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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft und ein Verfahren zu deren Steuerung zum Erzeugen und Speichern von Druckluft von der Energie von Wellen, um die Energie der dringenden Wellen weitreichend zu nutzen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Der weltweite Energieverbrauch steigt von Jahr zu Jahr. Aufgrund des Anstiegs bei den CO2-Emissionen, der von der Zunahme bei der Nutzung fossiler Brennstoffe, wie beispielsweise Öl, Kohle und Erdgas, verursacht wird, ist die Erderwärmung mittlerweile zu einem Problem geworden. Derweil besteht die Sorge, dass diese fossilen Brennstoffe aufgrund ihrer Erschöpfung knapp werden. Vor diesem Hintergrund wird die Nutzung erneuerbarer Energie weltweit aktiv gefördert. Unter den erneuerbaren Energien umfassen die natürlichen Energien, die von Naturphänomenen erhalten werden, Sonnenlicht und -wärme, Windkraft, Gezeitenkraft, Wellenkraft und Geothermiekraft, und mit ihnen wird als saubere Energieressourcen gerechnet, bei denen keine Sorge einer Erschöpfung besteht.
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Während unter den natürlichen Energien die Leistungserzeugungsmenge von Solarkrafterzeugung und Windkrafterzeugung in hohem Maße durch äußere Faktoren beeinflusst wird, ist Wellenkrafterzeugung relativ stabil und die Flächeneffizienz beträgt ein Vielbis mehrere Dutzendfaches. Japan, das ein Inselland ist, verfügt über ein hohes Potenzial für die Nutzung von Ozeanenergie.
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Es bestehen indes Probleme in Verbindung zu den Einrichtungskosten für die Einrichtung im Ozean, Korrosion aufgrund des ständigen Kontakts mit Meerwasser, Instandhaltungskosten in Verbindung mit der Gewährleistung der langfristigen Zuverlässigkeit, wie beispielsweise regelmäßige Instandhaltung aufgrund von Fremdmaterial, wie beispielsweise Schalentiere, Rankenfußkrebse und Staub, und mit der Sicherheit gegen Wetterextreme, wie beispielsweise Taifune.
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Als ein System, das Elektrizität durch Nutzung der Kraft der dringenden Wellen im Stand der Technik erzeugt, besteht ein System, das Elektrizität durch Erzeugung von Druckluft unter Verwendung eines Welleneinführungskastens und Drehen einer Schaufelwindturbine unter Verwendung der Druckluft erzeugt (siehe zum Beispiel ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-20360).
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7 ist eine Ansicht, die ein Leistungserzeugungsverfahren veranschaulicht, das Wellenkraft im Stand der Technik nutzt, wie in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2014-20360 beschrieben.
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In 7 veranschaulicht 7(a) einen Welleneinführungskasten und 7(b) veranschaulicht ein Beispiel, in dem der Welleneinführungskasten in einer Küstenstruktur eingerichtet ist, und das gesamte System, in dem eine Vielzahl von Welleneinführungskästen eingerichtet sind. Der Welleneinführungskasten 101 weist eine trichterförmige Struktur auf, die sich von dem Welleneinführungskasteneinlass 102 hin zum hinteren Teil scharf verengt. Ferner ist ein Druckluft-Lüftungsrohr 103 bereitgestellt, das einen düsenförmigen Druckluftauslass am Spitzenende umfasst, das oberhalb des hinteren Endes des Welleneinführungskastens 101 verbunden ist. Die Schaufelwindturbine 104 ist an der Spitze des Druckluftauslasses des Druckluft-Lüftungsrohrs 103 angeordnet und der Generator 105, der sich mit der Drehkraft der Schaufelwindturbine 104 dreht, um Elektrizität zu erzeugen, ist mit der Schaufelwindturbine 104 verbunden.
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Die Luft wird durch die Welle, die zum Welleneinführungskasteneinlass 102 dringt, in den hinteren Teil gedrückt, die hineingedrückte Druckluft durchquert das Druckluft-Lüftungsrohr 103, die von dem Druckluftauslass des Druckluft-Lüftungsrohrs 103 ausgestoßene Luft wird auf die Windturbine 104 geblasen, um das Drehen der Schaufelwindturbine 104 in eine Richtung fortzusetzen, und dementsprechend erzeugt der Generator 105 Elektrizität.
