KR102373405B1 - 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치 및 그러한 장치를 배치 위치에 배치하기 위한 프로세스 - Google Patents

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Abstract

파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치 및 그 장치를 활용 위치에 배치하기 위한 방법으로서, 장치는 부력 요소(52)로 이루어지고 상부 측면 상에 부착된 지지 튜브(51)를 가지는 지지 구성체(50)를 포함한다. 장치는 활주 방식으로 지지 튜브(51)의 외측 표면과 접촉되는 내측 원주 상의 조인트 기어(30) 및 부유 본체(20)가 피벗 가능하게 연결되는 구체(32)를 포함한다. 그러한 장치는 2개의 기어, 즉 부유 본체(20)를 제2 기어에 연결하기 위한 제1 가요성 기어(1) 및 가요성 기어(1)를 발전기에 연결하기 위한 제2 기어를 갖는다. 가요성 기어(1)는 풀리(6a, 6b, 6c) 및 가요성 요소, 예를 들어 로프 또는 강 케이블로 구성되고, 제2 기어는 몇몇 적합한 형태로, 예를 들어 하부 지지 튜브(53) 내측에 배치된 기어(4) 및 랙(2)으로서의 강성 요소의 형태 또는 가요성 요소, 예를 들어 부력 요소(52) 내에 셋팅된 체인(3) 및 스프로켓 휠(5)의 형태로 배열될 수 있다. 지지 구성체(50)는, 로프(63)에 의해서, 직접적으로 또는 정박 기부(61)의 구형 오목부 내에 배치된 롤링 요소를 통해서 구형 단편 형태로 제조된 정박 중량체(67)에 연결된다. 본 발명은, 적은 흘수를 갖는 안정적 운송으로 인해서 특히 적합한, 활용 위치에서의 장치 배치 프로세스를 포함한다.

Description

파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치 및 그러한 장치를 배치 위치에 배치하기 위한 프로세스
본 발명은 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치 및 배치 프로세스에 적응된(adapted) 특성을 가지는 그러한 장치를 배치 위치에 배치하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 이전의 해결책에 관련된 장치는 특히, 상하로 이동되는 부유 본체로부터, 전기를 생산하는 전기 발전기로 에너지를 전달하는 분야에서 상이하다. 배치 프로세스는 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 배치 위치의 해저의 정박 장소로 저렴하게 운송하는데 그리고 정박 시스템(anchoring system)을 적응시키는데(adaptation) 적합한 그리고 우발적인 손상을 방지하기 위한 안전 시스템을 가지는 시스템의 구성을 기초로 한다. IPC(국제특허분류)에 따라, 그러한 장치는 해파의 에너지를 이용하는 파워 기계로 분류되고 분류 기호 F03B 13/12에 상응한다.
본 발명에 의해서 해결되는 기술적 문제는, 최대의 효율, 즉 활용 정도, 작업 조건과 관련된 내구성을 가지는 한편, 동시에, 경제적인 요건을 만족시키는, 즉 비용 효과적인 용인 가능한 재료 및 용인 가능한 수의 하위-조립체로 제조되는, 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 구성 방법이다.
이러한 문제는 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 비용 효과적인 해결책을 찾기는 어렵다. 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치에서 지속될 수 있는 해결책은, 시스템이 신뢰 가능하고 동작에 있어서 안전하며 그리고 저렴하도록, 장치의 최대 효율을 요구하고 동시에 최소 수의 재료 및 최소 수의 조립체를 요구한다. 상하로 이동되는 부유 본체에 작용하는 파동의 힘은 당업계에 알려진 바와 같이 매우 클 수 있고, 그에 따라 강한 지지 구성체 그리고 부유 본체로부터, 예를 들어, 전기 발전기로의 힘의 전달과 관련된 강한 요소들의 체인(chain of elements)을 필요로 한다. 최대 활용도에 기여하는 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 다른 중요 특징은, 당업자에게 알려진, 장치의 지지 구성체와 관련된 부유 본체 이동의 최소 제한이다. 부유 본체의 이동성에 대한 요건을 고려하면, 이는, 에너지를 생산하기 위해서 이용되는 큰 파동의 힘을 견딜 수 있을 정도로 강해야 하고, 동시에 큰 바다의 조건을 견딜 수 있을 정도로 충분히 강해야 하는 구조의 필요성과 상반되는 것으로 보인다.
본 발명은 또한 장치를 배치 위치에 배치하는 문제를 해결한다.
재생 가능 에너지원을 기초로 하는 많은 공지된 해결책이 있다. 지구의 명확한 기후 변화의 관점에서 볼 때, 유해 가스를 환경에 방출하는 파워 플랜트의 이용을 가능한 한 빨리 방지하여야 할 필요가 있는 것으로 보인다. 본 발명과 동일한 발명자로부터의 유럽 특히 EP 2183478는, 상하로 이동되는 부유 본체로부터의 에너지의 전달과 연관된 기본적인 문제의 일부를 해결하는 장치를 제시한다. EP 2183478에서 설명된 바와 같이 전기 에너지로 더 변환될 수 있는 파동으로부터 취해진 에너지의 양이 최대화되나, 이러한 장치가, 에너지 변환을 위한 다른 공지된 장치에 비해서 경쟁력을 가지게 하는 것, 그리고 기후 변화가 가속되기 전에 다량의 유해 가스를 대기로 방출하는 에너지 발생 장치를 대체할 수 있게 하는 것이 필요하다.
전술한 종래 기술과 관련하여, 본 발명은 특히 해저에 고정된 기둥(정박에 의해서 대체된다)을 필요로 하지 않는다는 특성에 의해서 특히 차별화되고, 또한 2개의 기어의 조합에 의해서 보다 양호하게 활용되는, 더 콤팩트(compact)하고 더 신뢰 가능한 장치에 의해서 차별화된다. 콤팩트하고 신뢰 가능한 구성은, 부유 본체와 지지 구성체의 조인트 링키지(joint linkage)를 포함하는 구조적 해결책에 의해서 달성된다. 제1, 가요성 기어, 및 강성으로 만들어진 기어 또는 가요성 요소로 만들어진 기어로서 생산된 제2 기어의 조합을 이용함으로써, 기계적 운동을 전달하기 위한 메커니즘이 단순화되고 저렴해진다. 이는 좌굴(buckling)되도록 부하를 받지 않고, 이는 또한 가용성 기어만을 이용할 수 있고 그에 따라 긴 가요성 기어에 존재하는 부정적인 진동을 상당히 감소시킬 수 있다. 이동 질량체들(masses)의 정확한 계산에 의해서, 시스템은 공명 구역에 용이하게 도달할 수 있고, 그에 의해서 부유 본체의 진동을 증가시켜 결과적으로 더 큰 전기 에너지량을 획득할 수 있다. 이는, 부유 본체가 위로 또는 아래로 이동되는지의 여부와 관계 없이, 같은 양의 에너지의 생성을 제공한다. 전달 요소의 질량이 감소되고, 거대한 파동 파괴로 인한 우발적인 손상에 대한 보호가 제공된다.
장치의 구성이 개선되고, 더 용이해지고, 저렴해지며, 단순화되고, 그에 의해서 시스템의 효율 및 효과를 높인다.
