JP2012503739A - 波力発電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも1つの浮遊式発電装置本体と、電力を取り出すために浮遊式発電装置本体の動きを回転運動に変換する手段とを備えた波力発電装置に関する。浮遊式発電装置本体（1）は、波に応じて旋回運動を行うように適合される。旋回運動を発生または増強するために、発電装置本体（1）は、以下の要素のうちの1つまたは複数を備える：浮遊式発電装置本体（1）に偏心して吊り下げられ、浮遊式発電装置本体（1）の喫水線（13）の下方の、該喫水線から十分な距離に位置するフランジ形状の重り（2）；波の伝搬方向（A）に対して実質的に横方向の位置で浮遊式発電装置本体に取り付けられている1つまたは複数の横断フランジ（4）；ならびに浮遊式発電装置本体の実質的に旋回シャフト（5）上、または分離した垂直軸上にある回転軸を有し、かつ浮遊式発電装置本体の転回運動を偏向させるジャイロ力を有するフライホイール（11）。

Description

本発明は、少なくとも1つの浮遊式発電装置本体と、電力を取り出すために浮遊式発電装置本体の動きを回転運動に変換する手段とを備えた波力発電装置に関する。

米国特許第4,266,143号（特許文献1）では、波力による電力を生む装置が開示されており、その目的は、浮遊式タンクによる振り子のような揺動運動を、回転子の回転運動に変換することである。波の不規則な動作および大きさの変動のために、この振り子のような揺動運動を、連続する回転運動に高効率で変換することは困難であるか、または不可能であった。

米国特許第4,266,143号

本発明の目的は、波の振子動作を、連続する回転運動へと高効率で直接的に変換する、新規なタイプの波力発電装置を提供することである。

この目的は、添付の請求項1において提示される特徴に基づく本発明によって達成される。本発明の好ましい態様は、従属請求項において提示される。

本発明の基本的概念は、浮遊式発電装置本体に、波に応じて直接的に旋回運動を行わせることであり、本発明は、波によって旋回運動を生じさせる手段または波によって生じた旋回運動を増強させる手段を導入する。

本発明の例示的態様の1つを、添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。

発電装置本体が開口上部を有する、本発明の好ましい一態様による波力発電装置の斜視図を示す。 波力発電装置の発電装置本体に対する好ましい設計の、前方斜め下から見た斜視図を示す。

本発明の場合、波力発電装置の浮遊式本体は、ポンツーンまたはフロートを含む。後でより詳細に説明される、発電装置の回転部分は、このシェル型本体の内側に位置している。

浮遊式発電装置本体1は、細長いアーチ形状であり、その一部の形状により、波の入波方向Aが実質的に本体の長手方向と一致するかまたはその方向からわずかにずれるのみであり、結果として波の入波方向Aと本体の長手方向との間が鋭角となるために、旋回運動の発生が補助される。

本発明の基本的概念によれば、浮遊式発電装置本体1は、波に応じて直接的に旋回運動を行うように適合され、その結果当該旋回運動を利用して回転子6を回転運動させることが可能である。

図2には、旋回運動の発生の観点から好ましい発電装置本体1の設計が示されている。発電装置本体1は、（波の入波方向Aに対して）その前方端部付近において、喫水線のレベル、すなわち、発電装置本体の上端付近で、本体の側面が、ある方向、すなわち、波の伝搬方向において見た場合に右に傾いている横断形状R−Rを特徴とする。本体1の中間部分に存在する横断面曲線L−Lは、反対方向、すなわち左に傾いている。この場合も、本体は、曲線L−Lの点線部分で表されるように、左に傾いた側面を有する。本体の後方端部に存在する横断面曲線R−Rは、再び、本体のいずれの側面も右に傾いている。

