KR101956858B1 - 다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치는, 수면에 부유되는 것으로서 태양광을 입력받아 전기를 발생하는 태양광발전모듈을 구비한 부유체; 상기 부유체의 각 모서리 부위에 설치되어 수중 구조물과 상기 부유체를 연결한 로프를 권취시키는 복수 개의 권취드럼; GPS 신호를 통해 상기 부유체의 위치 변화를 감지하는 GPS 수신기와, 상기 부유체의 방향 변화를 감지하는 자이로컴퍼스 및, 각각의 상기 권취드럼 주변에 위치하여 수면을 기준으로 상기 부유체의 높이 및 복수 개의 상기 권취드럼 주변 영역의 높이 차이를 통한 기울기 변화를 감지하는 복수 개의 레벨센서와, 상기 권취드럼에 권취되는 로프에 가해진 압력을 측정하는 압력센서로 이루어진 센서부; 상기 센서부에서 측정한 복수 개의 센서 정보의 수치 변화에 따라 복수 개의 상기 귄취 드럼에 대한 회전방향과 회전량을 차등 구동 제어하는 컨트롤러;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치{MOORING DEVICE FOR SOLAR ENERGY GENERATION ON THE WATER WITH FUNCTION OF CORRECTING LOCATION BASED ON MULTI PRESSURE SENSORS AND LEVEL SENSORS}

본 발명은 다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 강, 바다 등의 수면에 부유되어 태양광 발전을 할 때 종래의 GPS에 의하여 위치를 보정하던 것을 자이로컴퍼스와 레벨센서 및 압력센서의 조합에 의하여 보다 정밀하게 위치를 보정할 수 있도록 개선된 계류장치에 관한 것이다.

태양광 발전은 친환경 에너지로 각광받는 것으로서, 연료비가 들지 않고 대기오염이나 폐기물 발생 등의 공해가 발생하지 않는다는 장점을 가지나, 초기투자비 및 발전단가가 높고 넓은 설치 면적이 필요하다는 단점이 지적된다.

현재 기술의 발전으로 발전단가가 상승되고 있으나 특히 설치 면적을 육상에서 확보하기 어려운 문제를 해결하고자 바다와 호수와 같은 수상 위치에 태양광 발전설비를 설치하는 것이 이용되고 있다.

즉, 수면에 부유되는 부유체(계류장치) 상에 태양광발전설비를 장착하여 태양광 발전 에너지를 지상에서 활용할 수 있는 기술이 활용되고 있는 상황이다.

이러한 태양광발전설비를 구비한 부유체는 로프를 매개로 수중 구조물에 연결되어 파도나 바람에 떠내려가지 않도록 고정한 상태에서 태양광 발전을 하는데, 쉽사리 끊어지는 문제를 방지하기 위해 로프가 느슨한 상태로 수중 구조물에 묶여 있도록 운용되는 것이 일반적이다. 하지만, 이 경우 바람과 파도에 의하여 부유체가 원치 않는 위치로 이동될 수 있는 문제가 따른다.

이를 해결하기 위하여, 한국 등록특허 제 1241451호는, 태양전지판과, 부력에 의해 태양전지판을 수면 위에 위치하도록 지지해주는 지지체를 포함하는 태양전지 어셈블리와; 상기 지지체와 수중 지면을 연결하여 상기 태양전지 어셈블리가 떠내려가지 않도록 지지해주는 계류로프와; 상기 태양전지 어셈블리에 적어도 두 개가 이격을 두고 설치되어 각자의 위치정보를 수신함으로써 변위각을 산출할 수 있도록 하는 한 쌍의 GPS 수신기를 구비하고, 더 나아가 수면에서 상기 태양전지 어셈블리와 결합되고 상기 계류로프가 장력을 유지할 수 있도록 탄성력에 의해 상기 계류로프를 지속적으로 당겨주되 수위가 높아질 때 상기 태양전지 어셈블리가 상승하면 상기 계류로프의 풀어짐을 허용하고 수위가 낮아져 상기 태양전지 어셈블리가 하강할 때에는 풀어졌던 상기 계류로프를 회수함으로써 상기 계류로프의 길이를 조절하면서 장력을 유지해주는 탄성모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 이 기술에 따르면 GPS를 통해 정해진 위치에서 태양전지 어셈블리가 벗어날 때 계류로프를 제어하여 정해진 위치로 이동시키는 기능을 수행한다.

그러나 이 기술에 의하면, 수면을 기준으로 부유체의 수평 이동 범위를 제어할 수는 있어도 수직 이동 범위, 즉 부유체가 수면 아래로 불필요하게 가라앉았는지 여부를 판단하여 로프의 권취 제어를 할 수 없다는 단점이 지적될 수 있다.

또한, 부유체의 수직 이동 범위를 제어하기 위한 기술로서, 국내 등록특허 제 1726237호는, 부유식 태양광 발전장치를 수면에 계류시키기 위한 계류 장치에 있어서, 수위를 감지하기 위한 적어도 하나의 수위센서부; 수중 고정물에 고정된 와이어와 연결되는 적어도 하나의 드럼부; 및 상기 감지된 수위에 대한 정보를 기반으로 상기 드럼부를 회전시켜 상기 와이어를 권취시키는 적어도 하나의 권취부;를 포함하고, 상기 수위센서부, 상기 드럼부 및 상기 권취부는, 상기 부유식 태양광 발전장치를 고정된 상태로 유지하고 이동을 제한시키기 위해 상기 계류 장치 상에 상하좌우 모서리마다 군을 이루며 복수 개로 형성되며, 상기 복수의 수위센서부는, 수직 하방에 위치한 상기 수중 고정물까지의 거리를 측정함으로써 상기 계류 장치가 위치한 지점의 수직 하방에 대한 수중고를 확인하여 수평선을 기준으로 수위를 감지하고, 상기 복수의 수위센서부 중 제1 수위센서부는, 상기 수직 하방의 수위가 높아진 것으로 판단되면, 상기 드럼부가 시계 방향과 반시계 방향 중 어느 한 방향으로 회전하여 상기 와이어가 풀어지도록 하고, 상기 수직 하방의 수위가 낮아진 것으로 판단되면, 상기 드럼부가 상기 시계 방향과 상기 반시계 방향 중 다른 한 방향으로 회전하여 상기 와이어가 감아지도록 하며, 상기 부유식 태양광 발전장치는, 상부에 마련된 솔라셀 모듈을 지지하는 바디부; 및 상기 바디부의 하부에 마련되어 상기 솔라셀 모듈 및 상기 바디부가 수면에 부유되도록 하는 부유부;를 포함하고, 상기 수위센서부, 상기 드럼부 및 상기 권취부는, 상기 바디부의 하판을 구성하는 베이스 바디부의 상부에 마련됨으로써, 상기 부유식 태양광 발전장치를 고정된 상태로 유지하고 이동을 제한하도록 하며, 상기 부유식 태양광 발전장치의 지리적 방향을 판단하기 위한 방향판단부;를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 수위센서부는, 상기 방향판단부에서 판단된 지리적 방향이 기설정된 레벨을 초과하여 변경된 것으로 판단되면, 상기 수위의 감지를 재개하며, 상기 부유식 태양광 발전장치의 집광률을 판단하기 위한 집광률 판단부; 및 날짜별 및 시간별 집광률을 저장하기 위한 저장부;를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 수위 센서부는, 상기 시간별 집광률이 저장된 경우, 상기 집광률 판단부에서 분 단위로 상기 집광률이 획득되도록 하되, 상기 획득된 집광률이 기설정된 레벨을 초과하여 변경된 것으로 판단되면, 상기 수위의 감지를 재개하고, 상기 적어도 하나의 수위 센서부는, 상기 날짜별 및 시간별 집광률이 모두 저장된 경우, 현재의 날짜 및 현재의 시간에 대응되는 기저장된 집광률과 현재의 집광률 간의 차이가 기설정된 레벨을 초과한 것으로 판단되면, 상기 수위의 감지를 재개한다고 게시되어 있다.

