JP2009539678A - 横越流によるうねりエネルギーを利用するためのフロート装置 - Google Patents

Abstract

横越流によるうねりエネルギーを利用するためのフロート装置であって、平面的に収束するとともにその間を波が伝搬する可変乾舷を有する船体により形成される装置。収束により、船体の間を波が伝搬する際に波の高さが漸増し、船体の特定区分からの乾舷の漸減とともに、ハットを越える波頂の水塊の横越流を発生させ、（乾舷の減少にしたがって）異なる高さにあって対応のタービンに接続されたタンクにこれが収集される。海面状態に適応させるため、船体の間の収束の角度を変化させることができる。それまでに構造物を越えることのできなかった水を収集するため、船体の船尾の間の接続閉鎖スロープによって利用システムが補助される。

Description

本発明は、平面図的に収束してその間を波が伝搬する可変乾舷を有する船体により形成されるフロート構造で構成される。横方向輪郭の収束により、波の高さの漸増が発生する。この事実は、所定点からの船体の乾舷の減少とともに、波頂の水塊の横越流を発生させ、これが（乾舷の減少にしたがって）異なる高さに位置するタンクに収集され、対応のタービンへ接続される。

近年、うねりによる多様なエネルギー発生装置が開発されている。これらの装置の一種は、前記高さの漸増を達成するため、様々な形態が存在する波のうねりを利用することを特徴とするいわゆる「越波」装置により形成される。

このタイプの最初のシステムは、ＴＡＰＣＨＡＮ（１９８５年）として知られるものである。岩場に建設されて、基本的には収束流路で構成されるため、波を集中させ、最終的には水を容器へ流入させてタービンを動かす。しかし、潮差がわずかである必要があることなどの様々な理由から、このシステムの製造は制限される。

別のフロート装置シリーズはこの沿岸システムを基に設計され、一般的な形で「フロートＴａｐｃｈａｎｓ」と呼ばれることがあり、波のうねりを利用してタービンを動かすという同じ原理に基づいており、高さを達成する方法とタンクへ水を誘導する方法に本質的な違いが見られる。

これらの装置の大部分はスロープによって高さを大きくしようとしているため、波の運動エネルギーの一部が位置エネルギーに変換されることで、波がスロープの最高部を越える。この設計は、一方では発生する波の高さの制約により、他方では単一の高さの水を利用することによる影響を受ける。結果的に、収集される水の量とエネルギー効率とが低下する。

その後に続く設計は、異なる改良によりこれらの問題を部分的に解決しようとするものである。波の高さを増大させるため、特許文献１および特許文献２のようにスロープそのものに位置することもある収束壁と、波を引き寄せる収束アーム（ＴＡＰＣＨＡＮの原案）のいずれかを使用する装置が見られる。単一の高さで収容するという作用に由来する問題に関しては、特許文献３など、スロープの異なる高さに配置された開口部から水塊が流入する、異なる高さのタンクを使用する装置がある。開口部の構成に応じて、液体の流れがスロープを上る際に、または戻る際に、タンクに水が流入する。

最新の装置に加えられた改善にも関わらず、実際のうねり状態での性能に関連する他の根本的制限に加えて、これらは上記の制限の大部分を依然として受けている。

これらの装置の主な性能問題は、波を収集する単一の形状としてスロープを使用することにより生じる。この収集方法は、利用されるエネルギーを最大にするためスロープが波面に対して平行に配置される設計を必要とするため、衝突面に対する距離が短い構造となる。エネルギーうねり状態では、この構成は大きな動き、特に上下揺れと縦揺れを行なう装置を必然的に伴い、これがエネルギー効率をかなり低下させる。

この設計から由来する他の限定要因は、非常にエネルギーに満ちた海洋性気候を持つ地域におそらくは設けられると仮定すると、装置が受けるであろう極度のうねり状態では残存する可能性が低いことに関連するものである。

最後に、波面がスロープの全幅に同時に作用することと、護岸壁が耐えなければならない波高よりも高い波高のためエネルギー利用装置が非常に深いところに位置しなければならないこととを念頭に置いて、このスロープを使用する際の高い製造コストに言及する必要がある。

