KR20110036765A - 유체흐름에 의하여 발전하는 장치 - Google Patents

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Abstract

유체흐름베드를 따라 흐르는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치는,
유체흐름베드상에 위치하는 하부표면으로 되는 베이스, 베이스에 회동 가능하게 연결 포일 아암과 베이스로부터 떨어져 포일 아암에 회동 가능하게 연결된 포일 들을 구비하며,
베이스가 포일을 향하여 유체유동을 지향시키는 상부표면을 더 구비하여 포일 위로 유체유동을 증가 시킨다.

Description

유체흐름에 의하여 발전하는 장치{AN APPARATUS FOR GEMERATING POWER FROM A FLUID STREAM}
본 발명은 유체 흐름에 의하여 발전하는 장치에 관한 것으로, 특히 베이스와 일정 간격을 두고 떨어진 위치에 회동가능 하게 연결된 제1 및 제2 포일 아암(Foil arm)들로 구성되고, 이 포일 아암들이 서로를 향하여 연장되며 베이스가 유체흐름을 포일들 위로 향하게 하고 증가시키도록 한 유체흐름에 의하여 발전하는 장치를 제공하는 것에 관한 것이다.
피봇 지점에서 프레임에 회전 가능 하게 연결된 포일 아암에 의하여 유체흐름에 의하여 전력을 발생시키는 것은 알려져 있다. 포일은 피봇지점으로부터 멀리 떨어진 포일 아암에 회전 가능하게 연결된다. 각도변경어셈블리는 포일과 포일 아암 사이에 연결되어 유체흐름의 유동에 대한 포일의 각도를 변경한다.
사용 시, 포일 아암은 유체흐름 내에 위치하는 포일을 구비한다. 각도변경어셈블리는 포일 아암이 피봇지점둘레를 회전 하도록 유체흐름에 대하여 포일의 방향을 바꾼다. 포일 아암이 유동범위의 종단에 도달된 때, 각도변경어셈블리는 포일 아암을 피봇지점의 둘레를 반대 방향으로 회전하도록 포일의 방향을 반대로 한다. 이는 포일 아암이 유체흐름에서 전후로 진동하는 것을 반복되도록 한다. 기계적이거나 유압적 연결장치는 진동을 전기로 변환하는 발전기에 이 운동을 전달한다.
잘 알려진 이러한 장치는 다수의 결함을 가진다. 이 시스템을 통과하는 유체의 유속은 유체의 주변속도로 유지된다. 더하여, 포일들 표면에 대한 유체의 입사각에 대한 조정을 할 수 없다. 유체가 불규칙한 유동을 하거나, 파도들이 특히 높은 경우 포일들은 높은 주변의 유체속도들이 특별히 바람직하지 않은 입사각과 합쳐질 때 매우 큰 힘을 받게 된다.
따라서, 본 발명은 유체흐름베드를 따라 유동하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치에 관한 것으로 유동흐름베드상에 놓이는 하부표면으로 이루어진 베이스; 베이스에 회동 가능하게 연결된 포일 아암; 베이스로부터 일정거리 이격된 포일 아암에 회동 가능하게 연결된 포일들로 구성되고, 베이스가 포일을 향한 유체유동이 이루어지도록 하는 상부표면을 구비하여 포일 뒤의 유체유동을 증대시킨다.
상부표면은 유체유동이 포일을 향하여 지향되게 한다. 포일의 작동영역을 통과하는 유체유동속도가 유체의 평균속도보다 크게 되어 유체유동에 의한 전력을 크게 발생시킨다. 더하여, 포일이 상부표면으로 접근할 때, 상부표면은 포일 상에 유체의 입사각을 제어하여 포일과 이 포일의 제어가 최적화 되게 한다. 다른 장점으로써 상부표면에 근접되어 있는 유체유동은 실질적으로 넓은 범위의 입사 유체 각도들을 위하여 상부표면에 평행하게 된다. 이 유동이 특히 빠르게 되거나 와류로 되는 경우 포일은 상부표면에 수직인 비교적 큰 유체속도가 불가능하다 점에서 상부표면에 근접하여 위치 된다.
바람직하게는 상부표면의 적어도 일부는 볼록하다.
적어도 볼록 상부표면의 일부는 굴곡으로 될 수 있다.
베이스는 적어도 하나 이상의 발라스트 탱크를 구비한다.
바람직하게도 발전장치는 발라스트 탱크를 비우고 가급적 공기를 채우는 펌프를 더 구비한다.
바람직하게도 발전장치는 유동흐름의 베드에 연결되도록 적용된 적어도 하나 이상의 칼럼을 더 구비한다.
베이스는 유동흐름에서 베이스의 깊이를 변경 하는 칼럼을 따라 변위 되도록 적용 된다.
