KR102330232B1 - 파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법 - Google Patents

파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102330232B1
KR102330232B1 KR1020197008556A KR20197008556A KR102330232B1 KR 102330232 B1 KR102330232 B1 KR 102330232B1 KR 1020197008556 A KR1020197008556 A KR 1020197008556A KR 20197008556 A KR20197008556 A KR 20197008556A KR 102330232 B1 KR102330232 B1 KR 102330232B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drum housing
cable
drum
float
spring
Prior art date
Application number
KR1020197008556A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190089847A (ko
Inventor
퍼 레센 스틴스트럽
Original Assignee
레센 웨이브즈 에이피에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 레센 웨이브즈 에이피에스 filed Critical 레센 웨이브즈 에이피에스
Publication of KR20190089847A publication Critical patent/KR20190089847A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102330232B1 publication Critical patent/KR102330232B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
    • F03B13/264—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy using the horizontal flow of water resulting from tide movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/1815—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with an up-and-down movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1885—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is tied to the rem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/20—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" wherein both members, i.e. wom and rem are movable relative to the sea bed or shore
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

파력 에너지 변환 시스템. 이 시스템에는 샤프트 어태치먼트에 의해 플로트에 회전 가능하게 부착된 드럼 하우징을 갖는 발전 드럼을 포함한다. 샤프트 어태치먼트는 드럼 하우징과 플로트가 서로에 대해 적어도 부분적으로 회전 운동하도록 한다. 드럼 하우징은 제1 단부가 케이블 릴에 연결되고 제2 단부가 케이블 릴이 드럼 하우징과 일체형이거나 연결되어 드럼 하우징과 함께 회전하는 케이블과 함께 케이블 릴을 고정한다. 발전 드럼은 드럼 하우징의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회시키기 위해 드럼 하우징 내에 배치된 발전기를 포함할 수 있다. 플로트는 케이블의 제2 단부가 수중 구조물 또는 해저면에 부착됨으로써 바닷속에 위치할 수 있다. 플로트를 바다에 놓으면, 플로트가 파도에 의해 이동하여 드럼 하우징의 회전 운동을 유발할 수 있으며, 발전기에 의해 전력이 생성된다.

Description

파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법
본 발명은 파도 작용으로부터 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템과 전력을 생성하는 방법에 관한 것이다.
US 7,444,810호는 파도의 상승과 하강을 상이한 형태의 에너지로 변환하는 레버 작동 피봇팅 플로트 형태의 파력 에너지 변환 시스템을 개시한다. 이 시스템은 레버 암의 제1 단부에 피봇식으로 부착된 플로트를 포함하며, 플로트는 바다 위에서 제1 수평 위치에 있고, 제1 위치에서 레버 암은 레버 암의 제2 단부가 바다에서 위를 지향하고, 플로트와 레버 암은 모두 수직 위치로 변경되어 바다 속에 잠긴다. 이 시스템은 레버 암을 제1 위치로 복귀시키는 스프링 부품을 포함한다. 플로트는 레버 암 제2 단부의 통과를 허용하는 중앙 개구를 구비하고, 레버 암의 제2 단부는 고정 길이 케이블로 해저면에 부착되며, 피봇팅 플로트와 레버 암은 수중의 안정된 물체로 방향을 변경할 수 있다. 이 시스템은 또한 회전하는 샤프트를 돌리는 레버 암의 피봇 운동으로 동력을 제공 받는 플로트 내의 발전기를 포함하며, 파도의 상승과 하강으로 전력이 생성된다.
US 2008/0272600호는 US 7,444,810에 개시된 시스템의 추가 개발을 개시한다. US 2008/0272600호에 개시된 시스템에서, 레버 암은 레버 암 포드 또는 케이싱으로 대체되고, 발전기는 레버 암 포드와 함께 배치되고, 토션 스프링 시스템 또한 레버 암 포드에 배치되어 파도의 상승과 하강으로 플로트가 움직이는 동안 레버 암 포드를 시작 위치로 되돌린다.
US 2011/0018275호는 부이(buoy)와 트랜스미션 유닛을 포함한 파력 에너지 변환기를 개시한다. 부이 바닥면에는 프레임으로 구성된 돌출 스테이가 있고, 구동축의 두 끝단이 돌출 스테이에 저널된다(journalled). 와인딩 앵커 드럼은 구동축을 중심으로 회전하도록 장착되고, 앵커 라인은 와인딩 앵커 드럼 주위로 감기며, 앵커 라인의 외측 단부는 해저면 상의 기초에 부착된다. 파도가 움직이는 동안 부이와 바닥 기초 사이의 거리가 변화한다. 앵커 드럼은 앵커 라인과의 결합으로 인해 수면이 상승할 때 제1 방향으로 선회하고, 이어서 앵커 드럼에 의해 회전하는 구동축에 고정된다. 부이에서 수면이 가라앉을 때, 구동축은 샤프트 스테이의 반전 방지 메커니즘에 의해 반대 방향의 뒤로 회전하는 것이 고정된다. 이어서 구동축은 발전기에 연결된다. 실시예에서 구동축과 발전기 사이의 커플링은 예컨대 고정된 치(teeth) 관계 또는 고정된 기어비를 갖고 발전기 회전 속도의 기어를 변경하는 기계식 기어를 포함할 수 있다. 부이에서 수위가 가라앉을 때 앵커 드럼을 제2의 반대 방향인 뒤쪽으로 돌리고, 앵커 라인을 팽팽한 상태로 유지할 수 있으려면, 일부 종류의 리턴 피드 장치가 필요하며, 실시예에서 리턴 피드 장치는 코일 스프링이다. 코일 스프링의 내부 단부는 스테이들 중 하나에 고정식으로 장착되고, 코일 스프링의 외부 단부는 구동축과 회전하고, 다시 앵커 드럼과 회전하는 기어의 케이싱에 장착된다.
US 2007/0089409호는 해상 파도를 이용한 에너지 생성 시스템을 개시한다. 이 시스템은 이동하는 하우징이 수평 고정 샤프트에 대해 회전하는 방식으로 장착된 유닛을 포함하며, 이 수평 샤프트는 구조물에 장착된다. 연결 케이블은 케이블의 외부 끝이 밸러스트 체인에 의해 해저면에 연결된 중간 부위에 연결되어 움직이는 하우징 주위를 감는다. 이 시스템은 스프링의 내부 단부가 고정 샤프트에 연결되고 스프링의 외부 단부가 움직이는 하우징의 내부에 부착된 코일 스프링 형태의 에너지 회수 장치를 포함한다. 코일 스프링은 밸러스트 체인과 연결 케이블의 장력을 보장하기 위해 일정한 프리텐셔닝이 장착되어 있으며, 유닛이 전체적으로 파도의 이동과 함께 내려갈 때 케이블을 하우징에 되감는 작업을 한다.
US 2011/0018275호 및 US 2007/0089409호에 개시된 두 시스템에서 와인딩 드럼 하우징에 케이블이 감기고, 케이블의 외부 단부는 직접 또는 간접적으로 해저면에 연결된다. 두 시스템에서 일단이 프레임에 고정식으로 부착되고 타단이 와인딩 드럼 하우징 또는 와인딩 드럼 하우징에 연결된 기어에 연결된 코일 스프링을 포함하며, 이에 의해 드럼 하우징이 파도의 움직임과 함께 내려갈 때 코일 스프링은 와인딩 드럼 하우징의 케이블을 되감는 역할을 한다. US 2007/0089409호에 개시된 시스템을 바다에 설치할 때, 코일 스프링은 연결 케이블의 장력을 보장하기 위해 일정한 프리텐셔닝을 장착한다. 그러나 바닷속 시스템의 위치는 조수의 변화에 따라 달라지므로, 케이블의 장력도 조수의 변화에 따라 달라져서 플로트의 전체 에너지 변환 효율이 감소한다.
US 7,444,810호 및 US 2008/0272600호에 개시된 시스템의 경우, 레버 암의 제2 단부는 고정된 길이의 케이블로 해저면에 부착되며, 바다 내 플로트의 위치는 조류 변화에 따라 변화하며, 플로트는 바다 속에 다소 잠기어 플로트의 전체 에너지 변환 효율을 감소시킨다.
파력 에너지 변환 시스템은 조수 변경으로 유발될 수 있는 여러 해수면 높이에서 작동하도록 조정할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 여러 해수면 높이에서 작동할 수 있는, 조정 가능한 파력 에너지 변환 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 제1 양태에 따라 다음을 포함하는 파력 에너지 변환 시스템을 제공함으로써 달성된다.
샤프트 어태치먼트에 의해 플로트에 회전 가능하게 부착되는 드럼 하우징을 구비한 플로트와 발전 드럼을 포함하며, 샤프트 어태치먼트는 드럼 하우징과 플로트를 서로에 대해 적어도 부분 회전 운동을 가능하게 하고, 드럼 하우징은 케이블 릴에 연결된 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 케이블이 달린 케이블 릴을 포함하고, 상기 케이블 릴은 드럼 하우징과 일체형이거나 연결되어 드럼 하우징과 함께 회전한다.
실시예에서, 발전 드럼은 드럼 하우징의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하기 위해 드럼 하우징 내에 배치된 발전기를 포함한다.
실시예에서, 샤프트 어태치먼트는 플로트에 고정식으로 연결되고, 드럼 하우징은 수밀 연결로 샤프트 어태치먼트에 회전 가능하게 연결된다.
실시예에서, 플로트는 케이블의 제2 단부가 수중 구조물 또는 해저면에 부착됨으로써 바다에 위치한다.
플로트를 해저면에 연결하기 위해 사용할 수 있는 케이블(104)을 드럼 하우징(102)에 고정된 케이블 릴로 플로트(101)에 부착함으로써, 케이블의 길이는 드럼 하우징의 회전으로 쉽게 조정되어 케이블을 케이블 릴에 감거나 풀 수 있다. 따라서, 케이블의 길이는 해수면의 변화를 따르도록 조정할 수 있으며, 이에 의해 플로트는 최대 에너지 변환을 위해 바다에 배치될 수 있다.
실시예에서, 드럼 하우징은 대향 배치된 2개의 사이드 리드가 구비된 원통형 드럼 파트를 포함한다.
실시예에서, 샤프트 어태치먼트는 2개의 샤프트 파트, 제1 및 제2 샤프트 파트를 포함하며, 각각의 샤프트 파트는 일단이 플로트에 고정식으로 연결되고 타단이 드럼 하우징의 중심축을 따르는 각 샤프트 파트의 축과 함께 드럼 하우징 내에 배치되며, 드럼 하우징 내 샤프트 파트의 배치는 샤프트 파트에 대한 드럼 하우징의 회전을 허용한다.
