JP2011511204A - 波力発電装置 - Google Patents

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    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Abstract

本発明は、第1の浮揚部品(14,76)と、第2の静止部品(22,90)と、少なくとも1つの発電機(18)と、少なくとも1つの並進体(12)と、少なくとも1つの回転体(16)とを備える、波の力から電力を発生させる装置に関する。第1の浮揚部品(14,76)および第2の静止部品(22,90)は波によって互いに並進可能であり、これにより並進体(12)とこれに関連付けられた回転体(16)との間に相対的な並進運動を生じ、回転体(16)が回転エネルギーを吸収して、関連づけられた少なくとも1つの発電機(18)によって回転エネルギーを電気に変換する。
【選択図】図1

Description

本発明は、波によって生じる浮体の上昇行程から電気エネルギーを発生させる波力発電装置に関する。
風力タービン、太陽電池、潮汐力発電所の他に、波の運動を用いることが知られている。
波は海岸付近で最も大きくなるため、波の運動は海岸付近において特に有用である。
WO2008/116621A1は、波力からエネルギーを回収する装置を開示している。
ここでは、波によって、可動部、すなわち、二次コイルの、一次コイルの形の非可動部に対する上昇行程が行われる。
このリニア発電機を用いて、一次コイルの二次コイルに対する相対運動によって発電が行われる。
ここで、二次コイルの巻線は、高温超電導体からなる。
この実施例には、エネルギーを機械的に蓄積することができない、また、そのような材料を選択するため製造コストが非常に高いという欠点がある。
一般に、発電所の高い製造コストおよび費用対効果により、発電所の利用が決まる。
国際公開WO2008/116621A1
したがって、本発明は、製造が簡単で費用対効果に優れた装置であって、上記欠点を回避するとともに低運転重量で波の力を電気エネルギーに変換する装置を提供するという目的に基づくものである。
この目的は、本発明によれば、請求項1の特徴によって達成される。
従属請求項は、本発明の更なる有利な実施例である。
本発明は、波の運動から生じる波力を回転エネルギーに変換し、最終的には電気エネルギーに変換するという知見に基づく。
本発明によれば、波力発電装置は、第1の浮揚部品および第2の静止部品と、少なくとも1つの並進体および少なくとも1つの回転体とを備える。
静止部品および浮揚部品は、波の運動により相互に相対的に動くことができる。
したがって、静止部品は動作中は動かないものの、異常な環境の影響により外れたりずれたりする可能性はある。
これらの2つの部品の相対的な並進運動により、回転体とこれに関連付けられた並進体との間に並進運動を行わせる。
浮揚部品と、静止部品と、並進体と、回転体とは、相互に協動関係にある。
したがって、回転体とこれに関連付けられた並進体との間の相対的な並進運動により、回転体の回転が引き起こされる。
既知であるように、並進運動を回転運動に変換することができる方法の可能性は多くある。
例えば、この変換は、ウォームギヤ、上昇スピンドル、ジャイロユニット等によって行うことができる。
さらに、回転体は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する少なくとも1つの関連付けられた発電機と協動関係にある。
これは、回転体の回転運動を例えば、摩擦力によって、発電機の駆動軸に伝達することによって得られる。
さらに、発電機の回転子を回転体に直接連結することも考えられる。
回転エネルギーは、少なくとも1つの発電機によって電気エネルギーに変換される。
例えば、この変換は、ハイブリッド車、または、風力エネルギーのホイールにおいて通常行われるように実現することができる。
このように得られたエネルギーは、波力発電装置から導体を介して伝達される。
これにより、何らかの形で存在する波を環境に優しく枯渇しない方法で用いることにより電気エネルギーを発生させる。
並進運動を回転運動に変換することにより、慣性ストレージが最適な方法で用いられる。
さらに、このような解決方法により、実質的に運転重量の低い装置を実現することができる。
第1の実施例によれば、並進体と回転体との間にギヤユニットが設けられている。
ここで、ギヤユニットは伝達の要件に適合させ得るという利点がある。
特に有利な実施例において、回転運動はフリーホイールギヤユニットを介して回転体に伝達される。
フリーホイールギヤユニットによって、一回転方向のみにモーメントを伝達することができる。
したがって、回転体を常に一方向に駆動することができる。
回転体は、ゆっくり回転すること、または、逆側に回転駆動することによって止まることはない。
これには、回転体が絶えず蓄積エネルギーを出力するという利点がある。
特に有利な実施例において、少なくとも1つの並進体が直接的または間接的に静止部品に連結されている。
少なくとも1つの回転体は、浮揚部品に水密的に一体化され、回転可能に支持されている。
並進体は、浮揚部品および回転体と協動関係にある。
これにより、浮揚部品と静止部品との間の並進体に沿った相対的な並進運動を確実に行い、回転体を浮揚部品に一体化させることにより、回転体と並進体との間の並進運動を確実に行う。
この場合、同様に回転体と協動するように関連付けられた少なくとも1つの発電機も浮揚部品に一体化されていることは明らかである。
これには、海中に発電所を設置することが大幅に簡易化されるという利点がある。
代替例として、回転体は静止部品に水密的に一体化され、並進体は浮揚部品に連結されている。
浮揚部品は、波の動きにより静止部品に対して相対的に並進し、これにより、並進体は回転体に対して相対的に動く。
回転体は、この相対運動により並進体によって回転される。
本実施例において、発電機は静止部品内にある。
本実施例には、浮揚部品によって支持される重量が最小化されるという利点がある。
さらに、静止部品および/または浮揚部品は、少なくとも2つの部品から形成されていると有利である。
これにより、それぞれの部品の設置および保守作業が実質的に容易になる。
さらに、大型の波力発電装置には入口のロック部材を設けることが有用である。
ここで、入口のロック部材は、気密的にロックするように構成され、保守作業を行うために波力発電装置の内部への進入を可能にする。
