KR101742807B1 - 파도 운동으로부터 전기적 또는 기계적 에너지를 생산하는 장치 - Google Patents

파도 운동으로부터 전기적 또는 기계적 에너지를 생산하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 워터베이슨(water basins) 내에서 파도 운동(wave motion)으로부터 동력, 특히 전기 에너지를 발생시키는 장치에 관한 것이다. 본 장치는, 파도 운동으로부터 유래한 교호하는 선형 운동(alternating linear movements)에 민감한 컨트롤 엘리먼트(control element)의 운동에 반응하여, 적어도 하나의 동력 발생기(at least one power generator)를 단일방향(unidirectional)으로 회전시키고 그리고 계속적으로 작동시키기 위해 제공된 기어링(gearing)을 포함한 적어도 하나의 작동 유닛(at least an operating unit)을 포함한다. 각 작동 유닛은, 선형 컨트롤 엘리먼트(15, 15b)에 의해 결합되고 회전하게 되어 있는 구동휠(driving wheel)(13, 14; 13b)을 견고하게 지탱하는 적어도 하나의 주축 또는 구동축(at least a main or driving shaft)(11, 12; 11b) 및, 단일방향성 구동 메카니즘(unidirectional drive mechanism)(20, 20b)을 통해 주축에 의해 작동되고, 각각 적어도 하나의 동력 발생기에 연결될 수 있는 적어도 두 개의 종동축(at least two driven shaft)(21, 22; 21b, 22b)을 포함한다.

Description

파도 운동으로부터 전기적 또는 기계적 에너지를 생산하는 장치 {APPARTUS FOR PRODUCING ELECTRIC OR MECHANICAL ENERGY FROM WAVE MOTION}
본 발명은, 자연적이거나 인위적인 선형의(linear) 또는 교호하는(alternating) 파도 운동(wave motion)을 단일방향의 회전운동(unidirectional rotary motion)으로 변환하기 위한, 특히 전기적 또는 기계적 에너지를 생산하기 위한 기계적 멤버들로 구성된 시스템에 관한 것이다.
교호 운동(alternating motion)을 단일방향의 회전운동(unidirectional rotary motion)으로 변환하기 위한, 일반적으로 이해될 수 있는 타입의 기계적 장치들, 그리고 간단히 프리휠(freewheel)로 정의된 기계적 장치들이 잘 알려진 내용들이다. 이들은 소스(source)에서의 운동이 교호적이거나 불연속적일 때, 임의의 커플러(coupler) 또는 회전 시스템에 단일방향의 회전운동을 전달하는 작동 시스템들(operation systems)로 사용된다.
여기에 제시된 시스템은, 적어도 부유 몸체(floating body) 또는 부표(buoy)의 도움을 받아 파도 운동을 활용하게끔 구성되고 작동하는데, 특히 재생가능한 소스(renewable source)로부터 직접 전기 에너지를 발생하도록 구성되어 있고 작동한다. 따라서 이산화탄소 및/또는 오염물질을 방출하지 않고 동력을 생산하는 장치에 들게 된다.
이런 기술 분야에서, 파도 운동으로부터 시작해서 에너지를 생산하는 시스템들이 이미 공지되어 있다. 그러나 이들은, 종종 특전들이 부여될지라도, 실제적인 생산 용량뿐만 아니라, 고 비용 및 장기간의 상환기간 때문에, 설치 및 성능면에 있어서 한계를 지니고 있다. 구체적으로, 여기서 고려되는 타입의 시스템이 훨씬 더 유효하다고 여겨지려면, 상환기간이 더 짧아져야 하고, 경제적 수익 기간이 더 길어야 하고, 작동이 더 쉬워야 하고, 기간당, 보통은 1년 기간당 생성된 에너지 량이 많아야 하고, 유지 보수 필요성이 더 적어야 한다.
현재까지 사용된, 파도 운동 또는 조류 에너지로부터 에너지를 생산하는 일부 방법들은 적어도 효율과 관련하여 문제점들을 지니고 있다. 실제로 파도 운동의 활용은 대개 파도들의 하강 또는 상승 운동에 한정되어 있으므로, 그 발생량 또는 용량의 50 % 정도밖에 안 된다.