즉, 이 기술은 GPS의 수평 이동 판단의 한계를 보완하기 위해 수위센서를 구비하여 부유체의 수중고를 측정하고 있으나, 수위센서의 개수가 한정되지 않아 만일 1개의 수위센서일 때 부유체가 기울어진 정도를 파악하기 어렵고 더 나아가 수위센서가 부유체로부터 수중 구조물까지의 거리를 측정하는 방식을 따르고 있기 때문에 수중의 이물질 등에 의해 정확한 거리를 산출하는데 한계가 따를 수 있다.

더불어, 부유체와 수중 구조물의 기본 거리가 멀 경우 오차가 쉽사리 발생하여 정확한 부유체의 수중고를 측정하기 어렵다는 문제가 따를 수 있다.

즉, 부유체는 수면이 깊던 얕던 비가 많이 와 물이 불어나던 물에 가라앉지 않고 얼마나 부유되어 있는지 여부를 파악하는 것이 중요한 것이지 수중 구조물로부터 수면의 거리가 얼마나 되는지 여부를 파악하는 것이 중요한 것이 아니다. 다시 말해, 물이 불어나거나 말랐을 때 수중 구조물부터 수면에 부유된 부유체까지의 거리는 가변될 수 있기 때문에, 이 거리만을 측정하고 특히 로프가 탄성력을 가져 길이가 가변되는 상황이라면 실제 부유체가 수면에서 부유되었는지 아니면 가라앉았는지 여부를 파악할 때 상당한 오차가 발생할 수 있다는 의미이다.

따라서 기존의 GPS를 이용하되 보다 정확하게 수면에서 부유된 부유체의 레벨(높이)을 측정하여 부유체의 디테일한 위치를 보정할 수 있는 신규하고 진보한 계류장치를 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, GPS에 의한 위치 감지는 물론 자이로컴퍼스에 의한 방향 변화 감지를 기반으로 한 상태에서 복수 개의 레벨센서에 의해 부유체의 기울기를 감지함과 동시에 권취드럼에 작용되는 압력을 측정하는 압력센서에 의해 보다 정확하게 부유체의 정상 위치를 유지하도록 권취드럼의 로프 권취 제어를 수행하는 계류장치를 제공하는 것을 기본 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 권취드럼 주변에서 권취된 로프에 가해진 장력을 하방 압력으로 변화하여 압력센서에서 측정하도록 하는 수단을 제공하여 압력 측정의 편의성을 추구하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수중 구조물로부터 부유체까지의 거리가 아니라 수면으로부터 부유체가 부유된 높이를 측정하여 부유체가 가라앉지 않고 기준 레벨에서 태양광 발전을 원활하게 수행할 수 있도록 도모하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 부유체의 부유 높이를 측정하는 레벨센서가 부유체에서 이격된 위치에서 부유체의 수면 부유 여부와 독립된 부유 환경을 가져 부유체의 부유된 높이를 측정하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기립체가 부유체의 수면 부유 여부와 상관없이 항시 수면에 부유되게 하여 부유체의 부유 높이를 측정할 수 있는 안정적 환경을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 부유체와 더불어 기립체가 수면 아래로 가라앉는 문제를 해결하기 위해 기립체를 길이 조절 가능한 구조로 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 기립체의 부유 상태를 보조하는 다양한 수단을 적용하여 레벨센서의 객관적 측정 환경을 보장하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치는, 수면에 부유되는 것으로서 태양광을 입력받아 전기를 발생하는 태양광발전모듈을 구비한 부유체; 상기 부유체의 각 모서리 부위에 설치되어 수중 구조물과 상기 부유체를 연결한 로프를 권취시키는 복수 개의 권취드럼; GPS 신호를 통해 상기 부유체의 위치 변화를 감지하는 GPS 수신기와, 상기 부유체의 방향 변화를 감지하는 자이로컴퍼스 및, 각각의 상기 권취드럼 주변에 위치하여 수면을 기준으로 상기 부유체의 높이 및 복수 개의 상기 권취드럼 주변 영역의 높이 차이를 통한 기울기 변화를 감지하는 복수 개의 레벨센서와, 상기 권취드럼에 권취되는 로프에 가해진 압력을 측정하는 압력센서로 이루어진 센서부; 상기 센서부에서 측정한 복수 개의 센서 정보의 수치 변화에 따라 복수 개의 상기 귄취 드럼에 대한 회전방향과 회전량을 차등 구동 제어하는 컨트롤러;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부유체는, 상기 권취드럼에서 상기 로프가 권취되는 영역 주변에서 하방의 상기 부유체로 경사지게 연장된 1쌍의 로드와, 상기 로드의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 로프를 안착 안내하는 롤러 및, 상기 로드의 하부에서 상기 로드가 회동 가능하도록 상기 부유체와 연결된 링크 및, 상기 로드의 상단에서 상기 부유체를 향해 일정 길이로 하방 연장된 빔과, 상기 부유체로부터 기립되어 상기 빔의 하단을 받치는 것으로 상기 압력센서가 장착된 서포터로 이루어진 로프 지지체;를 구비하여, 상기 압력센서가 상기 권취드럼에서 권취되는 상기 로프의 누르는 힘에 의해 하방으로 쏠리는 상기 빔의 압력을 측정하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 계류장치는, 상기 권취드럼 주변의 상기 부유체의 일 측에 탄성 연결되어 상기 부유체와 이격된 수면 지점에 부유된 기립체를 구비하고, 상기 레벨 센서는 상기 기립체에 장착된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다수의 압력센서와 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치에 의하면,

1) GPS, 자이로컴퍼스를 기초로 복수 개의 압력센서와 레벨센서에 의한 복합적인 위치 판단에 의해 부유체의 위치 변화 상태를 보다 정밀하게 측정하여 정확히 수면에서 부상된 부유체의 위치를 보정하고,

2) 권취드럼에서 로프의 장력을 압력으로 변환함으로써 보다 안정적이고 정확하게 로프에 가해진 힘을 측정하며,

3) 부유체와 분리된 위치에서 부유된 기립체에 레벨센서를 설치하여 부유체의 부유 여부에 종속되지 않고 독립적으로 부유체의 부유 높이를 측정함과 동시에,

4) 부유체와 분리된 레벨센서가 보다 안정적으로 부면 상에 부유하여 부유체의 부유 높이를 객관적으로 측정할 수 있을 뿐 아니라,

5) 부유체와 기립체 간 충돌 시에 충격을 완충하여 기립체의 내구성을 강화할 수 있다는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 계류장치의 전체적인 구조를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 계류장치를 도시한 평면도.
도 3은 권취드럼 주변에 압력센서가 장착된 로프 지지체의 구성을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 레벨센서가 부유체 주변에 위치한 기립체에 장착된 상태를 도시한 단면도.
도 5는 안테나 구조로 길이 조절 가능한 기립체의 구조를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 기립체가 부양 지지체에 의해 지지된 상태를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 계류장치의 전체적인 구조를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 계류장치를 도시한 단면도이다.

