JP2009536289A - 海の波からの電気エネルギーの生産 - Google Patents

Abstract

海の波はフロートを上方にまたは下方に垂直に動かす。これらの運動は水平シャフトに沿って伝達され、回転運動に変換される。バラストで満たした中空のプラスティックまたは金属材料で作られた球状または柱状のフロート（図１の１）で、該フロートは半分水に浸され波の力で動かされると、これらの垂直運動を潮位変化に対処するために増大するまたは減少することができる垂直メタルビーム（図１の２）に伝達する。該垂直ビームにはナックルジョイントがその一端部はフロートと他端部は矩形メタルトライアングルと取り付けられ、該トライアングルは垂直運動を水平方向で前後に動く２本のチェーン（図１の６）、（図３の２０）を備えるのこぎり（図１の５）に伝達し、該２本のチェーンは一対のギアが径方向反対側にある二対のギアを回転させ、運動ごとに一方のギアが稼働し、該対の他方のギアが自由に動くようにする。これらのギアは該ギアにはめ込まれた水平シャフト（図３の８）を回転させ、該シャフトは発電機に運動を与える。このようにして、上方でも下方でも、大きくても小さくても、フロートの動きごとにシャフトを回転させ、発電機を稼働させる。この装置はフロートから発電機まで一つの装置を形成する。多くの装置が並列に横に並べて互いに隣接して配置され、各々それぞれ独自の発電機で稼働するか、または、二つから三つの装置が一緒に一つの共通のより強力な発電機を作動させる共通のシャフトで稼働する。フロートは金属ケージ内か岸壁に建造された凹部内に制限されて、波で運び去られないようにし、同時に波の垂直運動も海水の自由通過も阻害しないようにする。従ってこの装置は多シリンダーガソリンエンジンのように作動し、そこではすなわち凹部のケージはシリンダーとして作動しフロートはピストンとして作動するが、唯一の相違点は、この変換機が、引火性の、高価な、汚染性の化石燃料の代わりに果てしなく再生可能な海水を使用することである。
【選択図】図１

Description

本発明は、海の波の力を使って電気エネルギーを生産する方法に関する。

背景技術及び発明が解決しようとしている課題

海の波は無尽蔵のエネルギー源であるが、これまで経済的にも実用的にも適用可能な工業的用途に供され得る方法は一つも発表されて来なかった。努力はなされて来たが、適用された実践は、その利用において複雑すぎ、非常に高価で、危険でかつ困難であることが判明した。関連している諸原則と諸問題の組織的な研究により新しい方法の発明に至った。

発明されたこの新しい方法は、先行発明国際出願 99/014489 (HATZILAKOS)と米国特許 6,269,636 (HATZILAKOS)をもとにしている。

新しい変換機は全く新しい技術特性、異なる機能および新機軸を有している。ここには先行発明と基本的に異なるいくつかの点がある。
フロート（float）は、垂直メタルビームと固く接続する代わりに、ナックルジョイントと接続される。もう一つのナックルジョイントは該垂直メタルビームの上端を水平ビームに接続する。

該垂直メタルビームの2個のナックルジョイントは必要な柔軟性をフロートに与えるので、フロートはその上下運動中、曲線軌道をたどるのではなく、垂直方向直線をたどる。これは、重要な利点である。何故ならケージ(cage)は楕円形でなく、円形であり、該ケージはそれほど複雑な構成ではなく、鉄道で使用されるレールと同様な垂直のレールわずか4本から形成されているからである。これによって該フロートを固定し必要な安定性を与える。

もう一つの重要な技術革新は、フロートの垂直運動の伝達が、両平行レベル(biparallel level)の使用に代わって、本発明によるメタル矩形トライアングルの使用を介して直接回転運動になされる、ということである。この技術革新では、のこぎり(saw)は垂直には動いてなくて、地上のレール上で前後に、装置にその重さで負担をかけずに水平に動いている。