예를 들면, "아쿠어 부이(Aqua Buoy)ⓡ"란 이름의 시스템 경우, 물속에 위치하는 부이의 상부 부분이, 물속에 잠겨진 다리에 포함된 펌프에 의해 작동되는 터빈을 둘러싸고 있다. 이 시스템은 수력터빈(water turbine)의 날개들로 향하는 해수(sea water)를 가압하는 파도 운동을 이용하는데, 이는 터빈을 회전시켜서 이에 연결된 발전기를 작동시켜 전기 에너지를 생산한다. 이런 시스템은 소위 "대양" 환경("oceanic" ambient), 즉 파도가 상당히 높은 환경에서는 장점이 있는 것으로 보인다. 그러나 펌프로부터 수력터빈으로 통과하면서 부하의 손실, 따라서 동력의 손실이 상당히 발생하여, 소형의 적용분야에서는 생산량이 높지 않다.
한편, "펠라미스(Pelamis)"라는 이름의 시스템에서는, 그레이팅(grating)이 직선으로 150 미터에 달하는 방식으로 연결된 부유 케이싱들(floating casings)의 연결점들(junction points)에 있는 수력식 모듈들(hydraulic modules)을 활용하고 있다. 이 시스템은 파도 사이의 거리가 매우 긴 경우에만 적용될 수 있고, 합리적인 수확량을 걷을 수 있는데, 이와 반대로 작고 짧은 파도에서는 항상 비효율적인 위치로 유지되는 위험성이 있다. 따라서 이 시스템도 효율적으로 작동할 수 있기 위해서 대양 환경이나 적절한 파도 운동이 있는 경우에서 작동되어야 한다. 사실상 제한된 환경에서는 비용이 많이 들면서 에너지 수확량은 적은 문제점이 있다.
"멘체스터 바버(Manchester Bobber)ⓡ"라는 이름의 시스템은 WO 2006/109024로부터 추론될 수도 있는데, 오프쇼어 리그(offshore rig)에 필적하는 제원을 가지고 있다. 상당한 크기의 부유체들의 시스템이 연결되고, 솔리드 스틸 케이블들(solid steel cables)에 의해 지지 구조물(supporting structure)에 고정된다. 단부들 중 하나는 고정식 억제부에 연결되고, 반대 단부는 부유체에 연결된 전동벨트(transmission belt)가, 축과 일체화된 기어(gear)와 결합되어 있다. 그것의 운동에 의해, 부유체는 전동벨트의 교호적인 슬라이딩을 야기하고, 이는 축의 회전을 유발한다. 이 시스템은 교호적인 작동 페이스들(alternating operating phases)을 가지는데, 프리휠(free wheel)의 도움으로, 부유체는 메카니즘(mechanism)이 한 방향으로만 움직이는 것을 허용한다. 그러므로 위로 상승하는 것이 시스템을 재장전(reload)하는 데 사용되고, 안 그러면 속도가 줄어들려는 발전기를 재가속(reaccelerating) 시키므로, 파도의 가능한 프로파일(profile) 생산량의 50%가 손실이 된다.
다수의 부유체들로 인해 그들 사이의 여러 비활성 페이스들(inactive phases)에 대한 보상이 가능해진다. 그러나 단일 부유체에 단일 발전기가 연결되어, 회전 관성(rotation inertia)을 이용하는데, 이로써, 상승 페이스(rising phase) 동안 부유체들에 의한 케이블의 비활성 페이스들 중에, 충분히 적절한 회전 유지가 가능해진다. 파도의 하강 운동을 따르는 부유체의 중량은 발전기의 포지티브 회전(positive rotation)을 재충전해준다.
한편, "OSUⓡ"라는 이름의 시스템에서는, 고효율의 네오디뮴 영구자석들(Neodymium permanent magnets), 희토류(rare earth) 등이 사용되어, 에너지의 직접적인 발생을 위해 파도 운동이 활용되고 있다. 그러나 이 시스템에서는 온건한 운동(moderate motion)이 시스템의 용량을 제한하게 된다. 사실상 파도에 의해 일어나는 매우 낮은 선형 속력(linear speed)은 매우 낮은 에너지 변환 생산량에 해당하는 것이다.
"OPTⓡ"라는 이름의 다른 시스템에서는, 에너지를 생산하기 위해 수직 방향으로 작동하는 시스템들이 사용된다. 이 경우에서도 스트로크(stroke)가 성능을 크게 제한하는 요소가 된다. 사실상 피스톤 로드(piston rod)의 길이보다 더 높은 파도들이 존재할 때에는 이들이 에너지 생산에 적절히 활용되지 못한다. 게다가 올레오다이나믹 또는 기계적 디퍼먼트들(oleodynamic or mechanical deferments)은 마찰을 발생시키고 용량에 있어서 실질적인 손실을 발생시킨다.
