KR20240065132A - 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

파도 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치는 지지 구조물(300), 제 1 작업 본체(200), 앵커(500) 및 앵커 케이블(400)로 이루어진다. 지지 구조물(300)은 앵커 케이블(400)에 의해 앵커(500)에 연결되고, 지지 구조물(300)에는 제 1 작업 본체(200)가 슬라이딩 가능하게 연결된다. 운동 변환 시스템(100)은 지지 구조물(300)에 단단히 연결되며, 한 측에서 구르는 기어(103a 및 103b)와 맞물리는 강성 기어(101a 및 101b)를 포함하고, 이 강성 기어는 다른 측에서 제 1 작업 본체(200)에 힌지 연결되며, 구르는 기어(103a 및 103b)의 다른 측에서 강성 기어(102a 및 102b)는 한 단부에서 연결되며, 그의 다른 단부는 다른 작업 본체(600)에 힌지 연결된다. 구르는 기어(103a, 103b)는 축에 의해 멀티플라이어(multiplier)에 연결되며, 이 멀티플라이어는 발전기(108)를 구동시키고, 발전기는 전기를 추가로 생산한다. 이렇게 구성된 장치는 자체적으로 안정적으로 부유하기 때문에 개발 장소까지 운반이 가능하다. 앵커 시스템(500)은, 자체적으로 부유할 수도 있고 잠수할 수도 있는 운반체(700)를 사용하여 개발 장소로 운반되다.

Description

파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치
본 발명은 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치 및 전개 과정에 적합한 장치의 특성으로 이 장치를 이용 위치에 전개하는 과정에 관한 것이다. 이전의 방안과 관련된 장치는, 특히 위아래로 움직이는 부유체로부터, 전기를 생산하는 발전기에 에너지를 전달하는 분야에서 다르다. 전개 과정은 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치의 전개 위치에서 해저에 있는 앵커링 시스템을 적합하게 하고 우발적인 손상을 방지하기 위한 안전 시스템을 갖추는 것을 기반으로 한다. IPC(국제 특허 분류)에 따라 장치는, 바다 파도의 에너지를 사용하는 동력 기계로 분류되며 이는 분류 기호 F03B 13/12에 응한다.
본 발명이 해결하는 기술적 과제는, 최대 효율, 즉 활용도, 작업 조건과 관련한 내구성을 가지며 동시에 경제적 요건을 만족하도록, 즉 비용 효과적이도록 허용 가능한 재료 및 허용 가능한 수의 서브어셈블리로 만들어지는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치의 구성 방법이다.
이러한 문제는 종래 기술에 잘 알려져 있다. 비용 효과적인 방안은 찾기가 어렵다. 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치에 대한 지속 가능한 방안은 장치의 최대 효율 및 동시에 시스템이 신뢰적이고 작동하기에 안전하며 또한 저렴할 수 있도록 최소의 재료 수 및 최소의 어셈블리 수를 요구한다. 위아래로 움직이는 부유체에 작용하는 파도의 힘은 종래 기술에 알려진 것처럼 매우 클 수 있어, 강한 지지 구조물 및 예컨대 부유체로부터 발전기에 힘을 전달하는 데 관여하는 요소들의 강한 체인을 필요로 한다. 물과 접촉하는 부유체의 이동성에 대한 요건을 고려하면, 이는 에너지를 생성하는 데에 사용되는 높은 파도의 힘을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강하고 동시에 해상 조건을 견딜 수 있기에 충분히 강해야 하는 구조의 필요성에 반하는 것 같다.
국부적으로 하중을 받는 개별 요소의 수명 문제도 알려진 문제이며, 이 문제가 해결되며, 요소는 장기간 노출된 하중을 견딜 수 있다.
깊은 흘수(draft)의 문제가 있다. 이 유형의 장치의 특징은, 장치는 심해용으로 설계되었기 때문에 크기가 커야 한다는 점이며, 이러한 장치의 건설은, 이 분야의 전문가에게 알려진 바와 같이 요구되는 흘수 깊이에 비해 매우 작은 수심을 갖는 조선소에서 수행된다.
해상에 위치되는 장치는 매우 가혹한 대기 조건에 노출되며, 빈번하고 저렴한 유지 보수가 필요하며, 본 발명은 이러한 문제를 크게 줄이고 단순화한다.
이러한 유형의 장치는 매우 강한 폭풍에서 작동하도록 설계되어 있지 않으며, 본 발명은 극심한 폭풍에서 장치를 고정하는 문제를 해결한다.
본 발명은 장치의 운반 및 배치 문제를 해결한다.
본 발명은 또한 이 장치를 원하는 위치에 유지시키는 앵커를 운반하고 잠수시키기 위한 방안을 포함한다.
본 발명은 또한 장치를 이용 위치에 전개하는 문제를 해결한다.
종래 기술
재생 가능 에너지원을 기반으로 한 방안은 많이 알려져 있다. 지구상의 명백한 기후 변화의 관점에서 볼 때, 환경에 유해한 가스를 배출하는 발전소의 사용을 가능한 한 빨리 피하는 것이 필요한 것 같다. 본 출원과 동일한 발명자의 유럽 특허 EP 2183478은, 파도로부터 위아래로 움직이는 부유체로의 에너지 전달과 관련된 몇 가지 기본 문제를 해결하는 장치를 보여준다. EP 2183478에 설명된 바와 같이 전기 에너지로 추가로 변환될 수 있는 파도로부터 얻어지는 에너지의 양이 최대로 되지만, 이 장치는 알려진 다른 에너지 변환 장치에 비해 경쟁력이 있어야 하며, 또한 기후 변화가 심화되기 전에 대기 중으로 다량의 유해 가스를 방출하는 에너지 생성 장치를 대체할 수 있어야 한다.
동일 발명자의 특허 WO2017176142A2는 이러한 장치의 적용에 많은 진전이 있었지만, 유연한 부품은 작은 파도에 매우 빨리 피로해지기 때문에, 즉 재료 피로 현상(한 장소에서 지속으로 나타나는 하중의 결과임)으로 인해 균열이 발생하기 때문에 트랜스미션 시스템 부품의 수명의 문제가 관찰되었다.
다른 문제(WO2017176142A2)는, 기어 랙 방안은 긴 파이프를 필요로 하고, 수직 위치로 운반될 경우 운반 중에 큰 바다 깊이가 필요하다는 점이다. 운반 중 바다의 깊이는 대략 수십 미터가 되어야 한다. 가능한 곳은 많지 않다. 장치를 아래로 내린 수평 위치로 운반하는 경우, 전개 위치까지 운반하고 바로잡는 것은 매우 복잡하고 비용이 많이 든다.
특허(WO2017176142A2)의 부유 앵커는, 잠수될 때 이상적인 수평 위치에 있지 않고, 앵커 내부의 물이 한쪽으로 이동하여 무게 중심이 흐트러져 제어할 수 없는 회전이 일어날 수 있고 앵커의 전복이 발생한다는 단점을 갖는다. 아니면 그 부유 앵커는, 큰 풍선, 더 많은 수의 다이버, 사람, 값비싼 장비를 필요로 한다. 그래서, 바닥에서는 압력이 몇배 증가하기 때문에 앵커를 물에서 꺼내는 과정에서 큰 단점이 있으며, 앵커를 물 밖으로 꺼낼 때 공기량이 증가하여 앵커 제거가 어렵게 되기 때문에, 앵커가 통제할 수 없이 물 밖으로 날아갈 위험이 증가하고 심지어 앵커가 폭발할 위험도 있다.
