KR101606582B1 - 에너지 추출 장치 - Google Patents

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데릭 제임스 월리스 맥민
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Abstract

본 발명은 액체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치를 제공한다. 그 장치는 공기 압축 챔버 및, 관련 밸브 통공들을 통해 액체의 유동을 조절하도록 개방 및 폐쇄되게 작동할 수 있는 밸브들의 어래이(array)를 가진다. 밸브들은 액체 유동이 밸브들에 입사될 때 점진적으로 폐쇄되도록 작동될 수 있어서, 액체의 유동이 공기 압축 챔버를 향해 집중되고 그 안의 공기를 압축시킨다. 밸브들은 압축 챔버로부터의 액체의 복귀 유동시에 개방된다.

Description

에너지 추출 장치{A Device For Extracting Energy}
본 발명은 유체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 터빈을 구동하도록 이용될 수 있는 공기 압력 변화를 발생시키는 유체 동력 발생기에 관한 것이다.
최근에, 환경에 대한 탄소 배출의 충격이 높아지는 것에 관한 관심으로서, 신재생 에너지의 발전에 대한 관심이 증가되었다. 풍력 및 태양열의 개발에 주로 초점이 맞춰졌지만, 이러한 기술들은 여러가지 단점을 가진다. 풍력 발전은 터빈을 구동하기에 충분한 속도에서 프로펠러를 움직이는 주어진 쓰레숄드 값을 가진 구동을 위한 바람의 존재에 의존한다. 풍력은 또한 에너지의 생산에 전용되는 넓은 면적을 필요로 하며, 이러한 넓은 "바람 농장(wind farm)"은 종종 눈에 거슬리며, 주위의 야생 생물에 위험이 될 수 있다. 태양열도 신뢰성이 없는 전력원을 제공하는 단점을 가지며, 낮은 효율 및 높은 비용의 문제점이 있다.
파도 또는 조류(tidal) 에너지 장치들은 위에서 설명된 많은 단점들을 극복할 수 있다. 이들은 신뢰성 있는 에너지원을 제공하는데, 이는 조류 및 바다의 파도에 고유한 힘에 의해서 장치들이 구동되고, 특히 유럽의 서해안과 같이 넓은 바람의 해역을 가진 해안 영역에서 다수의 장소에 배치될 잠재성이 있기 때문이다.
다수의 상이한 기술들이 파도, 조류 또는 해양 동력을 이용하도록 채용되었다. 전통적인 조류 에너지 장치들은 방벽 장치(barrier arrangement)에 중심이 맞춰져 있으며, 이것은 조류 시스템내에 배치되었을 때 높은 조류에서 물로 채워지고 낮은 조류에서 터빈을 통해 물을 배출하여 전기를 발생시키는 것이다. 통상적인 방벽 유형의 조류 에너지 장치들의 이용은 야생 생물 및 보트에 위험한 것으로 증명될 수 있다. 추가적으로, 이러한 장치들은 각각의 높은 조류 이후에만 이용될 수 있고, 따라서 일정한 에너지 공급을 제공하지 않는다.
파도 에너지 수집기의 일 예는 유럽 특허 EP 1115975 에 개시되어 있다. 이러한 장치는 유압 모터를 구동하도록 복수개의 구획부들 사이에서 상대 회전 운동을 이용한다.
다른 대안의 기술은 파도의 진동 특성을 이용하여 공기의 체적을 압축시키는 것이다 (진동의 물 기둥 장치(Oscillating Water Column device)). 공기 챔버 및 물속의 통공을 가진 구조체를 잠기게 함으로써, 입사되는 표면의 파도는 챔버내의 유체 레벨이 상승되게 하여, 공기 챔버 안의 공기의 체적을 압축시킨다. 이러한 (단열적으로) 압축된 공기는 터빈을 구동하도록 이용될 수 있고, 터빈의 회전은 발전기에 동력을 제공하는데 이용될 수 있다. 물의 레벨이 떨어지면, 공기 압력이 감소되고 공기는 터빈을 통해 챔버 안으로 되돌아 유인된다. 이러한 유형의 장치의 예는 유럽 특허 EP 0948716 에 개시되어 있으며, 그에 의해서 포물선의 파도가 챔버 안으로 집중되게 하고 그 챔버 안에서 공기가 압축되고 일방향의 터빈을 구동하도록 이용된다. 진동의 물 기둥 장치의 다른 예는 웨이브젠(Wavegen)에 의해 개발되었으며 '림펫(Limpet)"으로 명명되었다.
