JP2009539024A - 波エネルギー変換装置 - Google Patents

Abstract

波の影響の結果として移動する浮体（２）と、浮体の動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段とを含む波エネルギーの吸収装置であって、上部にガスを含み、下部に水を含む浸漬容器（３２）をさらに含み、容器（３２）の内部は周囲の水と圧力連通しており、容器（３２）内のガスの容量は容器を包囲している圧力に依存しているため、容器（３２）の重量及びその内容に影響を及ぼし、容器（３２）は、波が装置を通過する際に、浮体（２）の上下移動に関して主に垂直に、かつ、逆位相で移動するように装置の他の部分に接続しており、容器（３２）は、その動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段に接続されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、添付請求項１の導入部分による波エネルギーの吸収装置に関する。

そのような装置は、出願人が所有するノルウェー特許出願公開第２００３ ２８８３号（特許文献１）で知られている。本出願では、波力発電機に使用される装置を説明している。装置は、水中又は水の表面近傍に浮くように配置された浮体を含む。ピストンロッドは、浮体からシリンダに延びており、これは、次に、固定具にクランプされる。この固定具は、フロート上に載置される。

さらに、出願人が所有するＰＣＴ出願の国際公開第２００４／１１３７１８号（特許文献２）パンフレットから、上述のタイプの波エネルギーの吸収装置を備えたプラットホーム構造体が知られている。本出願は本願明細書において参照により援用される。プラットホーム構造体は、一般的に、水面上のプラットホームと、水面下に延びている多くの、例えば、４本の脚からなっており、プラットホームを水面上で安定に保持するのに十分な浮力を有している。

国際公開第２００４／１１３７１８号（特許文献２）パンフレットの図１０の原理による試験プラットホーム（「Ｂｕｌｄｒａ」）は、２００４年後半に構築され、２００５年２月に初めて使用された。これは、満足いく形でうまく機能した。「Ｂｕｌｄｒａ」の試験によって生成される試験結果に基づき、波エネルギーを吸収する装置とプラットホーム構造体自身のいくつかの改善作業が行われてきた。本発明は、これらのいくつかの改善に関しており、特に、エネルギー伝達手段を目的とする。

波力発電機に対する別の公知の解決策は、米国特許第６２５６９８７号（特許文献３）に開示されており、ここでは、浅瀬の底に載置した多くのユニットが記載されている。全てのユニットは、フレームに対して垂直に移動するように配置されたフードを含む。フードの内部には、ガスが充填されている。波がユニットの上を通過すると、フードは波に従って上下移動する、即ち、フードは、波の谷が通過すると上方向に移動し、波の山が通過すると下方向に移動する。ユニットの下部には、水が充填されている。この水量は変更でき、ガス量を抑制することにより、共振周波数を波周波数に適合させることが可能である。

この解決策の最大の欠点は、海の底に載置しなければならない点である。そのため、保守及び修理のためユニットにアクセスするのが困難になる。さらに、ユニットは浅瀬に載置しなければならず、そのため、船舶や漁業にとって危険となる。

ノルウェー特許出願公開第２００３ ２８８３号 国際公開第２００４／１１３７１８号 米国特許第６２５６９８７号

本発明の目的は、波の影響の結果として移動するように配置されている浮体と、浮体の動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段とを含む、波エネルギーのより効率的な吸収装置であって、
上部にガスを含み、下部に水を含む浸漬容器をさらに含み、容器の内部は周囲の水と圧力連通しており、容器内のガスの容量は容器を包囲している圧力に依存しているため、容器の重量及びその内容に影響を及ぼし、
容器は、波が装置を通過する際に、浮体の上下移動に関して主に垂直に、かつ、逆位相で移動するように装置のその他の部分に接続しており、
容器は、その動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段に接続されることを特徴とする吸収装置を提供することである。

本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項にさらに開示している。

第１の実施形態の本発明による波吸収装置を示す。 改善された浮体を示す。 下方より見た図２の浮体を示す。 本発明の別の実施形態を示す。 波の山が通過する際の図４の実施形態を示す。 波の谷が通過する際の図４の実施形態を示す。 図４の実施形態による駆動システムの詳細を示す。 本発明によるいくつかの波吸収装置を有するプラットホームを示す。 波エネルギーのさらなる吸収用の羽根車を示す。

