KR20010032665A - 파동력 구동식 원동기 - Google Patents

파동력 구동식 원동기 Download PDF

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KR20010032665A
KR20010032665A KR1020007005946A KR20007005946A KR20010032665A KR 20010032665 A KR20010032665 A KR 20010032665A KR 1020007005946 A KR1020007005946 A KR 1020007005946A KR 20007005946 A KR20007005946 A KR 20007005946A KR 20010032665 A KR20010032665 A KR 20010032665A
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머타프조셉
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하이댐 테크놀로지 리미티드
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Abstract

파동력 구동식 원동기는 중앙 관성 바아지(1)에 연결되고 바아지(1)에 대하여 해양 파랑 또는 파도에 의해 피벗적으로 이동 가능한 한 쌍의 폰툰(2, 3)을 포함한다. 펌프(10) 각각의 폰툰(2, 3)사이에 연결되고, 바아지(1)는 폰툰(2, 3)의 운동을 수압에너지로 변환한다. 개량된 동력 인출 및 댐핑 기구은 발전기, 터빈, 역삼투압 플렌트 등에서 사용하기 위해 낮은 진동수로 진동하며 유입되는 동력을 고주파 진동형태로 변화시키기 위해 제공한다. 수압회로(10, 32, 34, 35, 37, 39)는 상기에 언급된 바와 같은 일을 이행하기 위해 가압된 물의 계속적인 흐름으로서, 유입하는 동력을 인도하기 위한 단일 방향의 형태로 정류하는데 사용된다.

Description

파동력 구동식 원동기{WAVE-POWERED PRIME MOVER}
유럽특허 제 0 365 325-B호는 주로 해양 파랑의 에너지를 동력화하기 위한 파동력 구동식 원동기를 개시하고 있다. 이 원동기는 부유 관성체에 의해 이격된 2개의 이동가능한 폰툰(pontoon)을 포함하고 있다. 각각의 폰툰은 펌프를 작동시키기 위하여 관성체에 관하여 독립적으로 이동가능하다. 관성체는 일반적인 파도진동수 및/또는 진폭에 관계없이 물속에서 관성체를 실질적으로 정적인 상태로 유지하기 위한 관성 플레이트를 구비하고 있다. 관성 플레이트는 적어도 하나의 샤프트에 의해 관성체에 연결되어 있어서 관성체에 관하여 이동가능하다. 원동기가 물속에서 견인될 때, 관성 플레이트는 저항이 감소되도록 들어올려진다. 그리고, 원동기가 작동위치에 있을 때, 상기 플레이트는 관성체를 실질적으로 정적인 상태로 유지하도록 물속으로 하강하게 된다.
일반적으로, 상기와 같은 파동력 구동식 원동기로부터 추출된 에너지는 저진동수 진동파형으로서 제공된다. 이 에너지는 사용되기 전에 유용한 진동수 및/또는 타입으로 전환되어야만 한다. 그러나, 저진동수 파형으로부터 고진동수 파형으로의 에너지의 전환에 대한 전형적인 기술은 본질적으로 비효율적이다.
본 발명은 주로 해양 파랑으로부터 에너지를 추출하기에 적합한 타입의 파동력 구동식 원동기에 관한 것이다.
도 1은 파동력 구동식 원동기의 측면도,
도 2는 원동기의 평면도,
도 3(a) 내지 도 3(c)는 동력 인출 및 댐핑 기구를 포함하는 수압회로를 상세히 도시하는 원동기 관성체의 측면도, 끝면도, 및 평면도,
도 4는 하나의 선형 펌프를 위한 수압회로의 개략적인 다이어그램, 그리고
도 5는 동력 전달 기구의 사시도.
본 발명의 목적은 종래의 파동력 구동식 원동기와 연관된 불리한 점을 해소하고 상기와 같은 장치를 위한 개선된 동력 인출 및 댐핑 기구를 제공하는 것이다.