영국 특허 제1,116,689호에도 이런 기술의 상태를 보여주고 있다. 이는 해양 파도들로부터 유용한 에너지를 얻는 시스템에 관한 것인데, 이 시스템에는, 파도들 위에 떠있는 케이싱(casing)과, 일 단부가 부유 케이싱에 부착되고 타 단부는 카운터웨이트(counterweight)에 부착된 직선의 가요성 시스템(rectilinear flexible system)과, 프리휠 메카니즘이 사이에 게재되어 있고 두 개의 평행한 축들 중 하나에 의해 각기 지지되고 있는 톱니형 메싱 휠들(toothed meshing wheels)이 포함되어 있으며, 상기 축들 각각은, 가요성 시스템과 협력하여 회전하고, 가요성 시스템의 교호적인 운동에 반응하여 축들을 한 방향으로 회전시키는 또 다른 휠을 지탱하고 있다.
그러나 그 형태를 고려해볼 때, 이 시스템은 직접 물속에 놓일 수 있도록 수밀(watertight) 형태로 만들어질 수가 없다, 그래서 이것은 물 밖 육지 상에 설치되는 것으로 기술되어 있다.
본 발명의 한 목적은, 파도들의 왕복운동을 전기적 또는 기계적 에너지로 변환시키는 장치로서, 이미 알려진 기술적 결함을 극복할 수 있고, 육지뿐만 아니라 부유식 및 반 잠수식 또는 잠수식으로 물속에 직접 설치될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 파도가 상승할 때 및 하강할 때 양쪽 모두에서 파도의 프로파일을 충분히 활용하여, 해양 또는 파도의 운동이 제한적인 워터베이슨(water basins)에서도 생산되는 동력에 관해서 변환시스템의 생산량 및 성능을 효과적으로 증가시키는 상황들을 창안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 비교적 단순하고 경제적인 왕복운동 또는 파도 운동으로부터 전기적 또는 기계적 에너지를 생산하는 시스템으로서, 제원들을 감소시켜 제한된 크기를 가지며, 환경에 대한 영향을 줄이는 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적들은, 워터베이슨 내에서의 파도 운동으로부터 동력, 특히 전기 에너지를 발생시키기 위한 청구항 제1항의 전제부에 따른 장치에 의해 달성되는데, 여기서 적어도 하나의 작동 유닛(at least an operating unit)은, 선형 컨트롤 엘리먼트(linear control element)에 의해 회전하게끔 배치되고 결합된 구동풀리(driving pulley)를 견고하게 지지하는 적어도 하나의 주축 또는 구동축(at least a main or driving shaft)과, 단일방향성 견인 메카니즘(unidirectional pull mechanism) 또는 프리휠을 통해 적어도 하나의 주축 또는 구동축에 의해 작동되고, 적어도 하나의 동력 발생기(at least a power generator)에 각각 연결될 수 있는 적어도 두 개의 종동축들(at least two driven shafts), 즉 전동축들을 포함한다.
본 발명의 장치는, 나란히 놓여져 그들 사이에 상호작용하는 두 개의 평행한 유닛들로 이루어지거나, 또는 일직선으로 배치된 두 개의 유닛들로 이루어질 수 있다. 첫 번째 경우에, 상기 장치는 두 개의 주축 또는 구동축을 가지며, 이들 두 개의 주축 또는 구동축은 서로 평행하고 선형 컨트롤 엘리먼트에 의해 작동되며, 각 주축에 대해 적어도 하나의 출력축(at least an output shaft)이 프리휠 메카니즘을 통해 주축에 의해 작동된다. 두 번째 경우에는, 상기 장치가, 선형 컨트롤 엘리먼트에 의해 동력을 공급받는 단일의 주축을 포함하며, 상기 주축의 반대되는 단부들(opposite ends)에는 두 개의 종동축들이 각각 프리휠 메카니즘의 도움으로 주축에 의해 작동된다.
