KR102142166B1 - 해양 열에너지 변환 발전소 - Google Patents

Abstract

해양 발전 구조물은, 일체형 다단 증발기 시스템을 포함하는 제1 데크부, 일체형 다단 응축 시스템을 포함하는 제2 데크부, 발전 장비를 수용하는 제3 데크부, 냉수 파이프를 구비하는 잠수 부분; 및 냉수 파이프 연결부를 포함한다.

Description

해양 열에너지 변환 발전소 {OCEAN THERMAL ENERGY CONVERSION POWER PLANT}

본 발명은 해양 열에너지 변환 발전소(ocean thermal energy conversion power plant)에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 부유식의, 최소 출렁거림 플랫폼(heave platform)의, 다단 열 엔진(multi-stage heat engine)의, 해양 열에너지 변환 발전소에 관한 것이다.

전세계에 걸친 에너지 소비 및 수요는 기하급수적으로 증가하고 있다. 이 수요는 특히 아시아 및 라틴아메리카의 개발도상국들에서 계속 상승하는 것으로 예상된다. 동시에, 전통적인 에너지원, 즉 화석 연료는 빠른 속도로 고갈되고 있고, 화석 연료 개발 비용이 계속 상승하고 있다. 환경 및 규제 문제가 이러한 문제점을 악화시키고 있다.

태양열 관련 재생 가능 에너지는, 에너지에 대한 증가하는 수요에 대한 해결책의 부분을 제공할 수도 있는 하나의 대안적인 에너지원이다. 태양열 관련 재생 가능 에너지는, 화석 연료, 우라늄 또는 심지어 열적 "그린(green)" 에너지와는 달리, 그 사용과 연계된 기후적 위험(climatic risk)이 거의 없거나 전혀 없기 때문에, 매력적이다. 게다가, 태양열 관련 에너지는 무료이고 광대하게 풍부하다.

해양 열에너지 변환(Ocean Thermal Energy Conversion: "OTEC")은, 해양의 열대 지역에서 열로서 저장된 태양열 에너지를 사용하여 재생 가능 에너지를 생산하는 방식이다. 전세계에 걸친 열대 해양 및 바다는 고유의 재생 가능 에너지 자원을 제공한다. 복수의열대 영역(대략 북위 20°와 남위 20° 사이)에서, 해수면의 온도는 거의 일정하게 유지된다. 대략 100 ft의 깊이까지, 해수의 평균 수면 온도는 75℉ 내지 85℉ 이상의 사이에서 계절에 따라 변화한다. 동일 지역에서, 심해 해수(2500 ft 내지 4200 ft 이상)는 거의 일정한 40℉를 유지한다. 따라서, 열대 해양 구조물은, 35℉ 내지 45℉ 사이의 온수 저장조 및 냉수 저장조 사이의 온도차를 갖는, 수면의 대형 온수 저장조 및 깊은 곳의 대형 냉수 저장조를 제공한다. 이 온도차는, 작은 계절적 변화를 갖는 가운데, 주간 및 야간 전체에 걸쳐 상당히 일정하게 유지된다.

OTEC 프로세스는, 전기 에너지를 생산하도록 열 엔진을 구동하기 위해, 열대 해양 표층수와 열대 해양 심층수 사이의 온도차를 사용한다. OTEC 발전은, 생산된 에너지에 대한 낮은 내지 제로의 탄소 발자국(carbon footprint)을 갖는 가능한 재생 가능 에너지원으로서 1970년대 후반에 확인되었다. 그러나, OTEC 발전소는, 더 전통적인 고압, 고온 발전소에 비교하여, 낮은 열역학적 효율을 갖는다. 예를 들어, 80℉ 내지 85℉의 평균 해수면 온도 및 40℉의 일정한 해양 심층수 온도를 사용하는, OTEC 발전소의 최대 이상적 카르노 효율(Carnot efficiency)은 7.5 내지 8% 일 것이다. 실제 작동시에, OTEC 발전 시스템의 총 전력 효율은 카르노 한계의 약 절반, 또는 대략 3.5 내지 4.0%인 것으로 추산되어 왔다. 부가적으로, 1970년대 및 1980년대에 선도적인 연구원들에 의해 수행되었으며 그리고 『"해양으로부터의 재생 가능 에너지, OTEC로의 가이드(Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC)" 윌리엄 에이브리(William Avery) 및 치 우(Chih Wu), 옥스퍼드 대학교 출판사(Oxford University Press), 1994』(본 명세서에 참조로 통합됨)로 문서화된 분석은, 40℉의 온도차(ΔT)로 작동하는 OTEC 발전소에 의해 발전된 총 전력의 1/4 내지 절반(또는 그 이상) 사이의 전력이 물 펌프 및 작동 유체 펌프를 구동하기 위해 그리고 발전소의 다른 보조적 필요부에 전력을 공급하기 위해 요구될 것이라는 것을 지시하고 있다. 이에 기초하면, 해양 표층수에 저장된 열에너지를 순 전기 에너지(net electric energy)로 변환하는 OTEC 발전소의 낮은 전체 순 효율은, 상업적으로 실현 가능한 에너지 생산 옵션은 아니었다.

전체 열역학적 효율의 추가적인 감소를 야기하는 부가적인 인자는, 정밀한 주파수 조정(frequency regulation)을 위한 터빈에 대한 필요한 제어를 제공하는 것과 연계된 손실이다. 이는, 따뜻한 해수로부터 추출될 수 있는 일(work)을 제한하는, 터빈 사이클에서의 압력 손실을 도입한다.

고온 및 고압에서 작동하는 열 엔진에 전형적인 효율과 비교되는 이러한 낮은 OTEC 순 효율은, OTEC 전력이 더 전통적인 전력 생산의 방법과 경쟁하기에는 너무 고비용이라는, 에너지 계획자에 의한 널리 인정받는 가정을 유도하였다.

실제로, 기생(parasitic) 전력 요구는, 온수와 냉수 사이의 비교적 작은 온도차 때문에 OTEC 발전소에서 특히 중요하다. 따뜻한 해수와 작동 유체 사이, 그리고 차가운 해수와 작동 유체 사이의 최대 열전달을 달성하기 위해, 큰 열교환 표면적이, 높은 유체 속도와 함께, 요구된다. 이러한 인자들 중 임의의 하나를 증가시키는 것은, OTEC 발전소 상의 기생 부하를 상당히 증가시켜, 이에 의해 순 효율을 감소시킬 수 있다. 해수와 작동 유체 사이의 제한된 온도차에서의 에너지 전달을 최대화하는 효율적인 열전달 시스템은, OTEC 발전소의 상업적 실현 가능성을 증가시킬 것이다.

외관상으로 고유의 큰 기생 부하를 갖는 비교적 낮은 효율에 추가하여, OTEC 발전소의 작동 환경은, 그러한 작동의 상업적인 실현 가능성을 또한 감소시키는 설계 및 작동 과제를 제시한다. 전술된 바와 같이, OTEC 열 엔진을 위해 요구되는 온수는, 해양의 수면에서, 100 ft 이하의 깊이까지에서 발견된다. OTEC 엔진을 냉각하기 위한 냉수의 일정한 공급원은, 2700 ft 내지 4200 ft 이상의 깊이에서 발견된다. 그러한 깊이들은 통상적으로, 인구 밀집 지역 또는 심지어 대륙 근처에서는 발견되지 않는다. 해상 발전소가 요구된다.

발전소가 부유식이건 또는 수중 지형에 고정되건 간에, 2000 ft 이상의 긴 냉수 흡입 파이프(intake pipe)가 요구된다. 더욱이, 상업적으로 실현 가능한 OTEC 작동에서 요구되는 큰 체적의 물로 인해, 냉수 흡입 파이프는 대직경(통상적으로, 6 내지 35 피트 이상)을 요구한다. 해양 구조물로부터 대직경 파이프를 매다는 것은, 안정성, 연결 및 건조 과제를 제시하는 데, 이들 과제는 이전에 OTEC 비용을 상업적 실현 가능성을 초월하게 했던 것이다.

부가적으로, 동적 해양 환경에서 매달리는 상당한 길이 대 직경비를 갖는 파이프는, 파이프의 길이를 따라 온도차 및 변화하는 해류에 종속될 수 있다. 파이프를 따르는 굽힘 및 와류 흘림(vortex shedding)으로부터의 응력이 또한 과제를 제시한다. 파도 작용과 같은 수면 영향이 파이프와 부유 플랫폼 사이의 연결부에서 추가의 과제를 제시한다. 바람직한 성능, 연결 및 건조 고려 사항을 구비하는 냉수 파이프 흡입 시스템은, OTEC 발전소의 상업적 실현 가능성을 증가시킬 것이다.

OTEC 발전소와 연계된 환경적 문제들 또한, OTEC 작동에 장애가 되어 왔다. 전통적인 OTEC 시스템은, 깊은 해양으로부터 영양소가 풍부한 대량의 냉수를 흡인하고 이 물을 수면에서 또는 수면 부근에서 배출한다. 그러한 배출은, OTEC 발전소 부근의 해양 환경에 긍정적인 또는 부정적인 방식으로 영향을 미쳐, OTEC 배출에 의한 하향 흐름(down current)일 수도 있는 어군 및 암초 군집에 충격을 줄 수 있다.

본 발명의 양태들은, 해양 열에너지 변환 프로세스를 활용하는 발전소에 관한 것이다.

해양 OTEC 발전소는, 감소된 기생 부하를 갖는 개선된 전체 효율, 더 높은 안정성, 더 낮은 건조 및 작동 비용, 및 개선된 환경적 발자국을 갖는다. 다른 양태들은, 부유 구조물과 일체형인 대형의 물 도관을 포함한다. 다단 OTEC 열 엔진의 모듈화(modularity) 및 구획화(compartmentation)가, 건조 및 유지보수 비용을 감소시키고, 공공시설과 단절된(off-grid) 작동을 제한하고, 작동 성능을 향상시킨다. 또 다른 양태들은, 일체형 열 교환 격실(compartment)을 갖는 부유 플랫폼을 제공하고, 파도 작용에 기인하는 플랫폼의 최소 이동을 제공한다. 일체형 부유 플랫폼은 또한, 다단 열교환기를 통한 온수 또는 냉수의 효율적인 유동을 제공하여, 효율을 증가시키고 기생 전력 수요를 감소시킬 수도 있다. 설명된 시스템 및 방법의 양태들은, 적절한 깊이/온도 범위에서 온수 및 냉수를 배출함으로써 환경적으로 중립적인 열적 발자국(thermal footprint)을 촉진한다. 전기의 형태로 추출되는 에너지는, 해양에 대한 혼합 평균 온도(bulk temperature)를 감소시킨다.

설명된 시스템 및 방법의 또 다른 양태는, 해양 OTEC 시설과 함께하는 사용을 위한 냉수 파이프에 관한 것이고, 냉수 파이프는 치우친 통판형의(offset staved) 연속적인 파이프이다.

일 양태는, 외표면, 상단부 및 하단부를 구비하는 세장형 관형 구조물을 포함하는 파이프에 관한 것이다. 관형 구조물은 복수의 제1 및 제2 통판 세그먼트(staved segment)를 포함하고, 각각의 통판 세그먼트는 상부 부분 및 하부 부분을 갖고, 제2 통판 세그먼트의 상부 부분은 제1 통판 세그먼트의 상부 부분으로부터 치우치게 된다.

다른 양태가, 관형 구조물의 외표면 상에서 파이프 둘레에 적어도 부분적으로 감기게 되는 리본 또는 뱃전판(strake)을 포함하는 파이프에 관한 것이다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프의 상부 부분, 파이프의 중간 부분 또는 파이프의 하부 부분의 외표면 둘레에 원주방향으로 감기게 될 수 있다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프의 전체 길이 둘레에서 원주방향으로 감기게 될 수 있다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프의 외표면에 대해 실질적으로 평평하게 배치되도록 부착될 수 있다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프의 외표면으로부터 외향으로 돌출하도록 부착될 수 있다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프와 동일한 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 리본 또는 뱃전판은, 파이프의 외표면에 접착식으로 접합되거나, 파이프의 외표면에 기계적으로 접합될 수 있고, 또는 파이프의 외표면에 부착하기 위해 기계적 및 접착식 접합의 조합을 사용할 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태들은, 치우친 통판형 파이프에 관한 것이고, 여기서 각각의 통판 세그먼트는 인접한 통판 세그먼트와의 맞대응 맞물림(mating engagement)을 위한 제1 측부 상의 텅(tongue) 및 제2 측부 상의 그루브(groove)를 더 포함한다. 치우친 통판형 파이프는 하나의 통판의 제1 측부를 제2 통판의 제2 측부에 기계적으로 결합하기 위한 적극적인 잠금 시스템(positive locking system)을 포함할 수 있다. 통판들은 비스킷 연결구(biscuit joinery)를 사용하여 하나의 통판의 상부 부분으로부터 인접한 통판의 하부 부분으로 수직으로 연결될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 통판의 상부 부분 및 통판의 하부 부분은 연결 공동(void)을 각각 포함하여, 제1 통판의 상부 부분이 제2 통판의 하부 부분과 연결될 때, 연결 공동들이 정렬되도록 할 수 있다. 가요성 수지가 정렬된 연결 공동 내로 주입될 수 있다. 가요성 수지는, 임의의 연결된 표면들 내의 틈새들을 매우기 위해 사용될 수 있다. 설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 가요성 수지는 메타크릴레이트 접착제이다.

설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 개별적인 통판들은 임의의 길이일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각각의 통판 세그먼트는 통판의 하부 부분으로부터 상부 부분으로 측정될 때 20 피트 내지 90 피트 사이이다. 통판 세그먼트들은 표준 복합형(inter-modal) 컨테이너에 의해 운송되도록 치수 설정될 수 있다. 개별적인 통판 세그먼트는 10 인치 내지 80 인치 사이의 폭일 수 있다. 각각의 통판 세그먼트는 1 내지 24 인치 사이의 두께일 수 있다.

통판 세그먼트들은, 인발되고(pulltruded), 압출되고(extruded) 또는 성형될(molded) 수 있다. 통판 세그먼트들은, 폴리염화비닐(polyvinyl chloride: PVC), 염소화 폴리염화비닐(chlorinated polyvinyl chloride: CPVC), 섬유 보강 플라스틱(fiber reinforced plastic: FRP), 보강 폴리머 모르타르(reinforced polymer mortar: RPMP), 폴리프로필렌(polypropylene: PP), 폴리에틸렌(polyethylene: PE), 가교된 고밀도 폴리에틸렌(cross-linked high-density polyethylene: PEX), 폴리부틸렌(polybutylene: PB), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene: ABS); 폴리에스테르, 섬유 보강 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 보강 비닐 에스테르, 콘크리트, 세라믹, 또는 이들의 하나 이상의 복합재료를 포함할 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태에서, 통판 세그먼트가 적어도 하나의 내부 공동을 포함할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 공동은, 물, 폴리카보네이트 발포체, 또는 신택틱 폼(syntactic foam)으로 충전될 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 파이프는 OTEC 발전소용 냉수 흡입 파이프이다.

설명된 시스템 및 방법의 또 다른 양태가, 잠수 부분을 포함하는 해양 발전 구조물에 관련되며, 잠수 부분은, 열교환 부분; 발전 부분; 및 복수의 제1 및 제2 치우친 통판 세그먼트를 포함하는 냉수 파이프를 더 포함한다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 또 다른 양태가, OTEC 발전소에서의 사용을 위한 냉수 파이프를 형성하는 방법에 관련되며, 이 방법은, 복수의 제1 및 제2 통판 세그먼트를 형성하여

연속적인 세장형 튜브를 형성하기 위해 제2 통판 세그먼트가 제1 통판 세그먼트로부터 치우치게 되도록, 교호반복적인 제1 및 제2 통판 세그먼트를 연결되도록 복수의 제1 및 제2 통판 세그먼트를 형성하는 단계를 포함한다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태가, 제1 직경을 갖는 수직 파이프 수용 베이(bay)를 갖는 부유 구조물; 파이프 수용 베이의 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 파이프 수용 베이 내로의 삽입을 위한 수직 파이프; 부분적으로 구형 또는 아치형의 베어링 표면; 및 베어링 표면과 함께 작동 가능한 하나 이상의 이동가능한 멈춤쇠(detent), 피니언(pinion) 또는 러그(lug)를 포함하고, 멈춤쇠는 베어링 표면과 접촉할 때 제1 또는 제2 직경과는 상이한 직경을 한정하는 것인, 잠수형 수직 파이프 연결부에 관련된다.

설명된 시스템 및 방법의 부가적 양태가, 제1 직경을 갖는 수직 파이프 수용 베이를 갖는 부유 구조물을 제공하는 단계; 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 상단 부분을 갖는 수직 파이프를 제공하는 단계; 파이프 수용 베이 내로 수직 파이프의 상단 부분을 삽입하는 단계; 수직 파이프를 지지하기 위한 베어링 표면을 제공하는 단계; 하나 이상의 멈춤쇠가 제1 또는 제2 직경과는 상이한 직경을 갖도록 하나 이상의 멈춤쇠를 신장시키는 단계; 상기 하나 이상의 멈춤쇠를 부유 구조물에 수직 파이프를 매달기 위해 상기 베어링 표면과 접촉시키는 단계를 포함하는, 잠수형 수직 파이프를 부유 플랫폼에 연결하는 방법에 관련된다.

설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 하나 이상의 멈춤쇠는 수직 파이프와 일체형일 수 있다. 하나 이상의 멈춤쇠는 수용 베이와 일체형일 수 있다. 하나 이상의 멈춤쇠는, 제1 직경보다 작은 직경을 한정하는 제1 수축 위치(retracted position)를 포함한다. 하나 이상의 멈춤쇠는 제1 직경보다 큰 직경을 한정하는 신장 위치(extended position)를 포함한다. 베어링 표면은 파이프 수용 베이와 일체형이고 하나 이상의 멈춤쇠와 함께 작동 가능하다. 베어링 표면은 구형 베어링 표면을 포함할 수 있다. 하나 이상의 멈춤쇠는, 베어링 표면과 접촉하도록 구성되는 맞대응 표면(mating surface)을 더 포함한다. 하나 이상의 멈춤쇠는 구형 베어링 표면과 접촉하도록 구성되는 맞대응 표면을 더 포함한다. 구형 베어링 표면 및 맞대응 표면은, 수직 파이프와 부유 구조물 사이의 상대 운동을 가능하게 한다.

또 다른 양태에서, 하나 이상의 멈춤쇠는, 제2 직경보다 큰 직경을 한정하는 제1 수축 위치를 포함한다. 하나 이상의 멈춤쇠는, 제2 직경보다 작은 직경을 규정하는 신장 위치를 포함한다. 베어링 표면은 수직 파이프와 일체형이고 하나 이상의 멈춤쇠와 함께 작동 가능하다.

특징부들은 멈춤쇠를 신장 또는 수축하기 위한 구동기를 포함하고, 구동기는 유압 제어식 구동기, 공압 제어식 구동기, 기계 제어식 구동기, 전기 제어식 구동기, 또는 전자 기계 제어식 구동기이다.

다른 양태가, 제1 각진 파이프 맞대응 표면을 포함하는 파이프 수용 베이; 및 제2 각진 파이프 맞대응 표면을 포함하는 수직 파이프를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 각진 파이프 맞대응 표면은 파이프 수용 베이 내로의 수직 파이프의 삽입 도중에 수직 파이프를 협력적으로 안내하도록 구성된다.

또 다른 양태에서, 테이퍼형 하부 표면을 갖는 수용 베이 및 냉수 파이프 인양 칼라의 테이퍼형 칼라 표면과의 밀봉 가능한 맞물림을 위한 접촉 패드를 포함하는 정적 인터페이스가, 냉수 파이프와 스파(spar)의 하부 부분 사이에 제공된다.

냉수 파이프를 스파의 하부 부분에 연결하는 예시적인 방법에서, 방법은, 테이퍼형 연결 표면을 갖는 인양 칼라(lifting collar)를 포함하는 냉수 파이프의 상부 부분에 인양 및 유지 케이블을 연결하는 단계; 인양 및 유지 케이블을 사용하여, 냉수 파이프 상부 부분을 수용하기 위한 테이퍼형 표면 및 접촉 패드를 포함하는 스파 수용 베이 내로 냉수 파이프를 견인하는 단계; 냉수 파이프의 테이퍼형 연결 표면이 수용 베이의 접촉 패드와의 밀봉 가능한 접촉을 이루도록 야기하는 단계; 및 연결 표면과 접촉 패드 사이에 밀봉 가능한 접촉을 유지하기 위해 인양 케이블을 기계적으로 고정하는 단계를 포함하는 단계들을 제공한다.