실시예에서, 제1 샤프트 파트는 제1 단부가 플로트에 고정식으로 연결되고 타 단부가 드럼 하우징의 제1 사이드 리드의 내측에 이중 볼 베어링 세트일 수 있는 하나 이상의 볼 베어링으로 지지가 되고, 제2 샤프트 파트는 제1 단부가 플로트에 고정식으로 연결되고 타 단부가 드럼 하우징의 제2 사이드 리드의 내측에 이중 볼 베어링 세트일 수 있는 하나 이상의 볼 베어링으로 지지된다.
실시예에서, 샤프트 어태치먼트는 플로트 개구 내의 플로트에 고정식으로 연결되고, 드럼 하우징은 상기 개구 내에서 샤프트 어태치먼트에 회전 가능하게 배치된다.
실시예에서, 플로트는 상기 개구의 일부를 한정하는, 대향 배치된 2개의 암을 포함하고, 샤프트 어태치먼트는 두 개의 암에 고정식으로 연결된다.
실시예에서, 플로트는 두 개의 암을 연결하는 전면부를 포함하고, 샤프트 어태치먼트는 두 개의 암에 연결되고, 드럼 하우징은 두 개의 암 내에 회전 가능하게 배치된다. 전면부는 두 개 암의 제1 대향 단부를 연결할 수 있다.
실시예에서, 플로트는 실질적으로 "U"자형이다.
실시예에서, 플로트의 전면부 또는 전면 단부는 휘어진 형상이다.
실시예에서, 플로트의 전면부에 대향하는 후면부 또는 부분은 휘어진 형상이다.
실시예에서, 플로트의 암은 휘어진 형상이다.
실시예에서, 전면부는 외면이 드럼과 반대 방향이고, 결합된 드럼과 플로트에는 무게 중심이 있고, 드럼의 중심은 전면부의 외면에서 떨어져 위치하여 무게 중심부터 전면부의 외면까지 거리보다 멀다.
실시예에서, 드럼의 중심으로부터 무게 중심까지 거리는 암의 방향으로 측정했을 때 플로트(101) 전체 길이의 적어도 5%이다.
실시예에서, 드럼의 중심으로부터 무게 중심까지 거리는 암의 방향으로 측정했을 때 플로트(101) 전체 길이의 30% 또는 20% 이하이다.
실시예에서, 케이블 릴(103)의 반경은 드럼의 중심과 무게 중심 사이의 거리보다 더 크다.
실시예에서, 플로트가 바다 위에서 실질적으로 수평인 위치에 놓일 때, 케이블이 플로트의 전면부를 향한 상태에서 케이블이 케이블 릴로부터 연장되어 수중 구조물에 도달한다.
실시예에서, 드럼은 케이블을 케이블 릴에 감도록 구성되어, 플로트는 케이블의 제2 단부가 수중 구조물에 부착됨으로써 바다에 위치할 때, 사전에 정한 케이블의 장력 또는 프리텐션일 수 있는 장력 또는 프리텐션을 획득한다.
실시예에서, 드럼 하우징은 스프링 시스템을 포함하며, 스프링 시스템은 제1 단부가 샤프트 어태치먼트에 비회전식으로 연결되고 제2 단부가 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결된 토션 스프링을 포함하며, 적어도 하나의 작동 연결 모드에 대해 드럼 하우징의 회전은 스프링에 장력을 형성하여, 샤프트 어태치먼트에 토크를 준다.
실시예에서, 토션 스프링의 제 2단부는 제1작동 모드에서 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결되도록 구성되어, 케이블을 케이블 릴로부터 풀기 위한 방향으로 드럼 하우징을 회전시킴으로써 스프링에 장력을 형성하고, 스프링 장력의 해제로 케이블을 케이블 릴에 감기 위한 반대 방향으로 드럼 하우징을 회전시킨다.
실시예에서, 토션 스프링은 제1 작동 모드와 제2 작동 모드 간 전환을 위해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결되며, 제2 작동 모드에 대해 스프링의 제2 단부는 케이블을 케이블 릴에 감는 방향으로 드럼 하우징을 회전시켜 스프링에 장력을 형성하기 위해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결된다.
실시예에서, 드럼 하우징은 스프링 시스템과 기어 시스템을 포함하며, 스프링 시스템은 제1 단부가 샤프트 어태치먼트에 비회전식으로 연결되고 제2 단부가 기어 시스템을 통해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결된 토션 스프링을 포함하며, 상기 기어 시스템은 제1 비회전 작동 모드에 있을 때 토션 스프링의 제2 단부가 드럼 하우징에 대해 고정된 위치가 유지되도록 구성되고, 제2 회전 작동 모드에 있을 때 샤프트 어태치먼트에 대해 그리고 토션 스프링의 제2 단부에 대해 드럼 하우징이 회전하도록 구성된다.
실시예에서, 회전하는 작동 모드일 때, 기어 시스템은 케이블을 케이블 릴에 감기 위해 샤프트 어태치먼트에 대해 제1 방향으로 드럼 하우징을 회전하도록 구성되고, 케이블의 장력으로부터 케이블 릴과 드럼 하우징에 힘이 가해질 때, 상기 기어 시스템은 샤프트 어태치먼트에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 토션 스프링(510)의 제2 단부를 회전하도록 추가로 구성되고, 토션 스프링 제2 단부의 상기 회전은 스프링의 장력과 샤프트 어태치먼트에 대한 토크를 형성한다.
실시예에서, 기어 시스템은 토션 스프링의 제2 단부가 디스크 시스템에 고정된 디스크 시스템을 포함하고, 상기 디스크 시스템은 샤프트 어태치먼트와 드럼 하우징에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 디스크의 외주부는 회전 축을 구비한 모터를 고정하고, 상기 회전축은 드럼 하우징에 고정식으로 연결된 제2기어 휠과 결합하는 제1 기어 휠을 고정하고, 상기 모터 축의 회전은 스프링의 제2 단부를 서로에 대해 반대 방향으로 고정하는 드럼 하우징과 디스크 시스템을 회전시킨다.
모터 축이 제1 방향으로 회전할 때, 드럼 하우징은 케이블을 케이블 릴에 감기 위해 샤프트 어태치먼트에 대해 제1 방향으로 회전하고, 케이블의 장력으로부터 케이블 릴과 드럼 하우징에 힘이 가해질 때, 디스크 시스템은 샤프트 어태치먼트에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 스프링의 제2 단부를 회전하도록 유지하고, 토션 스프링 제2 단부의 상기 회전은 스프링의 장력과 샤프트 어태치먼트에 대한 토크를 형성하는 것이 한 개 이상의 실시예에 있다.
샤프트 어태치먼트의 토크는 스프링의 장력으로 가해지는 힘의 함수이며, 이것은 다시 케이블 릴의 케이블과 드럼 하우징 장력의 함수이다. 따라서, 케이블의 장력은 샤프트 어태치먼트의 토크를 케이블 릴의 반경으로 나눈 값으로 결정할 수 있다.
토션 스프링(510)의 제2 단부가 드럼 하우징에 대해 고정된 위치가 유지되는 상태에서 기어 시스템이 비회전 작동 모드에 있을 때, 토션 스프링의 제2 단부는 드럼 하우징의 회전을 따르며, 이에 의해 케이블을 케이블 릴로부터 푸는 방향으로 드럼 하우징이 회전하여 스프링 장력과 샤프트 어태피먼트에 대한 토크를 형성하는 실시예가 하나 이상 있다.
플로트(101)를 바다에 놓을 때, 케이블에 장력 또는 프리텐션이 형성되어야 하고, 동시에 스프링에 장력이 형성되어야 한다. 이 목적을 위해, 토션 스프링은 제2 또는 회전 작동 모드에서 작동하도록 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결되며, 기어 시스템은 샤프트 어태치먼트에 대해 그리고 토션 스프링의 제2 단부에 대해 드럼 하우징을 회전하도록 구성된다.
플로트가 바다에 놓이면, 플로트는 파도에 의해 상하로 움직이고, 이 움직임은 전력을 생성하는 데 사용할 수 있다. 이 목적을 위해, 토션 스프링은 제1 또는 비회전 작동 모드에서 작동하기 위해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 기어 시스템은 드럼 하우징에 대해 고정된 위치에서 스프링의 제2 단부를 유지하도록 구성된다.
제1 작동 모드에서, 파도가 플로트를 들어올리면, 케이블은 케이블 릴로부터 풀리고, 스프링의 제2 단부가 드럼 하우징에 고정된 상태에서, 스프링의 제2 단부는 스프링에 추가로 장력을 형성하면서 케이블 릴과 함께 선회한다. 파도가 다시 내려갈 때, 스프링의 장력은 케이블을 케이블 릴에 감아 올린다.
제2 작동 모드에서, 기어 시스템은 케이블 릴과 스프링의 제2 단부가 반대 방향인 상태에서 드럼 하우징을 회전시키고, 이에 의해 기어 시스템이 드럼 하우징을 회전시켜 케이블을 감아올리면, 스프링의 제2 단부는 스프링에 장력이 형성된 상태에서 회전할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 작동 모드에서, 스프링에 장력을 형성할 때 드럼 하우징(102, 502a,b,c)은 반대 방향으로 회전한다.
실시예에서, 드럼은 샤프트 어태치먼트의 토크를 감지하도록 구성된 센서 시스템을 포함한다.
실시예에서, 에너지 변환 시스템은 감지된 토크 또는 적어도 부분적으로 감지된 토크에 기초하여 드럼 하우징의 회전 및 케이블 릴의 감기를 제어하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함한다.
실시예에서, 제어 시스템은 감지된 토크에 기초하여 케이블 장력을 측정하고, 드럼 하우징의 회전을 제어하고, 케이블에 대해 사전에 정한 장력 또는 프리텐션이 측정될 때까지 케이블 릴을 감도록 구성된다.
실시예에서, 플로트를 바다에 놓으면, 제어 시스템은 몇 개 파도의 움직임 중에 케이블의 장력을 측정하고, 얻어진 장력 값을 사전에 정한 프리텐션과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 케이블의 프리텐션을 변경하기 위해 케이블을 케이블 릴에서 풀기 및/또는 감기를 위해 드럼 하우징의 회전을 제어하도록 추가로 구성된다.
실시예에서, 제어 시스템은 기어 시스템의 작동 모드를 제어하도록 구성된다.
실시예에서, 제어 시스템은 모터 축의 회전을 제어함으로써 드럼 하우징의 회전을 제어하도록 구성된다.
실시예에서, 토션 스프링은 클럭 스프링이며, 디스크 시스템은 클럭 스프링이 두 개의 디스크 사이에 배치되고, 대향 배치된 2개의 디스크를 포함한다.
실시예에서, 제2 기어 휠은 제1 기어 휠보다 크다.
실시예에서, 센서 시스템은 드럼 하우징 내의 샤프트 어태치먼트에 부착된 복수의 스트레인 게이지를 포함한다.
실시예에서, 발전기는 한 방향으로만 회전 또는 선회하도록 배치된다.
실시예에서, 발전 드럼은 드럼 하우징과 발전기를 상호 연결하는 기어 드라이브를 더 포함한다.