시스템의 구성이 개선되고, 더 가볍고, 저렴하며 단순화되었으며, 따라서 그 시스템의 효율성과 경제성이 증가된다.
파도 에너지를 전기로 변환시키기 위한 장치는 지지 구조물, 제 1 작업 본체, 에너지 변환 시스템, 앵커 및 앵커 케이블을 포함한다. 지지 구조물은 물의 표면으로 떠오르는 경향이 있지만, 앵커 케이블은 한 단부에서 그 지지 구조물에 연결되고 또한 다른 단부에서는 앵커 중량물에 연결되므로 뜨는 것을 방지하며, 이렇게 해서 전체 장치가 제위치에 유지된다. 제 1 작업 본체는 파도의 작용 하에서 지지 구조물을 따라 상하로 이동할 수 있도록 그 지지 구조물에 슬라이딩 가능하게 연결된다.
제 1 작업 본체는 수면 위쪽에 위치되는 강성 기어(랙, 롤 랙)를 통해 운동 변환 시스템에 연결되며, 그 강성 기어는 동일한 강성 기어(랙, 롤 랙)를 통해 제 2 작업 본체에 추가로 연결된다. 제 1 작업 본체가 지지 구조물을 따라 위아래로 이동할 때, 그 제 1 작업 본체는 강성 기어를 통해 운동 변환 시스템을 구동시키고, 그 강성 기어는 지지 구조물 내부에 위치되어 있는 제 2 작업 본체를 추가로 구동시킨다.
본 발명의 본질은, 2개의 작업 본체인데, 물과 접촉하고 파도가 작용하는 제 1 작업 본체는 강성 기어(이 경우에는 랙 및 롤 피니언의 시스템)를 통해 제 2 작업 본체에 연결되며, 제 2 랙은 제 2 작업 본체에 연결되어 있어, 최소한의 유지 보수, 최소의 마찰 손실 및 최소의 윤활로 수년 동안의 작동이 가능하게 된다.
운동 변환 시스템은 강성 기어 시스템, 롤 랙(또는 기어 랙) - 피니언(피니언 기어) 또는 랙 기어 - 롤 피니언 시스템, 발전기 축에 단단히 연결되는 기어에 연결되는 구동 기어를 포함하고, 시스템은 2개의 분기를 통해 동력 공급을 받는다.
기어 축은 하우징 안에 설치되고, 그 하우징은, 강성 기어 가이드가 단단히 결합되는 지지 패널에 단단히 부착되며, 그 가이드에 의해, 강성 기어와 기어의 맞물림에 의해 얻어지는 모든 하중이 받아 들여져, 장치의 원활한 작동을 위해 필요한 수직을 제외하고 모든 방향으로 기어로부터 강성 기어의 분리가 방지된다.
운동 변환 시스템은, 외부 작업 본체와 내부 작업 본체에 의해, 강성 기어가 인장으로 로딩되며 그 결과 강성 기어의 덜 강성적이고 또한 더 가벼운 구성이 얻어지도록 구성된다. 이는 신규한 것이며, 이전의 특허에서는 이러한 방식으로 행해진 적이 없었으며, 이는 장치가 신뢰적이고 만족스러운 수명을 갖기 위한 조건이다.
제 2 작업 본체의 일체적인 부분인 강성 기어는 롤 기어로부터 분리될 수 있다. 이는, 운반 및 극심한 폭풍 동안에 전체 시스템 질량의 가능한 최저 무게 중심을 제공하는 것이 필요하기 때문에, 본 발명의 중요한 특징이다.
물과 접촉하는 제 1 작업 본체는, 그의 배수량은 그의 질량 보다 작고 그래서 운동 변환 시스템에 연결되지 않으면 떠 있는(부유) 상태로 유지될 수 없기 때문에 부유체라고 불릴 수 없는 특징을 갖는다. 제 1 작업 본체의 질량과 배수량 사이의 차이는 롤 기어와 강성 기어를 통해 보상된다. 이러한 기술적 방안을 적용하면 2가지의 매우 중요한 결과를 얻을 수 있다. 첫 번째 결과는, 강성 기어가 신장으로 로딩된다는 것이다. 이런 방식으로 설치된 강성 기어는 주로 신장으로 로딩되어, 강성 기어는 더 가볍고 더 저렴하게 될 수 있으며, 또한 파도로 인해 발생하는 큰 힘을 고려하여, 강성 기어는 그의 큰 길이로 인해 기존의 재료로 만들어질 수 있다.
두 번째 결과는, 제 1 작업 본체가 잠수될 수 있어, 극심한 폭풍이 발생할 때 장치를 안전 구성으로 설치할 수 있다는 것이다. 배수량이 외부 작업 본체의 질량보다 크면, 잠수될 때, 예컨대, 제 1 작업 본체에 물을 채워서 외부 작업 본체의 질량을 증가시켜야 하며(즉 배수량이 감소됨), 그리고 작업 본체가 다시 작업 위치로 보내질 때에는, 압력 하에서 펌프, 압축 공기 등에 의해 물이 비워져야 하며, 반면에 본 발명에서는 제 1 작업 본체가 나오면 물이 자동적으로 버려지게 된다.
본 발명의 범위 내에서, 소형 크레인을 갖춘 선박에 의한 운반 및 앵커링을 가능하게 하는 운반체가 제시된다.
운반체는 중량물, 앵커, 수중 장치(예컨대, 조수 에너지 변환 장치 등)의 부품을 현장으로 운반하여 전개하기 위해 사용될 수 있다.
하중물이 운반체에 부착되어 원하는 위치로 견인되고 그런 다음에 크레인 또는 적절한 장치에 부착되며, 그 크레인 또는 적절한 장치는 하중물을 정확한 위치에 두게 될 것이다. 밸브가 열려 물이 운반체 안으로 들어갈 수 있으며, 동시에, 다른 밸브를 열어, 공기가 빠져나가도록 보장하며, 이는 중량물을 보상하고, 배수량과 그 중량물의 질량 사이의 차이는, 추가 침지 과정에서 크레인에 의해 받아 들여지는 최소 중량으로 감소된다. 크레인이 받게 될 잔류 중량의 이 차이는 압축 용기 및 조절 밸브에 의해 미세하게 조절될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치를 더욱 상세하게 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명에 따른 공정, 즉 설명된 어셈블리에 의해 가능해지는 장치의 구성적 특성 및 장치 운반 단계를 더 잘 이해하기 위해 사용된다. 도면은 본 발명의 실시 형태의 예를 나타내며, 청구 범위에 정의된 보호 범위 내에 있는 다른 가능한 실시 형태를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 청구 범위에 따른 기술적 특징은 구조의 실시 형태의 다른 예에서 상호 결합될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 제 1 예를 등각도로 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태의 일 예를 등각도 및 부분 단면으로 나타낸다.