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Wie in dem Einrichtungsbeispiel von 7(b) ist es durch Anordnen einer Vielzahl von Welleneinführungskästen 101 in der Höhenrichtung oder durch Bereitstellen eines vertikalen Bewegungsmechanismus oder durch paralleles Anordnen einer Vielzahl von Welleneinführungskästen 101 in der Breitenrichtung gemäß der Höhe des Wasserstands möglich, jederzeit Wellen zu empfangen und die Vielzahl von Schaufelwindturbinen 104 ununterbrochen zu drehen, und somit ist jederzeit eine stabile Leistungserzeugung möglich.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren zum Steuern einer Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft bereitgestellt, die einen Wellenempfangskasten, der einen Wellenempfangskasten-Einlassteil aufweist, der hin zum Meer offen ist und das Dringen einer Welle empfängt, einen von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil hin zu einer stromabwärtigen Seite mit Meerwasser gefüllten Raum aufweist und an der Küste versenkt ist, ein hohles Luftverdichtungsrohr, in dem ein unteres Rohr eingestellt ist, um eine breitere Strömungsweg-Querschnittsfläche aufzuweisen als diejenige eines oberen Rohrs, eine Luftdrossel bereitgestellt ist, die das untere Rohr und das obere Rohr in einer verjüngten Form miteinander verbindet, das untere Rohr aufrecht mit einem oberen Teil auf der stromabwärtigen Seite des Wellenempfangskastens verbunden ist, und Luft verdichtet wird, um Druckluft zu bilden, eine Druckmessvorrichtung, die einen Druck des Luftverdichtungsrohrs misst, eine Luftsaugöffnung, die mit einem oberen Ende des Luftverdichtungsrohrs verbunden ist und mit einem ersten Rückschlagventil versehen ist, um die Luft von einer Außenseite des Luftverdichtungsrohrs zu saugen, ein Luftablassrohr, das mit dem oberen Ende des Luftverdichtungsrohrs verbunden ist und mit einem zweiten Rückschlagventil versehen ist, um die verdichtete Luft von einem Inneren des Luftverdichtungsrohrs abzulassen, einen Druckluft-Speichertank, der stromabwärts des Luftablassrohrs eingerichtet ist und mit der von dem Luftverdichtungsrohr abgelassenen Druckluft gefüllt ist, ein Druckrückführohr, das den Druckluft-Speichertank und das Luftverdichtungsrohr miteinander verbindet, ein Druckrückführ-Schaltventil, das in der Mitte des Druckrückführrohrs bereitgestellt ist und einen Strömungsweg des Druckrückführrohrs öffnet und schließt, und einen Druckluftnutzer umfasst, der in einem Strömungsweg auf einer stromabwärtigen Seite des Druckluft-Speichertanks bereitgestellt ist und die Druckluft nutzt, wobei das Verfahren umfasst: Saugen der Luft von der Luftsaugöffnung in das Luftverdichtungsrohr während eines Rücklaufs; Öffnen des Druckrückführ-Schaltventils nach dem Bestätigen des Ansaugens der Luft mit der Druckmessvorrichtung; Rückführen eines Teils der in den Druckluft-Speichertank gefüllten Druckluft in das Innere des Luftverdichtungsrohrs durch das Druckrückführrohr; und Absenken einer Wasseroberfläche in dem Luftverdichtungsrohr, um niedriger als die Luftdrossel zu sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft bereitgestellt, die umfasst: einen Wellenempfangskasten, der einen Wellenempfangskasten-Einlassteil aufweist, der zum Meer hin offen ist und das Dringen einer Welle empfängt, einen von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil hin zu einer stromabwärtigen Seite mit Meerwasser gefüllten Raum aufweist, und an der Küste versenkt ist; ein hohles Luftverdichtungsrohr, in dem ein unteres Rohr eingestellt ist, um eine breitere Strömungsweg-Querschnittsfläche aufzuweisen als diejenige eines oberen Rohrs, eine Luftdrossel bereitgestellt ist, die das untere Rohr und das obere Rohr in einer verjüngten Form miteinander verbindet, das untere Rohr aufrecht mit einem oberen Teil auf der stromabwärtigen Seite des Wellenempfangskastens verbunden ist, und Luft verdichtet wird, um Druckluft zu bilden; eine Druckmessvorrichtung, die einen Druck des Luftverdichtungsrohrs misst; eine Luftsaugöffnung, die mit einem oberen Ende des Luftverdichtungsrohrs verbunden ist und mit einem ersten Rückschlagventil versehen ist, um die Luft von einer Außenseite des Luftverdichtungsrohrs anzusaugen; ein Luftablassrohr, das mit dem oberen Ende des Luftverdichtungsrohrs verbunden ist und mit einem zweiten Rückschlagventil versehen ist, um die Druckluft von einem Inneren des Luftverdichtungsrohrs abzulassen; einen