入口のロック部材は、保守担当者が入ることができるように、また必要な材料を入れることができるように構成されている。
さらに、これにより設置が顕著に簡易化される。
さらに有利な実施例において、浮揚部品と静止部品との間に少なくとも1つの減衰要素が設けられている。
減衰要素は、部品同士、すなわち、浮揚部品および/またはこれに連結された部品と静止部品および/またはこれに連結された部品とが大きな波の動きにより激しく衝突するのを防止する役割を有する。
これにより、波力発電装置の耐用年数が大きく延ばされ、部材への荷重が低減される。
減衰要素は、例えば、静止部品と並進体との間、および/または浮揚部品と並進体との間に配置されてもよい。
さらに、浮揚部品および静止部品と協動関係にある少なくとも1つのリセット要素が設けられている。
このリセット要素は、波の山によって偏位されながらエネルギーを蓄積し、次の波の谷が来たときに浮揚部品が水面に沿って元の位置に後退するようにエネルギーを出力する役割を有する。
これには、波の最大上昇行程が最適な方法で用いられるという利点がある。
リセット要素は、並進体と浮揚部品との間、および並進体と静止部品との間にも配置されてもよい。
さらに、減衰要素およびリセット要素は、構造ユニットを形成してもよい。
これは、軽量化およびコスト低減の点で全体の構造に影響を与える。
さらに有利な実施例において、並進運動はドリルロッドおよびフライホイールによって回転運動に変換される。
ドリルロッドは、その一部に左側ウォームギヤおよび/または右側ウォームギヤを備え、フライホイールの中心の受け部によって支持されている。
フライホイールがドリルロッドに沿って相対的に動くことにより、フライホイールのネジ山を介してドリルロッドが回転される。
ここで、ドリルロッドは並進体に該当し、フライホイールは回転体に該当する。
フライホイールは、重量の比較的大部分が外周領域に集まるように構成されている。
これは、第一に、機械エネルギーを蓄積するために特に有用である。
より大きな力が加わる場合、ギヤロッドは大きな力に耐えられるため、ドリルロッドをギヤロッドで形成することが考えられる。
フリーホイールはフリーホイールギヤユニットを介してドリルロッドに連結され、この連結は噛合クラッチによって実現され得ることが有利である。
ここで、ドリルロッドによって回転する噛合爪は、回転方向とは反対に面取りされたキャッチカム(Fangnocken)に係合する。
キャッチカムは、フライホイールに連結されている。
キャッチカムの面取りにより、フリーホイールギヤユニットが形成される。
本実施例は、特に費用対効果に優れている。
代替例として、フリーホイールギヤユニットは、自転車において通常行われているように構成することもできる。
特に、発電機は、駆動軸とこれに固定された歯車を備えてもよい。
フリーホイールの運動を伝達するために、歯車は、フリーホイールに設けられた歯を係合させる。
ここで、発電機の駆動軸は、フリーホイールの軸に直角または平行に配置されている。
これには、いくつかの冗長な発電機により故障の際の安全性が高まるという利点がある。
さらに有利な実施例において、発電機の回転子は、発電機の固定子に対して相対的に動くフライホイールに連結されている。
これには、摩擦損失をさらに生じさせることなく電気エネルギーが発生されるという利点がある。
特に、並進体と発電機との間に増速ギヤユニットが設けられている。
増速ギヤユニットは、並進体と回転体との間、または回転体と発電機との間にも配置することができる。
波の動きに応じて自動的に切換え可能なギヤユニットが特に有利である。
これにより、波力発電装置の効率が大幅に向上する。
フリーホイールが浮揚部品に連結され、ドリルロッドが静止部品に連結されていることが好ましい。
これにより、波力発電装置は、フライホイールの静止ドリルロッドに対する相対運動からエネルギーを発生させる。
代替例として、フライホイールと静止部品とドリルロッドとは浮揚部品に連結されてもよい。
いずれの変形例においても、フリーホイールとドリルロッドとが協動関係にある。
さらに有利な実施例において、波力発電装置の浮揚部品は浮揚ブイとして形成されている。
これには、形状が実証済みであり、安価に生産できるという利点がある。
さらに、静止部品をアンカープレートとして形成することは有利である。
これにより、波力発電装置を簡単に運搬し、海底に簡単に取り付けることが保証される。
さらに、アンカープレートと浮揚ブイとの間にバネ、特に引張バネを設けることは有利である。
ここで、バネはリセット要素および/または減衰要素である。
特に沿岸地域において、波力発電装置の静止部品を備える所謂沿岸発電所ハウジングが設けられた実施例が、特に適切である。
したがって、沿岸発電所ハウジングは急勾配の海底に設置されている。
沿岸発電所ハウジングは、中空円筒状の基本形状を有してもよく、金属またはコンクリートから形成してもよい。
円筒として形成されて、並進体に連結された浮揚部品は、中空円筒状の基本形状を有する沿岸発電所ハウジングに対して通り抜ける波を介して円筒内部で運動する。
回転体は沿岸発電所ハウジング内に一体化され、並進体と協動可能に連結されている。
並進体の相対運動により、回転体が回転される。
また、発電機は、有用に静止部品内に一体化され、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。
この沿岸地域における配置には、電気エネルギーを導出するための海底ケーブルが不要であるという利点がある。
本発明の更なる利点、特徴、および可能な適用例が、図面に示す実施例とともに以下の詳細な説明から得られる。
明細書、特許請求の範囲、要約書および図面を通して、用語およびこれらの用語に付された参照符号は、後述する符号の説明に特に記載されているように使用される。
波の谷における波力発電装置の概略図である。 波の山における波力発電装置の概略図である。 波の谷におけるアンカーロッドを用いない波力発電装置の概略断面図である。 最高水位におけるアンカーロッドを用いない波力発電装置の概略図である。 水位が上昇していない状態における内部ハウジングを備えた波力発電装置の概略断面図である。 最高水位における内部ハウジングを備えた浮揚ブイ型波力発電装置の概略断面図である。 浮揚ブイのフライホイールの概略上面図である。 移行領域におけるドリルロッドの一部の概略図である。 フリーホイールギヤユニットの概略断面図である。 フリーホイールギヤユニットの概略上面図である。 浮揚ブイカバーの概略部分断面図である。 マッシュルーム形状を適用した浮揚ブイの概略断面図である。 円錐形状を適用した浮揚ブイの概略断面図である。 非上昇水位における岩礁海岸用の波力発電装置の断面図である。 上昇水位における岩礁海岸用の波力発電装置の断面図である。 岩礁海岸用の波力発電装置の上面図である。 V字壁を有する岩礁海岸用の波力発電装置の断面図である。 バネ部の側面図である。 バネ部の上面図である。 バネが伸長したバネ部の詳細な部分の図である。 バネが圧縮したバネ部の上面図である。 一体的なバネ部を備える波力発電装置を示す図である。 水面により近い位置に一体的なバネ部を備える波力発電装置を示す図である。