그러나 이 장치는 유연하고 융통성이 있어서, 고 효율과 저렴한 경제적 투자로, 그리고 유지보수에 대한 필요는 제한되면서, 대양 및 해양에서의 자연적 파도 운동 또는 인공 베이슨(artificial basins) 내의 인공적 파도 운동과 같은 재생 소스들(renewable sources)로부터 에너지를 획득하는 것이 가능하다. 그러나 리프트들(lifts), 케이블 레일웨이(cable railways) 등과 같은 기계적 소스들을 배제하는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 장치는 조절가능하여, 임의의 진폭, 파고를 가지고 어떤 계절에서의 파도 운동 환경에 설치될 수 있고, 현재까지 알려진 시스템들의 장치들보다 확실히 우수한 생산량을 산출할 수 있다. 게다가 본 장치는 자동 레벨링(auto-levelling)이 가능하고, 즉 해양 및 레벨의 변화에 자동적으로 적응하고, 어느 한계 내에서 효율의 손실 없이 파도들의 길이를 따를 수 있다.
예시적이며 개략적인 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명될 것인데, 이는 예시적인 것으로 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 전체 시스템에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 시스템에 대한 측면도이다.
도 3은 한 가지 형태의 시스템에 대해 위에서 본 원근법적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 방향 드래그 메카니즘(one-way drag mechanism)을 강조하기 위해, 분할된 시스템에 대한 부분 도면이다.
도 5는 도 1의 시스템의 두 작동 유닛들에 대한 단면도이다.
도 6은 도 5에 원으로 표시된 부분에 대한 상세 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시스템의 분해된 부품들을 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 부품들이 조립된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 9는 도 8의 시스템에 대한 평면도이다.
도 10은 도 7 내지 도 9의 시스템이 전력 발생기를 포함하여 완성된 전체 시스템에 대한 도면이다.
도 10은 도 7 내지 도 9의 시스템이 전력 발생기를 포함하여 완성된 전체 시스템에 대한 도면이다.
도 11, 도 12, 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 시스템의 사용에 있어서, 다양한 설치 형태들을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 본 발명의 장치는 전체적으로 참조부호 10으로 표기되었으며, 본 장치는 기본적으로 나란히 평행하게 놓여진 두 개의 작동 유닛들(A 및 B)을 포함한다. 이 두 개의 작동 유닛들(A 및 B)은 각각 하나 이상의 발전기(C)에 연결되어, 교호하는 선형 운동으로부터 보다 구체적으로는 대양, 해양, 호수에서 물 표면의 운동으로부터 전기 에너지를 생산하게끔 설계되었다.
본 장치는 각 작동 유닛들(A 및 B)에 하나씩 하여, 두 개의 주축들 또는 구동축들(main or driving shafts)(11, 12)을 포함한다. 이 축들은 평행하며, 크랭크케이스 또는 케이싱(crankcase or casing)(10')에 의해 지탱되는 각자의 베어링들(11', 12') 상에서 회전하게끔 지지된다.
제시된 예에서, 제1 작동 유닛(A)은 주축(11)에 고정되어 이와 함께 회전하며, 구동휠(13)이, 다른 작동 유닛(B)의 주축(12)에 고정된 대응하는 구동휠(14)과 상응하게, 즉 구동휠(14)과 동일 평면상에 놓여있다. 이 두 구동휠들(13, 14)은 기어휠(gear wheel) 또는 구동풀리(driving pulley)로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 반경 방향으로 좀 떨어져서 이들이 회전 시 서로 간섭이 일어나지 않게 되어 있다.
이런 식으로 배치된 이들 두 구동휠들(13, 14)은 함께, 기본적으로 직선의 교호하는 운동을 겪는 선형 컨트롤 엘리먼트(15)에 의해 결합되어 있다. 만일 구동휠들(13, 14)이 기어휠들인 경우에는 상기 선형 컨트롤 엘리먼트(15)는 톱니형 벨트(toothed belt), 톱니형 바(toothed bar), 체인(chain) 또는 이와 유사한 것들로 만들어질 수 있으며, 구동휠들이 풀리들인 경우에는 상기 선형 컨트롤 엘리먼트(15)는 브이 벨트("V" belt), 케이블 또는 로프(rope)로 만들어질 수 있다.
컨트롤 엘리먼트(15)는 아이들러(idler)(16)의 도움으로 양 구동휠들(13, 14)에 동시적으로 연계되어 결합된다.