本体の断面における傾きをゾーンからゾーンへと変えることによる機能的効果は、以下のことに基づいている。
1.本体が波窪に位置する／浮遊する場合、水面はアーチ形状であり、結果として本体の前部および後部が本体の中央部よりも水中に深くなる。前方から見た場合、本体の中央部は、喫水線レベルにおいて左に傾いているため、水がこのエリアにおいて下降したときの浮力の適用位置は右にシフトする。前部および後部のそれぞれにおいて、本体は喫水線レベルにおいて右に傾いているので、水がこのエリアにおいて上昇した時の浮力の適用位置も右にシフトする。
2.本体が波頭にある場合、水面は、本体の中央部においてより高く、端部においてより低い、アーチ形状となる。本体に対する水のレベルが、上記において説明したのと反対方向にシフトするので、浮力の効果も、反対方向、すなわち、中間部分において左にシフトする。

本体質量は一定のままであり、浮力の適用位置が左および右にシフトするため、シフトする浮力も波のある特定の段階において大きくなり、これが揺動を生じる。これは、波によって生じる落下効果（縦揺れ）と共に、旋回を生じる。

本体の湾曲ならびにそれに続いて説明した荷重およびそれらのジャイロ力は、それぞれ、波の各段階において旋回促進効果を有する。したがって、これらの効果のそれぞれは、お互いに支援し合い、様々な波の条件において可能な限り滑らかで強力な旋回運動の発生を補助する。

好ましい態様において、電力取り出し要素として、回転子6が挙げられるが、これは、旋回シャフト5の周りでの回転のためにベアリング装着され、旋回シャフト5からある距離にその重心を有する。回転子6は、所望の長さのモーメントアーム7によって旋回シャフト5に連結されている。

本体1の旋回運動は、波の動作から直接発生され得、波によって生じた旋回運動は、続いて説明した要素によって増強され得ることが、本発明において認識されている。

浮遊式発電装置本体1の傍らに、波長の約1／2の深さに設定された重い水平フランジ2が吊り下げられている。本体1は、同様に、フランジ2の反対側に傾く傾向に、非対称に荷重されている。フランジ2と本体1の荷重とはお互いに釣り合い、それによって、穏やかな水では、発電装置は、回転子6のシャフトであって同時に旋回シャフトでもあるシャフト5が垂直位置になるように浮遊する。フランジ2が上下動作に対抗するという事実が、波による長手方向の揺動力と一緒に、旋回運動を生じる横向きの揺動力を生じる。フランジ2を支えるサスペンションチェーンもしくはケーブル3の長さは、喫水線13からのその深さが波の長さの約1／2に等しいか、または所望の大きさの効果を得るための他の深さとなるように調節することを可能にするように適合させることが可能である。

旋回運動は、波の伝搬方向Aに対して実質的に横向きに発電装置本体1に取り付けられた1つまたは複数の横断フランジ4によっても補助される。横断フランジ4は、波の伝搬方向Aにおいて旋回シャフト5の下流の、当該旋回シャフトからある距離に位置される。フランジ4は、浮遊式発電装置本体1が加速運動で波と一緒に移動することを防ぎ、これは、旋回運動に応じて本体1の動きが回転子6の回転に対抗するような位置に正確に位置する。したがって、フランジ4によって、原則として、本体1の水平動作はできなくなり、本体1は、波の浮力に応じて、主に垂直方向に動作し、それにもかかわらず、垂直方向の動作は、旋回シャフト5の様々な側において非同期的に生じ、結果として旋回運動を生じる。

旋回運動は、実質的に垂直の回転軸を有するフライホイール11によっても促進され得る。フライホイール11は、回転子6と同じシャフト上または別個のシャフト上に存在し得る。フライホイール11は、回転子6から増加ギア10によってその回転エネルギーを引き出すことができる。フライホイール11は、別個の（電気的）モーターによっても駆動することができる。フライホイール11は、本体1の転回動作を偏向させるジャイロ力を有し、その結果、波により生じるピッチによって横方向の揺動が生じる。これらの動作の効果が組み合わさり、旋回運動を生じる。換言すれば、ジャイロ力は、波により生じる外力と、本体の長手方向の傾斜であって同時にジャイロが傾斜することを促す傾斜とに対抗するが、当該ジャイロは、外力を外旋に変換し、本体の横向きの揺動を実現する。ジャイロ力の傾斜は、その縦揺れが最も速くなる時、すなわち、波頭および波窪において、最大となる。この位置で、本体の傾きも最大となる。

