KR101731157B1 - 계류 장치 - Google Patents

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그린스틱 에너지 엘티디
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Abstract

본 발명은 물에서의 사용에 적합한 계류 장치에 관한 것이다. 계류 장치는 수역을 지지하는 바닥 내에 매립되도록 구성된 파일; 적어도 하나의 독립 개체를 결합하도록 구성된 적어도 하나의 아암; 파일과 적어도 하나의 아암을 결합하며 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된 조인트; 및 조인트를 록킹하도록 구성된 조인트 록킹 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 물 내에 계류 장치를 장착하기 위한 방법, 다수의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템 그리고 계류 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

Description

계류 장치{A MOORING DEVICE}
본 발명은 수중에서의 사용에 적합한 계류 장치에 관한 것이다. 물은 이동하는 수역(body of water)일 수 있다. 본 발명은 또한 물 속에 계류 장치를 장착하는 방법 그리고 계류 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
계류 장치(mooring device)는 수중 환경에서 대상물을 고정(유지)하기 위한 구조체이다.
영국특허공보 GB2450624호 및 GB2348249호에 개시된 바와 같은, 수역 내에 장착에 적합한 계류 장치는 일반적으로 하나 이상의 앵커(anchor) 및 하나 이상의 계류 라인(mooring line)을 포함하며, 이 계류 라인은 앵커에서 대상물로 연장된다.
앵커와 계류 라인의 설치, 장착 및/또는 제거가 수중 환경에 해로운 환경적 영향을 미친다는 것이 알려져 왔다. 예를 들어, 앵커와 계류 라인이 수역을 지지하는 바닥(floor)을 따라 끌려가거나 이동함에 따라 앵커 및/또는 계류 라인은 수중 환경에 손상을 줄 수 있다.
특정 계류 장치는 사중(dead weight) 또는 머시룸 앵커(mushroom anchor)를 사용하여 계류 장치를 수역에 영구적으로 고정한다. 이러한 형태의 앵커가 충분한 고정 효과를 제공할 수 있을지라도, 이 앵커들은 부피가 크고, 무겁고, 제조하는데 비싸고, 운송 및 설치가 어려우며, 단지 하나의 위치에서의 사용에 제한되며 특정 형태의 바닥 재료 상의 장착에 적합할 뿐이다.
물 속에서의 사용에 적합한 특정 계류 장치는 대상물을 수중 환경 내에서 고정(영구) 위치에 계류한다. 이러한 형태의 계류 장치는 변화하는 물의 조건에 따라 대상물의 위치를 조절(조정)할 수 없기 때문에, 물의 깊이가 변화함에 따라 대상물의 작동이 위험해질 수 있으며 수위가 떨어짐에 따라 대상물은 바람직하지 않게는 보여질 수 있다. 더욱이, 흐름의 방향이 변화한다면 계류 장치는 대상물을 유지하기 위한 충분한 계류 효과를 제공할 수 없을지도 모른다.
본 발명의 실시예는 대안적이고 개선된 계류 장치 및 계류 장치 장착 방법을 제공하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 선행 기술의 계류 장치와 관련된 문제점과 단점의 적어도 일부를 최소화하고, 극복하고 또는 방지하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 수중 환경에 최소한의 또는 제한된 영향을 미치는 계류 장치를 제공하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 일반적인 계류 장치보다 더 콤팩트하고 가벼우며 그리고 보관, 운송 및 설치가 더 쉬운 계류 장치를 제공하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 요구에 따라 구성이 변화할 수 있는 계류 장치를 제공하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 물의 다른 깊이 및/또는 다른 흐름 방향에서 사용하기 적합한 계류 장치를 제공하는 것을 추구한다. 본 발명의 실시예는 시간이 흐르면서 깊이 및/또는 흐름 방향이 변화할 수 있는 수역에서 사용하기 적합한 계류 장치를 제공하는 것을 추구한다.
본 발명의 제 1 태양은 수역 내에서 사용하기에 적합한 계류 장치에 관한 것이다. 계류 장치는 수역을 지지하는 바닥(floor) 내에 매립하기 위한 파일; 적어도 하나의 독립 개체를 결합하기 위한 적어도 하나의 아암; 파일과 적어도 하나의 아암을 결합하기 위한 그리고 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하기 위한 조인트; 및 조인트를 록킹하기 위한 조인트 록킹 수단을 포함한다.
파일은 바닥 내에 매립되도록 구성되며 따라서 계류 장치는 수역 내에 장착될 수 있다.
파일은 보관, 운동 그리고 설치하기 용이한, 경량이면서 콤팩트한 앵커이며, 그리고 이 앵커는 바닥에 매립될 때 유리하게 큰 앵커링 효과(anchoring effect)를 제공한다.
영구적인 계류 장치를 형성하기 위하여 파일은 바닥에 영구적으로 매립될 수도 있다. 대안적으로, 임시적인 계류 장치를 형성하기 위하여 파일은 바닥에 제거 가능하게 매립될 수 있다.
파일은 선단과 후단을 갖는 샤프트를 포함할 수 있다. 파일은 샤프트의 선단에 형성된 팁을 포함할 수 있다. 이 팁은 파일이 바닥을 관통하는 것을 도와준다.
파일은 스크류 부분 및/또는 윙(wing) 부분을 포함할 수 있다. 스크류 부분 및/또는 윙 부분은 바닥으로의 파일의 고정에 도움을 준다.
파일은 선단에서 설정된 거리를 두고 배치된 멈춤 플레이트를 포함할 수 있다. 멈춤 플레이트는 바닥에 매립될 수 있는 파일의 최적 또는 최대 깊이를 유용하게 지시한다.
적어도 하나의 아암은 적어도 하나의 독립 개체(entity)를 견고하게 결합하도록 구성되며 따라서 적어도 하나의 독립 개체는 계류 장치에 의하여 계류된다.
독립 개체는 수역 내에 장착된 계류 장치에 묶이기에 적합한 어떠한 물체이다. 독립 개체는 물에서 사용하기에 적합한 장치일 수 있다. 독립 개체는 선박, 부유 가능한 물체, 구조체, 베리어(barrier), 움직이는 물로부터 에너지를 흡수하는 에너지 흡수 장치, 수역의 움직임에 의하여 구동되는 에너지 이용 장치, 케이블/파이프 부설 장치 및/또는 다른 계류 장치일 수 있다.
적어도 하나의 아암은 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 연장된 몸체를 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 종단은 조인트에 의하여 파일에 결합된다.
적어도 하나의 아암은 적어도 하나의 독립 개체를 계류 장치에 고정하기 위한 결합 수단을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 아암은 아암의 제 2 종단에 배치된 결합 수단을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 아암은 연장된 몸체의 길이를 따르는 위치에 배치된 결합 수단을 포함할 수 있다.
결합 수단은 독립 개체를 영구적으로 또는 해제 가능하게 결합할 수 있다. 결합 수단은 독립 개체를 견고하게 또는 자유롭게 결합할 수 있다.
적어도 하나의 아암은 뽑았다 접었다 할 수 있는(telescopic) 아암일 수 있다. 이는 요구에 따라서 유리하게는 적어도 하나의 아암의 길이가 변하는 것을 허용한다.
몸체는 다수의 관절 연결된 부분을 포함할 수 있다. 그 결과, 적어도 하나의 아암의 형상은 변할 수 있다.
적어도 하나의 아암은 부유 가능할(부력이 있을 수) 수 있다. 그 결과, 적어도 하나의 아암은 가라앉지 않고 수역 내에서 매달릴 수 있으며, 그로 인하여 적어도 하나의 아암에 결합된 독립 개체를 지지한다. 적어도 하나의 아암은 충분하게 부력이 있을 수 있어 적어도 하나의 아암은 파일로부터 수역의 표면을 향하여 대체로 위의 방향으로 연장되도록 추구한다.
실시예에서, 계류 장치는 적어도 하나의 독립 개체를 결합하도록 구성된 제 1 아암 및 제 2 아암을 포함할 수 있다. 조인트는 파일, 제 1 아암 그리고 제 2 아암을 결합할 수 있으며, 또한 파일에 대한 제 1 및 제 2 아암의 회전을 허용하도록 구성될 수 있다.
조인트는 파일과 적어도 하나의 아암을 결합시키며, 그리고 유리하게는 파일에 대하여 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용한다. 조인트는 특정 방향으로 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용할 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 아암은 파일에서 바닥 위의 특정 높이까지 연장된다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 아암은 파일에서 특정 방향으로 연장된다.
계류 장치가 수역에 장착될 때, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 물 상태가 변화함에 따라 적어도 하나의 아암의 방향은 변할 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용할 수 있으며 따라서 수역의 깊이에 따라 바닥 위에서의 적어도 하나의 아암의 높이는 달라질 수 있다. 조인트는 부가적으로 또는 대안적으로 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용할 수 있으며 따라서 적어도 하나의 아암이 파일로부터 연장되는 방향은 흐름의 방향에 따라 변할 수 있다. 조인트는 수역의 왕복(요동) 움직임에 따라 적어도 하나의 아암이 왕복 형태로 회전하는 것을 허용할 수 있다.
조인트는 적어도 하나의 아암이 적어도 하나의 면으로 회전하는 것을 허용한다.
조인트는 계류 장치가 수역 내에 장착될 때 수직면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성될 수 있다. 수직면으로의 회전은 유리하게는 바닥 위의(바닥에 대한) 적어도 하나의 아암의 높이가 변화하는 것을 허용한다. 수직면으로의 회전은 또한 파일로부터 적어도 하나의 아암이 연장되는 방향이 2개의 반대 방향 사이에서 변하는 것을 허용한다.
조인트는 계류 장치가 수역 내에 장착될 때 수평면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용할 수 있다. 수평면으로의 회전은 유리하게는 아암이 파일로부터 연장되는 방향이 변하는 것을 허용한다.
조인트는 제 2 부분에 회전 가능하게 장착된 또는 결합된 제 1 부분을 포함할 수 있으며, 그로 인하여 제 1 부분은 적어도 하나의 아암에 관련하여 배치되고 그리고 제 2 부분은 파일과 관련하여 배치된다. 따라서, 제 1 부분이 제 2 부분에 대하여 회전함에 따라 적어도 하나의 아암은 파일에 대하여 회전한다.
조인트는 다수의 면으로/다수의 축을 중심으로 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하는 다축 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다축 조인트는 볼과 소켓 조인트 또는 유니버설 조인트를 포함할 수 있다.
조인트는 단일의 면으로 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하는 단축 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조인트는 스위블 힌지 조인트 또는 클레비스 힌지 조인트일 수 있다.
조인트는 파일에 대하여 다수의 면으로/다수의 축을 중심으로 하는 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된 다수의 단일 축 조인트를 포함할 수 있다. 조인트는 파일에 대하여 제 1 면으로 적어도 하나의 아암의 회전(예를 들어, 파일의 길이 방향 축에 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 회전)을 허용하는 제 1 힌지 조인트 그리고 파일에 대하여 제 2 면으로 적어도 하나의 아암의 회전(예를 들어, 파일의 길이 방향 축에 실질적으로 직교하는 축을 중심으로 하는 회전)을 허용하는 제 2 힌지 조인트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조인트는 스위블 힌지 조인트와 클레비스 힌지 조인트를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 계류 장치가 수역에 장착될 때 스위블 힌지 조인트는 수평면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성되며, 클레비스 힌지 조인트는 수직면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된다.
파일에 대하여 아암의 다른 회전을 방지하기 위하여 조인트 록킹 수단은 조인트를 록킹하도록 구성된다. 조인트가 록킹될 때, 아암의 방향은 고정되며 계류 장치는 견고한 구조체가 된다. 조인트와 조인트 록킹 수단의 결합은 유리하게는 특정 방향으로 고정된 아암으로 계류 장치가 견고한 상태에서 보관, 운반, 설치 및/또는 사용되는 것을 허용한다. 예를 들어, 조인트와 조인트 록킹 수단은 계류 장치가 콤팩트한 구성을 갖고 보관, 운반, 설치 및/또는 사용되는 것을 허용할 수 있다. 조인트와 조인트 록킹 수단은 계류 장치가 가능한 가장 넓고/가장 긴 구성을 갖고 견고한 상태에서 설치되는 것을 허용할 수 있다.
조인트 록킹 수단은 다수의 상보적인 결합 부재를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 결합 부재가 결합될 때 조인트는 록킹되고, 적어도 하나의 결합 부재가 인접한 결합 부재로부터 분리될 때 조인트는 언록킹된다.
예로써, 조인트 록킹 수단은 제 1 결합 부재 그리고 상보적인 제 2 결합 부재를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재가 결합될 때, 조인트는 록킹되고, 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재가 분리될 때 조인트는 언록킹된다.
제 1 결합 부재 및/또는 제 2 결합 부재는 조인트 록킹 위치와 조인트 언록킹 위치 사이를 이동 가능할 수 있으며, 그로 인하여 조인트 록킹 위치에서 제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재와 결합하며, 조인트 언록킹 위치에서 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 공간적으로 분리된다.
제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재에 대하여 이동할 수 있다. 제2 결합 부재는 제 1 결합 부재에 대하여 이동할 수 있다.
결합 부재는 어떠한 적절한 결합 수단을 포함할 수 있다. 결합 부재는 상보적인 벌집형(castellated) 형상을 가질 수 있다. 결합 부재는 러그와 요부/구멍 또는 돌출부와 바요넷 수용부(bayonet receptor)와 같은 상보적인 숫형 그리고 암형 결합 수단일 수 있다.
조인트 록킹 수단은 제1 결합 부재 및/또는 제 2 결합 부재의 위치 및 이동을 제어하기 위한 제어 수단을 포함할 수 있다.
조인트 록킹 수단은 핀 부재 그리고 상보적인 캐비티를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 핀 부재는 캐비티에 대하여 조인트 록킹 위치와 조인트 언록킹 위치 사이를 이동할 수 있고, 그로 인하여 조인트 록킹 위치에서 핀 부재는 캐비티 내로 연장되도록 구성되며, 조인트 언록킹 위치에서 핀 부재는 캐비티로부터 수축(캐비티로부터 이격)된다.
조인트 록킹 수단은 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 아암과 파일이 실질적으로 동축적일 때 제 1 결합 부재가 제 2 결합 부재와 결합하는 조인트 록킹 위치로 제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재에 대하여 이동 가능하며; 그리고 아암과 파일이 실질적으로 비동축적일 때 제 1 결합 부재가 제 2 결합 부재로부터 공간적으로 배치된 조인트 록킹 위치로 제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재에 대하여 이동 가능하다.
조인트 록킹 수단은 아암 상에 이동 가능하게 장착된 제 1 결합 부재 그리고 파일 상에 장착된 제 2 결합 부재를 포함하며, 그로 인하여 제 1 결합 부재는 조인트 록킹 위치와 조인트 언록킹 위치 사이에서 아암을 따라 이동할 수 있고, 조인트 록킹 위치에서 제 1 결합 부재는 조인트를 가로질러 아암을 따라 연장되고 제 2 결합 부재와 결합되도록 구성되며, 조인트 언록킹 위치에서 제 1 결합 부재는 조인트와 제 2 결합 부재로부터 이격된 관계로 아암 상에 있도록 구성된다.
대안적인 설계에서, 조인트 록킹 수단은 제 1 결합 부재 그리고 제 2 결합 부재를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 제 1 결합 부재는 아암 상에 이동 가능하게 장착되고 제 2 결합 부재는 파일 상에 장착되어, 제 1 결합 부재가 아암을 따라 이동할 때 아암과 파일을 결합하는 조인트는 록킹되어 제 1 결합 부재는 조인트를 가로 질러 연장되고 제 2 결합 부재와 결합하며; 제 1 결합 부재가 아암을 따라 이동할 때 아암과 파일을 결합하는 조인트는 언록킹되어 제 1 결합 부재는 조인트와 제 2 결합 부재로부터 공간적으로 배치된다.
본 발명의 제 2 태양은 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치를 장착하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 계류 장치를 원하는 위치로 운반하는 것; 아암과 파일이 실질적으로 동축적일 때까지 파일에 대하여 아암을 회전시키는 것; 계류 장치가 견고한 구조체가 되도록 조인트 록킹 수단을 작동시켜 조인트를 록킹하는 것; 그리고 파일이 바닥에 매립될 때까지 계류 장치를 수역을 지지하는 바닥 내로 구동하는 것을 포함한다.
계류 장치는 바닥 내로 바닥 내로 충격적으로 또는 회전적으로 구동될 수 있다. 파일이 스크류 부분 및/또는 윙 부분을 포함한다면 계류 장치는 바람직하게는 바닥 내로 회전적으로 구동된다.
계류 장치는 구동 수단을 이용하여 바닥 내로 구동될 수 있다. 물의 깊이에 따라 구동 과정 중에 구동 수단은 파일 또는 아암에 결합될 수 있다. 계류 장치는 바닥 내로 수직으로 구동될 수 있거나 방향이 있게 구동될 수 있다.
계류 장치가 수역 내에 장착되면, 독립 개체는 아암에 결합될 수 있으며 그리고 조인트 록킹 수단은 정지될 수 있어 조인트를 언록킹하고 따라서 아암은 파일에 대하여 자유롭게 회전한다.
독립 개체를 결합하는 단계 그리고 조인트 록킹 수단을 정지시키는 단계는 서로 바꿀 수 있다.
본 발명의 제 3 태양은 본 발명의 제 1 태양에 따른 다수의 계류 장치를 포함하는, 수역에서의 사용을 위한 계류 시스템에 관한 것이다.
계류 시스템은 수역에서 함께 결합되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함할 수 있다.
계류 시스템은 수역에서 이격된 관계로 장착되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양은 수역 내의 적어도 하나의 부유 가능한 독립 개체를 계류하기 위하여 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
부유 가능한 독립 개체는 부표, 선박 또는 수역 내에서의 부양을 위하여 계류 장치에 묶여지기에 적합한 어떠한 다른 대상물일 수 있다.
본 발명의 제 5 태양은 수역을 지지하는 바닥 위의 고정된 높이에서 적어도 하나의 독립 개체를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 6 태양은 수역 내에 적어도 하나의 시추 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 7 태양은 수역을 지지하는 바닥에 구멍을 뚫기 위한 적어도 하나의 시추 장치; 및 수역에 시추 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 시추 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제 8 태양은 수역 내에서 적어도 하나의 에너지 흡수 부재를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 9 태양은 이동하는 물 에너지를 흡수하기 위한 그리고 이동하는 수역의 흐름을 지연시키기 위한 적어도 하나의 에너지 흡수 부재; 및 이동하는 수역 내에서 적어도 하나의 에너지 흡수 부재를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 방파제 시스템에 관한 것으로서, 적어도 하나의 에너지 흡수 부재는 적어도 하나의 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합되며, 적어도 하나의 계류 장치의 조인트는 적어도 하나의 에너지 흡수 부재가 이동하는 물 에너지를 흡수할 수 있고 그리고 이동하는 수역의 흐름을 지연시킬 수 있도록 아암과 적어도 하나의 에너지 흡수 부재가 수역 내에서 향하는 것을 허용한다.
에너지 흡수 부재는 부유 가능한 부재일 수 있다. 에너지 흡수 부재는 패널 구조체, 직육면체 구조체 또는 삼각 프리즘형 구조체를 가질 수 있다. 에너지 흡수 부재는 이동하는 수역의 작용 하에서 이동 가능할 수 있다. 에너지 흡수 부재는 이동하는 수역의 작용 하에서 변형 가능할 수 있다. 예를 들어, 이동하는 수역의 작용 하에서 에너지 흡수 부재는 직육면체에서 평행육면체로 변형될 수 있다. 에너지 흡수 부재는 이동하는 수역의 작용 하에서 실질적으로 움직이지 않을 수 있으며 그리고/또는 실질적으로 단단할 수 있다.