컨트롤 엘리먼트(15)는 상기 구동휠들의 반대 부분으로부터 두 갈래들(branches)(15', 15")로 연장되어서, 이들이 교호적으로 움직이면, 상기 두 개의 구동휠들 및 양 작동 유닛들(A 및 B)의 주축들(11, 12)이 함께 같은 방향으로, 교호하는 반대 방향들이지만, 즉 시계방향 및 반시계방향으로 회전한다. 컨트롤 엘리먼트(15)의 교호하는 운동은 이것의 갈래들 중 한 갈래 및/또는 다른 갈래에 교호적으로 힘을 가함으로써 야기되는데, 그 한 가지가, 상기 컨트롤 엘리먼트(15)의 갈래들(15', 15") 중 하나에 연결되고, 동일한 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래에 부착된 발란스웨이트(balance weight) 또는 마찰력에 의해 대조를 이루면서, 워터베이슨 내 파도들의 프로파일을 따르는 부유 몸체의 운동으로부터 유도되는 힘이 될 수 있다.
도면들에 도시된 바와 같이, 각 작동 유닛(A 및 B)의 주축(11, 12) 또는 이에 동등한 구동휠에는 또한 적어도 하나의 또는 바람직하게는 두 개의 톱니형 종동휠들(18 및 19)이 제각기 축 방향으로 연결된다. 각각의 축(11, 12)에 두 개의 톱니형 종동휠들(18 및 19)이 연결될 때, 톱니형 종동휠들(18 및 19)은 구동휠(13, 14)의 반대 부분들로부터 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다. 한 작동 유닛(A)의 축(11)과 연계된 톱니형 종동휠(18)은, 다른 작동 유닛(B)의 축(12)과 연계된 상호관계에 있는 톱니형 종동휠(19)과 항상 기어가 맞물리게끔, 즉 항상 결합되어 있게끔 크기가 정해진다.
그러나 각 톱니형 종동휠(18, 19)은 각자의 주축(11, 12)에 직접적으로 속박되는 것은 아니고, 단일방향성의 구동 메카니즘(unidirectional drive mechanism)(20)이 게재(interposition)되어 속박받게 되는데, 이 구동 메카니즘(20) 때문에 톱니형 종동휠은, 해당 구동휠 및 관련된 주축이 한 방향으로 회전할 때만 정방향으로 회전하고, 구동휠 및 관련된 주축이 반대 방향으로 회전할 동안에는 톱니형 종동휠이 연결해제되어 아이들(idle) 상태로 있게 된다. 이러한 구동 메카니즘(20)은 단일방향성 베어링 또는 프리휠도 만들어질 수 있으며, 주축과 각 톱니형 종동휠 사이에 동심으로(concentrically) 장착될 수 있다. 또는 대안으로서, 톱니형 구동휠 또는 풀리 및 이와 동축(coaxial)으로 놓인 각 톱니형 종동휠 사이에 장착될 수 있다. 이 구동 메카니즘(20)은, 경우에 따라 주축 상에 또는 톱니형 구동휠이나 풀리 상에 연결된 구동 부분(driving portion)을 일반적으로 내측에 가지며, 톱니형 종동휠에 연결되어 한 방향으로만 움직이게 하는 종동 부분(driven part)을 보통 외측에 가지고 있다. 그러나 제1 주축(11)과 같이 일하는 모든 톱니형 종동휠에 대한 단일방향성 구동 메카니즘(20)은, 다른 주축(12)에 동축인 톱니형 종동휠 각각에 대한 단일방향성 구동 메카니즘과는 반대로 되어야 한다. 이리하여, 교호적으로 움직이는 컨트롤 엘리먼트(15)에 의해 야기되어 때에 따라 시계방향 및 반시계방향이 되는 구동휠들(13, 14)의 회전 방향과는 별개로, 작동 유닛(A)의 주축(11)과 함께 일하는 톱니형 종동휠들(18)은 항상 같은 방향으로 회전하고, 다른 작동 유닛(B)의 주축(12)과 함께 일하는 톱니형 종동휠들(19)도 항상 한 방향으로 회전한다. 그러나 이들이 계속적으로 연결되어 있는 제1 작동 유닛의 것과는 반대 방향으로 회전한다.
각 톱니형 종동휠(18 및 19)은, 전동축(transmission shaft)으로 작동하는 각자의 종동축(driven shaft)(21, 22)에 속박되어 이와 함께 회전하는데, 이에 의해, 각 작동 유닛(A 및 B)의 톱니형 종동휠(하나인 경우) 또는 적어도 하나의 종동휠들(2개인 경우)은 커플링(coupling) 및/또는 회전 증속기(turns multiplier)(23)를 통해 적어도 하나의 동력 발생기(C), 특히 전기 축전지 및/또는 임의의 사용처에 공급될 전기 에너지를 생산하기 위한 적어도 하나의 동력 발생기에 연결되어 이를 작동시킨다.