바람직하게도, 발전장치는 베이스에 회동 가능하게 연결 된 다수의 포일 아암들을 구비하며, 각 포일 아암이 회동 가능하게 포일이 연결 된다.
바람직하게도, 발전장치는 베이스에 회동 가능하게 연결되고 서로를 향하여 연장한 제1 및 제2 포일 아암들로 구성되며, 각 포일 아암이 그에 회동 가능하게 연결된 포일을 구비하고, 두 개의 포일들이 나란히 배열되어 상부표면이 양 포일 위로 유체를 지향하도록 한다.
바람직하게도, 포일들에 연결된 두 개의 포일 아암들은 실질적으로 서로 대향 하고 있는 방향으로 포일로부터 떨어져 연장된다.
본 발명은 첨부도면을 참조로 실시 예로 설명되고, 이는 본 발명을 제한하고자 하는 의미가 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 사시도,
도 2는 도1의 장치의 작동을 나타내는 단면도,
도 3은 제 1도 및 도2의 장치를 저장위치에 있게 한 도면,
도 4는 도1 내지 도3의 장치가 베드로부터 융기된 베이스를 구비한 것을 나타내는 도면,
도 5(a) 내지 도 5(b)는 본 발명에 따른 장치의 베이스의 일정 범위를 나타내는 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 유체흐름 내에 설치된 상태를 나타내는 사시도 이다. 발전장치1은 상단 및 하부표면4,5들을 가진 베이스3를 구비한다. 하부표면5은 흐름 베드6 내에 배열 된다.
상부표면 4은 볼록하고 다수의 평면7 내지 9들로 이루어 진다. 이 실시 예에서, 상부표면4은 제1 및 제2 평면7,8들로 이루어지며, 이들 평면7,8들은 하부표면4상에 일정 간격을 두고 이격된 지점들로부터 연장되어 있다. 제1 및 제2 평면7,8들 모두는 도시와 같이 서로를 향하여 하부표면5으로부터 예각을 이루어 연장되어 있다. 제3 평면9은 제1 및 제2 평면7,8 사이에서 연장되어 있다. 제3 평면9은 도시와 같이 하부표면5와 실질적으로 평행되나 상부표면과 하부표면들 사이에 공간은 베이스 용적으로 형성된다.
베이스 용적부 내에는 다수의 발라스트탱크(도시 안됨)들이 설치 된다. 각 발라스트탱크는 그들을 바람직하게는 공기로써 채우고 비우게 하는 수단(도시 안됨)들에 연결되어 요구되는 데에 따라 베이스3의 부양을 조절 가능하도록 한다.
베이스3는 제1및 제2 칼럼 10,11들 사이에 배열되고, 각 칼럼10,11들이 도시와 같이 유동흐름베드6에 연결 된다. 베이스6와 칼럼10,11들은 유동흐름2에서 베이스3를 상승시킬 필요가 있는 경우 칼럼10,11들 사이에서 상, 하로 베이스3가 융기 되도록 배열 된다.
베이스3는 다수의 지지아암 12들을 더 구비한다. 이 실시 예에서 지지아암12들은 베이스3의 제1 및 제2 평면7,8들로부터 연장되어 있다. 포일 아암13은 각 지지아암13에 회동 가능하게 연결 된다. 각 포일 아암13의 단부는 그들의 지지아암12로부터 이격되고 포일14에 회동 가능하게 연결 된다. 다수의 포일 아암13들은 그의 폭을 가로질러 지지하도록 각 포일14에 연결된다.
각도변경어셈블리(도시 안됨)는 각 포일14과 그와 연결된 포일 아암13사이에 연결된다. 이 각도변경어셈블리는 포일14들과 그와 연결 된 아암들 간에 각도를 변경시킨다. 발전기(도시 안됨)는 베이스13 내에 설치된다. 발전기는 포일 아암13들의 회동을 전기로 변환시킨다. 이 실시 예에서 각 포일 아암13아래에 수압실린더를 구비한 연결수단15는 포일14들로부터 에너지를 수압시스템(도시 안됨)으로 전달하고, 이 연결수단15이 발전기에 결합된다.
도 2는 본 발명에 따른 발전장치1의 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이 베이스3는 그의 하부표면5에 직각인 평면에 대하여 단면으로 대칭이다. 베이스3의 디자인은 유체가 양 방향으로 발전장치1위로 유동하는 조수흐름에 특히 적합하다.