본 발명의 제 10 태양은 수중 벽을 형성하기 위하여 이동하는 수역 내에 적어도 하나의 수중 베리어를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 11 태양은 적어도 하나의 수중 베리어(aquatic barrier); 및 수역 내에 적어도 하나의 수중 베리어를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 수중 벽(aquatic wall)에 관한 것이다.
본 발명의 제 12 태양은 수역 내에 케이블/파이프 부설 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 13 태양은 적어도 하나의 수중 부설 장치; 및 수역에 적어도 하나의 수중 부설 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 수중 부설 시스템에 관한 것이다.
수중 부설 장치는 수역을 지지하는 바닥을 따라 적어도 하나의 케이블 및/또는 적어도 하나의 파이프를 부설하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 14 태양은 수역에 적어도 하나의 에너지 이용 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치의 이용에 관한 것이다.
본 발명의 제 15 태양은 적어도 하나의 에너지 이용 장치; 및 이동하는 수역에서 적어도 하나의 에너지 이용 장치를 계류하기 위한, 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 에너지 이용 시스템에 관한 것이다.
에너지 이용 장치는 회전 가능한 액추에이터, 선형 액추에이터, 수압 액추에이터, 전자기 액추에이터 그리고 이동하는 수역의 작용 하에서 구동하는 변형 가능한 펌핑체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 에너지 이용 장치는 이동하는 수역의 작용에 의하여 회전하도록 구동되는 적어도 하나의 회전 가능한 블레이드를 포함하는 터빈일 수 있다. 에너지 이용 장치는 플라이휠, 랙과 피니언 또는 수역의 움직임의 결과로써 아암의 왕복 작용에 의하여 구동되는 수력 피스톤 펌프를 포함할 수 있다.
에너지 이용 장치는 바람직하게는 이동하는 수역의 수확된 에너지를 전기와 같은 다른 형태의 에너지로 변환하기 위한 변환기(transducer)를 포함한다.
에너지 이용 시스템은 적어도 하나의 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합된 부유 가능한 몸체를 더 포함할 수 있다.
에너지 이용 시스템은 이동하는 수역을 에너지 이용 장치를 향하여 안내하기 위한 적어도 하나의 안내 부재를 포함할 수 있다.
예를 들어, 에너지 이용 시스템은 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대한 아암의 회전을 허용하는 조인트 그리고 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및 아암에 결합된 적어도 하나의 유체 도관을 갖는 변형 가능한 펌핑 챔버를 포함할 수 있으며, 여기서 사용시 파일은 이동하는 수역의 바닥 내에 매립되고, 수역의 움직임의 결과로서 아암은 변형 가능한 챔버를 팽창된 상태와 수축된 상태 사이에서 왕복적으로 구동하여 유체는 적어도 하나의 유체 도관을 통하여 변형 가능한 챔버 내로 그리고 밖으로 펌핑된다.
예를 들어, 에너지 이용 시스템은 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하는 조인트 그리고 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 아암에 결합된 플라이휠을 포함할 수 있으며, 여기서 사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 수역의 움직임으로부터 야기된 아암의 왕복 작용에 의하여 플라이휠이 구동된다.
예를 들어, 에너지 이용 시스템은 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하는 조인트 그리고 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및 아암에 결합된 랙 및 피니언을 포함할 수 있으며, 여기서 사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 수역의 움직임으로부터 야기된 아암의 왕복 작용에 의하여 피니언은 랙을 따라 구동된다.
예를 들어, 에너지 이용 시스템은 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대한 아암의 회전을 허용하는 조인트 및 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및 아암에 의하여 한정되고 적어도 하나의 유체 도관과 유체 연결 상태로 배치된 피스톤 챔버 그리고 피스톤 챔버 내에 이동 가능하게 수용된 피스톤 헤드를 구비한 피스톤을 갖는 펌프를 포함할 수 있으며, 사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 수역의 움직임의 결과로써 아암은 피스톤 챔버 내에서 피스톤 헤드를 왕복적으로 구동하여 유체는 적어도 하나의 유체 도관을 통하여 챔버 내로 그리고 챔버 밖으로 펌핑된다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위하여 그리고 어떻게 실현되는지를 보여주기 위하여, 한 예로서 본 발명이 첨부한 도면을 참고하여 설명된다.
도 1a는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치를 위한 파일의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 1b는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치를 위한 파일의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 1c는 도 1b에 도시된 파일의 윙 부분의 평면도.
도 2a는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치의 제 1 실시예의 측면도로서, 계류 장치가 부표를 계류하고 있음을 도시함.
도 2b는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치의 제 2 실시예의 정면도로서, 계류 장치가 긴 부유체(float)를 계류하고 있음을 도시함.
도 2c는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치의 제 3 실시예의 정면도로서, 계류 장치가 긴 부유체와 터빈(turbine)을 계류하고 있음을 도시함.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트의 제 1 실시예의 측면도로서, 조인트가 원추형 프로파일을 갖고 라인에 의하여 함께 결합된 대응하는 부분들을 포함하고 있음을 도시함.
도 4는 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트의 제 2 실시예의 횡단면도로서, 조인트가 볼 그리고 소켓 조인트를 포함하고 있음을 도시함.
도 5는 본 발명에 따른 조인트의 제 3 실시예의 분리 사시도로서, 조인트가 스위블 힌지 조인트와 클레비스 힌지 조인트를 포함하고 있음을 도시함.
도 6a는 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트 록킹 수단의 제 1 실시예의 횡단면도로서, 조인트 록킹 수단이 이동 가능한 핀 부재 및 볼 부분과 소켓을 견고하게 결합하도록 배치된 캐비티를 포함하여 볼과 소켓 조인트를 록킹하는 상태를 도시함.
도 6b는 선 A-A를 통한 조인트 록킹 수단의 제 1 실시예의 평면도로서, 이동 가능한 핀 부재가 배치되어 볼과 소켓 조인트를 록킹하는 상태를 도시함.
도 6c는 본 발명에 따른 조인트 록킹 수단의 제 1 실시예의 횡단면도로서, 이동 가능한 핀 부재가 캐비티로부터 수축되어 볼과 소켓 조인트가 언록킹되고 따라서 아암이 자유롭게 회전하는 상태를 도시함.
도 7은 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트 록킹 수단의 제 2 실시예의 분리 사시도로서, 제 1 벌집형 부재가 조인트를 가로질러 슬라이딩되도록 그리고 파일 상에 장착된 대응하는 제 2 벌집형 부재와 결합하도록 배치된 상태를 도시함.
도 8a, 도 8b 그리고 도 8c는 제 1 벌집형 부재가 조인트를 가로질러 슬라이딩되고 대응하는 제 2 벌집형 부재와 결합하는 동안의 본 발명에 따른 조인트 록킹 수단의 제 2 실시예의 연속적인 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트 록킹 수단의 제 3 실시예의 사시도로서, 여기서 제 1 결합 부재는 조인트를 가로질러 슬라이딩하고 그후 제 1 결합 부재 내에 형성된 바요넷 구멍 (bayonet aperture) 내에서 제 2 결합 부재를 견고하게 결합하도록 배치됨.
도 10은 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트 록킹 수단의 제 4 실시예의 사시도로서, 여기서 제 1 결합 부재는 조인트를 가로질러 연장하고 제 1 결합 부재를 회전시킴으로써 제 1 결합 부재 내에 형성된 바요넷 구멍 내에서 대응하는 제 2 결합 부재를 유지하고 결합하도록 배치됨.
도 11a는 본 발명에 따른 계류 장치를 위한 조인트 록킹 수단의 제 5 실시예의 횡단면도로서, 제어 수단이 작동되고 제 2 벌집형 부재를 제 1 벌집형 부재에서 떨어져 이동시키는 것을 도시함.
도 11b는 조인트 록킹 수단의 제 5 실시예의 횡단면도로서, 제어 수단이 정지되고 그로 인하여 제 2 벌집형 부재가 제 1 벌집형 부재와 결합되는 것을 허용하는 것을 도시함.
도 12는 수역에 장착되고 선박을 계류하는 본 발명에 따른 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치의 횡단면도.
도 13a는 바닥 위의 설정된 높이에서 수상 플랫폼을 계류하기 위한 강건한 계류 구조체를 형성하기 위하여 수역 내에 장착된 본 발명의 제 1 태양에 다른 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치의 횡단면도.
도 13b는 바닥 위에서 설정된 높이로 수상 플랫폼을 계류하기 위한 견고한 계류 구조체를 형성하기 위하여 다수의 다른 구조적 요소와 수역 내에 장착된 본 발명의 제 1 태양에 따른 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치의 횡단면도.
도 14a는 시추 수단을 지지하기 위하여 수역 내에 장착된 본 발명의 제 3 태양에 따른 계류 시스템의 측면도.
도 14b는 도 14a의 계류 시스템의 평면도.
도 15는 방파제의 제 1 예의 횡단면도로서, 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치에 의하여 부유 가능한 에너지 흡수 부재가 수역 내에 장착된 상태를 도시함.
도 16a 및 도 16b는 방파제의 제 2 예의 평면도 및 사시도로서, 베리어 부재와 부유 가능한 부재가 본 발명의 제 1 태양에 따른 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치에 의하여 수역에 장착된 상태를 도시함.
도 17a는 본 발명의 제 1 태양에 따른 4개의 계류 장치에 의하여 수역 내에 장착된 변형 가능한 직육면체 베리어 부재와 부유 가능한 부재를 포함하는 방파제의 제 3 예의 측면도.
도 17b는 방파제의 제 3 예의 측면도로서, 이동하는 수역의 작용 하에서 베리어가 직육면체에서 평행육면체 형태로 변형된 상태를 도시함.
도 18a 및 도 18b는 방파제 시스템의 제 4 예의 사시도로서, 다수의 방파제 장치가 강둑을 따라 연속적으로 장착된 상태를 도시함.
도 19는 수중 벽의 예의 횡단면도로서, 수역 내에 벽을 형성하기 위하여 본 발명에 따른 계류 장치를 이용하여 다수의 패널이 장착된 상태를 도시함.
도 20은 수중 케이블 부설 시스템의 예의 측면도로서, 수중 케이블 장치가 본 발명에 따른 계류 장치를 이용하여 수역에 장착된 상태를 도시함.
도 21a는 도 2에 도시된 계류 장치를 이용하여 수역에 장착된 터빈과 부유 가능한 부재를 포함하는 에너지 이용 시스템의 예의 정면도.
도 21b는 도 21a에 도시된 에너지 이용 시스템의 Z-Z 선의 횡단면도로서, 터빈의 돌출된 부분이 계류 장치의 아암의 채널 부분 내에 장착된 상태를 도시함.
도 22는 본 발명에 따른 계류 장치를 이용하여 수역 내에 장착된, 물의 흐름을 안내하기 위한 한 쌍의 가이드 부재와 터빈을 포함하는 에너지 이용 시스템의 예의 사시도.
도 23a 및 도 23b는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치에 장착된 랙과 피니언 시스템의 측면도 및 정면도.
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치에 장착된 랙과 피니언 시스템의 측면도 및 정면도.
도 25는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치에 장착된 랙과 피니언 시스템의 사시도.
도 26a는 본 발명의 제 1 태양에 따른 4개의 계류 장치에 의하여 수역에 장착된 변형 가능한 펌핑 챔버 및 수력 변환기(hydroelectric transducer)를 포함하는 에너지 이용 시스템의 예의 사시도.
도 26b는 도 26a의 에너지 이용 시스템의 예의 사시도로서, 이동하는 수역의 작용 하에서 변형 가능한 펌핑 챔버가 직육면체에서 평행육면체 형태로 변형된 상태를 도시함.
도 27a는 본 발명에 따른 계류 장치의 아암에 결합된 피스톤 펌프와 부유 가능한 몸체를 포함하는 에너지 이용 시스템의 예의 측면도.
도 27b는 도 27a에 도시된 에너지 이용 시스템의 피스톤 펌프의 횡단면도.
본 발명의 제 1 태양은 수역 내에서 사용하기에 적절한 계류 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 태양은 수역 내에 계류 장치를 장착하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 3 태양은 본 발명의 제 1 태양에 따른 다수의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치를 포함하는 시스템 또는 장치에 관한 것이다.
A. 계류 장치
본 발명의 제 1 태양은 수역에서 사용하기에 적절한 계류 장치에 관한 것이다.
수역(body of water)은 조수, 파도 및/또는 중력으로 인하여 이동할 수 있는 이동 가능한 수역일 수 있다. 예를 들어, 수역은 바다, 대양, 하구, 강, 호수 또는 수조일 수 있다. 조수 및/또는 파도는 시간이 흐르면서 요동(왕복) 형태로 수역의 높이(깊이)를 변화시킨다. 조수 및/또는 파도는 또한 시간이 흐르면서 흐름의 방향을 바꾼다.
계류 장치는 수역과 관계된 수중 환경에서 적어도 하나의 독립 개체(entity)를 계류하기에 적합하다. 독립 개체는 수역 내에 장착된 계류 장치에 매여지기에(결합하기에) 적합한 어떠한 물체(대상물, 장치, 시스템)이다. 계류 장치는 수면 위의, 수면 상 또는 근처의 또는 수역 내의 위치에 독립 개체를 계류할 수 있다. 독립 개체는 보트와 같은 선박일 수 있다. 독립 개체는 부표 또는 부력체(float)와 같은 물에 뜨는(부력) 물체일 수 있다. 독립 개체는 수상 플랫폼(pontoon), 프레임(frame) 또는 베리어(barrier)와 같은 구조체(구조물)일 수 있다. 독립 개체는 수역의 움직임을 흡수하기 위한 에너지 흡수 장치일 수 있다. 독립 개체는 수역의 움직임에 의하여 구동되는 에너지 이용 장치(energy harnessing device)일 수 있다. 독립 개체는 케이블 부설 장치일 수 있다. 독립 개체는 시추(drilling) 장치일 수 있다. 서로 결합된 다수의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템을 형성하기 위하여, 독립 개체는 다른 계류 장치일 수 있다.
계류 장치는 제한되지 않은 기간 동안 수역 내에 영구적으로 장착되도록 의도된 영구적인 계류 장치일 수 있다. 대안적으로, 계류 장치는 수역 내에 일시적으로 장착될 수 있고 그후 특정 기간 후에, 예를 들어 더 이상 요구되지 않을 때 제거될 수 있는 임시 계류 장치일 수 있다. 임시 계류 장치는 재사용 가능하며, 다른 위치에 설치될 수 있고 수중 환경에 최소한의 영향을 미친다.
계류 장치가 수역 내에서 사용하기 적합하기 때문에, 계류 장치는 수역과 관련된, 수역에 인접한 또는 수역 연안의 구역 또는 환경에서 독립 개체를 계류하기 위하여 사용될 수도 있다.
A(i) 파일
계류 장치는 파일(1)을 포함한다. 파일은 수역 내에서 계류 장치의 위치를 적어도 실질적으로 유지시키는 앵커의 역할을 수행한다.
파일은 수역을 지지하는 바닥 내에 매립되도록 구성된다. 파일은 제한되지 않은 기간 동안 바닥에 영구적으로 매립되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 파일은 바닥에 제거 가능하게 매립되도록 구성될 수도 있으며 따라서 계류 장치는 필요할 때 바닥에 일시적으로 고정될 수 있으며 그후 더 이상 필요 없을 때 제거될 수 있다.
파일은 선단(1b)과 후단(1c)을 포함한 샤프트(1a)를 포함할 수 있다.
파일의 길이 방향 축(X-X)은 선단에서 종단으로 샤프트를 따라 연장된다. 파일은 수직 축에 대하여 각도를 갖고 바닥에 매립될 수 있다. 그러나, 설치 동안에 파일에 작용하는 부하를 최소화하기 위하여, 파일의 길이 방향 축이 실질적으로 수직 축에 평행하게 연장되도록 파일은 바람직하게는 바닥 내에 매립된다.
파일은 샤프트의 선단에 형성된 팁(1d; tip)을 포함할 수 있다. 팁은 파일이 바닥을 관통하는 것을 돕는다.
샤프트는 실질적으로 균일한 직경을 가질 수 있거나, 팁으로부터 후단을 향하여 외측으로 테이퍼질 수 있다.
파일이 바닥 내에 매립될 때, 샤프트의 선단은 일정한 깊이까지 바닥 내로 연장되는 반면에, 샤프트의 후단의 부분은 바닥 위로 돌출된다.
파일은 샤프트의 선단으로부터 설정된 거리를 두고 샤프트 상에 배치된 멈춤 플레이트(1e)를 포함할 수 있다. 충분한 고정 효과를 제공하기 위해 바닥 내에 매립되어야 할 샤프트의 최적 또는 최대 길이를 지시하기 위하여 멈춤 플레이트(1e)가 제공된다. 사용시, 멈춤 플레이트가 바닥의 표면에 접촉하고 파일의 후단의 부분이 바닥 위로 돌출되는 깊이까지 파일은 바람직하게는 매립된다. 여기서, 조인트는 바닥 내에 매립되지 않는다.
파일은 스크류 부분을 포함할 수 있다. 스크류 부분은 샤프트의 적어도 한 부분을 따라 연장된 연속적인 나선(나사)부를 포함할 수 있다. 스크류 부분은 샤프트를 따라 연속적으로 배치된 하나 이상의 나선 플레이트(1f)를 포함할 수 있다. 파일은 부가적으로 또는 대안적으로 윙(wing) 부분을 포함할 수 있다. 윙 부분은 하나 이상의 윙을 포함할 수도 있다. 윙 부분이 샤프트 상에 배치될 때, 샤프트로부터 반경 방향으로 돌출되도록 하나 이상의 윙이 구성된다. 2개 이상의 계류 장치의 파일을 상호 연결하도록 윙 부분이 구성될 수도 있다. 스크류 부분 및/또는 윙 부분은 바닥 내의 파일의 고정을 돕는다. 스크류 부분 및/또는 윙 부분은 샤프트 상에 견고하게 또는 제거 가능하게 장착될 수 있다.
파일은 충분한 구조적 완전함을 갖는 어떠한 재료로 형성되어 파일이 설치됨에 따라 또는 파일이 매립될 때 가해지는 하중을 견딜 수 있다. 예를 들어, 샤프트는 강철, 섬유 유리 또는 현무암 섬유(basalt fibre)로 형성될 수 있다.
파일의 구성은 계류 장치의 의도된 사용, 계류 장치의 내구성 또는 일시적인 특성, 파일이 바닥 내에 매립되는 각도, 계류될 독립 개체의 치수, 형상, 무게 및 형태, 바닥 재료의 종류, 수역의 깊이, 파도 높이 및/또는 조차(tidal range)에 좌우된다. 샤프트 길이는 약 1m 내지 5m의 범위일 수 있다. 샤프트 직경은 약 3cm 내지 50cm의 범위일 수 있다. 스크류 부분의 직경은 약 10cm 내지 60cm의 범위일 수 있다. 윙 부분은 약 10cm 내지 60cm까지 반경 방향으로 연장될 수 있다. 바닥 내에서의 충분한 고정 효과를 제공하기 위하여, 파일은 최소한의 샤프트 길이 대 샤프트 직경 비율을 가질 수 있다. 파일이 점토 내에 매립되도록 의도될 때, 매립된 샤프트 길이는 1m의 최소 길이를 가지며 매립된 샤프트 길이 대 스크류 직경 비율은 적어도 3:1일 수 있다. 모래 내에 매립되는 것이 적합한 파일은 1m의 최소 매립 샤프트 길이 그리고 적어도 6:1의 매립된 샤프트 길이 대 스크류 직경 비율을 가질 수 있다.