도 7 내지 도 10에 도시된 예에서, 도 1 내지 도 5에 관해 상술한 장치의 부품들과 동일한 또는 대등한 부품들에 대해서는 동일한 참조부호로 표기하였는데, 문자 "b"를 추가하여 표기하였다. 장치(10b)는 구동휠(13b)을 지탱하는 단일의 주축 또는 구동축(11b)을 포함한다. 상기 주축은 베어링(11'b)에 의해 지지되고, 구동휠(13b)는 컨트롤 엘리먼트(도 9의 15b)에 의해 결합되는데, 이때 아이들러(idler)(16b)의 도움을 받을 수 있다. 이 경우에서도, 컨트롤 엘리먼트(15b)의 한 부분은 부유 몸체에 연결되고 다른 부분은 발란싱/텐셔닝 힘(balancing/tensioning force) 또는 카운터웨이트에 연결되어, 컨트롤 엘리먼트(15b)가 교호적인 선형 운동에 민감하여, 주축의 회전을 야기한다.
이 주축(11b)은 그의 단부들 각각에 하나씩 있는 톱니형 종동휠들(18b, 19b)과 함께 일을 하며, 각 종동휠은 각자의 전동축(21b, 22b)에 속박이 되는데, 상기 전동축(21b, 22b)은 적어도 하나의 베어링에 의해 지지되고, 동력 발생기, 특히 전기 발전기(Cb)에 연결될 수 있다.
각 종동휠(18b, 19b)은 단일방향성의 구동 메카니즘 또는 프리휠(20b)을 통해 주축(11b)에 연결되어, 컨트롤 엘리먼트(15b)에 의해 주축이 회전하면, 종동휠들(18b, 19b)이 각자의 전동축(21b, 22b)과 함께 회전하게 된다. 교호적인 선형의 움직임이 제공되면, 컨트롤 엘리먼트(15b)에 의해 야기되는 구동휠(13b) 및 주축(11b)의 회전이 교호적으로 시계방향 및 반시계방향으로 회전하더라도, 각 전동축(21b, 22b)이 항상 동일 방향으로 회전하도록, 도시된 예에서 두 개의 톱니형 종동휠들(18b, 19b)은 헬리컬 이빨을 가지고, 적절히 지지된 크라운 기어(crown gear)(50)에 모두 맞물려 있다.
물론 본 발명의 장치에 있어서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변형 들 및 구체적인 수정사항과 함께 다른 방식의 구조가 제공될 수도 있는데, 본 발명의 주된 목적은, 왕복 운동 특히 파도 운동으로부터 파도의 상승 및 하강 프로파일 모두를 활용하면서, 특별히 전기 에너지를 생산하기 위한 하나 이상의 동력 발생기를 단일방향으로 회전시켜서 유용한 동력을 얻고자 하는 것이다.
사용처와 관련하여, 본 발명의 모든 장치는, 교호적인 선형 운동에 민감한 가동성의(movable) 컨트롤 엘리먼트의 두 개의 갈래들이 통과할 수 있도록 하면서, 크랭크케이스(crankcase) 또는 보호 케이싱(protection casing) 내에 둘러싸이고 또한 밀봉될 수 있다. 그래서 워터베이슨 환경 속 및 파도 운동이 존재하는 곳에 설치되는 여러 가지 방법들을 찾을 수 있다.
사실상, 본 장비(10 또는 10b)는 적어도 물 바깥 상태, 부유 상태, 반 잠수 상태 또는 잠수 상태로 설치되고 사용될 수 있다.
항구 근처나 벼랑 근처, 이와 유사한 지역뿐만 아니라, 바닥에 도달하기 힘든 지역에서는 물밖에 설치하는 것이 유용할 수 있다. 도 11의 예에 개략적으로 도시된 바와 같이, 장치는 지상에 배치되고, 선형 컨트롤 엘리먼트(15 또는 15b)의 한 갈래(15')에는 수면 위로 내리어져 파도 운동을 따르는 부유 몸체(24)가 연결되고, 상기 컨트롤 엘리먼트(15 또는 15b)의 다른 갈래(15")에는 웰(well) 속으로 안내될 수 있는 발란스웨이트(26)가 연결된다. 이리하여, 한편으로는 부유 몸체(17)가 파도들의 프로파일을 따르고, 다른 한편으로는 발란스웨이트(26)과 함께 컨트롤 엘리먼트(15)의 교호적인 이동이 일어난다. 이로써, 장치의 기어링 작동으로, 상술한 바와 같이 장치 자체에 연결된 전기발전기가 컨트롤된다. 선형 컨트롤 시스템(15 또는 15b)의 두 갈래들(15', 15")의 한쪽 및 다른쪽 모두는 다르게 연기될 수 있으며, 각자의 안내 구조물들(guide structures)(28, 29) 요구에 조화될 수 있다.
