JP2014522933A - 海波発電デバイス及びシステム - Google Patents

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Abstract

海波発電デバイスは、第1のブイ、第1のフレア状開口、第2のフレア状開口、及び発電機コンポーネントを備え、第1のフレア状開口と第2のフレア状開口は夫々、発電機コンポーネントの二つの側に配置され、発電機コンポーネントと共に、第1のブイへ固定され、海波が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ通過し、次に、発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れる。また、本発明は、海波発電デバイスと位置固定デバイスを備える海波発電システムを提供する。海波発電システムは、横方向運動と位置エネルギー並びに海波の起伏する垂直方向運動と位置エネルギーを十分に利用する。波の回折原理を用いて、本発明は、沿岸に沿って内方へ押し寄せる海波の大規模利用を可能とし、実施コストの大幅な削減を可能とする。

Description

本発明は、発電デバイスに関し、特に海波エネルギーを使用することによって発電するためのデバイス及びシステムに関する。
エネルギー不足及び環境汚染が世界中の人々にとって二つの顕著な問題となっている。また、中華人民共和国の電力供給不足は、産業生産物、農産物、及び人々の日々の生活に大きく影響を及ぼしている。環境に優しく、十分な新たなエネルギー源を見つけることは、緊急且つ有益な仕事である。海波エネルギーの使用による発電の開発は、良好な選択肢である。しかしながら、国内外での現在の設計では、海波エネルギーの利用が十分でない、また発電デバイスの効率が低いといった問題がある。
本発明は、国内外での現在の設計では、海波エネルギーの不十分な利用、発電デバイスの低い効率といった問題に関して高効率で海波エネルギーを使用する海波発電デバイス及び海波発電システムを提供する。
本発明の技術的解決策の一態様は、海波発電デバイスを提供する。
この海波発電デバイスは、第1のブイ、第1のフレア状(広がりのある)開口、第2のフレア状開口及び発電機コンポーネントを備える。第1のフレア状開口と第2のフレア状開口は、夫々発電機コンポーネントの二つの側に配置され、前記発電機コンポーネントと共に、第1のブイに固定されている。海波中の海水は、一方のフレア状開口を通って発電機コンポーネントへ通過し、次に、この発電機コンポーネントを通って他方のフレア状開口へ流れる。発電機コンポーネントに近い前記第1のフレア状開口の開口は、内側開口であり、発電機コンポーネントから離れた開口は、外側開口である。発電機コンポーネントに近い第2のフレア状開口の開口は、内側開口であり、発電機コンポーネントから離れた開口は、外側開口である。
更に、海波発電デバイスが、主に海水の横方向の運動エネルギー及び位置エネルギーを得るために使用される場合、前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口との間に位置し、前記第1のフレア状開口の外側開口と前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁部の近くにあってよい。
前記第1のフレア状開口、前記第2のフレア状開口及び前記発電機コンポーネントは、前記第1のブイの下方に位置し、前記海波発電デバイスの重心は、前記第1のブイの下方に位置し、それによって、前記海波発電デバイスは、海中に浮かび、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口は、海水中に沈む。
海波中の海水は、一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ通過し、次に、発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れる。前記海波発電デバイスは、海表面に浮き海表面に近接する海水の運動エネルギーと波の位置エネルギーを収集することができると共に、海表面の下方にぶら下がり海表面下の海水の運動エネルギーと位置エネルギーを収集できる。
海波発電デバイスが、主に海水の垂直の運動エネルギーと位置エネルギーを得るために使用される場合、前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口との間に位置し、前記海波発電デバイスが海中に浮かび、波の水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ通過し、次に発電コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れるように前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口の周囲に沿って分布される。前記海波発電デバイスは、海表面に浮かび海表面に近接する海水の運動と波の位置エネルギーを収集することができると共に、海表面に下方にぶら下がって海表面下の海水の運動エネルギーと位置エネルギーを収集することができる。
海波発電デバイスが海水の垂直運動と位置エネルギーを収集し且つ使用する用途では、前記海波発電デバイスは、更に、前記第1のブイに向き合って配置される第2のブイを備えることができ、前記第1のフレア状開口、前記第2のフレア状開口及び前記発電機コンポーネントは、前記海波発電デバイスが海中に浮かび、波の水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ通過し、次に、発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れるように前記第1のブイと前記第2のブイとの間に位置される。前記海波発電デバイスは、海表面に浮かび海表面に近接する海水の運動エネルギーと波の位置エネルギーを収集することができると共に、海表面に下方にぶら下がって海洋面下の海水の運動エネルギーと位置エネルギーを収集することができる。
更に、前記海波発電デバイスにおける発電機コンポーネントは、パイプ、羽根車、羽根車固定手段、伝達手段及び発電機を備える。
前記パイプの一端は、前記第1のフレア状開口の内側開口へ接続され、前記パイプの他端は、前記第2のフレア状開口の内側開口へ接続され、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口は、前記パイプを介して互いに接続され、前記羽根車は、前記固定手段によって前記パイプ内へ位置されており、そこでは海水が前記パイプ中を流れて前記羽根車を回転させ、そして前記羽根車は、前記伝達手段によって前記発電機を駆動して動作させ、電力を発生させる。前記発電機、前記パイプ及び前記二つのフレア状開口は、共に前記第1のブイへ固定され、発電機の外側に、その発電機を海水や湿った空気との接触及び腐食から守るためにハウジングが設けられる。加えて、伝達手段は、既存のテクノロジーによれば、海水が伝達手段に沿って発電機内へ入らないように水からの隔離効果を十分に実現できる。なお、前記羽根車、前記羽根車固定手段、前記伝達手段及び前記発電機は、複数個又は複数セットであってもよい。
更に、前記海波発電デバイスにおける発電機コンポーネントのパイプは、また、対応する前記伝達手段を備える一つ以上のチャンバを備えることができ、前記一つ以上の発電機は、対応する前記伝達手段を備える前記一つ以上のチャンバ内に位置することができる。前記一つ以上のチャンバの位置は、パイプの外側の任意の位置又はパイプの内側の任意の位置であり得る。前記一つ以上のチャンバの形状は、任意の形状であり得る。前記チャンバの主機能は、海水や湿った空気との接触及び腐食から発電機を保護することである。発電機自体の外側に、海洋水や湿った空気との接触及び腐食から発電機を保護するために密閉型の腐食防止ハウジングが設けられてもよい。しかしながら、前記チャンバは、発電機の二重保護を実現できる。更に、伝達手段は、海水が伝達手段に沿ってチャンバや発電機内へ入らないように既存のテクノロジーに従って水からの隔離効果を完全に実現できる。
更に、前記伝達手段は、前記羽根車の回転シャフトへ接続され、前記羽根車の回転運動を前記発電機へ伝達して動作させて発電させ、又は
前記伝達手段は、前記羽根車の円周方向ディスクへ接続され、前記羽根車の回転運動を前記発電機へ伝達して動作させて発電させる。
前記羽根車は、ウエルズ(Wells)羽根車を採用でき、どのフレア状開口を通って羽根車へ水が流れるかに関係なく、即ち、第1のフレア状開口を通って又は第2のフレア状開口を通って羽根車へ水が流れるかに関係なく、羽根車は、同じ方向へ回転し、発電機を駆動して発電させることができる。
更に、前記発電機コンポーネントの発電機は、複数の技術的解決策を採用できる。一つの技術的解決策は、発電機が少なくとも一セットの電機子アセンブリと少なくとも一セットの磁極アセンブリを備え、前記電機子アセンブリと磁極アセンブリが共通軸回りに相対運動し、一セットの電機子アセンブリと一セットの磁極アセンブリが電磁ユニットを形成し、前記電磁ユニットは、前記パイプの周方向に沿ってパイプ壁の外側でリング形状構造に分布され、前記パイプの軸を共通軸として使用する。
前記電磁ユニットにおいて、前記電機子アセンブリが固定子であり、前記磁極アセンブリが回転子であり、且つ前記回転子が前記伝達手段によって駆動されて回転し、又は前記電機子アセンブリが回転子であり、前記磁極アセンブリが固定子であり、且つ前記回転子が前記伝達手段によって駆動されて回転する。
一つ以上のチャンバを備える前記パイプの技術的解決策において、前記発電機コンポーネントの前記発電機は、複数の技術的解決策を採用できる。一つの解決策は、発電機が少なくとも一セットの電機子アセンブリと少なくとも一セットの磁極アセンブリを備え、前記電機子アセンブリと磁極アセンブリが共通軸回りに相対運動し、一セットの電機子アセンブリと一セットの磁極アセンブリが電磁ユニットを形成し、前記電磁ユニットは、パイプの周方向に沿ってパイプ壁の外側でリング形状構造に分布され、前記パイプの軸を共通軸として使用する。この技術的解決策では、発電機の形状に適合する前記チャンバは、パイプの周方向に沿ってパイプ壁の外側でリング形状構造に分布され、前記パイプの軸を共通軸として使用する。このように、前記チャンバは、海水や湿った空気との接触及び腐食から発電機を保護するように前記パイプの周方向へパイプ壁の外側で前記発電機を包む。なお、前記発電機と前記付随のチャンバとは、パイプの軸に沿って配置される複数のセットであってもよく、前記複数のセットの発電機は複数のセットの伝達手段及び/又は複数のセットの羽根車と共に、それぞれ対応して使用されてもよい。
前述の電磁ユニットにおいて、前記電機子アセンブリは、固定子であり、前記磁極アセンブリは、回転子であり、且つ前記回転子は、前記伝達手段によって駆動されて回転すし、又は、前記電機子アセンブリは、回転子であり、前記磁極アセンブリは、固定子であり、且つ前記回転子は、前記伝達手段によって駆動されて回転する。
加えて、前記羽根車と前記電磁ユニットの回転子は、前記伝達手段によって駆動され得、又は、前記羽根車は、前記電磁ユニットの前記回転子を直接駆動し回転させる。この場合、前記羽根車の半径方向における延長線部分は、前記電磁ユニットの回転子であり、この回転子は、電機子アセンブリ又は磁極アセンブリであってよい。この場合、前記羽根車は、前記パイプの内側にあり、前記回転子は、前記パイプのパイプ壁の外側にあり、周方向へ前記パイプ壁の外側を囲んで分布される。前記パイプのパイプ壁と、前記羽根車と回転子との間に、海水や湿った空気がパイプ壁と羽根車との間のインターフェースからパイプ壁の外側に侵入しないよう、且つ発電機に入る海水や湿った空気によって引き起こされる回路の短絡やデバイスの腐食の問題を除去して防水と水からの隔離機能を実現するために、既存の技術に従って防水と水隔離処理が採用され得る。
