KR830001545B1 - 파도밑의 물의 움직임에 의해서 동력을 얻어내는 에너지 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

파도밑의 물의 움직임에 의해서 동력을 얻어내는 에너지 장치

제1도는 수면파가 존재할 때 깊은 물에서 수면파의 진행방향의 단면으로서 각각 다른 깊이와 위치에서의 물 입자의 움직임을 도시한 것임. 이 수면파는 진행파라고도 한다.

제2도는 물의 중간 깊이에서의 물 입자의 움직임을 도시한 것임.

제3도는 얕은 물에서의 물 입자의 움직임을 도시한 것임. (스케일은 표시하지 않았다).

제4도는 물의 중간 깊이에서 진행파에 대하여 수직으로 여러 위치에서 돛을 세운 상태도.

제5도는 제4도와 유사한 것으로서 개량된 돛의 상태도.

제6도는 돛에 수면파가 부딪힐 때 각각 다른 시간에서의 돛에 가해지는 수압을 표시한 상태도.

제7도는 발명에 따라 제작된 수면파를 이용하여 운동에너지와 위치에너지를 끌어낼 수 있는 장치의 투시도.

제8도는 제7도에서 8-8선을 따라서 본 장치의 돛을 도시한 것임.

제9도는 제8도와 유사하지만 돛을 여러게 달아서 그것을 개량한 것을 보인 상태도.

제10도는 제9도에서 보인 구조물을 위에서 본 상태도.

제11도는 본 장치를 제7도의 11-11선을 따라서 아랫쪽에서 본 상태도.

제12도는 제11도의 12-12선 단면도.

제13도는 제11도의 13-13선 단면도.

제14도는 제7도에 보인 장치에 의하여 작동 가능한 발전기의 구성도.

제15도는 수면파를 이용하여 운동에너지와 위치에너지를 끌어낼 수 있는 개량된 장치의 투시도.

제16도는 전력장치를 사용할 때 입사파의 에너지는 전달 및 반사 에너지로 어는 정도 손실된다는 것을 도식적으로 보인 상태도.

제17도는 전력장치와 함께 쓰이는 에너지 반사기를 도식적으로 보인 상태도.

제18도는 전형적인 정재파와 그에 관련된 물 입자의 운동을 보인 상태도.

제19도는 전력장치와 반사기를 보이고, 전력장치의 풍상면에서의 진행파의 움직임과, 두 장치 사이에서도 정재파로 천이할 때 동위상의 관계가 있음을 보인 상태도.

제20도는 제19도와 유사하나 동위상 관계가 아니라 180°이(異)위상 관계인 것을 보인 상태도.

제21도는 진행파와 반사파 사이에 180°위상천이를 얻을 수 있는 간단한 기계장치를 보인 상태도.

제22도는 장치나 돛에 대하여 반사기 및 반사돛의 위치를 조정하는 과정을 보인 상태도.

제23도는 변환기 신호에 따라 컴퓨터에 의하여 작동하는 전체시스템을 보인 상태도.

본 발명은 수면파 아래의 물의 운동에 의하여 동력을 얻는 장치에 관한 것이다.

바람에 의하여 생긴 물의 움직임에는 에너지가 있다는 것은 이미 알려져 있다. 그 표면 단면은 파라고 부르고, 물과 공기의 경계면에서 에너지를 끌어내기 위하여 여러가지의 떠 있는 장치가 고안되었다. 여기서 이용할 수 있는 에너지는 전체 에너지의 일부분에 지나지 않는다.

바람은 물을 움직이게 함으로써 자기가 가지고 있는 에너지를 물에 전달한다. 이 물의 움직임은 바닥으로 내려가면서 조화운동을 한다. 깊은 물에서 반파장 깊이에서 진행하는 물 입자의 거리는 표면에서 진행하는 물 입자의 거리의 4%이다(파장(L)은 한 마루에서 다음 마루까지의 거리이다). 에너지는 물 입자의 속도의 제곱에 비례하므로 전체에너지의 99.8%는 물 표면으로부터 반파장 깊이에 존재한다. 파의 아래에서 움직이는 물에 저장된 전체 바람의 에너지는 주로 바람의 속도와 바람이 부는 시간과 물과의 거리에 관계하는데, 파고와 파장은 주로 이런 조건에 의하여 결정되기 때문이다. 수면에 떠 있는 형태의 장치는 비효율적인데 그 이유는 파 아래에서 움직이는 물에 저장된 많은 에너지를 이용하지 못하기 때문이다. 물에 저장된 두가지의 에너지는 운동에너지와 위치에너지의 두가지 형태로 존재하고 있다. 본 발명의 중요한 목적은 파 아래에의 물까지의 접촉하여 높은 효율로 두가지 에너지를 이용하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상세히 후술될 발명에 따른 특별한 구체형에 따르면 하나의 파워 소자가 물속에 설치되어 파 아래의 물의 움직임에 따라 전후로 진동하게 되어 있다. 이 소자는 여기서 "돛"이라고 지칭하며 꼭 필요하지는 않지만 물의 운동방향이 뒤바뀜에 따라서 그것이 단면이 변하도록 제작되어 있다. 파의 표면 아래의 물의 움직임에 대한 수학적인 표현은 밀론 톰슨(Milne-Thompson)사의 "이론수력학"(Theoretical Hydrodynamcs)와 맥그로 힐(McGraw Hill)사의 "만과 해안의 수력학(Estnary and Coastline Hydrodynamics)에 기술되어 있다. 이 책들에서 선택된 몇개의 방정식으로부터 뒤에 파 아래의 물의 움직임에 대하여 설명할 것이다.

본 발명에 따른 또 다른 구체형에서는 제2소자(돛)는 제1파워 돛과 함께 쓰여서 전체적인 효율을 높인다. 제2돛은 뒤에서 설명하겠지만 여러가지 형태로 동작될 것이다.

본 발명에 따른 여러가지의 장치들은 대양이나 큰 물에서 같이 모여져 필요한 전기 에너지를 발전시킬 수 있다. 이 에너너지를 얻는 원천이 자연적인 물의 운동이라는 것을 염두에 두면, 본 시스템은 비공해성이고 천연자원을 고갈시키지 않는다는 것을 알 수가 있다.

본 발명의 또 다른 여러가지의 목적들은 앞으로 도면과 함께 상술될 것이다.

제1도-제3도에서는 대양이나 호수에서와 같은 곳에서 파동에 관하여 도식적으로 보이고 있는데, 도면 제1도에서는 같은 곳에서 파동에 관하여 도식적으로 보이고 있는데, 도면 제1도에서는 깊은 물에서, 제2도는 중간 깊이의 물에서, 제3도는 얕은 물에서의 물 입자 P의 운동을 보이고 있다. 상기의 모든 도면에서 "바람"의 방향이 표시되어 있다. 물 입자의 운동은 일반적으로 바람에 의한 것이지만 국부적인 바람의 방향과 파동의 진행방향과는 차이가 있을 수 있다. 따라서 본문에서는 파동에서 거의 진행방향을 나타내기 위하여 바람이 불어오는 방향(windward), 바람이 불어가는 방향(leeward)이라는 표현을 사용하여 도식적으로 보이고 있는데 국부적인 바람의 방향과는 무관하다.

