KR20070099538A

KR20070099538A - 카이트식 부재를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR20070099538A
Application number: KR1020077007957A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 브라게
Original assignee: 스카이세일즈 게엠베하 앤 컴퍼니 케이지
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-10-09
Also published as: EP1786666B1; RU2374128C2; CN101022993A; DE202004013840U1; CN100519332C; NZ553597A; EP1786666A1; AU2005281907A1; AU2005281907B2; JP2008512593A; NO20071010L; WO2006027195A1; DE502005009243D1; ATE461107T1; HK1107066A1; RU2007112782A; US20070261624A1

Abstract

본 발명은 선박에 관한 것으로, 상기 선박은 견인 케이블(3)에 의하여 상기 선박에 연결되는 카이트식 부재를 포함한다. 상기 선박은 카이트식 부재가 조절 기구 및 에너지 발생 장치(1)를 구비하고, 상기 에너지 발생 장치는 상기 견일 케이블(3)에 인가되는 견인력이 변화될 때 에너지를 전달하는 것을 특징으로 한다.

케이블, 밧줄, 카이트, 견인, 배, 에너지, 동력 발생, 인장력

Description

카이트식 부재를 포함하는 선박{WATER CRAFT COMPRISING A KITE-TYPE ELEMENT}

본 발명은 밧줄에 의하여 선박에 연결되는 카이트식 부재를 가지는 선박에 관한 것이다.

이미 공지된 선박(WO 01/192102 A1)에서, 카이트식 부재가 복수의 밧줄에 의하여 선박에 연결되는 것이 가능하다. 이 경우, 카이트식 부재는 바람에 의하여 선박을 추진하는데 사용되며, 이러한 추진 시스템은 바람에 의하여만 작동될 수 있거나, 그렇지 않으면 추진 시스템은 연료를 절약하거나 또는 속도를 증가시키기 위하여 기계적인 추진 시스템을 보조하기 위하여만 바람을 사용한다. 카이트식 부재는 복수의 밧줄에 의하여 제어될 수 있다. 그러나, 복수의 밧줄은 카이트식 부재를 회수하거나 또는 전개시키기 위하여 개별적으로 끌어당기고 풀어야만 되는 단점을 가지고 있다. 또한, 복수의 밧줄은 뒤얽히게 될 수도 있다. 그러므로, 공지된 문헌에는, 하나의 밧줄만이 제공되고 상기 밧줄에 의하여 상기한 문제점이 방지되는, 서두에 설명된 타입의 카이트식 부재를 가지는 선박을 공개하고 있다.

그러나, 이러한 선박은 카이트식 부재가 더 이상 직접 제어될 수 없다는 단점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은, 카이트식 부재가 정교하게 제어될 수 있는, 서두에 설명된 타입의 카이트식 부재를 가지는 선박을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 실시예는 조절 기구 및 동력 발생 장치를 구비하는 카이트식 부재를 포함하고, 상기 동력 발생 장치는 밧줄에 인가되는 인장력의 변화가 있을 때 동력을 발생한다.

그러므로 조절 기구가 제공되고, 상기 조절 기구에 의하여 카이트식 부재의 돛(sail)의 형상, 경사 각도, 개발 밸브, 리핑 프로세스(reefing process) 등이 변경되거나 제공될 수 있다. 이 경우, 제어 프로세스가 카이트식 부재 등에 제공된 센서에 의하여 자동적으로 실행될 수 있는데, 선박으로부터 무선에 의하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 카이트식 부재에 신호를 전송하는데 문제가 없다. 그러나, 조절 기구에 동력 공급이 필요하게 된다.

본 발명에 따르면, 대응하는 동력이 동력 발생 장치에 의하여 얻어지는데, 이 동력 발생 장치는 밧줄에 인가되는 인장력의 변화가 있을 때 동력을 발생한다. 따라서 인장력이 균일하면 어떠한 동력도 얻을 수 없다. 인장력의 발생 및 밧줄의 신장 이동으로부터 동력을 얻기 위하여, 카이트식 부재가 선박으로 더욱 더 멀리 이동될 수 있도록 할 필요가 있다. 물론 이와 같은 실시예는 비실용적이다. 본 발명에 따르면, 동력은 밧줄에 인가되는 인장력의 변화에 의하여 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, "동력을 얻는다" 또는 "동력을 발생한다"라는 표현이 여기에서 사용되면, 물론, 이것은 무로부터 에너지를 생성하는 문제가 아니라, 실제로, 발생되는 모든 동력은 에너지 변환이다. 본 발명에 따르면, 파동 운동의 결과로서 풍속, 선박 운동의 변화의 결과로서, 또는 카이트식 부재의 정확하게 실행되는 운동의 결과로서, 카이트식 부재를 제어하는 동력이 얻어질 수 있는 상당한 정도까지, 인장력이 변화된다는 것을 알 수 있다.

