KR20160143756A - 파 에너지 전환 시스템 - Google Patents

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KR20160143756A
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driven gear
gear
transfer mechanism
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라므엘 마라마라
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브라임스 에너지 인코포레이티드
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Abstract

파 에너지 전환 시스템이 제공되며, 포드, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘 및 전기 발생 장치를 포함한다. 포드는 플랫폼 구조에 의해 회전 가능하게 지지되고, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 포드와 기계적으로 연동한다. 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 운동 범위에 대해 가변 토크를 전달하도록 구성되고 전기 발생 장치와 기계적으로 연동한다.

Description

파 에너지 전환 시스템{WAVE ENERGY CONVERSION SYSTEM}
본 발명은 에너지 전환 장치들에 대한 것으로서 더 구체적으로는 물의 보디의 파 패턴들을 전기 에너지로 전환하는 시스템에 대한 것이다.
본 출원과 관련된 출원들
본 출원은 2014년 4월 9일 출원된 미국 가출원 61/977,371, 2014년 5월 5일 출원된 미국 가출원 61/988,637 및 2014년 10월 7일 출원된 미국 가출원 62/060,795호에 대한 우선권을 주장하고 그 혜택을 주장하며, 동 출원들에 포함된 내용 각각은 본 명세서에 원용된다.
지구의 엄청난 파워를 활용할 수 있는 기술을 개발하는데 엄청난 노력이 쏟아 부어졌다. 수세기 동안 풍차, 물레방아, 수력 발전 터빈, 지열 발전기 그리고 태양 에너지 패널 같은 장치들이 개발되었고 지구의 에너지를 포획하여 전기 에너지로 전환하기 위해 개선되고 있다. 하지만, 지구 표면의 75% 이상이 바다로 둘러싸여 있지만, 이 거대한 파워를 효율적으로 활용할 수 있는 혁신이 거의 개발되지 않고 있다. 파랑은 해안선 미터당 1 OkW 내지 80kW의 에너지 플럭스를 발생할 수 있는 것으로 예측된다.
가장 중요하게는, 태양 또는 풍력 기반 솔루션에 비해서, 이 에너지가 거의 연속적인 기반으로 생성된다. 따라서, 파랑의 파워를 활용하기 위한 효율적이고, 확장축소가능하며 비용효율적인 시스템이 필요하다.
본 발명에 따르면 파 에너지 전환 시스템이 제공되며, 이 시스템은 포드, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘, 그리고 전기 발생 장치를 포함한다. 상기 포드는 플랫폼 구조에 의해 회전가능하게 지지되고, 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포드와 기계적으로 연동된다. 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 운동 범위에 걸쳐 가동 토크를 전달하도록 구성된다. 상기 전기 발생 장치는 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 기계적으로 연동된다.
상기 포드는 부력이 있을 수 있고, 파가 상기 포드의 선두 측의 평탄한 측의 표면에 접촉함에 따라 회전하도록 구성될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포드의 회전 중심을 통해 신장하는 구동-샤프트에 회전가능하게 지지된 구동 기어를 포함할 수 있다. 상기 구동 기어는 상기 포드에 기계적으로 결합된다. 또는, 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 플랫폼 구조에 고정 결합된 포스트에 회전가능하게 지지된 피동 기어를 포함할 수 있다. 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 타원체 프로파일일 수 있다. 상기 피동 기어는 상기 구동 기어와 기계적으로 연동된다.
양태들에서, 상기 포드의 회전은 구동 샤프트 주위로 상기 구동 기어의 회전을 촉발시키고, 이에 따라 상기 포스트 주위로 상기 피동 기어의 회전을 촉발시킨다. 상기 피동 기어에 인접한 위치에서의 상기 구동 기어의 라디우스는 상기 구동 기어가 회전함에 따라 증가한다. 상기 구동 기어에 인접한 위치에서의 상기 피동 기어의 라디우스는 상기 피동 기어가 회전함에 따라 감소하며 이에 다라 가변 토크를 전달한다.
몇몇 양태에서, 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포스트에 회전가능하게 지지된 평 기어를 포함한다. 상기 평 기어는 상기 피동 기어 및 상기 전기 발생 장치와 기계적으로 연동한다.
몇몇 양태에서, 상기 전기 발생 장치는 유압 회로를 포함할 수 있다.
상기 유압 회로는 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 기계적으로 연동하는 유압 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 유압 액추에이터는 유압 모터와 유압적으로 연동한다. 유압 액추에이터의 작동은 유압 모터를 회전하게 하고, 이에 따라 기계적으로 연동하고 있는 전기 발생 장치가 전기 에너지를 발생하게 한다.
몇몇 양태에서, 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 그들의 기하학적 중심 이외의 위치에서 회전가능하게 지지될 수 있다. 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 원형 기어일 수 있다. 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 타원형 기어일 수 있다. 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 벨트에 의해 기계적으로 결합될 수 있다. 상기 전기 발생 장치는 영구 자석 발전기일 수 있다. 상기 전기 발생 장치는 전자기 발전기일 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 파 에너지 전환 시스템은 상기 플랫폼 구조에 고정 결합된 파 측정 장치를 포함한다. 상기 파 측정 장치는 물에 부분적으로 배치된 부표를 포함한다. 상기 부표는 전달되는 파들에 결합할 수 있고 이에 따라 파들이 플랫폼 구조 아래를 지나갈 때 파들의 높이 및 주기(기간)를 측정할 수 있다. 상기 전자기 발전기는 상기 파 측정 장치에 의해 수집된 측정 자료들에 기초하여 그 토크 반응을 달리할 수 있다.
양태들에서, 상기 유압 액추에이터는 유압 회전 액추에이터, 유압 펌프일 수 있다.
몇몇 양태에서, 복수의 포드가 상기 플랫폼 구조 상에 회전가능하게 지지될 수 있다.
몇몇 양태에서, 상기 파 에너지 전환 시스템은 유압 시스템을 더 포함할 수 있고 상기 유압 시스템은 복수의 유압 회로를 포함할 수 있다. 상기 복수의 유압 회로 각각은 상기 복수의 포드 중 대응하는 포드에 기계적으로 결합될 수 있다. 각 유압 회로는 전기 발전기와 기계적으로 연동하는 유압 모터의 작동에 기여할 수 있고 이에 다라 전기 에너지를 발생한다.
몇몇 양태에서, 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포드의 회전 중심을 통해 신장하는 구동-샤프트 상에 고정 배치된 피동 기어를 포함할 수 있다. 또는 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포드에 정의된 말단 표면에 고정 결합된 포스트 상에 회전가능하게 지지된 피동 기어를 포함할 수 있다.
양태들에서, 상기 파 에너지 전환 시스템은 밸라스팅 시스템을 더 포함할 수 있다. 상기 밸라스팅 시스템은 상기 파 에너지 전환 시스템을 선택적으로 잠수시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 파 에너지를 전기 에너지로 전환하는 방법을 제공하며, 이 방법은 플랫폼 구조에 의해 회전가능하게 지지된 포드, 상기 포드와 기계적으로 연동하며 운동 범위에 대해 변동 토크를 전달하도록 구성된 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘 그리고 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 기계적으로 연동하는 전기 발생 장치를 포함하는 파 에너지 전환 시스템을 제공함을 포함한다. 상기 방법은 상기 포드의 회전을 촉발함을 더 포함하며 이에 따라 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘이 상기 전기 발생 장치로 하여금 전기를 발생하도록 한다.
양태들에서, 상기 포드의 회전을 촉발함은, 상기 포드가 초기 위치에서 최대 위치로 회전함에 따라 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘이 상기 포드 상에 증가하는 토크를 전함을 포함한다. 파 에너지 전환 시스템은 상기 구동 샤프트 상에 회전가능하게 지지된 구동 기어를 갖는 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 상기 플랫폼 구조상에 고정 결합된 포스트를 포함할 수 있다. 상기 포드의 회전은 상기 구동 기어가 상기 피동 기어의 회전을 촉발하도록 한다. 더욱이, 파 에너지 전환 시스템을 제공함은 상기 전기 발생 장치와 기계적으로 연동하는 상기 피동 기어를 포함한다. 상기 포드의 회전은 상기 전기 발생 장치가 전기를 발생하도록 하는 파 에너지 전환 시스템을 제공함을 포함한다.