진행파인 파동은 한 방향으로 물이 정상 상태로 진행하도록 한다. 사실상 이렇게 보이는 것은 파형뿐이다. 파동의 아래의 물은 조화운동을 하는데 물 입자(분자) P는 유선을 따라 운동한다. 표면으로부터 여러 다른 깊이에서의 물입자 P의 궤도를 각각 제1도-제3도에 깊은물, 중간깊이의 물, 얕은 물에 대하여 나타내었다(제3도는 눈금이 표시되어 있지 않다).

파형이 깊은 대양으로부터 해안으로 진행할 때 주기(T)는 일정하다(한 마루에서 다음 마루까지의 상승과 하강이 일정하다). 일반적인 관계식은

인데,

(L)은 한 마루에서 다음 마루까지의 거리이고, (g)는 중력 가속도이다. 이 식에 따르면 파장은 물이 얕음에 따라 짧아진다. 얕은 물에서는

가 되고, 깊은 물에서는 L=5.12T²이라는 식으로 되는데 오차는 몇 %밖에 안된다. 이 관계는 대양에서의 큰 물결과 해안 근처의 작은 물결에 대하여 성립한다.

깊은 물에서는 물의 깊이 h(대양의 바닥에서 파동의 골과 마루의 중간위치까지의 거리)는 파장 L의 1/2보다 크고(h/L>1/2) 제1도에서와 같이 그 궤도는 거의 원형이다. 얕은 물에서는 물의 깊이 h는 파장의 1/20보다 적고, (h/L<1/20, 물입자의 궤도는 제3도에서와 같이 평평하거나 타원형이다. 중간깊이의 물에서는, 깊이 h는 파장의 1/20 보다는 크고, 1/2보다는 작고(1/2>

>1/20), 물입자의 궤도는 도면 제2도에서와 같이 타원형이다.

제1도의 입자 P'와 같은 파형 아래의 물입자의 궤도는

과 같은 타원의 일반식으로 주어지는데 도면 제1도, 2도 3도에서 보인것 같이 ζ²,ε는 입자의 수직, 수평 변위를, A,B는 타원의 평탄한 정도를 나타낸다.

제1도에서 간단히 하기 위하여 "a"는 파고의 1/2이라하고,

인 관계를 이용하면, A,B에 관한식은 A=〔a cosh k(h+z)〕/Sinhkh, B=〔a Sinh k(h

+z)〕/Sinh kh,가 되는데,

X, Z는 각각 좌표의 수평, 수직 거리를 나타낸다. 1,2%정도의 오차로 깊은 물에서 A=B=ae^kz로 근사할 수 있으며, 궤도는 원형이 된다. 궤도의 반경은 제1도-제3도에서 보인 바와 같이 Z의 음의 방향, 즉 표면에서 바닥으로 내려갈수록 감소한다. 얕은 물에서는 적은 오차로 A=a/kh, B=a(1+Z/h)로 근사할수 있다. 이 조건의 식을 대입하면 수평방향의 전후운동은 'a'보다 크고, 타원의 수직변위는 바닥으로 내려감에 따라 감소한다. 얕은 물에서의 중간깊이의 물에서 전후운동의 중요성은 나중에 명백하게 될 것이다.

제1도-제3도는 파형을 따라 여러점에서의 물입자 P의 각기 다른 위치를 보인다. 여기서 몇개만 보였지만 같은 양상으로 운동하는 물 입자는 수 없이 많이 있다는 것을 알아야 한다. 파형의 어떤 특정한 위치에서 수직상의 모든 입자는 상대적으로 모두 같은 궤도상의 위치에 있다.X=O, X=+a인 제1도-제3도의 제일 왼쪽의 파형의 마루에서 바로 그 밑의 물 입자는 모두 궤도의 꼭대기 위치에 있다. 이 입자들은 화살표로 표시한 파동의 운동방향인 오른쪽으로 수평으로 운동한다. 화살표의 길이는 입자가 운동하는

제4도는 오른쪽으로 운동하는 파동에 대하여 각 위치에 수직으로 세운 돛S를 도식적으로 보인 것이다. 돛은 우선 수직으로 세워졌지만 원하는 바에 따라 다른 각도로 세울 수도 있다. 제4도는 또한 돛을 세운 각각의 위치에 따른 물입자 중의 하나 P를 보인다. 평행하게 간격이 지어진 TR는 물속 바닥에 고정되어서 파동의 방향으로 뻗어 있고, 돛 S를 지지하는데, 그 돛이 앞뒤로 이동할 수 있도록 되어 있다. 돛은 비스듬히 간격지어진 소자 UP로 구성되어 있는데 그것은 돛을 묶는 밧줄 SH를 갖고 있다. 이 SH는 잘굽혀진다.

t=O(t는 시간 변수를 나타낸다)인 곳에서 돛은 파동의 마루에 입고 세로좌표 AO와 일치하는 트랙을 따라 중심점 O에 있는 것이 보여지고 있다. 이 위치는 물 입자는 궤도의 정점에 도달하여 오른쪽으로 움직이는데 이렇게 되면 돛의 오른쪽으로 힘을 가하게 되어 돛이 그 방향으로 물결치게 한다. 1/4주기가 경과한 후, 즉 t=(1/4)T에서 돛은 트랙을 따라 N의 위치에 있게 된다. 이때의 물 입자는 아래방향으로 울직이게 되고 돛은 느슨해 진다. 다시 1/4주기가 경과하면 즉 t=(1/2)T일때 돛은 다시 O의 위치까지돌아가게 되는데 그것은 믈 입자가 왼쪽으로 운동하기 때문이다. 돛은 지금 왼쪽으로 움직인다는 사실을 주의하여야 한다. 다시 1/4주기가 경과한 t=(3/4)T에서는 돛은 왼쪽으로 더 움직여 M의 위치까지 가게 되고 물 입자는 수직 윗방향으로 운동하여 돛은 다시 느슨해 진다. 또 다시 1/4주기가 경과하여 t=T일때, 그 때는 다음 마루가 돛에 도달하는데, 돛은 처음의 위치와 동일한 O의 위치까지 가게된다. 이렇게 하여 돛은 파동에 의한 믈 입자의 영향을 받아 전후 운동을 하게 된다. 수평 속도 성분은

가 되고, 수직속도 성분은

가 되는데 ψ는 속도 퍼텐셜 함수가 되며 ψ=〔agcosh k(htz)〕· 〔cos(kxδt)〕/〔δcoshkh〕로 표시할 수 있는데, 지금 다루고 있는경우에는 베르누이(Bernoulli)δ(유체역할에서 기본법칙으로 받아들여지고 있다)방정식을 만족한다.

σ=2π/T인 δ를 제외하고 모든 항들은 미리 정해졌다. 앞의 식은 궤도상의 입자 운동의 방향을 정한다는 것 뿐 아니라 파형에 대하여 설명한다는 점에서 중요하다. 미리 정의된 조화운동의 실제예로써 φ를 들수가 있다.