동력 발생 장치는 상기 카이트식 부재의 컨트롤 포드와 상기 밧줄 사이에 배치된다. 밧줄 상의 부하가 작다면, 동력 발생 장치는 비교적 무부하 상태에 있다. 부하가 더 크게 되면, 동력 발생 장치는 보다 큰 인장 응력을 받게 된다. 이러한 인장 응력이 동력을 발생시키는데 사용될 수 있다.

상기한 인장력의 변화로부터 필요한 스티어링 동력의 200%까지 얻어질 수 있다는 것이 측정으로 나타났다.

바람직한 일 실시예에서, 상기 동력 발생 장치는 스프링-부하식 피스톤(spring-loaded piston)을 갖는 피스톤/실린더 유닛을 가지고 있고, 상기 실린더는 상기 밧줄에 연결되고, 상기 피스톤은 상기 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 상기 실린더는 상기 카이트식 부재에 연결되고 상기 피스톤은 상기 밧줄에 연결되고, 상기 실린더는 비-리턴 밸브(non-return valve)를 통하여 가압 유체 리저버에 연결된다. 인장력이 증가되면, 피스톤은 스프링력에 반하여 이동되고 실린더 내에 위치된 유체를 압축하고, 상기 유체는 비-리턴 밸브를 통하여 가압-유체 리저버로 통과될 수 있다. 인장력이 감소되면, 피스톤은 반대 방향으로 이동되고, 외부로부터 일단 다시 유체를 흡입하고, 이것도 마찬가지로 비-리턴 밸브에 의하여 제어될 수 있다. 인장력이 다시 증가되면, 유체는 일단 다시 가압 유체 리저버로 가압 공급된다.

바람직한 일 실시예에서, 피스톤은 피스톤/실린더 유닛의 중앙에 배치된다. 또한 실린더 용적은 피스톤의 양측에 위치되고, 비-리턴 밸브를 통하여 가압 유체 리저버에 각각 연결된다. 인장력이 증가되면, 가압 유체가 실린더 용적 중 하나의 용적을 통하여 가압 유체 리저버로 통과되고, 가압 유체가 다른 실린더 용적 내부로 흡입된다. 인장력이 감소되고 피스톤이 스프링 또는 스프링들에 의하여 반대 방향으로 이동되면, 다른 실린더 용적 내의 가압 유체는 압축되고, 가압 유체 리저버로 통과되고, 가압 유체는 일 실린더 용적 내부로 흡입된다.

이러한 프로세스 동안, 피스톤은 가압 유체 리저버의 압력에 반하여 작동된다. 가압 유체 리저버 내의 압력이 높다면, 즉 다량의 에너지가 저장되면, 인장력이 매우 높을 때에만 동력 발생 장치는 유체를 계속하여 공급하다. 소량의 에너지가 존재한다면, 즉 가압 유체 리저버 내의 압력이 낮다면, 인장력이 비교적 낮을 때에도 피스톤은 새로운 가압 유체를 공급할 수 있다. 이 경우, 인장력이 매우 높을 때 과다하게 높은 초과압력을 방지하기 위하여, 상기 장치가 안전 밸브를 구비해야 하는 것이 자명하다.

피스톤/실린더 유닛 대신에, 동력 발생 장치는 기밀식 덮개(airtight envelope)를 갖는 색-형 구조체(sack-like structure)를 가질 수 있는데, 상기 동력 발생 장치의 일단부는 상기 밧줄에 연결되고 타단부는 카이트식 부재에 연결되고, 상기 동력 발생 장치는 탄성 스프래딩 부재에 의하여 넓혀지고, 인장력이 발생되어 용적을 감소시킬 때 서로 이격되게 당겨지고, 비-리턴 밸브를 통하여 가압 유체 리저버에 연결된다. 인장력이 매우 작으면, 상기 색-형 구조체는 탄성 스프래딩 부재에 의하여 넓혀지며, 따라서 큰 용적을 차지한다. 또한 인장력이 증가되면, 상기 색-형 구조체의 용적이 감소되어, 상기 색-형 구조체 내의 압력이 증가되며, 따라서, 압력 증가가 충분히 커다면, 공기가 가압 유체 리저버로 통과된다. 본 실시예에서 공기는 적당한 가압 유체인 것이 자명하다. 또한, 이 경우 물론 중량 문제를 위하여 그리고 누설 발생의 가능성 때문에, 공기가 가압 유체로서 사용되는 것이 바람직할지라도, 피스톤/실린더 유닛을 갖는 상기한 에너지 발생 장치용으로 유압 유체를 사용하는 것도 가능하다.