또 다른 양태에서, 냉수 파이프가, 스파의 하부 부분으로의 정적 연결을 위해 제공되고, 냉수 파이프는 제1 종방향 부분 및 제2 종방향 부분을 포함하며, 제1 종방향 부분은 스파의 하부 부분에 연결되며 그리고 제2 종방향 부분은 제1 종방향 부분보다 더 가요성이다. 몇몇 양태에서, 제2 종방향 부분보다 덜 가요성인 제3 종방향 부분이 냉수 파이프 내에 포함될 수 있다. 제3 종방향 부분은 제1 종방향 부분보다 더 가요성일 수 있다. 제3 종방향 부분은 냉수 파이프의 길이의 50% 이상을 포함할 수 있다. 제1 종방향 부분은 냉수 파이프의 길이의 10% 이하를 포함할 수 있다. 제2 종방향 부분은 냉수 파이프의 길이의 1% 내지 30% 사이를 포함할 수 있다. 제2 종방향 부분은, 0.5°내지 30°사이의 냉수 파이프의 제3 종방향 부분의 편향을 허용할 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태가, 최적화된 다단 열교환 시스템을 갖는 부유식의 최소 출렁거림 OTEC 발전소에 관련되며, 온수 및 냉수 공급 도관들 및 열교환기 캐비넷들은 발전소의 부유식 플랫폼 또는 구조물 내에 구조적으로 통합된다.

또 다른 양태가, 부유식 해양 열에너지 변환 발전소를 포함한다. 스파 또는 수정된 반잠수형 해양 구조물과 같은 최소 출렁거림 구조물이, 구조적으로 일체형인 따뜻한 해수 통로, 다단 열교환 표면, 및 작동 유체 통로를 갖는 제1 데크부를 포함할 수도 있고, 제1 데크부는 작동 유체의 증발을 제공한다. 구조적으로 일체형인 차가운 해수 통로, 다단 열교환 표면, 및 작동 유체 통로를 갖는 제2 데크부가 또한 제공되고, 여기서 제2 데크부는 증기로부터 액체로의 작동 유체를 응축을 위한 응축 시스템을 제공한다. 제1 및 제2 데크부의 작동 유체 통로들은, 발전을 위한 하나 이상의 증기 터빈 구동 전기 발전기를 포함하는 제3 데크부와 연통 상태에 놓인다.

일 양태에서, 잠수 부분을 포함하는 해양 발전 구조물이 제공된다. 잠수 부분은, 일체형 다단 증발기 시스템을 포함하는 제1 데크부; 일체형 다단 응축 시스템을 포함하는 제2 데크부; 발전 및 변환 장비를 수용하는 제3 데크부; 냉수 파이프 및 냉수 파이프 연결부를 더 포함한다.

다른 양태에서, 제1 데크부는, 고 체적 온수 도관을 형성하는 제1 단 온수 구조 통로를 더 포함한다. 제1 데크부는 또한, 작동 유체를 증기로 데우기 위해 제1 단 온수 구조 통로와 협력적으로 배열되는 제1 단 작동 유체 통로를 포함한다. 제1 데크부는, 제2 단 온수 구조 통로에 직접 결합되는 제1 단 온수 배출부를 또한 포함한다. 제2 단 온수 구조 통로는 고 체적 온수 도관을 형성하고, 제1 단 온수 배출부에 결합되는 제2 단 온수 흡입부를 포함한다. 제2 단 온수 흡입부에 대한 제1 단 온수 배출부의 배열은, 제1 단과 제2 단 사이에서의 온수 유동에 최소 압력 손실을 제공한다. 제1 데크부는 또한, 작동 유체를 증기로 데우기 위해 제2 단 온수 구조 통로와 협력적으로 배열되는 제2 단 작동 유체 통로를 포함한다. 제1 데크부는 또한 제2 단 온수 배출부를 포함한다.

다른 양태에서, 잠수 부분은, 고 체적 냉수 도관을 형성하는 제1 단 냉수 구조 통로를 포함하는 제2 데크부를 더 포함한다. 제1 단 냉수 구조 통로는 제1 단 냉수 흡입부를 더 포함한다. 제2 데크부는, 제1 데크부의 제1 단 작동 유체 통로와 연통하는, 제1 단 작동 유체 통로를 또한 포함한다. 제2 데크부의 제1 단 작동 유체 통로는, 제1 단 냉수 구조 통로와 협력하여 작동 유체를 액체로 냉각한다. 제2 데크부는, 고 체적 냉수 도관을 형성하는 제2 단 냉수 구조 통로에 직접 결합되는 제1 단 냉수 배출부를 또한 포함한다. 제2 단 냉수 구조 통로는 제2 단 냉수 흡입부를 포함한다. 제1 단 냉수 배출부 및 제2 단 냉수 흡입부는, 제1 단 냉수 배출부로부터 제2 단 냉수 흡입부로의 냉수 유동에 최소 압력 손실을 제공하도록 배열된다. 제2 데크부는, 제1 데크부의 제2 단 작동 유체 통로와 연통하는 제2 단 작동 유체 통로를 또한 포함한다. 제2 단 작동 유체 통로는, 제2 단 냉수 구조 통로와 협력하여, 제2 단 작동 유체 통로 내의 작동 유체를 액체로 냉각한다. 제2 데크부는 제2 단 냉수 배출부를 또한 포함한다.

다른 양태에서, 제3 데크부는 제1 및 제2 증기 터빈을 포함할 수 있으며, 제1 데크부의 제1 단 작동 유체 통로는 제1 터빈과 연통하고, 제1 데크부의 제2 단 작동 유체 통로는 제2 터빈과 연통한다. 제1 및 제2 터빈은 하나 이상의 전기 발전기에 연결될 수 있다.

또 다른 양태에서, 잠수 부분을 포함하는 해양 발전 구조물이 제공되고, 잠수 부분은 4단 증발기 부분, 4단 응축기 부분, 4단 발전 부분, 냉수 파이프 연결부, 및 냉수 파이프를 더 포함한다.

일 양태에서, 4단 증발기 부분은, 제1 단 열교환 표면, 제2 단 열교환 표면, 제3 단 열교환 표면, 및 제4 단 열교환 표면을 포함하는 온수 도관을 포함한다. 온수 도관은 잠수 부분의 수직 구조 부재를 포함한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 열교환 표면은, 작동 유체 도관의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 부분과 협력하고, 작동 유체 도관을 통해 유동하는 작동 유체는, 제1, 제2, 제3 및 제4 단 부분의 각각에서 증기로 가열된다.

일 양태에서, 4단 응축기 부분은, 제1 단 열교환 표면, 제2 단 열교환 표면, 제3 단 열교환 표면, 및 제4 단 열교환 표면을 포함하는 냉수 도관을 포함한다. 냉수 도관은 잠수 부분의 수직 구조 부재를 포함한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 열교환 표면은, 작동 유체 도관의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 부분와 협력하고, 작동 유체 도관을 통해 유동하는 작동 유체는 각각의 연속적인 단에서 더욱 더 낮은 온도차(ΔT)를 갖도록, 제1, 제2, 제3 및 제4 단 부분의 각각에서 증기로 가열된다.

또 다른 양태에서, 증발기 부분의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 작동 유체 도관은 제1, 제2, 제3 및 제4 증기 터빈과 연통하고, 증발기 부분의 제1 단 작동 유체 도관은, 제1 증기 터빈과 연통하며 그리고 응축기 부분의 제4 단 작동 유체 도관으로 배출한다.

또 다른 양태에서, 증발기 부분의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 작동 유체 도관은 제1, 제2, 제3 및 제4 증기 터빈과 연통하고, 증발기 부분의 제2 단 작동 유체 도관은 제2 증기 터빈과 연통하며 그리고 응축기 부분의 제3 단 작동 유체 도관으로 배출한다.

또 다른 양태에서, 증발기 부분의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 작동 유체 도관은 제1, 제2, 제3 및 제4 증기 터빈과 연통하고, 증발기 부분의 제3 단 작동 유체 도관은 제3 증기 터빈과 연통하며 그리고 응축기 부분의 제2 단 작동 유체 도관으로 배출한다.

또 다른 양태에서, 증발기 부분의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 작동 유체 도관은 제1, 제2, 제3 및 제4 증기 터빈과 연통하고, 증발기 부분의 제4 단 작동 유체 도관은 제4 증기 터빈과 연통하며 그리고 응축기 부분의 제1 단 작동 유체 도관으로 배출한다.

또 다른 양태에서, 제1 전기 발전기는 제1 터빈, 제4 터빈, 또는 제1 및 제4 터빈의 조합에 의해 구동된다.

또 다른 양태에서, 제2 전기 발전기는 제2 터빈, 제3 터빈, 또는 제2 및 제3 터빈의 조합에 의해 구동된다.

설명된 시스템 및 방법의 부가의 양태가 뒤따르는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 제1 및 제4 터빈 또는 제2 및 제3 터빈은 9 MW 내지 60 MW 사이의 전력을 생산하고; 제1 및 제2 터빈은 대략 55 MW의 전력을 생산하며; 제1 및 제2 터빈은 해양 열에너지 변환 발전소 내의 복수의 터빈-발전기 세트들 중 하나를 형성하고; 제1 단 온수 흡입부는 제2 단 냉수 배출부로부터의 간섭에 대해 자유롭고; 제1 단 냉수 흡입부는 제2 단 온수 배출부로부터의 간섭에 대해 자유로우며; 제1 또는 제2 단 작동 유체 통로 내의 작동 유체는 상업용 냉매를 포함한다. 작동 유체는, 암모니아, 프로필렌, 부탄, R-134 또는 R-22를 포함하고; 제1 및 제2 단 작동 유체 통로 내의 작동 유체는 12℉ 내지 24℉ 사이의 온도에서 증가하고; 제1 작동 유체는 제1 단 작동 유체 통로를 통해 유동하고 제2 작동 유체는 제2 단 작동 유체 통로를 통해 유동하며, 제2 작동 유체는, 제1 작동 유체가 제1 증기 터빈에 진입하는 것보다 낮은 온도에서 제2 증기 터빈에 진입하고; 제1 및 제2 단 작동 유체 내의 작동 유체는 12℉ 내지 24℉ 사이의 온도에서 감소하고; 제1 작동 유체는 제1 단 작동 유체 통로를 통해 유동하고 제2 작동 유체는 제2 단 작동 유체 통로를 통해 유동하며, 제2 작동 유체는, 제1 작동 유체가 제2 데크부에 진입하는 것보다 낮은 온도에서 제2 데크부에 진입한다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태가 또한, 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 제1 또는 제2 단 온수 구조 통로 내에서 유동하는 온수는, 따뜻한 해수, 지열에 의해 가열된 물, 태양열 가열된 저장조 물; 가열된 산업용 냉각수, 또는 이들의 조합을 포함하고; 온수는 500,000 내지 6,000,000 gpm 사이에서 유동하며; 온수는 5,440,000 gpm 에서 유동하고; 온수는 300,000,000 lb/hr 내지 1,000,000,000 lb/hr 사이에서 유동하며; 온수는 2,720,000 lb/hr 에서 유동하고; 제1 단 또는 제2 단 냉수 구조 통로 내에서 유동하는 냉수는, 차가운 해수, 차가운 담수, 차가운 지하수 또는 이들의 조합을 포함하고; 냉수는 250,000 내지 3,000,000 gpm 사이에서 유동하며; 냉수는 3,420,000 gpm 에서 유동하고; 냉수는 125,000,000 lb/hr 내지 1,750,000,000 lb/hr 사이에서 유동하며; 냉수는 1,710,000 lb/hr 에서 유동한다.

설명된 시스템 및 방법의 양태가 이하의 특징들 중 하나 이상을 또한 포함할 수 있다: 해양 구조물은 최소 출렁거림 구조물이고; 해양 구조물은 부유식 스파 구조물이며; 해양 구조물은 반잠수형 구조물이다.

설명된 시스템 및 방법의 또 다른 양태가, 작동 유체와의 열교환을 위한 제1 물 유동 통로 및 제1 작동 유체 통로를 더 포함하는 제1 단 캐비넷; 및 제1 단 캐비넷에 결합되며, 작동 유체와 열교환을 위한 그리고 제1 물 유동 통로로부터 제2 물 유동 통로로 유동하는 물의 압력 강하를 최소화하는 방식으로 제1 물 유동 통로에 결합되는 제2 물 유동 통로 및 제2 작동 유체 통로를 더 포함하는 제2 단 캐비넷을 포함하는, 해양 열에너지 변환 발전소에서의 사용을 위한 고 체적 저속 열교환 시스템 열교환 시스템을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단 캐비넷은 발전소의 구조 부재들을 포함한다.

다른 양태에서, 물은 제1 단 캐비넷으로부터 제2 단 캐비넷으로 유동하고, 제2 단 캐비넷은 제1 단 캐비넷 증발기 아래에 있다. 다른 양태에서, 물은 제1 단 캐비넷으로부터 제2 단 캐비넷으로 유동하고, 제2 단 캐비넷은 응축기에서 제1 단 캐비넷 위에 그리고 증발기에서 제1 단 캐비넷 아래에 있다.

다른 양태에서, 잠수형 수직 파이프를 부유 구조물에 연결하는 방법이, 테이퍼형 연결 표면을 갖는 인양 칼라를 포함하는 냉수 파이프의 상부 부분에 인양 및 유지 케이블을 연결하는 것; 인양 및 유지 케이블을 사용하여, 냉수 파이프 상부 부분을 수용하기 위한 테이퍼형 표면 및 접촉 패드를 포함하는 스파 수용 베이 내로 냉수 파이프를 견인하는 것; 냉수 파이프의 테이퍼형 연결 표면이 수용 베이의 접촉 패드와의 밀봉 가능한 접촉을 이루도록 야기하는 것; 및 연결 표면과 접촉 패드 사이에 밀봉 가능한 접촉을 유지하기 위해 인양 케이블을 기계적으로 고정하는 것을 포함한다.

다른 양태에서, 잠수형 파이프 연결 조립체가, 인양 장치들, 인양 케이블들, 제1 테이퍼형 연결 표면 및 접촉 패드를 구비하는 하부 부분을 포함하는 연결 구조물; 및 수직 파이프를 포함하고, 수직 파이프는, 제2 테이퍼형 연결 표면 및 인양 고리들(lifting eyes)을 갖는 인양 칼라를 포함하는 제1 종방향 부분; 및 제1 종방향 부분보다 더 가요성인 제1 종방향 부분 아래의 제2 종방향 부분을 포함한다.

잠수형 파이프 연결 조립체는, 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 잠수형 파이프 연결 조립체는 제2 종방향 부분보다 덜 가요성인 제2 종방향 부분 아래의 제3 종방향 부분을 포함한다. 제2 테이퍼형 연결 표면은 수밀 밀봉을 형성하기 위해 제1 테이퍼형 연결 표면의 접촉 패드와 접촉한다. 조립체는 OTEC 시스템의 부분이다.

다른 양태에서, 잠수형 수직 파이프 연결부가, 제1 직경을 갖는 수직 파이프 수용 베이를 갖는 부유 구조물; 파이프 수용 베이의 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 파이프 수용 베이 내로 삽입을 위한 수직 파이프; 베어링 표면; 및 베어링 표면과 함께 작동 가능한, 베어링 표면과 접촉할 때 제1 또는 제2 직경과는 상이한 직경을 한정하는 하나 이상의 멈춤쇠를 포함한다.

다른 양태에서, 부유 플랫폼에 잠수형 수직 파이프를 연결하는 방법이, 제1 직경을 갖는 수직 파이프 수용 베이를 갖는 부유 구조물을 제공하는 것; 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 상단 부분을 갖는 수직 파이프를 제공하는 것; 수용 베이 내로 수직 파이프의 상단 부분을 삽입하는 것; 수직 파이프를 지지하기 위한 베어링 표면을 제공하는 것; 하나 이상의 멈춤쇠가 제1 또는 제2 직경과는 상이한 직경을 갖도록 하나 이상의 멈춤쇠를 신장시키는 것; 및 부유 구조물로부터 수직 파이프를 매달기 위해 하나 이상의 멈춤쇠를 베어링 표면과 접촉시키는 것을 포함한다.

다른 양태에서, 해양 발전 구조물이 잠수 부분을 포함한다. 잠수 부분은 온수 도관과 일체형인 4단 증발기 부분, 냉수 도관과 일체형인 4단 응축기 부분, 발전 부분, 냉수 파이프 연결부, 및 냉수 파이프를 포함한다.

해양 발전 구조물은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함한다: 4단 증발기 부분은, 제1, 제2, 제3 및 제4 작동 유체와 협력하는 제1 단 열교환 표면, 제2 단 열교환 표면, 제3 단 열교환 표면, 및 제4 단 열교환 표면을 포함하는 온수 도관을 포함하고, 작동 유체는 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 단 열교환 표면에서 증기로 가열된다. 온수 도관은 잠수 부분의 구조 부재를 포함한다. 제1 및 제4 작동 유체는 제1 터보 발전기와 연통하고, 제2 및 제3 작동 유체는 제2 터보 발전기와 연통한다.

몇몇 양태에서, 잠수 부분을 포함하는 해양 발전 구조물이 제공된다. 잠수 부분은, 제1 데크부, 제2 데크부 및 제3 데크부를 포함한다. 제1 데크부는, 고 체적 온수 도관을 형성하는 제1 단 온수 구조 통로; 작동 유체를 증기로 데우기 위해 제1 단 온수 구조 통로와 협력적으로 배열되는 제1 단 작동 유체 통로; 제2 단 온수 구조 통로에 직접 결합되는 제1 단 온수 배출부로서, 제2 단 온수 구조 통로는 고 체적 온수 도관을 형성하며 그리고 제1 단 온수 배출부에 결합되는 제2 단 온수 흡입부를 포함하는 것인, 제1 단 온수 배출부; 제2 작동 유체를 증기로 데우기 위해 제2 단 온수 구조 통로와 협력적으로 배열되는 제2 단 작동 유체 통로; 제2 단 온수 배출부를 포함하는, 일체형 다단 증발기 시스템을 포함한다. 제2 데크부는, 고 체적 냉수 도관을 형성하며 제1 단 냉수 흡입부를 더 포함하는 제1 단 냉수 구조 통로; 제1 데크부의 제1 단 작동 유체 통로와 연통하는 제1 단 작동 유체 통로로서, 제2 데크부의 제1 단 작동 유체 통로는 제1 단 냉수 구조 통로와 협력하여 작동 유체를 액체로 냉각하는 것인, 제1 단 작동 유체 통로; 고 체적 냉수 도관을 형성하며 제2 단 냉수 흡입부를 포함하는 제2 단 냉수 구조 통로에 직접 결합되는 제1 단 냉수 배출부로서, 제1 단 냉수 배출부 및 제2 단 냉수 흡입부는 제1 단 냉수 배출부로부터 제2 단 냉수 흡입부로의 냉수 유동에 최소 압력 손실을 제공하도록 배열되는 것인, 제1 단 냉수 배출부; 제1 데크부의 제2 단 작동 유체 통로와 연통하는 제2 단 작동 유체 통로로서, 제2 단 작동 유체 통로는 제2 단 냉수 구조 통로와 협력하여 제2 단 작동 유체 통로 내부에서 작동 유체를 액체로 냉각하는 것인, 제2 단 작동 유체 통로; 제2 단 냉수 배출부를 포함하는, 일체형 다단 응축 시스템을 포함한다. 제3 데크부는 발전 장비를 수용하며 그리고 제1 및 제2 증기 터빈을 포함하며, 제1 데크부의 제1 단 작동 유체 통로는 제1 터빈과 연통하고, 제1 데크부의 제2 단 작동 유체 통로는 제2 터빈과 연통한다.

몇몇 양태에서, 파이프는, 외표면, 상단부 및 하단부를 갖는 세장형 관형 구조물을 포함하고, 관형 구조물은 복수의 제1 및 제2 통판 세그먼트를 포함하며, 각각의 통판 세그먼트는 상부 부분 및 하부 부분을 갖고, 제2 통판 세그먼트의 상부 부분은 제1 통판 세그먼트의 상부 부분으로부터 치우치게 된다. 게다가, 각각의 통판 세그먼트는, 폴리염화비닐(PVC), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 섬유 보강 플라스틱(FRP), 보강 폴리머 모르타르(RPMP), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 가교 결합 고밀도 폴리에틸렌(PEX), 폴리부틸렌(PB), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리에스테르, 섬유 보강 폴리에스테르, 나일론 보강 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 섬유 보강 비닐 에스테르, 나일론 보강 비닐 에스테르, 콘크리트, 세라믹, 또는 이들의 하나 이상의 복합재료를 포함한다.

몇몇 양태에서, OTEC 발전소에의 사용을 위한 냉수 파이프를 형성하는 방법이, 복수의 제1 및 제2 통판 세그먼트를 형성하는 것; 및 제2 통판 세그먼트가 연속적인 세장형 튜브를 형성하기 위해 제1 통판 세그먼트로부터 치우치게 되도록, 교호반복적인 제1 및 제2 통판 세그먼트를 접착식으로 접합하는 것을 포함한다.