그러므로, 본 발명은 펌프를 작동시키도록 서로에 관하여 이동하는 적어도 2개의 폰툰을 가지고 있는 타입의 파동력 구동식 원동기를 제공하는 것으로서, 이 원동기는:
폰툰의 운동을 수압에너지로 전환하기 위한 수단;
이 수압에너지를 단일-방향의 형태로 수정하기 위한 수단;
이 수압에너지를 조절하기 위한 제어수단; 그리고
원동기의 댐핑 파라미터를 변화시키기 위한 피드백 수단을 포함하는 댐핑 수단;을 포함하는 동력 인출 및 댐핑 기구를 포함하고 있다.
바람직하게는 상기 원동기가 부유 관성체에 의해 이격된 2개의 이동가능한 폰툰을 포함하는 타입이다.
이 원동기는 정박하도록 기초가 되는 해저에 닻을 내려 고착되거나 다르게 고착될 수 있다. 에너지를 발생시키기 위한 사용에 있어서, 전체적으로 이 원동기는 정박될 것이지만, 그러나 이러한 정박은 관성체를 댐핑 관성 플레이트에 대하여 허용된 범위내에서 들어올리고, 흔들고 그리고/또는 진동하도록 약간의 자유도를 가질수 있는 식으로 실행되어야만 한다.
바람직한 배치에 있어서, 본 발명은 부유 관성체에 의해 이격된 2개의 이동가능한 폰툰을 포함하는 타입의 파동력 구동식 원동기를 제공하고, 각각의 폰툰은 펌프를 작동시키도록 관성체에 대하여 독립적으로 이동가능하며, 관성체는 물속에서 관성체가 실질적으로 정적인 상태를 유지하도록 작동가능한 관성 플레이트 그리고 동력 인출 및 댐핑 기구를 갖추고 있고, 상기 기구는
폰툰의 운동을 수압에너지로 전환하기 위한 수단;
이 수압에너지를 단일-방향의 형태로 수정하기 위한 수단;
이 수압에너지를 조절하기 위한 제어수단; 그리고
댐핑 수단의 댐핑 파라미터를 변화시키기 위한 피드백 수단을 포함하고 있다.
폰툰의 운동을 수압에너지로 전환시키기 위한 수단은 각각의 이동가능한 폰툰과 관성체 사이에 연결된 적어도 하나의 선형 수압펌프를 포함하고 있다.
수압에너지를 수정하기 위한 수단은 적어도 하나의 압력 어큐뮬레이터 (accumulator)와 연결되어 있는 복수의 역지밸브를 포함하고 있다.
관성 플레이트는 바람직하게 샤프트의 한 단부에 배치되어 있고, 샤프트의 다른 단부는 관성체에 연결되어 있다. 바람직하게는, 샤프트가 플레이트와 관성체 사이의 거리를 변화시키도록 이동가능하게 되어 있다.
원동기의 댐핑 파라미터는 물속에서 관성체의 깊이와 관성체에 관한 폰툰의 운동의 자유도 양자에 의해 영향을 받는다. 선형 수압펌프는 진동하는 폰툰의 운동의 자유도에 직접 영향을 미친다.
피드백 수단은 각 선형 수압펌프내의 배압을 조절하여 관성체와 각각 독립적으로 이동가능한 폰툰 사이의 상대운동의 댐핑 파라미터를 변화시키도록 조정가능한 복수의 밸브를 포함하고 있다.
바람직하게는, 댐핑 파라미터가 각 선형펌프에 대한 배압을 변화시키므로써 변화된다.
수압회로는 진동하는 폰툰의 상대운동으로부터 수압에너지를 추출하도록 제공되어 있다. 이 회로는 관성체와 폰툰 사이에서 연결가능한 적어도 하나의 선형 수압펌프, 그리고 펌프가 신장위치와 수축위치 사이에서 이동될 때 수압라인을 따라 펌프로부터 전달된 수압에너지가 저장되어 있는 수압 매니폴드를 포함하고 있다.
바람직하게, 회로는 각각의 펌프를 위해 펌프가 신장된 위치로부터 수축위치로 가압될 때 수압에너지를 받아들이는 제1 어큐뮬레이터, 수축된 유치로부터 신장된 위치로 가압될 때 수압에너지를 받아들이는 제2 어큐뮬레이터를 포함하고 펌프로부터 유도되는 에너지를 확보하는 복수의 역지밸브는 압력 매니폴드로 전환된다.