예를 들면, 색-형 구조체는 망사형으로 밧줄 주위에 직조될 수 있다. 부하가 더 커지면, 밧줄은 인장되고, 망사형 탄성 덮개를 둘러싸는 인장된-부하를 받은 섬유는 서로를 향하여 이동하며(서로 평행하게 위치되려고 하는 시도로), 따라서 탄성의, 넓혀진, 공기-충전 덮개를 압축한다. 따라서, 덮개에 위치되고 비-리턴 밸브를 통하여 흐르는 공기는, 압축되고, 피스톤/실린더 유닛의 경우와 유사한 방식으로, 가압-유체 리저버로 통과될 수 있다.

가압 유체는 제어 목적으로 직접 사용될 수 있다. 그러나, 가압 유체를 전력 생성용 제너레이터(generator)에 연결하는 것도 가능한데, 이 경우 제어 프로세스는 가압 유체에 의하여 실행되는 것이 아니라 전력에 의하여 실행된다. 실제의 제어 프로세스가 가압 유체에 의해 실행되어도, 작은 제너레이터가 전력을 발생하는데 사용될 수 있고, 상기 전력 발생에 의하여 밸브가 작동되고, 센서가 전기 등을 공급받는다.

동력 발생 장치가, 고정자(stator)가 밧줄에 연결되고 가동부가 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 고정자가 카이트식 부재에 연결되고 가동부가 밧줄에 연결되고, 스프링-부하식 가동부를 갖는 선형 제너레이터를 가지면, 전력이 직접 발생될 수 있다. 인장력이 증가되면, 따라서 가동부는 스프링력에 반하여 이동되고 전기를 발생한다. 인장력이 감소되면, 또한 스프링은 가동부를 원래의 위치로 이동시키며, 따라서 마찬가지로 전기를 발생한다.

다른, 실질적으로 유사한, 바람직한 실시예에서, 동력 발생 장치는 구성요소 내에서 이동될 수 있고 상기 구성요소에 장착되는 피니언을 통해서 제너레이터를 구동하도록 배치되는 나사산을 갖는 스프링-부하식 로드를 가지고 있고, 상기 구성요소가 밧줄에 연결되고, 상기 나사산을 갖는 로드가 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 상기 구성요소가 카이트식 부재에 연결되고 상기 나사산을 갖는 로드가 밧줄에 연결된다. 작동 방법은 상기에서 설명된 선형 제너레이터와 유사하므로, 여기에서 더 이상 상세하게 설명하지 않는다.

다른 바람직한 실시예에서, 동력 발생 장치는 피에조 요소(piezo-element)이다. 피에조 요소는 일측에서 밧줄에 연결되고 타측에서 카이트식 부재에 연결된다. 피에조 요소에 작용하는 기계적인 응력이 변화될 때 전력이 발생된다.

바람직한 일 실시예에서, 복수의 동력 발생 장치가 병열로 또는 직렬로 배치되어 제공된다. 병열로 배치된 장치는, 큰 치수를 가져야만 하는 개별적인 동력 발생 장치 없이, 더욱 압축된 공기, 가압 유체로 되거나 또는 상당한 양의 에너지로 귀착된다. 동력 발생 장치가 직렬로 배치되면, 인장력은 개별 동력 발생 장치를 따라 분포된다. 바람 강도가 낮다면, 즉 인장력이 작다면, 동력 발생 장치 중 하나가 차단되어, 이와 같이 제어 목적을 위하여 충분히 높은 압력을 얻기 위하여 모든 인장력이 하나의 동력 발생 장치에 작용된다. 이에 대비하여, 인장력이 감소되면, 2개(또는 심지어 2개 이상)의 동력 발생 장치가 직열로 사용되어, 발생되는 힘과 압력이 높지 않으므로, 인장력은 개별 동력 발생 장치를 따라 분포된다.

하나의 스프링 부재를 대신하여, 복수의 스프링 부재를 제공하는 것이 가능하다. 예를 들면, 피스톤, 선형 모터 또는 나사산을 갖는 로드가 중앙부에 위치되어 있고, 매체 인장력이 발생될 때, 2개의 스프링 부재가 제공된다. 인장력이 커지면 커질수록, 스프링 부재가 압축되거나 또는 펼쳐지는 범위가 크게 되어, 하나의 스프링 부재가 인장력이 작을 때는 물론 인장력이 높을 때에도 사용될 수 있다. 또한, 그러나, 이런 식으로 상이한 인장력 및 바람 강도에 대한 최적화를 달성하기 위하여, 가변될 수 있는 스프링력을 제공하는 것이 가능하다.

