KR102297315B1 - 파도에너지 변환기 - Google Patents

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Abstract

WEC(wave energy convertor)는, 부이(buoy, 100)와 로프PTO 및 공기PTO와 동력선 권선장치(205)를 포함하며,
부이(buoy, 100)는, 자체의 상부구조 내부에 로프PTO와 공기PTO 및 동력선 권선장치(205)가 설치되고, 자체의 하부구조가 하향 방향으로 개방된 공간을 갖으며,
또한, 로프PTO는, 메인로프(102) 및 메인드럼(200)과, 메인드럼(200)을 중심으로 양쪽에 각각 설치되는 메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치(203)/메인로프 권선장치(204)/①번 마찰 클러치(207)//①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 마찰 클러치(210)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)를 포함하며,
또한, 부이(100)의 형상과 로프PTO/공기PTO/동력선 권선장치(205)/기타 부속장치들을 포함한 WEC의 전체 자중(自重) 및 부이(100)의 정수선(10) 하부에서의 부이(100)의 하부구조 내부공간을 채운 해수(海水)의 자중(自重)이 복합적으로 작용함으로써, 입사파도나 조류(sea currents)에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 거동들이 최소화되며,
또한, WEC(wave energy convertor) 설치해역의 수심에 따라 수중부이(101)의 설치여부를 달리함으로써, 부이(100)에 대한 래칭제어 중에 발생하는 입사파도에 의하여 메인로프(102)에 가해지는 인장력에 따른 메인로프(102)의 탄성팽창을 최소화하며,
또한, 입사파도에서 부이(100)에 대한 래칭제어(latching control)와 반응제어(reactive control)를 개선된 로프PTO 및 공기PTO의 작동을 통하여 구현하며,
또한, 부이(100)의 상향 및 하향거동에 따른 개선된 로프PTO의 구성장치들 사이의 연계된 작동을 통하여, 로프PTO로부터 편차가 작으면서 출력 값이 큰 전기적 동력을 연속 산출하는, 개선된 점 흡수체 형식(point absorber type)의 파도에너지 변환기(Wave Energy Convertor, WEC)를 개시한다.