波力発電装置は、好ましくは、回転子6のためのコンピュータ制御されたRPM安定装置を備える。回転子6のRPMが広範囲に変動することは問題である。大きい波は突進を生じ、多くの場合、最終的に、回転子が次の波に対して正しくない段階となるような「カウンターヒル」となってしまう。コンピュータ制御されたRPM安定装置は、回転子の回転スピードをモニターし、設定された範囲内、例えば、1回転あたり10％以下の変動を可能にする。回転スピードが、設定値を超えて増加する傾向にある場合、自動制御装置が、ジェネレータの抵抗を増加させるように作動する。RPMが所定の速度より減速する傾向にある場合、ジェネレータ12の抵抗を減少させるか、またはジェネレータにエネルギーを供給することによって、回転子6の回転スピードを増加させる。

RPM安定化システムによって、発電装置の回転部分の回転は、より滑らかでより連続的となる。停止が生じず、したがって、エネルギー出力も増加する。

あるいは、または追加的に、フライホイール11は、RPM安定装置としての機能も果たし得る。ギア10によって回転子6に連結された巨大で高速に回転するフライホイール11は、上記において言及したコンピュータ制御されたRPM安定装置と同じ方法による、RPM変動の安定装置として使用することができる。垂直軸の周りに回転する際、フライホイール11は、同時に、上記において言及したようなジャイロ効果も提供する。ジェネレータ12は、フライホイール11に接続され得る。増加ギア10は連続的に可変であり得、自動制御装置は、回転子6に対して十分なRPM安定化を達成するように、ギア比の制御を行い得る。

旋回運動に関する回転子6の位相角が、コンピュータ制御によって最適化されることも好ましい。コンピュータ制御の位相角オプティマイザは、発電装置本体1の傾きと関連して回転子6の位置を監視し、位相角を平均的に最適な状態に維持しようとするシステムである。エネルギーの出力の観点から、最も好ましい状態は、回転子6が約90°の位相差において旋回シャフト5の傾きの後に続くようにすることであろう。この時に、回転子6のトルクモーメントが最大となる。コンピュータによって操作される位相角オプティマイザは、入波方向において装置の正面に位置している波高または加速度を測定するブイ／センサー14から到来波についての先回り情報も受信し得る。

説明した機能のすべては、波によって発生した旋回運動を促進するか、または波の動作を、同様に回転子6を回転させるために使用することができる旋回運動に独立して変換するかのどちらかによる旋回によって達成される、回転子6の回転に関連している。したがって、説明した機能の様々な組み合わせ、または単一の浮遊式発電装置において利用することができる機能のすべてを用いることが可能である。説明した機能は、安定した運動で高収率の発電装置を提供することを可能にする。

好ましい例示的発電装置は、細長いアーチ形状の浮遊式本体1を特徴とし得、これは、さらに、本体の傍らに吊り下げられた重いフランジ2と、RPM安定装置としてのフライホイール11とを備え、それに加えて、RPM変動が、ジェネレータ12の負荷または増加ギア10の調整によって安定化され得、それと同時に、回転子6の回転と本体1の旋回運動との位相差が、コンピュータ制御によって最適化される。

本発明は、構造細部が様々な方式において変更され得るので、提示された例示的態様に限定されるものではない。例えば、発電装置本体は、いくつかの相互接続されたフロートから成っていてもよく、電力の取り出しは、重い回転子以外の何か、例えば、当該出願人による以前の特許出願である国際出願第PCT／FI2008／050145号において説明されているような角度シャフトなどによって実施することも可能である。伝搬する波による垂直浮力を、本体の交互の側において交互のタイミングで作用するように調整することを可能にする適切な非対称の形状または構造によって、効率を増加させることが可能であるが、ジャイロ力は、完全に対称な、旋回発電装置本体を実現することを可能にする。さらに、水面下の水平フランジは、対称な旋回本体の実現を可能にする。高性能の発電装置において、説明したような複数の旋回ユニットを備えた単一の非常に大きな本体を提供することは可能であり、これらは、共通の本体に、例えばバネなどによって、取り付けられ得る。