양태들에서, 파 에너지 전환 시스템을 제공함은 타원 프로파일을 갖는 상기 구동 기어 및 상기 피동 기어를 포함하는 파 에너지 전환 시스템을 제공함을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 양태 및 특징이 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 서술되며, 도면들에서:
도 1은 파들로부터 에너지를 추출할 수 있는 본 발명에 따른 일 시스템의 사시도이다.
도 1A는 파들로부터 에너지를 추출할 수 있는 본 발명에 따른 다른 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 포드에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 포드의 측면도이다.
도 4는 정적 위치에서의 도 2의 포드의 측면도로서, 정적 위치에서의 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘을 도시한다.
도 4A는 최대 위치에서의 도 4의 포드의 측면도이다.
도 4B는 도 4의 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘의 다른 실시예의 측면도이다.
도 5A는 도 2의 포드의 측면도로서 파가 포드를 가격할 때의 정적 위치에서의 측면도이다.
도 5B는 도 5A의 포드의 측면도로서, 파가 포드를 회전시킬 때의 중간 위치에서의 측면도이다.
도 5C는 도 5A의 포드의 측면도로서, 포드가 파에 의해 더 회전할 때의 최대 위치에서의 측면도이다.
도 6은 도 2의 포드의 측면도로서, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘의 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 도 2의 포드의 측면도로서, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 도 2의 포드의 측면도로서, 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 9는 복수 개의 포드를 회전가능하게 지지하는 플랫폼 구조의 일 실시예에 따른 평면도이다.
도 10은 복수 개의 포드를 회전가능하게 지지하는 플랫폼 구조의 다른 실시예에 따른 평면도이다.
도 11은 복수 개의 포드를 회전가능하게 지지하는 플랫폼 구조의 또 다른 실시예에 따른 평면도이다.
도 12는 유압 시스템이 배치된 플랫폼 구조의 헤드를 도시하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 다른 유압 회로의 개략도이다.
도 13A는 도 13의 유압 회로의 다른 실시예에 대한 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른 또 다른 유압 회로의 개략도이다.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 유압 회로의 개략도이다.
도 16은 도 13, 도 14 및 도 15의 유압 회로를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 시스템의 개략도이다.
도 16A는 도 16의 유압 시스템에 대한 다른 실시예에 대한 개략도이다.
도 17은 도 13, 도 14 및 도 15의 유압 회로를 포함하는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 시스템의 개략도이다.
도 18은 도 13, 도 14 및 도 15의 유압 회로를 포함하는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유압 시스템의 개략도이다.
도 19A는 도 1의 시스템에 대한 사시도로서 부유 위치에서의 시스템을 도시한다.
도 19B는 도 19A의 시스템에 대한 사시도로서 잠수 위치에서의 시스템을 도시한다.
도 20은 파들로부터 에너지를 추출할 수 있는, 본 발명에 따른 또 다른 시스템의 사시도이다.
도 21은 도 20의 점선 부분의 확대도이다.
본 발명에 따른, 물의 보디(body)의 파 패턴들(wave patterns)의 에너지를 전기 에너지로 전환하는 시스템이 제공되고 이하에서 상세히 서술된다. 하지만, 이 상세할 실시예들은 다만 본 발명의 예시들일 뿐이며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 물의 보디의 파 패턴들의 에너지를 전기 에너지로 전환하는 시스템이 도시되었고 참조번호 100으로 표시되었다. 시스템(100)은 플랫폼 구조(platform structure)(110)를 포함하며 이는 바다에 부분적으로 잠긴다.
플랫폼 구조(110)는 서로 평행하게 마련된 복수 개의 연장 부재(elongate member)(112) 및 (114)를 포함한다. 꼬리 또는 풍하측 단(110b)에서 안정화 빔(116)이 연장 부재(112) 및 (114) 사이에 삽입되고, 선두 또는 풍상측 단(110a)에서 연결 빔(118)이 연장 부재(112) 및 (114) 사이에 삽입된다. 안정화 빔(116) 및 연결 빔(118)은 협동하여 플랫폼 구조(110)에 횡 안정성을 제공하고 각 연장 부재(112) 및 (114)를 평행하게 유지한다. 안정화 빔(116) 및 연결 빔(118)은, 적절한 수단 예를 들어 용접, 접착제, 볼트 연결, 리벳 등을 사용하여, 연장 부재(112) 및 (114)에 견고하게 고정된다.
도 1에 잘 도시된 바와 같이, 연장 부재들 (112) 및 (114)는 비슷한 프로파일을 나타내며, 따라서 이들 중 단지 하나만 서술될 것이다. 연장 부재(112)는 플랫폼 구조(110)의 안정성을 더 증가시키기 위해서 전반적으로 노 형태의 프로파일이다. 이로 인해, 연장 부재(112)의 풍상측 단(112a)은, 노의 패들(paddle) 부분의 그것을 연상시키는, 계란형 단면(112b)을 포함한다. 계란형 단면(112b)은 풍하측 방향에서 원형 단면(112e)으로 전이하며 다른 적절한 단면 형상 예를 들어 사각형, 팔각형 등도 가능하다. 원형 단면(112e)은 계란형 단면(112b)의 외경 보다 작은 외경을 가지며, 노의 자루(shank) 부분을 연상시킨다. 핀(fin)(112g)이 연장 부재(112)의 풍하측 단(112f)에 배치되며, 그것으로부터 풍하측 방향으로 연장한다. 핀(112g)은 전반적으로 평탄한 프로파일을 나타내며 연장 부재(112)를 횡단하는 방향에서 단면이 좁다. 핀(112g)의 대부분이 플랫폼 구조(110)의 나머지 부분들보다 물 내에 잠기도록, 핀(112g)의 전체 높이는 원형 단면(112e)의 외경의 높이보다 높다. 이로 인해, 물 내에 잠기는 핀(112g)의 표면이 증가하여 플랫폼 구조(110)를 파 진행의 방향과 정렬시키는 자기-정렬 기능이 제공된다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 에너지 제거 부재 또는 포드(pod)가 제공되고 참조번호 120으로 표시되었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 포드(120)는 전반적으로 눈물 방울 또는 계란 형태의 프로파일이다; 하지만, 포드(120)의 형상이 시스템의 에너지 제거 능력(즉, 효율)에 막대한 영향을 줄 수 있기 때문에, 다른 프로파일도 가능하다. 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 포드(120)는 서로 이격된 한 쌍의 평탄한 측면(122) 및 (124)를 포함하고, 각 평탄한 측면의 상단이 서로 교차하여 정점(apex)(126)을 형성하도록 지향된다. 비록 전반적으로 아치 프로파일을 나타내는 것으로 도시되었지만, 정점(126)은 임의의 적절한 프로파일 예를 들어 뾰족한 형태, 평탄한 형태 등을 나타낼 수 있다. 평탄한 측면(122)은 수직 축 "V"에 대해서 대략 15도의 각도 β를 형성하지만, 다른 각도도 가능하다. 비록 전반적으로 거울 대칭으로 배치되었지만, 즉 평탄한 측면들(122) 및 (124)이 정점(126)을 통해 정의된 축에 대해서 동일한 각도를 형성하지만, 평탄한 측면(122)는 평탄한 측면(124)보다 더 큰 각도로 분기할 수 있고 또는 그 반대일 수 있다.
평탄한 측면(122)은 포드(120)의 풍상측 단(120a) 또는 선두 단(leading end)에 배치되고, 감소하는 라디우스(radius)를 가지며 앞으로 신장하여 종국에는 포드(120)의 풍하측 단(120b) 또는 후미 단(trailing end)에 배치된 평탄한 측면(124)에 합쳐지는 원형 또는 아치 프로파일(128)로 전이한다. 이로써, 평탄한 측면(122)의 길이는 평탄한 측면(124)의 길이보다 짧다. 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 아치 프로파일(128)의 초기 라디우스는 지점(128a)에 위치하고, 아치 프로파일(128)의 최종 라디우스는 지점(128a) 보다 거리 "D" 만큼 높은 곳에 위치한, 지점(128b)에 위치하며, 거리 "D"는 아치 프로파일(128)의 초기 라디우스의 1/2이다. 이 같은 구성으로, 포드(120)의 회전 중심(지점(128a)에 위치함) 아래에 도심(centroid) 또는 무게 중심(center of gravity)(130)이 위치하고, 부력 중심(132)이 포드(120)의 회전 중심(128a) 보다 위에 위치한다. 전체적으로 회전 중심(128a), 무게 중심(130), 및 부력 중심(132)의 기하학적 구조는, 평탄한 측면(122)이 대략 75도(즉 수직면에서 15도)의 각도로 물의 표면에 교차하도록, 물 "W"에서 포드(120)가 정적으로 부유(float)하도록 한다. 하지만, 전술한 다양한 기하학적 구조는 포드(120)를 구성하는데 사용되는 물질, 포드(120) 내에 배치되는 기계적인 요소, 그리고 포드(120)의 중량, 부력 및 무게 중심에 따라 변할 수 있다.