실시예에서, 기어 드라이브는 증속 기어를 포함한다. 증속 기어는 드럼의 상대적으로 느린 회전을 적어도 1:10 또는 1:20만큼 가속할 수 있다.
실시예에서, 기어 드라이브는 일방향 기어를 포함한다.
실시예에서, 기어 드라이브는 원웨이 클러치를 포함한다.
실시예에서, 발전기, 증속 기어, 일방향 기어 및 원웨이 클러치는 샤프트 어태치먼트로 한정된 축을 중심으로 회전 운동을 위해 모두 중심에 위치한다.
실시예에서, 발전 드럼은 발전기에 작동 가능하게 연결된 플라이휠을 더 포함한다.
실시예에서, 드럼 하우징이 제1 위치로부터 제2 위치로 샤프트 어태치먼트를 중심으로 선회 또는 회전할 때 드럼 하우징의 회전 각도를 측정하도록 구성된 각도 탐지 시스템을 포함한다. 제1 위치는 드럼 하우징이 파도의 상향 이동으로 플로트가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 제2 위치는 드럼 하우징이 이어지는 파도의 하향 이동으로 플로트가 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달할 수 있다.
실시예에서, 제어 시스템은 하나 이상의 측정된 회전 각도가 사전에 정한 회전 각도 이상일 때, 케이블을 케이블 릴에 감아 올려 플로트를 바닷속으로 잠그기 위해 드럼 하우징의 회전을 제어하도록 추가로 구성된다.
실시예에서, 플로트는 부이다.
제2 양태에 따르면, 파력 에너지 변환 시스템이 제공되며,
샤프트 어태치먼트에 의해 플로트에 회전 가능하게 부착되는 드럼 하우징을 구비한 발전 드럼을 고정하는 플로트를 포함하며, 상기 샤프트 어태치먼트는 드럼 하우징과 플로트를 서로에 대해 적어도 부분 회전 운동을 가능하게 한다.
상기 드럼 하우징은 다음을 포함한다.
제1 단부와 제2 단부를 갖는 케이블을 구비하되, 상기 제1 단부는 케이블 릴에 연결되고, 상기 케이블 릴은 드럼 하우징과 일체형 부품이거나 연결되어 드럼 하우징과 함께 회전하는 케이블 릴,
제1작동 모드에서 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결되어, 케이블을 케이블 릴로부터 풀기 위한 방향으로 드럼 하우징을 회전시킴으로써 스프링에 장력을 형성하고, 스프링 장력의 해제로 케이블을 케이블 릴에 감기 위한 반대 방향으로 드럼 하우징을 회전시키는 토션 스프링 및
드럼 하우징의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하여 전기를 생산하도록 배치된 발전기.
제2 양태 시스템의 가능한 제1 구현 형태에서, 토션 스프링은 제1 작동 모드와 제2 작동 모드 간 전환을 위해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결되며, 제2 작동 모드에 대해 스프링은 케이블을 케이블 릴에 감는 방향으로 드럼 하우징을 회전시켜 스프링에 장력을 형성하기 위해 드럼 하우징에 작동 가능하게 연결된다.
제2 양태에 따른 시스템은 또한 상술한 제2 양태 시스템에 의해 포함되지 않은 제1 양태 시스템의 가능한 실시예와 동등한 복수의 가능한 실시예를 포함한다는 점을 이해해야 한다.
제2 양태는 또한 제2 양태에 따른 에너지 변환 시스템을 사용하여 표면 파도로부터 전기를 생성하고 제2 양태 시스템의 가능한 제1 구현 형태를 포함하는 방법 또한 제공하고, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다.
케이블의 제2 단부를 수중 구조물 또는 해저면에 부착함으로써 바다에 플로트를 놓는 단계,
토션 스프링을 제2 작동 모드에서 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결되도록 배치하는 단계,
케이블과 토션 스프링에 프리텐션을 형성하기 위해 케이블을 케이블 릴에 감는 단계,
토션 스프링을 제1 작동 모드에서 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결되도록 배치하는 단계,
플로트가 파도에 의해 수중 구조물로부터 멀어지게 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 푸는 방향으로 드럼 하우징이 회전하도록 하고, 드럼 하우징의 상기 풀림 회전은 스프링의 장력을 증가시키고, 발전기의 회전을 활성화하는 단계,
드럼 하우징은 플로트가 바다의 파도에 의해 수중 구조물에 더 가깝게 이동할 때 스프링(510) 장력의 해제로 케이블이 케이블 릴(103)에 감기는 것에 대응하여 반대 방향으로 회전하도록 하며, 드럼 하우징(102)의 상기 감기 회전이 발전기의 회전을 활성화하는 단계 및
발전기로부터 전력을 추출하는 단계.
제2 양태 방법의 실시예에서, 추출된 전력은 배터리에 저장된다.
제2 양태 방법의 실시예에서, 케이블을 케이블 릴에 감아 케이블과 토션 스프링의 프리텐션을 형성하는 단계는 사전에 정한 케이블 장력에 도달할 때까지 수행되고, 사전에 정한 케이블 장력은 플로트가 바닷속으로 실질적으로 절반이 잠길 때 케이블 장력과 일치할 수 있다.
제2 양태 방법의 실시예에서, 상기 방법은 몇 개 파도의 이동 중에 케이블의 장력을 모니터링하는 단계, 획득된 장력 값을 사전에 정한 장력과 비교하는 단계, 모니터링된 장력의 평균값과 사전에 정한 프리텐션의 차이가 사전에 정한 값을 초과할 때, 케이블의 프리텐션을 변화시키기 위해 케이블을 케이블 릴에 감기 및/또는 풀기 단계를 더 포함한다.
제2 양태 방법의 실시예에서, 상기 방법은 드럼 하우징이 제1 위치로부터 제2 위치로 샤프트 어태치먼트를 중심으로 선회 또는 회전할 때 드럼 하우징의 회전 각도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
제1 위치는 드럼 하우징이 파도의 상향 이동으로 플로트가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 제2 위치는 드럼 하우징이 이어지는 파도의 하향 이동으로 플로트가 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달한다.
제2 양태 방법의 실시예에서, 하나 이상의 측정된 회전 각도가 사전에 정한 회전 각도 이상일 때, 플로트를 바닷속으로 넣기 위해 케이블을 케이블 릴에 추가로 감는 단계를 포함한다.
전술한 목적과 다른 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속 청구항, 설명 및 도면으로부터 명백하다. 본 발명의 이들 양태와 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예로 명백해질 것이다.
본 개시에 관한 다음의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 실시예에 따라 크기가 서로 다른 2개의 파력 에너지 시스템에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1a 파력 에너지 시스템의 평면도이다.
도 3은 실시예에 따라 바다에 위치한 도 1a의 파력 에너지 시스템을 도시한다.
도 4의 (a), (b) 및 (c)는 실시예에 따른 도 3 파력 에너지 시스템에 대한 파력의 작용을 도시한다.
도 5는 실시예에 따른 에너지 시스템의 드럼 내에서 스프링 시스템과 기어 시스템의 배치를 도시한 개략도이다.
도 6은 실시예에 따른 도 5의 스프링과 기어 시스템의 세부 사항을 도시한 분해도이다.
도 7은 실시예에 따른 에너지 시스템의 드럼 내에 추가 세부 사항을 도시한 개략도이다.
도 8은 바다에 위치한 파력 에너지 시스템을 도시한 블록 다이어그램이며, 실시예에 따라 전력을 저장하기 위한 배터리, 드럼으로부터 배터리로 전력을 전달하는 케이블, 배터리로부터 사용자 플랫폼으로 전력을 추출하는 케이블 및 드럼 내의 제어 시스템과 외부 통신을 위한 광섬유 연결을 포함한다.
도 9는 실시예에 따라 도 8 파력 에너지 시스템의 전력과 데이터 제어의 구성 요소를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 10은 실시예에 따라 발전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11은 실시예에 따라 파력 에너지 시스템의 프리텐션을 조정하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 12는 실시예에 따라 파력 에너지 시스템을 수중에 넣는 방법을 설명한 흐름도이다.
도 1a 및 도 1b는 크기가 서로 다른 2개의 파력 에너지 시스템(100a 및 100b)의 사시도이고, 도 2는 도 1a(100a) 파력 에너지 시스템의 평면도이다. 시스템 100a 및 100b는 각각 플로트(101a, 101b)와 드럼 하우징(102a, 102b)이 포함된 발전 드럼을 갖는다. 드럼 하우징(102a, 102b)은 샤프트 어태치먼트(105a, 105b)에 의해 플로트(101a, 101b)에 회전 가능하게 부착되고, 샤프트 어태치먼트(105a, 105b)는 드럼 하우징(102a, 102b)과 플로트(101a, 101b)의 서로에 대해 적어도 부분적으로 회전 운동을 허용한다. 드럼 하우징(102a, 102b)은 제1 단부가 케이블 릴(103a, 103b)과 제2 단부에 연결된 케이블(104a, 104b)을 갖는 케이블 릴(103a, 103b)을 고정한다. 케이블 릴(103a, 103b)은 드럼 하우징(102a, 102b)과 일체형 부품이거나 연결되어 드럼 하우징(102a, 102b)과 함께 회전한다.
플로트(101)는 실질적으로 "U"자형인 부이로서 개구가 대향 배치된 2개의 암과 2개의 암을 연결하는 전면부에 의해 한정되는 것이 바람직하다. 샤프트 어태치먼트(105a, 105b)는 2개의 암 사이에 회전 가능하게 배치된 드럼 하우징(102)과 함께 플로트(101)의 2개 암에 고정식으로 연결된다. 전면부는 드럼 하우징(102)과 반대 방향에 외면을 갖는다. 전면부의 외면은 형상이 곡면이며, 2개 암 각각의 후면 또한 형상이 곡면인 것이 바람직하다.
결합된 드럼과 플로트(101)는 무게 중심을 가지며, 샤프트 어태치먼트(105a, 105b)는 무게 중심 뒤에서 플로트(101)에 고정된다. 따라서, 드럼과 드럼 하우징(102)의 중심은 전면부의 외면에 대해 멀리 떨어져 위치하며, 그 거리는 무게 중심으로부터 전면부의 외면까지의 거리보다 멀다. 드럼의 중심으로부터 무게 중심까지 거리는 암의 방향으로 측정했을 때 플로트(101) 전체 길이의 적어도 5%인 것이 바람직하다. 케이블 릴(103)은 드럼의 중심과 무게 중심 사이의 거리보다 반경이 더 큰 것이 바람직하다.
드럼 하우징(102a, 102b)은 드럼 하우징(102a, 102b) 내에 배치된 기계와 전기 부품을 보호할 목적으로 드럼 하우징(102a, 102b) 내에 건조한 분위기를 제공하기 위해 수밀 회전 밀봉과 같은 수밀 연결에 의해 샤프트 어태치먼트(105a, 105b)에 회전 가능하게 연결된다.