파일은 큰 고정 효과 대 중량 비율을 갖는다. 파일은 또한 큰 고정 효과 대 치수 비율을 갖는다. 이러한 이유로, 파일은 일반적인 계류 시스템의 앵커보다 더 적은 중량을 가지며 그리고 더욱 콤팩트하다. 따라서 파일은 이후에 제조, 운반 및 설치하기에 더 저렴하고 더욱 용이하다. 파일은 또한 수중 환경에 제한된 환경적 영향을 준다.
파일의 우수한 고정 효과로 인하여, 파일은 어느 범위의 다른 바닥 재료(일부 바닥 재료는 일반적인 계류 시스템을 사용하는데 적합하지 않음) 내에 계류 장치를 고정하는데 적합하다. 예를 들어, 파일은 해저면 토양, 점토, 사양토 또는 모래, 토사 또는 진흙에서 충분한 고정을 제공할 수 있다. 파일은 연수가 포화된 흙과 같은 포화 토양에서 충분한 고정을 제공할 수 있다.
도 1a는 계류 장치의 제 1 실시예의 파일을 도시한다. 파일(1)은 샤프트(1a)를 포함하며, 이 샤프트는 선단(1b)과 후단(1c)을 갖는다. 파일은 강철로 형성되며, 약 2m의 샤프트 길이 그리고 약 9cm의 균일한 샤프트 직경을 갖는다. 팁(1d)은 샤프트의 선단에 형성된다. 멈춤 플레이트(1e)는 샤프트의 선단으로부터 약 1.5m에 배치된다. 약 30cm의 최대 나선 직경을 갖는 2개의 나선 플레이트(1f)가 팁과 멈춤 플레이트 사이의 샤프트 상에 이격된 관계로 장착된다. 파일의 길이 방향 축(X-X)은 샤프트를 따라서 선단에서 후단으로 연장된다.
도 2는 계류 장치의 제 2 실시예의 파일을 도시한다. 제 1 실시예와 마찬가지로, 파일은 선단(1b)과 후단(1c)을 갖는 샤프트(1a)를 포함한다. 팁(1d)은 샤프트의 선단에 형성된다. 제거 가능한 멈춤 플레이트(1e)는 샤프트의 선단으로부터 설정된 거리를 두고 배치된다. 2개의 나선 플레이트(1f)는 탭과 멈춤 플레이트 사이의 샤프트 상에 이격된 관계로 장착된다. 파일의 길이 방향 축(X-X)은 샤프트를 따라 선단에서 후단으로 연장된다. 샤프트의 후단의 고정을 향상시키기 위하여 멈춤 플레이트 아래의 샤프트 상에 제거 가능한 윙 부분(1g)이 배치된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 윙 부분은 4개의 윙(wing; W1, W2, W3, W4)을 포함하며, 이 윙은 튜브형 장착부(M)로부터 약 45cm만큼 반경 방향으로 돌출된다.
A(ⅱ) 아암
계류 장치는 적어도 하나의 아암(2)을 포함한다. 수중 환경에서 적어도 하나의 독립 개체를 결합(지탱, 유지, 연결)하도록 적어도 하나의 아암은 구성된다.
적어도 하나의 아암은 제 1 종단(2b)과 제 2 종단(2c)을 갖는 샤프트(2a)를 포함할 수 있다. 아암의 길이 방향 축(Y-Y)은 제 2 종단에서 제 1 종단으로 샤프트를 따라 연장된다.
적어도 하나의 아암은 실질적으로 선형 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 아암은 비선형 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 아암은 독립 개체의 적어도 부분의 윤곽부를 받아들이도록, 수용하도록 또는 윤곽부에 맞도록 형태를 가질 수 있다.
적어도 하나의 아암은 고정된(변화하지 않는) 구조를 가질 수 있다. 대안적으로, 샤프트는 변화 가능한(조정 가능한) 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 아암은 뽑았다 접었다 할 수 있으며, 따라서 아암의 길이는 변할 수 있다. 적어도 하나의 아암의 길이는 물의 다른 깊이 및/또는 물의 깊이 변화에 맞추어질 수 있다. 적어도 하나의 망원경 형태의 아암은 최소 길이로 수축될 수 있어 계류 장치는 보다 쉽게 보관되고 그리고/또는 운반될 수 있다. 적어도 하나의 망원경 형태의 아암은 최대 길이로 신장될 수 있어 계류 장치는 보다 쉽게 장착될 수 있다. 적어도 하나의 아암은 다수의 관절 연결된 부분을 포함할 수 있으며 따라서 아암의 형상은 변할 수 있다. 적어도 하나의 아암의 형상은 계류 장치의 보관, 운반, 설치 및/또는 사용 동안에 조정될 수 있다.
적어도 하나의 아암은 조인트(3)에 의하여 파일에 결합된다. 조인트는 바람직하게는 적어도 하나의 아암의 제 1 종단과 파일의 후단 사이에 배치된다. 이러한 이유로, 계류 장치가 수역에 장착될 때, 적어도 하나의 아암은 수역을 통하여 파일의 후단으로부터 연장된다. 조인트가 언록킹되어 있다면, 적어도 하나의 아암은 파일에 대하여 회전될 수 있다. 조인트가 록킹되어 있다면, 적어도 하나의 아암은 파일에 대하여 고정된 방향을 가지며 그리고 계류 장치는 견고한 구조를 갖는다.
적어도 하나의 아암의 바닥 종단에서 조인트를 장착하는 것은 이동하는 수역의 작용에 의하여 회전할 수 있는 아암의 길이를 최대화하며 따라서 이동하는 수역에서 에너지 흡수 장치 또는 에너지 변환 장치로의 에너지 전달을 최대화하는 것을 돕는다.
적어도 하나의 아암은 수역 내에서 부유 가능할 수 있다(부표일 수 있다). 그 결과, 아암은 가라앉음 없이 수역 내에서 매달릴 수 있다. 적어도 하나의 아암은 충분하게 부유 가능할 수 있어 아암은 자연적으로 파일로부터 수역의 표면을 향하는 상향 방향으로 파일에서 연장된다.
적어도 하나의 아암은 적어도 하나의 독립 개체를 계류 장치에 결합(잠금, 고정, 부착)하기 위하여 적어도 하나의 결합 수단(2d)을 포함한다.
결합 수단은 적어도 하나의 아암의 제 2 종단에 배치될 수 있으며 따라서 적어도 하나의 독립 개체가 적어도 하나의 제 2 종단에 계류될 수 있다. 예를 들어, 이 배치는 물의 표면 위에서 적어도 하나의 독립 개체를 계류하기에 또는 부유하도록 의도된 적어도 하나의 독립 개체를 수역의 표면 상에서 또는 표면 근처에서 계류하기에 적합하다. 부가적으로 또는 대안적으로, 결합 수단은 적어도 하나의 아암의 길이를 따르는 어떠한 위치에 배치될 수 있다. 이 특별한 배치는 수역 내에 위치되도록 의도된 적어도 하나의 독립 개체를 계류하기에 적합하다.
결합 수단은 캐치, 래치, 클램프, 클립, 계류선(케이블, 로프), 적어도 하나의 독립 개체의 상보적인 숫형/암형 부분과 결합하기 위한 암형/숫형 부분 또는 어떠한 다른 적절한 기계적 고정 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 수단은 적어도 하나의 아암 내에 형성된 오목한 채널을 포함할 수 있으며, 이 오목한 채널은 적어도 하나의 독립 개체의 상보적인 돌출 부분을 수용하도록 형상을 갖는다. 돌출 부분을 채널을 따라 슬라이딩시킴으로써 적어도 하나의 독립 개체는 적어도 하나의 아암 상에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다.
결합 수단은 적어도 하나의 독립 개체를 영구적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 결합 수단은 적어도 하나의 독립 개체를 해제 가능하게 결합하도록 구성될 수 있다. 이러한 이유로, 이는 유리하게는 계류가 더 이상 요구되지 않을 때 적어도 하나의 독립 개체가 계류 장치로부터 해제되는 것을 허용하며, 그리고 계류 장치가 다양한 다른 독립 개체를 계류하는 것을 허용한다.
결합 수단은 적어도 하나의 독립 개체를 견고하게 결합하도록 구성될 수 있으며 따라서 적어도 하나의 독립 개체는 아암에 대하여 이동할 수 없다. 부가적으로, 결합 수단은 적어도 하나의 독립 개체를 자유롭게 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 만일 계류 장치가 조석 에너지 또는 파도 에너지 이용 시스템 내에 통합된다면, 적어도 하나의 아암을 통한 이동하는 수역으로부터 에너지 이용 시스템으로의 에너지의 전달을 최대화하기 위하여 결합 수단은 바람직하게는 적어도 하나의 독립 개체를 견고하게 결합하도록 구성된다.
적어도 하나의 아암의 적어도 한 부분은 챔버를 한정할 수 있다. 예를 들어, 계류 장치가 조석 에너지 또는 파도 에너지 이용 시스템의 부분으로서 사용될 때, 아암은 펌핑 챔버 또는 터빈 챔버를 한정할 수 있다.
아암의 구성은 계류 장치의 이용, 계류된 독립 개체의 치수, 형상 및 중량, 수역의 깊이, 파도의 높이 및/또는 조차(tidal range)에 의존한다. 아암의 길이는 1m 내지 10m 범위일 수 있다.
아암의 긴 몸체는 실질적으로 균일한 직경을 가질 수 있거나, 제 1 종단에서 제 2 종단을 향하여 안쪽으로 테이퍼질 수 있다. 아암의 직경은 5cm 내지 30cm 범위일 수 있다.
적어도 하나의 아암은 수역 및/또는 적어도 하나의 독립 개체에 의하여 가해지는 부하를 견디는 충분한 구조적 보전성을 갖는 어떠한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 아암의 몸체는 강, 섬유 유리 또는 현무암 섬유를 포함할 수 있다. 아암의 밀도를 조정하기 위하여 적어도 하나의 아암의 몸체는 중공(hollow)일 수 있어 아암은 수역 내에서 뜰 수 있다.
계류 장치는 위에서 설명된 바와 같은 특징을 임의적으로 포함하는 다수의 아암을 포함할 수 있다. 다수의 아암은 동일한 또는 다른 독립 개체를 결합하도록 구성될 수 있다. 다수의 아암은 조인트를 통하여 파일에 결합될 수 있다.
아암을 함께 해제 가능하게 록킹하기 위하여 다수의 아암을 갖는 계류 장치는 아암 록킹 수단을 더 포함할 수 있다. 아암이 서로 록킹될 때, 계류 장치가 보다 쉽게 운반되고 설치되는 것을 허용하는 단일의 아암 부재를 형성하기 위하여 아암들이 결합한다. 아암 록킹 수단은 클램프, 클립 또는 아암들을 서로 고정하기 위한 다른 적절한 수단을 포함할 수 있다.
도 2a는 수역(W)에 장착된 계류 장치(M)의 제 1 실시예를 도시한다. 계류 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 파일(1), 조인트(3) 그리고 (도시되지 않은) 조인트 록킹 수단을 포함한다. 멈춤 플레이트(1e)가 바닥의 표면과 접촉하고 그리고 후방 종단(1c)이 바닥 위로 돌출되는 깊이까지 파일은 바닥(F) 내로 수직으로 매립된다. 아암(2)은 제 1 종단(2b)과 제 2 종단(2c)을 갖는 샤프트(2a)를 포함한다. 아암의 길이 방향 축(Y-Y)은 샤프트를 따라서 제 1 종단에서 제 2 종단으로 연장된다. 아암은 캐치(2d) 형태의 결합 수단을 더 포함한다. 이 실시예에서, 캐치는 샤프트의 제 2 종단에 배치되어 수면에 떠있는 부표(b)를 고정한다.
도 2b는 수역(F) 내에 장착된 계류 장치의 제 2 실시예를 도시한다. 계류 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 파일(1), 제 1 아암(21), 제 2 아암(22), 조인트(3) 그리고 (도시되지 않은) 조인트 록킹 수단을 포함한다. 계류 장치는 수면 상에서 뜨고 제 1 아암과 제 2 아암 사이에서 연장하는 긴 부유 가능한 몸체(B)를 계류한다. 멈춤 플레이트(1e)가 바닥의 표면과 접촉하고 그리고 후방 종단(1c)이 바닥 위로 돌출되는 깊이까지 파일은 바닥(F) 내로 수직으로 매립된다. 제 1 아암과 제 2 아암은 동일한 구성을 갖는다. 제 1 아암은 샤프트(21a)를 포함하며, 이 샤프트는 제 1 종단(21b), 제 2 종단(21c) 그리고 길게 늘어진 부유 가능한 몸체의 제 1 종단(B1)을 결합하기 위하여 제 2 종단에 배치된 캐치(21d; catch)를 갖는다. 동일하게, 제 2 아암은 샤프트(22a)를 포함하며, 이 샤프트는 제 1 종단(22b), 제 2 종단(22c) 그리고 부유 가능한 몸체의 제 2 종단(B2)을 결합하기 위하여 제 2 종단에 배치된 캐치(22d)를 갖는다. 제 1 아암과 제 2 아암의 종단은 조인트에 의하여 파일에 결합된다. 도 2b는 언록킹된 장치 내의 아암을 도시한다. 그러나, 아암들은 (도시되지 않은) 클램프를 이용하여 함께 록킹될 수 있으며, 그로 인하여 단일의 길게 늘어진 아암 부재를 형성한다.
도 2c는 수역(F)에 장착된 계류 장치의 제 3 실시예를 도시한다. 제 2 실시예와 같이, 도 2c에 도시된 계류 장치는 파일(1), 제 1 아암(21), 제 2 아암(22), 조인트(3) 그리고 조인트 록킹 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 이 실시예에서, 계류 장치는 제 1 아암과 제 2 아암 사이의 수역에 배치된 터빈(T)을 계류한다. 제 1 아암과 제 2 아암이 수역에서 상향 방향으로 연장되는 것을 보장하기 위하여 계류 장치는 또한 수면 상에서 부유하고 제 1 아암과 제 2 아암 사이에서 연장된, 길게 늘어진 부유 가능한 몸체(B)를 계류한다. 부유 가능한 몸체는 아암의 부양성에 따라 선택적이다. 멈춤 플레이트(1e)가 바닥의 표면에 접촉하고 후방 종단(1c)이 바닥 위로 노출되는 깊이까지 파일은 바닥(F) 내에 수직으로 매립된다. 제 1 아암과 제 2 아암은 동일한 구성을 갖는다. 제 1 아암은 샤프트(21a)를 포함하며, 이 샤프트는 제 1 종단(21b), 제 2 종단(21c) 그리고 길게 늘어진 부유 가능한 몸체의 제 1 종단(B1)을 결합하기 위하여 제 2 종단에 배치된 캐치(21d)를 갖는다. 제 1 아암의 샤프트는 제 2 부분(21a")에 관절 연결(상호 연결)된 제 1 부분(21a')으로부터 형성되며, 그로 인하여 제 1 부분은 제 2 부분에 대하여 이동 가능하다. 제 2 아암은 샤프트(22a)를 포함하며, 이 샤프트는 제 1 종단(22b), 제 2 종단(22c) 그리고 부유 가능한 몸체의 제 2 종단(B2)을 결합하기 위하여 제 2 종단에 배치된 캐치(22d)를 갖는다. 제 2 아암의 샤프트는 제 2 부분(22a")에 관절 연결(상호 연결)된 제 1 부분(22a')으로부터 형성되며, 그로 인하여 제 1 부분은 제 2 부분에 대하여 이동 가능하다. 도 2c는 터빈이 아암 상에 장착될 수 있도록 각 아암의 제 1 부분이 평행한 구조로 어떻게 이동 가능한지를 도시한다. 이 실시예에서, 터빈의 각 종단에 배치된 돌출 부분을 아암의 각 제 1 부분에 형성된 대응 채널을 따라 슬라이딩시킴으로써 터빈은 아암들의 제 1 부분 상에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 제 1 아암과 제 2 아암의 제 1 종단은 조인트에 의하여 파일에 결합된다. 대안적인 장치를 제공하기 위하여, 아암들은 (도시되지 않은) 클램프를 이용하여 함께 록킹될 수 있으며, 그로 인하여 단일의 단단하고 길게 늘어진 아암 부재를 형성한다.
A(ⅲ) 조인트
계류 장치는 조인트(3)를 포함한다. 조인트는 파일과 적어도 하나의 아암을 결합하도록 그리고 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된다.
만일, 계류 장치가 다수의 아암을 포함한다면, 조인트는 파일과 다수의 아암을 결합할 수 있으며 또한 아암과 파일 간의 회전을 허용한다.
적어도 하나의 아암의 방향 그리고 따라서 계류 장치의 구성이 변화할 수 있도록 조인트는 적어도 하나의 아암이 파일에 대하여 회전하는 것을 허용한다.
적어도 하나의 아암은 사용자에 의하여 파일에 대해 수동적으로 회전될 수 있다. 계류 아암이 수역에 장착될 때, 적어도 하나의 아암은 적어도 하나의 아암에 작용하는 수역의 힘에 의하여 회전하도록 구동될 수 있다.
조인트는 적어도 하나의 아암이 특별한 방향으로 회전하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 계류 아암이 수역에 장착될 때, 적어도 하나의 아암이 파일에서 바닥 위의 특정 높이로 연장될 때까지 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있다. 적어도 하나의 아암이 파일로부터 특정 방향으로 연장될 때까지 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있다. 수역으로부터 제거될 때, 적어도 하나의 아암이 파일에 인접하게 배치되고 또한 파일에 평행하게 연장할 때까지 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용할 수 있으며 따라서 계류 장치는 유리하게 콤팩트한 구성을 갖는다. 적어도 하나의 아암과 파일이 동축적일 때까지 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용한다. 적어도 하나의 아암이 부력이 있다면, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용하며, 따라서 아암은 파일로부터 수역의 표면을 향하여 위 방향으로 연장된다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 수역 내에 또는 수역 위에 위치한 독립 개체를 결합시킬 수 있는 방향을 가질 때까지 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있어 아암에 결합된 적어도 하나의 독립 개체는 수역 내에서 특정 방향을 가질 수 있다. 예를 들어, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있어 적어도 하나의 독립 개체는 바닥 위의 특정 높이에, 수역의 표면에 또는 표면 근처에 또는 수역 내에 배치될 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있어 독립 개체는 수역의 흐름에 대하여 특정 방향으로 배치되거나 연장될 수 있다.
계류 장치가 수역 내에 장착될 때, 조인트는 수역의 작용 하에서 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 아암의 방향은 물의 조건에 따라 변할 수 있다. 조인트는 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며, 따라서 아암이 연장되는 높이는 수역의 깊이에 따라서 달라질 수 있다. 조인트는 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 아암이 파일로부터 연장되는 방향이 흐름의 방향에 따라 달라질 수 있다.
조인트는 적어도 하나의 아암이 적어도 하나의 평면으로 회전하는 것을 허용한다.