도 2는 운동 변환 시스템의 실시 형태의 일 예를 등각도로 나타낸다.
도 3은 폐쇄 위치에서 랙을 롤 기어로부터 분리하기 위한 기구를 단면으로 나타낸다.
도 3a는 개방 위치에서 랙을 롤 기어로부터 분리하기 위한 기구를 단면으로 나타낸다.
도 3b는 풀-아웃 시스템으로 롤 기어로부터 랙을 분리하는 다른 방법을 단면으로 나타낸다.
도 4는 안전 모드로 구성될 때 본 발명의 실시 형태의 일 예를 등각도로 나타낸다.
도 5는 운반을 위해 구성되었을 때 본 발명의 실시 형태의 일 예를 등각도로 나타낸다.
도 6은 감쇠 앵커를 갖는 장치의 실시 형태의 다른 예를 나타낸다.
도 6a는 앵커의 감쇠기를 나타낸다.
도 7은 운반체의 개략적인 등각도를 나타낸다.
도 7a는 앵커 플랫폼을 등각도로 개략적으로 나타낸다.
도 7b는 앵커 플랫폼의 단면을 나타낸다.
도 8a는 시스템 내부에서 수면 아래에 발전기가 위치되는 시스템의 정면도이다.
도 8b는 더 간단한 멀티플라이어의 개략도이다.
도 9는 확대된 자유 측을 갖는 제 1 작업 본체의 개략적인 정면도이다.
도 9a는 챔버로부터 물이 자유롭게 배출되는 것을 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 10은 하측 위치에 있는 가동(movable) 외부 랩퍼의 개략적인 정면도이다.
도 10a는 상측 위치에 있는 가동 외부 랩퍼의 개략적인 정면도이다.
도 11은 유압 실린더에 의해 시스템을 작업 위치에 위치시키는 것을 보여주는 개략적인 정면도이다.
도 11a는 유압 실린더가 후퇴되었을 때(잠수 초기 단계) 시스템을 위치시키는 것을 보여주는 개략적인 정면도이다.
도 11b는 유압 실린더가 빼내졌을 때(잠수 중간 단계) 시스템 위치 결정의 개략적인 정면도이다.
도 11c는 유압 실린더가 후퇴되었을 때(최종 잠수 단계) 시스템 위치 결정의 개략적인 정면도이다.
도 1은 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치를 보여주며, 이 장치는 본체 중량에 대해 감소된 양의 배수량-부력(액체에 잠긴 본체에 의해 배제되는 액체의 중량과 동일함)을 갖는 지지 구조물(300), 제 1 작업 본체(200), 운동 변환 시스템(100), 앵커(500) 및 앵커 케이블(400)을 포함한다. 지지 구조물(300)은 수면에 뜨는 경향이 있으나, 일 단부에서 지지 구조물(300)에 부착되는 다른 단부에서는 앵커(500)에 부착되는 앵커 케이블(400)은 그 지지 구조물이 유동하지 않게 하며, 이렇게 해서 전체 장치가 제위치에 유지된다. 제 1 작업 본체(200)는 지지 구조물(300)에 슬라이딩 가능하게 연결되어, 파도의 작용 하에서 지지 구조물을 따라 상하로 이동할 수 있다.
도 1a는 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치의 내부 부분을 보여준다. 로커(rocker)(201)(일 단부에서 로커(201)에 관절식으로 연결된 강성 기어(101a, 101b)에서 힘의 균형을 잡기 위해 사용됨)가 관절식으로 연결되는 제 1 작업 본체(200), 강성 기어(101a, 101b)는 운동의 변환을 위한 운동 변환 시스템(100)에 더 연결되며, 강성 기어(102a, 102b)가 그에 부착되며, 그의 다른 단부는 지지 구조물(300)에 슬라이딩 가능하게 연결되는 제 2 작업 본체(600)에 연결된다. 제 1 작업 본체(200)가 지지 구조물(300)을 따라 상하로 이동할 때, 강성 기어(101a, 101b)를 통한 운동의 변환을 위한 운동 변환 시스템(100)을 구동시키고, 그 강성 기어는, 지지 구조물(300) 내부에 위치되고 지지 구조물(300) 상의 고정된 가이드 내에서 슬라이딩 가능하게 안내되는 제 2 작업 본체(600)와 함께 강성 기어(102a 및 102a)를 추가로 구동한다.
제 1 작업 본체(200)와 제 2 작업 본체(600)는, 도면에서 처럼 "2-스케일 스케일"로 설명되는 바와 같이, 강성 기어(101a, 101b, 102a, 102b)를 통해 견고하게 연결된다. 이렇게 연결된 작업 본체들은 상대적으로 작은 파력으로 인해 균형이 맞지 않아 시스템을 효율적으로 만든다. 그러면 제 2 작업 본체(600)는 자신의 중량에 의해 수면 상의 제 1 작업 본체를 끌어당기게 되며, 이는 더 작은 흘수(draft)를 가지며, 그래서, 파도 에너지는 수심에 따라 기하급수적으로 감소하는 것으로 알려져 있기 때문에 파도 에너지가 더 높은 영역으로 가게 된다. 더 높은 파도 에너지의 작용을 받는 제 1 작업 본체(200)는 시스템에서 발전기까지 더 많은 에너지를 전달하여 더 많은 양의 전기가 생성되고 전체 시스템은 더 효율적이다. 이것이 바로 본 발명의 장점이다.
도 2는 강성 기어의 선형 운동을 발전기의 교번적인 원형 운동으로 변환시키는 운동 변환 시스템(100)의 실시예의 일 예를 나타내며, 이 시스템은 구르는 기어(103a, 103b)와 결합되는 랙, 롤 랙 등일 수 있는 강성 기어(101a, 101b)로 이루어지며(롤 랙이 적용되는 경우에는 GB 2555854A의 롤 피니언), 구르는 기어(103a)는 축(104a)에 단단히 부착되며, 구르는 기어(103b)는 축(104b)에 단단히 부착되며, 축(104a, 104b)의 다른 단부에는 기어(105a, 105b)가 단단히 연결되며, 기어(105a)는, 발전기(108) 축에 단단히 부착된 기어(107)와 맞물리며, 기어 105b는, 기어(107)와 추가로 맞물리는 기어(106)와 맞물린다. 강성 기어(101a 및 101b)가 위쪽으로 이동하면, 구르는 기어(103a 및 103b)가 회전하여 축(104a 및 104b)을 통해 기어(105a 및 105b)를 구동시키며, 기어(105a)는 기어(107)를 직접 구동시키며, 기어(105b)가 기어(106)를 통해 기어(107)를 구동시킨다. 기어(106)는 회전 방향을 변경하는 역할을 한다. 이에 의해, 동일한 방향과 강도를 갖는 토크가 양측에서 출력 기어(107)에 공급되는 것이 보장되며, 이는 추가되어 출력 토크의 2배가 얻어지며, 기어(107)가 없으면, 좌측의 토크와 우측의 토크는 감해질 것이며 동일한 강도를 가지며, 결과적인 모멘트는 영이 될 것이고, 따라서 시스템은 작동할 수 없을 것이다.
