KR102013472B1 - 전력 시스템 - Google Patents

전력 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102013472B1
KR102013472B1 KR1020147019076A KR20147019076A KR102013472B1 KR 102013472 B1 KR102013472 B1 KR 102013472B1 KR 1020147019076 A KR1020147019076 A KR 1020147019076A KR 20147019076 A KR20147019076 A KR 20147019076A KR 102013472 B1 KR102013472 B1 KR 102013472B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rope
capstan
tension
capstan roller
roller
Prior art date
Application number
KR1020147019076A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140123045A (ko
Inventor
그랜트 호워드 캘버리
스코트 로이드 웹스터
Original Assignee
그랜트 호워드 캘버리
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 그랜트 호워드 캘버리 filed Critical 그랜트 호워드 캘버리
Publication of KR20140123045A publication Critical patent/KR20140123045A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102013472B1 publication Critical patent/KR102013472B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F03D15/10—Transmission of mechanical power using gearing not limited to rotary motion, e.g. with oscillating or reciprocating members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/04—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with ropes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/08—Means for varying tension of belts, ropes, or chains
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • F05B2240/9172—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables of kite type with traction and retraction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

전력 시스템은 인장 장치와 저장 수단사이에 연결된 밧줄에서의 인장력을 이용하기 위한 장력 이용 장치를 포함한다. 시스템의 장력 이용 장치는 예정 구조로 배치된 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러를 포함한다. 밧줄은 제1 캡스턴 롤러의 외주의 적어도 일 부분과 팽팽하게 접촉하여 밧줄과 제1 캡스턴 롤러사이에 실질적인 접촉이 존재하도록 하며, 따라서 제1 캡스턴 롤러를 가동시켜 회전 에너지를 생성시킨다. 선택적으로, 제2 캡스턴 롤러는 제1 캡스턴 롤러와 맞물린다. 적어도 하나의 변환기는 회전 에너지를 이송 가능한 형태, 저장 형태 소산 형태 또는 이들의 배합형태로 전환하기 위해, 직접적으로 또는 제2 캡스턴 롤러를 거쳐, 제1 캡스턴 롤러와 호상 협력한다.

Description

전력 시스템 {POWER SYSTEMS}
본 발명은 전력 시스템, 특히 밧줄 기반 전력 시스템에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 밧줄에서의 선형 모션 및 인장력을 다른 형태의 사용 가능한 전력으로 변환하는 것에 관한 것이다.
이하 본 명세에서 사용된 《밧줄》이라는 용어는 0.9 내지 1.2 범위의 매우 낮은 마찰 계수를 가지는, 바람직하게는 초고 분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE) 으로 제조된 적어도 하나의 로프 또는 코드를 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 명세에서 사용된 《수력 전력 시스템》이라는 용어는 바다/대양의 파도, 조수, 해류 및 썰물 / 밀물과 관련되는 에너지로부터 전력을 얻는 밧줄 기반 전력 시스템을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 명세에서 사용된 《풍력 전력 시스템》이라는 용어는 풍력 에너지로부터 전력을 얻는 밧줄 기반 전력 시스템을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 명세에서 사용된 《캡스턴 롤러》라는 용어는 롤러, 캡스턴, 시브(sheave), 풀리(pulley), 바퀴 등을 포함하는 회전 기계를 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 명세에서 사용된 《지면》이라는 용어는 육지 표면을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니며 대양/바다의 바닥을 포함한다.
이하 본 명세에서 사용된 《받침대》라는 용어는 장착 수단으로서의 역할을 하는 모놀리식 지지 구조, 기초, 코어 또는 프레임을 의미하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이 용어들을 본 기술 분야에서 사용되는 용어들에 추가한다.
에너지에 대한 수요는 경제 성장, 산업화, 인구 증가 및 사람들의 증대하는 수요로 인해 더욱더 증가하고 있다. 기후 변화, 불충분한 강우량, 엄격한 환경 기준과 정부 규정, 자원의 낮은 이용가능성 및 화석 연료의 고갈로 인해 에너지 생산 분야에서 제기되는 문제점들은 깨끗하고 경제적이며 재생 가능한 대체 에너지 자원으로의 전환에 대한 필요성을 제기하고 있다. 또한 계속 증대되는 수요를 충족시키기 위해 대량의 깨끗하고 경제적이며 신뢰성있는 전력을 제공하는 재생 가능한 전력 생산에 대한 필요성이 제기되고 있다.
비록 종래 기술에서 풍력 에너지를 추출하여 풍력 에너지를 유용한 전력으로 변환시키기 위한 풍력 발전기나 풍차의 사용에 대해 제시하였지만, 종래 기술에서 공지된 풍차는 그 사용과 관련된 많은 결점들을 가지고 있다. 예를 들어, 풍차는 일정하지 않고 가변적인 바람으로부터 전력을 지속적으로 그리고 효율적으로 얻어내지 못한다. 풍력 에너지를 이용하기 위한 효율적이고 신뢰성 있는 시스템을 개발하기 위한 지속적인 노력이 진행되고 있으며 여기서 밧줄 전력 시스템은 중요한 역할을 한다.
밧줄은 전형적으로 일 단부는 풍력 또는 수력 시스템에 연결되어 있고 고강도 밧줄의 다른 단부는 지면 상의 발전기에 부착된 스풀(spool) 주위에 권취되어 있다. 풀어내는 행정에서, 밧줄은 지면 상의 발전기에 부착된 스풀로 부터 잡아 당겨지며; 회복 행정에서는 감아 올리는 작업이 시작되어 밧줄이 저장 수단에 저장된다. 밧줄에서의 인장력은 밧줄의 선형 모션을 발생시키며, 밧줄이 움직이면 지면 상에 배치된 스풀이 회전한다. 스풀은 그것의 회전 모션을 그것에 연결된 발전기에 전달하여 전력을 발생시킨다. 밧줄의 복구행정은 상대적으로 작은 양의 전력을 필요로 한다. 풀어내는 행정에서 발생하는 전력과 밧줄의 복구행정에서 소모되는 전력사이의 차가 결과적으로 생산된 전력이다.
간단히 말해서 밧줄의 인장력과 선형 모션을 이용하여 전력을 발생시킨다. 그러나, 밧줄의 인장력을 효과적인 전력 생산을 위해 효과적으로 이용한다는 것이 매우 중요하다. 또한 밧줄의 마모는 바람직하지 못하며 전력 생산을 저해한다. 밧줄은 그 길이로 하여 상당히 비싼 부품으로 된다. 따라서 스풀에 감겨진 밧줄의 마모를 최소화해야 할 필요성이 제기된다.
종래 기술의 하나 이상의 문제점들을 개선하기 위한 또는 적어도 유용한 대안을 제공하기 위한 본 발명의 일부 목적들이 이하에서 설명된다.
본 발명의 목적은 풍력 / 수력 시스템에 사용되는 밧줄을 효과적인 취급하기 위한 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 풍력 / 수력 시스템에 사용되는 밧줄의 마모를 감소시키기 위한 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 풍력 / 수력 시스템에 사용되는 밧줄의 인장력 및 모션을 효과적으로 이용하기 위한 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 풍력 / 수력 시스템에 사용되는 밧줄의 인장력 및 모션을 효과적으로 이용하며 이를 다른 유용한 전력 형태로 비용 효과적인 방식으로 전환시키는 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 신뢰성 있는 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 운영 중에도 수리 가능한 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 견고한 구조의 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유지 관리하기 쉬운 지면 기반 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적들은 설명문 및 본 발명의 예시적인 실시방식들을 도시한 참조도면들에서 광범위하게 취급되었다.
본 개시에 의하면, 전력 시스템이 제공되고, 전력 시스템은, 제1 단부와 제2 단부를 가지는 밧줄로서, 상기 제1 단부에서 상기 밧줄은 상기 밧줄의 인장력을 조절하도록 구성된 장력 장치에 연결되어 있고, 상기 제2 단부에서 상기 밧줄은 저장 수단에 연결되어 있는, 밧줄; 미리 결정된 형태로 배열된 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러를 포함하는 장력 이용 장치로서, 상기 밧줄은 상기 밧줄 및 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러 사이에 실질적인 접촉이 존재하도록 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러의 외주의 적어도 일부분과 팽팽하게 접하고, 이에 따라 회전 에너지를 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러 및 상기 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러가 맞물리는, 장력 이용 장치; 및 회전 에너지를 전달 가능한 형태, 저장 형태 및 소산 형태 중 적어도 하나의 형태의 에너지로 전환하기 위해 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러와 기능상 상호 협력하는 적어도 하나의 변환기를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상술한 전력 시스템은 그 사이에 제공된 마찰 접촉 및 연결 장치로 구성된 군으로부터 선택된 연결 수단에 의해 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러와 맞물린 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러를 더 포함하고, 상기 연결 장치는 기어, 체인, 로프 및 벨트-풀리 장치 중 적어도 하나이고, 적어도 하나의 변환기는 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러에 연결되도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상술한 전력 시스템은 장력 장치 및 장력 이용 장치 사이에 배치된 밧줄 조종 장치를 더 포함하고, 상기 밧줄 조종 장치는 밧줄의 비틀림이 없는 조종 및 자유로운 움직임을 용이하게 하도록 구성된 회전 가능한 턴테이블(turn table), 스내치 블록(snatch block), 시브(sheave) 중 적어도 하나에 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 캡스턴 롤러들은 기어, 체인, 로프 및 벨트-풀리 장치로 구성된 군으로부터 선택된 결합 장치에 의해 서로 맞물린다.