본 발명에 따른 파동 에너지를 변환하기 위한 장치는 상부 측면에 지지 튜브가 부착된 부력 요소로 이루어진 지지 구성체를 포함한다. 장치는, 내부 원주 상에서 상부 지지 튜브의 외부 표면과의 활공 연결부(gliding connection)를 갖는 조인트 기어를 포함하는 한편, 구체(sphere)가, 부유 본체에 피벗 가능하게 부착되는 조인트 기어의 외측 표면에 고정된다. 그러한 장치는 2개의 기어, 즉 부유 본체를 제2 기어에 연결하기 위한 제1 가요성 기어 및 가요성 기어를 발전기에 연결하기 위한 기어를 갖는다. 가요성 기어는 단일체일 수 있거나 몇 가지 유형의 가요성 기어, 예를 들어, 합성 로프, 케이블 또는 체인으로 구성될 수 있는 한편, 제2 기어는, 강성 기어로서, 몇 가지 통상적인 방식으로, 예를 들어 피니언 및 랙의 세트, 잭-스크류(jack-screw) 및 너트, 등으로, 또는 가요성 기어로서, 예를 들어 체인 및 스프로켓 휠로 배열될 수 있다. 부유 본체의 운동을 발전기에 전달하기 위해서, 가요성 기어 또는 강성 기어 이외에, 장치는, 적용된 기어의 적절한 기능을 보장하기 위한 지지 요소를 포함한다. 제2 기어가 강성 요소로 제조되는 경우에, 그러한 강성 요소는 하부 지지 튜브 내에 배치된다. 제2 기어가 가요성 기어, 예를 들어 체인 및 스프로켓 휠일 때, 이는 부력 요소 내에, 즉 지지 구성체 내에 배치될 수 있고, 그에 따라 정박 요소가 없는 장치의 깊이를 상당히 감소시킬 수 있다. 지지 구성체는, 직접적으로 또는 정박 기부의 구형 오목부 내에 배치된 롤링 요소를 통해서 구형 단편의 형태로 또는 지지 기부에 의해서 지지되는 중량체의 형태로 구성된 정박 로프에 의해서 정박 중량체에 연결된다.
본 발명은 부력 요소를 갖는 지지 구성체를 포함하고, 지지 구성체는, 파동의 영향으로 인해서 지지 구성체의 길이방향으로 상하로 이동될 수 있는 방식으로 연결된 부유 본체의 중앙 개구부를 통해서 연장되고, 부유 본체의 운동은, 파동의 운동을 전기 에너지로 변환하는 메커니즘에 전달되고, 그러한 운동의 전달은 부유 본체의 중앙 개구부 내측에 배치된 이동 가능 조인트 기어를 통해서 얻어지고, 이동 가능 조인트 기어는, 링이 대항하여 놓이는 구형 표면의 형상으로 구성된 중앙 부분 내에 위치되는 활강 조인트로 이루어지며, 링은 그 외경에 의해서 부유 본체 내의 중앙 개구부의 구성에 상응하는 한편, 구형 표면의 내경 상에는, 구형 표면 형태로 구성된 활강 조인트의 중앙 부분에 기하형태적으로 그리고 치수적으로 상응하는 구형 표면 형상의 단편이 위치되며, 부유 본체와 조인트 기어 사이의 연결은 부유 본체를 2개의 링 사이에 고정함으로써 달성된다.
구형 조인트를 회피할 수 있고, 그에 따라 부유 본체는 활강 튜브에 고정되며, 부유 본체는 활강 튜브를 통해서 지지 튜브와 관련하여 수직 운동 가능성을 갖는다.
운동 전달을 위한 시스템은 제1의, 가요성 기어, 및 몇 개의 상이한 형태 및 부가적인 질량체로 구성될 수 있는 제2 기어로 구성되며, 그러한 질량체는, 부유 본체의 병진운동적 진동 이동의 변환에서, 발전기의 회전 운동으로 변환되어, 제2 기어가 당김(tightening) 시에 항상 팽팽해지도록 보장한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 파동의 작용으로 인한 조인트 기어의 운동 중에 지지 구성체의 길이방향 축에 대한 상대적인 운동을 제한하는 기어 조인트의 구형 표면 상에 2개의 링이 있고, 그러한 운동 제한은 수평 평면 내의 2개의 상호 수직인 축들을 중심으로 하는 상대적인 선회와 관련된다.
본 발명은, 장치가 전기 네트워크 내에서 이용될 수 있도록 하는 방식으로 구성될 수 있고, 본 발명에 의해서 생산된 전기는 최종 사용자에게 분배될 수 있거나, 전기 네트워크의 분배 시스템 내에서 이용될 수 있거나, 국제 전기 분배 네트워크에서 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 극단적으로 큰 파동의 작용으로 인한 우발적인 손상에 대한 안전 시스템이 제공된다.
일 실시예에 따라, 본 발명은 제동 시스템을 포함한다.
본 발명은 또한 장치를 배치 위치에 배치하기 위한 프로세스를 포함한다. 설명되지 않은 종래 기술로부터 공지된 단계들 이외에, 그러한 프로세스는 또한 종래 기술과 관련하여 새로운 단계를 포함하고, 그 실현은 장치의 새로운 구조에 의해서 이루어질 수 있다. 이하의 단계가 있다:
- 부가적인 질량체뿐만 아니라, 부력 요소를 지지 구성체 내에 조립하고, 지지 구성체를 크레인에 의해서 물 내로 하강시키고 조선소의 도크에 고정하는 단계;
- 다른 요소를 완료 시까지 지지 구성체에 연결하는 단계;
- 배치 위치로 운송하는 단계로서, 그에 의해서 부가적인 질량체에 의해서 안정성이 달성되는, 단계;
- 정박 기부가 부유되도록 그리고 정박 기부의 장치 배치 위치로의 운송을 위한 주교(pontoon)로서 작용하도록, 정박 기부와 함께 정박 중량체를 운송하는 단계;
- 정박 기부를 위해서 파일을 고정하거나 콘크리트 기부를 건설하는 단계;
- 밸브를 개방하고 물을 채우는 것에 의해서 정박 기부를 잠수시키는 단계;
- 정박 중량체와 지지 구성체를 연결하는 단계;
- 장치의 깊이를 조정하는 단계, 즉 바다의 바닥으로부터의 장치의 거리를 조정하는 단계.
(강성 기어를 이용하지 않고) 가요성 기어에 의해서 부유 본체의 운동이 발전기로 전달될 때, 발전기와 부가된 질량체 사이의 기어의 가요성 요소가 차동 가요성 기어 요소로서 실행되고, 그에 따라 전술한 운송 단계는 작은 거즈(gauze)를 갖는 운송으로 발생된다.
본 발명의 기본적 특징은 독립항인 제1항 및 제19항에서 규정되어 있는 반면, 이차적인 특성 및 다른 구성 가능성이 종속항에 의해서 규정된다. 이하의 도면에 의해서 설명되는 본 발명의 예는 본 발명의 유일한 구성이라는 의미로 제한되지 않는데, 이는, 언급된 바와 같이, 본 발명의 범위가 첨부된 청구항에 의해서 규정되기 때문이다.
본 발명에 따른 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치가 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더 구체적으로 설명될 것이다. 도면이 또한 첨부되고, 그러한 도면은 본 발명에 따른 프로세스, 즉 설명된 조립체 및 장치 운송 단계에 의해서 가능해지는 장치의 구조적 특성의 보다 양호한 이해를 위해서 이용된다. 도면은 본 발명의 실시예의 예를 도시하고, 청구범위에 의해서 규정된 보호 범위에 포함되는 다른 가능한 실시예의 제한으로서 간주되지 않아야 한다. 청구범위에 따른 기술적 특성은 구조물의 실시예의 다른 예에서 상호 조합될 수 있다. 도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 예를 개략적 정면도로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예의 예를 개략적 정면도로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예의 예를 개략적 정면도로 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예의 예를 개략적 정면도로 도시한다.
도 6a는 부하를 받지 않은 장치의 수직 진동의 전달 함수 및 파동의 그래프를 도시한다.
