KR20160128299A

KR20160128299A - 유체역학 시스템

Info

Publication number: KR20160128299A
Application number: KR1020167019425A
Authority: KR
Inventors: 제레미 트레바르쎈
Original assignee: 플리오사우루 에너지 리미티드
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-11-07
Also published as: CA2935485A1; CN106103978A; US20160327014A1; GB2521836A; CA2935485C; CN106103978B; EP3094860A1; JP2017501344A; GB201400026D0; US10077756B2; GB2521836B; WO2015101781A1; JP6616323B2

Abstract

수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 유체역학 시스템이 개시되고, 시스템은 계류(mooring)를 위한 부유 가능한 또는 부유식 구조물을 포함하고, 구조물은, 일반적으로 수평인 로터(12); 로터를 회전시키기 위해, 사용시, 언더슈트 유로(undershoot flow path) 및 오버토핑 유로(overtopping flow path)로 충돌수(impinging water)를 편향시키기 위한 디플렉터(deflector, 13, 15); 및 로터의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 발전기를 포함한다. 계류를 위한 앵커 및 계류 방법인, 시스템의 네트워크화가 또한 개시된다.

Description

유체역학 시스템{Hydrokinetic system}

본 발명은 수력으로부터 전기를 발생시키는 것에 관한 것이다. 특히, 독점적이지는 않지만, 본 발명은 강류, 해류 및 조류뿐만 아니라, 파력 에너지(wave energy)로부터 전기를 생성하기 위한 유체역학 시스템, 앵커(anchor), 및 계류(mooring) 방법에 관한 것이다.

재생 에너지원은 한정된 화석 연료와는 다르게 본질적으로 무궁무진하다. 화석 연료가 연소될 때 방출되는 온실 가스는 기후 변화의 원인이 되고 따라서 지구 온도의 상승을 초래하므로, 재생 에너지의 생산량을 증가시킴으로써, 우리는 지속 가능하게 삶을 영위할 수 있을 뿐만 아니라 환경 보호에 도움을 줄 수 있다.

수력은 이미 세계의 기존의 재생 생산량의 상당 부분을 차지하는 상용 기술이며, 이 생산량의 대부분은 댐 속에 갇힌 유체의 위치 에너지를 이용하기 위해 터빈을 사용하는 대규모 수력 발전 프로젝트에 의해 생산된다. 이러한 유형의 개발의 문제점은 토지 이용, 환경 문제 및 높은 자본비에 대한 계속 증가하는 제약이다.

유체역학 에너지는 널리 이용되고 있지만, 소비자에게 가격 경쟁력이 있는 전기를 확실하게 제공할 수 있는 새로운 기술에 대한 중요한 글로벌 마케팅 기회이다. 또한 새로운 기술은 지방 자치단체에 의해 제재를 받을 수 있는 가능성뿐만 아니라 다양한 EU 지침 및 국내 법안에 규정된 환경 기준을 충족시켜야 하는 현실적인 가능성을 갖기 때문에, 환경에 대한 관심, 기존의 로비 그룹 및 지역 주민의 증가하는 기대감을 충족시켜야 한다는 것을 또한 최근의 역사적인 선례가 보여 주고 있다. 이러한 사업 부문은 전세계적으로 기업으로부터 점점 더 많은 관심을 받고 있지만, 아직 선두 주자가 확인되지 않았고 기존의 모든 시스템은 일정 형태의 상업적 또는 설계상의 한계를 갖고 있다.

유체역학 장치의 기술 개발은 하사식 물레방아(undershot waterwheel)를 이용한 고대 로마의 건축가인 비트루비우스(Vitruvius)로 거슬러 올라갈 수 있다. 고대 로마는 또한 16 개의 하사식 물레방아를 배치한 인상적인 제분소를 바르베갈(Barbegal)에 건설했다.

또한 고대 로마인들이 티베르 강에서 제분소를 가동하기 위해 떠있는 하사식 물레방아를 처음으로 사용한 것을 나타내는 증거가 존재한다.

대부분의 물레방아는 이들의 낮은 출력으로 인해 더 이상 상업적으로 가동되지는 않지만, 이 기술의 재평가는 신규 및 기존 기술을 병합하고자 하는 재생 에너지 분야의 많은 이들에게 관심을 끈다. 이의 일례는 미국의 "Hydro volt"가 판매하는 Darrieus, Savonius, Barrel 및 Flipwing 로터이다.

축류 터빈, 수직축 터빈 및 아르키메데스 스크류형 로터와 같은 융합 기술의 상업적인 예가 또한 존재한다. 종래 기술의 휠과 터빈은 철저한 환경적 및 상업적 검토를 받으며 종종 이러한 이유로 이용되지 못한다.

상업적으로 실행 가능하고 환경적으로 민감한 유체역학 장치를 개발하는 어려움을 과소평가하지 않아야 하는데, 특히 바다는 매우 적대적인 환경이기 때문이다. 강풍으로 인한 폭풍 피해는 잘 알려져 있고 해수는 대부분의 금속에 매우 부식성이다. 해초 및 기타 미세 해양 생물에 의한 오염 또한 단 몇 달 만에 일어나는 문제이다. 한 가지 특별한 문제는 전기 무결성(electrical integrity)인데, 바위 상의 장기적인 해저 전력 케이블의 무결성이, 이들의 설치를 위한 견고한 기반을 필요로 하는 장치에 대해 아직 해결되지 않았기 때문이다.

종래 기술의 장치와 연관된 또 다른 문제는 유지보수의 용이성이다. 장치의 복구하기 위해 잠수 지원선(Diving Support Vessel, DSV)을 필요로 하는 해저 장치에 대해 작업 비용은 매우 높다. 부유식 장치는 통상적으로 잠수 지원선(DSV)을 필요로 하지 않지만, 손상된 로터 베어링과 같은 대규모 수리를 하기 위해 자주 드라이 도크(dry dock)로 회수될 필요가 있다.

양호한 신뢰성과 회복력을 갖는 효율적이고 친환경적인 유체역학 장치가 본 기술 분야에서 필요하다.

본 발명의 목적은 종래 기술과 연관된 적어도 하나의 문제점을 극복하는 유체역학 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 로터를 구동하기 위한, 언더슈트 유로(undershoot flow path) 및 오버토핑 유로(overtopping flow path) 모두를 형성하는 구조물을 포함하는 유체역학 시스템이 제공된다. 이러한 시스템은 유리한 효율성 증대를 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 유체역학 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 계류를 위한 부유 가능한 또는 부유식 구조물을 포함하고, 상기 구조물은, 일반적으로 수평인 로터; 로터를 회전시키기 위해, 사용시, 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로로 충돌수를 편향시키기 위한 디플렉터; 및 로터의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 발전기를 포함한다.

시스템의 사용시, 충돌수는 바람직하게, 예를 들어, 강류, 해류 또는 조류와 같은 물 스트림일 수 있다. 바람직하게, 시스템은 이러한 스트림의 표면에 배치될 수 있다. 특히, 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로 모두의 존재로 인해, 시스템은 스트림의 흐름으로부터 뿐만 아니라 스트림의 표면에 존재할 수 있는 모든 파도로부터 수력을 활용할 수 있다. 일 실시형태에서, 시스템은, 스트림 내의 모든 파도의 적어도 일부가 오버토핑 유로로 편향되는 반면, 물의 하부 흐름의 적어도 일부는 언더슈트 유로로 편향되도록 배치될 수 있고, 두 유로를 따라 편향되는 물은 로터를 구동시킨다.

일 실시형태에서, 상기 또는 각각의 디플렉터는 오버토핑 유로로 물을 편향시키기 위한 상부 표면 및 언더슈트 유로로 물을 편향시키기 위한 하부 표면을 포함한다. 이러한 방식으로, 디플렉터의 하부 표면에 충돌하는 하부 흐름의 물은 하부 표면에 의해 언더슈트 유로로 편향되고, 디플렉터의 상부 표면에 충돌하는 표면 파도의 물은 오버토핑 유로로 편향된다. 이러한 구성은 각각의 유로로 충돌수를 분리하는 간단하고 강력한 방법을 제공한다.

일 실시형태에서, 상기 또는 각각의 디플렉터는 종축을 따라 연장될 수 있다. 상기 또는 각각의 디플렉터는 선택적으로 종축을 따라 규칙적일 수 있다. 상기 또는 각각의 디플렉터는 상부 및 하부 표면을 형성하는 삼각 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 또는 각각의 디플렉터는 바람직하게 삼각형의 꼭지점이 로터의 반대쪽을 향하고 디플렉터의 측면이 로터를 향하도록 장착될 수 있고, 디플렉터의 종축은 로터의 회전축에 일반적으로 평행하다.

바람직하게, 로터의 반대쪽을 향하는 꼭지점은 사용시 실질적으로 수위에 놓일 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 디플렉터는 불규칙한 삼각 단면을 포함할 수 있고, 단면에서 가장 짧은 표면은 로터를 향하고, 단면에서 가장 긴 표면은 하부 표면을 형성하도록 일반적으로 아래쪽을 향하며, 단면에서 나머지 표면은 상부 표면을 형성하도록 일반적으로 위쪽을 향한다.

충돌수는 물이 전방 방향으로부터 충돌할 때 전방의 오버토핑 유로로 안내될 수 있고 물이 후방 방향으로부터 충돌할 때 후방의 오버토핑 유로로 안내될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템이, 조수에서와 같이, 시스템에 대해 양방향으로 흐르는 물에서 사용되는 경우, 물의 흐름의 우세한 방향에 관계 없이 최대 효율로 전기가 발생될 수 있다. 이러한 환경에서, 로터의 회전 방향은 일반적으로 언더슈트 유로 내의 물의 흐름 방향에 의해 결정될 것이다. 충돌수를, 로터의 각 측면에 하나씩, 둘 중 어느 하나의 오버토핑 유로로 안내함으로써, 각각의 오버토핑 유로 내의 물은 언더슈트 유로 내의 물에 의해 결정된 로터의 회전 방향을 보강하는 역할을 한다.