조인트는 적어도 하나의 아암이 파일의 길이 방향 축과 평행한 하나의 평면으로 (길이 방향 축에 직교하는 축을 중심으로) 회전하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 조인트는 적어도 하나의 아암이 파일의 길이 방향 축에 직교하는 하나의 평면으로 (길이 방향 축과 평행한 축을 중심으로) 회전하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 계류 장치가 수역 내에 장착될 때, 조인트는 적어도 하나의 아암이 (수평 축을 중심으로) 수직면으로 회전하는 것을 허용할 수 있다. 수직면으로의 회전은 적어도 하나의 아암의 높이가 변하는 것을 허용한다. 적어도 하나의 아암이 수역의 수직력을 받을 때, 적어도 하나의 아암은 수직면으로 회전되도록 구동될 수 있다. 이러한 이유로, 조인트는 물의 깊이에 따라 적어도 하나의 아암의 높이가 조정되는 것을 허용한다. 만일 조수 및/또는 파도 움직임으로 인하여 이동하고 있는 수역 내에 계류 장치가 장착되면, 적어도 하나의 아암은 수직면으로 회전할 것이며 따라서 수역의 깊이가 동요함에 따라 아암의 높이는 왕복 형태로 변화된다. 수직면으로의 회전은 또한 적어도 하나의 아암의 방향이 2개의 반대 방향 사이에서 변화하는 것을 허용한다.
예를 들어, 조인트는 부가적으로 또는 대안적으로 적어도 하나의 아암이 수평면으로 (수직 축을 중심으로) 회전하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 이러한 형태의 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용하며 따라서 아암이 파일로부터 연장되는 방향이 변할 수 있다. 만일, 계류 장치가 이동하는 수역 내에 장착된다면, 조인트는 수역의 수평 움직임 하에서 아암이 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 적어도 하나의 아암은 흐름의 방향으로 파일에서 연장된다. 이러한 이유로, 조인트는 흐름의 방향에 따라 적어도 하나의 아암의 방향이 조절되는 것을 허용한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 계류 장치의 조인트는 계류 장치의 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며 따라서 부표/부유 가능한 부재(B)는 해역의 표면에 또는 근처에서 계류될 수 있다. 사용 중에 부표/부유 가능한 부재의 부유 방향을 유지하는 것을 돕기 위하여 도 2a 및 도 2b에 도시된 계류 장치의 조인트는 아암이 회전하는 것을 허용하며 따라서 수역의 깊이에 따라 아암의 높이는 조절될 수 또는 조절된다.
도 2c에 도시된 계류 장치의 조인트는 계류 장치의 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며 따라서 부유 가능한 부재(B)는 수역의 표면 상에 또는 표면 근처에 계류될 수 있으며 터빈(T)은 수역의 구동력이 일반적으로 최대한 활용되는 수역의 중앙 부분(중간 높이)에 계류될 수 있다. 터빈에 미치는 구동력 효과를 최적화하기 위하여 조인트는 또한 계류 장치의 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용하며 따라서 아암은 파일로부터 흐름의 방향으로 연장될 수 있으며 그리고 터빈 샤프트의 길이 방향 축은 흐름의 방향에 직교하는 방향으로 연장될 수 있다. 사용 중에 부유 가능한 부재와 터빈의 방향을 유지하는 것을 돕기 위하여 도 2c에 도시된 계류 장치의 조인트는 아암이 회전하는 것을 허용하며 따라서 수역의 깊이에 따라 아암의 높이는 조절될 수 있으며 그리고/또는 흐름의 방향에 따라 아암의 방향은 조절될 수 있다.
조인트는 파일과 적어도 하나의 아암 사이, 바람직하게는 파일의 후방 종단과 아암의 제 1 종단 사이에 배치된다. 예를 들어, 계류 장치가 조수 또는 파도 에너지 변환 시스템의 부분으로서 사용될 때, 아암이 수직면으로 회전함에 따라 아암의 변화 가능한 높이를 최적화하기 위하여 조인트는 파일의 후방 종단과 아암의 제 1 종단 사이에 배치된다.
조인트는 파일에 대하여 단일 축을 중심으로 하는 적어도 하나의 아암의 회전을 허용할 수 있다. 예를 들어, 조인트는 스위블 힌지 조인트 또는 클레비스 힌지 조인트와 같이 단일 면으로 회전을 허용하는 힌지 조인트일 수 있다. 계류 장치가 수역에 장착될 때 힌지 조인트는 수직면 또는 수평면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용할 수 있다. 조인트는 파일에 대하여 다축을 중심으로 하는 적어도 하나의 아암의 회전을 허용할 수 있다. 예를 들어, 조인트는 유니버설 조인트 또는 볼과 소켓 조인트와 같은 다축 조인트일 수 있다. 조인트는 제 1 면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하는 제 1 힌지 조인트 및 제 2 면으로 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하는 제 2 힌지 조인트를 포함할 수 있다.
조인트의 간단한 형태에서, 조인트는 케이블, 로프, 체인 또는 적어도 하나의 아암과 파일 사이에서 연장하는 어떠한 다른 적절한 라인을 포함할 수 있다. 파일이 바닥에 매립될 때, 이러한 형태의 조인트는 파일에 대하여 다축을 중심으로 적어도 하나의 아암이 회전하는 것을 허용한다. 도 3a 및 도 3b는 아암(2)에 결합된 제 1 부분(30a), 파일(1)에 결합된 제 2 부분(30b) 그리고 제 1 부분과 제 2 부분 사이에서 연장된 플렉서블 라인(30c)을 포함하는 조인트(3)의 제 1 실시예를 도시한다. 파일에 대한 아암의 회전을 허용하기 위하여 플렉서블 라인은 제 1 부분과 제 2 부분을 결합한다. 플렉서블 라인은 파일의 길이 방향 축에 평행한 축을 중심으로 아암이 (수평면으로) 자유롭게 회전(360°까지)하는 것을 허용한다. 제 1 부분과 제 2 부분은 대응하는 원뿔형 표면(30d)을 갖는다. 대응하는 원뿔형 표면은 (수직면으로) 파일의 길이 방향 축에 직교하는 축을 중심으로 하는 아암의 회전을 제한한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 부분과 제 2 부분의 대응하는 원뿔형 표면이 결합(접촉)하고 아암이 파일의 길이 방향 축(X-X)에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장할 때까지 아암은 수직면으로 회전할 수 있다. 결합할 때, 대응하는 원뿔형 표면들은 제 1 부분(아암)이 제 2 부분(파일)에 대하여 수평면으로 부드럽게 회전하는 것을 허용한다.
대안적인 설계에서, 조인트는 적어도 하나의 아암에 결합된 제 1 부분 및 파일에 결합된 제 2 부분을 포함할 수 있으며, 그로 인하여 제 1 부분은 제 2 부분에 대하여 회전 가능하게 장착되도록 구성되어 파일에 대한 아암의 회전을 허용한다.
도 4는 파일(1)과 아암(2)을 결합하도록 그리고 파일에 대하여 어느 방향으로의 아암의 자유로운 회전을 허용하도록 구성된 볼과 소켓 조인트(31)의 제 2 실시예의 횡단면도이다. 볼과 소켓 조인트는 일반적으로 상보적인 캐비티(31b)에 끼워진 볼 형상의 헤드(31a)를 포함하며, 그로 인하여 볼 형상의 헤드 부분은 파일의 후방 종단(1c)에 배치되며, 상보적인 캐비티 부분(31b)은 아암의 제 1 종단(2a)에 배치된다. 볼과 소켓 조인트는 적어도 수직면 그리고 수평면으로 아암의 회전을 허용한다. 이러한 이유로, 볼과 소켓 조인트는 수역의 깊이에 따라 아암의 높이가 변하는 것을 허용하며 또한 흐름의 방향에 따라 아암의 방향이 변하는 것을 허용한다.
도 5는 스위블 힌지 조인트(32)와 클레비스 힌지 조인트(33)를 포함하는 조인트(3)의 제 3 실시예의 분리 사시도이다. 스위블 힌지 조인트(32)는 아암(2)에 간접적으로 결합된 샤프트 부분(32a) 그리고 파일(1)의 후방 종단(1c)에 간접적으로 결합된 요부 부분(32b)을 포함하며, 그로 인하여 샤프트 부분은 요부 부분 내에 회전 가능하게 장착되어 샤프트 축을 중심으로 하는 아암의 회전을 허용한다. 클레비스 힌지 조인트(33)는 아암(2)의 제 1 종단(2a)에 직접적으로 결합된 탱(tang) 부분(33a) 그리고 파일(1)에 간접적으로 결합된 포크 부분(33b)을 포함하며, 그로 인하여 탱 부분은 클레비스 핀(33c)에 의하여 포크 부분에 회전 가능하게 결합되어 파일의 길이 방향 축에 직교하는 클레비스 핀을 중심으로 하는 아암의 회전을 허용한다. 이러한 이유로, 만일 파일이 바닥에 수직으로 매립된다면, 스위블 힌지 조인트는 아암이 파일에 대하여 수직 축을 중심으로(수평면으로) 회전하는 것을 허용하며, 클레비스 힌지 조인트는 아암이 파일에 대하여 수평 축을 중심으로 회전하는 것을 허용한다. 따라서, 스위블 힌지 조인트는 흐름의 방향에 따라 아암의 방향이 변하는 것을 허용하며, 클레비스 힌지 조인트는 수역의 깊이에 따라 아암의 높이가 변하는 것을 허용한다.
A(ⅳ) 조인트 록킹 수단
계류 장치는 조인트 록킹 수단(4)을 포함한다. 조인트 록킹 수단은 조인트를 록킹하도록 구성되어 적어도 하나의 아암은 파일에 대하여 회전할 수 없다.
조인트가 록킹될 때, 적어도 하나의 아암은 고정된 방향을 가지며, 계류 장치는 견고한 구조체이다.
조인트와 조인트 록킹 수단의 결합은 특정 방향에서 배치된 적어도 하나의 아암과 함께 견고한 상태에서 계류 장치가 보관, 운반 그리고/또는 이용되는 것을 허용한다. 예를 들어, 적어도 하나의 아암이 회전되어 파일과 평행하게 연장된 후 조인트를 록킹하기 위하여 조인트 록킹 수단은 작동될 수 있으며 따라서 계류 장치는 콤팩트한 구성을 갖고 보관 및/또는 운반될 수 있다. 적어도 하나의 아암과 파일이 동축적일 때 조인트를 록킹하기 위하여 조인트 록킹 수단은 작동될 수 있으며 따라서 계류 장치는 견고한 상태에서 수역에 설치될 수 있다. 계류 장치의 전체 길이가 최대화되기 때문에 계류 장치는 보다 깊은 수역에 설치될 수 있다.
조인트 록킹 수단은 조인트를 록킹하기 위한 어떠한 적절한 수단을 포함할 수 있다. 조인트 록킹 수단은 기계적, 전자적 그리고/또는 전자기적 록킹 수단을 포함할 수 있다. 조인트가 록킹 또는 언록킹될 때 사용자가 제어할 수 있도록 하기 위하여 조인트 록킹 수단은 수동적으로 작동 가능할 수 있다. 조인트 록킹 수단은 원격으로 작동 가능할 수 있다. 조인트 록킹 수단은 아암의 회전 동작 하에서 작동 가능할 수 있다. 조인트 록킹 수단은 중력의 작용 하에서 작동 가능할 수 있다.
조인트가 제 1 부분과 제 2 부분 사이에서 연장된 체인을 포함한다면, 체인 링크가 서로에 대하여 충분하게 회전되어 체인 링크가 상호 록킹 상태가 될 때까지 아암을 파일에 대하여 파일의 길이 방향 축을 중심으로 회전시킴으로써 조인트는 록킹 상태가 될 수 있다. 체인 링크가 상호 록킹될 때, 아암은 파일에 대하여 더 회전할 수 없으며, 계류 장치는 견고한 구조체이다.
대안적인 설계에서, 조인트 록킹 수단은 다수의 상보적인 결합 부재를 포함할 수 있으며, 그에 따라 상보적인 결합 부재들이 결합될 때 조인트는 록킹되며, 결합 부재 중 적어도 하나가 인접한 결합 부재에서 분리될 때 조인트는 언록킹된다.
조인트 록킹 수단은 제 1 결합 부재 그리고 상보적인 제 2 결합 부재를 포함할 수 있으며, 여기서 제 2 결합 부재는 조인트 록킹 위치와 조인트 언록킹 위치 사이에서 이동할 수 있다. 조인트 록킹 위치에서, 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 결합되며, 아암과 파일 사이의 조인트는 록킹된다. 조인트 언록킹 위치에서, 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 공간적으로 분리되고, 조인트는 언록킹된다.
제 1 결합 부재는 적어도 하나의 아암과 관련하여 배치될 수 있으며, 제 2 결합 부재는 파일과 관련하여 배치될 수 있다.
제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 어떠한 적절한 결합 수단을 포함할 수 있다. 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 상호 연결된 벌집형 구성(castellated configuration)을 갖는 상보적인 결합 수단일 수 있다. 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재는 돌출부와 요부와 같은 상보적인 숫형 결합 수단과 암형 결합 수단일 수 있다.
제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재에 대하여 회전하도록 구성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제 2 결합 부재는 제 1 결합 부재에 대하여 회전하도록 구성될 수 있다.
제 1 결합 부재 및/또는 제 2 결합 부재는 슬라이딩 또는 회전 작용에 의하여 조인트 록킹 위치와 조인트 언록킹 위치 사이에서 이동 가능할 수 있다.
조인트 록킹 수단은 제어 수단을 포함하여 제 1 결합 부재 및/또는 제 2 결합 부재의 위치 및 이동을 제어할 수 있다. 제어 수단은 제 1 결합 부재 및/또는 제 2 결합 부재의 이동을 한정(제한)할 수 있다.
결합 수단은 확실한 결합을 위하여 비틀림 작용을 요구할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 이동 가능한 핀 부재(40a) 형태의 제 1 결합 부재와 상보적인 요부(40c) 형태의 제 2 결합 부재를 포함한 조인트 록킹 수단의 실시예를 도시한 도면이다. 핀 부재가 요부 내에서 연장할 때 조인트는 록킹된다. 핀 부재가 요부로부터 수축될 때 조인트는 언록킹된다. 조인트 록킹 수단(4)의 이 특별한 실시예는 도 3에서 이전에 도시된 바와 같은 볼과 소켓 조인트를 록킹하기에 적합하다. 핀 부재(40a)는 조인트의 소켓 부분(31b) 내에 탄성 장착된다. 요부(40c)는 조인트의 볼 부분(31a) 내에 형성된다. 핀 부재의 위치는 수동적으로 작동 가능한 케이블(40b)에 의하여 제어된다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 케이블이 충분한 장력 하에 위치할 때 조인트가 록킹되어 탄성 장착된 핀 부재가 소켓 부분(31b)에서 볼 부분(31a)에 형성된 요부(40c) 내로 돌출된다. 이러한 이유로, 조인트가 록킹될 때, 아암은 파일에 대하여 회전할 수 없다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 케이블이 이완될 때, 핀 부재가 수축 위치로 이동하고 그리고 소켓 부분을 넘어 더 이상 연장하지 않는다. 이러한 이유로, 조인트는 언록킹되고 아암에 결합된 소켓 부분은 파일에 결합된 볼 부분에 대하여 자유롭게 회전한다. 볼 부분 내의 요부의 구성은 록킹 상태에서의 아암의 방향을 결정한다는 것이 이해될 것이다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예에서, 요부는 볼 부분의 상단에서 중심적으로 형성되며, 따라서 아암이 파일에 동축적으로 배치될 때 그리고 핀 부재가 소켓 부분과 볼 부분 사이에서 캐비티 내로 연장될 때에만 조인트는 록킹될 수 있다.
도 7, 도 8a, 도 8b 그리고 도 8c는 슬라이딩 가능한 제 1 결합 부재와 움직이지 않는 제 2 결합 부재를 포함하는 조인트 록킹 수단의 제 2 실시예를 도시한다. 도 7은 조인트 록킹 수단과 도 5에서 이전에 도시된 바와 같은 파일(1), 아암(2), 조인트(31, 32)의 분리 사시도이다. 조인트 록킹 수단은 아암 상에 원주적으로 장착된 제 1 결합 부재(41a) 그리고 파일 상에 원주적으로 장착된 제 2 결합 부재(41b)를 포함한다. 제 1 결합 부재는 제 2 결합 부재를 향하는 벌집 형상의 에지를 갖는 슬라이딩 가능한 슬리브이다. 제 2 결합 부재는 제 1 결합 부재를 향하는 대응 벌집 형상의 에지를 갖는 정지 슬리브이다. 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재의 벌집 형상의 에지 각각은 다수의 돌출부와 함몰부를 갖는다. 제 1 결합 부재는 아암 상에 장착되어 필요에 따라서 아암을 따라서 제 2 결합 부재를 향하여 또는 제 2 결합 부재로부터 멀리 슬라이딩될 수 있다. 제 1 결합 부재가 조인트를 가로질러 제 2 결합 부재를 향하는 방향으로 아암을 따라 슬라이딩되고 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재의 대응하는 벌집형 에지들이 견고하게 결합(상호 록킹)할 때, 조인트는 록킹된다. 결합하는 벌집형 에지들의 구성으로 인하여, 조인트 록킹 수단은 파일의 길이 방향 축(X-X)에 평행한 축을 중심으로 하는 스위블 힌지 조인트(32)의 회전을 방지하고 또한 파일의 길이 방향 축에 직교하는 축을 중심으로 하는 클레비스 힌지 조인트(33)의 회전을 방지한다. 동일하게, 제 1 결합 부재가 제 2 결합 부재로부터 먼 방향으로 아암을 따라 슬라이딩될 때 조인트는 언록킹되어 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재의 대응하는 벌집형 에지들은 이격된 관계로 배치되고 제 1 결합 부재는 더 이상 조인트를 가로질러 연장하지 않는다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 아암(2)이 위로 회전하고 파일과 동축적으로 됨에 따라 제 1 결합 부재는 중력 하에서 아암을 따라서 제 2 결합 부재를 향하여 슬라이딩할 수 있다. 아암이 실질적으로 파일과 동축적일 때, 제 1 결합 부재는 조인트를 가로질러 연장하며 대응하는 벌집형 에지들을 견고하게 결합한다. 아암에 형성된 긴 구멍(41d)을 따라 이동하도록 구성된 핀(41c)을 제 1 결합 부재에 결합함에 의하여 아암을 따른 제 1 결합 부재의 최대 이동 거리는 제한될 수 있다. 이 실시예에서, 아암이 실질적인 동축적인 위치로 수동적으로 회전된다면 조인트를 록킹하기 위하여 조인트 록킹 수단은 작동될 수 있다. 대안적으로, 이동하는 수역의 작용 하에서 아암이 실질적인 동축적인 위치로 회전된다면 이 조인트를 록킹하기 위하여 조인트 록킹 수단은 작동될 수 있다. 조인트 록킹 수단은 수동적으로 작동 가능한 제어 수단을 더 포함할 수 있어 필요할 때 조인트를 록킹 및/또는 언록킹하기 위하여 제 1 결합 부재의 위치와 이동을 제어한다.