도 1,2를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 계류장치는 기본적으로 태양광발전모듈(10)을 구비한 부유체(100)와, 수중 구조물과 부유체(100)를 연결한 로프(200)를 권취시키는 권취드럼(300) 및, 부유체(100)의 다양한 상태 변화를 감지하는 복수의 센서를 구비한 센서부와, 센서부의 센서 신호에 따라 권취드럼(300)의 권취를 제어하는 컨트롤러(500)로 이루어져 있다.

우선 태양광발전모듈(10)은 태양광을 입력받아 전기를 발생하는 것으로서, 태양광 집광판(미도시)과 이 태양광 집광판이 일정한 기울기로 고정될 수 있는 거치 프레임(미도시)으로 이루어져 있다. 이 태양광발전모듈(10)에서 발전된 전기는 도면에 도시되어 있지 않으나 별도의 케이블을 통해 지상으로 보내지거나 부유체(100) 일 측에 위치한 축전기에 저장될 수 있다.

부유체(100)는 이러한 태양광발전모듈(10)을 수상에 띄운 상태로 유지할 수 있도록 수면에 부유되는 것으로서, 태양광발전모듈(10)이 설치되는 베이스(110)와, 이 베이스(110)를 지지하도록 복수 개의 가로 프레임 및 세로 프레임이 교차되어 형성된 프레임(120) 및 이 프레임(120)의 하부에 장착되어 프레임(120)에 부력을 제공하는 폰툰(130)(pontoon)을 포함하며, 이 외에 베이스(110)에서 수면위에 노출되어있는 상면이자 태양광발전모듈(10)이 설치된 영역의 주변에 장착되어 인부나 관리자 등이 이동할 수 있는 안전발판(140)이 추가로 구비되는 것이 가능하다.

로프(200)는 물의 흐름, 바람, 파도 등의 영향으로 정상 위치로부터 부유체(100)가 이동되는 것을 방지하기 위하여 수중 구조물과 부유체(100)를 결속하는 역할을 수행한다. 여기서 수중 지면에 직접 핀(미도시)이나 파일(미도시) 등을 매개로 로프(200)를 수중 지면에 고정할 수도 있으나, 수중 구조물로서 무게추의 역할을 하는 앵커블록(20)을 수중 지면에 고정하고 이러한 앵커블록(20)으로 이루어진 수중 구조물에 로프(200)를 연결하는 것이 바람직하다.

권취드럼(300)은 부유체(100)의 모서리 영역에 하나씩 총 4개로 구비되어 로프(200)를 감거나 푸는 역할을 제공한다.

일반적으로 부유체(100)는 그 형상이 직육면체 형상으로 형성되며, 따라서 수면에 뜬 상면은 직사각형 형상을 갖는 것이 보통이다. 이와 같은 환경에서 권취드럼(300)은 이 직사각형 형상의 부유체(100)의 각 모서리 영역에 구비되거나 혹은 각 변의 중앙부위에 형성되는 것이 좋은데, 특히 모서리 영역의 경우 부유체(100)가 기울어지거나 휘었을 때에도 힘의 전달방향이 쉽게 바뀌지 않아 균형을 잡는 데에도 효과적이므로 보통 모서리 영역에 하나씩, 총 네 개의 권취드럼(300)을 두어 로프(200)를 인출하는 것이 바람직하다. 이러한 권취드럼(300)은 후술할 센서부의 센서 신호를 매개로 컨트롤러(500)에 의해 제어되며, 기본적인 권취드럼의 구조와 형상은 공지기술과 크게 다르지 않기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명의 센서부는 복수 개의 센서에 의한 센서 신호를 생성하여 후술할 컨트롤러에 전송하는 것으로서, 기본적으로 GPS 수신기(410)와, 자이로컴퍼스(420), 장력센서(430), 레벨선서(440)로 이루어져 있다.

GPS 수신기(410)는 GPS로부터 GPS 신호를 수신하여 부유체(100)의 위치를 감지하는 기능을 수행하는 것으로, 컨트롤러(500)에 미리 저장된 기준 위치정보에서 현재 부유체(100)의 위치가 벗어났는지 여부를 파악하기 위한 기반을 제공한다.

자이로컴퍼스(420)는 자이로스코프 현상을 이용한 나침반으로서, 부유체(100)가 정지했을 경우에는 그 방위, 부유체(100)의 이동 시에는 그 이동 방향(방위)을 감지하는 역할을 수행한다. 즉, 부유체(100)가 이동할 때 부유체(100)가 향하는 방향을 감지하는 것으로 GPS 수신기(410)가 변화된 위치정보를 파악하는 것이라면 자이로컴퍼스(420)는 위치 변화 시 방향을 감지하여 GPS 수신기(410)만 있을 경우보다 부유체(100)의 이동 방향을 정확하게 예측 및 감지할 수 있도록 한다.

장력센서(430)는 탄성재질의 로프(200)의 일 측에 장착되어 로프(200)가 신축될 때 변화되는 장력을 측정하는 기능을 담당한다. 이러한 장력센서(430)는 장력의 변화에 따라 로프(200)에 가해진 외력의 정도와 방향을 파악하여 부유체(100)가 부상 중인지 아니면 가라앉는지 여부는 물론 이동 여부 및 개략적인 이동량(거리)도 파악할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 장력센서(430)는 선택적으로 설치될 수 있는바, 후술할 압력센서(460)가 이 장력센서(430)의 기능을 완벽히 대체할 수 있다.

레벨센서(440)는 도 2를 보아 알 수 있듯이, 각각의 권취드럼(300) 주변에 총 4개로 설치되어 부유체(100)의 높이(변위) 변화를 측정하는 기능을 수행한다. 이 때, 레벨센서(440)는 공지의 수위센서와 같이 부유체(100)의 수중고를 측정할 수도 있다. 특히, 본 발명과 같이 레벨센서(440)가 4개로 구비되어 있기 때문에 각각의 레벨센서(440)에서 측정한 부유체(100) 각 부위의 높이 차이에 따라 결과적으로 부유체(100)가 수면에서 기울어진 정도, 즉 기울기를 측정하는 기능을 제공할 수 있음은 물론이다.

압력센서(460)는 권취드럼(300) 각각의 주변에 설치되어 결과적으로 복수 개로서 권취드럼(300)에 권취되는 로프(200)의 힘을 일종의 압력으로 인식하는 것으로, 다시 말해 로프(200)가 권취드럼(300)에 권취될 때 권취드럼(300)에 가해지는 긴장력과 압박력을 하나의 압력으로서 측정하는 기능을 수행한다. 즉, 이러한 압력센서(460)는 로프(200)가 탄성이 없거나 부족할 경우 장력을 측정하기 어려운 문제가 있거나 아니면 로프(200)가 탄성이 있다 하여도 로프(200)의 위치에 따라 장력이 달라지기 때문에 오차가 발생한다는 문제를 해결하기 위한 것으로, 궁극적으로 로프(200)가 권취드럼(300)에 권취되는 부위에 필히 압력이 가해지기 때문에 이 압력을 측정함으로써 오차가 있는 장력을 보다 적절히 대체할 수 있다는 원리에서 기인한 것이다.