도 3은 실시예에 따라 바다에 위치한 도 1a의 시스템(100a)과 일치하는 파력 에너지 시스템(100)을 도시한다. 케이블(104)은 제 2단부를 가지며, 제2 단부는 해저면(107)에 배치된 앵커 블록(106)에 연결된다. 도 8과 관련하여 논의할 배터리 시스템에 생성된 전력을 전달하도록 케이블이 구성될 수 있기 때문에, 케이블(104)의 제2 단부는 앵커 블록(106)보다 더 연장될 수 있다. 플로트(101)가 파도의 작용이 없는 상태에서 바다에 배치될 때, 케이블(104)은 사전에 정한 케이블(104)의 프리텐션에 도달할 때까지 케이블 릴(103)에 감기는 것이 바람직하다. 파도 높이에 따라 수중의 +/- 20%에서 플로트(101)에 총 가용 자유 부력의 절반이 가해질 때 최대 동력 출력을 위한 이상적인 프리텐션에 도달할 수 있다. 따라서, 프리텐션은 케이블(104) 장력에 의해 플로트(101)가 바닷속에 실질적으로 절반에서 +/- 20% 잠기도록 결정될 수 있다.
플로트(101)를 해저면(107)에 배치/연결하기 위해 사용되는 케이블(104)이 드럼 하우징(102)에 고정된 케이블 릴(103)에 의해 플로트(101)에 부착됨으로써, 케이블(104)의 길이는 드럼 하우징(102)의 회전으로 쉽게 조정되어 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감거나 풀 수 있다. 따라서, 케이블(104)의 길이는 해수면의 변화를 따르도록 조정될 수 있으며, 이에 의해 플로트(101)는 최대 에너지 변환을 위해 바다에 배치될 수 있다.
전력을 생성하기 위해, 드럼 하우징(102)은 드럼 하우징의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하도록 배치되어 전력을 생성하는 발전기(522)(도 7 참조)를 포함한다. 드럼 하우징(102)의 회전 운동은 플로트(101)가 바다에 위치하여 상승과 하강할 때 획득된다. 드럼 하우징은 또한 제1 작동 모드에서 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결될 수 있는 토션 스프링(510)(도 5 참조)을 포함하며, 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 푸는 방향으로 드럼 하우징(102)을 회전시킴으로써 스프링(510)에 장력이 형성된다. 이와 같은 케이블(104) 풀기는 플로트(101)가 파도의 상승으로 올라감 및/또는 수평 이동으로 획득된다. 파도가 낙하 지점에 도달하면, 플로트(101)는 파도와 함께 아래쪽으로 이동하고, 토션 스프링(510)은 파도의 상승 중에 얻은 장력을 해제하도록 작용할 것이고, 이에 의해 드럼 하우징(102)은 토션 스프링 (510)에 의해 반대 방향으로 회전하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감는다. 이러한 드럼 하우징(102)의 회전으로 발전기(522)가 작동한다.
파도의 상승과 하강에 따른 플로트(101)와 드럼 하우징(102)의 이동이 도 4의 (a), (b) 및 (c)에 설명되어 있다. 도 4 (a)에서, 플로트(101)는 파도 작용이 없는 위치에 있고 플로트(101)는 실질적으로 수평 위치에 있고 케이블(104)의 장력은 프리텐션과 실질적으로 동일하다. 도 4 (b)에서, 플로트(101)는 상승 파도로 위로 이동하면서 더 수직적인 위치로 선회한다. 플로트(101)가의 상향 이동하면 케이블(104)이 케이블 릴(103)로부터 풀리고, 이에 의해 드럼 하우징(102)이 케이블 릴(103)과 함께 회전하고 토션 스프링(510)에 장력이 형성된다. 플로트(101)의 선회는 스프링(510)에 장력을 형성하도록 추가로 작용할 수 있다. 파도가 다시 떨어지면, 플로트(101)는 아래쪽으로 이동하여 도 4 (a)의 위치로 돌아갈 것이다. 플로트(101)가 도 4 (b)에서 도 4 (a)로 하향 이동 및 선회하는 동안, 토션 스프링(510)에 형성된 장력이 해제되어 드럼 하우징(102)이 회전하고, 이에 의해 케이블(104)은 케이블 릴에 감기고 케이블(104)의 프리텐션을 유지한다. 일반적인 파도 작용 동안, 플로트(101)는 도 4 (a)와 도 4 (b)에 설명된 위치들 사이에서 움직이지만, 파도가 너무 커지면, 케이블(104)의 풀림은 파도의 상승과 하강을 따라갈 수 없고, 플로트(101)는 상승 파도에 의해 도 4 (c)에 설명된 바와 같이 대체로 수직 위치로 선회한다. 따라서, 도 4 (c)에 도시된 상황에서는 파도가 너무 커서, 폭풍 보호 모드에서 물 아래로 플로트 또는 부이(101)를 당기게 된다.
드럼 하우징(102) 내 토션 스프링(510)의 배치와 작동은 도 5 및 도 6과 관련하여 아래에 설명한다. 여기서 도 5는 실시예에 따른 에너지 시스템(100)의 드럼 내 스프링 시스템과 기어 시스템의 배치를 도시한 개략도이고, 도 6은 도 5의 스프링 및 기어 시스템의 세부 사항을 도시한 분해도이다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 드럼 하우징(102)은 좌측 사이드 리드(502a), 우측 사이드 리드(502b) 및 원통형 드럼 파트(502c)를 갖는다. 드럼 하우징(102, 502a,b,c)은 2개의 샤프트 파트, 즉 좌측 샤프트 파트(105a, 505a)와 우측 샤프트 파트(105b, 505b)를 갖는 샤프트 어태치먼트에 회전 가능하게 배치되고, 샤프트 파트들(105a, 505a 및 105b, 505b)은 모두 일단은 플로트(101)에 고정식으로 연결되고 타단은 드럼 하우징(102, 502a,b,c) 내에 배치되고 각 샤프트 파트(505a, 505b)의 축은 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 중심 축을 따른다. 좌측 샤프트 파트(505a)의 타단은 볼 베어링을 2중으로 하여 좌측 사이드 리드(502a)의 내측에 지지가 되고, 우측 샤프트 파트(505b)의 타단은 볼 베어링을 2중으로 하여 우측 사이드 리드의 내측에 지지가 된다. 2중 볼 베어링 세트를 사용하여 샤프트 파트(505a, 505b)를 드럼 사이드 리드(502a, 502b)에 회전 가능하게 연결함으로써, 볼 베어링 연결은 바다에서 작동 중에 두 개의 샤프트 파트(505a, 505b) 상의 반경 방향 하중과 굽힘 하중을 지지한다.
드럼 하우징(502a, 502b, 502c)은 스프링 시스템과 기어 시스템을 포함하며, 스프링 시스템은 제1 단부가 좌측 샤프트 파트(505a)에 비회전식으로 연결된 클럭 스프링일 수 있는 토션 스프링(510)을 보유한다. 기어 시스템은 좌측 샤프트(505a)와 드럼 하우징(502a,b,c)에 대해 회전 가능하게 배치된, 2개의 대향 배치 디스크(511a, 511b)를 구비한 디스크 시스템을 포함하고, 토션 스프링 또는 클럭 스프링(510)은 2개의 디스크(511a, 511b) 사이에 배치되고, 스프링(510)의 제2 단부가 스프링 서포트(512)에 의해 2개의 디스크(511a, 511b)에 고정된다. 기어 시스템은 내측 디스크(511b)의 외주부에 고정된 전기 모터(513)를 지지하며, 전기 모터(513)는 내측 및 외측 디스크(511b, 511a)를 통해 연장되는 회전 축(514)을 갖는다. 좌측 드럼 리드(502a)와 마주하는 디스크(511a) 측에 연장되는 회전 축(514)의 외측 파트는 드럼 하우징(516)에 고정식으로 연결된 제2의 더 큰 기어 휠(516)과 결합하는 제1의 소형 기어 휠(515)을 지지한다. 드럼 하우징(502a,b,c) 내에 스프링(510)을 이와 같이 배치함으로써, 모터 축(514)과 제1 기어 휠(515)의 회전은 스프링(510)의 제2 단부를 고정하는 드럼 하우징(502a,b,c)과 디스크(511a, 511b)를 서로에 대해 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.
모터(513)가 작동하여 제1기어 휠(515)을 회전시켜 디스크(511a, 511b)와 스프링(510)의 제 2단부에 대해 드럼 하우징(502a,b,c)을 회전시키고, 토션 스프링(510)은 좌측 기어 시스템을 통한 제2의 회전 작동 모드에서 드럼 하우징(502a)의 좌측 리드에 작동 가능하게 연결된다. 모터 회전 축(513)이 고정된 비회전 위치에서 유지될 때, 스프링(510)의 제 2단부는 기어 시스템을 통한 제1 비회전 작동 모드에서 드럼 하우징(502a)의 좌측 리드에 작동 가능하게 연결된다.
스프링과 기어 시스템이 드럼 하우징(502a)에 대해 고정된 위치에 유지된 토션 스프링(510)의 제2 단부와 함께 제1의 비회전 작동 모드에 있을 때, 토션 스프링의 제2 단부는 드럼 하우징(502a,b,c)의 회전을 따르며, 이에 의해 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 푸는 방향으로 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전은 스프링 (510) 장력과 좌측 샤프트 파트(505a)에 대한 토크를 형성한다. 제1 작동 모드에서 스프링(510)에 장력을 형성하면, 스프링(510)은 스프링(510)의 장력을 해제하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감는 방향으로 드럼 하우징(102, 502a,b,c)이 회전하도록 작용할 수 있다.
스프링과 기어 시스템이 제2 회전 작동 모드에 있을 때, 기어 시스템은 모터 축(514)과 제1 기어(515)를 회전 방향으로 회전하도록 구성되어, 제2 기어(516)와 드럼 하우징(102, 502a,b,c)은 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감기 위해 샤프트 어태치먼트(105a, b, 505a, b)에 대해 제1 방향으로 회전한다. 케이블(104)이 느슨하면, 케이블(104)은 감기고, 디스크(511a, 511b)와 스프링(510)의 제2 단부는 스프링(510) 내에 비교적 작은 장력만이 형성된 위치에서 유지된다. 케이블(104)이 더는 느슨해지지 않을 때, 케이블(104)에 형성되고 있는 장력으로부터 케이블 릴(103)과 드럼 하우징(102, 502a,b,c)에 힘이 가해지고, 케이블(104)이 릴(103)에 더 감기면, 디스크 시스템(511a, 511b)과 스프링(510)의 제2 단부는 이제 샤프트 어태치먼트(105a, b, 505a, b)에 대해 드럼 하우징(502a,b,c)의 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전한다. 토션 스프링(501) 제2 단부의 이러한 회전은 스프링(510)의 장력과 좌측 샤프트 파트(505a)로 토크를 형성한다. 제1 및 제2 작동 모드에서 스프링(510)에 장력을 형성할 때 드럼 하우징(102, 502a,b,c)은 반대 방향으로 회전한다.
