JP2002529629A - 波浪エネルギーを吸収するためのケーソン - Google Patents
波浪エネルギーを吸収するためのケーソンInfo
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
- E02B9/08—Tide or wave power plants
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/06—Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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Abstract
(57)【要約】
ケーソン（１）は、少なくとも１つのエアーポケット（５）と、ケーソン（１）のそれぞれのエアーポケット（５′、５″）が存在する部分の全体に沿って横断するように延びる少なくとも１つの垂直なダクト又は管（２）と、を内部に備える。ケーソン（１）の下部は、海水（６）を満たされ、垂直なダクト（２）は上へ延び、海面に達することなく、外部と連通する。ケーソン（１）の天井から始まりケーソン（１）の底へ向かうエアーポケット（５）の高さは、垂直なダクト（２）の上部開口（３）において検出された圧力変動の周期が、エアーポケット（５）の検出された圧力変動の周期に等しい共振状態が得られるように、調節される。垂直なダクト（２）の内部には、エネルギーを変換するために、タービンが、取り付けられてもよい。
Description
【０００１】
本発明は、海の波動を、より変換に適した形態に変換するためのケーソンに関
する。
する。
【０００２】 本発明のケーソンは、ケーソン式防波堤の構造を有するプラントを建造に利用
され、このプラントは、１つか又はそれ以上のケーソンを備え、乾ドックで組み
立てるのに適し、その後に、曳航され、沈められる。
され、このプラントは、１つか又はそれ以上のケーソンを備え、乾ドックで組み
立てるのに適し、その後に、曳航され、沈められる。
【０００３】
波浪エネルギーを吸収するための共振効果(resonance effect)は、ソリッドな
浮体(solid floating bodies)に利用されているだけで、水塊の共振を利用した
装置は、今までのところ存在しない。
浮体(solid floating bodies)に利用されているだけで、水塊の共振を利用した
装置は、今までのところ存在しない。
【０００４】 さらに、従来の吸収装置は、ほとんど絶え間なく調節されなければならず、そ
れは、ほんの数秒の間隔で実施され、そのような環境が、波浪エネルギー吸収装
置の操作を著しく複雑なものにしている。
れは、ほんの数秒の間隔で実施され、そのような環境が、波浪エネルギー吸収装
置の操作を著しく複雑なものにしている。
【０００５】 本発明の目的は、波浪エネルギーを、直接に利用できる水力エネルギーに変換
するのに使用されるケーソン形態の装置を実現することであり、ケーソンの動作
条件の調節は、「海況(sea state：海の状況)」（実質的には、定常波状態）の
変化に応じて、約１０〜２０分の間隔で実施すればよい。海況は、少なくとも１
０〜２０分の持続期間を有するので、調節は、当然、１０〜２０分の可変間隔で
実施される。
するのに使用されるケーソン形態の装置を実現することであり、ケーソンの動作
条件の調節は、「海況(sea state：海の状況)」（実質的には、定常波状態）の
変化に応じて、約１０〜２０分の間隔で実施すればよい。海況は、少なくとも１
０〜２０分の持続期間を有するので、調節は、当然、１０〜２０分の可変間隔で
実施される。
【０００６】 本発明のより具体的な目的は、内部にきわめて大きな圧力変動ときわめて速い
流速を生成することによって、上方を伝わる波浪エネルギーの大部分を吸収する
ことができるケーソンを実現するとともに、いくつかのケーソンを備えたプラン
トを実現することである。ケーソン内部の圧力変動の振幅は、対応する表面波の
振幅よりも１０倍ほども大きくなることがある。
流速を生成することによって、上方を伝わる波浪エネルギーの大部分を吸収する