更に、腐食防止の絶縁層及び/又は密閉層が保護のために前記電機子アセンブリの外側に設けられ、及び/又は腐食防止の絶縁層及び/又は密閉層が保護のために前記磁極アセンブリの外側に設けられる。
パイプへ打ち寄せる水の流れにより、羽根車が良好に駆動され回転し、最終的に発電機を駆動してより効率的に発電を行うために、前記第1のフレア状開口の内側開口は、円形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の内側開口は、円形状である。
更に、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口との間の距離は、前記内側開口の口径よりも短い。これにより、パイプに入る海水は、羽根車を良好に駆動して発電させ、海水の運動エネルギーは、長すぎるパイプ壁による減衰に起因したロスがない。このように、パイプが短い程、効果が良好であり、打ち寄せる海水の運動エネルギーのロスが可能な限り少ない。
海波発電デバイスの前述の技術的解決策において、異なる実施域の海波特性に関して、最適な波蓄積効果を達成するために、前記第1のフレア状開口の外側開口の端面は、湾曲表面又は平面であり得、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の端面は、湾曲表面又は平面であり得る。
更に、前記第1のフレア状開口の口径は、外側開口から内側開口へ向かって規則的且つ徐々に縮小し、又は不規則に且つ徐々に縮小し、及び/又は、前記第2のフレア状開口の口径は、外側開口から内側開口へ向かって規則的且つ徐々に縮小し、又は不規則に且つ徐々に縮小する。
海波発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、異なる実施域の海波特性に関して、パイプに打ち寄せる海水が羽根車を駆動して最も高い運動エネルギー状態で発電させ最終的に発電機を駆動して最も高い効率で発電させるように最適な波蓄積効果を達成するため、フレア状開口の技術解決策は、以下の通りである。
前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、
又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、
又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、
又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高い。
更に、海洋発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、フレア状開口の形状は、以下のようであってもよい。
前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状であり、
又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状であり、
又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの水平方向断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの水平方向断面は、任意の湾曲形状或いは直線形状である。
更に、海波発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、フレア状開口の形状は、以下のようであってもよい。
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は、
前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短い。
更に、海波発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、第1のブイは、複数のタイプの形態であり得るが、好適な形態では、海波の移動方向のブイのサイズが海波の移動方向に対して垂直な方向の水平面よりも短い。このような形態の利点は、ブイの形状が海波のクレスト形状と一直線になり、クレスト形状と一致することであり、これは、本発明のデバイスが水平に打ち寄せる海波を受け取りその運動エネルギーと位置エネルギーを収集するのに都合がよい。また、ブイが海洋のクレストの打ち寄せ前の早過ぎる浮上を防ぎ、海波とフレア状開口とパイプの相対移動を減少することができる。それによって海水の運動エネルギーを減少して羽根車を駆動して発電させる。この目的を達成するために、第1のブイの設計は以下の通りである。
1.前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり且つ海表面に対して垂直な前記第1のブイの断面の幅は、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口の二つの内側開口の軸の中間点にあり且つフレア状開口の内側開口の軸に対して垂直な前記第1のブイの断面の幅よりも短く、
2.前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にある前記第1のブイの海表面に対して垂直な横断面の幅は、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁に近接し且つ前記海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短く、
及び/又は、
前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり且つ海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、海波の移動方向における前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁に近接し且つ前記海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短い。
加えて、より良好な波蓄積効果を達成するために、前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第1のブイフレア状開口壁突起を形成し、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第1のフレア状開口の外側開口から突出し、及び/又は、前記第1のブイは、前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第2のブイフレア状開口壁突起を形成し、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第2のフレア状開口の外側開口から突出する。このように、ブイの突起は、フレア状開口の更なる波蓄積効果達成に役立つ。
海波発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、異なる実施域の海波特性に関して、パイプに打ち寄せる海水が羽根車を駆動して最も高い運動エネルギー状態で発電させ最終的に発電機を駆動して最も高い効率で発電させるように最適な波蓄積効果を達成するため、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海表面に対して垂直な第1のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海波の移動方向に対して垂直な第1のブイの横断面の幅よりも短い。
海波発電デバイスが二つのブイを備える技術的解決策において、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海表面に対して垂直な第1のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海波の移動方向に対して垂直な第1のブイの横断面の幅よりも短く、及び/又は、
海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海表面に対して垂直な第2のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸にあり海波の移動方向に対して垂直な第2のブイの横断面の幅よりも短い。
更に、海波発電デバイスが海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集し使用する技術的解決策において、フレア状開口の形状は、海波エネルギーの収集を最良に促進し且つ最良の発電効果を達成するために以下の態様へ調節され得る。
入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、出ていく海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、出ていく海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、
及び/又は、入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、
及び/又は、出ていく海波に面する方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は出ていく海波に面する方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短い。
前記海波発電デバイスが一つのブイを備える上記解決策の全てにおいて(海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用する発電機と海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用する発電機の二つの場合を含む)、前記海波発電デバイスは、少なくとも一つの水中翼を備え得、この水中翼は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側、及び/又は前記第2のフレア状開口のフレア状開口の外側、及び/又は前記発電機コンポーネントの外側、及び/又は前記第1のブイの外側に位置し、前記水中翼は、海水と接している。このように、発電機の姿勢とバランスの安定が向上され得、発電機の通常の動作及び効率的発電に好都合である。
更に、前記海波発電デバイスが二つのブイを備える技術的解決策において、前記海波発電デバイスは、少なくとも一つの水中翼を備え得、この水中翼は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側、及び/又は前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側、及び/又は前記発電機コンポーネントの外側、及び/又は前記第1のブイの外側、及び/又は前記第2のブイの外側に位置し、前記水中翼は、少なくとも一つの水中翼を備える上記技術的解決策と同様に、海水と接している。
本発明の技術的解決策の他の態様として、海波発電システムが提供される。
この海波発電システムは、少なくとも一つの前述の海波発電デバイスと少なくとも一つの固定手段を備え、前記海波発電デバイスは、海波の移動方向に前後に一列又は少なくとも二列に接続されており、各列は、少なくとも一つの前記海波発電デバイスを備え、前記一列又は少なくとも二列の海波発電デバイスは、一つの前記固定手段へ接続され、又は少なくとも二つの固定手段の間に接続される。