제5도는 제4도와 비슷한데 오른쪽으로 움직이는 파동에 대하여 각각 다른 위치에서 돛을 수직으로 세운 것을 보여주고 있다. 이 경우에는 돛의 밑 부분은 고정된 받침대 B의 V에 달려 있는데 그것은 파동에 따라 축상으로 전후 운동을 하기 위한 것이다. 하나의 물 입자 P가 각 위치에 대하여 보여지고 있다. 돛 S'는 회전축을 중심으로 전후 운동을 하는데, 파동의 마루(t=O,t=T)와 골(t=(1/2)T에서는 수직 윗방향으로 중립상태에 있다. t=(1/4)T, t=(3/4)T의 중간 위치에서 돛은 중립상태로부터 θ만큼 이탈되어 있다. 이렇게하여 제5도에서의 돛 S'의 운동은 축상으로 운동한다는 것을 제외하고는 제4도의 돛 S의 운동과 비교할 수 있다. 제5도의 돛은 좀 다른 구조를 하고 있다. 제5도의 돛은 수평의 꼭대기부터 바닥면까지 프레임(framl)에 고정되어 있는 여러개의 연결된 SH'를 가지고 있는 "횡범식"으로 되어 있다. 또 "횡범식"돛은 제4도의 돛에 쓰일 수 있고, 제4의 돛은 제5도의 돛 대신에 쓰일 수 있다는 것을 알게 될 것이다.

제6도는 돛의 전후 운동으로부터 어떻게 위치에너지를 얻는가에 대하여 보여주고 있다. 앞에서 사용되었던 식은 다시 정리되어서 한 파장동안에 걸쳐 적분하여 이용 가능한 전체 에너지를 계산한다. 전체 에너지는 위치에너지와 운동에너지로 구성되어 있다. 운동에너지는 물의 질량과 속도, 즉 물의 운동에 관계되고 위치에너지는 중력에 의하여 물이 떨어지는 거리와 질량에 관계된다. 수학은 복잡하지만 결과는 간단하다. 각 에너지는 wa²L/4가 되는데 W는 물의 단위 체적의 무게이다. 전체 에너지는 wa²L/2이다. 댐속에 있는 물은 위치에너지를 갖고 있다. 즉 일을 할 수 있는 능력을 갖고 있다. 위치에너지는 일반적으로 상하 운동을 하는 부표에 의하여 파동으로부터 얻을 수 있는바, 두 가지 중요한 점을 제6도에 보였다.

첫째, 돛에 대한 물 입자의 수직상대속도는, 돛은 물이 새지 않으므로 영이 된다. 이 개념을 바탕으로 돛의 각면의 물 깊이의 차이는 댐에 있는 같은 방법으로 설명할 수 있다. 분석적으로 보면, 운동의 방향으로 전체적인 힘이 작용하므로 위치에너지는 사용가능한 에너지로 바뀐다. 둘째 이상적인 상태에서 이 장치는 밀려오는 파동으로부터 모든 에너지를 얻을 것이고, 육지쪽의 물은 아무 에너지도 가지고 있지 않을 것이다.

제6도는 오른쪽의 물은 아무 에너지도 없을 때, 파동이 오른쪽으로 진행하는 경우를 보이고 있다. t=0에서 파동의 마루는 오른쪽의 물보다 높이가 더 높고, 돛의 왼쪽면은 오른쪽 방향의 힘(W/2)(a+h²)에 대하여 최대 정수압W(a+h)을 받게된다. 오른쪽 면의 최대 압력은 면적 h에 가해지는 wh가 될 것이다.

단위폭은 1피트라고 가정한다.오른쪽 방향의 전체힘은(W/2)(a²+2h)가 된다. t=(1/4)T에서 파형은 도면에서 보인 위치까지 진행하고 각 면에 받은 힘은 같다. t=(1/2)T에서는 파형을 보인 바와 같이 되고 오른쪽면에 가해지는 최대 압력은 wh왼쪽면에 가해지는 최대압력은 W(h-a)가 된다. 각각의 면적을 곱하면 왼쪽으로 전체 힘이 작용하는데 도면은 입자가 왼쪽으로 움직일때 흡수되었던 운동에너지와 동 위상이 된다.

t=(3/4)T에서 각면에 가해지는 힘은 균형이 이루어져 있다. t=T에서 파동은 처음 위치로 돌아옴에 따라 한 주기가 완전히 끝났다. t=T에서의 위치는 보이고 있지 않으나 t=0에서의 위치와 꼭 같다.

물은 일반적으로 비압축이므로 제6도에서 보인 강체의 돛 대신에 유연성이 있는 돛으로 바꾸었다. 그 이유는 파도로부터 운동 및 위치에너지를 쉽게 얻을 수 있기 때문이다.

제7도는 파도 밑에 면한 물의 운동으로부터 에너지를 얻는 간단한 돛 형태의 장치를 보인다. 돛(1)은 프레임(2)의 직립부재(2a)에 의하여 물속에서 수직으로 받쳐지고 있다. 전기한 돛은 원하는 바에 따라 수직으로부터 적당한 각도를 이루게 할 수 있다. 프레임은 궤도(4)위를 움직이는 로울러(3)에 의하여 조정되거나, 파도 앞면에 수직하게 뻗어있는 다른 장치에 의하여 조정되며, 대양의 바닥에 설치된다. 물 입자가 오른쪽으로 운동하면 돛은 보인 바와 같이 거기에 따라서 파도치게 된다. 돛은 강체 혹은 유

제11도-제14도 보면 전기자(72)는 축(12)를 갖고 있는데, (12)는 랙(8)의 꼭대기를 뻗어있다. 축상에 있는 톱니바퀴(11)은 랙(8)의 잇빨과 맞물리고 있다. 이 톱니바퀴(11)은 반저형태(도면 제13도)로 발전기축(12)에 고정된 디스크(78)에 회전할 수 있게 설치되었다. 기존의 설계에 의한 일방향성의 클러치(79)가 디스크와 톱니바퀴 사이에 설치되어 있어서 톱니바퀴 한 방향으로만 발전기의 축을 구동시킨다. 이 클러치는 톱니바퀴와 디스크 사이의 끝이 점점 가늘어진 면에 끼어 있는 스프링 프레스트 볼(sprig pressed ball)(81)을 포함하고 있다. 제13도에서 보인 바와 같이 랙(8)이 오른쪽 화살표 방향으로 움직이면 톱니바퀴(11)은 시계반대 방향으로 회전하여 한 방향성 클러치를 통하여 발전기축을 같은 방향으로 구동시킨다. 반면에 랙(8)이 왼쪽으로 움직여서 톱니바퀴가 반대방향으로 회전하면 클러치(79)는 풀리게 된다.

랙(8)과 맞물려 있는 제2기어링(10)은 회전할 수 있게 디스크(82)에 지지되어 있는데 디스크도 회전할 수 있게 축(84)에 설치되어 있고, 축도 브래킷(86)에 의하여 지지대(16)에 설치되어 있다(도면 제11도), 도면 제13도에 보인 바와 같이 디스크(82)는 발전기축(12)에 고정되어 있는 기어(88)과 맞물려 있는 잇빨 달린 부분(83)을 갖고 있다. 기어링(10)과 디스크(82)사이에는 제2의 한 방향성 클러치(79)가 연결되어 있어서 기어링이 회전하면 디스크(82)를 구동시키고, 다른 방향으로 회전하면 기어링은 디스크 위에서 자유롭게 회전한다.