ことができるケーソンを実現するとともに、いくつかのケーソンを備えたプラン
トを実現することである。ケーソン内部の圧力変動の振幅は、対応する表面波の
振幅よりも１０倍ほども大きくなることがある。
【０００７】 本発明のさらなる目的は、本発明のケーソンによってすでに適切な形態に変換
されている波浪エネルギーの一部を機械的な回転エネルギーに変換するのを可能
にする、垂直軸を備えた独特のタービンを使用することである。
されている波浪エネルギーの一部を機械的な回転エネルギーに変換するのを可能
にする、垂直軸を備えた独特のタービンを使用することである。
【０００８】
本発明の目的は、少なくとも１つのエアーポケットと、ケーソンのそれぞれの
エアーポケットが存在する部分の全体に沿って横断するように延びる少なくとも
１つの垂直なダクト又は管と、を内部に備え、ケーソンの下部は、水を満たされ
、垂直なダクトは、ケーソンの天井又は上部壁を貫通して上へ延びて、海面に達
することなく外部と連通する上部開口を備えるとともに、ケーソンの底に達する
ことない下部開口を備えており、ケーソンの天井から始まりケーソンの底へ向か
うエアーポケットの高さ、垂直なダクトの上部開口位置又は海面下の他の任意の
箇所において検出された海水の圧力変動の周期が、ケーソン内部の任意の箇所で
検出されたエアーポケットの圧力変動の周期に等しい共振状態が得られるように
空気の供給・排出手段で調節されるようになっていることを特徴とするケーソン
によって達成される。
エアーポケットが存在する部分の全体に沿って横断するように延びる少なくとも
１つの垂直なダクト又は管と、を内部に備え、ケーソンの下部は、水を満たされ
、垂直なダクトは、ケーソンの天井又は上部壁を貫通して上へ延びて、海面に達
することなく外部と連通する上部開口を備えるとともに、ケーソンの底に達する
ことない下部開口を備えており、ケーソンの天井から始まりケーソンの底へ向か
うエアーポケットの高さ、垂直なダクトの上部開口位置又は海面下の他の任意の
箇所において検出された海水の圧力変動の周期が、ケーソン内部の任意の箇所で
検出されたエアーポケットの圧力変動の周期に等しい共振状態が得られるように
空気の供給・排出手段で調節されるようになっていることを特徴とするケーソン
によって達成される。
【０００９】 次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明はそれに限定
されるものではない。
されるものではない。
【００１０】
まず最初に、図１〜図３を参照して、本発明によるケーソンの動作原理を説明
する。ケーソン１は、鉄筋コンクリートから製造された壁を有し、完全に密閉さ
れている。それは、海底に敷設され、垂直のダクト又は管２を介してしか外部と
連絡することができない。しかも、上部開口３は、海面下に配置される。下部開
口（穴）４は、ケーソン１の内部にあり、ケーソン１の底よりも上に位置する。
図２及び図３から、そして、図１と比較すれば分かるように、主波の方向（矢印
Ｆ）に垂直な開口３の側面は、ケーソンの側面の長さに等しい長さを有する。
する。ケーソン１は、鉄筋コンクリートから製造された壁を有し、完全に密閉さ
れている。それは、海底に敷設され、垂直のダクト又は管２を介してしか外部と
連絡することができない。しかも、上部開口３は、海面下に配置される。下部開
口（穴）４は、ケーソン１の内部にあり、ケーソン１の底よりも上に位置する。
図２及び図３から、そして、図１と比較すれば分かるように、主波の方向（矢印
Ｆ）に垂直な開口３の側面は、ケーソンの側面の長さに等しい長さを有する。
【００１１】 上部壁すなわちケーソン１の屋根は、陸（図１に示されるような）又は海洋作
業台（図示しない）に配置された圧縮機１１に接続される。空気圧縮機１１の下
流側には、ゲートバルブすなわちコック１０がある。空気が、圧縮機１１及び通
気管（又は、ホース）７によって、ケーソン１へ供給され、それによって、ケー
ソン１の内部に配置された水塊６の上にエアーポケット５を形成する。その目的
は、共振状態を達成することである。垂直なダクト又は管２の上部開口３におい
て（あるいは、外部の海面下に位置する箇所において）リアルタイムに検出され