도 9는 바요넷 트위스트 록킹(bayonet twist locking) 형상을 갖는 조인트 록킹 수단의 제 3 실시예를 도시한다. 제 1 결합 부재는 아암(2) 상에 슬라이딩 가능하게 장착된 슬리브(42a)를 포함한다. 채널 영역(42c)과 오프셋 영역(42d)을 갖는 슬리브에 T-형 또는 L-형 구멍이 형성된다. 제 2 결합 부재는 파일로부터 외측으로 연장된 러그(42b)이다. 조인트(3)를 가로질러 파일을 향하여 슬리브를 슬라이딩시킴으로써 조인트는 록킹되며, 따라서 러그는 구멍의 채널 영역을 따라 오프셋 영역으로 안내되며, 그후 슬리브를 비틂으로써 러그는 구멍의 오프셋 영역 내에 견고하게 유지된다. 조인트 록킹 수단은 슬리브의 슬라이딩 움직임을 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함한다. 이 실시예에서, 제어 수단은 핀(42e)을 포함하며, 이 핀은 슬리브에 형성된 I-형, T-형 또는 L-형의 긴 구멍(42f)을 따라 이동하도록 구성된다. 긴 구멍은 한 종단 또는 양 종단에서의 채널 영역(42g)과 오프셋 영역(42h)을 포함한다. 제어 수단에 의하여, 핀이 오프셋 영역으로부터 해제될 때 그리고 핀이 긴 구멍의 채널 영역을 따라 자유롭게 이동할 때, 슬리브는 아암을 따라 파일 상의 러그를 향하여 슬라이딩만 할 수 있다.
도 10은 도 9 내의 조인트 록킹 수단과 유사한 바요넷 트위스트 록킹 형상을 갖는 조인트 록킹 수단의 제 4 실시예를 도시한다. 그러나, 이 실시예에서 제 1 결합 수단은 아암 상에 회전적으로 장착된 슬리브(43a)이다. 이러한 이유로, 슬리브를 조인트(3)를 가로질러 파일(1)을 향하여 이동시키기 위하여 회전 작용을 가함으로써 조인트는 록킹되며, 따라서 러그(43b)는 채널 영역(43c)을 따라 오프셋 영역(43d)으로 안내되며, 그후 다른 회전 작용을 가함으로써 러그는 오프셋 영역 내에 견고하게 결합된다.
도 11a 및 도 11b는 아암(2)의 회전 하에서 작동할 수 있는 조인트 록킹 수단의 제 5 실시예를 도시한 도면이다. 이 실시예에서, 조인트 록킹 수단은 아암이 회전하여 아암이 파일(1)과 적어도 실질적으로 동축적일 때 조인트(3)를 록킹하고 그로 인하여 아암(2)의 어떠한 회전도 방지하도록 구성된다. 조인트 록킹 수단은 아암이 파일과 비동축적일 때 조인트를 언록킹하고 그로 인하여 아암의 회전을 허용하도록 구성된다. 도 11a 그리고 도 11b에 도시된 바와 같이, 조인트 록킹 수단은 조인트(3) 아래에서 파일(1)에 장착된다. 제 1 결합 부재는 제 1 벌집형 부분(44a; castellated portion)을 포함한다. 제 2 결합 부재는 제 2 벌집형 부분(44b)을 포함한다. 제 1 벌집형 부분은 제 2 벌집형 부분을 향하는 고정된 위치에 배치된다. 제 2 벌집형 부분(44b)은 탄성 장착되며, 따라서 제 2 벌집형 부분은 스프링(44c)의 탄성 부하 작용 하에서 이동 가능하다. 스프링은 제 2 벌집형 부분을 제 1 벌집형 부분을 향하여 탄성적으로 바이어스시킨다. 제 1 벌집형 부분과 제 2 벌집형 부분이 결합할 때 조인트는 록킹된다. 제 1 벌집형 부분과 제 2 벌집형 부분이 공간적으로 분리될 때 조인트는 언록킹된다. 조인트 언록킹 수단은 제어 수단을 더 포함하여 제 1 벌집형 부분에 대한 제 2 벌집형 부분의 위치 및 이동을 제어한다. 제어 수단은 캠 아암(50a), 록킹 콜라(50b) 그리고 핀 부재(50c)를 포함한다. 이 실시예에서, 캠 아암은 조인트로부터 반경 방향으로 연장된다. 그러나, 캠 아암은 대안적으로 아암에서 반경적으로 연장될 수 있다. 록킹 콜라는 파일 상에 원주적으로 장착된 슬리브이다. 핀 부재는 수평적으로 연장된 샤프트(50d)를 통하여 록킹 콜라와 상호 연결된다. 핀 부재는 제 1 벌집형 부분에 형성된 구멍을 통하여 제 2 벌집형 부분을 향하여 연장되도록 배치된다. 록킹 콜라 그리고 그에 따라 핀 부재는 캠 아암(50a)의 작용 하에서 이동 가능하다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 캠(2)이 파일에 대하여 비동축적인 방향으로 회전함에 따라 캠 아암(50a)은 록킹 콜라(50b)에 하향 작용하여 록킹 콜라는 파일을 따라 아래로 슬라이딩하며, 결과적으로 핀 부재(50c)는 제 1 벌집형 부재(44a)에서 떨어져 제 2 벌집형 부재(44b)를 아래 방향으로 구동하고 그리고 조인트는 언록킹된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 아암이 파일과 실질적으로 동축적일 때, 캠 아암은 록킹 콜라에 영향을 미치지 않는다. 이러한 이유로, 스프링(44c)의 탄성적으로 바이어스된 탄성 부하 작용으로 인하여, 록킹 콜라 그리고 핀 부재는 각각의 최상단 위치에 배치되고, 제 2 벌집형 부분은 제 1 벌집형 부분과 결합되며 따라서 조인트는 록킹된다.
B. 계류 장치의 장착
본 발명의 제 2 태양은 수역 내에 계류 장치를 장착하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 계류 장치를 수역 내의 원하는 위치로 운반하는 것; 적어도 하나의 아암과 파일이 실질적으로 동축적일 때까지 파일에 대하여 적어도 하나의 아암을 회전시키는 것; 계류 장치가 견고한 구조체가 되도록 조인트 록킹 수단을 작동시켜 조인트를 록킹하는 것; 그리고 파일이 바닥에 충분하게 매립될 때까지 계류 장치를 수역을 지지하는 바닥 내로 구동하는 것을 포함한다.
계류 장치는 구동 수단의 이용에 의하여 바닥 내로 구동될 수 있다. 계류 장치는 충격 구동 수단(percussive drive means)의 이용에 의하여 수역의 바닥 내로 충격적으로 구동될 수 있다. 대안적으로, 특히 파일이 스크류 부분 또는 윙 부분을 갖고 있다면, 계류 장치는 회전 가능한 구동 수단의 이용에 의하여 바닥 내로 회전 가능하게 구동될 수 있다.
구동 수단은 회전 가능한 스티어링 핸들과 같은 수동적으로 작동 가능한 구동 수단일 수 있다. 대안적으로 구동 수단은 원격적으로 제어될 수 있는 기계적으로 작동 가능한 구동 수단일 수 있다.
계류 장치는 구동 수단을 수용하기 위한 구동 헤드 부분을 포함할 수 있다. 구동 헤드 부분은 적어도 하나의 아암 내에 배치될 수 있다. 실시예에서, 구동 수단은 수동적으로 회전 가능한 핸들을 포함하고, 그리고 구동 헤드 부분은 아암 내에 형성된 구멍을 포함하며, 그로 인하여 핸들은 구멍을 통하여 연장되고 양 종단으로부터 돌출되도록 구성된다.
파일이 바닥 내에 충분하게 매립되어 앵커의 역할을 수행할 때까지 계류 장치는 바닥 내로 구동되며, 그로 인하여 수역 내에서의 계류 장치의 위치를 유지한다. 멈춤 플레이트가 바닥에 접촉할 때까지 계류 장치는 바닥 내로 구동될 수 있다.
계류 장치는 바닥 내로 방향이 있게 구동될 수 있으며, 따라서 파일은 수직 축에 대하여 각도를 갖고 바닥 내에 매립된다. 대안적으로, 계류 장치는 바닥 내로 수직으로 구동될 수 있으며, 따라서 파일은 수직 축에 실질적으로 평행한 방향으로 바닥에 매립된다.
수역 내에 계류 장치를 장착한 후, 적어도 하나의 독립 개체가 적어도 하나의 아암에 결합될 수 있으며, 그리고 조인트 록킹 수단이 정지될 수 있어 조인트를 언록킹하고 적어도 하나의 아암이 파일에 대하여 회전하는 것을 허용한다.
C. 계류 시스템
본 발명의 제 3 태양은 위에서 설명된 바와 같은 다수의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템에 관한 것이다.
계류 시스템은 수역에서 함께 결합되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함할 수 있다. 계류 장치들은 직접적으로 함께 결합될 수 있다. 예를 들어, 계류 장치의 아암의 제 2 종단은 인접한 계류 장치에 직접적으로 결합될 수 있다. 스트러트, 바, 빔, 프레임 또는 플랫폼과 같은 상호 연결 수단을 이용하여 계류 장치들은 간접적으로 함께 결합될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 계류 시스템은 수역에 이격된 관계로 배치되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함할 수 있다.
계류 시스템은 굴착 장치(rig) 또는 지지 구조체를 형성하도록 구성될 수 있다. 계류 시스템은 수역 내에서, 수역의 표면에서 그리고/또는 수역 위에서 장치를 지지하는데 적합할 수 있다. 예를 들어, 계류 시스템은 시추 장치, 모니터링 장치, 에너지 발생 장치, 수역 제어 장치 등을 지지하도록 구성될 수 있다.
D. 계류 장치의 가능한 이용
본 발명에 따른 계류 장치는 다양한 수중 시스템 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 계류 장치는 수역 내에 부유 가능한 독립 개체를 계류하기 위하여 사용될 수 있다. 수역을 지지하는 바닥 위의 고정된 높이에서 구조체를 계류하기 위하여 계류 장치가 사용될 수 있으며, 이는 또한 바람직하게는 수면 위에 있다. 계류 장치는 수중 드릴을 지지하기 위한 시추 장치(drilling rig)의 부분으로써 사용될 수 있다. 계류 장치는 수중 환경의 부식을 줄이기 위하여 방파제 시스템의 부분으로써 사용될 수 있다. 수역 내에 벽을 장착하기 위하여 계류 장치는 수중 벽 구조체의 부분으로써 사용될 수 있다. 수역 내에 에너지 발생 장치를 장착하기 위하여 계류 장치는 에너지 발생 시스템의 부분으로써 사용될 수 있다. 계류 장치는 수중 케이블링 시스템(underwater cabling system)의 부분으로써 사용되어 바닥에 케이블링 장치를 장착할 수 있다.
D(i) 부유 가능한 독립 개체의 계류
본 발명에 따른 계류 장치는 수역의 표면 상에 또는 근처에 부유 가능한 독립 개체를 계류하기 위하여 사용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 계류 장치가 배치되어 수면에 부유체(floats)를 계류하는 경우의 예를 도시한 도면이다. 부유체의 형상은 부유체의 이용, 계류 장치의 형상 및 물의 깊이에 좌우될 수 있다. 부유체는 물보다 밀도가 적다. 부유체는 강성 재료 또는 유연한 재료로 형성된 몸체를 포함할 수 있다. 몸체는 공기 및/또는 물과 같은 어떠한 적절한 유체로 채워질 수 있다. 부유체는 구(sphere), 패널 또는 박스와 같은 어떠한 적절한 형상을 가질 수 있다. 부유체의 길이/직경은 0.5m에서 5m 사이일 수 있다. 부유체의 중량은 5kg에서 1000kg 사이일 수 있다.
도 12는 수역(W) 내에 제 1 계류 장치(A1)와 제 2 계류 장치(A2)가 배치되어 계류 장치 사이에서 부유하는 보트(B)를 계류하는 예를 도시한다. 계류 장치의 파일(1)은 바닥(F) 내에 매립된다. 계류 장치는 수역 내에 장착되어 아암(2)들은 보트를 향하여 내측으로 향한다. 아암의 제 2 아암의 종단에 배치된 후크(2d)에 묶여진 제 1 예선 로프(T1; tow rope)를 통하여 보트는 제 1 계류 장치의 아암에 결합된다. 아암의 제 2 아암의 종단에 배치된 후크(2d)에 묶여진 제 2 예선 로프(T2)를 통하여 보트는 제 2 계류 장치의 아암에 결합된다. 계류 장치의 아암은 뽑았다 접었다 할 수 있거나 (telescopic) 설정된 길이를 가질 수 있다. 각 아암의 최대 길이는 수역의 깊이보다 크다. 각 계류 장치의 조인트(3)는 각 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용한다. 이러한 이유로, 계류 장치의 아암은 위로 회전할 수 있으며 따라서 아암의 상부 부분은 수면 위로 돌출될 수 있고, 사용자는 계류 과정 동안에 각 아암 종단에서의 후크에 용이하게 접근할 수 있다. 사용 동안에, 각 계류 장치의 조인트(3)는 또한 예선 로프의 수축 및 연장에 따라 그리고 조수/파도 높이가 변화함에 따라 아암이 회전(상승 또는 떨어짐)하는 것을 허용한다. 보트가 설정된 위치에 계류되도록 하기 위하여 계류 장치가 수역 내에 미리 설치(미리 장착)될 수 있다. 부력체가 미리 설치(미리 장착)된 계류 장치에 계류될 수 있으며 따라서 사용하지 않을 때 계류 장치는 수역 내에서 용이하게 인식 가능하다. 대안적으로, 사용자에 의하여 요구됨에 따라 그리고 사용자에 의하여 요구할 때, 계류 장치는 수역에 설치(장착)될 수 있으며 따라서 보트는 수역 내의 어떠한 바람직한 위치에서 계류될 수 있다.
D(ⅱ) 설정된 높이에서의 독립 개체의 계류
본 발명에 따른 계류 장치는 수역을 지지하는 바닥 위의 설정된 높이에서 독립 개체를 계류하기 위하여 사용될 수 있다. 수역의 깊이에 따라 독립 개체는 계류 장치에 의하여 수면 위에서 또는 수역 내에서 계류될 수 있다.
계류 장치는 적어도 실질적으로 수면 위에 수상 플랫폼, 플랫폼 또는 부두를 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
계류 장치는 독립 개체를 위한 다른 지지 부재의 부분으로서 사용될 수 있거나, 이 지지 부재에 더하여 사용될 수 있다.
도 13a는 물(W)의 표면 위에서 수상 플랫폼 구조체(P)를 계류하기 위하여 제 1 계류 장치(A1)와 제 2 계류 장치(A2)가 배치된 경우의 예를 도시한다. 계류 장치의 파일(1)은 바닥(F) 내에 매립된다. 계류 장치의 아암(2)은 수상 플랫폼에 결합되고 바닥 위의 원하는(설정된) 높이(H)에서 수상 플랫폼을 지지한다. 각 계류 장치의 조인트(3)는 아암의 제 2 종단이 바닥 위의 원하는 높이에 있을 때까지 아암이 수직면으로 회전되는 것을 허용한다. 각 아암의 제 2 종단에서의 결합 수단(2d)은 계류 장치를 수상 플랫폼에 결합시킨다. 각 계류 장치의 조인트 록킹 수단은 그후 작동되어 조인트를 록킹하며, 따라서 아암의 방향은 고정되고 계류 장치들은 단단한 계류 구조체를 형성한다.
도 13b는 수역(W)을 지지하는 바닥(F) 위에 고정된 높이에서 독립 개체를 장착하기 위하여 다른 지지 요소와 함께 계류 장치가 사용된 경우의 예를 도시한다. 도 12b에 도시된 예에서, 제 1 계류 장치(A1), 제 2 계류 장치(A2) 그리고 다수의 파일 요소(PILES)가 수역을 지지하는 바닥 위의 설정된 고정 높이(H)에서 수상 플랫폼 구조체(P)를 계류하기 위하여 배치된다. 파일 요소는 어떠한 적절한, 일반적인 파일 요소일 수 있다. 파일 요소는 수상 구조체와 바닥 사이에서 실질적으로 수직으로 연장된 긴 몸체이며, 그로 인하여 각 파일의 상부 부분은 수상 구조체에 결합되며 하부 부분은 바닥 내에 매립된다.
D(ⅲ) 시추 시스템
본 발명에 다른 계류 장치는 수중 시추 시스템의 부분으로서 사용될 수 있다.
시추 수단을 지지하기 위한 계류 시스템을 형성하기 위하여 다수의 계류 장치가 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 14a 그리고 도 14b는 수역 내에서 드릴(D)을 지지할 수 있고 드릴을 바닥(F)을 향하여 안내하는 시추 장치를 형성하기 위하여 플랫폼(PL)에서 4개의 계류 장치(A1, A2, A3, A4)가 서로 결합된 경우의 예를 도시한다.
D(ⅳ) 방파제
본 발명에 다른 계류 장치는 방파제(breakwater)의 부분으로서 사용될 수 있다. 방파제는 이동하는 수역으로부터의 에너지를 흡수하기 위한 그리고 이동하는 물의 흐름을 지연시키기 위하여 연안 또는 육지에 위치한 장치이다. 흐름의 운동 에너지를 흡수하고 지연시킴으로써 방파제는 항구 그리고 정박지와 같은 수중 구조물을 보호하는데 도움이 될 수 있다. 방파제는 해안 방비물로서 사용될 수 있고 수중 환경의 부식을 줄일 수 있다. 방파제는 수중 환경에서의 (암석, 모래 및 토사와 같은) 퇴적물의 증가를 제어할 수 있다. 방파제는 기슭막이(revetment) 형태일 수 있다.
방파제는 적어도 하나의 에너지 흡수 수단 그리고 수역에 에너지 흡수 수단을 장착하기 위한 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함한다. 적어도 하나의 에너지 흡수 수단은 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합될 수 있다.
적어도 하나의 에너지 흡수 수단은 이동하는 수역의 작용 하에서 이동 가능함으로써 수역으로부터 이동하는 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다. 계류 장치의 조인트는 적어도 하나의 에너지 흡수 수단(그리고 그로 인하여 적어도 하나의 아암)이 수역의 작용 하에서 이동하는 것을 허용한다. 모멘텀의 법칙에 따르면, 적어도 하나의 에너지 흡수 수단(그리고 적어도 하나의 아암)의 움직임은 이동하는 수역으로부터 적어도 하나의 에너지 흡수 수단으로의 운동 에너지의 전달을 나타낸다.
물의 흐름을 굴절 또는 억제하기 위하여 적어도 하나의 에너지 흡수 수단은 적어도 편향 표면을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 에너지 흡수 수단은 대안적으로 또는 부가적으로 공동(void; 구멍, 요부)을 포함할 수 있으며, 이 공동은 수역으로부터 이동하는 에너지를 흡수하도록 그리고 물의 흐름을 억제하도록 구성된다. 공동(구멍, 요부)은 이동하는 에너지를 흡수하며 그리고 난류를 소멸시키는 에너지를 생성함으로써 물의 흐름을 억제한다.
에너지 흡수 수단은 적어도 하나의 계류 장치에 의하여 계류될 때 수역 내에서 또는 물의 표면 상에서 부유할 수 있는 부유 가능한 수단일 수 있다. 부유 가능한 수단은 실질적인 고체 (연속적인) 구조체 또는 다수의 공동(구멍, 요부)을 갖는 불연속적인 구조체일 수 있다. 예를 들어, 부유 가능한 수단 패널은 규칙적인 공동의 배열을 구비한 그리드 또는 프레임형 구조체를 가질 수 있다. 부유 가능한 수단 내의 공동(구멍, 요부)은 에너지를 소멸시키는데 도움을 준다. 부유 가능한 수단은 단단한 구조체일 수 있으며, 그로 인하여 이동하는 수역의 작용 하에서 부유 가능한 수단의 형상은 실질적으로 일정하게 유지된다. 대안적으로, 부유 가능한 수단은 이동하는 수역의 작용 하에서 변형될 수 있는 변형 가능한 구조체일 수 있다. 부유 가능한 수단은 어떠한 적절한 재료 또는 재료들을 포함할 수 있어 부유 가능한 수단은 수역보다 덜 치밀하며 그리고 이동하는 수역의 힘을 견디기 위한 충분한 구조적 보존성을 갖는다. 부유 가능한 수단을 적어도 하나의 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합함으로써 부유 가능한 수단은 수역에 장착된다.