Description

파도에너지 변환기{The wave energy converter}
본 발명은, 입사파도의 에너지를 흡수하여 전기적 동력(electric power)을 산출하는 히빙(heaving) 점흡수체(point absorber) 형식의 파도에너지 변환기(wave energy converter, 이하 “WEC”라고 함.)에 있어서,
부이(buoy, 100)의 중력 반대방향(이하 “상향”이라고 함.)으로의 거동에 따른 메인드럼(main drum, 200)의 외면상에 감긴 메인로프(main rope, 102)의 풀림작동으로 연속 가동됨으로써 전기적 동력을 발생시키는 기존의 동력인출장치(이하 “로프PTO"이라고 함.)의 개선된 형식과,
또한, 부이(100)의 상향으로의 운동 과정에서 대기 중의 공기(air)를 부이(100)의 하부구조 내부공간(100-3)으로 유입시키고, 부이(100)의 중력방향(이하 “하향”이라고 함.)으로의 운동으로 인한 부이(100)의 하부구조 내부공간(100-3)에 갇힌 공기가 연속 압축되는 과정에서의 부이(100)의 하향 운동에너지와 부이(100)의 하부구조 내부공간에서 압축되는 공기의 압력에너지의 상호작용을 이용하여 부이(100)의 하향 속도를 감소시킴과 동시에, 부이(100)의 하향거동에 의하여 상기 부이(100)의 하부구조 내부공간에서 압축된 공기를 입사파도의 주기마다 탄성튜브(elastic tube, 115)에 저장하고, 탄성 튜브(115) 내부에 저장된 압축공기를 노즐(nozzle)을 통하여 연속적으로 공기터빈(118)에 분사함으로써, 입사파도 주기와 관계없이 공기터빈(118)을 단일 방향으로 회전시킴에 의한 PMSG(121)로부터 전기적 동력을 생산하는 기존의 동력인출장치(이하 “공기PTO”이라고 함.)를 포함하고,
또한, 입사파도에 의하여 발생하는 부이(100)의 heaving/surging/swaying/rolling/pitching/yawing 거동들 중, heaving 거동을 제외한 기타 거동들을 최소화시키는 부이(100)의 형식과,
또한, 부이(100)에 대한 래칭제어(latching control)에서 메인로프(102)에 가해지는 장력(張力)에 의한 메인로프(102)의 탄성팽창을 줄이기 위한 WEC 설치방법과,
또한, 상기 로프PTO 및 공기PTO에서 생산된 전기적 에너지를 송전하는 동력선의 설치방법 및 작동방법을 포함하는 새로운 형태의 파도에너지 변환기에 관한 것이다.
입사파도에 의한 부이(100)의 히빙(heaving)운동을 이용하여 전기적 동력(electric power)을 생산하는 점흡수체 형식의 WEC에서, WEC가 입사파도의 에너지를 최대로 흡수하여 전기적 동력을 생산하기 위하여, 일반적으로 부이(buoy)에 반응제어(reactive control) 또는 래칭제어(latching control)를 실시하며,
그리고 반응제어((reactive control))는, 부이(buoy)의 상향 수직 가속도와 (부이(buoy) 질량+보충(supplementary) 질량)의 곱으로 표현되는 튜닝(tuning) 힘(force) 및 부이(buoy)의 하향속도와 외부 감쇠 계수의 곱으로 표현되는 감쇠(damping) 힘(force)을 조정하는 제어를 말하며, 이때, 상기 보충(supplementary) 질량은 부이(buoy) 질량과 부이(buoy)에 설치되는 각종 장치들의 질량을 합한 전체질량의 1/2로 고려되는 부이(buoy) 주변의 해수(sea water)의 질량이며,
또한, 부이(buoy)에 대하여 래칭제어(latching control)를 적용할 경우, 별도로 추가되는 보충(supplementary) 질량은 부이(100) 정수선(still water line)으로부터 래칭제어(latching control)를 해제할 때의 수면까지의 높이차의 1/2과 관련된 부이(buoy)의 체적으로 환산되는 부이(buoy) 주변의 해수(sea water)의 질량이며,
그리고 래칭제어(latching control)는, 부이(buoy)를 입사파도의 골짜기(trough)에서 일정시간(일반적으로, (입사파도 주기 - 부이(buoy) 고유운동 주기)/2) 동안 부이(buoy)를 강제 구속한 후, 부이(buoy)의 구속을 해제함으로써, 부이(buoy)의 상향 거동의 폭을 확대하는 제어를 말한다.
또한, 입사파도의 에너지를 이용하는 히빙(heaving) 점흡수체 형식의 기존 WEC들은 입사파도들과 조류(sea currents)에 의하여 부이(buoy)가 surging/swaying/heaving/rolling/pitching/yawing 등의 거동들을 일으키므로, 부이(buoy)의 히빙(heaving)거동을 제외한 기타 거동들을 억제하는 하나의 방법으로 강체지지구조를 해저에 설치하고 상기 강체지지구조에 부이(buoy)와 연결하였으나, 이러한 방법은 입사파도의 에너지를 이용하는 히빙(heaving) 점흡수체 형식의 WEC들의 설치가능 지역을 제한하는 결과를 초래하였으며,
또한, 부이(buoy)의 히빙(heaving)거동을 제외한 상기 기타 거동들을 억제하기 위한 다른 방법인 2개 이상의 계류로프들(mooring ropes)을 부이(buoy)에 별도 설치하는 방법은, 부이(buoy)의 히빙(heaving)운동을 결과적으로 억제하므로, 이를 피하기 위하여 상기 계류로프들(mooring ropes)에 구속되는 도넛(donut) 형태의 부이(buoy)의 중공부(中空部)에 별개의 부이(buoy)를 설치하여 거동시키는 2-몸체(two-bodies) 형식을 채택함으로써, 관련 WEC들의 전기적 동력의 산출효율이 낮아지는 결과를 초래하였으며,
또한, 물속에 잠긴 부이(buoy)의 바닥면(bottom)이 닫혀있는 형태를 갖는 대부분의 WEC들에서, 부이(buoy)의 거동에 의한 자체의 외면상에 감긴 메인로프(main rope)의 풀림거동에 의하여 회전하는 메인드럼(main drum)의 외면상에 감긴 메인로프(main rope)의 일단을 해저에 설치된 콘크리트 블럭(concrete block)과 같은 지지구조에 연결하는 방법은, 부이(buoy)의 히빙(heaving)거동을 제외한 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 거동들을 억제할 수 없으므로, WEC가 생산한 전기적 동력을 송전하는 동력선이 메인로프(main rope)와 엮이거나 메인로프 및 동력선 자체가 꼬이는 현상들이 발생하여 WEC의 지속적인 전기적 동력산출을 어렵게 하고 송전선 유지관리를 어렵게 한다.
또한, 입사파도의 에너지를 이용하는 히빙(heaving) 점흡수체 형식의 기존 WEC들에서, 입사파도들에 의하여 부이(buoy)가 히빙(heaving)거동한 후 메인드럼(main drum)으로부터 풀어진 메인로프(main rope)를 되감기 위하거나 ①번 플라이휠의 회전에너지를 축척하기 위해서 파워스프링(power-spring)을 사용하는 경우, 파워스프링(power-spring)의 수명이 최대 200,000회 이내인 가동횟수의 한계로 인하여 WEC가 일 년에 10개월의 가동시간을 가질 때, 한 해 동안 최소 8회 이상 파워스프링(power-spring)을 새것으로 교체해야 하는 번거로움이 있다.
또한, 부이(buoy)에 래칭제어를 적용할 경우, WEC 설치현장에서 부이(buoy)를 계류하는 steel wire rope나 섬유로프들은 부이(buoy)에 가해지는 입사파도의 인장력에 의하여 발생하는 로프의 탄성 팽창으로 인한 부이(buoy)의 불필요한 추가적인 거동을 유발함으로써, 부이(buoy)에 가해지는 해수(sea water)의 정수력학적 힘(hydrostatic force)을 급격하게 약화시키고, 결과적으로 산출되는 WEC의 전기적 동력의 크기를 낮추는 결과를 초래하므로, 이에 대한 보완책이 절실하다.
또한, 부이(buoy)의 하향거동에 의한 부이(buoy)의 하부구조 내부공간에서 압축된 공기를 이용하여 공기터빈을 가동함으로써 PMSG(영구자석 동기발전기)를 구동하는 기존의 공기PTO에서, 압축된 공기를 선택적으로 탄성튜브로 전달하는 압축공기 흡입장치의 기존형식은, 입사파도들의 주기(최소 5초 ~ 최대 15초) 내에서 부이(buoy)에 대한 래칭시간과 부이의 상향거동시간 및 부이(buoy)의 하향 운동에너지와 압축공기의 압력에너지가 동등할 때까지의 소요되는 시간을 제외하면 매우 짧은 시간(최소 약 1초 ~ 최대 약 5초)이므로, 압축공기 흡입장치에서의 압축공기가 흡입되는 공간이 충분히 확보되어야 함에 따라 과도하게 자체의 크기가 커지는 문제점이 있다.
또한, 부이(buoy)의 상향거동에 따른 메인드럼 외면상의 메인로프의 풀림작용에 의하여 구동하는 기존의 로프PTO의 부이(buoy)를 레칭제어하기 위한 메인드럼 제동장치는, 유압실린더의 작동암(operating arm)이 직접 메인드럼 제동장치 기어와 맞물리게 됨으로써, 유압실린더의 작동암(operating arm)에 편심(偏心)된 회전을 일으키는 토크(torque)를 발생시키며, 결과적으로 유압실린더에 하자를 발생시킨다.
또한, 입사파도들이 자체의 주기와 크기에서 불규칙하므로, 해상에서 입사파도들과 점 흡수체(point absorber) 형태의 WEC 사이에서 교환되는 에너지 크기가 가변적(可變的)이며, 부이(buoy) 형상과 사용되는 동력인출장치(Power Take Off)의 효율에 따라 WEC의 에너지 흡수효율은 크게 달라진다.
그러나 여러 형태의 부이(buoy)들과 연계된 히빙(heaving) 점흡수체 형식의 WEC들에서의 로프PTO와 공기PTO를 동시에 사용하는 지금까지의 WEC는 각각의 PTO들의 가동지속시간과 산출되는 전기적 동력(electrical power)의 균일성에서 불량하므로, 상업적으로 가치가 있는 균일하고 지속적인 전기적 동력(electrical power)의 산출방법과 실제가동을 위한 현실적이고 효율적인 세부장치들의 실현이 절실하다.
(특허문헌 1) KR20197008556 10 “파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법”은, 입사파도에 반응하여 작동하는 플로트에 부착된 드럼 하우징을 갖는 발전드럼을 포함하며, 드럼 하우징과 함께 회전하는 케이블의 제1 단부가 케이블 릴에 감겨 고정되며, 상기 케이블의 제2 단부는 수중 구조물 또는 해저면에 부착되고, 케이블에 프리텐션을 얻기 위하여 케이블이 케이블 릴에 감기도록 작용하는 스프링 시스템을 포함하는 기술이며,
(특허문헌 2) KR1508411 10 “파력발전유닛 및 파력발전방법”은, 해저에 고정된 스테이터(5) 내부의 선형 발전기의 변환기(6)와 수면에 부유하는 부유몸체(1)가 연결수단(3,7)에 의해 서로 연결되고, 부유몸체의 거동에 의한 리니어 발전기의 거동으로 전력을 생산하는 기술이며,
(특허문헌 3) US 2019/0063395 A1 “WAVE ENERGY CONVERTER CAPABLE OF RESONANT OPERATION"은, 쇠사슬 형태의 계류선들(118)이 바다 파도 에너지 수확 용기(wave energy harvesting vessel, 102)를 계류하고, 바다 파도 에너지 수확 용기가 입사파도의 골짜기로부터 마루로 상승할 때 1개의 예인선(towing line, 107)이 동력인출 드럼(power takeoff drum, 104)으로부터 풀리는 작동으로 발전기가 작동하여 전기적 동력을 생산하고, WEC가 입사파도의 마루로부터 골짜기로 하강할 때 발전기가 모터로 작동하여 풀어진 예인선(107)을 동력인출 드럼(104)에 되감는 기술이다.
그러나 상기 “파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법”에서의 상기 파력 에너지 변환 시스템의 플로트와 상기 “파력발전유닛 및 파력발전방법”의 수면에 부유하는 부유몸체(1)는 입사파도 및 조류(sea currents)에 의해 발생하는 플로트 및 부유몸체(1)의 surging/swaying/heaving/rolling/pitching/yawing 등의 거동들에 의하여 상기 케이블과 명시하지 않은 동력선 사이의 얽힘과 케이블 및 동력선 각각의 꼬임현상을 해결할 방법이 없으며,
또한, 상기 “WAVE ENERGY CONVERTER CAPABLE OF RESONANT OPERATION"의 쇠사슬 형태의 계류선들(118)이 입사파도에 의한 바다 파도 에너지 수확 용기(102)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 등의 거동들을 억제함에 의한 파도 에너지 수확 용기의 제한된 거동으로 발전기의 전기적 동력산출이 크게 낮아지는 단점을 갖는다.
또한, (특허문헌 4) KR2074094 10 “파도 에너지 변환기”는, 부이(buoy, 100)에 대한 래칭제어(latching control) 해제에 의하여 부이(100)가 상향으로 움직일 때, 보충(supplementary) 질량(mass)으로 작용하는 ①번 플라이휠(flywheel)의 회전 관성과 증가한 부이(100)의 상향 거동에 의하여 드럼(drum, 200)의 외면상에 감긴 로프(rope, 101)의 풀림에 따른 드럼(200)의 회전에 의하여 PMSG(205)를 구동함과 함께 파워스프링(power spring, 203)이 메인샤프트(201)의 외면상에 감김으로써 탄성에너지를 축척하며, 이후, 부이(100)의 하향 거동에서 파워스프링(203)의 축적된 탄성에너지 방출을 통하여 드럼(200) 및 PMSG(205)를 포함한 로프 PTO를 구동시킴과 함께, 풀어진 로프(101)를 드럼(200) 외면상으로 되감는 등의 로프 PTO를 구성하는 부속장치들의 복합적인 작동들을 통하여 전기적 동력을 지속적으로 생산하는 로프PTO와,
또한, 부이(100)가 상향으로 거동할 때 대기 중의 공기를 흡기덕트(107)를 통해 부이(100) 하부구조 내부공간으로 흡입하고 부이(100)의 상향 최고지점에서 대기 중의 공기의 유입을 차단한 다음, 부이(100)의 하향속도가 부이(100) 하부구조 내부공간에서 압축되는 공기의 압력에 의하여 0(zero)가 된 후, 배기덕트(106)를 통해 압축된 공기(109)를 배출하는 과정에서 공기터빈(108)을 통해 전기적 동력을 생산하는 공기PTO에 관한 기술이며,
(특허문헌 5) KR20190066691 10 “파도 에너지 변환기”는, 부이(100)에 대한 래칭제어(latching control) 해제에 의하여 부이(100)가 상향으로 움직일 때, 드럼(200)의 외면상에 감긴 로프(101)의 풀림 거동에 의한 신규로 발생하는 ①번 플라이휠(401)의 회전력을 ①번/②번 마찰클러치의 이완/연결 작동을 통하여 계속 회전하고 있는 ②번 플라이휠(401-1)/피니언기어(207)/PMSG(205)에 전달하여 전기적 동력을 생산하고 풀어진 로프(101)는 파워스프링(215)의 거동에 의하여 드럼(200)에 되감기는 로프PTO와,
또한, 부이(100)가 상향으로 움직일 때, 흡기덕트(107)를 통해 대기 중의 공기를 부이(100)의 하부구조 내부공간으로 흡입하고, 부이(100)가 하향으로 거동할 때, 부이(100)의 하향거동으로 인한 부이(100)의 하부구조 내부공간에 갇힌 공기가 지속적으로 압축되는 과정에서의 부이(100)의 하향 운동에너지와 부이(100)의 하부구조 내부공간에서 압축되는 공기의 압력에너지 사이의 평형을 이룬 후, 압축된 공기를 압축공기 흡입장치를 거쳐 탄성튜브 내부로 유입하는 것과 함께 탄성튜브 내부에 있는 압축공기의 압력탱크 덕트(duct)/배기덕트 밸브/배기덕트/노즐을 통한 지속적인 배출과정에서의 공기터빈(108) 및 PMSG(125) 가동을 통하여 연속적으로 전기적 동력을 생산하는 공기PTO에 관한 기술이며,
(특허문헌 6) KR20190089503 10 “히빙(heaving) 점 흡수장치 유형의 파도 에너지 변환기에 사용되는 개선된 로프 동력인출장치”는, 상기 (특허문헌 5)의 로프PTO를 개선하기 위하여 기존 로프PTO에 래쳇장치(223)과 ②번 파워스프링(215) 및 ③번 마찰클러치(600-2)를 추가하여 구성한 기술이다.
그러나 상기 KR2074094 10 과 KR20190066691 10 및 KR20190089503 10 모두는 부이(buoy)의 상향거동에 의한 메인드럼(main drum)으로부터 풀어진 메인로프(main rope)를 파워스프링의 작동을 통하여 메인드럼의 외면상으로 되감음으로써 빈번하게 파워스프링을 교체해야 하고, 동력선(power line) 설치 및 작동방법에 대한 기술적 언급이 전무한 등의 단점을 지니고 있다.
