브는 탄성 막(42)의 매트릭스를 가지는 메시 패널(35)을 포함한다. 막은 제 1 측면 및 제 2 측면을 가진다. 제 1 측면 상의 수압에 반응하여, 막은 제 1 측면에서 제 2 측면으로 물이 관통하여 흐르도록 구부러지고, 제 2 측면 상의 수압에 반응하여, 막은 메시 패널에 대해 인접함으로써 물의 흐름을 제한하여, 이에 의해 단방향 밸브로서 동작한다. 메시 패널(35)은 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료 등으로 이루어질 수 있다. 탄성 막(42)은 직사각형일 수 있다.
도 5는 유입 및 유출 밸브의 대안의 실시예를 나타낸다. 밸브는 원통의 컵-형상의 쉘(shell)(37)을 포함한다. 쉘은 물이 흐르도록 컵의 둘레를 따라 복수의 슬릿(slit)과 유사한 개구부(38)를 가진다. 쉘(37) 안에는 볼(43)이 존재한다. 스프링(44)은 밸브를 효과적으로 닫도록 쉘(37)의 쉘 개구부(45)에 대하여 볼(43)을 눌러 물이 흐르지 않는다. 볼(43) 상의 스프링(44)의 힘보다 더 큰 수압이 있는 경우, 볼(43)은 개구부(45)로부터 멀리 밀려지고 밸브는 물의 흐르도록 열린다. 스프링(44)의 힘은 원하는 압력에 따라 변경될 수 있다.
도 6은 밸브의 또다른 대안의 실시예를 나타낸다. 밸브는 또한 대체로 원통의 단면을 가지는 컵-형태의 쉘(37)을 포함한다. 쉘은 물이 흐르도록 컵의 둘레를 따라 복수의 슬릿과 유사한 개구부(38)를 가진다. 하나 이상의 리프(leaf)(39)는 실질적으로 주변을 둘러싸는 방식으로 쉘(37) 내부에 위치한다. 리프로부터 쉘을 향해 리프 상의 수압이 존재하는 경우 리프(39)는 개구부(38)에 대해 압박되어(urge) 차례로 개구부를 닫고 물의 흐름을 제한한다. 압력이 리프(39)로부터 제거되는 경우, 리프는 개구부로부터 멀리 이동하여, 쉘의 외부로부터 쉘의 내부로 개구부(38)를 통해 물이 흐르도록 한다. 리프(39)가 추가되는 경우 해당 리프(39)는 또한 쉘 내에 위치될 수 있으며, 각각의 리프는 반원통형 단면을 가진다. 다른 적절한 밸브가 본 발명의 이점을 제공하며 당업자에 명백할 것이다.
밸브의 다양한 실시예들은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 바람직하게는 유입 밸브 및 유출 밸브 모두는 이들이 우선적으로 한 방향으로 물이 흐르도록 함에 있어 단-방향이다. 더 바람직하게는, 유입 밸브 및 유출 밸브 모두는 전방부 상에 위치하며 반대 방향으로 흐르도록 정렬되어 있다. 사용하는 밸브의 개수는 장치의 전방 면의 표면적에 따라 변경될 수 있다. 일반적으로는, 사용된 밸브의 개수가 많을수록, 밸브가 물이 흐르도록 독립적으로 열고 닫을 수 있기 때문에 물의 흐름이 더 커진다. 또한, 입사 파랑과 마주하는 유입 밸브(17) 및 유출 밸브(20)의 단면적은 바람직하게는 유사해야 한다. 밸브의 개구부의 크기는 밸브의 양에 관련되고 비용-효율에 의해 결정되며 전체 유량을 극대화하도록 설계된다. 일반적으로 밸브 개구부가 더 클수록, 낮은 저항 때문에 물의 흐름이 더 커진다. 밸브는 예를 들어, 수위의 차가 짧은 파 길이에서 매우 빠르게 변동하는 경우, 물의 흐름을 방지하도록 즉각 반응하며 아무리 커도 시간에 맞춰 완벽히 닫을 수 있다.