에너지 흡수 수단은 이동하는 수역의 작용 하에서 그 형상을 실질적으로 유지할 수 있는 실질적으로 단단한 구조체일 수 있다.
에너지 흡수 수단은 이동하는 수역의 작용 하에서 형상을 변형(예를 들어, 팽창 및 수축)시킬 수 있는 변형 가능한 구조체 수단일 수 있다.
에너지 흡수 수단은 2차원적 형상 또는 3차원적 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 에너지 흡수 수단은 직육면체 형상 또는 삼각 프리즘 형상을 가질 수 있다. 에너지 흡수 수단은 적어도 하나의 패널(벽형 요소)을 포함할 수 있다. 에너지 흡수 수단은 어떠한 적절한 3차원적 형상의 구조체를 형성하도록 구성된 다수의 패널을 포함할 수 있다. 어떠한 적절한 결합 수단을 이용하여 패널은 함께 단단하게 또는 자유롭게 결합될 수 있다. 패널은 고체(연속적인) 구조체 또는 다수의 공동(void; 구멍, 요부)를 갖는 불연속적인 구조체를 가질 수 있다. 예를 들어, 패널은 규칙적인 공동 배열을 갖는 그리드형 또는 프레임형 구조체를 가질 수 있다. 있다. 패널 내의 공동(구멍, 요부)은 에너지를 없애는데 도움을 준다. 패널은 단단할 수도 또는 유연할 수도 있다. 패널은 금속, 섬유 유리, 현무암 섬유, 플라스틱, 고무, 섬유, 콘크리트 또는 녹 방지 처리되고 그리고 이동하는 수역의 힘을 견디기 위한 충분한 구조적 보전성을 갖는 어떠한 적절한 재료로 형성될 수 있다. 패널은 부가적인 강화 수단을 포함할 수 있다. 부가적인 강화 수단은 플라스틱 재료, 탄소 섬유 또는 고무로 형성된 매트릭스를 포함할 수 있다.
에너지 흡수 수단은 적어도 하나의 유체 유입구를 포함할 수 있다. 에너지 흡수 수단의 질량을 개선하고 따라서 이동하는 물 에너지의 흡수를 개선하기 위하여 유체 유입구는 에너지 흡수 수단이 물로 채워지는 것을 허용한다. 흐름의 방향을 향하는 에너지 흡수 수단의 패널은 수역의 흐름을 굴절 또는 지연시키는데 도움을 준다. 계류 장치를 에너지 흡수 수단의 각 코너에 연결함에 의하여 에너지 흡수 수단은 수역 내에 장착될 수 있다.
방파제는 에너지 이용 또는 발생 수단과 함께 사용되어 이동하는 수역의 운동 에너지를 이용할 수 있고 이 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환시킬 수 있다.
다수의 방파제 장치가 서로 결합되어 방파제 시스템을 형성할 수 있다.
도 15는 방파제 장치의 제 1 예를 도시한다. 방파제는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치에 결합된 부유 가능한 수단(B)을 포함한다. 계류 장치의 파일(1)은 수역(W)을 지지하는 바닥(F) 내에 매립되어 있다. 아암(2)의 제 2 종단에 배치된 결합 수단(2d)은 부유 가능한 부재를 계류 장치에 견고하게 결합시킨다. 계류 장치는 수역의 표면에 또는 표면 근처에 부유 가능한 부재를 장착하도록 구성된다. 계류 장치의 조인트(3)는 수직면으로 아암이 회전하는 것을 허용하며 따라서 아암의 높이(따라서 부유 가능한 부재의 높이)는 변할 수 있다. 조인트는 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며, 따라서 부유 가능한 부재는 다른 물의 깊이에서 뜰 수 있으며 그리고 물의 깊이가 변화함에 따라 수역의 표면 상에서 또는 표면 근처에서 계속해서 뜰 수 있다. 조인트는 또한 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용할 수 있으며, 따라서 아암(따라서 부유 가능한 부재)의 방향이 변할 수 있다. 에너지의 흡수 그리고 파도의 굴절이 최대화되는 것을 돕기 위하여, 조인트는 또한 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용할 수 있으며, 따라서 아암은 흐름(FLOW)의 방향으로 연장되고 그리고 부유 가능한 부재의 편향 표면(D)은 물결 마루(wave crestes)와 실질적으로 평행하게 정렬된다.
수역이 부유 가능한 부재와 충돌함에 따라 운동 에너지는 이동하는 수역으로부터 부유 가능한 부재 그리고 아암으로 전달된다. 부유 가능한 부재의 편향 표면은 수역의 흐름을 억제한다. 운동 에너지가 이동하는 수역으로부터 전달됨에 따라 조인트는 부유 가능한 부재와 아암이 수역 내에 회전되도록 구동되는 것을 허용한다. 부유 가능한 부재와 아암의 회전은 이동하는 수역으로부터 전달된 운동 에너지가 소멸되는 것을 돕는다. 부유 가능한 부재와 아암의 수직면으로 왕복 회전은 동요하는 조수 및/또는 파도 작용 하에서 수역이 이동함에 따라 운동 에너지가 수역으로부터 전달된다는 것을 나타낸다. 따라서 조인트는 방파제의 성능을 최적화하는 것을 돕는다.
도 16a 및 도 16b는 이동하는 수역(W)에 장착된 실질적으로 단단한 베리어 수단(BB) 그리고 이동하는 수역의 표면에 장착된 부유 가능한 수단(B)을 포함하는 방파제 장치의 예를 도시한다. 이 예에서, 베리어 수단은 제 1 계류 장치(A1)와 제 2 계류 장치(A2) 사이에서 연장된 단단한 고체 패널이다. 이동하는 수역이 베리어 수단의 편향 표면(D; deflecting surface)과 충돌함에 따라, 운동 에너지는 물에서 베리어 수단으로 전달된다. 베리어 수단의 편향 표면은 또한 이동하는 물의 흐름(FLOW)을 굴절시키거나 억제한다. 베리어 수단의 측벽은 각 계류 장치의 아암의 적어도 부분을 수용하도록 구성된 채널을 포함한다. 이러한 이유로, 아암을 채널을 따라 슬라이딩시킴에 의하여 베리어 수단은 계류 장치 상에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치 사이에서 수역의 표면 상에 부유시키기 위하여 부유 가능한 수단은 제 1 계류 장치와 제 2 계류 장치에 의하여 장착된다. 이동하는 수역의 전도력에 저항하는 것을 돕기 위하여 그리고 사용 중에 베리어 수단을 실질적인 직립 형태로 복귀시키기 위하여 부유 가능한 수단이 제공된다. 부유 가능한 수단은 또한 이동하는 물 에너지를 흡수하는 것과 이동하는 물의 흐름을 억제하는 것을 돕는다. 계류 장치의 파일(1)은 바닥(F) 내에 매립된다. 아암(2)의 제 2 종단에 있는 결합 수단(2d)은 부유 가능한 수단을 계류 장치에 결합시킨다. 각 계류 장치의 조인트(3)는 이동하는 수역의 충돌 작용 하에서 아암 그리고 그에 따라 베리어 수단과 부유 가능한 수단이 수역 내에서 수직면으로 회전하는 것을 허용한다. 베리어 수단 그리고 부유 가능한 수단의 회전은 이동하는 수역으로부터의 에너지의 흡수를 나타낸다. 각 계류 장치의 조인트는 사용 중에 수직면으로 아암이 회전하는 것을 허용하며 따라서 수역의 깊이에 따라 아암은 떠오를 수 있고 그리고 떨어질 수 있다. 따라서, 동요하는 조수 및/또는 파도 움직임으로 인하여 바닥에 대한 방파제의 높이는 왕복 형태로 달라진다. 각 계류 장치의 조인트는 또한 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용할 수 있으며, 따라서 아암은 항상 흐름의 방향을 향한다. 이런 이유로, 에너지 흡수 그리고 흐름의 굴절을 최대화하기 위하여 베리어 수단의 편향 표면은 항상 흐름의 방향에 실질적으로 직교적으로 정렬된다.
도 17a 및 도 17b는 변형 가능한 베리어 수단(BB) 및 부유 가능한 부재(B)를 포함하는 변형 가능한 방파제 장치의 예를 도시한다. 베리어 수단은 직육면체를 형성하도록 구성된 다수의 단단한 패널을 포함한다. 베리어 수단은 전방 패널(P1), 후방 패널(P2) 측면 패널(P3, P4) 그리고 상부 및 하부 패널을 포함한다. 방파제 베리어의 단단한 패널들은 함께 자유롭게 결합되며 따라서 외력이 베리어 수단에 작용할 때 그리고/또는 계류 장치의 아암이 회전할 때, 패널들은 서로에 대하여 이동할 수 있다.
부유 가능한 수단의 횡단면 규격(길이 및 폭)은 베리어 수단의 횡단면 규격(길이 및 폭)과 대응한다. 계류 장치를 베리어 수단과 부유 가능한 수단의 모서리 각각에 결합함으로써 베리어 수단과 부유 가능한 수단은 이동하는 수역 내에 장착된다. 부유 가능한 수단의 모서리를 결합하기 위하여 계류 장치의 각 아암(2)의 제 2 종단에 배치된 결합 수단(2d)을 이용함으로써 부유 가능한 수단은 계류 장치에 의하여 계류된다. 베리어 수단의 각 코너 에지에 형성된 대응하는 채널을 따라 각 아암의 적어도 부분을 슬라이딩시킴으로써 베리어 수단은 계류 장치 상에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 계류 장치에 의하여 베리어 수단은 적어도 실질적으로 이동하는 수역의 표면 아래에 장착된다. 계류 장치에 의하여 부유 가능한 수단은 적어도 실질적으로 이동하는 수역의 표면에 장착된다.
부유 가능한 수단은 이동하는 수역의 전도력에 저항하는데 도움을 주며 또한 방파제를 실질적으로 직립 상태로 복귀시키는데 도움을 준다.
각 계류 장치의 조인트(3)는 이동하는 수역의 작용 하에서 아암이 그리고 그에 따라 베리어 수단과 부유 가능한 수단이 이동하는 수역 내에서 회전하는 것을 허용한다. 흐름의 방향(FLOW)으로 인하여, 이동하는 수역은 베리어 수단의 후방 패널(P2)과 충돌한다. 이동하는 수역의 충격은 베리어 수단을 흐름의 방향으로 경사지게 하며, 베리어 수단은 이후 직육면체에서 평행육면체로 변형된다.
베리어 수단은 유체 유입구(IN) 그리고 유체 배출구(OUT)를 포함한다. 유체 유입구는 물이 베리어 수단으로 들어가는 것을 허용한다. 유체 배출구는 물이 베리어 수단에서 빠져 나오는 것을 허용한다. 사용 중에 각 계류 장치의 조인트는 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며 따라서 수역의 깊이에 따라 아암은 떠오를 수 있고 그리고 떨어질 수 있다. 조수 및/또는 파도 움직임 동안에 수역의 깊이가 동요한다는 것이 알려져 있고 이해된다. 따라서 수역의 깊이가 증가할 때, 각 계류 장치의 조인트(3)는 수역의 작용 하에서 아암이 수직면으로 아래로 회전하는 것을 허용하여 베리어 수단이 직육면체(직립 자세, 팽창된 상태)에서 평행육면체(경사진 자세, 수축된 상태)로 변형된다. 수역의 깊이가 증가하고 그리고 부유 가능한 수단이 베리어 수단을 직립 자세로 복귀시키도록 시도함에 따라, 조인트는 아암이 수직면으로 위로 회전하는 것을 허용하며, 따라서 베리어 수단은 실질적으로 직립 자세로 복귀되며 평행육면체(경사진 자세, 수축된 상태)에서 직육면체(직립 자세, 팽창된 상태)로 변한다. 따라서 조수 및/또는 파도 움직임 하에서, 베리어 수단은 도 17a에 도시된 바와 같은 실질적인 직립 자세(팽창된 상태)와 도 17b에 도시된 바와 같은 경사진 자세(수축된 상태) 사이를 왕복 형태로 움직인다. 그 결과, 수역의 높이에 따라 베리어 수단의 높이는 변할 수 있으며 물의 깊이가 증가할 때 수면 위로 돌출되지 않는다.
베리어 수단이 경사진 자세(수축된 상태)에서 실질적으로 직립 자세(팽창된 상태)로 복귀함에 따라, 베리어 수단의 횡단면적은 증가하며 내부 압력은 감소한다. 베리어 수단이 실질적인 직립 자세(팽창된 상태)에서 경사진 자세(수축된 상태)로 됨에 따라 베리어 수단의 횡단면적은 감소하며 그리고 베리어 수단 내의 내부 압력은 증가한다. 이러한 이유로 유체는 이후 힘을 받아 유체 배출구를 통하여 베리어 수단 밖으로 흐른다. 따라서 방파제의 베리어 수단은 수역의 왕복 움직임에 의하여 구동되는 펌프의 역할을 수행한다. 베리어 수단의 펌핑 작용은 어떠한 적절한 목적을 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 방파제의 펌핑 작용은 수력 전기 변환기를 구동할 수 있다. 에너지의 이용과 수역의 굴절을 최적화하기 위하여, 각 계류 장치의 조인트는 또한 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용하며, 따라서 아암은 흐름의 방향으로 연장되고 후방 패널은 흐름의 방향에 실질적으로 직교적으로 배치된다.
도 18a 및 도 18b는 표면을 따라 장착된 다수의 방파제 장치를 포함하는 방파제 시스템의 예를 도시한다. 표면은 방파제 장치가 장착될 수 있는 수역과 관련된 어떠한 적절한 표면일 수 있다. 표면은 수역의 바닥, 해안 지대, 강둑, 해안가 및/또는 절벽일 수 있다.
도 18a 및 도 18b에 도시된 예에서, 방파제 시스템은 강둑(RB)을 보호하기 위하여 장착된 선형 배열의 방파제 장치(D1, D2, D3 등)를 포함한다. 강의 깊이로 인하여, 방파제 시스템의 하부는 수위 아래의 강둑 상에 장착되는 반면에, 상부는 수위 위의 강둑 상에 장착된다. 각 방파제 장치는 베리어 수단(BB)을 포함하며, 베리어 수단은 본 발명에 따른 계류 장치를 이용하여 강둑 바닥(RB) 상에 장착된다. 도 16a 및 도 16b에 도시된 예에서, 각 베리어 수단(BB)은 중공의 블록(hollow block)이며, 이 블록은 상부 표면에 형성된 다수의 구멍을 포함한다. 각 베리어 수단은 제 1 계류 장치(A1)와 제 2 계류 장치(A2) 사이에서 연장되도록 장착된다. 계류 장치의 파일(1)은 강둑(F)에 매립된다. 방파제 베리어의 양 에지에 형성된 채널을 통하여 아암을 슬라이딩시킴으로써 베리어 수단은 계류 장치의 아암(2)에 결합된다. 계류 장치의 각 조인트는 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며, 따라서 베리어 수단은 강둑을 따라서 연장되도록 배치될 수 있다. 각 아암의 제 2 종단에 배치된 결합 수단(2d)은 인접한 방파제 장치의 계류 장치를 결합하도록 구성되며, 따라서 다수의 방파제 장치는 집합체 형태로 함께 결합될 수 있다. 도 18a 및 도 18b에 도시된 실시예에서, 각 아암의 제 2 종단에 있는 결합 수단은 인접 계류 장치의 아암의 제 1 종단에 결합된다. 조인트 록킹 수단은 아암이 록킹되는 것을 허용하며, 따라서 계류 장치의 방향은 고정되고 계류 장치는 단단한 계류 구조체를 형성한다. 이러한 이유로, 이동하는 수역(강)이 방파제 시스템과 충돌함에 따라 방파제 장치는 적어도 실질적으로 견고하고 정지된 상태를 유지한다. 물이 구멍을 통하여 중공 몸체 내로/밖으로 흐름에 따라 방파제 장치는 이동하는 수역으로부터 에너지를 흡수하고 그리고 물의 흐름을 지연시킨다.
D(ⅴ) 수중 벽( Aquatic wall )
본 발명에 따른 계류 장치는 수역 내에 배치된 수중 벽의 부분으로 이용될 수 있다.
수중 벽은 적어도 하나의 베리어 패널(barrier panel) 그리고 수역 내에 적어도 하나의 베리어 패널을 장착하기 위한 적어도 하나의 계류 장치를 포함한다. 수역 내에 장착될 때, 적어도 하나의 베리어 패널은 벽 또는 봉쇄 부재를 형성하도록 구성된다.
용도에 따라, 베리어 패널은 투과성, 반투과성 또는 실질적으로 불투과성일 수 있다. 베리어 패널은 실질적으로 단단하거나 또는 유연할 수 있다. 베리어 패널은 물 또는 다른 적절한 재료로 채워진 멤브레인을 포함할 수 있어 강성을 향상시킨다. 베리어 패널은 망(mesh)을 포함할 수 있다.
다수의 수중 벽 장치는 서로 결합되어 수중 벽 시스템을 형성할 수 있다. 수중 벽 시스템은 어떠한 적절한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수중 벽 시스템은 실질적으로 선형 형상, 불규칙한 형상, 만곡진 형상, 정사각 형상 또는 직사각 형상일 수 있다. 수중 벽 시스템의 하나 이상의 종단 부분은 수중 벽의 중앙 부분에 대하여 각을 이룰 수 있다.
항구 또는 수중 구조체를 형성하기 위하여, 리저버 또는 인공 못(lagoon)을 형성하기 위하여, 댐 또는 수문(lock)을 형성하기 위하여, 물의 흐름을 안내하기 위하여, 수중 여가 시설을 형성하기 위하여, 수역 내에 제한 구역을 형성하기 위하여, 안전 베리어로서의 역할을 수행하기 위하여(즉, 상어, 해파리 및/또는 다른 종류의 동물을 막기 위하여), 준설의 부정적인 환경 영향을 줄이는데 적합한 인공 구역을 형성하기 위하여, 수방 시설을 형성하기 위하여, 방파제/또는 해안 방어 시설을 형성하기 위하여, 기슭막이를 형성하기 위하여 또는 다른 적절한 목적을 수행하기 위하여 수중 벽은 이용될 수 있다.
수중 벽은 에너지 이용 또는 발생 수단과 관련하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 조석력으로 인하여 이동하는 수역으로부터 전기를 발생시키기 위한 만(bay) 또는 강 내의 조력댐(tidal barrage)을 건설하기 위하여 수중 벽은 에너지 이용 수단과 관련하여 사용될 수 있다.