添付図面に示す実例としての実施形態を参照して本発明を以下にさらに説明する。

図１は、本発明による波エネルギー吸収装置を示す。波エネルギー吸収装置はガイドロッド１を備え、浮体２はそれに沿って可動する。ガイドロッド１は、上端が上部デッキ３にクランプされるチューブ状に形成された本体である。ガイドロッド１は、ある間隔を有して下部デッキ４を貫通している。４本の水平シリンダ５は下部デッキ４とガイドロッド１の間にクランプされる。シリンダ５は互いに直角に位置している。それによって、水平シリンダ５は、ガイドロッド１が波によって影響される横力を吸収することができる。これらの横力により、水平シリンダ５に水圧を生成させ、発電機（図示せず）により電気エネルギーに変換することができる。

第１のブラケット６は、浮体２の上端に配置される。２本のリニアロッド７は、ブラケットに取付けられる。リニアロッド７は、上端で第２のブラケット８に取付けられる。第２のブラケット８は、ガイドロッド１上を摺動可能である。第２のブラケット８は、両側に１本ずつ２本の駆動ベルト９、１０に接続される。駆動ベルト９、１０は、各下部再制御ローラ１１（ｏｍｓｔｙｒｎｉｎｇｓｒｕｌｌｅｒ）と各上部再制御ローラ１２ａ、１２ｂによりリードされる。

上部再制御ローラ１２の両側には、ギアシステム１３、１４、１５、１６が配置され、再制御ローラはそれらに取付けられる。ギアシステム１３、１４、１５、１６は、ヘルプローラ１７、１８に取付けられる。ギアシステム１３、１４、１５、１６は、再制御ローラ１２ａ、１２ｂの回転を再制御ローラ１２ａ、１２ｂの回転方向に関係なく同一方向の回転へと伝達するように構成される。これは、浮体２が下方向に移動する場合、時計方向で起こっている再制御ローラ１２ａの回転がギアシステム１３に伝達され、ヘルプローラを時計方向に回転することで行われる。さらに、反時計方向になる再制御ローラ１２ｂの回転はギアシステム１５を介してヘルプローラ１８に伝達され、これを反時計方向に回転させる。ギアシステム１４及び１６は自由輪として機能し、どの回転も伝達しない。

浮体が上方向に移動する場合、再制御ローラ１２ａからの回転は反時計方向となり、ギアシステム１６を介してヘルプローラ１８によって反時計方向の回転に伝達される。時計方向に回転している再制御ローラ１２ｂの回転は、ギアシステム１４を介してヘルプローラ１７によって時計方向の回転へと伝達される。ギアシステム１３及び１５は自由輪として走行する。

このようにして、ヘルプローラ１７は常に時計方向に回転し、ヘルプローラ１８は反時計方向に回転する。はずみ車（図示せず）をギアシステム内、或いはヘルプローラ上に配置することで、電力供給が断続的に起こる場合でも、ヘルプローラ１７、１８を略一定の速度で回転させることができる。駆動ベルトにかかる負荷は、上述の構成により対称的である。

ヘルプローラ１７、１８からの回転エネルギーは、各ヘルプローラ１７、１８からシャフト（図示せず）上に取り出すことができる。シャフトは発電機に接続することができる。

下部再制御ローラ１１は、水平に移動可能なブラケット上に配置され、ガイドロッド１に接続されるのが好ましい。

浮体２が、例えば、波の山の影響の結果として上方向に移動する場合、発電機が、波の山の上方向の力よりも１０％未満のオーダで構成している負荷にさらされることにより、本体２は引き止められる。そのため、浮体２は浮力を要する以上に水に沈められたままとなり、本体２に対して作用する力はそれにより増加する。

同様にして、浮体２は、本体２の有効重量（重力マイナス浮力）よりも１０％未満のオーダの力で下方向の動きによって引き止められることもできる。

上述の国際公開第２００４／１１３７１８号パンフレットでは、そのような浮体の取付けを水圧システムでどのように行うことができるか詳細に説明している。しかしながら、本明細書に記載の水圧システムでは、浮体は波動部の下であっても完全に静止して保持される。しかしながら、電気系統により、浮体を引き止める力をより容易に制御する。電流制御の当業者であれば、これがどのように行われるべきかを直ちに理解するであろう。