海波は、深海から浅海への方向で伝搬する。海波クレストが主に海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集して発電する発電機へ打ち寄せると、この発電機は、固定手段と前後に直列に接続された他の手段の抑制効果に起因して海波と共に移動できず、従って、海波中の海水が前記手段に対して相対運動し、海波中の海水は、入ってくる海波に向く方向へフレア状開口によって集められ、パイプ中を流れて羽根車を回転、それが発電機を駆動して発電する。海波が流れ出ると、発電機は、なお、固定手段又は前後に直列に接続された他の手段の抑制効果に起因して海波と共に移動できず、従って、海波中の海水が再び前記手段に対して相対運動し、海水が出ていく海波に向く方向へフレア状開口からパイプ内に入り羽根車を回転させて働かせ、それが発電機を駆動して発電する。海波は繰り返し打ち寄せ、前述のプロセスが繰り返されて、連続的に発電する。海波中の水プロトンの運動軌道が明細書の発明を実施するための形態の部分で詳細に説明される。前記羽根車は、ウエルズ(Wells)羽根車を採用でき、羽根車は、羽根車を通って流れる水流の方向に関係なく同じ方向へ回転して発電機を駆動して発電する。
海波発電デバイスが主に海洋水の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを収集して使用する技術的解決策において、打ち寄せる海波が逆さまの浅いボウル(椀)形状の下側フレア状開口の収集機能下で垂直方向海波エネルギーを収集するための発電機に到達すると、海波中の海水は、この発電機に対して垂直方向相対運動し、海波が発電機の全重力の作用及び直列に前後に又は固定手段に接続された他の海波発電デバイスの引きずり制動下で到達し、海波が前記下側のフレア状開口の内側開口内に打ち寄せ、次に、パイプ内に入って羽根車を回転、それで発電機を駆動して発電させる。羽根車を通過する海水は、更にパイプに沿って上側のフレア状開口内に打ち寄せ、上側のフレア状開口によって収集され運ばれる。ボウルのような上側のフレア状開口は、丁度海水を運ぶことができる。海波が打ち寄せた後、上側のフレア状開口によって収集され運ばれた海水は、それ自体の重力の作用によって、パイプに沿って上側のフレア状開口の内側開口を通って下方に流れ、羽根車を回転させて働かせ、このプロセスにおいて発電機を駆動、発電させる。羽根車を通って流れる海水は、連続して下方に流れ、下側のフレア状開口の内側開口を通って下側のフレア状開口そして海洋へ流れる。海波が繰り返し打ち寄せ、前述のプロセスが繰り返されて連続して発電する。前記羽根車は、ウエルズ羽根車を採用することができ、羽根車を介して上側のフレア状開口内に上方へ流れる又は上方のフレア状開口から羽根車を通って下方のフレア状開口そして海に下方に流れる海水に関係なく、その羽根車は同じ方向へ回転し発電機を駆動、発電させる。
海波発電システムの固定手段は、複数の選択肢を有し得る。例えば、固定手段の第1の実施は、以下の通りである。すなわち、発電システムにおける固定手段は、アンカーとケーブルを備え、前記複数列の又は複数の海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して連続的に接続され、それらは、前記複数列の又は複数の海波発電デバイスが海表面に浮き、又は海水中にぶら下がるように、前記アンカーと前記ケーブルを介して固定され、電力ケーブルが、更に前記複数列の又は複数の海波発電デバイス間に接続される。
海波発電システムにおける固定手段の第2の実施は以下の通りである。すなわち、固定手段が海水中に固定された少なくとも一つのパイルと、前記パイル上を滑るプーリースリーブとを備える。
少なくとも一列の前記海波発電デバイスの又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスは、前記少なくとも一列の前記海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスが海表面に浮き、又は海水中にぶら下がるように、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して前記プーリースリーブに接続されパイルに固定される、
又は、前記少なくとも一列の前記海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して少なくとも二つの前記プーリースリーブ間に接続され、前記プーリースリーブの各々は、前記少なくとも一列の前記海波発電デバイス又は少なくとも一つの海波発電デバイスが海表面に浮き、又は海水中にぶら下がるように、対応して一つの前記パイル上を滑る。
更に、固定手段の第2の実施が採用されると、海波発電システムは、少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスを備えることができ、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して連続的に接続され、電力ケーブルは、更に前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスの間に接続され、又は、
前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスが海表面に浮く又は海洋中にぶら下がるようにチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して前記プーリースリーブへ接続され且つパイルへ固定され、
又は、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して少なくとも二つの前記プーリースリーブ間に接続され、各前記プーリースリーブは、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスが海表面に浮く又は海水中にぶら下がるように、対応して一つの前記パイル上を滑る。
固定手段の第2の実施において、前記プーリースリーブは、スリーブ、第3のブイ、少なくとも一列のホイール及び固定ホイール手段を備える。
前記スリーブは、前記パイル上を滑り、前記少なくとも一列のホイールは、前記スリーブと前記パイルとの間に位置し、前記固定ホイール手段によって前記スリーブに固定される。前記第3のブイは、スリーブに接続され、前記少なくとも一列のホイールは、前記第3のブイと共働して前記プーリースリーブを海表面に浮かせる又は海水中にぶら下げ、前記パイルに沿って上下に浮動させる。このように、全システムの固定手段が直列に接続された発電機に対して横方向固定機能を実行して、潮が上がったり下がったりする時、即ち、海表面の水位が変化する場合、全体のセットの発電機の相対変位を制限する効果が達成され得る。このように、発電機は、海波の衝撃下で波と共には動かず、従って、海波中の海水粒子がフレア状開口、パイプ及び発電機の羽根車に対して相対運動し得る。相対運動の発生は、それが羽根車を回転、発電させ、発電機を駆動、発電させる相対運動であるために、重要である。
本発明の有益な効果は、以下の通りである:本発明の海波発電デバイスは、海洋エネルギーを創造的に十分活用し、海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを創造的に十分活用し、また海洋の起伏する垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを創造的に十分活用し、それによって海波の発電効率を上げると共に海波エネルギーの活用効率を高める。
これは別として、本発明は、特に且つ創造的に波の回折原理を使用し、自然の海岸線に沿って横方向に列をなして打ち寄せる海波からの海波エネルギーを縦方向に収集する。このように、アンカーやパイルの使用量を大幅に減らすことができ、コストを顕著に削減することができる。
具体的には、海岸線に沿って横方向に列をなして打ち寄せる海波に対して、発電するための海波エネルギーの大規模収集が望まれる場合、海波発電デバイスは、海岸線に沿って横方向に配置され得るが、これは、少なくとも一つのアンカーやパイルを各海波発電デバイスに設けて海波発電デバイスを固定する必要があり、次に、大量のアンカーやパイルを海岸線に沿って横方向へ配置して(大規模発電を実現するために、大量の海波発電デバイスが配置されなければならない)前記海波発電デバイスを固定する必要がある。しかしながら、大量のアンカーやパイルの配置は、必然的にコストの増加及び実施の困難を伴う。更に、大量のアンカーやパイルの配置は、海岸線海エコロジーに対して不都合である又は海岸線海エコロジーを破壊する可能性もある。
回折は、障害物や小さな穴に遭遇した際、散乱を介して伝搬し続ける波の現象を指す「ディフラクション」とも呼ばれる。回折現象は、波に独特の現象である。全ての波は、回折現象を有する。
本発明の海波発電システムにおいて、複数の海波発電デバイスが海表面に浮いており、前後に直列に、縦方向チームに接続され、互いに離間している。この創造的な特殊構造は、海波エネルギーを収集する前の海波発電デバイスを海波が通過した後、次の海波発電デバイスによる連続的収集のために海波が波形とエネルギーを回復するために、回折現象を十分に活用する。このように、本発明の技術的解決策は、独自の技術を創造的に用いて発電のための海波発電デバイスによる海岸線に沿って列をなして横方向へ打ち寄せる海波のエネルギーの縦方向への収集を実現し、それによって、発電システムにおいて必要とされるアンカーやパイルのような固定手段の量を最大限減少し、実施におけるコストと困難性を大きく減少する。
本発明は、独自に回折原理を海波発電に使用して有益な効果を得る。
更に、直列に接続された海波発電デバイスは、海表面に浮き、沖合の海エコロジーと環境を最大限破壊から保護することができる。加えて、大波等の特殊な天気が近づくと、発電システムに対する悪天候の影響や破壊を回避するために天気予報に従って付随する船で事前に海波発電デバイスを回収することができる。
更に、本発明の発電デバイスや全発電システムは、海表面での浮遊に適用可能であるのみならず、実施においてデバイスとシステムが海洋表面の下にぶら下がることができる場合にも適用可能である。更に、デバイスとシステムは、海波や海波エネルギーの利用に限定されず、本発明によって提供される技術的解決策は、川、湖及び海域のような水の流れや波がある水域や海流や波がある水域において使用することができる。
本発明に従う海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを活用する海波発電デバイスの実施の構造の正面図である。 本発明に従う海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを活用する海波発電デバイスの他の実施の構造の正面図である。 本発明に従う海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを活用する一つのブイを有する海波発電デバイスの実施の構造の正面図である。 本発明に従う海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを活用する二つのブイを有する海波発電デバイスの実施の構造の正面図である。 エアリー(Airy)理論原理の模式図である。 水が海表面に対して垂直な垂直断面A−Bを通過して流れる時の模式図である。 本発明における発電機コンポーネントの一実施形態の構造の模式図である。 本発明における発電機の一実施形態の構造の模式図である。 本発明に従う海波発電デバイスにおけるフレア状開口と羽根車の第1の構造の模式図である。 本発明に従う海波発電デバイスにおけるフレア状開口と羽根車の第2の構造の模式図である。 本発明に従う海波発電デバイスにおけるフレア状開口と羽根車の第3の構造の模式図である。 本発明に従う海波発電デバイスにおけるフレア状開口と羽根車の第4の構造の模式図である。 図10に示されるフレア状開口形状の側面図である。 本発明における第1のブイの一実施形態の水平方向断面の上面模式図である。 本発明における第1のブイの他の実施形態の水平方向断面の上面模式図である。 本発明に従う海波発電システムの構成の模式図である。 本発明における固定手段の一実施形態の構造の模式図である。