플로트(101)를 바다에 놓을 때, 케이블(104)에 장력 또는 프리텐션이 형성되어야 하고, 동시에 스프링(510)에 장력이 형성되어야 한다. 이 목적을 위해, 토션 스프링(510)은 제2 또는 회전 작동 모드로 작동하기 위해 드럼 하우징(102, 502a,b, c)에 작동 가능하게 연결된다. 플로트(101)가 바다에 놓이면, 플로트(101)는 파도에 의해 상하로 움직이고, 이 움직임은 전력을 생성하는 데 사용할 수 있다. 이 목적을 위해, 토션 스프링(510)은 제1 또는 비회전 작동 모드에서 작동하기 위해 드럼 하우징(102, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되며, 기어 시스템은 드럼 하우징(102, 502a,b,c)에 대해 고정된 위치에서 스프링(510)의 제2 단부를 유지하도록 구성된다.
제1 작동 모드에서, 파도가 플로트(101)를 들어올리면, 케이블(104)은 케이블 릴(103)로부터 풀리고, 스프링(501)의 제2 단부는 드럼 하우징(102, 502a,b,c)에 고정된 상태로 유지되고, 스프링(510)의 제2 단부는 스프링(501)에 추가로 장력을 형성하면서 케이블 릴(103)과 함께 선회한다. 파도가 다시 내려갈 때, 스프링(510)의 장력은 케이블을 케이블 릴에 감아 올린다.
제2 작동 모드에서, 기어 시스템은 케이블 릴과 스프링(501)의 제 2단부와 함께 드럼 하우징을 반대 방향으로 회전시킴으로써, 기어 시스템이 드럼 하우징(102, 502a,b,c)을 회전시켜 케이블(104)을 감아올리고, 스프링(510)의 제2 단부는 스프링(510)에 장력이 형성되어 회전 또는 선회한다.
도 5 및 도 6은 우측 샤프트 파트(505b)에 회전 가능하게 연결된 블록(520)을 추가로 도시한다. 이 블록(520)은 발전기(522) 및 드럼 하우징(502a,b,c)과 발전기(522)를 상호 연결하는 기어 구동 시스템을 지지한다. 도 7과 관련하여 실시예에 따라 발전 드럼의 세부 사항을 추가로 도시한 하기 논의를 참조하십시오.
도 7에서, 좌측 샤프트 파트(505a)는 플로트(101)의 좌측 암(501a)에 고정식으로 연결되고 우측 샤프트 파트(505b)는 플로트(101)의 우측 암(501b)에 고정식으로 연결되어, 하우징(102, 502a,b,c)은 플로트(101, 501a,b)에 회전 가능하게 부착된다. 도 7에 도시된 드럼 하우징(502a,b,c) 또한 좌측 샤프트 파트(505a)의 토크를 감지하도록 구성된 센서 시스템(517)을 포함한다. 센서 시스템(517)은 드럼 하우징 내의 좌측 샤프트 파트(505a)에 부착된 복수의 스트레인 게이지를 포함할 수 있으며, 샤프트 파트(505a)의 토크는 공지된 기술로 측정할 수 있다. 실시예에서, 4개의 스트레인 게이지가 샤프트 파트(505a)에 부착될 수 있고, 샤프트 파트(505a)의 중심선에 대해 +/- 45°패턴으로 향할 수 있다. 실시예에서, 각도 탐지 시스템(518)은 또한 드럼 하우징(502a,b,c) 내의 샤프트 파트(505a)에 연결되고, 각도 탐지 시스템은 드럼 하우징(502a, 502b, 502c)이 샤프트(105a,b, 505a,b)를 중심으로 제1 위치로부터 제2 위치로 선회 또는 회전할 때 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전 각도를 측정하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 각도 탐지 시스템은 광학 각도 엔코더를 포함한다.
도 7에는 또한 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하기 위해 드럼 하우징(102, 502a,b,c) 내에 배치되고 발전기(522)가 포함된 하우징을 도시한다. 발전기 하우징(522)은 회전 에너지를 저장하기 위해 발전기(522)에 작동 가능하게 연결되는 플라이휠(도 7에 미도시) 또한 포함한다. 2중 세트의 볼 베어링(523)이 샤프트 파트(505b)에 대해 발전기와 플라이휠의 회전을 허용하기 위해 제공된다. 발전기(522)는 한 방향으로만 회전 또는 선회하도록 배치될 수 있다. 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전으로 발전기(522)의 회전을 얻기 위해, 드럼 하우징(102, 502a,b,c)과 발전기(522)를 상호 연결하기 위한 발전기 기어 드라이브가 제공된다. 발전기 기어 드라이브는 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 비교적 느린 회전을 10배 또는 20배로 가속할 수 있는 증속 기어(524)를 포함한다. 기어 드라이브는 일방향 기어(525)와 원웨이 클러치(526)를 포함하며, 이는 드럼 하우징(102, 502a,b,c)이 회전 방향을 변경하는 동안 발전기(522)가 한 방향으로만 회전하게 한다.
실시예에서, 플라이휠, 증속 기어(524), 일방향 기어(525) 및 원웨이 클러치(526)를 갖는 발전기(522)는 모두 샤프트 파트(505a, 505b)로 한정된 축을 중심으로 회전 운동을 위해 중심에 위치한다. 증속 기어(524)는 드럼 하우징(502a)과 일방향 기어(525)를 작동 가능하게 연결하고, 원웨이 클러치(526)는 일방향 기어(524)와 발전기(522)를 작동 가능하게 연결하며, 발전기(522)는 플라이휠에 작동 가능하게 연결된다.
드럼 하우징(102, 502a,b,c)은 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전을 제어하고 센서 시스템(517)으로 감지된 샤프트 파트(505a)의 토크에 기초하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감는 것을 제어하도록 구성될 수 있는 제어 시스템(521)도 포함한다. 여기서, 제어 시스템(521)은 감지된 상기 토크에 기초하여 케이블 장력을 측정하고, 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 제어하고, 케이블(104)에 대해 사전에 정한 장력 또는 프리텐션이 측정될 때까지 케이블 릴(103)을 감도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(521)은 발전기 기어 드라이브 시스템에 배치될 수 있고, 도 7에서 제어 시스템(521)은 일방향 기어(525)에 부착된다.
케이블(104)을 감을 목적으로 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전을 제어하기 위해, 제어 시스템은 모터 축(514)의 회전을 제어함으로써 결합된 스프링과 기어 시스템을 제1 또는 제2 작동 모드로 제어하도록 구성된다.
각도 탐지 시스템(518)은 샤프트 파트(105a,b, 505a,b)에 대한 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 제1 및 제2 위치 사이의 각도 차이를 측정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 위치는 드럼 하우징(102, 502a,b,c)이 파도의 상향 이동으로 플로트(101)가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 제2 위치는 상기 드럼 하우징(102, 502a,b,c)이 이어지는 파도의 하향 이동으로 플로트(101)가 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달할 수 있다.
또한, 제1 위치와 제2 위치 사이에 하나 이상의 측정된 각도 차이가 사전에 정한 최대 각도 차이 이상일 때, 제어 시스템(521)은 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감아올려 플로트(101)를 바닷속으로 넣기 위해 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전을 제어하도록 구성될 수 있다.
제어 시스템은 또한 몇 개 파도의 이동 중에 케이블(104)의 장력을 측정하고, 얻어진 장력 값을 사전에 정한 프리텐션과 비교하고, 이 비교에 기초하여 케이블(104)의 프리텐션을 변경하기 위해 케이블(104)을 케이블 릴(103)에서 풀기 및/또는 감기를 위해 드럼 하우징(102, 502a,b,c)의 회전을 제어하도록 구성될 수 있다.
고정식 샤프트 파트(505a, 505b)와 회전하는 드럼 하우징(102, 502a,b,c) 내의 회전 장치들(505a, 505b) 사이에서 동력과 전기 신호의 전송을 허용하기 위해 복수의 슬립 링(도 7에 미도시) 또한 제공되어 샤프트 파트(505a, 505b)에 작동 가능하게 연결된다. 여기서 회전 장치들에는 모터(513), 제어 시스템(521) 및 발전기(522)가 포함된다. 슬립 링은 좌우 하우징 리드(502a, 502b) 모두의 내부에 제공될 수 있다.
도 8은 실시예에 따라 바다에 위치한 파력 에너지 시스템을 설명한 블록 선도이고, 도 9는 도 8 파력 에너지 시스템의 전력과 데이터 제어 부품을 도시한 블록 선도이다. 도 8의 파력 에너지 시스템은 도 1 에너지 시스템(100)의 구성 요소를 유지하며, 부이 또는 플로트(101), 케이블 릴(103)에 감긴 케이블(104)을 구비한 발전 드럼(102)(도 8에 미도시)을 포함한다. 도 8의 시스템에서, 부이(101)는 위성 통신 유닛(108)을 보유하여, Inmarsat VSAT 및 이리듐(Iridium) 시스템과 같은 위성 통신을 통해 데이터를 제어 시스템(521)과 통신할 수 있다. 통신 유닛(108)은 또한 3G, 4G 또는 GPS 통신과 같은 이동 전화 통신용으로 또는 대안으로 구성될 수 있다.
부이(101)는 제2 단부가 해저면(107) 상의 앵커 블록(106)에 연결된 제2 단부를 갖는 케이블(104)에 의해 바다에 위치한다. 실시예에서, 마커 부이(Marker buoy)(806)는 파력 에너지 부이(101)에 근접하여 위치하고, 마커 부이(806)는 케이블에 의해 해저면(107) 상의 소형 앵커 블록(807)에 고정된다. 소형 앵커 블록(807)은 케이블에 의해 주 앵커 블록(106)에 고정될 수 있다.
케이블(104)은 또한 광섬유를 보유한 기갑 전력 케이블이고, 케이블(104)의 제2 단부는 스키드 마운팅(804)에 둘러싸여 있을 수 있으면서, 센서(801)와 배터리 팩(802)에 대한 데이터와 전원 허브 유닛을 보유하고, 부하 및 충전 제어 유닛(805) 또한 보유하는(도 9 참조) 해저 시스템에 추가로 연결된다. 실시예에서, 전기 및 섬유 광학 슬립 링 로터리 조인트(도 8에 미도시)는 플로트 또는 부이(101)와 앵커 블록(106)의 수중 구조물 간 전력 케이블(104)의 일부로 배치되어 케이블(104)의 상부를 케이블(104)의 하부와 결합할 수 있다. 슬립 링 로터리 조인트를 사용하면 부이(101)가 앵커 블록(106)에 연결된 케이블(104)의 부분을 비틀지 않고 물에서 선회할 수 있다.