도면 제13도에서 보인바와 같이 랙(8)이 왼쪽으로 움직일 때 기어링(10)과 디스크(82)사이의 클러치(79)는 꼭 끼워져서 디스크(82)를 시계방향으로 구동시킨다. 디스크(82)의 잇빨부분(83)은 기어(88)과 발전기축(12)를 구동시키는데 그 발전기축은 기어링(11)을 통한 랙의 오른쪽방향의 운동에 의하여 생긴 회전과 같은 방향으로 회전한다. 발전기(7)이 도면 7에 보여지고 있는데 발전된 전기는 케이블(25)에 의하여 배전소나 혹은 직접 전동기 또는 다른 전기 기구에 공급된다.

제7도의 장치가 물속에 놓여지고, 궤도(4)가 파도 바로밑의 물의 운동방향과 평행하게 놓여지면, 돛(1)은 물에 의하여 전후운동을 하게된다. 물 입자가 오른쪽으로 운동하면, 돛도 오른쪽으로 밀린다. 왼쪽으로 물입자가 운동하면, 돛은 왼쪽으로 밀린다.

막대(5)도 마찬가지로 좌우로 움직여서 랙이 설치된 기어를 통하여 운동하면 같은 방향으로 발전기의 회전자를 회전시킨다. 발전기는 전기를 발전시키기 위하여 영구자석(90)(도면 제14도)에 의하여 생긴 장(場)안에서 정상적으로 동작한다.

돛의 수직폭은 위로는 파도의 마루높이까지, 아래로는, 움직이는 물의 에너지의 대부분을 이용할 수 있도록 충분히 밑으로 뻗어있다. 도면 제8도는 물표면 위로 돌출된 돛의 윗 부분을 보인다. 랙과 발전기는 물표면바깥에 나와 있어서 물이 묻지 않도록 되어 있는데 주위 환경에 따라 물밑에서도 효율적으로 동작 할 수 있다. 즉 그것들은 완전히 밀봉되어 있다.

도면 제7도의 장치는 그 레일이 고정되거나 물 운동의 방향 변화에 따라 돛의 배치를 바꿀 수 있도록 관절식으로 고정되어 있다. 도면 제7도는 그 장치의 방향을 바꾸는 한가지 방법을 점선으로 도시하였는데 다른 기계장치나 전자장치도 설계할 수 있다. 도면에서 보인 바와 같이 판(20)은 고정되어서 레일(4)을 지지하며, 바다의 밑바닥의 고정된 지주(21)은 수직축으로 판(20)이 운동하도록 축상으로 지지한다.

받침대(23)에 의하여 레일(4)에 고정된 직립한 방향타(22)는 레일(4)에 평행하게 뻗어있고, 물의 운동방향에 따라 자동적으로 장치가 지주(21)을 회전시켜서 장치의 레일(4)는 항상 파도밀의 물의 운동방향과 평행이 되게하며 따라서 돛은 수직으로 되게한다. 전기한 구조물의 방향을 정하는데는 또 다른 기계장치나 전자장치에 쓰일 수 있다.

돛의 전후 운동은 어떤 한계 이내에서 일어나지만 돛의 중간지점은 항상 조수와 조류에 따른 전체적인 물의 움직임에 의하여 바깥쪽 또는 육지쪽으로 움직이는 경향이 있다. 또한 파도에 따라 파고의 변화도 자연히 생긴다. 따라서 돛이 각각의 주기의 파도에 따라 한쪽방향으로 더 많이 움직일때도 거의 같은 중심점을 유지하기 위하여 이 기능은 돛의 어느한계를 벗어나더라도 장을 증가시키기 위하여 발전기에 코일을 덧붙임으로 수행된다. 일반적으로 이 기능을 수행하는 수단은 위치서보시스템의 범주에 들어

도면 제14도에는 랙과 발전기와의 관계를 도시하였는데, 발전기의 전기자(72)가 영구자석(90)에 의한 장속에서 도는 것을 보이고 있다. 이 장은 전기를 발전시키는데 필요하지만 전기자가 회전하는데는 어느 정도의 저항을 준다. 이 저항은 하나이상의 코일(102,104,106,108,112)에 자극을 줌으로써 증가하는데, 이 자극은 그것의 중립위치로 부터 평균 속도의 크기와 방향에 의존한다. 도면 제14도의 왼쪽에 그러한 종류의 코일 셋을 보였고, 그와 유사한(완전히 보이지는 않았지만)것 셋이 오른쪽에 있다. 도면

로울러는 단자(124)를 갖고 있는데, 절연지주와는 원주상으로 일정한 간격이 지어져 있다. 도면 제13도는 도면 제13도는 도면 제14도와 비교하여 랙의 운동과 캠의 회전이 서로 반대인 관계가 되는데 원리는 같다.

다시 도면 제14도를 고찰해 보면, 돛이 그 중립위치에서 너무 왼쪽으로 치우치면 늘어난 캠(130)은 첫번째 로울러 접점(13)의 주위와 마찰하면서 접촉한다. 로울러 접점이 시계 반대방향으로 돌아서 그것이 단자(124)가 암(122)와 접촉하게 되면 축(116), 암(122), 단자(124), 로울러(13)과 접지된 랙 캠(30)을 통하여 코일(102)의 회로는 폐회로를 이룬다. 랙(8)이 계속 왼쪽으로 이동하면 로울러를 캠 위에서 미끌어지게 하여 코일회로를 폐회로가 되게하면서 전기적인 접촉을 유지하게 한다. 그러나 랙이 방향을 바꾸어 오른쪽으로 가면 캠과 마찰적인 접촉이 이루어져 로울러(13)을 시계방향으로 돌게하여 절연된(12)과 접촉되어 회로를 끊어지게 한다. 로울러(13)은 캠이 로울러로부터 이탈될 때까지 계속 캠 위를 미끌어져간다. 코일(102)가 힘을 받으면 부수적인 장전류가 흘러서 전기자(72)가 도는 것을 방해하여 돛의 저항력을 증가시키고 따라서 돛의 최대 변위도 제한을 받게 된다. 그러나 돛의 방향이 역전되면 코일을 다시 에너지를 잃어버린다.

코일(102)에 흐르는 장전류에 의하여 저항이 더해졌읍에도 불구하고 돛이 왼쪽으로 계속하여 움직인다면 돛의 변위를 제한하기 위한 장전류를 더욱 증가시키기 위하여 부수적인 코일(104),(106)을 더 설치할 수 있다.

앞에서 강조한 바와 같이 로울러 접접(13)등을 포함하는 유사한 코일은 돛의 반대방향의 운동을 제한하기 위하여 설치된다.

편의상 원한다면 로울러(13)은 랙(8)의 양쪽에 설치할 수 있는데, 그 경우에 로울러를 동작시키기 위한캠(130)을 랙의 양쪽에 설치하여야 한다.

전기장의 세기를 증가시키면 발전기의 출력전력도 증가한다. 따라서 본 발명은 바다의 변하는 상태의 물로부터 최대 에너지를 얻을 것이다.

도면 제5도에는 깊은 물의 경우를 보이는데 거기서 돛은 그 아래에 있는 수평축을 기준으로 진동한다.