Druckluft-Speichertank, der stromabwärts des Luftablassrohrs eingerichtet ist und mit der von dem Luftverdichtungsrohr abgelassenen Druckluft gefüllt ist; ein Druckrückführrohr, das den Druckluft-Speichertank und das Luftverdichtungsrohr miteinander verbindet; ein Druckrückführ-Schaltventil, das in der Mitte des Druckrückführrohrs bereitgestellt ist und einen Strömungsweg des Druckrückführrohrs öffnet und schließt; einen Druckluftnutzer, der in einem Strömungsweg auf einer stromabwärtigen Seite des Druckluft-Speichertanks bereitgestellt ist und die Druckluft nutzt; eine Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung, die in dem Luftverdichtungsrohr eingerichtet ist und einen Wasserpegel in dem Luftverdichtungsrohr feststellt; und eine Steuerungsvorrichtung, die das Druckrückführ-Schaltventil basierend auf dem von der Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung festgestellten Wasserpegel in dem Luftverdichtungsrohr steuert.
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Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft bereitgestellt, die umfasst: eine Wellenhöhen-Messvorrichtung zum Messen einer Wellenhöhe; und eine Steuerungsvorrichtung, die einen Druck im Inneren des Luftverdichtungsrohrs zum Senken eines Wasserpegels in dem Luftverdichtungsrohr basierend auf der von der Wellenhöhen-Messvorrichtung gemessenen Wellenhöhe senkt, um niedriger als die Luftdrossel zu sein, und das Druckrückführ-Schaltventil derart steuert, dass ein durch die in dem Luftverdichtungsrohr eingerichtete Druckmessvorrichtung gemessener Druckwert der gleiche wie der Druck im Inneren des Luftverdichtungsrohrs wird, anstatt der Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung und der Steuervorrichtung, die vorhergehend beschrieben wurden.
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Figurenliste
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- 1(a) ist eine Übersicht einer Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Luftverdichtungsrohrs gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Ansicht einer Luftströmung während einer voreilenden Welle gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
- 3 ist eine Ansicht, die eine Luftströmung während eines Rücklaufs gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 4 ist eine Ansicht, die eine Luftströmung von einem Druckrückführrohr gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 5 ist eine Übersicht einer Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
- 6 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Wellenhöhe und einem Druckwert des Luftverdichtungsrohrs gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
- 7(a) ist eine Ansicht, die einen Welleneinführungskasten des Standes der Technik veranschaulicht, der in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2014-20360 beschrieben ist, und 7(b) ist eine Ansicht, die einen Küsteneinrichtungszustand einer Wellenkrafterzeugungsvorrichtung des Standes der Technik veranschaulicht, der in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2014-20360 beschrieben ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNGEN
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Da in der Ausgestaltung des Standes der Technik der Welleneinführungskasten 101 an einer Position eingerichtet werden muss, an der die Welle Luft mitführt, muss eine Öffnung des Welleneinführungskasteneinlasses 102 aus der Meeresoberfläche herausschauen. In Bezug auf den schwankenden Wasserstand werden eine Vielzahl von Welleneinführungskästen 101 parallel in der Höhenrichtung eingerichtet oder es wird ein vertikaler Bewegungsmechanismus verwendet. Beim Ersteren besteht ein Problem, dass ein Welleneinführungskasten vorhanden ist, der nicht zur Leistungserzeugung beiträgt und nicht effizient ist, und beim Letzteren besteht ein Problem, dass die Vorrichtung kompliziert wird und sich die langfristige Zuverlässigkeit verschlechtert. Durch Einrichten einer Vielzahl von Welleneinführungskästen 101 parallel in der horizontalen Richtung und Schicken der verdichteten Luft zu einer Schaufelwindturbine 104 ist es, sogar wenn Schwankungen bei der Wellengröße oder -periode auftreten, möglich, das Schicken der verdichteten Luft von dem Welleneinführungskasten 101, der die Welle empfängt, zu der Schaufelwindturbine 104 fortzusetzen. Somit ist die Leistungserzeugungseffizienz in Bezug auf die Einrichtungsfläche schlecht.