해저 시스템은 선택적으로 음향 텔레메트리로 데이터를 송수신하도록 구성된 음향 텔레메트리 유닛(803)을 보유할 수 있다. 해저 시스템의 구성 요소는 도 9에도 도시되어 있으며, 도 9는 드럼 하우징(102)과 부이(101) 내에 배치된 표면 시스템의 전력과 데이터 제어 구성 요소를 추가로 도시한다. 부이(101)에 배치된 위성 통신 유닛(108) 외에도, 표면 시스템은 동력인출장치(903), PLC 입출력 제어 장치(907), 충전 제어 유닛(904), 온보드 배터리(905) 및 제어 시스템(521)의 일부인 프리텐셔닝 컨트롤러를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 생성된 전력은 발전기(522)로부터 동력인출장치(903)와 슬립 링을 통해 전원 케이블(104)을 지나 부하 및 충전 제어 유닛(805)으로 공급되어 배터리 팩(802)을 충전한다. 동력인출장치(903)는 충전 제어 유닛(904)을 경유하여 온보드 배터리(905)를 충전하고, 온보드 배터리(905)는 프리텐셔닝 컨트롤러(906)와 위성 통신 유닛(108)과 함께 제어 시스템(521)에 전력을 공급한다. 데이터는 기갑 전력 케이블(104) 내의 광섬유를 통한 광섬유 통신으로 표면 시스템과 해저 시스템 사이에 통신한다. 데이터 통신은 표면 시스템 내의 PLC 입출력 제어 장치(907)로 제어되고, 제어 장치(907)는 위성 통신 유닛(108) 및 동력인출장치와 통신하고, 다시 충전 제어 유닛(904), 온보드 배터리(905) 및 프리텐셔닝 컨트롤러(906)를 포함한 제어 시스템(521)과 통신한다. 케이블(104)의 광섬유 링크를 통해, 제어 장치(907)는 데이터 및 전원 허브 유닛(801), 부하 및 충전 제어 유닛(805) 및 배터리 팩(802)과 데이터를 통신한다. 데이터 전원 허브 유닛(801)은 사용자에게 전력의 전달을 제어하고 사용자와 데이터 통신을 위한 전력 및 통신 라인을 보유한다.
도 10은 실시예에 따라 발전 방법을 도시한 흐름도이다. 제1 단계(1001)에서, 플로트(101)는 바다에 놓는다. 토션 스프링(510)은 제2 작동 모드로 작동하기 위해 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결된다(단계 1002). 제2 작동 모드에서, 모터(513)와 기어(515, 516)는 회전하도록 제어되고, 이에 의해 샤프트 어태치먼트(505)에 대해 측정된 토크로부터 제어 시스템(521)에 의해 원하는 프리텐션이 측정될 때까지 케이블(104)이 케이블 릴(103)에 감긴다(단계 1003). 여기에서, 토션 스프링(510)은 모터(513)와 기어(515, 516)가 비회전으로 제어되는 제1 작동 모드가 되도록 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결된다(단계 1004).
제1 작동 모드에 있을 때, 플로트(101) 및 스프링(510)이 포함된 드럼 하우징(102)은 정상 에너지 발생 모드에 있으며, 1005 단계에 있을 경우, 드럼 하우징(102)은 플로트(101)가 파도에 의해 수중 구조물(106)로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 푸는 방향으로 회전하도록 하며, 드럼 하우징(102)을 푸는 회전은 스프링(510)의 장력을 늘리고 발전기(522)의 회전을 활성화한다. 1006 단계에서, 드럼 하우징(102)은 플로트(101)가 바다의 파도에 의해 수중 구조물에 더 가깝게 이동할 때 스프링(510) 장력의 해제로 케이블이 케이블 릴(103)에 감기는 것에 대응하여 반대 방향으로 회전하도록 하며, 드럼 하우징(102)의 감기 회전은 발전기(522)의 회전을 활성화한다. 발전기(522)의 활성화로 생성된 전력은 추출되어 배터리 팩(802)에 저장될 수 있다(단계 1007).
도 11은 실시예에 따라 파력 에너지 시스템의 프리텐션을 조정하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 제1 단계(1101)에서, 케이블(104)의 장력은 여러 파동의 이동 중에 모니터하여 측정된다. 그런 다음, 1102 단계에서, 획득한 장력 값이 사전에 정한 프리텐션과 비교되고, 모니터한 장력의 평균값과 사전에 정한 프리텐션 간의 차이가 사전에 정한 값을 초과할 때, 토션 스프링(510)은 제2 작동 모드에서 드럼 하우징(102)과 작동 가능하게 연결되고(1103 단계), 케이블(104)을 케이블 릴(103)에 감기 및/또는 풀기는(1104 단계) 케이블의 프리텐션을 조정하기 위해 수행되며(단계 1104), 토션 스프링(510)은 제1 작동 모드에서 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결되도록 복귀한다(1105 단계). 1104 단계에서, 프리텐션은 모니터된 케이블(104) 장력의 평균값에 도달하도록 조정될 수 있다.
따라서, 다수의 연속 파도 기간 동안 케이블 장력의 변화와 평균값을 모니터링함으로써, 조수 레벨의 변화가 보정될 수 있고 주어진 파후(wave climate)에서 최대 에너지 생산을 위해 케이블(104)의 평균 프리텐션이 최적화될 수 있다.
도 12는 실시예에 따라 파력 에너지 시스템을 수중에 넣는 방법을 설명한 흐름도이다. 1201 단계에서, 드럼 하우징(102)이 파도의 이동 중에 제1 위치로부터 제2 위치로 샤프트 어태치먼트(105)를 중심으로 선회 또는 회전할 때 드럼 하우징(102)의 각도 회전이 측정되며, 여기서 제1 위치는 드럼 하우징(102)이 파도의 상향 이동으로 플로트(101)가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 제2 위치는 드럼 하우징(102)이 이어지는 파도의 하향 이동으로 플로트(101)가 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 케이블(104)을 케이블 릴(103)로부터 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달한다. 하나 이상의 측정된 각도 회전 값이 사전에 정한 회전 각 이상이면, 1202 단계에서, 토션 스프링(510)은 제2 작동 모드에서 드럼 하우징(102)에 작동 가능하게 연결되고, 플로트(101)를 바닷속으로 잠기게 하기 위해 케이블(104)은 케이블 릴(103)에 추가로 감긴다(단계 1203).
따라서, 플로트(101)에 고정된 센터 샤프트 어태치먼트(105)와 드럼 하우징(102) 사이의 각도 변화를 측정함으로써, 대략적인 파도 높이를 모니터링할 수 있고, 드럼 하우징(102)이 파도 속에서 앞뒤로 선회할 때, 폭풍 방지 모드에서 파도가 너무 커서 물 밑으로 부이를 당길 때가 결정될 수 있다.
다음은 피크 전력 성능이 약 300W인 소형 부이 또는 플로트(101)를 나타내는 파력 에너지 변환 시스템 또는 파력 에너지 부이의 예에 대한 재료와 치수 목록이다.
파력 에너지 부이의 재료와 치수:
U자형 플로트 또는 부이(101)는 유리강화 폴리에스테르(GRP)로 만들고, 내후성 및 내해수성 에폭시 페인트가 코팅되어 있다. U자형의 각 "레그(leg)"의 길이는 900mm이고 각 레그의 폭은 300mm이다. U자형 내 갭 폭은 드럼 하우징(102)의 길이에 따라 최소 300mm, 최대 900mm이다. 이 예에서 폭은 900mm이다. 레그와 전면부의 높이는 200mm이고, 앞쪽과 뒤쪽과 측면 부분의 곡률(측면 부분 또는 레그의 곡률은 선택 사항임)은 지름 200mm의 반원으로 형성되며 부이 또는 플로트(101)의 높이와 같다.
샤프트 부분(105a, 505a, 105b, 505b)에 사용하는 재료는 고급 스테인레스강(316)이다. 각 샤프트 부분(105a, 505a, 105b, 505b)은 지름은 30mm이고 길이는 100mm이다.
드럼 하우징(102)에 사용하는 재료는 내해수성 알루미늄이며, 지름은 600mm이고 폭은 U자형 개구에 맞게 900mm보다 약간 작다.
케이블 릴(103)에 사용하는 재료는 폴리우레탄(PU) 엘라스토머이다. 외측 릴의 지름은 900mm, 내측 릴의 지름은 650mm이다.
케이블(104)의 외측 부분에 사용하는 재료는 특별히 강한 아연 도금 강선이며, 케이블의 지름은 10mm이다. 케이블의 길이는 바다의 깊이에 따라 30m에서 200m 사이가 될 수 있다.
부이 또는 플로트 및 드럼 하우징의 총 중량은 약 150kg이다.
대형 링 기어(516)는 외경이 500mm이고, 소형 제1 기어(515)는 외경이 30mm이다. 스프링(510)을 고정하는 두 개 디스크(511a, 511b)의 지름은 580mm이다.
토션 스프링(510)은 지름이 550mm, 폭이 60mm, 스프링력이 500Nm이다.
사전에 정하는 케이블 프리텐션은 750N으로 설정할 수 있고, 케이블의 길이는 케이블(104) 장력의 시작부터 원하는 프리텐션에 도달할 때까지 케이블 릴(103)의 1회전 내지 1.5회전 선회가 필요하도록 선택할 수 있다. 토션 스프링(510)은 케이블(104)의 원하는 프리텐션에 도달할 때 250Nm의 프리텐션에 도달하도록 배치할 수 있다.
1m 파도의 정상 파도 상승 동안, 드럼 하우징(102)은 앞뒤로 +/- 1/4 회전 선회할 수 있다.
수위가 1/4m 변화하면 케이블 프리텐션 조정이 활성화된다.
파도 높이가 3m를 넘으면 부이 또는 플로트가 완전히 잠기고, 드럼 하우징(102)이 1½ 회전 선회하여 부이 또는 플로트(101)가 잠긴다.
위에서 언급한 치수를 가진 300W 파력 에너지 부이의 경우, 파도 높이에 따라 전력 생산량이 증가하며, 첫 번째 결과는 다음과 같다.
0.5m 파 = 25W.
1.0m 파 = 100W.
1.5m 파 = 225W.
2.0m 파 = 400W.
더 높은 전력 레벨을 수용하기 위해 세 치수 모두에서 규모를 조정하여 각각 2kW, 5kW, 10kW 및 20kW의 대형 파력 에너지 부이를 얻을 수 있으며, 조정 인자(scaling factor)에 따라 파고가 증가한다. 각각 3배와 4배의 규모 조정은 2kW 및 5kW 파력 에너지 부이를 나타내며, 그에 따라 파고가 조정된다.
본 발명을 본 명세서의 다양한 실시예와 관련하여 설명했다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 도면, 개시된 내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해 및 실시될 수 있다. 청구 범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사 "하나의"는 복수를 배제하지 않는다.