이러한 장치들의 한가지 고유한 문제점은 상대적으로 낮은 에너지 전환 효율인데, 이것은 입사되는 파도의 강도 및 크기의 변화하는 특성에 관련된 것으로서, 확실하지 않은 에너지 출력에 이르게 한다. 이러한 장치들은 해안에서 높은 포물선 파도의 장점을 취하도록 해안에 근접하거나 또는 해안에 위치된다. 이것은 다시 높은 조류와 낮은 조류 사이에서 에너지 발생의 변화에 이르게 된다. 추가적으로, 상기 장치들은 예를 들어 상방향으로 경사진 베이스 또는 전체적으로 직립의 벽과 같은 구조적인 특징부들을 통한 포물선 해양 파도에 초점을 맞춘다. 이러한 장치들은 일정한 유동 또는 흐름의 시나리오에 부적절한데, 예를 들어 조류 유동, 예를 들어 북대서양 흐름 또는 걸프 흐름과 같이, 열염으로 유도된(thermohaline induced) 해양 흐름; 및 예를 들어 강 내부에서와 같이 중력으로 유도된 유체 유동에는 부적절하다.
본 발명은 유체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 향상된 장치를 제공함으로써 상기 문제점들을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 향상된 물 동력 발생기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 유지 관리가 거의 필요하지 않은 물 동력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 유체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 공기 압축 챔버 및 밸브들의 어레이(array)들을 구비하며, 밸브들의 어레이는 관련 밸브 통공을 통한 유체의 흐름을 조절하도록 개방 및 폐쇄되도록 작동될 수 있다. 유체 유동이 밸브들에 입사될 때 밸브들이 점진적으로 폐쇄되도록 작동될 수 있어서, 액체 유동이 공기 압축 챔버에 집중되어 그 안의 공기를 압축시키고, 밸브들은 압축 챔버로부터 액체의 복귀 유동시에 개방된다.
본 발명의 장치의 장점은 공기 압축 챔버내에서 공기를 압축하도록 액체 유동의 에너지에 초점을 맞추도록 구성되었다는 것이다. 이것이 주기적 방식으로 발생될 수 있도록 장치가 구성된다. 밸브들의 점진적인 폐쇄는 공기 압축 챔버내 공기를 압축하는 유체의 유동을 집중시킨다. 공기 압축 챔버의 밖으로 되돌아 흐르는 액체는 밸브들의 개방에 의해서 통공을 통해 유동하도록 허용된다. 다음에 밸브들의 점진적인 폐쇄에 의하여 다른 압축 사이클이 시작될 수 있다. 따라서 이 장치는 강 또는 조류 유동 또는 해양 흐름과 같이, 그 어떤 흐름의 액체에서라도 이용되어 압축 공기의 형태로 에너지를 추출할 수 있다.
본 발명의 구현예들은 공기 압축 챔버 안에서 압축되었던 압축 공기를 저장하기 위한 축적 챔버를 더 구비할 수 있다.
유리하게는, 그 장치가 압축 공기에 의해 구동되도록 작동될 수 있는 터빈을 더 구비할 수 있다. 감압 챔버는 압축 챔버로부터의 액체의 복귀 유동 동안에 터빈을 가로질러 압력 편차를 향상시키도록 터빈의 하류측에 위치될 수 있다.
본 발명의 구현예에서, 어레이에 있는 밸브들은 유체 유동의 방향에서 상방향 기울기로 연장된다.
밸브들은 플랩 밸브(flap valve)들일 수 있다. 이러한 플랩 밸브들은 개별의 부양 요소(buoyant element)들을 포함할 수 있다. 부양 요소들은 플랩 밸브들을 폐쇄시키는데 필요한 각도 변위를 가질 수 있고, 그 각도 변위는 기울기의 위로 갈수록 증가된다. 부양 요소들의 부력도 기울기의 위로 갈수록 증가될 수 있으며 부양 요소들은 타이어들을 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예들에서, 밸브들은 상방향으로 경사진 기울기를 따라 유체 유동의 편향을 용이하게 하고 그리고/또는 복귀 유동 동안에 밸브들의 개방을 보조하도록 스포일러 요소들을 포함한다.