예를 들어, 구조물은 전방 방향으로부터 충돌하는 물을 전방의 오버토핑 유로로 편향시키기 위한 전방 디플렉터 및 후방 방향으로부터 충돌하는 물을 후방의 오버토핑 유로로 편향시키기 위한 후방 디플렉터를 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 로터의 적어도 일부는 언더슈트 유로와 결합하기 위해 디플렉터 또는 디플렉터들 아래에서 떨어져 있다.

일 실시형태에서, 시스템은, 로터 상에 작용하는 정수두를 제공하기 위해 오버토핑 유로를 따라 편향되는 물을 수집하기 위한, 로터의 측면 근처에서 오버토핑 저수조를 형성하는 이동 부재를 포함한다. 시스템이 양방향성을 위해 전방 및 후방의 오버토핑 유로로 물을 안내하도록 구성되는 경우, 시스템은 바람직하게, 로터의 해당 측면에 작용하는 정수두를 제공하기 위해 오버토핑 유로를 따라 편향되는 물을 수집하기 위한, 로터의 각각의 전방 및 후방 측면 근처에서 각각의 전방 및 후방 오버토핑 저수조를 형성하는 전방 및 후방 이동 부재를 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 또는 각각의 이동 부재는 연결된 오버토핑 유로를 활성화 또는 비활성화시킨다. 바람직하게, 상기 또는 각각의 이동 부재는, 연결된(활성화된) 오버토핑 유로를 따라 편향된 물이 연결된 오버토핑 저수조에 수집되는 폐쇄 위치 및 연결된(비활성화된) 오버토핑 유로를 따라 편향된 물이 로터의 연결된 측면을 지나 흐르게 되는 개방 위치 사이에서 이동할 수 있다. 선택적으로, 상기 또는 각각의 이동 부재는 루버 도어를 포함할 수 있다. 상기 또는 각각의 전방 이동 부재는 하나 이상의 전방 루어 도어를 포함할 수 있고, 및/또는 상기 또는 각각의 후방 이동 부재는 하나 이상의 후방 루어 도어를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템은 다수의 전방 및 후방 루어 도어를 포함할 수 있다.

부력을 유지하는 것을 돕기 위해, 상기 또는 각각의 디플렉터는 내부에 배치되는 포장 재료를 구비하는 중공의 외부 몸체를 포함할 수 있다.

막힘을 완화시키기 위해, 시스템은 오버토핑 유로와 교차하도록 장착되는 데브리 스크린을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 구조물은 로터에 의해 다리로 이어지는 제 1 및 제 2 폰툰을 포함할 수 있다. 이는 저비용으로 양호한 안정성을 제공한다. 제 1 및 제 2 폰툰은 또한 전방 및 후방 디플렉터에 의해 다리로 이어지고 연결될 수 있으며, 각각의 디플렉터는 로터를 회전시키기 위해 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로로 충돌수를 편향시킨다. 이러한 방식으로 안정적인 양방향 구조물이 제공될 수 있다.

구조물의 균형을 위해, 상기 폰툰 중 하나는 발전기를 포함할 수 있고, 상기 폰툰 중 다른 하나는 적어도 하나의 전기 인버터, 전기 변압기, 전기 차단기, 및 송전 케이블 접속함을 포함할 수 있다.

바람직하게, 로터는 담수 베어링을 통해 장착될 수 있다. 상기 폰툰 중 적어도 하나는, 예를 들어 담수 베어링에서 사용하기 위해, 고염도 물로부터 담수를 생성하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 바람직하게, 시스템은 상기 폰툰 중 하나로부터 상기 폰툰 중 다른 하나로 담수를 공급하기 위한 담수 이송 라인을 포함할 수 있다. 바람직하게, 담수를 생성하기 위한 장치는 역삼투 장치일 수 있다.

냉각을 지원하기 위해, 구조물은 갑판 위에 통풍 시스템을 포함할 수 있다.

바람직하게, 통풍 시스템은 상승된 공기 유입구를 구비하는, 통풍 굴뚝과 같은, 통풍 부재를 포함한다. 플랫폼의 가시성을 지원하고 선택적으로 항해를 돕기 위해, 통풍 시스템 또는 통풍 부재는 항해등을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 구조물은 각각 갑판 위에 통풍 시스템을 포함하는 제 1 및 제 2 폰툰을 포함한다.

상기 부유 가능한 플랫폼은 사용시 떠있는 플랫폼이다. 바람직하게, 구조물은 구조물의 부력을 조정하기 위한 하나 이상의 밸러스트 탱크를 포함할 수 있다. 구조물의 부력은, 예를 들어, 디플렉터를 충돌수와 결합시키도록 조정될 수 있다.

바람직하게, 구조물은, 사용시, 로터를 회전시키기 위해 물이 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로로 편향되도록 하기 위한 부력을 갖도록 구성될 수 있다.

일 실시형태에서, 로터는 담수로 윤활되는 베어링에 의해 폰툰 상에 장착된다.

일 실시형태에서, 로터는 방사상으로 연장되는 로터 블레이드를 구비하는 중공의 원통형 로터 몸체를 포함한다. 이는 경량의 로터를 제공한다. 강도와 내구성을 위해, 로터 몸체는 축방향으로 연장되는 텐던을 포함하는 섬유 강화 콘크리트를 포함한다. 물의 유입되는 경우 부력을 유지하기 위해, 로터 몸체는 내부에 배치되는 포장 재료를 구비할 수 있다.

시스템은 구조물을 계류시키기 위한 사하중 앵커를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 시스템은 다수의 사하중 앵커를 포함하고, 구조물은 상기 다수의 사하중 앵커에 계류시키도록 구성되거나 또는 이에 계류된다.

사하중 앵커(또는 앵커들)는 바람직하게 구조물의 호저 케이블에 부착되기 위한 지지대(즉, 하나 이상의 지지대)를 포함할 수 있고, 상기 지지대는 사하중 앵커의 일반적으로 수평인 베이스에 대해 예각을 이룬다. 일 실시형태에서, 지지대는, 사용시, 최고 천문조(HAT)에서, 그리고 HAT에서의 기상에 따른 조수의 범람을 고려한 이후, 호저 케이블 및 부착된 앵커 지지대에 의해 형성된 각도가 항상 90도 미만이 되도록 기울어진다. 바람직하게, 지지대는, 예를 들어 래치 메커니즘과 같은, 가이드 로드의 연결 메커니즘과 결합하기 위한, 예를 들어, 피시 넥과 같은 형성물을 포함할 수 있다.

상기 시스템은 구조물로부터 전기를 전송하기 위한 송전 케이블을 포함할 수 있다. 해저와 같은 기판과의 접촉에 의한 송전 케이블의 마모 손상에 대응하기 위해, 송전 케이블의 세그먼트는 부유식 구조물 및 사하중 앵커 사이에 매달릴 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로부터, 수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 네트워크화된 유체역학 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 물의 흐름과 결합하기 위한 로터 및 로터의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 발전기를 포함하는 부유식 구조물; 구조물을 계류시키기 위한 사하중 앵커; 및 구조물로부터 전기를 전송하기 위한 송전 케이블을 포함하고, 송전 케이블의 세그먼트는 부유식 구조물 및 사하중 앵커 사이에 매달린다.

일 실시형태에서, 송전 케이블은 사하중 앵커 및 시스템의 또 다른 부유식 구조물 사이에 매달린 또 다른 세그먼트를 포함한다. 송전 케이블은 상기 또 다른 부유식 구조물 및 시스템의 또 다른 사하중 앵커 사이에 매달린 또 다른 세그먼트, 또는 실제로, 다수의 또 다른 부유식 구조물 및 시스템의 또 다른 사하중 앵커 사이에 매달린 다수의 또 다른 세그먼트를 포함한다. 세그먼트는 서로 통합되거나 서로 다른 길이의 케이블을 포함할 수 있다.

바람직하게, 송전 케이블은 사하중 앵커 및 내륙의 전기 도착지 사이에 그리드 세그먼트를 포함한다. 그리드 세그먼트는 바람직하게 매립될 수 있다. 일 실시형태에서, 그리드 세그먼트는 다수의 부유식 구조물에 의해 발생되는 전기를 전송하도록 연결되는 공유 세그먼트이다.

상기 송전 케이블의 하나 이상의 매달린 세그먼트 및 바람직하게는 매달린 모든 세그먼트는 이들의 부력을 지원하는 케이블 플로트를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 상기 송전 케이블의 하나 이상의 매달린 세그먼트 및 바람직하게는 매달린 모든 세그먼트는 수평면에 벤드를 포함한다.

추가적인 강도를 위해, 송전 케이블은 바람직하게 전기 절연성 물질 내에서 캡슐화되는 전기 전도성 물질로 코팅된 다수의 탄소 섬유 필라멘트를 포함할 수 있다. 전기 전도성 물질은 예를 들어 니켈일 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로부터, 부유식 구조물의 인장 계류를 위한 사하중 앵커가 구비되고, 상기 앵커는, 배치 위치에서 해저 상에 안착하기 위한 앵커 베이스; 및 부유식 구조물의 계류 케이블에 부착되기 위한, 앵커 베이스로부터 연장되는 지지대를 포함하고, 상기 지지대는 앵커 베이스가 배치 위치에 있을 때 앵커 베이스로부터 비-수직으로 연장된다.

바람직하게, 지지대는 수직으로부터 적어도 5도, 바람직하게 적어도 10도 기울어질 수 있다. 바람직하게, 앵커는 앵커 베이스로부터 연장되는 다수의 상기 지지대를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 지지대(들)는 적어도 0.5 미터의 길이, 예를 들어 적어도 0.5 내지 2 미터 범위의 길이를 가질 수 있다.

바람직하게, 지지대는 사하중 앵커, 특히 앵커 베이스의 일반적으로 수평인 해저에 안착된 표면에 대해 예각을 이룰 수 있다.