또 다른 실시예에 따르면, 상술한 전력 시스템은 적어도 하나의 보조 인장 장치를 포함하고, 상기 보조 인장 장치는 밧줄을 장력 이용 장치로부터 수용하거나 밧줄을 장력 이용 장치로 안내하도록 구성되고, 또한 밧줄의 인장력을 유지하도록 구성되고, 상기 보조 인장 장치는 아이들러 풀리(idler pulley), 장력 풀리(tensioning pulley), 후방 장력 장치(back tensioning device) 중 적어도 하나이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상술한 전력 시스템은 적어도 하나의 보조 인장 장치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 보조 인장 장치는 (i) 상기 장력 장치 및 상기 장력 이용 장치 사이의 위치, (ii) 상기 장력 이용 장치 및 상기 저장 수단 사이의 위치 및 (iii) 상기 장력 이용 장치의 어느 하나의 일 측 상의 위치로 구성된 군으로부터 선택된 위치에 배치된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상술한 전력 시스템은 상기 장력 장치와 관련한 파라미터들을 측정 및 제어하기 위한 기구류 및 감지 장치들을 포함하는 측정 및 제어 시스템; 상기 장력 장치와 협력하도록 구성된 조종 및 정렬 제어 시스템; 및 이물질, 장기간 사용으로 인한 마모, 기후 조건과 관련된 문제점들을 방지하도록 구성된 안전 관리 시스템으로 구성된 군으로부터 선택된 서브 시스템들 중 적어도 하나를 더 포함한다.
전형적으로, 본 개시에 의하면, 장력 장치는 풍력 시스템, 수력 시스템 및 밧줄 차량 제어 시스템 중 적어도 하나와 관련된다.
바람직하게는, 저장 수단은 밧줄을 저장하도록 구성되고, 밧줄의 원활한 감아 올림과 풀어냄을 용이하도록 구성된다.
대안적으로는, 장력 이용 장치는 지면에 고정된다.
바람직하게는, 상기 미리 결정된 형태는 상기 밧줄의 인장력 및 상기 장력 이용 장치의 압축 하중에 견디도록 구성된 받침대 상에 구현되고, 상기 받침대는 철근 콘크리트 코어, 복합 재료 코어 및 스틸 코어 중 적어도 하나이다.
본 개시에 의하면, 미리 결정된 형태의 여러 대안 실시예들이 구상되었다. 일 측에 의하면, 그 형태는 곡선 프로파일이고, 제1 캡스턴 롤러들이 그 외주를 따라 배치된다. 또 다른 측에 의하면, 그 형태는 다각형이고, 제1 캡스턴 롤러들이 적어도 그 정점들에 배치된다. 또 다른 측에 의하면, 그 형태는 다각형이고, 제1 캡스턴 롤러들이 적어도 그 정점들에 배치되고, 밧줄 및 제1 캡스턴 롤러들 중 적어도 일부 사이의 접촉각이 45도이다. 또 다른 측에 의하면, 그 형태는 다각형이고, 캡스턴 롤러 쌍이 적어도 그 정점에 배치되고, 밧줄 및 제1 캡스턴 롤러들 중 적어도 일부 사이의 접촉각이 90도이다.
바람직하게는, 제1 캡스턴 롤러들 중 적어도 하나는 그 위에 구성된 적어도 하나의 홈을 구비하고, 홈들 각각은 그 안에서 밧줄의 적어도 일불ㅡㄹ 수용하도록 구성된다. 따라서, 홈들 각각은 그 안에 수용된 밧줄을 위한 미끄럼 방지 장치로서 역할하도록 구성된다.
또한, 제1 캡스턴 롤러들은 제1 캡스턴 롤러들의 축들이 서로에 대해 미리 결정된 각도를 이루도록 배치된다.
본 개시의 대안적인 실시예에 따르면, 전력 시스템이 제공되고, 그 전력 시스템은 제1 단부와 제2 단부를 갖는 밧줄로서, 상기 제1 단부에서 상기 밧줄은 상기 밧줄의 인장력을 조절하도록 구성된 장력 장치에 연결되고, 상기 제2 단부에서 상기 밧줄은 저장 수단에 연결된, 밧줄; 및 적어도 하나의 변환기를 포함하는 장력 이용 장치를 포함하고, 상기 밧줄이 상기 밧줄 및 적어도 하나의 변환기 사이에 실질적인 접촉이 존재하도록 적어도 하나의 변환기의 외주의 적어도 일부와 팽팽하게 접하고, 이에 따라, 적어도 하나의 변환기가 맞물려서, 전달 가능한 형태, 저장 형태 및 소산 형태 중 적어도 하나의 형태의 에너지를 발생시킨다.
전형적으로, 변환기는 모터 발전기, 선형 모터 발전기, 유압 모터, 압축기 및 펌프로 구성된 에너지 전환 수단들로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
본 발명의 전력 시스템의 특징들은 이하의 설명에 의해, 첨부된 도면들을 참조로 하여 완전히 명확해질 것이다. 이 도면들은 오직 본 발명의 전형적인 실시방식들을 도시할 뿐이며, 따라서, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 말아야 하며, 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 보다 명확하고 상세하게 서술될 것이다.
도 1a는 큰 직경의 단일 캡스턴을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따르는 전력 시스템의 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 전력 시스템의 평면도이다.
도 1e는 도 1a에 도시된 일반적으로 X로 표기된 카이트 트랙커(kite tracker)(10)의 확대도이다.
도 1d는 도 1a에서 도시된 일반적으로 Y로 표기된 아이들러 풀리(20)의 확대 측면도와 정면도를 각각 도시한다.
도 1e는 도 1a의 전력 시스템의 캡스턴 롤러(30)의 외주의 측면도이다.
도 2는 홈이 있는 복수 개(8개)의 캡스턴 롤러를 가진 본 발명의 시스템의 제2 실시예를 도시한다.
도 3은 도 2에서 도시된 실시예에 대한 [홈이 있는 복수 개(4개)의 캡스턴 롤러들을 가진] 대안적인 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3의 실시예의 측면도를 도시하며 또한 도 2에서 도시된 실시예의 측면도를 나타낸다.
도 5는 수면 상에 떠있는 부표에 수직으로 장착된 홈이 있는 복수 개(4개)의 캡스턴 롤러들 가진, 도 2에서 도시된 실시예에 대한 제2 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6 및 도 7은 다수의 캡스턴 면들을 가진 단일 캡스턴 및 이송 아이들러 풀리를 가진 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 8은 도 1c에서 도시된 카이트 트랙커(10)에 대안적인, 본 발명에 따른 스내치 블록을 도시한다.
본 발명의 전력 시스템은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참조로 이하에서 설명된다. 실시예들은 본 발명의 범위와 영역을 제한하지 않는다. 설명은 단지 본 발명의 예시적인 실시예와 제안된 응용에 관한 것이다.
본 발명은 전력 발생을 위해 밧줄에서의 인장력과 밧줄에서의 인장력으로 인한 밧줄의 선형 모션; 을 이용하는 풍력 / 수력 시스템이나 임의의 다른 전력 시스템에서 사용되는 밧줄의 취급을 목적으로 하는 지면 기반 전력 시스템을 제공한다. 또한 본 발명의 시스템은 특히 지속적인 군용 감시 또는 통신 밧줄 장치로 전형적으로 이용되는 밧줄 경항공기, 글라이더, 카이트, 자이로글라이더, 견인 보트, 바지선 등을 연결하기 위한 매우 긴 밧줄과 관계되는 시스템에서 밧줄 차량(비행 또는 부동) 제어에 적용된다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 전력 시스템은 밧줄의 마모를 최소화 하여 밧줄에서의 인장력은 효과적으로 이용하는 것을 목적으로 한다. 밧줄에서의 인장력은 임의의 수단에 의해 유도될 수 있으며 카이트로 밧줄을 당기는데만 한정되지 않는다. 그러나, 쉽게 설명하기 위해, 이하의 설명에서는 카이트에 연결된 밧줄을 언급한다.
본 발명에 따른 전력 시스템은 제1 단부와 제2 단부를 가지는 밧줄의 인장력을 이용한다. 인장 장치는 제1 단부에 연결되어 밧줄에서의 인장력을 조절한다. 인장 장치는 전형적으로 풍력 또는 수력 시스템과 관련되어 있다. 밧줄의 제2 단부는 밧줄을 저장하며 밧줄의 원활한 감아 올림과 풀어냄을 용이하게 하는 저장 수단에 연결되어 있다. 본 발명의 시스템의 장력 이용 장치는 예정된 구조로 배치된 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러를 포함한다. 밧줄은 밧줄과 제1 캡스턴 롤러 사이에 실질적인 접촉이 존재하도록 제1 캡스턴 롤러 둘레의 적어도 한 부분과 팽팽하게 접해 있으며, 따라서 제1 캡스턴 롤러를 회전 에너지를 발생하도록 한다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러는 맞물림 장치를 통해 제1 캡스턴 롤러와 맞물린다. 제1 캡스턴 롤러와 맞물리는 제2 캡스턴 롤러사이의 맞물림 수단은 마찰 접촉이나 기어, 체인, 로프와 벨트-풀리 장치와 같은 맞물림 장치이며 바람직하게는 제1 캡스턴 롤러의 회전 속도보다 높은 제2 캡스턴 롤러의 회전을 발생시킨다.