설명된 시스템 및 방법의 양태들은, 연속적인 치우친 통판형 냉수 파이프가 분할형 파이프(segmented pipe) 구조보다 경량이라는 것; 연속적인 치우친 통판형 냉수 파이프가 분할형 파이프보다 적은 마찰 손실을 갖는다는 것; 개별 통판들은 OTEC 설비 작동 장소로의 용이한 운반을 위해한 치수를 가질 수 있다는 것; 통판들은 원하는 부력 특성으로 구성될 수 있다는 것; OTEC 전력 생산은 에너지 생산을 위한 연료 비용을 거의 또는 전혀 요구하지 않는다는 것; OTEC 열 엔진에 수반되는 저압 및 저온은 부품 비용을 저감하며 그리고 고압 고온 발전소에 사용되는 고가의 특이한 재료(exotic material)와 비교하여 평범한 재료를 요구한다는 것; 설비 신뢰성이, 상당한 유지보수 없이 다년간 연속적으로 작동하는, 상업용 냉매 시스템과 비교 가능하다는 것; 고압 고온 설비에 비교하여 감소된 건조시간; 및, 안전하고 환경적으로 온화한 작동 및 전력 생산과 같은 장점들 중 하나 이상을 가질 수도 있다. 부가의 장점들이, 전통적인 OTEC 시스템에 비교하여 증가된 순 효율, 더 적은 희생적 전기 부하, 온수 및 냉수 통로에서의 감소된 압력 손실, 모듈형 구성 요소, 덜 빈번한 공공시설과 단절된 생산 시간, 최소 출렁거림 및 파도 작용에 대한 감소된 민감성, 수면 레벨 아래에서의 냉각수의 배출, 냉수 배출로부터의 간섭으로부터 자유로운 온수의 흡입을 포함할 수도 있다.

본 명세서에 설명된 냉수 파이프 조립체 및 냉수 파이프 조립체를 스파 구조물(spar structure)에 연결하는 방법은, 상이한 섹션들이 냉수 파이프 전체에 걸쳐 부하를 전달하기 위해 다양한 강성을 갖는 복수 섹션형(multi-sectional) 냉수 파이프를 생성함으로써, 냉수 파이프가 특정의 종래의 냉수 파이프에 비해 증가된 가요성을 갖는 것을 허용하는 가운데, 강하고 단단한 연결을 생성할 수 있다.

본 명세서에 설명된 냉수 파이프 조립체 및 냉수 파이프 조립체를 스파 구조물에 연결하는 방법은 또한, 특정의 종래의 냉수 파이프보다 빠르고 쉽게 스파 구조물에 부착되고 탈착될 수 있는 냉수 파이프를 생성하기 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에 설명된 냉수 파이프 조립체 및 스파 구조물에 대한 냉수 파이프 부착 방법은, 특정의 종래의 냉수 파이프보다 더 양호한 밀봉을 제공하고 정렬이 더 쉬운, 냉수 파이프 대 스파 구조물 부착 인터페이스를 생성하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세가 첨부 도면 및 이하의 상세한 설명에 설명되어 있다. 본 발명의 다른 양태들, 특징들 및 장점들은 상세한 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 예시적인 종래의 OTEC 열 엔진을 도시한다.
도 2는 예시적인 종래의 OTEC 발전소를 도시한다.
도 3은 OTEC 구조물을 도시한다.
도 3a는 OTEC 구조물을 도시한다.
도 4는 OTEC 구조물의 치우친 통판형 파이프(offset staved pipe)를 도시한다.
도 5는 치우친 통판형 패턴의 상세 이미지를 도시한다.
도 6은 치우친 통판형 냉수 파이프의 단면도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 개별 통판들의 다양한 도면을 도시한다.
도 8은 개별 통판들의 텅 및 그루브 배열을 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 2개의 통판 사이의 포지티브 스냅 결합 잠금부(positive snap lock)를 도시한다.
도 10은 보강 뱃전판을 구비하는 치우친 통판형 냉수 파이프를 도시한다.
도 11은 냉수 파이프 구성 방법을 도시한다.
도 12는 짐벌을 구비하는(gimbaled) 파이프 연결부의 종래예를 도시한다.
도 13은 냉수 파이프 연결부를 도시한다.
도 14는 냉수 파이프 연결부를 도시한다.
도 15는 냉수 파이프 연결 방법을 도시한다.
도 16은 가요성 냉수 파이프와 함께 냉수 파이프 연결부를 도시한다.
도 17은 냉수 파이프 연결부를 도시한다.
도 18은 인양 칼라를 갖는 냉수 파이프를 도시한다.
도 19는 열교환기 데크의 절결 사시도를 도시한다.
도 20은 열교환기 데크의 데크 평면도를 도시한다.
도 21은 캐비넷 열교환기를 도시한다.
도 22a는 종래의 열교환 사이클을 도시한다.
도 22b는 연속적 다단 열교환 사이클을 도시한다.
도 22c는 하이브리드형 연속적 다단 열교환 사이클을 도시한다.
도 22d는 증발기 압력 강하 및 연계된 전력 생산을 도시한다.
도 23a 내지 도 23b는 예시적인 OTEC 열 엔진을 도시한다.
도 24는 3개의 섹션으로 분할된 냉수 파이프를 도시하고 있다.
도 25는 도 24의 냉수 파이프의 제1 섹션을 도시하고 있다.
도 26은 도 24의 냉수 파이프의 상부 섹션의 상측 페이스 플레이트 및 맞대응 링의 단면도를 도시하고 있다.
도 27은 도 24의 상부 섹션의 스파 인터페이스 섹션의 단면도를 도시하고 있다.
도 28은 도 24의 냉수 파이프의 상부 및 중간 섹션 사이의 인터페이스 조인트를 도시하고 있다.
도 29는 도 24의 냉수 파이프의 중간 섹션을 도시하고 있다.
도 30은 도 29의 중간 섹션의 2개의 인접한 파이프 통판의 종방향 조인트를 도시하고 있다.
도 31은 도 29의 중간 섹션의 2개의 인접한 파이프 통판의 단부 조인트를 도시하고 있다.
도 32는 도 24의 냉수 파이프의 하부 섹션을 도시하고 있다.
다양한 도면들에서, 동일한 도면 부호는, 달리 지시되지 않으면, 동일한 요소를 지시한다.

본 발명은 해양 열에너지 변환(OTEC) 기술을 사용하는 전력 발전에 관한 것이다. 본 발명의 양태들은 종래의 OTEC 발전소에 비해 감소된 기생 부하를 갖는 향상된 전체 효율, 더 높은 안정성, 더 낮은 건조 및 작동 비용, 및 향상된 환경 발자국을 갖는 부유식 OTEC 발전소에 관한 것이다. 다른 양태들은 부유 구조물과 일체형인 큰 체적 물 도관을 포함한다. 다단 OTEC 열 엔진의 모듈화 및 구획화는 건조 및 유지보수 비용을 저감하고, 공공시설과 단절된 작동을 제한하고, 작동 성능을 향상시킨다. 또 다른 양태들은 일체형 열 교환 격실을 갖는 부유 플랫폼을 제공하고, 파도 작용에 기인하는 플랫폼의 최소 이동을 제공한다. 일체형 부유 플랫폼은 또한 다단 열교환기를 통한 온수 또는 냉수의 효율적인 유동을 제공하여, 효율을 증가시키고 기생 전력 수요를 감소시킨다. 설명된 시스템 및 방법의 양태들은 적절한 깊이/온도 범위에서 온수 및 냉수를 배출함으로써 중립적인 열적 발자국을 촉진한다. 전기의 형태의 추출된 에너지는 해양에 대한 혼합 평균 온도를 감소시킨다.

OTEC는 지구의 해양에 저장된 태양으로부터의 열에너지를 사용하여 전기를 발생하는 프로세스이다. OTEC는 더 따뜻한 해양의 상부층과 더 차가운 해양 심층수 사이의 온도차를 이용한다. 통상적으로, 이 차이는 적어도 36℉(20℃)이다. 이들 조건은, 열대 지역, 대략적으로 남회귀선(Tropic of Capricorn)과 북회귀선(Tropic of Cancer) 사이, 또는 심지어 북위 20°와 남위 20° 사이에 존재한다. OTEC 프로세스는, 열원으로서 기능하는 따듯한 표층수 및 히트 싱크(heat sink)로서 기능하는 차가운 해양 심층수와 함께, 랭킨 사이클을 구동하기 위해 온도차를 사용한다. 랭킨 사이클 터빈은 전력을 생산하는 발전기를 구동한다.

도 1은 따뜻한 해수 입구(12), 증발기(14), 따뜻한 해수 출구(15), 터빈(16), 차가운 해수 입구(18), 응축기(20), 차가운 해수 출구(21), 작동 유체 도관(22) 및 작동 유체 펌프(24)를 포함하는 통상적인 OTEC 랭킨 사이클 열 엔진(10)을 도시하고 있다.

작동시에, 열 엔진(10)은 복수의 작동 유체 중 임의의 하나, 예를 들어, 암모니아와 같은 상업용 냉매를 사용할 수 있다. 다른 작동 유체는 프로필렌, 부탄, R-22 및 R-134a를 포함할 수 있다. 다른 상업용 냉매가 사용될 수 있다. 대략 75℉ 내지 85℉ 이상의 따뜻한 해수가 따뜻한 해수 입구(12)를 통해 해수면으로부터 또는 해수면 바로 아래로부터 흡인되고, 이어서 증발기(14)를 통해 통과하는 암모니아 작동 유체를 데운다. 암모니아는 대략 9.3 atm의 증기압으로 비등한다. 증기는 작동 유체 도관(22)을 따라 터빈(16)으로 운반된다. 암모니아 증기는 터빈(16)을 통해 통과함에 따라 팽창하여, 발전기(25)를 구동하여 전력을 생산하도록 한다. 암모니아 증기는 이어서 응축기(20)에 진입하고, 여기서 대략 3000 ft 깊이의 심해로부터 흡인되는 차가운 해수에 의해 액체로 냉각된다. 차가운 해수는 대략 40℉의 온도에서 응축기에 진입한다. 대략 51℉의 응축기(20) 내의 온도에서 암모니아 작동 유체의 증기압은 6.1 atm이다. 따라서, 상당한 압력차가 터빈(16)을 구동하고 전력을 생성하기 위해 이용 가능하다. 암모니아 작동 유체가 응축함에 따라, 액체 작동 유체는 작동 유체 도관(22)을 거쳐 작동 유체 펌프(24)에 의해 증발기(14) 내로 재차 펌핑된다.

도 1의 열 엔진(10)은, OTEC가 상이한 작동 유체 및 더 낮은 온도 및 압력을 사용하는 것이 상이한 점을 제외하고는, 대부분의 증기 터빈의 랭킨 사이클과 본질적으로 동일하다. 도 1의 열 엔진(10)은 OTEC 사이클이 반대 방향으로 실행되어 열원(예를 들어, 따뜻한 해수) 및 차가운 히트 싱크(예를 들어, 해양 심층수)가 전력을 생산하는 데 사용되게 되는 점을 제외하고는, 상업용 냉장 설비와 또한 유사하다.

도 2는 선박 또는 플랫폼(210), 온수 입구(212), 온수 펌프(213), 증발기(214), 온수 출구(215), 터보 발전기(216), 냉수 파이프(217), 냉수 입구(218), 냉수 펌프(219), 응축기(220), 냉수 출구(221), 작동 유체 도관(222), 작동 유체 펌프(224), 및 파이프 연결부(230)를 포함하는 부유식 OTEC 설비(200)의 통상의 구성 요소들을 도시하고 있다. OTEC 설비(200)는, 발전, 변환 및 변속 시스템, 추진, 추진기 또는 정박 시스템과 같은 위치 제어 시스템, 뿐만 아니라 다양한 보조 및 지원 시스템(예를 들어, 선원실, 긴급 전력, 식수, 화장실 오수 및 일반 오수, 소방, 손상 제어, 예비 부력, 및 다른 통상적인 선상 또는 해상 시스템)을 또한 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2의 기본적인 열 엔진 및 시스템을 이용하는 OTEC 발전소의 구현예는 3% 이하의 비교적 낮은 전체 효율을 갖는다. 이 낮은 열 효율에 기인하여, OTEC 작동은, 생성된 전력의 킬로와트당 전력 시스템을 통한 대량의 물의 유동을 요구한다. 이는 결과적으로, 증발기 및 응축기 내의 큰 열교환 표면적을 갖는 대형 열교환기를 요구한다.

그로한 큰 체적의 물 및 큰 표면적은, 온수 펌프(213) 및 냉수 펌프(219) 내에 상당한 펌핑 용량을 요구하여, 해안 기반 설비 또는 선상 산업 용도로 분배를 위해 이용 가능한 순 전력을 감소시킨다. 더욱이, 대부분의 수상 선박의 제한된 공간은, 큰 체적의 물이 증발기 또는 응축기로 유도되고 이들을 통해 유동하는 것을 쉽게 가능하게 하지 않는다. 실제로, 큰 체적의 물은 대직경 파이프 및 도관을 요구한다. 이러한 구조물을 제한된 공간에 배치하는 것은 다른 기계류를 수용하기 위한 복수의 만곡부를 요구한다. 그리고, 통상의 수상 선박 또는 구조물의 제한된 공간은 OTEC 설비 내의 최대 효율을 위해 요구되는 큰 열교환 표면적을 쉽게 가능하게 하지 않는다. 따라서, OTEC 시스템 및 선박 또는 플랫폼은 전통적으로 대형이고 고가였다. 이는 OTEC 작동이 더 고온 및 고압을 사용하는 다른 에너지 생산 옵션과 비교할 때 고비용의 저수율 에너지 생산 옵션이라는 산업적 결론을 유도하였다.

설명된 시스템 및 방법의 양태는, OTEC 작동의 효율을 개선하며 그리고 건조 및 작동의 비용을 줄이기 위한 기술적 과제들을 처리한다.

선박 또는 플랫폼(210)은 냉수 파이프(217)와 선박 또는 플랫폼(210) 사이의 동적 힘을 최소화하고 플랫폼 또는 선박 내의 OTEC 장비를 위한 온화한 작동 환경을 제공하기 위해 낮은 운동을 요구한다. 선박 또는 플랫폼(210)은 또한 냉수 입구(218) 및 온수 입구(212) 체적 유동을 지원하여, OTEC 프로세스 효율을 제공하기 위해 적절한 레벨로 충분한 냉수 및 온수를 유도해야 한다. 선박 또는 플랫폼(210)은 또한, 해양 표층으로의 열적 재순환을 회피하기 위해, 선박 또는 플랫폼(210)의 흘수선(waterline)보다 충분히 낮은 냉수 출구(221) 및 온수 출구(215)를 경유하는 냉수 및 온수 배출을 가능하게 해야 한다. 부가적으로, 선박 또는 플랫폼(210)은 발전 작동을 방해함 없이 악천후(heavy weather)에 견뎌야 한다.

OTEC 열 엔진(10)은 최대 효율 및 전력 생산을 위한 매우 효율적인 열적 사이클을 이용해야 한다. 비등 및 응축 프로세스에서의 열전달, 뿐만 아니라 열교환기 재료 및 디자인은, 따뜻한 해수 단위 파운드 당 추출될 수 있는 에너지량을 제한한다. 증발기(214) 및 응축기(220)에 사용되는 열교환기는 기생 부하를 최소화하기 위해 낮은 수두 손실을 갖는 고 체적의 온수 및 냉수 유동을 요구한다. 열교환기는 또한 효율을 향상시키기 위해 높은 열전달 효율을 요구한다. 열교환기는 효율을 향상시키기 위해 온수 및 냉수 입구 온도에 적합화될 수 있는 재료 및 디자인을 합체할 수 있다. 열교환기 디자인은, 비용 및 체적을 감소시키기 위해 최소량의 재료를 갖는 간단한 구성 방법을 사용해야 한다.

터보 발전기(216)는 최소 내부 손실을 갖고 매우 효율적이어야 하고, 효율을 향상시키기 위해 작동 유체에 또한 적합화될 수도 있다.

도 3은 종래의 OTEC 발전소의 효율을 향상시키고 그와 연계된 복수의 기술적 과제를 극복하는 구현예를 도시하고 있다. 이 구현예는, 열교환기 및 스파와 일체형인 연계된 온수 및 냉수 배관을 갖는, 선박 또는 플랫폼을 위한 스파(spar)를 포함한다.

OTEC 스파(310)는, OTEC 발전소와 함께하는 사용을 위한 일체형 다단 열교환 시스템을 수용한다. 스파(310)는 흘수선(305) 아래의 잠수 부분(311)을 포함한다. 잠수 부분(311)은, 온수 흡입 부분(340), 증발기 부분(344), 온수 배출 부분(346), 응축기 부분(348), 냉수 흡입 부분(350), 냉수 파이프(217), 냉수 배출 부분(352), 기계류 데크부(354)를 포함한다. 전기적 스위치야드(electrical switchyard), 보조 및 긴급 기계류 및 시스템, 선박 취급 장비, 및 사무실, 숙소, 통신 센터 및 제어실과 같은 인간 사용 공간(manned space)을 수용하는 데크 하우스(360)가 스파 상부에 설치된다.

도 3a는 온수 흡입 부분(340), 온수 펌프실(341), 적층형 증발기 부분(344), 터빈 발전기(349), 적층형 응축기 부분(348), 냉수 흡입 부분(350) 및 냉수 펌프실(351)을 포함하는, 설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 예시적인 기계류 레이아웃을 도시하고 있다.

작동시에, 75℉ 내지 85℉의 따뜻한 해수는 온수 흡입 부분(340)을 통해 흡인되고, 도시되어 있지 않은 구조적으로 일체형의 온수 도관을 통해 스파를 따라 아래로 유동한다. OTEC 열 엔진의 고 체적 물 유동 요구에 기인하여, 온수 도관은 500,000 gpm 내지 6,000,000 gpm의 증발기 부분(344)으로의 유동을 유도한다. 이러한 온수 도관은 6 ft 내지 35 ft 사이의 또는 그 이상의 직경을 갖는다. 이러한 크기에 기인하여, 온수 도관은 스파(310)의 수직 구조 부재이다. 온수 도관은, 스파(310)를 수직으로 지지하기에 충분한 강도의 대직경 파이프일 수 있다. 대안적으로, 온수 도관은 스파(310)의 구성에 일체형인 통로일 수 있다.

온수는 이어서 작동 유체를 증기로 데우기 위한 하나 이상의 적층형 다단 열교환기를 수용하는 증발기 부분(344)을 통해 유동한다. 따뜻한 해수는 이어서 스파(310)로부터 온수 배출 부분(346)을 거쳐 배출된다. 온수 배출 부분은, 환경적 영향을 최소화하기 위해 온수 배출 파이프를 경유하여 온수 배출 부분 온도와 대략적으로 동일한 온도인 해양 열층(thermal layer)에 또는 그에 근접한 깊이에 위치하게 되거나 유도될 수 있다. 온수 배출 부분은, 온수 흡입 부븐 또는 냉수 흡입부분 중 어느 하나와의 열적 재순환의 가능성을 감소시키기 위해 충분한 깊이로 유도될 수 있다.

차가운 해수는 대략 40℉의 온도에서, 2500 내지 4200 ft 사이의 또는 그 이상의 깊이로부터 냉수 파이프(217)를 거쳐 흡인된다. 차가운 해수는 냉수 흡입 부분(350)을 거쳐 스파(310)에 진입한다. OTEC 열 엔진의 고 체적 물 유동 요구에 기인하여, 차가운 해수 도관은 500,000 gpm 내지 3,500,000 gpm 의 응축기 부분(348)으로의 유동을 유도한다. 이러한 차가운 해수 도관은 6 ft 내지 35 ft 사이의 또는 그 이상의 직경을 갖는다. 이러한 크기에 기인하여, 차가운 해수 도관은 스파(310)의 수직 구조 부재이다. 냉수 도관은 스파(310)를 수직으로 지지하기 위해 충분한 강도의 대직경 파이프일 수 있다. 대안적으로, 냉수 도관은 스파(310)의 구성에 일체형인 통로일 수 있다.

차가운 해수는 이어서 적층형 다단 응축기 부분(348)으로 상향으로 유동하고, 여기서 차가운 해수는 작동 유체를 액체로 냉각한다. 차가운 해수는 이어서 스파(310)로부터 차가운 해수 배출 부분(352)을 거쳐 배출된다. 냉수 배출 부분은, 차가운 해수 배출 파이프를 거쳐 차가운 해수 배출 부분 온도와 대략적으로 동일한 온도인 해영 열층에 또는 그에 근접한 깊이에 위치하게 되거나 유도될 수 있다. 냉수 배출 부분은 온수 흡입 부분 또는 냉수 흡입 부분 중 어느 하나와의 열적 재순환의 가능성을 감소시키기 위해 충분한 깊이로 유도될 수 있다.

기계류 데크부(354)는, 증발기 부분(344)과 응축기 부분(348) 사이에 수직으로 위치하게 될 수 있다. 증발기 부분(344) 아래에 기계류 데크부(354)를 위치설정하는 것은 흡입 부분로부터 다단 증발기를 통해 배출 부분으로 거의 직선형의 온수 유동을 허용한다. 응축기 부분(348) 위에 기계류 데크부(354)를 위치설정하는 것은 흡입 부분로부터 다단 응축기를 통해 배출 부분으로 거의 직선형의 냉수 유동을 허용한다. 기계류 데크부(354)는 터보 발전기(356)를 포함한다. 작동시에, 증발기 부분(344)으로부터의 증기에 의해 가열되는 따뜻한 작동 유체는 하나 이상의 터보 발전기(356)로 유동한다. 작동 유체는 터보 발전기(356) 내에서 팽창하여, 이에 의해 전력의 생산을 위해 터빈을 구동한다. 작동 유체는 이어서 응축기 부분(348)으로 유동하고, 여기서 액체로 냉각되어 증발기 부분(344)으로 펌핑된다.