다른 구현예들은 장치를 미리 결정된 위치에 유지하기 위한 끈(tether) 수단 또는 스태빌라이저(stabiliser)를 구비한다. 이러한 스태빌라이저는 닻, 정박용 로프, 체인 또는 임의의 다른 고정 장치들의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 구현예들은 물 터빈을 구동하거나 또는 높이 있는 저수조로 물을 펌핑하기 위한, 조류 에너지 장치로서 장치의 이용을 더 포함할 수 있다. 추가적인 구현예들은 해양 또는 강의 유동 장치로서 장치의 이용을 포함한다.
최종적인 구현예들로서, 다수의 장치들이 함께 배치되거나 또는 연결되어 유체 유동의 이용을 최적화시키도록 위치된 장치들의 네트워크를 형성한다.
본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 예를 들어 설명될 것이다.
본 발명에 의해 강 또는 바다에서의 조류를 이용하여 공기 압축을 통해 효율적으로 에너지를 추출할 수 있다.
도 1 은 유체 안에 잠기기 전에 유체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치의 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 장치의 측면도로서, 절단된 어레이 및 밸브들을 상세하게 도시한다.
도 3 은 유체 유동 안으로 잠긴 후에 도 2 에서 선 A-A 를 따라서 절단한 단면도이다.
도 4 는 입사 유체 유동에 기인하여 밸브들의 부분적인 폐쇄를 도시하는 도 3 의 대응하는 단면도이다.
도 5 는 도 3 및 도 4 에 대응하는 단면도로서, 입사되는 유체 유동에 기인하는 밸브들의 완전한 폐쇄 및, 유체의 차후 파도가 압축 공간 안으로 오는 것을 도시한다.
도 1 은 액체 유동으로부터 에너지를 추출하기 위한 장치(10)의 단순화된 사시도를 도시한다. 그 장치는 지붕(12) 및, 유동 방향에 입사되는 개구(16)를 형성하는 측벽(14)들을 구비한다. 지붕(12) 아래의, 장치(10)의 상부 부분(20)은 공기 챔버들의 배열을 하우징하며, 그에 관해서는 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다. 비록 예를 들어 강철을 포함하는 금속과 같이 안정적인, 방수 구조를 만들 수 있는 그 어떤 재료든 이용될 수 있을지라도, 지붕(12), 측벽(14) 및 추가적인 구성 요소들은 콘크리트로부터 구성될 수 있다. 베이스 섹션(base section, 30)은 개구(16)의 저부 가장자리로부터 연장되며, 이것은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다. 장치의 크기는 효율성을 위해서 최적화될 수 있고, 그리고/또는 유체의 포착(capture)을 최적화시키도록 될 수 있으며, 장치의 크기는 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 입사되는 유동의 특성에 기초할 수 있다.
장치(10)의 베이스 섹션(30)은 교대되는 경사 뒷벽(34) 및 수평 바닥(33)을 구비한다. 도 2 는 개구(16)를 통해 보이는 장치의 정면도를 도시한다. 뒷벽(34)에 있는 구멍(32)들의 어레이(array)는 대응하는 밸브(40)들의 어레이에 의해서 덮혀 있다 (밸브들 어레이의 오직 하나의 열(column)만이 도 2 에 도시되어 있다). 추가적으로, 비록 구멍(32)들의 어레이가 6 x 7 의 배열로 도시되어 있을지라도, 그 어레이의 열(column)과 행(row)의 수는 장치의 크기 및 필요한 집중 효과(focussing effect)에 따라서 변화될 수 있다는 점이 이해될 수 있다. 예를 들어, 대양의 흐름 또는 조수의 흐름을 이용하도록 장치(10)는 200 또는 그 이상의 열(column) 및 2000 또는 그 이상의 행(row) 만큼을 가진 어레이를 특징으로 할 수 있다. 추가적으로, 다수의 장치(10)들이 함께 연결되어 대형의 구조를 형성할 수 있다.