적어도 하나의 변환기는 회전 에너지를 전달 가능한 형태, 저장 형태, 소산 형태 또는 이들의 조합 형태로 전환하기 위해 제1 캡스턴 롤러와 기능상 상호 협력한다. 제2 캡스턴 롤러가 제1 캡스턴 롤러와 맞물리는 실시예에서, 변환기는 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러에 연결된다. 변환기는 전형적으로 회복행정에서는 밧줄 저장 수단에 밧줄을 쉽게 감아 들이기 위한 모터 방식으로 풀어내는 행정에서는 밧줄을 풀어내는 과정에서 발전기 방식으로 작동한다. 따라서 캡스턴 롤러는 구동하는 또는 구동되는 방식으로 작동한다. 비록, 본 발명의 시스템에 대한 설명은 밧줄에서의 인장력을 이용하여 얻은 에너지의 이송 및 저장에 관한 것이지만, 에너지가 특히 동적 제동 / 밧줄의 풀어냄 과정에서, 구체적으로는, 본 발명의 전력 시스템이 밧줄 차량 제어 시스템에서 사용되는 경우 소산될 수 있다는 것은 일반적으로 자명하다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 시스템은 또한 장력 장치와 장력 이용 장치 사이에 배치되어 밧줄의 비틀림이 없는 조종과 자유로운 움직임을 용이하게 하는 밧줄 조종 장치를 포함한다. 전형적으로, 밧줄 조종 장치는 회전 가능한 턴테이블, 스내치 블록 또는 시브 위에 구성된다.
첨부도면의 도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 큰 직경의 단일 캡스턴 롤러를 가진 전력 시스템(100)의 측면도와 평면도를 각각 도시한다. 전력 시스템(100)은 카이트 트랙커(10) 형태의 밧줄 조종 장치, 큰 직경의 아이들러 풀리(20)형태의 보조 인장 장치, 큰 직경의 캡스턴 롤러(30) 형태의 제1 캡스턴 롤러, 회전 밧줄 저장 스풀 또는 밧줄 탱크(40) 형태의 저장 수단을 포함한다. 도 1c는 도1a에서 도시된 카이트 트랙커(10)의 확대도이고, 《X》로 표기되었으며, 한편 도 1d는 도 1a에 도시된 아이들러 풀리(20)의 확대 측면도 및 정면도를 각각 보여주며 일반적으로 《Y》로 표기되었다.
예를 들어, 카이트에 연결된 밧줄(01)은 스테인리스강 베어링(03), 전형적으로는 롤러 베어링이 제공된 자유 회전 벨트(02)를 가진 자유롭게 회전하는 데크인 카이트 트랙커(10)에 의해 안내된다. 다른 양태에 따라, 베어링은 각각 고유의 베어링 세트와 축을 가지는 작은 롤러이다. 벨트(02)는 카이트 트랙커(10)의 주위를 감싸는 연속 벨트이다. 또한 아이들러 풀리(20)와 캡스턴 롤러(30)에는 카이트 트랙커(10)의 경우와 같이 스테인리스강 롤러 베어링에 설치되는 벨트가 각각 제공된다. 다른 양태에 따라, 아이들러 풀리(20)와 캡스턴 롤러(30)와 관련된 벨트의 롤러 베어링은 각각 고유의 베어링 세트와 축 또는 베어링 케이스 안에 볼 베어링을 가지는 적어도 하나의 롤러 베어링이거나 작은 롤러이다. 카이트 트랙커(10)는 턴테이블(05) 상에 배치되어 있으며 턴테이블(05)의 바로 중심으로 공급되는 밧줄(01)에 대해 360°로 선회한다. 카이트 트랙커(10)는 밧줄(01)의 트위스트가 없이 하늘의 임의의 사분면에서나 또는 임의의 방위각으로 비행할 수 있게 하며 복잡한 회전 기계에 대한 필요성을 제거한다. 다른 양태에 따른 카이트 트랙커(10)는 바지선 아래에 거꾸로 장착되며 해류 로프 발전기에 연결된다. 또 다른 일 양태에 따르는 카이트 트랙커(10)는 도 1c에서 도시된 바와 같이 턴테이블에 장착된 단일한 큰 시브 또는 아이들러 풀리이다. 또 다른 양태에 따르면, 카이트 트랙커(10)는 벨트가 없이 직접 로프에 실리지만 도 1c에 도시된 카이트 트랙커와 같은 동일한 배향으로 턴테이블에 거꾸로 장착된 다수의 작은 풀리를 포함한다.
밧줄(01)은 카이트 트랙커(10)로부터 아이들러 풀리(20)로 내려가며 여기서 방향을 수평에서 수직으로 변경한다. 카이트 트랙커(10)의 결합 구조는 수직 및 수평 부하가 균일하게 분산되도록 한다. 아이들러 풀리(20)에서 벨트(02)는 아이들러 풀리(20)의 외주를 통과할 때 밧줄(01)에서의 마찰과 인장력에 기초하여 회전한다. 밧줄(01)은 아이들러 풀리(20)를 남겨두고 다음 밧줄의 매우 큰 밧줄 인장력뿐 아니라 압축 부하에 견디기 위해 깊은 콘크리트 받침대가 제공된 캡스턴 롤러(30)를 감싸고 있는 벨트(02)를 통과한다. 아이들러 풀리(20)의 철근 콘크리트 받침대는 매우 큰 양압힘과 압축힘을 흡수하도록 설계되어 있다. 벨트(02)는 벨트(02)가 콘크리트 받침대에서 미끄러지는 것을 방지하는, 콘크리트에 형성된 오목부를 통과한다. 받침대는 콘크리트로 제조되며, 전체 구조물은 현수교가 지상에 고정되는 방식과 동일하게 케이블 홀드 다운 장치(06)으로 고정된다. 대형 시스템에서는 양압힘이 대략 100,000kilo 수준에 도달할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 상기 방법은 대형 콘크리트 기초의 중량에 의존하는 방법보다 세기가 약하다.
밧줄(01)은 마지막으로 밧줄 저장 수단, 예를 들어, 스풀이나 밧줄 탱크(40)로 안내된다. 대형 크기의 캡스턴 롤러(30)와 아이들러 풀리(20)는 소형의 캡스턴 롤러의 경우에 밧줄(01)이 예리한 각도로 꺾이는 것과 같은 현상을 방지하며, 따라서 밧줄(01)의 마모와 열 발생을 감소시키며 그에 따라 지수 함수적으로 밧줄(01)의 수명을 연장시킨다.
캡스턴 롤러(30)는 복수 개의 변환기들, 예를 들어 캡스턴 롤러(30)의 내부 외주를 따라 배치된 모터 발전기(60)들과 상호 협력한다. 모터 발전기(60)는 필요에 따라 모터로 또는 발전기로 동작한다. 각각의 모터 발전기(60)는 회수 행정에서 밧줄(01)을 밧줄 저장 스풀(40)에 감아 들이는 작업을 용이하게 하기 위한 모터로 동작하거나 또는 풀어냄 행정에서 밧줄(01)을 풀어 내는 동안 발전기로 동작한다.
밧줄(01)이 카이트에 의해 잡아당겨지면, 밧줄(01)은 팽팽해지며 밧줄 저장 스풀(40)로부터 밧줄(01)을 풀어내는 형태의 선형 모션을 시작한다. 밧줄(01)의 선형 모션은 벨트(02)를 거쳐 캡스턴 롤러(30)에로 전달된다. 캡스턴 롤러(30)는 회전하기 시작하며 캡스턴 롤러(30)의 회전 토크(rotational torque)는 복수 개의 모터 발전기(60)에 전달된다. 모터 발전기(60)가 회전하면 전력이 발생된다. 캡스턴 롤러(30)로부터의 회전 토크는 기어를 거쳐 모터 발전기(60)에로 전달된다. 모터 발전기(60)는 베어링(03) 상에서 콘크리트 중심주위를 도는 벨트(02)의 톱니 부분에 맞물린 피니언 기어이다. 본 발명에 따라, 베어링은 전형적으로 롤러 베어링 또는 각기 고유의 베어링 세트와 축을 가지는 작은 롤러이다. 다른 양태에 따라, 모터 발전기(60)는 캡스턴 롤러의 외주의 바깥에 장착되어 벨트(02)와 베어링(03)이 콘크리트의 오목부에서 돌아가도록 하여 벨트(02)가 큰 압축힘 하에서도 콘크리트에서 미끄러지지 않도록 한다. 그러나 본 발명은 캡스턴 롤러(30)로부터 회전 토크를 모터 발전기(60)에 전달하기 위한 임의의 특정 메커니즘에 한정되지 않는다. 다수의 모터 발전기(60)의 사용은 설비 고장에 대한 여유를 제공하며 또한 매 요구 조건에 따라 개별적인 모터 발전기(60)를 ON / OFF로 전환하여 서로 다른 속도의 매우 높은 인장력뿐아니라 매우 낮은 인장력에서 지정 전력 추출과 회수행정을 진행할 수 있게 한다. 또한, 다수의 모터 발전기(60)의 사용은 전력 시스템(100)이 계속 가동하는 중에도 개별적인 모터 발전기(60)를 쉽게 교체 및 유지 보수할 수 있게 하여 신뢰성을 제공하며 유지 보수를 간편화한다. 전력 시스템(100)은 풍속이 실질적으로 높고 그에 따라 풍력 에너지가 최적으로 획득되면 더 많은 모터 발전기(60)들을 온라인 할 수 있어 더 많은 전력을 얻을 수 있도록 구성되었다. 캡스턴 롤러에 의해 밧줄의 인장력이 모두 이용되면, 밧줄(01)은 수평 권선 장치(미도시)에 의해 밧줄이 여러 줄로 조심히 놓여진 밧줄 저장 스풀(40)에 공급된다.