도 6b는 부하를 받은 장치의 수직 진동의 전달 함수 및 파동의 그래프를 도시한다.
도 6c는, 공명 필드(resonant field) 내의, 부하를 받은 장치의 수직 진동의 전달 함수 및 파동의 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 8a는 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 8b는 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 9 및 도 9a는 도 8b의 상세 부분(A)을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 부유 본체의 실시예의 예를 횡단면으로 도시한다.
도 11은 충격 응력의 감소(흡수)에서의 시스템 응답의 시뮬레이션의 기계적 모델을 도시한다.
도 12는 발포체 코팅 있는 그리고 없는 구체의 표면에 대한 힘의 그래프를 도시한다.
도 13은 조선소로부터 배치 위치까지의 장치 운송 모드를 등각도로 도시한다.
도 14는 정박 중량체를 위한 정박 기부의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 15는, 정박 중량체가 2개의 부분으로 형성된, 즉 중량체 및 정박 기부로 형성된, 본 발명의 실시예의 예를 등각도로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치를 도시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에 따라, 장치는 하위-조립체들로 구성된다. 본 발명의 본 실시예는, 상부 측면에서 단단히 부착된 지지 튜브(51), 그리고 일부 실시예에서, 하부측에서 하부 지지 튜브(53)를 가지는, 별 형태, 원통체 또는 임의의 다른 적합한 폐쇄된 구성의 형태를 취할 수 있는 부력 요소(52)를 포함하는 부분적으로 잠수된 지지 구성체(50)로 이루어진다. 조인트 기어(30)는 그 내부 원주에서 지지 튜브(51)에 부착되는 한편, 외부 원주에서, 볼 조인트를 통해서, 부유 본체(20)에 연결되며, 그에 따라 부유 본체(20)의 이동 가능 연결이 지지 구성체(50)와 관련하여 제공된다. 부유 본체(20)의 수직 운동은 파동의 작용을 가요성 기어(1)를 통해서 전달하고, 가요성 기어는 양 단부에 의해서 부유 본체(20)에 부착되고 그리고, 지지 구성체(50) 또는 하부 지지 튜브(53) 내측에 위치된 제2 기어에 연결된 그 중앙 부분 내에서, 지지 구성체(50) 내에 또는 물 외부에 있거나 지지 튜브(53) 내에 있는 지지 구성체(50)의 부분 상에 또한 배치될 수 있는 전기 발전기에 부착된다. 전술한 가요성 기어(1)라는 용어는, 그러한 기어가 합치되는 회전 지지 요소(예를 들어, 풀리(6a, 6b, 6c)) 위를 통과하는 가요적인, 탄성 요소(예를 들어, 로프, 강 케이블(steel cable) 및 기타)를 가지기 때문에 또한 기어가 부유 본체(20)의 운동을 조정하기 때문에, 사용되었다.
지지 구성체(50)는, 일 단부가 지지 구성체(50)에 연결되는 한편 타 단부가 정박 중량체(67)에 확실하게 부착된, 로프(63)에 의해서 정박된다.
정박 중량체(67)는 상이한 방식들로, 예를 들어 3개의 분리된 중량체로서 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 정박 중량체(67)는 삼각형 판 형태의 하나의 단편으로 이루어졌다. 도 14 및 도 15는 정박 기부(61) 내에 배치된 정박 중량체(67)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 정박 중량체(67)는 구형 단편의 형태이고 적절한 형상(도 15 참조)의 정박 기부(61) 내에 위치된다.
지지 구성체(50)는, 정박 로프(63)에 의해서 반대로 힘을 받는 양의 부력(즉, 물 표면으로 상승하려는 경향)을 가지는 방식으로 구성되고, 그에 의해서 지지 구성체(50)의 적절한 배치를 보장한다.
도 1은 원통형 형상의 부유 본체(20)를 도시한다. 당업자는 부유 본체(20)의 그러한 형상이 부유 본체(20)의 모든 측면에서 균일한 유체역학적 압력을 가지고 그에 따라 부유 본체(20)가 그 축을 중심으로 회전되게 할 필요가 없다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 가요성 기어(1)의 전술한 부착 시스템은, 조인트 기어(30)가 부유 본체(20)에 직접적으로 부착되는 방식으로, 수직 부하 전달에서 조인트 기어(30)를 완화시키는 것을 목적으로 한다.
조인트 기어(30)는, 부유 본체(20)가 모든 축을 중심으로 회전될 수 있게 하고 지지 튜브(51)를 따라서 병진운동적으로 이동될 수 있게 하는 구체를 포함하는 방식으로 제조된다. 조인트 기어(30)는, 마찰력을 줄이고 조인트 기어(30)가 지지 튜브(51)를 가로질러 매끄럽게 이동할 수 있게 하는 요소를 통해서 베어링 튜브(51)와 접촉될 수 있고, 이러한 요소는 휠, 베어링 및 기타이다.
도 2는 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 일 실시예를 도시하고, 여기에서 시스템의 희망 강성도는 (이러한 실시예에서 강성 요소로 이루어진 기어인) 제2 기어 및 제1의, 가요성 기어(1)의 조합에 의해서 달성된다. 가요성 기어(1)는 그 양 단부에 의해서 부유 본체(20)에 연결되어, 이러한 경우에 부유 본체(20)의 수직 운동의 큰 힘을 전달하지 않는 조인트 기어(30)를 완화하나, 이는, 부유 본체(20)에 직접적으로 부착된 가요성 기어(1)에 의해서 달성된다. 가요성 요소가 그 자체의 강성도를 갖는다는 것, 즉 완전 부하를 받기 전에 가요성 요소가 탄성적으로 변형된다는 것이 당업자에게 알려져 있고, 그러한 기어의 탄성적인 변형은 그 치수 결졍에서 고려될 것이다.
강 케이블이 파단에 민감하고 곡선화의 대부분이 풀리(6a) 위에서 발생되기 때문에, 풀리(6a) 위의 가요성 기어(1)의 많은 수의 파단이 발생되는 구역에서 동작하도록 체인을 이러한 부분 내에 설치할 수 있고, 이어서 프로세스가 강 로프 또는 가요성 기어의 다른 실시예에 의해서 진행될 수 있다.
가요성 기어(1)(예를 들어, 강 케이블, 복합 재료로 제조된 로프 또는 그 조합)가 풀리(6a, 6b, 6c) 위를 통과한다. 풀리(6a)는 이 경우 강성 기어인 제2 기어의 하나의 요소에 피벗 가능하게 부착되고, 이러한 실시예의 예에서, 회전 운동 증배기(multiplier)의 기어를 통해서 전기 발전기에 피벗 가능하게 더 부착된 기어(4)와 커플링된 랙(2)에 피벗 가능하게 부착된다. 이러한 경우에 강성 기어인 제2 기어의 타 단부에서, 제2의 부가적인 질량체(12)가 고정되고, 하부 지지 부재(53) 내에서 안내된다. 풀리(6b 및 6c)는 물 외부에 있는 지지 튜브(51)의 단부에 배치되고, 풀리(6a, 6c)의 지지에 의해서 지지 튜브(51)에 단단히 커플링됨으로써, 풀리(6b, 6c)는, 가요성 기어(1)가 이동될 때, 그들의 축을 중심으로 스스로 회전된다.
