KR20220133335A

KR20220133335A - 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220133335A
Application number: KR1020227033272A
Authority: KR
Inventors: 토마스 데니스
Original assignee: 웨이브 스웰 에너지 리미티드
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-10-04
Also published as: AU2020204291B2; JP7473577B2; KR20190101959A; JP2022084902A; SG11201903397XA; AU2018101950A4; US11644004B2; JP7051880B2; CN114382639A; AU2022224873A1; CN110291289B; CA3040816A1; CN110291289A; US20200056577A1; EP3526467A4; AU2018101952A4; EP3526467A1; CL2019001037A1; JP2019531442A; WO2018071963A1

Abstract

파랑과 같은 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 본 장치(10)는 작동 유체를 위한 유로(40), 터빈(44) 및 흐름 제어 장치(38)를 포함하고 있으며, 터빈(44)과 흐름 제어 장치(38) 각각은 유로(40)와 직접 유체 연통되어 있고, 여기서 사용시, 흐름 제어 장치(38)는 흐름 제어 장치(38)가 개방되어 공기와 같은 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 장치를 통하여 유로(40)를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 흐름 제어 장치(38)가 흐름 제어 장치를 통한 작동 유체의 흐름을 제한하는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능하다. 이러한 예에서, 작동 유체는 그후 전기를 생성하기 위하여 이용될 수 있는 터빈(44)을 통하여 유로(40)로 들어가야 한다.

Description

유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING ENERGY FROM A FLUID}

본 발명은 일반적으로 에너지 생성에 관한 것으로서, 특히 배타적인 것은 아니지만, 파랑 에너지 추출 시스템을 이용하는 에너지 생성에 관한 것이다. 본 발명은 장치의 설계뿐만 아니라 이러한 장치로부터의 에너지의 포획을 최적화하기 위한 방법과 관련이 있다.

많은 유형의 파력 발전 시스템이 본 기술 분야에 제안되고 있다. 이러한 시스템은 파도의 움직임을 이용하여 터빈의 회전 운동을 야기하고 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 원리를 기반으로 한다. 공지된 파력 발전 시스템은 터빈에 연결된 진동수주(oscillating water columns; OWC)를 수용하기 위해 하나 이상의 유체 흐름 덕트를 사용한다. 이러한 시스템에서, 안쪽 및 바깥쪽으로 향하는 파도 흐름에 의하여 야기된 OWC 내에서의 파도의 진동 움직임의 결과로서, 덕트 내에서의 공기의 변위에 야기된 공기 흐름 조건 반전이 빈번하게 존재한다. 이 터빈은 흔히, 구성이 복잡하고 제조하기 위한 비용이 비싸며 오랜 기간에 걸쳐 가혹한 환경 조건(염수, 큰 또는 예측 불가능한 힘을 가져오는 높거나 거친 바다)을 견딜 수 없다는 단점을 갖고 있다. 많은 이 종래의 시스템은 양방향 터빈에서 OWC의 움직임을 회전 기계 에너지로 변환시킬 때의 손실로 인하여 낮은 효율로 작동한다.

효율적인 방식으로 OWC로부터 에너지를 포착할 수 있으며 이러한 작업을 수행하는 비용을 낮출 수 있는 개선된 시스템 설계의 필요성이 있다.

제1 양태에서, 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치에 관한 실시예가 개시되어 있으며, 본 장치는 작동 유체를 위한 유로 및 유로와 각각 직접 유체 연통되어 있는 터빈과 흐름 제어 장치를 포함하고, 사용시, 흐름 제어 장치는 흐름 제어 장치가 개방되어 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 장치를 통하여 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 흐름 제어 장치가 흐름 제어 장치를 통한 작동 유체의 흐름을 제한하여 작동 유체가 터빈을 통하여 유로로 들어가는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능하다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 유로에 대한 접근 구성을 변화시킨다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 제2 구성에서 터빈을 통해서만 작동 유체의 흐름을 용이하게 하기 위하여 완전히 폐쇄 가능한다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치에는 제어 메커니즘이 장착되어 있어 제1 구성과 제2 구성 사이에서 그의 이동을 제어한다. 이의 한 형태에서, 흐름 제어 장치는 제어 메커니즘에 의하여 이동 가능하여 작동 유체의 흐름에 대하여 개방 및 폐쇄되는 요소를 갖고 있다. 이의 특정 형태에서, 상기 요소는 힌지식으로, 슬라이딩 가능하게 또는 회전 가능하게 이동 가능한 것 중 하나이며, 흐름 제어 장치의 횡단면 개방 통로를 덮는 형상이다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 버터플라이 밸브 또는 체크 밸브 중 하나이다.

특정 실시예에서, 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하며, 로터는 유로에 연결된 하우징 내에 배치되어 있고, 그에 의하여 블레이드의 형상 및 허브에 관한 그의 방향은 하우징을 통한 작동 유체의 단방향의 축 방향 흐름에 응답하여 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 한다. 이의 한 형태에서, 발전기는 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성한다. 한 특정 실시예에서, 구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 발전기에 연결되어 있다.

특정 실시예에서, 작동 유체는 공기이며, 공기의 흐름은 유로와 유체 연통되고 덕트 내에 위치된 진동수주의 진동에 의하여 생성된다.

특정 실시예에서, 덕트는 (a) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL; mean surface level) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (b) 제1 부분에 매달려 있으며, 사용시 MSL 위로 연장되도록 배열되고, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 유로는 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위 위로 연장되는 제 2 부분의 영역에 의하여 한정된다.

이의 한 형태에서, 덕트의 제1 및 제2 부분은 제1 및 제2 부분 중간의 흐름 방향 제어 세그먼트를 통하여 연결되어 있으며, 흐름 방향 제어 세그먼트는 제1 및 제2 부분의 접합부에 배열되고 제1 및 제2 부분 사이에서 연장된 평면형 경사 부분에 의하여 한정된다.

한 특정 실시예에서, 덕트의 제1 및 제2 부분은 대체로 세장형 도관이며, 제1 부분은 제2 부분의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 갖고 있다. 이의 한 형태에서, 제1 부분의 개구에서의 횡단면적은 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적이며, 유역에서 도관으로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여 도관은 개구에서의 외부 진입 마우스 영역으로부터 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어든다. 한 특정 실시예에서, 수역으로부터 덕트 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 제1 부분의 외부 진입 마우스 영역은 사용시 덕트가 위치된 수역의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 있다.

특정 실시예에서, 덕트는 덕트가 배치된 수역의 해저 상에 놓이도록 작동 가능하다.

제2 양태에서, 파랑 에너지 추출 시스템의 실시예가 개시되며, 본 시스템은, (a) 진동수주를 수용하기 위한 것으로서, (i) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (ⅱ) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위에서 연장되도록 배열되며, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 따라서 사용시 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 내부에 구축되며, 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지는, 덕트; (b) 덕트의 제2 부분 내에 위치된 유로와 직접 유체 연통된 회전 가능한 공기 터빈; 및 (c) 유로와 또한 직접 유체 연통된 적어도 하나의 흐름 제어 장치를 포함하며, 흐름 제어 장치는 사용시, 장치가 개방되어 진동수주가 덕트의 제2 부분 내로 수용될 때 변위 공기의 흐름이 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 장치가 제2 부분으로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 그 결과 진동수주가 덕트에서 상기 반대 방향으로 흘러나옴에 따라 공기의 흐름은 회전 가능한 공기 터빈을 통하여 유로 내로 다시 흡인된다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 장치는 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 제2 부분에 대한 접근 구성을 변화시킨다.

특정 실시예에서, 시스템은 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함하고 있다. 이의 한 형태에서, 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하고, 로터는 제2 부분에 연결된 유로 내에 배치되며, 그에 의하여 블레이드의 형상 및 허브에 관한 그의 방향은 유로를 통한 제2 부분으로의 축 방향 공기 흐름에 응답하여 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 한다. 이의 한 특정 형태에서, 구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 발전기에 연결되어 있다.

특정 실시예에서, 사용시 진동수주의 빈도는 제1 및 제2 구성 사이에서의 하나 이상의 흐름 제어 장치(들)의 선택적인 이동에 의하여, MSL 위로 연장되는 제2 부분의 표면적의 비율로서의 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적을 변경함으로써 달라질 수 있다. 이의 한 형태에서, MSL 위로 연장되는 제2 부분의 표면적의 비율로서의 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적은 15% 미만으로 정해져 있다. 이의 특정 형태에서, 상기 비율은 10% 미만이 되도록 정해져 있다.

특정 실시예에서, 제2 양태의 시스템은 제1 양태에서 한정된 바와 같은 장치를 포함한다.

제3 태양에서, 진동수주와 유체 연통하는 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하도록 진동수주 내에서의 물의 이동의 빈도를 제어하는 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은

a. 진동수주를 수용하기 위하여 덕트를 배열하는 단계, 여기서 덕트는 (i) 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및 (ⅱ) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위에서 연장되도록 배열되며, 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 따라서 사용시 덕트 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 덕트 내에 구축되며, 덕트 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지며; 및

b. MLB 위로 연장되는 덕트의 제2 부분의 내부에서 유로와 직접 유체 연통되는 적어도 하나의 흐름 제어 장치의 구성을 변화시키는 단계를 포함하며,

장치(들)는 사용시, 장치가 개방되어 진동수주가 덕트의 내로 수용되고 있을 때 변위 공기의 흐름이 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 장치가 장치를 통하여 제2 부분 내의 유로로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 따라서 덕트로 유입되고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도와 실질적으로 대응한다.

특정 실시예에서, 본 방법은 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도 변화에 응답하여 적어도 하나의 흐름 제어 장치(들)의 구성을, 제어 메커니즘을 이용하여 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하고 있다. 이의 한 형태에서, 사용시 제어 메커니즘은 흐름 제어 장치(들) 중 하나 이상을 제1 구성과 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동시킨다.

특정 실시예에서, 제3 양태의 덕트, 흐름 제어 장치 및 제어 메커니즘은 제1 양태에서 한정된 바와 같다.

제4양태에서, 진동수주를 수용하기 위한 덕트의 실시예가 개시되며, 본 덕트는 (a) 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 도관을 포함하는 제1부분, 및 (b) 제1 부분에 매달려 있고 사용시 MSL 위로 연장되도록 배열된 다른 도관을 더 포함하고 파도가 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며, 여기서 수역으로부터 덕트로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 제1 부분의 개구에서의 진입 마우스는 사용시 덕트가 위치되는 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있다.

특정 실시예에서, 제1 부분은 개구에서 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적을 갖고 있으며, 유역에서 덕트로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 도관은 개구에서의 진입 마우스 영역에서 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어든다. 이의 한 형태에서, 제1 부분의 진입 마우스의 최상부와 최외측 영역은 사용시 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있다. 한 특정 형태에서, 제1 부분의 최상부 표면은 개구에서의 진입 마우스로부터 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 하향 경사져 있다.

특정 실시예에서, 제4 양태의 덕트는 다르게는 제1 양태에서 한정된 바와 같다.

제5 양태에서, 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 실시예가 개시되며, 본 장치는 작동 유체를 위한 유로를 한정하는 하우징; 하우징에 배치되며, 사용시 유로 내의 작동 유체와 유체 연통하는 에너지 변환 유닛; 및 사용시 작동 유체가 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 작동 유체가 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위하여 유로와 유체 연통되어 있는 흐름 제어 수단을 포함하고 있다.