대안적인 양태에 따라, 모든 모터 발전기(60)들은 자기 부상식 고속철도와 같은 작용을 하는 선형 모터 발전기로 교체된다. 이 실시예에서 선형 모터 발전기형태의 변환기들은 제1 또는 제2 캡스턴 롤러가 없이도 밧줄에서의 인장력을 이용할 수 있도록 되어 있다. 모터의 일부는 내부 받침대(콘크리트 면)에 배치되며 일부는 벨트 쪽에 배치된다.
도 1e는 캡스턴 롤러(30)의 외주면의 안쪽에 장착되어 있으며 베어링(03) 상에서 콘크리트 중심을 따라 도는 벨트(02)의 톱니 부분에 맞물린 피니언 기어가 배치된 모터 발전기(60)가 있는 도 1a의 전력 시스템(100)의 캡스턴 롤러(30)의 외주면의 측면도를 도시한다. 이 단순화된 《손실방지》전동 장치는 기계적인 손실을 감소시킨다.
상기 서술된 본 발명의 제1실시예는 캡스턴 롤러에 두번 또는 세번 감긴 밧줄을 이용한다. 큰 직경의 캡스턴 롤러를 가지는 것은 좁은 반경에 감긴 것으로 인한 밧줄 마모가 제거되는 것으로 하여 유리하다. 그러나 캡스턴 식(equation)에 따르면, 캡스턴의 직경은 캡스턴의 유지력에 기여하는 요소가 아니다. 밧줄의 마찰 계수와 캡스턴을 감는 횟수가 보다 큰 요소로 된다. 초고 분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE) 밧줄은 매우 낮은 마찰 계수를 가지고 있으며 보다 큰 유지력을 가지기 위해서는 약 8회이상의 권취가 필요하다. 권취 횟수를 늘이면 밧줄이 캡스턴의 표면주위를 돌면서 뒤얽히는 현상을 초래할 수 있다.
도 2는 홈이 있는 복수(8개)의 캡스턴 롤러를 가진 본 발명의 시스템의 제2실시예를 도시한다. 제2실시예는 제1실시예에서 제기된 적은 권취 횟수의 결점을 극복하는 것을 목적으로 한다. 이는 낮은 마찰 계수를 가진 UHMWPE 로프의 사용을 용이하게 하며 캡스턴 식에서 증가된 권취 횟수의 값은 유지력을 개선하는데 유리하다. 일반적으로 수자 200으로 표기된 8개의 홈이 있는 캡스턴 롤러 시스템은 다각형 형상의(예시적인 형상) 콘크리트 받침대(50)를 구비한다. 시스템(200)은 전력 발생을 위한 밧줄(01)의 인장력의 유지를 용이하게 한다. 밧줄(01)은 8개의 홈이 있는 캡스턴 롤러(52)에 권취되며, 밧줄(01)의 일부는 콘크리트의 정점들에 배치된 복수 개의 캡스턴 롤러(52)들의 적어도 일부와 접촉하도록 되어있다.
밧줄(01)이 풍력 / 수력 시스템에 의해 당겨지면, 캡스턴 롤러(52)들 상의 밧줄(01)의 선형 모션은 콘크리트 받침대(50) 의 정점들에 배치된 캡스턴 롤러(52)들의 회전을 초래한다. 매 캡스턴 롤러(52)에 제공된 홈들은 밧줄(01)을 수용할 수 있는 적합한 크기로 제공된다. 밧줄(01)이 장력 하에 있을 때 이 홈들은 밧줄(01)의 압축을 최소화하며 캡스턴 롤러(52)와 접촉하는 밧줄(01)의 표면적을 증가시킨다. 이는 마찰을 통한 캡스턴 롤러(52)에로의 인장력의 전송을 증가시킨다. 밧줄(01)과 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 표면적은 밧줄(01)과 매 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각 《A》에 의존한다. 본 발명의 제2 실시예에 따라, 밧줄(01)과 대부분의 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각《A》는 45도이다. 제2 실시예의 다른 양태에 따라, 홈이 있는 캡스턴 롤러(52)는 라선형 코일식으로 롤러에 밧줄(01)이 라선형으로 권취되는 방식으로 지그재그로 배치되어 있다. 이와 같은 밧줄의 구조는 밧줄에서의 인장력의 보유를 용이하게 한다. 홈이 있는 캡스턴 롤러(52)에서, 캡스턴 롤러(52)에 차후 권취되는 밧줄(01)들은 홈들에 의해 분리되어 겹치지 않게 되며 따라서 밧줄(01)이 차후 권취될 때 캡스턴 롤러(52)의 회전과정에서 차후 권취된 밧줄(01)이 서로 포개지는 경우 밧줄(01)이 위 아래로 이동하여 초래될 수 있는 밧줄(01)의 가열현상을 감소시킨다.
캡스턴 롤러(52)는 사슬, 로프, 벨트 또는 기어 형태의 기계적인 연결수단(56)에 의해 상호 연결된다. 도 2는 모든 캡스턴 롤러(52)를 다같이 연결하기 위한 사슬 형태의 기계적인 연결 장치(56)를 도시한다. 매개의 캡스턴 롤러(52)는 모터 발전기(54)의 형태의 대응되는 변환기에 각각 연결되어, 임의의 캡스턴 롤러(52)의 회전은 대응되는 모터 발전기(54)의 회전을 초래한다. 복수 개의 모터 발전기(54)가 제공되는 것으로 하여, 하나 이상의 모터 발전기가 밧줄에 발생하는 인장력에 기초하여 ON 또는 OFF로 전환될 수 있다. 모터 발전기(54)는 상호 연결되어 있으며 매개의 모터 발전기는 하나의 캡스턴 롤러(52)에 기계적으로 연결되어 있다. 그러므로 밧줄(01)을 회수하기 위한 낮은 전력이 필요되는 경우, 8개의 캡스턴 롤러(52)를 모두 함께 회전시키기 위해 복수 개의 모터 발전기(54) 중 단 한개의 모터가 구동될 수 있다.
다수의 롤러를 이용하여 콘크리트 받침대의 외주면을 구성함으로써, 개별적인 대형 모터 발전기대신에, 보다 작은 비동기 가변속 AC 견인 모터 발전기가 사용될 수 있다. 이와 같은 모터 발전기의 장점은 쉽게 구입할 수 있으며 모든 유형의 전기 기차와 지하철에서 사용되고 있다는 것이다. AC 견인 모터는 변환기, 전형적으로는 캡스턴 롤러의 회전 에너지를 이송 가능한 형태, 저장 형태 또는 이 두가지 형태로 다같이 합리적으로 변환하기 위한 수단으로서의 기능을 수행한다. 마찬가지로, 대안적인 실시예에 따르는 변환기는 유압 모터, 압축기, 펌프 또는 기타 에너지 변환 시스템을 포함한다.
모터 발전기(54)와 캡스턴 롤러(52)사이의 기계적인 연결 장치(56)는 단 한개의 캡스턴 롤러만이 작동하고 나머지 캡스턴 롤러들은 자유 회전하는 조건 하에서 미끄럼을 방지하기 위해 제공된다. 기차를 동일한 속도로 가동시키기 위해 모든 모터가 작동하는 전기 기차의 견인 모터의 경우에서와 같이, 매개의 모터 발전기의 속도가 동시 가동을 위해 전기적으로 제어되기 때문에, 8개의 모터 발전기(54)가 모두 항상 이용되는 경우에는 기계적인 연결 장치가 필요없다.
시스템(200)의 주요 장점은 모듈 식 부품을 가진 모듈 식으로 구성되어 있다는 것이다. 특히, 매 모터 발전기와 캡스턴 롤러는 작동을 위해 쉽게 제거 및 교체될 수 있다. 이는 부품을 이동하기 위해 지붕 입구와 큰 기중기를 필요로 하는 대형 단일 캡스턴 / 발전기 시스템(예를 들어, 시스템(100))에서와는 다르다. 시스템(200)의 모듈식 구조는 콘크리트 기초로부터 부품, 밧줄, 비행 차량의 분리를 용이하게 하며 다른 기초에로의 운반을 용이하게 한다. 이는 바람/물 흐름의 계절변화나 또는 설치된 장소에서 시스템이 비효율적으로 동작하게 하는 유해로운 방식으로 밧줄에서의 인장력에 영향을 주는 변화의 결과에 의해 필요될 수 있다.
도 3은 도 2에서 도시된 실시예에 대한 대안적인 실시예[홈이 있는 복수 개(4개)의 캡스턴 롤러를 가진]을 도시하며 부호 300으로 일반적으로 참조한다. 이 시스템(300)은 정사각형 모양의(예시적인 모양) 콘크리트 받침대(50)를 포함한다. 시스템(300)은 전력 발생을 위한 밧줄(01)에서의 인장력 보유에 도움을 준다. 밧줄(01)은 4개의 캡스턴 롤러(52)에 권취되어, 밧줄(01)의 일부는 콘크리트 받침대(50)의 정점들에 배치되는 복수 개의 캡스턴 롤러(52)들의 적어도 일부와 접촉되게 된다. 정점들에 배치되는 캡스턴 롤러(52)들은 홈이 있는 롤러들이며, 도 2의 홈이 있는 캡스턴 롤러와 유사하다. 밧줄(01)과 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 표면적은 밧줄(01)과 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각 《B》에 의존한다. 본 발명의 본 실시예에 따라, 밧줄(01)과 대부분의 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각《B》는 약 90도이다. 시스템(300)에서의 밧줄(01)과 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각도는 시스템(200)의 밧줄(01)과 캡스턴 롤러(52)사이의 접촉 각도보다 크다. 또한 시스템(300)에서 밧줄(01)은 시스템(200)에 비교해 볼 때 보다 적은 꺾임을 가지며 따라서 밧줄 수명이 더 길어진다.