동작 중에, 부유 본체(20)가 파동의 영향 하에서 위쪽으로 이동하기 시작할 때, 제1 기어인 가요성 기어(1)는 팽팽하게 유지되는데, 이는 부가적인 질량체(12)가 가요성 기어를 당기기 때문이고, 가요성 기어가 제2 기어를 통해서 부가적인 질량체(12)에 연결되기 때문이며, 랙(2)은 제2 기어에 연결되고, 랙(2)은, 대응하는 기어(4) 및 증배기를 통해서 전기를 생산하는 발전기에 회전 운동을 전달한다. 부가적인 질량체(12) 및 가요성 기어(1)의 도입은, 부유 본체(20)가 위쪽 및 아래쪽 모두로 이동될 때, 발전기 회전을 제공한다. 이는, 부유 본체(20)의 양 이동 방향에 대한 강성 기어 또는 가요성 기어(1)를 통해서 획득되었던 이전의 해결책에 비해서, 더 많은 양의 전기 발전, 부유 본체(20)의 더 많은 가동, 및 부유 본체(20) 이동의 발전기로의 더 저렴한 전달 모드를 제공하는 상당히 더 훌륭하고 더 효율적인 구성이다. 이전의 해결책에서, 강성 기어는 좌굴되도록 부하를 받았고, 이는 더 크고, 더 무겁고, 더 고가이며, 더 복잡한 구성을 요구하였다.
부유 본체(20)는 하향 이동될 때 가요성 기어(1)를 당기되, 풀리(6b 및 6c)를 통해서 가요성 기어를 당기며, 그에 따라 부가적인 질량체(12)와 함께 풀리(6a)를 통해 랙(2)을 상승시키고 다시 기어(4)의 회전을 획득하고, 전기 에너지가 전기 발전기에 의해서 생성된다.
부가적인 질량체(12)와 함께 가요성 기어(1) 및 제2 강성 기어의 그러한 조합은 강성 기어의 연신(stretching)까지 일정한 부하를 획득하고, 그에 의해서 바람직하지 못한 강성 기어 좌굴의 발생을 방지한다. 다른 한편으로, 가요성 기어(1)는, 불규칙적인 파동의 결과로서 발생되는 충격 부하 제거(amortization)의 가능성을 갖는다.
이 경우 강성 기어인 제2 기어가 항상 연신되는 부하를 받기 때문에, 그러한 기어를, 탄성을 갖는 기어 즉, 가요성 요소, 예를 들어 상응하는 스프로켓 휠 또는 다른 가요성 요소(벨트) 및 원형 운동 실현을 위한 상응하는 요소로 대체할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 실시예의 예시가 이하에서 설명되며, 제1의, 가요성 기어(1)를 발전기와 연결하는 기어 조립체의 일반적인 명칭이 제2 기어가 된다.
구형 조인트(shperical joint)가 생략되는 경우, 더 단순한 구성이 얻어지나, 튜브(51)는 더 부하를 받고 더 낮은 정도의 효율이 얻어진다. 구형 조인트의 생략에 의한 구조의 단순화는, 풀리(6a)의 생략을 가능하게 하고, 활주 튜브와 지지 튜브(51) 사이의 간극으로 인해서, 양 케이블 내의 힘을 균형화하기 위한 록커(rocker)가 풀리 대신 배치되어야 한다.
도 3은 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 다음 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 이동 자석(8) 및 고정 코일(10)로 이루어진 선형 발전기가 제2 기어로서 이용된다. 부유 본체(20)가 이동될 때, 운동이 가요성 기어(1) 및 풀리(6a, 6b, 및 6c)를 통해서 강성 기어에 전달되고, 강성 기어는 그 일차적인 부분으로서 선형 발전기의 자석(8)을 갖는다. 주요 특성으로서 큰 질량을 가지는 자석(8)이 이제 여분의 질량체로서 이용되고, 그에 따라 부가적인 질량체(12)가 감소되거나 완전히 생략될 수 있다는 점에서, 본 발명에 따른 장치의 이러한 실시예가 구별된다.
이는, 자석(8)과 코일(10) 사이에서 최소 일정 간극을 제공할 수 있는 가장 단순한 해결책이고, 그에 따라 효율을 높일 수 있고, 질량체의 적절한 선택에 의해서, 진동의 진폭이 증가된다. 이러한 해결책은 유지하는데 있어서 가장 저렴하며, 개선되고 더 정교한 선형 발전기의 유지 및 적용은 우수한 기술 및 경제적 효과를 제공한다.
이러한 해결책은, 코일(10) 및 자석(8)이 보호된 지역 내에 위치하여 발전기의 이동 부분, 즉 자석(8)의 안내가 자석(8)과 코일(10) 사이의 최소 간극을 보장하면서 가장 용이하고 안전한 방식으로 제공될 수 있다는 사실에 의하여, 선형 발전기를 가지는 모든 종전 해결책에 비해서, 뛰어나다. 자석(8)과 코일(10) 사이의 최소 간극은 종래 기술의 모든 종전 특허 해결책에서 결함으로 작용하였던 물의 침투 위험이 최소화된다. 이러한 해결책은 또한, 고출력 선형 발전기의 구성을 가능하게 한다.
도 4는 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 일 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 볼이 재순환되는 잭-스크류(9) 및 너트(7)가 이용되고, 이를 통해서 병진 운동이 회전 운동으로 변환되고, 증배기를 이용하여 또는 증배기가 없이 직접적으로 발전기에 더 전달된다.
잭-스크류(9)의 단부에서 부가적인 질량체(12)를 포함하는 것은, 잭-스크류(9)의 수직 운동의 양 방향으로 동일한 효율을 제공하고, 잭-스크류(9)는 더 작은 횡단면을 가질 수 있다. 이러한 이유로, 잭-스크류(9)는 더 가볍고 저렴한데, 이는 좌굴까지 부하를 받지 않기 때문이다.
너트(7)가 발전기에 직접 연결될 수 있도록, 또는 발전기의 회전자가 너트(7) 상에 직접 배치되는 그러한 구성이 될 수 있도록, 잭-스크류 나사산(9)의 각도의 선택이, 볼의 재순환에 따른 너트(7)의 희망 회전 속력을 결정할 수 있다. 이러한 해결책은 구성을 단순화하고, 전달 시스템 내의 손실이 감소되며, 효율이 증가되고 유지 비용이 감소된다.
도 5는 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 체인(3) 및 스프로켓 휠(5)이 제2 기어로서 이용되며, 이를 통해서 병진 운동이 회전 운동으로 변환되고, 추가적으로 발전기까지 직접적으로 전달된다. 또한, 발전기의 회전 속력의 조정이 병렬 기어의 시스템에 의해서 달성될 수 있다. 체인(3) 대신에, 선형 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 부속 요소(예를 들어, 벨트 풀리)를 갖는 임의의 다른 가요성 전달 요소(예를 들어, 벨트)가 적용될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예의 다른 중요한 특징은, 차동 스프로켓 휠들의 적용이 하부 지지 튜브(53)를 불필요하게 한다는 것이다(튜브(53)는 이전의 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5)에 도시되어 있다). 이는, 부가적인 질량체(12)의 감소를 제공하는 차동 기어의 적용에 의해서 달성되는 한편, 부가적인 질량체(12)의 속력은 부가적인 질량체(12)의 감소에 비례하여 증가된다.
도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 장치의 이러한 실시예의 하나의 더 중요한 특징은, 부가적인 질량체(12)의 크기 및 부유 본체(20)의 질량의 조합이 진동하는 기계적 시스템의 자연 주파수를 조절하여 폭풍 파동의 동요의 공명 조건에 더 근접시킬 수 있다는 것이다.
즉, 파동 에너지를 변환하기 위한 스폿-유형 장치의 하나의 알려진 결함은, 그들이, 일반적으로, 에너지 변환에 중요한 우세적인 (모달(modal)) 폭풍 파동의 주파수보다 상당히 더 높은 자연 진동 주파수를 갖는다는 것이다. 이는, 왜 장치가 임계 미만의 진동의 지역에서 멀리 동작되어 그 효율을 상당히 감소시키는 지에 대한 이유이다.