図1は、低い波の動きにおける波力発電装置10の概略図を示す。
波力発電装置10は、浮揚部品として、浮揚ブイカバー14aと浮揚ブイ本体14bとを有する浮揚ブイ14を備える。
浮揚ブイカバー14aおよび浮揚ブイ本体14bは、ネジにより連結されている。
浮揚ブイ本体14bと浮揚ブイカバー14aとの間には、気密性かつ耐塩水性で帯状の密封部材30が設けられている。
浮揚ブイカバー14a内には、複数の発電機18またはダイナモが、それぞれフライホイール16の端部領域のギヤに係合する駆動輪に固定されている。
本実施例において、フライホイール16は回転体である。
フライホイール16の浮揚ブイ14への固定は、図10から詳細に読み取ることができる。
フライホイール16は、フリーホイールギヤユニット32によってドリルロッド12に沿って相対運動することにより回転する。
ドリルロッド12は上部領域にウォームネジを備え、フライホイール16はこの領域上を動く。
ドリルロッド12は、固定リング26を介してアンカーロッド38に連結されている。アンカーロッド38は、浮揚外包部材36を備える。浮揚外包部材36に代えて、図21および図22に見られるような浮揚材を充填したアンカーチューブを代替部材として選択してもよい。
アンカーロッド38は、別の固定リング26によって渦巻バネ24を介してアンカープレート22に連結されている。
渦巻バネ24に代えて、等速継手(homokinetisches Gelenk)を一体化することも考えられる。
このように、アンカープレート22は、波力発電装置の静止部品を構成する。
静止部品は、稼働中の波力発電装置のシステム内では動いていないため、また、アンカープレート22と協動可能に連結された浮揚ブイ14を波の動きによって静止部品自体に対して外れるようにしているため、静止であると解すべきである。
静止部品の静止位置は、起りうる取外しによる移動または異常な環境の影響によって損なわれることはない。
アンカープレート22は、アンカーロッド38を介して並進体、すなわち、ドリルロッド12に連結されている。
さらに図1に示すように、上部テンションプレート40がドリルロッド12に固定されている。
上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bの下部との間には、アンカーロッド38を介して浮揚部品および静止部品と協動関係にある柱状バネ(Federnsaeule)20が配置されている。
ここで、柱状バネ(Federnsaeule)20は、それぞれバネパラメータが異なる複数のバネを備える。
これらのバネは、それぞれ互いに連結され、さらに、中間テンションプレート42に連結されている。
中間テンションプレート42の直径は、2つの隣接するバネの最大の直径よりも幾分大きい。
中間テンションプレート42は、中央において、ドリルロッド12が摺動するように構成された楕円形の打抜孔(Aussparung)を有する。
アンカープレート22は、費用効率よく製造することができるので、鉄筋コンクリートから形成されると有利である。
アンカープレート22の寸法、および、重量も、波力発電装置10が動かずにその位置に保持されるように設定されている。
質量は、連結された浮揚ブイ14の浮力の約3倍に相当する。
固定リング26は、耐塩水性の高品質鋼から形成され、この材料の厚さは、固定リング26が何十年も交換されなくてもよいように設定されている。
アンカープレート22の固定リング26に固定された渦巻バネ24が、アンカープレート22およびアンカーロッド38を連結している。
渦巻バネ24が、最小量しか伸長することができないので、等速継手(homokinetisches Gelenk)と同様の機能を果たす。
渦巻バネ24により、隣接するアンカーロッド38はあらゆる方向に回動することができ、ここで、バネ力は、アンカーロッド38を垂直方向に並べるように働く。
したがって、このバネ力の効果は、単純な継手よりも有利である。
渦巻バネ24は、耐塩水性クロム鋼から形成されている。
渦巻バネ24に隣接したアンカーロッド38も、耐塩水性鋼またはプラスチック材料からなる。
アンカーロッド38は海流のために水中で完全に垂直に直立してはいないので、アンカーロッド38の重量はアンカーロッド38に固定されている浮揚ブイ14に影響を与える。
浮揚ブイ14は、この負荷により下方に引っ張られる。
これを回避するために、アンカーロッド38は、アンカーロッド38の自重を支える浮揚外包部材36によって覆われており、その上部において浮揚ブイ14に追加の浮力を発生させている。
浮揚外包部材36は、スタイロデュール(Styrodur:登録商標)から形成されている。これは、スタイロデュール(Styrodur:登録商標)が耐塩水性に優れ、例えば、紫外線放射に対して、完全な耐塩水性をもたらすための追加的な処理を最小限しか必要としないためである。
アンカーロッド38は、断面が楕円形のドリルロッド12に、さらなる固定リング26によって連結されている。
ドリルロッド12の詳細な構成は、図8により詳しく説明されている。
ドリルロッド12は、封止ハブ34を通って浮揚ブイ本体14bの内部に延在している。
これにより、浮揚ブイ14は、ドリルロッド12上を並進運動することができる。
浮揚ブイ本体14bは、ドリルロッド12が楕円形であるとともに封止ハブ34のハブ座が楕円形であるため、回転することはできない。
封止ハブ34は、この位置において、浮揚ブイ14に水が大量に浸入するのを防ぐ。
水が何らかの方法で浮揚ブイ14内に浸入した場合のために、浮揚ブイ14の内部空間は、スタイロポール(Styropor:登録商標)で充填されている。
これにより、如何なる場合においても浮揚ブイ14が沈むのを防ぐ。
柱状バネ(Federnsaeule)20は、上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bの底側との間に配置されている。