이것은 원한다면 중간깊이나 혹은 얕은 물에서도 사용될 수 있다. 다음 구체형으로 간단한 변위서보를 구비할 수 있다. 돛을 지지하는 돛대, 즉 프레임장치들은 이이 비고 밀봉되어 있으므로 물에 잘 뜬다. 이 배치에서 전체부력은 항상 돛대에 수직으로 작용한다. 그것은 항상 수직이므로, 이 힘은 돛이 왼쪽이나 오른쪽으로 기울어졌을때 수직으로 복원 회전력을 준다.

이 회전력은 물리학적인 면에서 보존적이다. 즉 소멸되지 않으므로 발전기에서 이용될 수 있는 파워를 감소시키지 않는다. 만일 큰 회전력이 필요하다면 유선형으로 된 부표를 물에 잠긴다고 생각되는 돛의 부분에 단단히 고착시킴으로서 가능해진다.

도면 제9도와 제10도는 돛 구조의 개량된 것을 보인다.

도면 제8도와 제9도를 비교해 보면 도면 제9도의 돛 구조는 도면 제8도와는 달리 다만 돛이 양옆으로 평행하게 추가로 설치되어 있다는 것이다. 두개의 추가된 돛(1a)는 도면 제9도와 도면 제10도에 보였는데, 중심 돛 구조의 어느 한쪽면이 위와 아래 프레임장치의 옆으로 연장된 부분(38,40)과 첨가된 수직 프레임 장치(36)에 의하여 지지되고 있다. 명백히 추가되는 돛은 몇개라도 설치될 수 있다. 추가되는 돛의 구조로 하여금 움직이는 물과 더 많이 접촉하게 하여 파동운동에 의존하고 있는 에너지의 더 많은 부분을 이용할 수 있게 한다. 도면 제9도와 제10도의 장치는 원한다면 제7도의 장치와 같은 방법으로 스스로 방향을 정하게 만들수 있다.

도면 제15도는, 나아가 돛 구조가 해저에 돛을 내린 직립한 지주(200)에 설치되어 있는 상태를 구체적으로 나타내준다. 프레임구조는 수평, 수직프레임장치(202)(203)을 갖고 있는데 수평장치들은 지주(200)에 축상으로 연결된 링(205)에 연결되어 있어서 프레임구조가 지주의 축을 중심으로 돌 수 있다. 이 경우에 몇개의 돛이라도 쓰일 수 있는데 두개의 돛(1)는 전기한 바와 유사하게 물의 운동에 대하여 응답하는 직립한 지주에 평행하게 설치되어 있다. 프레임 구조는 지주(200)으로부터, 그 지주가 돛 구조에 고정되어 있는 방향과 직각으로 뻗어나온 암(204)를 갖고 있어서 전체가 한 단위로 돌 수 있다. 이 암(204)는 끝에 있는 홈(210)안에 있는 막대(64)와 핀(208)에 의하여 연결되어 있다. 막대(64)는 도면 제7도의 랙(8)과 동일한 랙(62)에 연결되어 있고, 도면 제7도의 발전기 구조(7)과 같은 관계로 동작하는데 도면 제15도에는 더 이상 보이지 않았다. (208),(210)의 핀 홈 연결은 랙(62)의 직선적인 왕복운동의 결과로 인한 묶이는 현상을 피하는데 필요하다. 도면 제15도의 중심위치는 물의 운동방향에 따라 변할수 있다는 것을 강조한다. 한게

전술한 바와같이 전기한 형태의 에너지를 얻는 장치는 전 도시에 필요한 메가왓트 단위의 전력을 공급할 수 있도록 여러개를 함께 배치할 수 있다. 그 예로서 전기한 식에 의하면 파도의 길이가 1마일정도가 되고, 파고가 8피이트가 되며 1주기가 10초 정도되는 파도는 187메가왓트 정도의 이용 가능한 파워를 갖고 있다. 더우기 해안근처의 얕은 물이나 중간깊이의 물에서도 모든 위치에서 파고와 주기가 같다면 깊은 물에서와 같은 정도의 에너지를 갖고 있다. 재료 및 실제설치는 에너지추출 장치가 해안근처에 있다면 1킬로왓트당 단가가 싸게된다. 또한 전기 한것들중에서 어느 하나에 의하여서 발전된 전기는 케이블에 의하여 배전소에 보내지거나 바로 전동기나 다른 장치에 공급될 수 있다.

앞에 기술된 장치들은 파도 아래의 물의 운동으로부터 두가지 형태의 에너지, 즉 운동에너지와 위치에너지를 뽑아내는 간단한 장치들의 예이다. 이런 에너지 추출 장치들은 발전 시스템에 연결된 돛과 같은 부재를 가진 한개나 여러개의움직일 수 있는 단위의 원리에 의하여 동작한다. 이하 기술된 장치들은 전체적인 효율을 높이기 위해 제2소자(돛)와 부수적인 서보루우프(servo loops)를 가지고 있으며 얕은 물, 중간길이의 물, 깊은 물에 모두 응용할 수 있다.

후술된 장치에서의 동력돛과 제2의 돛은 축(軸)운동을 하지만, 제2의 돛의 개념은 돛이 직선운동을 하는 장치에도 응용할수 있다. 이론에 의하면 물은 압축할 수 없는 것이라고 생각되는데, 그것은 타당성 있는 가정이며 수식적으로 명확하게 한다. 물의 비압축성은 돛에 유리한 요인이 되는데 돛은 유연성을 가지고 있어서 물 입자의 운동에 따라 모양을 바꿀 수 있으므로 돛의 물에 밀러가는 쪽의 물의 교란을 최소화한다.

돛이 밀려가는 쪽에 있어서 물의 교란은 시스템에 유용한 에너지 손실을 나타낸다. 도면 제16도에서, 도식적으로 보이고 있는 추출장치는 전기한 동력 부재 또는 돛이다. 추출장치는 동력을 얻기 위하여 움직여야만 하고, 물은 불가압축성이라고 가정하고 있으므로, 그 장치가 완전한 에너지 흡수기가 아닌 돛이 밀려가는 쪽에는 물의 운동이 일어난다. 실제로 이 문제를 다루기 위하여 나는 여러개의 돛이 함께 배열 된 것을 제안하였다. 즉 제2추출장치는 제1추출장치의 뒷쪽에 위치하여 제1추출장치에 의하여 제1추출장치에 의하여 변환되지 못한 에너지를 변환하며, 다음의 돛도 계속된 위치에 있어전기한 작용을 한다. 100%효율에 도달하기 위하여 'n'(즉 1,2,3……n)개의 돛이 필요한데 이것은 재료가격이 허용한도를 넘을 것이다. 완전한 효율에 도달하는 간단한 방법이 후술된 것이다.

이때까지 기술된 바와 같이 진행파중에 놓인 돛을 자연적으로 궤도운동을 하는 물 입자와 접촉한다. 자연히 밀려오는 파도의 입자의 운동은 궤도를 그릴것이다. 자연히 다른 현상도 존재하며 이것은 "정재파"(定在波)라고 한다. 방파제의 벽을 수직으로 운동하는 물의 정재파의 예가될 수 있다.

이론상 방파제의 벽은 모든 에너지를 바다쪽으로 반사한다. 정재파와 관련된 입자운동은 진행파와 관련된 것과는 아주 다르며, 도면 제18도에 도시되어 있다. 눈에 보이는 면의 외곽은 진행파의 그것과 같고실선으로 표시하고 있으며 반주기 후의것을 점선으로 표시하고 있다. 화살표는 물입자의 운동을 가리킨다.