本発明の原理と特徴は、図面を参照して以下に詳細に説明する。実施の形態は、本発明の範囲を制限するためではなく、本発明を説明するためだけに記載する。
本発明の技術的解決策の態様は、海波発電デバイスを提供し、その具体的実施は、以下の通りである。
図1と図2を参照すると、本発明の海波発電デバイスは、第1のブイ105、第1のフレア状開口102/102’、第2のフレア状開口103/103’及び発電機コンポーネント101を備える。第1のフレア状開口102/102’と第2のフレア状開口103/103’は、夫々、発電機コンポーネント101の両側に配置されており、前記発電機コンポーネント101と共に第1のブイ105に固定されている。海波の海水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネント101へ通過し、その発電機コンポーネント101を介して他方のフレア状開口へ流れる。図1に示される発電機において、海波が第2のフレア状開口103を介して発電機コンポーネント101へ通過し、次に、第1のフレア状開口102を介して流出する。図2に示される発電機では、海波が第1のフレア状開口102’を介して発電機コンポーネント101へ通過し、次に、第2のフレア状開口103’を介して流出する。発電機コンポーネントは、水タービンとそれにリンクされた発電機を備える。本発明の海波発電デバイスは、海波の運動エネルギーと位置エネルギーを十分に活用し、発電機コンポーネントを流れる海水を上手く利用して水タービンの羽根車を回転させ、それによって、発電機を駆動、発電させ、且つ海波エネルギーを電気エネルギーへ変換して出力する。
本発明の海波発電デバイスの第1の用途は、主に海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを利用することである。図1と図2に示されているように、海波発電デバイスが使用中に海表面に浮くことができるよう、第1のブイ105が配置される。この第1のブイ105は、前記第1のフレア状開口102/102’と前記第2のフレア状開口103/103’との間において、前記第1のフレア状開口102/102’の外側開口と前記第2のフレア状開口103/103’の外側開口の上縁部の近くに位置される。前記第1のフレア状開口102/102’、前記第2のフレア状開口103/103’及び前記発電機コンポーネント101は、前記第1のブイ105の下方に位置され、前記海波発電デバイスの重心は、前記第1のブイ105の下方に位置され、それによって、前記海波発電デバイスが海に浮き、前記第1のフレア状開口102/102’の内側開口と前記第2のフレア状開口103/103’の内側開口は、海水中に沈む。海波中の海水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネント101へ流れ、次に、発電機コンポーネント101を介して他方のフレア状開口へ流れる。図2に示されるように、それは、海波の来る方向に向く第1のフレア状開口102’と出ていく海波の方向へ向く第2のフレア状開口103’であり得る。発電機の具体的用途では、第1のブイによって発生される浮力は、第1のブイが海表面に浮くと共に発電機のフレア状開口の内側開口を水中に沈めるように調節され得、それによって、発電機は、主に海表面に近い海波の運動エネルギーと位置エネルギーを利用して発電可能であると共に、第1のブイによって発生される浮力を調整することで、発電機全体を海水の特定の深さにぶら下げることができるため、発電機が主に海流における水の流れの運動エネルギーを使用して発電することができる。
本発明に従う海波発電デバイスの第2の用途は、主に海波の垂直方向運動と位置のエネルギーを使用することであり、以下の二つの実施形態を含むことができる。
第1の実施形態では、海波発電デバイスは、第1のブイを一つのみ備える。図3に示されるように、前記第1のブイ105は、前記第1のフレア状開口102と前記第2のフレア状開口103との間に位置し、第1のフレア状開口102と第2のフレア状開口103の周りに環状に分布されることで、前記海波発電デバイスを海洋中に浮かせており、第1のフレア状開口102が海底に向き、第2のフレア状開口103が空に向き、海波中の海水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ流れ、更に、発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れる。前記第1のブイは、第1のフレア状開口102と第2のフレア状開口103との間においてリング形状で周設され、これにより、海波発電デバイスは、第1のブイによって提供される浮力によって、海表面に浮き、又は海中にぶら下がる。このように、海波発電デバイスが90°だけ回転された後、使用のために海水中に配置されると、海波発電デバイスが海波の垂直方向の運動エネルギーと位置エネルギーを利用して海波エネルギーを電気エネルギーに変換して出力できる。
第2の実施では、海波発電デバイスは、更に、第2のブイ106を備える。図4に示されているように、第2のブイ106は、第1のブイ105と対向するように配置され、前記第1のフレア状開口102、前記第2のフレア状開口103及び前記発電機コンポーネント101は、前記第1のブイ105と前記第2のブイ106との間に位置し、前記海波発電デバイスを海中に浮かせており、第1のフレア状開口102が海底に向き、第2のフレア状開口103が空に向き、海波中の海水が一方のフレア状開口を介して発電機コンポーネントへ流れ、更に、発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れる。互いに対向するに配置された二つのブイ105と106は、海波発電デバイス自体のバランスを保証し、発電機を通常の動作状態に保持する。
風と他の要因の包括的影響に起因して、自然の実際の海波中の水粒子は、上下に起伏する垂直エネルギーを含むのみならず、横方向運動エネルギーと位置エネルギーを含む。加えて、海波中の水粒子は、自然の実際の沖合の波がしばしば他の要因の包括的影響下で風のエネルギーを吸収するので、通常、水粒子の上下に起伏する垂直方向エネルギーよりも大きな横方向運動エネルギーと位置エネルギーを有する。
エアリー(Airy)理論は、沖合の海波における水粒子の運動特性を良好に記述している。図5は、横方向海波エネルギーを利用する本発明の海波発電デバイスの原理の図である。図中、fは、海波の伝搬方向であり、沖合の海水の水粒子の運動軌跡は、楕円形状の軌跡を描き、cは、水粒子が右に向かう横方向運動エネルギーを有することを指し、dは、水粒子が垂直方向下方への運動エネルギーを有することを指し、aは、水粒子が左に向かう横方向運動エネルギーを有することを指し、bは、水粒子が垂直方向上方への運動エネルギーを有することを指す。本発明の海波発電デバイスは、海波の横方向運動エネルギーと垂直方向運動エネルギーを十分に活用することができ、可能な限り電気エネルギーへ変換して出力する。
本発明の波発電機における発電機コンポーネントは、複数の実施を有することができる。
例えば、発電機コンポーネントの一実施形態においては、図7に示されるように、発電機コンポーネント11は、パイプ15、羽根車12、羽根車固定手段16、伝達手段13及び発電機14を備えている。パイプ15は、チャンバ17を備え、発電機14は、チャンバ17内に位置される。チャンバ17の主機能は、海水や湿った空気との接触及び腐食から発電機を保護することである。密封式腐食防止ハウジングが発電機14自体の外側に設けられて海水や湿った空気との接触及び腐食から発電機を保護する。しかしながら、チャンバ17は、発電機14の二重保護を実現できる。
図7に示されるように、羽根車12は、前記羽根車固定手段16によって前記パイプ15内に位置され、海水が前記パイプ15内に流れて羽根車12を回転させ、前記伝達手段13は、羽根車12の回転シャフトへ接続され羽根車12の回転運動を発電機に伝えて発電機を動作、発電させる。前記羽根車12は、ウエルズ羽根車を採用でき、それによって、羽根車12は、水流が羽根車12を通っていずれのフレア状開口から流れるかに関係なく、即ち、水の流れが第1のフレア状開口を介して又は第2のフレア状開口を介して羽根車12へ流れるかに関係なく、同じ方向へ回転して発電機14を駆動して発電する。
発電機コンポーネントの他の特定の実施は、図8に示されている通りであり、以下の特徴を有する。
1)羽根車固定手段と伝達手段は、図8に参照符号20によって示されるように一体設計のものである。
2)前記伝達手段は、前記羽根車12の円周方向ディスクに接続されて、前記羽根車12の回転運動を前記発電機に伝えて発電機を動作し発電させる。
3)発電機18は、少なくとも一セットの回転子アセンブリ42と少なくとも一セットの磁極アセンブリ41を備える。前記回転子アセンブリ42と前記磁極アセンブリ41は、共通軸の回りに相対運動し、そのセットの回転子アセンブル42とそのセットの磁極アセンブリ41は、電磁ユニットを形成する。前記電磁ユニット15は、周方向にパイプ15の回りにリング形状に分布され、前記パイプ15の軸を共通軸として使用する。前記回転子アセンブリ42が固定子である場合、前記磁極アセンブリ41が回転子であり、又は前記回転子アセンブリ42が回転子である場合、前記磁極アセンブリ41が固定子である。それらの内の両方のみが互いに相対移動可能な場合、磁力線を切断することによって、磁気から電気への変換が、磁束の変化を介して実現され得、それによって、電力出力を発生する。
4)パイプ15は、発電機18の形状に適合するチャンバ19を有する。また、チャンバ19は、パイプ15の周方向へパイプ壁の外側でリング形状構造に分布され、パイプ15の軸を共通軸として使用する。このように、前記チャンバ19は、海水や湿った空気との接触と腐食から発電機18を更に保護するようにパイプ15の周方向にパイプ15の外側で前記発電機18を包む。
図7と図8に示される発電機コンポーネントは、二つの具体的な実施形態に過ぎない。これらとは別に、複数の実施形態があるが、その説明を省略する。
加えて、羽根車も、パイプの外側に配置されてよいが、フレア状開口の範囲内である。また、これも、具体的な一実施形態に過ぎない。更に、前述の二つの解決策を組み合わせた解決策、即ち、一つの羽根車や幾つかの羽根車をパイプ内に配置すると共に一つの羽根車や幾つかの羽根車を対応する伝達手段が整合するフレア状開口内に配置する方法が採用されてもよい。ここでは更なる詳細な説明をしない。
羽根車の実施形態は、複数の形態を取ることができる。羽根車をパイプに固定すること、羽根車を発電機にリンクすることは、従来の既存の技術に従って複数の方法で実施され得る。例えば、羽根車は、エンティティ回転シャフトを有し、それに接続される伝達手段を介して発電機を駆動し発電する。固定手段は、パイプ内又はフレア状開口内に羽根車を固定するようにベアリングによってエンティティ回転シャフトを固定でき、又は羽根車は、エンティティ回転シャフトを持たず、代わりに、周方向に沿って羽根車のディスクを介して伝達手段に接続され、発電機内の回転子を直接駆動して回転させ、それによって、発電機に発電させる。エンティティ回転シャフトを有さない羽根車は、パイプ内に羽根車を固定する、例えば、ディスクを羽根車の最外周に沿って配置し、且つディスクとパイプの内壁との間にボールベアリングの固定手段を配置する方法を使用して羽根車をパイプ内に固定するようにディスクを介して固定手段へ固定され得、一方、羽根車とディスクは、パイプ壁の周方向に沿って自由に回転可能である。