圧縮バネは、浮揚ブイ14が波の谷に戻り、波の山から波の山に飛ぶのを防ぐように設定されている。
個々のバネのアセンブリは、浮揚ブイ14の波の谷に戻る動きがそれぞれの波の動きに対して最適になるように選択されている。
さらに、柱状バネ20は、浮揚ブイ14の上方への浮遊が大幅に妨げられるような影響を受けないように選択されている。
さらに、柱状バネ20は、減衰の役割を果たす。
バネにより、浮揚ブイ14の上昇速度が高速である際にも上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bの下部との衝突が抑制される。
これにより、材料が緩められる。
ケーブルの長さは、浮揚ブイ14が最大限上昇された場合にも千切れないように設定されている。
浮揚ブイ14が波100によって上昇すると、浮揚ブイ14に連結されたフライホイール16もドリルロッド12に沿って上方に動かされる。
これにより、フライホイール16が動かされる。
この運動から発電機18によって電気エネルギーが発生され、発電機18の駆動輪はフライホイール16のギヤに係合する。
発生した電気エネルギーは、海底ケーブル28により陸上に送電される。
図2は、図1と同様の波力発電装置10の概略断面図を示す。
図1とは異なり、波力発電装置10は高波の状態において示されている。
さらに、アンカーロッド38は、外包部材で覆われているのではなく、調整用浮体44によって支えられている。
代替例として、これらの変形例を組み合わせてもよい。
調整用浮体44は、アンカーロッド38の重量を支え、さらに浮揚ブイ14に追加の浮力を発生させるように設定されている。
さらに、高波の場合、柱状バネ20は上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bの底部との間で完全に圧縮されていることがわかる。
ここで、同様に大きな波も完全に浮揚ブイ14の上に打ち上げ得る。
この場合のみ、柱状バネ20の役割は浮揚ブイ14を再度初期位置に持ってくることであり、これは特に重要である。
さらに、ドリルロッド12は最大に伸長し、全てのバネは圧縮されていることがわかる。
この図において、上部の固定リング26は特に考慮されるべきである。
浮揚ブイ14は、保守作業で海底から取り外してはならないが、アンカーロッド38からドリルロッド12への移行部において取り外すことができるという利点がある。
これにより、保守作業が容易になる。
図3は、波の谷または低い波100における浮揚ブイ14の概略断面図を示す。
この図において、ドリルロッド12は、アンカープレート22に直接連結されている。
これにより、取外し可能な追加的な移行部が設けられないので、安定性が上がる。
この変形例は、特に浅瀬の海岸地域に適している。
上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bの下部との間に配置されている柱状バネ20が、浮揚ブイ14のこの水位において張力を軽減する。
本実施例では、ドリルロッド12の外包部材36も設けられている。
この外包部材36もスタイロデュール(Styrodur:登録商標)から形成されている。
ドリルロッド12は、本実施例においても、渦巻バネ24および固定リング26を介してアンカープレート22に連結されている。
アンカープレート22、固定リング26、および渦巻バネ24は、図1に示すように形成されている。
浮揚ブイ上部14aと浮揚ブイ本体14bとの間に配置されている帯状の密封部材30は、図3において特によくわかる。
発電機18と、フライホイール16と、フリーホイールギヤユニット32との一体化は、図1で説明したように行われる。
図4には、上昇状態における図3の波力発電装置が示される。
上部テンションプレート40と浮揚ブイ本体14bとの間の柱状バネ20の圧縮は、図4においても図2のものに相当することがわかる。
ここでは、楕円形のドリルロッド12を平滑部分とウォームネジが設けられた第2の部分とに分けていることが特によくわかる。
図5は、更なる実施例の概略断面図を示す。
ここでは、内部ハウジング54を備える実施例が示されている。
本実施例は、底部プレート52と、テンションロッドハウジング46と、調整プレート50と、バネハウジング48と、本体連結部材56とを備える。
内部ハウジング54の全部品は、互いに液密的に連結されている。
ここで、テンションロッドハウジング46は、ドリルロッド12が滑動する打抜孔を有する底部プレート52に隣接して配設されている。
調整プレート50は、テンションロッドハウジング46の最終部分を形成する。
調整プレート50の楕円形の打抜孔により、ドリルロッド12はこの打抜孔を通って回転せずに摺動することができる。
バネハウジング48への移行部は、水の浸入から保護されている。
本実施例によって、ドリルロッド12は上下に滑動する際に制動されない。
また、バネハウジング48は、水中で気密的に調整プレート50に連結されている。
これは、バネハウジング48に油を充填することにより、ドリルロッド12を潤滑することができる利点を有する。
油の密度は水よりも低いので、油は海水に入り込むことはない。
したがって、環境汚染を生じない。
続いて、バネハウジング48の上端において、本体連結部材56が水中で気密的に形成される。
本体連結部材56は、端部領域において浮揚ブイカバー14aとの連結を可能性とする。
本体連結部材56と浮揚ブイカバー14aとの間の密封部材30により、気密性および水密性が得られる。
図1から図4においても述べたように、フライホイール16、フリーホイールギヤユニット32、および発電機18は、浮揚ブイカバー14aの領域に配置されている。
また、本実施例において、柱状バネ20が上部テンションプレート40と調整プレート50との間に配置されている。
本実施例において、内部ハウジング54は浮揚ブイ14の骨組を形成しているので、浮揚ブイ本体14bの残りの部分は比較的自由に設計することができる。
本実施例において、浮揚ブイ本体14bの残りの部分は全体的にスタイロデュール(Styrodur:登録商標)から形成されている。
スタイロデュール(Styrodur:登録商標)は、所要の耐久性を有するように、耐紫外線性かつ耐塩水性の塗料が塗布されている。
これにより、非常に費用対効果の高い製造が可能になる。
バネ部110は、高い波の力をより良好に減衰するように、アンカープレート22とドリルロッド12との間に設けられている。
この図においてバネ部110は、図19により詳細に示すように、張力の異なる3対のバネを備える。
