JP2013536361A - 静水学的エネルギ変換器 - Google Patents

Abstract

結合点の振動運動エネルギを回転エネルギに変換するための静水学的エネルギ変換器において、前記結合点に、リニアポンプとして作用する２つの差動シリンダ、又は、２つのプランジャシリンダが結合されている、ことを特徴とする静水学的エネルギ変換器が開示されている。２つのシリンダの作用方向又はピストンロッドは、互いに対向するよう方向づけることができる。エネルギ変換器は、波力発電装置において使用することができる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、振動運動エネルギを回転エネルギに変換するための静水学的エネルギ変換器に関する。

振動運動エネルギ−特に波エネルギ（波力）−を回転エネルギに変換するための静水学的エネルギ変換器においては、リニアポンプを介して圧力媒体のエネルギを形成するための種々のアプローチが存在する。

刊行物ＤＥ１０２００７０５６４００Ａ１には、このような静水学的エネルギ変換器が示されており、この静水学的エネルギ変換器のリニアポンプは、ダブルロッドシリンダによって構成されている。

このような静水学的エネルギ変換器の欠点は、ダブルロッドシリンダに必要な構造スペースと、リニアポンプの１回転あたりの吸入容量（Schluckvolumen）が変更不可能なことである。

これに対して本発明の基礎となる課題は、リニアポンプのための構造スペースが低減された静水学的エネルギ変換器を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する静水学的エネルギ変換器によって解決される。

結合点の振動運動エネルギを回転エネルギに変換するための本発明の静水学的エネルギ変換器においては、結合点に、２つの差動シリンダ又は２つのプランジャシリンダが結合されている。これらのシリンダはリニアポンプとして作用し、従来技術によるダブルロッドシリンダよりも所要の構造スペースが少ない。

本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明の静水学的エネルギ変換器の特に有利な実施形態は、それぞれ１つのリング室及びそれぞれ１つの底部室を有する２つの差動シリンダを備えている。これらの差動シリンダの作用方向又はピストンロッドは、互いに対向するよう方向づけられている。従って、剪断力又はねじり力がエネルギ変換器に入力されないので、効率が改善し、エネルギ変換器の装置技術的なコストが低減する。さらに、本発明の静水学的エネルギ変換器の選択可能な３つの動作状態、すなわち２つのリング面、又は、２つの底部面、又は、２つのリング面と２つの底部面との組み合わせ、が形成される。

２つのリング室が第１液圧モータに接続されている場合、及び、２つの底部室が第２液圧モータに接続されている場合には、これらの室間に常に一定の容積流が生じる。

第１液圧モータ又は第２液圧モータが可変容量形モータである場合、この可変容量モータを、該可変容量モータの揺動角度が最大限に調整されるスタンバイモードに切り換えることができる。２つの液圧モータが共に可変容量形モータである場合、作業サイクル内においても、３つの動作状態（リング面のみ、底部面のみ、リング面及び底部面）間での衝突のない切換が可能である。

可変容量形モータが旋回可能（durchschwenkbar）である場合、可変容量形モータの出力の回転方向は、システムに起因して圧送方向が周期的に反転するにも拘わらず、維持することができる。

有利な実施形態においては、２つの液圧モータによって、それぞれ１つの駆動軸を介して、それぞれ１つの発電機を駆動することができる。これらの発電機は、互いに独立して調整及び最適化することができる。

装置技術的に簡単な別の実施形態においては、１つの共通の発電機を、２つの液圧モータによって、１つの共通の駆動軸を介して駆動することができる。

この場合には、２つの液圧モータのうちの１つを分離するためにクラッチが設けられており、このクラッチは、共通の駆動軸において、２つの液圧モータの間に配置されている。

本発明のエネルギ変換器の有利な実施形態においては、水力学的に見て、第１液圧モータ又は第２液圧モータに対して並列に、遮断可能なバイパス管路が設けられている。このバイパス管路は、２つのリング室乃至２つの底部室を接続する。バイパス管路の開放時には、対応づけられた使用されていない液圧モータの損傷を最小化することができる。

バイパス管路が例えばタンク等といった圧力シンクに接続されており、かつ、圧力シンクと液圧モータの２つの接続部との間にそれぞれ１つの遮断弁が配置されている場合には、損傷を回避することができる。というのは、圧力媒体が圧力シンクへと流出することができるからである。

有利な使用例においては、本発明のエネルギ変換器の結合点は、レバーアームを介して、ターミネーター原理に基づく波力発電装置の−有利には平坦な抵抗要素−に結合されている。この使用例の場合には、本発明のエネルギ変換器によって電気エネルギに変換可能な、振動再生可能エネルギが生じる。