101, 101a,b, 501a,b : 플로트
102, 102a,b, 502a,b : 드럼 하우징
103a, b : 케이블 릴
104, 104a,b : 케이블
105a,b, 505a,b : 샤프트 어태치먼트

Claims (48)

  1. 파력 에너지 변환 시스템(100a, 100b)에 있어서,
    드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 의해 플로트(101, 101a,b, 501a,b)에 회전 가능하게 부착된 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)와 발전 드럼을 포함하며,
    상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)는 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 서로에 대해 적어도 부분적인 회전 운동을 가능하게 하고,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 케이블(104, 104a,b)이 달린 케이블 릴(103a, b)을 포함하며, 상기 케이블은 상기 케이블 릴에 연결된 제1 단부와 제2 단부를 구비하고, 상기 케이블 릴(103a,b)은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 일체형 부품이거나 연결되어 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 함께 회전하고,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 스프링 시스템을 포함하며, 상기 스프링 시스템은 제1 단부가 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a)에 비회전식으로 연결되고 제2 단부가 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결된 토션 스프링(510)을 포함하며, 적어도 하나의 작동 연결 모드에서 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 상기 스프링(510)에 장력을 형성함으로써 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 토크를 인가하고,
    상기 토션 스프링(510)의 제2 단부는 제1 작동 모드에서 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되어, 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a, b)로부터 푸는 방향의 드럼 하우징 회전으로 스프링에 장력이 형성되고, 상기 스프링 장력의 해제로 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감는 반대 방향으로 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)을 회전시키며,
    상기 토션 스프링(510)은 상기 제1 작동 모드와 제2 작동 모드 간 전환을 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되며, 상기 제2 작동 모드에서 상기 스프링(510)의 제2 단부는 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감는 방향으로 상기 드럼 하우징(102, 102a, 102b, 102c)을 회전시켜 상기 스프링(510)에 장력을 형성하기 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 파력 에너지 변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)는 상기 케이블(104, 104a,b)의 제2 단부가 수중 구조물 또는 해저면(107)에 부착되어 바닷속에 위치하는 에너지 변환 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)는 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)의 개구 내에서 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)에 고정적으로 연결되고, 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)은 상기 개구 내에서 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 회전 가능하게 배치되는 파력 에너지 변환 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)는 상기 개구의 일부를 한정하고 대향 배치된 2개의 암(501a, b)을 포함하고, 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b)는 상기 2개의 암(501a, b)에 고정식으로 연결되는 파력 에너지 변환 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)는 상기 2개의 암(501a,b)을 연결하는 전면부를 포함하고, 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)는 상기 두 개의 암(501a, b)에 연결되고 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 상기 2개의 암(501a,b) 내에 회전 가능하게 배치되는 파력 에너지 변환 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)는 실질적으로 "U"자형인 파력 에너지 변환 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전면부의 외면은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 반대 방향에 있으며, 결합된 드럼과 플로트(101,101a, b, 501a,b)에는 무게 중심이 있고, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 중심은 상기 전면부의 외면에 대해 상기 무게 중심부터 상기 전면부 외면까지의 거리보다 더 먼 파력 에너지 변환 시스템(100a,b).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 중심부터 상기 무게 중심까지 거리는 상기 암(501a,b)의 방향으로 측정했을 때 상기 플로트 전체 길이의 적어도 5%인 파력 에너지 변환 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 케이블 릴(103a,b)은 반경이 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 중심과 상기 무게 중심 사이의 거리보다 더 긴 파력 에너지 변환 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 바다 위에서 실질적으로 수평인 위치에 위치할 때, 상기 케이블(104, 104a,b)은 상기 케이블 릴(103a, b)로부터 수중 구조물에 도달하도록 연장되고 상기 케이블(104, 104a, b)은 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)의 전면부를 향하는 파력 에너지 변환 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 상기 케이블(104, 104a,b)의 제2 단부를 수중 구조물에 부착하여 바닷속에 위치할 때, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 사전에 정한 상기 케이블(104a, 104b)의 프리텐션을 얻기 위해 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감도록 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)은 상기 스프링 시스템과 기어 시스템을 포함하며, 상기 스프링 시스템은 상기 제1 단부가 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 비회전식으로 연결되고 상기 제2 단부가 상기 기어 시스템을 통해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되는 토션 스프링을 포함하고, 상기 기어 시스템은 비회전하는 제1 작동 모드에서 상기 토션 스프링(510)의 제2 단부가 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 대해 고정된 위치를 유지하도록 구성되고, 회전하는 제2 작동 모드에서 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)와 상기 토션 스프링의 제2 단부에 대해 상기 드럼 하우징((102, 102a,b, 502a,b,c)을 회전하도록 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회전하는 작동 모드일 때, 상기 기어 시스템은 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감기 위해 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대해 제1 방향으로 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)을 회전하도록 구성되고, 상기 케이블(104, 104a,b)의 장력으로부터 상기 케이블 릴(103a,b)과 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 힘이 가해질 때, 상기 기어 시스템은 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 토션 스프링(510)의 제2 단부를 회전하도록 하고, 상기 토션 스프링 제2 단부의 상기 회전은 상기 스프링(510)의 장력과 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대한 토크를 형성하도록 더 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기어 시스템은 상기 토션 스프링(510)의 제2 단부가 상기 디스크 시스템(511a, b)에 고정된 디스크 시스템(511a, b)을 포함하며, 상기 디스크 시스템(511,a,b)은 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)와 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)에 대해 회전 가능하게 배치되고, 상기 디스크 시스템(511a, b)의 외주부는 모터(513)를 회전 축(514)과 함께 고정하고, 상기 회전 축(514)은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 고정식으로 연결된 제2 기어 휠(516)과 결합된 제1 기어 휠(515)을 고정하고, 그에 의해 상기 모터 축의 회전은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 서로에 대해 반대 방향으로 상기 스프링의 제2 단부를 고정하는 상기 디스크 시스템을 회전시키는 파력 에너지 변환 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모터 축(514)이 제1 방향으로 회전할 때, 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)은 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감기 위해 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대해 제1 방향으로 회전하고, 상기 케이블(104, 104a,b)의 장력으로부터 상기 케이블 릴(103a,b)과 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 힘이 가해질 때, 상기 디스크 시스템(511a,b)은 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 상기 스프링(510)의 제2 단부를 고정하고, 상기 토션 스프링(510) 제2 단부의 상기 회전은 상기 스프링(510)의 장력과 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 대해 토크를 형성하는 파력 에너지 변환 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기어 시스템이 비회전 작동 모드에서 상기 토션 스프링(510)의 제2 단부가 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 대해 고정된 위치를 유지할 때, 상기 토션 스프링(510)의 제2 단부는 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 따르며, 이에 의해 상기 케이블 릴(103a,b)로부터 상기 케이블 (104, 104a,b)을 풀기 위한 방향으로 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 회전하여 상기 스프링(510)의 장력과 상기 샤프트 어태치먼트(105a, b, 505a, b)에 대한 토크를 형성하는 파력 에너지 변환 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)의 토크를 감지하도록 구성된 센서 시스템(517)을 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 감지한 토크를 기반으로 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전과 상기 케이블 릴(103a, b)의 감기를 제어하도록 구성된 제어 시스템(521)을 더 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어 시스템(521)은 감지된 상기 토크에 기초하여 케이블 장력을 측정하고, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 제어하여 상기 케이블(104, 104a, b)에 대해 사전에 정한 장력 또는 프리텐션이 측정될 때까지 상기 케이블 릴을 감도록 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 에너지 변환 시스템은 감지된 토크에 기초하여 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 및 상기 케이블 릴(103a,b)의 감기를 제어하도록 구성된 제어 시스템(521)을 더 포함하고,
    상기 제어 시스템(521)은 상기 기어 시스템의 작동 모드를 제어하도록 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 에너지 변환 시스템은 감지된 토크에 기초하여 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 및 상기 케이블 릴(103a,b)의 감기를 제어하도록 구성된 제어 시스템(521)을 더 포함하고,
    상기 제어 시스템(521)은 상기 모터 축(514)의 회전을 제어함으로써 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 제어하도록 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 토션 스프링(510)은 클럭 스프링이고, 상기 디스크 시스템(511a,b)은 상기 클럭 스프링(510)이 상기 2개의 디스크(511a, 511b) 사이에 배치되고, 대향 배치된 2개의 상기 디스크(511a, 511b)를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 제2 기어 휠(516)은 상기 제1 기어 휠(515)보다 큰 것인 파력 에너지 변환 시스템.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 센서 시스템(517)은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c) 내의 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 부착된 복수의 스트레인 게이지를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 발전 드럼은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하는 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c) 내에 배치되는 발전기를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 발전기(522)는 한 방향으로만 회전 또는 선회하도록 배치되는 파력 에너지 변환 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 발전 드럼은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 상기 발전기(522)를 상호 연결하는 기어 드라이브를 더 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 기어 드라이브는 증속(speed-up)(524) 기어를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기어 드라이브는 일방향 기어(525)를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기어 드라이브는 원웨이 클러치(526)를 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 발전기(522), 상기 증속 기어(524), 상기 일방향 기어 (525) 및 상기 원웨이 클러치(526)는 모두 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 의한 한정된 축 중심의 회전 운동을 위해 중심에 있는 파력 에너지 변환 시스템.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 발전 드럼은 상기 발전기(522)에 비틀림으로 결합되는 플라이휠을 더 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)를 중심으로 제1 위치로부터 제2 위치로 선회하거나 회전할 때, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 각도를 측정하도록 구성된 각도 탐지 시스템(518)을 포함하는 파력 에너지 변환 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제1 위치는 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 파도의 상향 이동으로 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 상기 케이블을 상기 케이블 릴로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 상기 제2 위치는 파도의 후속 하향 이동으로 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 상기 케이블을 상기 케이블 릴에 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달하는 파력 에너지 변환 시스템.
  35. 제19항에 있어서,
    상기 제어 시스템(521)은 측정된 하나 이상의 회전 각도가 사전에 정한 회전 각도 이상일 때, 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)를 바닷속에 넣을 목적으로 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감아 올리기 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 제어하도록 더 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  36. 제19항에 있어서,
    상기 제어 시스템(521)은 몇 개 파도의 이동 중에 상기 케이블(104, 104a, b)의 장력을 측정하여, 획득된 상기 장력 값을 사전에 정한 프리텐션과 비교하고, 상기 비교에 기초하여 상기 케이블(104, 104a,b)의 프리텐션을 변화시키기 위해 상기 케이블을 상기 케이블 릴에 감기 및/또는 풀기 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전을 제어하도록 더 구성되는 파력 에너지 변환 시스템.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)는 부이(buoy)인 파력 에너지 변환 시스템.