도 7 및 8은 장치가 전방부(11) 및 후방부(12)에서 곡면을 가지는 장치(10)의 대안의 실시예를 나타낸다. 특히, 전방부 및 후방부는 일반적으로 원통형이다. 이들은 파랑들이 모든 방향에서 오는 바다 영역에서 사용되는 것이 바람직하다.
도 7에서의 장치의 대안의 실시예는 대략 원통 및 도넛-형태이다. 도 7에서의 장치는 곡선의 전방 표면을 가지는 전방부(11)를 가진다. 곡선인 후방 표면을 가지며 전방부 반대 편에 있는 후방부(12)를 가진다. 곡선인 후방 표면은 곡선인 전방 표면과 대략 중심이 같다. 정상 동작에서, 전력 발생은 도 1-2에 도시된 장치의 실시예와 대략 유사하게 수행된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유입 밸브(17) 및 유출 밸브(20)는 장치의 전방부(11) 상에 있다. 장치의 상부 가까이에 또는 상부에 유입 챔버 벤트(118) 및 유출 챔버 벤트(21)가 또한 제공되어 있다. 유출 챔버 벤트(21)는 또한 바람직하게는 유출 챔버로 입사 파랑으로부터 잉여의 물의 흐름을 감소시키거나 또는 방지하기 위해 위에 모자 모양의 구조(212)를 가지는 것이 바람직할 수 있다.
도 8은 도 7에서와 같이, 장치가 대략 원통형인 또다른 대안의 실시예를 나타낸다. 그러나, 여기서 일련의 유입 챔버(15) 및 유출 챔버(19)는 장치 주변에 원주 방향으로 위치한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유입 밸브(17) 및 유출 밸브(20)는 장치의 전방부(11) 상에 있다. 또한 장치의 상부 가까이에 또는 상부에 유입 챔버 벤트(218) 및 유출 챔버 벤트(21)가 제공되어 있다.
도 11은 파랑 에너지를 전기로 전환하기 위한 장치에 관한 또다른 대안의 실시예를 나타낸다. 도 11의 장치는 다른 실시예들과 유사하게 동작한다. 이 실시예에서, 칸막이(216)는 도면에서 도시된 바와 같이 수직 방향에 대략 직각이다. 칸막이(216)에서 연결 덕트(222)는 유출 챔버(19)로 유입 챔버(15)를 연결한다. 터빈(224)은 수직 방향에 대략 직각인 회전의 축을 각각 가진다.
장치(10)는 제한된 개수의 움직이는 부품들(즉, 밸브 및 터빈만)을 가지는 간단한 구조를 가진다. 챔버(15, 19)의 하우징은 강 또는 철근 콘크리트 또는 복합 재료로 만들어질 수 있다. 밸브(17, 20)는 용이한 유지를 위해 설치되고 수직으로 제거될 수 있는 분리가능한 패널 위에 구비될 수 있다. 제조의 비용이 낮아질 것이다. 터빈(24), 전기 발전기(41) 및 관성 디스크(40)는 모듈식 시스템으로 통합될 수 있으며, 상부(13)로부터 유입 챔버(15)로 전체적으로 삽입될 수 있고 필요한 경우 유지를 위해 전체적으로 수직방향으로 제거될 수 있다.
도 12 및 13은 추가 실시예에 따른 파랑 에너지 흡수 장치를 나타낸다. 발전기(들), 터빈(들) 및 연결 덕트들이 제거된다. 유입 챔버와 유츨 챔버 사이의 칸막이(316)는 복수의 개구부(320)를 구비한다. 칸막이를 천공하는 것은 유입 챔버에 도달하는 파랑의 에너지를 약화시키는데 도움이 되며, 이에 의해 파랑의 에너지의 적어도 일부를 흡수한다. 전술한 것과 유사한 유입 챔버에서의 필터들이 또한 사용될 수 있다.