ギアに配置されるシールドの代わりに、ギアの第二の対が加えられ、チェーンがギアの第一の対をはるかによく巻きつけやすくして、係合がはずれるのを妨いでいる。この機構と発電機との間には、回転の増幅と安定化を所望のレベルで行うための装置が存在する。

この新しい変換機の利点は、以下のようにまとめられる。
Ａ．コストの削減
１．メタル部品数が５から４に減少される。
２．垂直メタルビームの長さが3.9メートルから2.5メートルに減少される。
３．装置の高さが3メートルから1.5メートルに減少される。
４．屋根用建物の高さが3.40メートルから1.7メートルに減少される。
５．メタルビームの全長が12.85メートルから9.15メートルに減少される。
６．のこぎり用の井戸は不要である。
７．両平行体（biparallel）の基盤は不要である。

Ｂ．生産性の増加
１．フロートの最大運動は2.50メートルから3メートルに増加される。
２．水平レベルの角運動は60度から105度に増加される。
３．該装置の全可動部品の重さは大幅に減少される。
この新しい発明はその構成において単純である。本発明は海底のいかなる形状も必要としない。本発明はその操作において単純であり費用があまりかからない。本発明は機能するのに大きな波を必要としない。該発明の適用は海岸線に沿ってもさらに大洋でも実行可能である。電流の出力は直接的であり、いかなる形の中間でのエネルギー貯蔵も必要としない。海面の上下の垂直運動の伝達と変換は回転運動に変換されそして直接発電機に変換される。最終的には、一群の同一装置および複数の装置群を形成するために多くのエネルギー装置を連ねて配置することが可能でありかつ容易であり、それによって標準化と大量生産が可能となる。

海の波はフロートを垂直方向に上下に動かす。従って、フロートは垂直方向に上下の繰り返し運動で波高に上り、また、波の谷間に下る。波が岸壁または突堤または防波堤にぶつかって崩れると、次にそれに比例して反動が波の潜在力を増加させる。装置全体は、フロートの垂直運動を水平運動にそして直ちに回転運動に変換し直接発電機に行く機構を有している。
フロートから発電機へという、この海の波のエネルギーの変換機は、以下の主要部品を有する一つの装置を形成している。
１．フロート（図１の１）
２．ナックルジョイント(１９)でフロートに取り付けられた垂直メタルビーム(２)
３．フロートの上下運動を水平の動きに伝達するメタル矩形トライアングル。該トライアングルの直交した２本のメタルビームは、両端でフロートの発揮する力に対するより大きい抵抗のために、斜辺に平行なまたは一致するビームと接続されている。
４．支点(４)として作用するトライアングルの支持台
５．水平運動をしっかりと維持するレール上を水平面で退行的に動く、両端部で折り曲げられたメタルビームであるのこぎり(５)
６．我々が「のこぎり」と名付けた、上記のビームの各端部に取り付けた、自転車で使用されるチェーンと同様の２本のギアチェーン。特別なストレッチャー（図３の１６）の助けで引き伸ばされると、これらのギアチェーンは、金属のでこぼこの刃（図１の６）の代りに２本のチェーンを有する水平方向に動くのこぎりの印象を与える。
７．のこぎりの水平運動を回転運動に変換する、チェーンが作用する２対のギア（７）。該ギア（7）は、自転車で使用されるギアのように一方向への作用を発生し、かつ他方向へは作用から自由であるように可動である。
８．上記の対のギアがはめ込まれた２本のシャフト（図3の７および８）で、各シャフトに２つのギア。特別の基礎（ベアリング）（図４の９）が該シャフトを支持する。

これらの部品全てが一つの装置を形成する。平行にそして並んで配置された多くの装置は一群の装置を形成する（図４）。これらの群では、各装置はその独自の発電機で独立して稼働可能であるか、または共通のシャフトおよび共通の発電機で別の装置と共に稼働可能である。この場合、ある群のフロートの運動は、多くの利点を有する、多気筒の自動車エンジンの動作に例えられるが、そのうち最も重要なことは、汚染性の、引火性の、爆発性のかつ極めて高価な化石燃料の代わりに海水を使用するということである。