열교환기의 성능은 유체들 사이의 이용 가능한 온도차 뿐만 아니라 열교환기의 표면에서의 열전달 효율에 의해 영향을 받는다. 열전달 효율은 일반적으로 열전달 표면을 가로지르는 유체의 속도에 따라 변화한다. 더 높은 유체 속도는 더 높은 펌핑 전력을 요구하여, 이에 의해 설비의 순 효율을 감소시킨다. 하이브리드형 연속적 다단 열교환 시스템은, 더 낮은 유체 속도 및 더 높은 설비 효율을 가능하게 한다. 적층형 하이브리드형 연속적 열교환 디자인은 또한 열교환기를 통한 더 낮은 압력 강하를 가능하게 한다. 수직 설비 디자인은, 전체 시스템을 가로지르는 더 낮은 압력 강하를 가능하게 한다. 하이브리드형 연속적 다단 열교환 시스템은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 2010년 1월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 "해양 열에너지 변환 설비(Ocean Thermal Energy Conversion Plant)"인 미국 특허출원공개 제US 2011/0173979 A1호에 설명되어 있다.

냉수 파이프

전술한 바와 같이, OTEC 작동은 일정한 온도의 냉수의 소스를 요구한다. 냉각수의 편차는 OTEC 발전소의 전체 효율에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 그에 따라, 대략 40℉의 물은 2700 ft 내지 4200 ft 이상의 깊이로부터 흡인된다. 긴 흡입 파이프가 OTEC 발전소에 의한 사용을 위해 표면까지 이러한 냉수를 끌어올리기 위해 요구된다. 그러한 냉수 파이프는, 적합한 성능 및 내구성의 파이프를 구성하는 비용에 기인하여, 상업적으로 실행 가능한 OTEC 작동에 장애물이 되어 왔다.

그러한 냉수 파이프는, 적합한 성능 및 내구성의 파이프를 구성하는 비용에 기인하여, 상업적으로 실행 가능한 OTEC 작동에 장애물이 되어 왔다. OTEC은 전력을 생성하는 데 있어서 최대 효율을 보장하기 위해 요구되는 온도에서 대량의 물을 필요로 한다. OTEC 작동에 특유한 종래의 냉수 파이프 디자인은 섹션 구조(sectional construction)을 포함해 왔다. 원통형 파이프 섹션은 충분한 길이가 성취될 때까지 함께 직렬로 볼트 결합되거나 기계적으로 연결되었다. 파이프 섹션들은 발전소 시설 부근에서 조립되었고, 완전히 건조된 파이프가 이어서 직립되어 설치되었다. 이러한 접근법은, 파이프 섹션들 사이의 연결 지점들에서 응력 및 피로를 포함하는 상당한 결점을 가졌다. 더욱이, 전체 파이프 중량에 추가되는 연결 기재는 , 파이프 섹션 연결부들 및 완전히 조립된 냉수 파이프와 OTEC 플랫폼 또는 선박 사이의 연결부에서 응력 및 피로 고려사항을 더욱 복잡하게 한다.

냉수 파이프(cold water pipe: "CWP")는 2700 ft 내지 4200 ft 사이의 또는 그 이상의 해양 깊이에서 냉수 저장조로부터 물을 끌어올리기 위해 사용된다. 냉수는, 발전소 터빈으로부터 나오는 다양한 작동 유체를 액체로 냉각하고 응축하기 위해 사용된다. 냉수 파이프 및 선박 또는 플랫폼으로의 그의 연결부는, 파이프 하중, 최대 100년의 폭풍우 혹독함(storm severity)의 파도 및 조류 부하를 받게 될 때의 파이프 및 플랫폼의 상대적인 운동, 및 물 펌프 흡입에 의해 유도되는 붕괴 부하에 의해, 부과되는 정적 및 동적 부하를 견디도록 구성된다. 냉수 파이프는, 낮은 항력 손실을 갖는 요구된 물 유동을 취급하도록 치수 설정되고, 해수 내에서 내구성이 있고 내부식성이 있는 재료로 제작된다.

냉수 파이프 길이는, 온도가 대략 40℉인 깊이로부터 물을 흡인하기 위한 필요에 의해 한정된다. CWP 길이는 2000 피트 내지 4000 ft 이상일 수 있다. 설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태에서, 냉수 파이프는 대략 3000 피트 길이일 수 있다.

냉수 파이프 직경은 발전소 크기 및 물 유동 요구조건에 의해 결정된다. 파이프를 통한 물 유량은, 요구되는 전력 출력 및 OTEC 발전소 효율에 의해 결정된다. 냉수 파이프는 500,000 gpm 내지 3,500,000 gpm 사이 또는 그 이상의 유량으로 선박 또는 플랫폼의 냉수 도관으로 냉수를 운반할 수 있다. 냉수 파이프 직경은 6 피트 내지 35 피트 사이, 또는 그 이상일 수 있다. 설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태에서, 냉수 파이프 직경은 대략 31 피트의 직경이다.

OTEC 작동에 특정한 종래의 냉수 파이프 디자인은, 섹션 구조를 포함해 왔다. 10 내지 80 피트 사이의 길이의 원통형 파이프 섹션들은, 충분한 길이가 성취될 때까지, 함께 직렬로 볼트체결되거나 결합되었다. 복수의 원통형 파이프 섹션들을 사용하여, 냉수 파이프는 발전소 시설 부근에서 조립될 수 있고, 완전히 건조된 파이프는 직립하여 설치될 수 있다. 이러한 접근법은, 파이프 섹션들 사이의 연결 지점들에서의 응력 및 피로를 포함하는 상당한 결점을 가졌다. 더욱이, 전체 파이프 중량에 추가되는 연결 기재는, 파이프 섹션 연결부들 및 완전히 조립된 냉수 파이프와 OTEC 플랫폼 또는 선박 사이의 연결부에서 응력 및 피로 고려사항을 더욱 복잡하게 한다.

도 4를 참조하면, 연속적인 치우친 통판형 냉수 파이프가 도시되어 있다. 냉수 파이프(217)는, 치우친 통판형 구조를 이용하는 대신에, 종래의 냉수 파이프 디자인에서와 같은 섹션 조인트들이 없다. 냉수 파이프(217)는, 부유 OTEC 플랫폼(411)의 잠수 부분으로의 연결을 위한 상단 부분(452)을 포함한다. 상단 부분(452)에 대향하여, 밸러스트(ballast) 시스템, 고정 시스템, 및/또는 흡입구 스크린(intake screen)을 포함할 수 있는 하단 부분(454)이 있다.

냉수 파이프(217)는 실린더를 형성하도록 조립되는 복수의 치우친 통판을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 복수의 치우친 통판은, 교호반복적인 복수의 제1 통판(465) 및 복수의 제2 통판(467)을 포함한다. 각각의 제1 통판은 상부 에지(471) 및 하부 에지(472)를 포함한다. 각각의 제2 통판은 상부 에지(473) 및 하부 에지(474)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제2 통판(467)은, 상부 에지(473)[제2 통판(467)의]가 상부 에지(471)[제1 통판(465)의]로부터 3% 내지 97% 수직으로 변위되도록, 인접한 제1 통판(465)으로부터 수직으로 치우치게 된다. 인접한 통판들 사이의 치우침(offset)은 대략, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% 또는 그 이상일 수 있다.

도 5는 설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태의 치우친 통판 패턴(offsetting stave pattern)의 상세도를 도시하고 있다. 패턴은 상부 에지(471), 하부 에지(472), 연결된 에지(480) 및 치우침 에지(478)를 각각 갖는 복수의 제1 통판(465)을 포함한다. 패턴은 상부 에지(473), 하부 에지(474), 연결된 에지(480) 및 치우침 에지(479)를 각각 갖는 복수의 제2 통판(467)을 또한 포함한다. 냉수 파이프를 형성하는 데 있어서, 제1 통판 섹션(465)은, 상부 에지(471)로부터 하부 에지(472)까지 측정될 때 연결된 에지(480)가 제1 통판 섹션(465)의 길이의 대략 3% 내지 97%가 되도록, 제2 통판 섹션(467)에 연결된다. 양태에서, 연결된 에지(480)는 통판의 길이의 대략 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 또는 90%이다.

완전 건조된 파이프에서, 제1 통판(465)은 연결된 에지(480)를 따라 제2 통판(467)에 연결될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 제1 통판(465)은 또한, 부가의 제1 통판, 부가의 제2 통판, 또는 임의의 다른 통판을 포함하는, 치우침 에지(478)를 따르는 부가의 통판에 연결될 수 있다. 유사하게, 제2 통판(467)은 연결된 에지(480)를 따라 제1 통판에 연결될 수 있다. 제2 통판(467)은, 부가의 제1 통판, 부가의 제2 통판, 또는 임의의 다른 통판을 포함하는, 치우침 에지(479)를 따르는 다른 통판에 연결될 수 있다.

양태에서, 복수의 제1 통판(465)과 복수의 제2 통판(467) 사이의 연결된 에지(480)는, 일정한 길이 또는 파이프의 원주 둘레의 각각의 통판에 대한 통판 길이의 비율(percentage)일 수 있다. 복수의 제1 통판(465)과 복수의 제2 통판(467) 사이의 연결된 에지(480)는, 일정한 길이 또는 냉수 파이프(451)의 종축을 따르는 각각의 통판에 대한 통판 길이의 비율일 수 있다. 다른 양태에서, 연결된 에지(480)는 교호반복적인 제1 통판들(465)과 제2 통판들(467) 사이에서 길이가 변할 수 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 통판(465) 및 제2 통판(467)은 동일한 치수를 갖는다. 양태에서, 제1 통판(465)은 30 내지 130 인치 사이의 또는 그 이상의 폭, 30 내지 60 피트의 길이, 및 1 내지 24 인치 사이의 두께일 수 있다. 양태에서, 통판 치수들은 대략, 80 인치 폭, 40 피트 길이, 및 4 내지 12 인치 두께일 수 있다. 대안적으로, 제1 통판(465)은 제2 통판(467)과 상이한 길이 또는 폭을 가질 수 있다.

도 6은 교호반복적인 제1 통판들(465) 및 제2 통판들(467)을 도시하고 있는 냉수 파이프(217)의 단면도를 도시하고 있다. 각각의 통판은 내표면(485) 및 외표면(486)을 포함한다. 인접한 통판들은 연결된 표면(480)을 따라 연결된다. 단일의 통판의 대향하는 측부들 상의 임의의 2개의 연결된 표면들은 각도(α)를 한정한다. 각도(α)는 360°를 통판의 총 수로 나눔으로써 결정된다. 양태에서, 각도(α)는 1° 내지 36°사이일 수 있다. 양태에서, 각도(α)는 16개의 통판으로 이루어진 파이프에 대해 22.5° 또는 32개의 통판으로 이루어진 파이프에 대해 11.25°일 수 있다.

냉수 파이프(217)의 개별 통판은, 폴리염화비닐(PVC), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 섬유 보강 플라스틱(FRP), 보강 폴리머 모르타르(RPMP), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 가교 결합 고밀도 폴리에틸렌(PEX), 폴리부틸렌(PB), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리우레탄, 폴리에스터, 섬유 보강 폴리에스테르, 나일론 보강 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 섬유 보강 비닐 에스테르, 나일론 보강 비닐 에스테르, 콘크리트, 세라믹, 또는 이들의 하나 이상의 복합재료로부터 제조될 수 있다. 개별 통판은 표준 제조 기술을 사용하여 성형되고, 압출되거나 또는 인발될 수 있다. 일 양태에서, 개별 통판은 원하는 형상 및 형태로 인발되고, 섬유 또는 나일론 보강 비닐 에스테르를 포함한다. 비닐 에스테르는, 미국 켄터키주 코빙턴 소재의 Ashland Chemical 로부터 입수 가능하다.

몇몇 실시예에서, 통판은 적합한 접착제를 사용하여 인접한 통판에 접합된다. 가요성 수지가, 가요성 조인트 및 균일한 파이프 성능을 제공하는 데 사용될 수 있다. 설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 보강 비닐 에스테르를 포함하는 통판은 비닐 에스테르 수지를 사용하여 인접한 통판에 접합된다. 미국 매사추세츠주 댄버스 소재의 Plexis Structural Adhesives 에 의해 제조된 MA560-1과 같은 메타크릴레이트 접착제가 또한 사용될 수 있다.

도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 개별 통판(465)이 상부 에지(471), 하부 에지(472) 및 하나 이상의 공동(475)을 포함하는, 다양한 통판 구조가 도시되어 있다. 공동(475)은 중공이고, 물로 충전되고, 수지로 충전되고, 접착제로 충전되고, 또는 신택틱 폼과 같은 발포체 재료로 충전될 수 있다. 신택틱 폼은 수지와 소형 유리 구슬(glass bead)의 매트릭스이다. 구슬은 중공형 또는 중실형일 수 있다. 공동(475)은, 통판 및/또는 냉수 파이프(451)의 부력에 영향을 미치도록 충전될 수 있다. 도 7a는 단일의 공동(475)을 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 공동(475)이 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이 통판의 길이를 따라 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 공동(475)은 도 7c에 도시되어 있는 바와 같이, 통판의 일 단부를 향해, 예를 들어 하부 에지(472)를 향해 배치된다.

도 8을 참조하면, 각각의 개별 통판(465)은, 상부 에지(471), 하부 에지(472), 제1 종방향 측면(491) 및 제2 종방향 측면(492)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 종방향 측면(491)은 텅(493)과 같은 연결자 부재를 포함한다. 연결자 부재는 대안적으로, 비스킷, 반겹침 조인트(half-lap joint) 또는 다른 연결자 구조물을 포함할 수 있다. 제2 종방향 측면(492)은 그루브(494)와 같은 맞대응 연결자 표면(mating joinery surface)을 포함한다. 사용시에, 제1 통판의 제1 종방향 측면(491)은 제2 통판의 제2 종방향 측면(492)과 맞물리거나 연결된다. 도시되어 있지는 않지만, 텅 및 그루브와 같은 연결 구조물, 또는 다른 구조물이 통판을 종방향으로 인접한 통판에 연결하기 위해 상부 에지(471) 및 하부 에지(472)에 사용될 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 제1 종방향 측면(491)은 제2 종방향 측면(492)과 맞대응 맞물림을 위한 포지티브 스냅 결합 잠금 연결부를 포함할 수 있다. 포지티브 스냅 결합 잠금 연결부들 또는 스냅 결합 잠금 연결부는, 그 전체가 본 명세서에 참조로서 합체되는 미국 특허 제7,131,242호에 일반적으로 설명되어 있다. 텅(493)의 전체 길이가 포지티브 스냅 결합 잠금부를 통합하거나 또는 텅(493)의 일부가 포지티브 스냅 결합 잠금부를 통합할 수 있다. 텅(493)은 스냅 결합 리벳을 포함할 수 있다. 텅(493)이 스냅 결합 잠금 구조물을 포함하는 경우에, 적절한 수용 구조물이 그루브(494)를 갖는 제2 종방향 측면에 제공된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 도 9a는 예시적인 포지티브 스냅 결합 잠금 시스템을 도시하고 있고, 여기서 수형부(male portion)(970)은 칼라(972)를 포함한다. 수형부(970)는, 오목한 칼라 장착부(977)를 구비하는 수용부(975)와 기계적으로 맞물린다. 사용시에, 수형부(970)는, 칼라부(972)가 오목한 칼라 장착부(977)와 맞물리도록 수용부(975) 내에 삽입되며, 이에 의해 수형부(970)의 삽입을 허용하지만 그 해제 또는 후퇴는 방지한다.

치우친 통판형 파이프의 통판들 사이의 포지티브 스냅 결합 잠금 조인트는, 2개의 통판을 기계적으로 함께 고정하기 위해 사용될 수 있다. 포지티브 스냅 결합 잠금 조인트는, 단독으로 또는 수지 또는 접착제와 함께 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가요성 수지는 포지티브 스냅 결합 잠금 조인트와 조합으로 사용된다.

도 9b는 다른 예시적인 포지티브 스냅 결합 잠금 시스템을 도시하고 있다. 도시되어 있는 조인트는 자기 지지식이며, 따라서 반경방향 및 원주방향의 모두에서 통판을 구속하게 된다. 부품(981)의 립(lip)은, 통판의 내표면 상에서 부품(979)의 셸프(shelf) 아래에 고정되어, 2개의 부품(979, 981)을 종방향 에지를 따라 정렬된 상태로 유지한다. 통판의 수에 기초하는 요구되는 각도에 따라, 테이퍼형인 외부 에지 상에 이러한 셸프가 존재하지 않는다. 2개의 부품(979, 981)이 종방향 에지를 따라 함께 맞물림에 따라, 스냅 결합 부재(983)는 멈춤쇠 내로 클릭 결합하며 그리고, 멈춤쇠 내에서 클립의 약간의 각도(angularity)에 기인하여, 2개의 부품을 함께 반경방향으로 그리고 원주방향으로 유지한다. 스냅 결합 부재(983) 부근의 공동은, 2개의 통판을 맞대응시키기 전에 접착제로 충전되며, 따라서, 접착체가 팽창하여 통판들 사이의 임의의 공동을 완전히 충전하며 그리고 파이프를 누출입으로부터 밀봉하도록 한다.

도 10은 복수의 교호반복적인 제1 통판(465) 및 제2 통판(467)을 포함하고, 냉수 파이프(451)의 외표면의 적어도 일부를 덮는 나선형으로 감긴 리본(497)을 더 포함하는, 치우친 통판형 구조를 갖는 냉수 파이프(217)를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 리본은 냉수 파이프(217)의 바닥 부분(454)으로부터 냉수 파이프(217)의 상부 부분(452)까지 연속적이다. 다른 실시예에서, 리본(497)은, 냉수 파이프(217)를 지나는 물의 이동으로 인한 와류 흘림을 경험하는, 파이프(217)의 그러한 부분들에만 제공된다. 리본(497)은 냉수 파이프(217)에 반경방향 및 종방향 지지를 제공한다. 리본(497)은 또한 냉수 파이프를 따르는 진동을 방지하고, 해류 작용으로 인한 와류 흘림을 감소시킨다.

리본(497)은 냉수 파이프(451)의 개별 통판과 동일한 두께 및 폭일 수 있고, 또는 개별 통판의 두께의 2배, 3배, 4배 또는 그 이상 그리고 개별 통판의 폭의 최대 10배(예를 들어, 2배, 3배, 4배, 5배, 6배, 7배, 8배, 9배 또는 10배)일 수 있다.

리본(497)은 외표면을 따라 실질적으로 평평하게 놓이도록 냉수 파이프의 외표면 상에 장착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 리본(497)은 나선형으로 감긴 뱃전판을 형성하기 위해 냉수 파이프(451)의 외표면으로부터 외향으로 돌출할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 핀(fin), 블레이드(blade) 또는 포일(foil)이, 리본 또는 뱃전판(497)의 다양한 부분에 부착될 수 있다. 그러한 핀은 냉수 파이프의 부분 둘레에 또는 냉수 파이프의 전체 길이를 감는 나선체(helix)를 형성할 수 있다. 핀은 각지게 형성될 수 있고 냉수 파이프에 의해 야기되는 와류 상태를 방지하기 위해 임의의 수로 뱃전판 둘레에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 핀은 파이프 직경의 1/32 내지 1/3 사이(예를 들어, 파이프 직경의 약 1/32, 파이프 직경의 약 1/16, 파이프 직경의 약 1/8, 파이프 직경의 약 1/7, 파이프 직경의 약 1/6, 파이프 직경의 약 1/5, 파이프 직경의 약 1/4, 파이프 직경의 약 1/3)의 거리로 파이프 표면으로부터 돌출할 수 있다.

리본(497)은, 폴리염화비닐(PVC), 염소화 폴리염화비닐(CPVC), 섬유 보강 플라스틱(FRP), 보강 폴리머 모르타르(RPMP), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 가교 결합 고밀도 폴리에틸렌(PEX), 폴리부틸렌(PB), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 폴리우레탄, 폴리에스테르, 섬유 보강 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 보강 비닐 에스테르, 콘크리트, 세라믹, 또는 이들의 하나 이상의 복합재료를 포함하는, 냉수 파이프(451)를 형성하는 복수의 통판의 재료와 적합성이 있는, 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있다. 리본(497)은 표준 제조 기술을 사용하여 성형되고, 압출되거나 인발될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 리본(497)은 원하는 형상 및 형태로 인발되고, 냉수 파이프(451)의 통판들에 사용되는 것과 유사한 섬유 또는 나일론 보강된 비닐 에스테르를 포함한다. 리본(497)은 적합한 접착제 또는 상기의 재료들 중 임의의 재료의 수지를 포함하는 수지를 사용하여 냉수 파이프(217)에 연결될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 리본(497)은 냉수 파이프(451)의 길이를 따라 연속적이지 않다. 몇몇 실시예에서, 리본(497)은 냉수 파이프(217)의 원주 둘레에서 연속적이지 않다. 몇몇 실시예에서, 리본(497)은 냉수 파이프(217)의 외표면에 부착되는 수직 스트립을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 반경 방향 지지 또는 다른 구조적 지지가 요구되는 경우에, 리본(497)은 냉수 파이프의 외표면 둘레의 원주방향 지지 부재일 수 있다.