스프링 상수가 연속적을 가변될 수 있는 기계적인, 특히 금속제 스프링을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 바람직한 일 실시예에서, 스프링은 압축-공기 스프링이다. 스프링 특성은 스프링 피스톤 애의 압력에 의하여 각각의 바람 조건에 대응될 수 있다. 카이트식 부재의 작동점은 바람 속도에 따라, 상당히 가변될 수 있다. 상이한 풍속에서 동일한 배치로 동력을 발생할 수 있도록 하기 위하여 가변식 스프링이 바람직하다.

또한, 피스톤이 원래 위치로 이동될 수도 있고, 또는 복귀 구동(return drive)을 위하여 가압 유체 리저버 내에 위치되는 가압 유체의 일부를 사용함으로써, 스프링력을 사용하는 대신에 또는 스프링력을 사용하는 외에, 공기 색(air sack)이 펼쳐질 수 있다. 이러한 구조가 동력을 발생시키는데 사용될 수 있도록 하기 위하여, 물론 복귀 구동은 인장력이 비교적 약할 때에 발생되어야 한다.

유압 유체, 특히 유압 오일이 가압 유체로서 바람직하게 사용된다. 이것은 실제로 작은 구조 및 높은 작용력에 대하여 작은 무게를 갖는 장점을 가지고 있다(높은 압력에 의하여, 신속한 제어 성능, 및 유압 유체의 비압축성 때문에, 목적이 도달된 제어 상태를 유지하는데 있을 때, 어떠한 동력 소모도 없음). 밸브가 닫히면, 이러한 제어 상태가 특히 바람직한 방식으로 유지된다. 추가 장점은 개별 부품에 대한 광범위한 적응성뿐만 아니라, 양호하고 널리 사용되는 산업 표준이다.

유압 유체가 유체로서 사용되면, 유압 에너지를 직접 저장하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위하여 종래의 산업 저장 수단이 사용될 수 있고, 유압 유체외에 또 압축 가스도 포함한다. 동력 발생 장치는 상기 리저버에 에너지를 저장할 수 있어, 압력을 증가시킬 수 있다. 유압 유체가 상기 리저버로부터 인출되면, 압력이 감소되고, 대응하는 에너지가 사용될 수 있다. 카이트식 부재가 중력의 방향 및, 시간의 경과에 따른 원심력의 방향 및 크기에 신속하게 변화될 수 있는 동적인 시스템이기 때문에, 유압 유체가 가요성 호스를 통하여 인출되는 것이 바람직하고, 상기 호스의 단부는 추에 의하여 보다 무거워진다. 유압 유체가 압축성 가스보다 더 무겁기 때문에, 더 무겁게 만들어진 호스의 단부는 항상 유압 유체 공급부 내에 위치된다. 이러한 목적은 유압 유체가 임의의 조작 상태(maneuver state) 또는 비행 상태에서 인출될 수 있다는 것을 보장하는데 있다. 다른 일 실시예에서, 압축성 가스는 막(membrane)에 의하여 유압 유체와 분리될 수 있다. 리저버로부터 유압 유체를 인출하기 위하여 호스가 리저버의 액체 영역 내에 위치되면, 따라서 유압 유체가 임의의 조작 상태 및 비행 상태에서 인출될 수 있고, 제어 목적을 위하여 사용될 수 있는 것을 보장하는 것도 가능하다.

인장력이 균일하면, 어떠한 동력도 얻을 수 없다. 그러나, 이와 같은 상태는 좀처럼 발생되지 않는다. 그러나, 바람이 매우 일정하고 파동 운동이 거의 없다면, 인장력의 변동은 카이트식 부재를 제어할 정도의 충분한 동력을 얻는데 충분하지 않을 수 있다. 이 경우, 윈치가 선박에 제공될 수 있고, 밧줄을 끌어당기거나 또는 풀어냄으로써 밧줄의 인장력을 변화시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 윈치는 동력을 적용하는데 사용되고, 그 다음 상기 동력은 밧줄을 통하여 동력 발생 장치로 전달된다.

바람직한 일 실시예에서, 높은 질량 관성 및 높은 유지력이 소요되는 단점을 포함하고, 가변하는 인장력, 즉 선박으로부터 포드로의 진동 에너지를 전달하는 윈치를 사용하기보다는 오히려, 개별 유압 스탬프(stamp)가 제공되는데, 상기 유압 스탬프는 밧줄에 작동되고 펄스에 의하여 에너지를 전달한다. 다른 실시예에서, 또는 부가적으로, 캐리지(carriage)에 배치되는 윈치를 제공할 수 있는데, 상기 캐리지 상에서 상기 윈치는 후방으로 및 전방으로 이동될 수 있는데, 이것은 유압 스탬프의 도움으로 실행될 수 있다. 이것은 동력을 전달할 뿐만 아니라 밧줄이 선박에 작용되는 지점을 이동시키는 것도 가능하게 만든다.