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Die vorliegende Erfindung löst die vorhergehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik und eine Aufgabe davon besteht darin, eine Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft und ein Verfahren zu deren Steuerung bereitzustellen, die die Wellenkraft effizient als Druckluft speichern und nutzen können, mit einer einfachen Ausgestaltung, ohne von Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen beeinträchtigt zu werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Ausführungsform 1)
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1 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1(a) ist eine Übersicht der Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft, und 1(b) ist eine vergrößerte Ansicht des Luftverdichtungsrohrs 3. Die Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft umfasst den Wellenempfangskasten 1, das Luftverdichtungsrohr 3, die Druckmessvorrichtung 7, die Luftsaugöffnung 8a, das Luftauslassrohr 9, den Druckluft-Speichertank 11, das Druckrückführrohr 12, das Druckrückführ-Schaltventil 13 und den Druckluftnutzer 14.
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In 1(a) und 1(b) ist der im Küstenmeer versenkte Wellenempfangskasten 1 eingerichtet. Der Wellenempfangskasten 1 ist ein rechtwinkliges Element mit der Form eines Quaders und weist den Empfangskasten-Einlassteil 2 auf, der hin zum Meer geöffnet ist und das Drücken und Ziehen der Welle 19 auf einer Seitenoberfläche empfängt. Der Wellenempfangskasten 1 umfasst eine Meerwasser-Füllkammer 1a als einen Raum, der von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil 2 hin zum hinteren Teil (das heißt der stromabwärtigen Seite) mit Meerwasser gefüllt wird.
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Das Luftverdichtungsrohr 3 ist mit dem oberen Teil der Meerwasser-Füllkammer 1a des Wellenempfangskastens 1 auf der hinteren Seite (das heißt, dem Endabschnitt der stromabwärtigen Seite) verbunden. Das Luftverdichtungsrohr 3 ist ein hohles Rohr, das aufrecht von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil 2 senkrecht zur stromabwärtigen Richtung, zum Beispiel in der vertikalen Richtung, eingerichtet ist, und ist dazu ausgestaltet, hin zu der stromabwärtigen Seite, das heißt von unten nach oben, gerichtet zu sein und mit dem unteren Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5, der Luftdrossel 4 und dem Luftverdichtungsrohr-Oberteil 6 in dieser Reihenfolge verbunden zu sein. Der Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 weist einen breiteren Strömungsweg-Querschnitt als derjenige des Luftverdichtungsrohr-Oberteils 6 auf und der Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 und der Luftverdichtungsrohr-Oberteil 6 sind durch die Luftdrossel 4 mit einer kegelförmigen Oberfläche verbunden.
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Der Luftverdichtungsrohr-Oberteil 6 des Luftverdichtungsrohrs 3 umfasst die Druckmessvorrichtung 7 zum Messen des Drucks innerhalb des Luftverdichtungsrohr-Oberteils 6 und, wie nachfolgend beschrieben, kann das Messergebnis als Information zum Bestimmen des Unterdrucks und des Umgebungsdrucks verwendet werden.