波の電気への変換機の側面図で、半分浸されたフロート（１）、垂直メタルビーム（２）、メタル矩形トライアングル（３）、支点（４）、のこぎり（５）、チェーン（６）、ギア（７）、トライアングルの拡張枝部（１５）、垂直メタルビームのナックルジョイント（１９）、平面図の凹部（２４）、フロートのケージを構成する垂直メタルレール（２５）、フロートのベルト（２９）および凹部のコンクリートビーム（３０）を示す。 プラスティック製フロートの側面断面図で、バラスト（１１）、メタルビームの末端部（１２）、フロートのプラスティック末端部（１３）および軽い防水性物質（１４）を示す。また平面図では、凹部外に取り付けた金属ケージ内の２個のフロートも示す。 のこぎりの各端部にあるチェーンのストレッチャー（１６）、およびチェーン（６）の水平運動の、シャフト（８）に取り付けたギアＡおよびギアＢの回転運動への変換機構を示す。 凹部（２４）内の３個のフロートおよび凹部外での２個のフロートの斜視図。平面図は、凹部内１０装置および凹部外５装置の１５装置の群の配列を示す。 上の位置、中間の位置および第三の底の位置、の三つの異なる位置でのフロートを示す。

発明を実施するための好適な実施例

前記装置の各主要部品の構成と機能
前記のフロートはプラスティックまたは金属の深い容器、バルクまたは物質である。該フロートの直径または寸法は装置の所望の出力に依存する。該フロートは頂部に開口(１０)を備え、該開口はある量のバラスト、コンクリートまたは他の重い物質を注入するために使用され、それにより該装置の全部品と一体となってフロートが海の中に半分浸されて浮かんだままでいるのを可能にしている。該フロートの上部にはナックルジョイント（図1の１９）がある。プラスティックのフロートの場合、その内側下部にメタルビームが取り付けられ、全ての部品（メタルビーム、バラストおよびフロート）が一体になるようにフロートの基礎をその頂部でナックルジョイントと接続する。フロートの内部の隙間の残りの部分は、フェリソル(felisol)のような粒子（図２の１４）状の軽い防水材で満たされる。この物質は特別の粘着性流体内に浸され、圧縮されて、緻密体になる。もしも割れたら、ひょっとしてフロートの中に入り込むかもしれないが、このように、海水の入る余地は全くない。前記開口は密閉され、全体に防水になっている。フロートの上部のナックルジョイントは、該フロートを前記垂直メタルビームの一端と接続するが、他端はトライアングルのメタルビームの（海に向かう）端部に接続されるので、フロート、垂直メタルビームおよびメタルトライアングルは同時に一体のものとして動いている。該垂直ビームの長さは変換可能であるので、海面レベルの潮汐による変化に応じて変更可能である。該垂直メタルビームの2個のナックルジョイントは、所要の柔軟性をフロートに与えるので、その上下運動の間、メタルトライアングル（図１の３）の水平ビームに必然的に従う曲線軌道をたどらない。このメタルトライアングルはフロートの垂直上下運動を伝達し、同運動を水平運動に変換する。該トライアングルの他端は、同様に曲線軌道（図1の２６）をたどるが、水平のこぎりの端部での運動に整列させるためにメタルアーム（図１の１５）に取り付けられる。これらの運動は別の機構によって回転運動に変換される。

のこぎりは、その重さで該機構に負担をかけずに軌道上を前後に動いている。該のこぎりの両端部には２本のチェーンが取り付けられており、ストレッチャー（図３の１６）を使うかまたは任意の他種の同様の機構を使って、ギアに働く圧力が調整されるので、該チェーンがゆるんで外れないように、あるいは破損する危険がないようになっている。ばねは、特に海の荒れた状態の場合、フロートの向きの急な変化から来る全ての振動を吸収する。これらのばねが途中まで圧縮されるとき、それはチェーンが適切に張った状態であることを示すものである。