본 발명은, 상기한 종래 점흡수체(point absorber) 형식의 WEC들이 갖는 상기 문제점들을 극복할 수 있는 개선된 히빙(heaving) 점흡수체(point absorber) 형식의 파도에너지 변환기(wave energy converter)를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서는, 입사파도 및 조류(sea currents)에 의한 부이(100)의 히빙(heaving)거동을 제외한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 거동들을 최소화하고, 부이(100)의 히빙(heaving)거동에서의 동력선(power line, 104)과 메인로프(main rope, 102)가 서로 엮이거나 메인로프(102) 및 동력선(104) 각각이 자체적으로 꼬이는 현상을 피하기 위한 WEC 구성방법으로서, 최대설계파고(the highest design wave height)의 입사파도에서 부이(100)에 대한 래칭제어 해제 후의 부이(100) 정수선(11)의 수면으로부터의 최대이동 위치와 부이(100) 수직외벽(100-4) 하단의 수면하(水面下) 위치를 고려하여 부이(100) 정수선(still water line, 10) 아래의 부이(100)의 수직외벽(100-4)의 높이를 설정하고, 부이(100) 하부구조 내부공간에서 상부구조 바닥면(100-5)의 하부 외면과 하부구조 수직내벽(100-6) 및 메인로프 안내파이프(106)/동력선 안내파이프(107) 등과 방사상으로 연결되는 3개 이상의 수직브라켓(100-8)을 설치함과 함께, 수직외벽(100-4)과 경사내벽(100-7)에 고정되고 방사상으로 설치되는 3개 이상의 하단 수직브라켓(100-9)을 설치하며, 정수선(10) 아래의 메인로프 안내파이프(106)/동력선 안내파이프(107)에 별도의 수직브라켓(106-3, 107-3)을 설치하며,
또한, 부이(100)에 래칭제어를 실시할 때, 입사파도에 의하여 부이(100)에 가해지는 장력에 의한 메인로프(main rope, 102)의 탄성팽창에 의한 부이(100)의 불필요한 추가거동을 줄이는 방법으로서, 수중에 수중부이(underwater buoy, 101)를 설치하여 메인로프(102)의 수중에서의 작동길이를 최소화하였으며,
또한, 파워스프링(power-spring)의 작동수명의 한계를 극복하는 방법으로서 파워스프링들 대신 권선장치들(winding devices, 204, 205)을 적용하였으며,
또한, 기존 로프PTO의 메인드럼 제동장치의 유압실린더에서 발생할 수 있는 하자를 줄이기 위하여 제동용 기어(203-1)와 맞물리는 걸쇠(pawl, 203-2)를 제동용 기어(203-1)와 유압실린더(203-4) 사이에 설치하는 방법으로 해결하며,
또한, 기존의 로프PTO와 공기PTO를 동시에 사용하는 WEC에서의 각각의 PTO들의 가동지속시간과 산출되는 전기적 동력(electrical power)의 비-균일성을 극복하고 상업적으로 가치가 있는 균일하고 지속적인 전기적 동력을 산출하는 방법으로서, 기어박스(119, 213)와 연계된 AT(automatic transmission, 120, 214)를 각각의 PMSG(120, 215)의 전면에 설치한다.
본 발명의 파도에너지 변환기(WEC)는 다음과 같은 한 가지 이상의 특징과 장점들이 있다.
1. 수면 아래의 부이(100)의 하부구조(100-2) 하단이 개방된 형태이면서 하부구조 내부공간(100-3)에 여러 개의 수직덕트를 설치함으로써, WEC 형상 및 WEC 자중과 하부구조 내부공간(100-3)을 채우는 해수를 이용하여 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 거동들을 최소화한다.
2. WEC 설치해역의 수심이 개략적으로 [부이(100)의 정수선 아래 수직외벽 높이 + 평균해수면고(mean sea water level) - 최저해수면고(the lowest sea water level) + 기본높이(11 meter)](이하 “기준수심”이라고 함.)보다 깊을 경우, 메인로프(102)와 계류로프(103)를 물속의 수중부이(101)에 각각 연결하는 방법으로 메인로프(102)의 수중에서의 작동길이를 최소화함으로써, 부이(100)에 래칭제어를 실시할 때 부이(100)에 가해지는 외부 힘들에 의하여 발생하는 수중에서의 메인로프(102)의 탄성팽창에 의한 부이(100)의 불필요한 추가거동을 최소화한다.
3. 수중부이(101) 수직외벽(101-1)의 상부 끝단을 상부 수평벽(101-3) 위로 돌출되도록 형성하여 부이(100)에 대한 래칭제어 중 메인로프(102)를 통해 전달되는 힘에 의한 상향으로의 거동을 최소화며, 수중부이(101) 수직외벽(101-1)의 하부를 개방된 구조로 형성함과 동시에 하부 수평벽(101-4)과 수직외벽(101-1)을 연결하는 3개 이상의 수직브라켓(101-5)을 설치하여 입사파도나 조류(sea currents)에 의한 수중부이(101)의 surging/swaying/heaving/rolling/pitching/yawing 거동들을 최소화한다.
4. 개선된 메인드럼(main drum) 제동장치(203) 가동에 의하여 부이(100)에 대한 래칭제어(latching control)를 해제한 후, 부이(100)의 상향거동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼(main drum) 제동장치 기어(203-1)/①번 플라이휠(208)/①번 샤프트(206)가 일체로 회전함으로써, 일체로 회전하는 상기 부속장치들의 회전관성에 의하여 부이(100)가 입사파도로부터 흡수하는 전체에너지는 로프PTO에 작용하는 에너지와 부이(100)의 상향 운동에 사용되는 에너지로 배분되며, 이때, WEC의 작동한계로 적용되는 최소 및 최대 입사파고에 따른 부이(100)의 사양에 의하여 로프PTO와 공기PTO 사이의 최적으로 조합된 사양이 결정됨으로써, 본 발명의 WEC가 산출하는 전기적 동력의 전체 크기를 키운다.
6. 로프PTO에서, 파워스프링(power-spring)을 메인로프 권선장치(204)로 변경함으로써, 파워스프링(power-spring)의 사용수명 한계로부터 자유롭다.
7. 로프PTO에서, 메인드럼 제동장치(203) 유압실린더(203-4)의 작동에 의한 걸쇠(203-2)의 회전으로 제동용 기어(203-1)와 걸쇠(203-2)가 서로 맞물리거나 이완됨으로써, 기존 메인드럼 제동장치의 유압실린더(203-4)에서 발생하는 하자를 줄일 수 있다.
8. 로프PTO의 ①번 플라이휠 제동장치(209)에서, 지지철판(209-2) 양단에 각각 설치된 유압실린더(209-4)의 동시작동에 의하여 마찰패드(209-1)의 전체 표면이 ①번 플라이휠(208)의 외곽(外廓) 원주면과 동시에 서로 접촉됨으로써, ①번 플라이휠(208)의 회전거동을 일시에 멈출 수 있다.
9. 동력선 권선장치(205)의 작동으로, 부이(100)의 상향 및 하향거동에 따른 부이(100) 상부구조(100-1) 내부에서의 동력선(104)의 거동문제를 원활하게 해결할 수 있다.
도 1은 반응제어(reactive control)와 래칭제어(latching control)를 동시에 적용하고 공기PTO와 로프PTO를 복합 사용하는 WEC의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 WEC에 사용하는 부이(100)의 구성형식을 설명하기 위한 계략도이다.
도 3은 설치해역의 수심에 따른 WEC 설치방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 로프PTO의 구성과 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 로프PTO의 메인드럼 제동장치(203) 구성과 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 로프PTO의 메인로프 권선장치(204)의 구성과 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 동력선 권선장치(205)의 구성과 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 로프PTO의 ①번 플라이휠 제동장치(209)의 구성과 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
아래에 간략하게 설명하기 위한 도면들은 단지 개략적이고 비 제한적이며,
그리고 인용된 도면들에서, 일부 구성 요소들의 크기는 과장되거나 축소될 수 있으며, 설명의 목적으로 일정 규모로 그려지지 않을 수 있으므로, 치수 및 상대 치수는 본 발명의 실제 수행에 대응하지 않는다.
그리고 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시 예는 본 출원에 기재되거나 도시된 것 이외의 다른 순서로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명은 특정 실시 예들 및 특정 도면들을 참조하여 설명될 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 청구 범위들에 의해서만 제한된다.
또한, 상세한 설명 및 청구의 범위에서의 사용되는 용어들은 유사한 요소들(elements) 사이에서 구별하기 위해 사용되고, 시간상으로, 공간적으로, 순위에서 또는 임의의 다른 방식에서 어떤 순서(sequence)를 기술하기 위한 것은 아니다. 따라서 그렇게 사용되는 용어는 적절한 환경하에서 교환 가능하고, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시 예들은 본 명세서에 기재되거나 도시된 것 이외의 다른 순서들로 동작할 수 있음을 이해해야한다.
또한, 상세한 설명 및 청구 범위에서의 상부, 하부 등의 용어는 설명의 목적들로 사용되며, 반드시 상대 위치들을 설명하는데 사용되는 것은 아니다.
또한, 청구 범위에서 사용된 "포함하는"이라는 용어는, 그 이후 열거된 수단으로서 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 다른 요소들 또는 단계들을 배제하는 것이 아니라는 것은 주목해야 한다.
또한, 하나 이상의 실시 예들에서, 본 개시로부터 당해 기술 분야의 당업자에게 명백한 바와 같이, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들이 임의의 적절한 방법에서 결합될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 예시적인 실시 예들에서의 설명에서, 본 발명을 능률적으로 설명하고 하나 이상의 다양한 진보적 측면의 이해를 돕기 위한 목적으로 어떤 단일 실시 예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화되는 경우가 있음을 이해해야 한다.
또한, 청구된 발명이 각각의 청구항에서 명시적으로 언급된 것보다 많은 특징이 있어야 한다는 어떤 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
오히려, 이하의 청구 범위가 반영하는 바와 같이, 진보적인 측면들은 어떤 단일한 전술한 실시 형태의 모든 특징들보다 적다. 따라서 상세한 설명에 이어지는 청구 범위는 상세한 설명에 명백하게 포함되며, 각각의 청구항은 본 발명의 어떤 개별적인 실시 예로서 독자적으로 기재된다.
또한, 본 명세서에 설명된 일부 실시 예들은 다른 실시 예들에 포함된 일부 특징들을 포함하나 다른 특징을 포함하지는 않지만, 다른 실시 예들의 특징들의 조합들은 본 발명의 범위 내에 있고, 당업자에 의해 이해될 수 있는 다른 실시 예들을 형성하는 것을 의미한다. 예를 들어, 청구된 실시 예들 중 임의의 것은 임의의 조합들로 사용될 수 있다.
또한, 다른 예들에서, 공지된 방법들, 구조들 및 기술들은 이 설명의 어떤 이해를 모호하게 하지 않기 위해 상세히 도시되지 않았다.
또한, 본 발명의 로프PTO는, 드럼(200)을 기준으로 양쪽으로 서로 대응하는 각각의 부속장치가 동일한 성능과 사양으로 배치된 상태에서 동시에 동일한 작동을 하므로, 본 명세서에서 로프PTO의 전체 시스템에 대한 서술을 드럼(200)을 기준으로 한쪽에 위치한 로프PTO의 부속장치들에 대하여 설명하는 방법으로 전체 로프PTO의 부속장치들의 작동을 설명할 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 히빙(heaving) 점흡수체(point absorber) 형식의 파도에너지 변환기(WEC)에서,
메인로프(main rope, 102)는, 메인드럼(main drum, 200)의 외면상에 수 회 감겨있는 상태에서 메인드럼(200)의 한쪽 단부에 자체의 일단이 고정 연결되고, 자체의 타단이 해저지반에 설치된 콘크리트 블록(block, 105)에 로프 고정용 앵커 및 후크(anchor and hook, 미 도시)를 통해 직접 고정 연결되거나, 또는 수중부이(101)에 연결되고, 이때 수중부이(101)는 콘크리트 블록(block, 105)과 계류로프(mooring rope, 103)을 통해 연결된다.
또한, 부이(100)의 거동과 연계된 로프PTO의 메인드럼(200)/메인샤프트(201)와 ①번 마찰 클러치(207)/②번 마찰 클러치(210) 및 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211)에 설치된 각각의 부속장치들의 회전운동은 당업자에 의하여 적합하다고 여겨지는 임의의 방식으로 실현될 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하에서 몇 가지 예들이 제시되어있다.
또한, 알려지지 않거나 불규칙한 파도들에서, 파도들의 움직임은 어느 적절한 알고리즘, 추가 센서들을 기반으로 예측될 수 있다.
또한, 부이(100)에 대한 래칭제어 해제 후, 부이(100)의 상향운동이 시작되면, 선행된 ①번 마찰 클러치(207)에 의한 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결거동에 의하여, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/보조드럼(204-1)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/①번 샤프트(206) 및 ①번 플라이휠(208)이 일체로 회전함으로써, ①번 플라이휠(208)의 회전관성이 없을 때보다 더 큰 회전토크(Rotational torque)가 로프PTO의 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206)에 작용한다.
또한, WEC 설치지역의 파도 기후들(wave climates)에 적용하기 위하여 사전에 수집된 연간 최저 수면고(the lowest water surface elevation of a year)에서도 WEC가 작동 가능하도록 메인로프 권선장치(204)의 보조로프(204-2)의 한쪽 단부가 보조드럼(204-1)의 외면상에 감겨있고 보조로프(204-2)의 타단은 무게추(pendulum, 204-4)에 고정되어 있으며, 또한, 동력선 권선장치(205)의 보조로프(205-5)의 한쪽 단부가 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상에 감겨있고 보조로프(205-5)의 타단은 무게추(pendulum, 205-7)에 고정되어 있으며,
또한, 부이(100)가 최고 상향 위치에 도달한 후, 부이(100)의 상향운동에 의해 메인로프 권선장치(204)의 보조드럼(204-1)의 외면상에 감기는 보조로프(204-2)에 의하여 상향 이동한 무게추(pendulum, 204-4)의 하향거동에 의한 보조로프(204-2)의 보조드럼(204-1)으로부터의 풀림에 의한 보조드럼(204-1)의 반대방향 회전과, 선행된 ①번 마찰 클러치(207)에 의한 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 이완거동에 의하여, 메인드럼(200)과 메인샤프트(201) 및 드럼 제동장치 기어(203-1)가 일체로, ①번 플라이휠(208)/①번 샤프트(206)의 회전방향과 반대로, 회전한다.
또한, 예시된 메인로프(101) 및 메인드럼(200)과 부이(100)를 포함하는 형태의 WEC에서, 상기 로프PTO 및 공기PTO를 사용하여 WEC의 전기적 동력 산출의 효율을 높이는 작동원리가 기술되었지만, 다른 유형들의 점 흡수체(point absorber)들 또는 다른 유형들의 파도에너지 변환기들에 로프PTO 및 공기PTO와 유사한 역할을 하는 장치들을 사용하여 다른 유형들의 점 흡수체들 또는 다른 유형들의 파도에너지 변환기들의 발전효율을 높일 수 있음을 당업자들은 이해할 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 본 발명의 실시 예들은, 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다. 따라서 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 특허 청구범위와 기본원리 및 관련 장치들을 응용하여 사용할 수 있는 범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 반응제어(reactive control)와 래칭제어(latching control)를 동시에 적용하고 공기PTO와 로프PTO를 복합 사용하는 WEC의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 것으로,