  38. 파력 에너지 변환 시스템(100a, b)에 있어서,
    드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)에 의해 플로트(101, 101a,b, 501a,b)에 회전 가능하게 부착된 상태에서 발전 드럼을 고정한 플로트(101, 101a,b, 501a,b)를 포함하며, 상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)는 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)과 상기 플로트(101, 101a, b, 501a, b)가 서로에 대해 적어도 부분적인 회전 운동을 가능하게 하고,
    상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)은,
    케이블에 제1 단부와 제2 단부를 구비하고, 상기 제1 단부는 상기 케이블 릴(103a,b)에 연결되고, 상기 케이블 릴(103a, 103b)은 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 일체형 부품이거나 연결되어 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)과 함께 회전하는 상기 케이블 릴(103a, 103b),
    제1 작동 모드에서 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)로부터 풀기 위한 방향으로 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전에 의해 상기 스프링(510)의 장력을 형성하고, 상기 스프링(510) 장력의 해제로 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감아 올리기 위해 반대 방향으로 회전하는 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되는 토션 스프링(510) 및
    상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 운동에 대응하여 회전 또는 선회하도록 배치되어 전력을 생산하는 발전기(522)를 포함하며,
    상기 토션 스프링(510)은 제1 작동 모드와 제2 작동 모드 간 전환을 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)에 작동 가능하게 연결되고, 제2 작동 모드에서 상기 스프링(510)은 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감아올리는 방향으로 상기 드럼 하우징(102, 102a, 102b, 102c)을 회전시킴으로써 상기 스프링(510)에 장력을 형성하기 위해 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 파력 에너지 변환 시스템.
  39. 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법에 있어서,
    상기 케이블(104, 104a, b)의 제2 단부를 수중 구조물 또는 해저면(107)에 부착함으로써 바다에 플로트(101, 101a, b, 501a, b)를 배치하는 단계,
    제2 작동 모드에서 상기 토션 스프링(510)을 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)에 작동 가능하게 연결하는 단계,
    상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감아 올려 상기 케이블(104, 104a,b)과 상기 토션 스프링(510)에 프리텐션을 형성하는 단계,
    제1 작동 모드에서 상기 토션 스프링(510)을 상기 드럼 하우징(102, 102a,b,502a,b,c)에 작동 가능하게 배치하는 단계,
    파도에 의해 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 케이블을 케이블 릴로부터 푸는 방향으로 드럼 하우징이 회전하도록 하고, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 상기 푸는 회전이 상기 스프링의 장력을 증가시켜 발전기(522)의 회전을 활성화하는 단계,
    상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 바다의 파도로 수중 구조물로 가까이 이동할 때 상기 스프링(510)의 장력 해제로 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감아 올리는데 대응하여 반대 방향으로 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)을 회전하게 하고, 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 감는 회전이 상기 발전기(522)의 회전을 활성화하는 단계 및
    상기 발전기(522)로부터 전력을 추출하는 단계를 포함하는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    추출된 상기 전력은 배터리(802)에 저장되는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a, b)에 감아 올려 상기 케이블(104, 104a,b)과 상기 토션 스프링(510)에 프리텐션을 형성하는 단계는 사전에 정한 케이블 장력에 도달할 때까지 수행되고, 사전에 정한 상기 케이블 장력은 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 바닷속으로 실질적으로 절반이 잠길 때 상기 케이블의 장력과 일치하는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  42. 제41항에 있어서,
    몇 개 파도의 이동 중에 상기 케이블(104, 104a, b)의 장력을 모니터링하여, 획득된 상기 장력 값을 사전에 정한 프리텐션과 비교하고, 모니터된 장력의 평균값과 사전에 정한 프리텐션 간 차이가 사전에 정한 값을 초과할 때, 상기 케이블(104, 104a,b)의 프리텐션을 변화시키기 위해 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)에 감기 및/또는 풀기 단계를 더 포함하는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  43. 제39항에 있어서,
    상기 샤프트 어태치먼트(105a,b, 505a,b)를 중심으로 제1 위치로부터 제2 위치로 상기 드럼 하우징이 선회 또는 회전될 때 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)의 회전 각도를 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 위치는 상기 드럼 하우징(102, 102a,b, 502a,b,c)이 파도의 상향 이동으로 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 상기 수중 구조물로부터 멀리 이동하는 데 대응하여 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴(103a,b)로부터 풀어냄으로써 회전을 중지할 때 도달하고, 상기 제2 위치는 상기 드럼 하우징(102, 102a, b, 502a, b, c)이 후속 파도의 하향 이동으로 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)가 상기 수중 구조물로 가까이 이동하는 데 대응하여 상기 케이블(104, 104a,b)을 상기 케이블 릴에 감아 올림으로써 반대 방향으로 회전을 중지할 때 도달하는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  44. 제43항에 있어서,
    하나 이상의 측정된 회전 각도가 사전에 정한 회전 각도 이상일 때, 상기 플로트(101, 101a,b, 501a,b)를 바닷속으로 넣기 위해 상기 케이블(104, 104a, b)을 상기 케이블 릴(103a, b)에 더 감는, 제38항에 따른 에너지 변환 시스템(100a,b)을 사용하여 표면파로부터 전력을 생성하는 방법.
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
KR1020197008556A 2016-09-14 2017-09-12 파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법 KR102330232B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201670704A DK179607B1 (en) 2016-09-14 2016-09-14 A WAVE ENERGY CONVERSION SYSTEM AND A METHOD FOR GENERATING ELECTRIAL POWER FROM WAVE ENERGY
DKPA201670704 2016-09-14
PCT/EP2017/072790 WO2018050604A1 (en) 2016-09-14 2017-09-12 A wave energy conversion system and a method for generating electrial power from wave energy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190089847A KR20190089847A (ko) 2019-07-31
KR102330232B1 true KR102330232B1 (ko) 2021-11-23

Family

ID=61618641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197008556A KR102330232B1 (ko) 2016-09-14 2017-09-12 파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11181091B2 (ko)
EP (1) EP3513058B1 (ko)
JP (1) JP6997176B2 (ko)
KR (1) KR102330232B1 (ko)
CN (1) CN109844303B (ko)
AU (1) AU2017327469B2 (ko)
CA (1) CA3031614C (ko)
DK (1) DK179607B1 (ko)
ES (1) ES2846998T3 (ko)
WO (1) WO2018050604A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102084978B1 (ko) * 2018-11-27 2020-03-05 주식회사 인진 파력 발전 장치 및 그 제어방법
US10914280B2 (en) * 2019-06-06 2021-02-09 Arthur Lander Wave power generator
US11359980B2 (en) * 2019-08-26 2022-06-14 British Columbia Hydro And Power Authority Device and method for measuring a load applied by an elongate member
CN111594374A (zh) * 2020-04-23 2020-08-28 中民云能源科技有限公司 一种基于互联网的能源供给数据采集装置
NL2026767B1 (en) * 2020-10-26 2022-06-17 Dutch Wave Power B V Wave energy converter and a method of generating electrical power from wave energy
CN116437405A (zh) * 2022-01-04 2023-07-14 北京三星通信技术研究有限公司 无线通信系统中的节点及其执行的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050121915A1 (en) 2002-01-08 2005-06-09 Mats Leijon Wave-power unit and plant for the production of electric power and a method of generating electric power
US20070089409A1 (en) 2003-11-28 2007-04-26 Arlas Invest, S.L. Energy generating system using sea waves
US20110018275A1 (en) 2008-02-20 2011-01-27 Ocean Harvesting Technologies Ab Wave Power Plant and Transmission

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2015657B (en) * 1978-03-01 1982-02-03 Evans D V Davis J P Utilizing wave energy
US4851704A (en) * 1988-10-17 1989-07-25 Rubi Ernest P Wave action electricity generation system and method
EP2029890B1 (en) * 2006-05-30 2016-01-27 Triple X Energy Inc. Wave energy converter
NO20071963A (no) * 2007-04-17 2008-08-11 Straumekraft As Anordning ved bølgekraftverk
US20080272600A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-06 Chris Olson Lever operated pivoting float with generator
US7891183B2 (en) * 2008-02-11 2011-02-22 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Wave-based power generation system
SE532074C2 (sv) * 2008-02-20 2009-10-20 Ocean Harvesting Technologies Vågkraftverk
NO329152B1 (no) * 2008-10-17 2010-08-30 Straumekraft As Innretning for et vinsjbetjent bolgekraftanlegg med en selvstrammende vinsj
ES2613040T3 (es) * 2009-02-20 2017-05-22 Columbia Power Technologies, Inc. Conversión de energía de las olas rotativa de accionamiento directo
EP2343448A4 (de) * 2009-04-08 2012-04-25 Ship Ltd Wellenkraftwerk
US20110173968A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Ahdoot Ned M Appratus generating electricity to marine vehicle
IES20100344A2 (en) * 2010-05-26 2011-06-08 Sea Power Ltd Wave energy conversion device
EP2588746A1 (en) * 2010-07-01 2013-05-08 Mahala Power Co Ltd Wave power assembly
US20120200156A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-09 Chuck Weller System for generating electrical power for a port
US8912678B2 (en) * 2012-08-03 2014-12-16 Tsukasa NOZAWA Wave activated power generation system with the rack and pinion mechanism
US9074577B2 (en) * 2013-03-15 2015-07-07 Dehlsen Associates, Llc Wave energy converter system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050121915A1 (en) 2002-01-08 2005-06-09 Mats Leijon Wave-power unit and plant for the production of electric power and a method of generating electric power
US20070089409A1 (en) 2003-11-28 2007-04-26 Arlas Invest, S.L. Energy generating system using sea waves
US20110018275A1 (en) 2008-02-20 2011-01-27 Ocean Harvesting Technologies Ab Wave Power Plant and Transmission

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017327469A1 (en) 2019-02-28
US11181091B2 (en) 2021-11-23
JP2019526746A (ja) 2019-09-19
CN109844303A (zh) 2019-06-04
CN109844303B (zh) 2021-03-30
ES2846998T3 (es) 2021-07-30
DK201670704A1 (en) 2018-03-26
KR20190089847A (ko) 2019-07-31
CA3031614C (en) 2023-04-11
JP6997176B2 (ja) 2022-01-17
EP3513058B1 (en) 2020-11-11
DK179607B1 (en) 2019-02-27
CA3031614A1 (en) 2018-03-22
AU2017327469B2 (en) 2022-09-08
EP3513058A1 (en) 2019-07-24
US20200011289A1 (en) 2020-01-09
WO2018050604A1 (en) 2018-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102330232B1 (ko) 파력 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 파력 에너지 변환 시스템 및 방법
US10578074B2 (en) Underwater energy generating system
US9059605B2 (en) Energy storage devices and methods of using same
EP1687527B1 (en) Energy generating system using sea waves
WO2016179048A4 (en) Systems and methods for tidal energy conversion and electrical power generation
KR101679433B1 (ko) 파력 발전 장치
US20130200626A1 (en) Wave Energy Converter and Transmission
CN107896503B (zh) 浮动式波力发电装置
GB2469740A (en) Extraction of energy from the wind using kites
US8810056B2 (en) Ocean wave energy converter utilizing dual rotors
KR20120035710A (ko) 파력 발전 장치
US20240018933A1 (en) Wave energy converter and a method of generating electrical power from wave energy
US20040150234A1 (en) Ocean swell energy converter
RU2501973C1 (ru) Ветроэнергетическая установка (варианты)
EP4348038A1 (en) Hydrodynamic power generator and system

Legal Events

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