시스템들(200, 300)에서는 캡스턴 롤러(52)의 직경을 가능한 크게 하는 것이 로프의 마모를 최소화하기 위한 열쇠이다. 인장력이 보다 높은 시스템에서는 인장력을 더 많은 캡스턴 롤러에 분산시키는 것이 유리할 수 있다. 시스템(300)은 콤팩트하게 구성되며, 부표나 자동차 발동 장치와 같은 보다 팽팽한 장치들에 설치될 수 있다.
시스템들(200, 300)에서, 중앙 받침대(50)는 철근 콘크리트, 복합 재료 또는 강철로 제조된다. 중앙 받침대는 밧줄에서의 인장력과 압축 부하를 충분히 지탱할 수 있는 필요한 강도를 가진다. 받침대는 시스템의 가장 무거운 부분이며 수송 비용을 절약하기 위해 전형적으로 현장에 설치된다. 밧줄(01)이 받침대(50)의 중심으로 캡스턴 롤러(52)를 내리 누를 때 밧줄(01)의 압축힘을 이송하기 위해 캡스턴 롤러(52)와 모터 발전기(54)는 중앙 받침대(50)에 장착된다. 이 콘크리트 받침대는 아이들러 풀리(미도시)의 고-장력 라인으로부터 받침대에 가해지는 수평 부하를 견디기 위한 안전한 기초를 가지고 지면에 든든히 고정되어 있다. 이러한 수평 부하는 시스템의 크기에 따라 대략 100,000 킬로 일수 있다.
콘크리트 기초 외에도, 현수교를 고정하는 방식과 동일하게, 캡스턴 롤러(52)를 고정하기 위한 케이블 홀드 다운 장치(미도시)가 사용된다. 케이블 홀드 다운 장치의 사용으로 인해, 보다 적은 콘크리트 기초가 필요된다.
상기 서술된 제2 실시예와 제3 실시예에서 다중- 캡스턴 롤러 방식의 문제점은 매 캡스턴 롤러를 통과하여 빠져나오는 밧줄의 움직임이다. 예를 들어, 낮은 마찰 계수를 가진 UHMWPE 로프를 이용하는 경우, 로프를 고정시키고 밧줄에서의 인장력을 얻기 위해 4 (또는 8)개의 캡스턴 롤러(52)가 약 8회정도 완전히 권취되어야 한다. 이 경우 밧줄(01)은 받침대(50)안에서 매 캡스턴 롤러(52)에 투입되면서 약 32번, 매 캡스턴 롤러(52)에서 빠져나오면서 약 32번 내부적으로 이동 및 마찰하게 된다. 64번 이동한 후, 밧줄(01)은 매우 뜨거워질 것이다. 이는 밧줄(01)의 수명에 잠재적으로 유해롭다. 높은 장력 하에서의 밧줄(01)의 임의의 이동은 열을 발생시키며 밧줄(01)의 작동 수명을 감소시켜 시스템의 ROI에 부정적 영향을 주게 된다.
도 4는 도 3의 실시예의 측면도를 도시하며 또한 도 2에 도시된 실시예의 측면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시스템은 밧줄(01)의 5회 권취를 용이하게 하며 낮은 마찰 계수를 가진 UHMWPE 로프를 이용하는 경우 양호한 유지력을 가지도록 한다. 캡스턴 롤러(52)들은 약간의 각도를 가지고 뒤에 있는 캡스턴 롤러에서 약간 떨어져 앞에 있는 캡스턴 롤러에 기울어지도록 배치되어, 볼트나 나사에 홈을 내는 것과 유사하게 밧줄(01)이 매우 높은 장력과 속도 하에서 직선 라인에 가깝게 5 층으로 라선형으로 내려가도록 허용한다.
홈이 있는 롤러 설계의 장점의 하나는 홈 안의 밧줄(01)을 잡아두기 위해 유지 장치(58)를 이용할 수 있다는 것이다. 이는 밧줄(01)의 인장력이 낮아질 때 특히 저장 수단에 있을 때 밧줄(01)이 정확한 홈에 유지되는 것을 돕는다. 시스템이 작동하지 않을 때 라인에서의 인장력은 거의 영에 가까우며 밧줄이 풀릴 수 있는 위험도가 높다.
도 5 는 수면 상에 떠있는 부표에 수직으로 장착된 홈이 있는 복수 개의(4개) 캡스턴 롤러를 가진 도 3에 도시된 실시예를 대신할 수 있는 제2 실시예를 도시한다. 여기서는 저장 릴(reel) 대신 로프 탱크 저장 장치(40)를 이용한다. 시스템(300)과의 관련속에서 로프 탱크를 이용하면, 회전하는 저장 릴 상의 대형 강철 바퀴 또는 수천 킬로의 밧줄(01)의 관성은 매우 낮아지게 된다. 로프 탱크(40)를 이용하면, 밧줄(01)의 방향을 전력 발생을 위한 풀어냄 행정으로부터 모터 방식의 감아 들이는 행정으로 거의 즉시적으로 변화시킬 수 있으며 이때 소모되는 에너지는 매우 작다. 이 실시예는 풍력 받침대를 설치하기 힘든 깊은 바다에서 밧줄(01)을 풀어내거나 감아 올리는 전력 발생작업을 위해 특별히 구성되었다. 여기서는 또한 캡스턴의 양쪽 단부에 항상 있어야 하는 간단한 후방 장력 장치(60) 형태의 보조 장력 장치가 도시되었다. 이는 밧줄(01)에서의 최소 인장력을 항상 유지하며 낮은 장력 모멘트에서 밧줄이 풀리는 현상을 방지하기 위한 것이다. 후방 장력 장치(50)의 바퀴는 밧줄(01)의 실지 속도보다 약간 느리거나 빠르게 회전하여, 발생된 마찰이 밧줄(01)을 일정한 장력 하에 유지하게 하도록 한다.
도6과 7은 다수의 캡스턴 표면(단일 캡스턴의 표면 상에 정해진 홈들에 의해 얻어진)과 이송 아이들러 풀리 형태의 보조 인장 장치를 가진 단일 캡스턴 링(제1캡스턴 롤러로 작용하는)을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하며, 이 바람직한 실시예는 일반적으로 참고번호(400)으로 표기한다. 시스템(400)은 도1a에 도시된 시스템(100)을 개선한 것이다. 이는 큰 직경의 캡스턴에 권취되는 UHMWPE 밧줄의 보다 적은 권취 횟수 문제를 해결한다. 또한 시스템(400)은 도 2와 3에 도시된 다중-캡스턴 롤러 시스템(200, 300)의 로프 마모 문제를 해결한다. 이 실시예에 따라 시스템(400)은 밧줄(01)이 캡스턴 링(64)에 권취되고 풍력/수력 시스템에 의해 당겨질 때 축을 따라 회전하는 캡스턴 링(64)을 포함한다. 캡스턴 링(64)은 콘크리트 중심 섹션(50) 형태의 받침대를 가진다. 선택적으로, 받침대는 축과 베어링 세트가 중심에 배치되어 있는 큰 바퀴이다. 캡스턴 링(64)의 내주면에는 캡스턴 링(64)의 회전 모션을 복수 개의 모터 발전기(54)(변환기로 동작하는)에 이송하기 위해 캡스턴 링(64)의 내주면을 따라 배치된 매개의 모터 발전기(54) 상의 기어(70)(제2 캡스턴 롤러로 동작하는)와 차례차례 맞물리는 복수 개의 기어(66)(연결 장치로 동작하는)의 맞물림을 용이하게 하도록 기어가 배치되어 있다. 따라서, 하나의 또는 임의의 배합 형태의 모터 발전기(54)는 재권취작업에서 캡스턴 링(64)을 구동시킬 수 있다. 모든 모터 발전기(54)들이 캡스턴 링(64)에 맞물리게 되면, 캡스턴 링(64)으로부터 모터 발전기(54)에 회전 토크를 이송하기 위한 추가적인 연결 장치들, 벨트 또는 체인 전동 장치가 필요없게 된다. 바깥 캡스턴 링(64)은 콘크리트 중심 구역에 고정된 매개의 모터 발전기(54)의 기어들에 맞물린 solid track과 같이 돌면서 움직인다. 캡스턴 링(64)의 단일 외부 표면은 두 면 (64-1)과 (64-2)로 분리된다. 밧줄(01)은 캡스턴 링(64)의 외주면에 구성된 제1면(64-1) 주위에 몇회 권취된 다음 아이들러 풀리(20)를 통과하고, 다음, 밧줄(01)은 캡스턴 링(64)의 외주면에 구성된 제2면(64-2)을 통과한다. 밧줄이 시스템(400) 안에서 빙 돌아가는 동안 아이들러 풀리(20)는 밧줄(01)의 인장력과 마찰의 힘에 의해 자유롭게 회전한다. 캡스턴 링(64)의 외주면에 구성된 면 (64-1)과 (64-2)은 밧줄(01)의 겹침이 없도록 한다. 아이들러 풀리(20)는 캡스턴 링(64)의 외주면에 구성된 밧줄(01)과 제1면(64-1), 제2면(64-2)사이의 접촉 각이 최대로 될 수 있게 배치된다. 단일 캡스턴 링(64)을 도시한 바와 같이 두 면으로 분리하는 방식으로 시스템(400)은 낮은 마찰 계수를 가지는 UHMWPE 로프에 필요되는 적합한 권취 횟수 사용을 허용한다.