수직의 점선(200)과 (202)는 상세히 후술된 파절(波節)과 파복(波服)을 가리킨다.

도면 제17도는 에너지 전달과 반사의 개락을 도시한 것이다. 이 도면에서는 전기한 돛과 같은 형태의 동력장치가 있으며, 제2장치는, 그것이 돛이 될수도 있는데 돛이 밀려가는 쪽에 동력장치로부터 떨어져있다. 제2장치는 여러가지 형태로 동작하므로 그것은 어떤방법으로 에너지를 되돌려 보내게 되는데, 그장치를 보통 반사장치라 한다. 이상적인 상태에서 동력장치는 들어오는 진행파의 에너지를 최소의 반사로 얻게 움직이지만, 비압축성 때문에 어느정도의 에너지를 반사장치에 전달해야만 한다. 반사기는 받은 에너지를 다시 동력장치에 들려보내는데 적절히 위상을 조절하면 반사에너지는동력장치의 출력을 증가시킨다. 적당하게 위상을 맞추는 것은 시변(時變) 경계조건이고, 정확한 해(解)는 구할 수가 없는데 그 이유는 두장치사이의 입자운동을 궤도(동력장치 근처)로부터 곡선(반사장치근처)으로 점진적인 천이를 하기 때문인데 도면 제19도의 평탄해진 운(209,211)과 화살표(213)(곡선운동을 나타냄)로 그것을 표시하고 있으며 상세히 후술된 것이다.

도면 제19도에 대하여 더 언급을 하면 동력장치(돛)(210)의 바람이 불어오는쪽의 물입자는 궤도운동(진행파)를 동력장치(210)의 돛이 밀려가는 쪽과 반사장치(돛)(212)의 사이에서 물입자는 도면 제18도에서 보인 형태와 같이 정재파 운동으로 천이한다.

반사돛은 동력장치에서 돛이 밀려가는 쪽으로 L/2만큼 떨어진 거리에 위치하고 있는데 nL/2(n=1,2,3…)의 거리에 위치하여도 된다. 그 이유는 순수 정재파(도면 제18도)에 있어서 입자 운동을 조사해보면 명확해진다. 파절에서 수직운동은 영(零)이 되고, 운동은 완전히 수평으로 된다. 따라서 만약 반사기가 파절에 위치하도록 된다면 그것은 정재파조건에 있어서입자의 최대 수평운동 위치에 놓여지게 되며 반사기의 밀려가는 쪽에서는 운동이 영이 된다는 조건을 만족할 수 없게 된다. 이 파절은 L/4,(3/4) 등

도면 제19도는 "동위상"조건을 표시하고 있는데 돛 사이의 준(準) 정재파는 동력장치의 돛이 밀려오는쪽의 입사진행파(이 파동의 표면윤곽을 주의하라)와 동위상 관계에 있고 준 정재파에서의 물의운동은 통과된 에너지를 다시 동력장치의 돛의 운동과 동위상으로 반사시킴으로써 동력장치의 돛의 운동을 강화시킨다. 유사(類似) 공명조건을 얻기 위하여 반사기를 동력돛과 이(異) 위상으로 하게 하는것도 잇점이 있다. 도면 제20도에서 보인 이 조건은 모순되지만 만일 동력돛(204)와 반사돛(206) 사이

점성감쇠와 종말(終末)효과에 의한 진행파에서 준정재파로의 복잡한 천이 때문에 시스템은 대부분 정확히 nL/2의 변위나 180°위상천이가 최적으로 일어나지는 않는다. 가변성을 허용하고 공진조건을 얻기 위하여 반사돛은 움직이도록 허용되고(축상으로나, 직선으로) 바로 동력돛의 운동이나 또는 압력변환기(후술될 것이다)의 신호에 일치하여 구동될 것이다. 이 작용과 시스템은 다음에 기술된다.

사보 장치에서, 귀환루프에 의하여 제1시스템의 출력을 강화시키기 위하여 거기로부터 약간의 에너지를 빼내어 제2장치의 위치를 정하거나 구동하는데 이용할 수 있다.

도면 제21도는 동력돛의 파동과 반사기의 파동에 있어서 서로 180°위상차이가 나게하는 순수 기계적인 장치를 도시하고 있다. 반경 암(arm)(r₁)과 (r₂)가 디스크(221)의 축(고정축에서 적당한 형태로 회전할 수 있도록 설치되어 있다)으로부터 뻗어나와 있고 회전축에 대하여 180°정도 떨어져 있다. 막대(224)는 그것의 끝이 암(r₁)과 동력돛(226)에 축상으로 연결되어 있고 막대(228)은 그것의 끝이 암(r₂)와 반사돛(232)에 연결되어 있다. 물론 동력돛은 발전기나 펌프같

두 개의 돛은 모두 원하는 바에 따라 강체나 혹은 유연한 돛 형태로 구성될 수 있으며 진행파의 방향과 직교하게 위치한다. 이 배열은 기계적인 귀환루우프를 형성하고 되고 (234)의 아래쪽 끝축상으로 연결된 동력돛(226)은 진행파에 의하여 전후로 진동할 것이고 또한 평행한 축상(236)의 아래쪽 끝에 축상으로 연결된 반사돛(232)는 진동할 것이다. 그러나 반사돛의 운동은 동력돛의 운동과는 180°위상차이가 난다.

암(r₂)의 길이가 반사돛의 밀려가는 쪽 파동의 진폭을 결정하므로 가능한 작게하여야 한다. 본 발명에서 중요한 점은 동력돛(226)과 반사돛(232)사이의 길이를 nL/2로 선택하는 것이다. 귀환루우프가 공진조건에 기초를 두고 있다면 반사돛운동의 진폭은 아주작고 에너지 손실은 아주 적을 것이며 역으로 동력돛으로의 반사에너지를 최대화 할 것이다. 둘째로 반사돛의 운동은 위상천이 조정에 요구되는 정도까지의 제어도 혀용한다. 앞에서 언급한바와 같이 파장(L)과 주기(T) (그것은 주파수의 역수)와

동력돛과 반사돛 사이의 물은 점성에너지 손실을 가지고 있으며 nL/2의 간격이 가능한 데 'n'이 클수록 이 방향에서의 에너지 손실은 크다. 따라서 간격은 L/2 정도가 적당한데 물에서의 기하형태, 위치등이 결정적인 가격요인이 된다면 다른 수치도 가능하다.

다음에 점성 시스템에 있어서 실제적인 공진 주파수는 항상 감쇠상수에 의하여 조절되는데 그 경우에는 이론적으로 매우 복잡하다. 따라서 실제의 돛 사이의 간격은 항상 부정확하고 꼭 nL/2이 될 필요는 없다. 또한 이론은 몇개의 시변경계 조건을 포함하는데 그것은 최적화를 위한 대형 컴퓨터 해석에 필요하여 실제로는 nL/2의 값도 수정해야 한다. 여기서 주장하는 것은 돛 사이의 적당한 거리를 가리키는 것이지 정확하게 그 값으로 한정하는 것은 아니다.