도 4는 운동 범위에 대해(over a range of motion) 변동 토크(variable torque)를 전달할 수 있는 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘 또는 트랜스미션(multi-radius energy transmission mechanism or transmission)(200)을 포함하는, 제1, 정적인, 위치에서의 포드(120)를 도시한다. 트랜스미션(200)의 구성의 이 같이 특이한 기하학적 구조는 포드(120)가 파들로부터 에너지를 효율적으로 추출할 수 있도록 한다. 구체적인 테스트에 따르면, 파에 함유된 에너지는 파의 마루 사이의 주기 및 파의 높이에 의존한다. 이 관계를 나타내는 수학식은
Figure pct00001
이며 여기서, P는 파-마루 길이 단위당 파 에너지 플럭스(flux)이고, ρ는 물의 밀도이고, g는 중력 상수이며, Hm0는 유의 파고이고, Te는 파 에너지 주기(period)이다. 따라서, 포드(120)와 파의 효과적인 결합은 파에 대한 포드(120)의 각도, 유의 파고 및 파 에너지 주기를 수반한다.
포드(120)가 제1, 정적인, 위치(도 4 및 도 5A)에 있을 때, 파들은 작은 힘을 포드(120)에 주게 되며 따라서 이에 비례하여 점(128a) 주위에 작은 토크를 주게 된다. 따라서, 트랜스미션(200)에 의해 제공된 점(128a) 중심의 회전에 대한 저항은, 포드(120)가 점(128a)을 중심으로 회전할 수 있도록 그래서 에너지를 생성할 수 있도록, 낮아야 한다. 포드(120)가 더 회전함에 따라( 도 5B), 파들에 의해 제공되는 힘의 양은 노출된 포드(120)의 풍상측(120a)의 표면적에 따라 증가하며, 따라서 생성된 토크가 최대인 회전의 최대 각도(도 4A 및 도 5C)에 포드(120)가 도달할 때까지 점(128a)을 중심으로 한 생성되는 토크의 양을 증가시킨다. 따라서, 포드(120)가 정적인 위치에서 점(128a)을 중심으로 더 회전함에 따라, 트랜스미션(200)에 의해 제공된 점(128a) 중심의 회전에 대한 저항이 또한 증가해야 한다. 따라서, 파의 높이가 높을수록, 파 에너지의 기간이 길수록, 포드(120)는 더 회전할 것이며 따라서 더 큰 반대 토크(counter torque)가 필요할 것이다. 아래에서 서술되듯이, 트랜스미션(200)은 포드(120)가 점(128a)을 중심으로 회전하게 됨에 따라 가변 토크 반응을 제공한다.
이제, 도 2를 참조하면, 포드(120)는 제거가능하게 고정된 측 덮개 또는 트랜스미션 덮개(132)와 포드(120)(즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 평탄한 측면들(122) 및 (124), 정점(126) 그리고 아치 프로파일(128))의 주위에 의해 정의된 말단 표면(134)(도 4)을 포함한다. 측 덮개(132)는 임의의 적절한 수단 예를 들어, 볼트, 래치(latch), 급속 제거 패스너(fastener) 등을 사용하여 말단 표면(134)에 제거가능하게 고정된다. 전반적으로 포드(120)의 프로파일에 대해 상보적인 프로파일을 가지는 것으로 도시되었지만, 측 덮개(132)는 트랜스미션(200)을 덮고 물 또는 다른 요소들로부터 트랜스미션(200)을 보호하는데 필요한 임의의 프로파일을 포함할 수 있다. 측 덮개(132)는 물이 트랜스미션(200)에 접촉하는 것을 억제하기 위해서 말단 표면(134)에 대한 방수 실(seal)을 제공할 수 있다.
복수 개의 핀(136)이 포드(120)의 풍상측(120a)에 고정 결합되고 평탄한 측면(124) 및 아치 프로파일(128)을 따라 신장한다. 핀(136)들은 포드(120)의 회전 중심(128a)에 대해 경사 각에서 파 에너지 이동(travelling)을 포획(capture)함으로써 포드(120)의 효율을 높인다.
도 4에 도시된 바와 같이, 트랜스미션(200)은 포드(120)의 회전 중심(128a)을 통과해 신장하는 구동샤프트(미도시) 상에 고정 배치된 구동 기어(202)를 포함하여, 포드(120)가 구동 기어(202) 상에 회전가능하게 지지된다. 구동 기어(202)는 임의의 적절한 수단 예를 들어 스플라인, 마찰 결합, 접착제 등을 사용하여 구동샤프트에 고정 결합될 수 있다. 구동샤프트는 플랫폼 구조(110)에 고정 결합되고, 패드(120)를 통과해 신장하고 말단 표면(134)을 지나서까지 신장한다. 구동 기어(202)는, 포드(120)가 구동샤프트 주위를 회전할 때 구동 기어(202)가 정적인 상태를 유지하도록, 구동 기어(202)의 기한 중심 이외의 지점에서 구동샤프트에 고정결합된다.
중간 기어 또는 피동 기어(204)가 캔틸레버 양식으로 말단 표면(134) 상에 고정 배치된 포스트(post) 또는 스핀들(spindle)(미도시) 상에 회전가능하게 지지되지만, 포스트는 말단 표면(134)에 의한 제1 말단 상에 그리고 말단 캡(end cap)(132)(도 2)에 의한 제2 말단 상에 지지될 수 있다. 피동 기어(204)는 적절한 수단 예를 들어 베어링, 부싱 등을 사용하여 포스트 상에 회전가능하게 지지된다. 또는, 포스트는 말단 표면(134)에 회전가능하게 지지될 수 있고, 피동 기어(204) 상에 배치된 상보성 토크 전달 특징부들과 인터페이스 하는 예를 들어 복수 개의 스플라인 등과 같은 토크 전달 특징부들(미도시)을 포함할 수 있다. 피동 기어(204)는 또는 마찰 결합(friction fit), 프레스 결합(press fit), 또는 토크를 포스트에서 피동 기어(204)로 전달할 수 있는 다른 적절한 수단을 사용하여 포스트에 고정 결합될 수 있다. 피동 기어(204)는, 구동 기어(202)에 의해 회전이 야기될 때, 회전 중심에서 벗어난 편심 방식으로 구동 기어(204)가 포스트 주위를 회전하도록, 그 기한 중심 이외의 위치(204a)에서 포스트 상에 배치된다. 이 같은 방식으로 인해, 피동 기어(204)는 유성기어 방식으로 구동 기어(202) 주위를 회전한다. 구동 기어(202)의 편심 장착과 함께 피동 기어(204)의 편심 회전은, 포드(120)가 파 에너지에 의해서 회전이 될 때, 구동 기어(202) 및 피동 기어(204) 각각이 포드(120)와 기계적인 연동(mechanical communication)을 유지하도록 담보한다. 이 같은 방식으로, 포드(120)가 회전 중심(128a) 주위를 회전할 때, 구동 기어(202) 및 피동 기어(204)의 상대적인 회전 중심은 일정하게 유지되는 한편 구동 기어(202)와 피동 기어(204) 사이의 토크 전달은 포드(120)의 연속적인 회전과 함께 변한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 정적인, 위치에서 구동 기어(202)와 피동 기어(204)는 각자의 회전 중심(128a) 및 (204a) 둘레에 배치되어, 점(128a)과 구동 기어(202) 및 피동 기어(204) 사이의 인터페이스 사이의 라디우스는 최소 값(202a)이고, 위치(204a)와 구동 기어(202) 및 피동 기어(204) 사이의 인터페이스 사이의 라디우스는 상보적으로 최대 값(204b)이다. 파들에 의해서 포드(120)의 회전이 야기될 때, 라디우스(202a)는 증가하는 반면 라디우스(204b)는 감소하게 되고 이에 따라, 포드(120)의 반시계 방향 운동을 통해 파들에 의해 생성되는 토크에 대한 가변 토크 반응을 제공할 수 있다(즉, 포드(120)가 반시계 방향으로 회전할 때 회전에 대한 저항은 증가한다). 궁극적으로, 도 4A 및 도 5C에 도시된 바와 같이, 최대 위치(즉, 최대 토크를 생성하는 위치)로 포드(120)의 회전이 야기될 때, 구동 기어는 최대 라디우스(202b)를 포함하고, 피동 기어(204)는 상보적으로 최소 라디우스(204c)를 포함한다. 구동 기어(202) 및 피동 기어(204)의 각 라디우스는 포드(120)의 회전을 통해 연속적으로 변하고, 이에 따라 그들 사이에서 기계적인 연동을 유지한다(즉, 각 기어 티스(teeth)(미도시)는 포드(120)의 회전 범위를 통해 적절한 메쉬(mesh)를 유지한다).