큰 아이들러 풀리(20)는 1 내지 3회 권취되며 밧줄(01)을 주 캡스턴 링(64) 상의 다음 캡스턴 표면으로 아래로 이송한다. 설명을 위해, 시스템(400)은 밧줄(01)이 통과하는 일렬로 놓인 3개의 캡스턴을 포함하는 것으로 고려해 볼 수 있다. 제1 캡스턴(64-1)은 3 내지 4회 권취에서 밧줄(01)의 대부분의 장력을 끌어낸다. 제2 캡스턴(20)은 약 3회 더 권취되는 과정에서 자유 회전하게 되므로 거의 영에 가까운 장력을 끌어낸다. 제3 캡스턴(64-2)은 마지막 3 내지 4회 권취에서 남아있는 장력을 끌어 낸다. 마지막으로 밧줄은 후방 장력 장치(60)와 저장 로프 탱크 또는 저장 스풀로 간다.
본 실시예의 다른 양태에 따라, 장치(400)는 각각 분리된 세트의 모터 발전기를 가진 2 내지 3개의 분리된 캡스턴을 사용한다. 도 6과 도 7에서 도시된 시스템(400)에서는 단 한 개 세트의 모터 발전기(54)가 필요되며, 캡스턴의 표면 상에 구성된 면(64-1)과 면(64-2)은 동일한 외부 캡스턴 링(64)의 부분인 것으로 하여 동일한 속도로 힘을 끌어낸다. 2개이상의 분리된 캡스턴에서, 제1 캡스턴은 제2 캡스턴에 비해 보다 높은 비율의 전력을 발생시키며, 장력의 대부분을 이용하게 된다. 이로 하여 매 캡스턴 바퀴의 서로 다른 전압을 처리할 수 있는 변환기 두 세트가 필요하게 된다. 또한 도 6과 도 7에 도시된 시스템(400)은 밧줄(01)의 꺾임 횟수를 감소시킨다. 시스템(400)에서는 오직 6개의 꺾임 (B1 - B6)을 나타내지만 시스템(200)의 홈이 있는 다중-캡스턴 롤러에서는 40 내지 80개의 꺾임을 나타낸다. 또한 캡스턴 롤러의 직경은 매우 크며 이는 밧줄의 수명을 늘이고 따라서 ROI를 증가시킨다. 비록 시스템(400)은, 본 실시예의 다른 양태에 따라 2개의 캡스턴 면(64-1)과 (64-2), 그리고 한개의 아이들러 풀리(20)를 포함하는 것으로 도시되었지만, 시스템은 3 내지 5개의 캡스턴 면(매 면에 1 내지 4회 권취된)을 가진 단일 캡스턴 링과 동일한 아이들러 풀리 상에 2 내지 3개의 아이들러 풀리 면을 포함하도록 구성되었다. 모터 발전기에 전원이 차단되거나 또는 추가적인 유지/제동력이 필요되는 시스템의 일부 시점에서는, 비상 정황에서 캡스턴을 고정하기 위한 브레이크가 필요된다.
UHMWPE 로프의 마찰계수는 전형적으로 0.9 내지 1.2사이이다. 로프는 매우 미끄럽기 때문에 캡스턴에 12 내지 15회 권취되어야 한다. 따라서, 두 캡스턴 면과 하나의 아이들러 풀리가 가장 실용적인 실시예로 된다. 두개의 아이들러 풀리를 가지는 단일한 캡스턴 링 상에 3 캡스턴 면과, 매 면이 4 내지 5회의 권취 횟수를 가지는 따라서 캡스턴 링 상에 총 12 내지 15회 권취되는 시스템이 보다 바람직하다. 본 실시예의 다른 양태에 따라, 시스템은 3개의 아이들러 풀리를 가진 4 캡스턴 면, 지어 4개의 아이들러 풀리를 가진 5 캡스턴 면을 포함할 수 있다.
도 8은 도 1c에 도시된 카이트 트랙커(10)를 대신하는 본 발명에 따르는 스내치 블록 형태의 밧줄 취급 장치를 도시한다. 이는 전력 시스템에 있어서, 밧줄(01)에 작용하는 힘의 방향을 변화시키기 위한 효과적인 방법이다. 로프 마모를 최소화하기 위해 가장 큰 직경의 활차 바퀴가 마모 감소를 위해 필요된다.
여기서는 실지 필요한 크기를 가지지 못하고 큰 반경의 활차 바퀴의 일반적인 효과를 주기 위해 복수 개의 롤러(72)가 사용된다. 롤러(72)의 사용 외에도, 도 1e에서 도시된 바와 같이 벨트와 롤러 시스템의 사용으로도 동일한 효과를 달성할 수 있다. 이 구조의 장점은 우선 보다 작은 부품들에서 곡선의 전반적인 반경이 단일 활차 바퀴나 바퀴(70)에서 필요한 크기보다 매우 크게 구성된다는 것이다. 둘째로 다중-롤러(또는 단일 롤러) 스내치 블록이 밧줄이 전력 시스템 둘레로 임의의 방위각 또는 방향 360°에서 올 수 있게 한다는 것이다. 그러나 모든 장력은 스내치 블록 밧줄을 통해 지면에 고정되어야 한다. 이는 지면에 스내치 블록의 위치에 따라 앵커에 의해 저항을 받는 일부 수평 및 수직 운동 힘이 존재하는 것으로 하여 다소 동적인 거대한 앵커(62)를 필요로 한다. 카이트 트랙커(10)에서는 대부분의 힘이 그곳에서 빠져나오려고 하기보다는 지면으로 압착되기 때문에 카이트 트랙커(10) 구조는 보다 간단하다. 스내치 블록(70)에서 로프가 《전력 추출기》 또는 아이들러 풀리로 빠져나가는 동안 로프의 위치 상에는 수평 및 수직 운동이 있게 된다. 이 약간의 위치 변화는 라인을 정확하게 캡스턴의 적합한 경로에 안내하는 추가적인 풀리 또는 활차바퀴에 의해 수정되어야 한다. 카이트 트랙커(10)로부터 아이들러 풀리(20)로 가는 라인은 항상 카이트 트랙커(10)의 정확한 중심(피봇의 중심)에 놓이므로 카이트 트랙커(10)는 보다 바람직한 방식으로 이 작업을 수행한다. 장력이 없는 느슨한 상태에서 스내치 블록(70)은 다른 지지 수단이 제공되지 않는 한 자체로 지지될 수 없다.
여기서 설명되는 매 실시예들은 시스템의 필요/요구와 매 실시예들의 장점에 따라 산업적으로 적용될 수 있다.
비록 본 명세서의 상기 제공된 설명에서는 설명을 쉽게 하기 위해 풍력 시스템을 언급하였지만, 이는 본 발명을 풍력 시스템에서의 사용에만 한정하지 않는다. 본 발명은 수력 시스템에서도 동일하게 적용 가능하다. 또한 본 명세서의 상기 설명된 전력 시스템은 캡스턴(들)을 포함한 실시예들과 거기에 설명된 캡스턴(들)의 실시예들에 한정되지 않는다.
전력 시스템의 다양한 실시예들은 또한 여기서 상기 서술되거나 첨부된 도면에서 도시된 부품들에 한정되지 않는다. 일반적으로, 본 발명에 따르는 전력 시스템은 또한 전력 시스템으로서의 기능을 완전히 수행하기 위해 이하의 부품/ 서브 시스템을 포함한다.
상기 장력 장치와 관련한 파라미터들을 측정 및 제어하기 위한 기구류 및 감지 장치를 포함하는 측정 및 제어 시스템;
상기 장력 장치와 협력하도록 된 조종 및 정렬 제어 시스템; 및
이물질, 장기간 사용으로 인한 마모, 기후 조건과 관련된 문제점들을 방지하기 위해 적용된 안전 관리 시스템
기술적인 진보와 경제적 효과성
본 발명에 의해 제공되는 기술적인 진보는:
풍력 / 수력 시스템에서 사용되는 밧줄을 효과적으로 취급하기 위한 지면 기반 전력 시스템;
풍력 / 수력 시스템에서 사용되는 밧줄의 마모를 감소시키는 지면 기반 전력 시스템;
풍력 / 수력 시스템에서 이용되는 밧줄의 인장력과 모션을 효과적으로 이용하기 위한 지면 기반 전력 시스템;
풍력 / 수력 시스템에서 이용되는 밧줄의 인장력과 모션을 이용하여 그것을 다른 사용 가능한 형태의 전력으로 비용효과적으로 전환하기 위한 지면 기반 전력 시스템;
신뢰성 있는 지면 기반 전력 시스템;
가동 중에도 수리될 수 있는 지면 기반 전력 시스템;
구조상 견고한 지면 기반 전력 시스템; 및
유지 보수하기가 쉬운 지면 기반 전력 시스템의 실현을 포함한다.