본 발명의 파도에너지 변환기(WEC)는, 부이(100)와 로프PTO와 공기PTO 및 동력선 권선장치(205)를 포함하며,
또한, 로프PTO는 메인드럼(200)/메인로프(102)/메인샤프트(201)/메인로프 유도드럼(202)/메인드럼 제동장치(203)/메인로프 권선장치(204)/①번 마찰 클러치(207)/①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 마찰 클러치(210)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(211)/기어박스(213)/AT(automatic transmission, 214)/PMSG(permanent magnet synchronous generator, 215)/메인드럼 제동장치(203)/①번 플라이휠 제동장치(209)를 포함하며,
또한, 공기PTO는 흡기덕트(intake duct, 109)/배기덕트(exhaust duct, 111)/흡기덕트 밸브(110, 미 도시)/배기덕트 밸브(112, 미 도시)/압축공기 흡기덕트(compressed air intake duct, 113)/압축공기 흡기덕트 밸브(compressed air intake duct valve, 114, 미 도시)/탄성튜브(elastic tube, 115)/압축공기 배기덕트(compressed air exhaust duct, 116, 미 도시)/노즐(nozzle, 117, 미 도시)/공기터빈(air turbine, 118, 미 도시)/베벨기어(bevel gear, 119, 미 도시)/AT(automatic transmission, 120)/PMSG(permanent magnet synchronous generator, 121)를 포함하며,
또한, 본 발명의 파도에너지 변환기(WEC)는, 메인로프(102)의 일단이 후크(hook, 미 도시)를 통해 연결되는 수중부이(101, 미 도시)와, 수중부이(101)와 해저지반에 설치되는 콘크리트 블록(105, 미 도시)을 상호 연결하는 최소 1개 이상의 계류로프(103, 미 도시)와, 메인로프(102) 또는 계류로프(103)의 일단이 앵커 및 후크(anchor and hook, 미 도시)를 통해 연결되는 해저지반에 설치되는 콘크리트 블록(105, 미 도시)과, 해저에 설치되는 동력선(104)을 지지하고 해저지반에 설치되는 콘크리트 블록(105-1, 미 도시) 및 콘크리트 블록(105-1)에 설치된 풀리(105-2, 미 도시)와, 입사파도의 특성들과 부이(buoy)의 운동특성들을 측정하는 센서들(sensors, 미 도시)과, 상기 센서들로부터 취득한 측정 데이터를 기준으로 로프PTO 및 공기PTO의 부속장치들의 작동을 제어하는 주 통제장치(main control device, 미 도시) 및 유압펌프(미 도시)와 각종 제어밸브들(미 도시) 및 유압라인들(미 도시)을 포함하는 유압시스템(Hydraulic system, 미 도시)과, 전력전자 장치들(power electronics devices, 미 도시)과 에너지저장장치(ESS, 미 도시)와, 공조설비(미 도시)와, 동력선(104)을 육지의 기존 전력망과 직접 연결하기 위한 전력변환 기계들(power conversion units, 미 도시)이 포함된다.
또한, 공기PTO의 기본 작동원리는 출원인에 의해 사전 특허등록된 파도 에너지 변환기(등록번호 102074094)에서의 공기PTO의 작동원리를 따른다.
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도 2는 WEC에 사용하는 부이(100)의 구성형식을 개략적으로 설명하기 위한 것으로, 부이(100)는, 로프PTO와 공기PTO의 대부분의 부속장치들이 설치되는 닫힌 형태의 상부구조(100-1)와, 상부구조(100-1)와 연결되며 해저방향의 하단이 개방된 형태인 하부구조(100-2)로 형성되며,
또한, 부이(100)는, 메인로프 안내 파이프(main rope guiding pipe, 106)와, 메인로프 안내드럼(main rope guiding drums, 106-1)과, 동력선 안내 파이프(power line guiding pipe, 107)와, 동력선 안내드럼(power line guiding drums, 107-1)을 포함하며,
또한, 덕트(duct) 형상의 부이(100)의 수직외벽(100-4)의 높이는 부이(100)의 흘수(draft)와 래칭제어(latching control)가 적용되는 입사파도의 최대파고에 따른 부이(100)의 최대 허용 상향운동변위와 안전율을 고려하여 결정되며,
또한 덕트(duct) 형상의 부이(100)의 수직내벽(100-6)의 사양은 부이(100)의 흘수(draft)와 파도에너지 변환에서의 공기PTO의 전기적 동력의 산출목표에 따라 결정되며,
또한, 부이(100)는, 하부구조(100-2) 내부에서 메인로프 안내 파이프(106)를 중심으로 3개 이상 방사(放射)형태로 설치되고 부이(100) 상부구조의 바닥면(100-5)과 부이(100)의 수직내벽(100-6) 및 메인로프 안내 파이프(106)를 연결하는 수직브라켓(100-9)을 설치하는 방법으로 입사파도에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 동작들을 줄이며,
또한, 부이(100)는, 부이(100)의 수직외벽(100-4)과 경사내벽(100-7)을 연결하고 방사상으로 3개 이상 설치되는 수직브라켓(100-9)을 설치하는 방법으로 입사파도에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 동작들을 줄이며,
또한, 부이(100)의 하부구조(100-2)의 하향으로의 하부는 개방된 덕트(duct) 형태를 이루며, 부이(100)의 부이(100)의 수직외벽(100-4)과 수평바닥판(100-8, 미 도시) 및 경사내벽(100-7)이 이루는 공간에는 밸런스 웨이트(balance weight, 108)가 설치된다.
또한, 메인로프 안내파이프(106)에는, 해저지반에 설치된 콘크리트 블록(105, 미 도시) 또는 수중부이(101, 미 도시)와 자체의 한쪽 단부가 연결된 메인로프(102)가 부이(100)의 상부구조 내부에 설치된 메인드럼(200, 미 도시)의 외면상으로 유도되기 위한 방향 전환에 따른 메인로프(102)의 원활한 작동을 위해 메인로프 안내드럼(106-1)과 메인로프 안내풀리(106-2)가 설치되며,
또한, 메인로프 안내파이프(106)에는, 조류(sea currents)나 입사파도에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 동작들과 위치변화로 인한 자체의 변형을 억제하기 위하여 자체의 길이방향 외면상에 3개의 수직브라켓(106-3)이 고정 설치된다.
또한, 동력선 안내파이프(107)에는, 해저지반에 설치된 콘크리트 블록(105-1, 미 도시)에 설치된 풀리(105-2, 미 도시)를 경유하여 동력선(104)이 부이(100)의 상부구조 내부에 설치된 동력선 권선장치의 메인드럼(205-1, 미 도시)의 외면상으로 유도되기 위한 방향 전환에 따른 동력선(104)의 원활한 작동을 위해 동력선 안내드럼(107-1)과 동력선 안내풀리(107-2)가 설치되며,
또한, 동력선 안내파이프(107)에는, 조류(sea currents)나 입사파도에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 동작들과 위치변화로 인한 자체의 변형을 억제하기 위하여 자체의 길이방향 외면상에 1개의 수직브라켓(107-3)이 고정 설치된다.
또한, 부이(100)의 자중(自重) 및 형상과 함께 부이(100) 하부구조(100-2) 내부공간(100-3, 미 도시)을 체운 해수(海水)의 자중(自重)은 입사파도 및 조류(sea currents)에 의한 부이(100)의 surging/swaying 동작들을 최소화 하며,
또한, 부이(100)의 자중(自重)과 형상 및 수직브라켓들(100-9, 100-8, 106-3, 107-3)은 부이(100) 하부구조(100-2) 내부공간(100-3, 미 도시)의 해수(海水)와 함께 입사파도 및 조류(sea currents)에 의한 부이(100)의 rolling/pitching/yawing 동작들을 최소화 한다.
도 3은 설치해역의 수심에 따른 WEC 설치방법을 개략적으로 설명하기 위한 것으로, WEC 설치방법은 기준수심을 기준으로 2가지로 나눠지며,
이때, 기준수심은, [부이(100)의 정수선 아래 수직외벽 높이 + 평균해수면고(mean sea water level) - 최저해수면고(the lowest sea water level) + 기본높이(11 meter)]를 말하며,
WEC 설치해역의 수심이 기준수심 이내인 경우, 메인로프(102)의 일단이 해저지반에 설치된 콘크리트 블록(concrete block, 105)과 앵커 및 후크(anchor and hook, 미 도시)를 통해 직접 연결되고, 동력선(power line, 104)은 해저지반에 설치된 별도의 콘크리트 블록(concrete block, 105-1)의 풀리(pulley, 105-2)를 경유하며,
또한, WEC 설치해역의 수심이 기준수심보다 깊을 경우, 메인로프(102)의 일단이 후크(hook, 미 도시)를 통해 수중부이(underwater buoy, 101)와 연결되고, 최소 1개 이상의 계류로프(mooring rope, 103)를 통해 수중부이(101)와 해저지반에 설치된 콘크리트 블록(concrete block, 105)이 서로 연결되며, 동력선(power line, 104)은 해저지반에 설치된 별도의 콘크리트 블록(concrete block, 105-1)의 풀리(pulley, 105-2)를 경유하며,
또한, WEC 설치해역의 수심에 따라 WEC 설치방법을 상기와 같이 달리함으로써, 부이(100)에 래칭제어를 실시할 때 입사파도에 의하여 부이(100)에 가해지는 상향의 힘에 의한 수중에서의 메인로프(102)의 탄성팽창에 따른 부이(100)의 불필요한 추가거동을 최소화한다.
또한, 수중부이(101)는, 자체의 상부 끝단이 상부 수평벽(101-3) 위로 돌출되도록 형성되어 부이(100)에 대한 래칭제어 중 메인로프(102)를 통해 전달되는 힘에 의한 수중부이(101)의 상향으로의 거동을 최소화고, 자체의 하단이 개방된 구조로 형성되는 덕트(duct) 형태의 수직외벽(101-1)과, 수직외벽(101-1) 내부에서 하부 수평벽(101-4) 및 수직브라켓(101-5)과 연결되는 덕트(duct) 형태의 수직내벽(101-2)과, 하부 수평벽(101-4)과 함께 수직외벽(101-1)에 연결되어 형성된 내부공간으로 수중부이(101)의 부력(buoyancy)을 형성하는 상부 수평벽(101-3)과, 수직외벽(101-1) 및 수직내벽(101-2)과 연결되는 하부 수평벽(101-4)과, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 밸런스웨이트 지지철판(101-7)과 연결되는 3개 이상의 수직브라켓(101-5)과, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 하부 수평벽(101-4)과 밸런스웨이트 지지철판(101-7)이 이루는 내부공간에 설치되는 밸런스웨이트(101-6)와, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 수직브라켓(101-5)과 연결되고 밸런스웨이트(101-6)를 지지하는 밸런스웨이트 지지철판(101-7)을 포함하며,
또한, 수중부이(101)는, 자체의 형상에 의하여 입사파도나 조류(sea currents)에 의한 수중부이(101)의 surging/swaying/heaving/rolling/pitching/yawing 거동들을 최소화한다.
도 4는 로프PTO의 구성과 작동방법을 개략적으로 설명하기 위한 것으로, 로프PTO는,
메인드럼(200)에 자체의 일단이 고정되고 메인드럼(200)의 외면상에 수회 감긴 후 수중부이(101, 미 도시) 또는 콘크리트 블록(105, 미 도시)에 자체의 타단이 연결되며, 부이(100)의 상향운동에 의하여 메인드럼(200)의 외면상으로부터 풀림작동에 의하여 메인드럼(200)에 회전운동을 부과하는 메인로프(102)와,
메인로프(102)의 풀림작동에 의하여 회전하거나 메인로프 권선장치(204)의 작동에 의하여 회전하며, 회전력을 메인샤프트(201)에 전달하는 메인드럼(200)과,
메인드럼(200)의 길이방향 중심단면을 기준으로 메인드럼(200)의 양쪽 단부에 각각 고정 설치되는 메인샤프트(201)와,
메인드럼(200)의 상부에서 별도로 설치되는 메인로프 유도드럼(202)과,
메인드럼(200)/메인샤프트(201)의 회전을 제어함으로써 부이(100)의 히빙(heaving)동작을 제어하며, 메인샤프트(201)의 외면상에 고정 설치되는 기어(203-1)를 포함하는 메인드럼 제동장치(203)와,
부이(100)의 상향거동에 의한 메인드럼(200)의 외면상으로부터 풀어진 메인로프(102)를 메인드럼(200)의 외면상으로 되감는 작동을 하는 메인로프 권선장치(204)와,
메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결 및 이완을 제어하는 ①번 마찰 클러치(207)와,
메인샤프트(201)의 회전력을 전달하는 ①번 샤프트(206)와,
①번 샤프트(206)의 외면상에 고정 설치되는 ①번 플라이휠(208)과,
①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결 및 이완을 제어하는 ②번 마찰 클러치(210)와,
①번 샤프트(206)의 회전력을 전달하는 ②번 샤프트(211)와,
②번 샤프트(211)의 외면상에 차례로 고정 설치되는 ②번 플라이휠(211) 및 회전속도를 변속하는 기어박스(213)와,
기어박스(213)와 연결되어 회전수를 자동으로 변경하는 AT(automatic transmission, 214)와,
AT(214)와 연결되어 전기적 동력(electrical power)을 산출하는 PMSG(permanent magnet synchronous generator, 215)와,
제동용 기어(203-1)와 제동용 기어(203-1)의 전면에서 메인드럼 제동용 기어(203-1)와의 맞물림 거동하는 걸쇠(203-2) 및 걸쇠(203-2)를 동작시키는 유압실린더(203-4)를 포함하는 메인드럼 제동장치(203)와,
①번 플라이휠(208)의 하부에 별도 설치되고 ①번 플라이휠(208)과 접촉하는 마찰패드(friction pad, 209-1)와 유압실린더(209-4)를 포함하는 ①번 플라이휠 제동장치(209)를 포함하며,
또한, 메인드럼(200)은, 래칭제어 해제 후, 입사파도에 의한 부이(100)의 상향거동으로 메인로프(102)에 하향 장력이 가해짐으로써 자체의 외면상에 감겨있던 메인로프(102)의 하향으로의 풀림거동에 의하여, 자체의 양단과 고정 연결된 메인샤프트(201)와 일체로 회전함과 함께, ①번 마찰 클러치(207)의 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 사전 연결작동에 의하여 ①번 샤프트(206)/①번 마찰 클러치(207)에 회전운동을 부여함과 동시에, 메인샤프트(201)에 설치된 메인로프 권선장치(204)의 보조드럼(204-1)의 회전으로 인하여 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)에 감김으로써 무게추(204-4)를 상향으로 이동시키도록 작용한다.
또한, 메인로프 유도드럼(202)는, 메인드럼(200)의 외면상에 감기는 메인로프(102)가 이웃하는 이미 감겨진 자체의 몸체와의 겹침이 발생하지 않도록 작동한다.
또한, 메인드럼 제동장치(203)는, 메인샤프트(201)에 설치된 제동용 기어(203-1)의 전면에 설치된 힌지봉(hinge rod, 203-3)을 중심으로 회전하고 제동용 기어(203-1)와 자체의 한쪽 면이 접하는 걸쇠(pawl, 203-2)와 걸쇠(203-2)를 회전시키는 유압실린더(203-4) 및 걸쇠(203-2)의 회전을 제한하는 스토퍼(stopper, 203-5)를 포함하며,
유압실린더 작동암(203-4a)의 팽창에 의한 걸쇠(pawl, 203-2)의 한쪽 면이 제동용 기어(203-1)와 접하는 작동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)의 회전을 억제함으로써 부이(100)에 래칭제어를 실시하며, 유압실린더 작동암(203-4a)의 수축에 따른 걸쇠(pawl, 203-2)의 회전에 의한 제동용 기어(203-1)와 분리되는 걸쇠(pawl, 203-2)의 작동으로 부이(100)의 상향거동이 시작됨으로써 메인드럼(200)/메인샤프트(201)가 회전을 시작한다.