도면을 단순화시키고 구멍(32)들을 보일 수 있도록, 밸브(40)들중 오직 하나의 칼럼만이 각각의 도면에 도시되어 있다. 밸브(40)들은 플랩 밸브(flap valve)로서 도시되어 있다. 그러나 다른 밸브 유형들이 채용될 수 있다는 점이 이해될 수 있다. 플랩 밸브(40)들의 구조는 도 3 내지 도 5 를 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명될 것이다. 이들 밸브(40)들의 목적은 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같은 방식으로 액체 유동을 조절하고 채널(channel)을 만들기 위한 것이다. 밸브(40)들의 열(column)은 액체 유동의 방향에서 상방향으로 연장된 경사를 따라서 연장됨으로써, 밸브들의 각각의 행(row)은 아래 행의 위와 뒤에 위치된 것으로 도시되어 있다. 비록 어레이가 계단화된 배치로 도시되었지만, 입사되는 액체 유동, 또는 필요한 액체 채널 작용에 대한 장치의 방위에 따라서, 상방향으로 연장된 경사를 제공하는 그 어떤 구성이라도 채용될 수 있다.
도 3 은 도 2 에서 선 A-A 로 표시된 것을 통한 단면도를 도시한다. 이러한 도면에서, 장치는 액체 안에 레벨(60) 까지 잠겨 있다. 밸브(40)들이 개방되고, 장치 안의 액체(65)의 레벨은 대략 외부 레벨(60)과 같다. 상부 부분(20)은 공기 압축 챔버(24), 축적기 챔버(22a) 및 감압 챔버(22b)를 구비하며, 공기 압축 챔버는 저부에서 개방됨으로써 액체 레벨(65)이 공기 압축 챔버내의 공기를 붙잡고 있다. 지붕(12), 측벽(14), 후방 벽(14), 챔버(22a,22b) 및 액체(65) 사이의 압축 챔버(24) 안에 잡혀 있는 공기의 압력은 대략 외부 공기 압력과 같다. 물의 레벨(65)의 높이 및 제한 구성 요소(12,14,18,20,22)의 상대적인 치수들에 따라서 공간(24)의 체적 및 면적이 변화될 수 있다는 점이 이해될 수 있다.
도시된 구현예에서, 2 개의 챔버(20,22)들이 장치(10)의 측벽(14) 및 지붕(12)에 연결된다. 이들 챔버들은 상이한 압력의 공기를 저장하도록 작용하고 터빈(50) 및 배관(52,54)을 통해 서로 연결된다. 플랩 밸브(21,23)들은 압축 챔버를 각각의 축적기 챔버(22a) 및 감압 챔버(22b)와 각각 상호 연결시킨다. 압축 챔버(24) 안의 공기의 압력이 챔버(22a) 안의 압력 보다 높아지면, 챔버(22a) 및 압축 챔버(24) 안의 압력이 동등해질 때까지 공기 압력에 의해서 밸브(21)가 개방되도록 강제된다. 반대로, 챔버(22b) 안의 압력이 압축 챔버(24) 안의 압력보다 커지면, 밸브(23)는 압력이 동등할 때까지 개방된다. 이들 챔버(22a,22b)들은 장치를 물에서 뜨도록 유지하는 부력 탱크로서 작용한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 끈 수단(11)이 장치(10)를 제 위치에 고정시키도록 채용될 수 있고, 장치가 입사되는 액체 유동을 향하도록 할 수 있다. 이러한 끈 수단(11)은 닻(anchor), 정박용 로프(mooring rope), 체인 또는 임의의 다른 고정 장치의 형태를 취할 수 있다.
장치의 작동은 도 3, 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명될 것이다. 유동 라인들은 참조를 위해서만 도시되어 있다. 도 3 은 장치를 이완된 위치 또는 초기 위치에서 도시한다. 그 위치에서, 밸브(40)들은 개방되고, 물의 레벨(60,65)들은 대략 같고, 압축 챔버(24) 내부와 장치 외부의 공기 압력은 대략 동등하다. 개별적인 유동의 선(100)에 의해서 표시되고 장치(10)에 입사되는 입사 유동 액체 또는 흐름은 구멍(16)을 통해 유동하고 밸브(40)들의 어레이에 작용한다. 유동 액체(100)는 장치로 진입하고 밸브(40)들에 작용한다. 액체 유동(100)의 충격 때문에, 밸브들의 가장 낮은 행(row)이 구멍(32)들에 대하여 먼저 닫히도록 밸브들이 구성된다. 일단 밸브(40)가 폐쇄되었다면, 입사 액체 유동(100)은 상방향으로 편향되고 밸브들의 제 2 행에 대하여 액체 유동의 충격을 증가시켜서, 제 2 행의 밸브들도 유동(100)의 힘에 의해 폐쇄된다. 밸브들의 이러한 점진적인 폐쇄는 (유동(100)의 선에 의해서 도면들에 표시된) 액체의 유동이 압축 챔버(24)에 집중되게 하여, 그 안에 있는 물의 레벨(65)이 상승되게 하고, 챔버(24) 안의 공기를 압축시킨다. 이러한 과정은 모든 밸브(40)들이 완전히 폐쇄될 때까지 계속된다 (도 5). (도면에서) 밸브들의 7 개의 행들중 3 개의 행들이 폐쇄되는 중간 상황(도 4)을 보면, 장치(10)의 압축 챔버(24) 안의 유체 레벨(65)이 외부 평균 레벨(60) 위의 레벨로 증가되었던 점이 명백하다. 이것은 압축 챔버(24) 안의 공기 압력을 증가시켜서, 압축 챔버(24)와 감압 챔버(22b) 사이의 밸브(들)(23)를 폐쇄시키고, 압축 챔버(24)와 축적기 챔버(22a) 사이의 밸브(21)를 개방시킨다.