도 4를 참조하며, 그 기하 중심을 중심으로 회전하도록, 평 기어(spur gear)(206)가 포스트(피동 기어가 배치된 포트스) 상에 회전가능하게 배치된다. 평 기어(206)는, 피동 기어(204)와 일치협력하여 회전하도록(즉 토크가 피동 기어(204)로부터 평 기어(206)에 전달되도록) 임의의 적절한 수단(즉, 볼트 연결, 마찰 결합을 사용한 내재 구성(nested configuration), 프레스 결합, 코그(cog 등)을 사용하여 피동 기어(204)에 고정 결합된다. 피동 기어(204)가 포스트에 고정 결합할 경우, 평 기어(206)는 상보적으로 포스트에 대한 토크 전달 특징부들을 포함한다. 이 같은 방식으로, 전술한 바와 같이 비슷하게, 평 기어(206)와 피동 기어(204)는 일치협력하여 회전한다. 평 기어(206)가 일 방향 클러치 또는 다른 적절한 장치 예를 들어 라쳇(ratchet) 메커니즘을 사용하여, 피동 기어(204)에 기계적으로 결합될 수 있다. 이 같은 방식으로, 평 기어(206)는 제1 방향으로(즉 포드(120)가 초기 위치에서 최대 위치로 회전이 야기될 때) 피동 기어(204)에 의해서만 구동될 수 있고, 제2 방향에서(즉, 포드(120)가 그 초기 위치로 돌아갈 때) 피동 기어로부터 결합이 해제될 수 있다.
전기 발생 장치 또는 발전기(220)가 포드(120)의 말단 표면(134) 내에 배치된다. 전기 발생 장치(220)는 영국 자석 전기 발전기, 전자기 발전기, 유압식 회전 액추에이터, 유압 펌프 등과 같은 임의의 적절한 발생 장치일 수 있다. 발전기(220)는 평 기어(206)와 기계적으로 협동 동작하는 피니언 기어(222)를 포함하여, 평 기어(206)가 회전할 때, 피니언 기어(222)도 동일하게 회전하고, 이에 따라 전기 에너지를 발생한다. 피동 기어(204)는 그리고 연동된 평 기어(206)는 일 방향 클러치(clutch)를 또는 거기에 배치된 일 방향 클러치 베어링(미도시)을 포함할 수 있다. 이로 인해, 전기 발생 장치는 그 초기 위치(도 4)에서 최종 위치(도 4A)로의 포드(120)의 회전이 야기될 때에만 전기 발생 장치가 구동된다. 포드(120) 그 초기 위치로 돌아올 때, 일 방향 클러치는 피동 기어(204)를 그리고 그에 따라 평 기어(206)를 정적인 상태로 유지하도록 하고, 따라서 어떠한 토크도 전기 발생 장치(220)에 전달하지 않는다.
일련의 기어들을 사용하는 것으로 서술 및 도시되었지만, 트랜스미션(200)은 운동의 범위에서 변동 토크를 제공하는 임의의 적절한 수단을, 예를 들어 벨트(도 9), 마찰 구동, 비스커스 커플링(viscous coupling) 등을 사용할 수 있다. 도 8을 참조하면, 구동 기어(202)와 피동 기어(204) 사이의 가변 토크 반응을 전달하기 위해 벨트가 사용되는 경우, 벨트는 연속적이거나 구동 기어(202)에서 끝날 수 있다. 이 같은 방식으로, 벨트(230)는 적절한 고정 장치들(232) 및 (234)에 의해 각각 끝단에 고정되며, 여기서 고정 장치들(232) 및 (234)는 구동 기어(202)의 바깥 원주에 고정 결합된다. 이 같은 구성은 포드(120)의 회전을, 제1, 정적인 위치(도 5A)에서 그 최대 위치 또는 수직 위치(도 5C)로 제한하지만, 포드(120)는 연속 벨트가 사용되는 경우에는 360도 회전할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 제공된 다른 트랜스미션이 도시되며 전반적으로 참조번호 300으로 표시되었다. 트랜스미션(300)은 전술한 바와 같은 트랜스미션(200)과 유사하며 따라서 간략하게 단지 그 차이점만 이하에서 서술될 것이다. 트랜스미션(300)은 타원형 구동 기어(302)와 대응하는 타원형 피동 기어(304)를 포함한다. 타원형 구동 기어(302)는 구동샤프트(미도시)에 대해 동심적으로(즉, 타원형 구동 기어(302)는 구동샤프트에 편심적으로 배치되지 않는다) 회전하도록 지점(128a)에서 구동샤프트에 회전가능하게 지지된다. 비슷하게, 타원형 피동 기어(304)는 포스트(미도시)에 대해 동심적으로(즉, 타원형 구동 기어(304)는 포스트에 편심적으로 배치되지 않는다) 회전하도록 지점(304a)에서 포스트에 회전가능하게 지지된다. 타원형 구도 기어(302) 및 타원형 피동 기어(304)는, 포드(120)가 그 초기 위치(도 4)에 있을 때 타원형 구동 기어(302)의 단축(302a)이 타원형 피동 기어(304)의 장축(304b)과 인터페이스 하도록, 지향된다. 이 같은 방식으로, 트랜스미션(300)은 트랜스미션(200)의 효과와 유사한 효과를 제공한다; 하지만, 트랜스미션(300)은 포드(120)가 점(128a) 주위를 완전 360도로 회전하도록 허용하면서 타원형 구동 기어(302)와 타원형 피동 기어(304) 사이의 일정한 접촉을 유지하게 한다.
도 7은 본 발명에 따라 제공되고 물의 보디의 파 패턴들의 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있는 또 다른 실시예에 따른 시스템을 도시하며 전반적으로 참조번호 400으로 표시되었다. 시스템(400)은 전술한 시스템(100)과 유사하며, 따라서 간략하게 차이점만 이하에서 서술될 것이다. 유압 액추에이터(402)가 제1 말단에서 플랫폼 구조(110)에 회전가능하게 결합되고 제2 말단에서 포드(120)에 회전가능하게 결합된다. 이 같은 방식으로, 포드(120)가 제1, 정적인 위치(404)에 있을 때, 유압 액추에이터(402)는 완전히 신장된다. 포드(120)가 점(128a) 주위를 회전하도록 야기되면, 유압 액추에이터는 압축하게 되고, 이에 따라 포드(120)가 제2, 최종 위치(406)에 도달할 때까지 유압 유체(미도시)를 유압 시스템(미도시)을 통해 구동한다. 이 같은 방식으로, 유압 액추에이터(402)는, 제1 위치에서 제2 위치로의 포드(120)의 회전이 야기될 때, 포드(120)의 회전에 대한 증가된 저항을 제공하며, 시스템(100)과 관련하여 앞서 설명한 것 같이 가변 토크 반응에 비슷하게 증가된 저항을 제공한다. 파가 포드(120)를 지나가고 포드(120)가 그 제1 위치(404)로 돌아가도록 허용됨에 따라, 유압 액추에이터(402)는 확장(expand)하게 된다. 이 운동은 유압 액추에이터(402)가 유압 시스템을 통해 유압 유체를 펌프 하게 하고 이로써 전기 에너지를 발생한다.