또한, 메인로프 권선장치(204)는, 메인샤프트(201)에 설치된 보조드럼(204-1)과, 보조드럼(204-1)의 외면상에 수 회 감긴 후 자체의 타단이 무게추 유도파이프(204-5)의 상단에 설치된 풀리(pulley, 204-3)를 경유하고 무게추 유도파이프(204-5) 내부에 설치된 무게추(pendulum, 204-4)와 연결되는 보조로프(204-2)와, 풀리(204-3)와, 무게추(204-4)와, 무게추 유도파이프(204-5)를 포함하며,
메인드럼 제동장치(203)의 작동에 따른 부이(100)의 상향거동으로 인한 메인드럼(200)의 외면상에 감겨있던 메인로프(102)의 하향으로의 풀림거동에 의한 메인드럼(200)의 회전으로 발생하는 보조로프(204-2)의 보조드럼(204-1)의 외면상으로의 감기는 작동에 의하여 무게추(204-4)가 상향으로 이동하며,
이후, 부이(100)가 상향 최고지점에 도달한 후, 무게추(204-4)의 하향거동에 따른 보조드럼(204-1)의 외면상에 감긴 보조로프(204-2)의 풀림거동에 의하여 부이(100)의 상향거동에서의 메인드럼(200)의 회전방향과는 반대방향으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/제동용 기어(203-1)를 회전시킴으로써, 풀어진 메인로프(102)를 메인드럼(200)의 외면상으로 되감는다.
또한, ①번 마찰 클러치(207)는, 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이를 서로 연결하거나 이격시키는 작동을 하고, 유압(hydraulics)으로 작동되며, 자체의 거동을 통해, 부이(100)의 상향거동 중에 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206)를 서로 이격시키고, 부이(100)에 대한 래칭제어 실시 전에 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206)를 서로 연결한다.
또한, ①번 샤프트(206)의 외면상에 고정 설치되는 ①번 플라이휠(208)은, 부이(100)에 대한 래칭제어 해제로 발생하는 입사파도와 부이(100)와의 유체역학적 상호작용에 의한 부이(100)의 상향거동에서, 로프PTO에 회전관성(rotational inertia)을 부여함으로써, 로프PTO에 가해지는 입사파도의 유체역학적 힘을 증가시키며,
또한, ①번 플라이휠(208)은, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)의 외면상에 감겨있던 메인로프(102)의 풀림거동에 의한 메인드럼(200)의 회전방향으로 회전하면서 ①번 마찰 클러치(207)에 의한 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 이완거동 후, ②번 마찰 클러치(210)에 의한 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결거동을 통해 자체의 회전력을 일체로 작동하는 ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)에 전달하며,
이후, ①번 플라이휠(208)은, ②번 마찰 클러치(210)에 의한 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 이완거동을 통해 ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)와 서로 분리되어 가동되며,
이후, ①번 플라이휠 제동장치(209)의 작동으로 자체의 회전을 멈춘 다음, ①번 마찰 클러치(207)의 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결동작으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/제동용 기어(203-1)와 연결된다.
또한, ①번 플라이휠 제동장치(209)는, ①번 플라이휠(208)의 외곽 원기둥면에 접촉함으로써 ①번 플라이휠(208)의 회전속도를 감소시키는 마찰패드(friction pad, 209-1)와, 마찰패드(209-1)와 일체로 연결되어 마찰패드(209-1)를 지지하는 지지철판(209-2)과, 지지철판(209-2)을 지지하는 거더(girder, 209-3)와, 유압실린더(209-4)를 포함하며,
지지철판(209-2)의 양단에 각각 설치된 유압실린더((209-4) 작동암(209-4a)의 팽창에 의한 마찰패드(209-1)의 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원기둥면과의 접촉에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전운동이 멈추며, 이후, 유압실린더((209-4)의 작동암(209-4a) 수축에 의하여 마찰패드(209-1)와 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원기둥면이 서로 분리된다.
또한, ②번 마찰 클러치(210)는, ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211)를 서로 연결하거나 이격시키는 작동을 하고, 유압으로 작동하며, 자체의 거동을 통해, 부이(100)의 상향거동 중에 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211)를 서로 연결시키고, 부이(100)에 대한 래칭제어 해제 전에 ①번 샤프트(403)와 ②번 샤프트(211)를 서로 이격시킨다.
또한, ②번 플라이휠(212)은, ②번 마찰 클러치(210)에 의한 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결거동을 통해, 입사파도의 주기마다, ①번 플라이휠(208)로부터 신규로 회전력을 공급받음으로써, 입사파도의 주기와 상관없이 ②번 샤프트(211)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)와 함께 연속적으로 가동되며,
또한, ②번 플라이휠(212)은, 자체의 회전관성으로 ②번 샤프트(211)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)를 회전속도의 갑작스런 변동 없이 연속으로 회전시킴으로써, 로프PTO의 PMSG(215)에서 생산되는 전기적 동력의 크기에서의 편차를 최소화한다.
또한, 기어박스(213)는, ②번 샤프트(211)에 설치되는 피니언기어(pinion gear, 213-1)와, 기어박스 샤프트(gear box shaft, 213-2)에 설치되고 피니언기어(213-1)와 맞물려 회전함으로써 기어박스 샤프트(213-2)의 회전방향과 회전속도를 변화시키는 별도의 피니언기어(pinion gear, 213-3)와, 기어박스 샤프트(213-2)에 설치되는 베벨기어(bevel gear, 203-4)와, AT 연결용 샤프트(213-5)에 설치되고 베벨기어(203-4)와 맞물려 회전함으로써 AT 연결용 샤프트(213-5)의 회전방향과 회전속도를 변화시키는 별도의 베벨기어(203-6)를 포함한다.
또한, AT(automatic transmission, 214)는, 선-기어(sun gear, 미 도시)와 유성기어들(planetary gears, 미 도시) 및 링-기어(ring gear, 미 도시)로 이루어진 최소 2세트(set) 이상의 유성기어장치들과 부속장치들(미 도시) 및 회전수 변동을 제어하는 제어보드(control board, 미 도시)를 포함하며,
또한, AT(214)는, 일반적인 AT(automatic transmission)에 설치된 converter lockup clutch(미 도시)와 stator를 포함한 turbine 및 역회전에 필요한 클러치(미 도시)들을 포함하지 않음으로써, 자체의 크기를 축소할 수 있으며, 결과적으로 PMSG(215)의 분당 회전수(rpm)을 조정한다.
또한, 도 4의 그림들은 입사파도의 주기 동안 로프PTO에서의 부속장치들의 거동들을 시간의 경과대로 나타내어 설명하는 것으로,
그림 ①은, 메인드럼 제동장치(203)의 작동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1) 들이 일체로 정지한 상태에서, ①번 마찰 클러치(207)에 의한 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결거동으로 ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)이 메인샤프트(201)와 연결된 상태에서의 로프PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며,
이때, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)/①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)과 독립된 상태에서 거동한다.
또한, 그림 ②는, 메인드럼(200) 제동장치 유압실린더 작동암(operating arm, 203-4a)의 수축작동으로 제동용 기어(203-1)와 걸쇠(203-2) 사이의 맞물림이 해제됨으로써 입사파도에서의 래칭제어에 의한 부이(100)의 구속이 해제된 후, 부이(100)의 상향거동에 따른 로프PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며, 이때, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 상호 연결된 상태에서 ①번 플라이휠(208)과는 별도로 독자적으로 연속 가동하고,
반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)/①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)은 상호 연결된 상태에서 ②번 플라이휠(212)과는 별도로 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 풀림에 의한 메인드럼(200)의 회전방향(이하 “정방향”이라 함)으로 일체로 회전하며,
이때, 메인로프 권선장치(205)의 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상에 감기면서 무게추 유도파이프(204-5) 내부의 무게추(204-4)를 상향으로 이동시킨다.
또한, 그림 ③은, 부이(100)의 상향거동 중에 ①번 마찰 클러치(207)의 메인 샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 이완거동과 ②번 마찰 클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결거동 후, 부이(100)의 상향거동에 따른 로프 PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며,
이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 가동하고, 반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은 별도로 일체로 작동하며,
동시에, 메인로프 권선장치(205)의 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상에 계속 감기면서 무게추 유도파이프(204-5) 내부의 무게추(204-4)를 지속적으로 상향이동 시킨다.
또한, 그림 ④는, 부이(100)의 상향거동 후, 부이(100)의 하향거동에 따른 로프PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며,
이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하고,
반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은, 메인로프 권선장치(205) 무게추(204-4)의 하향거동에 의한 보조드럼(204-1)의 외면상에 감긴 보조로프(204-2)의 풀림작동에 따라, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 풀림에 의한 메인드럼(200)의 회전방향의 반대방향(이하 “역방향”이라고 함.)으로 회전하면서 풀어진 메인로프(102)가 메인드럼(200)의 외면상에 되감긴다.
또한, 그림 ⑤는, 부이(100) 정수선(10)이 입사파도의 골짜기(12)에 도달하고, 메인드럼 제동장치(203)의 작동으로 부이(100)에 래칭제어를 실시할 때의 로프PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며,
이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하고,
반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은 작동이 멈춰있다.
또한, 그림 ⑥은, 부이(100)에 래칭제어를 실시하는 중, ②번 마찰클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 이완거동과 함께 ①번 플라이휠 제동장치(209)의 작동에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전이 멈춘 후, 로프PTO의 부속장치들의 거동을 개략적으로 나타내며,
이때, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하고,
반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은 작동이 멈춰있고, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)은 별도의 독립된 상태에서 멈춰있다.
또한, 상기 로프PTO의 부속장치들의 연속된 거동에서, 입사파도의 주기와 무관하게, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)가 일체로 연속 가동하며, 입사파도의 주기마다 ②번 마찰 클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결 및 이완거동에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전에너지가 주기적으로 ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)에 공급됨으로써, PMSG(215)의 작동효율이 높아지고, PMSG(215)의 작동지속시간이 길어지며, PMSG(215)에서의 산출되는 전기적 동력의 변동성이 낮아지고, PMSG(215)가 산출하는 전기적 동력이 증대된다.
도 5는 로프PTO의 메인드럼 제동장치(203) 구성과 작동방법을 개략적으로 나타내어 설명하기 위한 것으로, 메인드럼 제동장치(203)는,
메인샤프트(201)에 고정 설치되는 메인드럼 제동용 기어(203-1)와,
제동용 기어(203-1)와 자체의 한쪽 면이 접하는 걸쇠(pawl, 203-2)와,
걸쇠(203-2)를 지지하는 힌지봉(hinge rod, 203-3)과,
걸쇠(203-2)를 회전시키는 유압실린더(203-4)와,
걸쇠(203-2)의 회전을 제한하는 스토퍼(stopper, 203-5)를 포함하며,
또한, 걸쇠(203-2)를 제동용 기어(203-1)와 분리된 상태로 복귀시키는 인장스프링(미 도시)이 추가될 수 있으며,
또한, 유압실린더 작동암(203-4a)의 팽창거동에 의한 걸쇠(203-2)의 한쪽 면이 제동용 기어(203-1)와 접하는 거동을 통해 메인드럼(200)/메인샤프트(201)의 회전을 억제함으로써, 부이(100)에 래칭제어를 실시하며,
또한, 유압실린더 작동암(203-4a)의 수축거동에 의한 제동용 기어(203-1)와 분리되는 걸쇠(pawl, 203-2)의 회전거동을 통한 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 메인드럼(200)으로부터의 풀림작동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)가 회전운동을 시작한다.
도 6은 로프PTO의 메인로프 권선장치(204)의 구성과 작동방법을 개략적으로 나타내어 설명하기 위한 것으로, 메인로프 권선장치(204)는,
메인샤프트(201)에 고정 장착된 보조드럼(204-1)과,
보조드럼(204-1)에 자체의 일단이 고정되고 보조드럼(204-1)의 외면상에 수 회 감긴 후, 자체의 타단이 풀리(204-3)를 경유한 뒤 무게추 유도파이프(204-5)의 내부에 설치된 무게추(204-4)와 고정 연결되는 보조로프(204-2)와,
무게추 유도파이프(204-5)의 상부 선단에 설치되는 풀리(pulley, 204-3)와,