바람직하게, 지지대는 사용시 해저에 대해 예각을 이룰 수 있다. 일 실시형태에서, 지지대는 10 내지 80도 범위의 각도로 예각을 이룬다.

부유식 구조물의 계류를 보장하기 위해, 지지대는, 사용시, 최고 천문조(HAT)에서, 그리고 HAT에서의 기상에 따른 조수의 범람을 고려한 이후, 케이블과 부착된 앵커 지지대에 의해 형성된 각도가 항상 90도 미만이 되도록 기울어질 수 있다.

지지대에 케이블을 용이하게 부착하기 위해, 지지대는 바람직하게 가이드 로드의 연결 메커니즘과 결합하기 위한, 예를 들어, 피시 넥과 같은 형성물을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 바람직하게 계류 케이블이 가이드 로드를 이용하여 지지대로 삽입되게 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 부유식 구조물을 계류시키는 방법이 제공되고, 상기 방법은, 사하중 앵커를 해저에 배치하는 단계, 상기 사하중 앵커는 연결 메커니즘과 결합하기 위한 형성물을 포함하는 비-수직으로 연장되는 지지대를 포함하고; 가이드 로드를 상기 지지대의 형성물과 결합시키는 단계; 지지대와 결합시키기 위해 가이드 로드를 따라 부유식 구조물의 계류 케이블의 링을 삽입하는 단계; 지지대와 링의 결합을 유지하기 위해 계류 케이블에 장력을 인가하는 단계; 및 상기 지지대의 형성물로부터 가이드 로드를 분리하는 단계를 포함한다. 사하중 앵커 및/또는 부유식 구조물은 예를 들어 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같을 수 있다. 바람직하게, 가이드 로드는 지지대의 형성물과 함께 수중 탐색을 보조하기 위한 카메라를 포함할 수 있다.

바람직하게, 장력은 동일한 방법에 따라 반대편의 제 2 앵커에 계류시킴으로써 계류 케이블 내에서 유지될 수 있다. 장력은 따라서 인장 계류에 의해 반대편 케이블 내에서 상호간에 유지될 수 있다.

바람직하게, 다수의 계류 케이블이 동일한 방법에 따라 앵커에 부착될 수 있다.

본 명세서의 상세한 설명과 청구항 전반에 걸쳐, "포함하다"와 "함유하다"라는 단어 및 예를 들어, "포함하는"과 같은 단어의 변형은 "제한되지 않고 포함하는"을 의미하며, 다른 구성요소, 요소, 정수 또는 단계를 배제하지 않는다. 또한 단수는 문맥에 따라 달리 해석되지 않는 한 복수를 포함하며, 특히, 부정 관사가 사용되는 경우, 문맥에 따라 달리 해석되지 않는 한 명세서는 복수뿐만 아니라 단수도 고려하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 각각의 양태의 바람직한 특징은 임의의 다른 양태와 양립할 수 없지 않는 한 이와 함께 설명될 수 있다. 본 발명의 그 밖의 특징은 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 대체로 말하면, 본 발명은 이 명세서(모든 첨부한 청구항 및 도면을 포함함)에 개시된 특징 중 임의의 신규한 하나의 특징 또는 이들의 임의의 신규한 조합으로 확대된다. 따라서, 본 발명의 특정 양태, 실시형태 또는 실시예와 함께 설명되는 특징, 정수, 특성, 화합물은 본원에 개시된 임의의 다른 양태, 실시형태 또는 실시예와 양립할 수 없지 않는 한 이에 적용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 또한, 달리 명시하지 않는 한, 본원에 개시된 임의의 특징은 동일하거나 유사한 목적을 달성하는 대안적인 특징으로 대체될 수 있다.

본 발명이 더욱 잘 이해될 수 있도록, 첨부한 도면을 예로서 참조할 것이다, 도면에서:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 유체역학 시스템의 정면도이고;
도2a는 시스템의 좌측 폰툰이 생략된, 도 1의 시스템의 부분 등각투상도이고;
도 2b는 도 2a의 도면에 해당하는 부분 단부도이고;
도 2c는 도 2b에서의 영역 A의 상세도이고;
도 3a는 도 1의 시스템의 평면도이고;
도 3b는 도 1의 시스템의 측면도이고;
도 3c는 도 3a에서의 영역 A의 상세도이고;
도4a는 도 1의 시스템의 로터 어셈블리의 단부도이고;
도 4b는 도 4a의 로터 어셈블리의 정면도이고;
도 4c는 도 4a에서의 영역 B의 상세도이고;
도 4d는 도 4b에서의 영역 A의 상세도이고;
도 5a는 도 4a의 로터 어셈블리의 트럼펫 텐션 어셈블리의 단부도이고;
도 5b는 도 5a의 트럼펫 텐션 어셈블리의 정면도이고;
도 5c는 도 5a의 트럼펫 텐션 어셈블리의 대향 단부도이고;
도 5d는 도 5b의 라인 A에서 취한, 도 5a의 트럼펫 텐션 어셈블리의 단면 정면도이고;
도 6a는 도 4a의 로터 어셈블리의 로터 블레이드 어셈블리의 등각투상도이고;
도 6b는 도 6a의 로터 블레이드 어셈블리의 단부도이고;
도 7a는 도 1의 시스템의 우측 베어링 하우징의 단부도이고;
도 7b는 도 7a의 베어링 하우징의 평면도이고;
도 7c는 도 7a의 베어링 하우징의 정면도이고;
도 7d는 도 7c의 라인 A에서, 취한, 도 7a의 베어링 하우징의 단면 단부도이고;
도 7e는 도 7d에서의 영역 A의 상세도이고;
도 8a는 도 7a의 폰툰 베어링 하우징의 브레이크 어셈블리의 평면도이고;
도 8b는 도 8a의 브레이크 베어링의 단부도이고;
도 8c는 도8a의 브레이크 어셈블리의 정면도이고;
도 8d는 도 8c의 라인 A에서 취한, 도 8a의 브레이크 어셈블리의 단면 단부도이고;
도8e는 도 8d에서의 영역 B의 상세도이고;
도 9a는 도 1의 시스템의 우측 폰툰의 평면도이고;
도 9b는 도 9a의 우측 폰툰의 정면도이고;
도 9c는 도 9b의 라인 A에서 취한, 도 9a의 우측 폰툰의 단면도이고;
도 9d는 도 9a의 우측 폰툰의 단부도이고;
도 9e는 도 9c의 상세도이고;
도 10은 외부 쉘이 제거된, 도 9a의 우측 폰툰의 굴뚝 어셈블리의 등각투상도이고;
도 11a는 도 1의 시스템의 좌측 폰툰의 평면도이고;
도 11b는 도 11a의 좌측 폰툰의 정면도이고;
도 11c는 도 11a의 좌측 폰툰의 단부도이고;
도 11d는 도 11b의 라인 A에서 취한, 도 11a의 좌측 폰툰의 단면도이고;
도 11e는 도 11d의 상세도이고;
도 12는 외부 쉘이 제거된, 도 11a의 좌측 폰툰의 굴뚝 어셈블리의 등각투상도이고;
도 13a는 도 1의 시스템의 커버 어셈블리의 단부도이고
도 13b는 도 13a의 커버 어셈블리의 평면도이고;
도 13c는 도 13b의 라인 B에서 취한, 도 13a의 커버 어셈블리의 단면 정면도이고;
도 14a는 도 1의 시스템의 사하중 앵커의 단부도이고;
도 14b는 도 14a에서의 영역 A의 상세도이고;
도 14c는 도 14a의 사하중 앵커의 등각투상도이고;
도 15a는 도 1의 시스템의 폰툰 앵커 어셈블리의 정면도이고;
도 15b는 도 15a의 라인 A를 따라 취한, 도 15a의 앵커 어셈블리의 단면도이고;
도 15c는 도 15b에서의 영역 B의 상세도이고;
도 15d는 도 15b에서의 영역 C의 상세도이고; 및
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 네트워크화된 유체역학 시스템의 평면도이다.

도 1 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 양방향 해류의 운동 에너지 및 파력 에너지를 전기로 변환하기 위한 유체역학 시스템(2)이 제공된다. 유체역학 시스템(2)은 부유식 플랫폼(4)과 제 1 및 제 2 사하중 앵커(deadweight anchor, 6)를 포함한다.

부유식 플랫폼(4)은 좌우측으로 이격된 폰툰(pontoon, 8, 10)을 포함하고, 이들 각각의 폰툰은 간소화를 위해 각이 진 선수(bow)와 선미(stern)를 구비한다. 폰툰(8, 10)은 일반적으로 서로에 대해 평행하고, 직각으로 배향된 일반적으로 원통형인 로터 어셈블리(12)에 의해 중앙에서 다리로 이어진다(bridged). 로터 어셈블리(12)의 전방과 후방에, 부유식 플랫폼은 제 1 및 제 2 디플렉터(deflector, 13, 15)를 포함하고, 이들은 또한 아래에서 설명되는 바와 같이 폰툰(8, 10)을 다리로 이어주고 연결하며 물의 흐름을 로터 어셈블리(12)로 안내한다. 로터 어셈블리(12)는 다수의 루버 도어(louvre door, 18)를 포함하는 커버 어셈블리(17)에 의해 커버되고, 이들 루버 도어는 또한 아래에서 설명되는 바와 같이 물의 흐름을 안내하는 역할을 한다.

이제 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 로터 어셈블리(12)는 시스템의 터빈 역할을 한다. 로터 어셈블리(12)는 일반적으로 방사상으로 연장되는 로터 블레이드(16)를 지지하는 균일한 원통형의 로터 몸체(14)를 포함한다. 로터 몸체(14)는 로터 어셈블리(12)의 연결된 좌측 및 우측 허브 어셈블리(20, 22)를 통해 좌측 및 우측 폰툰(8, 10)에 회전 가능하게 장착된다.