리본(497)은 적합한 가요성 접착제를 사용하여, 냉수 파이프의 외표면에 접착식으로 접합되거나 접착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 리본(497)은 복수의 포지티브 스냅 결합 잠금부를 사용하여 냉수 파이프(217)의 외표면에 기계적으로 결합될 수 있다.

도 11과 관련하여, 냉수 파이프를 조립하는 예시적인 방법이 냉수 파이프(217)의 효율적인 운반 및 조립을 제공한다. 수직 원통형 파이프 섹션들은, 전술된 바와 같이 원하는 치우침을 갖도록 제1 및 제2 통판을 교호반복적으로 정렬함으로써(1110) 조립된다. 제1 및 제2 통판은 이어서 원통형 파이프 섹션을 형성하도록 연결된다(1120). 치우친 제1 및 제2 통판은, 임의의 다양한 연결 방법을 사용하여 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 치우친 제1 및 제2 통판은 텅 및 그루브 배열 및 가요성 접착제를 사용하여 연결된다. 몇몇 실시예에서, 복수의 제1 및 제2 통판은 기계적 포지티브 스냅 결합 잠금부를 사용하여 연결된다. 텅과 그루브, 스냅 결합 잠금 메커니즘 및 가요성 접착제의 조합이 사용될 수 있다.

치우친 제1 및 제2 통판들을 갖는 원통형 파이프 섹션을 형성하기 위해 제1 및 제2 통판들을 연결한 이후에(1120), 유지 띠, 팽창형 슬리브 또는 다른 지그가, 파이프 섹션에 지지 및 안정성을 제공하기 위해 원통형 파이프 섹션에 부착될 수 있다(1122). 복수의 치우친 제1 및 제2 통판을 정렬하고(1110) 연결하는(1120) 단계는, 임의의 수의 사전 제조된 원통형 파이프 섹션을 형성하기 위해 반복될 수 있다(1124). 원통형 파이프 섹션은 OTEC 발전소 시설에서 사전 제조되거나 또는 원격으로 사전 제조된 다음, 완전 조립된 냉수 파이프(451)를 형성하기 위해 부가의 건조를 위해 OTEC 발전소 시설로 운반된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

치우친 통판들을 갖는 적어도 2개의 원통형 파이프 섹션을 조립하고, 상부 및 하부 원통형 파이프 섹션이 연결되며(1126), 각각의 파이프 섹션의 치우친 통판들이 정렬된다. 가요성 접착제가 상부 및 하부 원통형 파이프 섹션의 치우친 통판들의 맞대기 조인트(butt joint)에 부착될 수 있다(1130). 2개의 파이프 섹션의 통판들은, 비스킷 연결구를 포함하는 다양한 단부 맞대기 조인트를 사용하여 연결될 수 있다. 일 양태에서, 상부 및 하부 원통형 파이프 섹션의 치우친 통판들은, 결과적으로 가요성 접착제로 충전될 수 있는, 정렬된 연결 공동들을 갖도록 제공될 수 있다.

파이프 섹션들 사이 또는 개별 통판들 사이의 틈새 및 조인트는 부가의 가요성 수지로 충전될 수 있다(1132). 일단, 2개의 파이프 섹션이 연결되고 수지가 필요한 곳에 도포되면, 2개의 파이프 섹션은 경화되도록 허용된다(1134).

유지 띠는 이어서 하부 파이프 섹션으로부터 제거되고(1136), 나선형으로 감긴 뱃전판이 그곳에 부착된다. 나선형으로 감긴 뱃전판은, 접착제 접합, 기계적 접합, 예를 들어 포지티브 스냅 결합 잠금, 또는 접착제와 기계적 접합의 조합을 사용하여 부착될 수 있다.

설명된 방법의 몇몇 양태에서, 나선형 뱃전판이 하부 파이프 섹션에 부착된 이후에, 전체 파이프 조립체는 시프트될 수, 예를 들어 하강하게 될 수 있으며, 따라서 이전의 상부 파이프 섹션이 새로운 하부 파이프 섹션이 된다(1138). 다음에, 새로운 상부 원통형 파이프 섹션은 전술된 바와 유사한 방식으로 조립된다(1140). 즉, 제1 및 제2 통판들은 원하는 치우침을 성취하도록 정렬된다(1142). 제1 및 제2 통판들은 새로운 원통형 파이프 섹션, 예를 들어 새로운 상부 파이프 섹션을 형성하도록, 이어서 연결된다(1144). 전술된 바와 같이, 유지 띠, 팽창형 슬리브 또는 다른 지그가, 냉수 파이프(217)의 건조 중에 원통형 파이프 섹션에 지지 및 안정성을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

새로운 상부 파이프 섹션(1144)을 조립한 다음, 새로운 하부 파이프 섹션 및 새로운 상부 파이프 섹션의 치우친 통판들은 정렬되고 함께 견인된다(1146). 접착제 또는 가요성 수지가, 예를 들어 비스킷 연결구와 또는 정렬된 연결 공동과 함께, 전술된 바와 같은 단부 맞대기 조인트에 도포된다(1148). 새로운 하부 파이프 섹션과 새로운 상부 파이프 섹션 사이 또는 임의의 2개의 통판 사이의 임의의 틈새는 부가의 가요성 수지로 충전될 수 있다(1150). 전체 조립체는 이어서 경화하도록(1152) 방치될 수 있다. 유지 지그는 상기와 같이 제거될 수 있고(1154), 나선형 뱃전판이 새로운 하부 파이프 섹션에 부착될 수 있다. 그리고, 상기와 같이, 전체 파이프 조립체는 다음의 원통형 파이프 섹션을 제공하도록 시프트될 수 있다. 이 방식으로, 방법은 원하는 파이프 길이가 성취될 때까지 반복될 수 있다.

치우친 통판들을 갖는 연결 원통형 파이프 섹션들은 설명된 본 발명의 시스템 및 방법에 따른 복수의 방식으로 성취될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 치우친 통판들을 연결하는 방법은, 파이프 세그먼트들 사이의, 부피가 크고, 무겁거나 간섭적인 연결 기재에 대한 필요가 없는, 연속적인 파이프를 제공한다. 그에 따라, 가요성 및 강성을 포함하는 거의 균일한 재료 특성을 갖는 연속적인 파이프가 제공된다.

예:

대략 3000 피트의 연속적인 치우친 통판형 파이프의 현장 건조를 용이하게 하는 냉수 파이프 조립체가 제공된다. 부가적으로, 통판형 디자인은 분할형 파이프 건조에 의해 전통적으로 경험되는 불리한 선적 및 취급 부하를 고려한다. 예를 들어, 전통적으로 건조되는 분할형 냉수 파이프들의 견인 및 직립은 파이프 상에 위험한 부하를 부여한다.

통판형 건조는 40 ft 내지 50 ft 길이의 복수의 통판의 주변 부지 제조(offsite manufacturing)를 허용한다. 각각의 통판은 대략 52 인치 폭 및 4 내지 12 인치 두께이다. 통판들은 해안 플랫폼에 적층되거나 컨테이너 내에서 선적될 수 있고, 냉수 파이프는 이어서 복수의 통판으로부터 플랫폼 상에서 건조될 수 있다. 이는 파이프 섹션을 조립하기 위한 개별 시설에 대한 요구를 제거한다.

통판들은 약 66,000 psi 내지 165,000 psi의 탄성율을 갖는 나일론 보강 비닐 에스테르로 건조될 수 있다. 통판들은 약 15,000 psi 내지 45,000 psi의 최대 강도를 갖고, 약 15,000 psi 내지 45,000 psi의 인장 강도를 갖는다. 일 양태에서, 통판들은 150,000 psi의 탄성율, 30,000 psi의 최대 강도 및 30,000 psi의 항복 강도를 가질 수 있어, 설치된 냉수 파이프가 순수 강성 파이프보다는 호스와 유사하게 거동하게 된다. 이는 파이프가 더 가요성이고 균열 또는 파괴를 회피하기 때문에 폭풍우 조건에서 유리하다. 일 양태에서, 파이프는, 연결되지 않은 하단부에서 중심으로부터 대략 2개의 직경을 편향시킬 수 있다. 연결되지 않은 하단부에서의 편향은, OTEC 발전소의 정박 시스템 또는 발전소 작동에 수반되는 임의의 다른 수중 시스템과 간섭할 정도로 크지 않아야 한다.

냉수 파이프는 OTEC 발전소의 바닥 부분에 연결된다. 더 구체적으로, 냉수 파이프는 도 3의 OTEC 스파의 바닥 부분과 동적 베어링을 사용하여 연결된다. OTEC 적용에서, 냉수 파이프 연결부들은, 본 명세서에 그 전체로 참조로서 합체되는, 에이브리(Avery) 및 우(Wu)의, 옥스퍼드 대학교 출판사(Oxford University Press)에 의해 1994년에 출간된 문헌 "해양으로부터 재생 가능 에너지, OTEC로의 가이드(Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC)"의 섹션 4.5에 설명되어 있다.

플랫폼으로서 스파 부표를 사용하는 상당한 장점들 중 하나는 이와 같이 하는 것이 더 심각한 100년 폭풍우 조건에서 조차 스파 자체와 냉수 파이프 사이에 비교적 작은 회전을 야기한다는 것이다. 게다가, 스파와 냉수 파이프 사이의 수직력 및 횡방향력은 구형 볼과 그 시트 사이의 하향력이 베어링 표면을 항상 접촉 상태로 유지하도록 이루어진다. 물 밀봉부로서 또한 작용하는 이러한 베어링은 그의 맞대응 구형 시트와 접촉으로부터 해제되지 않기 때문에, 냉수파이프를 수직으로 적소에 유지하기 위한 기구를 설치할 필요가 없다. 이는 구형 베어링 디자인을 간단화하는 것을 돕고, 또한 그렇지 않으면 임의의 부가의 냉수 파이프를 위한 파이프 구속 구조물 또는 기재에 의해 유발될 수 있는 압력 손실을 최소화한다. 구형 베어링을 통해 전달되는 횡방향력은 또한, 이들 힘이 냉수 파이프의 수직 구속에 대한 필요성 없이 적절하게 수용될 수 있도록, 충분히 낮다.

냉수는 하나 이상의 냉수 펌프를 거쳐 냉수 파이프를 통해 흡인되고, 하나 이상의 냉수 통로 또는 도관을 거쳐 다단 OTEC 발전소의 응축기 부분으로 유동한다.

냉수 파이프 구성 및 성능의 추가의 상세는, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되는 2010년 1월 21일 출원된 발명의 명칭이 "해양 열에너지 변환 발전소 냉수 파이프(Ocean Thermal Energy Conversion Power Plant Cold Water Pipe)"인 미국 특허출원공개 제US 2011/0173978호에 설명되어 있다.

냉수 파이프 연결부

냉수 파이프(217)와 스파 플랫폼(311) 사이의 연결부는, 건조, 유지보수 및 작동 과제를 제시한다. 예를 들어, 냉수 파이프는 동적 해양 환경에 매달린 2000 ft 내지 4000 ft 수직 칼럼이다. 냉수 파이프가 연결되는 플랫폼 또는 선박은 또한 동적 해양 환경에서 부유한다. 더욱이, 파이프는 이상적으로 흘수선 아래에, 그리고 몇몇 양태에서 흘수선보다 충분히 아래에 그리고 선박의 바닥에 근접하여 연결된다. 적절한 위치로 완전 조립된 파이프를 조작하고, 선박 또는 플랫폼에 파이프를 고정하는 것은, 어려운 작업이다.

냉수 파이프 연결부는 플랫폼으로부터 매달리는 파이프의 정적 중량을 지지하고, 파도 작용, 파이프 진동, 및 파이프 이동으로 인한 플랫폼과 매달린 파이프 사이의 동적 힘들을 고려한다.

짐벌, 볼 및 소켓, 및 유니버설 연결부들을 포함하는 다양한 OTEC 냉수 파이프 연결부가, 본 명세서에 참조로서 합체되는, 윌리엄 에이브리(William Avery) 및 치 우(Chih Wu)의, 옥스퍼드 대학교 출판사(Oxford University Press)에 의해, 1994년에 출간된, 문헌 "해양으로부터 재생 가능 에너지, OTEC로의 가이드(Renewable Energy from the Ocean, a Guide to OTEC)"의 섹션 4.5에 개시되어 있다. 단지 짐벌 연결부만이 작동적으로 테스트되었고 30°의 회전을 허용하는 2축 짐벌을 포함하였다. 에이브리 및 우의 문헌에 설명되어 있는 바와 같이, 짐벌의 평면에서, 구형 쉘(shell)이 파이프의 상부를 형성하였다. 나일론 및 테플론(Teflon)의 편평한 링을 갖는 원통형 캡이, 파이프 내의 냉수와 둘레 플랫폼 구조물 사이에 슬라이딩 밀봉부를 제공하였다. 짐벌을 갖는 파이프 연결부가 도 12에 도시되어 있다.

종래의 냉수 파이프 연결부는, 출렁거림 및 파도 작용으로 인해 스파 플랫폼보다 큰 수직 변위를 나타내는 전통적인 선체 형태 및 플랫폼을 위해 설계되었다. 플랫폼으로서 스파 부이(buoy)를 사용하는 상당한 장점들 중 하나는, 이와 같이 하는 것이 대부분의 심각한 100년 폭풍우 조건에서도 스파 자체와 CWP 사이의 비교적 작은 회전을 야기하는 것이다. 게다가, 스파와 냉수 파이프 사이의 수직력 및 횡방향력은 구형 볼과 그 시트 사이의 하향력이 베어링 표면들을 항상 접촉 상태로 유지하도록 이루어진다. 몇몇 실시예에서, 냉수 파이프와 연결 베어링 표면 사이의 하향력은 0.4 g 내지 1.0 g이다. 물 밀봉부로서 또한 작용하는 이러한 베어링은, 그의 맞대응 구형 시트와 접촉 상태로부터 벗어나지 않기 때문에, 냉수 파이프를 수직으로 적소에 유지하기 위한 기구를 설치할 필요성이 존재하지 않는다. 이는 구형 베어링 디자인을 간단화하는 것을 돕고, 또한 그렇지 않으면 임의의 부가의 냉수 파이프 구속 구조물 또는 기재에 의해 야기될 수도 있는 압력 손실을 최소화한다. 구형 베어링을 통해 전달된 횡방향력은 또한 이들이 냉수 파이프의 수직 구속의 필요성 없이 적절하게 수용될 수 있도록 충분히 낮다.

설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태는 플랫폼의 바닥을 통해 상향으로 냉수 파이프를 수직 삽입하는 것을 허용한다. 이는 플랫폼 아래로부터 제 위치로 완전 조립된 냉수 파이프를 상승시킴으로써 성취된다. 이는 플랫폼과 파이프의 동시 건조 뿐만 아니라 유지보수를 위한 냉수 파이프의 용이한 설치 및 제거를 제공하는 것을 가능하게 한다.

도 3을 참조하면, 냉수 파이프(217)는 냉수 파이프 연결부(375)에서 스파 플랫폼(310)의 잠수 부분(311)에 연결한다. 몇몇 실시예에서, 냉수 파이프는 도 3의 OTEC 스파의 바닥 부분과 동적 베어링을 사용하여 연결한다.

몇몇 실시예에서, 구형 표면을 거쳐 가동 멈춤쇠에 장착되는 파이프 칼라(collar)를 포함하는 냉수 파이프 연결부가 제공된다. 가동 멈춤쇠는 스파 플랫폼의 기부에 결합된다. 가동 멈춤쇠를 합체하는 것은, 냉수 파이프 수용 베이 내로 그리고 그로부터의 냉수 파이프의 수직 삽입 및 제거를 허용한다.

도 13은 냉수 파이프 연결부(375)가 베이 벽(777) 및 멈춤쇠 하우징(778)을 포함하는 파이프 수용 베이(776)를 포함하는 예시적인 양태를 도시하고 있다. 수용 베이(776)는 베이 벽들(777) 사이의 직경의 길이에 의해 한정되는 수용 직경(780)을 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 수용 직경은 냉수 파이프(217)의 외부 칼라 직경(781)보다 크다.

냉수 파이프 연결부(375) 및 스파(311)의 하부 부분은, 일단 매달린 냉수 파이프(217)에 의해 스파(311) 상에 부여되고 전달되는 중량 및 동적 힘들을 지탱하기 위한 구조적 보강부 및 지지부를 포함할 수 있다.

도 14를 참조하면, 냉수 파이프 연결부(375)는, 멈춤쇠 하우징(778)과, 제1 위치로부터 제2 위치로의 멈춤쇠(840)의 이동을 허용하도록 멈춤쇠 하우징(778)에 기계적으로 결합되는 가동 멈춤쇠(840)를 포함한다. 제1 위치에서, 가동 멈춤쇠(840)는, 멈춤쇠(840)가 수용 베이(776)의 중심을 향해 내향으로 돌출하지 않고 수용 직경(780)의 외부에 잔류하도록 멈춤쇠 하우징(778) 내에 수용된다. 제1 위치에서, 냉수 파이프(217)의 상단부(385)는 가동 멈춤쇠(840)로부터의 간섭 없이 파이프 수용 베이(776) 내로 삽입될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가동 멈춤쇠(840)는, 가동 멈춤쇠(840)의 어떠한 양태도 외부 칼라 직경(781)을 지나 수용 베이(776)의 중심을 향해 내향으로 돌출하지 않도록, 제1 위치에 수용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 위치에서 가동 멈춤쇠(840)는, 수용 베이(776)를 통한 냉수 파이프(217)의 수직 이동과 간섭하지 않는다.

제2 위치에서, 가동 멈춤쇠(840)는 멈춤쇠 하우징(778)을 넘어 연장되고, 수용 베이(776)의 중심을 향해 내향으로 돌출한다. 제2 위치에서, 가동 멈춤쇠(840)는 외부 칼라 직경(781)을 지나 내향으로 연장된다. 가동 멈춤쇠(840)는, 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 기계적 액추에이터, 전기적 액추에이터, 전자 기계적 액추에이터, 또는 상기 것들의 조합을 사용하여, 제1 위치로부터 제2 위치로 조정되거나 이동될 수 있다.

가동 멈춤쇠(840)는 부분 구형 또는 아치형 베어링 표면(842)을 포함한다. 아치형 베어링 표면(842)은 가동 멈춤쇠(840)가 제2 위치에 있을 때 냉수 파이프 베어링 칼라(848)에 동적 베어링을 제공하도록 구성된다.

냉수 파이프 베어링 칼라(842)는 칼라 베어링 표면(849)을 포함한다. 아치형 베어링 표면(842) 및 칼라 베어링 표면(849)은 냉수 파이프(217)의 매달린 중량을 지지하기 위한 동적 베어링을 제공하도록 협력적으로 안착될 수 있다. 부가적으로, 아치형 베어링 표면(842) 및 칼라 베어링 표면(849)은, 냉수 파이프(217)를 안착 해제시키지 않고, 냉수 파이프(217)와 플랫폼(310) 사이의 상대 운동을 고려하도록 협력적으로 장착된다. 아치형 베어링 표면(842) 및 칼라 베어링 표면(849)은, 일단 냉수 파이프(217)가 냉수 파이프 연결부(375)를 거쳐 플랫폼(310)에 연결되면, 상대적으로 온수가 파이프 수용 베이(776) 및 최종적으로 냉수 흡입부(350)에 진입할 수 없도록 하기 위한 동적 밀봉부를 제공하도록 협력적으로 안착된다. 일단 냉수 파이프(217)가 매달리게 되면, 냉수는 하나 이상의 냉수 펌프를 거쳐 냉수 파이프를 통해 흡인되고, 하나 이상의 냉수 통로 또는 도관을 거쳐 다단 OTEC 발전소의 응축기 부분으로 유동한다.

아치형 베어링 표면(842) 및 칼라 베어링 표면(849)은 2개의 표면 사이의 갈바닉 상호 작용(galvanic interaction)을 방지하기 위해 테플론 코팅과 같은 코팅으로 처리될 수 있다.

냉수 파이프를 부유 플랫폼에 연결하기 위한 동적 베어링 표면 및 가동 멈춤쇠 또는 피니언의 임의의 조합은, 본 명세서의 청구범위 및 상세한 설명에서 고려된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 아치형 베어링 표면은 가동 멈춤쇠 상부에 위치하게 되고, 아치형 베어링 표면은 가동 멈춤쇠의 측면, 또는 심지어 가동 멈춤쇠 아래에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가동 멈춤쇠는 전술된 바와 같이 부유 플랫폼의 바닥 부분에 일체형일 수 있다. 다른 실시예에서, 가동 멈춤쇠는 냉수 파이프에 일체형일 수 있다.