바람직하게 수압회로는 오일 같은 저장된 수압액체를 활용하는 한 부분과 구동식 원동기가 부유하는 물을 활용하는 나머지 한 부분으로 이루어지고 각각의 어큐뮬레이터에 배치된 트랜스퍼 배리어(transfer barrier)에 의해 고립되어 있는 2개의 부분으로 분할되어 있다.
복수의 펌프는 압력 매니폴드에 연결 가능하다.
수압회로는 관성체 및 나머지 하나의 폰툰의 상대적인 운동으로부터 에너지를 추출하기 위해 이중으로 된다.
각각의 압력 매니폴드는 터빈을 구동시켜 전기에너지를 추출하거나 고압의 물을 역삼투압 플랜트에 제공하여 염수로부터 식수를 준비하기 위해 압력액체(바람직하게는 물)제공한다.
본 발명에 따라 동력 인출과 댐핑 기구의 한 실시예 의해 보여지는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명이 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 원동기는 바아지에 부착되고 독립적 피벗적으로 연결된 부유폰툰(2, 3)을 갖는 바아지(1) 또는 부유 관성체를 포함한다. 각각의 폰툰(2, 3)은 관성체의 상응하는 힌지(7)에 연결되기 위해 힌지(5)를 갖는다. 해양 파랑 또는 파도의 영향하에 관성체(1)에 대하여 폰툰(2,3)의 운동은 관성체(1) 및 각각의 폰툰(2, 3)사이에 제공된 펌프(10)를 작동시킨다.
바람직하게, 에너지 출력을 최소화하기 위해, 폰툰(2, 3)의 너비는 임의의 선택된 위치에서 원하는 출력 필요요건, 전형적인 파도 진동수 및/또는 진폭을 충족시키도록 선택될 수 있다. 폰툰(2, 3)은 관성체(1)의 대향측에 위치된다. 사용상 원동기는 고정되거나 그렇지 않으면 밧줄로 매어져 움직이지 않게 하고 관성체에 대한 폰툰의 설정방향으로 인해, 다시 말하자면 길이방향의 축이 상호 평행한 상태로, 원동기는 이 자체를 파도 또는 해양 파랑에 직각으로 방향 잡아서 관성체에 대하여 이동하는 독립적으로 작동하는(2, 3)에 의해 최대 에너지 추출이 생기게한다. 밧줄을 매는 것은 식수에서 관성체의 상대위치에 영향을 주지 않고, 댐핑조립체(아래에 설명될 것임)의 성능에 영향을 주지 않아서 식수에 실제적으로 수직으로 움직이지 않게 댐핑조립체를 유지시킨다.
관성체(1)는 사용시 식수에서 실질적으로 움직이지 않게 몸체(1)를 유지하는 조립체를 구비하고 있다. 이 조립체는 상호 평행한 두 쌍의 이격된 레그(15a, 15b, 16a, 16b)를 포함하고 있다. 레그의 각각의 쌍은 한쪽 끝에서 관성체에 연결되어 있고, 하부 끝에서 관성 플레이트(20)에 연결되어 있다. 조립체는 윈치 및/또는 수압작동수단(도시 않됨)에 의해 관성체에 대해 상승되거나 낮추어질 수 있다. 식수에서 플레이트의 최적깊이는 약 9미터이다.
도 3a 내지 3c 관성체(1)의 상세도이다. 관성체(1)는 폰툰(2, 3)에 연결하기 위한 각각의 측상에 적어도 2개의 힌지 커플링(24)을 가진 실질적으로 중공 용기이다. 링크장치(26)는 폰툰(2, 3)상에 상기 링크장치(26)와 이에 상응하는(26a)사이에 고정된 선형펌프(10)를 위해 제공되어 있다. 펌프(10)는 관성체(1)와 각각의 폰툰(2, 3)사이에 상대적인 운동으로 신장 및 수축되도록 작동 가능하여 도 4 및 도 5에 상세히 도시된 수압회로에서 수압을 생성시킨다.