独国特許発明第１９７２６５０４号明細書 英国特許第６１２１７５号明細書 国際公開第００７１８９２号明細書

本発明の目的は、「越波」うねりエネルギー利用装置に共通する上述の欠点を解決するため、異なる高さでの横越流による利用システムを提案することである。

本発明のシステムは、その間を波浪が伝搬する船体により形成されるフロート装置により構成される。船体の間の離間は、波の伝搬方向において前方および後方に減少するので、一定でない。平面的な収束は、波頂の高さの増加を必然的に伴う。この高さが船体の内側側面の乾舷（喫水線とハットとの間の垂直距離）を超えると、伝搬方向に対して略垂直に横越流を発生させ始める。この横越流による水塊の損失は、長さ方向中央に近い船体の延在範囲の所定点からの波の伝搬方向における乾舷の漸減がなければ越流を端部まで運んだであろう波頂の波高の減少を伴う。さらに、船体の収束は横越流の維持に役立つ。

この横越流は、好ましくは直線状の輪郭を持つ船体の内側側面で発生し、一方、外側側面の輪郭は湾曲しているものとする。

ハットを越える水塊は、各タンクが越流を収集する船体スパンの乾舷に従って異なる高さで越流発生エリアの船体に位置するタンクに収集される。越流エリアは、乾舷が船尾まで減少し始める長さ上の頂点から始まる。必要に応じて、収集される水の量を最大化するため、タンクは船首に向かって長手方向に延在してもよい。

これらのタンクの各々は、推進ダクトを介して、対応のタンクの高さに適した作用高さを持つタービンへ注水する。こうして、タービンはその推進先の容器に蓄積される水の高さの変化に対応する狭い範囲の作用高さを持つので、タービンそのものの良好な性能に加えて、多量の水が収集されて徐々に排水されることになる。

所定の海面状態におけるエネルギー利用可能性があまり高くない場合には、横越流が始まるのは船体の内側側面の乾舷が減少し始める点ではないと仮定すると、この設計はまた、多様な波パターンでの作用効率を可能にする。横越流は、波頂の高さが内側輪郭の乾舷を超えるさらに後方の時点で発生され、利用される。

収集される水量に関してはこのように海洋性気候に高い適合性を持つにも関わらず、構造物を越えることのできない波が常に一部は存在する。

この部分の波を収集することを目的として、収束の効果により近接度が高い下流（船尾）端部で、閉鎖スロープにより船体が相互に結合される。これは波面に対して斜めに配置されることが好ましく、直線状または湾曲した輪郭を持ち、装置の長手軸による垂直面について対称である。そのため、それまでに収集されていない波頂の水塊の一部がこの閉鎖スロープを横方向および正面から越えることになり、横方向の船体の単数または複数の（低い）船尾タンクに収集される。

いかなる場合でも、他の装置とは異なり、この閉鎖スロープは補助的な要素として考案されているため、閉鎖スロープが主な集水システムを構成する装置よりも構造的要件が少ないと言える。

低い位置で水を収集する収集船尾タンクが各船体に独立して一つずつ位置してもよく、その場合には、スロープに近づいて、スロープに近い中央エリアでこれを越えるように水を誘導する正面デフレクタが配置される。船尾全体を覆う単一のタンクのみを有する場合には、デフレクタは不要である。

開示されるシステムは、水塊の収集が特定の時間および場所で行なわれる既存の越流装置と対照的に、（波が前進するにつれて）時間的に、そして（船体に沿って）空間的に分散される水の収集に基づいている。

このような波頂の水塊の段階的収集を達成するために、収集システムは波の伝搬方向に対して略平行に配向され、この方向に対して垂直に配向される他の装置と比較して、上述した構造的ウィンドウを特徴とする。また、かかるシステムよりも長い延在範囲（長さ）を持つ幾何学形状を必然的に要するため、本装置は双胴船タイプの船舶の程度の全長／衝突面の比を持つ。

他方、船体の収束が波の高さの増大にとって有効となるには、この延在範囲が必要である。他のシステムではエネルギー効率を著しく低下させるうねり作用による動き、特に横揺れおよび上下揺れを減少させるのに、この長い幾何学形状は有益である。

システムの効率を高めるため、ヒンジ、ケーブル、他のタイプの機構により、海面状態に応じて、船体の平面的な収束、つまり末端部（船首）における相互の間の離間を調整することが可能である。