로터 몸체(14)는 잠재적인 물의 유입이 로터 어셈블리(12)의 부력에 크게 영향을 주지 않도록 경량 기포(19)로 충진된 강화 콘크리트로 제작되는 중공 실린더이다. 이는, 예를 들어 하나 이상의 허브 어셈블리(20, 22)를 교체하거나 수리할 필요가 있는 경우 로터 어셈블리(12)의 유지보수를 용이하게 한다. 또한, 향상된 부력은 좌측 및 우측 베어링 하우징(24, 26) 내에서 동적 마찰을 크게 줄이고, 이들 하우징 내에서 로터 어셈블리(12)는 아래에서 설명되는 바와 같이 좌측 및 우측 폰툰(8, 10) 상에 회전 가능하게 장착된다.

로터 몸체(14)를 형성하는 강화 콘크리트의 인장 강도를 향상시키기 위해, 로터 몸체(14)의 좌측 및 우측 표면은 정렬된 포스트 텐션 트럼펫 어셈블리(post tension trumpet assembly, 31)의 내장형 링을 포함한다. 이제 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 각각의 텐션 트럼펫 어셈블리는 트럼펫(28), 앵커 헤드(30), 스레드 어댑터(threaded adaptor, 34) 및 톱니형 스틸 웨지(32)를 포함한다. 포스트 텐션 힘은, 로터 몸체(14)를 따라 축방향으로 연장되고, 양 단부에서 트럼프 어셈블리(31)에 연결되는 다수의 덕트(미도시) 내부의 하나 이상의 스트랜드(strand)로 구성된 텐던(tendon, 미도시)에 의해 제공된다. 스트랜드는 고압의 유압 잭에 의해 스트레스를 받고 경질의 톱니형 스틸 웨지(32)로 폐쇄된다. 각각의 트럼펫(28)은 허브 어셈블리(20, 22)를 로터 몸체(14)의 각각의 단부에 부착시키는데 사용되는 스레드 어댑터(34)를 위한 내부 스레드를 구비한다.

로터 어셈블리(12)의 좌측 및 우측 허브 어셈블리(20, 22)는 구조상 동일하다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 각각의 허브 어셈블리(20, 22)는 림(rim, 21) 및 내부에 로터 축 홈(29)을 구비하는 각각의 좌측 및 우측 로터 축(25, 27)에 림을 연결하는 다수의 스포크(spoke, 23)를 포함한다.

도 4b, 도 4c, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 로터 몸체(14)는 다수의 로터 블레이드(16)를 구비한다. 로터 블레이드(16)는, 본 기술 분야에 공지된, 물 흐름과의 인터페이스를 제공하는 다수의 로터 블레이드 앵커 플레이트(36)에 의해 로터 몸체(14)에 고정되게 부착된다. 앵커 플레이트(36)는 로터 블레이드(16)와 함께 로터 블레이드 어셈블리(37)를 형성한다.

이제 도 7a 내지 도 7e를 참조하면, 우측 베어링 하우징(26)은 우측 폰툰(10)에 고정되게 부착되어 수밀 격벽(water tight bulkhead)을 형성한다. 베어링 하우징(26)은 일반적으로 블록 형상이고, 베어링 하우징(26)의 상부 벽(39)은 폰툰(10)의 인접 부분의 정렬된 덕트와 결합하기 위한 스레드 로드(threaded rod, 미도시)를 수용하기 위한 다수의 덕트를 포함한다. 추가로 도 9a를 참조하면, 로드는 우측 폰툰(10)의 갑판에서 접근할 수 있는 너트 박스(41)를 통해 제자리에서 고정될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 베어링 하우징(26)은 우측 폰툰(10)의 갑판에 추가적인 구조 강도를 제공하는 반면, 필요한 경우 쉽게 교체될 수 있다.

우측 베어링 하우징(26)은 구면 베어링(40) 내부에 담수로 윤활되는 저널 베어링(38)을 포함한다. 구면 베어링(40)은 부유식 플랫폼의 파력이 유도하는 휨 또는 오정렬로 인한 저널 베어링(38)에 대한 에지 마모의 위험을 완화시킨다. 구면 베어링(40)의 잠재적인 회전을 방지하기 위해, 구면 베어링(40)은 짧은 스터브 액슬(stud axle, 42)을 포함한다. 이 스터브 액슬(42)은 하우징(44)에 의해 유지되지만, 허용오차는 구면 베어링(40)의 제한된 이동을 여전히 가능하게 한다.

담수로 윤활되는 저널 베어링(38)은 다수의 담수 포트(52) 및 물의 유입을 방지하기 위한 로터 축 밀봉 시스템(54)을 포함한다. 구면 베어링(40)은 또한 수밀 밀봉을 형성하기 위해 그리스(grease)로 윤활된다.

이제 추가적으로 도 8a 내지 도 8e를 참조하면, 우측 베어링 하우징(26)은 구면 베어링(40)에 부착되는 브레이크 하우징(46)을 포함한다. 브레이크 하우징(46)은, 브레이크 하우징(46)의 내부 표면 상의 다수의 홈에 의해 유지되는 다수의 고정 브레이크 디스크(48) 및 우측 로터 축(27) 내의 로터 축 홈(29)과의 결합에 의해 구동되는 회전 브레이크 디스크(50)를 포함한다. 가장 바깥쪽의 브레이크 디스크(48)에 대해 가압하는 다수의 유압식 브레이크 피스톤(51)을 사용하여 고정 브레이크 디스크(48)와 회전 브레이크 디스크(50)를 함께 압축함으로써 필요한 경우 제동력이 인가될 수 있다.

좌측 베어링 하우징(24)은 좌측 폰툰(8)에 고정되게 부착되고 좌측 로터 축(25)과 결합하는 것을 제외하고 우측 베어링 하우징과 동일하다.

베어링 하우징(24, 26) 내에서 로터 어셈블리를 지지하는 것 외에도, 폰툰(8, 10)은 로터 어셈블리(12)의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 그리고 발생된 전기의 전송을 용이하게 하기 위한 구성요소를 포함한다.

이제 도 9a 내지 도 9e를 참조하면, 우측 폰툰(10)은 "작동측(driven end)" 역할을 하고, 우측 베어링 하우징(26) 외에도, 해수로부터 담수를 생산하여 베어링 하우징(24, 26) 내의 윤활을 보조하기 위한 종래의 역삼투 시스템(55), 우측 베어링 하우징(26) 내에서 지지되는 우측 로터 축(27)에 플렉시블 커플링(58)에 의해 연결되는 기어박스(56), 및 기어박스(56) 바로 위에 배치되는 비동기 발전기(60)를 포함한다.

우측 폰툰(10)의 이들 내부 구성요소(55, 56, 58, 60) 각각은 각자의 하우징을 포함하며 자체의 기능을 수행할 필요가 있는 경우 다른 구성요소와 상호 연결된다. 이러한 모듈화는 다양한 구성요소의 유지보수 및 교체를 용이하게 한다. 하우징은, 우측 베어링 하우징(26)에 대해 위에서 설명한 덕트와 로드 구성(미도시)에 의해 제자리에서 제거 가능하게 고정되며 따라서 우측 폰툰(10)에 구조 강도를 제공할 수 있다.

시스템(2)은 우측 축(27)으로부터 기어박스(56)로의 입력이 대략 8 rpm이 되도록 설계되어 상당한 양의 토크가 발생하게 한다. 저속 고 토크 입력을 고속 저 토크 입력으로 변환하기 위해, 기어박스(56)는 다섯 단계(미도시)를 포함한다. 첫 번째 세 단계는 유성 기어 설계를 갖고 단계 4 및 단계 5는 스퍼 기어 설계를 이용한다. 이러한 구성에서, 비동기 발전기에 연결된, 기어박스(56)의 출력축은 대략 1,000 rpm으로 회전한다.

추가적으로 도 10을 참조하면, 우측 폰툰(10)의 내부 구성요소(55, 56, 58, 60)는 우측 폰툰(10)의 갑판 위에 구비된 우측 통풍 굴뚝(ventilation funnel, 62)의 도움으로 냉각된다. 우측 통풍 굴뚝(62)은, 우측 폰툰(10)의 내부 구성요소(55, 56, 58, 60)를 환기시키고 냉각시키기 위한 각각의 통풍 매니폴드(68)로 이어지는 제 1 및 제 2 수직 통풍 덕트(66)(하나는 유입 덕트, 다른 하나는 배출 덕트)에 연결되고 이에 의해 지지되는 공기 유입구/배출구(64)(필터를 구비함)를 포함한다. 공기는 팬(65)에 의해 공기 유입구/배출구(64)를 통해 통풍 덕트(62)로 유입되고 배출된다. 또한 접근 출입구(70), 역삼투 시스템(55)으로 해수를 공급하기 위한 파이프(72), 좌측 및 우측 폰툰 베어링 하우징(24, 26)에 담수를 전달하기 위한 담수 라인(74), 아래에서 설명되는 루버 도어(18)를 작동시키기 위한 모터(76), 및 발생 전기 전송 케이블(75)이 우측 폰툰의 갑판 위에 배치된다. 갑판 위의 통풍 시스템 및 다른 구성요소의 존재는 유지보수와 냉각의 용이성의 이점을 제공한다. 또한, 유입구/배출구(64)가 수직 덕트의 상부에 배치된, 갑판 위의 상당한 높이에서의 굴뚝 구성은, 갑판을 지나는 대형 파도에 의해, 예를 들어, 격랑 속에서 통풍이 손상되지 않는 것을 보장한다. 본질적으로, 굴뚝(62)은 우측 폰툰(10)의 구성요소에 냉각 공기를 안정적으로 공급할 수 있는 스노클(snorkel) 역할을 할 수 있다.