계류 장치가 운반 그리고 설치에 용이하고 또한 수역에 일시적으로 장착될 수 있기 때문에 일시적인 수중 벽을 형성하기 위하여 수중 벽이 이용될 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 다수의 계류 장치를 갖는 계류 시스템을 이용하여 수역(W) 내에 장착된 벽을 포함하는 수중 벽 구조체의 예를 도시한다. 벽은 삼각 프리즘형 벽을 형성하기 위하여 결합 수단(C)을 이용하여 함께 결합된 제 1 패널(P1)과 제 2 패널(P2)을 포함한다. 제 1 패널은 한 쌍의 제 1 계류 장치(A1)에 의하여 수역 내에서 계류된다. 제 2 패널은 한 쌍의 제 2 계류 장치(A2)에 의하여 수역 내에 계류된다. 패널은 각 쌍의 계류 장치의 아암(2) 사이로 연장된다. 패널의 측부 에지가 실질적으로 계류 장치의 아암(2)의 길이를 따라 연장되도록 계류 장치와 패널이 구성된다는 것이 도 19에서 볼 수 있다. 어떠한 적절한 결합 수단(도시되지 않음)을 이용하여 패널이 아암에 고정된다. 다른 계류 장치(A3, A4)가 이용되어 수역 내에 수중 벽 구조체를 견고하게 계류하는 것을 돕는다. 아암의 제 2 종단에 배치된 결합 수단(2d)을 이용하여 이 부가적인 계류 장치가 패널을 지지하는 계류 장치에 결합된다. 한 쌍의 계류 장치 사이에 스트러트(4)가 장착되어 다른 구조적인 보존성을 계류 시스템에 제공한다. 계류 장치의 파일(1)은 수역을 지지하는 바닥 내에 매립된다. 계류 장치의 조인트(3)는 아암이 원하는 방향으로 회전하는 것을 허용한다. 조인트는 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용한다. 조인트는 또한 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 수중 벽이 형성될 때, 패널을 지지하는 계류 장치의 아암은 회전되며 따라서 아암들은 수역의 표면을 향하여 위로 연장되도록 방향이 정해진다. 부가적인 계류 장치의 아암은 패널을 지지하는 계류 장치를 향하여 바닥에 인접하게 또는 바닥을 따라 연장되도록 방향이 정해진다.
D(ⅵ) 수중 부설 시스템
본 발명에 따른 계류 장치는 수중 부설 시스템의 일부로서 이용될 수 있다. 수중 부설 시스템은 적어도 하나의 케이블 및/또는 적어도 하나의 파이프를 수역을 지지하는 바닥을 따라 부설하기에 적합할 수 있다.
도 20은 케이블 부설 시스템의 예를 도시한 도면이며, 여기서 본 발명에 따른 계류 장치는 수중 케이블 부설 장치를 수역의 바닥 상에 장착한다. 수중 케이블 부설 장치는 어떠한 일반적인 수중 케이블 부설 장치일 수 있다. 케이블 매설 장치(5)는 플라우(5a; plough)와 윈치(5b;winch)를 포함할 수 있다. 플라우는 바닥에 케이블 형 요부를 형성하도록 구성된다. 윈치(5b)는 케이블(6)의 코일을 풀도록 구성되며 따라서 윈치는 요부 내에 위치될 수 있고 계류 장치를 향하여 바닥을 따라 장치를 이동시킬 수 있다. 케이블 부설 장치는 아암의 제 2 종단에서 후크(2d)에 묶여진 케이블(7)을 통하여 계류 장치의 아암(2)에 결합된다. 계류 장치의 조인트(3)는 아암이 수직면으로, 그리고 임의적으로 수평면으로 회전하는 것을 허용하며, 따라서 아암은 케이블 부설 장치를 향하여 연장되도록 향할 수 있다. 계류 장치의 파일(1)은 일시적으로 바닥(F) 내에 매립되며 따라서 케이블 부설을 위하여 그리고 요구될 때 계류 장치는 새로운 위치로 이동될 수 있다.
D(ⅶ) 이동하는 수역으로부터 에너지를 이용하기 위한 시스템
본 발명에 따른 계류 장치는 이동하는 수역으로부터의 에너지를 이용하기 위한 시스템의 일부로서 이용될 수 있다.
이동하는 수역으로부터의 에너지를 이용하기 위한 시스템은 적어도 하나의 에너지 이용 장치 및 적어도 하나의 에너지 이용 장치를 이동하는 수역에 계류하기 위한 적어도 하나의 계류 장치를 포함한다.
에너지 이용 장치는 이동하는 수역에 의하여 구동되도록 구성되며, 그로 인하여 이동하는 수역으로부터의 운동 에너지를 이용하고 이 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환한다. 예를 들어, 에너지 이용 장치는 이동하는 수역의 움직임을 이용하여 전기를 생성하도록 구성될 수 있다. 에너지 이용 장치는 수역의 움직임을 이용하여 유체 펌핑용 펌프를 구동하도록 구성될 수 있다.
에너지를 이용하기 위한 시스템은 수역의 움직임을 이용하기 위한 어떠한 적절한 에너지 이용 장치를 포함할 수 있다. 에너지 이용 장치는 회전 가능한 액츄에이터(예를 들어, 터빈, 플라이휠), 선형 액추에이터(예를 들어, 랙 및 피니언), 수압 액추에이터(예를 들어, 수압 피스톤 펌프), 전자기 액추에이터 또는 이동하는 수역의 작용 하에서 구동되는 변형 가능한 펌핑 몸체 액추에이터를 포함할 수 있다.
에너지를 이용하기 위한 시스템은 이동하는 수역을 에너지 이용 장치를 향하여 안내하기 위한 적어도 하나의 가이드 부재를 포함할 수 있다. 에너지 이용 장치를 향하여 수역을 집중시킴으로써 에너지 이용 장치에 작용하는 수압 및/또는 물의 속도가 증가하며 따라서 에너지 이용 장치의 작동이 향상된다. 적어도 하나의 가이드 부재는 수역을 집중시키기 위한, 세일 구성(sail configuration)과 같은 어떠한 적절한 구성을 가질 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재는 이동하는 수역의 힘을 견뎌내기에 충분한 구조적 보전성을 제공하는, 탄소 섬유와 같은 어떠한 적절한 재료를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가이드 부재의 위치는 흐름의 방향, 에너지 이용 장치의 형태 그리고 계류 장치의 형태에 따라 조정될 수 있다.
에너지를 이용하기 위한 시스템의 구성은 의도된 이용, 시스템의 내구성 또는 일시적인 특성, 에너지 이용 장치의 치수, 형상, 중량 및 형태, 바닥의 형태, 물의 깊이, 파도 높이 및/또는 조차(tidal range)에 의존한다. 예를 들어, 에너지를 이용하기 위한 시스템은 일시적인 개인적인 용도를 위한 크기를 가질 수 있으며 따라서 사용자가 요구함으로써 그리고 사용자가 필요로 할 때 사용자는 어떠한 적절한 이동 수역 내에서 시스템을 쉽게 운반 그리고 장착할 수 있다. 전기를 발생시키기 위하여 또는 유체를 펌핑하기 위하여 사용자는 시스템을 이용할 수 있다.
에너지 이용 장치는 이동하는 수역의 작용하에서 회전하도록 구성된 적어도 하나의 터빈을 포함할 수 있다. 터빈은 부착된 하나 이상의 블레이드를 갖는 로터 조립체를 포함한다. 터빈은 어떠한 적절한 디자인을 가질 수 있다. 예를 들어, 터빈은 사보니우스(Savonius) 터빈 디자인, 다리우스(Darrius) 터빈 디자인 및/또는 고를로프(Gorlov) 터빈 디자인일 수 있다.
도 21a 및 도 21b(또한 도 21c 참조)는 터빈 장치(T) 그리고 계류 장치에 의하여 수역(W) 내에 장착된 부유 가능한 부재(B)를 포함하는 에너지 이용 장치의 예를 도시한다. 계류 장치는 바닥(F) 내에 매립된 파일(1), 조인트(3)를 통하여 파일에 결합된 제 1 아암(21) 및 제 2 아암(22) 그리고 조인트 록킹 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 부유 가능한 부재(B)는 결합 수단(21d, 22d)을 이용하여 제 1 아암 및 제 2 아암의 제 2 종단에 결합될 때 수면 상에서 부유하도록 구성된다. 터빈 장치가 수역 내에서 일반적인 직립 자세로 유지하도록 부유 가능한 부재가 제공된다. 터빈 장치(T)는 제 1 아암과 제 2 아암 사이에서 연장되도록 구성된다. 터빈 장치는 수평으로 연장된 로터를 따라 나선형으로 연장된 다수의 블레이드를 포함한다. 터빈은 이동하는 수역으로부터의 에너지를 이용하도록 구성된다. 수역의 이동이 블레이드 상에 작용할 때 회전하기 위하여 터빈이 구동된다. 터빈은 전기기계식 변환기(도시되지 않음)에 결합될 수 있어 터빈의 회전 움직임이 전기로 변환된다. 도 21b에 도시된 단면 Z에서 보여질 수 있는 바와 같이, 로터의 각 종단에 형성된 돌출된 부분(TP)을 각 아암 내에 형성된 채널(CH) 내로 슬라이딩시킴으로써 터빈은 계류 장치의 아암 상에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 터빈은 바람직하게는 수역의 구동력이 최대인 수역의 특정 부분에 위치한다. 물의 다른 또는 변하는 깊이에서 터빈을 위한 최적의 작동 위치를 유지하기 위하여 계류 장치의 조인트는 아암이 수직면으로 회전하는 것을 허용하며 따라서 아암의 높이는 물의 깊이에 따라 조정될 수 있다. 터빈에 미치는 구동 효과를 최대화하기 위하여, 조인트는 아암이 수평면으로 회전하는 것을 허용할 수 있으며 따라서 아암은 항상 흐름 방향으로 향하며 그리고 터빈은 흐름의 방향에 직교적으로 연장하여 구동 효과를 최대화한다.
도 22는 계류 장치에 의하여 수역(W)에 장착된 터빈 장치(T)의 대안적인 예를 도시한다. 도 2c에 도시된 계류 장치와 같이, 계류 장치는 바닥(F) 내에 매립된 파일(1), 조인트(3)를 통하여 파일에 결합된 제 1 아암(21) 및 제 2 아암(22) 그리고 조인트 록킹 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 터빈 장치는 제 1 아암과 제 2 아암 사이에서 연장한다. 터빈 장치가 수역 내에서 일반적인 직립 자세로 유지하도록 제 1 아암과 제 2 아암은 충분하게 부력이 있다. 이동하는 수역을 터빈을 향하여 집중시키기 위하여 제 1 가이드 부재(G1)와 제 2 가이드 부재(G2)는 터빈의 각 측부 상에 배치되며, 그로 인하여 터빈의 회전이 향상된다. 이 실시예에서, 가이드 부재들은 붐(booms)을 통하여 상호 연결되며 각 아암에 결합된다.
에너지 이용 장치는 적어도 하나의 플라이휠 그리고 대응하는 구동 샤프트를 포함할 수 있으며, 그로 인하여 플라이휠 그리고 대응하는 구동 샤프트는 계류 장치에 장착되어 플라이휠은 (부유 가능한 부재에 작용하는 동요하는 파동 및/또는 조수 움직임에 의하여 야기된) 아암의 왕복 움직임 하에서 구동 샤프트에 의하여 구동될 수 있다.
플라이휠은 아암이 설정된 (단일) 방향으로 이동할 때 회전되도록 구성된 단일 작동 플라이휠일 수 있다. 그러나, 플라이휠은 부유체와 아암의 상향 움직임 그리고 하향 움직임 동안에 회전하도록 구동될 수 있는 이중 작동 플라이휠일 수도 있다. 플라이휠은 왕복 주기에 걸쳐 동일한 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 플라이휠은 전기기계적 변환기에 결합될 수 있어 플라이휠의 회전 움직임을 전기로 변환시킨다.
예를 들어, 에너지 이용 시스템은 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치, 부유체, 플라이휠 그리고 대응하는 구동 샤프트를 포함할 수 있다. 계류 장치는 바닥 내에 매립되도록 구성된 파일, 아암, 조인트 그리고 조인트 록킹 수단을 포함한다. 아암의 제 1 종단은 조인트를 통하여 파일에 결합된다. 아암의 제 2 종단은 결합 수단을 이용하여 부유체에 결합되도록 구성된다. 이러한 이유로 부유체와 아암 모두 이동하는 수역의 작용 하에서 이동한다. 조인트는 파일에 대하여 수직면으로 부유체와 아암의 회전을 허용하도록 구성된다. 만일 조수 및/또는 파도 움직임으로 인하여 수역이 이동 중이면, 조인트는 수직면으로 부유체와 아암이 회전하는 것을 허용하며, 따라서 아암의 높이는 왕복 형태로 변한다. 플라이휠은 아암 상에 장착된다. 파일에 대하여 수직면으로 아암이 회전함에 따라 플라이휠을 구동시키기 위하여 구동 샤프트는 파일에서 플라이휠로 연장하도록 장착된다. 따라서, 조수 및/파도 움직임 하에서 부유체가 이동함에 따라 아암은 파일에 대하여 수직면으로 회전하며 그리고 구동축은 플라이휠을 구동하여 플라이휠이 회전된다.
에너지 이용 장치는 적어도 하나의 피니언 그리고 대응하는 랙을 포함할 수 있으며, 그로 인하여 피니언 그리고 대응하는 랙은 계류 장치 상에 장착되어 아암의 왕복 움직임 하에서 피니언은 랙을 따라 회전하도록 구동될 수 있다.
적어도 하나의 피니언은 왕복 사이클 동안에 동일한 방향으로 회전되도록 구성될 수 있다.
도 23a, 도 23b, 도 24a, 도 24b 및 도 25는 회전 가능한 피니언 그리고 대응하는 랙을 이용한 에너지 이용 시스템의 3개의 다른 예를 도시한다. 각 경우에서, 에너지 이용 시스템은 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치, 부유체(도시되지 않음) 그리고 (제 1 랙과 피니언 그리고 제 2 랙과 피니언을 포함하는) 에너지 이용 장치를 포함한다. 조인트(3)는 파일에 대하여 수직면으로 부유체와 아암의 회전을 허용하도록 구성된다. 부유체는 아암에 결합되어 물의 작용 하에서 부유체와 아암은 이동한다. 만일 조수 및/또는 파도 움직임으로 인하여 수역이 이동한다면, 계류 장치의 조인트는 수직면으로 부유체와 아암이 회전하는 것을 허용하며, 따라서 왕복 형태로 아암의 높이는 변한다. 제 1 피니언(PIN1)과 제 2 피니언(PIN2)은 계류 장치의 양 측부 상에 회전적으로 장착된다. 아암이 아래로 이동함에 따라 제 1 랙(RACK1)을 따라 설정된 회전 방향으로 구동되도록 제 1 피니언이 구성된다. 아암이 위로 이동함에 따라 제 2 랙(RACK2)을 따라 동일한 설정된 회전 방향으로 구동되도록 제 2 피니언이 구성된다. 이러한 이유로, 왕복 사이클 동안에 각 시스템에서 제 1 및 제 2 피니언은 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 피니언은 전기기계적 변환기에 결합될 수 있어 피니언의 회전 움직임을 전기로 변환시킨다.
에너지 이용 장치는 본 발명의 제 1 태양에 따른 적어도 하나의 계류 장치에 의하여 이동하는 수역에 장착될 수 있는 적어도 하나의 펌프를 포함할 수 있다. 에너지 이용 시스템 내에서의 펌프의 펌핑 작용은 아암(그리고 임의적으로 부유체)에 작용하는 왕복하는 조수 및/또는 파도 움직임 그리고 왕복 움직임 동안의 아암의 높이 변화에 의존적이다.
에너지 이용 시스템의 펌프는 어떠한 적절한 유압 유체를 펌핑하도록 구성된 밀봉된 수압 시스템일 수 있다. 펌프는 이동하는 수역으로부터 물을 빨아들이도록 구성될 수 있다. 펌프는 원격의 위치로 유체를 펌핑하도록 구성될 수 있다. 펌프는 변환기와 결합되어 펌프의 펌핑 작용을 다른 형태의 에너지로 변환할 수 있다. 예를 들어, 펌프는 수력 전기 변환기(hydroelectric transduer)에 결합되어 펌핑된 유체의 작용을 전기로 변환할 수 있다.
도 26a 및 도 26b는 변형 가능한 펌핑 챔버(C)를 갖는 에너지 이용 시스템(energy harnessing system)의 예를 도시한다. 챔버는 일반적으로 형상이 직육면체이며 전방 벽, 후방 벽, 측벽, 상부 벽 그리고 하부 벽을 포함한다. 챔버는 유입 유입구(IN) 그리고 유체 배출구(OUT)를 포함한다. 수력 전기 변환기(HG)는 유체 유입구와 유체 배출구에 인접한 챔버 내에 장착된다. 계류 장치를 챔버의 각 코너에 결합함에 의하여 챔버는 수역 내에 장착된다. 각 코너 에지는 각 계류 장치의 아암에 슬라이딩 가능하게 장착되거나 결합된다. 챔버를 수역 내에서 일반적으로 직립 위치로 배치하기 위하여 계류 장치의 아암은 충분하게 부력을 갖는다.
각 계류 장치의 조인트(3)는 이동하는 수역의 작용 하에서 아암이 따라서 그로 인하여 챔버가 수역 내에서 회전하는 것을 허용한다. 흐름(FLOW)의 방향으로 인하여, 이동하는 수역은 챔버의 후방 벽과 충돌한다. 이동하는 수역의 충격은 아암이 회전하는 것을 그리고 챔버가 변형되는 것을 야기한다. 수역의 깊이가 감소함에 따라 아암은 수직면으로 아래로 회전하며 따라서 챔버는 직육면체(직립 자세, 팽창된 상태)에서 평행육면체(경사진 자세, 수축된 상태)로 변형된다. 수역의 깊이가 증가함에 따라 아암은 수직면으로 위로 회전하며 따라서 챔버는 실질적으로 직립 위치로 복귀하고 평행육면체(수축된 상태)에서 직육면체(팽창된 상태)로 변형된다. 따라서 조수 및/또는 파도 움직임 하에서, 챔버는 도 26a에 도시된 바와 같은 실질적인 직립 자세(팽창된 상태)와 도 26b에 도시된 바와 같은 경사진 자세(수축된 상태) 사이를 왕복 형태로 이동한다.
챔버가 경사진 자세(수축된 상태)에서 실질적인 직립 자세(팽창된 상태)로 복귀함에 따라 챔버의 횡단면적은 증가하며 내부 압력은 감소한다. 이러한 이유로, 유체는 유체 유입구를 통하여 챔버 내로 끌어들여 진다. 챔버가 실질적인 직립 자세(팽창된 상태)에서 경사진 자세(수축된 상태)로 만들어짐에 따라 챔버의 횡단면적은 감소하며 챔버 내의 내부 압력은 증가한다. 이러한 이유로, 유체는 동시에 힘을 받아 유체 배출구를 통하여 챔버 밖으로 흐른다. 따라서 변형 가능한 챔버는 수역의 왕복 움직임에 의하여 구동되는 유압 펌프의 역할을 수행한다. 이 특별한 실시예에서, 유체의 유입 및 유출의 펌핑 작용은 이중 작용 수력 전기 변환기를 구동하기 위하여 이용된다.