특정 실시예에서, 흐름 제어 수단과 에너지 변환 유닛은 연속적으로 작동하도록 구성되어 사용시 작동 유체의 흐름이 흐름 제어 수단을 통하여 유로를 나가고 작동 유체의 흐름이 에너지 변환 유닛을 통하여 유로로 들어간다.

특정 실시예에서, 하우징은 바다에 인접하게 위치된 진동수주를 수용하도록 배열되어 있으며, 에너지 변환 유닛에 작용하는 작동 유체의 방향은 통과하는 파도의 낙하와 관련되어 있다.

특정 실시예에서, 에너지 변환 유닛은 터빈 로터를 포함하고 있다.

특정 실시예에서, 제5 양태의 장치는 다르게는 제1 양태에서 한정된 바와 같다.

특정 실시예에서, 제6 양태는 진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하는 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은

(i) 진동 작동 유체를 수용하기 위하여 유로를 한정하는 하우징을 파도를 갖는 수역 내에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계;

(ⅱ) 진동 작동 유체와 유체 연통되도록 에너지 변환 유닛을 배열하는 단계; 및

(ⅲ) 제1 설정 방향으로 흐를 때 작동 유체가 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 제2 방향으로 흐를 때 작동 유체가 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위한 흐름 제어 수단을 제공하는 단계를 포함하고 있다.

특정 실시예에서, 제6 양태의 방법은 다르게는 제3 양태에서 한정된 바와 같다.

제7 양태에서, 수역 내의 연안 위치에 진동 파도 컬럼 에너지 포획 장치를 위치시키기 위한 방법의 실시예가 개시되며, 본 방법은

(i) 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있는 장치를 작동적으로 잠수 가능한 부유 플랫폼 상에 위치시키는 단계;

(ⅱ) 플랫폼과 장치를 수역 상에서 부유되게 하는 단계;

(ⅲ) 플랫폼과 장치를 수역 내의 설정 위치로 이동시키는 단계;

(ⅳ) 플랫폼을 잠수되게 하여 따라서 장치와 분리시키고, 그에 의하여 장치를 부유 보조 기구에 의하여 수역에 계속 부유하게 남겨두는 단계; 및

(ⅴ) 그후 장치의 의도된 작동적인 사용을 위하여 설정 위치에서 장치가 부분적으로 물에 잠기고 수역의 해저에 놓여질 수 있도록 부유 보조 기구를 제거하는 단계를 포함하고 있다.

특정 실시예에서, 에너지 포획 장치는 다르게는 제1 또는 제5 양태에서 한정된 바와 같다.

본 요약 및 명세서 전체에서, 약어 MSL은 "평균 수면" 또는 "평균 해수면"을 위하여 사용되며, 특정 위치에서의 수역 내의 평균 간조와 평균 만조 사이의 중간 지점으로 정의된다. 따라서 MSL은 특정 수역의 표면의 평균치를 의미하며, 따라서 또한 파정 또는 파랑골의 변동이 측정될 수 있는 수직 깊이 기준점을 나타낸다.

본 발명의 양태, 특징 및 이점은, 본 발명의 일부이며 또한 한 예로서 개시된 임의의 발명의 원리를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해질 때 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부 도면은 설명될 다양한 실시예의 이해를 용이하게 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 장치의 개략적인 후방 사시도이다.
도 3a는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 장치를 향하는 파도 이동의 개시 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 3b는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 파도가 장치를 통하여 이동하고 가스가 변위되면서 유체 제어 장치(들)에서 흘러나오는 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 3c는 MSL에 직각인 절단면 A-A를 따라서 볼 때의 그리고 파도가 수역을 향하여 장치 밖으로 뒤로 이동하고 유체 제어 장치(들)가 폐쇄되고, 가스가 단방향 터빈을 통하여 흐름으로 흡인되어 터빈을 회전시키고 전기 에너지를 생성하는 시점에서의 도 1에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이다.
도 5는 진동 파도 컬럼의 내부에 대한 최하부 유입 영역 및 파도-피어싱 립을 도시하는, 도 4에 따른 장치의 개략적인 후방 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이며; 본 도면은 파도가 장치를 통하여 이동하고 가스가 변위되면서 유체 제어 장치(들)(삽입된 사진, 밸브 개방)에서 흘러나오는 순간을 도시하고 있다.
도 7은 도 6에 따른 장치의 개략적인 부분 횡단면 측면도이며; 본 도면은 파도가 수역을 향하여 장치 밖으로 뒤로 이동하고, 유체 제어 장치(들)가 폐쇄되고, 가스가 단방향 터빈을 통하여 흐름으로 흡인되어 터빈을 회전시키고 전기 에너지를 생성하는 순간을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 상기 파랑 에너지 수집 장치는 잠수식인 부유 도크 상에 위치되는 것으로 나타나 있다. 물에 잠기지 않은 상태에서 도크는 장치의 수중 위치를 위하여 선적 선박 뒤에서의 예인에 의하여 이동 가능하다. 진동 파도 컬럼 장치에는 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있다.
도 9는 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 물에 잠기지 않은 위치에서 도시된 상기 잠수식 부유 도크 상에 위치되며, 지금은 장치와 도크는 예인선의 형태의 선적 선박의 뒤에서 수역 상의 장치의 예정 목적지를 향하는 방향으로 예인되고 있는 것으로 나타나 있다.
도 10은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 잠수식 부유 도크로부터 분리된 것으로 나타나 있다. 도크는 (부표 패널 형태의 부유 보조 기구에 의하여 부유된) 장치가 그후 앞으로 끌려가고 도크에서 분리될 수 있도록 물 속에서 낮추어져 있는 것으로 도시되어 있다.
도 11은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 잠수식 부유 도크로부터 분리된 것으로 나타나 있으며, 도크는 지금은 물 속에서 다시 들어올려지고 있다. 예인선은 파랑 에너지 수집 유닛을 앞으로 그리고 도크에서 멀리 예인한다.
도 12는 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 그의 외부 측벽면으로부터의 일부 부표 패널 요소(부유 보조 기구)의 제거에 의하여 부분적으로 물 속에 잠긴 것으로 나타나 있다. 이는 장치가 이제 수역 내의 예정된 최종 사용 위치로 이동되었기 때문이다. 이 유닛은 해안선 해저 상의 그의 위치에 자리잡는다.
도 13은 도 8에 따른, 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도로서, 상기 장치는 지금은 물 속에서의 그의 최종 위치에서 부분적으로 물에 잠기고 해저 상에 놓여져 있는 것으로 나타나 있으며, 여기서 장치는 파도를 포획하고 에너지를 생성할 것이다. 모든 부표 패널 요소 (부유 보조 기구)는 장치의 측면에서 제거되었다. 반복 사용을 위하여, 부유 도크와 부표 패널은 모두 예인선에 의해 제거된 것으로 나타나 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 수역으로부터의 파도와 같은 진동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 본 장치는 주변 수역 내에 위치된 것으로 나타나 있다.
도 15는 도 14의 장치의 개략적인 정면 사시도이며; 본 장치는 주변 수역 내에 위치된 것으로 나타나 있고; 이는 장치 최상단의 터빈의 보다 상세한 구성을 보여주고 있다.
도 16은 본 발명의 장치에 기초하여, 개발된 대규모 프로토타입(prototype) 단방향 공기 터빈에 대한 예측 효율 곡선을 보여주고 있는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 유형의 장치인 통기된 진동수주 장치에 대해 밝혀진 에너지 균형의 그래프이다.
도 18은 실험 데이터로부터의 모델 스케일 공기 챔버 압력의 시계열 플롯 (상부 플롯); 및 하부 플롯에서 인접한 입사 파도 프로브 수위(파선)와 평균 표면 높이(실선)를 보여주고 있다.
도 19는 실험 데이터로부터, 규칙 파도 (237개 데이터 포인트)에서 얻어진 테스트 파랑 에너지 포획 장치에 대한 공압 동력의 결과를 보여주고 있다.
도 20은 실험 데이터로부터, 규칙 파도 (237개 데이터 포인트)에서 얻어진 테스트 파랑 에너지 포획 장치에 대한 공압 효율을 보여주고 있다.

본 발명은 진동 작동 유체, 예를 들어 사용 중에 반복적으로 장치로 들어가고 나오는 파랑(ocean wave)으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 특징부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 밀려오는 파도의 포획을 최대화하는 장치의 특징부에 관한 것이다. 본 발명은 또한 생성된 에너지의 양을 최대화하기 위해 장치를 조작하고 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 장치는 본 기술 분야에서 알려진 기술보다 유체의 단위 흐름 당 더 큰 에너지 생성을 가능하게 하는 디자인을 갖고 있다.

도면을 참조하면, 도 1 및 도 2에 나타나 있는 장치는 2개의 아암부(12, 14)를 갖고 있는 덕트(10)를 포함하고 있으며, 각 아암부는 횡단면이 대체로 직사각형인 세장형 도관을 포함하고 있고, 2개의 아암부는 서로 직각으로 배열되어 있으며 덕트(10)를 측면에서 보았을 때 대체로 L-형 구조로 연결되어 있다 (다른 실시예에서, 이 설명에서 참조의 용이함을 위하여 유사한 부분에는 동일한 부분 숫자가 부여된다).

덕트(10)의 제1 도관(12)은 사용시, 덕트가 예를 들어 해양 해안가에서 모래 및 암반(18) 상에 얹히도록 위치되는 수역(16)의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되며, 그의 세장형 축이 모래 및 암반(18)과 정렬되도록 대체로 수평적으로 배향된 상태로 배향된다.

제1 도관(12)은 수역으로부터 흘러들어오고 있는 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 직사각형 형상의 개방 마우스(20)를 갖고 있으며, 마우스(20)는 파도의 근원인 수역, 예를 들어 바다 또는 호수로 외측으로 배향된다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 제1 도관(12)이 개방 마우스(20)에서 덕트(10)의 내부로의 방향으로 안쪽으로 그리고 제2 도관(14)을 향하여 이동할 때 횡단면적이 줄어들기 때문에, 마우스(20)의 횡단면적은 제1 도관(12)의 나머지 부분의 임의의 지점에서의 횡단면적보다 크다. 사용시 진동 흐름이 생성될 때 명백해질 이유로, 이 고형 벽면으로 둘러싸인 제1 도관(12)의 일반적인 테이퍼링(tapering) 효과는 수역(16)으로부터 덕트(10)로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속시키는 것이다.