베이스3는 유체흐름2의 깊이를 감소시키도록 한다. 사용시, 유체가 유체베드를 따라 흐르고 베이스3에 도달하면 베이스3의 상부표면4은 유체흐름의 저부 근처에 유체의 속도에 상향 성분을 더한다. 이 유체는 베이스3 위로 유체와 작용하여 유동을 증가시키고 가속영역6에서 베이스3위로 유체의 속도를 증가시킨다. 포일 아암13은 포일14들이 적어도 일정 범위 이상 진동을 하도록 증가된 속도를 가지는 가속영역16에서 베이스3의 상부표면14 위에 위치되도록 배열된다. 각도변경어셈블리는 유체를 그들 위로 유동시키는데 따라 포일 아암13이 지지아암12들에 대한 연결부들 둘레로 회동하도록 포일14들을 시킨다. 포일 아암13들이 그들 회동범위의 마지막 부위에 도달된 때 각도변경어셈블리는 포일14들의 각도를 변경하여 포일 아암 13들이 반대 방향으로 회동되게 한다.
도 1 및 도 2에 도시와 같이, 두 개의 포일14들은 서로에 인접하여 배열되어 그들 모두가 그들과 연결된 포일 아암 13들의 회동부분들을 위한 증가된 속도를 가지는 비교적 작은 가속도 영역16에 위치 하도록 한다. 이 실시 예에서 포일14는 그들의 실질적인 진동 부분 위하여 그들의 평면9위의 영역에 위치한다.
도 3은 본 발명에 따라 저장위치의 발전장치1을 나타낸다. 이 저장위치에서 포일14들은 베이스3의 상부표면4에 인접하여 배열된다. 상부표면4에 매우 인접한 유체의 유동방향은 도시된 바와 같이 상부표면4에 실질적으로 평행하다. 포일14들은 유체유동과 일렬로 정렬되고 대향 된다. 이 실시 예에서 포일14 들은 도시와 같이 제1 및 제2 평면7,8과 일렬로 정렬된다. 발전장치1가 저장위치에 위치되면 발전장치1에 대한 손상들이 감소되는데 특히 유체유동이 평시와 달리 빠르거나 오류인 경우에도 포일14들의 손상이 감소한다.
이 발전장치는 실례를 들면 유지보수거나 손상된 부분의 수리를 위하여 유체흐름으로부터 회수 할 필요가 있다. 이는 몇 개 또는 모든 유체의 발라스트탱크들을 비우고 통상 유체를 공기로 교체하여 베이스3의 부양을 증가시키므로 달성된다. 이 실시 예에서 표면상에 펌프(도시 안됨)는 발라스트탱크를 공기로 채운다. 베이스3은 도 4에 도시와 같이 유동유체2 위에 있게 될 때까지 칼럼10,11들 사이에서 상부로 부상한다. 이 발전장치1는 부상을 시작하기 전에 저장상태의 구조로 된다.
도 5(a) 내지 도 5(d)에는 본 발명에 따른 발전장치1의 또 다른 베이스3들이 단면으로 도시되어 있다. 도 5(a)는 도1의 베이스들과 유사한 구조의 베이스5를 나타낸다. 그러나 이 베이스3 일 측면만으로 그에 접근하는 유체흐름에 더 적합하다. 그러므로, 이 베이스3는 제 1및 제 2 평면7, 8 중의 어느 하나를 다른 평면 보다 더 낮게 한 하부표면5과 더욱 예각을 이루도록 하므로 하부표면5에 직각인 평면에 대하여 비대칭으로 된다. 도 5(b)의 베이스3는 제 3 평면9이 하부표면 5에 대하여 경사진 것 이외에는 도 5(a)의 베이스와 유사하다. 도 5(c)는 5개의 평면으로 이루어진 상부표면4을 가진 베이스3를 나타내고 있다. 도 5(d)는 굴곡된 상부표면4을 가진 베이스3을 나타내고 있다.
도 1의 실시 예에서, 각 포일14는 두 개의 포일 아암 13에 의하여 지지된다. 다른 실시 예에서 가 포일(14)는 하나의 포일 아암13에 의하여 지지된다. 또 다른 실시 예에서 두 개를 결합 하는 것이 가능한데 비교적 큰 포일14들이 다수의 포일 아암13들에 의하여 지지되고 비교적 작은 포일14들이 단일의 포일 아암13에 의하여 지지 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 다른 형상의 포일14들이 가능하다. 포일 14의 양 측면들이 볼록해질 수 있다. 다른 방식으로 일 측면은 평면이고 다른 측면은 볼록 할 수 있다. 또 다른 실시 예에서 일 측면은 오목하고 다른 측면이 볼록 할 수 있다. 구체적인 또 다른 실시 예에서 포일14들은 양 방향성이고 유체가 양방향으로 변부에서 변부로 그 위로 유동 할 때 양력을 발생시킨다. 이 양방향성 포일14을 구비한 각 도 변경수단은 포일 14의 각도를 약간만 조절하여 포일14위로 유동방향과 발생된 추력의 방향을 반대로 바꿀 수 있다.