도 1을 다시 참조하면, 복수 개의 포드(120)가 플랫폼 구조(110)의 풍상측 단(110a)에 회전가능하게 지지된다. 포드(120)들은 플랫폼 구조(110)의 연장 부재(112) 및 (114) 사이에 끼이고, 각 연장 부재(112) 및 (114)의 외측에 배치된다. 연장 부재(112) 및 (114)의 외측에 배치된 포드(120)들은 연결 빔(118)과 정렬된 구동샤프트에 회전가능하게 지지되며, 따라서 플랫폼 구조(110)의 측면 강도를 유지한다. 이해할 수 있듯이, 복수 개의 포드(120) 각각은 베어링, 부싱 등과 같은 수단에 의해 지지될 수 있다. 복수 개의 포드(120) 각각은 또한 베어링, 부싱 등과 같은 임의의 적절한 수단을 사용하여, 각 연장 부재(112) 및 (114) 내에 회전가능하게 지지된 구동샤프트(미도시)에 고정 결합될 수 있다. 이 같은 방식으로, 구동샤프트는 각 포드(120)와 동시에 회전한다. 더욱이, 트랜스미션(200)이 연장 부재들 내에 또는 상에 배치될 수 있고 이에 따라 서비스 또는 다른 필요에 따라 도 4B에 도시된 바와 같이 포드(120)들이 플랫폼 구조(110)로부터 쉽게 제거될 수 있다. 이 같은 방식으로, 구동 기어(202)는, 포드(120)와 구동 기어(202)가 일치협력하여 회전하도록, 포드(120)에 고정 결합된다. 포드(120)에서 떨어져 배치된 트랜스미션(200)의 이점은 전기 발생 장치(220)가 유압 모터 등과 같은 경우와 같이, 덩치가 크고 무거운 장치에 더욱 적합한 위치에 배치될 수 있다는 것이다. 발생 장치(220)는 벨트, 체인 또는 다른 적절한 구동-라인 장치를 통해서, 평 기어(206)와 기계적으로 연동할 수 있다. 포드(120)로부터 떨어져서 배치된 트랜스미션(200)의 또 다른 이점은 포드(120)의 복잡성 감소를 포함하며 이로써, 포드(120)를 쉽게 제조할 수 있고, 플랫폼 구조(110)가 더 균형이 되도록 한다. 왜냐하면, 트랜스미션(200)의 무거운 부품이 플랫폼 구조(110)에 대해 상대적으로 정적인 위치에 유지되기 때문이다. 이 같은 구성은 트랜스미션(200)에 작용하는 스트레스를 감소시키고 따라서 더 작은 부품이 사용되도록 하고, 더 긴 서비스 기간이 가능하게 하며 에너지 발생 효율을 증가시킨다.
포드(120)에 사용하기에 적합한 또 다른 플랫폼 구조가 도 1A에 도시되어 있고 참조번호 1200으로 표시되었다. 플랫폼 구조(1200)는 일반적으로 플랫폼 구조(110)과 전반적으로 유사하며 따라사 간략하게 이하에서는 차이점만 서술될 것이다. 플랫폼 구조(1200)의 풍상측 단 또는 선두 단(1200a)은 한 쌍의 연장 빔(1202) 및 (1204)을 포함하며 이들은 연장 부재(1206) 및 (1208)에 대해서 횡 방향(transverse direction)으로 신장한다. 연장 빔(1201) 및 (1204)은 적층 지향으로 배열되고 위에서 볼 때 아치 프로파일을 나타낸다. 다수의 U-형태 프레임(1206)이 각 연장 빔(1202) 및 (1204) 사이에 끼이고 연장 빔(1202)의 아래에 고정 결합된다. 이 같은 방식으로, U-형태 프레임(1206)들은 아래 위로(up and down) 지향되어, 포드(120)가 그 안에 회전가능하게 결합될 수 있다. 이 같은 구성은 여러 개의 포드(120)가 플랫폼 구조(1200)에 고정되면서 물에서 플랫폼 구조(1200)의 안정성을 유지할 수 있게 한다. 도 1 및 도 1A가 비록 본 발명의 특정 실시예들을 도시하지만, 본 발명이 여기에 한정되어서는 안 되며, 통상의 기술자는 포드(120)들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 크기의 다양한 구조로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 9는 복수 개의 포드(120)를 사용하는 또 다른 플랫폼 구조를 도시하며 전반적으로 참조번호 1500으로 표시되었다. 플랫폼 구조(1500)는 전반적으로 원형을 나타내며 내부를 관통해 정의된 내강(1502)을 포함한다. 다수의 컷아웃(cutout)(1504)이 플랫폼 구조(1500)의 상단 및 하단을 통해 정의되며, 각 컷아웃(1504) 내에 포드(120)가 회전가능하게 지지된다. 플랫폼 구조(1500)는 앞서 설명을 한 특징부들 중 임의의 것들 또는 모든 특징부들을 포함할 수 있고, 자유로이 부유할 수 있고 또는 예를 들어 테더(tether)를 통해 도크(dock), 오일 링 또는 부표에 고정될 수 있다.
도 10을 참조하면, 포드(120)를 포함하는 또 다른 플랫폼 구조가 도시되어 있고 참조번호 1600으로 지시된다. 플랫폼 구조(1600)는 제1 단에 회전가능하게 결합된 포드(120)를 갖는 암(arm)(1602) 및 제2 단에 고정 결합된 플레이트(plate)(1604)를 포함한다. 암(1602) 및 플레이트(1604)는 일체로 형성될 수 있다. 플레이트(1604)는 보트, 도크, 부표 등과 같은 큰 물체에 임의의 적절한 수단(예를 들어 볼트 결합, 접착제 등)에 의해 견고하게 고정되도록 구성된다. 암(1602) 및 플레이트(1604)는 포드(120)를 지지하기에 충분한 강성을 갖는 임의의 적절한 물질로, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 코발트 크롬, 합성물, 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 플랫폼 구조(1600)는 앞서 설명을 한 특징부들 중 임으의 특징부 또는 모든 특징부를 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 포드(120)를 포함하는 또 다른 플랫폼 구조가 도시되어 있고 참조번호 1700으로 지시된다. 플랫폼 구조(1700)는 플랫폼 구조(1600)과 유사하며, 다만 암(1702)이 해안에 인접한 해저(1704)에 견고하게 고정되어 플랫폼 구조(1700)의 크기를 최소화하는 점에서 차이를 보인다. 포드(120)는 캔틸레버 방식으로 암(1704)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있고 또는 암(1704)은 회전가능하게 포드(120)를 지지하는 구동샤프트(미도시)가 일 단에 지지 되도록 그로부터 수직으로 신장하는 한 쌍의 탭(1706)을 포함할 수 있다. 플랫폼 구조(1700)는 앞서 설명을 한 특징부들 중 임의의 특징부 또는 모든 특징부를 포함할 수 있다.
시스템(100)은 비콘(beacon)(140)을 포함할 수 있다. 비록 전반적으로 안정화 빔(116) 상에 배치된 것으로 도시되었지만, 비콘(140)은 플랫폼 구조(110)의 임의의 적절한 위치에 또는 떨어져서 (예를 들어 플랫폼으로부터 멀어져서 풍상측으로 신장하는 플랫폼 상에) 배치될 수 있다. 비콘(140)은, 조수, 파고, 폭풍우 여부 등과 같은 바다 상황에 대한 정보를 송신 및 수신할 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 비콘(140)은 플래시 메모리, 하드 디스크 등과 같은 적절한 저장 매체(미도시)에 저장된 프로그램을 실행할 수 있는 적절한 컴퓨터(미도시)를 포함할 수 있다. 특정 위치에서 시스템(100)이 바다 상태를 조정할 수 있도록 하기 위해서, 바다 정보가 무선으로 전송되는 것이 가능하도록 비콘(140)은 그 위치를 전송하도록, 비콘(140)은 전지구 위치파악 시스템(GPS)을 포함할 수 있다. 또한, 비콘(140)은, 아래에서 더 상세히 서술되듯이, 시스템(100)이 폭풍우에 앞서 잠수가 이루어질 수 있도록 또는 시스템(100)에 손상을 주는 다른 이벤트에 앞서 잠수가 이루어질 수 있도록 밸라스팅 시스템(ballasting system)(1300)(도 19A 및 도 19B)을 포함할 수 있다.
계속 해서 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 플랫폼 구조(110)에 견고하게 고정된 파 측정 장치(150)를 더 포함한다. 파 측정 장치(150)는 물에 부분적으로 잠기는 활주 가능하게 또는 회전가능하게 배치된 부표(152)를 포함한다. 부표(152)는 부력이 있어 파들이 플랫폼 구조(110)의 아래를 지나갈 때 파들을 추종하도록 물에 결합된다. 이 같은 방식으로 부표(152)는 플랫폼 구조(110) 아래를 지나가는 파들의 순시 파고(instantaneous wave height) 및 파 주기(wave period)를 측정한다. 이 정보는 데이터를 수신 및 인터럽트하고 명령을 전송할 수 있는 실행가능한 프로그램을 간직하는 컴퓨터(미도시)의 적절한 저장 매체에 저장된다.