る圧力変動の周期Ｔeが、エアーポケット５内（あるいは、ケーソン内部の任意
の箇所）でリアルタイムに検出される圧力変動の周期Ｔiと比較される。Ｔeが、
Ｔiよりも大きければ、Ｔe＝Ｔi（共振条件）となるまで、空気が、ケーソン内
部に送り込まれなければならない。また他方において、Ｔeが、Ｔiよりも小さけ
れば、Ｔe＝Ｔiとなるまで、ゲートバルブ１０が、開かれて、空気が、エアーポ
ケット５から除去されなければならない。
業台（図示しない）に配置された圧縮機１１に接続される。空気圧縮機１１の下
流側には、ゲートバルブすなわちコック１０がある。空気が、圧縮機１１及び通
気管（又は、ホース）７によって、ケーソン１へ供給され、それによって、ケー
ソン１の内部に配置された水塊６の上にエアーポケット５を形成する。その目的
は、共振状態を達成することである。垂直なダクト又は管２の上部開口３におい
て（あるいは、外部の海面下に位置する箇所において）リアルタイムに検出され
る圧力変動の周期Ｔeが、エアーポケット５内（あるいは、ケーソン内部の任意
の箇所）でリアルタイムに検出される圧力変動の周期Ｔiと比較される。Ｔeが、
Ｔiよりも大きければ、Ｔe＝Ｔi（共振条件）となるまで、空気が、ケーソン内
部に送り込まれなければならない。また他方において、Ｔeが、Ｔiよりも小さけ
れば、Ｔe＝Ｔiとなるまで、ゲートバルブ１０が、開かれて、空気が、エアーポ
ケット５から除去されなければならない。
【００１２】 「圧力変動周期」としては、上述した圧力変動スペクトルのピーク周期か、あ
るいは、特にそのときの海況に対応する最も大きな圧力変動の特性周期のいずれ
かを選択してもよく、例えば、周期Ｔ1/3は、ある海況のすべての圧力変動の中
の最も大きい１／３から得られる平均周期として定義される。
るいは、特にそのときの海況に対応する最も大きな圧力変動の特性周期のいずれ
かを選択してもよく、例えば、周期Ｔ1/3は、ある海況のすべての圧力変動の中
の最も大きい１／３から得られる平均周期として定義される。
【００１３】 Ｔe及びＴiの両方も、当然ながら、同一の定義を有することは重要なことであ
る。
る。
【００１４】 空気量の調節が、（新しい）海況ごとになされなければならない。海況（定常
波状態に近い）が、少なくとも１０分又は２０分の周期を有すると仮定すれば、
調節は、１０〜２０分の範囲にある可変間隔で実施されなければならない。
波状態に近い）が、少なくとも１０分又は２０分の周期を有すると仮定すれば、
調節は、１０〜２０分の範囲にある可変間隔で実施されなければならない。
【００１５】 このプラントは、それの上を伝わる波浪エネルギーの大部分を吸収することが
でき、そして、ケーソン内部のきわめて大きな圧力変動と、垂直な管２内部のき
わめて速い流速（流れる速度）とを生成することができる。ケーソン１内部の圧
力変動の振幅は、まさにその表面波の振幅よりも１０倍ほども大きくなることも
ある。参照符号９及び８は、それぞれ、ダクト２の開口３の位置における圧力変
動、及び、エアーポケット５内部の空気圧変動を検出するための圧力トランスデ
ューサーを示す。
でき、そして、ケーソン内部のきわめて大きな圧力変動と、垂直な管２内部のき
わめて速い流速（流れる速度）とを生成することができる。ケーソン１内部の圧
力変動の振幅は、まさにその表面波の振幅よりも１０倍ほども大きくなることも
ある。参照符号９及び８は、それぞれ、ダクト２の開口３の位置における圧力変
動、及び、エアーポケット５内部の空気圧変動を検出するための圧力トランスデ
ューサーを示す。
【００１６】 要するに、プラントは、複数のケーソン１から形成されたケーソン式防波堤を
備えることになり、大部分の波浪エネルギーを吸収することができ、それを変換
に最も適した形態に変換することができる。このようにして得られたエネルギー
を変換するための一つの方法は、図４〜図６を参照して以下で説明する実施例か
らわかるように、軸を垂直にして垂直ダクト２の内部に取り付けられたウェルズ
タービン(Wells turbine)を使用することである。
備えることになり、大部分の波浪エネルギーを吸収することができ、それを変換