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Am oberen Ende des Luftverdichtungsrohr-Oberteils 6 des Luftverdichtungsrohrs 3 sind das Luftsaugrohr 8, das als eine Luftsaugöffnung 8a wirkt, und das Luftabsaugrohr 9 bereitgestellt, das als eine Luftablassöffnung wirkt. Das erste und das zweite Rückschlagventil 10a und 10b sind in der Mitte des Luftsaugrohrs 8 beziehungsweise des Luftablassrohrs 9 bereitgestellt und Luft strömt nur in eine Richtung. Mit anderen Worten, das Luftsaugrohr 8 strömt durch das erste Rückschlagventil 10a nur in der Richtung, in der Luft in das Luftverdichtungsrohr 3 gesaugt wird, und strömt nicht in die umgekehrte Richtung. Das Luftablassrohr 9 strömt durch das zweite Rückschlagventil 10b nur in die Richtung, in der die verdichtete Luft von dem Luftverdichtungsrohr 3 abgelassen wird, und strömt nicht in die umgekehrte Richtung.
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Der Druckluft-Speichertank 11 ist an der Spitze des Strömungswegs des Luftablassrohrs 9 bereitgestellt und ist mit der durch das Luftverdichtungsrohr 3 verdichteten Luft gefüllt.
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Die in dem Druckluft-Speichertank 11 gespeicherte Druckluft wird von dem Druckluftnutzer 14, der in dem stromabwärtigen Strömungsweg des Druckluft-Speichertanks 11 bereitgestellt ist, zur Leistungserzeugung oder dergleichen genutzt.
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Der Druckluft-Speichertank 11 und der obere Teil des Luftdruckrohrs 3 sind durch das Druckrückführrohr 12 miteinander verbunden und das Druckrückführrohr 12 umfasst das Druckrückführ-Schaltventil 13, das den Strömungsweg des Druckrückführrohrs 12 unter der Steuerung der Steuerungsvorrichtung 16 öffnet und schließt.
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Die Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung 15 zum Feststellen des Wasserpegels in dem Luftverdichtungsrohr 3 ist im Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 eingerichtet.
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Ferner ist die Steuerungsvorrichtung 16 zum Steuern des Öffnens und Schließens des Druckrückführ-Schaltventils 13 durch das Feststellungssignal der Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung 15 bereitgestellt.
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2 ist eine Ansicht, die eine Luftströmung während einer voreilenden Welle in der Vorrichtungsausgestaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen Bauelemente wie diejenigen in 1 verwenden die gleichen Bezugszeichen und deren Beschreibung wird weggelassen.
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In 2 dringt Meerwasser 22, das von der Welle (unter Wasser) 20 gedrückt wird, von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil 2 in den Wellenempfangskasten 1 und ein die Wasseroberfläche 21 in dem Luftverdichtungsrohr 3 wird von der Bezugswasseroberfläche 23 um das gleiche Volumen wie dasjenige des eingedrungenen Meerwassers 22 nach oben gedrückt. An diesem Zeitpunkt wird die Luft in dem Luftverdichtungsrohr 3 verdichtet und durch weiteres Erhöhen der pro Flächeneinheit angewandten Kraft durch die Luftdrossel 4 kann die Luft auf einen höheren Druck verdichtet werden. Die verdichtete Hochdruckluft wird von dem Luftverdichtungsrohr 3 durch das Luftablassrohr 9 abgelassen und wird in den Druckluft-Speichertank 11 gefüllt.
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Hier wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Bestimmen der Bezugswasseroberfläche 23 beschrieben. Wenn die durch die Welle nach oben gedrückte Wasseroberfläche 21 die Luftdrossel 4 durchquert, tritt ein Druckverlust auf. Daher ist es wünschenswert, dass die Bezugswasseroberfläche 23 sich ausreichend unterhalb der Luftdrossel 4 befindet, derart, dass die von der Welle nach oben gedrückte Wasseroberfläche 21 nicht die Luftdrossel 4 erreicht. Wenn die Bezugswasseroberfläche 23 auf die gleiche Position wie die Wasserstandsuntergrenze eingestellt wird, ist eine zusätzliche Kraft zum Anheben des Flüssigkeitspegels erforderlich und es tritt ein Verlust auf. Daher ist es wünschenswert, dass die Bezugswasseroberfläche 23 niedriger ist als die Wasserstandsuntergrenze. Unter Berücksichtigung dessen kann die Bezugswasseroberfläche 23 basierend auf dem Öffnungsverhältnis des Wellenempfangskastens 1 und des Luftverdichtungsrohr-Unterteils 5, der Wasserstandsschwankung der Küste, an der die Vorrichtung eingerichtet ist, und der Größe der Welle bestimmt werden.