Claims (12)

1. 少なくとも1つの浮遊式発電装置本体と、
   電力取り出しのために該浮遊式発電装置本体の動きを回転運動に変換する手段と
   を備え、
   該記浮遊式発電装置本体（1）が、波の浮力によって生じる揺動運動の協力によって、旋回運動を行うように適合され、それにより、該旋回運動を発生または増強するために、該発電装置本体（1）が以下の要素のうちの1つまたは複数を備えることを特徴とする、波力発電装置：
   1）該浮遊式発電装置本体（1）に偏心して吊り下げられ、該浮遊式発電装置本体の喫水線（13）の下方の、該喫水線から十分な距離に位置する、フランジ形状の重り（2）、
   2）波の伝搬方向（A）に対して実質的に横方向で該浮遊式発電装置本体に取り付けられている1つまたは複数の横断フランジ（4）、
   3）該浮遊式発電装置本体の実質的に旋回シャフト（5）上、または分離した垂直軸上にある回転軸を有し、かつ波の浮力によって生じる動きの方向から該浮遊式発電装置本体の転回運動を偏向させるジャイロ力を有するフライホイール（11）。
2. 波の伝搬方向において見た場合に、発電装置本体（1）の喫水線のレベルでの該発電装置本体（1）の側面が、最初に一方向（右方向）に、次いで反対方向（左方向）に、再び最初に言及した方向（右方向）に斜めに湾曲しており、それにより、波の浮力によって、波に応じて旋回運動を直接発生するための、該発電装置本体の縦揺れおよび回転が生じることを特徴とする、請求項1記載の波力発電装置。
3. 前記同じ方向（右方向）へ斜めに湾曲した側面が、波の伝搬方向において見た場合に、発電装置本体の前方端部および後方端部に存在し、ならびに反対方向（左方向）へ斜めに湾曲した側面が、該発電装置本体の中間部分に存在することを特徴とする、請求項2記載の波力発電装置。
4. 電力取り出し要素が、旋回シャフト（5）の周りでの回転のためにベアリング装着されかつ旋回シャフト（5）からある距離にその重心を有する回転子（6）を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
5. 旋回運動に関する回転子6の位相角が、コンピュータ制御によって最適化されることを特徴とする、請求項4記載の波力発電装置。
6. 波力発電装置が、回転子（6）のためのコンピュータ制御されたRPM安定装置を含むことを特徴とする、請求項4または5記載の波力発電装置。
7. 波力発電装置本体が、細長いアーチ形状のポンツーンまたはフロート（1）であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
8. 横断フランジ（4）が、波の伝搬方向（A）において旋回シャフト（5）の下流の、該旋回シャフト（5）からある距離に位置していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
9. フランジ形状の重り（2）のためのサスペンションチェーンもしくはケーブル（3）の長さが、調整可能であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
10. 浮遊式発電装置本体（1）が、非対称に荷重され、該荷重によって、フランジ形状の重り（2）によって課せられた傾きが相殺され、それによって、穏やかな水においては、回転子のシャフト（5）、およびそれぞれの旋回シャフトが、実質的に垂直位置にあることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
11. 浮遊式発電装置本体が、波力発電装置のためのシェル型ハウジングを構成し、該浮遊式発電装置本体の旋回運動を電力に変換するための該波力発電装置の回転部分がその内部に位置されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載の波力発電装置。
12. コンピュータによって操作される位相角オプティマイザが、入波方向において波力発電装置の正面に位置している波高または加速度を測定するブイ／センサー（14）から到来波についての先回り情報を受信するように適合されていることを特徴とする、請求項5記載の波力発電装置。

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