図１では、浮体は、下端１９に対して直径が徐々に先細っている下部に形成されている。この形状により、浮体は、水から完全に外に移動していれば、水をより容易に流れさせ、水に再び戻る場合には水中により容易に入る。

図２は、別の浮体２を示す。この浮体２は、頂部から底部に浮体２の表面に沿って延びている垂直フィン２０を備えている。図２では、浮体２から直交して突出している８つのフィンを示しているが、数はこれと異なっていてもよい。浮体２の表面からフィンの最も外側の縁部までを測定したフィンの幅は変えることもできる。しかしながら、フィンの大きさは、浮体に実浮力を与えないような重量で制限されていることから、重量の大き過ぎる部分を有するべきではない。

フィン２０の機能は、浮体に対して作用する波からの水平力を捕らえることである。水平波力は垂直波力の２倍のエネルギーを含むことができることが判明している。従って、図２による実施形態の目的は、これらの力の大部分を集めることである。フィン２０は、浮体２からいくつかの方向に突出しているので、波は、波が持つ方向と関係なく略同一領域に接触する。

図３から分かるように、フィン２０は水流をそらし、乱流を減らすように機能する傾斜側面２１、２２を有する。それによって、乱流のために生じる波の影響による力の損失も減少する。

水平波力は、浮体２からガイドロッド１に伝達される。ガイドロッド１は僅かに水平（下部デッキ４での測定値はおよそ１００ｍｍ）に可動するので、力はさらに、水平シリンダ５に伝達される。ここから、水圧エネルギーを取り出すことができ、次いで、電気エネルギーに変換することができる。

垂直波力は、浮体から、浮体と一緒に移動するリニアロッド７に伝達される。リニアロッド７は上部ブラケット８を介して駆動ベルト９、１０に接続されるので、垂直力はさらに、駆動ベルト９、１０に伝達され、これらからギアシステム１３、１４、１５、１６に伝達される。上述のように、回転エネルギーはギアシステムから集めることができ、次いで、電気エネルギーに変換することができる。ギアシステムは、以下の発電機に最適な速度に回転速度を増す交換機を有する。

駆動ベルトの代わりに、鎖、ワイヤ、ストラップ、或いはその他のフレキシブルな延長駆動手段も用いることができる。

ガイドロッド１から上部デッキ３に大きな動き（ｖｏｌｔａｇｅｓ）が伝達しないように、ガイドロッド１は、例えば、球状層（図示せず）によって、上部デッキ３にフレキシブルに吊下げられるのが好ましい。下部デッキ４を通り抜けることで、水平シリンダ５が全ての力を吸収できないほど動きが大きくなった場合に、ガイドロッド１からの力を吸収する弾性ダンパ材料を取付けることができる。下部デッキ４を通り抜ける際に、リニアロッド７に対しても同じことが有効であり、弾性ダンパ材料を取付けることもできる。

図には示していない別の実施形態では、駆動ベルト９、１０及びギアシステム１３、１４、１５、１６は、リニアロッド７に直接に接続されるリニア発電機に置き換えることができ、それにより、固定子は上部デッキ３に接続され、リニア回転子（英語では「移動機（ｍｏｖｅｒ）」とも呼ばれる）はリニアロッド７に取付けられる。リニア発電機は、直線運動エネルギーを電気エネルギーに直接伝達することができる。

ここで、水圧水平シリンダ５の代わりにリニア発電機を用いることもできる。

浮体２は、上下移動において水から完全にとび出るように配置されるのが好ましい。それにより、ガイドロッド１は、重力により垂直に真っ直ぐになり、波の横力が一方向にのみ作用する場合でも、ガイドロッド１は中心から離れたところにはみ出ることがない。

図４は、本発明の別の実施形態を示す。ここでは、追加のリニアロッド３０が浮体２中のトンネルを貫通しており、ブラケット３１に接続されている。ブラケット３１は、次に、上端が閉じられ、下端が開いているシリンダ３２の形状の容器に接続されている。シリンダ３２はガイドロッド１上を摺動可能である。