본 발명에 따른 동력 발생 장치에 의하여 전력이 발생되면, 카이트식 부재에 배치되는 충전식 배터리에 동력을 저장하는 성능을 가지는 것이 간편하게 된다. 카이트식 부재에 발생되는 동력의 저장이 필수적인데, 이러한 동력의 저장은, 예를 들면 카이트식 부재가 은폐되어 있을 때, 에너지 수율이 낮은 기간을 연결하는 것을 가능하게 만들기 때문이다. 또한 상기 저장은 동력 발생 장치가 고장난 상태에서 및 카이트를 안전하게 복구하는 목적을 갖는 상태에서도 중요하다. 에너지 저장은 이러한 목적을 위하여 소요되는 저장 에너지를 제공할 수 있다.

동력 발생 및 저장을 위하여 상기에서 설명된 성능에 대안으로 또는 부가적으로, 에너지를 저장하도록 구성되는 스프링을 갖는 동력 발생 장치를 제공하는 것이 가능하다. 이와 같이 스프링 형태의 에너지 저장 장치는 그 힘 또는 그 토크를 실질적으로 즉시에 해제할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 저장된 에너지가 소모될 때까지 힘 또는 토크는 유효하다. 또한, 스프링 형태의 에너지 저장 장치는, 비교적 무게가 가볍다는 장점을 가지고 있다. 이것은 매우 무거운 유압 장치의 단점을 방지하는 것을 가능하게 만들고, 동일한 양의 에너지가 더 작은 무게를 갖지만 동일한 힘 또는 토크를 가지고, 발생될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서, 스프링은 압축 또는 펼침(stretching)에 의하여 에너지를 저장하는 헬리컬 스프링(helical spring)이다.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 스프링은 스파이럴 스프링(spiral spring)이고, 상기 스프링 단부 중 일단부는 본래 원통형 하우징 벽과 상호 작용되고 그 타단부는 하우징의 중심축에 연결된다.

본 발명은 개략적으로 도시된 첨부 도면을 참조하여, 바람직한 실시예를 사용하여 다음 상세한 설명에서 예시적으로 설명된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 구조를 도시한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예의 구조를 도시한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예의 구조를 도시한다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예를 도시한다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예를 도시한다.

도 6은 도 5에 도시된 실시예에 사용될 수 있는 나선형 스프링 스토어를 도시한다.

도 7은 본 발명의 제6 실시예를 도시한다.

도 1은 피스톤/실린더 유닛(1) 형태의 동력 발생 장치를 도시한다. 이 경우, 실린더(2)는 밧줄(3)에 연결되고, 피스톤(4)은 케이블(15)을 통하여 카이트식 부재, 또는 그 컨트롤 로드(control rod)에 연결된다. 피스톤(4)은 압축 스프링(5)에 의하여 왼쪽으로 가압된다. 실린더(2)는 제1 비-리턴 밸브(6)에 의하여 대기에 연결되고, 제2 비-리턴 밸브(7)에 의하여 압축-가스 리저버(8)에 연결된다. 피스톤(4)이 도시된 위치에 있을 때 인장력이 증가되면, 피스톤(4)은 스프링력(5)에 반하여 오른쪽으로 당겨지고, 실린더(2) 내에 위치되는 가스를 비-리턴 밸브(7)를 통하여 가압 리저버(8)로 몰아 낸다. 압력이 감소되면, 피스톤(4)은 압축 스프링(5)에 의하여 다시 왼쪽으로 원래대로 이동되고, 실린더 내의 압력은 감소되고, 왼쪽으로 충분히 더 편향된 후, 새로운 공기가 비-리턴 밸브(6)를 통하여 흡입된다. 그 다음 압축 공기(8)는 라인(9)을 통하여 컨트롤 부재로 통과되거나, 또는 전력을 생성하기 위하여 제너레이터(generator)로 통과될 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, 피스톤/실린더 유닛(1)은 2개의 압축 스프링(5)을 가지고 있다. 가압력이 중간 레벨에 있다면, 이 경우 피스톤(4)은 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더(2)의 중앙에 위치된다. 이 경우, 공기를 흡입하기 위하여, 비-리턴 밸브(6)가 피스톤(4)의 양측에 제공되고, 가압 리저버(pressurized reservoir)(8) 내로 공기를 가압하기 위하여 비-리턴 밸브(7)가 제공된다. 가압력이 증가되면, 공기는 도 2의 왼쪽에 도시된 실린더 용적 내로 흡입되고, 공기는 오른쪽에 도시된 용적에서 압축되고, 가압 리저버(8)로 통과된다. 가압력이 감소되면, 공기는 오른쪽 실린더 내로 흡입되고, 공기는 왼쪽 실린더 용적에서 압축되고 가압 리저버(8)로 통과된다.