본 발명의 컨트롤러(500)는 모두 수치로 표현 가능하도록 센서부에서 측정한 복수 개의 센서정보, 구체적으로 상술한 위치정보, 방위정보, 압력정보(장력정보는 선택적으로 적용 가능), 높이정보의 수치 변화에 따라 권취드럼(300)을 정역회전, 다시 말해 와인딩 또는 리와인딩하여 로프(200)를 풀어주거나 당기되 권취드럼(300)의 회전량과 회전방향을 파악하여 각각의 권취드럼(300)을 차등 구동시키는 역할을 수행한다.

예를 들어, GPS 수신기(410)를 통해 부유체(100)가 정상 위치에서 좌측으로 'A' m(미터) 이동하였을 때 부유체(100) 우측의 로프(200)가 감기도록 권취드럼(300)을 회전시키고 이 때 자이로컴퍼스(420)에 의해 방위각을 파악하는 것이 가능하여 우측 상하 각각에 위치한 권취드럼(300)을 정밀히 회전 제어할 수 있다. 더불어, 복수 개의 압력센서(460)에서 측정한 로프(200)에 의한 압력의 고저에 따라 각 권취드럼(300)의 회전 수 측정을 보조할 수 있을 뿐 아니라 복수 개의 레벨센서(440)에 의해 부유체(100)의 부유된 높이는 물론 부유체(100)가 일 측으로 기울어진 정도를 파악함으로써 보다 정밀하게 각각의 권취드럼(300)의 회전방향과 회전수를 제어할 수 있다.

공지의 계류장치에서도 GPS, 수위센서 또는 장력센서의 센서 정보에 따라 권취드럼을 차등 구동시키고 있으나, 본 발명과 같이 위치정보, 방위정보, 압력정보, 높이정보라는 4개의 정보를 센서정보로 취득하여 권취드럼(300)의 회전수를 디테일하게 제어하는 것은 물론 특히 4개의 레벨센서(440)에 의해 부유체(100)의 각 모서리 부위의 높이 차이에 따라 부유체(100)의 기울기를 파악할 경우 보다 정밀하고 정확하게 각각의 권취드럼(300)을 차등 구동시킬 수 있다는 특성을 제공한다.

도 3은 권취드럼 주변에 압력센서가 장착된 로프 지지체의 구성을 도시한 사시도이다.

도 3은 상술한 압력센서(460)가 권취드럼(300)에 권취되는 영역(권취 영역) 주변에서 발생하는 로프(200)의 힘을 압력으로 인식 및 측정할 수 있게 하는 원리를 제시한 것으로서, 이를 위하여 우선 권취드럼(300)은 부유체(100)의 프레임(120)에서 각 모서리 부위 상면에 각각 장착되고 프레임(120)은 부유체(100)의 둘레(권취드럼 장착 부위)에서 외측으로 추가로 연장된 브랜치 프레임을 구비하여 이 브랜치 프레임을 매개로 각각의 권취드럼(300) 주변에 압력센서(460)를 구비한 로프 지지체(310)를 제공한다.

본 발명의 로프 지지체(310)는 로프(200)를 안착한 상태로 안내하는 로드(311) 및 빔(312)과, 압력센서(460)를 구비한 상태에서 빔(312)을 지지하는 서포터(315)를 구비한다.

구체적으로, 로드(311)는 부유체(100)의 일 측, 구체적으로 프레임(120)(브랜치 프레임)에서 권취드럼(300)의 권취 영역을 향해 이격공간을 사이에 두고 1쌍으로 경사지게 연장되고, 빔(311)은 로드(312)의 상단에서 프레임(120)의 상면을 향한 하 방향으로 일정 길이 연장된 구조를 취한다.

이와 동시에, 로드(311)의 하단은 링크(314)를 매개로 프레임, 즉 부유체(100)에 회동 가능하게 연결되고, 로드(311)의 상단과 빔(312)의 경계부위에는 롤러(313)가 장착되어 있다. 이 때, 로프(200)는 롤러(313)와 링크(314) 상에 안착되는데 다시 말해 로드(311)는 롤러(313)와 링크(314)를 통해 로프(200)를 안착하여 로프(200)의 연장 방향을 안정적으로 가이드함과 동시에 부유체(100)의 승강(특히 상승) 시 로프(200)에 가해진 힘에 의해 로드(311)가 눌리는 방향으로 소폭 회동한다.

서포터(315)는 빔(312)의 하단과 부유체(100) 사이에 장착되어 로드(311)가 눌림과 동시에 빔(312)이 하방으로 쏠리면서 발생되는 압력을 받는 구조로서 압력센서(460)가 장착되어 있고, 압력센서(460)에서 상술한 압력을 측정한다.

구체적으로, 서포터(315)는 일정한 표면적을 구비한 상태에서 빔(312)의 하단을 받치는 받침대(316)를 가진 상태에서 받침대(316)의 저면 측 하방으로 2개의 세부 구조를 구비한다.

이 2개의 세부 구조 중 하나는 받침대(316)의 저면에서 부유체(100)까지 연장된 복원 스프링(317)이고, 다른 하나는 복원 스프링(317)과 일정 간격을 두고 복원 스프링(317)보다 짧은 길이로 하방 연장된 레그(318)이다. 이 때, 레그(318)와 부유체(100) 사이에는 이격공간이 발생하는데 이 이격공간에 압력센서(460)가 창작된다.

이러한 로프 지지체(310)에 의하면, 로드(311)가 로프(200)를 안착 지지할 때 회전성을 가진 롤러(313)와 링크(314)에 의해 로프(200)가 불필요한 마찰 없이 권취될 수 있고, 부유체(100)가 상승할 때 로프(200)는 로드(311)를 누르는데 링크(314)의 회동성에 의해 로드(311)는 눌리는 방향, 즉 하방으로 소폭 회동된다. 이 때, 빔(312)은 복원 스프링(317)을 압축하면서 하방으로 함께 눌리고 이와 동시에 압력센서(460)에 압력이 가해지면서 압력을 측정하게 된다. 이와 반대로 부유체(100)가 하강할 때에는 복원 스프링(317)이 탄성에 의해 복원되면서 로드(311)가 정 위치를 찾는다.

이와 같이 부유체(100)가 승강할 때 로드(311) 및 빔(312)이 회동성을 갖도록 하고 이 과정에서 빔(312)이 서포터(315)를 누름으로써, 로프(200)에 의해 가해진 힘을 하방으로 누르는 압력으로 별다른 손실 없이 자연스럽게 변환시킬 수 있고 압력센서(460)가 이 누르는 힘을 받아 압력을 측정함으로써 공지의 장력센서보다 오차를 줄이면서 압력 변화에 따라 부유체(100)의 승강 여부 및 승강 높이를 정밀하게 파악할 수 있는 작용을 가진다.

도 4는 본 발명의 레벨센서가 부유체 주변에 위치한 기립체에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.