해상 선박과의 잠재적인 충돌의 위험을 완화시키기 위해, 우측 통풍 굴뚝(62)은 항해등(78)을 구비한다. 우측 통풍 굴뚝(62)은 항해 부표를 나타내도록 페인트가 칠해져 있고, 항해등 색깔 및 섬광 빈도가 정확할 때, 부유식 플랫폼(4)은 항해 부표로 활용될 수 있다. 따라서, 기존의 항해 부표의 운영 및 유지보수 비용이 시스템(2)을 이용한 조류 에너지 프로젝트로 이관될 수 있다. 주운 수로(navigation channel)에 대해, 다수의 부유식 플랫폼(4)이, 예를 들어, 수로의 양측에서 300 미터마다 이격될 수 있고, 이는 한쪽에서 1,500 미터인 통상적인 주운 수로 부표의 간격과 유리하게 비교된다.

도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 좌측 폰툰(8)은 "전기 분배측(electrical distribution end)" 역할을 하고, 좌측 베어링 하우징(24) 외에도, 전기를 변환하고 전송하기 위한 구성요소를 포함한다. 좌측 폰툰(8)은 발생 전기 전송 케이블(75)을 통해 우측 폰툰(10)으로부터 전기 에너지를 수신한다. 좌측 폰툰(8) 상에서, 전기 인버터(80)는 비동기 발전기(60)에 의해 공급되는 비동기 교류를 동기 교류로 변환한다. 동기 전류는 이후 고압 변압기(82)로 전송되고, 여기서 전류의 전압이 높아진다. 고압 변압기(82)로부터, 전류는 전기 차단기(84)로 전달된다.

좌측 폰툰(8)의 이들 내부 구성요소(80, 82, 84) 각각은 각자의 하우징을 포함하며 자체의 기능을 수행할 필요가 있는 경우 다른 구성요소와 상호 연결된다. 이러한 모듈화는 다양한 구성요소의 유지보수 및 교체를 용이하게 한다. 하우징은, 우측 베어링 하우징(26)에 대해 위에서 설명한 덕트와 로드 구성(미도시)에 의해 제자리에서 제거 가능하게 고정되며 따라서 좌측 폰툰(8)에 구조 강도를 제공할 수 있다.

추가적으로 도 12를 참조하면, 좌측 폰툰(8)의 내부 구성요소(80, 82, 84)는 좌측 폰툰(8)의 갑판 위에 구비된 좌측 통풍 굴뚝(86)의 도움으로 냉각된다. 좌측 굴뚝(86)은 우측 통풍 굴뚝(62)과 동일한 통풍 구성요소를 포함하며, 도 12에서 유사한 부분에 대해 동일한 참조번호가 사용된다. 항해 구성요소가 또한 우측 굴뚝(62)에 대해 설명한 바와 같이 존재할 수 있고, 이러한 구성요소는 필요한 경우 하나 또는 두 개의 굴뚝(62, 86)을 구비할 수 있다. 또한 발생 전기 전송 케이블(75), 좌측 베어링 하우징(24) 내에서의 윤활을 보조하기 위해 우측 폰툰에서 담수를 공급받기 위한 담수 라인(74), 다수의 접근 출입구(70), 루버 도어(18)를 구동하기 위한 모터(76), 및 송전 케이블 접속함(88)이 좌측 폰툰(8)의 갑판 위에 배치된다.

송전 케이블 접속함(88)은 전기 차단기(84)로부터 전류를 공급받고, 최대 네 개의 송전 케이블(90)과의 전기 접속을 허용한다. 각각의 전송 전력 케이블(90)은 연결된 송전 케이블 도관(92)을 통해 바다로 진입한다.

상술한 바와 같이, 시스템은 제 1 및 제 2 디플렉터(13, 15) 및 로터 어셈블리(12)의 영역 내의 물의 흐름을 안내하기 위한 다수의 루버 도어(18)를 포함한다.

다시 도 2b와 도 2c를 참조하면, 디플렉터(13, 15)는 중공의 경사진 삼각 단면을 갖고 마찬가지로 강화 콘크리트로 제작된다. 디플렉터(13, 15)의 삼각 단면은, 디플렉터가 가장 짧은 단면의 표면(94), 디플렉터의 하부 표면을 형성하는 가장 긴 단면의 표면(96), 및 디플렉터의 상부 표면을 형성하는 나머지 단면의 표면(98)을 갖도록 불규칙적이다. 디플렉터(13, 15)는 로터 어셈블리(12)의 전방과 후방에 장착되고, 디플렉터(13, 15)의 제 1 꼭지점(100)은 로터 어셈블리(12) 반대쪽을 향하고, 디플렉터(13, 15)의 가장 짧은 표면(94)은 로터 어셈블리(12)를 향하며, 긴 표면과 나머지 표면(96, 98)은 각각 일반적으로 아래쪽과 위쪽을 향한다. 디플렉터(13, 15)의 제 1 꼭지점(100)은 로터 어셈블리의 회전축(99) 위에 배치되는 반면, 디플렉터의 제 2 꼭지점(101) 로터 어셈블리의 회전축(99) 아래에 배치됨으로써 로터 어셈블리(12) 아래에서의 흐름을 최적화하고 촉진한다. 디플렉터(13, 15)는 포스트 텐션 기술의 사용에 의해 압축 하에 폰툰(8, 10) 상에 장착되고, 이 응용에 대해 스레드 어댑터(34)가 필요하지 않는 것을 제외하고, 실질적으로 로터 몸체(14)에 대해 위에서 설명한 바와 같이, 포스트 텐션 트럼펫(28)이 폰툰(8, 10)의 측면에 내장된다.

디플렉터(13, 15)는 이들의 종축에 대해 균일하고, 잠재적인 물의 유입이 이들의 부력에 크게 영향을 주지 않도록 경량 기포(19)로 충진된다.

디플렉터(13, 15)는, 시스템의 사용시, 해수면이 일반적으로 로터 어셈블리(12) 반대쪽을 향하는 제 1 꼭지점(100)에 의해 정의되는 평면 정도에 있도록 배치된다. 예를 들어, 조류의 결과로서, 디플렉터(13, 15)에 충돌하는 물은 이후 하부 표면(96)에 의해 로터 어셈블리(12)의 언더슈트 유로(undershoot flow path)로 편향되거나 아래쪽으로 전달된다. 언더슈트 유로에서, 물의 편향된 흐름은 로터 몸체(14)의 로터 블레이드(16)와 만나고, 따라서 로터 어셈블리(12)를 회전시킴으로써, 위의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 폰툰(8, 10)으로부터 전기가 발생되고, 변환되며 전달될 수 있게 한다. 특히, 전방과 후방의 디플렉터(13, 15)의 존재로 인해, 유체역학 시스템(2)은 이러한 방식으로 양방향으로 전기를 발생시킬 수 있다.

예를 들어, 파도의 결과로서, 디플렉터(13, 15)의 제 1 꼭지점(100) 위에서 충돌하는 물은 상부 표면(98)에 의해 로터 어셈블리(12)의 오버토핑(월파) 유로(overtopping flow path)로 편향되거나 위쪽으로 전달된다. 특히 위쪽으로 전달되는 물은 로터 어셈블리(12)의 측면과 루버 도어(18) 사이에 형성된 전방과 후방의 깔때기 모양의 저수조(103) 중 연결된 하나의 저수조에 수집될 수 있고, 따라서 로터 어셈블리(12)의 측면을 구동하는, 해수면보다 높은 수두(head of water), 즉, 오버토핑 메커니즘을 생성한다.

도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 커버 어셈블리(17)의 루버 도어(18)는 로터 어셈블리(12)의 전방과 후방에 쌍으로 배치된다. 각각의 도어(18)는 개방 위치(도 13c의 좌측에 도시됨)와 폐쇄 위치(도 13c의 우측에 도시됨) 사이에서 이동할 수 있다. 개방 위치에서, 도어(18)와 로터 어셈블리(12) 사이에 상당한 간극(105)이 존재함으로써 깔때기 모양의 저수조(103)로부터 로터 어셈블리(12)를 지나는 물의 흐름을 촉진시키고, 따라서 관련된 측면 상에서 로터 어셈블리(12)에 작용하는 정수두(hydrostatic head)를 감소시키거나 제거할 수 있다. 폐쇄 위치에서, 도어(18)와 로터 어셈블리(12) 사이의 간극(105)은 좁혀짐으로써, 물이 깔때기 모양의 저수조(103)에 수집되고 로터 어셈블리(12)의 관련된 측면, 특히, 이의 블레이드(16) 상에 작용하는 상당한 정수두를 생성한다. 우회에 대응하기 위해, 루버 도어(18)는 이의 에지에 고무 밀봉재(미도시)를 구비한다.

로터 어셈블리(12)의 전방과 후방 측면 상의 정수두의 차이는 로터 어셈블리(12)에 추가적인 오버토핑 수력을 제공한다. 오버토핑 수력이 언더슈트 유로와 조화를 이룰 수 있도록 하기 위해, 정상 작동 조건 하에서, 상류의 루버 도어(18)는 폐쇄되고 하류의 루버 도어(18)는 개방됨으로써 부유식 플랫폼(4)의 상부 위로 전달되는 대형 파도로부터의 잠재적인 역방향 토크를 방지한다. 각각의 루버 도어(18)는 커넥팅 로드(104)에 의해 도어에 연결되는 두 개의 스크류 잭(102)에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 구동된다. 스크류 잭(102)은, 상술한 바와 같이, 부유식 플랫폼(4)의 굴뚝(62, 86) 내부에 배치되는 모터(76)에 의해 구동되는 두 개의 일반적인 구동축(106)에 의해 상호 연결된다.

오버토핑 메커니즘은 따라서 양방향이며, 전방과 후방의 깔때기 모양의 간극(105)은 각각 로터 어셈블리(12)와 전방 및 후방의 루버 도어(18) 사이에 존재한다. 오버토핑 메커니즘의 성능을 최적화하기 위해, 상류의 깔때기 모양의 저수조(103)가 가득 채워지고, 반대편 저수조(103)는 실질적으로 비워지도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 필요한 경우 로터 어셈블리(12)와 루버 도어(18) 간의 간극(105)을 차단함으로써 달성될 수 있다.