특정 실시예들에 대한 상기 설명에서는 실시예들의 일반적인 특성들이 완전히 개시되었으며 따라서 다른 사람들이 현존 기술을 적용하여 일반적인 개념에서 벗어나지 않고 이와 같은 특정 실시예들을 다양한 응용들을 위해 쉽게 수정 및/또는 적용할 수 있을 것이며 따라서 이와 같은 응용들과 수정은 개시된 실시예들과 동일한 의미와 범위내에 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 여기서 사용된 표현이나 용어들은 설명을 목적으로 하며 한정을 목적으로 하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 여기서 실시예들은 바람직한 실시예의 관점에서 설명되었지만, 당업계의 숙련자들은 실시예들이 여기서 설명된 실시예들의 정신과 범위 내에서 변형되어 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
여기서 사용된 용어들은 오직 특정한 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것이며 한정을 목적으로 하지 않는다. 여기서 사용된 바와 같이, 단수 형태 《하나의》, 《그》는 다른 명확한 설명이 없는 한 복수 개의 의미도 함께 포함할 수 있다. 《포함한다》, 《포함하는》, 《구비하는》, 《가지는》이라는 용어들은 포함한다는 의미를 가지고 있으며 따라서 지적된 성능, 완전체, 단계, 동작, 요소, 및/또는 부품들의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 성능, 완전체, 단계, 동작, 요소, 부품, 및/또는 이들의 군의 존재 또는 추가를 제외한다는 것은 아니다. 여기서 서술된 방법 단계, 공정, 동작들은 특별히 실행 순서가 규정되지 않는 한 서술된 또는 도시된 특정한 순서로 반드시 실행될 것을 필요로 하지 않는다. 또한 추가적인 또는 대안적인 단계들도 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 《상의》, 《맞물린》, 《연결된》 또는 《결합된》으로 언급되는 경우, 다른 요소 또는 층에 직접적으로 상에 놓이거나, 맞물리거나, 연결되거나 또는 결합될 수 있으며 또는 사이에 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 반대로, 요소가 다른 요소나 층에 《직접적으로 상에 놓인》, 《직접적으로 맞물린》, 《직접적으로 연결된》, 《직접적으로 결합된》으로 언급되는 경우에는 사이에 요소나 층이 존재하지 않는다. 요소들사이의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들도 (예를 들어 《사이에》 대 《직접적으로 사이에》, 《인접한》 대 《직접적으로 인접한》 등) 상기와 같은 방식으로 해석되어야 한다. 여기서 사용된 《및/또는》이라는 용어는 하나 이상의 기재된 관련 항목들의 임의의 그리고 모든 배합을 포함한다.
비록 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 여기서 다양한 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 구역을 설명하기 위해 사용되였지만, 이들 요소, 부품, 영역, 층 및/또는 구역은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지 않는다. 이들 용어는 오직 한 요소, 부품, 영역, 층, 또는 구역을 다른 영역, 층 또는 구역과 구별하기 위해 사용되었다. 여기서 사용된 《제1》, 《제2》 그리고 다른 수자 용어들을 비롯한 용어들은 문맥에서 명확하게 밝히지 않는 한 순서 또는 차례를 나타내지 않는다. 따라서 다음의 서술된 제1 요소, 부품, 영역, 층 도는 구역은 예시적인 실시예의 설명의 범위를 벗어나지 않으면서 제2 요소, 부품, 영역, 층 또는 구역으로 표현될 수 있다.
《적어도》 또는 《적어도 하나의》라는 표현은 발명의 실시예에서 하나이상의 바람직한 목적 또는 결과를 달성하기 위해 이용되는 하나 이상의 요소 또는 재료 또는 양의 사용을 의미한다.
다양한 물리적 파라미터, 치수 또는 양을 나타내는 수자 값은 오직 개략적인 값을 나타내며 명세서에서 반대되는 설명이 없는 이상 파라미터, 치수 또는 양에 할당된 값보다 높은/낮은 값들도 본 발명의 범위내에 있는 것으로 예상되어야 한다.
삭제

Claims (18)

  1. 제1 단부와 제2 단부를 가지는 밧줄로서, 상기 제1 단부에서 상기 밧줄은 상기 밧줄의 인장력을 조절하도록 구성된 장력 장치에 연결되어 있고, 상기 제2 단부에서 상기 밧줄은 저장 수단에 연결되어 있는, 밧줄;
    미리 결정된 형태로 배열된 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러 및 제1 결합 수단에 의해 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러에 의해 구동되는 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러를 포함하는 장력 이용 장치로서, 상기 밧줄 및 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러 사이에 접촉이 존재하도록 상기 밧줄이 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러의 둘레의 적어도 일부분과 팽팽하게 접해 있고, 회전 에너지를 발생시키기 위해 상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러 및 상기 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러가 맞물리는, 장력 이용 장치;
    상기 장력 이용 장치로부터 상기 밧줄을 수용하거나 상기 장력 이용 장치로 상기 밧줄을 안내하도록 구성된 적어도 하나의 보조 인장 장치로서, 상기 보조 인장 장치는 아이들러 풀리이고, 상기 밧줄이 상기 제1 캡스턴 롤러에 감긴 후 상기 아이들러 풀리를 통과하고 나서 상기 제2 캡스턴 롤러에 감기도록 구성되고, 상기 아이들러 풀리가 상기 밧줄 및 상기 제1 캡스턴 롤러의 표면 사이의 접촉각이 최대가 되도록 위치되는, 보조 인장 장치; 및
    회전 에너지를 전달 가능한 형태, 저장 형태 및 소산 형태 중 적어도 하나의 형태의 에너지로 전환하기 위해 상기 적어도 하나의 제2 캡스턴 롤러와 기능상 상호 협력하는 적어도 하나의 변환기;
    를 포함하는 전력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 결합 수단은 마찰 접촉 및 연결 장치로 구성되는 군으로부터 선택되고, 상기 연결 장치는 기어, 체인, 로프 및 벨트-풀리 장치 중 적어도 하나인 전력 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 장력 장치 및 상기 장력 이용 장치 사이에 배치된 밧줄 조종 장치를 더 포함하고, 상기 밧줄 조종 장치는 상기 밧줄의 비틀림 없는 조종 및 자유로운 움직임을 용이하게 하도록 구성된 시브(sheave), 스내치 블록 및 회전 가능한 턴테이블 중 적어도 하나에 구성된 전력 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 보조 인장 장치를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 보조 인장 장치는 (i) 상기 장력 장치 및 상기 장력 이용 장치 사이의 위치, (ii) 상기 장력 이용 장치 및 상기 저장 수단 사이의 위치 및 (iii) 상기 장력 이용 장치의 어느 하나의 일 측 상의 위치로 구성된 군으로부터 선택된 위치에 배치되는 전력 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장력 장치와 관련한 파라미터들을 측정 및 제어하기 위한 기구류 및 감지 장치들을 포함하는 측정 및 제어 시스템;
    상기 장력 장치와 협력하도록 구성된 조종 및 정렬 제어 시스템; 및
    이물질, 장기간 사용으로 인한 마모, 기후 조건과 관련된 문제점들을 방지하도록 구성된 안전 관리 시스템;
    으로 구성된 군으로부터 선택된 서브 시스템들 중 적어도 하나를 더 포함하는 전력 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장력 장치는 풍력 시스템, 수력 시스템 및 밧줄 차량 제어 시스템 중 적어도 하나와 관련되는 전력 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저장 수단은 밧줄을 저장하도록 구성되고, 상기 밧줄의 원활한 감아 올림 및 풀어냄을 용이하게 하도록 구성된 전력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 장력 이용 장치는 지면에 고정되는 전력 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 장력 이용 장치는 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들을 포함하고, 상기 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들은 기어, 체인, 로프, 벨트-풀리 장치로 구성된 군으로부터 선택된 제2 결합 수단에 의해 서로 결합되는 전력 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 형태는 상기 밧줄의 인장력 및 상기 장력 이용 장치의 압축 하중에 견디도록 구성된 받침대 상에 구현되는 전력 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 형태는 철근 콘크리트 코어, 복합 재료 코어 및 스틸 코어 중 적어도 하나인 받침대 상에서 구현되는 전력 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 형태는 곡선 프로파일이고, 상기 장력 이용 장치는 상기 장력 이용 장치의 외주를 따라 배치된 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들을 포함하는 전력 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 형태는 다각형이고, 상기 장력 이용 장치는 적어도 상기 다각형의 정점들에 배치된 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들을 포함하는 전력 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 미리 결정된 형태는 다각형이고, 상기 장력 이용 장치는 적어도 상기 다각형의 정점들에 배치된 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들을 포함하고, 상기 밧줄 및 상기 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들 중 적어도 일부 사이의 접촉각은 45도 및 90도 중 적어도 하나인 전력 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 캡스턴 롤러는 상기 제1 캡스턴 롤러의 위에 구성된 적어도 하나의 홈을 구비하고, 상기 적어도 하나의 홈의 각각은 상기 홈의 안에 상기 밧줄의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 전력 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 장력 이용 장치는 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들을 포함하고, 상기 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들은 복수 개의 제1 캡스턴 롤러들의 축들이 서로에 대해 미리 결정된 각도를 이루도록 배치되는 전력 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 변환기는 모터 발전기, 선형 모터 발전기, 유압 모터, 압축기 및 펌프로 구성된 에너지 전환 수단의 군으로부터 선택되는 전력 시스템.