さらに、バネ部110の各バネの耐用年数を延ばすために伸長に制限が設けられている。
バネ部110は、回転しないように取り付けられ、アンカープレート22およびドリルロッド12に固定リング26を介して連結されている。
これにより、浮揚部品と並進体との間に複数のバネが協動関係にあるとともに、並進体と静止部品との間に複数のバネがある。
図6は、図5の実施例における波力発電装置であるが、大きな波隆起100が最大限上昇した状態を示す。
図2および図4と同様に、図6では、柱状バネ20が圧縮し、ドリルロッド12が完全に伸長していることがわかる。
図5と同様に図6においても、バネ部110はアンカープレート22とドリルロッド12との間に設けられている。
図7は、浮揚ブイ14のフライホイール16の概略上面図を示す。
この図において、発電機18の駆動輪が係合するフライホイール16の歯60が特によくわかる。
この場合では、4つの発電機18が示されている。
複数の発電機18を一体化することは、一方で高効率化を意味し、他方で冗長性により故障に対するより良好な安全性を意味する。
上面図において、フライホイール16の中心にはフリーホイールギヤユニット32があり、フリーホイールギヤユニット32の中央にはドリルロッド12の通路である打抜孔があることがわかる。
図8は、ドリルロッド12の移行領域を部分図として示す。
ドリルロッド12の下部は、断面が楕円形であり、外表面が平滑である。
平滑表面を有する楕円形の基本形状により、ドリルロッド12は対応する楕円形の受け部において回転せずに滑動することができる。
上部は、フライホイール16を駆動するために形成されたウォームネジを備える。
図9は、断面が釣鐘状爪64を用いたフリーホイールギヤユニット32の適用例を示す。
フリーホイールギヤユニット32は、玩具のジャイロスコープと同様に形成されている。
ここで、フリーホイールギヤユニット32は、フライホイール16に固定して連結されているギヤカバー62を備える。
ドリルロッド12は、フライホイール16およびギヤカバー62を通って延在している。
さらに、ドリルロッド12は、鉛直方向および回転方向に移動可能に支持されている釣鐘状爪64を通って延出している。
本実施例において、フライホイール16は、複数のキャッチカム(Fangnocken)66を備える。
キャッチカム66は、この図に示されているように、概して湾曲した半円錐状に形成されている。
これは、玩具のジャイロスコープにおけるフリーホイールギヤユニット32の構成と異なる点である。
玩具のジャイロスコープにおけるキャッチカム66は、4分の1球面状に形成されている。
しかし、これらのキャッチカム66は、波力発電装置10において長期間の高荷重を受けるのには適していない。
この図において、ドリルロッド12が下方に動いていく間のフライホイール16とドリルロッド12との間の運動によって、トルクがキャッチカム66を介してフライホイール16に伝わることが特によくわかる。
しかし、上方へ動くと、釣鐘状爪64はギヤカバー62の方向に移動し、その位置で比較的自由に回転する。
図10では、フライホイール16上の湾曲した球面状のキャッチカム66の構成が上面図においてよくわかる。
中央に釣鐘状爪64が示されている。
さらに、駆動されたフライホイール16の回転方向が示されている。
このフリーホイールギヤユニット32によって、フライホイール16は釣鐘状爪64よりも高速で回転することができる。
これにより、フライホイール16の慣性モーメントが最適な方法で用いられる。
図11は、図1または図2に係る浮揚ブイ14、特に浮揚ブイカバー14aの詳細断面図を示す。
フライホイール16の軸受が特によくわかる。
フライホイール16は、浮揚ブイ本体14bの側においてフライホイール16の中心と同心状の玉軸受68a、68b上に支持されている。
径方向外側の玉軸受68bは、フライホイール16の端部を支持し、フライホイール16の歯と発電機18の駆動輪との間の所定の距離を規定する。
浮揚ブイカバー14aに連結された玉軸受68cは、径方向内側の玉軸受68aとは反対側に配置され、このようにフライホイール16を回転可能に固定している。
フライホイール16の端部領域が補強されていることがこの図において明らかにわかる。
これにより、フライホイール16の慣性質量が増大し、均一な電流が発生される。
さらに、図11には、図9および図10において詳細に説明した、フライホイール16上に配置されたキャッチカム66を有するフリーホイールギヤユニット32が特によく示されている。
さらに、浮揚ブイ14の最上位に当てられる信号灯70が設けられている。
したがって、信号灯70が、浮揚ブイカバー14aのドリルロッド12のカバーとなっている部分に設けられている。
この部分は、ドリルロッド12が完全に緩和されて支持されている浮揚ブイ14に引き付けられるように形成されている。
さらに、ケーブルによって発電機18および信号灯70に接続されている浮揚ブイ本体14b内に電池92が示されている。
発電機18上に、フライホイール16の歯60と係合する歯付き駆動輪が示されている。
これにより、大きな損失なく電力を確実に送電する。
また、発電機18を浮揚ブイカバー14aに固定することも示されている。
さらに、信号灯70の隣りに空気弁72が設けられている。
この図において、浮揚ブイカバー14a上に断熱層74も明確に示されている。
この断熱層74は、スタイロポール(Styropor:登録商標)から形成され、発電機18周辺の日射による発熱を防ぐ。
図12は、基本的には図5および図6に係るマッシュルーム形状の浮揚ブイ14の構成を示す。
上記実施例とは異なり、発電機18の駆動輪はフライホイール16の上側の歯とは係合せず、フライホイール16の外縁に歯が形成されている。
フライホイール16の外縁の歯は、フライホイール16の上面の歯60よりも安価に製造することができる。
したがって、この場合、発電機18は縦に配置されている。
さらに、ここでも玉軸受68dが径方向外側の玉軸受68bとは反対側に配置されている。
これにより、フライホイール16を外側領域において確実に垂直安定化する。
さらに、図12は、スタイロデュール(Styrodur:登録商標)から形成された浮揚ブイ本体14bの外壁の適用例を示す。
浮揚ブイ本体14bの内側は、スタイロポール(Styropor:登録商標)で充填されている。
スタイロポール(Styropor:登録商標)の充填は、浮揚ブイ14の機能性には必要ではないが、水が外壁を通って浸入した場合に浮揚ブイ14が沈むのを防ぐ。