도 6의 예에 도시된 바와 같은 부유 상태의 설치에 있어서, 장치(10 또는 10b)는 파도 운동(31)을 따르는 부유 몸체 또는 부표(30)에 탑재 장착된다. 이 경우, 선형 컨트롤 엘리먼트(15 또는 15b)의 한 갈래(15')의 단부는 워터베이슨 바닥에 있는 앵커링 블록(anchoring block)(32)에 연결될 수 있고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래(15") 단부에는 웨이트(33)가 연결될 수 있다. 이리하여, 장치는 부유 몸체 또는 부표(30)와 함께 물의 표면 운동을 따르고, 컨트롤 엘리먼트는 웨이트(33)의 도움으로 서로 반대되는 방향들로 교호적으로 슬라이딩하게 되며, 이는 장치의 기어링을 구동시킨다. 이로써 전기 발전기는 단일방향으로 연속적으로 회전하게 된다.
도 13의 예에 도시된 바와 같은 반 잠수 상태의 설치에서는, 장치(10 또는 10b)는, 앵커링 케이블들(35)에 의해 워터베이슨 바닥에 있는 발라스트 블록(ballast block)(36)에 연결된 뎁스 부이(depth buoy)(34)에 탑재되어 설치될 수 있다. 선형 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래(15')의 단부는, 파도가 치는 표면상에 있는 부유 몸체 또는 부표(37)에 연결되고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래(15")의 단부는 발란싱웨이트(38)에 연결된다. 이리하여, 뎁스 부이(34)에 탑재된 장치는 거의 일정한 높이로 유지되는 한편, 다른 한편으로, 발란싱웨이트와 연합하여 파도들의 프로파일을 따르는 부유 몸체 또는 부표(37)에 의해 선형 컨트롤 엘리먼트(15)가 교호적으로 슬라이딩하게 된다. 이로써 장치의 기어링이 구동되고, 종동축들에 연결된 전기 발전기들이 단일방향의 계속적인 동작을 하게 된다.
도 14의 예에 도시된 바와 같은 잠수 상태의 설치에서는, 장치(10 또는 10b)가, 워터베이슨 바닥에 있는 정지 블록(staionary block)(39)에 고정될 수 있으며, 선형 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래(15')의 단부는 부유 몸체 또는 부표(40)에 연결되고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래(15")의 단부는 잠수식 텐션 부이(submerged tension buoy)(41)에 연결될 수 있다. 이 경우에서도, 파도 운동(42)을 따르는 부유 몸체 또는 표면 부표(40)는 잠수식 텐션 부이(41)의 작동과 연합하여, 컨트롤 엘리먼트(15 또는 15b)를 교호적으로 슬라이딩하게 하며, 따라서 장치 자체의 기어링이 구동되고, 전기 발전기들에 대한 계속적이고 단일방향성 컨트롤이 이루어진다.
도시되지는 않았지만, 본 발명의 장치는 또 다른 방식의 적용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 장치는 소위 부유 비이콘들(floating beacons)과 연합되어 사용될 수 있다. 또한 본 장치는 단독적으로 사용될 수 있으며, 또는 엘리먼트들(15 또는 15b)을 지닌 그룹에서 그룹화된 모든 장치들이, 파도 운동을 따르게끔 설계된 단일의 부유 몸체에 연결되어, 에너지 생산을 최대화하기 위해 모든 장치들이 함께 작동될 수 있다.
또한 본 장치는 파도 운동의 특성 및 생산될 에너지의 양에 따라 다른 형상 및 제원들을 가질 수 있다. 또한 본 장치는, 일시적이지만 파도 운동으로부터 적당한 양의 에너지가 필요한 지역적 설치를 위해 예컨대 배낭 등에 의해 이송될 수도 있다.