자연적으로 진행파의 파장과 주기는 변한다. 이 변화는 바다에서 어떤 한 위치에서 또는 일정거리가 떨어진곳에서의 바람의 조건 변화와 폭풍은 같은 것의 결과에 의한 것이다. 예를들면 도면 제21도의 장치는 역사적인 기록(돛 사이의 거리는 이론적인 nL/2보다는 약간의 차이가 필요할 것이다)에 의하여 결정된 장소에서 공진 주파수를 발생시키기 위하여 고안된 것이다. 그러나 파장과 주기가 변함에 따라 최적효율 보다는 낮게 작동할 것이다. 따라서 주기와 파장의 변화에도 불구하고 공진조건을 유지하시키기 위하여 동력돛과 반사돛과의 간격을 변화시키는 장치가 필요해진다.

예를들어 바다에서의 폭풍우가 에너지 장치가 있는 위치에서 떨어진곳에서 큰 주기의 파도를 일으킨다고 가정한다. 폭풍에너지는 진행파에 의하여 서서히 에너지 장치에 도달할 것이며 지역과 주기를 증가시킬 것이다. 이것은 보통 큰 시간 간격(수일)을 요하는데 그것은 파도의 주기(수초)보다는 아주 길다. 따라서 주기는 천천히 변하는 함수로 생각할 수 있으며, 공진을 유지하기 위하여 동력돛과 반사돛과의 거리를 조정할 수 있는 적당한 시간이 있다.

지역파의 주기를 측정하는 감지기의 입력으로부터 제어되는 위치서 보는 돛사이의 거리를 조정하여 공진조건을 유지하도록 할 수 있다. 이 거리조정은 돛의 하나가 다른 하나에 의하여 유도되어 움직일 때 수평나사식 잭(jack)이나 유사한 워엄(worm) 기어장치와 같은 표준기계 위치장치에 의하여 수행된다. 다른 위 치장치는 즉, 유압식 포지셔닝램(Hydraulic positioning ram) 같은 것도 쓰일 수 있다. 위치장치는 제1돛에 의하여 얻은 동력의 수 %를 사용하여 동작시킬 수 있다.

자연적으로 발생하는 힘을 이용하고, 본 발명의 한 부분을 형성하는 더 간단히 위치 장치가 도면 제22도에 나타나 있다. 작은 운반대(250)은 반사돛(251)을 지지한다. 추축(252)는 돛을 지지하고 있지만 돛은 운반대와 함께 강체이다. 운반대는 레일(253)과 같은 장치에 의하여 움직인다. 쇠갈고리(C)와 (D)는 운반대(250)에 축상으로 연결되어 있고 레일(253)과 평행하게 뻗어 있는 잇빨달린 랙(rack)(A),(B)와 함께 축상에 있는 비틀림 스프링에 의하여 보통 물려있어서 운반대가 움직이는 것을 방지한다. 들어오는 진행파(도면 제22도에서 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이는)의 주기가 어느정도의 시간(수분)으로 변하기 시작하면 주기는 증가하고 동력돛이 반사돛의 왼쪽으로 움직인다고 가정하여 운반대를 오른쪽으로 움직이게하는 것이 바람직하다. 이와 비슷하게 주기가 감소하면 반사기는 왼쪽으로 움직여야 한다.

도면 제22도는 파동의 마루(t=0)과 골(t=T/2)에서의 장치를 보이고 있다. 도면 제22도에서 t=θ(마루)로부터 t=T/4(평균높이)까지의 시간동안 추축(252) 아래의 평판(255)는 오른쪽보다는 왼쪽면에 더 큰 압력을 받을 것이다. 갈구리 쇠가 t=T/4로부터 t=T/4의 시간동안 올라간다면, (전 마루동안) 운반대는 오른쪽으로 움직일 것이고 그 때 갈구리쇠는 재배치 되고, 두 돛 사이의 횡방향분리는 계속 증가하여 돛사이의 물에 대하여 원하는 공진조건을 얻게된다. 이와 비슷하게 갈구리쇠가 T/4<t<3T/4 동안의 시간동안(전 골 동안) 올라간다면 반사돛은 왼쪽으로 움직일 것이다. 파동의 운동은 진폭에 관계 없이 주기적이므로 힘은 반복되고 그것은 단순히 적당한 시간에 있어 갈구리쇠의 오름과 내림의 문제만 되어 버린다. 적당한 시간에 있어서 갈구리쇠의 오름과 내림의 많은 장치가 기술상 이용될 수 있다. 제안된 장치를 도면 제22도에 보이고 있는데 거기서 전동기(260)은 고리(261)과 (263)에 의하여 갈구리쇠(C)와 (D)에 연결되어 지역파의 주기를 축정하는 감지기에 의하여 제어되는 위치 서보에 의하여 작동되며, 적당한 시간 간격에 갈구리쇠를 올릴 것이다. 원하는 횡위치 천이는 1/4 주기동안 갈구리쇠가 올라감을 요구하지 않고 그 시간의 수분의 일만 요구한다.

잘 알려진 바와 같이 평균적인 물의 깊이는 조수운동 때문에 시간에 따라서 변한다. 이것은 비교적 깊은 물의 경우에는 중요하지 않지만 충간깊이와 얕은 물에서는 중요한 점이있다. 그 이유는

라는 식 때문이다. 이 식은 조사해 보면, 일정한 주기에 대하여 파장(L)은 깊이(h)에 의존한다는 것을 알 것이다. 예를들어 간만의 차가 ±1m인 곳에서 에너지 장치가 깊이 10m에 위치하고 있을때 효율의 개선을 위하여 동력돛과 반사돛 사이의 거리는 주기의 변화뿐만 아니라 깊이의 변화에 따라서도 조정되어야 한다. 이 조정은 국부압력 감지기에 의하여 수행되는 데 그것은 정보를 마이크로-컴퓨터에 보내어 마이크로-컴퓨터로 하여금 주기에 대한 정보를 처리하게 할 뿐만 아니라 서서히 변하는 평균깊이도 계산하게 한 다마. 이크로-컴퓨터는 위의 식이 실제로 응용될 수 있게 수정된 형태를 풀어서 적당한 L과 n/2를 구한다.

실제의 파도는 이론에 의한 단순한 정현파 형태가 아닌 더 복잡한 형태인데, 이점을 취급하기 위한 나의 발명의 다른 면을 생각할 수 있다. 이론은 제1차의 설명에는 훌륭한 기초가 된다. 그러나 대양에서의 파도는 여러주기의 많은 파도들이 복잡하게 결합된 것이다. 복잡한 주기파는 푸리에(Fourier) 급수로 표시될 수 있다는 것은 물리학자와 수학자에게는 잘 알려져 있는데, 상업적인 컴퓨터(마이크로와 미니형태)는 푸리에 급수가 한예가 되는 스펙트럼(spectrwn) 해석에 이용될 수 있다. 파동은 본래 주기점

도면 제23도는 이런 기능을 수행하는 서보-시스템의 한 배치를 보이고 있다. 들오오는 진행파의 속도는 전기신호가 전달되는 속도보다 훨씬 느리다는 사실은 중요하다. 따라서 도면 제23도의 압력변환기는 실제로 파도가 동력돛에 도달하기 훨씬 전에 정보를 받는다. 이렇게 하여 계산의 최적화에 필요한 스펙트럼, 깊이, 주기의 분석을 할 수 있는 적당한 시간이 존재한다. 일반으로 계산시간이 매우 빨라서 시간지연 유니트가 서로 루우프의 필요해 진다.