チェーンを有する該のこぎりの水平運動は、別の機構（図１の７）および（図３の７）で回転運動に変換される。これらのチェーンは、係合がはずれるのを避けるために、該機構のギアＡおよびギアＢ（図３の６）に各々が径方向反対側で係合する。フロートの各運動において、一方のギアは動的エネルギーで回転し、他方のギアは自由に回転する。従って、フロートが上に行く時、チェーン付きのこぎりは陸地に向かって水平に動いている（図３の２０）。この場合、一方のチェーンはギアＡを方向(a)に動的エネルギーで回転させるが、他方のチェーンはギアＢを反対方向(ｂ)に自由に回転させる。フロートが下に行く時は、チェーン付きのこぎりは海に向かって水平に動いていて、一方のチェーンはギアＢを方向(ｃ)に動的エネルギーで回転させるが、他方のチェーンはギアＡを反対方向(ｄ)に自由に回転させる。このようにして、大きいかまたは小さいか、上方かまたは下方かは別にして、フロートのすべての運動で、該シャフトは回転し、発電機を起動する。同じことが第二の一対のギアにも当てはまり、この場合のチェーンは第一の対（図３の６）に関して径方向反対側でギアに係合するところが異なっている。第二の対の目的は唯一、チェーンがはるかにより確実に第一の対を受け入れやすくすることであり、係合がはずれるのを阻止することである。この機構と発電機の間には、回転の増幅と安定化を所望のレベルで行うための装置が存在する。

もしもいずれかのチェーンで問題が起これば、装置全体を停止しなければならないし、次に、ある機構が起動され、自動的にフロートをその上端の位置に導きそこでロックがかかったままになる。この機構はまた、定期的な保守作業の間に、グループの他の装置の運転を遮断することなく装置を停止するのにも使用される。もし強い波の状態を伴う海の嵐が予定される場合には、該グループの全ての装置はロックされ、保護され得る。この場合、波の高さが所定の限界を超えるとき該機構はセンサーにより自動的に起動される。この同じ機構は、波の状態が通常にもどると、装置を通常の運転に戻す。

極端な波の状態は、年間の生産的な時期に対して限定した時期に現れるので、極端な状態では該装置の運転が停止可能であるという条件で、この装置のデザインは通常の波の状況に基くべきである。重量構造物を避けることになるので、経費は低減出来る。

メタルトライアングルの２本の直交ビームの長さは、装置の所望の生産性に基づいて決定されるが、ビームの長さが海に向かって精一杯増大され、垂直ビームを減少させると、フロートのより大きい運動に対して、のこぎりはより小さい運動になるがより大きい押圧力が得られることが考慮されるべきである。反対に、陸に向かう垂直ビームの長さが精一杯増大され、海に向かうビームが減少すると、フロートのより小さい運動に対して、のこぎりはより大きい運動になるがより小さい押圧力が得られる。しかしながら、フロートが海に半分浸されているとき装置の機械的システムの全体が均衡していることが最重要である。このルールのわずかな変形のために、調整は、カウンター・ウェイト（図１の２８）またはメタルトライアングルが海に向かって動いているとき伸びるばね（図1の１８）で、なされ得る。このような均衡の問題は、全構成部品が軽いけれども等しく耐久性のある材料、プラスティック（グラスファイバー）またはジュラルミンで出来ているとき、最小に減じられる。このような材料を使用することにより、腐食からの保護という更なる利点を得る。
システムの性能を改善するために、フロートは金属ケージ（図４の２１）内に制限される。これらのケージはフロートを制限された空間内に留め、波に運び去られないようにする。該ケージはフロートの垂直運動も海水の自由な通過も妨げない。これらのケージは、フロートの寸法および当該領域の波の予想状態に基づいて、金属の管またはレールで出来ている。鉄道で使用されるようなレールが4本、変換機（図４）用に使用し得る岸壁または防波堤または任意の沿岸建造物の凹所の内壁で、フロートの周りに垂直におよび交差して配置されている。岸壁の影響で入射波のエネルギーが倍加し、岸壁は装置の全構成部品を位置づけるための安定した支持を提供することが明確に立証されているので、コンクリートの岸壁が好ましい。