앞서 언급하였듯이, 본 발명의 레벨센서(440)는 부유체(100)의 수중고 자체를 측정하는 것도 가능하나, 이 경우 수중 이물질이나 수중 요건 및 레벨센서의 센싱 감도 등에 따라 오차가 쉽사리 발생된다는 문제점을 해결하고자 부유체의 수중고를 직접 측정하는 방식이 아니라 부유체(100)와 이격된 제 3의 위치에서 수면을 기준으로 부유체(100)의 부상된 정도 감지하여 결과적으로 부유체(100)가 수면에서 부유된 부위의 높이(본 발명에서는 이를 '부유 높이' 또는 '부상 높이'라 함)를 측정하는 것이 가능하다.

다시 말해, 레벨센서(440)는 부유체(100)와 이격된, 즉 독립된 수면 영역에 위치해야 하는데 이를 위하여 도 4에 따른 실시예에서는 기립체(50)를 제시한다.

본 발명의 기립체(50)는 수면에 부유될 수 있는 부력체를 포함한 것으로, 와이어와 같은 연결 수단을 매개로 권취드럼(300) 주변의 부유체(100) 일 측에 연결되되 상기 부유체(100)와 일정 거리 이격된 지점에서 수면 위로 기립된 구조체를 의미한다.

이와 같이 기립체(50)는 부유체(100)의 일 측에 연결 지지될 수도 있지만 수중 구조물의 일 측에 연결되어 부유체(100)와 독립적으로 부유되는 상태를 갖는 것도 가능하다. 다만, 수중 구조물에 기립체(50)가 연결될 경우 부유체(100)와 기립체(50)가 완전히 독립 상태로 자유 이동하여 서로 멀어지게 될 경우 멀어진 거리에 의해 레벨센서 본연의 높이 감지 기능이 방해될 수도 있기 때문에 부유체(100) 일 측, 구체적으로 부유체(100) 중에서 수면 아래로 가라앉은 부위의 일 측에 연결 지지되는 것이 보다 바람직하다.

이와 같이 기립체(50)가 부유체(100)에 연결될 경우, 기립체(50)가 부유체(100)의 수직 이동에 종속되어(다시 말해, 부유체가 수면 아래로 가라앉을 때 같이 가라앉는 현상) 부유체(100)의 높이 변화를 제대로 측정할 수 없다는 문제가 따를 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 연결 수단의 일 구성인 와이어(60)는 타이트한 길이가 아닌 넉넉하고 느슨한 길이로 연장되거나 장력 측정이 가능하도록 일정한 탄성을 구비한 로프(200)보다 신축성이 우수한 탄성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

더불어, 부유체(100)와 기립체(50)가 서로 멀어지는 문제를 방지하고자 연결수단은 부유체(100)의 일 측에서 외측으로 수평 연장된 수평부(71)와, 수평부(71)의 단부에서 상방 절곡 연장된 수직부(72)로 이루어진 연결부로 이루어진 마운트(70)를 구비하여, 와이어(60)가 마운트(70)의 수평부(71) 일 측과 기립체(50)의 하단을 탄성 연결하는 것이 바람직하다.

즉, 연결수단은 기립체(50)와 부유체(100)가 서로 멀어지는 것을 방지하기 위한 역할, 다시 말해 기립체(50)의 유동 범위를 제한하는 것으로서, 다시 말해 기립체(50)가 파도 등에 영향으로 부유체(100)에서 멀어질 때 수직부(72)의 내측 면에 닿아 더 이상 멀어지는 방향으로 이동되는 것을 방지하도록 하고 이러한 원리는 부유체(100)와 기립체(50)가 부딪치는 방향으로 이동할 경우에서도 마찬가지로 적용된다.

앞서 언급하였듯이 와이어(60)는 신축성을 구비한 탄성 재질로서 부유체(100)와 수중 구조물을 연결한 로프(200)보다는 탄성력이 우수함과 동시에 기립체(50)의 부력이 충분히 확보되도록 설계됨으로써, 부유체(100)가 가라앉더라도 기립체(50)는 수면에 부유될 수 있도록 제작되는 것을 기본적인 전제 조건으로 한다. 본 발명에서는 이와 같은 설치 환경을 기립체(50)가 부유체(100)에 '탄성 연결'된 환경이라고 표현한다.

기립체(50)는 수면 위로 노출되도록 기립된 상태, 즉 수면 상의 높이 방향으로 연장된 기립 부위를 확보하여 수면(수평면)을 기준으로 기립체(50)의 수직 이동이 발생되어 레벨센서(440)가 수면 아래로 가라앉는 문제를 최소화하여 결과적으로 레벨센서 본연의 감지 기능을 적절히 확보할 수 있는 환경을 제공한다. 이 때, 레벨센서(440)는 기립체(50)의 구조적 특성을 십분 활용하기 위해 기립체(50)의 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 장착될 수도 있다. 더불어, 기립체(50)가 쉽사리 수면에서 넘어지거나 기울지 않도록 내부에서 부유 기능을 제공하는 부력체의 위치 및 체적을 적절히 조절하거나, 아니면 기립체(50)의 형상 자체가 위는 좁고 아래는 넓게, 다시 말해 상협하광(上狹下廣)하게 이루어져 보다 안정적인 구조를 취하게 하는 것도 가능하다.

이와 같은 기립체(50)에 장착된 레벨센서(440)는 수면을 기준으로 부유체(100)의 부유된 높이를 측정하기 위해서 다양한 원리를 기반으로 한 여러 구조가 적용될 수 있으나, 본 발명에서는 바람직하게 레벨센서(440)가 포토센서(441)와 근접센서(442)라는 멀티센서의 조합체로 이루어진 것을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3을 보아 알 수 있듯이, 우선 부유체(100)에서 기립체(50)와 마주보는 측면(권취드럼 주변 일 측)에는 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 서로 다른 형상을 가진 마커(marker)(150)가 복수 개로 표시되어 있다. 앞서 언급하였듯이 레벨센서(440)는 포토센서(이미지센서)(441)와 근접센서(442)의 조합으로 이루어져 있는데, 포토센서(441)는 마커(150)의 존재 및 형상을 식별하는 역할을 수행하고 근접센서(442)는 식별된 마커(150)는 물론 포토센서(441)의 식별 범위 내에 위치한 복수(적어도 하나 이상)의 마커(150) 각각과 이격된 거리를 판단하는 기능을 수행한다.

이러한 레벨센서(440)의 멀티센싱에 의하여, 우선 포토센서(441)를 통해 마커(150)의 분포 및 존재를 식별한 다음 근접센서(442)에서 식별된 마커(150)와 기립체 간의 거리를 계산하고 컨트롤러(500)에 미리 저장된 마커 정보(마커 간 거리정보 및 부유체 최상단으로부터 그 아래쪽으로 첫 번째 마킹된 마커와의 거리 정보 등)를 기반으로 계산된 각 마커(150)와의 거리를 통해 부유체(100)가 수면으로부터의 부상 높이를 파악할 수 있다.

이와 같은 구조 이외의 레벨센서와 마커 구조로서, 마커(150)는 RFID로 이루어지고 레벨센서(440)는 이 RFID에서 송신하는 식별정보를 수신하는 방식으로써 레벨센서(440)가 부유체(100)의 높이를 파악하는 것도 물론 가능하다.

이와 같은 기립체(50) 및 레벨센서(440)에 따라, 부유체(100)와 독립적 위치에서 상대적으로 객관적인 방법으로 부유체(100)의 부유 높이를 측정할 수 있는 특성을 제공한다.