도 15는 냉수 파이프를 부유 플랫폼, 더 구체적으로는 OTEC 부유 플랫폼에 부착하는 예시적인 방법을 도시하고 있다. 이 방법은 플랫폼으로부터 완전 조립된 냉수 파이프로 가이드 라인 및 내림밧줄(downhaul)을 장비하는 것을 포함한다. 냉수 파이프는 이어서 플랫폼 아래로 하강하게 되고 적절한 위치로 정렬된다. 냉수 파이프는 이어서 파이프 수용 베이 내로 상승하게 되고, 가동 멈춤쇠 또는 피니언이 신장되며, 파이프가 아치형 베어링 표면 상에 안착된다.

더 구체적으로, 안내 케이블이 완전 조립된 냉수 파이프(217)에 부착된다(910). 예시적인 실시예에서, 냉수 파이프(217)는 냉수 파이프의 건조, 이동 및 직립 중에 부력을 제공하기 위한 하나 이상의 팽창형 슬리브를 포함할 수 있다. 가이드 와이어가 냉수 파이프에 부착된(910) 후에, 하나 이상의 팽창형 슬리브는 수축되어(915) 냉수 파이프가 음성 부력(negatively buoyant)을 받게 된다. 실시예에서, 냉수 파이프는 냉수 파이프에 음성 부력을 제공하기 위해 물 또는 다른 밸러스트 물질로 부분적으로 또는 완전히 충전될 수 있는 클럼프 웨이트(clump weight) 또는 다른 밸러스트 시스템을 또한 포함할 수 있다.

냉수 파이프는 이어서 부유식 OTEC 플랫폼(310)의 냉수 파이프 연결부(375) 아래의 위치로 하강하게 된다(920). 밸러스트는 재차 조정될 수 있다. 가이드 와이어는 냉수 파이프 연결부(375) 아래로 냉수 파이프를 적절하게 위치시키도록 조정되고(925), 정렬이, 비디오, 리모트 센서 및 다른 수단을 거쳐 점검되고 확인된다(930). 냉수 파이프 조립체는 이어서 냉수 파이프 베어링 칼라(848)가 냉수 파이프 연결 조립체의 가동 멈춤쇠(840) 위에 있도록 하는 위치로 상승하게 된다(935). 냉수 파이프를 냉수 파이프 연결부 내로 상승시키는 것은, 가이드 와이어, 팽창형 슬리브, 탈착 가능한 벌룬 또는 이들의 조합을 사용하여 행해질 수 있다.

냉수 파이프가 냉수 파이프 연결부 내로 상승하게 된(935) 후에, 가동 멈춤쇠는 신장되어(940) 냉수 파이프를 위한 동적 베어링 표면을 제공한다. 냉수 파이프는 이어서 가이드 와이어를 조정하고, 팽창형 슬리브 또는 탈착 가능한 벌룬을 수축시킴으로써, 또는 클럼프 웨이트 또는 다른 밸러스트 시스템을 조정함으로써 하강된다. 이들의 조합이 또한 사용될 수도 있다.

가이드 와이어, 팽창 라인, 밸러스트 라인 등은 냉수 파이프의 이동 중에 서로로부터 방해되지 않고 유지되어야 한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 더욱이, 냉수 파이프의 이동은 OTEC 플랫폼의 정박 시스템과 간섭하지 않아야 한다.

설명된 시스템 및 방법의 다른 양태에서, 정적 연결부가 냉수 파이프와 스파 구조물 사이에 구성될 수 있다. 이러한 양태들에서, 파이프와 스파 사이의 동적 힘은, 파이프의 상부 부분 부근의 파이프의 가요성을 변화시킴으로써 고려될 수 있다. 냉수 파이프의 하부 부분 및 중간 부분의 이동을 허용함으로써, 동적 파이프 연결부를 위한 필요성이 감소되거나 완전히 회피된다. 짐벌이 있는 연결부를 위한 필요성을 회피하는 것은 고비용의 이동부를 제거하고, 하부 스파부와 냉수 파이프의 모두의 제조를 간단하게 한다.

도 16을 참조하면, 냉수 파이프(1651)는 전술된 동적 베어링의 사용 없이 스파(1611)의 하부 부분에 연결된다. 도 16은 변위된 구성과 변위되지 않은 구성의 모두에서 스파 구조물의 하부 부분에 연결된 냉수 파이프를 도시하고 있다. 냉수 파이프(1651)의 상부 부분 - 즉 연결 지점에 있는 그리고 연결 지점 바로 아래에 있는 이들 부분 및 스파(1611)의 하부 부분 - 은 냉수 파이프의 비교적 비가요성 상부 부분(1651A)을 제공하도록 강화된다. 비가요성 상부 부분(1651A) 아래에는, 비교적 가요성 중간부(1651B)가 제공된다. 가요성 중간부(1651B) 아래에는 냉수 파이프 조립체의 가장 큰 부분을 포함할 수 있는 적당한 가요성 하부 부분(1651C)이 있다. 클럼프 웨이트 또는 밸러스트 시스템은 적당한 가요성 하부 부분(1651C)의 바닥 또는 임의의 다른 부분에 고정될 수 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 가요성 중간부(1651B)는 냉수 파이프의 매달림 라인으로부터 멀어지는 냉수 파이프의 하부 부분의 편향을 허용한다. 편향량은 스파(1011)로부터 매달린 냉수 파이프의 길이 및 직경에 따라, 0.25도 내지 30도일 수 있다.

도 17을 참조하여, 정적 냉수 파이프 대 스파 연결부가 상세히 설명된다. 스파(1611)의 하부 부분은, 냉수 파이프(1651)의 상부 부분(1651A)을 수용하기 위한 수용 베이(1713)를 포함한다. 수용 베이(1713)는 테이퍼형 부분(1714) 및 접촉 패드(1715)를 포함한다. 냉수 파이프(1651)의 상부 부분(1651A)은 테이퍼형 칼라 표면(1756) 및 인양 러그(1775)를 갖는 칼라(1755)를 포함한다. 냉수 파이프(1651)는 인양 러그(1775)에서 냉수 파이프에 고정된 인양 및 유지 케이블(1777)에 의해 스파(1611)에 연결된다. 케이블(1777)은 스파(1611)의 하부 부분에 수용되는 기계적 윈치(1779)에 부착된다.

냉수 파이프를 스파 플랫폼에 연결하는 예시적인 방법에서, 완전 제조된 냉수 파이프는 스파 플랫폼의 바로 아래의 지점으로 하강된다. 인양 및 유지 케이블(1777)이 원격 조작식 차량에 의해 인양 러그(1775)에 연결된다. 장력이 스파(1611)의 하부 부분에 수용된 전술된 기계적 윈치를 사용하여 케이블 내에 취해진다. 냉수 파이프(1651)의 상부 부분(1651A)이 수용 베이(1713)에 진입함에 따라, 확실한 연결이 테이퍼형 칼라 표면(1756)과 접촉 패드(1715) 사이에 이루어질 때까지 테이퍼형 부분(1714)에 의해 적절한 위치로 안내된다. 수용 베이 내의 냉수 파이프의 적절한 배치 및 확실한 연결시에, 케이블(1777)은 냉수 파이프(1651)의 하향 이동을 방지하도록 기계적으로 잠금된다. 물은 냉수 파이프의 내부 및 파이프의 외부 둘레에서 유동하기 때문에, 압력 밀봉부가 냉수 파이프와 스파 구조물 사이의 인터페이스에서 필요하지 않다. 몇몇 구현예에서, 냉수 파이프와 스파 구조물 사이의 밀봉부는, 밀봉부를 가로지르는 물 통로를 최소화한다. 연결 패드 상에 인가된 상향력은 인양 케이블, 냉수 파이프의 부력 또는 이들 모두의 조합에 의해 부여될 수 있다.

인양 케이블(1777) 및 대응 인양 러그(1775)의 수는 냉수 파이프(1651)의 크기, 중량 및 부력에 의존한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 몇몇 양태에서, 냉수 파이프(1651)는 양성, 중성 또는 음성 부력을 받게 될 수 있다. 인양 케이블(1777) 및 대응 인양 러그(1775)의 수는 또한 냉수 파이프와 연계된 임의의 밸러스팅 뿐만 아니라 냉수 파이프에 부착된 클럼프 웨이트의 중량 및 부력에 의존한다. 설명된 시스템 및 방법의 양태에서, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 인양 및 유지 케이블이 사용될 수 있다.

설명된 시스템 및 방법의 부가의 양태에서, 인양 러그(1775)는 공지의 체결 및 연결 기술을 사용하여 냉수 파이프의 상부에 직접 볼트로 결합되는 패드 아이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배럴 소켓(barrel socket), 헥스 소켓(hex socket), 코들러 핀(coddler pin) 등이 냉수 파이프의 통판 상부 부분 내에 합체될 수 있다.

다른 양태에서, 인양 칼라는 냉수 파이프의 상부 부분에 설치될 수 있고, 인양 칼라(1755)는 칼라 연결 표면(1756) 및 인양 러그(1775)를 포함한다. 인양 칼라는 냉수 파이프와 동일하거나 상이한 재료일 수 있다. 인양 칼라는 냉수 파이프에 부착될 때, 상부 부분(1651A)과 연계된 강성보다 많이 냉수 파이프의 강성을 증가시킬 수 있다. 도 18은 통판 냉수 파이프(1651)에 장착된 인양 칼라(1775)의 도면이다. 인양 칼라는 냉수 파이프의 상부 부분(1651A)에 기계적으로, 화학적으로 또는 열적으로 접합될 수 있다. 예를 들어, 냉수 파이프의 개별 통판 부재들을 연결하기 위한 동일한 접합 수지가 인양 칼라를 냉수 파이프에 연결하기 위해 사용될 수 있다.

예:

몇몇 실시예에서, 냉수 파이프(217)는 그 상부 섹션이 그 하부 영역의 광대한 가요성을 허용하면서 스파에 단단히 고정될 수도 있도록 불균일한 섹션으로 구성된다. 도 24는 2,500 ft 길이이고, 21 ft의 내경 및 여러 외경을 갖는 상이한 섹션으로 분할되어 있는 예시적인 냉수 파이프(217)를 도시하고 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 냉수 파이프(217)는 3개의 상이한 섹션[예를 들어, 상부 섹션(217a), 중간 섹션(217b) 및 하부 섹션(217c)]을 포함한다. 이러한 섹션들(217a 내지 217c) 각각은 고유의 기하학적 형상, 기능 및 내부 디자인을 갖는다. 냉수 파이프 섹션들(217a 내지 217c)은 예를 들어, 섬유 보강 플라스틱(FRP), 신택틱 폼, 및 스테인리스강과 같은 다양한 재료로 형성된다.

도 25에 도시되어 있는 바와 같이, 상부 섹션(217a)은 상부 부분(예를 들어, 스파 인터페이스 섹션)(851) 및 하부 부분(853)을 갖는다. 스파 인터페이스 섹션(851)은 스파와 중간 섹션(217b) 사이의 구조적 전이부로서 기능한다. 도시되어 있는 바와 같이, 스파 인터페이스 섹션(851)은 냉수 파이프(217)의 부착 중에 스파 내로 견인 상승될 때 용이한 포획을 위해 경사지게 되고, 가이드로서 작용하고 냉수 파이프(217)와 스파 사이의 틈새를 최대화한다(접촉 및 가능한 손상을 최소화함). 경사진 디자인은 또한, 플랫폼으로부터 냉수 파이프(217)의 탈착 도중에, 틈새를 최대화하며 그리고 접촉 및 손상의 가능성을 감소(예를 들어, 최소화)시킴에 의한 회피를 돕는다.

스파 인터페이스 섹션(851)은 스파가 냉수 파이프(217)를 유지하게 하기 위한 맞대응 인터페이스를 포함한다. 맞대응 인터페이스들은, 스파의 대응 맞대응 인터페이스에 의한 유지를 위해, 그 내부에 삽입 구멍(857)을 갖는 맞대응 플레이트(855)를 포함한다. 이하에 설명되는 바와 같이, 맞대응 플레이트(855)는 스파 인터페이스 섹션(851)의 외표면 둘레에 배열되고, 이들 맞대응 플레이트가 플랫폼 스파의 맞대응 인터페이스 내에 장착된 대응 플레이트에 균일하게 접촉하도록 장착된다. 플랫폼 스파로의 냉수 파이프(217)의 부착 중에, 스파 플랫폼 내의 맞물림 부재(예를 들어, 볼 잠금부)는 작동을 위한 위치에 냉수 파이프(217)를 고정하기 위해 맞대응 플레이트(855) 내의 삽입 구멍(857) 내로 삽입된다.

도 26에 도시되어 있는 바와 같이, 냉수 파이프(217)의 상부는 복합 재료(예를 들어, FRP)로 구성되고, 내부 스테인리스강 프레임 구조물을 갖는다. 상부 섹션(217a)의 상부 에지는 냉수 파이프(217)에 원주방향 강도를 제공하는 스테인리스강 맞대응 링(859)을 갖는다. 맞대응 링(859)은 또한 냉수 파이프(217)가 스파에 부착될 때 편평한 표면으로서 기능하지만, 맞대응 링(859)은 통상적으로 플랫폼 스파의 편평한 맞대응 표면에 접촉하지 않는다. 맞대응 링(859)과 스파의 편평한 맞대응 표면 사이의 공간은 통상적으로 가스켓 재료로 충전되어 밀봉부(예를 들어, 수밀 밀봉부)를 형성한다.

페이스 플레이트(861)는 스파 인터페이스 섹션(851)의 내표면 및 외표면 둘레에 배열되고, 맞대응 링(859)에 고정(예를 들어, 용접)된다. 스파 인터페이스 섹션(851)의 내표면 둘레의 페이스 플레이트(861)는 외표면을 따라 배열되는 페이스 플레이트(861)에 연결(예를 들어, 볼트 결합)된다. 내측 및 외측 페이스 플레이트(861)를 서로 체결하는 것은 상부 섹션(217a)의 FRP 부분과 맞대응 링(859) 사이의 연결 조인트에 강도를 추가한다. 페이스 플레이트(861)는 통상적으로 내측 및 외측 페이스 플레이트(861)를 연결하는 볼트가 냉수 파이프(217)로부터 외향으로 연장되지 않도록 하는 나사머리 매립 볼트 구멍(countersunk hole)을 포함한다. 페이스 플레이트(861)는 금속 재료로 제조된다. 몇몇 실시예에서, 페이스 플레이트(861)는 스파 인터페이스 섹션(851)의 내표면 및 외표면 둘레에 배열된다.

복수의 인장 빔(tension beam)(863)이, 약간의 각도 굴곡을 허용하는 가운데 인장 강도를 제공하기 위해, 상부 섹션(217a)의 거의 전체 수직 거리를 따라 연장된다. 인장 빔(863)은 상부 섹션(217a)의 대략 내표면과 외표면 사이에서 FRP 내에 위치되고, 내측 및 외측 페이스 플레이트(861) 사이에 볼트 결합된다. 인장 빔(863)은 금속 재료로 제조된다.

볼트를 사용하는 체결에 추가하여, 스테인리스강 구성 요소[예를 들어, 맞대응 링(859), 페이스 플레이트(861) 및 인장 빔(863)]는 접착제로 FRP에 고정된다.

맞대응 링(859) 및 페이스 플레이트(861) 아래에는, 맞대응 플레이트(855)가 스파 인터페이스 섹션(851)의 외표면 둘레에 배열된다. 도 27에 도시되어 있는 바와 같이, 맞대응 링(859)에 용접된 외측 페이스 플레이트(861)에 유사하게, 맞대응 플레이트(855)는 스파 인터페이스 섹션(851)의 내표면 둘레에 배열된 페이스 플레이트(861)의 세트에 체결(예를 들어, 볼트 결합)된다. 몇몇 실시예에서, 스파 인터페이스 섹션(851)은 그 외표면 둘레에 균일하게 배열된 맞대응 플레이트를 포함한다. 각각의 맞대응 플레이트(855)는 금속 재료로 제조된다. 대응 볼 잠금부가 삽입 구멍(857) 내에 삽입될 때, 맞대응 플레이트(855)는 인장 부하를 지지할 수 있다.

맞대응 플레이트(855) 및 페이스 플레이트(861)는 서로에 대해 그리고 또한 맞대응 플레이트(855)와 페이스 플레이트(861) 사이의 FRP 부분 내에 위치하게 되는 인장 빔(863)에 볼트 결합된다. 맞대응 플레이트(855)를 FRP 부분, 인장 빔(863) 및 페이스 플레이트(861)에 체결하는 것은, 스파 인터페이스 섹션(851)을 보강하여, 스파의 맞대응 인터페이스에 의해 유지될 때, 상부 섹션(217a)이 냉수 파이프(217)의 부력 중량을 지지할 수 있게 된다. 맞대응 링(859) 및 상측 페이스 플레이트(861)의 고정과 유사하게, 다른 스테인리스강 구성 요소[예를 들어, 맞대응 플레이트(855) 및 페이스 플레이트(861)]가 접착제로 FRP에 고정된다.

도 25를 재차 참조하면, 상부 섹션(217a)의 하부 부분(853)은 중간 섹션(217b)을 맞물기 위한 가상 힌지 섹션(865) 및 고정 인터페이스(867)를 포함한다. 그 테이퍼형 디자인으로 인해, 가상 힌지 섹션(865)은 구조적 전이부를 제공하고, 냉수 파이프(217)의 작은 각도 운동을 허용하기 위해 스파의 단단한 연결부와 냉수 파이프(217) 사이의 변형 이완부(strain relief)로서 작용한다. 중간 섹션(217b)의 가요성에 기인하여, 이하에 설명되는 바와 같이, 가상 힌지(865) 내의 편향량은 중간 섹션(217b)의 편향량보다 통상적으로 작다. 예를 들어, 가상 힌지는 1° 내지 2°의 운동을 허용할 수 있다.

도 28에 도시되어 있는 바와 같이, 상부 섹션(217a)의 하단부 부근의 고정 인터페이스(867)는 상부 및 중간 섹션(217a, 217b) 사이에 구조적 연결 인터페이스를 제공한다. 상부 섹션(217a)의 상단부에 유사하게, 페이스 플레이트(861)는 고정 인터페이스(867)의 내표면과 외표면 둘레에 배열되고 함께 체결(예를 들어, 볼트 결합)된다. 내측 및 외측 페이스 플레이트(861)는 함께 그리고 또한 인장 빔(863)의 하단부에 체결되어 인장 빔(863)이 상부 섹션(217a)에 인장 강도를 제공할 수 있게 된다. 페이스 플레이트(861)는 내측 및 외측 페이스 플레이트(861)를 연결하는 볼트가 냉수 파이프(217)로부터 외향으로 연장하지 않도록 나사머리 매립 볼트 구멍을 포함할 수 있다.

고정 인터페이스(867)는 중간 섹션(217b)의 대응 탭 특징부(871)를 수용하기 위한 인장 빔(863)과 내측 및 외측 페이스 플레이트(861) 사이의 오목한 부분(869)을 포함한다. 몇몇 경우에, 오목한 부분(869)은 인장 빔(863)과 페이스 플레이트(861) 사이의 FRP의 부분을 제거함으로써(예를 들어, 기계가공함으로써) 형성된다.

도 29는 다수의(예를 들어, 약 70개) 파이프-링 세그먼트(873)를 포함하는 중간 섹션(217b)을 도시하고 있다. 각각의 파이프-링 세그먼트(873)는 다수의(예를 들어, 약 18개) 통판(875)으로 제조되는 실린더이다. 통판(875)은 통상적으로 이들이 표준 ISO 40-ft 용기 내에 끼워질 수 있도록 약 35 ft 길이이다. 각각의 통판(875)은 복합재료(예를 들어, FRP) 외피 및 발포체 충전된 내부로 구성되어, 강한 탄성 구조물을 생성한다.

도 30 및 도 31에 도시되어 있는 바와 같이, 통판(875)은 이들의 종방향 에지(876) 및 단부 에지(878)를 따라 연결되도록 설계된다. 종방향 에지(876)는 그루브(877)를 포함하고, 하나의 통판의 그루브(877)는 인접한 통판의 탭(879)에 연결될 수 있다. 통판(875)은 상부 및 하부 에지의 모두에 단부 그루브(예를 들어, "비스킷 포켓")(881)를 포함하고, 인서트(예를 들어, "비스킷")(883)가 양 그루브 내에 삽입되고 볼트 및 접착제를 사용하여 통판(875)에 체결된다. 대안적으로, 비스킷(883)은 통판(875)의 고정 연장부로서 형성될 수 있다.

일단 인접한 통판(875)이 연결되면, 수지 접착제가 통판(875)의 에지들을 속박하기 위해 수지 삽입 채널(885)을 통해 주입된다. 통판(875)의 기부에 형성되는 저절로 드러나는 그루브(telltale groove)는, 수지 삽입 채널(885)이 수지로 충전될 때 소량의 수지 접착제가 유출하게 한다. 파이프-링 세그먼트(873)의 조립 중에, 통판(875)은 통상적으로 엇갈리게 되어 인접한 통판들의 단부들이 서로로부터 수직으로 치우치게 된다(예를 들어, 5 ft만큼 치우치게 됨).