シリンダ３２には部分的に水が充填されており、閉口頂部に近いシリンダ３２の上部には空気が充填されている。このシリンダ３２は、装置を波に載置すると、浮体２と逆位相に移動する。図５は、波の山が通過する際の装置を示す。浮体２は波の山によって押し上げられる。同時に、シリンダ３２内の空気に作用する圧力は増加し、より多くの水がシリンダ３２の下側開口端部を流れる。それにより、シリンダ３２の重量が増し、シリンダは水中に沈む。図６は、波の谷が通過する際の装置を示す。この場合、シリンダの下方へ潜水する深さは減少する。それにより、シリンダ内の空気が水をシリンダから押し出して、シリンダの重量を減少させるので、水中で上昇する。これに伴う原理は、米国特許第６２５６９８５号による、波と歩調を合わせてフードを移動させるのに使用されているものと同一である。

図７は、別のエネルギー伝達装置の詳細を示す。リニアロッド７が上部デッキ３まで貫通している点で、これは図１の実施形態と異なる。このことは、リニアロッド３０についても同様であり、これはシリンダ３２に接続される。２台の発電機３３、３４は上部デッキ３上に戴置される。第１の発電機３３は、シャフト３５を介してリニアロッド３０に取付けられ、シャフト上に、２つのホイール３６、３７が配置される。これは、リニアロッド３０のそれぞれに対して位置している。各支持ホイール３８、３９は、リニアロッド３０の反対側に配置される。

第２の発電機３４は、シャフト４０を介してリニアロッド７に取付けられ、シャフト４０上に、各リニアロッド７の１つに寄り掛かっている２つのホイール４１、４２が配置される。各支持ホイール４３、４４は、リニアロッド７の反対側に配置される。

各発電機は、浮体２、各シリンダ３０が下方向に移動すると時計方向に、浮体、各シリンダ３０が上方向に移動すると反時計方向に回転するよう着座される。それにより、波周期で交互に変わる各発電機から電流が生じる。従来の電力制御技術により、この交流電流は、直流電流或いは固定周波数を有する交流電流に変換することができる。

上述した浮体の固定、及び場合によりシリンダ３２も固定することは、発電機３３及び３４により非常に容易に行うことができる。これにより、部品による過負荷の恐れがなくなる。そのため、ホイール３６〜３８及び４１〜４４は、力が一定値を超えると、リニアロッド７、３９に向かって滑ることができる。

浮体２は、軽量かつ、同時にある程度の衝撃に対応するゴム材料又はゴム状プラスチック材料で製造するのが好ましい。これに、フェンダーで用いる同一材料を使用することができる。シリンダ３２は、スチール又はコンクリートで製造できる。シリンダ３２は、水と空気／ガスが半々に充填され、かつ、波がない場合、中立浮力を有するべきである。

図８は、図５及び図６による波吸収装置を数台用いているプラットホーム構造体５０を示す。原則として、プラットホーム構造体自身は、国際公開第２００４／１１３７１８号パンフレットに開示のものと同一であり、特に図９において、波エネルギー吸収装置は、２つのデッキ３及び４（上述のデッキ３及び４に従って）を含むデッキ構造体５１に取付けられる。デッキ構造体５１の角のそれぞれには、浮力を与えるため空気が充填されている脚５２が取付けられる。脚５２は、下端で枠組５３により互いに連結している。枠組は、波エネルギー吸収装置のガイドロッド１の制御部を含むものでもある。ダンパ装置５６は、脚５２の下部に配置され、国際公開第２００４／１１３７１８号パンフレットに記載のものと同様に形成されることが可能である。

二次波エネルギー吸収装置５４は、各脚５２のほぼ中間に配置される。これは、脚５２上に回転可能に支持された羽根車５５からなる。羽根車５５の羽根は、図８に示すように湾曲させることができる。そのような波エネルギー吸収装置５４は、波の方向とは関係なく波からエネルギーを吸収する。エネルギーをさらに伝達するため、羽根車５５は、羽根車５５と脚５２の間に戴置されたローラ又は同様のものと連結することができ、ローラは、次に、発電機と連結される。