이러한 방식으로, 로터 어셈블리(12)의 전방 측의 간극(105)이 좁아지고 로터 어셈블리(12)의 후방 측의 간극(105)이 넓어지도록 루버 도어가 배치되는 경우, 전방의 오버토핑 저수조(103)로부터 전방의 오버토핑 유로 내에서 로터 어셈블리(12)를 지나 흐르는 물에 의해 로터 어셈블리는 제 1 방향으로 회전하도록 강제된다. 로터 어셈블리(12)의 후방 측의 간극(105)이 좁아지고 로터 어셈블리(12)의 전방 측의 간극(105)이 넓어지도록 루버 도어(18)가 배치되는 경우, 후방의 오버토핑 유로 내에서 후방의 오버토핑 저수조(103)로부터 흐르는 물에 의해 로터 어셈블리는 제 2의 반대 방향으로 회전하도록 강제된다.

깔때기 모양의 저수조(103) 내에서 오버토핑 유로와 교차하고 로터 어셈블리(12)의 상부 위로 연장되는 각각의 루버 도어(18) 위에, 필터 스크린 프레임워크(110)에 의해 지지되는 필터 스크린(108)이 존재한다. 필터 스크린(108)은 쓰레기가 깔때기 모양의 저수조(103)으로 유입되고 그 결과 저수저가 막힐 수 있는 것을 방지하는데 도움이 된다. 필터 스크린(108)의 메쉬 크기는 필터 스크린(108)을 막히지 않게 깨끗하게 유지하기 위해 불가피한 높은 유지보수 비용에 대해 미세한 메쉬 크기로 향상된 성능과의 균형을 맞춤으로써 선택될 수 있다. 원하는 경우, 다양한 환경적 요인에 대응하기 위해 다양한 메쉬 크기가 교체 가능하게 사용될 수 있다. 필터 스크린 프레임워크(110)는 또한 폰툰(8, 10)과 디플렉터(13, 15)에 추가적인 강성을 제공한다.

로터 블레이드(16)는 로터 어셈블리(12) 아래에서 편향되는 해류 및 깔때기 모양의 저수조(103)로 진입하는 파력 에너지에 의해 동시에 구동될 수 있다. 두 가지 원리의 동시 적용은 시스템의 효율성을 크게 향상시킨다.

디플렉터(13, 15)의 높이 및 그에 따른 로터 어셈블리(12)의 성능은 각각의 폰툰(8, 10) 내에 포함된 밸러스트 탱크(미도시)로 물을 추가하거나 제거함으로써, 예를 들어, 파도 높이(파고)로 조정될 수 있다.

다시 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제 1 및 제 2 사하중 앵커(6)는 인장 계류(taut mooring) 원리를 이용하여 전방과 후방에서 전기를 발생시키기 위한 정확한 위치에서 부유식 플랫폼(4)을 고정하기 위해 사용된다. 사하중 앵커(6)는 동일한 구조를 갖고 사용시 해저에 위치한다. 각각의 사하중 앵커(6)의 해저 위치는 상대적으로 평탄할 필요가 있다. 그렇지 않은 경우, 설치 이전에 해저를 준비하기 위해 준설기(dredger)가 사용될 수 있다.

도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 각각의 사하중 앵커는 평면이 일반적으로 직사각형이고 밸러스트를 위해 다수의 구획(112)을 포함한다. 사하중 앵커는, 교량 케이슨(bridge caisson)에 따라, 위치로 띄워지고 이후 사하중 앵커의 베이스에 부착된 공기주입식 백(미도시)을 이용하여 제어된 방식으로 가라앉는다. 백은 이후 제거되고 사하중 앵커의 구획(112)은 준설기로부터의 모래 밸러스트로 채워진다. 밸러스트는 다른 곳에서 공급된 밸러스트로부터 잠재적인 환경 위험을 완화시키기 위해 근처에서 공급될 수 있다. 사하중 앵커(6)의 해체와 제거는 간단하게 이 과정을 거꾸로 함으로써 가능하다.

각각의 사하중 앵커는 두 개의 부유식 플랫폼(4)을 직렬로 고정할 수 있도록 네 쌍의 원통형 앵커 지지대(114)를 포함한다.

부유식 플랫폼(4)을 고정하기 위한 각각의 라인 또는 케이블에 대해, 핀 접합(pinned connection)을 포함하는 앵커 링(118)에 의해 호저 케이블(hawser cable, 116)이 원통형 앵커 지지대(114)에 부착된다. 앵커 링(118)이 앵커 지지대(114)로부터 빠지는 것을 방지하기 위해, 앵커 지지대(114)는, 최고 천문조(highest astronomical tide, HAT)에서, 그리고 HAT에서의 기상에 따른 조수의 범람(tidal surge)을 고려한 이후, 하부 호저 케이블(116)과 앵커 지지대(114)에 의해 형성된 각도가 항상 90도 미만이 되도록 기울어진다.

앵커 지지대(114) 상의 앵커 링(118)의 설치는 잠수부를 필요로 하지 않고 가능하다. 이는 앵커 지지대(144)의 단부에 위치한 피시 넥(fish neck, 120)에 래치 메커니즘(latch mechanism)을 구비하는 가이드 로드(미도시)를 부착함으로써 달성될 수 있다. 이는 작업선 상에 위치한 뷰잉 스크린을 구비한, 가이드 로드 상에서 이동하는 방수 카메라에 의해 지원될 수 있다. 가이드 로드가 성공적으로 걸리면, 카메라는 표면으로 당겨지고 앵커 링(118)은 가이드 로드 아래로 그리고 앵커 지지대(114) 상으로 이동한다. 이후 카메라는 앵커 링이 정확하게 설치되었는지를 확인하기 위해 가이드 로드 상으로 이동할 수 있다. 가이드 로드를 제거하기 위해, 자-업(jar-up) 조치를 이용하여 핀을 잘라냄으로써 래치 메커니즘을 해제한다.

이제 추가적으로 도 1을 참조하면, 앵커 링(118)의 반대 단부에서, 하부 호저 케이블(116)은 파력이 유도하는 앵커 케이블의 하중을 줄이기 위해 앵커 케이블 완충기(122)에 부착된다. 인장 계류 시스템과 부유식 플랫폼(4)의 간결한 설계는 또한 파력이 유도하는 앵커 케이블의 하중을 줄이는데 도움이 된다.

앵커 케이블 완충기(122)는 상부 호저 케이블(124)에 부착된다. 상부 호저 케이블(124)은 체인 링크를 함께 연결하기 위한 핀 접합을 위한 홀을 구비하는 다수의 원통형 체인 링크(126)를 포함하는 폰툰 앵커 어셈블리(125)에 부착된다.

도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 각각의 원통형 체인 링크(126)는 다수의 임시 하중 지지 핀(128)을 수용하기 위한 원주 홈을 구비한다. 원통형 체인 링크(126)는 외부 맨드릴(130) 내에 유지되고, 최상부의 원통형 체인 링크(126)로부터의 하중은 하중 측정 핀(132)에 의해 외부 맨드릴(130)으로 전달된다. 외부 맨드릴(130)로부터의 하중은 호저 파이프 상부 부싱(136)을 통해 호저 파이프(134)로 전달되고, 호저 파이프(134)는 폰툰(8, 10)에 고정되게 부착된다. 호저 파이프(134)의 베이스에서, 호저 파이프 하부 부싱(138)이 외부 맨드릴(130)을 지지하고 마찰 마모로부터 호저 파이프(134)를 보호한다. 호저 파이프 하부 부싱(138)은, 호저 파이프 하부 부싱(138)의 내부 홈에 걸리는 특별히 설계된 회수 도구를 이용하여 회수될 수 있다.

각각의 라인을 팽팽하게 하기 위해, 임시 하중 지지 핀(128)은 최상부의 원통형 체인 링크(126)와 결합되고, 따라서 하중 측정 핀(132)으로부터 인장 하중을 이동시켜 이를 제거할 수 있다. 이후 유압 잭(미도시)이 외부 맨드릴(130)의 상부에 배치되고, 최상부의 원통형 체인 링크(126)와 함께 핀 접합이 이루어진다. 이후 유압 잭은 임시 하중 지지 핀(128)으로부터 하중을 이동시키는데 사용되고, 이들은 철수된다. 이후 유압 잭은 다음 체인 링크(126b)가 임시 하중 지지 핀의 홀과 정렬될 때까지 최상부의 체인 링크(126a)를 상승시키는데 사용된다. 이후 임시 하중 지지 핀(128)은 다시 결합되고, 하중은 다시 이들에게 이동된다. 최상부의 원통형 체인 링크(126a)를 다음 원통형 체인 링크(126b)로 연결하는 핀(127)은 이후 제거되고, 유압 잭과 최상부 원통형 체인 링크(126a)가 제거된다. 이러한 과정이 반복됨으로써 그 다음의 원통형 체인 링크(126)의 제거에 의해 앵커 케이블(116, 122, 124)을 팽팽하게 할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 고전압 송전 케이블(90)이 해저와 접촉하지 않고 좌측 폰툰(8) 및 연결된 사하중 앵커(6) 사이에 매달려있다. 조수의 움직임 및 파력이 유도하는 이동 중 해저에서의 마모를 방지하기 위해, 송전 케이블(90)은 케이블 플로트(cable float, 130)를 구비하고 수평면에 벤드(bend)와 함께 설치된다. 수평 커티너리(catenary)를 지지하고 피로가 유도하는 전기 전도체의 고장을 완화시키기 위해, 송전 케이블(90)의 전기 전도체는 일반적으로 니켈과 같은 전기 전도성 물질로 코팅된 다수의 탄소 섬유 필라멘트를 포함한다. 상기 전기 전도체는 전기 절연성 물질 내에 캡슐화된다.

사하중 앵커(6)로부터, 송전 케이블(90)은 해저에 매립되고 해안으로 보내질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 송전 케이블(90)은 케이블 플로트(130)로 매달리기 이전에 또 다른 부유식 플랫폼(4)으로 보내질 수 있다.