도 29를 재차 참조하면, 보강 띠(887: reinforcement band)가 중간 섹션(217b) 둘레에 부착되어(예를 들어, 연속적으로 또는 소정 간격으로) 2개의 인접한 파이프-링 세그먼트(873) 사이의 조인트와 중간 섹션(217b)을 원주방향으로 보강한다. 예를 들어, 중간 섹션(217b)은 5 ft 간격으로 FRP 보강 띠(887)로 감겨질 수 있다. 중간 섹션(217a)의 상단부 및 하단부에서, 통판(875)은 인접한 상부 및 하부 섹션(217a, 217c)을 연결하도록 균일하게 잘려지게 된다. 대안적으로, 통판(875)의 일부는 더 짧거나 긴 길이로 사전제조될 수 있어, 따라서 에지를 따르는 부가의 절단제거가 불필요하다.

도 28을 재차 참조하면, 중간 섹션(217b)의 상부 에지는 고정 인터페이스의 오목한 부분(869) 내로 삽입하기 위해 치수 설정되고 구성되는 상향으로 연장되는 탭 특징부(871)를 포함한다. 도시되어 있는 바와 같이, 상부 및 중간 섹션(217a, 217b)이 연결된 상태에서, 볼트는 상부 부분(217a)의 내측 및 외측 페이스 플레이트(861)를 탭 특징부(871)에, 그리고 몇몇 경우에 또한 인장 빔(863)에 체결한다.

하부 섹션(217c)(예를 들어, 기부)은 냉수 파이프(217)의 냉수 입구로서 기능한다. 도 32에 도시되어 있는 바와 같이, 하부 섹션(217c)은 벨 마우스(bell mouth)(889), 밸러스트 웨이트(891), 및 밸러스트 웨이트(891)를 벨 마우스(889)에 연결하는 네트 구조물(net structure)(893)을 포함한다. 네트 구조물(893)은 대형 해상 생물 및 다른 물체가 벨 마우스(889) 및 냉수 파이프(217)에 진입하는 것을 방지하도록, 서로로부터 이격되어 벨 마우스(889) 둘레에 배열되는 복수의 케이블에 의해 형성된다.

네트 구조물(893)을 위한 장착 위치인 것에 추가하여, 밸러스트 웨이트(891)는 냉수 파이프(217)를 대략 수직 지향으로 유지하는 것을 돕기 위한 하향력을 제공한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 구성된 냉수 파이프에 대해, 밸러스트 웨이트(891)가 통상적으로 사용된다.

제1 섹션(217a)에 유사하게, 벨 마우스(889) 및 클럼프 웨이트(891)는 FRP로 제조되고, 스테인리스강 구조적 구성 요소를 갖는다. 하부 섹션(217c)은 중간 섹션(217b)을 제1 섹션(217a)(도 28에 도시되어 있음)에 연결하기 위해 사용되는 고정 인터페이스 조인트와 유사한 고정 인터페이스 조인트를 사용하여 중간 섹션(217b)에 부착된다.

열교환 시스템

도 3, 도 3a 및 도 19 및 도 20은 복수의 다단 열교환기(420)가 OTEC 스파(410)의 주변부 둘레에 배열되어 있는, 설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 구현예를 도시하고 있다. 열교환기(420)는 OTEC 열 엔진에 사용된 증발기 또는 응축기일 수 있다. 열교환의 주변 레이아웃은 OTEC 스파 플랫폼의 증발기부(344) 또는 응축기부(348)와 함께 이용될 수 있다. 주변 장치는 임의의 수의 열교환기(예를 들어, 1개의 열교환기, 2개 내지 8개의 열교환기, 8개 내지 16개의 열교환기, 16개 내지 32개의 열교환기, 또는 32개 이상의 열교환기)를 지지할 수 있다. 하나 이상의 열교환기는 OTEC 스파(410)의 단일의 데크 상에 또는 복수의 데크 상에(예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 6개 이상의 데크 상에) 주변에 배열될 수 있다. 하나 이상의 열교환기가 2개 이상의 데크 사이에 주변에 치우치게 될 수 있어 2개의 열교환기가 서로의 위에 수직으로 정렬되지 않게 된다. 하나 이상의 열교환기는 하나의 데크 내의 열교환기가 다른 인접한 데크 상의 열교환기와 수직으로 정렬되도록 주변에 배열될 수 있다.

개별 열교환기(420)는 다단 열교환 시스템(예를 들어, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개 이상의 열교환 시스템)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 개별 열교환기(420)는 열교환기를 통한 따뜻한 해수 유동, 차가운 해수 유동, 및 작동 유체 유동 내의 최소 압력 손실을 제공하도록 구성된 캐비넷 열교환기일 수 있다.

도 21을 참조하면, 캐비넷 열교환기(520)의 실시예는 복수의 열교환 스테이지(521, 522, 523, 524)를 포함한다. 구현예에서, 적층형 열교환기는 제1 증발기 스테이지(521)로부터, 제2 증발기 스테이지(522)로, 제3 증발기 스테이지(523)로, 제4 증발기 스테이지(524)로, 캐비넷을 통해 아래로 유동하는 따뜻한 해수를 수용한다. 적층형 열교환 캐비넷의 다른 실시예에서, 차가운 해수는 제1 응축기 스테이지(531)로부터, 제2 응축기 스테이지(532)로, 제3 응축기 스테이지(533)로, 제4 응축기 스테이지(534)로 캐비넷을 통해 위로 유동한다. 작동 유체는 작동 유체 공급 도관(538) 및 작동 유체 배출 도관(539)을 통해 유동한다. 실시예에서, 작동 유체 도관(538, 539)은 따뜻한 해수 또는 차가운 해수의 수직 유동에 비교할 때 각각의 열교환기 스테이지를 수평으로 진입 및 진출한다. 캐비넷 열교환기(520)의 수직 다단 열교환 디자인은 일체형 선박(예를 들어, 스파) 및 열교환기 디자인을 용이하게 하고, 열교환기 스테이지들 사이에 배관을 상호 연결하기 위한 요구를 제거하고, 실질적으로 모든 열교환기 시스템 압력 강하가 열전달면 상에서 발생하는 것을 보장한다.

양태에서, 열전달면은 표면 형상, 처리 및 간격을 사용하여 최적화될 수 있다. 알루미늄의 합금과 같은 재료 선택은 전통적인 티타늄계 디자인에 비해 우수한 경제적 성능을 제공한다. 열전달면은 1000 시리즈, 3000 시리즈 또는 5000 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 열전달면은 티타늄 및 티타늄 합금을 포함할 수 있다.

다단 열교환기 캐비넷은 OTEC 열 엔진의 비교적 낮은 이용 가능한 온도차 내에서 해수로부터 작동 유체로 최대 에너지 전달을 가능하게 한다는 것이 판명되었다. 임의의 OTEC 발전소의 열역학적 효율은 작동 유체의 온도가 얼마나 가깝게 해수의 온도에 접근하는지의 함수이다. 열전달의 물리학은 작동 유체의 온도가 해수의 온도에 접근함에 따라 에너지를 전달하는 데 요구되는 면적이 증가한다는 것을 지시하고 있다. 표면적의 증가를 상쇄시키기 위해, 해수의 속도를 증가시키는 것이 열전달 계수를 증가시킬 수 있다. 그러나, 이는 펌핑을 위해 요구되는 전력을 증가시켜, 이에 의해 OTEC 설비 상의 기생 전력 부하를 증가시킨다.

도 22a를 참조하면, 작동 유체가 따뜻한 표면 해수를 사용하여 열교환기 내에서 비등하는 종래의 OTEC 사이클이다. 이 종래의 랭킨 사이클에서의 유체 특성은 출구 따뜻한 해수 온도보다 대략 3℉ 미만으로 출구 작동 유체를 제한하는 비등 프로세스에 의해 제한된다. 유사한 방식으로, 사이클의 응축측은 출구 차가운 해수 온도보다 2℉ 초과로 근접하지 않게 제한된다. 작동 유체를 위한 총 이용 가능한 온도 강하는 대략 12℉(68℉ 내지 56℉)이다.

캐스케이딩 다단 OTEC 사이클은 작동 유체 온도를 해수의 온도에 더 밀접하게 일치하게 한다는 것이 판명되었다. 이 온도차의 증가는 OTEC 열 엔진과 연계된 터빈에 의해 행해질 수 있는 일의 양을 증가시킨다.

도 22b를 참조하면, 캐스케이딩 다단 OTEC 사이클의 양태는 이용 가능한 작동 유체 온도 강하를 팽창시키기 위해 복수의 비등 및 응축 단계를 사용한다. 각각의 단계는 독립적인 열교환기, 또는 도 5의 캐비넷 열교환기(520) 내의 전용 열교환기 스테이지를 필요로 한다. 도 6b의 캐스케이딩 다단 OTEC 사이클은 터빈의 출력을 해수 및 작동 유체에 대해 예측된 펌핑 부하과 일치하는 것을 허용한다. 이 고도로 최적화된 디자인은 전용 터빈 및 맞춤화된 터빈을 필요로 할 것이다.

도 22c를 참조하면, 도 22b의 진정한 캐스케이드 구성의 열역학 효율 또는 최적화를 유지하면서 동일한 장비(예를 들어, 터빈, 발전기, 펌프)의 사용을 용이하게 하는 하이브리드형이지만 여전히 최적화된 캐스케이딩 OTEC 사이클이 도시되어 있다. 도 22c의 하이브리드형 연속적 사이클에서, 작동 유체를 위한 이용 가능한 온도차는 약 18℉ 내지 약 22℉의 범위이다. 이 좁은 범위는 열 엔진 내의 터빈들이 동일한 성능 사양을 갖는 것을 허용하여, 이에 의해 건조 및 작동 비용을 낮춘다.

시스템 성능 및 전력 출력은 OTEC 발전소 내의 하이브리드형 연속적 사이클을 사용하여 상당히 증가된다. 표 A는 도 22a의 종래의 사이클의 성능을 도 22c의 하이브리드 캐스케이딩 사이클의 성능과 비교한다.

100 MW 순 출력에 대한 추정된 성능
	종래의 사이클	4단 하이브리드 연속적 사이클
따뜻한 해수 유동	4,800,000 GPM	3,800,000 GPM
차가운 해수 유동	3,520,000 GPM	2,280,000 GPM
총 열소비율	163,000 BTU/kWH	110,500 BTU/kWH

4단 하이브리드형 연속적 열교환 사이클을 이용하는 것은 유체들 사이에 전달될 필요가 있는 에너지의 양을 감소시킨다. 이는 이어서 요구되는 열교환 표면의 양을 감소시키는 역할을 한다.

열교환기의 성능은 유체들 사이의 이용 가능한 온도차 뿐만 아니라 열교환기의 표면에서 열전달 계수에 의해 영향을 받는다. 열전달 계수는 일반적으로 열전달면을 가로지르는 유체의 속도에 따라 변화한다. 더 높은 유속은 더 높은 펌핑 전력을 필요로 하여, 이에 의해 설비의 순효율을 감소시킨다. 하이브리드 캐스케이딩 다단 열교환 시스템은 더 낮은 유속 및 더 높은 설비 효율을 용이하게 한다. 적층형 하이브리드형 연속적 열교환 디자인은 또한 열교환기를 통한 더 낮은 압력 강하를 용이하게 한다. 그리고, 수직 설비 디자인은 전체 시스템을 가로지르는 더 낮은 압력 강하를 용이하게 한다.

도 22d는 100 MW를 전력 그리드에 전달하기 위해 총 OTEC 발전에 대한 열교환기 압력 강하의 영향을 도시하고 있다. 열교환기를 통한 압력 강하를 최소화하는 것은 OTEC 발전소의 성능을 상당히 향상시킨다. 압력 강하는 일체형 선박 또는 플랫폼-열교환기 시스템을 제공함으로써 감소되고, 여기서 해수 도관은 선박의 구조 부재를 형성하고, 직렬의 일 열교환기 스테이지로부터 다른 열교환기 스테이지로의 해수 유동을 허용한다. 흡입부로부터 선박 내로, 펌프를 통한, 열교환 캐비넷을 통한, 이어서 직렬의 각각의 열교환 스테이지를 통한 방향에서 최소 변화를 갖고, 최종적으로 설비로부터 배출되는 대략 직선의 해수 유동은 최소 압력 강하를 허용한다.

예:

설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태들은 열대 및 아열대 지방에서 수면 해수와 심해 해수 사이의 온도차를 사용하여 전기를 생산할 수 있는 일체형 다단 OTEC 발전소를 제공한다. 양태들은 도관 또는 유동 통로로서 해양 선박의 또는 플랫폼의 구조물을 사용하여 해수를 위한 전통적인 배관 연장부를 제거한다. 대안적으로, 따뜻한 및 차가운 해수 배관 연장부는 선박 또는 플랫폼에 수직 또는 다른 구조적 지지를 제공하기 위해 충분한 크기 및 강도의 도관 또는 파이프를 사용할 수 있다. 이들 일체형 해수 도관 섹션 또는 통로는 선박의 구조 부재로서 기능하여, 이에 의해 부가의 강철을 위한 요구를 감소시킨다. 일체형 해수 통로의 부분으로서, 다단 캐비넷 열교환기는 외부 워터 노즐 또는 배관 연결부를 위한 필요성 없이 작동 유체 증발의 복수의 스테이지를 제공한다. 일체형 다단 OTEC 발전소는 따뜻한 및 차가운 해수가 이들의 자연적인 방향으로 유동하게 한다. 따뜻한 해수는 해양의 더 차가운 구역으로 배출되기 전에 냉각됨에 따라 선박을 통해 하향으로 유동한다. 유사한 방식으로, 해양의 깊은 곳으로부터 차가운 해수는 해양의 더 따뜻한 구역으로 배출되기 전에 따뜻해짐에 따라 선박을 통해 상향으로 유동한다. 이 구성은 해수 유동 방향의 변화 및 연계된 압력 손실에 대한 필요성을 회피한다. 구성은 또한 요구된 펌핑 에너지를 감소시킨다.

다단 캐비넷 열교환기는 하이브리드형 연속적 OTEC 사이클의 사용을 허용한다. 이들 열교환기의 스택은 작동 유체를 적절하게 비등하거나 응축하기 위해 해수가 이들을 통해 직렬로 통과하게 하는 복수의 열교환기 스테이지 또는 섹션을 포함한다. 증발기 섹션에서, 따뜻한 해수는 제1 스테이지를 통해 통과하고, 여기서 해수가 냉각됨에 따라 작동 유체의 일부를 증발시킨다. 따뜻한 해수는 이어서 다음의 열교환기 스테이지 내로 스택을 따라 아래로 유동하고, 약간 저압 및 저온에서 부가의 작동 유체를 비등한다. 이는 전체 스택을 통해 순차적으로 발생한다. 캐비넷 열교환기의 각각의 스테이지 또는 섹션은 전력을 발생하는 전용 터빈에 작동 유체 증기를 공급한다. 각각의 증발기 스테이지는 터빈의 배기부에 대응 응축기 스테이지를 갖는다. 차가운 해수는 증발기로 역순으로 응축기 스택을 통해 통과한다.

도 23을 참조하면, 하이브리드 캐스케이딩 열교환 사이클을 이용하는 예시적인 다단 OTEC 열 엔진(710)이 제공된다. 따뜻한 해수는 온수 펌프(712)를 거쳐 따뜻한 해수 흡입부(도시 생략)로부터 펌핑되어, 대략 1,360,000 gpm 및 대략 79℉의 온도에서 펌프로부터 배출된다. 온수 흡입부로부터 온수 펌프로의 그리고 온수 펌프로부터 적층된 열교환기 캐비넷으로의 온수 도관의 전체 또는 일부는 선박의 일체형 구조 부재를 형성할 수 있다.

온수 펌프(712)로부터, 따뜻한 해수는 이어서 제1 스테이지 증발기(714)에 진입하고, 여기서 제1 작동 유체를 비등한다. 온수는 대략 76.8℉의 온도에서 제1 스테이지 증발기(714)를 나오고, 제2 스테이지 증발기(715)로 아래로 유동한다.

온수는 대략 76.8℉에서 제2 스테이지 증발기(715)에 진입하고, 여기서 제2 작동 유체를 비등하고 대략 74.5℉의 온도에서 제2 스테이지 증발기(715)를 나온다.

온수는 제2 스테이지 증발기(715)로부터 제3 스테이지 증발기(716)로 아래로 유동하여, 대략 74.5℉의 온도에서 진입하여, 여기서 제3 작동 유체를 비등한다. 온수는 대략 72.3℉의 온도에서 제3 스테이지 증발기(716)에 진입한다.

온수는 이어서 제3 스테이지 증발기(716)로부터 제4 스테이지 증발기(717)로 아래로 유동하여, 대략 72.3℉의 온도에서 진입하고, 여기서 제4 작동 유체를 비등한다. 온수는 대략 70.1℉의 온도에서 제4 스테이지 증발기(717)를 나오고 이어서 선박으로부터 배출된다. 도시되어 있지는 않지만, 배출물은 따뜻한 해수의 배출 온도와 대략 동일한 온도 또는 해수 깊이에서 열층으로 유도될 수 있다. 대안적으로, 다단 증발기를 수용하는 발전기의 부분은 구조물 내의 깊이에 위치될 수 있어 온수가 적절한 해양 열층으로 배출되게 된다. 양태들에서, 제4 스테이지 증발기로부터 선박의 온수 배출부로의 온수 도관은 선박의 구조 부재들을 포함할 수 있다.

유사하게, 차가운 해수는 차가운 해수 펌프(722)를 거쳐 차가운 해수 흡입부(도시 생략)로부터 펌핑되어, 대략 855,033 gpm으로 대략 40.0℉의 온도에서 펌프로부터 배출된다. 차가운 해수는 대략 2700 내지 4200 ft 이상의 해양 깊이로부터 흡인된다. 선박의 냉수 흡입부로부터 냉수 펌프로, 그리고 냉수 펌프로부터 제1 스테이지 응축기로 차가운 해수를 운반하는 냉수 도관은 그대로 또는 부분적으로 선박의 구조 부재를 포함할 수 있다.

차가운 해수 펌프(722)로부터, 차가운 해수가 제1 스테이지 응축기(724)에 진입하고, 여기서 제4 스테이지 보일러(717)로부터 제4 작동 유체를 응축한다. 차가운 해수는 대략 43.5℉의 온도에서 제1 스테이지 응축기에 진입하고, 제2 스테이지 응축기(725)로 위로 유동한다.

차가운 해수는 대략 43.5℉에서 제2 스테이지 응축기(725)에 진입하고, 여기서 제3 스테이지 증발기(716)로부터 제3 작동 유체를 응축한다. 차가운 해수는 대략 46.9℉의 온도에서 제2 스테이지 응축기(725)를 나오고, 제3 스테이지 응축기로 위로 유동한다.

차가운 해수는 대략 46.9℉의 온도에서 제3 스테이지 응축기(726)에 진입하고, 여기서 제2 스테이지 증발기(715)로부터 제2 작동 유체를 응축한다. 차가운 해수는 대략 50.4℉의 온도에서 제3 스테이지 응축기(726)를 나온다.

차가운 해수는 이어서 제3 스테이지 응축기(726)로부터 제4 스테이지 응축기(727)로 위로 유동하여, 대략 50.4℉의 온도에서 진입한다. 제4 스테이지 응축기에서, 차가운 해수는 제1 스테이지 응축기(714)로부터 제1 작동 유체를 응축한다. 차가운 해수는 이어서 대략 50.4℉의 온도에서 제4 스테이지 응축기를 나오고, 최종적으로 선박으로부터 배출된다. 차가운 해수 배출물은 차가운 해수의 배출 온도와 대략 동일한 온도의 또는 해수 깊이에서 열층으로 유도될 수 있다. 대안적으로, 다단 응축기를 수용하는 발전소의 부분은 구조물 내의 깊이에 위치될 수 있어, 차가운 해수가 적절한 해양 열층으로 배출되게 된다.

제1 작동 유체는 56.7℉의 온도에서 제1 스테이지 증발기(714)에 진입하고, 여기서 74.7℉의 온도로 증기로 가열된다. 제1 작동 유체는 이어서 제1 터빈(731)으로, 그리고 이어서 제4 스테이지 응축기(727)로 유동하고, 여기서 제1 작동 유체는 대략 56.5℉의 온도로 액체로 응축된다. 액체 제1 작동 유체는 이어서 제1 작동 유체 펌프(741)를 거쳐 제1 스테이지 증발기(714)로 재차 펌핑된다.

제2 작동 유체는 대략 53.0℉의 온도에서 제2 스테이지 증발기(715)에 진입하고, 여기서 증기로 가열된다. 제2 작동 유체는 대략 72.4℉의 온도에서 제2 스테이지 증발기(715)를 나온다. 제2 작동 유체는 이어서 제2 터빈(732)으로, 그리고 이어서 제3 스테이지 응축기(726)로 유동한다. 제2 작동 유체는 대략 53.0℉의 온도에서 제3 스테이지 응축기를 나오고 작동 유체 펌프(742)로 유동하는 데, 이 펌프는 이어서 제2 작동 유체를 제2 스테이지 증발기(715)로 재차 펌핑한다.