나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 상부 벽면(22)의 일부는 아래쪽으로 경사져 있으며, 사용시에는 모래와 암반(18)에 얹혀 있는 평평한 베이스 플로어(24)를 향하여 기울어져 있다. 수직 측벽면(26)은 제1 도관의 평평한 베이스 플로어(24)와 상부 벽면(22) 사이에서 연장된다. 나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 테이퍼진 진입 영역은 도관(12)의 길이의 약 1/3에 대해 연장되지만, 다른 실시예에서 이는 상이한 비율일 수 있다. 예를 들어, 제1 도관은 그의 전체 길이에 걸쳐 경사진 상부 벽면을 포함할 수 있으며, 평평한 베이스 플로어(24) 및 베이스 플로어와 상부 벽면 사이에서 연장되는 수직 측벽면(26)을 함께 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 도관은 개방 마우스에서 도관 내로의 방향으로 안쪽으로 이동할 때 둘 모두 도관의 일부 길이에 걸쳐 서로를 향하여 안쪽으로 경사진 상부 벽면과 베이스 플로어를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 도관의 측벽면 또한 안쪽으로 테이퍼지도록 기울어져 좁아지는 폭을 갖는 도관을 형성할 수 있으며 따라서 도관은 개방 마우스에서 덕트 내로의 방향으로 안쪽으로 이동할 때 감소하는 횡단면적을 갖는다.

도면에 나타나 있는 실시예에서, 제1 도관(12)의 마우스(20)의 최외측 및 최상부 영역(28)은 사용시 도관이 위치된 수역(16)의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 마우스(20)의 파도-피어싱 립(30; wave-piercing lip)을 형성한다. 이 특징부는, 특히 수역의 움직임이 거칠거나 고르지 않는 경우, 수역(16)으로부터 덕트(16) 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하고 보내는 것을 도울 수 있다.

덕트(10)의 제2 도관(14)은 사용시 도관이 위치되는 수역(16)의 MSL 위로 실질적으로 연장되도록 배열되면서, 그의 세장형 축이 제1 도관(12)의 축에 대체로 수직인 상태로 배향된다. 제2 도관(14)은 세장형이고, 제1 도관(12)으로부터 연장되며, 밀려오는 파도가 제1 도관(12)을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 물을 수용하도록 배열되어 있다. 들어오는 물결이 제1 도관(12)을 통하여 흐르고 덕트(10)의 제2 도관(14)으로 흐른 후, 제1 도관(12)을 통해 제2 도관(14)에서 뒤로 자유롭게 흘러나오고 수역(16)으로 되돌아가며, 그에 의하여 수역(16)의 해안선에서의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 흐름을 일치시키도록 배열될 수 있는 덕트(10) 내에 진동수 흐름을 설정한다. 제2 도관(14)은 파도가 제1 도관(12)을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위(32) 위의 높이까지 연장된다. 이 최대 수위(32) 위에 위치된 다량의 가스 (전형적으로 공기)는, 곧 설명될 바와 같이, 제2 도관(14)의 최상부 영역 밖으로 변위될 수 있고 그후 그 영역으로 뒤로 흡인될 수 있다.

진동수 흐름을 돕기 위하여, 도관(12, 14)들이 연결되는 전이 표면에서의 덕트(10)의 내부 치수는 동일하다. 제1 도관(12)과 제2 도관(14)은 또한 2개의 도관(12, 14)의 접합부에 배열된 평면형 경사 부분(34) 형태의 흐름 방향 제어 세그먼트를 갖고 있으며, 이는 밀려오는 물의 흐름이 덕트(10) 내에서 수평 축방향 흐름에서 수직 축방향 흐름 방향으로, 그리고 그후에 물이 역방향으로 진동하고 덕트(10)로부터 수역(16)을 향하여 외측으로 흐를 때 수직 축방향 흐름에서 수평 축방향 흐름 방향으로 전환될 수 있게 하는 것을 용이하게 한다. 유체가 덕트(10) 내로 진행함에 따라 제1 도관(12)의 횡단면적이 더 좁아지지는 경우, 유체 속도는 증가할 것이며, 이는 결과적으로 덕트(10) 내에 형성된 유체 컬럼을 구동하여 더 신속하게 진동시킬 수있다.

밀려오는 파도로부터 물이 수용됨에 따라 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에는 그리고 물의 최대 수위(32) 위에는 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)의 형태의 다수의 흐름 제어 장치를 통하여 최상부 영역(36)을 나갈 수 있는 변위 가능한 다량의 공기가 있으며, 이 흐름 제어 장치는 자동적으로 개방될 수 있거나 개방 상태로 돌려지거나 이동하도록 배열될 수 있다. 제2 도관(14) 내부 (및 물의 최대 수위(32)의 위)의 최상부 영역(36)은 유로(40)를 한정하며, 이 유로는 또한 단방향 터빈(44)과 유체 연통되어 있다. 본 명세서에 나타나 있는 실시예에서, 밸브(38)와 터빈(44)은 유로(40)와 직접 유체 연통하며, 이는 유로(40) 내로의 및 밖으로의 공기 이동이 공기가 터빈에 도달하기 전에 밸브를 통과하지 않거나, 또는 그 반대인 것을 의미한다. 즉, 이 밸브와 터빈은 서로 직렬로 배열되지 않으며, 오히려 서로 병렬 작동 구성으로 배열되고, 제2 도관(14) 내에서 유로 챔버(40)의 벽면들 내의 별개의 이격된 개구들에 위치되어 있다. 이러한 배열은 유로(40)의 구성의 선택적인 변화를 허용하며, 따라서 작동 유체 (예를 들어, 공기)는 터빈에서 단일 방향적으로 작용할 수 있거나, 대신에 우회 구조에서 작동(즉, 터빈을 우회)하여 배출 밸브를 통해 단일 방향적으로 흐를 수 있다. 설명될 바와 같이, 유로(40)의 최상부 말단에서, 이 밸브와 터빈은 바다, 호수 또는 다른 수역의 수위의 범위 위에 있다.

이제 도 3a를 참조하면, 덕트(10)를 향하여 이동하는 파도의 개시 순간이 나타나 있으며, 제1 도관(12)의 파도-피어싱 립(30)과 좁아지는 횡단면적은 밀려오는 파도를 덕트(10) 내로 안내하는 역할을 한다. 도 3b에서, 파도는 덕트(10)를 통하여 화살표(42)의 방향으로 이동하며, 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내의 공기의 일부는 덕트(10) 내에서 수직으로 상승하는 물에 의해 변위되고, 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)에서 흘러나오며 대기로 배출된다. 밸브(38)는 가벼운 깃털식(feathred) 움직임을 갖도록 배열되며, 따라서 유로(40)에서의 공기의 흐름은 임의의 상당한 양의 공기가 단방향 터빈(44)을 통하여 유로를 떠나게 하기 위한 것이라기 보다는, 밸브를 개방하기에 충분하고 덕트(10) 밖으로 최소 저항 경로를 제공하기에 충분하다.

도 3c에서, 파도는 그후 도 3b에 도시된 바와 같은 밀려오는 파도의 방향(42)과 반대인 방향인 화살표(46)의 방향으로 마우스(20)를 통하여 그리고 수역(16)을 향하여 덕트(10) 밖으로 뒤로 이동한다. 외측 방향(46)으로의 흐름의 결과로서, 대기는 떠나는 물에 의해 생성된 흡입에 의하여 최상부 영역(36)의 유로(40) 내로 흡인된다. 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38)가 이제 완전히 폐쇄되기 때문에, 공기는 단방향 터빈(44)을 통해서만 흡입될 수 있으며, 전기 에너지를 생성하기 위하여 공기의 이 흐름은 터빈(44)을 회전시킨다.

일부 다른 실시예에서, 떠나는 공기에 의해 생성된 흡입에 의하여 대기가 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내로 흡인될 때, 밸브는 이러한 공기 흐름에 대하여 완전하게 폐쇄되는 것보다는, 그를 통과하는 공기 흐름을 제한하는 유형일 수 있거나 부분적인 폐쇄의 위치에 배열될 수 있다. 그러나, 유로(40) 내로 흡인되고 있는 공기의 대부분은 단방향 터빈(44)을 통한다. 따라서, 유로(40) 내로의 그리고 유로 밖으로의 모든 공기의 흐름은 덕트(10) 내의 진동수주의 진동에 반응하고 이에 의하여 생성되며, 이는 특정 위치에서의 반복적인 파도 흐름 빈도에 의하여 설정된다.

본 명세서에 개시된 또 다른 장치에서, 도 3b와 도 3c에 나타나 있는 흐름 상황은 반전될 수 있으며, 따라서 파도가 덕트(10) 내로 이동하면, 대기로 방출되기 위하여 최상부 영역(38)의 유로(40) 내의 공기는 덕트(10) 내의 상승하는 물에 의해 변위되어 단방향 터빈(44)에서 흘러나온다. 이러한 장치에서, 파도가 덕트(10)에서 마우스(20)를 통하여 그리고 수역(16)을 향하여 이동하는 경우, 대기는 그후 밸브(38)를 통하여 유로(40)로 다시 흡인되며, 이 밸브는 단방향 터빈(44)을 통하여 유로(40) 내로 이루어질 수 있는 공기 흐름보다 유로(40) 내로의 한 방향으로 더욱 쉽게 개방되도록 배열되어 있다. 그러나, 본 발명자의 연구는 그러한 배열의 효율이 도 3b 및 도 3c에 나타나 있는 흐름 상황에 의해 달성될 수 있는 것보다 상당히 낮다는 것을 규명하였다. 이는 최대 발전 특성을 제공하는 유로(40) 내로의 공기 흡입의 하향 스트로크 (즉, 진동수 챔버로부터의 파도의 낙하 또는 흡출) 동안이며, 이 구성에서의 터빈(44)의 회전에 의하여 생성된 에너지는 (i) 양방향 터빈을 이용하여, 또는 (ⅱ) 밀려오는 파랑으로부터와 같은, 덕트 내로의 그리고 터빈을 향한 공기 압력의 상향 스트로크의 압력을 이용하여 달성될 수 있는 것보다 상당히 더 크다 (후자는 에너지 면에서 가장 약하다).

도 4 및 도 5에 나타나 있는 실시예를 참조하면, 다소 상이한 외관의 덕트(10)가 나타나 있다. 모든 면에 있어서, 이는 이전에 설명된 실시예와 기능적으로 유사하다. 각 아암부(12, 14)는 횡단면이 대체로 직사각형인 세장형 도관을 포함하고 있으며, 이 아암부들은 서로 직각으로 배열되어 있고 대체로 L-형 구조로 연결되어 있다.

덕트(10)의 제1 도관(12)은 사용시에 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되며, 그의 세장형 축이 모래 및 암반(18)과 정렬되도록 대체로 수평적으로 배향된 상태로 배향되어 있다. 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에는 버터플라이 밸브 또는 일방향 체크 밸브(38) 형태의 다수의 흐름 제어 장치가 있으며, 이 밸브는 자동적으로 개방될 수 있거나 개방 상태로 돌려지거나 이동하도록 배열될 수 있다. 제2 도관(14) 내부 (및 최대 수위(32)의 위)의 최상부 영역(36)은 유로(40)를 한정하며, 이 유로는 또한 단방향 터빈(44)과 유체 연통되어 있다.

본 발명자에 의해 채택된 기하학적 디자인 특징은 덕트(10)의 전면 상의 파도 부하를 감소시키기 위하여, 도 5에 나타나 있는, 경사진 전방 립 및 뾰족한 보우(33; bow)의 도입을 포함하고 있다.

도 14 및 도 15에 나타나 있는 실시예를 참조하면, 다소 다른 외관의 덕트(10)가 나타나 있다. 모든 면에서 있어서, 이는 이전에 설명된 실시예와 기능적으로 유사하다. 유사한 부분 번호가 기능을 설명하기 위해 사용된다.