시스템(2)은 수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 임의의 적절한 위치에 설치될 수 있다. 부유식 플랫폼(4)은 안전하게 작동하기 위해 최저 천문조(lowest astronomical tide, LAT)에서 10 미터의 물 깊이만을 필요로 하도록 설계된다. 천해(shallow water) 위치는 많은 장점을 갖는다. 주요 장점은 천해에서의 해류의 속도는 심해보다 상당히 크다는 것이다. 부유식 플랫폼(4)의 천해 위치는 또한 송전 케이블(90)의 해안까지의 필요한 길이를 줄일 수 있으며 이는 프로젝트의 경제성을 크게 향상시킨다. 이는 또한 심해에서 제 3 자에 의해 사용될 수 있는 송전 케이블(90)에 대한 자금을 잠재적으로 지원함으로써 상당한 상업적 영향력을 제공한다. 이는 기존의 유체역학 기술을 사용하여 이용하기에는 현재로선 비경제적인 심해 위치의 상업적 가능성을 완전히 바꿀 수 있다.

정기적인 유지보수의 측면에서, 로터 블레이드(16)의 오염은 방지될 수 없다. 그러나, 다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, (온화한 날씨에서) 고압 세척기를 사용하여 정규적인 세척을 하기 위해 로터 블레이드로 접근하는 것은 로터 어셈블리(12) 위의 유지보수 통로(140)를 통해 이루어질 수 있다. 필터 스크린 패널(108)의 임시적인 제거 이후 유지보수 또는 교체를 위해 로터 블레이드(16)에 접근하는데 동일한 유지보수 통로(140)가 또한 사용될 수 있다. 스크류 잭(102)이나 루버 도어(18)를 점검하거나 교체하는데 또한 사용될 수 있다.

역삼투 시스템(55), 기어박스(56), 발전기(60), 인버터(80), 고압 전기 변압기(82) 또는 전기 차단기(84)와 같은, 폰툰(8, 10) 내에 포함되는 장비로의 점검 및 가벼운 유지보수를 위한 접근은 접근 출입구(70)를 통해 가능하다. 주요 장비의 고장 또는 업그레이드가 필요한 경우, 해당 굴뚝(62, 86)이 쉽게 제거될 수 있고, 고장 난 구성요소는 제거되고 스페어로 교체될 수 있다. 이는 특히 구성요소의 모듈형 하우징에 의해 용이해지고, 정지 시간을 크게 줄인다.

검사를 위한 앵커 라인의 제거는 시스템(2)의 장기간의 무결성을 보장하기 위해 필요할 것이다. 각각의 폰툰(8, 10)은 전방과 후방에 두 개의 호저 파이프(134)를 구비한다. 제 2 호저 파이프(134)는, 검사를 위해 제 1 앵커 케이블을 제거하기 전에, 제 2 앵커 케이블이 사하중 앵커(6)에 부착될 수 있게 한다. 이는 또한 부유식 플랫폼의 처음 설치되는 동안 견인용 밧줄의 부착을 가능하게 한다. 외부 맨드릴(130)의 상부에 장착되는 유압 잭을 사용하여 원통형 체인 링크(126)를 추가함으로써 앵커 라인의 텐션이 제 1 앵커 케이블로부터 제거된다. 원통형 체인 링크(126)는 이후 폰툰(8, 10)에서 분리될 수 있다. 원통형 체인 링크(126), 상부 호저 케이블(124) 및 앵커 케이블 완충기(122)는 이후, 사하중 앵커(6)에 부착된 하부 호저 케이블(116)과 앵커 링(118)만을 남겨두고, 작업선에 의해 제거된다. 앵커 지지대(114)로부터의 앵커 링(118)의 제거는 작업선을 앵커 케이블의 원래 방향에서 멀리 108도로 배치함으로써 달성되고, 이후 앵커 링(118)은 앵커 지지대(114)에서 빠지고, 하부 호저 케이블과 앵커 링(118)은 복구될 수 있다.

부유식 플랫폼의 명령과 제어는 각각의 부유식 플랫폼(4)으로부터 내륙 관제실까지 송전 케이블(90)을 통한 전력선 통신(power line communication, PLC) 시스템을 이용하여 데이터 통신 시스템(미도시)에 의해 달성된다. 관제실의 크기와 규모는 제어하는 부유식 플랫폼의 수에 따라 달라질 것이다. 이 관제실은 또한 지역 배전 회사와 운영 및 유지보수 활동을 조정할 것이다.

시스템(2)은 지역 환경에 거의 무시해도 좋을 정도의 영향을 미칠 것으로 예상된다. 로터 축(25, 27)의 저널 베어링(38)은 담수로 윤활된다. 기어박스(56)는 오일을 함유하지 않지만, 두 개의 장벽(barrier)이 존재하여 환경과 정기 검사에 대한 누출을 방지하며, 폰툰(8, 10)의 모듈형 하우징으로 인해 모니터링이 쉽게 달성될 수 있다. 로터 블레이드(16)의 선단(tip)은 현지의 어류 개체군 또는 해양 포유동물에 대한 잠재적인 영향을 최소화하는 3.0 m/초의 최대 속도로 설계된다(Hydropower good practice guidelines - UK Environmental agency 2012년 12월 참조). 로터 블레이드(16)의 상대적으로 짧은 길이를 감안할 때, 새로운 지침이 이러한 취지로 공표되는 경우, 이들을 고무 재질로 제조하는 것이 가능하다. 로터 블레이드(16)는 허브 어셈블리(20, 22)의 제공에 의해 에지 보호를 구비한다. 위에서부터 깔때기 모양의 저수조(103)로의 진입은 필터 스크린(108)에 의해 방지되며, 따라서 로터 블레이드(16)에 의해 어떠한 방식으로든지 해양 포유동물이 포획되거나 부상당하는 위험을 완화시킬 수 있다. 필터 스크린(108)은 또한 현지 생물들을 이들의 호기심으로부터 보호하는데 도움이 된다.

회유성 어류에 대한 그리고 제안된 설계가 어떠한 방식으로 이들에 영향을 미치는지에 대한 고려가 또한 이루어져야 한다. 로터 어셈블리(12)는 표면 근처에 놓이도록 설계되며, 따라서 천해에서조차 어류가 아래로 이동할 수 있는 충분한 공간이 여전이 존재할 것이다. 로터 블레이드의 선단 속도는 3.0 m/초 이하로 설계되고, 상기한 바와 같이, 이는 어떠한 방식으로든지 어류에 해를 끼치지 않을 것이다.

다중 부유식 플랫폼 프로젝트는 이용 가능한 조류 운동 에너지의 극히 일부를 포획할 것이고, 따라서 이는 하류의 간만의 차에 어떠한 물질 변화의 위험성을 부정함으로써 섭금류(wading bird) 군집에 대한 지속적인 보호를 보장할 수 있다. 배치의 유연성으로 인해, 위치별 기반으로 조류 군집에 대한 모든 교란 위험을 완화시키기 위해 위치 특이적 기반으로 고려가 이루어질 수 있다.

시스템(2)은 해류와 파력 에너지가 존재하는 임의의 위치에 설치하도록 설계되었다. 이는 이에 강, 인간이 만든 수로, 갯벌 하구, 자연적으로 형성된 갯벌 수로 및 적절한 해류가 존재하는 임의의 위치를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 따라서, "바다" 또는 "해저"에 대한 모든 언급은 이러한 용도를 포괄하는 것으로 이해해야 한다.

부유식 플랫폼(4)의 네트워크가 순차적으로 및/또는 병렬로 설치될 수 있다.

이제 도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에서, 수력으로부터 전기를 발생시키기 위해 부유식 플랫폼(4) 및 사하중 앵커(6)의 네트워크(200)가 제공된다. 각각의 부유식 플랫폼(4)과 사하중 앵커(6)는 실질적으로 상기한 바와 같다. 네트워크(200)에서, 부유식 플랫폼(4)과 사하중 앵커(6)는 번갈아 배치되고, 각각의 부유식 플랫폼(4)은 상기한 바와 같이 두 개의 사하중 앵커(6)에 계류된다. 송전 케이블(90)은 다수의 세그먼트로 플랫폼(4) 사이로 보내지며, 이 세그먼트들은 상기 부유식 플랫폼(4)의 통풍 굴뚝(86) 내에 수용되는 송전 케이블 접속함(88) 내에서 양단에 전기적으로 연결되고 상기 부유식 플랫폼(4) 사이에서 사하중 앵커(6)에 부착된다. 각각의 부유식 플랫폼(4)은 상기한 바와 같다. 해안으로 전력을 전송하기 위해, 사하중 앵커(6)의 근처에서 해저 연결부(95)는 매달린 송전 케이블 세그먼트를 송전 케이블(90)의 그리드 세그먼트(grid segment, 93)에 연결한다. 그리드 세그먼트(93)는 해저에 매립되고 해안으로 보내진다. 부유식 플랫폼(4)의 제 2 라인은, 송전 케이블 접속함(88)을 사용하여 양단에 전기적으로 연결되고 사하중 앵커(6)에 부착되는, 송전 케이블의 연결 세그먼트(91)를 사용하여 형성된다.