제3 작동 유체는 대략 49.5℉의 온도에서 제3 스테이지 증발기(716)에 진입하고, 여기서 증기로 가열되고 대략 70.2℉의 온도에서 제3 스테이지 증발기(716)를 나올 것이다. 제3 작동 유체는 이어서 제3 터빈(733)으로, 그리고 이어서 제2 스테이지 응축기(725)로 유동하고, 여기서 제3 작동 유체는 대략 49.5℉의 온도로 유체로 응축된다. 제3 작동 유체는 제2 스테이지 응축기(725)를 나오고, 제3 작동 유체 펌프(743)를 거쳐 제3 스테이지 증발기(716)로 재차 펌핑된다.

제4 작동 유체는 대략 46.0℉의 온도에서 제4 스테이지 증발기(717)에 진입하고, 여기서 증기로 가열된다. 제4 작동 유체는 대략 68.0℉의 온도에서 제4 스테이지 증발기(717)를 나오고, 제4 터빈(734)으로 유동한다. 제4 작동 유체는 제4 터빈(734)을 나오고 제1 스테이지 응축기(724)로 유동하고, 여기서 대략 46.0℉의 온도로 액체로 응축된다. 제4 작동 유체는 제1 스테이지 응축기(724)를 나오고, 제4 작동 유체 펌프(744)를 거쳐 제4 스테이지 증발기(717)로 재차 펌핑된다.

제1 터빈(731) 및 제4 터빈(734)은 제1 발전기(751)를 협동적으로 구동하고, 제1 터보 발전기 쌍(761)을 형성한다. 제1 터보 발전기 쌍은 대략 25 MW의 전력을 생산할 것이다.

제2 터빈(732) 및 제3 터빈(733)은 제2 발전기(752)를 협동적으로 구동하고, 제2 터보 발전기 쌍(762)을 형성한다. 제2 터보 발전기 쌍(762)은 대략 25 MW의 전력을 생산할 것이다.

도 7의 4단 하이브리드형 연속적 열교환 사이클은 최대량의 에너지가 따뜻한 해수와 차가운 해수 사이의 비교적 낮은 온도차로부터 추출되게 한다. 더욱이, 모든 열교환기는 동일한 구성 요소 터빈 및 발전기를 사용하여 전기를 생산하는 터보 발전기 쌍을 직접 지원할 수 있다.

다단 하이브리드 캐스케이딩 열교환기 및 터보 발전기 쌍은 선박 또는 플랫폼 디자인에 합체될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

예:

해양 OTEC 스파 플랫폼은 정격 설계 조건에서 약 25 MWe Net을 각각 발생하는 4개의 개별 전력 모듈을 포함한다. 각각의 전력 모듈은 상이한 압력 및 온도 레벨에서 작동하여 4개의 상이한 스테이지 내의 해수 시스템으로부터 열을 취출하는 4개의 개별 전력 사이클 또는 캐스케이딩 열역학적 스테이지를 포함한다. 4개의 상이한 스테이지는 직렬로 작동한다. 정격 설계 조건에서 4개의 스테이지의 대략적인 압력 및 온도 레벨은 아래와 같다(최대 부하 - 하계 조건):

	터빈 입구 압력/온도 (Psia) / (℉)	응축기 압력/온도 (Psia) / (℉)
1 스테이지	137.9 / 74.7	100.2 / 56.5
2" 스테이지	132.5 /72.4	93.7 / 53
3' 스테이지	127.3 / 70.2	87.6 / 49.5
4" 스테이지	122.4 / 68	81.9 / 46

작동 유체는 따뜻한 해수(warm sea water: "WSW")로부터 열을 취출함으로써 복수의 증발기 내에서 비등된다. 포화 증기는 증발기 분리기에서 분리되고, STD 스케쥴, 무이음매 탄소강 파이프에 의해 암모니아 터빈으로 유도된다. 응축기 내에서 응축된 액체는 2ㅧ100% 전기 모터 구동 일정 속도 이송 펌프에 의해 증발기로 재차 펌핑된다. 사이클 1 및 4의 터빈은 공통 발전기를 구동한다. 유사하게, 사이클 2 및 3의 터빈은 다른 공통 발전기를 구동한다. 양태에서, 각각의 설비 모듈에 2개의 발전기 및 100 MWe 설비에 총 8개의 발전기가 존재한다. 증발기로의 이송은 증기 분리기 내의 레벨을 유지하기 위해 이송 제어 밸브에 의해 제어된다. 응축기 레벨은 사이클 유체 구성 제어 밸브에 의해 제어된다. 이송 펌프 최소 유동은 이송 라인 상에 유량계에 의해 조절된 제어 밸브를 통해 응축기로 유도된 재순환 라인에 의해 보장된다.

작동시에, 모듈의 네 개(4개)의 전력 사이클은 독립적으로 작동한다. 사이클들 중 임의의 것은 요구되면, 예를 들어 고장의 경우에 또는 유지보수를 위해 다른 사이클의 작동을 손상하지 않고 차단될 수 있다. 그러나, 이는 전체 모듈로서 전력 모듈의 순 발전을 감소시킬 것이다.

설명된 본 발명의 시스템 및 방법의 양태는 큰 체적의 해수를 필요로 한다. 그 펌핑 장비, 물 도관, 배관, 밸브, 열교환기 등을 각각 갖는, 차가운 및 따뜻한 해수를 취급하기 위한 개별 시스템이 존재할 것이다. 해수는 담수(fresh air)보다 더 부식성이 있고, 해수와 접촉하게 될 수도 있는 모든 재료는 이러한 점을 조심스럽게 고려하여 선택될 필요가 있다. 해수 시스템의 주요 구성 요소를 위한 구성 재료는 아래와 같을 것이다:

대형 보어 배관: 섬유유리 보강 플라스틱(FRP)

대형 해수 도관 및 챔버: 에폭시 코팅된 탄소강

대형 보어 밸브: 고무 덧댄 버터플라이 유형

펌프 임펠러: 적합한 청동 합금

적합한 수단에 의해 제어되지 않으면, 해수 시스템 내부의 생물학적 성장은 설비 성능의 상당한 손실을 유발할 수 있고, 설비로부터 더 낮은 출력을 유도하는 열전달면들의 오염을 유발할 수 있다. 이 내성장은 또한 물 유동에 대한 저항을 증가시킬 수 있어 더 큰 펌핑 전력 요구, 더 낮은 시스템 유동 등, 및 심지어 더 심각한 경우에 유로의 완전한 차단을 유발한다.

심해 해양으로부터 흡인된 물을 사용하는 차가운 해수(cold sea water: "CSW") 시스템은 바이오 오염 문제점들이 거의 없거나 전혀 없어야 한다. 이들 깊이의 물은 많은 일광을 수용하지 않고 산소가 결여되어 있으며, 따라서 그 내에 더 적은 생물이 존재한다. 그러나, 몇몇 유형의 무산소 세균(anaerobic bacteria)이 몇몇 조건 하에서 심해 내에서 성장이 가능하다. 충격 염소화(shock chlorination)가 바이오 오염에 저항하는 데 사용될 것이다.

수면 부근으로부터 따뜻한 해수를 취급하는 따뜻한 해수("WSW") 시스템이 바이오 오염으로부터 보호되어야 할 것이다. 오염율은 연안 해수보다 OTEC 작동을 위해 적합한 열대 대양 해수에서 훨씬 더 낮다는 것이 판명되어 왔다. 그 결과, 화학제가 환경적으로 허용 가능할 것인 매우 낮은 투여량(dose)으로 OTEC 시스템 내의 바이오 오염을 제어하는 데 사용될 수 있다. 소량의 염소의 투여가 해수 내의 바이오 오염에 저항하는 데 매우 효과적인 것으로 입증되었다. 1일 1시간 동안 약 70 ppb의 비율의 염소의 투여는 해양 생물의 성장을 방지하는 데 있어서 상당히 효과적이다. 이 투여량은 EPA에 의해 규정된 환경적으로 안전한 레벨의 단지 1/20이다. 다른 유형의 처리(열적 충격, 충격 염소화, 다른 살생물제 등)가 염소 저항성 생물을 제거하기 위해 낮은 투여량 처리의 체제로 그 사이에서 때때로 사용될 수 있다.

해수 스트림을 투여하기 위한 필요한 염소는 해수의 전기 분해에 의해 설비선 선상에서 생성된다. 이 유형의 전자 염소화는 상업적으로 입수 가능하고, 투여를 위해 사용될 차아염소산 용액을 성공적으로 생성하는 데 사용되어 왔다. 전자 염소화 설비는 저장 탱크를 충전하기 위해 연속적으로 작동할 수 있고, 이들 탱크의 내용물은 전술된 주기적인 투여를 위해 사용된다.

모든 해수 도관은 침전물이 퇴적되거나 생물들이 군생을 시작하도록 침전할 수 있는 임의의 사포켓(dead pocket)을 회피한다. 유수 장치(sluicing arrangement)가 물 도관의 낮은 지점으로부터 제공되어 거기에 수집될 수도 있는 퇴적물들을 내뿜어 제거한다. 도관 및 물 챔버의 높은 지점들은 포집된 가스가 탈출하게 하도록 통기된다.

차가운 해수(CSW) 시스템은 설비 선박을 위한 공통 심해 해수 흡입부, 물 펌핑/분배 시스템, 이들의 연계된 물 배관을 갖는 응축기, 및 물을 재차 바다로 복귀시키기 위한 배출 도관으로 이루어질 것이다. 냉수 흡입부 파이프는 2700 ft 초과(예를 들어, 2700 ft 내지 4200 ft)의 깊이로 아래로 연장하고, 여기서 해수 온도는 대략 일정한 40℉이다. 파이프로의 입구는 스크린에 의해 보호되어 큰 생물이 그 내로 흡인되는 것을 차단한다. 파이프에 진입한 후에, 냉수는 해수면을 향해 위로 유동하고, 선박 또는 스파의 저부 부근의 차가운 우물 챔버로 전달된다.

CSW 공급 펌프, 분배 도관, 응축기 등이 설비의 최저 레벨 상에 위치된다. 펌프는 교차 도관으로부터 흡인하고, 냉수를 분배 도관 시스템으로 송출한다. 4ㅧ25% CSW 공급 펌프가 각각의 모듈을 위해 제공된다. 각각의 펌프는 입구 밸브로 독립적으로 회로 구성되어(circuited) 이들이 요구될 때 검사, 유지보수 등을 위해 격리되어 개방되게 된다. 펌프는 고효율 전기 모터에 의해 구동된다.

차가운 해수는 직렬로 사이클의 응축기를 통해 유동하고, 이어서 CSW 유출물이 바다로 재차 배출된다. CSW는 요구된 순서로 직렬로 4개의 설비 사이클의 응축기 열교환기를 통해 유동한다. 응축기 시설은 요구될 때 세척 및 유지보수를 위해 격리되어 개방되게 하도록 배열된다.

WSW 시스템은 해수면 아래에 위치된 수중 흡입 그릴(grill), 도입수를 펌프에 반송하기 위한 흡입 플레넘(plenum), 물펌프, 열전달면의 오염을 제어하기 위한 살생물제 투여 시스템, 현탁된 물질에 의한 폐색을 방지하기 위한 물 여과 시스템(water straining system), 이들의 연계된 물 배관을 갖는 증발기, 및 물을 바다로 복귀시키기 위한 배출 도관을 포함한다.

흡입 그릴은 해수면 부근으로부터 온수를 흡인하기 위해 설비 모듈의 외부벽에 제공된다. 흡입 그릴에서의 면 속도는 0.5 ft/sec 미만으로 유지되어, 해양 생물의 혼입을 최소화한다. 이들 그릴은 또한 큰 부유 찌꺼기(debris)의 진입을 방지하고, 이들의 클리어 개구(clear opening)는 펌프 및 열교환기를 통해 안전하게 통과하는 최대 크기의 고체에 기초한다. 이들 그릴을 통해 통과한 후에, 물은 그릴의 후방에 위치된 흡입 플레넘에 진입하고, WSW 공급 펌프의 흡인부로 안내된다.

WSW 펌프는 펌프 플로어의 대향측들에 2개의 그룹으로 위치된다. 펌프의 절반은 각각의 그룹을 위한 흡입 플레넘으로부터 개별 흡인 연결부를 갖고 각각의 측에 위치된다. 이 구성은 흡입 플레넘의 임의의 부분을 통한 최대 유량을 총 유동의 약 1/16로 제한하고, 따라서 흡입 시스템 내의 마찰 손실을 감소시킨다. 각각의 펌프는 입구측에 밸브를 구비하여, 이들이 요구될 때 검사, 유지보수 등을 위해 격리되어 개방될 수 있게 된다. 펌프들은 부하로의 펌프 출력에 정합하도록 가변 주파수 드라이브를 갖는 고효율 전기 모터에 의해 구동된다.

WSW 시스템 및 특히 그 열전달면의 바이오 오염을 제어할 필요가 있으며, 적합한 살생물제가 이를 위해 펌프의 흡인부에 투여될 것이다.

온수 스트림은 열교환기 내의 좁은 통로를 폐색할 수 있는 더 큰 현탁된 입자를 제거하기 위해 여과될 필요가 있을 수도 있다. 대형 자동 필터 또는 "찌꺼기 필터"가 요구되면 이를 위해 사용될 수 있다. 현탁된 재료는 스크린 상에 유지되고 이어서 역세(backwashing)에 의해 제거될 수 있다. 현탁된 고체를 운반하는 역세 유출물은 해양으로 복귀될 설비의 배출 스트림으로 안내될 것이다. 이를 위한 정확한 요구는 해수 품질에 관한 더 많은 데이터의 수집 후에 디자인의 추가의 개발 중에 결정될 것이다.

여과된 따뜻한 해수(WSW)는 증발기 열교환기에 분배된다. WSW는 요구된 순서로 직렬로 4개의 설비 사이클의 증발기를 통해 유동한다. 최종 사이클로부터의 WSW 유출물은 해수면 아래로 대략 175 피트 이상의 깊이에서 배출된다. 이 WSW 유출물은 이어서 해수의 온도(및 따라서 밀도)가 유출물의 온도에 정합할 것인 깊이로 천천히 가라앉는다.

본 명세서의 실시예는 연속적인 치우친 통판형 냉수 파이프를 거쳐 냉수를 흡인하는 부유식 해양 선박 또는 플랫폼 내의 다단 열교환기를 설명하였지만, 다른 실시예가 설명된 시스템 및 방법의 범주 내에 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 냉수 파이프는 해안 설비에 연결될 수 있다. 연속적인 치우친 통판형 파이프는 상당한 길이 대 직경비를 갖는 다른 흡입 또는 배출 파이프를 위해 사용될 수 있다. 치우친 통판형 구성은 전통적인 분할형 파이프 구성에서의 사용을 위해 파이프 섹션 내에 합체될 수 있다. 다단 열교환기 및 일체형 유동 통로는 해안 기반 OTEC 시설을 포함하는 해안 기반 시설 내에 합체될 수 있다. 더욱이, 온수는 따뜻한 담수, 지열 가열된 물 또는 산업용 배출수(예를 들어, 원자력 발전소 또는 다른 산업용 설비로부터 배출된 냉각수)일 수 있다. 냉수는 차가운 담수일 수 있다. 본 명세서에 설명된 OTEC 시스템 및 구성 요소들은 염수 담수화(desalination); 물 정화; 해양 심층수 재가공; 바이오매스(biomass) 또는 바이오연료(biofuel)의 양식 생산; 및 또 다른 산업을 포함하는 전기 에너지 생산 또는 다른 사용 분야를 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에 언급된 모든 참조 문헌들은 그대로 참조로서 합체되어 있다.

다른 실시예가 이하의 청구범위의 범주 내에 있다.

10: 열 엔진 12: 따뜻한 해수 입구
14: 증발기 15: 따뜻한 해수 출구
16: 터빈 18: 차가운 해수 입구
20: 응축기 22: 작동 유체 도관
24: 작동 유체 펌프 25: 발전기
217: 냉수 파이프 217a: 상부 섹션
217b: 중간 섹션 217c: 하부 섹션

Claims (35)

1. 해양 열에너지 변환 발전소에 있어서,
   선박; 및
   상기 선박에 부착되는 냉수 파이프로서, 상기 냉수 파이프는 상기 선박과 접촉하는 맞물림 부분 및 상기 맞물림 부분으로부터 고정 인터페이스까지 연장되는 가상 힌지를 갖는 인터페이스 섹션; 상기 고정 인터페이스와 맞물리고 상기 인터페이스 섹션으로부터 매달리는 중간 섹션; 및 상기 중간 섹션으로부터 매달리는 흡입 섹션을 포함하고, 상기 인터페이스 섹션은, 복합 재료를 포함하며 그리고 내부 스테인리스강 프레임 구조물을 갖는 것인, 냉수 파이프
   를 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가상 힌지는, 상기 맞물림 부분 근처에서의 제1 직경으로부터 상기 고정 인터페이스 근처에서의 더 작은 제2 직경으로 좁아지는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 인터페이스 섹션의 상기 맞물림 부분은, 상기 가상 힌지 근처에서의 제1 직경으로부터 상기 선박에 접촉하는 상기 인터페이스 섹션의 단부에서의 더 작은 제2 직경으로 좁아지는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 가상 힌지는 최대 2°편향을 제공하도록 구성되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 냉수 파이프는 2,000 내지 3,000 피트 사이의 길이이고, 15 내지 25 피트의 내경을 갖는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 맞물림 부분은, 상기 선박 상의 맞물림 부재들을 수용하도록 치수 설정되는 삽입 구멍을 갖는 맞대응 플레이트들을 구비하고, 상기 맞대응 플레이트들은, 스파 인터페이스 섹션의 외표면 둘레에 배열되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 선박은, 상기 맞대응 플레이트들과 정렬되는 수용 플레이트들을 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 맞물림 부재들은 상기 선박 내부의 볼 잠금부들을 포함하고, 상기 볼 잠금부들은, 작동을 위한 위치에 상기 냉수 파이프를 고정하기 위해, 상기 맞대응 플레이트들 내의 상기 삽입 구멍들 내로 삽입되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 인터페이스 섹션의 상부 에지가, 스테인리스강 맞대응 링을 갖는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 맞물림 부분은, 상기 선박 상의 맞물림 부재들을 수용하도록 치수 설정되는 삽입 구멍을 갖는 맞대응 플레이트들을 구비하고,
    상기 맞대응 플레이트들은, 상기 인터페이스 섹션의 내표면 및 외표면 둘레에 배열되며 그리고 상기 맞대응 링에 고정되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 인터페이스 섹션의 상기 내표면 둘레의 페이스 플레이트들이, 상기 외표면을 따라 배열되는 페이스 플레이트들에 연결되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 인터페이스 섹션은, 가벼운 각도 굴곡을 허용하면서 인장 강도를 제공하기 위해, 상기 인터페이스 섹션의 전체 수직 거리의 절반을 초과하는 수직 거리를 따라 연장되는 복수의 인장 빔을 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 인장 빔들은, 상기 인터페이스 섹션의 상기 내표면과 외표면 사이에 위치하게 되며, 그리고 내측 및 외측 페이스 플레이트들 사이에 볼트 결합되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 고정 인터페이스는, 상기 고정 인터페이스의 내표면 및 외표면 둘레에 배열되고 함께 체결되는 내측 및 외측 페이스 플레이트들과, 상기 인장 빔들의 하단부를 또한 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 고정 인터페이스는, 상기 냉수 파이프의 중간 섹션의 대응하는 탭 특징부를 수용하기 위한, 상기 내측 및 외측 페이스 플레이트들과 상기 인장 빔들 사이의 오목한 부분들을 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
16. 제 1항에 있어서,
    상기 중간 섹션은 복수의 파이프-링 세그먼트를 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
17. 제 16항에 있어서,
    각각의 파이프-링 세그먼트는, 복수의 통판으로 제조되는 실린더인 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
18. 제 17항에 있어서,
    각각의 통판은, 복합재료 외피 및 발포체 충전된 내부로 구성되는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
19. 제 16항에 있어서,
    상기 중간 섹션 둘레에 적용되는 보강 띠들을 포함하는 해양 열에너지 변환 발전소.
20. 제 19항에 있어서,
    상기 중간 섹션은 5 피트 간격의 FRP 보강 띠들로 둘러싸이는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
21. 제 1항에 있어서,
    상기 흡입 섹션은, 벨 마우스, 밸러스트 웨이트, 및 상기 밸러스트 웨이트를 상기 벨 마우스에 연결하는 네트 구조물을 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
22. 제 21항에 있어서,
    상기 네트 구조물은, 해양 생물 및 다른 물체가 상기 벨 마우스 및 상기 냉수 파이프로 진입하는 것을 방지하기 위해 서로로부터 이격되어 상기 벨 마우스 둘레에 배열되는 복수의 케이블을 포함하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
23. 제 21항에 있어서,
    상기 벨 마우스 및 상기 밸러스트 웨이트는 FRP로 제조되며, 그리고 스테인리스강 구조적 구성요소들을 구비하는 것인 해양 열에너지 변환 발전소.
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제

Images