JP2010523862A - 波力発電プラント - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つのフロートもしくはポンツーン（1）または複数の相互に接続されるフロートもしくはポンツーン（2）を備える波力発電プラントに関する。フロートもしくはポンツーン（1）が波の進行方向に対して非対称的に形成され、または相互に接続されるフロートもしくはポンツーン（2）が波の進行方向に対して非対称的に配置され、それによりフロートもしくはポンツーン（1）または相互に接続されるフロートもしくはポンツーンを連結する部材（3）が、該方向で進行する一連の波の浮力に応じて旋回動作する。波力発電プラントは、電力取り出しのために旋回動作を回転動作へと変換する要素（5、6、7;9、10）を含む。

Description

本発明は、少なくとも一つのフロートもしくはポンツーンまたは複数の相互に接続されるフロートもしくはポンツーンを備える、波力発電プラントに関する。

本発明の別の態様では、波力発電プラントが固定水中ブレードを備える。

文献米国特許文献4,266,143号（特許文献1）は、浮動タンクの側面間傾動(side-to-side tilting)を反対方向に回転する二つの重量重力ホイールの回転動作へと変換するという目的を伴う波力発電プラントを開示する。浮動タンクは左右対称であり、重力ホイールは、傾動が側面間でのみ起こるようにするために逆位相をもって設けられる。

この波力発電プラントおよび他の従来から公知の波力発電プラントに伴う問題は、波の不規則な動作および波サイズの変動である。この往復動作を連続的な回転動作へと高い効率で変換することは困難であった。

米国特許文献4,266,143号

本発明の目的は、新規なタイプの波力発電プラントであって、波の往復動作を直接に連続的な回転動作へと変換することによって前述した問題が解決される波力発電プラントを提供することである。

本目的は、添付の請求項1で示される特徴に基づく本発明によって達成される。本発明の別の態様が請求項12で示される。本発明の好ましい態様が従属請求項に開示される。

本発明の基本的な考えは、フロートまたはポンツーンの形状および/または配置が、それらと連結する軸を旋回動作させるために用いられ、該旋回動作から直接に、ローテーターまたは角度シャフトによって連続する回転動作が得られるという事実にある。

ここで、添付図面を参照して、例示的な態様によって本発明を説明する。
（図１）本発明の一つの好ましい態様に係る波力発電プラントを概略的に示す。
（図２および３）対応する作用が様々なフロートまたはポンツーン形態によって達成される図1の波力発電プラントのための変形例を示す。
（図４）電力取り出しのための別の構成を更に備える、図3に示されるポンツーンに類似する弓形ポンツーンの使用を示す。
（図５〜７）旋回動作が、図1〜4の態様の場合のように単一のポンツーンの形態によって行なわれず、弓形経路にわたる複数の個々のポンツーンの配置によって行なわれる態様を示す。
（図８）水面下に設定角度で固定され、且つどのようなシャフトの周りでも回転していないが前後に揺動しているブレードの使用によって本発明を実施し、ブレードに共通のブラケット14に固定される軸10を、回転動作を生み出すために利用される旋回動作させる別の方法を示す。
（図９）旋回動作を回転動作へと変換できる要素に関する一つの例示的な態様を示す。
（図１０）本発明の波力発電プラントにおける更に他の例示的な態様を部分断面図で示す。

図1〜4の態様に共通することは、フロートまたはポンツーン1が波の進行方向に対して非対称的に設計されており、それにより、前記方向で進行する一連の波の浮力に応じてフロートまたはポンツーン1が旋回動作するということである。図1〜4では、波高点の方向が二重線によって示されている。フロートまたはポンツーン1は、長いワイヤーケーブル8によって、波の移動方向に対して所定の角度位置（一般に長手方向）に固定される。固定は、波の方向変化に関わらず、フロートまたはポンツーン1がその角度位置を保持するように行なわれる。図1、3および4の場合、フロートまたはポンツーン1は、弓形であり、具体的にはバナナまたはクロワッサンの形状をなしている。図1の好ましい態様において、フロートまたはポンツーン1は、少なくとも水によって取り囲まれるその部分にわたって円形または卵形の断面を有している。そのため、その長手方向軸周りのその傾動は、可能な限り小さい抵抗しか受けない。図2の態様において、フロートまたはポンツーン1は、楕円または卵形の形状をなしており、楕円または卵形の主軸が波の進行方向と鋭角をなす位置でワイヤーケーブル8により固定される。