파고 및 파 주기 측정은, 아래에서 더 상세히 서술되듯이, 밸라스팅 시스템(1300)(도 19A 및 도 19B)이 시스템(100)을 잠수시켜야 하는 지를 판단하는데 사용된다. 파 측정 장치(150)는 발전기(220) 또는 트랜스미션(200) 대신에 포드(120)에 배치된 전자기 발전기(미도시)를 순간적으로 조정하는데 사용될 수 있다. 이 같은 방식으로, 전자기 발전기는 구동 기어(202)와 기계적으로 협동작용을 하고, 이 전자기 발전기에 의한 토크 반응은 파 측정 장치(150)에 의해 수집된 측정 결과들에 기초해서 증가하거나 감소할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따라 제공된 유압식으로 작동되는 전기 발생 시스템(500)이 도시된다. 비록 플랫폼 구조(110) 상에 배치된 헤드(head)(116)에 배치된 것이 예로 도시되었으나, 전기 발생 시스템(500)은 임의의 적절한 위치에, 예를 들어 플랫폼 구조(110) 상에, 플랫폼 구조(110) 내에 또는 플랫폼 구조(110)에서 떨어져서 배치될 수 있다 각 포드(120)는 대응하는 전기 발생 시스템(500)을 포함하나, 다른 구성들 예를 들어 하나 이상의 포드(120)를 하나의 전기 발전기(502)에 결합하는 것도 고려된다.
도 13에 포드(120)에 대응하는 유압 회로(600)가 개략적으로 도시되어 있으며 유압 회로(600)는 유압 회전 액추에이터(602)를 포함한다. 유압 회전 액추에이터(602)는 업계에서 잘 알려진 임의의 적절한 회전 액추에이터 예를 들어 랙과 피니언(rack and pinion), 베인(vane) 등일 수 있다. 유압 회전 액추에이터(602)의 입력 샤프트(미도시)는 피니언 기어(222)에 고정결합되어, 트랜스미션(200)과 기계적으로 연동한다. 유압 회전 액추에이터(602)는 제1 원웨이 밸브(one way valve)(604a)를 갖는 유체 소스(604)에 유압 결합된다. 제1 원웨이 밸브(604a)는 유체가 유체 소스(604)로부터만 흘러나오게 하여 유압 회전 액추에이터(602)로 흐르도록 하며, 따라서 유압 회전 액추에이터(602)는 단지 자신으로 유체를 끌어들일 수 있고, 유체를 유체 소스(604)로 다시 배출하지 않는다. 유압 라인(606)은 유압 회전 액추에이터(602)에 유체를 통해 결합하며 유압을 통해 소통하는(hydraulic communication) 제2 원웨이 밸브(606a)를 포함한다. 제2 원웨이 밸브(606a)는 유압 회전 액추에이터(602)로부터 유체가 흘러나오게 하도록 구성되며, 유체가 유압 회전 액추에이터(602)로 흘러들어가는 것을 방지하도록 구성된다. 어큐물레이터(accumulator)(608)가 또한 유압 라인(606)에 배치되며, 유압 라인과 유압을 통해 소통한다. 계속해서 다운스트림(downstream)으로, 유압 모터(610)가 유압 라인(606)에 배치되어 유압 라인과 유압을 통해 소통한다. 유압 모터(610)는 유체 소스(604)에 유압 결합되어, 유압 회전 액추에이터(602)에 의해 끌어 들여진 어떠한 유체도 유체 소스(604)로 배출된다. 제1 원웨이 밸브(604a) 및 제2 원웨이 밸브(606a)의 조합을 통해 유체가 유압 모터(610)로만 흐르도록 강제되고, 유체 소스(604)로는 강제되지 않도록 한다. 이 같은 방식으로, 유체는 유압 회전 액추에이터(602)와 유압 모터(610) 사이에서 가압되어, 유압 모터(610)를 이어서 유압 모터(610)의 출력 샤프트(미도시)에 기계적으로 결합된 전기 발전기(612)(또는 도 12의 전기 발전기(502))가 회전하도록 하고 이에 따라 전기 에너지를 발생한다. 유압 모터로부터 축출된 저압 유체는 이어서 유체 소스(604)로 되돌아 간다. 대안적인 유압 회로(600)가 도 13A에 도시되어 있다.
이제, 도 14를 참조하면 또 다른 유압 회로(700)가 개략적으로 도시되어 있다. 유압 회로(700)는 트랜스미션(200)에 기계적으로 결합된 유압 펌프(702)를 포함하는 시스템(100)에 해당된다. 이 같은 방식으로, 피니언 기어(222)가 유압 펌프(702)의 출력 샤프트(미도시)에 고정 배치된다. 유압 시스템(700)은, 유압 펌프(702)의 고압력 측에 유압 결합되어 유압 모터(708)의 고압력 측에서 끝나는 고압력 라인(704)을 포함한다. 고압력 라인(704)은 고압력 또는 제1 어큐물레이터(704b)의 업스트림(upstream)에 배치된 제1 원웨이 밸브(704a)를 포함한다. 저압력 라인(706)이 유압 모터(708)의 저압력 측에 유압 결합되고 유압 펌프(702)의 저압력 측에서 끝난다. 저압력 라인(706)은 제2 원웨이 밸브(706a)의 업스트림에 배치된 저압력 또는 제2 어큐물레이터(706b)를 포함한다. 유압 시스템(700)은 폐루프 시스템이며 따라서 제1 원웨이 밸브(704a) 및 제2 원웨이 밸브(706a)의 조합은 유체가 단지 한 방향으로만, 유압 펌프(702)로 흘러들어와서 유압 모터(708)로 흐르도록 한다. 이 같은 방식으로, 유압 펌프는 고압력 라인(704)의 유체가 압력이 증가하도록 하고 유압 모터(708)를 구동하게 하고 이어서 유압 모터(708)의 출력 샤프트(미도시)에 기계적으로 결합된 전기 발전기(710)(도 12의 전기 발전기(502))를 구동하여, 전기 에너지를 발생한다. 유압 모터(708)에 의해 축출된 저압력 유체는 저압력 라인(707)을 경유하여 유압 펌프(702)로 되돌아 가서 유압 루프를 완성한다.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 유압 회로(800)를 도시한다. 유압 회로(800)는 임의의 적절한 선형 유압 액추에이터일 수 있는 유압 액추에이터(402)를 포함하는 시스템(400)에 해당된다. 제1 고압력 라인(804)이 유압 액추에이터(402)의 제1 챔버(402a)에 유압 결합하고, 제2 고압력 라인(806)은 제2 챔버(402b)에 유압 결합한다. 고압력 라인(804) 및 고압력 라인(806)은 유압 액추에이터(402)로부터 흘러나오는 방향으로만 유체 흐름을 허용하도록 구성된 제1 원웨이 밸브(804a) 및 제2 원웨이 밸브(806a)를 각각 포함한다. 고압력 라인들(804) 및 (806)은 유압 모터(810)의 고압력단에서 종결되는 고압력 유압 회로(808)에 합쳐진다. 고압력 회로(808)는 유압 모터(810)와 제1 및 제2 원웨이 밸브(804a) 및 (804b) 사이에 배치된 고압력 또는 제1 어큐물레이터(808a)를 포함한다. 저압력 도관(812)이 유압 모터(810)의 저압력 측에 유압 결합되고 제1 저압력 라인(814) 및 제2 저압력 라인(816)에 합쳐진다. 제1 저압력 라인(814)은 유압 액추에이터(402)의 제1 챔버(402a)에 유압 결합되고, 제2 저압력 라인(816)은 유압 액추에이터(402)의 제2 챔버(402b)에 유압 결합된다. 제1 저압력 라인(814) 및 제2 저압력 라인(816)은 유압 액추에이터(402)로 흘러들어가는 방향으로만 유체 흐름을 허용하도록 구성된 제3 원웨이 밸브(814a) 및 제4 원웨이 밸브(816a)를 각각 포함한다. 저압력 도관(812)은 유압 모터(810)와 제3 및 제4 원웨에 밸브(814a), (814b) 사이에 배치된 저압력 또는 제2 어큐물레이터(812a)를 포함한다. 포드(120)의 회전은 따라서 유압 액추에이터(402)의 압축 및 팽창은 시스템(800) 내에 포함된 유체를 가압하고, 유압 모터(810)를 구동하며 이어 유압 모터(810)의 출력 샤프트(미도시)에 기계적으로 결합된 전기 발전기(818)(또는 도 12의 전기 발전기(502))를 구동하여, 전기 에너지를 발생한다. 유압 모터(810)에 의해 축출된 저압력 유체는 저압력 도관(812)를 경유하여 유압 액추에이터(402)의 저압력 측으로 되돌아 가고 이로써 유압 루프를 완성한다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 포드(120)가 시스템(100)에 포함될 수 있다. 인식할 수 있는 바와 같이, 각 포드(120)는 하나의 전기 발전기를 포함하는 하나의 유압 회로(즉, 전술한 바와 같이 유압 회로(600), 유압 회로(700), 유압 회로(800))를 포함할 수 있고 또는 하나의 전기 발전기를 구동하는 하나의 유압 회로를 형성하기 위해 유압 결합된 복수 개의 포드(120)의 유압 회로들을 포함할 수 있다.