さらに、図12に示す浮揚ブイ14は、図5で詳細に説明したように内部ハウジング54を備える。
これにより、浮揚ブイ本体14bを自由に設計することができる。
図13は、円錐状の構成の浮揚ブイ14を示す。
図12と同様に、浮揚ブイ本体14bの外壁はスタイロデュール(Styrodur:登録商標)から形成され、スタイロポ−ル(Styropor:登録商標)で充填されている。
また、フライホイール16の側縁の歯と係合する垂直方向に配置された発電機18によって、電流が発生される。
さらに、ここでも浮揚ブイ14は、図5に示す内部ハウジング54を備える。
ここで、図12および図13に示す実施例は、それぞれ個別生産または試作生産に特に適している。
図14は、沿岸での適用における波力発電装置10の更なる実施例の断面図を示し、この実施例において、沿岸発電所ハウジング90は、沿岸発電所ハウジングカバー90aと沿岸発電所ハウジング本体90bとを備える。
ここで、エネルギー回収の種類は基本的に上記したものに相当する。
これに対し、フライホイール16、すなわち、回転体、および発電機18は、沿岸発電所ハウジングカバー90a内に配置されている。
本実施例において、沿岸発電所ハウジングカバー90aと沿岸発電所ハウジング本体90bは、静止部品に相当する。
この構成において、並進体、すなわち、ドリルロッド12は、固定リング26によって浮揚部品である円筒状浮体76に連結されている。
円筒状浮体76は、波の隆起100によって沿岸発電所ハウジング本体90bに沿ってフライホイール16とともに垂直方向に運動し、これによりフリーホイールギヤユニット32を介してフライホイール16を駆動する。
沿岸発電所ハウジング本体90bは、中空の金属円筒体として形成され、3つの金属製リング86によってコンクリート土台78aに螺着されている。
さらに、個々のバネが引張バネとして形成され、ドリルロッド12の重量と円筒状浮体76の重量を支えるように設定された柱状バネ(Federnsaeule)20が示されている。
したがって、円筒状浮体76を持ち上げるために必要な波の揚力は小さい。
個々のバネ42の間には、バネの膨出を防ぐ中間テンションプレート42が設けられている。
円筒状浮体76は、自重およびドリルロッド12の重量によって波の谷に戻される。
電気エネルギーは、図1で示したように回収される。
さらに、沿岸発電所ハウジング本体90bは、底部側に3つの切欠部84を有する。
円筒状浮体76には、8つのスペーサローラ80が固定されている。
これらのスペーサローラ80は、径方向に90°の間隔で対になっている。
沿岸発電所ハウジング本体90b内には、スペーサローラ80を案内するためにガイドレールが一体的に設けられ、これにより、円筒状浮体76を上下に運動させることができるとともにその回転を防止する。
さらに、円筒状浮体76と中空円筒状の沿岸発電所ハウジング本体90bとの間には、海岸付近に頻繁に打ち寄せられた細砂がちょうど定着しない大きさの隙間がある。
さらに、沿岸発電所ハウジング本体90bは、例えば、高波の場合に、これ以上移動できないところまで変位した円筒状浮体76上に、水によって大きな圧力が加わらないように溢出孔82を備える。
これにより、波力発電装置10は巨大波にも耐えられる。
本実施例は、沿岸発電所ハウジング90を硬い地形に固定するため、特に海岸地域に適している。
さらに、この実施例には、保守作業の際に沿岸発電所ハウジング90に容易に到達可能であり、陸上に電流を送電するために高価な海底ケーブルを用いる必要がないという利点がある。
図15も、図14のような沿岸での適用における波力発電装置10の断面図を示すが、ここでは高い波100の場合を示す。
図15において、最大上昇行程において溢出孔82が確保され、余水が流れ出ることができることが特によくわかる。
ここで、柱状バネ20は完全に圧縮され、これにより、沿岸発電所ハウジング本体90bの上側の円筒状浮体76の衝撃を緩和する。
また、この図において、底から沿岸発電所ハウジングカバー90aに至るV字壁78bの片側が示されている。
このV字壁の機能は、図17に示されている。
図16は、海岸用構成の波力発電装置10を上面図で示す。
図16において、中空円筒状の沿岸発電所ハウジング本体90bは、コンクリートで形成されている。
これには、沿岸発電所ハウジング本体90bが、井戸または水路の建設に用いられているコンクリートリングから、世界中で問題なく、かつ費用効率よく構成することができるという利点がある。
沿岸発電所ハウジング本体90bは、図示されているように、コンクリート土台78aにコンクリートで固められている。
これには、波力発電装置10が巨大波に耐えることができるという利点がある。
スペーサローラ80を自由回転状態で案内するために90°ずらして配置された案内溝88が示されている。
図17は、海岸用構成の波力発電装置10の水平断面図を示す。
また、図14と同様に、沿岸発電所ハウジング本体90bのコンクリート製外包部材内に案内溝88が示されている。
さらに、90°ずらして配置されたスペーサローラ80を有する円筒状浮体76の水平断面図が示されている。
さらに、3つの切欠部84が示されている。
この図において、コンクリート土台78aおよび部分的にV字壁78bが特によく示されている。波力発電装置10をV字壁78bに沿って形成することには、波が累積的に波力発電装置10に打ち付けるという利点がある。
図18は、非常に高い波の力を減衰するバネ部110を示す。
バネ部110は、バネ部底部114と、第1中間プレート116と、第2中間プレート118と、バネ部カバープレート120とを備える。
バネ部110は、中心ロッド124と、バネ対122a、122b、122cと、伸長制御手段112とを備える。
バネ部底部114は、細長い板として形成され、その中央部分まで中心ロッド124が延在している。
バネ部底部114は、角度部材により中心ロッド124に非可動に連結されている。
第1バネ対122aは、バネ部底部114の細長い板の両端部に連結されている。
第1バネ対122aの上方には、十字形の第1中間プレート116が連結されている。
バネ対122aは、細長いバネ部底部114とは反対側に配置された第1十字型ブラケットの両端部に固定して連結されている。
さらに、第1十字型ブラケットの両端部およびバネ部底部114の両端部のバネ支持面内に打抜孔が設けられている。
これらの打抜孔により、伸長制御手段112を一体化させることができる。
伸長制御手段112は、バネ部底部114および第1中間プレート116間の最大距離を規定する。