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3 ist eine Ansicht, die eine Luftströmung während eines Rücklaufs in der Vorrichtungsausgestaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen Bauelemente wie diejenigen in 1 verwenden die gleichen Bezugszeichen und deren Beschreibung wird weggelassen.
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In 3 kommt Meerwasser 22, das von der Welle (unter Wasser) 20 im Rücklauf nach der voreilenden Welle von 2 gezogen wird, durch den Wellenempfangskasten-Einlassteil 2 aus dem Wellenempfangskasten 1 und wird durch die von der voreilenden Welle nach oben gedrückte Wasseroberfläche 21 im Luftverdichtungsrohr 3 nach unten gezogen. An diesem Zeitpunkt dehnt sich die Luft in dem Luftverdichtungsrohr 3 aus und der Luftverdichtungsrohr-Oberteil 6 erfährt plötzlich aufgrund der Wirkung der Luftdrossel 4 einen Unterdruck. Luft strömt von dem Luftsaugrohr 8 in das Luftverdichtungsrohr 3, das innen einen Unterdruck aufweist, das Innere des Luftverdichtungsrohrs 3 erfährt einen Umgebungsdruck und das Einströmen von Luft von dem Luftsaugrohr 8 endet. An diesem Zeitpunkt kehrt die Wasseroberfläche 21, da der Wasserstand 26 höher ist als die Bezugswasseroberfläche 23, nicht zur Bezugswasseroberfläche 23 zurück und die Wasseroberfläche 21 bleibt höher als die Bezugswasseroberfläche 23.
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Der Unterdruck und der Umgebungsdruck können durch Messen des Drucks mit der Druckmessvorrichtung 7 bestimmt werden.
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4 ist eine Ansicht, die eine Luftströmung von dem Druckrückführrohr 12 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen Bauelemente wie diejenigen in 1 verwenden die gleichen Bezugszeichen und deren Beschreibung wird weggelassen.
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In 4 stellt die Druckmessvorrichtung 7 einen Zustand fest, in dem das Einströmen von Luft von dem Luftsaugrohr 8 beseitigt ist und das Innere des Luftverdichtungsrohrs 3 den Umgebungsdruck erfährt. Wenn an diesem Zeitpunkt die Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung 15, die im Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 eingerichtet ist, feststellt, dass die Wasseroberfläche 21 nicht zur Bezugswasseroberfläche 23 zurückgekehrt ist, wird das Druckrückführ-Schaltventil 13 über die Steuerungsvorrichtung 16 geöffnet, die Druckluft wird von dem Druckrückführrohr 12 zum Luftverdichtungsrohr 3 zugeführt, um die Wasseroberfläche 21 bis zum Erreichen der Höhe der Wasserbezugsoberfläche 23 nach unten zu drücken.
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Auf diese Weise werden der Luftverdichtungsvorgang durch die voreilende Welle von 2, der Luftsaugvorgang durch den Rücklauf von 3 und der Druckrückführ-Steuerungsvorgang zum Erreichen der Bezugswasseroberfläche 23 von 4 wiederholt und der Druckluft-Speichertank 11 wird mit Druckluft gefüllt.
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Wie vorhergehend beschrieben, ist gemäß der Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft und dem Verfahren zu deren Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Wellenempfangskasten im Küstenmeer versenkt eingerichtet, das Druckrückführ-Schaltventil wird geöffnet und geschlossen, ein Teil der Druckluft wird durch das Druckrückführrohr in das Innere des Luftverdichtungsrohrs zurückgeführt und dementsprechend wird die Wasseroberfläche in dem Luftverdichtungsrohr gesenkt, um niedriger als die Luftdrossel zu sein. Durch Empfangen der voreilenden Welle in diesem Zustand wird, sogar wenn in einem Wellenempfangskasten Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen auftreten, die Energie der Welle ohne Verlust in Druckluft umgewandelt, wird in dem Luftdruck-Speichertank gespeichert und kann zur Leistungserzeugung oder dergleichen durch den Druckluftnutzer verwendet werden. Mit anderen Worten, die Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft und das Verfahren zu dessen Steuerung können die Wellenkraft mit einer einfachen Ausgestaltung effizient als Druckluft speichern und nutzen, ohne durch Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen beeinträchtigt zu werden.