도 16은 복수 개의 포드(120)를 포함하는 따라서 복수 개의 유압 회로를 포함하는 유압 시스템(900)을 도시하다. 비록 3개의 유압 회로가 도시되었으나, 임의의 개수의 유압 회로가 서로 결합되어 전기 발전기(908)를 구동할 수 있다. 유압 시스템(900)은 동일한 유압 회로들(즉, 모두 유압 회로(600))을 포함하거나 유압 회로들(600), (780) 그리고/또는 (800)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 유압 시스템(900)은 유압 회로(600), (700) 및 (800)를 각각 포함한다. 유압 회로(600), (700) 및 (800)는 병렬로 배치되며, 고압력 측(902) 상의 고압력 라인(902a) 및 저압력 측(904) 상의 저압력 라인(904a)을 포함한다. 유압 모터(906)는 유압 시스템(900)의 말단에 배치되고 고압력 라인(902a) 및 저압력 라인(904a)과 유압을 통해 소통한다. 유압 모터(906)의 출력 샤프트(미도시)는 전기 발전기(908)(또는 도 12의 전기 발전기(502))와 기계적으로 연동한다. 고압력 어큐물레이터(902b)는 마지막 유압 회로와 유압 모터(906) 사이의 고압력 라인(902a)에 유압 결합되고, 저압력 어큐물레이터(904b)는 유압 모터(906)와 마지막 유압 회로 사이의 저압력 라인(904a)에 유압 결합된다. 차동 압력 스위치를 포함하는 필터(904c)가 저압력 어큐물레이터(904b)와 마지막 유압 회로 사이의 저압력 라인(904a)에 유압 결합되어, 유압 회로(600), (700) 및 (800) 각각에 다시 들어가기 전에 유압 시스템(900)으로부터의 어떠한 오염원도 제거할 수 있다. 유압 회로(600), (700) 및 (800) 각각은 고압력 라인(902a) 내에 포함된 유압 유를 가압하는데 기여한다. 인식될 수 있듯이, 유압 회로(600), (700) 및 (800) 각각은 개별 역량으로 유압 유의 가압에 기여할 수 있다. 이 같은 방식으로, 포드(120)들은 동시에 가압에 기여할 필요가 없으며 각각에 대해서 독립적으로 움직일 수 있다. 사실, 유압 회로(600), (700) 및 (800)의 원웨이 밸브(606a), (704a), (804a) 및 (806a)은 고압력 유압 유가 유압 회전 액추에이터(602), 유압 펌프(702) 또는 유압 액추에이터(402) 중 어느 것으로도 다시 흘러들어가지 않도록 하는 것을 보장한다. 유압 유 가압에 대한 개별적인 기여의 또 다른 이점은 가압된 유압 유가 유압 모터(906)를 구동할 때 압력 저하가 보다 적다는 것으로서(즉, 보다 연속적인 흐름/압력이 제공된다), 전기 에너지의 연속적인 생성을 제공할 수 있다는 것이다. 유압 시스템(900)에 대한 대안 시스템이 도 16A에 도시되어 있다.
도 17은 유압 결합된 복수 개의 유압 회로를 갖는 또 다른 실시예에 따른 유압 시스템(1000)을 도시한다. 유압 시스템(1000)은 전술한 유압 시스테(900)과 유사하며 따라서 단지 그 차이점만 이하에서 서술될 것이다. 유압 시스템(1000)은 유압 결합되며 종국에는 유압 모터(906)(도 16)의 고압력 측에서 끝나는 제1 게이트 밸브(1002a)를 갖는 고압력 티(tee)(1002)를 포함한다. 제1 게이트 밸브(1002a)는 유압 모터(906)의 업스트림에 배치되고 유압 모터(90)로의 유압 유의 흐름을 차단할 수 있는 임의의 적절한 게이트 밸브일 수 있다. 유압 시스템(1000)은 또한 유압 결합되며 종국에는 유압 모터(906)의 저압력 측에서 끝나는 제2 게이트 밸브(1004a)를 더 포함한다. 제2 게이트 밸브(1004a)는 유압 모터(906)의 다운스트림에 배치되며 유압 모터(906)로부터의 유압 유의 흐름을 차단할 수 있는 임의의 적절한 게이트 밸브일 수 있다. 제1 게이트 밸브(1002a) 및 제2 게이트 밸브(1004a)는 수동 게이트 밸브, 자동 게이트 밸브 등일 수 있다. 제1 게이트 밸브(1002a) 및 제2 게이트 밸브(1004a)가 함께 차단될 때, 유압 회로(600), (700) 및 (800)은 유압 모터(906)로부터 격리될 수 있다. 이 같은 방식으로, 서비스가 유압 모터(906) 또는 유압 회로(600), (700) 및 (800)에 수행될 수 있다.
이제, 도 18을 참조하면, 유압 회로(600), (700) 및 (800) 각각을 개별적으로 격리시킬 수 있는 유압 시스템(1100)이 도시되어 있다. 유압 시스템(1100)은 전술한 유압 시스테(1000)과 유사하며, 따라서 간략화를 위해서 차이점만 서술될 것이다. 유압 시스템(1100)은 유압 결합되어 유압 시스템(1100)을 형성하는 세 개의 유압 회로를 포함한다. 처음 두 개의 유압 회로(600) 및 (700)는 그들 사이에 배치된 고압력 티(1102) 및 저압력 티(1104)를 포함한다. 유압 회로(600) 및 (700)는 고압력 게이트 밸브(1106), (1108)와, 고압력 티(1102) 및 저압력 티(1104)에 각각 인접하게 배치된 저압력 게이트 밸브(1110), (1112)를 각각 포함한다. 또한, 제3 유압 회로(800)은 고압력 티(1102)에 유압 결합된 고압력 라인(1114)와, 저압력 티(1104)에 유압 결합된 저압력 라인(1116)을 포함한다. 제3 유압 회로(800)는 고압력 티(1102)에 인접하여 배치된 고압력 게이트 밸브(1118)와, 저압력 티(1104)에 인접하게 배치된 저압력 게이트 밸브(1120)를 포함한다. 유압 시스템(1000)과 비슷하게, 고압력 티 및 저압력 티는 대응하는 게이트 밸브(1122), (1124)를 각각 포함한다. 이로 인해, 유압 시스템(1100)은 유압 모터(미도시)로부터 선택적으로 격리될 수 있고 또는 필요에 따라 유압 회로(600), (700) 그리고/또는 (800)는 유압 시스템(1100) 나머지 구성들로부터 개별적으로 격리될 수 있다.
이해될 수 있듯이, 유압 회로(600), (700) 및 (800) 각각 및 유압 시스템(900), (1000) 및 (1100) 각각은 대응하는 유압 모터에 유압 결합된 여분의 회로(redundant circuit)를 포함할 수 있다. 이로 인해, 어떤 유압 모터에 문제가 발생할 경우, 테크니션이 그 영향을 받은 회로에 대한 서비스 혹은 복구를 하는 중에, 전기 에너지를 생성하면서 그 특정 회로가 격리될 수 있다.