これにより、バネ対122aの疲労が低減される。
図19および図20において詳細な説明を行う。
第1中間プレート116は、第1の十字型ブラケットに垂直に配置された第2の十字型ブラケットを備える。
第2バネ対122bも第2の十字型ブラケットの両端部に固定されている。
第2バネ対122bは、第1中間プレート116を第2中間プレート118に連結する。
第2中間プレート118も十字形である。
第2バネ対122bは、第1中間プレート116の上方に十字型ブラケットによって位置決めされた第2中間プレート118の両端部に連結されている。
第1中間プレート116と第2中間プレート118との最大距離は、第1中間プレート116とバネ部底部114と同様に伸張制御手段112により制限されている。
第3バネ対122cも、第2中間プレート118の(第1の十字型ブラケットに垂直な)第2の十字型ブラケットの両端部に固定されている。
これにより、第2中間プレート118がバネ部カバープレート120に連結される。
この移行部にも、伸長制御手段112が設けられている。
バネ部カバープレート120も(十字型ブラケットに対応して)細長い板として形成されている。
さらに、細長いバネ部カバープレート120に続いて管状ロッド38bが配置されている。
管状ロッド38bは、角ブラケットによってバネ部カバープレート120に固定して連結されている。
管状ロッド38bは、浮揚性能を上げるために浮揚性材料が充填され、上端に固定リング26を備える。さらに、バネ部110は、固定リング26を備える。
固定リング26は、中心ロッド124の下端に配置され、この位置においてバネ部110を管状ロッド38bに連結する。
これにより、バネ部110をモジュールとして用いることができる。
バネ対122a、122b、122cは、要件に合わせて調整するための異なるバネパラメータを有する。
さらに、2つの面はそれぞれバネ対122a、122b、122cよりも多いバネによって連結され得ることは想到可能である。
例えば、4つまたは8つのバネが2つのプレート間の連結を形成してもよい。
図18aは、バネ部110の上面図を示す。
図18aでは、第1中間プレート116および第2中間プレート118の十字形配置が特に指摘されている。
図19は、バネ部110の詳細図を示す。
バネ部底部114および第1中間プレート116の断面図が示されている。
この断面図に示すように、バネ部底部114と第1中間プレート116とは、バネ122によって連結されている。
バネは、第1中間プレート116およびバネ部底部114に固定されている。
この図において、伸長制御手段112が明確に示されている。
伸長制御手段112は、ロッド状に形成され、バネ部底部114および第1中間プレート116の孔を通って案内される。
ロッド状の伸張制御手段112の両端部には、バネ部底部114および第1中間プレート116の孔よりも直径の大きいコネクタが設けられている。
コネクタ間の距離は、2つの連結されたプレートが取り得る最大距離を定める。
バネ122は、引張バネ(Zugfeder)として形成されている。
伸長制御手段112は、バネ部底部114に対する第1中間プレート116の回転を防止する。
図20は、図19と同様のバネ部110のバネ122が圧縮した場合の詳細図を示す。
この位置において、バネ122内の伸長制御手段112の偏心配置が特によくわかる。
図21は、ドリルロッド12を介して管状ロッド38bに連結され、さらにバネ部110を介してアンカープレート22に連結されている浮揚ブイ14を示す。
図18に示すように、図21に示すバネ対122a、122b、122cは、要件を考慮するために異なるバネパラメータを有する。
これらの移行部には、それぞれ固定リング26が設けられている。
管状ロッド38bは任意の長さであることが特によくわかる。
管状ロッド38bの長さが長い場合、管状ロッド38bの空洞に浮揚性の発泡材料を充填することは有用である。
これは、一方で安定性を保証し、他方でシステムの自己支持効果を示す。アンカープレート22近傍に減衰およびリセット手段を浮揚ブイ14の外側に配設することにより、概して浮揚ブイ14の重量をさらに低減することができる。
この質量をさらに下方に配置することにより、浮揚ブイ14への影響が少なくなる。
図22は、ドリルロッド12、管状ロッド38b、バネ部110、アンカーロッド38を介してアンカープレート22に連結されている浮揚ブイ14を示す。
このアンカーロッド38は、管状であり、浮揚材料が充填されている。
図21とは異なり、本実施例においてバネ部110は、アンカーロッド38の近傍に取り付けられている。
この場合、バネ部110は比較的深くない位置に配置されているので、バネ部110の保守作業を容易に行うことができるという利点がある。
図22では、図18に示すように、バネ対122a、122b、122cは要件を考慮するために異なるバネパラメータを有する。
さらに、この図において、この場合はアンカープレート22である静止部品が複数の部品から形成されていることが明らかになっている。
この図において、アンカープレート22は、4つの円形コンクリート板を備える。
しかし、アンカープレート22は、必ずしも4つの部品で形成されていなくてもよく、任意の数の薄い、したがって、軽量の円板を備えることもできる。
複数のディスクからなるアンカープレート22のモジュール配置により、この質量が大きくなり、したがって、浮揚ブイ14の浮力を大きくすることができる。
同時に、特大寸法のアンカープレート22を特殊な船舶によって所望の場所に運搬しなくてもよく、個々の軽量のコンクリート板を通常の船舶によって運ぶことができるので、運搬コストが比較的低く維持される。
コンクリート板を互いに問題なく同心円状に下ろすために、アンカーロッド38を初めに2つの部分として製造する必要がある。
ここで、アンカーロッド38は、水面に達しなければならない。
これにより、コンクリート板上の案内を確実に行うことができる。
アンカープレート22が完成した後、アンカーロッド38の第2の部分が再度取り外され、そこに図22に示すようにバネ部110が連結される。
本実施例において、アンカープレート22を数個のコンクリート板の形で設置するために高価なクレーン船は必要ない。
これにより、実質的な設置コストが低減し、したがって、使用/費用係数(Nutzen/Kosten Factor)が増加し、したがって、これは全体の費用対効果における重要な部分である。
波の力を用いることにより、全体として、枯渇しない、明らかに環境に優しい種類のエネルギー回収が高効率で提供される。