フロートはその最上部と最下部で、ケージの4本の垂直レールを摺動する際の摩耗から発生する損傷から保護するための追加の水平ラバーまたは金属ベルト（図１の２９）に囲まれている。これらの保護ベルトは、水平面で周期的にベルトを旋回させて、損傷に気付く度に、取り外し可能である。ベルトは全損のとき取り換えられる。２個のナックルジョイント（図１の１９）を有する垂直メタルビーム（図１の２）は、フロートにシリンダー内のピストンのように前記ケージの中を上下に摺動する柔軟性を与える。

該ケージは、この海の波の技術の最重要の構成部品であり、変換機の耐久性の主要素である。該ケージは、フロートを波の圧力による水平運動から保護する。フロートがケージの中でまたケージが岸壁の凹部内で確実に保護されている時、全ての力が円滑に伝達され、変換機は極端な波の状態でも安定して機能する。ケージが無ければ、フロートは２ビューフォートから４ビューフォートのおだやか風でも運び去られ破壊される。

装置をより生産的に機能させるためには、変換機を岸壁で平均海面より1.5メートルから2.0メートル上に、かつ海底より約3．0メートルから4.0メートル上に、配置すべきである。これらの制限は、領域内に行き渡る波の状態に依存する。各装置は通常、他の装置から独立して機能する；しかし、その機能はまた、一つ以上の装置が一つの共通のシャフト（図４の８）で作動可能であるように、隣接装置と組み合わせることも可能である。従って付加されたエネルギーは回転の速さを増大させないが動力を増大させ、容易に所要の速さに転換可能である。二つ以上の装置が同じシャフトで作動すると、その回転はより一定になるが、それはフロートが同時に上下に動いてはいないが、各フロートの運動が入射波に依存するからである。それぞれの場合の利点は考慮されるべきだし、利用して得られた経験が、装置毎の一つの発電機か、二つまたは三つの装置でより強力な発電機か、どれが最も効果的な解決かを決定づける。

一群の装置用の海岸の所要の長さは、該群の装置数とフロートの直径に依存する。この目的のために特別に建造された岸壁では、ケージは凹部の４つの壁から構成されるが、該壁に取り付けられた４つの垂直レール（図１の２５）は、エレベーターのプラットフォームと同様に上下に摺動するフロート用のガイドとしての役割を果たす。該凹部の正面は海に向かって開いており、それに対応する垂直レールは水平コンクリートビーム（図１の３０）に取り付けられる。図４は三つの群のフロートの配列を示していて、凹部に３個のフロートと外側に２個のフロートの装置５個の群、二つ目は凹部に１０個のフロートと該凹部の外側のケージに５個のフロートの装置１５個の群、そして、三つ目は凹部無しに配置されたフロートの装置９個の群、である。ショックアブソーバーがフロートの２個の垂直端部に、更にはメタルトライアングルの２本のビームの２個の端部にも配置され（一つは海に向かい、他方は陸に向かう）、二つの所定の最終上下位置の動きを制限する。極端な状況では、海に開いている凹部の前部は特別の扉で部分的に閉じられ、海水の流入を所要のレベルに減じ、変換機が全天候状態で稼働できるようにする。

図１の平面図は凹部にある三つのフロートとその基本要素を示す。図５はフロートを備える変換機の機能を、フロートの３つの異なる位置、すなわち上にある位置、中間すなわち平均海水面にある位置、および第三の底の位置、で示している。すべての群は格納され、耐久性のあるすっきりとデザインされた構造で保護される。