또 다른 실시예에서, 밸브(38)에는 그의 개폐 구성을 제어하기 위하여 제어 메커니즘이 장착되어 있다. 예를 들어, 밸브는 힌지 운동에 의하여, 또는 슬라이딩 운동에 의하여 또는 회전 가능한 운동에 의하여 가스의 흐름에 대해 개폐되어 밸브의 횡단면 개방 통로의 부분을 적어도 덮을 수 있는 게이트를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 사용된 밸브는 유로(40)로 들어오고 나가는 진동 공기의 압력 및/또는 흐름의 방향 변화에 응답하도록 임의의 다른 적절한 방향으로 구성될 수 있다.

중요하게는, 제2 도관(14)의 최상부 영역(36) 내의 유로(40) 내의 변위 가능 가스로의 접근은 단방향 터빈(44)을 통해서일 뿐만 아니라 하나 이상의 밸브(38) (또는 다른 형태의 유동 제어 장치)를 통하여 이루어질 수 있기 때문에 흐름 챔버에 대한 각 형태의 접근을 다른 접근에 대해 개별적으로 그리고 순차적으로 작동시키도록 시스템이 구성되는 것이 가능하다. 그렇게 함으로써, 이는 터빈(44)의 설계가 발전을 위한 종래 기술의 진동수주 내의 배열보다 상당히 간단할 수 있다는 것을 의미하며, 이 중 많은 것은 샤프트 상에서 단일 방향적으로 회전하는 터빈을 이용하여 양방향 공기 흐름에 대처할 수 있는 새로운 터빈 설계의 개발에 중점을 두고 있다. 이러한 종래의 설비에서, 제2 도관의 최상부 영역의 유로 내의 가스는 덕트 내의 수직으로 상승하는 물에 의하여 변위되며 단방향 터빈에서 흘러나오고 대기로 배출되지만, 가스가 흡입에 의하여 유로 내로 뒤로 흡인되는 경우, 이는 동일한 단방향 터빈을 통하여 그러나 반대 방향으로 흐를 필요가 있으며, 이는 매우 복잡한 조절 가능한 유동 터빈 설계를 필요로 한다.

본 시스템에서, 터빈(44)은 기본적인 공지된 디자인이고, 회전 가능한 샤프트의 한 말단 상에 위치된 중앙 허브(50)를 포함하는 로터(48) 및 허브(50)의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드(52)를 포함하고 있으며, 로터(48)는 유로(40)와 유체 연결되어 있는 하우징(54) 내에 배치되어 있다. 터빈 블레이드(52)의 형상 및 허브(50)에 대한 이들의 방향은 터빈 하우징(54)을 통한 가스의 단방향의 축방향 흐름에 응답하여 터빈 로터(48)의 단방향 회전을 용이하게 한다.

이러한 유형의 터빈에서 전형적인 바와 같이, 발전기는 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하며, 허브(50)의 위치에 대한 구동 샤프트의 다른 말단에서 터빈(44)의 구동 샤프트의 한 말단에 연결되어 있다.

설명된 시스템은 진동 공기의 압력 및/또는 흐름의 방향의 변화에 응답하도록 밸브(38)의 방향을 조정하는 능력 때문에 공지된 종래 기술에 비해 다른 중요한 작동 이점을 갖고 있다. 예를 들어, MSL 위로 연장된 부분 내의 제2 도관(14)에 위치된 다수의 밸브(38)를 개방 또는 폐쇄함으로써 덕트(10) 내의 진동수주의 빈도를 "튜닝(tune)"하여 바다로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 이동의 빈도를 맞추는 것이 가능하다. 이렇게 함으로써, 덕트(10) 내의 상승하는 물에 대향하는 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)의 유로(40) 내의 공기 압력 저항이 조절될 수 있다. 덕트(10)로 흐르는 그리고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 수역(16)으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하는 경우, 덕트(10) 내에서의 진동 흐름들이 파도와 계속해서 순서가 뒤바뀌고 따라서 터빈(44) 내로의 공기의 과도한 난류 및 비효율적인 흡인을 받는 상황에서 작동할 필요보다는, 에너지 추출 장치의 작동은 그러면 더 원활하고 보다 효율적일 것이다.

덕트 내의 진동수 흐름의 빈도의 이러한 "튜닝(tuning)"은, 예를 들어 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 압력의 측정된 변화에 반응하는 제어 메커니즘을 사용하여 밸브 개구의 조정을 자동화함으로써 탁월 파랑 조건에 따라 연속적으로 수행될 수 있다. 이러한 장치에서, 제어 메커니즘은 하나 이상의 밸브(38)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄 (또는 부분적으로 개방 또는 폐쇄)할 수 있다. 이 조정은 덕트(10)의 제2 도관(14)의 최상부 영역(36) 내의 유로(40)로의 그리고 유로로부터의 개구의 이용 가능한 횡단면적을, MSL 위에 놓여있는 제2 도관(14)의 전체 표면적의 비율로서 변경시킬 수 있으며, 이러한 비율은 이제 본 발명자에 의하여 "최적의 벤팅 비(venting ratio)"로 정의된다. 한 예에서, 최적의 벤팅 비는 15% 미만이지만, 10% 미만의 최적의 벤팅 비 또한 적합할 수 있다. 파도의 평균 파고 및 파도의 주기 (바다 상태는 매우 평온하거나 매우 거칠 수 있다)에 따라, 진동수 흐름이 덕트(10) 내에서 소비하는 시간을 최적화하기 위하여 더 낮은 또는 더 높은 최적의, 예를 들어 1% 정도의 벤팅 비가 요구될 수 있다

덕트 내의 진동수 흐름의 빈도의 "튜닝"의 또 다른 예에서, 탁월 파랑 조건이 위험하거나 격렬한 경우, 예를 들어 폭풍 중에, 공기압 수두가 유로(40) 내에서 구축되도록 밸브 개방 제어 메커니즘이 사용되어 충분한 수의 밸브(38)를 폐쇄하고 잠글 수 있다. 이러한 "디-튜닝(de-tuning)"은 바다로부터의 가장 강한 파도가 멀리 덕트까지 도달하는 것을 배제함으로써 그리고 이를 통해 가능하게는 폭풍 피해로부터 밸브와 터빈을 보호함으로써 안전 특징부로서의 역할을 할 수 있다.

도 2에 나타나 있는 바와 같이, 덕트의 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)은 덕트(10)의 후방, 상부, 수직 측벽면(56) 상에 나타나 있는 4개의 버터플라이 밸브(38) 및 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)의 최상부 수평 벽면(58) 상에 나타나 있는 3개의 버터플라이 밸브(38)를 갖고 있다. 다른 실시예에서, 위치 및 마주칠 예상 파랑 강도에 따라 덕트의 초기 구성 시점에 이 수보다 많거나 적은 밸브(38)가 설치될 수 있으며, 그에 의하여 이는 특정 덕트의 가능한 최대 벤팅 비를 변경시키는 설계 특징이다. 다른 실시예에서, 밸브의 유형 또한 달라질 수 있으며, 또한 상이한 유형의 밸브들의 조합(버터플라이, 일방향 체크 밸브 등)이 하나의 덕트에도 장착될 수 있다.

파도가 덕트(10)로 들어감에 따라 밸브(들)(38)를 개방하고 뒤이어 밸브(들)(38)를 폐쇄하고 그리고 파도가 덕트(10)를 떠남에 따라 공기가 터빈(44)을 통해 제2 도관(14)으로 흡인되는 반복 단계들이 안정적인 패턴에 도달하면, 터빈(44)과 발전기는 절연 고압 구리 케이블에 의하여 (연안에 위치된 경우) 덕트(10)에서 (해안의) 육지에 전달될 수 있는 전기 에너지를 생성할 것이다.

크기의 일반적이고 비제한적인 표시로서, 전형적인 덕트는 약 8 내지 10미터 길이의 제1 도관 및 덕트가 위치된 수역의 기준 표면 또는 해양 해안선 위로 15 내지 18미터 연장된 제2 도관을 갖고 있다. 부식성 염분 환경에서 파랑에 의하여 반복적으로 가해지는 압력을 견딜 수 있도록 무게와 강도를 갖기 위하여 덕트의 구조체는 전형적으로 철근 콘크리트로 제조된다.

본 발명자는 공기의 양방향 흐름으로 작동하도록 구성된 단방향 터빈보다는 공기의 단방향 흐름으로 작동하도록 구성된 단방향 터빈(44)으로부터 에너지 포획의 상당한 증가가 있다는 것을 새로운 에너지 추출 장치를 이용한 실험 결과로부터 알아내었다. 동등한 작동 기간 동안, 파도가 수역(16)을 향하여 덕트(10)에서 이동할 때 공기가 터빈(44)을 통하여 유로(40)로 흡인됨에 따라, 생성된 에너지는 동일한 방향으로 작동하는 흐름을 갖는 공지된 양방향 터빈 설계를 이용하여 이루어질 수 있었던 것보다 16% 우수하다. 이 개선된 결과는 덕트(10)에서 물을 끌어냄에 따라, 수역(16)의 흡입 빼냄에 더하여, 제2 도관(14) 내에 위치된 진동수주의 하향 정수압 수두의 조합에 의하여 야기된다고 믿어진다. 따라서, 본 시스템이 상이한 장치를 이용하여 유로(40)에 관하여 공기의 방출 단계와 흡입 단계를 분리하도록 구성될 수 있기 때문에, 덕트로부터의 파도 유출에 응답하여 작동하는 가스 흐름으로부터만 에너지를 포획하는 것이 가능하며, 이는 또한 최고의 위치 에너지를 갖는 흐름이기도 하다.

본 발명자는 또한 파도 피어싱 립(30)의 특징부가 제1 도관(12)의 개방 마우스(20)에 부가될 때 에너지 포획의 상당한 증가가 있다는 점을 새로운 에너지 추출 장치를 이용한 실험 결과로부터 알아내었다. 덕트(10) 내로의 밀려오는 파도의 흐름의 가속된 전달은 이러한 특징부가 없는 공지된 진동 덕트 장치와 비교할 때, 생성될 수 있는 에너지의 20%의 추가 개선을 야기한다. 이 특징부는 덕트(10) 내로 더 많은 유체를 이동시키며 이는 결과적으로 파도가 덕트(10)를 떠남에 따라 더 많은 공기가 터빈(44)을 통하여 제2 도관(14)의 유로(40)로 흡인되게 하는 것으로 믿어진다. 본 발명의 파도 피어싱 립(30)은 특정 위치에서 파도의 MS 위에서 거의 언제나 보일 수 있도록 배열되어 있다.

진동하는 유체 덕트와 같은 무겁고 견고한 장치를 수역의 가장자리에서 물 속에 안전하게 위치시키는 것은 어려움이 뒤따른다. 따라서 본 발명자는 (건식 도크와 같은) 잠수식 부유 도크(35)를 사용하여 장치를 위치시키는 방법을 강구하였다. 도 8 내지 도 13의 순서가 참조되어야 한다.