図1〜4に描かれるフロートまたはポンツーン1の形態に共通することは、波が特定の角度でフロートまたはポンツーンと出会うと、フロートまたはポンツーンの端部および中央領域によって形成される三角形の点が、等しくない位相で上下動するため、フロートまたはポンツーンが旋回動作するということである。図2の楕円は、互いに対向する二つのそのような旋回する「三角形」を含んでおり、それにより「三角形」が波の移動方向に対して対称に位置せず、したがって単なる前後の揺動を回避してその動作を旋回動作へと変えるように、方向が選択されなければならない。これは、後述するローテーターの質量によって与えられる作用により更に促進される。ローテーターは、その回転で、常に、フロートまたはポンツーンによって与えられる対向力（浮力）が最も低い方向へと発電装置を更に傾けようとする。

図1〜3の態様は、電力取り出しのために旋回動作を回転動作へと変換する類似の要素5、6および7を特徴とする。重量ローテーター6が、フロートまたはポンツーン1に固定される旋回軸5を中心に回転可能にベアリング装着される。ローテーター6は、所望の長さのモーメントアーム7によって旋回軸5に連結される。アームは、その長さが空気圧的に、または液圧的に調整可能であり、それによりローテーターによってその回転中に生成される電力を、連続する波のサイズにしたがって調整することができる。ローテーター6によって回転する軸5は、発電機を駆動させることができるように適合され得る。実用的な態様において、ローテーター6は、そのアーム7および軸5（共同でローテーターを構成する）と共に、中空の閉じられたフロートまたはポンツーンの内側にセットすることができる。ローテーター質量を下方へ引き付ける重力により、ローテーター6が軸5の旋回動作によって回転動作する。軸5は、その断面が楕円などの円形以外となり得る円錐の形態をなす軌道を有する。これは、発電装置の傾動が様々な方向で等しくなり得ないからである。

図4は、電力取り出しのための別の実施を示す。ポンツーン1には、垂直柄部9によって錘11が吊り下げられる。ポンツーン1のブラケットには、僅かな角度偏差αを伴う柄部9の延在部として存在する軸10が取り付けられる。この角度偏差αは、フロートまたはポンツーン1の旋回動作における角度偏差と実質的に一致するように選択される。柄部9および軸10の内側には角度シャフトが回転可能にベアリング装着されており、角度シャフトの肘の一方側に存在する角度シャフト部分は軸10の内側に位置し、肘の他方側に存在する角度シャフト部分は柄部9の内側に回転可能にベアリング装着されている。柄部9および錘11は旋回動作を行なわないため、角度シャフトは、フロートまたはポンツーン1が旋回動作を行なうときに回転動作する。その結果、回転する角度シャフトから電力を取り出すことができる。

図5〜7の態様では、共通のブラケット3に固定された少なくとも三つのフロートまたはポンツーン2が存在する。この場合、フロートまたはポンツーン2は、それらの浮力中心が弓形経路4に沿って位置するように適合される。したがって様々なポンツーン2は、それらの間の距離および波の移動方向に対するその角度位置が適切である限り、等しくない位相で上下動する。一般に、三つのポンツーンによって形成される三角形は、二つのポンツーンを通り抜けて延びる直線が波の入射方向と一致するように固定される。ブラケット3が旋回動作し、それにより旋回軸5に同様の様式で回転可能にベアリング装着されるローテーター6を用いて電力を取り出すことができる。軸5での応力を避けることを考えると、当然、ローテーター6をその上にベアリングによって載置するためのガイドトラックをローテーター6の下側に設けることができる。無論、電力取り出しは、実際の軸5を伴うことなく、弓形経路に沿って移動する錘だけによって行なうことができる。しかしながら、電力取り出しは、回転軸5を使用することにより更に容易である。図6は、「ウェービング」カーペットを形成する細長いフロートまたはポンツーン2を示す。フロートまたはポンツーン2は、その長手方向と交差する方向の回動ジョイントによってブラケット3に留められている。この場合でも、フロートまたはポンツーン2は、それらの支持点が曲線4に沿って位置される。