도 5는 안테나 구조로 길이 조절 가능한 기립체의 구조를 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 기립체(50)에 장착된 레벨센서(440)가 수중에 가라앉거나 부유체(100)와 함께 유동되지 않고 부유체(100)와 최대한 독립적이자 안정적으로 부유하여 부유체(100)의 수면 부상 높이를 측정하기 위한 실시예에 관한 것으로, 기립체(50)가 길이 조절한 상태에서 기립체(50)의 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개의 레벨센서가 장착된 구조를 제시한다.

도 5를 보아 알 수 있듯이, 기립체(50)는 종래의 자동차 후단에 장착된 다단 접이식 안테나와 같은 형상과 구조로 이루어져 수면을 기준으로 수직 방향으로 길이 조절이 가능한 특성을 가진다.

이러한 기립체(50)의 각 단, 즉 각각의 봉(51)마다 레벨센서(440)가 장착되어 있어 각각의 봉(51)이 모두 신장된 상태를 기준으로 레벨센서(440)는 기립체(50)의 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 배치된다.

이러한 각각의 봉(51)의 일 측, 바람직하게는 각각의 레벨센서(440)의 하단 부위에는 수분센서(450)가 구비되는 것이 가능하다. 수분센서(450)는 수분 여부 및 수분이 감지된 시간과 감지된 수분량을 측정하는 기능을 제공하는 것으로, 마이크로 원리, 적외선 원리 중 어느 하나의 원리를 이용한 구조를 취한다.

이와 같은 구조를 기반으로, 컨트롤러(500)는 기립체(50)의 인출 여부 및 복수의 레벨센서(440) 중 특정 레벨센서(440)의 작동 여부를 결정하는 기능을 제공하는데 구체적인 작용은 다음과 같다.

기립체(50)의 각 봉(51) 중에서 예를 들어 최하단에 위치한 봉(51)에 장착된 레벨센서(440)가 수면 상에 위치한 상태에서 해당 레벨센서(440)에 의해 부유체의 높이를 측정할 때, 만일 해당 레벨센서(440)가 수면 아래로 가라앉을 경우 이 레벨센서(440)가 제대로 작동하지 않기 때문에 최하단에 위치한 봉(51)에 인접한 다른 봉(51)을 상방으로 인출하고, 상방으로 인출된 봉(51)에 장착된 레벨센서(440)가 수면 위로 위치하도록 한 다음 가라앉은 봉(51)의 레벨센서(440)는 off 처리하고 상방으로 인출된 봉(51)의 레벨센서(440)를 on 처리한다. 이 때, 컨트롤러(500)는 최하단의 봉(51)에 장착된 수분센서(450)에서 수분이 감지된 시간 및 수분량의 고저를 통해 최하단의 봉(51)이 수면에 잠겨 있는지 여부를 판단하여 이에 인접한 봉(51)의 인출 여부 및 각 레벨센서(440)의 on/off 처리를 결정할 수 있다.

이러한 구성 및 기능에 따라, 기립체(50)의 인출 높이 및 그에 따른 레벨센서(440)의 동작 여부를 결정하여 레벨센서(440)가 가급적 항시 수면 상에 위치되게 함으로써 부유체(100)와 독립적 위치를 유지하며 보다 원활하게 부유체(100)의 부상 높이를 측정할 수 있는 특성을 제공한다.

도 6은 본 발명의 기립체가 부양 지지체에 의해 지지된 상태를 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 기립체(50)의 레벨센서(440)가 부유체(100)와 독립적이자 안정적으로 수면 상에 부유되게 하는 다른 실시예에로서, 기립체(50)를 둘러싸면서 수면에 부유되는 부양 지지체(600)를 제공한다.

본 발명의 부양 지지체(600)는 수면에 부양된 상태로 기립체(50)를 감싸는 형상으로 이루어진 것으로서, 플로트(float)(610)와 연결부(620)로 구성된다.

플로트(610)는 연결수단의 와이어(60)를 매개로 부유체(100)의 일 측과 탄성 연결된 상태에서 기립체(100)를 둘러싸는 링 형상의 구조체이다. 이 플로트(610)는 내부 공간에 공기가 주입되어 수면에 부유되는 튜브 구조를 취하고 있다.

연결부(620)는 기립체(50)의 외주면 둘레를 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 플로트(610)의 내주면까지 연장된 것으로, 다시 말해 기립체와(50) 플로트(610)를 연결하는 기능을 수행한다. 이러한 연결부(620)는 상술한 연결수단의 와이어(60)와 같이 탄성체로 이루어져 신축이 가능하며, 기립체(50)가 기립 상태를 유지하지 못해 기울거나 수면 아래로 가라앉거나 플로트(610)에서 이탈되는 문제를 방지한다.

이러한 부양 지지체(600)에 의하여, 기립체(50)는 부유체(100) 주변에서 쉽사리 이탈되지 않으면서 부양 지지체(600)에 의해 지지되어 수면 상에서 안정적으로 부유된 상태를 유지할 수 있는 기반을 제공한다.

더 나아가, 외부 요인에 의해 기립체(50)가 이동되거나 기울어질 때 부양 지지체(600)의 플로트(610) 내의 공기량을 조절하여 부양 지지체(600)가 보다 탄력적으로 수면 상에 부유될 수 있는 정도를 조절할 수 있다. 다시 말해, 부유체(100)와 기립체(50) 간의 거리가 가깝거나 멀어지는 현상 또는 기립체(50)가 수면에서 기울어지는 현상이 발생하거나 부유체(100)와 기립체(50) 각각의 부양 높이 차이가 발생하면 부유체(100)와 기립체(50)를 연결하는 와이어(60)에 가해지는 힘이 커지거나 작아지면서 플로트(610) 자체의 부력에 영향을 줄 수 있기 때문에 이에 대응하여 공기량의 고저를 통하여 플로트(610)의 부력을 가변적으로 조절할 필요성이 있다는 의미이다.

이와 같이 부양 지지체(600)의 상태(주로 위치) 변화에 따른 플로트(610)의 부력 조절을 위해, 플로트(610)와 부유체(100)를 연결하는 와이어(60)의 일 측에는 제 1 보조 장력센서(431)가 장착되고, 이에 대응하여 부양 지지체(600)는 공기 입출 장치(630)를 추가로 구비하는 것이 가능하다.

제 1 보조 장력센서(431)는 로프(200)에 장착된 장력센서(430)의 원리와 마찬가지로 와이어(60)의 신축에 따라 발생되는 장력을 측정하는 기능을 수행한다.

더불어, 공기 입출 장치(630)는 플로트(610)의 일 측에 위치하여 관통로(640)를 매개로 플로트(610)의 내부 공간에 자동으로 공기를 주입 및 배출하도록 하는 역할을 제공하는 것으로, 수분으로부터의 자체 보호를 위해 방수 처리된 구조를 취한다.

예를 들어, 공기 입출 장치(630)는 구동부, 컨트롤부, 전원 공급부를 구비하는 것이 가능하다.