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Insbesondere, wenn der Wellenempfangskasten 1 im Küstenmeer versenkt eingerichtet ist, wird das Druckrückführ-Schaltventil 13 geöffnet und geschlossen und ein Teil der Druckluft wird durch das Druckrückführrohr 12 in das Innere des Druckluftrohrs 3 zurückgeführt. Anderenfalls steuert die Steuerungsvorrichtung 16 das Öffnen und Schließen des Druckrückführ-Schaltventils 13 gemäß dem durch die Wasserpegel-Feststellungsvorrichtung 15 festgestellten Wasserpegel und ein Teil der Druckluft wird über das Druckrückführrohr 12 in das Innere des Luftverdichtungsrohrs 3 zurückgeführt. Mit dieser Ausgestaltung kann die Wasseroberfläche 21 im Luftverdichtungsrohr 3 gesenkt werden, um niedriger zu sein als die Luftdrossel 4, das heißt, kann bis zur Bezugswasseroberfläche 23 im Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 nach unten gedrückt werden. Durch Empfangen der voreilenden Welle in diesem Zustand, zum Beispiel ohne Einrichten der Vielzahl von Welleneinführungskästen wie im Stand der Technik beschrieben, wird, sogar wenn in einem Wellenempfangskasten 1 Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen von der Wasserstandsobergrenze 17 zur Wasserstandsuntergrenze 18 von 1(a) vorliegen, die Energie der Welle ohne Verlust in Druckluft umgewandelt, wird im Luftdruck-Speichertank 11 gespeichert und kann zur Leistungserzeugung oder dergleichen durch den Luftdrucknutzer 14 verwendet werden.
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In der Ausführungsform wird das Einströmen von Luft von dem Luftsaugrohr 8 durch die Druckmessvorrichtung 7 bestimmt, aber das Einströmen kann durch Einrichten eines Strömungsmessers in entweder dem vorderen oder dem hinteren Strömungsweg der Luftsaugöffnung 8a unter Verwendung der Luftströmungsgeschwindigkeit bestimmt werden.
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(Ausführungsform 2)
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5 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen Bauelemente wie diejenigen in 1 verwenden die gleichen Bezugszeichen und deren Beschreibung wird weggelassen.
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Ausführungsform 2 unterscheidet sich darin von Ausführungsform 1, dass die Wellenhöhen-Messvorrichtung 24 zum Messen der Höhe der Welle 19 im Küstenbereich eingerichtet ist, und in der Funktion der Steuerungsvorrichtung 16.
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Die Steuerungsvorrichtung 16 berechnet den Druck im Inneren des Luftverdichtungsrohrs 3 zum Einstellen des Wasserpegels im Inneren des Luftverdichtungsrohrs 3 auf die Bezugswasseroberfläche 23 basierend auf der durch die Höhenmessvorrichtung 24 gemessenen Wellenhöhe und steuert das Öffnen und Schließen des Druckrückführ-Schaltventils 13 derart, dass der von der in dem Luftverdichtungsrohr 3 eingerichteten Druckmessvorrichtung 7 gemessene Druckwert der gleiche wie der innerhalb des Luftverdichtungsrohrs 3 erhaltene Druck wird.