부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)의 회전에 의하여 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상으로 감기는 작동에 의하여 자체가 상향거동하며, 또한, 부이(100)가 최고 상향위치에 도달하여 메인드럼(200)이 회전을 멈춘 후, 자체의 하향거동에 의하여 보조드럼(204-1)에 감긴 보조로프(204-2)를 풀리게 하여 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/보조드럼(204-1)/제동용 기어(203-1)의 역방향 회전운동을 일으킴으로써, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)으로부터 풀어진 메인로프(102)를 메인드럼(200)의 외면상으로 되감기도록 하는 무게추(pendulum, 204-4)와,
자체의 내부공간에 무게추(204-4)를 설치하여 무게추(204-4)의 수평진동을 억제하는 무게추 유도파이프(204-5)를 포함하며,
또한, 보조로프(204-2)의 보조드럼(204-1)의 외면상으로 감기는 방향은 메인로프(102)의 메인드럼(200)의 외면상에 감기는 방향과 서로 반대이며,
또한, 보조로프(204-2)가 감기는 보조드럼(204-1)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(200)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(200)의 1회 회전에 의한 메인드럼(200)의 외면상으로 감기는 메인로프(102)의 길이와 비교하여, 보조드럼(204-1)에 감기는 보조로프(204-2)의 길이를 줄이며, 결과적으로, 무게추(204-4)의 가동거리를 줄인다.
도 7은 동력선 권선장치(205)의 구성과 작동방법을 개략적으로 나타내어 설명하기 위한 것으로, 동력선 권선장치(205)는,
부이(100)의 상향운동으로 동력선(104)이 자체의 외면상으로부터 풀리고, 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 동력선(104)이 자체의 외면상으로 감기는 메인드럼(main drum, 205-1)과,
메인드럼(205-1)과 ①번 보조드럼(205-3) 및 ②번 보조드럼(205-4)이 고정 설치되는 메인샤프트(205-2)와,
부이(100)의 상향운동으로 동력선(104)이 자체의 외면상으로 감기고, 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 동력선(104)이 자체의 외면상으로부터 풀리는 ①번 보조드럼(205-3)과,
부이(100)의 상향운동으로 보조로프(205-5)가 자체의 외면상으로 감기고, 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 보조로프(205-5)가 자체의 외면상으로부터 풀리는 ②번 보조드럼(205-4)과,
②번 보조드럼(205-4)에 자체의 일단이 고정되고 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상에 수 회 감긴 후, 자체의 타단이 풀리(205-6)를 경유한 뒤 무게추 유도파이프(205-8)의 내부에 설치된 무게추(205-7)와 고정 연결되는 보조로프(205-5)와,
무게추 유도파이프(205-8)의 상부 선단에 설치되는 풀리(pulley, 205-6)와,
부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(205-1)의 회전에 의하여 보조로프(205-5)가 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상으로 감기는 작동에 의하여 자체가 상향거동하며, 또한, 부이(100)가 최고 상향위치에 도달하여 메인드럼(205-1)이 회전을 멈춘 후, 자체의 하향거동에 의하여 ②번 보조드럼(205-4)에 감긴 보조로프(205-5)를 풀리게 하여 메인드럼(205-1)/메인샤프트(205-2)/①번 보조드럼(205-3)/②번 보조드럼(205-4)의 역방향 회전운동을 일으킴으로써, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(205-1)으로부터 풀어진 동력선(104)을 메인드럼(205-1)의 외면상으로 되감기도록 함과 동시에, 부이(100)의 상향거동에 따른 보조드럼(205-3)의 외면상으로 감긴 동력선(104)이 풀리도록 작용하는 무게추(pendulum, 205-7)와,
자체의 내부공간에 무게추(205-7)를 설치하여 무게추(205-7)의 수평진동을 억제하는 무게추 유도파이프(205-8)를 포함하며,
또한, 동력선(104)은 동력선 유도파이프(107)를 거쳐 메인드럼(205-1)의 외면상에 수 회 감긴 후 메인드럼(205-1) 내부로 진입하고, 이후 ①번 보조드럼(205-3) 내부를 거쳐 ①번 보조드럼(205-3)의 외면상으로 진출한 후 메인드럼(205-1)의 외면상에서의 동력선(104)의 감김 방향과 반대로 ①번 보조드럼(205-3)의 외면상으로 감김으로써, 부이(100)의 상향 및 하향거동에서 발생할 수 있는 동력선(104)의 꼬임현상을 예방하며,
또한, 보조로프(205-5)의 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상에 감기는 방향은 동력선(104)의 메인드럼(205-1)의 외면상에 감기는 방향과 서로 반대이며,
또한, ①번 보조드럼(205-3)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(205-1)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(205-1)의 1회 회전에 의한 메인드럼(205-1)의 외면상으로 감기는 동력선(104)의 길이와 비교하여, ①번 보조드럼(205-3)에 감기는 동력선(104)의 길이를 줄이며,
또한, ②번 보조드럼(205-4)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(205-1)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(205-1)의 1회 회전에 의한 메인드럼(205-1)의 외면상으로 감기는 동력선(104)의 길이와 비교하여, ②번 보조드럼(205-4)에 감기는 보조로프(205-5)의 길이를 줄이며, 결과적으로, 무게추(205-7)의 가동거리를 줄인다.
도 8은 로프PTO의 ①번 플라이휠 제동장치(209)의 구성과 작동방법을 개략적으로 나타내어 설명하기 위한 것으로, ①번 플라이휠 제동장치(209)는,
①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면에 접촉함으로써 ①번 플라이휠(208)의 회전속도를 감소시키는 마찰패드(friction pad, 209-1)와,
마찰패드(209-1)와 일체로 연결되어 마찰패드(209-1)를 지지하는 지지철판(209-2)과, 지지철판(209-2)을 지지하는 거더(girder, 209-3)와, 지지철판(209-2)과 힌지(hinged) 연결된 유압실린더(209-4)를 포함하며,
지지철판(209-2)의 양단에 각각 힌지(hinged) 연결된 유압실린더((209-4) 작동암(209-4a)의 팽창거동에 의한 마찰패드(209-1)의 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면과의 접촉에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전운동이 멈추며, 이후, 유압실린더((209-4) 작동암(209-4a)의 수축거동에 의하여 마찰패드(209-1)와 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면이 서로 분리된다.
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10 : 부이(buoy)의 정수선(still water line)
11 : 래칭제어 해제시 입사파도의 수면선(surface line) 12 : 입사파도 골짜기 13 : 입사파도 마루 14 : 해저지반 15 : 입사파도 수면-선(water surface line)
100 : 부이(buoy)
100-1 : 부이(buoy) 상부구조 100-2 : 부이(buoy) 하부구조
100-3 : 부이(buoy) 하부구조 내부공간
100-4 : 덕트(duct) 형태의 부이(buoy) 수직외벽
100-5 : 부이(buoy) 상부구조의 내부바닥면
100-6 : 덕트(duct) 형태의 부이(buoy) 수직내벽
100-7 : 부이(buoy) 경사내벽
100-8 : 부이(buoy) 수직외벽100-4)과 수직내벽(100-6) 사이의 도넛(donut) 형태의 수평바닥판
100-9 : 부이(buoy) 수직브라켓(vertical bracket)
100-10 : 수직외벽(100-4) 및 경사내벽(100-7)과 연결되는 하단 수직브라켓(vertical bracket)
100-11 : 부이(buoy) 하부구조 내부공간(100-3)으로 흡입된 대기압과 동일한 공기
100-12 : 부이(buoy) 하부구조 내부공간(100-3)에서 부이(buoy)의 하향속도가 0(zero)이 될 때의 압축된 공기
100-13 : 탄성튜브(115) 내부의 압축된 공기
100-14 : 부이(100) 상부구조 상부면
101 : 수중부이(101)
101-1 : 수중부이(101) 수직외벽 101-2 : 수중부이(101) 수직내벽
101-3 : 수중부이(101) 상부 수평벽 101-4 : 수중부이(101) 하부 수평벽
101-5 : 수중부이(101) 수직브라켓
101-6 : 수중부이(101) 밸런스웨이트(balance weight)
101-7 : 수중부이(101) 밸런스웨이트 지지철판
102 : 메인로프(main rope) 103 : 계류로프(mooring rope)
104 : 동력선(power line)
105 : 수중부이(101) 또는 메인로프계류용 콘크리트블록(con'c block)
105-1 : 동력선(104)지지용 콘크리트블록(con'c block)
105-2 : 동력선(104)지지용 풀리(pulley)
106 : 메인로프(102) 안내파이프(main rope guiding pipe)
106-1 : 메인로프(102) 안내드럼(main rope guiding drums)
106-2 : 메인로프(102) 안내풀리(guiding pulley for a main rope)
106-3 : 메인로프(102) 안내파이프(106) 보강용 수직브라켓(vertical bracket)
107 : 동력선(104) 안내파이프(power line guiding pipe)
107-1 : 동력선(104) 안내드럼(power line guiding drums)
107-2 : 동력선(104) 안내풀리(guiding pulley for a power line)
107-3 : 동력선(104) 안내파이프(107) 보강용 수직브라켓(vertical bracket)
108 : 밸런스웨이트(balance weight)
109 : 흡기덕트(intake duct)
110 : 흡기덕트밸브(intake duct valve) 110-1 : 유압실린더(hydraulic cylinder)
110-1a : 유압실린더(110-1) 작동암(operating arm)
110-2 : 피니언기어(pinion gear) 110-3 : 구동샤프트(drive shaft)
110-4 : 회전암(rotating arm) 110-5 : 피구동샤프트(driven shaft)
110-6 : 반원형 철판(steel plate) 110-7 : 공기차단패킹(air blocking packing)
110-8 : 스토퍼(stopper)
111 : 배기덕트(exhaust duct)
112 : 배기덕트(111) 밸브
112-1 : 유압실린더(hydraulic cylinder)
112-1a : 유압실린더(112-1) 작동암(operating arm)
112-2 : 피니언기어(pinion gear) 112-3 : 구동샤프트(drive shaft)
112-4 : 회전암(rotating arm) 112-5 : 피구동 샤프트(driven shaft)
112-6 : 반원형 철판(steel plate) 112-7 : 공기차단 패킹(air blocking packing)
112-8 : 스토퍼(stopper)
113 : 압축공기 흡기덕트(intake duct for compressed air)
114 : 압축공기 흡기덕트 밸브(intake duct valve for compressed air)
114-1 : 유압실린더(hydraulic cylinder)
114-1a : 유압실린더(114-1) 작동암(operating arm)
114-2 : 피니언기어(pinion gear) 114-3 : 구동샤프트(drive shaft)
114-4 : 회전암(rotating arm) 114-5 : 피구동 샤프트(driven shaft)
114-6 : 반원형 철판(steel plate) 114-7 : 공기차단 패킹(air blocking packing)
114-8 : 스토퍼(stopper)
115 : 탄성튜브(elastic tubes)
116 : 압축공기 배기덕트(exhaust ducts for compressed air)
117 : 노즐(air nozzles) 118 : 공기터빈(air turbine)
118-1 : 공기터빈 블레이드(air turbine blades)
119 : 베벨기어(bevel gear) 120 : 자동변속기(AT, automatic transmission)
121 : PMSG(permanent magnet synchronous generator)
200 : 메인드럼(main drum) 201 : 메인샤프트(main shaft)
202 : 메인로프 유도드럼(main rope inducing drum)
203 : 메인드럼 제동장치(main drum braking device)
203-1 : 제동용 기어(gear for main drum braking)
203-2 : 걸쇠(pawl) 203-3 : 힌지봉(hinge rod)
203-4 : 유압실린더(hydraulic cylinder)
203-4a : 유압실린더(203-4) 작동암(operating arm)
203-5 : 스토퍼(stopper) 203-6 : 베어링(bearing)
204 : 메인로프권선장치(main rope winding device)
204-1 : 보조드럼(auxiliary drum) 204-2 : 보조로프(auxiliary rope)
204-3 : 풀리(pulley) 204-4 : 무게추(pendulum)
204-5 : 무게추(204-4) 유도파이프(induction pipe for a pendulum)
204-6 : 베어링(bearing)
205 : 동력선권선장치(power line winding device)
205-1 : 메인드럼(main drum) 205-2 : 메인샤프트(main shaft)
205-3 : ①번 보조드럼(auxiliary drum) 205-4 : ②번 보조드럼(auxiliary drum)
205-5 : 보조로프(auxiliary rope) 205-6 : 풀리(pulley)
205-7 : 무게추(pendulum)
205-8 : 무게추 유도파이프(induction pipe for a pendulum)
206 : ①번 샤프트(shaft ①) 207 : ①번 마찰클러치(friction clutch ①)
208 : ①번 플라이휠(flywheel ①)
209 : ①번 플라이휠 제동장치(braking rig for flywheel ①)
209-1 : 마찰패드(friction pad)
209-2 : 마찰패드 지지철판(reinforcing steel plate for friction pad)
209-3 : 지지철판(209-2) 지지용거더(girder)
209-4 : 유압실린더(hydraulic cylinder)
209-4a : 유압실린더(209-4) 작동암(operating arm)
210 : ②번 마찰클러치(friction clutch ②)
211 : ②번 샤프트(shaft ②) 212 : ②번 플라이휠(flywheel ②)
213 : 기어박스(gearbox)
213-1 : 기어박스 내부의 ②번 샤프트(210)에 설치되는 피니언기어(pinion gear installed on shaft ② in a gearbox)
213-2 : 기어박스 샤프트(gearbox shaft)
213-3 : 기어박스 샤프트(211-2)에 설치되는 피니언기어(pinion gear installed on gearbox shaft)
213-4 : 기어박스 샤프트(211-2)에 설치되는 베벨기어(bevel gear installed on gearbox shaft)
213-5 : AT(212) 연결용 샤프트(shaft)
213-6 : 샤프트(211-5)에 설치된 베벨기어(bevel gear)
213-7 : 플랜지(flange) 213-8 : 베어링(bearing)
214 : AT(automatic transmission)
215 : PMSG(permanent magnet synchronous generator)