본 기술 분야의 숙련자는 비제한적인 예로 설명된 본 발명의 실시형태가 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 용이하게 수정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims

수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 유체역학 시스템에 있어서, 상기 시스템은 계류를 위한 부유 가능한 또는 부유식 구조물을 포함하고, 상기 구조물은,
일반적으로 수평인 로터;
상기 로터를 회전시키기 위해, 사용시, 언더슈트 유로(undershoot flow path) 및 오버토핑 유로(overtopping flow path)로 충돌수(impinging water)를 편향시키기 위한 디플렉터(deflector); 및
상기 로터의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 또는 각각의 디플렉터는 오버토핑 유로로 물을 편향시키기 위한 상부 표면 및 언더슈트 유로로 물을 편향시키기 위한 하부 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 또는 각각의 디플렉터는 종축을 따라 연장되고 상기 상부 및 하부 표면을 형성하는 삼각 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 또는 각각의 디플렉터는 꼭지점이 로터의 반대쪽을 향하고 디플렉터의 측면이 로터를 향하도록 장착되고, 상기 디플렉터의 종축은 로터의 회전축에 일반적으로 평행한 것을 특징으로 하는 시스템.
제 4 항에 있어서,
적어도 하나의 디플렉터는 불규칙한 삼각 단면을 포함하고, 단면에서 가장 짧은 표면은 로터를 향하고, 단면에서 가장 긴 표면은 상기 하부 표면을 형성하도록 일반적으로 아래쪽을 향하며, 단면에서 나머지 표면은 상기 상부 표면을 형성하도록 일반적으로 위쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌수는 물이 전방 방향으로부터 충돌할 때 전방의 오버토핑 유로로 안내되고 물이 후방 방향으로부터 충돌할 때 후방의 오버토핑 유로로 안내되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 구조물은 전방 방향으로부터 충돌하는 물을 전방의 오버토핑 유로로 편향시키기 위한 전방 디플렉터 및 후방 방향으로부터 충돌하는 물을 후방의 오버토핑 유로로 편향시키기 위한 후방 디플렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 상에 작용하는 정수두(hydrostatic head)를 제공하기 위해 오버토핑 유로를 따라 편향되는 물을 수집하기 위한, 상기 로터의 측면 근처에서 오버토핑 저수조를 형성하는 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 로터 상에 작용하는 정수두를 제공하기 위해 연결된 오버토핑 유로를 따라 편향되는 물을 수집하기 위한, 상기 로터의 각각의 전방 및 후방 측면 근처에서 각각의 전방 및 후방 오버토핑 저수조를 형성하는 전방 및 후방 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 또는 각각의 이동 부재는, 연결된 오버토핑 유로를 따라 편향된 물이 연결된 오버토핑 저수조에 수집되는 폐쇄 위치 및 연결된 오버토핑 유로를 따라 편향된 물이 로터의 연결된 측면을 지나 흐르게 되는 개방 위치 사이에서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 또는 각각의 이동 부재는 루버 도어(louvre door)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 시스템은 다수의 전방 및 후방 루버 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 또는 각각의 디플렉터는 내부에 배치되는 포장 재료를 구비하는 중공의 외부 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오버토핑 유로와 교차하도록 장착되는 데브리 스크린(debris screen)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물은 로터에 의해 다리로 이어지는 제 1 및 제 2 폰툰(pontoon)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 폰툰은 또한 전방 및 후방 디플렉터에 의해 다리로 이어지고 연결되며, 각각의 디플렉터는 상기 로터를 회전시키기 위해 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로로 충돌수를 편향시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 폰툰 중 하나는 발전기를 포함하고, 상기 폰툰 중 다른 하나는 적어도 하나의 전기 인버터, 전기 변압기, 전기 차단기, 및 송전 케이블 접속함을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폰툰의 적어도 하나는 고염도 물로부터 담수를 생성하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 폰툰 중 하나로부터 상기 폰툰 중 다른 하나로 담수를 공급하기 위한 담수 이송 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물은 갑판 위에 통풍 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 20 항에 있어서,
상기 통풍 시스템은 상승된 공기 유입구를 구비하는 통풍 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 통풍 시스템 또는 통풍 부재는 항해등을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물은 각각 갑판 위에 통풍 시스템을 포함하는 제 1 및 제 2 폰툰을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물은 구조물의 부력을 조정하기 위한 하나 이상의 밸러스트 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물은, 사용시, 상기 로터를 회전시키기 위해 물이 언더슈트 유로 및 오버토핑 유로로 편향되도록 하기 위한 부력을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터는 담수로 윤활되는 베어링에 의해 폰툰 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터는 방사상으로 연장되는 로터 블레이드를 구비하는 중공의 원통형 로터 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 27 항에 있어서,
상기 로터 몸체는 축방향으로 연장되는 텐던(tendon)을 포함하는 섬유 강화 콘크리트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
상기 로터 몸체는 내부에 배치되는 포장 재료를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물을 계류시키기 위한 사하중 앵커(deadweight anchor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 사하중 앵커를 포함하고, 상기 구조물은 상기 다수의 사하중 앵커에 계류시키기 위한 것을 특징으로 하는 시스템.
제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
상기 사하중 앵커는 상기 구조물의 계류 케이블에 부착되기 위한 지지대를 포함하고, 상기 지지대는 사하중 앵커의 일반적으로 수평으로 안착된 표면에 대해 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 32 항에 있어서,
상기 지지대는, 사용시, 최고 천문조(highest astronomical tide, HAT)에서, 그리고 HAT에서의 기상에 따른 조수의 범람을 고려한 이후, 계류 케이블 및 부착된 앵커 지지대에 의해 형성된 각도가 항상 90도 미만이 되도록 기울어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
상기 지지대는 가이드 로드의 래치 메커니즘(latch mechanism)과 결합하기 위한 형성물(formation)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구조물로부터 전기를 전송하기 위한 송전 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 35 항에 있어서,
사용시, 상기 송전 케이블의 세그먼트는 부유식 구조물 및 사하중 앵커 사이에 매달리는 것을 특징으로 하는 시스템.
수력으로부터 전기를 발생시키기 위한 네트워크화된 유체역학 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
사용시, 물의 흐름과 결합하기 위한 로터 및 상기 로터의 회전으로부터 전기를 발생시키기 위한 발전기를 포함하는 부유식 구조물;
상기 구조물을 계류시키기 위한 사하중 앵커; 및
상기 구조물로부터 전기를 전송하기 위한 송전 케이블을 포함하고,
상기 송전 케이블의 세그먼트는 부유식 구조물 및 사하중 앵커 사이에 매달리는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
상기 송전 케이블은 사하중 앵커 및 시스템의 또 다른 부유식 구조물 사이에 매달린 또 다른 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 38 항에 있어서,
상기 송전 케이블은 상기 또 다른 부유식 구조물 및 시스템의 또 다른 사하중 앵커 사이에 매달린 또 다른 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 39 항에 있어서,
상기 송전 케이블은 다수의 또 다른 부유식 구조물 및 시스템의 또 다른 사하중 앵커 사이에 매달린 다수의 또 다른 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 36 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 케이블은 사하중 앵커 및 내륙의 전기 도착지 사이에 매립 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 41 항에 있어서,
상기 매립 세그먼트는 다수의 부유식 구조물에 의해 발생되는 전기를 전송하도록 연결되는 공유 세그먼트인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 36 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 케이블의 하나 이상의 매달린 세그먼트 및 바람직하게는 매달린 모든 세그먼트는 이들의 부력을 지원하는 케이블 플로트(cable float)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 36 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 케이블의 하나 이상의 매달린 세그먼트 및 바람직하게는 매달린 모든 세그먼트는 수평면에 벤드(bend)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 36 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 케이블은 전기 절연성 물질 내에서 캡슐화되는 전기 전도성 물질로 코팅된 다수의 탄소 섬유 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 45 항에 있어서,
상기 전기 전도성 물질은 니켈인 것을 특징으로 하는 시스템.
부유식 구조물의 인장 계류(taut mooring)를 위한 사하중 앵커에 있어서, 상기 앵커는,
배치 위치에서 해저 상에 안착하기 위한 앵커 베이스; 및
부유식 구조물의 계류 케이블에 부착되기 위한 지지대를 포함하고, 상기 지지대는 앵커 베이스가 배치 위치에 있을 때 앵커 베이스로부터 비-수직으로 연장되는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 47 항에 있어서,
상기 지지대는 사하중 앵커의 일반적으로 수평으로 안착된 표면에 대해 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
상기 지지대는 사용시 해저에 대해 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,
상기 지지대는 10 내지 80도 범위의 각도로 예각을 이루는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 47 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지대는, 사용시, 최고 천문조(highest astronomical tide, HAT)에서, 그리고 HAT에서의 기상에 따른 조수의 범람을 고려한 이후, 케이블 및 부착된 앵커 지지대에 의해 형성된 각도가 항상 90도 미만이 되도록 기울어지는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 47 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지대는 가이드 로드의 래치 메커니즘(latch mechanism)과 결합하기 위한 형성물(formation)을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커.
제 52 항에 있어서,
상기 형성물을 피시 넥(fish neck)을 포함하는 것을 특징으로 하는 앵커.
부유식 구조물을 계류시키는 방법에 있어서, 상기 방법은, 제 50 항 또는 제 51 항에 따른 사하중 앵커를 해저에 배치하는 단계; 가이드 로드를 앵커의 지지대의 형성물과 결합시키는 단계; 상기 지지대와 결합시키기 위해 가이드 로드를 따라 부유식 구조물의 계류 케이블의 링을 삽입하는 단계; 상기 지지대와 링의 결합을 유지하기 위해 계류 케이블에 장력을 인가하는 단계; 및 상기 지지대의 형성물로부터 가이드 로드를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 54 항에 있어서,
제 50 항 또는 제 51 항에 따른 사하중 앵커를 해저에 배치하는 단계; 가이드 로드를 제 2 앵커의 지지대의 형성물과 결합시키는 단계; 상기 지지대와 결합시키기 위해 가이드 로드를 따라 부유식 구조물의 계류 케이블의 링을 삽입하는 단계; 상기 지지대와 링의 결합을 유지하기 위해 계류 케이블에 장력을 인가하는 단계; 및 상기 지지대의 형성물로부터 가이드 로드를 분리하는 단계를 포함하는 방법에 의해 상기 구조물을 반대편의 제 2 앵커에 계류시킴으로써 계류 케이블 내에서 장력이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
실질적으로 첨부한 도면의 도 1 내지 도 15d를 참조하여 전술한 또는 이에 도시된 유체역학 시스템.
실질적으로 도 16을 참조하여 전술한 또는 이에 도시된 네트워크화된 유체역학 시스템.
실질적으로 도 14a 내지 도 14c를 참조하여 전술한 또는 이에 도시된, 인장 계류를 위한 사하중 앵커.