に最も適した形態に変換することができる。このようにして得られたエネルギー
を変換するための一つの方法は、図４〜図６を参照して以下で説明する実施例か
らわかるように、軸を垂直にして垂直ダクト２の内部に取り付けられたウェルズ
タービン(Wells turbine)を使用することである。
【００１７】
図４〜図６は、ケーソン１が、隔壁（界壁）１２によって細分化された実施例
を示す。ホース７′、７″は、隔壁１２の両側にあるエアーポケット５′、５″
の中へ空気を供給する。
を示す。ホース７′、７″は、隔壁１２の両側にあるエアーポケット５′、５″
の中へ空気を供給する。
【００１８】 隔壁１２のそれぞれの側には、きわめて小さな断面領域１３′、１３″を有す
るダクトすなわち管２′、２″が、配置される。図示されたプロトタイプは、リ
グリア海岸(Ligurian coast)沖（地中海）に配置されるものである。そのような
システムは、年間で、その上を伝わる波浪エネルギーの５０％を吸収することが
できる。
るダクトすなわち管２′、２″が、配置される。図示されたプロトタイプは、リ
グリア海岸(Ligurian coast)沖（地中海）に配置されるものである。そのような
システムは、年間で、その上を伝わる波浪エネルギーの５０％を吸収することが
できる。
【００１９】 このプロトタイプは、以下の寸法を有する（例にすぎず、それに限定されるも
のではない）。 − ケーソン１の底から管２′又は２″の最上部（開口３′、３″）までの長さ
は２８メートル。 − ケーソンは、一辺が２０メートルの正方形の断面を有する（図６を参照）。 − ケーソンの高さは、１７メートルである（ダクト２′及び２″を除く）。 − 最も小さい円形の断面部分１３′又は１３″の直径は、４メートルである。
のではない）。 − ケーソン１の底から管２′又は２″の最上部（開口３′、３″）までの長さ
は２８メートル。 − ケーソンは、一辺が２０メートルの正方形の断面を有する（図６を参照）。 − ケーソンの高さは、１７メートルである（ダクト２′及び２″を除く）。 − 最も小さい円形の断面部分１３′又は１３″の直径は、４メートルである。
【００２０】 それは、海面から３０メートルの海底に簡単に敷設されると考えられる。
【００２１】 Ｈs（定義によれば、ある海況における自由表面変位の標準偏差の４倍に等し
い有義波高）が２．５メートルの風浪の場合、共振時の振幅ｘは、約２．２メー
トルになる。そのようなエアーポケットの場合、管２′及び２″内部の流速は、
３．５メートル／秒に達し、最大排出量は、９０ｍ3／秒となる。
い有義波高）が２．５メートルの風浪の場合、共振時の振幅ｘは、約２．２メー
トルになる。そのようなエアーポケットの場合、管２′及び２″内部の流速は、
３．５メートル／秒に達し、最大排出量は、９０ｍ3／秒となる。
【００２２】 さらに、ケーソン内部の圧力水頭波の有義波高は、約２０メートルの値に達す
る（すなわち、有義波高のほぼ８倍である！）。
る（すなわち、有義波高のほぼ８倍である！）。
【００２３】 プロトタイプは、２つのウェルズタービンによって、吸収した波浪エネルギー
を変換するように設計された。垂直軸を有するこれらのタービンは、垂直ダクト
２′、２″の最も小さい円形の断面部分１３′、１３″内に取り付けられる。
を変換するように設計された。垂直軸を有するこれらのタービンは、垂直ダクト
２′、２″の最も小さい円形の断面部分１３′、１３″内に取り付けられる。
【００２４】 プラントの保守は、かなり簡単である。実際、多量の空気を送り込めば、ケー
ソン１は、浮かび上がり、このことは、エアーポケット５′、５″の空気がそれ
ぞれの垂直ダクト２′、２″の下部開口４′、４″に達する前に起こる。
ソン１は、浮かび上がり、このことは、エアーポケット５′、５″の空気がそれ
ぞれの垂直ダクト２′、２″の下部開口４′、４″に達する前に起こる。
【００２５】 Ｈsが６メートルよりも大きいような海の嵐のもとでは、ケーソンが海底を移
動することがないように、構造体の安全性を向上させるために、空気は、ケーソ
ン１から完全に除去される。
動することがないように、構造体の安全性を向上させるために、空気は、ケーソ