물에 잠기지 않은 상태에서, 장치(10)의 수중 위치를 위하여 선적 선박(37) 뒤에서 예인함으로써 도크(35)는 이동될 수 있다. 진동 파도 컬럼 장치(10)에는 최종 단계에서의 위치 결정을 위해 요구되는 경우에 사용하기 위한 부유 보조 기구(41)가 그 자체에 장착되어 있다. 조립된 진동 유체 덕트가 설치 준비되면, 잠수식 부유 도크 상에 위치된다 (또는 공사 단계 중에 그의 플랫폼의 상단에 구축된다). 물에 잠기지 않은 부유 도크 및 덕트는 긴 케이블(39)을 사용하는 선적 선박, 예를 들어 예인선 뒤에서 예인되어 오션 에지(ocean edge)/서프 에지(surf edge) 영역과 같은, 수역 상의 장치의 예정 목적지를 향하는 방향으로 이동될 수 있다.

최종 위치 근처에 있으면, 부유 도크는 잠수될 수 있으며, 덕트는 자체 부유 보조 기구에 의해 물에 떠 있는 상태를 유지한다. 이 부유 보조 기구는 중공 부표 패널, 팽창식 가스 풍선 등과 같은 많은 형태일 수 있다. 부유 덕트와 물에 잠긴 부유 도크가 서로 떨어지면, 부유 덕트는 자체적으로 그의 원하는 최종 작동 위치로 단거리 예인될 수 있으며, 부유 보조 기구는 그후 제거되거나 수축된다. 이 유닛은 그후 중력 하에서 해안가 해저 상의 그의 위치에 자리를 잡고 물 속의 그위 최종 위치에서 부분적으로 잠긴 상태를 유지할 것이며, 여기에서 유닛은 파도를 포획하고 에너지를 생성할 것이다.

잠수식 도크를 사용하는 것은 외해를 가로질러 이동하여 최종 설치를 위한 멀리 떨어진 해안선에 도달할 때 이러한 대형 장치의 취급 안정성과 같은 큰 이점을 제공한다. 부유 도크는 악천후에 덕트 장치가 전복되거나 가라앉는 위험을 최소화한다.

실험 부분

실험 성능 결과는 파랑 에너지 컨버터(WEC)로서 진동수주(OWC)의 본 실시예에 대해 제시된다. 이 장치를 위한 작동 원리는 정압 시간 동안 개방되고 그에 의하여 공기 챔버를 통기시키고 공기 챔버 압력이 부압일 때 닫히며 따라서 공기를 단반향 공기 터빈 동력 인출 장치(PTO; Power Take-Off)를 통해 빨아들이는 공기 밸브를 사용한다. 결과는 규칙적인 그리고 불규칙한 바다 모두에 대해 제시된다.

프로토타입 최상부 립 및 전면 벽면 기하학적 구조는 장치의 작동 특성에 긍정적으로 영향을 미치는 것으로 보이는 설계 특징부이다. 실험 결과는 이 단방향 프로토타입이 광범위한 파도 빈도에 걸쳐 매우 우수한 에너지 수확 능력을 보일 것이라는 점을 나타낸다.

OWC는 부분적으로 물에 잠기고 해저에 올라앉으며 수중 개구부를 통해 바다로 통기되는 대형 중공 콘크리트 챔버이다. 공기 터빈이 수용되어 있는 챔버는 또한 흘수선 위의 대기에 대한 작은 개구를 포함하고 있다.

파정과 파랑골이 일반적인 OWC를 지나감에 따라 물은 챔버의 물에 잠긴 개구를 통하여 챔버로 들어오고 나가게 된다. 이 물은 챔버 내부에서 상승하고 떨어져 위에서 가두어진 공기의 압력을 정압과 부압 사이에서 진동시킨다. 일부 이전의 실시예에서, 이렇게 함에 따라 전기를 안정적으로 생성하기 위해서, 이러한 압력 변동은 공기를 챔버의 최상부에서 양방향 터빈을 강제로 통과하도록 한다.

본 발명의 OWC와 일반적인 OWE 간의 기본적인 개념적 차이는 터빈이 한 방향으로부터의 공기 흐름에만 노출된다는 것이다. 수동 공기 흐름 밸브는 공기가 챔버를 빠져나가는 것은 허용하지만, 복귀하는 것은 허용하지 않는다. 이는 단방향 공기 흐름을 위해 최적화될 수 있다는 것을 의미하는 더 단순한 설계 제약을 야기한다. 또한, 터빈은 낮은 마찰 손실을 보인다.

파도 주기의 절반 동안만 공기가 공기 터빈을 통하여 전달되지만, 전체 파도 주기로부터의 (일반적인 난류 및 마찰 손실을 뺀) 거의 모든 에너지가 추출에 이용 가능하다. 이 과정이 도 17에서 도시된 바와 같이, 에너지 균형에 의하여 보다 상세히 설명된다.

A. 단방향 공기 터빈 동력 인출 장치

본 발명자는 OWC의 공기압에 의해 유도된 공기 흐름으로부터 동력을 추출하기 위하여 일반적인 스테이터+로터 유형의 터빈 설계를 개발하였다. 일단 터빈은 매우 넓은 범위의 압력 강하 조건에 대해 단방향 공기 유입으로 작동한다. 터빈 공기 차압(

)에 대한 예상 터빈 효율이, Aoleus 평균선 터빈 성능 분석으로 생성된 도 16에 나타나 있다. (각속도가 곱해지고, 체적 유량이 곱해진 압력 강하로 나누어진 토크의 곱으로서 측정된) -30kPa에 이르는 일반적인 작동 범위에서 가중 평균 터빈 효율은 650 RPM의 일정한 터빈 회전 속도에 기초하여 77%이다.

B. WSE OWC 기하학적 구조

본 발명자에 의하여 채택한 기하학적 디자인 특징부는 도 5에서 가장 명확하게 나타나 있는 경사진 전방 립과 뾰족한 보우의 도입을 포함하고 있다. 이 기하학적 향상은 수력학적 성능을 향상시키고 OWC 전면 상에서의 파도 하중을 감소시킬 목적으로 포함되었다.

C. 킹 아일랜드 프로토타입

킹 아일랜드는 배스 해협의 서부 해역에 위치하고 있으며, 태즈 매니아와 호주 본토 사이에서 거의 등거리에 있다. 약 1,700명의 인구를 가진 이 섬은 풍력 터빈, 일부 태양열, 축전지로 구성된 자체 그리드 시스템으로 동력을 공급받으며, 디젤 발전으로 보완된다.

킹 아일랜드의 파일럿 플랜트 프로젝트는 해안에서 약 700m의, 10미터의 평균 해수면 깊이에 위치되어 있다. 이 프로젝트를 위한 OWC 장치의 새로운 설계는 폭이 20미터일 것이며, 1 MW의 공칭 최대 전기 생성 용량을 가질 것이다. 이 위치에 대한 파도 상태는 45kW/m보다 크며, 이는 파랑 에너지원 면에서 세계에서 최고 중 하나로 평가된다. 적합한 그리드 연결부에 가까이에 위치된, 제안된 현장의 수심 측량 및 아래 바닥 프로파일링(sub-bottom profiling)을 완료하였다.

실험 설정

길이 35m, 폭 12m 및 깊이 1m이지만, 실물 크기의 프로토타입에서 깊이 10m와 같은 333㎜의 깊이로 채워질 수 있는 호주 해양 대학의 모델 테스트 수조(model test basin; MTB)에서 실험을 수행하였다. MTB에는 한 말단에 16 피스톤 유형 조파기 패들(paddle)이 그리고 다른 말단에 수동형 비치(passive beach)가 장착되어 있다. 모델을 조파기로부터 12m의 MTB 중심에 위치시켰다.

내부 챔버 수위의 시각적인 관찰을 가능하게 하도록 투명 아크릴 면을 갖는 합판으로 1:30 비율의 모델을 제조하였다. 3D 인쇄 수동 체크 밸브 본체들이 모델의 뒷면과 측면에 장착되며, 아세테이트 시트가 본체의 최상단 에지에 가볍게 힌지 연결되어 밸브가 최소한의 챔버 공기 정압으로 개방되는 것을 허용한다. 일단 터빈과 유사한 비선형 압력/유량 관계를 나타내는 오리피스 플레이트를 이용하여 동력 인출 장치(PTO)를 시뮬레이션하였다.

챔버 루프의 각 측면에 하나 그리고 최상단 투명 박스의 측면에 하나의 3개의 개별 압력 트랜스듀서(Ocean Controls 장비 증폭기 KTA 284에 의해 조정된 1 psi Honeywell TSC 센서)를 이용하여 공기 챔버 차압을 모니터링하였다. 각 압력 센서가 거의 동일한 값을 생성하는 것으로 밝혀졌다 (예를 들어, 도 18 참조). 6개의 저항성 파도 프로브에 의하여 챔버 수면 표고를 모니터링하였다. 파도 프로브를 HR Wallingford 파도 프로브 신호 컨디셔닝 박스를 통하여 데이터 획득 시스템에 연결하였다.

BNC 터미널 박스에 연결된 16 비트 National Instruments PCI 카드 (NI PCI-6254)를 사용하여 200Hz 속도로 데이터를 획득하였다. 데이터 기록을 파도 패들 움직임(wave paddle motion)을 이용하여 트리거 하였으며, 규칙 파도에 대해서는 30초 그리고 불규칙 파도에 대해서는 600초 (실물 크기 30분 상당) 동안 기록하였다.

방법론

A. 바다 상태

규칙 파도와 불규칙 파도 모두를 이 분석에서 조사하였다. 실물 크기 상당의 불규칙 파도(JONSWAP)가 표 1에 요약되어 있다. 킹 아일랜드 테스트 현장에서 발생될 것으로 예상되는 조건을 기초로 하여 테스트된 불규칙 파도 조건을 선정하였다. 불규칙 파도의 파고와 빈도를 포함하도록 테스트된 규칙 파도를 선택하였다. 파도 보정 테스트를 수조에서 WEC 모델없이 수행하였다.

MTB에서 테스트된 실물 크기 불규칙 파도

불규칙 파도 Hs 및 Tp
0.6 m 6.5 s 0.6 m 8.8 s 0.6 m 10.7 s 0.6 m 12.4 s 0.6 m 15.0 s 0.6 m 17.1 s 0.6 m 18.9 s 1.4 m 9.0 s 1.4 m 10.8 s 1.4 m 12.4 s 1.4 m 14.9 s	1.4 m 19.1 s 1.4 m 17.2 s 1.5 m 6.5 s 1.5 m 9.0 s 1.8 m 10.8 s 1.8 m 14.9 s 1.8 m 19.0 s 2.1 m 12.6 s 2.2 m 9.2 s 2.2 m 10.8 s 2.2 m 14.8 s	2.2 m 17.2 s 2.2 m 19.0 s 2.4 m 6.5 s 2.6 m 10.8 s 2.7 m 19.0 s 2.7 m 14.8 s 3.0 m 6.5 s 3.0 m 9.2 s 3.0 m 12.6 s 3.0 m 17.3 s 3.1 m 10.8 s	3.1 m 14.8 s 3.1 m 19.0 s 3.3 m 6.5 s 3.4 m 9.2 s 3.4 m 12.6 s 3.4 m 17.5 s 3.5 m 10.3 s 3.6 m 12.7 s 3.6 m 17.5 s 3.8 m 10.3 s 4.1 m 12.6 s

B. 공압 동력공압 공력은 다음과 같이 계산된다.

여기서,

는 공기 챔버 차압이며,

는 공기 체적 유량이다.