図7の態様において、フロートまたはポンツーン2は、流線形の形態をなしており、したがって船舶に対してその取り付けが可能である。この場合、ポンツーン2によって支持されると、船舶は一連の波において旋回動作させられる。船舶の様々な移動方向で旋回動作を確保するため、ポンツーン2は、その相対位置に関して調整できるように設計されていることが好ましい。旋回動作から得られる回転動作は、船舶を推進するためのモーターとしての役割を果たし、またはそれによって駆動される発電機を使用して、船舶のための電源として機能するバッテリを充電することができる。

図8は本発明の別の態様を示しており、水面下に固定されるブレード13は、波内流れ(intra-wave currents)に応じてブラケット14が旋回動作するようなブレード角度をなして共通のブラケット14と係合される。固定は、例えば固定錘12をその下端に有する垂直柄部9によって行なうことができる。この場合も、電力の取り出しは、ブラケット14と連結される軸ブシュ10の内側および柄部9の内側（または柄部9の外側）にベアリング嵌合される角度シャフトを用いて実施されるように企図され、そのため、角度シャフトが、柄部9と軸ブシュ10との間にその肘を有する。軸ブシュ10がそれ自体と柄部9との間に僅かな角度偏差α（角度シャフトの肘角度に等しい）をなして旋回すると、角度シャフトが回転動作させられる。ここでは、図4の態様と同様、角度シャフトの肘角度が単一の交差方向関節シャフト周りで変わることができ、それにより軸ブシュ10と柄部9との間の旋回角度αが変動サイズをなし得る。

図9は、旋回動作を回転動作へと変換することができる要素に関する更に密接な一つの例示的な態様を示す。ブラケット3または14には、図4および8と同様、軸10が回転可能にベアリング装着されており、軸10の内側には、角度偏差αをもって第2の軸9が回転可能にベアリング装着されている。軸10が旋回動作を行なうと、固定的にベアリング装着された軸9により、軸10がその中心軸周りに回転も行なう。軸10の回転軸には、例えば発電機を駆動させる電力取り出し軸5が固定される。柄部9には、柄部9と軸10との間の角度α以外の角度偏差を許容する回動軸15を設けることができる。

必要に応じて、図1〜6の態様の下側に図8の態様を構成することができ、それにより同じ波の浮力および内部流動力（internal flowing power）を利用することができる。したがって、図8に描かれる柄部9およびアンカー12は必ずしも必要とされず、ポンツーンを備える波力発電プラント要素とブレードとの間に取り付けられる角度シャフトによって電力を取り出すことができる。無論、これらの波力発電プラント要素がそれぞれ、それらの間に角度シャフトを回転させることができる角度偏差αを与えるために、それらの特有の旋回動作を等しくない位相で行なうことを確かめることが必要である。

図10の態様において、ローテーターハウジングは、中空回転体の形状、例えば、球、扁平球もしくは円筒の形状、または球と円筒との間の中間の形状をなしている。長さ方向に先細る弓形フロート1は、ローテーターハウジング16から波の入射方向に逆らって延びており、それにより波の入射方向と弓形フロート1との間には、フロートの先端に向かって増大する鋭角が存在し、この鋭角は、フロート端部付近で、30度よりも大きく、好ましくは30度〜70度の範囲内である。フロート1より短くてもよい第2の弓形フロート1'は、ローテーターハウジング16の反対側から波の出射方向に延びており、それによりフロート1'と波の出射方向との間にも、フロート1'の先端に向かって増大する鋭角が存在する。

ローテーター6は、その外面がローテーターハウジング16の内面輪郭と一致する。ローテーター6は、直立プレートまたは互いに上に位置される幾つかの柄部からなるポストによって旋回軸5に装着される。発電機18および想定し得るトランスミッションもローテーターハウジング16内に収容される。フロート1は、その水線がハッチングの縁部にほぼ一致している。

Claims (15)