ン１から完全に除去される。
【００２６】 このことは、６ｍを越える有義波高のもとでは、エネルギーの吸収及び変換が
、中断されることを意味する。しかしながら、６ｍよりも大きなＨs値が占める
波浪エネルギーの割合は、平均すれば、リグリア海岸で得られる波浪エネルギー
全体のほんの２％程度にすぎない。
、中断されることを意味する。しかしながら、６ｍよりも大きなＨs値が占める
波浪エネルギーの割合は、平均すれば、リグリア海岸で得られる波浪エネルギー
全体のほんの２％程度にすぎない。
【図１】 図２の平面Ａ−Ａに沿った概略断面図であり、本発明のケーソン及び本発明の
一般原理を示す。
一般原理を示す。
【図２】 本発明によるケーソンの動作原理を示す概略正面図であり、図１の矢印Ｆの方
向から、すなわち、海側から見た図である。
向から、すなわち、海側から見た図である。
【図３】 図１及び図２に示される本発明によるケーソンの概略平面図であり、ケーソン
の一般原理を説明するものである。
の一般原理を説明するものである。
【図４】 図６の平面Ｂ−Ｂに沿った、本発明の考えられる実施例の断面図である。
【図５】 図６の線Ｃ−Ｃに沿った、図４に示されるケーソンの断面図である。
【図６】 上述した図４及び図５に示される実施例における本発明のケーソンの平面図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｆａｃｏｌｔａ ｄｉ Ｉｎｇｅｇｎｅｒ ｉａ， Ｖｉａ Ｇｒａｚｉｅｌｌａ １， Ｌｏｃ． Ｆｅｏ ｄｉ Ｖｉｔ ｏ， Ｉ−89100 Ｒｅｇｇｉｏ Ｃａｌ ａｂｒｉａ， ＩＴＡＬＹ
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも１つのエアーポケット（５′、５″）と、ケーソ
ン（１）のそれぞれのエアーポケット（５′、５″）が存在する部分の全体に沿
って横断するように延びる少なくとも１つの垂直なダクト又は管（２′、２″）
と、を内部に備え、 ケーソン（１）の下部は、水（６′、６″）を満たされ、 垂直なダクト（２′、２″）は、ケーソン（１）の天井又は上部壁を貫通して
上へ延びて、海面に達することなく外部と連通する上部開口（３′、３″）を備
えるとともに、ケーソン（１）の底に達することない下部開口（４′、４″）を
備えており、 ケーソン（１）の天井から始まりケーソン（１）の底へ向かうエアーポケット
（５′、５″）の高さ（ｘ）は、垂直なダクト（２′、２″）の上部開口（３′
、３″）の位置又は海面下の他の任意の箇所において検出された海水の圧力変動
の周期が、ケーソン内部の任意の箇所で検出されたエアーポケット（５′、５″
）の圧力変動の周期に等しい共振状態が得られるように空気の供給・排出手段（
７′、７″、１０、１１）で調節されるようになっていることを特徴とするケー
ソン。 - 【請求項２】 タービン又はエネルギー変換のための他の任意の手段が、ダ
クト（２′、２″）内に取り付けられた、請求項１に記載のケーソン。 - 【請求項３】 前記空気の供給・排出手段（７′、７″、１０、１１）が、
陸又は海洋作業台に設置された少なくとも１つの圧縮機（１１）と、少なくとも
１つのバルブ（１０）と、ケーソン（１）の天井との結合を実現するための少な
くとも１つの管又はホース（７′、７″）とを備え、これにより共振状態が得ら
れるまで、空気をエアーポケット（５′、５″）へ供給し、或いは空気を外部へ
排出するようにした、請求項１に記載のケーソン。 - 【請求項４】 エアーポケットの高さの前記調節が、海況に応じて、約１０
〜２０分の長い間隔で行われる、請求項１又は３に記載のケーソン。 - 【請求項５】 ダクト又は管（２′、２″）は、最小断面部分（１３′、１
３″）に向かって徐々に細くなる形態であり、その最小断面部分にウェルズター
ビンが取り付けられている、請求項２に記載のケーソン。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT98A000008 | 1998-11-11 | ||
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