図９は、羽根車５５の別の実施形態を示す。この実施形態では、羽根車５５は、真っ直ぐな羽根５７を有しているが、これは、長さ軸の真横に湾曲される。羽根５７は、羽根５７の内側長辺の各端部におけるシャフト延長部６０で２つのリング５８とリング５９の間で緊締される。ピン６１は、羽根５７の外側長辺の各端部で配置され、トラック６２に引込まれる。それにより、羽根は、羽根が脚５２から突出する羽根５７ａによって示されるある位置から、羽根が脚５２の表面に略平行に横たわる羽根５７ｂによって示される位置まで揺動することができる。図９に示す例では、波の向きは、矢印６３で示されている。脚の右側に配置された羽根５７（矢印６３の方向で見た時に）は、脚５２から外側に延びるように配置するが、脚５２の左側に配置された羽根５７（矢印６３の方向で見た時に）は、脚５２の表面と略平行に置かれる。そのため、これらの羽根からの抵抗は軽減する。羽根車５５は、それにより、流れ方向とは関係なく反時計方向（上から見た時に）に回転する。

羽根車５５は、多くのローラ６４上に支持され、次に、脚５２に取付けられたブラケット６５上に回転可能に支持される。発電機（図示せず）は、各ローラ６４と連結するように配置できる。

Claims (7)

1. 波の影響の結果として移動するようになっている浮体（２）と、前記浮体の動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段とを含む波エネルギーの吸収装置であって、
   上部にガスを含み、下部に水を含む浸漬容器（３２）をさらに含み、前記容器（３２）の内部は周囲の水と圧力連通しており、前記容器（３２）内の前記ガスの容量は前記容器を包囲している圧力に依存しているため、前記容器（３２）の重量及びその内容に影響を及ぼし、
   前記容器（３２）は、波が前記装置を通過する際に、前記浮体（２）の上下移動に関して主に垂直に、かつ、逆位相で移動するように前記装置の他の部分に接続しており、
   前記容器（３２）は、その動きを発電機に伝達するエネルギー伝達手段に接続されることを特徴とする装置。
2. 前記容器（３２）が上端で閉じられ、かつ、下端で開いているシリンダ形状であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記容器（３２）及び前記浮体（２）が、共通のガイドロッド（１）と垂直に摺動可能に取り付けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記容器が、リニアロッド（３０）を含むエネルギー伝達手段に接続されることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記容器が、少なくとも１つの駆動ベルトを含むエネルギー伝達手段に接続されることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３のいずれか１項に記載の装置。
6. 別のギアシステムが、前記浮体に接続された各エネルギー伝達手段に接続されており、前記浮体が上方向に移動する場合、第１のエネルギー伝達手段に接続される第１の再制御ローラの第１の方向における回転は、第１のギアシステムを介して第１のヘルプローラに伝達され、これを前記第１の方向に回転させると同時に、第２のエネルギー伝達手段に接続される第２の再制御ローラの第２の方向における回転は、第２のギアシステムを介して第２のヘルプローラに伝達され、これを前記第２の方向に回転させ、かつ、前記浮体が下方向に移動する場合、前記第１の再制御ローラの前記第２の方向における回転は、第３のギアシステムを介して前記第２のヘルプローラに伝達され、これを前記第２の方向に回転させると同時に、前記第２の再制御ローラの前記第１の方向における回転は、第４のギアシステムを介して前記第１のヘルプローラに伝達され、これを前記第１の方向に回転させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の裝置。
7. 別個のギアシステムが、前記容器に接続された各エネルギー伝達手段に接続されており、前記容器が下方向に移動する場合、第１のエネルギー伝達手段に接続される第１の再制御ローラの第１の方向における回転は、第１のギアシステムを介して第１のヘルプローラに伝達され、これを前記第１の方向に回転させると同時に、第２のエネルギー伝達手段に接続される第２の再制御ローラの第２の方向における回転は、第２のギアシステムを介して第２のヘルプローラに伝達され、これを前記第２の方向に回転させ、かつ、前記容器が上方向に移動する場合、前記第１の再制御ローラの前記第２の方向における回転は、第３のギアシステムを介して前記第２のヘルプローラに伝達され、これを前記第２の方向に回転させると同時に、前記第２の再制御ローラの前記第１の方向における回転は、第４のギアシステムを介して前記第１のヘルプローラに伝達され、これを前記第１の方向に回転させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の裝置。

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