도 3에 도시된 실시예에서, 나사산을 갖는 로드(11)가 압축 스프링(5)에 의하여 부하를 받고 있고, 슬라이드 될 수 있도록 하우징(10) 내에 장착되고, 피니언(12)을 통하여, 도시되지 않은 전기 제너레이터를 구동한다. 인장력이 증가되면, 상기 나사산을 갖는 로드(11)는 오른쪽으로 이동되어, 피니언(12)을 회전시켜, 전기가 생성된다. 인장력이 감소되면, 스프링력(5)은 나사산을 갖는 로드(11)를 반대 방향으로 이동시켜, 피니언(12)을 회전시키며, 따라서 마찬가지로 전기를 생성한다.

도 4, 도 5 및 도 6은 에너지 저장용 스프링의 사용을 도시한다. 저장된 에 너지는 상기에 설명된 동력 발생 장치의 실시예의 대안으로 또는 부가적인 실시예로 사용될 수 있다.

대체로, 판스프링, 헬리컬 스프링 또는 스파이럴 스프링(spiral spring)이 스프링의 형태로 에너지 저장 장치로서 사용될 수 있다. 판스프링은 굽힘(bending)에 의하여 에너지를 흡수하고 배출하며, 여기에서 더 이상 상세하게 설명되지 않는 하나의 선택이다. 도 4는 헬리컬 스프링의 사용을 도시하는데, 상기 헬리컬 스프링은 압축에 의하여 에너지를 흡수하고 배출한다. 그러나, 에너지는 스프링의 펼침(stretching)에 의하여 저장될 수도 있다. 에너지를 저장하는데 사용되는 헬리컬 스프링(16)은, 카이트식 부재의 포드(pod)에 연결되는 하우징(17) 내에 배치되거나, 또는 포드의 부품이며, 상기 포드에 의하여 카이트식 부재가 제어된다. 상기 밧줄(3)은 스프링(16)에 부하를 인가한다. 이 경우, 밧줄(3)에 의하여 인가되는 힘이 스프링에 의하여 이미 제공된 응력보다 크면, 스프링 단부 플레이트(18)는 도 4의 아래쪽으로 당겨지고, 프로세서에서 래칭 돌출부(latching projections)(19) 내에 래치된다. 밧줄(3)에 의하여 발생되는 인장력이 스프링의 응력보다 클 때에는 언제나, 단부 플레이트(18)는 아래쪽으로 더 당겨지고, 더 많은 에너지가 저장된다. 동력이 필요하게 되면, 단부 플레이트의 래치가 분리되어, 플레이트(18)가 스프링력에 의하여 위쪽으로 이동되며, 따라서 동력 발생 장치(20)를 작동시킨다. 이러한 동력 발생 장치는, 예를 들면 유압 실린더일 수 있고, 또는 (적당한 편향 장치를 통하여)케이블이 응력을 받게 되고, 그에 의하여 플랩(flaps) 등이 작동된다.

도 4에 도시된 에너지 저장 장치는 대체로 균일한 스프링 특성을 가지고 있다. 카이트식 부재가 매우 다양한 바람 조건으로 나부낄 때, 즉 동력을 얻기 위하여 사용될 수 있는 인장력의 크기가 변동이 심할 때, 상기 균일한 스프링 특성을 갖는 것은 단점일 수 있다. 이러한 상태에서 최적으로 동력이 얻어지는 것을 보장하기 위하여, 한가지 바람직한 변형예는, 스프링이 밧줄에 의하여 직접 부하를 받지 않고, 카이트로부터 스프링 상수를 인장력에 대응하게 할 수 있는 전달 장치에 의하여 부하를 받는 것이다. 인장력이 작용되는 지점으로 이동될 수 있는, 스프링에 부하를 인가하도록 레버를 사용하는 것이 보다 간단하다. 스프링은 힘이 레버 상에 작용하는 위치를 변경함으로써 항상 최적으로 부하를 받을 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 가변하는 인장력은 첫째로 회전 운동으로 변환된다. 이것은 밧줄과 카이트식 부재 사이에 탄성 부재(5)(바람직하게는 가변하는 스프링 상수를 갖는 공압식 스프링)를 연결함으로써 달성될 수 있다. 이 경우, 스프링(5)은 하우징(17) 내에 일단 다시 배치된다. 밧줄(3)의 힘은 단부 플레이트(18)에 작용되는데, 상기 단부 플레이(18) 상에 나사산을 갖는 로드(11)가 배치된다. 상기 나사산을 갖는 로드(11)는, 도 6에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 스파이럴 스프링을 갖는 에너지 저장 장치(22)의 기어휠(gearwheel)에 작동된다. 적당히 높은 인장력이 밧줄(3)에 발생되면, 플레이트(18)는 상기 나사산을 갖는 로드(18)와 함께 아래쪽으로 당겨지며, "따라서 스파이럴 스프링 저장 장치를 단단하게 조인다." 인장력이 감소되면, 플레이트(18)는 스프링(5)에 의하여 다시 위쪽으로 이동되며, 이 프로세스 동안 스파이럴 스프링에 저장되는 에너지는 자유자재로 움직 일 수 있는 특성 때문에 변화되지 않는다.