発電機コンポーネントの内側の発電機は、複数の方法で実施でき、それについては、ここでは、記述しない。
加えて、本発明の発電機が海水に浸かった発電機の通常な状態において正常に且つ絶え間なく動作可能とするため及び湿った空気の腐食を回避するために、密封式中空チャンバを発電機の安全保護として使用することとは別に、耐腐食性絶縁層と密封層は回転子アセンブリ及び/又は磁極アセンブリの外側に保護のために設けられて、電磁ユニットの海水と湿った空気による腐食を防止できる。また、前記密封式中空チャンバは、中空チャンバを開き、次にチャンバを閉鎖して密封することができる開閉手段を備得、発電機がチャンバ内に設置する、それから取り外すことができる。この構造は、修理及び交換を容易にする。
海波は、深海から浅海への方向へ伝搬する。海波クレストが打ち寄せると、発電機は、第1のブイ105の作動下で浮き上がり、フレア状開口の位置を上昇させる。図5に示されるエアリー(Airy)理論との組み合わせで、水の流れる方向が図1のfによって示される通りであるならば、海波の谷が到着すると、発電機は、それと共に下降し、次に水の流れる方向が図2にgによって示されるように、反対になることが分かる。このように、図8に示されるように、本発明における発電機コンポーネント101の羽根車12がウエルズ(Wells)羽根車を採用することができ、それによって、水の流れは、水の流れがどの方向へ発電機コンポーネントを通って流れるかに関係なく、羽根車12を同じ方向へ回転させ、伝達手段13を介して発電機を駆動して働かせて発電させる。
図5は、海波中の水粒子の移動パターンの図である。図6は、海波が打ち寄せる時、海表面に対して垂直な固定垂直横断面A−B(この横断面は、本発明において単純化されたパイプや羽根車と見なすことができる)を通過する単一の水粒子の移動状態の模式図である。これらの図から、海波が左から右へ(これらの図ではfによって示される)打ち寄せると、垂直横断面A−Bを横切る水粒子の移動軌跡が以下のように説明される(以下の説明は、図5と図6を一緒に参照することによって理解されるべきである)。
1.時点a’から時点b’までの区間は、谷からクレストの半分までを表し、即ち、1/4周期を表す。この時、水粒子は、右から左へ移動し、水の流れは、A−B断面を介して右から左へ流れ、それによって、羽根車12が右から左へ動く。
2.時点b’から時点c’までと次に時点d’までの区間は、クレストの半分からクレストの頂点と、クレストの頂点から次の谷の半分までを表し、即ち、1/2周期を表す。この時、水粒子は、左から右へ移動し、水の流れは、A−B横断面を通って左から右へ流れ、それによって、羽根車12が左から右へ動く。
3.時点d’から時点a’’までの区間は、谷の半分から谷の底までを表し、即ち、1/4周期を表す。この時、水粒子は、右から左へ移動し、水の流れは、A−B横断面を通って右から左へ流れ、それによって、羽根車12は右から左へ動く。この時までに海水移動の一周期が完了する。このプロセスは、それ自体を無限サイクルで繰り返し、海波が次々に打ち寄せ、羽根車12を繰り返して働かせて電力出力を発生する。
当然のことながら、上述したことは、エアリー(Airy)理論を用いて、パイプ内の海水の流れの方向の単純化された概略説明と図示に過ぎない。水の流れは、実際の用途ではより複雑であり得る。
更に、パイプ内に打ち寄せる水の流れをより良好にして羽根車を回転させて最終的に発電機を働かせより効率的に発電させるために、前記第1のフレア状開口102の内側開口が、円形状であり及び/又は前記第2のフレア状開口103の内側開口が円形状である。
更に、前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口との間の距離は、前記内側開口の口径(内側開口が円形状の場合、内側開口の口径は、円の直径である)よりも短い、即ち、パイプ15の軸方向幅は、パイプ15の半径方向直径よりも短い。羽根車12がパイプ内に設置できれば、パイプ15の軸方向幅が短い程良い。これは、海波自体の運動エネルギーのエネルギー減衰がパイプの幅を可能な限り減少することにより移動プロセス中のパイプ内で可能な限り減少され、それによって、海波の運動エネルギーが羽根車12に直接作用し得るからである。このように、海波の運動エネルギーが同じ入力の場合、運動エネルギーの収集量が向上し、電気エネルギーの変換と出力量を向上することができる。
異なる実施域の海波の特性に関して最適な波蓄積効果を達成するために、図1、2、3及び4に示されるように、第1のフレア状開口の口径が外側開口(即ち、発電機コンポーネントから離れたフレア状開口の開口)から内側開口(即ち、発電機コンポーネントに近いフレア状開口の開口)へ規則的に且つ徐々に減少する又は不規則に且つ徐々に減少し、及び/又は第2のフレア状開口の口径が外側開口から内側開口へ規則的に且つ徐々に減少する又は不規則に且つ徐々に減少する。即ち、フレア状開口は、規則的なベルマウス形状のもの又は寸法が不規則に外側から内側へ減少する不規則な湾曲表面によって形成される形状のものであり得、それによって、異なる海域の海波特性に関して最適波蓄積効果を実現し、海波エネルギーの活用比率を向上し、発電量を増加する。
本発明の海波発電デバイスは、海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用して発電する際、最適な波蓄積効果を達成しパイプに打ち寄せる海水の量を(最も高い運動エネルギーを持つ)最大にするため、フレア状開口の形態は、実施する海域の海波特性に従って以下の4つの態様に調節され得る。
1.前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高い。
2.前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第1のフレア状開口の上部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備え、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第2のフレア状開口の上部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備え、又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第1のフレア状開口の下部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備え、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第2のフレア状開口の上部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備え、又は、
前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第1のフレア状開口の側部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備え、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの垂直の縦方向断面(即ち、垂直方向における第2のフレア状開口の側部フレア状開口壁の断面)は、任意の湾曲形状や直線形状であり、任意の角度を有する放物線形状を備える。
3.図13を参照して、前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離dは、前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離dよりも短く、及び/又は、前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離dは、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離dよりも短く、及び/又は、前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離dは、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離dよりも短く、及び/又は、
前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短い。
フレア状開口形態の側面図に対して、図9、図10、図11及び図12を例として取り上げる。図10に示される解決策は最適であり、図13は、図10の側面図である。このフレア状開口形態は、他の三つの図面に示されるフレア状開口よりも良好に海波エネルギーを使用することができ、発電機の電力の出力量が向上され得る。その主な理由は、以下の通りである。すなわち、一方で、フレア状開口の内側開口の水平位置は、最大限、海波の頂点に近い。エアリー(Airy)理論から、海波の頂点により近い水粒子はより大きな運動エネルギーを有することが分かる。このように、この解決策は、内側開口へ打ち寄せる海洋水により大きな運動エネルギーを持たせるため、他の三つの図に示されるフレア状開口の形態の場合よりも良好である。他方で、フレア状開口のこのタイプの外側開口の横方向幅は、その垂直方向高さよりも大きく、それによって、前述の第1の態様の利点を確保しながら、横方向海波の収集域が拡大され得る。これは、海波が打ち寄せる際の自然な形態に一致しており、最大可能量の海水がフレア状開口に打ち寄せ、次に内側開口に打ち寄せて羽根車に発電させ、それによって、海波エネルギーの利用率が向上される。
海波発電デバイスが海波の横方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用して発電する技術的解決策において、第1のブイは、複数のタイプの形態であり得るが、好適な形態は、海波の移動方向のブイのサイズが、90°の海波の移動方向に対して垂直な方向における水平面よりも短いことである。このような形態は、ブイの形状が海波のクレスト形態と一列になっており、クレスト形態と一致する利点があり、本発明の発電機が水平方向へ打ち寄せる列となった海波を受け取り、その運動エネルギーと位置エネルギーを収集するのに好都合である。また、海波のクレストが打ち寄せる前にブイが早い時点で浮き上がらないようにし、それが、海波のフレア状開口とパイプとの相対運動を減少して、海水の運動エネルギーを減少、羽根車駆動して発電させることができる。
上述した目的を達成するためには、図14に示されるように、第1のブイ105の水平方向横断面は、ダンベルタイプのものであり、Eが第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の横断面である。
第1の位置における前記第1のブイ105の幅dは、第2の位置における前記第1のブイの幅dよりも短い。第1の位置における幅dは、前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸における海表面に対して垂直な前記第1のブイ105の横断面の幅であり、及び第2の位置における幅dは、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口102と前記第2のフレア状開口103との間で前記二つのフレア状開口の内側開口の軸の中間点におけるフレア状開口の内側開口の軸に対して垂直な前記第1のブイ105の横断面の幅である。