수압회로는 이동 가능한 폰툰(2, 3)의 상대적인 운동으로부터 수압에너지를 조작함으로써 파도 또는 해양 파랑으로부터 에너지를 추출하기 위해 제공된다. 하나의 수압회로는 각각의 폰툰(2, 3)을 위해 제공된다. 각각의 수압회로는 각각의 펌프(10)가 신장된 위치(위치(A), 도 4)로 부터 수축위치(위치(B), 도 4)로 가압될 때 수압을 받아들이기 위한 제1 어큐뮬레이터(32), 적어도 2개의 펌프(10), 각각의 펌프(10)가 수축위치로부터 신장위치로 가압될 때 수압에너지를 받아들이는 제2 어큐뮬레이터 그리고 풋밸브(34)의 시리즈를 포함하고 이러한 에너지를 확보하기 위한 역지밸브(39)는 매니폴드(35)에 저장된다. 회로의 한 부분에 있어서, 오일 같은 수압액체는 전달에너지에 사용되고 회로의 다른 부분에서 염수는 수압매체로서 사용된다. 2개의 액체는 각각의 어큐뮬레이터(32,34)에 배치된 트랜스퍼 배리어 (40)에 의해 분리된다. 각각의 어큐뮬레이터는 28 리터, 345 바 컨테이너를 포함한다. 특정적으로 유용한 배열에 있어서, 각각의 원동기는 3개의 전방 펌프 및 2개의 후방 펌프를 가지고 있고, 2개의 유압회로사이에 분리될 수 있다.
도 4 및 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 선형펌프(10)가 폰툰의 이동 및 5갤런(22.74)까지의 작동배수량에 의해 구동된다. 염수는 펌프를 A에서 B로 이동함으로써 생성된 부압(진공)에 의해 제1 어큐뮬레이터(32)내로 단일방향으로의 풋밸브(37)을 통하여 끌어 올려진다. 수압오일은 펌프로부터 역지밸브를 통하여 300 바의 압력으로 되어 있는 압력매니폴드(35)내로 트랜스퍼배리어의 나머지 측에 염수를 가압하는 제2 어큐뮬레이터(34)내로 가압된다. 반대로, 펌프(10)가 B에서 A로 구동될 때, 염수는 대향 풋밸브(37)로부터 제2 어큐뮬레이터(34)로 끌어올려지고 수압에너지는 제1 어큐뮬레이터(32)에 있는 염수를 각각의 역지밸브(39)를 통하여 매니폴드(35)내로 가압한다. 펌프(10)의 왕복운동으로부터, 압력에너지는 규칙적인 방식으로 활용되어질 매니폴드(35)에 저장된다. 가압된 염수는 제어 가능하게 방출될 수 있어서 압력에너지 변환을 위한 터빈을 전기에너지로 구동하거나 염수의 염분을 제거하기 위한 역삼투압 플렌트에서 직접 사용될 수 있다.
또한 유도되는 압력에너지는 관성체(1)에 대해 폰톤(2, 3)의 운동의 상대적인 자유도를 가변함으로써 원동기의 댐핑특성을 변화시키도록 적용될 수 있다. 배압을 펌프(10)에 적용함으로써, 원동기의 전체의 강성이 증가된다. 또한 이러한 강성은 구조의 댐핑 파라메터를 가변시켜 원동기의 전체에너지 효율을 변화시킨다. 종래 제어 기술을 사용하는 펌프(10)에 대해 배압을 적용함으로써, 원동기의 에너지효율과 댐핑파라메터는 현재 날씨, 파고, 진동수 그리고 해양 파랑에 따라 조정될 수 있다.
본 발명은 특히 식수가 부족한 섬 지역 및 해안 지역에 적용된다. 본 발명은 동력생성을 위한 사용에 쉽게 적용가능하고 또는 식수를 직접 생산하는데 적용될 수 있다. 본 발명은 이동부품의 최소 개수를 사용하여 견고하고 파동력 원동기의 유지비용과 전체 코스트를 감소시킨다. 수압시스템에 배압을 가변하는 설비는 댐핑을 가변 가능하게 한다. 배압은 리모트 컨트롤 수단을 작동 가능하게 사용하는 밸브 제어된 피드백 회로를 사용하도록 제어될 수 있다. 원동기는 독립적으로 사용될 수 있거나 표준 제어기술과 원격 측정법을 사용하도록 멀리 떨어져 제어되는 복수의 다른 원동기에 연결될 수 있다.