장치 작동의 가능성을 보여주기 위해 한 가지 유형의 멀티플라이어를 제시한다.
축(104a, 104b)이 하우징(111)에 설치되고, 기어(105a, 105b, 106, 107)가 또한 위치되어 그의 해당 축과 함께 하우징(111) 안에 설치된다. 하우징(111)은 지지 구조물(300)(도 1)에 단단히 부착된다. 슬라이딩 가이드(117a, 117b(도 3), 117c, 117d)가, 지지 구조물(300)(도 1)과 단단히 결합되는 중앙 가이드(113)에 단단히 부착된다. 슬라이딩 가이드(117a, 117b(도 3), 117c, 117d)의 단부에 레버 기구의 하우징(114a)이 일 단부에서 단단히 연결되며, 레버 기구의 하우징(104b)은 가이드(117a, 117b(도 3), 117c 및 117d)의 다른 단부에 연결되며, 해당 레버(도 3)를 통해 강성 기어(101a)의 가이드(116a 및 116b)가 슬라이드 가이드(117a, 117b(도 3), 117c, 117d)에 연결되고 슬라이딩 가능하게 부착되며, 강성 기어의 가이드(116a, 116b)에 의해, 강성 기어(101a, 101b)는 구르는 기어(103a, 103b)와 원활하게 결합되며 그리하여, 강성 기어(101a)와 그 구르는 기어(103a, 103b)의 결합으로 얻어지는 모든 하중을 받으며 따라서 장치의 원활한 작동을 위해 필요한 수직을 제외하고 모든 방향으로 기어(103a)로부터 강성 기어(101a)의 분리가 방지된다.
이 실시 형태의 특징은, 강성 기어(102a, 102b)와 구르는 기어((103a, 103b)의 결합으로 인해 발생하는 하중은 가이드(113)에서 서로 균형을 이루며 또한 가이드(117a, 117b, 117c(도 3) 및 117d)에 전달되는 하중이 장력에 그의 영구적인 하중을 제공한다는 것이다(이러한 유형의 하중은 종래 기술에서 알려진 가이드의 강도 및 치수 측면에서 가장 적합하다).
이 시스템의 특징은, 하중은 양쪽에서 오고 그 하중은 발전기 기어를 통해 한쪽에서만 제거되며 그래서 동력과 운동의 이러한 변환은, 더 가볍고 관성 하중에 덜 기여하는 훨씬 더 작고 간단한 부품으로 달성될 수 있다는 것이다.
한편, 운동 변환 시스템(100)은, 제 1 작업 본체(200)와 제 2 작업 본체(600)(도 1a)가 강성 기어(101a, 101b, 102a, 102b)의 장력에 일정한 하중을 제공하여 강성 기어의 더 작은 강도 및 그래서 더 용이한 구성이 요구되도록 설계된다. 이 방안은 이제 종래 기술에서 처음으로 나타나 있다.
제 1 작업 본체(200)에 부착될 때 강성 기어(101a, 101b)의 균형을 잡고 또한 제 2 작업 본체(600)에 부착될 때에는 강성 기어(102a, 102b)의 균형을 잡기 위한 시스템, 예컨대 로커, 레버 시스템, 체인과 유압 밸런서를 갖는 스프로켓 등을 설치할 수 있다.
도 3은 피니언으로부터 강성 기어를 분리하기 위한 레버 기구를 나타낸다. 도 3은 이 시스템의 한 쪽만 보여주고, 다른 쪽은 동일하며 거울 반사 관계로 배치된다.
구르는 기어로부터 강성 기어를 분리하는 2가지 방법이 있는데, 한 방법은 아래에서 설명하는 바와 같고, 다른 방법은, 강성 기어를 구르는 기어의 그립으로 복귀시키는 시스템을 제공하여 강성 기어를 그립 밖으로 끌어 당기는 것이다.
본 발명의 실시 형태의 가능성을 예시하기 위해 기계적 시스템을 여기서 설명한다. 설명된 시스템 대신에, 유압식, 전기 기계식, 공압식 시스템 또는 이들의 조합이 동일한 작업으로 설치되어, 강성 기어 및 구르는 기어를 그립으로부터 분리시키거나 빼낼 수 있다.
시스템은 단부에서 단단히 부착되는 레버 기구(114a)의 하우징을 갖는 고정 가이드(117a 및 117b)를 포함하며, 한 단부에 114a가 있고 다른 단부에는 114b(도 2)가 있다. 레버(118a 및 118b)는 한 단부에서 레버 하우징 기구(114a)에 피봇식으로 연결되고 다른 단부에서는 레버(120) 및 레버(119a 및 119b)에 피봇식으로 연결되며, 레버(119a 및 119b)의 다른 단부는, 가이드(117a, 117b)에 슬라이딩 가능하게 연결되는 강성 기어 가이드(116a)에 피봇식으로 연결된다. 레버(120)는 한 단부에서 실린더(115a)에 피봇식으로 연결되며, 그 실린더는 다른 단부에서 레버 기구(114a)의 하우징에 피봇식으로 연결된다.
개방 위치에서 강성 기어를 분리하기 위한 기구가 도 3a에 나타나 있다. 실린더(115a)를 연장시킴으로써, 레버(120)는 레버(118a 및 118b)의 길이에 대응하는 반경을 갖는 원을 따라 움직이고, 레버(120)를 움직임으로써 레버(119a 및 119b)도 움직이며 그래서 운동학적 체인이 만족되어, 레버(119a, 119b)의 회전 운동 및 가이드(117a, 117b)를 따른 랙 가이드(116a)의 병진 운동이 일어나며, 이는 강성 기어(101a)를 끌어 당기고 그 강성 기어를 구르는 기어(103a)로부터 분리시킨다. 강성 기어(101a)를 작동 위치로 복귀시키는 것, 즉 구르는 기어(103a)와의 결합은 실린더(115a)를 후퇴시킴으로써 달성되고, 이에 의해 시스템은 작동 위치로 복귀된다.
장치는 앵커링 위치로 운반되는 동안에 안전 모드로 구성되는 것으로 생각된다. 그 안전 모드는, 전체 시스템의 무게 중심의 위치가 장치의 지지 구조물의 최저 지점으로부터 최소 거리에 있다는 사실을 특징으로 한다.
도 3b는, 구르는 기어(103a)의 그립으로부터 강성 기어(101a)를 단순히 끌어 당김으로써 강성 기어(101) 및 구르는 관련된 기어(103a)를 분리하는 다른 방법을 보여준다. 이는 강성 기어(101a)를 작업 본체(200)의 스트로크(도 1 참조)보다 약간 짧게 만듦으로써 달성된다. 이런 방식으로, 작업 본체를 작업 모드로 복귀시킬 때 그 작업 본체의 리프팅을 강제로 보장하는 것이 필요하다.
도 4는 안전 모드로 구성된 장치를 보여준다.
파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치를 안전 모드로 구성하는 것은, 제 1 작업 본체(200)가 지지 구조물(300) 상에 안착되도록 그 제 1 작업 본체를 하강시키고 그런 다음에 제 2 작업 본체(600)를 최저 예측 위치로 하강시키는 것을 포함한다.