선택된 모델 비율(1:30)로 인하여, 공기 압축성은 무시할만한 것으로 간주된다. 공기 유입 속도는 하기 수학식을 이용하여 공기 챔버 차압으로부터 계산된다:

여기서,

는 오리피스 배출 계수이며,

m²는 제한 오리피스 횡단면적이고,

=1.4kgm^-3는 공기 밀도이다. 인-시튜 교정(in-situ calibration)은 공기 유입에 대해 계수를

가 되도록 결정하였으며, 이는

가 흐름 평가를 위하여 합리적이고 보수적인 것을 의미한다. 챔버에는 공기 밸브가 장착되어 있기 때문에; 공기 유출은 동력 생산에 기여하지 않으며, 또한 A_O가 변수가 되기 때문에 공기 압력차를 이용하여 공기 유출을 신뢰성있게 예측할 수 없다.

C. 입사 파력

규칙 파력은 하기 식에 따라 중간 수심 계산을 이용하는 선형 이론으로 계산된다.

여기서, E는 에너지 밀도 (단위 표면적 당 에너지), C_g는 중간 수심에 대하여 해결된 파도 군속도(wave group celerity),

1000kgm^-3는 물 밀도,

ms^-2는 중력 가속도, h는 마루에서 골까지 측정된 파고이다. 평균 불규칙 파력은 하기와 같다.

여기서,

이고,

는 (파도 기록의 한 표준 편차와 동일한) 제1 분광 모멘트이며,

는 (분광 분석에서 유도된) 에너지 주기(

)이다.

D. 공압 효율

공압 효율은 장치의 폭에 걸쳐 동등한 파력으로 나누어진 추출된 공압 동력의 비율로서 정의된다.

여기서 W는 파도 정면을 향하는 장치 폭이다.

E. 결과의 스케일링

결과를 간략화된 푸루드(Froude) 유사 스케일링을 이용하여 표 2(

)에 따라 실물 크기로 스케일하였으며, 물 밀도의 차이는 무시된다.

프로우드 스케일링

단위	지수
길이	λ
압력	λ
동력	λ^7/2
시간	λ^1/2

F. 에너지 균형에너지 균형은 소스에서 임시 저장부로의 그리고 최종적으로 싱크(sink)로의 에너지 흐름의 시각적 표현이다. 도 17은 공기 밸브를 위한 부가적인 경로와 함께 OWC에 대한 에너지 균형을 보여주고 있다. 실선과 화살표는 시스템 내에서 에너지의 흐름의 가능한 방향을 보여주고 있다. 파선은 덜 중요한 에너지 흐름 연결을 보여주고 있다. 100% 공압 변환 효율을 위하여, 모든 에너지는 밀려오는 파도(소스)에서 동력 인출 장치(싱크)로 흘러야 한다.

실제적으로 말하자면, 물결 파도 내의 모든 에너지는 추출될 수 없으며, 여기서 일부 에너지가 결국 비유용한 형태 (경계 효과와 같은 점성 손실 또는 와류 방출과 같은 난류 손실)로 변환되거나 WEC에서 반향 또는 WEC 주위에서 회절된다. 임의의 유형의 OWC WEC에 대한 에너지 흐름의 기본 경로는 밀려오는 파도에서 수주 히브(water column heave)까지, 그후 공기 챔버와 대기 간의 공기 압력 차이에 의하여 구동되는 동력 인출 장치(공기 터빈)까지이다. 양방향 공기 터빈을 갖는 OWC에 대해서는, 공기 밸브는 존재하지 않으며, 따라서 압력 차이는 전체 주기 동안에 터빈을 구동한다.

공기 밸브가 존재하는 개념을 위하여, 변환 주기의 전반기 동안 수위가 상승하여 공기 챔버 정압을 야기한다. 공기는 이후 공기 밸브를 통하여 흐르며, 에너지 또한 수주 히브로서 위치 에너지 형태로 저장되고 있다. 수학식 1에 의해 정의된 바와 같이, 공압 동력은 공기 차압(

)과 공기 유량(

)의 곱이다. 이 사이클의 이 절반 동안 공기 밸브 (터빈 기하학적 구조에 따라 잠재적으로 PTO)를 통한 에너지 손실은 이 기간 중의 공압 동력의 적분값이다.

변환 손실을 최소화하는 것이기 주요 목적이기 때문에, 밸브에 의해 소비되는 동력은 최소화되어야 한다. 공기 흐름이 수주 히브로서 최대의 에너지 저장을 가능하게 하기 위하여 방해받지 않아야 하기 때문에, 수학식 1의 물리적 고려 후에 이는 단지 압력 차이를 최소화함으로써 달성할 수 있다. 실제적으로, 이는 공기 밸브 영역을 최대화하고 낮은 배압을 갖는 밸브를 이용함으로써 달성된다.

주기의 후반기 동안 수위가 떨어지기 시작하여 공기 챔버 부압을 야기한다. 공기 밸브가 폐쇄되어 그 결과 모든 밀려오는 파랑 에너지에 수주 히브에 저장된 에너지까지 PTO에서 사용 가능하며, 이 PTO는 WSE 개념의 경우에 맞춤형 단방향 공기 터빈이다.

도 18은 공기 챔버 압력, 챔버 수주 히브 (저장부) 및 수주에 인접한 통과 수면 프로파일 (입사 파도) 간의 관계를 보여주고 있는 실험 데이터의 플롯(plot)이다. 공기 챔버 압력은 챔버 수위 (공기 밸브를 통한 최소 에너지 손실)가 상승하고 있는 동안은 단지 약간 정압이며 챔버 수위가 떨어지고 있는 동안에는 상당히 부압이라는 것은 분명하다.

결과

결과는 규칙 파도와 불규칙 파도 모두에 노출되었을 때의 역랑(head sea)에서의 장치 동력 성능에 대하여 하기 부분에 제시되어 있다. 실물 크기의 외삽 결과와 효율 결과 모두가 제시되어 있다.

규칙 파도 결과

도 19는 실물 크기로 외삽된 규칙 파도 공압 동력 결과를 보여주고 있다. 결과를 조파기의 237 분리 실행으로부터 컴파일하였다. 원하는 것으로부터의 생성된 파도 높이의 편차로 인하여, 공압 동력에 대한 선형 교정 (

, 여기서

는 원하는 높이이며,

는 실제 물마루에서 골까지의 높이)을 적용하였다. 더 큰 파고 (2.7m 및 3.0m)의 경우, 동력 출력은 다소 불규칙하게 보이며, 이는 챔버 내에서의 수위가 챔버와 전방 립을 지난 대기 간의 별도의 대기 연결을 위하여 충분히 떨어짐에 따라 챔버로부터의 압력 손실의 영향을 받는 것으로 밝혀졌다.

변화하는 파도 주기 동안, 8초와 12초의 주기들 사이에 거의 대등한 공압 동력의 생산이 있었으며, 뒤이어 13초에서 16초 간의 하락 및 16초 내지 18초에 적당한 증가와 균일함이 있었다는 것을 알 수 있다.

도 20은 규칙 파도에 작용하는 장치의 공압 효율을 보여주고 있다. 최고 효율은 약 1 내지 1.1의 값으로 8초 바로 아래에서 발생하는 것으로 보여졌다 (더 낮은 파고에 대해 개선됨). 공압 효율이 약 0.8 내지 0.9 인 12초에서 두 번째로 낮은 최고값이 존재하며, 이 두 번째 최고값은 전방 립과 뾰족한 보우 기하학적 구조와 관련이 있는 것으로 추정되었다. 12초 이상의 파도 주기에 대하여, 효율은 14초 이후 0.3에서 0.5 사이에서 수평을 이룰 때까지 급격하게 줄어든다.

보다 긴 주기 파도는 또한 일반적으로 보다 짧은 주기 파도보다 더 많은 에너지를 포함하고 있기 때문에 보다 긴 주기 파도에 대한 효율 손실은 다소 덜 불리한 것으로 고려되었다. 그러나 도 19를 다시 참조하면, 13 내지 15초 사이의 파도 주기 동안의 공압 성능의 현저한 감소가 아직 존재하였으며, 이는 앞으로의 연구를 위해 보류된 부분이다.

불규칙 파도 결과

예측된 실물 크기의 공압 동력 매트릭스 결과를 그리드데이터 기능(griddata function)을 이용하여 총 47개의 다른 파도 기록으로부터 계산하여 2D 선형 보간을 수행하였다. 규칙 파도 결과에서 밝혀진 것과 유사하게; 공압 동력 생산은 더 낮은 주기 파도에 대하여 가장 우수하였으며 최고의 평균 동력 생산은 11 내지 13초 최고기(

) 사이에서 일어났다. 마찬가지로, 효율은 13초가 포함된 13초까지 모든

에 대하여 0.5를 훨씬 넘는다.

논의

공기 압축성은 푸루드(Froude) 스케일 외삽 모델 테스트 결과와 비교하여 실제 바다에 대하여 더 낮은 공압 성능을 산출하는 것으로 알려져 있다. 다른 연구자들이 3D 수치 코드를 사용하여 이 문제를 조사하고 있으며 일반적인 OWC PTO에 대하여 약 12%의 과대평가가 있음을 밝혀내었다. 따라서 이 단순 교정은 공압 동력 외삽 결과를 줄임으로써 성능 평가에 적용될 수 있다. 그러나, 효율 감소는 공기 압축성 체적의 함수라는 것이 또한 알려져 있다. 본 발명의 새로운 개념의 OWC는 챔버 수면 고도를 더 높게 상승시키기 때문에, 챔버 공기 체적은 결과적으로 감소된다. 그러나 이 개념은 희박화(rarefaction)만을 포함하고 압축성을 포함하지 않기 때문에 스케일링 오류의 12%의 추정치가 다소 극단적일 가능성이 있다. 또한 (계한된 0.691 대신에) 0.6의 보수적인 유량 계수는 이 경우 임의의 스케일링 문제를 보상하기 위하여 충분히 보수적인 추정치로 생각된다.

터빈 효율 (평균 77.5%) 및 95%의 가정된 전기 변환 효율과 결합된 (이전 부분에서 설명된 바와 같은) 이 새로운 기술의 향상된 공압 동력 생산은 이전 양방향 OWC와 비교하여 현저한 출력 향상을 가져온다. 킹 아일랜드 현장에서의 측정된 파도의 상태와 함께 고려될 때, 파일럿 플랜트 프로젝트는 (1MW 최고 단위(peak unit)에 대하여 47.2%의 용량 지수를 암시하는) 472kW의 평균 동력 출력을 나타낼 것으로 예상된다. 연간 8,500 시간의 운영 상의 가정을 고려해 볼 때, 이는 4GWh 이상의 연간 에너지 생산을 가져올 것이다.