また、第1の位置における前記第1のブイの幅dは、第3の位置における前記第1のブイの幅dよりも短い。第3の位置における幅dは、海波の移動方向における第1のフレア状開口102の外側開口の側縁に近く且つ海表面に対して垂直な前記第1のブイ105の横断面の幅であり、及び/又は、第1の位置における前記第1のブイの幅dは、第4の位置における前記第1のブイの幅dよりも短い。第4の位置における幅dは、海波の移動方向における前記第2のフレア状開口103の外側開口の側縁に近く海表面に対して垂直な前記第1のブイ105の横断面の幅である。
更に、波蓄積能力を更に得るために、本発明の発電機のブイは、以下のように設計され得る。第1のブイ105は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第1のブイフレア状開口壁突起を形成し、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第1のフレア状開口の外側開口から突出すし、及び/又は、前記第1のブイは、前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第1のブイフレア状開口壁突起を形成し、そこでは、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第2のフレア状開口の外側開口から突出する。図15に示されているように、DとDは、前記第1のフレア状開口の外側開口から突出する前記ブイフレア状開口壁突起の横断面図である。第1のブイフレア状開口壁突起を配置することによって、一方では、波蓄積を最大にする目的を達成するように海波が発電機に入る際に通るフレア状開口を拡大することに等しく、他方では、海波が打ち寄せる時に、そのクレストが、最初に、第1のブイフレア状開口壁突起に作用し、フレア状開口を押して上方へ傾かせ、この形態が、フレア状開口が海波を運び海波に羽根車をより良好に発電させて発電効率を向上するようにフレア状開口の内側開口のパイプ内へ蓄積された海波を取り込むのにより好都合である。加えて、ブイの突起部分は、フレア状開口を他の物体による衝突と破壊から保護する保護機能を有する。
更に、第1のブイフレア状開口壁突起部分は、図15においてMとMによって示されるように、ある傾き角度を有することができる。これも、より良好に波を蓄積するために設けられる。
本発明における第1のフレア状開口102と第2のフレア状開口103は、一方で、運動エネルギーと位置エネルギーを有する打ち寄せる海波を収集する面積と容量を増加し、且つ蓄積を介して海水の運動エネルギーを増加するように波を蓄積するように機能し、他方で、本発明におけるフレア状開口と発電機コンポーネントとの関係とその形状は、フレア状開口にフレア状開口の内側開口のパイプ内へ入る打ち寄せる海波を支援して、打ち寄せる海波がパイプと羽根車と相対運動する。それは、海水に羽根車12を回転させ、最終的に発電機を駆動、動作させて発電する海波と、パイプと羽根車の相対運動である。
海波発電デバイスが海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用して発電する技術的解決策において、最適な波蓄積効果を達成し最高運動エネルギーを有するパイプへ打ち寄せる海波の量を最大にするために、実施において、発電機は、第1のブイのみを有し、そのブイの横方向幅の寸法が以下の特徴を有する。
海波の移動方向における前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海表面に対して垂直な第1のブイ105の横断面の幅は、前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な第1のブイ105の横断面の幅よりも短い。
海波発電デバイスが二つのブイを備える実施において、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海表面に対して垂直な第1のブイ105の横断面の幅は、前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な第1のブイ105の横断面の幅よりも短く、及び/又は、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海表面に対して垂直な第2のブイ106の横断面の幅は、前記第1のフレア状開口102の内側開口と前記第2のフレア状開口103の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な第2のブイ106の横断面の幅よりも短い。
海波発電デバイスが海波の垂直方向運動エネルギーと位置エネルギーを使用して発電する技術的解決策において、最良の波蓄積効果を実現するために、図3を参照すると、入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅dは、出ていく海波に面する方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅dよりも短く、及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅は、出ていく海波に向く方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅よりも短い、
及び/又は、入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅dは、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅よりも短く、又は、換言すれば、その幅dは、水平方向において海波の移動方向に対して垂直な方向におけるフレア状開口102の幅よりも短い。三次元空間内であるために、それは、海波の移動方向に対して垂直な面であり、その平面上の任意の方向を指す直線は、海波の移動方向に対して垂直である。ここで議論するのは、この平面上の水平方向における場合である。及び/又は、入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅dは、海波の移動方向に対して垂直である方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は海波の出ていく方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅dは、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口102のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は出ていく海波に向く方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅dは、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第2のフレア状開口103のフレア状開口壁の幅よりも短い。
フレア状開口の前述の技術的解決策において、前記第1と第2のフレア状開口の各々は、ケルプ(昆布)、海藻等の海波と共に移動する物体が発電機コンポーネント101内に入って羽根車12の正常な動作に影響を及ぼさないよう、少なくとも一つの金属メッシュを備えることもできる。加えて、金属メッシュの配置は、海波発電デバイスの動作の影響から海の生き物を守ること及び羽根車による海の生き物の負傷を防止することに役立つ。
加えて、海水中での本発明の海波発電デバイスの安定性を確保するために、図16を参照すると、海波発電デバイスは、少なくとも一つの水中翼107を備え、前記水中翼107は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側、及び/又は前記発電機コンポーネント101の外側、及び/又は前記第1のブイ105の外側に配置され、前記水中翼は、海水と接触している。このように、水中翼は、変位抵抗を発生することができる。水中翼によって、水中における及び打ち寄せる海波における発電機のバランスが向上し、旋回を防止する効果を達成すると共に海水中での発電機の安定性を向上することができる。海波発電デバイスが更に第2のブイ106を備えると、少なくとも一つの水中翼がその第2のブイ106の外側に配置される。それに加えて、水中翼107は、海波発電デバイスのバランスと安定性を維持する効果を向上するように三角翼や三叉形状の多水中翼であり得る。更に、水中翼を海波の方向に沿って後側のフレア状開口の背後に配置することもでき、それによって、水中翼は、前側のフレア状開口が常に海波の打ち寄せる方向を指すように風見のように尾翼の機能を果たすことができる。
本発明の技術的解決策の他の態様は、海波発電システムを提供する。具体的実施は以下の通りである。
海波発電システムは、少なくとも一つの本発明の海波発電デバイスと少なくとも一つの固定手段を備え、前記海波発電デバイスは、海波の移動方向に前後に一列に又は少なくとも二列に接続され、各列は、少なくとも一つの海波発電デバイスを備え、そして前記一列又は少なくとも二列の海波発電デバイスは、固定手段に接続される又は少なくとも二つの固定手段間に接続される。固定手段は、複数の形態を採用することができる。固定手段は、海底に固定される又は海波で移動しない又は僅かに移動する他のオブジェクト(海に停泊している大きな船のような)へ固定され得る。このように、固定手段の機能によって、単一の海波発電デバイスや複数の海波発電デバイス並びに海波発電システムを形成するために直列に接続された又はネットワークにされた全セットの複数のデバイスは、海波に遭遇した後、海波と共に水平方向変位や横への変位をせず、海波と共に流れていかない。このように、打ち寄せる海波は、最大限フレア状開口へ入ってパイプと羽根車と相対運動する。海水は、その相対運動を介して羽根車を回転させ発電機を駆動して発電する。これとは別に、固定手段は、更に、海波発電デバイスのバランスと海波発電デバイスの位置の安定性を維持する。海波発電デバイスによって発生される電力は、整流器によって整流され、次に電気ケーブルを介して陸地へ送信されて電力グリッドへ入力される、又は電力は、最初に電気ケーブルを介して陸地へ送信されて、次に、整流され電力グリッドへ入力される。
海波発電システムが、少なくとも二つの海波発電デバイスを備えている場合、その少なくとも二つの海波発電デバイスは、直列に連続的に頭と尾とが接続され、次に一つの固定手段に接続される又は二つの固定手段の間に接続され、及び/又はその少なくとも二つの海波発電デバイスは、並列に接続され、次に一つの固定手段に接続される又は二つの固定手段の間に接続され、及び/又は複数の海波発電デバイスは、最初に並列に接続され、次に直列に前後に接続されて複数列を形成する。前述の方法は、並べ替え及び組み合わせの後に以下の4つの接続方法を有することができる。
1.複数の海波発電デバイスは、直列に連続して頭と尾とがチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して一つの固定手段に又は二つの固定手段の間に接続される。
2.複数の海波発電デバイスは、並列に一つの固定手段へ又は二つの固定手段の間に接続される。この場合、その複数の海波発電デバイスは、並列に互いに近接して接続されることができ、第1のブイ105を共有し、その第1のブイ105の浮力下で海中に共に浮く。
3.複数の海波発電デバイスは、直列に連続的に頭と尾とが接続され、次に一つの固定手段が複数の繋がった海波発電デバイスの各々へ接続される。この場合、複数の固定手段は、海波の移動方向に沿って離間して配置され、直列に接続された海波発電デバイスが各二つの固定手段の間に配置される。