장치를 안전 모드로 구성하기 위한 절차는 다음과 같다. 발전기가 프로그래밍 방식으로 모터 모드로 설정되고, 제 1 작업 본체(200)가 지지 구조물(300)에 기대는 위치로 제 2 작업 본체(600)가 강성 기어(102a 및 102b) 위로 상승되며, 그런 다음에 발전기가 정지되고 제 2 작업 몸체(600)를 상측 위치에 유지시키며, 이때부터 강성 기어를 분리하는 과정이 시작되며(전술한 바와 같이), 강성 기어를 분리하는 사이클의 완료 후에, 제 2 작업 본체(600)가 발전기에 의해 하측 위치로 하강된다.
안전 위치의 시스템은 최저 무게 중심을 가지며 가장 강한 폭풍을 견딜 준비가 된다.
작업 본체(200)가, 하측 지점까지 잠수되면, 강한 폭풍 동안에 움직이지 않도록 기계적으로, 전기적으로, 유압식으로, 공압식으로 또는 시스템의 일부에 의해 쉽게 잠금될 수 있다.
강성 기어(102a 및 102b)를 분리할 수 있으며, 또는 단순히 강성 기어(102a 및 102b)가 구르는 기어(103a 및 103b)와의 그립에서 벗어나게 된다.
폭풍이 끝난 후, 제 2 작업 본체(600)는 공압 장치, 유압 장치 또는 기계적 장치에 의해 상승되고, 구르는 강성 기어(102a, 102b)는 구르는 기어(103a, 103b)와 결합되고 그런 다음에 제 2 작업 본체(600)가 발전기에 의해 상측 위치로 상승되며, 강성 기어(101a 및 101a)는 구르는 기어(103a 및 103b)와 결합되며, 그런 다음에 제 2 작업 본체(600)는 제어된 방식으로 발전기에 의해 중간 위치로 하강되고 시스템은 다시 표준 모드로 된다.
도 5는 운반 장치의 위치를 보여주며, 이 위치는 안전 위치(도 4)에 대응하며, 다른 점은, 운반 동안에 장치는 해저에 앵커링되지 않고 수면에 자유롭게 떠 있게 된다는 것이다.
파도 에너지 변환 장치가 이 장치의 무게 중심의 하측 위치에 의해 제공되는 충분한 안정성을 갖도록 운반 동안에 무게를 낮추는 것이 필요하다는 점을 강조하는 것이 중요하다. 전체 운동 변환 시스템은 구조물 위에 그리고 물 위쪽에 배치되며, 이에 의해 구조물 자체의 무게 중심이 높게 되고, 제 2 작업 본체가 작업 위치에 있을 때 이는 물 보다 높으며 장치 구조물을 불안정하게 한다. 제 2 작업 본체가 구조물의 바닥쪽으로 하강될 때, 무게 중심점이 낮아져 부력점에 접근하게 되며 더 양호한 안정성이 얻어진다.
도 1에 도시된 바와 같은 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치의 작동 구성에서, 무게 중심은 지지 구조물(300)의 상측 부분에 있는데, 제 1 작업 본체(200)의 질량 중심과 운동 변환 장치(100)의 질량 중심이 물 위쪽에 있기 때문이다. 이 경우, 장치의 안정성은 위험해지지 않는데, 왜냐하면, 그 장치는 앵커 케이블(400)을 이용하여 앵커(500)에 의해 앵커링되며 또한 전체 지지 구조물(300)은 지지 구조물(300)을 수면으로 미는 경향이 있는 부력을 가지며 그래서 앵커 케이블(400)의 힘이 파도 에너지를 전기로 변환시키기 위한 장치의 안정적인 균형 위치를 제공하기 때문이다.
이러한 구성의 실시 형태는, 종래 기술에서 언급된 이전의 방안에 비해 많은 이점을 갖는다. 첫 번째 중요한 이점은, 실제로 흘수가 매우 낮기 때문에 구성은 운반 동안에 큰 물 깊이를 필요로 하지 않는다는 것이다. 한편, 운동 변환 시스템은 물 위쪽에 위치되며 서비스, 교체 및 정기적인 유지 보수에 이용 가능하다. 운동 변환 시스템은, 소형 선박에서 흔히 볼 수 있는 상대적으로 작은 하중 용량의 크레인으로 전체적으로 대체될 수 있다. 또한, 서비스를 수행하는 인원, 기술자는 서비스를 수행하기 위해 구조물에 들어갈 필요가 없고, 그 구조물의 외부에서 모든 서비스를 수행하게 된다.
TLP(텐션 레그 플랫폼) 플랫폼은, 표준 작업시에 장치의 수직성을 제공하지만 장치가 앞으로 굽혀지게 하는 앵커 케이블의 닐링(kneeling), 즉 느슨해짐을 피하기 위해 앵커 케이블에서 큰 힘을 필요로 하고 조임 동안에는 앵커 케이블의 극히 높은 힘이 일어나기 때문에 편리하다.
이러한 극히 높은 힘을 피하기 위해, 배수량, 즉 앵커 케이블의 정적인 힘이 증가된다. 이로 인해, 장치가 비싸지고 자주 현재 기술 재료의 한계에 부딪히는 매우 높은 힘이 케이블에 가해지며, 값비싼 균형을 갖는 더 많은 수가 사용된다.
닐링 후에 조일 때 충격력을 완화하기 위해 충격 흡수기를 설치하여 이러한 극단적인 증가 현상을 피할 수 있다. 이러한 충격 흡수기는 비싸고, 물 속에서의 작동과 큰 힘으로 인해 이용하기가 어렵다.
하나 이상의 중량물로 이루어진 신뢰적이고 저렴한 신규한 것이 여기에 제시된다. 즉, 제 1 중량물은 정적인 것 보다 항상 더 큰 선택된 질량을 가지며, 제 2 중량물 또는 고정 지점을 부착할 때까지 스트로크를 갖는다. 제 2 중량물은 자유로운 스트로크를 갖는데, 즉 제 3 중량물 또는 고정 지점을 부착할 때까지 상승될 수 있다.
도 6 및 6a은 앵커를 갖는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치의 앵커링 시스템을 나타낸다. 이 앵커링 시스템은 해저에 진공 가압되는 튜브(501)로 이루어지며, 튜브(501) 상에는 중량물(502)이 배치되고 체인(또는 케이블)(504)에 의해 연결되고, 중량물(502) 상에는 중량물(503)이 배치되고 체인(또는 케이블)(505)에 의해 중량물(502)과 결합된다.
닐링이 일어나면, 시스템 변위의 관성으로 인해 앵커 케이블(400)에 동적 힘이 발생하고, 이 힘은 질량(Q1)을 갖는 중량물(503)을 먼저 상승시키고, 중량물(503)이 들어 올려진 후에, 체인(505)이 조여질 때까지 구조물을 감속시키고, 체인(505)이 조여질 때, 중량물(502)이 위로 들어 올려지고, 체인(504)이 조여질 때까지 중량물(503)과 함께 위쪽으로 계속 이동하게 된다.