別の有利な使用例においては、結合点は、マルチ・ポイント・アブソーバ型の波力発電装置に結合されているか、又は、波力発電装置の浮体−特にブイ−に結合されている。この使用例の場合にも、本発明のエネルギ変換器によって電気エネルギに変換可能な、振動再生可能エネルギが生じる。

以下では、図面に基づいて、本発明の種々の実施例をより詳細に説明する。

本発明の静水学的エネルギ変換器の第１実施例の液圧回路図である。 本発明の静水学的エネルギ変換器の第２実施例の液圧回路図である。 本発明の静水学的エネルギ変換器の第３実施例の液圧回路図である。 本発明の静水学的エネルギ変換器の第４実施例の液圧回路図である。 マルチ・ポイント・アブソーバ型の波力発電装置を備えた（図１から４のいずれか１つに基づく）本発明の静水学的エネルギ変換器の一部を図示した概略図である。

図１は、波力発電装置の一部である本発明の静水学的エネルギ変換器の、第１実施例の液圧回路図を示す。エネルギ変換器は、２つの差動シリンダ１，２を有している。これら２つの差動シリンダのピストンロッド４，６は、１つの共通の（図示しない）作用線上に位置しており、互いに対向するよう方向づけられている。２つのピストンロッド４，６は、各差動シリンダ１，２とは反対側の端部において、１つの共通の結合点８を有する。結合点８にはレバーアーム１０が関節式に接続されており、揺動関節１２を中心に揺動可能である。

揺動関節１２の、レバーアーム１０とは反対の側には、平坦な抵抗要素１４が配置されている。この抵抗要素１４は、図１では側面図で図示されている。抵抗要素１４とレバーアーム１０は、互いに回転不能に接続されており、双方共に、波打つ水面（特に海面の）の下に配置されている。抵抗要素１４とレバーアーム１０は、図１では中央位置において図示されており、この中央位置を中心にして、抵抗要素１４とレバーアーム１０は、水中に位置する水粒子の軌道運動に基づき、振動揺動運動を行う（二重矢印を参照）。この際に抵抗要素１４が、近傍にある水粒子の運動エネルギの一部を吸収し、そしてこの運動エネルギを、レバーアーム１０及び結合点８を介して、２つの差動シリンダ１，２の２つのピストンロッド４，６へと伝達する。

各差動シリンダは、リング室１６，１８と、底部室２０，２２とを有する。さらに図１の本発明の静水学的エネルギ変換器の第１実施例は、第１液圧モータ２８を有しており、第１液圧モータ２８は、動力伝達管路２４ａ，２４ｂを介して２つのリング室１６，１８に接続されている。さらに第２液圧モータ３０が設けられており、第２液圧モータ３０は、対応する動力伝達管路２６ａ，２６ｂを介して底部室２０，２２に接続されている。２つの液圧モータ２８，３０は、可変容量形モータとして構成されている。これらの液圧モータは、１つの一貫した共通の駆動軸３２を有しており、この駆動軸３２を介して発電機３４に結合されている。

平坦な抵抗要素１４が、海、川、湖などの水の波動に従って振動揺動運動を行う際、レバーアーム１０は、図１に示した中央の位置から２つの差動シリンダ１，２へと交互に降り出される。この際、２つのリング室１６，１８の間において、所定の圧力媒体量が動力伝達管路２４ａ，２４ｂを介して圧送され、その一方で、これよりも多い圧力媒体量が、２つの底部室２０，２２の間において、動力伝達管路２６ａ，２６ｂを介して圧送される。圧送方向は、平坦な抵抗要素１４の交互の動作方向（２重の矢印を参照）に従って交代する。つまり第２液圧モータ３０に供給される１回転あたりの吸入容量は、第１液圧モータ２８に供給される１回転あたりの吸入容量よりも多い。この差は、２つの液圧モータ２８，３０の構造サイズを異ならせること、又は、揺動角度が異なるよう調節することによって補償される。２つの液圧モータ２８，３０は、共通の駆動軸３２を介して、電流発生用の発電機３４を駆動する。

図２は、波力発電装置の一部である本発明の静水学的エネルギ変換器の、第２実施例の液圧回路図を示す。以下では、図１の第１実施例との相違点のみ説明する。２つの液圧モータ２８，３０は、互いに独立して、それぞれ１つの駆動軸１３２，１３３を介して発電機１３４，１３５を駆動する。これらの発電機は、互いに独立して調整及び最適化することができる。

図３は、波力発電装置の一部である本発明の静水学的エネルギ変換器の、第３実施例の液圧回路図を示す。以下では、図１の第１実施例との相違点のみ説明する。第２液圧モータ３０に対して並列に、遮断可能なバイパス管路２３６が設けられている。バイパス管路２３６は、一方では、底部室２０と第２液圧モータ３０とを接続する動力伝達管路２６ａに接続されており、他方では、底部室２２と第２液圧モータ３０とを接続する動力伝達管路２６ｂに接続されている。