시스템의 와이어 대 파도 (Wave to Wire) 효율은 흔히 "출력 동력(power out)을 입력 동력(power in)으로 나눈 값"으로 설명된다. 제안된 킹 아일랜드 파일럿 플랜트 장치의 평균 "출력 동력"은 이미 472kW로 추산되고 있다 (위의 내용 참조). "입력 동력"은 평균 입사 파랑 에너지 밀도 (파정의 미터 당 kW)에 장치의 폭(미터)을 곱한 값으로서 정의된다. 킹 아일랜드 현장에서의 파도 상태의 자세한 평가는 52.87 kW/m의 평균 입사 파랑 에너지 밀도를 나타내고 있다. 20미터의 장치 폭을 곱하는 것은 1057kW의 WSE 장치 ("입력 동력(power in)")로 들어오는 평균 파력을 시사한다. 따라서 WSE 장치의 파도 대 와이어 효율은 44.6%로 추정된다.

프로젝트의 예상된 전체 생애 주기 비용과 조합된 이 수준의 에너지 생산은 kWh 당 미화 0.13 달러의, 이 일회성 상용 프로젝트에 대한 표준 에너지 비용 (LCOE)을 나타낸다. 동일한 기술을 사용하는 25MW 이상의 다중-유닛 프로젝트에 대한 직접적인 규모의 경제는 kWh 당 미화 0.07 달러 이하의 LCOE를 나타낸다.

결론

새로운 혁신 기술을 포함하는 OWC 기술의 세부 사항이 제시되고 있다. 이 기술은 효율적인 단방향 공기 터빈과 함께 사용하기 위해 OWC의 공기 정류 문제를 다룬다. 맞춤형 기하학적 변형과 조합된 정류(rectification) 시스템을 규칙 및 불규칙 파도 모두에서 모델 규모로 테스트하였다. 불규칙한 바다에서의 성능 결과는 83%의 최대 공압 효율을 산출하였다. 규칙 파도에서, 최고 공압 변환 효율이 100%를 초과하는 것으로 밝혀졌다. 이는 국부적인 파도 필드의 변형을 야기하는 밀려오는 파도와의 장치의 공명 때문이었다. 이 현상은 장치가 OWC의 앞면에 자연적으로 입사하는 것보다 더 많은 에너지를 뽑아내는 것을 야기한다.

새로운 개념의 OWC 장치의 변환 효율의 이 향상의 최종적인 결과는 에너지 생성 비용의 상응하는 감소이다. 킹 아일랜드의 파도 상태와 유사한 파도의 상태를 갖는 위치에서의 다중 유닛 파랑 에너지 프로젝트에 대하여, 엄격한 재무 분석은 약 미화 0.07 달러의 LCOE를 제안한다. 이는 상용화 단계의 초기에서의 에너지 기술로써는 예외적이다. 학습 곡선 연구는 이 LCOE가 향후 10년 동안 더 떨어질 것을 보여주고 있다.

본 명세서에 개시된 장치는 이전의 OWC 기술뿐만 아니라 일반적인 발전 장치에 비해 많은 이점을 갖고 있다:

- 본 장치는 (터빈 감쇠 특성을 OWC에 맞추는) 입사 파도 필드와 공진을 이루도록 작동될 수 있다;

- 컬럼/덕트 치수는 OWC 구조체의 최적의 유체 역학 변환 효율 (가능한 입사 파도 필드에 대한 현장 특유의 OWC 설계)을 갖고 설계될 수 있다;

- 예상 압력/흐름 특성에 대한 터빈 성능/효율 또한 최적화될 수 있다;

- 본 장치는 밸브를 차단함으로써 손상을 방지하기 위해 폭풍 상태에서 기계적으로 분리될 수 있다. 강건한 구조 때문에 장치는 폭풍 속에서는 날아가지 않을 것이다;

- 진동수주(OWC) 장치의 실험 성능은 넓은 범위의 파도 빈도에서 매우 우수한 에너지 수확 능력을 보여 주었으며 이전의 양방향 OWC와 비교하여 현저한 출력의 개선을 제공하였다;

- 파도의 작용 훨씬 위에 안전하게 위치되고 콘크리트 케이슨에 의하여 폭풍우로부터 보호되어 극한 조건을 견뎌 낼 수 있는 보다 간단하고 더욱 효율적인 단방향 공기 터빈. 예시적인 장치는 크기가 20미터×20미터일 것이며, 높이는 18미터이다. 이 중에서, 8미터만이 흘수선 위로 돌출되어 있다. 발전 유닛은 일반적으로 해안에서 약간 떨어져 수심 10 미터에 위치될 것이다.

- 연안 파랑 에너지 변환기의 팜(farm; 또는 어레이)이 사용될 수 있다는 점이 예상된다. 이 장치를 해안 방파제 (또는 방조제)로 이용함으로써 지역 사회 및 산업 모두를 위하여 동력 및 보호되고 있는 항구를 제공하면서 또한 상당한 비용 분담 및 절감 가능성을 실현한다.

- 전체 기술 내에서 움직이는 부품은 단지 터빈과 일부 간단한 기성 제품 밸브이며, 이 모두는 흘수선 훨씬 위에 있다. 물 속 또는 물 아래에서 움직이는 부품은 없다. 이는 유지 보수가 바다 아주 위의 접근하기 쉬운 지역에서만 수행될 필요가 있다는 것을 의미한다. 많은 다른 파력 에너지 장치의 작동은 수중에서 일어나며, 이는 장치를 염수의 부식 및 손상 효과에 노출된 체로 두게 하고 장치를 유지 또는 수리하기 어렵게 만든다. 터빈과 발전기는 흘수선 위에 유지되며, 이는 유지 보수가 적으며 스쿠버 장비의 필요없이 임의의 정비가 수행될 수 있다는 것을 의미한다.

- 수중에서 이동하는 부품이 없기 때문에 이 장치는 해양 생물의 상해를 방지한다. 기름이나 오염 물질이 유출될 수 없다.

- 파랑의 신뢰성과 예측 가능성은 태양열 및 풍력에 비해 큰 이점이다. 예를 들어, 많은 기상 및 서핑 웹 사이트는 일주일 전에 미리 파도 조건을 정확하게 예측한다- 따라서 이 재생 가능한 소스는 보완적인 기저 부하 동력으로 간주될 수 있다.

특정 실시예의 전술한 설명에서, 명확함의 목적을 위하여 특정 용어가 사용되었다. 그러나, 본 발명은 이렇게 선택된 특정 용어에 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 각 특정 용어는 유사한 기술적 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 다른 기술적 등가물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. "상부" 및 "하부", "위" 및 "아래" 등과 같은 용어는 참조점을 제공하기 위한 편의의 단어로서 사용되며, 제한적 용어로 해석되어서는 안된다.

본 명세서에서, 단어 "구성되어 있는"은 그의 "개방된" 의미에서, 즉 "포함하고 있는"의 의미에서 이해되어야 하며, 따라서 그의 "폐쇄적인" 의미, 즉 "단지 ~ 로 이루어진"의 의미로 제한되어서는 안된다. 대응하는 의미는 대응하는 단어 "포함하다", "포함되다" 및 "포함하고 있다"가 나타나는 경우에 이들에 기인한다.

앞선 설명은 공통적인 특성 및 특징부를 공유할 수 있는 몇몇 실시예와 관련하여 제공된다. 임의의 한 실시예의 하나 이상의 특징부가 다른 실시예의 하나 이상의 특징부와 조합 가능할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 임의의 실시예의 임의의 단일 특징부 또는 특징부들의 조합은 부가적인 실시예를 구성할 수 있다.

또한, 전술한 설명은 단지 본 발명의 일부 실시예를 설명하고 있으며, 개시된 실시예의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 변경, 수정, 추가 및/또는 변형이 그에 대하여 이루어질 수 있고, 실시예는 예시적이며 제한적이지 않다. 예를 들어, 도면에 나타나 있는 특정 L자 형태의 덕트(10)는 다를 수 있으면서, 2개의 도관(12, 14)은 반드시 서로 직교하지 않는다. 밸브(38)들은 그의 크기, 형상 및 총 개수가 상이할 수 있다. 임의의 특정 덕트(10) 상에 하나 이상의 터빈(44)이 있을 수 있으며, 이들은 다른 수단에 의하여 (예를 들어, 파이프를 통하여) 제2 도관(14)의 최상부 영역(36)에 수용되고 연결될 수 있다. 덕트(10)의 구성 물질은 전형적으로 콘크리트로 이루어지지만, 경질 플라스틱 또는 탄소 섬유와 같은 다른 재료일 수도 있으며, 해안에서 암반(18)에 고정될 수 있다. 바다 또는 대양으로부터의 파도 생성에 대한 언급이 이루어져 있으나, 파도 생성은 또한 호수, 강 및 조수 웅덩이로부터 발생할 수 있으며, 이 모두는 본 방법 및 장치를 사용하기에 적합하다.

또한, 본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었으며, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않으며 반대로 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 변형 및 균등한 장치를 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 위에서 설명된 다양한 실시예는 다른 실시예와 함께 실행될 수 있으며, 예를 들어 한 실시예의 양태는 다른 실시예의 양태와 조합하여 또 다른 실시예를 구현할 수 있다. 또한, 임의의 주어진 조립체의 각 독립적인 특징부 또는 구성 요소는 부가적인 실시예를 구성할 수 있다.