본 발명은 실시예에 의해 여기에 설명된 상세한 설명에 국한되는 것이 아니고 첨부된 청구항에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (12)

  1. 펌프를 작동시키기 위해 서로에 대해 이동하는 적어도 2개의 폰툰(2,3)을 가지고 있는 타입의 파동력 구동식 원동기에 있어서, 상기 원동기는 동력 인출 및 댐핑 기구를 포함하고 있고, 상기 동력 인출 및 댐핑 기구는:
    폰툰의 운동을 수압 에너지로 전환하는 수단(10);
    압력 에너지를 단일 방향 형태로 수정하는 수단(32,34,37,39);
    압력 에너지를 조절하는 제어수단; 및
    폰툰의 댐핑 파라미터를 변화시키는 피드백 수단을 포함하고 있는 댐핑 수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  2. 제 1 항에 있어서, 파동력 구동식 원동기는 부유 관성체(1)에 의해 이격된 2개의 이동가능한 폰툰을 가지고 있고, 각각의 폰툰은 펌프를 작동시키도록 관성체에 대해 독립적으로 이동가능하고, 관성체는 또다른 댐핑 수단으로서 수중에서 관성체의 수직 이동을 제한하도록 작동가능한 관성 플레이트(20)를 가지고 있는 것을 특징으로 파동력 구동식 원동기.
  3. 제 2 항에 있어서, 전환 수단은 각각의 이동가능한 폰툰과 관성체 사이에 연결된 적어도 하나의 선형 수압 펌프(10)로 이루어진 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  4. 제 3 항에 있어서, 기구의 댐핑 수단은 각 폰툰의 관성체에 대한 운동 자유도를 변화시키는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  5. 제 4 항에 있어서, 댐핑 파라미터는 각 선형 펌프로의 배압을 변화시킴으로써 변경되어지는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  6. 제 5 항에 있어서, 피드백 수단은 각 선형 수압 펌프에 있어서의 배압을 조절하도록 조정가능하여 관성체와 각 독립적으로 이동가능한 포툰 사이의 상대 운동이 변화되는 것을 가능하게 해줌으로써 댐핑 파라미터를 변화시키는 복수의 밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 수정 수단은 적어도 하나의 압력 어큐뮬레이터(32,34)와 함께 작동하는 복수의 역지 밸브(37,39)로 이루어진 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 파동력 구동식 원동기는 폰툰의 상대 운동으로부터 수압 에너지를 추출하고 관성체와 폰툰 사이에 연결가능한 적어도 하나의 선형 수압 펌프(10)로 이루어진 적어도 하나의 수압 회로 및 펌프가 신장 위치와 수축 위치 사이에서 이동될 때 수압 라인을 따라 펌프로부터 전달된 수압 에너지가 저장되는 압력 매니폴드(35)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  9. 제 8 항에 있어서, 회로는 각 펌프에 대해 펌프가 신장 위치로부터 수축 위치로 가압될 때 수압 에너지를 받아들이는 제1 어큐뮬레이터, 펌프가 수축 위치로부터 신장 위치로 가압될 때 수압 에너지를 받아들이는 제2 어큐뮬레이터 및 펌프로부터 얻어진 에너지가 압력 매니폴드로 유도되도록 보장해주는 복수의 역지 밸브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  10. 제 9 항에 있어서, 수압 회로는 두 부분으로 나누어져 있고, 그 중 한 부분은 오일과 같은 저정된 유압 유체를 사용하고, 다른 한 부분은 원동기가 부유하는 물을 사용하며, 상기 양 부분은 각각의 어큐뮬레이터내에 배치된 트랜스퍼 배리어 (40)에 의해 서로로부터 격리되어 있는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 펌프는 압력 매니폴드에 연결가능한 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 매니폴드는 전기 에너지를 추출하도록 터빈을 작동시키거나 염수로부터 식수를 만들도록 역삼투식 플랜트에 고압수를 제공하기 위한 압축 유체(바람직하게는 물)을 제공하는 것을 특징으로 하는 파동력 구동식 원동기.
KR1020007005946A 1997-12-01 1998-12-01 파동력 구동식 원동기 KR20010032665A (ko)

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