4.複数の海波発電デバイスは、最初に、並列に近接して接続されて並列接続ユニットを形成し、次に複数の並列接続ユニットが直列に連続して一つの固定手段に又は二つの固定手段の間に接続され、又は複数の並列接続ユニットが直列に連続して海波の移動方向に沿って離間して配置される複数の固定手段の間に接続される。
本発明の固定手段は、複数の形態を採用することができる。固定手段は、海底に固定され得る、又は海に停泊している大きな船のような、海波で移動しない又は僅かに移動する他のオブジェクトへ固定され得る。二つの好適な実施があり、第1の実施は以下の通りである。固定手段200は、海水中に固定される少なくとも一つのパイル201と前記パイル201上を滑るプーリースリーブ206を備える。図16に示されるように、少なくとも一列の海波発電デバイス100又は少なくとも一つの前記海波発電デバイス100は、前記プーリースリーブ206へチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して接続され、パイル201へ固定され、又は図17に示されるように、前記少なくとも一列の海波発電デバイス又は少なくとも一つの海波発電デバイスは、少なくとも二つのプーリースリーブ206間にチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して接続される。各プーリースリーブ206は、対応して一つのパイル201上を滑る。このように、前記少なくとも一列の海波発電デバイス100又は少なくとも一つの前記海波発電デバイス100は、海表面に浮く又は海水中にぶら下がることができる。
更に、海波発電システムが少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスを備える場合、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、連続的にチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して接続され、ケーブルは、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスの間に接続される。前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、パイル201へ固定される又はプーリースリーブ206を介して少なくとも二つのパイル201間に接続される。
固定手段の第1の実施では、海波発電デバイスは、二つの前後パイル201とプーリースリーブ206を介して海表面に又は海中に浮き、その海波発電デバイスは、海波の移動と共に前後への変位をせず、それによって、比較的大きな相対運動が、海波発電デバイスのフレア状開口内へ入る海洋水と、パイプと羽根車との間でおきる。これは、羽根車に発電させ発電機を駆動して発電するのに好都合であり、より良好な発電効果と効率が得られる。この方法は、単一の海洋発電デバイスによって構成されるシステムに対しても、複数の海波発電デバイスによって構成されるシステムに対しても同様に適用することができる。
図16と図17を参照すると、プーリースリーブ206は、スリーブ202、第3のブイ203、少なくとも一列のホイール204、固定ホイール手段205を備える。スリーブ202は、パイル201上を滑り、前記少なくとも一列のホイール204は、スリーブ202とアイル201との間に位置され、固定ホイール手段205を介してスリーブ202内に固定される。第3のブイ203は、スリーブ202へ接続され、前記少なくとも一列のホイール204は、プーリースリーブ206が海表面に浮く又は海水中にぶら下がり、パイル201に沿って上下に浮動することができるように、第3のブイ206と協働する。ホイール204は、パイル201に沿うプーリースリーブ206の上下運動を確保するために使用され、摩擦を減少し、第3のブイ203は、浮力を提供してプーリースリーブ206を海表面に浮かせるために使用され、この二つは、プーリースリーブ206が常に海表面上にあるよう連携して働く。実際の実施では、スリーブはホイールを有さなくてもよく、又は海表面に浮くことができるが、ホイールを有する手段が明らかに好適である。
海表面に浮くことが主な実施形態であるが、プーリースリーブと全セットの発電デバイスは、海水中にぶら下がる実施を採用できる。プーリースリーブ206を配置することによって、海波発電デバイスとスリーブ202は、波がない時に、同時に且つ同じ高さで海洋表面に浮くことができる。
本発明における固定手段の第2の実施形態は以下の通りである。固定手段は、アンカーとケーブルを備え、複数の海波発電デバイスが連続的にチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して接続され、前記複数の海波発電デバイスが海表面に浮くよう前記アンカーと前記ケーブルを介して固定される。電気ケーブルは、更に前記複数の海波発電デバイス間に接続される。この実施は、主に、複数の海波発電デバイスによって構成されるシステムに適用可能である。更に、複数の海波発電デバイスによって構成されるシステムの用途において、一番先の海波発電デバイスが固定されたオブジェクトへチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して前で接続される又は比較的大きな浮動するオブジェクトへ接続され、次に、その浮動するオブジェクトを介してアンカーチェーンとアンカーを接続する解決策を採用することができ、比較的大きな浮動するオブジェクトは、船や何らかの浮動するオブジェクトであり得る。
システムが複数の海波発電デバイスを備える場合、それらの海波発電デバイスを固定するためにアンカーとアンカーチェーンを使用すると、当然のことながら、この実施では、頭にある発電機と尾にある発電機の発電効率が減少される可能性があるが、続く複数の発電機の引きずり及び制動機能によって、この固定方法は、複数の発電機の正常な動作に影響を及ぼさない。この実施は、発電効率において第1の実施形態よりも理想的であるとは言えないが、アンカーを使用した固定は、フレキシブル且つ便利であり、パイル設置のコストを節約できる。このように、発電効率に関する要求が高くない時に、固定手段の第2の実施が同様に採用され得る。勿論、システムが複数の海波発電デバイスを備える場合、固定手段の第1の実施を使用した全体の発電効果がより良好である。
本発明の技術的解決策の全体のシステムの実施と使用は以下のとおりである。
複数の海波発電デバイスが直列に接続され、直列に接続される場合、側表面にフレア状開口を有する発電機が、上又は下表面にフレア状開口を有する発電機に前で又は後ろで接続され、そのような離間された配置は、また、側表面にフレア状開口を有する複数の発電機を直列に接続し、次に上又は下表面にフレア状開口を有する複数の発電機を接続し、次にこのようにこれらを直列に前後に接続することができる。或いは、上又は下表面にフレア状開口を有する発電機は、最初に側表面にフレア状開口を有する発電機に近接して並列に接続される又は更に同じブイを共有する二つの発電機と接続され、次に、このように並列に接続された二つの発電機を前から後ろへ接続し、次に、他の一列の二つの発電機を前から後ろへ接続し、同様に複数の列を前から後へ直列に接続する。これは、接続方法と実施スキームでもある。勿論、一連の発電機の全てが側表面にフレア状開口を有する発電機であってもよい又は一連の発電機の全てが上又は下表面にフレア状開口を有する発電機であってもよい。
前述の組み合わせ方法のいずれが採用されようとも、一連の発電機の頭と尾は、夫々、プーリースリーブ206を介して二つのパイル201の間に固定され得、海波の衝撃に起因して各発電機が漂流すること、従って発電効率に影響を及ぼすことを防ぐ。直列に頭から尾にかけて連続して複数の発電機又は複数列の発電機を接続することにより、海波発電デバイスの各々を固定すること及び各発電機が相互抑制力に起因して海波の動作下で海波による漂流を防止することができる。
本発明に従う海波発電システムの全システムが両端でプーリースリーブ206とパイル201を使用する固定方法により実施される場合、海波や海流の流れる方向が比較的に固定されている海域において実行されるのが最良である。これらの海域は、海峡における又は固定された潮流を有する又は潮流の固定された大量流入と引き潮方向を有する沖合の海域を含み、頭のパイルと尾のパイルは、海波の移動方向に沿って配置される又はパイルを海波の移動方向に沿って各特定間隔(例えば、200m)で配置し複数の海波発電デバイスを直列にパイル間に接続する。全体のシステムが一端のみで、プーリースリーブ206とパイル201を使用する固定方法により実施される場合、海波又は海流が一定に変化する海域で実施されるのが最良である。
更に、発電機又は全システムが水表面に浮くのに適するのみならず、発電機とそのシステムが同様に水表面下でぶら下がっているものとして実施されるのにも適する。加えて、本発明の発電機とシステムは、海波や海波エネルギーの活用に制限されず、川、湖、及び海流や洋流を有する海域や水域のような水の流れや波を有するあらゆる水域に適することができる。
実際に前述の海波発電デバイスを使用する技術的解決策において、フレア状開口を有さず、従って、発電効果がフレア状開口を有する用途形態の発電効果程よくはないが電力が発生され得る用途があると指摘しておく。更に、フレア状開口の向く方向は、この明細書で述べた海波に向く方向と海波から去る方向である二つの大きな用途形態に制限されるのではなく、実施の用途においては任意の方向であり得る。加えて、二つ以上のパイプを含む解決策が採用されてもよい。複数の羽根車に対応して複数のパイプを夫々使用する又は一つの羽根車に対応して複数のパイプを使用する解決策が実施され得る。
上記は、本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を制限するために使用されることはない。当業者は、本発明の精神と原理内で行われる変更、等価な代替及び改良は、全て本発明の保護の範囲に含まれると承知している。

Claims (30)

  1. 海波発電デバイスであって、第1のブイ、第1のフレア状開口、第2のフレア状開口及び発電機コンポーネントを備え、前記第1のフレア状開口と第2のフレア状開口は、夫々前記発電機コンポーネントの二つの側に配置され、前記発電機コンポーネントと共に前記第1のブイへ固定され、海波中の海水は、一方のフレア状開口を介して前記発電機コンポーネントへ通過すると共に、前記発電機コンポーネントを介して他方のフレア状開口へ流れることを特徴とする海波発電デバイス。
  2. 前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口との間に位置され、
    前記第1のフレア状開口、前記第2のフレア状開口及び前記発電機コンポーネントは、前記第1のブイの下方に位置され、前記海波発電デバイスの重心は、前記第1のブイの下方に位置され、それによって、前記海波発電デバイスが海中に浮くことを特徴とする請求項1に記載の海波発電デバイス。
  3. 前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口との間に位置され、且つ前記海波発電デバイスが海中に浮くように前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口の周囲回りに分布されることを特徴とする請求項1に記載の海波発電デバイス。
  4. 更に、前記第1のブイと向かい合って配置される第2のブイを備え、前記第1のフレア状開口、前記第2のフレア状開口及び前記発電機コンポーネントは、前記海波発電デバイスが海中に浮くように前記第1のブイと前記第2のブイとの間に位置されることを特徴とする請求項1に記載の海波発電デバイス。