１．フロート(float)
２．垂直メタルビーム
３．矩形メタルトライアングル
４．トライアングルの支持（支点）
５．のこぎり（saw）
６．チェーン
７．ギア
８．シャフト
９．基礎ベアリング
１０．フロートのキャップ
１１．バラスト
１２．垂直ビームのメタル末端部
１３．プラスティックフロートのプラスティック末端部
１４．軽い防水性物質
１５．追加のメタルアーム
１６．ストレッチャー
１７．ストレッチャーのばね
１８．抵抗ばね
１９．ナックルジョイント
２０．ギア（詳細）
２１．金属ケージ（metal cage）
２２．岸壁へのケージの支持
２３．のこぎりのホイール
２４．凹部
２５．ケージの垂直レール
２６．メタルトライアングルの直交ビームの曲線運動
２７．のこぎりの水平運動
２８．カウンターウェイトメタルビーム
２９．フロートの保護ベルト
３０．水平コンクリートビーム

Claims (5)

1. 海の波からの電気エネルギーの発生法であって、バラストで満ちたフロート（図１の１）と、該フロートにナックルジョイントで取り付けられ波の高さに応じて上下に動く垂直メタルビーム（図１の２）を特徴とし、フロートとビームのこのアセンブリは金属ケージ（図４の２１）または岸壁凹部（図４の２４）内に保護されており、該ケージは該凹部の内部の壁（図４の２５）に溶接されたまたは取り付けられた垂直メタルレール（図１の２５）から構成されていて、該レールとフロートの間にはガソリンエンジンがそのシリンダー内でピストンのように摺動するフロートの自由上下運動のための必要な隙間を有し、この垂直メタルビームは該フロートの垂直上下運動をナックルジョイントで取り付けられた海に向かう矩形トライアングル（図１の１９）の水平メタルビームの一端から前記トライアングルの垂直メタルビームの他端に、次に、曲げられたポイントが２本のチェーン（図１の６）、（図３の２０）に取り付けられた水平に動くのこぎり（図１の５）に同様に伝達し、該チェーンは同チェーンの水平運動をギア（図１の７）、（図３の２０）に伝達し、該ギアは一回転方向に動的に移動できまた他方向に自由に回転可能であり、上方であれ下方であれ、小さくとも大きくとも、フロートのあらゆる動きで、海の波の動的エネルギーを発電機を起動させる水平シャフト（８）に同一かつ一定に伝達するのを可能にするように、水平運動を回転運動に変換する、電気エネルギーの発生法。
2. 請求項１による海の波からの電気エネルギーの発生法であって、フロートに取り付けられた垂直メタルビーム（図１の２）がその長さを増減することが可能で、該トライアングルのビームの水平端部からのフロートの距離が海面レベルの潮の変化に適合するように変更可能であることを特徴とする、電気エネルギーの発生法。
3. 請求項１による海の波からの電気エネルギーの発生法であって、フロートがプラスティック材料から出来ている場合、該フロートがその底部の内側に、フロート、バラストおよびビームを一体にさせる末端部を備えることを特徴とする、電気エネルギーの発生法。
4. 請求項１による海の波からの電気エネルギーの発生法であって、メタルトライアングルの２本の矩形ビームが該メタルトライアングルの斜辺と平行なまたは一致する第三のビームと接続され、該第三のビームは損傷、メンテナンスまたは極端な気象状態の場合フロートが上または下の位置にあるとき動けなくなることが出来、一方凹部の沖合に向かう正面に位置する保護ドアが自動的に閉じられることを特徴とする、電気エネルギーの発生法。
5. 請求項１による海の波からの電気エネルギーの発生法であって、多くの装置を並列に横に並べて設置して変換機を一つ一つ独立して独自の発電機で稼働するかまたは二つ以上の装置を組み合わせて共通のより強力な発電機の共通シャフトで稼働できるようにすることを特徴とする、電気エネルギーの発生法。

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