Claims (11)

  1. 입사파도에 따라 상향/하향으로 거동하는 부이(100)와, 부이(100)에 설치되고 부이(100)의 상향거동으로 전기적 동력을 생성하는 로프PTO와, 부이(100)의 상향/하향 거동에 따른 부이(100)의 하부구조(100-2) 내부공간에서의 공기의 거동을 이용하여 전기적 동력을 발생하는 공기PTO와, 로프PTO와 공기PTO로 부터 생성된 전기적 동력을 운반하는 동력선(104)이 부이(100)의 거동에 따라 안전하게 거동되도록 작용하는 동력선 권선장치(205)를 포함하는 히빙(heaving)용 점흡수체(point absorber) 형식의 파도에너지 변환기로써,

    부이(100)는, 로프PTO와 공기PTO의 부속장치들 및 동력선 권선장치(205)가 설치되는 상부구조(100-1)와 상부구조(100-1)와 일체로 연결된 상태에서 자체의 해저방향 하단이 개방된 형태를 이루는 하부구조(100-2) 및 밸런스웨이트(103)를 포함하며,
    또한, 로프PTO는, 부이(100)의 상향거동에 의한 메인드럼(200)의 외면상으로부터의 풀림작동에 의해 메인드럼(200)을 회전시키는 메인로프(102)와, 자체의 외면상에서 메인로프(102)가 풀리거나 감기는 메인드럼(200)과, 메인드럼(200)의 길이방향 양쪽 단부에 각각 고정 설치되며 자체의 외면상에 메인드럼 제동장치 기어(203-1) 및 메인로프 권선장치의 보조드럼(204-1)이 설치되는 메인샤프트(201)와, 메인드럼(200)의 회전거동을 제어하는 메인드럼 제동장치(203)와 메인로프(102)가 메인드럼(200)의 외면상으로 되감기도록 작동하는 메인로프 권선장치(204)와, 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결 및 이완거동을 수행하는 ①번 마찰 클러치(207)와, ①번 플라이휠(208)이 자체의 외면상에 고정 설치되는 ①번 샤프트(206)와, 부이(100)의 상향거동에서 회전관성으로 작용하는 ①번 플라이휠(208)과, ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결 및 이완거동을 수행하는 ②번 마찰 클러치(210)와, 자체의 외면상에 ②번 플라이휠(212)과 기어박스(213)의 피니언기어(213-1)가 설치되는 ②번 샤프트(211)와, ②번 샤프트(211)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)에 회전관성을 부여하는 ②번 플라이휠(212)과, ②번 샤프트(211)의 회전속도를 변화시켜서 AT(214)에 전달하는 기어박스(213)와, 기어박스(213)와 연결되고 자체 회전속도를 변화시켜 PMSG(215)의 발전(發電)조건을 유지하는 AT(automatic transmission, 214)와, 전기적 동력을 산출하는 PMSG(permanent magnet synchronous generator, 215)와, ①번 플라이휠(208)의 하부에 별도 설치되고 ①번 플라이휠(208)의 ①번 플라이휠(208)의 회전을 제어하는 ①번 플라이휠 제동장치(209)를 포함하며,
    또한, 동력선 권선장치(205)는, 부이(100)의 상향 및 하향거동에 따른 부이(100) 상부구조(100-1) 내부에서의 공기PTO와 로프PTO의 PMSG(121, 215)에서 생산된 전기적 동력을 송전하는 동력선(104)의 거동을 제한하는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  2. 청구항 1에서, 부이(100)는,
    로프PTO와 공기PTO 장치들이 설치되는 닫힌 형태의 상부구조(100-1)와 상부구조(100-1)와 연결되며 해저방향의 하단이 개방된 형태인 하부구조(100-2)를 갖는 구성형식과,
    또한, 부이(100)의 자중(自重)과 부이(100)에 설치되는 로프PTO와 공기PTO를 포함하는 파도에너지 변환기 부속장치들의 자중(自重) 및 하부구조(100-2) 내부공간(100-3)에 채워진 해수(海水)의 자중(自重)과,
    또한, 하부구조(100-2) 내부공간(100-3)의 메인로프 안내파이프(106)를 중심으로 상부구조(100-1)의 바닥면(100-5)과 수직내벽(100-6)에 동시에 연결되고 메인로프 안내파이프(106) 또는 동력선 안내파이프(107)와 연결되면서 방사(放射)형태로 설치되는 3개 이상의 수직브라켓(100-8)과,
    또한, 수직외벽(100-4)과 경사내벽(100-7)에 동시에 연결되고 방사상으로 6개 이상 설치되는 하단 수직브라켓(100-9)과,
    또한, 메인로프 안내파이프(106) 및 동력선 안내파이프(107)의 변형을 억제하기 위하여 각각의 길이방향 외면상에 설치되는 수직브라켓(106-3, 107-3)이,
    조류(seal currents)나 입사파도에 복합적으로 작용함으로써, 조류(seal currents)나 입사파도에 의한 부이(100)의 surging/swaying/rolling/pitching/yawing 동작들을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  3. 청구항 1에서, 메인로프(102)의 수중에서의 일단은, 기준수심[부이(100)의 정수선 아래 수직외벽(100-4) 높이 + 평균해수면고(mean sea water level) - 최저해수면고(the lowest sea water level) + 기본높이(11 meter)]를 기준으로,
    부이(100)를 설치하는 곳의 바다 수심이 기준수심보다 더 낮을 경우, 해저지반(14)에 설치된 콘크리트 블록(105)에 직접 연결되며,
    또한, 부이(100)를 설치하는 곳의 바다 수심이 기준수심보다 더 깊을 경우, 수중에 설치된 수중부이(101)에 연결되고, 수중부이(101)는 해저지반(14)에 설치된 콘크리트 블록(105)에 최소 1개 이상의 계류로프(103)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  4. 청구항 3에서, 수중부이(101)는,
    상부 끝단이 상부 수평벽(101-3) 위로 돌출되도록 형성되어 부이(100)에 대한 래칭제어 중 메인로프(102)를 통해 전달되는 힘에 의한 수중부이(101)의 상향으로의 거동을 최소화고 하단이 개방된 구조로 형성되는 덕트(duct) 형태의 수직외벽(101-1)과, 수직외벽(101-1) 내부에서 하부 수평벽(101-4) 및 수직브라켓(101-5)과 연결되는 덕트(duct) 형태의 수직내벽(101-2)과, 하부 수평벽(101-4)과 함께 수직외벽(101-1)에 연결되어 형성된 내부공간으로 수중부이(101)의 부력(buoyancy)을 형성하는 상부 수평벽(101-3)과, 수직외벽(101-1) 및 수직내벽(101-2)과 연결되는 하부 수평벽(101-4)과, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 밸런스웨이트 지지철판(101-7)과 연결되는 3개 이상의 수직브라켓(101-5)과, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 하부 수평벽(101-4)과 밸런스웨이트 지지철판(101-7)이 이루는 내부공간에 설치되는 밸런스웨이트(101-6)와, 수직외벽(101-1)과 수직내벽(101-2) 및 수직브라켓(101-5)과 연결되고 밸런스웨이트(101-6)를 지지하는 밸런스웨이트 지지철판(101-7)을 포함하며,