본 시설들에는, 이들이 해양에서 지탱 시스템들(retaining systems)로부터 풀려지더라도, 이들을 탐지하여 회수할 있도록 지피에스 또는 소나 신호기(GPS or sonar signallers)가 제공될 수 있다. 또한 이들에는 파도들의 높이, 수온, 생산된 에너지 기록 등과 같은 데이타 기록 장치 및 검출 시스템들이 제공될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 워터베이슨(water basins) 내에서 파도 운동(wave motion)으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 장치는, 선형의 교호적 운동(linear alternating movements)에 민감한 컨트롤 엘리먼트(control element)의 운동에 반응하여, 적어도 하나의 동력 발생기(at least a power generator)의 단일방향성 회전(unidirectional rotation) 및 계속적인 작동(continuous operating)을 위해 제공된 기어링(gearing)을 포함하는 적어도 하나의 작동 유닛(at least an operating unit)을 포함하며, 상기 컨트롤 엘리먼트는, 한편으로 물의 표면상에 놓여 있는 적어도 하나의 부유 몸체 또는 부표(at least a floating body or buoy)에 연결되고, 다른 한편으로 상기 부유 몸체 또는 부표가 파도들의 프로파일을 따르게끔 하는 발란싱/텐셔닝 멤버(balancing/tensioning member)에 연결되는 장치에 있어서,
    상기 적어도 하나의 작동 유닛은,
    상기 선형 컨트롤 엘리먼트에 의해 결합되고 회전하게 되어 있는 구동휠(driving wheel)을 지탱하는 적어도 하나의 주축 또는 구동축(at least a main or driving shaft);
    단일방향성 구동 메카니즘(unidirectional drive mechanism)을 통해 상기 적어도 하나의 주축 또는 구동축에 의해 작동되고, 각각 상기 적어도 하나의 동력 발생기(at least a power generator)에 연결될 수 있는 적어도 두 개의 종동축 또는 전동축(at least two driven or transmission shaft);
    상기 주축의 반대되는 단부들(opposite ends)에 있는 두 개의 톱니형 종동휠로서, 각자의 종동축에 각각 연결되는 두 개의 톱니형 종동휠;
    상기 컨트롤 엘리먼트에 의해 야기된 상기 주축의 회전이 상기 톱니형 종동휠에 상응하도록, 상기 주축에 각 종동휠을 연결해주는 상기 단일방향성 구동 메카니즘; 및
    상기 톱니형 종동휠과 맞물리는 크라운 기어(crown gear)를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 작동 유닛들의 구동휠은 톱니형 휠(toothed wheel) 또는 풀리(pulley)이며, 상기 컨트롤 엘리먼트는 톱니형 벨트(toothed belt), 체인(chain), 로프(rope) 또는 케이블(cable)인 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단일방향성 구동 메카니즘은 상기 주축 및 상기 주축에 연결된 각 톱니형 종동휠 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단일방향성 구동 메카니즘은 단일방향성 베어링 또는 프리휠(free wheel)인 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 밀봉된 크랭크케이스 또는 케이싱(sealed crankcase or casing) 내에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 육지 상에 설치되도록 제공되며, 파도들의 운동을 따르게끔 위로부터 물에 드리워진 부유 몸체가 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래(branch)에 연결되고, 웰(well) 내에서 안내되는(guided) 발란싱웨이트(balancing weight)가 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래에 고정되는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 파도들의 운동을 따르게끔 물에 설치된 부유 몸체에 탑재 설치되도록 제공되며, 상기 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래는 정지 블록(stationary block)에 부착되고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래는 상기 발란싱/텐셔닝 멤버(balancing/tensioning member)에 연결되는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 정지 블록에 정박된 뎁스 부이(depth buoy)에 탑재 설치되도록 제공되며, 상기 선형 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래는, 파도 운동을 따르게끔 물 위에 설치된 부유 몸체에 연결되고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래의 단부에는 상기 발란싱/텐셔닝 멤버가 연결되는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 물속에 가라앉은 정지 블록 상에 설치되도록 제공되며, 상기 컨트롤 엘리먼트의 한 갈래는, 파도 운동을 따르는 물 위의 케이싱 몸체(casing body)에 연결되고, 상기 컨트롤 엘리먼트의 다른 갈래는 뎁스 발란싱 부이(depth balancing buoy)에 연결되는 것을 특징으로 하는 워터베이슨 내에서 파도 운동으로부터 전기 에너지를 포함하는 동력을 발생시키는 장치.
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