도 4 로부터 알 수 있는 바로서, 밸브(40)들은 밸브 어레이의 상방향으로 기울어진 경사를 따라서 순차적으로 폐쇄된다. 이러한 순차적인 폐쇄는 어레이에 있는 행(row)들 사이의 밸브들의 폐쇄 각도 및 부력을 변화시킴으로써 달성된다. 이러한 경우에, 아래의 밸브들은 바로 위의 행에 있는 밸브들보다 낮은 부력을 가진다. 이러한 구현예에서, 밸브들은 상이한 타이어 압력의 자동차 타이어(42)들을 포함한다. 추가적으로, 수직에 대한 뒷벽(34)의 각도는 압축 공간(24)을 향하는 상방향 기울기(gradient)를 따라서 증가된다. 밸브(40')는 타이어 압력 및, 뒷벽(34')과 수직 사이의 각도를 구비한 타이어(42')를 가지는데, 그 압력은 밸브(40")의 타이어 압력(42")보다 낮고 그 각도는 뒷벽(34")에 의한 각도보다 작다.
도 5 는 모든 밸브(40)들이 완전히 폐쇄되어 있을 때 장치의 끝 상태를 도시한다. 밸브(40)들의 점진적인 폐쇄는 압축 챔버(24) 안의 물(65)의 레벨이 증가되는 결과를 초래한다. 물 레벨(65) 증가의 정도는 밸브(40)들의 수 및 입사 유체의 충격력에 따른다. 비록 본 구현예에서 7 개 행들의 밸브들이 도시되어 있지만, 유체의 깊이 및 필요한 파도(surge)의 정도에 따라서 그 어떤 수의 행이라도 이용될 수 있다. 유체의 입사 유동은 이제 (유동(100)의 선으로 도시된 바와 같이) 압축 챔버(24)를 향해 지향되고 집중되며, 압축 챔버의 체적은 증가되는 물의 레벨(65)에 의해 감소되었다. 이러한 체적 감소는 압축 챔버(24) 및 축적기 챔버(22a) 안에서 공기 압력의 대응하는 증가를 발생시킨다.
일단 물의 상방향 파도(surge)가 최대로 도달하면, 압축 챔버(24)내 공기 압력은 급속히 강하하고 축적기 챔버(22a)로의 유입 밸브(21)는 폐쇄된다. 이때 장치(10) 안에는 총 유체 유동(net fluid flow)이 없다. 장치(10)가 이러한 유동이 없는 평형 위치에 있을 때, 압축 챔버(24)와 챔버(22a,22b)들 사이의 밸브(21,23)들이 폐쇄된다. 장치(10) 작동의 변화하는 단계들에서의 챔버(24)의 상대적인 공기 압력 및 밸브(21,23)들의 작동 때문에, 2 개의 챔버(22a,22b)들이 상이한 공기 압력을 가진다. 도시된 구현예들에서, 축적기 챔버(22a)는 감압 챔버(22b) 보다 큰 공기 압력을 가진다.