バイパス管路２３６には、遮断弁２３８が設けられている。遮断弁２３８は、バネによって予負荷が加えられた基本位置ではバイパス管路２３６を遮断し、切換位置ではバイパス管路２３６を開放する。遮断弁２３８の切換位置においては、２つの底部室２０，２２及び第２液圧モータ３０は、実質的に圧力乃至力が作用しないように切り換えられている。このようにすると、平坦な抵抗要素１４における断面係数乃至抵抗力を格段に低減することができる。本発明の静水学的エネルギ変換器において変換されるエネルギも、格段に低減される。

図４は、部分的に図示した波力発電装置の一部である本発明の静水学的エネルギ変換器の、第４実施例の液圧回路図を示す。２つの液圧モータ２８，３０と、２つの駆動軸１３２，１３３と、２つの発電機１３４，１３５は、図２の第２実施例に相当する。

図２の第２実施例とは異なり、第２液圧モータ３０に対して並列に、遮断可能なバイパス管路３３６ａ，３３６ｂを介して、圧力媒体シンク３４０が接続されている。これに関して、底部室２０と第２液圧モータ３０とを接続する動力伝達管路２６ａから、バイパス管路の部分３３６ａが分岐しており、その一方で、底部室２２と第２液圧モータ３０とを接続する動力伝達管路２６ｂから、バイパス管路の部分３３６ｂが分岐している。バイパス管路の２つの部分３３６ａ，３３６ｂを介して、対応する動力伝達管路２６ａ，２６ｂの負荷は、各々の遮断弁３３３ａ，３３８ｂによって、圧力媒体シンク３４０へと解放される。

２つの遮断弁３３８ａ，３３８ｂは、バネによって予負荷が加えられた基本位置ではバイパス管路の各部分３３６ａ，３３６ｂを遮断し、その一方で各切換位置では、各底部室２０，２２を圧力媒体シンク３４０に接続する。これによって、第２液圧モータ３０及び対応する発電機１３５が非活性化され、液圧システムの損傷が回避される。２つの遮断弁３３８ａ，３３８ｂは、波力発電装置の動作中に、第２液圧モータ３０の無負荷の結合及び分離を実現するためにも利用することができる。

図５は、マルチ・ポイント・アブソーバ型の波力発電装置によって駆動される、上述した実施例の１つによる本発明の静水学的エネルギ変換器の、２つの差動シリンダ１，２を図示している。

２つの差動シリンダ１，２は、外部管４４２に対して平行に配置されており、外部管４４２の中には、内部管４４４が部分的に収容されている。外部管４４２と内部管４４４は直動関節を形成しており、直動関節のスライド方向に対して平行に、２つの差動シリンダ１，２が配置されている。エネルギ変換器の結合点８は、スライド方向に対して横断方向に配置された接続部材４４４ａを介して、内部管４４４に接続されている。

外部管４４２は、揺動関節４４６を介して位置固定の部分４４７に結合されており、その一方で、内部管４４４は、揺動関節４４８を介して浮体４５０に結合されている。浮体４５０は、波打つ海面４５２の上に浮遊している。

さらに、位置固定の部分４４７と浮体４５０の間には連結棒４５４が配置されている。連結棒４５４は、揺動関節４５６を介して位置固定の部分４４７に結合されており、かつ、揺動関節４４８を介して浮体４５０に結合されている。

図示した波力発電装置及びエネルギ変換器の動作中には、浮体４５０は、波打つ海面４５２によって揺動運動し、この揺動運動が、外部管４４２に対する内部管４４４のスラスト運動に部分的に移行される。これによって結合点８は振動運動に移行され、２つの差動シリンダ１，２によって、上述したように液圧エネルギに変換される。この際、本発明の液圧エネルギ変換器の上述した４つ全ての実施例を使用することができる。

上に挙げた全ての実施例において、示した２つの液圧モータ２８，３０を旋回可能とすることができる。これによって、動力伝達管路２４ａ，２４ｂ乃至２６ａ，２６ｂへの圧力媒体の圧送方向が交互であるにも拘わらず、回転方向を維持することができる。

図３の第３実施例及び図４の第４実施例とは異なり、圧力媒体の出力の点でより小さい第１液圧モータ２８も、非活性化可能に構成することができる。このために差動シリンダ１，２のリング室１６，１８は、バイパス管路を介して接続されているか、又は、圧力媒体シンクへと負荷解放されている。