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Gemäß dieser Ausgestaltung wird der Druck zum Senken der Wasseroberfläche 21 im Luftverdichtungsrohr 3 auf die Bezugswasseroberfläche 23 von der Steuerungsvorrichtung 16 basierend auf der Differenz zwischen der Höhe der Bezugswasseroberfläche 23 und der von der Wellenhöhen-Messvorrichtung 24 gemessenen Wellenhöhe berechnet. Ferner steuert die Steuerungsvorrichtung 16 das Druckrückführ-Schaltventil 13 derart, dass der Druckwert der Druckmessvorrichtung 7 im Luftverdichtungsrohr 3 der berechnete Druckwert wird, und dementsprechend wird die Wasseroberfläche 21 im Luftverdichtungsrohr 3 bis zur Bezugswasseroberfläche 23 im Luftverdichtungsrohr-Unterteil 5 nach unten gedrückt. Dadurch, dass die voreilende Welle in diesem Zustand empfangen wird, wird sogar, wenn in einem Wellenempfangskasten 1 Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen von der Wasserstandsobergrenze 17 zur Wasserstandsuntergrenze 18 auftreten, die Energie der Welle ohne Verlust in Druckluft umgewandelt, wird im Druckluft-Speichertank 11 gespeichert und kann zur Leistungserzeugung verwendet werden.
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6 ist eine Ansicht, die die Wellenhöhe und den Druckwert des Luftverdichtungsrohrs 3 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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In 6 veranschaulicht die obere grafische Darstellung die Änderung bei der von der Wellenhöhen-Messvorrichtung 24 gemessenen Wellenhöhe. Die untere grafische Darstellung in 6 veranschaulicht unterdessen die gleichzeitig von der in dem Luftverdichtungsrohr 3 bereitgestellten Druckmessvorrichtung 7 gemessene Änderung beim Druckwert. Die Steuerungsvorrichtung 16 stellt den Druck gemäß der Höhe der Welle ein. Wie in 6 veranschaulicht, wird der eingestellte Druck 25 ein positiver Wert, wenn die Wellenhöhe ein positiver Wert ist. Wenn die Wellenhöhe ein negativer Wert ist, wird der eingestellte Druck 25 ein negativer Wert. Wenn die Wellenhöhe ein positiver Wert ist, wird der Druck des Luftverdichtungsrohrs 3 ein positiver Wert (während der Luftverdichtung). Wenn die Wellenhöhe ein negativer Wert ist, wird der Druck des Luftverdichtungsrohrs 3 ein negativer Wert (während der Luftausdehnung). In einem Fall, in dem der Absolutwert des Drucks des Luftverdichtungsrohrs 3 niedriger als der Absolutwert des eingestellten Drucks 25 ist, bestimmt die Steuerungsvorrichtung 16, dass das Luftverdichtungsrohr 3 verstopft ist, und die Steuerungsvorrichtung 16 öffnet das Druckrückführ-Schaltventil 13 und lässt Luft von dem Wellenempfangskasten-Einlassteil 2 ab und dementsprechend kann Fremdmaterial in dem Luftverdichtungsrohr 3 entfernt werden.
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Durch Einpressen von Luft unter hohem Druck von dem Druckluft-Speichertank 11 von dem Druckrückführrohr 12 gegen Verstopfung durch Fremdmaterial und Entfernen von Fremdmaterial im Luftverdichtungsrohr 3 zum Freimachen der Verstopfung des Rohrs ist es möglich, die Instandhaltbarkeit und Zuverlässigkeit des Langzeitbetriebs zu verbessern, was für den Betrieb im Ozean wichtig ist.
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Durch geeignetes Kombinieren einer/eines beliebigen der vorhergehenden Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele unter den verschiedenen Ausführungsformen oder Abwandlungsbeispielen können die jeweiligen Wirkungen erreicht werden. Es ist möglich, die Ausführungsformen miteinander oder die Beispiele miteinander oder die Ausführungsformen und die Beispiele miteinander zu kombinieren und auch die Merkmale in den verschiedenen Ausführungsformen oder den Beispielen zu kombinieren.
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Die Vorrichtung zur Nutzung von Wellenkraft und das Verfahren zu deren Steuerung gemäß dem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die Wellenkraft mit einer einfachen Ausgestaltung effizient als Druckluft speichern und zur Leistungserzeugung oder dergleichen nutzen und als saubere Energiequellen verwendet werden, ohne durch Wasserstandsschwankungen und Wellengrößenveränderungen beeinträchtigt zu werden.