작동 원리: 앵커 케이블(400)이 느슨해지면, 파력이 멈춘 후에 장치는 약간의 가속도와 속도로 표준 위치로 복귀한다. 큰 질량과 가속도로 인해 닐링 후에 시스템은 균형 위치로 복귀하는 경향이 있으며, 그리하여, 정지 시간이 매우 짧기 때문에 극단적인 힘이 발생하게 된다. 장치의 정지 경로를 늘리기 위해(즉, 감속 시간 간격을 연장하기 위해) 충격 흡수기가 추가된다. 중량물의 수와 질량 및 그의 자유 스트로크를 선택하여, 앵커 케이블에서의 닐링 후에 만족스러운 힘을 얻을 수 있다. 이는 닐링 후에 힘을 제어하는 안정적이고 저렴한 방법이다.
도 7에 도시된 바와 같은 운반체(700)가 중량물, 앵커, 수중 장치 부품을 현장으로 운반 및 배치하기 위해 사용된다.
운반체(700)에는, 그 운반체(700) 내부에 물을 배출하기 위한 밸브(S2) 및 공기를 배출하기 위한 밸브(S1)가 있으며, 두껍고 무거우며 비싼 거푸집을 만들지 않기 위해, 운반체의 거푸집에 작용하는 정수압이 더 높게 되는 더 큰 깊이로 하중물이 하강될 때, 바닥으로 하강되는 하중물(Q)의 무게보다 작은 용량의 크레인이 운반체(700)에 사용되며, 조절 밸브(R) 및 압축 공기가 담긴 탱크(T)가 설치되어, 외부 압력에 노출되는 운반체(700)의 거푸집의 완화를 가능하게 할 수 있다.
하중물(Q)이 이 하중물(Q)과 함께 부유할 수 있는 운반체(700)에 부착되며, 운반체(700)는 선박에 의해 원하는 위치로 예인되며, 그런 다음에 크레인이나 적절한 장치, 케이블 등에 부착되어 운반체(700)를 정확한 위치에 배치한다. 운반체(700)가 가라앉기 시작할 때까지, 밸브(S2)가 열리고 물이 운반체(700) 내부로 흐르고 과잉 공기가 밸브(S1)를 통해 빠져나가며, 그런 다음에 밸브(S1)가 닫히고 밸브(S2)가 닫히며, 그래서 하강되는 하중물의 속도가 예컨대 크레인에 의해 제어될 수 있으며, 소형 크레인이 다이빙을 위해 사용될 때 다이빙 속도가 제어되어야 하는 경우, 압축 공기 탱크가 있는 조절 밸브가 설치된다. 깊이가 증가함에 따라, 주위의 수압이 증가하여 운반체(700)의 거푸집에 압력을 가하게 되며, 그래서 거푸집이 변형되지 않고, 탱크(T)로부터의 압축 공기가 운반체(700) 내부에 유입되어 내부 압력과 외부 압력의 균형을 이루게 된다. 하중물(Q)이 바닥에 닿으면, 밸브(S2)가 열려, 물이 다시 운반체(700) 내부로 유입되고 동시에 밸브(S1)가 열려, 운반체 내부의 물 높이가 밸브 튜브(S1)가 설치된 높이에 도달할 때까지, 외부 정수압과 같은 압력의 압축 공기가 빠져 나갈 수 있어, 공기 누출을 추가로 방지한다. 밸브 튜브(S1)의 높이는, 이제는 추가적인 하중물(Q) 없이 운반체(700)를 바닥에서 들어 올릴 수 있을 만큼 충분한 부피를 제공하도록 계산된다. 침지 후에 운반체(700)에 물을 채워야 하는데, 그렇게 하지 않으면, 하중물(Q)의 분리 후에, 운반체(700)가 자신의 무게와 잠수된 부피 사이의 큰 차이로 인해 갑자기 수면 쪽으로 이동하기 때문이며, 이런 일이 일어나지 않도록 운반체(700)는 물로 채워져야 하는데, 즉 과잉 공기는 설명된 방식으로 배출되어야 한다.
하강 속도가 중요하지 않을 때 운반체(700)가 물에 잠수되는 경우, 밸브(S2)는 열린 채로 유지되며, 이 경우, 충분한 물이 운반체에 들어가 다이빙시에 압력의 균형을 이루도록 밸브(S2)가 적절한 직경을 가지면, 운반체 내부와 외부의 압력은 동일하게 된다.
운반체(700)를 바닥에서 들어올리는 것은, 운반체(700)를 채운 후에 하중물(Q)을 분리함으로써 이루어지며, 그 순간 운반체(700)가 자유 수면에 접근함에 따라 운반체(700)는 수면을 향해 움직이기 시작하며, 운반체(700)의 거푸집의 외부 부분에 대한 압력, 운반체(700) 내부의 압력 조절은, 밸브(S2)를 통한 물의 제어된 방출 및 밸브(S1)를 통한 공기의 제어된 방출에 의해 수행된다.
도 8a는 수면 아래의 지지 구조물(300) 내부에 관련 멀티플라이어 시스템을 갖는 발전기의 개략도이다. 이 시스템의 이점은, 전체 시스템의 무게 중심이 더 낮고, 작업 안정성이 더 크며 더 간단하고 경제적인 멀티플라이어가 가능하며 그리고 시스템의 냉각이 더 쉽고 또한 더 간단하다는 것 등이다. 주요 단점은, 강성 기어(102a 및 102b)가 더 길며 접근과 서비스 수행이 더 어려우며 그리고 장치 위치로 운반하고 직립 위치로 보내는 것이 더 어렵다는 것이다.
도 8b는 더 간단한 멀티플라이어의 개략도이다. 멀티플라이어는, 구르는 기어(103c, 103d)와 결합되는 강성 기어(102a, 102b)로 이루어지며, 구르는 기어(103c, 103d)는 축을 통해 기어(105a, 105b)에 단단히 연결되며, 이 기어는, 발전기(108)의 회전자에 단단히 연결되는 기어(107)와 동시에 결합된다.
강성 기어(102a 및 102b)의 병진 운동(위 또는 아래) 동안에, 강성 기어( 102a 및 102b)는 회전 축선에 대해 그 구르는 기어(103c 및 103d)의 동일한 측에 배치되기 때문에, 구르는 기어(103c 및 103d)는 동일한 방향으로 회전한다.
이러한 멀티플라이어로, 도 2에서 설명한 경우와 같이, 회전 방향을 변경하는 기어를 사용해서는 안 되는데, 왜냐하면, 이 구성의 강성 기어(102a, 102b)는 구르는 기어(103a, 103b)의 회전 축선에 대해 그 구르는 기어(103a, 103b)의 동일한 측에 배치되기 때문이다.