도 6a는 발전기가 없는 부유 본체(20) 또는 부표의 진동의 전형적인 예를 도시한다. 수직 진동의 전달 함수 - 부유 본체(20)의 잠수 (잠수 진폭 및 파동의 진폭의 비율) Pξ(대시 라인(dash line)으로 도시됨) 및 파동 주파수(ω) 함수의 파동 스펙트럼 Sw(대시-점-대시로 도시됨). 진동의 공명 피치(극단, 최대 값, 상승)는 파동 스펙트럼 피크의 우측으로 치우쳐 있고, 폭풍 속의 진동의 진폭은 파동의 진폭과 대략적으로 동일하다.
발전기가 전기를 생산할 때와 커플링된 부유 본체(20)의 전형적인 예가 도 6b에 도시되어 있고, 여기에서 대시-점-대시 라벨은 파동 스펙트럼이고, 그러한 라인은, 장치가 전기를 생산할 때, 부유 본체(20)의 잠수 스펙트럼을 나타낸다. 발생기의 강한 감쇠로 인해서, 진동의 공명 피치가 더 이상 발생되지 않으나, 진동 진폭 및 파동 진폭의 비율은 여전히 1의 값에 근접한다.
부가적인 질량체(12)를 갖는 장치에서, 진동을 실시하는 시스템의 질량이 상당히 증가되고, 시스템의 자연 주파수가 감소된다. 원칙적으로, 부유 본체(20)의 치수(직경 및 흘수(draught))를 변경하지 않고, 시스템이 폭풍의 모달 파동과 공명되도록, 부가적인 질량체(12) 및 부유 본체(20) 질량을 조정할 수 있다. 부유 본체(20)의 경우에 장치가 전기를 생산하는 그러한 예가 도 6c에 도시되어 있고, 여기에서 파동 스펙트럼은 대시-점-대시로 표시되어 있고, 부표 스펙트럼은 라인으로 표시되어 있다. 무거운 부가적인 질량체(12)를 갖는 장치의 진동의 전달 함수는, 발전기에 의해서 생성되는 강력한 감쇠에도 불구하고, 공명 피치를 갖는다. 공명 피치는 실질적으로 파동 스펙트럼의 피크와 중첩되어, (계산이 보여주는 바와 같이) 부가적인 질량체(12)가 없는 경우보다 2배까지 더 높은 효율을 유발한다. 임의의 질량 증가뿐만 아니라, 부가적인 질량체(12)의 적용은 진동 시스템의 자연 주파수를 감소시키고 장치의 효율에 유리하다.
부가적인 질량체(12)의 도입에 의해서, 부가적인 질량체가 부유 본체(20)의 흘수(물 내에 잠수된 부유 본체(20)의 높이)를 조절하는 것, 즉 부가적인 질량체(12)가 물 밖으로 부유 본체(20)를 당기게 된다. 부유 본체(20)는 음의 부력을 가지기 때문에, 부가적인 질량체(12)에 의해서 당겨지는 부분을 가지지 않은 경우에 가라 앉을 것이다.
파동 에너지를 전기로 변환하기 위한 장치의 그러한 구성은, 기어(4) 및 기어 랙(2)의 톱니형 세트(cogged set)에 전달될 수 있는 충격 부하와 관련하여 양호한 특성을 제공한다. 다른 한편으로, 가요성 기어(1)의 긴 길이로 인한 손실이 최대로 감소되고, 부유 본체(20)의 이동 방향의 변화마다, 가요성 기어(1)는 특정 탄성 변형을 경험하여야 하고 이어서 파워 전달을 시작하여야 하며, 그에 의해서 전술한 탄성 변형은 가요성 기어(1)의 길이와 직접적으로 관련된다. 가요성 기어(1)의 길이 감소에서, 긴 가요성 기어에서 발생되는 바람직하지 못한 요동(vibration)의 발생이 방지되어, 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치의 활용 레벨을 높인다.
코일(6a)(도 2)를 통과하는 가요성 기어(1)의 하나의 단편은, 부유 본체(20)의 진동 운동의 결과로서의 교번적인 굽힘으로 인한 그 연속성을 확장하기 위해서, 복합 재료 또는 체인으로 제조될 수 있다.
도 7은, 일 단부에서 부유 본체(20)의 하단에 연결되고 타 단부에서 부력 요소(52)에 부착된, 예를 들어 강 또는 체인 또는 Dynemme(고밀도 폴리에틸렌)으로 제조된, 가요성 로프(71)를 포함하는 부유 본체(20)의 제동 시스템을 도시한다.
큰 진폭의 파동이 접근할 때, 부유 본체(20)가 상향 이동되고 가요성 로프(71)를 당긴다. 가요성 로프(71)가 당겨진 후에 그리고 부유 본체(20)가 계속 상향 이동되면, 전체 지지 구성체(50) 및 정박 중량체(67)를 상승시키려고 노력하기 시작한다.
더 저렴한 구성을 획득하고 극단적인 파동으로 인한 시스템의 손상을 방지하기 위해서, 안전 시스템이 도입된다. 허용된 부유 본체 운동의 최대값에서 추적하는 부유 본체(20)를 위한 전자 장치가 장치를 안전 모드에 있게 한다.
안전 모드는 안전 시스템을 활성화시키며, 안전 시스템은 부유 본체가 지지 구성체의 상부 부분을 타격하지 않도록 사용되는 부유 본체(20)의 안전 로프, 부유 본체를 잡아 부유 본체가 지지 구성체의 하단을 타격하지 않도록 하는 안전 베어링, 및 부유 본체의 자가 잠수(self-submerging)라는 가장 중요한 안전 수단 등이다.
WEC 장치(파동 에너지 변환기)의 예상된 작업 행정(stroke)보다 큰 진폭을 갖는 극단적인 폭풍에서, 부유 본체(20)를 정지시키는 것은, 부유 본체(20)가 상향 이동될 때, 도 7에서 설명된 방식으로 지지 구성체(50)의 손상을 방지한다.
또한, 큰 진폭의 파동이 발생될 때, 부유 본체(20)가, 물의 자유 표면에 더 근접한 지지 구성체(50)의 부력 요소(52)의 일부를 타격할 수 있는 위험이 있다.
이러한 문제는 도 8에 도시된 바와 같이 해결된다: 케이싱(80)이 지지 구성체(50) 상에, 즉 부력 요소(52) 상에 설치된다.
부유 본체(20)가 (하단을 향해서) 하향 이동될 때, 그 제동 및 정지는 유체역학적 저항에 의해서 발생되고, 부유 본체(20)가 하향 이동될 때, 부유 본체는 케이싱(80)에 진입하고, 케이싱은 부유 본체(20)와 관련하여 작은 간극을 가지며, 그러한 간극을 통해서 케이싱(80) 내에 위치되는 물이 빠져 나가려는 경향을 가지며, 즉 부유 본체(20)가 물을 변위시키려는 경향을 가지고, 그 작은 간극으로 인해서, 큰 유체역학적 저항이 발생되고 부유 본체(20)를 제동한다. 케이싱(80)의 치수는, 부유 본체(20)뿐만 아니라 지지 구성체(50)가 어떠한 손상도 받지 않는 방식으로, 설계된다.
도 8a는, 부유 본체(20)가 임의의 각도 하에서 케이싱(80)에 접근하는 경우를 도시한다. WEC 장치의 이러한 실시예에서, 부유 본체(20)와 케이싱(80)의 하단의 접촉 중에 저항을 감소시키기 위해서 부유 본체(20)의 연부가 강화되어야 하고, 부유 본체(20)와 케이싱(80) 사이의 접촉이 달성된 후에, 부유 본체(20)는 구형 조인트(30)의 중심 주위로 회전되기 시작하고, 그에 따라 부유 본체(20)는 케이싱(80)의 하단과 평행한 위치가 되며, 그에 의해서 케이싱(80)을 통해서 전달되는 부력 요소(52)에서의 힘의 균등한 분배를 보장한다.