KR1020147019076A 2011-12-14 2012-12-11 전력 시스템 KR102013472B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161630641P 2011-12-14 2011-12-14
US61/630,641 2011-12-14
US13/709,201 US8791585B2 (en) 2011-12-14 2012-12-10 Power systems
US13/709,201 2012-12-10
PCT/US2012/068877 WO2013090230A1 (en) 2011-12-14 2012-12-11 Power systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140123045A KR20140123045A (ko) 2014-10-21
KR102013472B1 true KR102013472B1 (ko) 2019-10-21

Family

ID=48609365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147019076A KR102013472B1 (ko) 2011-12-14 2012-12-11 전력 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8791585B2 (ko)
JP (1) JP6184420B2 (ko)
KR (1) KR102013472B1 (ko)
CN (1) CN104023803B (ko)
WO (1) WO2013090230A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8894001B2 (en) 2009-06-03 2014-11-25 Grant Calverley Gyroglider power-generation, control apparatus and method
US9046072B2 (en) * 2010-08-05 2015-06-02 Crosswind Power Systems Inc. Method and system for harnessing wind energy using a tethered airfoil
NL2010370C2 (en) 2012-02-29 2015-02-04 Gregory Howard Hastings Tethered gyroglider control systems.
SG194257A1 (en) * 2012-04-26 2013-11-29 Yik Hei Sia Power generating windbags and water-bags
US9884692B2 (en) 2014-06-30 2018-02-06 X Development Llc Systems and methods for controlling rotation and twist of a tether
JP7269650B2 (ja) 2017-05-23 2023-05-09 ニュー リーフ マネジメント リミテッド 係留された翼を使用して風力エネルギーを利用する方法およびシステム
KR102071434B1 (ko) * 2018-06-21 2020-01-30 주식회사 나스켐 휴대용 자가발전 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871819B1 (ko) * 2004-05-04 2008-12-03 오로나, 에스. 쿱. 플로어들 사이에 배치된 엘리베이터를 승강시키기 위한비상장치
US20100230968A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Dimitri Chernyshov Tethered glider system for power generation
KR100991370B1 (ko) * 2009-11-24 2010-11-02 김변수 유체의 운동 에너지를 회전운동 에너지로 변환하는 장치

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3053481A (en) 1957-08-29 1962-09-11 Wyatt Theodore Tether station
US3847378A (en) 1973-07-27 1974-11-12 L Roemer Power capstan for anchor rope and the like
US4012674A (en) * 1975-04-07 1977-03-15 Computer Peripherals, Inc. Dual motor web material transport system
US4015799A (en) * 1975-11-14 1977-04-05 International Business Machines Corporation Adaptive reel-to-reel tape control system
US4094478A (en) * 1975-11-28 1978-06-13 Honeywell Inc. Dual motor tape recorder system
US4079828A (en) * 1976-08-24 1978-03-21 Teletype Corporation Apparatus for controlling the bi-directional transport of a flexible web
US4124182A (en) * 1977-11-14 1978-11-07 Arnold Loeb Wind driven energy system
US4543002A (en) * 1983-06-16 1985-09-24 Genicom Corporation Multicolor printing
US4752842A (en) * 1984-01-25 1988-06-21 Sony Corporation Tape driving system for a magnetic transfer apparatus
KR880001911A (ko) * 1986-07-07 1988-04-27 심현진 파력발전방법 및 그 장치
GB2192671B (en) * 1986-07-07 1991-04-17 Hyun Jin Shim Device for generating electric power by use of wave force
GB8725619D0 (en) * 1987-11-02 1987-12-09 Roneo Alcatel Ltd Feed for thermal printing ribbon
US5012989A (en) * 1989-11-24 1991-05-07 Eastman Kodak Company Apparatus and method for tape velocity and tension control in a capstanless magnetic tape transport
US5281038A (en) * 1990-02-21 1994-01-25 Datacard Corporation, Inc. Apparatus and method for printing including a ribbon advancing slide mechanism
US5313343A (en) * 1990-06-28 1994-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Magnetic recording or reproducing apparatus
GB2251217B (en) * 1990-12-31 1994-10-05 Alcatel Business Systems Ink ribbon feed
DE69223108T2 (de) * 1991-09-10 1998-05-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Bandgeschwindigkeitssteuerungsgerät
JPH0660491A (ja) * 1992-08-06 1994-03-04 Canon Inc テープ走行系制御装置
US5372439A (en) * 1992-12-18 1994-12-13 Zebra Technologies Corporation Thermal transfer printer with controlled ribbon feed
DE4243329A1 (de) * 1992-12-22 1994-06-23 Thomson Brandt Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Bandgeschwindigkeit
JPH0737295A (ja) * 1993-07-21 1995-02-07 Sony Corp 磁気記録装置のテープ張力検出手段の異常検出装置
EP0765521A1 (en) * 1994-06-15 1997-04-02 Imation Corp. Motor control of tape tension in a belt cartridge
GB2302523B (en) * 1995-04-12 1998-03-25 Prestek Ltd Method of printing
JPH09201006A (ja) * 1996-01-17 1997-07-31 Koei Tsusho Kk 錘式発電装置
GB9606647D0 (en) * 1996-03-29 1996-06-05 Prestek Ltd Method of printing
US5647679A (en) * 1996-04-01 1997-07-15 Itw Limited Printer for printing on a continuous print medium
GB2328181B (en) * 1997-08-16 1999-11-03 Willett Int Ltd Pivotable beam mechanism for ink ribbon feeding
US5820280A (en) * 1997-08-28 1998-10-13 Intermec Corporation Printer with variable torque distribution
US5906444A (en) * 1998-01-16 1999-05-25 Illinois Tool Works Inc. Bi-directional thermal printer and method therefor
JP3966622B2 (ja) * 1998-07-07 2007-08-29 本田技研工業株式会社 ケーブル式ステアリング装置における操舵角検出装置
US6082914A (en) * 1999-05-27 2000-07-04 Printronix, Inc. Thermal printer and drive system for controlling print ribbon velocity and tension
US6315471B1 (en) * 1999-08-21 2001-11-13 Industrial Technology Research Institute Apparatus for controlling ribbon tension in a thermal printer
US6307583B1 (en) * 1999-09-01 2001-10-23 Illinois Tool Works Inc. Thermal printer with reversible ribbon and method therefor
US6305629B1 (en) * 2000-05-12 2001-10-23 International Business Machines Corporation Servo error detection of bi-directional reel-to-reel tape drives using fine line tachometers
US6523781B2 (en) * 2000-08-30 2003-02-25 Gary Dean Ragner Axial-mode linear wind-turbine
DE60129718T2 (de) * 2000-09-11 2008-04-30 Zipher Ltd. Bandlaufwerk und druckvorrichtung
US6817560B2 (en) * 2002-09-04 2004-11-16 International Business Machines Corporation Combined tension control for tape
US7275719B2 (en) 2005-11-28 2007-10-02 Olson Gaylord G Wind drive apparatus for an aerial wind power generation system
US20070120005A1 (en) * 2005-11-28 2007-05-31 Olson Gaylord G Aerial wind power generation system
CN101182910A (zh) * 2007-09-21 2008-05-21 缪江红 薄膜太阳电池应用在风筝制作上的照明装置
US8894001B2 (en) * 2009-06-03 2014-11-25 Grant Calverley Gyroglider power-generation, control apparatus and method
US20100308174A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Grant Calverley Rotocraft power-generation, control apparatus and method
CN101949365B (zh) * 2010-10-10 2014-07-09 周振文 风筝发电机组

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871819B1 (ko) * 2004-05-04 2008-12-03 오로나, 에스. 쿱. 플로어들 사이에 배치된 엘리베이터를 승강시키기 위한비상장치
US20100230968A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Dimitri Chernyshov Tethered glider system for power generation
KR100991370B1 (ko) * 2009-11-24 2010-11-02 김변수 유체의 운동 에너지를 회전운동 에너지로 변환하는 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN104023803B (zh) 2016-11-02
US20130154275A1 (en) 2013-06-20
JP2015503320A (ja) 2015-01-29
WO2013090230A1 (en) 2013-06-20
CN104023803A (zh) 2014-09-03
JP6184420B2 (ja) 2017-08-23
KR20140123045A (ko) 2014-10-21
US8791585B2 (en) 2014-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102013472B1 (ko) 전력 시스템
TWI709686B (zh) 包含線材的波浪能發電裝置
CA2983451C (en) Systems and methods for tidal energy conversion and electrical power generation
CN201606184U (zh) 利用海浪发电的发电单元
US9885336B2 (en) Wave power generation system
CN109488517B (zh) 浮体绳轮波浪能采集系统
CN105375403B (zh) 用于海底电缆敷设的电缆主动收卷输送装置
US20220128033A1 (en) Shallow draft, wide-base floating wind turbine without nacelle
KR20090005120A (ko) 조종 가능한 연을 포함하는 풍력 발전소
CN103038501A (zh) 用于控制将风能转换成电能或机械能的动力翼型的飞行的致动系统
US20140360176A1 (en) Wave-powered electricity generator
CN103459299A (zh) 张紧设备
CN101636583B (zh) 顺风发电设备，以及用于操作顺风发电设备的方法
US20140363287A1 (en) Method and apparatus for wind and water power conversion
CN102795566A (zh) 一种绞车排绳装置
CN114476994B (zh) 一种新型海上自主收放绞车系统
CN209959391U (zh) 一种波浪发电机构及发电装置
CN203978703U (zh) 一种储能与均匀释能海浪发电系统
CN102654102A (zh) 自控风筝组发电机
CN219492476U (zh) 一种漂浮式风机基础装置及风电机组
CN201842586U (zh) 摩擦式起升装置
WO2020139150A1 (ru) Устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию
CN101723069A (zh) 一种用于水下收放络车的压紧装置
CN116104709A (zh) 一种漂浮式风机基础装置及风电机组
DE102019008505A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Umwandlung von Wellenkraft in Elektrizität

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right