도 5의 에너지 저장 장치는 도 6에 보다 상세하게 도시되어 있다. 스파이럴 스프링(22)의 일단부는 하우징(24)의 중심축(23)에 연결되는데, 상기 스파이럴 스프링(22)은 하우징(24)의 내부에 위치된다. 나사산을 갖는 로드(11)가 아래쪽으로 이동되면, 하우징(24)은 시계 방향으로 회전된다. 이 경우 캐치(catch)(25)는 래치(latches)(26)에 의하여 지지되고 시계 방향으로 이동되며, 따라서 스프링에 부하를 인가한다. 이 과정 동안, 래치(26)에 의하여 생성되는 응력이 더 이상 존재하지 않더라도, 도시되지 않은 래칭 수단(latching means)은 캐치(25)가 반시계 방향으로 이동되는 방지한다. 이때는 상기 나사산을 갖는 로드(11)가 위쪽으로 이동되고 하우징(24)이 반시계 방향으로 회전되는 순간의 상태이다. 이 경우, 캐치(25)는 래칭 돌기부(26)를 따라 슬라이드 될 수 있다. 하우징(24)의 원래 위치가 복귀되어, 인장력이 충분히 커면 가능한 한 빨리 추가 응력이 다시 스파이럴 스프링(22)에 인가될 수 있다. 이 경우 부하가 인가된 스프링(22)의 토크는 중심축(23)에 연속적으로 작동되어, 여기서 동력을 항상 끌어낼 수 있고, 한편 새로운 에너지가 나사산 형성된 로드(11)에 의하여, 외부로부터 동시에 공급될 수 있다.

또한 하우징(24)의 회전 운동을 사용하는 것도 가능한데, 상기 하우징(24)의 회전 운동에 의하여 스프링이 부하를 받아, 동력을 얻는다. 이 경우, 캐치(25)의 록킹은 해제되어, 스프링을 무부하 상태로 만들고 축으로부터 동력을 얻는 것을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 실시예는 동력이 얻어지는 동안 새로운 에너지를 공급하는 것이 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점은 본 발명에 따른 실 시예로 방지되는데, 상기 실시예에서 동력은 중심축(23)에 의하여 끌어내게 된다. 이러한 구조가 선택되면, 다수의 작동 상태가 존재한다:

ⅰ. 무부하 및 정지: 스파이럴 스프링(22)이 무부하되고, 전체 시스템이 정지된다.

ⅱ. 스프링(22)이 무부하된다: 스파이럴 스프링(22)이 감기고 에너지를 저장하고 있다.

ⅲ. 스프링이 무부하된다: 스파이럴 스프링(22)이 무부하되고, 이 경우 그 하우징(24) 내에서 회전되고, 동력을 얻는 장치가 축(23)과 함께 자유로이 회전된다.

ⅳ. 스프링이 부하되고 무부하된다: 스파이럴 스프링(22) 일측(25에서)에서 감기고, 한편 동시에 스파이럴 스프링은 무부하된다(23에서).

도 7은 피에조 요소(piezo-element)(27)의 형태의 동력 발생 장치를 도시한다. 피에조 요소(27)에 작용하는 기계적인 응력이 변화되면, 전력이 발생된다. 전력은 라인(28)을 통하여 저장 수단(29)에 전달되고, 상기 저장 수단(29)에 저장된다.

본 발명은 밧줄에 의하여 선박에 연결되는 카이트식 부재를 가지는 선박에 이용될 수 있다.