구동부는 구동 모터의 구동으로 공기 펌프를 작동하여 용적변화에 따른 압력 발생을 유도함으로써 대기 중 공기가 압축 상태로 공기 저장부에 저장하고, 저장된 압축 공기는 공기의 흐름을 제어하는 솔레노이드 밸브를 거쳐 배출구를 통하여 압축 공기를 관통로로 배출하는 역할을 수행한다. 이러한 공기 펌프는 구동 모터의 역 방향(reverse) 구동 방식에 의하여 공기 흡입기로서의 기능을 겸비하여 상기 공기 주입 방식과 반대의 프로세스로서 공기 터널 파트에 주입되어 있는 공기를 배출하도록 하는 기능도 수행한다. (아니면 공기 입출 장치는 공기 주입 기능만을 수행하고, 공기 배출 기능은 체크 밸브의 개방 동작으로서만 실현되도록 설계하는 것도 가능하다.) 이러한 공기 펌프는 신속한 공기 주입 능력이 일정 수준으로 보장되어야 하는바, 바람직하게는 100 내지 300ml/sec 속도로 공기 터널 내에 공기가 주입될 수 있도록 한다.

컨트롤부는 구동부를 제어하는 역할은 물론 컨트롤러(500)의 제어 신호에 따라 구동 모터의 회전량을 조절함으로써 플로트의 내부 공간에 주입되는 공기 밀도 내지 공기량을 제어한다. 전원 공급부는 배터리로 이루어지는 것이 보다 바람직하다 할 것이고, 교체 및 충전이 가능한 방식을 취할 수 있다.

이러한 공기 입출 장치(630)에 의하여 플로트(610)의 내부 공간에 자동으로 공기를 주입 및 배출할 수 있는 특성을 제공한다.

이에 대응하여, 컨트롤러(500)는 제 1 보조 장력센서(431)에서 측정한 상기 와이어의 장력 발생은 물론 장력의 고저를 파악하여 이를 통해 플로트(610)의 유동 상황을 파악하고 이에 따라 공기 입출장치(630)의 주입 또는 배출되는 공기량을 조절하는 기능을 포함한다. 즉, 컨트롤러(500)는 제 1 보조 장력센서(431)의 장력값에 의해 플로트(610) 내의 공기량을 제어함으로써 플로트(610)의 유동 상황에 적절히 대응하여 플로트(610)가 수면 상에서 안정적으로 부유할 수 있는 특성을 제공한다.

도 6의 추가 실시예로서, 플로트(610)의 기울어진 상황에 따라 기울어진 플로트(610)의 국소 부위에 국한하여 공기를 주입함으로써 플로트(610)의 기울기를 제어할 수 있는 구성 및 기능을 제시한다.

구체적으로, 복수 개의 연결부(620) 각각에는 제 2 보조 장력센서(432)가 장착되어 각각의 연결부(620)의 장력을 측정할 수 있다. 더불어, 플로트(610)는 공기가 주입될 수 있는 내부 공간을 구비한 상태에서 중심을 기준으로 둘레를 따라 복수 개로 분할된 에어 파트(611)로 이루어지고, 각각의 에어 파트(611)는 관통로(640)를 매개로 공기 입출장치(630)에 연결되는데 이 때 관통로(640)는 에어 파트(611)의 개수에 대응된 복수 개로 이루어질 수 있으며 더 나아가 각각의 관통로(640)에는 관통로를 개폐하는 체크 밸브(650)가 장착되어 있다.

이 때, 공기 입출장치(630)는 1:1 방식으로 단일 주입구를 가진 에어 파트(611)에 연결되거나 1:n(1개의 공기 입출 장치 : n개의 주입구를 가진 에어 파트) 방식으로 에어 파트(611)에 연결되어 있는 것이 가능하다. 또한, 에어 파트(611)의 개수와 장착 위치와 같은 상황에 따라서 복수 개의 공기 입출 장치(630)가 구비될 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 컨트롤러(500)는 제 1 보조 장력센서(431)의 센서값에 복수 개의 제 2 보조 장력센서(432)의 센서값을 함께 파악함으로써 부유체(100)의 이동상황은 물론 부유체(100)의 기울기를 파악할 수 있고, 기울어진 플로트(610) 측의 에어 파트(611)를 선택해서 해당 에어 파트(611)를 담당하는 체크밸브(650)를 개방한 다음 공기 입출장치(630)를 통해 선택된 에어 파트(611) 측으로 공기를 주입 또는 배출할 수 있어 결과적으로 플로트(610)의 부력 조절과 기울기 조절을 동시에 수행함으로써, 레벨센서(440)가 보다 안정적으로 부유체(100)와 독립적 위치에서 수면 위로 부유 상태를 유지할 수 있도록 하는 특성을 제공한다.

더 나아가 도 6을 참조하면, 플로트(610)의 외주 면 둘레를 따라 벨로즈(bellows)(660)가 장착된 것을 알 수 있다.

벨로즈(660)는 일종의 주름관으로서, 신축성 혹은 탄성 재질로 형성되되 내부에 공기가 주입된 충격 흡수공간(661)을 구비하여, 이 충격 흡수공간(661)을 통해 외부 환경의 변화에 따라 자유롭게 신축되면서 충격 흡수작용을 수행하는 구성을 의미한다. 이러한 벨로즈(660)는 외력에 의한 부양 지지체(600) 및 기립체(50)의 손상 영향을 감소시킬 수 있고, 특히 부양 지지체(600)가 부유체(100)와 부딪치거나 접촉할 때 벨로즈(660)가 자바라와 같은 역할을 하여 직접적으로 충격을 흡수하는 역할을 수행한다.

더 나아가, 벨로즈(660)의 충격 흡수공간(661)에는 충격 흡수체(670)가 구비될 수 있다. 도 6을 보아 알 수 있듯이, 충격 흡수체(670)는 탄성 재질로서 벨로즈(660)의 내측면(내부 공간의 외측 둘레면)을 따라 장착되어 벨로즈(660)의 볼록한 링 형상을 유지하는 충격 흡수링(671)을 기본적 구성으로 한다. 이 충격 흡수링(671)을 통해 벨로즈(660)에 가해지는 강력한 충격을 2중(내부 공간의 공이 및 충격 흡수링)으로 흡수하여 기립체(50)에 설치된 레벨센서(440)의 고장이나 손상을 방지할 수 있다.

더 나아가, 충격 흡수링(671)의 표면(바람직하게는 충격 흡수링에서 기립체를 향한 표면)에는 추가적으로 충격 흡수링(671)의 내측 둘레 연장방향을 따라 일정 간격마다 구비되는 복수 개의 압전소자(672)를 통해 압력을 미약한 전력으로 변환할 수 있으며, 이 때 압전소자(672)를 둘러싸는 것으로서 압전소자(672)를 통해 발전된 전력을 받아 팽창 및 수축되는 팽창부(673)가 구비될 수 있다.

여기서 팽창부(673)는 니트릴 고무, HNBR, 에틸렌-프로필렌 고무와 같은 고무재료나, 폴리우레탄, 변형 테플론과 같은 플라스틱 재료를 피복재로 활용할 수 있으며, 전력 전달을 용이하게 하기 위해 표면에 첨가제를 바르거나 코팅 피복을 형성할 수도 있음은 물론이다.

팽창부(673)의 피복 내부 또는 팽창부 자체는 강유전성 물질(Ferro-Electric Material)이 포함되는 것이 가능하다. 강유전성 물질은 그 내부에 각기 다른 방향과 크기의 분극(polarization)을 가지는 영역(domain)들이 있는데 여기에 전기장이 걸릴 경우 이 전기장과 방향을 맞추기 위해서 이 영역들이 움직이면서 물체의 모양이 변하거나 팽창되는 성질을 가진다. 이러한 현상을 reverse piezo-electric effect 또는 electrostriction 이라고 하며, Piezo-electric 물질의 대표적인 예로는 석영(Quartz: SiO₂)과 석영과 유사한 결정격자구조를 가지는 물질, Barium Titanate(BaTiO₃)가 있다.