1. フロートもしくはポンツーン（1）が波の進行方向に対して非対称的に形成され、または相互に接続されるフロートもしくはポンツーン（2）が波の進行方向に対して非対称的に配置され、それによりフロートもしくはポンツーン（1）または相互に接続されるフロートもしくはポンツーンを連結する部材（3）が、該方向で進行する一連の波の浮力に応じて旋回動作し、波力発電プラントが、電力取り出しのために旋回動作を回転動作へと変換する要素（5、6、7;9、10）を含むことを特徴とする、少なくとも一つのフロートもしくはポンツーン（1）または複数の相互に接続されるフロートもしくはポンツーン（2）を備える、波力発電プラント。
2. フロートもしくはポンツーン（1）または複数のフロートもしくはポンツーン（2）を相互に接続するブラケット（3）は、長いワイヤーケーブル（8）を用いて波の進行方向に対して所定の角度位置に固定され、ワイヤーケーブル（8）が波の進行方向に応じてシフトさせるようにする結果として、波の方向が変わっても該角度位置が維持されることを特徴とする、請求項1記載の波力発電プラント。
3. フロートもしくはポンツーン（1）が弓形であり、具体的にはバナナまたはクロワッサンの形状をなすことを特徴とする、請求項1または2記載の波力発電プラント。
4. フロートまたはポンツーン（1）が、少なくとも水によって取り囲まれるその部分にわたって円形または卵形の断面を有することを特徴とする、請求項3記載の波力発電プラント。
5. フロートまたはポンツーン（1）が楕円または卵形の形状をなしており、かつ、該楕円または該卵形が波の進行方向と鋭角を形成する主軸を有する位置で固定されることを特徴とする、請求項1または2記載の波力発電プラント。
6. フロートまたはポンツーン（2）が弓形経路（4）に沿って位置される浮力中心を有するように、少なくとも三つのフロートまたはポンツーン（2）が共通のブラケット（3）に固定されることを特徴とする、請求項1または2記載の波力発電プラント。
7. フロートもしくはポンツーン（1）、または複数のフロートもしくはポンツーン（2）を相互に接続するブラケット（3）が、旋回動作を行なう実質的に垂直な軸（5、10）に固定されることを特徴とする、請求項1から6の一項記載の波力発電プラント。
8. 旋回軸（5）を中心とする回転のために、重量ローテーター（6）がベアリングを用いて装着されることを特徴とする、請求項7記載の波力発電プラント。
9. ローテーター（6）が、所望の長さのモーメントアーム（7、17）を用いて旋回軸（5）に連結されること、および、該ローテーターが閉じられたローテーターハウジング（16）内にセットされ、該ローテーターハウジングの外側には、少なくとも一つの弓形フロート（1）または幾つかの三角形に配置されたフロート（2）が位置することを特徴とする、請求項8記載の波力発電プラント。
10. 軸（10）が、角度シャフトの肘の一方側に存在する回転可能なベアリング装着角度シャフト部分を有し、一方で、肘の他方側に存在する角度シャフト部分が、旋回動作を行なわないかまたは該旋回軸（10）の位相とは異なる位相で旋回動作を行なう構造体（9、11）に回転可能にベアリング装着されることを特徴とする、請求項7記載の波力発電プラント。
11. それらの相対位置に関して調整できるポンツーン（2）が船舶に取り付けられ、該船舶が前記ポンツーン（2）によって支持されると、一連の波により船舶推進力へと変換されるように適合される旋回動作を該船舶が行なうことを特徴とする、請求項6記載の波力発電プラント。
12. 水中固定ブレード（13）が、共通のブラケット（14）と、該ブラケット（14）が波内流れ（intra-wave currents）に応じて旋回動作するようなブレード角度をなして係合されること、および、波力発電プラントが、電力取り出しのために旋回動作を回転動作へと変換する要素（9、10）を含むことを特徴とする、該ブレード（13）を備える波力発電プラント。
13. 旋回動作を回転動作へと変換する前記要素（9、10）が軸（10）を含み、該軸がブラケット（14）に固定され、かつ、該軸（10）に、角度シャフトの肘の一方側に存在する角度シャフト部分が回転可能にベアリング装着され、一方で、肘の他方側に存在する角度シャフト部分が、旋回動作を行なわないかまたは該旋回軸（10）の位相とは異なる位相で旋回動作を行なう構造体（9、12）に回転可能にベアリング装着されることを特徴とする、請求項12記載の波力発電プラント。
14. 旋回動作を回転動作へと変換する前記要素（9、10）が軸（10）を含み、該軸がブラケット（3、14）に回転可能にベアリング装着され、該軸（10）が角度偏差αを伴って、ブラケット（3、14）と一緒に旋回動作しないように固定される第2の軸（9）が回転可能にベアリング装着されることを特徴とする、請求項1または12記載の波力発電プラント。
15. 第2の軸（9）に、ブラケット装着軸（10）と該第2の軸（9）との間の前記角度偏差α以外の角度偏差を許容する回動ジョイント（15）が設けられることを特徴とする、請求項14記載の波力発電プラント。

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