도 19A 및 도 19B에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 폭풍우와 같은 이벤트시 시스템(100)을 잠수시킬 수 있는 밸라스팅 시스템(1300)을 포함한다. 밸라스팅 시스템(1300)은 해저(1304)에 얹혀있는 무어링(mooring)(1302) 및 제1 단에서 무어링(1302)에 고정 결합되고 제2 단에서 적절한 수단을 사용하여 플랫폼(110)의 풍상측 단(110a)에 고정 결합된 무어링 라인(1306)을 포함한다. 무어링(1302)은 임의의 적절한 무어링 예를 들어 스윙 무어링, 포 앤 애프트 무어링(fore and aft mooring), 파일 무어링(pile mooring) 등일 수 있다. 무어링 라인은 임의의 적절한 라인 예를 들어, 체인, 밧줄, 스틸 등일 수 있으며, 거기에 연결된 적절한 전기선(미도시)을 포함할 수 있다; 하지만, 무어링 라인(1306)은 시스템(100)에 의해 생성된 전기 에너지를 전송할 수 있고, 이어서 해저 케이블(1308)을 통해서 해안 또는 부유하는 전기적 서브스테이션(electrical substation)(미도시)으로 전달될 수 있다. 밸라스팅 시스템(1300)은 플랫폼 구조(110)의 연장 부재(112), (114) 각각에 정의된 챔버(미도시) 내에 바다로부터 물을 끌어들일 수 있는 펌프(미도시)를 포함할 수 있다; 다른 구성들, 예를 들어 에어 펌프, 자립식(stand-alone) 물/공기 챔버 등이 또한 고려될 수 있다. 시스템(100)에 손상을 줄 수 있는 폭풍우 도는 다른 자연 이벤트의 경우, 밸라스팅 시스템은, 시스템(100)(도 19B)을 잠수시키기 위해서, 물을 챔버들 내로 끌어들인다(또는 챔버들로부터 퍼낸다). 밸라스팅 시스템(1300)은, 바다 아래 특정 깊이로 또는 플랫폼 구조(110)가 해저(1304)에 안착할 때까지, 시스템(100)을 잠수시킬 수 있다. 시스템(100)이 잠기는 깊이는 바다의 깊이 및 폭풍우의 강도에 의존한다.
이제, 도 20 및 도 21을 참조하면, 파들로부터 에너지를 추출할 수 있는 시스템의 또 다른 예들이 도시되어 있고 참조번호 1400으로 참조된다. 시스템(1400)은 풍상측 또는 선두 단(1400a)에 배치된 헤드 또는 플랫폼 구조(1402)를 포함한다. 헤드(1402)는 굽어 있으며 풍하측 또는 꼬리 단(1400b)으로 신장하는 양단을 갖는 아치 빔(1404)을 포함한다. 헤드(1402)는 아치 빔(1404)을 양분하는 위치에서 아치 빔(1404) 상에 배치된 칸(compartment)(1406)을 포함하며, 다른 구성들이 또한 고려될 수 있다. 복수 개의 꼬리부(1408)가 아치 빔(1404)을 따라 균등하게 이격된 위치에 아치 빔(1404)의 하측에 회전가능하게 결합되며, 각 꼬리부(1408)는 서로 연결된 복수 개의 연장 부재(1410)로 구성된다. 서로 연결된 복수 개의 연장 부재(1410) 각각은 다음 연장 부재에 회전 가능하게 연결되어, 각 연장 부재(1410)가 그 아래를 지나가는 파의 형상에 부합할 수 있다. 파들로부터 에너지를 추출하기 위해서, 연장 부재들 각각은 제1 단에서 선두의 연장 부재(1410a)에 회전가능하게 지지되고 제2 단에서 꼬리의 연장 부재(1410b)에 회전가능하게 지지된 적어도 하나의 유압 액추에이터(1412)(도 21)를 포함한다. 이 같은 방식으로, 각 연장 부재가 관절 운동을 함에 따라(즉, 파의 형태를 추종함에 따라), 유압 액추에이터(1412)는 압축 또는 팽창되며 이로써 헤드(1402) 내에 또는 헤드 상에 배치된 유압 시스템(미도시)을 통해 유압 유를 펌핑(pumping) 할 수 있다.
이해될 수 있듯이, 각 유압 액추에이터에 사용된 유압 회로는 전술한 바와 같은 유압 회로(800)와 유사할 수 있고, 각 유압 회로를 유압 결합시키는 유압 시스템(미도시)은 전술한 유압 시스템(900), (1000) 또는 (1100) 중 임의의 것과 유사할 수 있다. 칸(1406)은 방수가 되고, 전기 발전기(미도시) 및 다른 유압 부품들(예를 들어 어큐물레이터, 게이트 밸브 등)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 바다 및 다른 요소들로부터 그 같은 부품들을 보호한다.
시스템(1400)은 전술한 시스템들의 부품들, 예를 들어 밸라스팅 시스템(1300), 비콘(140) 그리고/또는 파 측정 장치(150) 중 임의의 부품 또는 전부를 포함할 수 있다.
전술한 실시예들 중 임의의 실시예(들)를 사용하여 생성된 전력이 수소를 생성하고 저장하는데 사용될 수 있다. 이로 인해, 파들로부터 추출된 전기 에너지는 플랫폼 구조(110)에 고정 결합된 전해조(미도시)를 가동할 수 있다. 전해조는 물을 산소 및 수소 가스로 분해할 수 있는 임의의 적절한 전해조일 수 있고 전기 발전기(502)(도 12)와 전기 통신한다. 생성된 수소는 이어서 업계에서 알려진 임의의 적절한 방법을 사용하여 산소로부터 분리될 수 있고 수소 가스를 저장할 수 있고 선택적으로 방출할 수 있는 적절한 탱크(미도시) 내에 저장될 수 있다. 탱크는 플랫폼 구조(110)의 연장 부재(112), (114) 내에 배치될 수 있고, 플랫폼 구조(110)의 임의의 적절한 장소에 배치될 수 있고 또는 플랫폼 구조(110)에서 떨어져서 배치될 수 있다. 이해될 수 있듯이, 전술한 시스템들 중 어떤 것도 동시에 혹은 선택적으로 스위치(미도시) 혹은 임의의 다른 적절한 수단에 의해 수소를 생성하고 전기를 전송할 수 있는 역량을 포함할 수 있다. 또한, 전해조에 의해 물로부터 분리된 산소 가스는 밸라스팅 시스템(1300)에 활용될 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들이 도면에 도시되었지만, 본 발명의 개시 내용은 허용되는한 가장 넓은 범위로 해석되고 명세서도 동일하게 해석되기 때문에, 본 발명이 그 도시 내용에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 전술한 서술은 한정적인 것이 아니며 단지 특정 실시예들의 예일 뿐이다.

Claims (15)

  1. 플랫폼 구조에 의해 회전가능하게 지지된 포드;
    상기 포드와 기계적으로 연동하고 운동의 범위에 걸쳐 가변 토크를 전달하도록 구성된 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘; 그리고,
    상기 멀리-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 기계적으로 연동하는 전기 발생 장치를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포드는 부력이 있고, 상기 포드의 선두측 상에 배치된 평탄한 측면에 파가 접촉할 때 회전하도록 구성되는 파 에너지 전환 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포드의 회전 중심을 통해 신장하는 구동-샤프트 상에 회전가능하게 지지된 구동 기어를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 기어는 상기 포드에 기계적으로 결합되는 파 에너지 전환 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 플랫폼 구조에 고정 결합된 포스트 상에 회전가능하게 지지된 피동 기어를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동 기어 및 상기 피동 기어는 타원형 프로파일을 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 피동 기어는 상기 구동 기어와 기계적으로 연동하는 파 에너지 전환 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 포드의 회전은 상기 구동샤프트를 축으로 한 상기 구동 기어의 회전을 초래하고 이에 따라 상기 포스트를 축으로 한 상기 피동 기어의 회전을 야기하는 파 에너지 전환 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구동 기어가 회전할 때 상기 피동 기어에 인접한 위치에서 상기 구동 기어의 라디우스는 증가하는 파 에너지 전환 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 피동 기어가 회전할 때, 상기 구동 기어에 인접한 위치에서 상기 피동 기어의 라디우스는 감소하여, 가변 토크를 전달하는 파 에너지 전환 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘은 상기 포스트 상에 회전가능하게 지지된 평 기어를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 평 기어는 상기 피동 기어 및 상기 전기 발생 장치와 기계적으로 연동하는 파 에너지 전환 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 발생 장치는 유압 회로를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 유압 회로는 상기 멀티-라디우스 에너지 전달 메커니즘과 기계적으로 연동하는 유압 액추에이터를 포함하는 파 에너지 전환 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 유압 액추에이터는 유압 모터와 유압 소통하고, 상기 유압 액추에이터의 작동은 상기 유압 모터를 회전하게 하며 이에 따라 기계적으로 연동되는 전기 발전기가 전기 에너지를 생성하도록 하는 파 에너지 전환 시스템.

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