소정의 바람직한 실시예들의 앞선 개시내용 및 상세한 설명으로부터, 다양한 수정, 추가 및 다른 대안의 실시예들이 본 발명의 범위 및 기술사상을 벗어나지 않고 가능함이 명백하다. 설명된 실시예들은 본 발명의 원리들에 관한 최상의 설명을 제공하기 위해 그리고 고려된 구체적인 사용에 적합한 경우 다양한 변경들로 다양한 실시예들에서 본 발명을 당업자가 사용할 수 있게 하기 위한 실질적 응용들을 제공하기 위해 선택되고 설명되었다. 모든 이와 같은 수정 및 변경은 타당하게, 법적으로 그리고 공정하게 합리적으로 권리가 주어지며 폭넓게 해석되는 경우 첨부한 청구항들에 의해 결정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있다.
본 발명의 내용에 포함되어 있음.

Claims (25)

  1. 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치(10)로서,
    전방부(11) 및 후방부(12);
    물이 상기 전방부의 유입 챔버(15)로 흐르도록 상기 장치(10)의 상기 전방부(11)의 한 측면에서 또다른 측면으로 확장하는 유연한 유입 밸브(17), 및 유입 챔버 벤트(18)를 가지는 상기 유입 챔버(15); 및
    상기 장치(10)의 한 측면에서 또다른 측면으로 확장하고 상기 유입 밸브(17) 아래에 위치한 유연한 유출 밸브(20) 및 유출 챔버 벤트(21)를 가지며, 칸막이(16)에 의해 상기 유입 챔버(15)와 분리된 유출 챔버(19)를 포함하고,
    유연한 상기 유입 밸브(17)는 상기 유입 챔버(15)로만 물이 흐르도록 하고,
    유연한 상기 유출 밸브(20)는 상기 유출 챔버(19) 밖으로만 물이 흐르도록 하며, 유연한 상기 유입 밸브(17)의 입구는 동작하는 동안 입사 파랑을 향하며; 연결 덕트(22)는 상기 유입 챔버(15)를 상기 유출 챔버(19)에 연결하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발전기(41) 및 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하도록 상기 연결 덕트(22)를 통한 물의 흐름에 반응하여 회전하는 터빈(24)을 더 포함하고, 상기 발전기(41)는 상기 터빈(24)에 샤프트(25)에 의해 연결되고, 상기 터빈(24)은 상기 연결 덕트(22)에 위치하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    유연한 상기 유출 밸브는 유연한 상기 유입 밸브의 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 덕트(22)로 흐르는 물을 여과하는 필터(55)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방부(11)는 곡면을 가지고 상기 후방부(12)도 곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전방부(11) 및 상기 후방부(12)는 원통형 또는 곡면형인 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출 챔버 벤트(21)는 상기 장치(10)의 상부 및 후방부 중 하나에 위치하며, 상기 유출 챔버 벤트(21)는 잉여의 물이 상기 유출 챔버(19) 안팎으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 챔버 벤트(18)의 높이는 입사 파랑의 주어진 평균 파랑 에너지에 대해, 상기 유입 챔버(15)가 채워지는 수위가 상기 유입 챔버 벤트(18)의 높이 아래에 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 덕트(22)의 단면적은 물 흐름에서 운동 에너지를 증가시키기 위해 물의 유속을 가속하도록 상기 유입 챔버(15)의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 챔버(15)는 깊이(33)를 가지고, 상기 유출 챔버(19)는 유출 깊이(34)를 가지고, 상기 깊이(33)는 상기 유출 깊이(34)와 동일한 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    유연한 상기 유입 밸브(17) 및 상기 유출 밸브(20)는 메시 패널(35) 및 제 1 측면과 제 2 측면을 가지는 막(42)을 포함하고, 제 1 측면 상의 수압에 반응하여, 상기 막(42)은 제 1 측면으로부터 제 2 측면으로 물이 흐르도록 구부러지고, 제 2 측면 상의 수압에 반응하여, 상기 막(42)은 물의 흐름을 제한하도록 상기 메시 패널(35)에 맞물리는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    