도 8b는 극단적인 파동의 형성으로 인해서 물이 부유 본체(20)를 케이싱(80)과 접촉시키는 경우를 이미 보여주었고, 도 8의 상세부분(A)은 도 9에 도시되었다.
케이싱(80)은 다른 매우 중요한 특징을 가지며, 그러한 케이싱은, 본 발명과 동일한 발명자의 유럽 특허 EP 2,183,478에서 기능이 구체적으로 설명된 부유 본체(20)의 챔버 내에 포획된 물의 유지를 보장하는 방식으로 설계된다.
부유 본체(20)의 챔버 내측의 물의 보유를 보장하는 것은, 로스팅 팬(roasting pan)과 유사하도록 원주(도 9)를 따라 테두리를 가지는 케이싱(80)을 구성함으로써 달성된다. 물이 물러나고 부유 본체(20)가 정지될 때, 케이싱(80)의 테두리와 부유 본체(20) 사이의 적은 양의 물은, 그러한 물이 부유 본체(20)의 챔버로부터 누출되는 것을 방지하고, 이는 WEC 장치의 적절하고 효율적인 동작에 필요하다.
도 9 및 도 9a는 큰 파동이 접근된 직후의 순간에 도 8의 상세부분(A)을 도시하고, 물이 철수되고 케이싱(80) 내의 부유 본체(20)를 남기며, 다음 순간에 새로운 파동이 접근하여 부유 본체(20)를 상승시키려 하고, 그리고 부유 본체(20)가 튀어 오고 지지 구성체(50)에 충격 부하를 가하는 것을 방지하기 위해서, 부유 본체(20)와 케이싱(80) 사이의 간극(x)에 의해서, 부유 본체(20)가, 빠르지 않게, 서서히 상승하는 것이 보장된다.
수직 파동 속력은 물이 간극(x)의 링을 통해서 유동될 수 있고 부유 본체(20) 아래의 링의 원주를 채울 수 있는 능력보다 빠르고, 그에 의해서 부유 본체는 케이싱(80)의 하단에 부착되어 유지된다.
부유 본체(20)는, WEC 장치의 안전에 기여하는 다른 중요한 특징을 갖는다. 부유 본체(20)는 물의 자유 표면에서 독립적으로 부유할 수 있는 능력을 갖지 않고, 물 내에 독립적으로 잠수되는 경우에, 부유 본체는 가라 앉고, 즉 부유 본체의 중량은 변위된 액체의 중량보다 무겁다.
부유 본체(20)의 이러한 특징은 매우 중요한데, 이는, 이러한 분야의 전문가에게 알려진 바와 같이, 극단적인 폭풍의 경우에, 폭풍이 몇-시간 간격에 걸쳐 점진적으로 발전되고 기상 관측에 의해서 예상될 수 있기 때문이다. 그에 따라, 세기에 의해서 WEC 장치를 손상시킬 수 있는 예상된 폭풍에서, WEC 장치 보호를 위한 안전 수단이 취해진다. 가라 앉는 부유 본체(20)의 특징이 안전 수단으로서 이용된다.
부유 본체(20)는 음의 부력을 가지는데, 이는, 변위된 액체의 질량이, 부유 본체(20)가 물의 외부에 있을 때 부유 본체(20)의 전체 질량보다 작기 때문이다.
도 8b는 극단적인 폭풍에 응답하여 부유 본체(20)가 가라 앉은 경우를 도시한다. 자동 제어의 이용에 의해서, 전기 발전기는 발전 모드로부터 모터 동작 모드로 스위칭되고, 기어(2)를 통해서, 부가적인 질량체(12)가 잠금 위치로 상승되고, 그러한 잠금 위치는 부력 요소(52) 내측에 제공되고, 질량체(12) 상승 프로세스 중에, 부유 본체(20)는 가라 앉고 케이싱(80)과 접촉되며, 그 곳에서 자동 제어에 의해서 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 전체 WEC 장치는 물 아래에 있는 즉 물 입자의 보다 느린 이동 구역 내에 있는 콤팩트한 유닛을 포함하여, 결과적으로, 구조물에 영향을 미치는 결과적인 힘이 훨씬 적어진다. 이러한 안전 수단은, 극단적인 폭풍 내의 구조물이 손상되지 않고 유지되게 보장한다.
부가적인 질량체(12)(도 8b)를 유지하는 내부 브레이크는 극단적인 폭풍 이후에 중량체를 해제하고, 이어서 부가적인 질량체(12)는 부유 본체(20)를 서서히 당기고, 물은 간극(x)(도 9 및 도 9a)을 통과하고 부유 본체의 상승에 의해서 형성된 부유 본체(20) 아래의 공간을 채우며, 그에 의해서 위쪽을 향한 부유 본체(20)의 느린 변위를 허용하고 부유 본체를 물 표면으로, 즉 작업 위치로 가져 간다. 부유 본체의 챔버 내의 압력을 균등화하기 위해서, 케이싱(80)과의 접촉 표면 또는 부유 본체(20)의 테두리 사이의 간극에 채널이 존재하여야 한다.
밀폐 보호부가 튜브(51)의 상단에 배치되어, 물이 튜브(51)에 진입하는 것을 방지한다.
작은 치수의 그리고 그에 따른 작은 파워의 장치에서, 자동 제어부가 튜브(51)의 상단에 배치되고, 그에 따라, 자동 제어부가 비교적 고장 나기 쉽기 때문에, 서비스를 위해서 용이하게 접근된다. 더 큰 치수 및 더 큰 파워의 장치에서, 자동 제어부는 부력 요소(52) 내측에 배치되고, 그러한 곳에서, 이러한 경우에 밀폐적으로 밀봉된, 상부 튜브(51)를 통해서 서비스가 제공된다.
도 10은, 강 프레임(21), 강 프레임(21) 위에 배치된 폐쇄된 부유 챔버(22)를 포함하는, 설명된 본 발명에 따른 부유 본체(20)의 예를 도시하고, 그에 의해서 발포체 코팅(23)이 부유 챔버(22)의 외부 벽 상에 배치된다. 부유 본체(20)의 활용에서, 강 프레임(21)은 파형 실선으로 표시된 물의 자유 표면 아래에 부분적으로 위치되고, 그에 따라 부유 챔버(22) 및 발포체 코팅(23)으로 이루어진 부유 본체(20)의 부분은 물의 자유 표면 아래에 있는 하나의 부분 및 물의 자유 표면 위에 있는 다른 부분을 갖는다. 부유 본체(20)에서의 물의 잠수로 인해서 파동이 파괴되고 충격 부하가 발생되는 경우에, 발포체 코팅(23)은 부유 챔버(22)의 표면 상의 물의 충격을 제거하여, 부유 본체(20)의 소성 변형을 방지하고 구형 조인트(32)에 전달되는 힘을 상당히 감소시킨다.
발포체 코팅(23)이 복합 재료의 하나 이상의 층(24, 25)으로 구성되어 충격력의 보다 양호한 제거를 제공할 수 있고, 그에 따라 부유 본체(20)의 어떠한 손상도 방지할 수 있다. 파동 충격에 먼저 노출되는 층(24)이 양호한 기계적 인장 특성을 가지는 한편, 부유 챔버(22)의 벽에 더 근접한 층(25)이 양호한 탄성 특성, 즉 양호한 에너지 소산 특성을 가지도록, 층(24, 25)의 조합이 이루어져야 한다.