2 개의 챔버(22a,22b)들은 터빈(50) 및 유입 결합부 및 유출 결합부(52,54)에 의해 연결된다. 터빈(50)에 결합되는 유입부(52) 및 유출부(54)를 개방함으로써, 공기의 2 개의 덩어리 사이의 압력 편차 때문에, 축적기 챔버(20)내 양의 압력의 공기는 결합부(52)를 통하여 터빈(50) 안으로 유인되고 결합부(54)를 통해 감압 챔버(22) 안으로 유인된다. 이러한 과정은 터빈(50)을 구동시키고 발전기(미도시)를 통한 전기의 발전을 위해서 이용될 수 있다. 챔버(22a,22b)의 구성 및 터빈(50)에 대한 결합 방법 때문에, 챔버들이 진동하는 물의 레벨(65)의 다수의 사이클에 걸쳐 가변적인 압력 공기를 저장하는데 이용될 수 있어서, 각각의 사이클로써 압력 편차를 구성한다. 일단 쓰레숄드 압력 편차(threshold pressure difference)가 달성되면, 터빈(50)에 대한 결합이 개방되어 공기는 터빈(50)을 통해 움직일 수 있다.
장치(10)가 유동이 없는 위치에 있을 때, 밸브(40)의 전방에 작용하는 수압은 밸브의 후방의 것과 같다. 따라서 밸브들은 타이어의 부력 때문에 개방되기 시작한다. 압축 공간에 가장 가까운 밸브는 가장 높은 압력 또는 부력을 가지므로, 그 밸브가 처음 개방된다. 물의 레벨(65)은 다음에 떨어지기 시작하여, 밸브들에 걸쳐 물의 후방향 흐름 또는 하방향 흐름을 야기한다. 밸브들의 상부에 있는 스포일러(spoiller, 44)들 때문에, 모든 밸브들이 개방될 때까지, 물의 하방향 힘이 밸브들을 개방하도록 작용하여, 도 3 에 도시된 상황으로 장치를 재설정한다. 밸브(40)들이 미리 결정된 각도를 넘어서 개방되는 것을 방지하도록 레일(120) 또는 그 어떤 다른 수단이 이용될 수 있다. 따라서 장치(10)는 실질적으로 재설정되고 위에 설명된 과정이 반복된다 (즉, 밸브들의 어레이에 입사된 유체 유동이 작용하고, 그것을 폐쇄하기 시작한다).
위에서 설명된 단일 방향 터빈(50)에 대한 대안으로서, 챔버(22a,22b)들이 생략될 수 있으며, 압축 챔버(24)에 직접적으로 연결된 2 방향 유동 터빈, 예를 들어 웰즈 터빈(Wells turbine)이 이용되며, 이는 입사 공기 유동 방향에 무관하게 동일 방향으로 회전할 수 있다.
비록 장치(10)가 격리되어 작동하는 단일 장치를 참조하여 설명되었을지라도, 다량의 에너지를 공급할 수 있는 장치들의 셀 방식 네트워크(celluar network)를 형성하도록 함께 배치되거나 또는 연계될 수 있다는 점이 생각될 수 있다. 이러한 장치들은 독립적으로 작용할 수 있거나, 또는 공통의 요소들을 공유할 수 있으며, 예를 들어 장치들의 효율을 최대화시키도록 공기 압축 챔버 및/또는 터빈 그리고 제네레이터들을 공유할 수 있다. 추가적으로, 장치들을 통한 유체의 유동을 최대화시키기 위하여, 네트워크는 "U" 또는 "V" 형상으로 배치될 수 있어서 네트워크 외부 둘레에서 유체 유동의 이탈을 방지한다. 대안으로서, 장치들은 "스텔스 폭격기(stealth bomber)"의 형상과 유사한 형상내에 배치되어, 구조체 뒤에 낮은 액체 압력의 영역을 만들 수 있다. 다수의 네트워크들은 유동 조건들에 따라서 유체 유동의 이용을 최적화시키도록 함께 배치되거나 연결될 수도 있다. 비록 장치들의 네트워크들이 위에서 설명된 방위로 설명되었을지라도, 특정의 유동 조건들에 적절하도록 임의의 방위가 이용될 수 있다. 더욱이, 장치들은 추출되는 에너지의 양을 증가시키도록 적층되거나 또는 직렬로 배치될 수 있다. 적층되는 장치들의 수는 구조 비용과 관련하여 추출되는 에너지에 대한 회수(return)를 최적화시키도록 선택될 수 있다. 또한, 적층체(stack)는 일련의 장치들이 일 방향에서의 유동을 수용하도록 방위가 정해지고 다른 일련의 장치들은 역방향에서 유동을 수용하도록 방위가 정해지는 것으로서 구성될 수 있다. 이러한 구성은 조류 유동(tidal flow)에서의 이용을 위해서 특히 적절하고, 조류가 방향을 바꿀 때 장치를 거꾸로 돌려야 하는 것을 방지한다.