유연한 상기 유입 밸브(17) 및 상기 유출 밸브(20)는 복수의 개구부(38) 및 리프(39)를 가지는 쉘(37)을 각각 포함하고, 고압측의 물이 상기 개구부(38)에 대해 상기 리프를 압박하여, 상기 개구부를 닫고 물의 흐름을 제한하며, 압력이 상기 리프(39)로부터 제거되는 경우, 상기 리프는 상기 개구부로부터 멀리 이동하여, 상기 개구부를 통해 물이 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 리프(39)는 복수개가 구비되고, 상기 쉘(37)은 원통형 또는 곡면형 단면을 가지고, 상기 리프 각각은 고압측의 물이 상기 리프에 가해지는 경우 상기 개구부의 일부를 통한 흐름을 차단하는 반-원통형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 칸막이는 적어도 부분적으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 터빈 및 상기 발전기는 상기 샤프트(25)를 통해 결합되고, 상기 터빈 및 상기 샤프트는 상기 연결 덕트에 수직으로 삽입되거나 수직으로 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  17. 제 2 항에 있어서,
    상기 샤프트는 물 흐름에 의해 유발된 러너의 끌림뿐만 아니라 상기 샤프트 및 터빈 러너(turbine runner)의 중력을 지탱하기 위해 상기 장치(10)의 인클로저의 상부 위에 위치한 축 트러스트 샤프트 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 챔버는 상기 유출 챔버의 수위의 면적과 동일한 수위에서의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 챔버의 깊이(33)는 입사 파랑의 평균 파 길이의 2 % 내지 20 %인 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 발전기는 관성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  21. 전방부(11) 및 상기 전방부의 맞은 편의 후방부(12);
    유입 챔버(15), 상기 전방부(11)의 유입 밸브(17), 및 유입 챔버 벤트(18); 및
    유출 밸브(20) 및 유출 챔버(19) 안에서 대기압을 유지하도록 형성된 유출 챔버 벤트(21)를 가지며, 칸막이(16)에 의해 상기 유입 챔버(15)와 분리된 상기 유출 챔버(19)를 구비하고,
    상기 유입 밸브(17)는 상기 유입 챔버(15)로 물이 한 방향으로 흐르도록 하고,
    상기 유출 밸브(20)는 상기 유출 챔버(19) 밖으로 물이 한 방향으로 흐르도록 하고,
    상기 칸막이는 복수의 천공을 가지며, 파랑 에너지의 적어도 일부가 흡수되는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출 챔버 벤트는 전방부, 상부와 후방부, 및 상기 유입 챔버 벤트가 위치한 곳 중 하나에 위치하고, 단일한 벤트를 형성하도록 상기 유입 챔버 벤트와 결합되는 것을 특징으로 하는 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하는 장치.
  25. 터빈을 포함하는 발전기가 삽입되는 경우 물의 입사 파랑의 에너지를 전기로 전환하기 위한 하우징 장치(10)로서,
    전방부(11) 및 후방부(12);
    상기 하우징 장치(10)의 상기 전방부(11)와 마주하는 입사 파랑의 물이 유입 챔버(15)로 흐르도록 상기 하우징 장치(10)의 상기 전방부(11)의 한 측면에서 다른 측면으로 확장하는 유연한 유입 밸브(17), 및 유입 챔버 벤트(18)를 가지는 상기 유입 챔버(15); 및
    상기 하우징 장치(10)의 한 측면에서 또다른 측면으로 확장하고 상기 유입 밸브(17) 아래에 위치한 유연한 유출 밸브(20) 및 유출 챔버 벤트(21)를 가지며, 칸막이(16)에 의해 상기 유입 챔버(15)와 분리된 유출 챔버(19)를 포함하고,
    유연한 상기 유입 밸브(17)는 물이 상기 유입 챔버(15)로만 흐르도록 하고
    유연한 상기 유출 밸브(20)는 상기 유출 챔버(19) 밖으로만 물이 흐르도록 하며, 유연한 상기 유입 밸브(17)의 입구는 동작하는 동안 입사 파랑을 향하고; 연결 덕트(22)는 상기 유출 챔버(19)에 상기 유입 챔버(15)를 연결하고, 상기 발전기의 상기 터빈은 상기 연결 덕트(22)로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 하우징 장치.
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