도 11은 충격 부하의 제거(흡수)에서 시스템의 시뮬레이션 응답의 최종 요소의 기계적 모델을 도시한다. 2-차원적인 기계적 모델은, 부유 본체(20)의 부유 챔버(22)의 외부 표면에 부착된 발포체 코팅(23)으로 이루어진다. 그러한 모델의 반응에 관한 시뮬레이션(계산)에서, 획득 결과가 도 12에 도시되어 있고, 여기에서 대시 라인은, 발포체 코팅(23)의 제거가 없을 때 부유 본체(20)와 기어(30)(도 2) 사이의 연결을 제공하는 구형 조인트의 표면 상의 힘을 보여주는 한편, 실선은, 발포체 코팅(23)이 있을 때 구체(32)(도 2)의 표면 상의 반응력을 도시한다. 도 12에 도시된 그래프로부터, 발포체 코팅(23)이 충격 부하의 제거에 매우 큰 영향을 미친다는 것, 그리고 반응이 10배 이하로 작아지도록, 그러한 충격 부하를 경감시킬 수 있고, 결과적으로 대양의 가혹 조건도 견딜 수 있는 경량의 그리고 저렴한 구성체를 초래할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
당업자에게 알려진, 조선소의 비교적 얕은 깊이로 인해서, 매우 무겁고 큰 흘수를 가지는 큰 크기의 장치를 배치 위치까지 운송하는 모드를 찾을 필요가 있다. 이러한 이유로, 본 발명은 또한 파동 에너지를 전기로 변환하기 위한 장치를 그 활용 위치에 배치하는 프로세스에 관한 것이다. 이러한 배치 프로세스는 조립 및 운송의 특징적인 스테이지들을 포함한다. 비록 장치가 종래 기술에서 알려진 방식으로 설치될 수 있지만, 그 구성 자체는 새로운 셋팅 모드를 제공하며, 즉 그 특성이 이제까지 당업계의 장치의 셋팅 모드와 상이한, 조립 및 운송에서의 스테이지를 제공한다.
강성 기어를 갖는 시스템에서, 토크의 전달 장소 아래의 보호된 공간이, 일반적으로 발전기 레벨에서, 제공되어야 하고, 지지 튜브(53)는 최소한 강성 기어(4)(도 2)만큼의 길이를 가져야 한다.
이러한 것 모두는 보다 강건한 구성체, 더 높은 생산비 및 배치 위치로의 운송비를 요구한다.
도 13은, 매우 고가인 부가적인 대형 선박이 없이, 비교적 저렴하게 희망 위치에 운송하는 것을 제공하고 이어서 얕은 물에서의 장치의 정확한 운송을 제공하는 지지 구성체(50) 운송 모드를 도시한다. 이러한 방식에서, 큰 질량을 취하기 위해서 물 파워(정수압)가 이용되고, 장치의 조작을 위한 고성능 크레인이 필요치 않으며, 그에 의해서 파동 에너지를 전기로 변환하기 위한 장치의 구성이 크게 저렴해진다.
시스템의 더 저렴한 구성 및 더 저렴한 배치 위치로의 운송을 획득하기 위해서, 풀리(6a)로부터 중량체 형태인 부가적인 질량체(12)(도 5)까지의 제2 기어가 또한 가요성 기어(예를 들어, 체인 및 스프로켓 휠)인, 새로운 기술적 해결책을 도입하였다. 부가적인 질량체(12)는, 석재, 콘크리트 등과 같은 저렴한 재료로 제조될 수 있고, 태클 시스템(tackle system)을 이용하여 제2의, 가요성 기어(4)의 변위를 감소시킨다. 이러한 방식으로, 지지 튜브(51)와 동일한 길이이어야 하는 발전기 아래의 긴 튜브(53)가 방지된다. 도 5에 도시된 해결책은 더 저렴한 구성을 가능하게 하는데, 이는 부력 요소(52)가 조립된 후에, 부력 요소가 크레인의 이용에 의해서 용이하게 하강될 수 있고, 구조물의 다른 부분이 계속 조립되는, 조선소 부두에 부착되기 때문이다.
이러한 경우에, 그러한 구성은 거의 모든 조선소에서 이루어질 수 있는데, 이는 부두 옆의 깊은 물의 깊이를 요구하지 않기 때문이다.
부가적인 질량체(12)는, 더 짧은 행정으로 인해서, 시스템의 낮은 중력 중심을 제공하여 비교적 적은 흘수로 설치 위치까지의 적절한 운송을 제공하는, 다중화된 질량을 가져야 한다. 증가된 부가적인 질량체(12)를 이용하면, 구성체의 중량 중심은 물의 자유 표면에 더 근접하거나 그 아래에 있을 것이고, 이는, 정박 위치로의 구성체의 운송 중에, 구성체의 안정성에 상당히 기여한다.
구성 중에, 장치는 구성체의 하부 부분 즉, 부력 요소(52)가 마감된 후에, 조선소 내의 바다 내로 셋팅되고, 부가적인 질량체(12)가 즉각적으로 내부에 배치되고, 구성체의 최종 형성까지 그에 대한 작업이 계속된다. 구성체의 개념은, 장치의 희망 배치로의 운송 중에 구성체가 물 표면 상에서 지속적으로 떠 있는 방식으로 실행된다.
도 14는 부속 기부(61)(또한 도 15 참조)를 갖는 정박 중량체(67)의 유사한 횡단면을 도시한다. 조선소 외부로 항해할 때, 정박 기부(61)가 부유되어, 장치의 배치 위치까지 정박 중량체(67)가 위에 놓여 운송되는, 주교로서 작용한다. 장치의 배치 위치에 도달한 후에, 중량체(67)가 제거되어야 하는 경우에 해저가 준비될 수 있다. 해저 품질에 따라(해저가, 진흙 또는 석재에 의해서 덮인, 모래질인 경우), 지주(62)가 고정되거나 정박 중량체(67)의 정박 기부(61)를 배치하기 위한 콘크리트 기부가 만들어질 수 있고, 그에 따라, 필요한 경우, 중량체 및/또는 기부가 해저 바닥으로부터 상승될 수 있다. 균등하게, 안정적 위치에서 해저까지 가라 앉는 방식으로 정박 기부(61)의 잠수 프로세스가 실시되고, 이는 밸브(64a, 64b, 64c 및 64d) 및 배플(68a 및 68b)에 의해서 달성된다. 정박 기부(61)는, 내부로 낙하되고 그 위에서 구를 수 있는, 정박 중량체(67)의 형상에 상응하는 상응 중공부로 구성된다. 정박 기부(61)는, 정박 중량체(67)의 상승의 경우에, 정박 기부가 정박 중량체의 의도된 위치로의 매끄러운 복귀를 보장하는 방식으로 구성된다. 극단적인 파동의 경우에, 정박 중량체(67)가 정박 기부(61) 외부로 결코 완전히 나오지 않도록, 도 14의 크기(a)가 결정된다.
정박 기부(61) 및 중량체(67)가 운송된 후에, 지지 구성체(50) 및 중량체(67)가 로프(63)에 의해서 정박 기부(61)에 연결된다.
도 15는 위치에 배치된 장치의 등각도를 도시하고, 여기에서 정박 중량체(67) 및 정박 기부(61)가 구형 형상을 가지며, 그에 따라 극단적인 폭풍에서, 중량체(67)가 정박 기부(61)로부터 재배치될 때, 중량체 자체가 원래의 위치로 복귀될 수 있는데, 이는 중량체가 구형 단편의 형태로 구성되기 때문이다.