耐久性という目的の一つにより、暴風雨状態では格納されて、好ましくは船体の内側に向かって、ヒンジまたは他の機構により折り畳まれるように、可動船体の間に閉鎖スロープを有する。こうして、船体（平行船体）の非収束状態への調整とともに、間に障害物がないので、暴風雨状態では、最初の高さを増すことなく、波を間のスペースで循環させて流出させる。

うねりの作用による装置の動きによるタービンへの供給の妨害を防ぐため、下面に設けられた略円錐形装置への下降支持体をタンクが有する。水塊がタービンへ送られるためのダクトの上部にこの支持体が設けられて、収集タンクとダクトとを接続する。こうして、タービンの連続動作を保証する「緩衝器」として作用する。

装置はまた、水の収容量が変化する一連のバラストタンクを船首エリアに有し、そのため、装置の傾斜および乾舷は海面状態に左右される。

装置が係留装置を中心に回転してうねりの衝突方向に常に面するように、係止は単一の点であることが好ましい。

装置が３個の船体により形成される場合には、すでに説明したのと同じ原理によって越流により水が収集される。この場合、波頂の水塊は外側船体の内側側面を越えるのに対して、中央船体を越える越流は二つとも内側であるので両側面で発生される。

上に詳細が開示された本発明の目的は、主として波頂の横越流により、可能な限り最大の水量を収集し、続いて閉鎖スロープを上ってこれを越えることで補助を行なうことである。異なる収集高さで作用し、ゆえに水が蓄積される高さとタービンそのものの効率の両方を最適にする。構造物の形態により、うねりの作用による横揺れおよび上下揺れの動きの軽減が可能であり、結果的にタンクでの規則的な水の収集という利点も伴う。同様に、この形態によって暴風雨状態でも構造物の残存が保証される。

上昇乾舷（２）を備える第１スパンと、下降乾舷（４）を持つ長さ上の所定点（３）からの第２スパンとを有する２個の収束船体（１）により形成される、本発明のシステムのアセンブリの斜視図を表す。横越流はこの第２スパンで発生する。船尾端部には、両方の船体を接続する閉鎖スロープ（８）が位置する。越流エリアに位置する収集タンク（５）、タンクを接続する略円錐形装置（１１）、ダクトを接続するタービンも見られる。 装置の上面図を表し、前後方向における船体（１）の収束が示されている。両船体の間の最終閉鎖スロープ（８）と、船首に位置するバラストタンク（１４）。 船尾から見た背面図を表し、各タンクが越流を収集する船体スパンの乾舷にしたがって異なる高さで越流エリアの船体に位置するタンク（５）の構成が見られる。「緩衝器」としての略円錐形装置（１１）、推進ダクト（１２）による対応タービン（６）への接続。 船首から見た正面図であり、船体の輪郭が見られ、延在範囲（長さ）の所定点（３）から乾舷が減少（４）して横越流を発生させる。船尾に位置する両船体を接続する最終閉鎖スロープ（８）も見られ、船尾収集タンクへ水を誘導するため正面デフレクタ（１３）がここに位置する。 海面状態に応じて非収束状態（平行船体）まで船体（７）の収束が調整されることが分かる平面図である。最終閉鎖スロープ（８）およびその折畳み方法（９）も見られる。 最終閉鎖スロープ（８）を船体の内側へ折り畳む（９）方法に関する図５の拡大図である。この折畳みは、船体の非収束調整とともに、波を変化させずに装置に沿って波面を伝搬させることを可能にする。 船体のＡ‐Ａ’断面図を表し、異なる高さでタンク（５）に収集する様子が見られる。タンクの支持体（１０）の傾斜は、タンクをタービン（６）の推進ダクト（１２）と接続する略円錐形装置（１１）に向かって下降している。 長手方向輪郭であり、単一点（１５）のための係止点を示す側面図である。 長手方向輪郭であり、単一点（１５）のための係止点を示す上面図である。 波頂の塊が外側船体の内側側面および中央船体の両側面を越える、３個の船体により形成される装置の平面図である。海面状態に応じた船体（７）の収束の調整が見られる。 正面デフレクタが設けられない場合の、単一の船尾収集タンク（１６）を備える装置の平面図である。 動作状態の装置を示す図である。