図１から４の実施例とは異なり、２つのピストンロッド４，６を一体的に形成することができる。

結合点の振動運動エネルギを回転エネルギに変換するための静水学的エネルギ変換器において、前記結合点に、リニアポンプとして作用する２つの差動シリンダ、又は、２つのプランジャシリンダが結合されている、ことを特徴とする静水学的エネルギ変換器が開示されている。２つのシリンダの作用方向又はピストンロッドは、互いに対向するよう方向づけることができる。エネルギ変換器は、波力発電装置において使用することができる。

１ 差動シリンダ
２ 差動シリンダ
４ ピストンロッド
６ ピストンロッド
８ 結合点
１０ レバーアーム
１２ 揺動関節
１４ 抵抗要素
１６ リング室
１８ リング室
２０ 底部室
２２ 底部室
２４ａ，２４ｂ 動力伝達管路
２６ａ，２６ｂ 動力伝達管路
２８ 第１液圧モータ
３０ 第２液圧モータ
３２；１３２，１３３ 駆動軸
３４；１３４，１３５ 発電機
２３６；３３６ａ，３３６ｂ バイパス管路
２３８；３３８ａ，３３８ｂ 遮断弁
３４０ 圧力媒体シンク
４４２ 外部管
４４４ 内部管
４４４ａ 接続部材
４４６ 揺動関節
４４７ 位置固定の部分
４４８ 揺動関節
４５０ 浮体
４５２ 表面
４５４ 連結棒
４５６ 揺動関節

Claims (12)

1. 結合点（８）の振動運動エネルギを回転エネルギに変換するための静水学的エネルギ変換器において、
   前記結合点（８）に、リニアポンプとして作用する２つの差動シリンダ（１，２）又は２つのプランジャシリンダが結合されている、
   ことを特徴とする静水学的エネルギ変換器。
2. 前記静水学的エネルギ変換器は、それぞれ１つのリング室（１６，１８）及びそれぞれ１つの底部室（２０，２２）を有する２つの差動シリンダ（１，２）を備えており、
   前記差動シリンダ（１，２）の作用方向又はピストンロッド（４，６）は、互いに対向するよう方向づけられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の静水学的エネルギ変換器。
3. ２つの前記リング室（１６，１８）は、第１液圧モータ（２８）に接続されており、
   ２つの前記底部室（２０，２２）は、第２液圧モータ（３０）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の静水学的エネルギ変換器。
4. 前記第１液圧モータ又は前記第２液圧モータは、可変容量形モータ（２８，３０）である、
   ことを特徴とする請求項３記載の静水学的エネルギ変換器。
5. 前記可変容量形モータは、旋回可能である、
   ことを特徴とする請求項４記載の静水学的エネルギ変換器。
6. ２つの前記液圧モータ（２８，３０）によって、それぞれ１つの駆動軸（１３２，１３３）を介して、それぞれ１つの発電機（１３４，１３５）が駆動される、
   ことを特徴とする請求項３記載の静水学的エネルギ変換器。
7. ２つの前記液圧モータ（２８，３０）によって、１つの共通の駆動軸（３２）を介して、１つの共通の発電機（３４）が駆動される、
   ことを特徴とする請求項３記載の静水学的エネルギ変換器。
8. 前記共通の駆動軸（３２）は、２つの前記液圧モータの間に配置されたクラッチを有する、
   ことを特徴とする請求項７記載の静水学的エネルギ変換器。
9. ２つの前記リング室は、前記第１液圧モータに対して並列に配置された遮断可能なバイパス管路（２３６；３３６ａ，３３６ｂ）を介して互いに接続されている、又は、２つの前記底部室（２０，２２）は、前記第２液圧モータ（３０）に対して並列に配置された遮断可能なバイパス管路（２３６；３３６ａ，３３６ｂ）を介して互いに接続されている、
   ことを特徴とする請求項３記載の静水学的エネルギ変換器。
10. 前記バイパス管路（３３６ａ，３３６ｂ）は、圧力シンク（３４０）に接続されており、前記圧力シンク（３４０）と前記液圧モータ（３０）の２つの接続部との間に、それぞれ１つの遮断弁（３３８ａ，３３８ｂ）が配置されている、
    ことを特徴とする請求項９記載の静水学的エネルギ変換器。
11. 前記結合点（８）は、レバーアーム（１０）を介して、ターミネーター型の波力発電装置の抵抗要素（１４）に結合されている、
    ことを特徴とする請求項１記載の静水学的エネルギ変換器。
12. 前記結合点は、マルチ・ポイント・アブソーバ型の波力発電装置に結合されているか、
    又は、前記結合点は、波力発電装置の浮体（４５０）に結合されている、
    ことを特徴とする請求項１記載の静水学的エネルギ変換器。

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