도면 제23도에서 동력돛(260)은 진행파가 운동하는 방향과 직각인 축으로 흔들리기 위하여 고정된 추축(262)에 설치되야 있다. 반사돛(264)는 운반대 (266)에 축상으로 연결되어 있는데 그축은 동력돛의 축과평행하다.운반대는동력돛으로부터 가까와 졌다 멀어졌다하는 직선운동을 할 수 있도록 동력돛(260)이 밀려가는 쪽의 레일(267)상에 지지되어 있다. 모우터에 의하여 구동되는 나사식 잭(268)과 같은 적당한 장치가 운반대를 움직이기 위하여 제공된다. 물론 돛 사이의 거리는 자세히 설명될 압력변환기와 분석기에 의하여 결정된 지역적인 조건에 따라 대강 n/L/2로 조정되어 있다. 동력돛대에서 파도가 밀려 오는 쪽의 적당한 거리에 위치한 압력변환기(270)은 표면단면을 결정하고 스펙트럼 분석기(272), 주기분석기(276)에 정보를 주기 위하여 설치되어 있다. 이런분석기들은 컴퓨터(278)에 정보를 주어서 컴퓨터로부터는 신호가나와 시간 지연유니트(269)를 통과하여 모우터에 의하여 구동되는 나사식 잭(268)에 들어가서 진행파의 주기가 증가하면 운반대(266)을 동력돛(260)으로 부터 멀리가게하고 진행파의 주기가 감소되면 이와 반대가 된다.

도면 제23도에서 동력돛과 제2의 돛은 운동으로부터 나오는 동력출력을 발생시키는 발전기나 펌프 또는 이와 유사한 기능을 가지는 동력출력장치를 갖고 있다. 현재의 경우에는 발전기가 설치되어 있는 데 계자코일은(280)과 (281)로 나타나 있다. 분석기에 의하여 처리된 변환기신호는 컴퓨터에 의하여 송전되어 최대의 에너지를 얻기 위하여 시간 지연유니트(282, 284)를 통하여 발전기의 계자코일의 강도를 변화시킨다.

도면 제23도에서 도면 제21도의 간단한 기계적인 위상 천이기는 대체되어 있는 데, 이 경우 위상천이는 반사돛에 위치하고 있는 모우터(281)에 의하여 반사돛을 구동시킴으로서 얻어진다.

이 경우에 제2돛은 발전기 대신에 모우터를 갖는 것도 생각할 수 있다. 이 모우터의 목적은 반사돛을 진동시켜 돛 사이의 물에 있어서 180°위상 천이를 일어나게 하여 공진조건을 얻는 것이다. 이 모우터는 계자코일(281)을 갖고 있다. 분석기와 컴퓨터에 의하여 변환 신호는 계자코일(281)에 보내어져서 모우터를 구동시켜 반사돛을 진동케하여 필요한 위상천이를 얻게 한다.

도면 제23도는 입력파로부터 얻은 에너지를 최적화하기 위하여 세 가지 형태의 작동을 보인다. 첫째로 조용한 바다에서는 모우터에 의하여 구동되는 나사식 잭이다. 이와 유사한 장치가 최적화하여 고정된 위치인 nL/2 근처에 위치한 변환기/분석기 시스템으로 부터의 신호에 대응하여 반사돛의 위치를 정한다.

반사돛은 운반대에 비하여 강체이다. 이것은 간단한 경우를 나타내고 단단한 방파제형의 반사기를 말한다 둘째로 반사돛에서 발전기 시스템을 사용하고 최적화 위치인 nL/2'에서 돛의 위치를 정함으로써 그 시스템은 축상(또는 직선)운동이 허용되는 직렬로 된 동력장치로 작동한다. 이것은 "수동제어"해를 나타내는데, 두 발전기 내의 계자코일 세기는 최대 에너지를 얻기 위하여 컴퓨터로 최적화될 수 있다. 셋째로 반사돛에 모우터 시스템을 이용하고 nL/2 근처에서 돛의 위치를 정함으로써 반사돛은 모우터에 의하여 축상(또는 직선) 운동을 하는 데 그것은 180°위상천이 시키고, 공진조건을 얻기 위하여 분석기에 의하여 처리된 변환기 신호에 따라서 운동한다. 이것은 "능동제어"해를 나타내며 이론적으로 앞의 두 형태와는 다른 랜덤(ramdom)하고 복잡한 바다에서 효율적으로 최대에너지를 얻을 수 있다. 동력 돛 발전기내의 계자코일의 세기는 항상입사파와 반사돛의 반사파로부터 최대 에너지를 얻기 위하여 컴퓨터로 최적화되어 있다. 제2의 능동제어는 도면 제23도로부터 이루어질 수 있는데 거기서는 동력 돛의 운동에 비례하는 신호(285)는 발전된 동력으로부터 얻은 것이며 처리를 위하여 컴퓨터를 통하여 보내진 것이다(증폭, 감쇄위상조정등). 이 신호는 적절한 시간지연유니트(284)를 통하여 귀환되어 제2돛을 구동하게 되는데 그 구동은 동력돛의 운동으로부터 직접 귀환된 것이다.

도면에서는 대양은 수평으로 표시되어 있지만 이 조건은 나의 발명에는 필요하지 않는다. 사실상 윗쪽으로 기운것(바람부는 쪽으로부터 불어가는 쪽으로)은 수평표면에서 보다는 nL/2보다 더 짧은 거리를 필요한다는 이점이 있다. 즉 필요자재량을 줄인다.

마지막으로 나는 하나의 유니트만 기술하였지만, 논리적으로 생각하여 여러개의 유니트가 배치될 수 있다는 것은 확실하다. 동력돛은 도면 제16도-제23도에 있는 제2돛과 함께 도식적으로 하였으며 앞의 도면중의 어느 하나와 같이 적당하게 제작할 수 있다. 여기서 기술되고 도시된 장치들은 파도 아래의 물의 운동으로부터 운동에너지와 위치에너지를 추출하는 간단한 장치들의 예이다. 본 발명의 원리에 따라응용한 다른 형태의 장치도 가능하다.

Claims (1)

1. 파도밑, 물속에서 운동하는 물의 움직임으로 부터 에너지를 얻어내기 위해서 물에 의해서 움직일 수 있는 동력부재, 이 동력부재의 대부분을 파도의 표면밑 물속에 지지시켜 그 동력부재로 하여금 파도밑의 물의 움직임에 의해서 전후방으로 움직일 수 있게끔 하는 장치, 그 동력부재를 발전기나 펌프와 같은 동력장치에 동작연결시켜 그 동력부재에 의해서 얻어진 에너지가 동력장치로 전달되게끔 하는 장치, 대부분이 파도밑 물속에 잠기도록 하여 파도밑의 물에 움직임에 의해서 전후방으로 움직일 수 있게끔 상기한 동력부재의 근방에 그 동력부재와 간격을 두고서 지지시키는 제2동력부재, 및 이 제2동력부재를 발전기나 펌프와 같은 제2동력장치에 동작연결 시킴으로써 그 제2동력부재의 움직임에 의해서 제2동력장치로 하여금 에너지를 발생시키도록 하는 장치로 구성한 에너지 장치.

Images