10. 에너지 추출 장치 12. 지붕
14. 측벽 16. 개구
30. 베이스 섹션 32. 구멍

Claims (18)

  1. 액체 유동으로부터의 에너지 추출 장치로서, 상기 에너지 추출 장치는,
    상기 에너지 추출 장치의 상부 부분에 있는 공기 압축 챔버; 및,
    상기 상부 부분 아래에서 상기 에너지 추출 장치의 상기 상부 부분을 향하여 경사진 베이스 섹션에 있는 관련 밸브 통공들을 통하여 액체의 유동을 조절하도록 개방 및 폐쇄되게 작동될 수 있는, 밸브들의 어레이(array);를 구비하고,
    액체의 유동이 상기 밸브들에 입사될 때, 상기 밸브들은, 상기 경사진 베이스 섹션에서 상부 위치에 있는 관련 밸브 통공들을 폐쇄시키는 것보다 먼저 상기 경사진 베이스 섹션에서 하부 위치에 있는 관련 밸브 통공들을 폐쇄시키도록 구성됨으로써, 액체가 상기 경사진 베이스 섹션을 따라서 상기 공기 압축 챔버를 향하여 유동하여 상기 공기 압축 챔버내의 액체 수위를 상승시켜서 상기 공기 압축 챔버내의 공기를 압축시키고, 그리고,
    상기 밸브들은 상기 압축 챔버로부터의 상기 경사진 베이스 섹션을 따른 액체의 복귀 유동시에 개방되도록 구성되는, 에너지 추출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 압축 챔버내에 압축된 압축 공기를 저장하기 위한 축적 챔버를 더 구비하는, 에너지 추출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축 챔버 안에 압축된 공기에 의해서 구동되도록 작동될 수 있는 터빈을 더 구비하는, 에너지 추출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압축 챔버로부터의 액체의 상기 복귀 유동 동안에 상기 터빈을 가로지르는 압력 편차를 향상시키도록 상기 터빈의 하류측에 위치된 감압 챔버를 구비하는, 에너지 추출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이에 있는 상기 밸브들은 플랩 밸브(flap valve)들인, 에너지 추출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플랩 밸브들은 개별의 부양 요소(buoyant element)들을 포함하는, 에너지 추출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 부양 요소들은 상기 플랩 밸브들을 완전 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 움직이는데 필요한 각도 변위를 가지고, 상기 각도 변위는 상기 밸브들 각각의 행(row)에 대하여 상기 경사진 베이스 섹션을 따라서 상기 압축 챔버를 향하여 증가되는, 에너지 추출 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 부양 요소들의 부력은 상기 밸브들의 각각의 행(row)에 대하여 상기 경사진 베이스 섹션을 따라서 상기 압축 챔버를 향하여 증가되는, 에너지 추출 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 부양 요소들은 타이어를 포함하는, 에너지 추출 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브들은, 상기 경사진 베이스 섹션을 따라서 상기 공기 압축 챔버를 향하여 액체 유동을 일으키고 그리고/또는 상기 복귀 유동중에 상기 밸브들의 개방을 보조하는, 스포일러 요소(spoiler element)들을 포함하는, 에너지 추출 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    에너지 추출 장치를 미리 결정된 위치에 유지하기 위한 스태빌라이저(stabiliser)를 더 구비하는, 에너지 추출 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액체의 유동은 조류 유동(tidal fluid flow)인, 에너지 추출 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액체 유동은 강(river)의 유동인, 에너지 추출 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액체 유동은 해양에서의 유동인, 에너지 추출 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 추출 장치는 물 터빈(water turbine)을 구동하는, 에너지 추출 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에너지 추출 장치는 물을 상기 에너지 추출 장치보다 위에 배치된 다른 저수조로 펌핑하도록 구성되는, 에너지 추출 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    다수의 에너지 추출 장치들이 에너지 추출 장치의 네트워크를 형성하도록 함께 연결되거나 배치되는, 에너지 추출 장치.
  18. 삭제
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