장치를 활용 위치에 배치하기 위한 프로세스는, 다른 것들 중에서, 이하의 단계를 포함한다:
- 부력 요소(52)를 지지 구성체(50) 내로 조립하고 부가적인 질량체(12)를 배치할 뿐만 아니라 장치의 특정 부분을 조립하고, 크레인의 이용에 의해서 지지 구성체(50)의 중첩되는 부분을 물 내로 하강시키고 조선소 도크에 부착하는 단계;
- 장치의 최종 형성을 위해서 나머지 요소를 지지 구성체(50)에 커플링시키는 단계,
- 부가적인 질량체(12)에 의해서 운송의 안정성이 달성되는 배치 위치까지 장치를 물로 운송하는 단계;
- 정박 기부(61)가 부유되어 정박 중량체(67)의 장치 배치 위치로의 운송을 위한 주교로서 작용하도록, 정박 기부(61)와 함께 정박 중량체(67)를 물 운송하는 단계;
- 정박 기부(61)를 위해서 지주(62)를 고정하거나 콘크리트 기부를 구축하는 단계;
- 밸브(64a, 64b, 64c, 64d)를 개방하고 물을 채우는 것에 의해서 정박 기부(61)를 하강시키는 단계;
- 로프(63)의 이용에 의해서, 정박 기부(61)와 지지 구성체(50)를 연결하는 단계;
- 장치의 깊이를 조정하는 단계, 즉 바다의 바닥으로부터의 장치의 거리를 조정하는 단계.
이러한 방법은, 운송이 적은 흘수로 그리고 비교적 저렴한 예인선으로 실행되는 것을 특징으로 한다.
이러한 설명이 많은 상세부분을 포함하기 때문에, 그러한 상세부분은, 보호 받고자 하는 본 발명의 범위 또는 청구 대상을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하고, 여러 실시예에 특정된 특징에 관한 설명을 나타내는 것으로 간주되어야 한다. 특별한 실시예들의 맥락으로 본 명세서에서 설명된 특정의 특징들이 다른 실시예와 조합되어 적용될 수 있다. 또한, 유효하게, 반대로, 하나의 실시예의 맥락으로 설명된 여러 특징이, 별개로 또는 선택된 특징의 임의의 적합한 조합으로, 몇 개의 실시예에서 적용될 수 있다. 당업자는, 청구범위에 의해서 규정된 보호 범위를 벗어나지 않고도, 특정 기술 요소 및 조립체에 종래 기술의 변경 및 수정이 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 그러한 것이 공지된 기술적 균등물로 대체될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치로서,
    부력 요소(52) 및 상기 부력 요소(52)에 고정되는 지지 튜브(51)를 포함하는 지지 구성체(50);
    상기 지지 튜브(51) 상에서 활주하는 조인트 기어(30);
    상기 조인트 기어(30)와 결합되는 부유 본체(20)로서, 상기 부유 본체(20)를 제2 기어(2, 3, 8, 9)와 연결하는 제1 가요성 요소(1)를 포함하는 부유 본체(20)
    를 포함하고,
    상기 제1 가요성 요소(1)은 상기 지지 튜브(51)와 결합되는 제1 및 제2 풀리(6b, 6c)를 통과하고, 전기 발전기와 연결된 제2 기어(2, 3, 8, 9)에 연결된 제3 풀리(6a)를 통과하며,
    상기 제2 기어(2, 3, 8, 9)는 하부 지지 튜브(53) 내에 위치하는 질량체(12)를 포함하고,
    상기 제1 가요성 요소(1)은 제1 단부에서 상기 부유 본체(20)에 결합되고, 상기 제1 풀리(6b)를 통과하고, 상기 지지 튜브(51) 내부의 제3 풀리(6a)를 통과하고, 제2 풀리(6c)를 통과하며, 제2 단부에서 상기 부유 본체(20)에 연결되고,
    상기 부력 요소(52)는 적어도 하나의 가요성 요소(63)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가요성 요소(63)은 상기 부력 요소(52)를 정박 중량체(67)에 부착하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    부가적인 질량체(12)가 랙의 하부 측면에 부착되는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부유 본체(20)를 제동하기 위한 장치를 포함하고,
    상기 부유 본체(20)를 제동하기 위한 장치는 가요성 요소(71)로 이루어지며, 상기 가요성 요소(71)의 일단은 상기 부유 본체(20)의 하부에 부착되고 타단은 상기 부력 요소(52)에 부착되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정박 중량체(67)는 콘크리트로 제조되고, 물이 채워지도록 구성된 정박 기부(61) 내에 배치되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부유 본체(20)는 강 프레임(21), 폐쇄된 챔버(22), 및 발포체 코팅(23)을 포함하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발포체 코팅(23)은 인장 응력에 저항하는 외부 층(24) 및 충격 흡수 내부 층(25)을 포함하는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부유 본체(20)는 사용 중에 부분적으로 잠수되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 질량체(12)는 상기 부유 본체(20)를 물 표면 상에서 유지하고 그 흘수 깊이를 조절하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기어(2, 3, 8, 9)는 일 단부에서 상기 제1 가요성 요소(1)와 연결되고,
    기어(4)와 랙(2), 잭스크류(9)와 너트(7), 및 스프로켓 휠(5)과 체인(3)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기어는 전기를 생성하기 위하여 사용되는 이동 가능 자석(8) 및 이동 불가능한 고정 코일(10)을 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기어는 잭스크류(9)와 너트(7)를 포함하는, 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 너트(7)가 상기 전기 발전기의 회전자를 직접 회전시키는, 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기어는 체인(3)과 스프로켓 휠(5)을 포함하고,
    상기 스프로켓 휠(5)은 상기 전기 발전기의 회전자를 회전시키는, 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기어는 로프와 스프로켓 휠을 포함하는, 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 장치의 안전 수단을 활성화시키기 위한 자동 시스템
    을 포함하는, 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 자동 시스템은, 상기 안전 수단이 활성화될 때 상기 전기 발전기를 모터 모드로 변환하여 상기 부유 본체(20)을 케이싱(80) 내로 당기고, 상기 안전 수단의 비활성화 시까지 상기 부유 본체(20)가 상기 케이싱(80) 내에서 유지되는, 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 가요성 요소(71)는, 상기 부유 본체(20)가 상기 지지 튜브(51)의 상부 부분을 타격하는 것을 방지하는, 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 부유 본체(20)는 케이싱(80)과 중첩되고, 유체역학적 저항에 의하여 상기 부유 본체(20)가 감속되어 상기 부유 본체가 지지 구성체(50)을 타격하는 것을 방지하는, 장치.
  19. 제1항에 따라 구성된 파동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치를 배치하기 위한 방법으로서:
    - 부력 요소(52) 및 질량체(12)를 지지 구성체(50)로 조립하고 상기 지지 구성체(50)을 물에 넣는 단계;
    - 상기 지지 구성체(50)의 안전성이 상기 질량체(12)에 의해서 달성되는 위치까지 상기 장치를 운송하는 단계;
    - 정박 기부(61)가 상기 위치까지 상기 정박 중량체(67)의 운송을 보조하도록 부유하여, 상기 정박 중량체(67)를 상기 정박 기부(61)와 같이 운송하는 단계;
    - 상기 정박 기부(61)를 위한 지주(62)을 고정하는 단계;
    - 밸브(64a, 64b, 64c, 64d)를 개방하고, 상기 정박 기부(61)에 물을 채우는 것에 의해서 상기 정박 기부(61)를 하강시키는 단계;
    - 상기 정박 중량체(67)와 상기 지지 구성체(50)를 연결하는 단계;
    - 바다의 바닥으로부터 상기 지지 구성체(50)의 깊이를 조정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  20. 삭제
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