Claims

밧줄(3)에 의하여 선박에 연결되는 카이트식 부재(kite-like element)를 가지는 선박에 있어서,

상기 카이트식 부재는 조절 기구 및 동력 발생 장치(1)를 구비하고,

상기 동력 발생 장치(1)는, 상기 밧줄(3)에 인가되는 인장력의 변화가 있을 때 동력을 발생하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,

상기 동력 발생 장치(1)는 스프링-부하식 피스톤(spring-loaded piston)(4)을 갖는 피스톤/실린더 유닛(2, 4)을 가지고 있고,

상기 실린더(2)는 상기 밧줄(3)에 연결되고 상기 피스톤(4)은 상기 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 상기 실린더(2)는 상기 카이트식 부재에 연결되고 상기 피스톤(4)은 상기 밧줄(3)에 연결되고, 상기 실린더(2)는 비-리턴 밸브(non-return valve)(7)를 통하여 가압 유체 리저버(reservoir)(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항에 있어서,

상기 피스톤(4)에 의하여 분리되는 2개의 실린더 용적은, 각각 비-리턴 밸브(7)를 통하여 상기 가압 유체 리저버(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,

상기 동력 발생 장치는 기밀식 덮개를 갖는 색-형 구조체(sack-like structure)를 가지고 있고, 상기 동력 발생 장치의 일단부는 상기 밧줄(3)에 연결되고 상기 동력 발생 장치의 타단부는 상기 카이트식 부재에 연결되고,

상기 동력 발생 장치는, 탄성 스프래딩 부재(elastic spreading elements)에 의하여 넓혀지고, 인장력이 발생될 때 서로 이격되게 당겨져, 용적을 감소시키고, 비-리턴 밸브(7)를 통하여 가압 유체 리저버(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,

상기 동력 발생 장치는 스프링 부하식 가동부(moving part)를 갖는 선형 제너레이터를 구비하고,

고정자(stator)가 상기 밧줄(3)에 연결되고 상기 가동부가 상기 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 고정자가 상기 카이트식 부재에 연결되고 상기 가동부가 상기 밧줄(3) 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,

동력 발생 장치는 구성요소(10) 내에서 이동될 수 있고 상기 구성요소(10)에 장착되는 피니언(12)을 통해서 제너레이터를 구동하도록 나사산을 갖는 스프링-부 하식 로드(11)를 가지고 있고,

상기 구성요소(10)가 상기 밧줄(3)에 연결되고 상기 나사산을 갖는 로드(11)가 상기 카이트식 부재에 연결되거나, 또는 상기 구성요소(10)가 상기 카이트식 부재에 연결되고 상기 나사산을 갖는 로드(11)가 상기 밧줄(3)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,

상기 동력 발생 장치는 피에조 요소(piezo-element)(27)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가압 유체 리저버(8)는 전력을 발생하기 위하여 제너레이터(generator)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항, 제3항, 제4항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

공기가 상기 유체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 동력 발생 장치(1)가 병열로 또는 직렬로 배치되어 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항, 제3항, 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 스프링 부재(5)가 스프링 부하를 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항 내지 제6항 및 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스프링력은 가변적인 것을 특징으로 하는 선박.
제2항, 제3항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스프링은 압축-공기 스프링인 것을 특징으로 하는 선박.
제2항, 제3항, 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스프링을 대신하여, 또는 상기 스프링외에, 상기 가압 유체 리저버(8) 내의 유체의 일부가 상기 동력 발생 장치(1)를 재설정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 선박.
제2항, 제3항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유체는 유압 유체이고, 특히 유압 오일인 것을 특징으로 하는 선박.
제15항에 있어서,

상기 가압 유체 리저버는 유압 유체용 에어 쿠션(air cushion)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제16항에 있어서,

상기 유압 유체는 가요성 호스의 도움으로 상기 가압 유체 리저버로부터 인출되고, 상기 호스의 단부는 추에 의하여 보다 무거워지는 것을 특징으로 하는 선박.
제16항에 있어서,

상기 유압 유체 및 상기 에어 쿠션은 막(membrane)에 의하여 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

윈치(winch)가 상기 선박에 제공되고, 상기 밧줄(3)을 끌어당기거나 또는 풀어냄으로써 상기 밧줄(3)의 인장력을 변화시키는데 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밧줄(3)의 인장력은 유압 스탬프(stamp)에 의하여 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 윈치는 전방으로 및 후방으로 이동될 수 있고, 특히 캐리지(carriage)에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 카이트식 부재는 전기 에너지의 저장을 위한 충전식 배터리를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 동력 발생 장치(1)는 에너지를 저장하도록 구성되는 스프링(16, 22)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
제23항에 있어서,

상기 스프링은, 압축 또는 펼침에 의하여 에너지를 저장하는 헬리컬 스프링(helical spring)(16)인 것을 특징으로 하는 선박.
제23항에 있어서,

상기 스프링은 스파이럴 스프링(spiral spring)(22)이고, 상기 스파이럴 스프링의 일단부는 원통형 하우징 벽(24)과 상호 작동되고 상기 스파이럴 스프링의 타단부는 상기 하우징(24)의 중심축(23)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.