Claims

진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치로서, 상기 작동 유체를 위한 유로 및 상기 유로와 각각 직접 유체 연통되어 있는 터빈과 흐름 제어 장치를 포함하며, 사용시, 상기 흐름 제어 장치는 상기 흐름 제어 장치가 개방되어 상기 작동 유체의 흐름이 상기 흐름 제어 장치를 통하여 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과, 상기 흐름 제어 장치가 상기 흐름 제어 장치를 통한 상기 작동 유체의 흐름을 제한하여 상기 작동 유체가 상기 터빈을 통하여 유로로 들어가는 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동 가능한, 장치.
제1항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 상기 유로에 대한 접근 구성을 변화시키는, 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 제2 구성에서 상기 터빈을 통해서만 작동 유체의 흐름을 용이하게 하기 위하여 완전히 폐쇄 가능한, 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치에는 제어 메커니즘이 장착되어 있어 상기 제1 구성과 상기 제2 구성 사이에서 그의 이동을 제어하는, 장치.
제4항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 제어 메커니즘에 의하여 이동 가능하여 상기 작동 유체의 흐름에 대하여 개방 및 폐쇄되는 요소를 갖고 있는, 장치.
제5항에 있어서,
상기 요소는 힌지식으로, 슬라이딩 가능하게 또는 회전 가능하게 이동 가능한 것 중 하나이며, 상기 흐름 제어 장치의 횡단면 개방 통로를 덮는 형상인, 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 버터플라이 밸브 또는 체크 밸브 중 하나인, 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 상기 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하며, 상기 로터는 상기 유로에 연결된 하우징 내에 배치되어 있고, 그에 의하여 상기 블레이드의 형상 및 상기 허브에 관한 그의 방향은 상기 하우징을 통한 작동 유체의 단방향의 축 방향 흐름에 응답하여 상기 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 하는, 장치.
제8항에 있어서,
발전기는 상기 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는, 장치.
제9항에 있어서,
구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 상기 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 상기 발전기에 연결되어 있는, 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작동 유체는 공기이며, 공기의 흐름은 상기 유로와 유체 연통되고 덕트 내에 위치된 진동수주의 진동에 의하여 생성되는, 장치.
제11항에 있어서,
상기 덕트는,
A. 사용시 상기 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
B. 상기 제1 부분에 매달려 있으며, 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되고, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
상기 유로는 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 상기 밀려오는 파도로부터 수용된 물의 최대 수위 위로 연장되는 제2 부분의 영역에 의하여 한정되는, 장치.
제12항에 있어서,
상기 덕트의 상기 제1 및 제2 부분은 상기 제1 및 제2 부분 중간의 흐름 방향 제어 세그먼트를 통하여 연결되어 있으며, 상기 흐름 방향 제어 세그먼트는 상기 제1 및 제2 부분의 접합부에 배열되고 상기 제1 및 제2 부분 사이에서 연장된 평면형 경사 부분에 의하여 한정되는, 장치.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 덕트의 상기 제1 및 제2 부분은 대체로 세장형 도관이며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분의 횡단면적보다 큰 횡단면적을 갖고 있는, 장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 개구에서의 횡단면적은 상기 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적이며, 상기 유역에서 상기 도관으로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 상기 도관은 상기 개구에서의 외부 진입 마우스 영역에서 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어드는, 장치.
제15항에 있어서,
상기 수역으로부터 상기 덕트 내로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 상기 제1 부분의 상기 외부 진입 마우스 영역은 사용시 덕트가 위치된 수역의 MSL 위로 연장되도록 배열되어 있는, 장치.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덕트는 상기 덕트가 배치된 수역의 해저 상에 놓이도록 작동 가능한, 장치.
파랑 에너지 추출 시스템으로서,
a. 진동수주를 수용하기 위한 것으로서,
i. 사용시 덕트가 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
ⅱ. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되며, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
따라서 사용시 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 진동수주가 내부에 구축되며, 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지는, 적어도 하나의 덕트;
b. 상기 덕트의 상기 제2 부분 내에 위치된 유로와 직접 유체 연통된 회전 가능한 공기 터빈; 및
c. 상기 유로와 또한 직접 유체 연통된 적어도 하나의 흐름 제어 장치를 포함하며,
상기 흐름 제어 장치는 사용시, 상기 장치가 개방되어 상기 진동수주가 상기 덕트의 상기 제2 부분 내로 수용될 때 변위 공기의 흐름이 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 상기 장치가 상기 제2 부분으로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며, 그 결과 상기 진동수주가 상기 덕트에서 상기 반대 방향으로 흘러나옴에 따라 공기의 흐름은 상기 회전 가능한 공기 터빈을 통하여 상기 유로 내로 다시 흡인되는, 시스템.
제18항에 있어서,
상기 흐름 제어 장치는 상기 진동 작동 유체의 압력 및/또는 흐름 방향의 변화에 응답하여 상기 제2 부분에 대한 접근 구성을 변화시키는, 시스템.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 터빈에 의한 회전을 위하여 구성되어 전기 에너지를 생성하는 발전기를 더 포함하는, 시스템.
제20항에 있어서,
상기 터빈은 중앙 허브를 포함하는 로터 및 상기 허브의 주변부 주위에 배열되고 주변부로부터 연장된 다수의 블레이드를 포함하고, 상기 로터는 상기 제2 부분에 연결된 유로 내에 배치되며, 그에 의하여 상기 블레이드의 형상 및 상기 허브에 관한 그의 방향은 상기 유로를 통한 상기 제2 부분으로의 축 방향 공기 흐름에 응답하여 상기 터빈 로터의 단방향 회전을 용이하게 하는, 시스템.
제21항에 있어서,
구동 샤프트는 그의 근위 말단에서 상기 허브에 연결되어 있으며, 그의 원위 말단에서 상기 발전기에 연결되어 있는, 시스템.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
사용시 상기 진동수주의 빈도는 상기 제1 및 제2 구성 사이에서의 하나 이상의 상기 흐름 제어 장치(들)의 선택적인 이동에 의하여, 상기 MSL 위로 연장되는 상기 제2 부분의 표면적의 비율로서의 상기 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적을 변경함으로써 달라질 수 있는, 시스템.
제23항에 있어서,
상기 MSL 위로 연장되는 상기 제2 부분의 표면적의 비율로서의 상기 흐름 제어 장치(들)의 횡단면적은 15% 미만으로 정해진, 시스템.
제24항에 있어서,
상기 비율은 10% 미만이 되도록 정해진, 시스템.
제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 장치를 포함하는, 시스템.
진동수주와 유체 연통하는 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도에 실질적으로 대응하도록 진동수주 내에서의 물의 이동의 빈도를 제어하는 방법으로서,
a. 상기 진동수주를 수용하기 위하여 덕트를 배열하는 단계, 여기서 덕트는,
i. 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 제1부분, 및
ⅱ. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열되며, 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하여,
사용시 상기 덕트 안으로 그리고 밖으로의 물의 반복 이동의 결과로서 상기 진동수주가 상기 덕트 내에 구축되며, 상기 밖으로의 물의 흐름이 또한 개구를 통해서, 그러나 밀려오는 파도의 방향과 반대의 방향으로 이루어지며;
b. 상기 MLB 위로 연장되는 상기 덕트의 상기 제2 부분의 내부에서 유로와 직접 유체 연통되는 적어도 하나의 흐름 제어 장치의 구성을 변화시키는 단계를 포함하며,
상기 장치(들)는 사용시, 상기 장치가 개방되어 상기 진동수주가 상기 덕트의 내로 수용되고 있을 때 변위 공기의 흐름이 상기 유로를 나가는 것을 허용하는 제1 구성과 상기 장치가 상기 장치를 통하여 상기 제2 부분 내의 상기 유로로 흐르는 공기를 제한하는 제2 구성 사이를 이동하도록 배열되며,
따라서 상기 덕트로 흐르고 덕트에서 흘러나오는 진동수주의 빈도가 상기 수역으로부터의 밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도와 실질적으로 대응하는, 방법.
제27항에 있어서,
밀려오는 그리고 빠져나가는 파도의 빈도 변화에 응답하여 적어도 하나의 흐름 제어 장치(들)의 구성을, 제어 메커니즘을 이용하여 연속적으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제28항에 있어서,
사용시 상기 제어 메커니즘은 상기 흐름 제어 장치(들) 중 하나 이상을 상기 제1 구성과 상기 제2 구성 사이에서 선택적으로 이동시키는, 방법.
제29항에 있어서,
상기 덕트, 상기 흐름 제어 장치 및 상기 제어 메커니즘은 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 것과 같은, 방법.
진동수주를 수용하기 위한 덕트로서,
A. 사용시 위치되는 수역의 평균 수면(MSL) 아래에 실질적으로 잠기도록 배열되어 있으며, 상기 수역으로부터의 밀려오는 파도를 수용하기 위하여 배열된 개구를 갖고 있는 도관을 포함하는 제1부분, 및
B. 상기 제1 부분에 매달려 있고 사용시 상기 MSL 위로 연장되도록 배열된 다른 도관을 더 포함하고 파도가 상기 제1 부분을 통하여 흐른 후 밀려오는 파도로부터의 물을 수용하기 위한 제2 부분을 포함하며,
상기 수역으로부터 안으로의 밀려오는 파도의 더 큰 흐름을 포획하기 위하여, 상기 제1 부분의 개구에서의 진입 마우스는 사용시 위치되는 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있는, 덕트.
제31항에 있어서,
상기 제1 부분은 상기 개구에서 상기 제1 부분의 나머지 부분보다 큰 횡단면적을 갖고 있으며, 상기 유역에서 상기 덕트로의 밀려오는 파도의 흐름을 가속하기 위하여, 상기 도관은 상기 개구에서의 상기 진입 마우스 영역에서 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 횡단면적이 줄어드는, 덕트.
제31항 또는 제32항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 진입 마우스의 최상부와 최외측 영역은 사용시 수역의 MSL 위로 부분적으로 연장되도록 배열되어 있는, 덕트.
제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부분의 최상부 표면은 상기 개구에서의 상기 진입 마우스로부터 상기 제2 부분을 향하는 방향으로 이동할 때 하향 경사져 있는, 덕트.
제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덕트는 다르게는 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에서 한정된 것과 같은, 덕트.
진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하기 위한 장치로서,
- 상기 작동 유체를 위한 유로를 한정하는 하우징;
- 상기 하우징에 배치되며, 사용시 상기 유로 내의 상기 작동 유체와 유체 연통하는 에너지 변환 유닛; 및
- 사용시, 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 상기 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위하여 상기 유로와 유체 연통되어 있는 흐름 제어 수단을 포함하는, 장치.
제36항에 있어서,
상기 흐름 제어 수단과 상기 에너지 변환 유닛은 연속적으로 작동하도록 구성되어 사용시 상기 작동 유체의 흐름이 상기 흐름 제어 수단을 통하여 상기 유로를 나가고 상기 작동 유체의 흐름이 상기 에너지 변환 유닛을 통하여 상기 유로로 들어가는, 장치.
제37항에 있어서,
상기 하우징은 바다에 인접하게 위치된 진동수주를 수용하도록 배열되어 있으며, 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 상기 작동 유체의 방향은 통과하는 파도의 낙하와 관련된, 장치.
제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너지 변환 유닛은 터빈 로터를 포함하는, 장치.
제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 다르게는 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 장치.
진동 작동 유체로부터 에너지를 추출하는 방법으로서,
(i) 상기 진동 작동 유체를 수용하기 위하여 유로를 한정하는 하우징을 파도를 갖는 수역 내에 적어도 부분적으로 위치시키는 단계;
(ⅱ) 상기 진동 작동 유체와 유체 연통되도록 에너지 변환 유닛을 배열하는 단계; 및
(ⅲ) 제1 설정 방향으로 흐를 때 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛에 작용하는 능동적인 구성과 제2 방향으로 흐를 때 상기 작동 유체가 상기 에너지 변환 유닛을 우회하는 우회 구성 사이에서 상기 유로의 구성을 선택적으로 변화시키기 위한 흐름 제어 수단을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
제41항에 있어서,
상기 방법은 다르게는 제28항 내지 제30항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 방법.
수역 내의 연안 위치에 진동 파도 컬럼 에너지 포획 장치를 위치시키기 위한 방법으로서,
(i) 자체에 부유 보조 기구가 장착되어 있는 상기 장치를 작동적으로 잠수 가능한 부유 플랫폼 상에 위치시키는 단계;
(ⅱ) 상기 플랫폼과 상기 장치를 상기 수역 상에서 부유되게 하는 단계;
(ⅲ) 상기 플랫폼과 상기 장치를 상기 수역 내의 설정 위치로 이동시키는 단계;
(ⅳ) 상기 플랫폼을 잠수되게 하여 따라서 상기 장치와 분리시키고, 그에 의하여 상기 장치를 상기 부유 보조 기구에 의하여 상기 수역에 계속 부유하게 남겨두는 단계; 및
(ⅴ) 그후 상기 장치의 의도된 작동적인 사용을 위하여 상기 설정 위치에서 상기 장치가 부분적으로 물에 잠기고 수역의 해저에 놓여질 수 있도록 상기 부유 보조 기구를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
제43항에 있어서,
상기 에너지 포획 장치는 다르게는 제1항 내지 제17항 또는 제36항 내지 제40항 중 어느 한 항에서 한정된 바와 같은, 방법.