本発明の好適な実施例は、平面的に収束し、長さと衝突面の比が５と７の間である２個の船体（１）により構成され、船体の外側側面は湾曲した輪郭で内側は直線状であり、第１波高上昇スパンでは乾舷（２）が増加し、長さ中央付近の所定点（３）からの第２スパンでは乾舷（４）が漸減して、横越流が可能となる。船体の収束（７）は、海面状態に応じて、船尾エリアに位置するヒンジによって非収束形態（平行船体）となるまで調整される。

船体の下降部分には、異なる高さに位置して、対応の推進ダクト（１２）を通してタービン（６）に各々が接続された一連の収集タンク（５）が配置されている。

両船体を下流（船尾）端部で接続し、波面に対して斜めに配置され、湾曲した輪郭を持ち、装置の長手軸による垂直面に対して対称である閉鎖スロープ（８）が設けられ、こうして、その前に船体のハットを横方向に越えることのできなかった水の一部を船尾タンクへ上らせてこれを越えさせることができる。中央エリアでスロープを上った水を船尾タンクへ誘導するための正面デフレクタ（１３）を備える。

最終閉鎖スロープはヒンジにより船体の内側へ折畳み可能（９）であり、そのため暴風雨状態では、船体の間に障害物が設けられることなく波が自由に伝搬される。

横収集タンクは、長手方向には縦揺れ設計と同じ程度、横方向にはバランス設計と同じ程度の角度を持つ下降支持体（１０）を有する。そのため、タンクを接続して「緩衝器」として作用する略円錐形装置（１１）を上部に有するタービンの推進ダクト（１２）へ水が誘導される。

装置の傾斜および乾舷を制御するための、収容される水の量が異なる一連のバラストタンク（１４）が、構造物の船首に設けられる。

このシステムは、うねりの衝突方向に自力で面するように、単一の係止点（１５）の係留装置を中心に回転する。

好適な実施例の特徴について説明したが、いかなる場合にも、上述した詳細そのものに装置が制限されることはなく、むしろいかなる場合にも、請求項に記載された発明の本質的特徴を変更することなく適切と考えられる変形を行なってもよいことを指摘しておかなければならない。

Claims (5)

1. 平面的に前後方向に収束して長さ中央に近い所定点（３）から下降（４）する可変乾舷を持つ船体（１）により形成され、内側側面に対して略垂直な波頂の水塊により該船体の周囲に横越流を発生させる構造物と、
   船体スパンの乾舷にしたがって異なる高さで各タンクが越流を収集する越流エリアにおいて該船体に位置して、推進ダクト（１２）により対応のタービン（６）に各々が接続された収集タンク（５）と、下流端部（船尾）で該船体を接続する閉鎖スロープ（８）と、 該閉鎖スロープの中心点に位置する正面デフレクタ（１３）と、該船体の船首エリアに設けられたバラストタンク（１４）と、
   単一点（１５）の係止システムと、
   を包含する、横越流によるうねりエネルギーを利用するためのフロート装置。
2. ヒンジ、ケーブル、他の機構により調整（７）される平面的な収束構成と、
   長さ上の所定点（３）からハットの高さを段階的に減少させる可変乾舷と、
   湾曲輪郭の外側側面および好ましくは直線状の内側と、を備える、好ましくは２個、あるいは３個の船体により形成される装置の周囲における、請求項１に記載の越流。
3. 前記乾舷が前記船尾へと下降し始める長さ上の点から始まり前記船首に向かって長手方向に延在することが可能である前記横越流エリアに位置して、タンクとタービン推進ダクトとを接続する略円錐形装置（１１）への下降支持体（１０）を有する、請求項１に記載の横方向収集タンク。
4. 波面に対して斜めに配置されることが好ましく、直線状または湾曲した輪郭を持ち、装置の長手軸による垂直面について対称的であり、前記船体の内側に向かってヒンジまたは他の機構により折畳み可能であり、横方向および正面からの越流が発生される、請求項１に記載の両船体を接続する閉鎖スロープ。
5. 好ましくは各船体に１個、あるいは、前記正面デフレクタが設けられない場合にすべての船体の船首にわたる単一のタンク（１６）である、水を横方向および正面から収集するための請求項１，３，４に記載の船尾収集装置。
   

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