도 27a 및 도 27b는 본 발명의 제 1 태양에 따른 계류 장치, 부유체(B), 피스톤 챔버(9a)를 갖는 펌프(9) 그리고 피스톤 챔버 내에 장착된 피스톤 헤드(10a)를 갖는 피스톤(10)을 포함하는 에너지 이용 시스템의 예를 도시한다. 계류 장치는 바닥(F)에 매립되도록 구성된 파일(1), 아암(2), 그리고 (도시되지 않은) 조인트 록킹 수단을 포함한다. 아암의 제 1 종단은 조인트를 통하여 파일에 결합된다. 아암의 제 2 종단은 결합 수단(2d)을 통하여 부유체에 결합되도록 구성되며, 따라서 부유체는 이동하는 수역(W)의 표면 근처에 계류된다. 조인트는 이동하는 수역의 작용 하에서 부유체와 아암이 이동하는 것을 허용한다. 조인트는 파일에 대하여 수직면으로 부유체와 아암의 회전을 허용하도록 구성된다. 조수 및/파도 움직임으로 인하여 수역이 이동한다면, 조인트는 부유체와 아암이 수직면으로 반복적으로 회전하는 것을 허용한다. 피스톤 챔버는 아암 내에서 형성되며, 2-2웨이 밸브를 갖는 제 1 도관(11a) 그리고 2-2 웨이 밸브(도시되지 않음)를 갖는 제 2 도관과 유체 연결 상태로 배치된다. 피스톤 챔버는 부유체와 아암이 수직면으로 회전함에 따라 피스톤에 대하여 이동되도록 구성된다. 펌프가 단지 하나의 도관을 통하여 유체를 펌핑하도록 구성된 경우 펌프는 단일 작동 펌프일 수 있다. 그러나, 이 실시예에서의 펌프는 부유체와 아암의 상향 및 하향 움직임 동안에 양 도관을 통하여 유체를 펌핑하도록 구동될 수 있는 이중 작동 피스톤이다. 부유체와 아암이 수직면으로 아래로 회전함에 따라 피스톤 챔버는 피스톤 헤드에 대하여 아래로 이동하여 유체는 도관(11b)을 통하여 펌프 내로 끌려들어 가며 도관(11a)을 통하여 펌프로부터 방출된다. 부유체와 아암이 수직면으로 위로 회전함에 따라 피스톤 챔버는 피스톤 헤드에 대하여 위로 이동하여 유체는 도관(11a)을 통하여 끌려들어 가며 도관(11b)을 통하여 방출된다. 이런 이유로 수역의 조수 및/또는 파도 움직임의 결과로서 펌프는 왕복적으로 구동할 수 있다.
이동하는 수역으로부터의 에너지를 이용하기 위한 피스톤 펌프를 포함하는 에너지 이용 시스템의 작동 예에서, 부유체의 질량이 100Kg인 경우, 중력으로 인한 가속도는 약 10m/s2 이며 조수 및/또는 파도 움직임 동안의 아암과 부력체의 차동 높이(differential height)는 약 1m이다.
1m의 수직 높이를 통하여 부력체를 이동하는데 있어 수역에 의하여 수행된 일은,
= 부력체의 중량 ×거리
= 10kN ×1m
= 10kJ
부력체가 매 6초마다 왕복 사이클(1분당 10 사이클, 1시간당 600 사이클)을 겪고 펌프가 이중 작동한다면, 1시간 동안 수역에 의하여 수행된 일은,
= 수력에 의하여 수행된 일 ×왕복 사이클의 주파수 ×피스톤 헤드의 개수
= 10KJ ×600 ×2
= 12000kJ
1kWh가 3600kJ와 같기 때문에 1시간 동안에 펌프에 의하여 발생된 에너지는 3.33kWh이다.
피스톤 챔버의 직경이 약 0.1m이고, 피스톤 챔버의 스트로크 길이가 약 0.5m이면, 매시간 펌프에 의하여 펌핑된 유체의 체적은,
= 피스톤 챔버의 면적 ×피스톤 챔버의 스트로크 길이 ×매시간 왕복 사이클 ×피스톤 헤드의 개수
= 3.14 ×0.05 ×0.05 ×0.5 ×600 ×2
= 4.71m3
펌프가 30%의 효율을 갖는 수력 전기 변환기를 구동하도록 구성된다면, 변환기에 의하여 발생된 전기의 양은
= 펌프에 의하여 발생된 에너지 X 변환기의 효율
= 3.33kWh × 30%
= 1kWh일 것이다.
특별하게 중요한 것으로 생각되는 본 발명의 이들 특징을 주목하기 위하여 위의 상세한 설명 내에서 시도하는 반면에, 특별한 주안점이 명세서 상에 기재되어 있는지 간에 본 명세서 내에서 언급된 그리고/또는 도면에 도시된 어떠한 특허 가능한 특징 또는 특징들의 조합에 대한 보호를 청구한다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서의 상세한 설명과 청구범위 전체에 걸쳐, 단어 "포함하는(comprise)" 및 "갖는(contain)" 그리고 다른 단어의 변형은 "포함하지만, 제한되지 않는" 것을 의미하며 또한 다른 특징, 요소, 성분, 통합체(integers) 또는 단계를 배제하는 것으로 의도된 것은 아니다(그리고 배제하는 것은 아니다).
본 명세서의 상세한 설명과 청구범위 전체에 걸쳐, 문맥이 다른 것을 요구하지 않는 한 단수는 복수를 포함한다. 특히, 분명하게 규정되지 않는 관사가 사용된 경우, 문맥이 다른 것을 요구하지 않는 한 명세서는 복수형뿐만 아니라 단수형를 고려한 것으로 이해된다.
본 발명의 특정 태양, 실시예 또는 예와 함께 설명된 특징, 집합체(integers) 또는 특성은 양립할 수 없는 한 본 명세서 내에 설명된 다른 태양, 실시예 또는 예에 적용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims (80)

  1. 수역을 지지하는 바닥 내에 매립되도록 구성된 파일;
    적어도 하나의 독립 개체를 결합하도록 구성된 적어도 하나의 아암;
    파일과 적어도 하나의 아암을 결합하며, 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된 조인트; 및
    조인트를 록킹하도록 구성되어, 그로 인하여 파일에 대한 적어도 하나의 아암의 회전을 방지하는 조인트 록킹 수단을 포함하는, 수역 내에서의 사용을 위한 계류 장치.
  2. 제1항에 있어서, 파일은 바닥 내에 영구적으로 매립되도록 또는 바닥 내에 제거 가능하게 매립되도록 구성된 계류 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 파일은 선단과 후단을 갖는 샤프트를 포함하는 계류 장치.
  4. 제3항에 있어서, 파일은 샤프트의 선단에 형성된 팁을 포함하는 계류 장치.
  5. 제3항에 있어서, 파일은 선단에서 설정된 거리를 두고 샤프트 상에 배치된 멈춤 플레이트를 포함하는 계류 장치.
  6. 제1항에 있어서, 파일은 스크류 부분과 윙(wing) 부분 중 적어도 하나를 포함하는 계류 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 독립 개체는 선박, 부유 가능한 물체, 구조체, 장치, 베리어(barrier), 수역의 움직임을 흡수하는 에너지 흡수 장치, 수역의 움직임에 의하여 구동되는 에너지 이용 장치 그리고 다른 계류 장치 중 어느 하나인 계류 장치.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아암은 제 1 종단과 제 2 종단을 갖는 연장된 몸체를 포함하되, 제 1 종단은 파일에 결합된 계류 장치.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아암은 적어도 하나의 독립 개체를 계류 장치에 고정하기 위한 결합 수단을 포함하는 계류 장치.
  11. 제10항에 있어서, 결합 수단은 몸체의 제 2 종단에 배치된 계류 장치.
  12. 제10항에 있어서, 결합 수단은 몸체의 길이를 따르는 위치에 배치된 계류 장치.
  13. 제10항에 있어서, 결합 수단은 독립 개체를 영구적으로 또는 해제 가능하게 결합하도록 구성된 계류 장치.
  14. 제10항에 있어서, 결합 수단은 독립 개체를 견고하게 또는 자유롭게 결합하도록 구성된 계류 장치.
  15. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 아암은 뽑았다 접었다 할 수 있는(telescopic) 아암인 계류 장치.
  16. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 아암은 다수의 관절이 연결된 부분을 포함하는 계류 장치.
  17. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 아암은 수역 내에서 부력이 있는 계류 장치.
  18. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 독립 개체를 결합하도록 구성된 제 1 아암 및 제 2 아암을 더 포함하는 계류 장치.
  19. 제18항에 있어서, 조인트는 제 1 아암과 제 2 아암을 파일과 결합시키며, 조인트는 파일에 대하여 제 1 아암과 제 2 아암의 회전을 허용하도록 구성된 계류 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 제 1 아암과 제 2 아암을 함께 록킹하도록 구성된 아암 록킹 수단을 더 포함하는 계류 장치.
  21. 제1항에 있어서, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용하도록 구성되어 바닥과 적어도 하나의 아암 간의 거리가 변화될 수 있는 계류 장치.
  22. 제21항에 있어서, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용하도록 구성되어 수역의 깊이에 따라 바닥과 적어도 하나의 아암 간의 거리가 변화될 수 있는 계류 장치.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 계류 장치가 수역에 장착될 때, 조인트는 적어도 하나의 아암이 수직으로 회전되는 것을 허용하는 계류 장치.
  24. 제1항에 있어서, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용하도록 구성되어 적어도 하나의 아암이 설정된 방향으로 파일에 대하여 이동될 수 있는 계류 장치.
  25. 제24항에 있어서, 조인트는 적어도 하나의 아암이 회전되는 것을 허용하도록 구성되어 적어도 하나의 아암의 방향이 흐름의 방향에 따라 변할 수 있는 계류 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 계류 장치가 수역 내에 장착될 때, 조인트는 적어도 하나의 아암이 수평면으로 회전되는 것을 허용하도록 구성된 계류 장치.
  27. 제1항에 있어서, 조인트는 다축 조인트, 단축 조인트 또는 다수의 단축 조인트를 포함하는 계류 장치.
  28. 제1항에 있어서, 조인트 록킹 수단은 다수의 상보적인 결합 부재를 포함하여 상보 결합 부재가 결합될 때 조인트는 록킹되고, 적어도 하나의 결합 부재가 인접한 결합 부재로부터 분리될 때 조인트는 언록킹되는 계류 장치.
  29. 제28항에 있어서, 조인트 록킹 수단은 제 1 결합 부재 그리고 상보적인 제 2 결합 부재를 포함하되, 제 2 결합 부재는 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재가 결합된 조인트 록킹 위치와 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재가 공간적으로 분리된 조인트 언록킹 위치 사이를 이동할 수 있는 계류 장치.
  30. 제1항에 있어서, 제 1 결합 부재와 제 2 결합 부재 중 적어도 하나는 이동 가능한 계류 장치.
  31. 제1항에 있어서, 결합 부재는 상보적인 캐스텔레이션(castellation) 그리고 상보적인 숫형과 암형 결합 수단 중 적어도 하나를 포함하는 계류 장치.
  32. 제1항에 있어서, 조인트 록킹 수단은 결합 수단들의 상대적인 위치 및 이동을 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 계류 장치.
  33. 수역에서 사용하기 위한 계류 장치에 있어서,
    선단과 후단을 가지며, 수역을 지지하는 바닥 내에 매립되도록 구성된 파일;
    제 1 종단, 제 2 종단 그리고 독립 개체를 결합하기 위한 결합 수단을 갖는 아암;
    파일의 후단과 아암의 제 1 종단을 결합하며, 적어도 하나의 평면에서 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하도록 구성된 조인트; 및
    조인트를 록킹하도록 구성되어 적어도 하나의 평면에서 파일에 대한 아암의 회전을 억제하는 조인트 록킹 수단을 포함하는 계류 장치.
  34. 제1항에 따른 계류 장치를 장착하는 방법에 있어서,
    계류 장치를 원하는 위치로 운반하는 것;
    아암과 파일이 동축적일 때까지 파일에 대하여 아암을 회전시키는 것;
    계류 장치가 견고한 구조체가 되도록 조인트 록킹 수단을 작동시켜 조인트를 록킹하는 것; 그리고
    파일이 바닥에 매립될 때까지 계류 장치를 수역을 지지하는 바닥 내로 구동하는 것을 포함하는 계류 장치 장착 방법.
  35. 제34항에 있어서, 계류 장치는 구동 수단을 이용하여 바닥 내로 회전적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 계류 장치 장착 방법.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서,
    아암에 독립 개체를 결합하는 것; 그리고
    아암이 파일에 대하여 자유롭게 회전되도록 조인트 록킹 수단을 정지시켜 조인트를 언록킹시키는 것을 더 포함하는 계류 장치 장착 방법.
  37. 다수의 계류 장치를 포함하는, 수역 내에서의 사용을 위한 계류 시스템으로서, 각 계류 장치는,
    수역을 지지하는 바닥 내에 매립되도록 구성된 파일;
    적어도 하나의 독립 개체를 결합하도록 구성된 적어도 하나의 아암;
    파일과 적어도 하나의 아암을 결합하며, 파일에 대하여 적어도 하나의 아암의 회전을 허용하도록 구성된 조인트; 및
    조인트를 록킹하도록 구성되며, 그로 인하여 파일에 대한 적어도 하나의 아암의 회전을 방지하는 조인트 록킹 수단을 포함하는, 계류 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 수역 내에서 서로 결합되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템.
  39. 제37항에 있어서, 수역 내에서 이격된 관계로 장착되도록 구성된 2개 이상의 계류 장치를 포함하는 계류 시스템.
  40. 수역 내에 부유 가능한 독립 개체를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 계류 장치를 이용하는 방법.
  41. 삭제
  42. 수역을 지지하는 바닥 위의 고정된 높이에서 적어도 하나의 독립 개체를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 계류 장치를 이용하는 방법.
  43. 수역 내에서 적어도 하나의 시추 장치를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 계류 장치를 이용하는 방법.
  44. 수역을 지지하는 바닥에 구멍을 뚫기 위한 적어도 하나의 시추 장치; 및
    수역에 적어도 하나의 시추 장치를 계류하기 위한, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 시추 시스템.
  45. 수역 내에서 적어도 하나의 에너지 흡수 부재를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 이용하는 방법.
  46. 이동하는 물 에너지를 흡수하기 위한 그리고 이동하는 수역의 흐름을 지연시키기 위한 적어도 하나의 에너지 흡수 부재; 및
    이동하는 수역 내에서 적어도 하나의 에너지 흡수 부재를 계류하기 위한, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하되,
    적어도 하나의 에너지 흡수 부재는 적어도 하나의 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합되며,
    적어도 하나의 계류 장치의 조인트는 적어도 하나의 에너지 흡수 부재가 에너지를 흡수할 수 있고 그리고 이동하는 수역의 흐름을 지연시킬 수 있도록 아암과 적어도 하나의 에너지 흡수 부재를 향하게 하는 방파제 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 적어도 하나의 에너지 흡수 부재는 부유 가능한 부재인 방파제 시스템.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서, 적어도 하나의 에너지 흡수 부재는 패널형 구조체, 박스형 구조체 또는 삼각 프리즘형 구조체인 방파제 시스템.
  49. 제48항에 있어서, 적어도 하나의 에너지 흡수 부재는 이동하는 수역의 작용 하에서 이동 가능하거나 움직이지 않으며 또는 이동하는 수역의 작용 하에서 변경 가능하거나 견고한 방파제 시스템.
  50. 수중 벽을 형성하기 위하여 수역 내에 적어도 하나의 수중 베리어를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 이용하는 방법.
  51. 적어도 하나의 수중 베리어(aquatic barrier); 및
    수역 내에 적어도 하나의 수중 베리어를 계류하기 위한, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 수중 벽(aquatic wall).
  52. 수역 내에 케이블/파이프 부설 장치를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 이용하는 방법.
  53. 수역을 지지하는 바닥을 따라 케이블과 파이프 중 적어도 하나를 부설하기 위한 적어도 하나의 수중 부설 장치; 및
    수역에 적어도 하나의 수중 부설 장치를 계류하기 위한, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는, 수중 케이블/파이프 부설 시스템.
  54. 수역에 적어도 하나의 에너지 이용 장치를 계류하기 위하여, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 이용하는 방법.
  55. 적어도 하나의 에너지 이용 장치; 및
    이동하는 수역에서 적어도 하나의 에너지 이용 장치를 계류하기 위한, 제1항에 따른 적어도 하나의 계류 장치를 포함하는 에너지 이용 시스템.
  56. 제55항에 있어서, 에너지 이용 장치는 회전 가능한 액추에이터, 선형 액추에이터, 수압 액추에이터, 전자기 액추에이터 및 이동하는 수역의 작용 하에서 구동하는 변형 가능한 펌핑체 중 어느 하나인 에너지 이용 시스템.
  57. 제55항에 있어서, 에너지 이용 장치에 의하여 이용된 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하기 위한 변환기(transducer)를 더 포함하는 에너지 이용 시스템.
  58. 제55항 또는 제57항에 있어서, 적어도 하나의 계류 장치의 적어도 하나의 아암에 결합된 부유 가능한 몸체를 더 포함하는 에너지 이용 시스템.
  59. 제55항 또는 제57항에 있어서, 이동하는 수역을 에너지 이용 장치를 향하여 안내하기 위한 적어도 하나의 안내 부재를 더 포함하는 에너지 이용 시스템.
  60. 제1항에 따른 계류 장치; 및
    아암에 결합된 터빈을 포함하되,
    사용시 파일은 이동하는 수역의 바닥 내에 매립되고, 조인트는 아암을 향하며 따라서 터빈은 이동하는 수역 내에 배치되고 터빈은 수역의 움직임에 의하여 구동하는 에너지 이용 시스템.
  61. 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 그리고 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하는 조인트 및 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치;
    아암에 결합된 적어도 하나의 유체 도관을 갖는 변형 가능한 펌핑 챔버; 및
    적어도 하나의 유체 도관에 인접하게 배치된 수력 전기 변환기를 포함하되,
    사용시 파일은 이동하는 수역의 바닥 내에 매립되고, 수역의 움직임의 결과로서 아암은 변형 가능한 챔버를 팽창된 상태와 수축된 상태 사이에서 왕복적으로 구동하여 유체는 적어도 하나의 유체 도관을 통하여 변형 가능한 챔버 내로 그리고 밖으로 펌핑되며, 변형 가능한 챔버 내로의 유체의 흐름 그리고 변형 가능한 챔버 밖으로의 유체의 흐름 중 적어도 하나의 흐름 하에서 수력 전기 변환기는 전기를 발생시키는 에너지 이용 시스템.
  62. 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하는 조인트 그리고 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및
    아암에 결합된 플라이휠을 포함하여,
    사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 아암에 작용하는 수역의 움직임으로부터 야기된 아암의 왕복 작용에 의하여 플라이휠이 구동되는 에너지 이용 시스템.
  63. 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대하여 아암의 회전을 허용하는 조인트 그리고 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및
    아암에 결합된 랙 및 피니언을 포함하여,
    사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 아암에 작용하는 수역의 움직임으로부터 야기된 아암의 왕복 작용에 의하여 피니언은 랙을 따라 구동되는 에너지 이용 시스템.
  64. 파일, 아암, 파일과 아암을 결합하고 파일에 대한 아암의 회전을 허용하는 조인트 및 파일에 대한 아암의 회전을 방지하기 위한 조인트 록킹 수단을 갖는 계류 장치; 및
    아암에 의하여 한정되고 적어도 하나의 유체 도관과 유체 연결 상태로 배치된 피스톤 챔버 그리고 피스톤 챔버 내에 이동 가능하게 수용된 피스톤 헤드를 구비한 피스톤을 갖는 펌프를 포함하되,
    사용시, 파일은 수역의 바닥 내에 매립되고, 조인트는 아암을 향하며 따라서 아암은 흐름의 방향으로 수역 내의 높이까지 연장되고 아암에 작용하는 수역의 움직임의 결과로써 아암은 피스톤 챔버 내에서 피스톤 헤드를 왕복적으로 구동하여 유체는 적어도 하나의 유체 도관을 통하여 챔버 내로 그리고 챔버 밖으로 펌핑되는 에너지 이용 시스템.
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