도 9는 작동 중에 작업 위치에 있는 추가 챔버(V3)를 갖는 제 1 작업 본체(200)를 나타낸다. 제 1 작업 본체(200)는 운동 변환 시스템(100)(도 1a)을 통해 제 2 작업체(600)에 부착되며, 그래서 제 1 작업 본체(200)는 파도 에너지가 최대인 구역, 즉 수면의 정상부 근처로 예인된다. 작업 본체의 움직임의 진폭을 증가시키며 그래서 얻어지는 전기의 양을 증가시키는 경향이 있다. 작업 본체의 움직임의 진폭의 증가는, 시스템을 공진 상태로 만들거나 공진 영역에 접근함으로써 달성될 수 있으며, 이는 제 1 작업 본체의 변위가 여기서 설명되는 바와 같이 증가했기 때문에 제 1 작업 본체가 안전 위치로 가는 것을 방해함이 없이 제 1 작업 본체(200)(도 1a)의 자유 측을 증가시켜 달성될 수 있다.
추가 챔버(V3)는 상측에서 제 1 작업 본체(200) 상에 배치되며, 그래서 밸브(Sg)는 수면 보다 더 위쪽에 있고 밸브(Sd)는 수면에 더 가깝게 된다.
밸브(Sd 및 Sg)는 닫히고 그래서 시스템을 공진시키기 위해 필요한 큰 자유측이 제공되고, 큰 자유 측은 제 1 작업 본체(200)(도 1a)의 변위를 증가시켜, 시스템을 안전 위치로 쉽게 안내하는 것을 방지한다. 밸브(Sd 및 Sg)는, 필요에 따라 닫히고 열리는 전기 밸브일 수 있다. 이 경우 에너지가 그 전기 밸브에 공급되어야 하며, 또는 그것은 단지 계산된 직경의 개구일 수 있으며, 그래서, 파도가 개구(Sd) 위를 지날 때 챔버(V3)에 들어갈 물의 양은 무시 가능하며, 파도가 물러가거나 개구(Sd) 아래로 낮아진 후에, 들어간 물이 밖으로 나올 것이다. 이러한 효과는, 물이 챔버(V3)에 들어가는 것보다 더 빨리 나올 수 있도록 하는 일방향 밸브에 의해 달성될 수 있다.
도 9a에서, 시스템을 안전한 위치로 가져 오려면, 밸브(Sd, Sg)를 열고 발전기는 제 2 작업 본체(600)를 상승시킨다(도 1). 제 1 작업 본체가 가라앉고 물 라인이 밸브(Sd) 위를 지나고 물이 챔버(V3) 안으로 흐르며 공기가 밸브(Sg)를 통해 그 챔버에서 나가게 되며, 제 1 작업 본체(200)(도 1)가 지지 구조물(300)(도 1) 상의 적절한 지지부까지 내려가면, 그의 관련된 강성 기어(101a 및 101b)가 구르는 기어(103a 및 103b)와의 그립에서 빠져나오고, 제 1 작업 본체(200)는 그 위치에 고정된다. 제 2 작업 본체(600)는 발전기에 의해 지지 구조물(300)의 바닥 상의 제공된 지지부까지 하강되고 전체 시스템은 큰 폭풍에 대한 준비가 된다.
폭풍이 끝난 후에, 발전기에 의해 제 2 작업 본체를 상측 위치로 올려 시스템을 작업 위치로 가져오고, 그런 다음에 제 1 작업 본체가 분리되고 유압 장치, 기계 장치 등에 의해 들어 올려져, 강성 기어(101a, 101b)를 구르는 기어(103a, 103b)와 결합시키고, 그런 다음에 제 2 작업 본체가 중간 위치로 하강되고 그것이 제 1 작업 본체를 표면으로 끌어 당기게 된다. 제 2 작업 본체의 작용하에서 밸브(Sg)가 수면 위쪽으로 가면 밸브(Sg, Sd)가 열리므로, 공기가 챔버(V3)에 들어갈 것이며 물이 밸브(Sd)를 통해 밖으로 흐를 것이다. 물이 챔버(V3)로부터 비워짐에 질 때, 밸브(Sg, Sd)가 닫히고 시스템은 작동 위치에 있게 된다.
도 10은 양의 변위를 갖는 가동(movable) 외부 랩퍼(wrapper)(Om)를 갖는 제 1 작업 본체의 개략도이다. 외부 랩퍼(Om)는 제 1 작업 본체와 동일한 구 반경의 제 1 작업 본체 주변의 구를 따라 또는 그들 사이를 지나는 더 적은 물 또는 공기를 제공할 간격을 두고 이동할 수 있도록 설계될 수 있다. 도 9는 파도의 작용 하에서 아래쪽으로 이동하는 제 1 작업 몸체를 보여준다. 제 1 작업 본체는, 그의 질량과 발전기의 감쇠로 인해, 랩퍼(Om) 보다 더 느리게 움직인다. 이 경우 랩퍼(Om)는 포집된 물(W3)의 질량을 증가시키고 랙의 힘도 증가시켜, 더 높은 출력 에너지가 나타나게 된다.
도 10a는 파도가 접근할 때 외부 랩퍼(Om)가 제 1 작업 본체 보다 빠르게 움직여 그 작업 본체를 파도의 튀김으로부터 보호하고 제 1 작업 본체의 상측 표면을 물로 덮는 상황을 보여주며, 이는 바로 시스템을 공진시켜 생산 에너지를 증가시키기 위한 전제 조건이다.
제 1 작업 본체의 상측 표면에 대한 튀김을 줄이고 또한 포집된 물(W3')의 더 큰 부피 및 그래서 강성 기어(101a, 101b)에서의 더 큰 인장력을 가능하게 하여 더 높은 에너지가 발생하고 또한 시스템의 공진이 더 쉬워지도록, 외부 랩퍼는 더 큰 직경의 제 1 작업 본체와 함께 사용된다.
도 11은 지지 구조물(300)을 정확한 작업 깊이로 가져오고 앵커 케이블에서 힘의 균형을 잡기 위한 유압 시스템을 보여준다.
예를 들어, 수상 풍력 발전기를 위한 대형 플랫폼은 앵커 케이블에서 큰 정적 힘을 가지며, 3개의 점을 갖는 평면이 정의됨으로 인해 그것들은 3개의 점에서 결합하기 때문에 총체적으로 큰 정적 힘을 3개로 나누며, 더 많은 케이블이 삽입되면, 정적인 힘은 감소될 것이지만, 모든 부착점이 동일한 평면에 있는 것, 즉 모든 앵커 케이블에서 동일한 장력을 갖는 것은 어렵다.
제시된 특허는 이 문제를 쉽고 저렴하며 효율적인 방법으로 해결한다.