10 波力発電装置
12 ドリルロッド
14 浮揚ブイ
14a 浮揚ブイカバー
14b 浮揚ブイ本体
16 フライホイール
18 発電機
20 柱状バネ
22 アンカープレート
24 渦巻バネ
26 固定リング
28 ケーブル
30 密封部材
32 フリーホイールギヤユニット
34 封止ハブ
36 スタイロポ−ル(Styropor:登録商標)外包部材
38 アンカーロッド
38b 管状ロッド
40 上部テンションプレート
42 中心テンションプレート
44 調整用浮体
46 テンションロッドハウジング
48 バネハウジング
50 調整プレート
52 底部プレート
54 内部ハウジング
56 本体連結部材
60 フライホイールの歯
62 ギヤカバー
64 釣鐘状爪
66 キャッチカム
68a コロ軸受/玉軸受(下部/内部)
68b コロ軸受/玉軸受(下部/外部)
68c コロ軸受/玉軸受(上部/内部)
68d コロ軸受/玉軸受(上部/外部)
70 信号灯
72 空気弁
74 断熱層
76 円筒状浮体
78a コンクリート土台
78b V字壁
80 スペーサローラ
82 溢出孔
84 切欠部
86 金属製リング
88 案内溝
90 沿岸発電所ハウジング
90a 沿岸発電所ハウジングカバー
90b 沿岸発電所ハウジング本体
92 電池
100 波/波の隆起
110 バネ部
112 伸長制御手段
114 バネ部底部
116 第1中間プレート
118 第2中間プレート
120 バネ部カバープレート
122 バネ
122a 第1バネ対
122b 第2バネ対
122c 第3バネ対
124 中心ロッド

Claims (19)

  1. 第1の浮揚部品(14,76)と、第2の静止部品(22,90)と、少なくとも1つの発電機(18)と、少なくとも1つの並進体(12)と、少なくとも1つの回転体(16)とを備える、波力から電力を発生させる装置において、
    前記第1の浮揚部品(14,76)および前記第2の静止部品(22,90)は波によって互いに並進可能であり、
    これにより前記並進体(12)とこれに関連付けられた前記回転体(16)との間に相対的な並進運動を生じ、該回転体(16)が回転エネルギーを吸収して、関連づけられた前記少なくとも1つの発電機(18)によって該回転エネルギーを電気に変換することを特徴とする装置。
  2. 前記並進体(12)と前記回転体(16)との間にギヤユニット(32)が設けられていることを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 前記ギヤユニット(32)が、フリーホイールギヤユニットとして形成されていることを特徴とする請求項2記載の装置。
  4. 前記並進体(12)が、前記静止部品(22,90)に連結され、前記回転体(16)は、前記浮揚部品(14,76)に連結されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の装置。
  5. 前記回転体(16)が、前記静止部品(22,90)に連結され、前記並進体(12)は、前記浮揚部品(14,76)に連結されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の装置。
  6. 前記静止部品(22,90)および/または前記浮揚部品(14,76)が、それぞれ少なくとも2つの部品から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装置。
  7. 前記回転体(16)が、前記発電機(18)の回転子と協動関係にあることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の装置。
  8. 前記浮揚部品(14,76)および前記静止部品(22,90)と協動関係にある減衰要素(20)が、少なくとも1つ設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の装置。
  9. 前記浮揚部品(14,76)および前記静止部品(22,90)と協動関係にある少なくとも1つのリセット要素(20)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の装置。
  10. 前記減衰要素(20)および前記リセット要素(20)が、構造ユニットを形成していることを特徴とする請求項8または請求項9記載の装置。
  11. 前記並進体(12)と前記発電機(18)との間に増速ギヤユニットが設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の装置。
  12. 前記並進体(12)がドリルロッド(12)として形成されているとともに、前記回転体がフライホイール(16)として形成されていて、該フライホイール(16)の該ドリルロッド(12)に沿った相対運動が行われると該フライホイール(16)が回転されることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の装置。
  13. 前記フリーホイールギヤユニット(32)が、噛合継手として形成されていることを特徴とする請求項3乃至請求項12のいずれかに記載の装置。
  14. 前記静止部品が、アンカープレート(22)として形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の装置。
  15. 前記浮揚部品が、浮揚ブイ(14)として形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の装置。
  16. 前記浮揚部品(14,76)および前記静止部品(22,90)と協動関係にある少なくとも1つのバネ(20)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれかに記載の装置。
  17. 前記静止部品が、沿岸発電所ハウジング(90)として形成され、海岸に接地されていることを特徴とする請求項9記載の装置。
  18. 前記沿岸発電所ハウジング(90)が、円筒状の基本形状を有していることを特徴とする請求項17記載の装置。
  19. 前記沿岸発電所ハウジング(90)が、コンクリートおよび/または金属から形成されていることを特徴とする請求項18記載の装置。
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