압전소자(672)는 눌리는 힘을 통해 소량의 전력을 발생시킬 수 있는 것으로서, 주로 부양 지지체(600)가 부유체(100)와 부딪치면서 발생된 외력으로 전력을 발전한다. 팽창부(672)는 상술한 물질로 구성된 상태에서 발전된 전력을 통해 팽창하면서 충격 흡수공간(661) 내의 잔여 공간을 메우게 된다. 따라서 충격 흡수체(670)가 외력에 대응되어 쉽게 형상이 무너지지 않으면서도 외부 충격을 이겨낼 수 있는 특성을 가진다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다수의 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 태양광발전모듈 20: 앵커블록
50: 기립체 51: 봉
60: 와이어 70: 마운트
71: 수평부 72: 수직부
100: 부유체 110: 베이스
120: 프레임 130: 폰툰
140: 안전발판 150: 마커
200: 로프 300: 권취드럼
310: 로프 지지체 311: 로드
312: 빔 313: 롤러
314: 링크 315: 서포터
316: 받침대 317: 복원 스프링
318: 레그
410: GPS 수신기 420: 자이로컴퍼스
430: 장력센서 431: 제 1 보조 장력센서
432: 제 2 보조 장력센서 440: 레벨센서
441: 포토센서 442: 근접센서
450: 수분센서 460: 압력센서
500: 컨트롤러 600: 부양 지지체
610: 플로트 611: 에어 파트
620: 연결부 630: 공기 입출장치
640: 관통로 650: 체크밸브
660: 벨로즈 661: 충격 흡수공간
670: 충격 흡수체 671: 충격 흡수링
672: 압전소자 673: 팽창부

Claims (11)

1. 다수의 레벨센서 기반의 위치 보정 기능을 구비한 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치로서,
   수면에 부유되는 것으로서 태양광을 입력받아 전기를 발생하는 태양광발전모듈을 구비한 부유체;
   상기 부유체의 각 모서리 부위에 설치되어 수중 구조물과 상기 부유체를 연결한 로프를 권취시키는 복수 개의 권취드럼;
   GPS 신호를 통해 상기 부유체의 위치 변화를 감지하는 GPS 수신기와, 상기 부유체의 방향 변화를 감지하는 자이로컴퍼스 및, 각각의 상기 권취드럼 주변에 위치하여 수면을 기준으로 상기 부유체의 높이 및 복수 개의 상기 권취드럼 주변 영역의 높이 차이를 통한 기울기 변화를 감지하는 복수 개의 레벨센서와, 상기 권취드럼에 권취되는 로프에 가해진 압력을 측정하는 압력센서로 이루어진 센서부;
   상기 센서부에서 측정한 복수 개의 센서 정보의 수치 변화에 따라 복수 개의 상기 귄취 드럼에 대한 회전방향과 회전량을 차등 구동 제어하는 컨트롤러;
   상기 권취드럼 주변의 상기 부유체의 일 측에 탄성 연결되어 상기 부유체와 이격된 수면 지점에 부유된 것으로, 상기 레벨 센서를 구비한 기립체;
   상기 기립체의 외주 면에 장착된 것으로, 상기 권취드럼 주변의 상기 부유체의 일 측에 와이어를 매개로 탄성 연결된 상태로 상기 기립체를 둘러싸도록 링 형상을 가진 것으로 내부 공간에 공기가 주입되어 수면에 부유되는 튜브 구조의 플로트(float)와, 상기 기립체의 둘레를 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 연장되어 상기 플로트와 탄성 연결된 연결부로 이루어진 부양 지지체;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 부유체는,
   상기 권취드럼에서 상기 로프가 권취되는 영역 주변에서 하방의 상기 부유체로 경사지게 연장된 1쌍의 로드와, 상기 로드의 상부에 회전 가능하게 설치되어 상기 로프를 안착 안내하는 롤러 및, 상기 로드의 하부에서 상기 로드가 회동 가능하도록 상기 부유체와 연결된 링크 및, 상기 로드의 상단에서 상기 부유체를 향해 일정 길이로 하방 연장된 빔과, 상기 부유체로부터 기립되어 상기 빔의 하단을 받치는 것으로 상기 압력센서가 장착된 서포터로 이루어진 로프 지지체;를 구비하여,
   상기 압력센서가 상기 권취드럼에서 권취되는 상기 로프의 누르는 힘에 의해 하방으로 쏠리는 상기 빔의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 서포터는,
   상기 빔의 하단을 받치도록 일정 면적을 구비한 받침대와, 상기 받침대의 저면과 상기 부유체 사이를 연결하는 복원 스프링 및, 상기 복원 스프링과 일정 간격 이격된 상태로 상기 받침대의 저면에서 상기 복원 스프링보다 짧은 길이로 하방 연장된 레그를 구비하고,
   상기 압력센서는,
   상기 레그 하단과 상기 부유체 사이에 위치한 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 부양 지지체는,
   상기 와이어의 일 측에 장착되어 상기 와이어의 장력을 측정하는 제 1 보조 장력센서와,
   상기 플로트와 연통되어 상기 플로트의 내부 공간에 공기를 주입하거나 배출하는 공기 입출장치를 구비하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제 1 보조 장력센서에서 측정한 상기 와이어의 장력 고저에 따라 상기 공기 입출장치의 주입 또는 배출되는 공기량을 조절하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 부양 지지체는,
   상기 연결부 각각의 일 측에 장착되어 상기 연결부의 장력을 측정하는 제 2 보조 장력센서를 구비하고,
   상기 플로트는,
   공기가 주입되는 내부 공간을 구비한 상태에서, 중심을 기준으로 둘레를 따라 복수 개로 분할된 에어 파트로 이루어지며,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제 1 보조 장력센서에서 측정한 상기 와이어의 장력 고저 및 상기 제 2 보조 장력센서에서 측정한 복수 개의 상기 연결부 각각에 대한 장력 차이의 고저에 따라 공기가 주입 또는 배출될 상기 에어 파트를 선택하여, 상기 공기 입출장치를 통해 해당 에어 파트에 주입 또는 배출될 공기량을 조절하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 부양 지지체는,
    상기 플로트의 외주면 둘레를 따라 장착되는 것으로서, 공기가 주입될 수 있는 충격 흡수공간을 구비하는 벨로즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 충격 흡수공간에는,
    상기 제 1 하우징보다 큰 탄성을 갖는 재질로 형성된 것으로서, 상기 벨로즈의 내측면을 따라 장착되는 충격 흡수링과,
    상기 충격 흡수링의 표면에 장착된 것으로 상기 충격 흡수링의 연장방향을 따라 일정 간격마다 복수개가 구비되어 상기 벨로즈에 가해지는 하중을 통해 발전하는 압전소자 및,
    상기 압전소자에 연결된 것으로서, 상기 압전소자를 통해 발전된 전력을 통해 팽창되는 팽창부를 포함하는 충격흡수체;가 구비되는 것을 특징으로 하는, 부유식 수상 태양광 발전용 계류장치.

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