도 1의 실시 예는 나란히 배열된 포일14들을 구비한다. 포일 아암13들은 도시와 같이 실제 반대 방향으로 포일14로부터 떨어져 연장된다. 발전장치가 다수의 포일14을 구비한 때, 이 포일14들은 벤추리 효과가 유체유동을 가속시키는 비교적 작은 가속 영역에 배열되게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시 예에서, 발전장치1는 칼럼10,11들 위로 베이스를 승강시키는 승강수단(도시 안됨)을 더 포함한다. 일 실시 예로 승강수단은 베이스3 내에 설치되고 칼럼10,11들 상에 톱니들과 결합하는 기어 메커니즘으로 구성된다. 칼럼10,11들은 실례를 들면 베이스3을 상승 시키는 승강수단들에 의하여 표면으로부터 구동되는 기어 또는 체인장치일 수 있다. 이러한 실시 예들은 선택적으로 승강수단에 의하여 이루어지는 작업을 감소시키도록 공기에 의하여 비워지고 채워지는 발라스트탱크를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 발전기는 표면에 설치된다. 연결기구 실례를 들면 유압 연결기구, 체인 또는 코드는 베이스3로부터 발전기까지 연장되어 포일 아암 13의 전동을 발전기에 전달한다.
상기 실시 예에서, 하부표면5은 평면이다. 다른 형태의 하부표면5은 유체베드의 형상에 따라 가능하다. 하부표면5는 다리부들을 구비한다.
유동흐름은 비교적 큰 동체의 물의 유동부 일 수 있다. 실례를 들면, 발전장치1은 대양(Ocean)의 저상에 대양의 일부가 발전장치1 위로 유동하는 유동흐름으로 되게 한 상태로 설치된다. 발전장치1은 강 또는 조수가 발생하는 큰 강의 어귀 이거나 다른 물의 유동체 내에 설치 될 수 있다.

Claims (16)

  1. 유동흐름을 따라 유동하는 유체에 의하여 발전하는 장치에 있어서,
    유동흐름 베드상에 위치하는 하부표면으로 이루어진 베이스;
    베이스에 회동 가능하게 연결된 포일 아암;
    베이스로부터 떨어져 포일 아암에 회동 가능하게 연결된 포일들로 구성되고,
    베이스가 포일을 향하여 유체유동을 지향하는 상부표면을 더 구비하여 포일 뒤로 유체유동을 증가 시킨 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상부표면의 적어도 일부분이 볼록 되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    볼록 상부표면의 적어도 일부가 굴곡되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    볼록 상부표면이 다수의 평면으로 구성되고, 각 평면이 인접 평면에 대하여 경사지게 한 것을 특징으로 하는 유체 흐름에 의하여 발전하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    볼록 상부표면이 베이스 표면으로부터 연장하고 그에 대하여 경사진 제1 및 제2 평면과 그들 사이에 연장된 제3 평면을 구비한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    제 3 평면이 베이스에 평행하게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한가지 하에 있어서,
    베이스가 하부표면에 직각인 평면에 대하여 대칭되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전 하는 장치.
  8. 청구항 1항 내지 제 7항 중 어느 한가지 항에 있어서,
    베이스가 적어도 하나이상의 발라스트 탱크를 구비하게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    발전장치가 발라스트 공기에 의하여 탱크를 비우고 유체를 채우도록 한 펌프를 더 구비하여 발전장치의 부양을 변경하게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 가지 항에 있어서,
    발전장치가 유동흐름의 베드에 연결되게 한 적어도 하나 이상의 칼럼을 구비하며, 베이스가 이 칼럼에 연결되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    베이스가 칼럼을 따라 변위 되도록 하나로 유체흐름에서 베이스의 깊이를 변경하도록 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항에 있어서,
    발전장치가 베이스 내에 포일 아암의 회동을 전기로 변환하는 발전기를 더 구비하게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한가지 항에 있어서,
    발전장치가 베이스에 회동 가능하게 연결된 다수의 포일 아암들을 구비하며, 각 포일 아암이 포일에 회동 가능하게 연결되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    발전장치가 베이스에 회동 가능하게 연결되고 서로를 향하여 연장한 제 1 및 제 2 포일 아암들을 구비하고,
    각 포일 아암이 그에 회동 가능하게 연결된 포일을 구비하며,
    두 개의 포일들이 나란히 배열되어 상부표면이 양 포일 위로 유체를 지향시키도록 한 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  15. 제 14에 있어서,
    포일들에 연결된 두 개의 포일 아암들이 실질적인 반대방향으로 포일들로부터 떨어져 연장되게 한 것을 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
  16. 이전에 기재된 바와 같은 장치를 특징으로 하는 유체흐름에 의하여 발전하는 장치.
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