    또한, 자체의 형상에 의하여 입사파도나 조류(sea currents)에 의한 수중부이(101)의 surging/swaying/heaving/rolling/pitching/yawing 거동들을 최소화하는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  5. 청구항 1에서, 입사파도에 따른 로프PTO의 거동은,
    부이(100) 정수선(10)이 입사파도의 골짜기(12)에 도달한 순간, 메인드럼 제동장치(203)의 작동으로 부이(100)에 래칭제어를 실시함으로써 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은 작동을 멈추며,
    이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하며,

    이후, ②번 마찰클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 이완거동과 함께 ①번 플라이휠 제동장치(209)의 작동에 의하여 ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)은 별도의 독립된 상태에서 회전을 멈추며,
    이때, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하고, 반면에, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은 계속 멈춰있으며,

    이후, 메인드럼 제동장치(203)의 작동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)이 일체로 정지한 상태에서, ①번 마찰 클러치(207)에 의한 메인샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 연결거동으로 ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)이 메인샤프트(201)와 연결되고,
    이때, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)/①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)과 독립된 상태에서 연속 거동하며,

    이후, 메인드럼(200) 제동장치 유압실린더 작동암(operating arm, 203-4a)의 수축작동으로 제동용 기어(203-1)와 걸쇠(203-2) 사이의 맞물림이 해제됨으로써 입사파도에서의 부이(100)의 구속이 해제된 후, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)/①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)의 회전거동과는 별도로,
    ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)가 상호 연결된 상태에서 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 풀림에 의한 메인드럼(200)의 회전방향으로 일체로 거동하며,
    또한, 메인샤프트(201)의 회전으로 인하여 메인로프 권선장치(205)의 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상에 감기면서 무게추 유도파이프(204-5) 내부의 무게추(204-4)를 상향으로 이동시키며,

    이후, 부이(100)의 상향거동 중, ①번 마찰 클러치(207)의 메인 샤프트(201)와 ①번 샤프트(206) 사이의 이완거동과 ②번 마찰 클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결거동 후, 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)이 ①번 플라이휠(208)과는 별도로 일체로 작동함과 동시에, 메인로프 권선장치(205)의 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상에 계속 감기면서 무게추 유도파이프(204-5) 내부의 무게추(204-4)를 지속적으로 상향으로 이동시키며,
    이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 가동하며,

    이후, 부이(100)의 최고 상향위에 도달한 후, 부이(100)의 하향거동에서 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/메인드럼 제동장치 기어(203-1)/메인드럼 권선장치 보조드럼(204-1)은, 메인로프 권선장치(205) 무게추(204-4)의 하향거동에 의한 보조드럼(204-1)의 외면상에 감긴 보조로프(204-2)의 풀림작동에 따라, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 풀림에 의한 메인드럼(200)의 회전방향의 반대방향으로 회전하면서 풀어진 메인로프(102)가 메인드럼(200)의 외면상에 되감기며,
    이때, ①번 샤프트(206)/①번 플라이휠(208)/②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)는 일체로 연결된 상태에서 연속 작동하며,

    또한, 로프PTO의 부속장치들의 연속된 순환거동에서, 입사파도의 주기와 무관하게, ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)가 일체로 연속 가동하며, 입사파도의 주기마다 ②번 마찰 클러치(210)의 ①번 샤프트(206)와 ②번 샤프트(211) 사이의 연결 및 이완거동에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전에너지가 주기적으로 ②번 샤프트(211)/②번 플라이휠(212)/기어박스(213)/AT(214)/PMSG(215)에 공급됨으로써, PMSG(215)의 작동효율이 높아지고, PMSG(215)의 작동지속시간이 길어지며, PMSG(215)에서의 산출되는 전기적 동력의 변동성이 낮아지고, PMSG(215)가 산출하는 전기적 동력이 증대되는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  6. 청구항 1에서, 메인드럼 제동장치(203)는,
    메인샤프트(201)에 고정 설치되는 메인드럼 제동용 기어(203-1)와, 제동용 기어(203-1)와 자체의 한쪽 면이 접하는 걸쇠(203-2)와, 걸쇠(203-2)를 지지하는 힌지봉(203-3)과, 걸쇠(203-2)를 회전시키는 유압실린더(203-4)와, 걸쇠(203-2)의 회전을 제한하는 스토퍼(203-5)를 포함하며,

    또한, 유압실린더 작동암(203-4a)의 팽창거동에 의한 걸쇠(203-2)의 한쪽 면이 제동용 기어(203-1)와 접하는 거동을 통해 메인드럼(200)/메인샤프트(201)의 회전을 억제함으로써, 부이(100)에 래칭제어를 실시하며,
    또한, 유압실린더 작동암(203-4a)의 수축거동에 의한 제동용 기어(203-1)와 분리되는 걸쇠(203-2)의 회전거동을 통한 부이(100)의 상향거동에 따른 메인로프(102)의 메인드럼(200)으로부터의 풀림작동으로 메인드럼(200)/메인샤프트(201)가 회전운동을 시작하는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  7. 청구항 1에서, 메인로프 권선장치(204)는,
    메인샤프트(201)에 고정 장착된 보조드럼(204-1)과, 보조드럼(204-1)에 자체의 일단이 고정되고 보조드럼(204-1)의 외면상에 수 회 감긴 후 자체의 타단이 풀리(204-3)를 경유한 뒤 무게추 유도파이프(204-5)의 내부에 설치된 무게추(204-4)와 고정 연결되는 보조로프(204-2)와, 무게추 유도파이프(204-5)의 상부 선단에 설치되는 풀리(204-3)와, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)의 회전에 의하여 보조로프(204-2)가 보조드럼(204-1)의 외면상으로 감기는 작동에 의하여 자체가 상향거동하고 부이(100)가 최고 상향위치에 도달하여 메인드럼(200)이 회전을 멈춘 후 자체의 하향거동에 의하여 보조드럼(204-1)에 감긴 보조로프(204-2)를 풀리게 하여 메인드럼(200)/메인샤프트(201)/보조드럼(204-1)/제동용 기어(203-1)의 역방향 회전운동을 일으킴으로써, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(200)으로부터 풀어진 메인로프(102)를 메인드럼(200)의 외면상으로 되감기도록 하는 무게추(204-4)와, 자체의 내부공간에 무게추(204-4)를 설치하여 무게추(204-4)의 수평진동을 억제하는 무게추 유도파이프(204-5)를 포함하며,

    또한, 보조로프(204-2)의 보조드럼(204-1)의 외면상으로 감기는 방향은 메인로프(102)의 메인드럼(200)의 외면상에 감기는 방향과 서로 반대이며,
    또한, 보조로프(204-2)가 감기는 보조드럼(204-1)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(200)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(200)의 1회 회전에 의한 메인드럼(200)의 외면상으로 감기는 메인로프(102)의 길이와 비교하여, 보조드럼(204-1)에 감기는 보조로프(204-2)의 길이를 줄이며, 결과적으로, 무게추(204-4)의 가동거리를 줄이는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  8. 청구항 1에서, 동력선 권선장치(205)는,
    부이(100)의 상향운동으로 동력선(104)이 자체의 외면상으로부터 풀리고 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 동력선(104)이 자체의 외면상으로 감기는 메인드럼(205-1)과, 메인드럼(205-1)과 ①번 보조드럼(205-3) 및 ②번 보조드럼(205-4)이 고정 설치되는 메인샤프트(205-2)와, 부이(100)의 상향운동으로 동력선(104)이 자체의 외면상으로 감기고 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 동력선(104)이 자체의 외면상으로부터 풀리는 ①번 보조드럼(205-3)과, 부이(100)의 상향운동으로 보조로프(205-5)가 자체의 외면상으로 감기고 부이(100)의 하향운동 중 무게추(205-7)의 거동에 의하여 보조로프(205-5)가 자체의 외면상으로부터 풀리는 ②번 보조드럼(205-4)과, ②번 보조드럼(205-4)에 자체의 일단이 고정되고 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상에 수 회 감긴 후 자체의 타단이 풀리(205-6)를 경유한 뒤 무게추 유도파이프(205-8)의 내부에 설치된 무게추(205-7)와 고정 연결되는 보조로프(205-5)와, 무게추 유도파이프(205-8)의 상부 선단에 설치되는 풀리(205-6)와, 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(205-1)의 회전에 의하여 보조로프(205-5)가 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상으로 감기는 작동에 의하여 자체가 상향거동하고 부이(100)가 최고 상향위치에 도달하여 메인드럼(205-1)이 회전을 멈춘 후 자체의 하향거동에 의하여 ②번 보조드럼(205-4)에 감긴 보조로프(205-5)를 풀리게 하여 메인드럼(205-1)/메인샤프트(205-2)/①번 보조드럼(205-3)/②번 보조드럼(205-4)의 역방향 회전운동을 일으킴으로써 부이(100)의 상향거동에 따른 메인드럼(205-1)으로부터 풀어진 동력선(104)을 메인드럼(205-1)의 외면상으로 되감기도록 함과 동시에 부이(100)의 상향거동에 따른 보조드럼(205-3)의 외면상으로 감긴 동력선(104)이 풀리도록 작용하는 무게추(205-7)와, 자체의 내부공간에 무게추(205-7)를 설치하여 무게추(205-7)의 수평진동을 억제하는 무게추 유도파이프(205-8)를 포함하며,

    또한, 동력선(104)은 동력선 유도파이프(107)를 거쳐 메인드럼(205-1)의 외면상에 수 회 감긴 후 메인드럼(205-1) 내부로 진입하고, 이후 ①번 보조드럼(205-3) 내부를 거쳐 ①번 보조드럼(205-3)의 외면상으로 진출한 후 메인드럼(205-1)의 외면상에서의 동력선(104)의 감김 방향과 반대로 ①번 보조드럼(205-3)의 외면상으로 감김으로써, 부이(100)의 상향 및 하향거동에서 발생할 수 있는 동력선(104)의 꼬임현상을 예방하며,
    또한, 보조로프(205-5)의 ②번 보조드럼(205-4)의 외면상에 감기는 방향은 동력선(104)의 메인드럼(205-1)의 외면상에 감기는 방향과 서로 반대이며,
    또한, ①번 보조드럼(205-3)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(205-1)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(205-1)의 1회 회전에 의한 메인드럼(205-1)의 외면상으로 감기는 동력선(104)의 길이와 비교하여, ①번 보조드럼(205-3)에 감기는 동력선(104)의 길이를 줄이며,
    또한, ②번 보조드럼(205-4)의 길이방향 단면의 반지름을 메인드럼(205-1)의 길이방향 단면의 반지름보다 작게 함으로써, 메인드럼(205-1)의 1회 회전에 의한 메인드럼(205-1)의 외면상으로 감기는 동력선(104)의 길이와 비교하여, ②번 보조드럼(205-4)에 감기는 보조로프(205-5)의 길이를 줄이며, 결과적으로, 무게추(205-7)의 가동거리를 줄이는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
  9. 청구항 1에서, ①번 플라이휠 제동장치(209)는,
    ①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면에 접촉함으로써 ①번 플라이휠(208)의 회전속도를 감소시키는 마찰패드(209-1)와, 마찰패드(209-1)와 일체로 연결되어 마찰패드(209-1)를 지지하는 지지철판(209-2)과, 지지철판(209-2)을 지지하는 거더(209-3)와, 지지철판(209-2)과 힌지(hinged) 연결된 유압실린더(209-4)를 포함하며,

    또한, 지지철판(209-2)의 양단에 각각 힌지(hinged) 연결된 유압실린더((209-4) 작동암(209-4a)의 팽창거동에 의한 마찰패드(209-1)의 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면과의 접촉에 의하여 ①번 플라이휠(208)의 회전운동이 멈추며,
    또한, 유압실린더((209-4) 작동암(209-4a)의 수축거동에 의하여 마찰패드(209-1)와 ①번 플라이휠(208)의 외곽 원주면이 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 파도에너지 변환기.
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