앵커 케이블의 결속 지점 근처에 있는 지지 구조물(300) 상의 외부 지점에 훅크 또는 베어링(K, K1)이 제공되어야 하며, 여기에 도 10에서와 같은 훅크 시스템을 갖는 유압 실린더(hx)가 배치될 것이다. 체인, 케이블, 중실체 등으로 만들어질 수 있는 고정 훅크(405)가 지지 구조물(300)에 고정되며, 그래서 유압 실린더가 후퇴될 때, 고정 훅크가, 유압 실린더에 의해 끌려가는 케이블(402)의 개구에 걸릴 수 있다. 지지 구조물(300)은 앵커(500) 위쪽의 정확하게 예측된 위치로 보내지고, 그런 다음에, 단부에 하나의 훅크가 있는 케이블, 체인 등을 갖는 유압 실린더의 피스톤이 밖으로 빼내진다. 실린더의 스트로크 보다 약간 작은 거리에서 개구를 갖는 케이블(402)이 케이블(400)에 부착된다. 케이블(402)에 있는 개구(404)의 수는, 지지 구조물(300)의 침지 깊이 및 피스톤의 스트로크에 의해 정해진다. 지지구조물(300)의 하강은, 케이블(402)의 단부 훅크가 유압 실린더의 단부에 있는 훅크에 걸리고 모든 실린더가 후퇴하기 시작하고 그래서 지지 구조물(300)이 수면 높이 아래로 하강되도록 수행된다. 실린더가 후퇴하면, 고정 훅크(405)가 케이블(402)에 걸리고, 그런 다음에 유압 실린더가 밖으로 당겨지고 케이블(405)이 지지 구조물(300)을 유지시켜, 그 지지 구조물의 들어 올려짐을 방지한다. 실린더가 밖으로 당겨지면, 케이블(402)의 제 2 개구가 유압 실린더(403)에 부착되고 실린더를 후퇴시키는 과정이 시작되며 그래서 지지 구조물(300)이 하강하기 시작하고, 지지 구조물(300)이 원하는 깊이에 도달할 때까지 과정이 반복된다. 지지 구조물(300)이 원하는 깊이에 도달하면, 모든 실린더가 유압 분배기를 통해 병렬로 연결될 수 있는데, 즉 유압 실린더의 동일한 챔버들이 병렬로 연결되어 모든 앵커 로프에서의 힘이 동일해지며(이 분야의 전문가에게 알려져 있음), 그런 다음에 케이블(400)은, 나사산, 와셔, 콘 등에 의해 길이가 조정될 수 있는 베어링의 지지 구조물(300)에 부착되고, 케이블(400)의 모든 단부가 동일하게 조여지고 지지 구조물(300)에 고정되면, 유압 피스톤이 빼내지고 구조물의 모든 나타나는 힘은 케이블(400)이 받게 되며, 지지 구조물(300)은 원하는 깊이에 위치된다. 이에 의해, 지지 구조물(300)을 하강시키고 앵커 케이블의 모든 힘의 균형을 잡는 과제가 해결된다. 균형을 잡을 때, 즉 유압 실린더를 평행하게 연결할 때 지지 구조물(300)이 이동된 무게 중심을 가지면, 앵커 로프의 힘을 균형 잡을 때 장치의 수직성이 제공되어야 한다. 앵커 로프의 힘은 유압 장치 및 제어되는 압력 밸브를 통해 개별적으로 균형이 잡힐 수 있다. 이는 이 분야의 전문가들에게 알려져 있다.
지지 구조물(300)의 위치 결정이 완료된 후, 유압 실린더가 제거되고, 다른 지지 구조물(300)을 위치시키기 위해 그 다른 지지 구조물에 설치될 수 있다.
유압 실린더용 구동기가 탑재될 수 있으며 유압 호스가 유압 엔진으로부터 실린더까지 연장될 수 있다.
더 작은 직경의 유압 실린더를 사용하기 위해, 더 작은 변위를 얻는 지지 구조(300)에 물이 부분적으로 들어갈 수 있으며, 지지 구조물(300)이 원하는 위치에 배치되면, 가압 공기가 지지 구조물(300)의 상측 밸브에 방출되어, 이전에 방출된 물을 버리게 된다.

Claims (21)

  1. 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치로서, 이 장치는 지지 구조물(300), 제 1 작업 본체(200), 운동 변환 시스템(100), 앵커(500) 및 앵커 테더(tether)(400)를 포함하며, 상기 제 1 작업 본체(200)는 상기 지지 구조물(300)에 슬라이딩 가능하게 연결되며 기어(101a, 101b)에 의해 운동 변환 시스템(100)에 연결되며, 이 운동 변환 시스템은 기어(102a, 102b)에 의해 제 2 작업 본체(600)에 연결되고, 제 2 작업 본체는 지지 구조물(300)에 슬라이딩 가능하게 연결되며, 상기 앵커(500)는 운반체(700)를 사용하여 상기 지지 구조물(300)과는 독립적으로 운반될 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어(101a, 101b)는 상기 운동 변환 시스템(100)을 통해 상기 기어(102a, 102b)에 연결되는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기어는 피니언과 랙의 조합으로 만들어지는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어(102a, 102b)와 기어(103c, 103d)는, 기어(103c, 103d)가 동일한 방향으로 회전하도록 연결되어 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어(101a, 101b)는 기어(103a, 103b)로부터 분리되는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항, 특히 제 5 항에 있어서,
    상기 기어(103a, 103b)로부터 기어(101a, 101b)의 분리는, 강성 기어(101a, 101b)를 그립으로부터 기어(101a, 101b)의 방향으로 끌어 당겨 수행되는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항, 특히 제 4 항에 있어서,
    상기 기어(103a, 103b)로부터 기어(101a, 101b)의 분리는, 전기 또는 유압 실린더에 의해 구동되는 레버 기구를 사용하여 수행되는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운동 변환 시스템(100)을 통해 상기 제 2 작업 본체(600)는, 중력의 영향 하에서 아래쪽 방향으로 이동할 때 유용한 일(useful work)을 수행하는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 본체(200)는 적어도 2개의 수밀한(watertight) 챔버를 포함하는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항, 특히 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 본체(200)의 챔버는, 물이 챔버(W3)에 들어가는 것을 허용하는 밸브(Sd) 및 물이 그 챔버에서 나가는 것을 허용하는 밸브(Sg)를 포함하는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 제 1 작업 본체(200)의 질량은 그의 배수량(displacement)보다 크고, 제 1 작업 본체가 제 2 작업 본체(600)에 연결되지 않으면 수면 상에 떠 있는 상태로 유지되지 않는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 본체(200)는, 안전 위치에 배치되면, 지지 구조물(300) 주위로 병진 운동하지 못하도록 그 지지 구조물(300)에 고정되는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 본체(200)는 기어(101a, 101b)에 의해 운동 변환 시스템(100)에 연결되며, 제 2 작업 본체(600)는 챔버에 물을 채우고 또한 물을 비울 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 작업 본체(200)는, 상기 제 1 작업 본체(200)의 축선을 따라 움직일 수 있는 가동 랩퍼((movable wrapper)(Om)를 갖는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    앵커는 체인 또는 케이블로 연결되는 2개 이상의 중량물로 이루어지는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 구조물(300)은, 일반적으로 육각형인 구성을 형성하는 주변 요소를 포함하는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반체(700)는 수면 상에 부유할 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반체(700)는 내부 압력을 조절할 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지 변환시키기 위한 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반체(700)는 챔버 내부로부터 물을 방출하여 자신의 무게를 조절할 수 있고 또한 운반체(700)의 침지 속도를 조절할 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반체(700)는 압축 공기 및 밸브의 사용으로 들어 올려질 수 있는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반체(700)는 그 운반체(700) 내부의 갇힌 공기의 양을 조절하는, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환시키기 위한 장치.
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