  5. 前記発電機コンポーネントは、パイプ、羽根車、羽根車固定手段、伝達手段及び発電機を備え、
    前記パイプの一端は、前記第1のフレア状開口の内側開口へ接続され且つ前記パイプの他端は、前記第2のフレア状開口の内側開口へ接続され、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口は、前記パイプを介して互いに接続され、貫通しており、前記羽根車は、前記固定手段によって前記パイプ内に位置され、海水が前記パイプ内に流れて前記羽根車を回転させ、前記羽根車が前記伝達手段を介して前記発電機を動作させて発電させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  6. 前記パイプは、少なくとも一つのチャンバを備え、前記発電機は、前記少なくとも一つのチャンバ内に位置されることを特徴とする請求項5に記載の海波発電デバイス。
  7. 前記伝達手段は、前記羽根車の回転シャフトへ接続され、前記羽根車の回転運動を前記発電機に伝達して前記発電機を駆動、動作させて発電させ、又は
    前記伝達手段は、前記羽根車の円周方向ディスクへ接続され、前記羽根車と前記ディスクの回転運動を前記発電機に伝達して前記発電機を駆動、動作させて発電させることを特徴とする請求項5に記載の海波発電デバイス。
  8. 前記発電機は、少なくとも一セットの回転子アセンブリと少なくとも一セットの磁極アセンブリを備え、
    前記回転子アセンブリと前記磁極アセンブリは、共通軸の回りを相対的に移動し、一セットの回転子アセンブリと一セットの磁極アセンブリは、電磁ユニットを形成し、
    前記電磁ユニットは、海水パスの周方向にリング形状構造に分布され、前記海水パスの軸を共通軸として使用することを特徴とする請求項5に記載の海波発電デバイス。
  9. 前記発電機は、少なくとも一セットの回転子アセンブリと少なくとも一セットの磁極アセンブリとを備え、
    前記回転子アセンブリと前記磁極アセンブリは、共通軸の回りを相対的に移動し、一セットの回転子アセンブリと一セットの磁極アセンブリは、電磁ユニットを形成し、
    前記電磁ユニットは、パイプの周方向にリング形状構造に分布され、前記パイプの軸を共通軸として使用することを特徴とする請求項6に記載の海波発電デバイス。
  10. 腐食防止の絶縁層及び/又は封止保護層が前記回転子アセンブリの外側に設けられ、及び/又は
    腐食防止の絶縁層及び/又は封止保護層が前記磁極アセンブリの外側に設けられることを特徴とする請求項8又は9に記載の海波発電デバイス。
  11. 前記第1のフレア状開口の内側開口は円形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の内側開口は円形状であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  12. 前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口との距離は、前記内側開口の口径よりも短いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  13. 前記第1のフレア状開口の外側開口の端表面は、湾曲表面又は平面であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の端表面は、湾曲表面又は平面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  14. 前記第1のフレア状開口の口径は、外側開口から内側開口に向かって規則的に且つ漸進的に縮小する又は不規則に且つ漸進的に縮小し、及び/又は
    前記第2のフレア状開口の口径は、外側開口から内側開口に向かって規則的に且つ漸進的に縮小する又は不規則に且つ漸進的に縮小することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  15. 前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、及び/又は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも低く、又は、
    前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁の水平高さよりも高く、又は、
    前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも低く、又は、
    前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁の水平高さは、前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁の水平高さよりも高いことを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  16. 前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であり、又は、
    前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であり、又は、
    前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの水平方向横断断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であり、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの垂直方向の縦断面は、任意の湾曲形状又は直線形状であることを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  17. 前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離よりも短く、及び/又は前記第1のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は前記第1のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離は、前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第1のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、
    及び/又は、
    前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離よりも短く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の下縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の下縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短く、及び/又は前記第2のフレア状開口の外側開口の上縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の上縁までの距離は、前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁から前記第2のフレア状開口の内側開口の側縁までの距離よりも短いことを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  18. 前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口と前記第2のフレア状開口の二つの内側開口の軸の中間点でのフレア状開口の内側開口の軸に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短いことを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  19. 前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の外側開口の側縁に近接し且つ海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短く、
    及び/又は
    前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、海波の移動方向における前記第2のフレア状開口の外側開口の側縁に近接し且つ海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短いことを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  20. 前記第1のブイは、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第1のブイフレア状開口壁突起を形成し、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第1のフレア状開口の外側開口から突出し、
    及び/又は、
    前記第1のブイは、前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に沿って延出して第1のブイフレア状開口壁突起を形成し、前記第1のブイフレア状開口壁突起部は、前記第1のフレア状開口の外側開口から突出することを特徴とする請求項2に記載の海波発電デバイス。
  21. 海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短いことを特徴とする請求項3に記載の海波発電デバイス。
  22. 海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な前記第1のブイの横断面の幅よりも短く、
    及び/又は、
    海波の移動方向における前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海表面に対して垂直な前記第2のブイの横断面の幅は、前記第1のフレア状開口の内側開口と前記第2のフレア状開口の内側開口の軸での海波の移動方向に対して垂直な前記第2のブイの横断面の幅よりも短いことを特徴とする請求項4に記載の海波発電デバイス。
  23. 入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、出ていく海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、出ていく海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、
    及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は入ってくる海波に向く方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、
    及び/又は出ていく海波の方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短く、及び/又は出ていく海波の方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅は、海波の移動方向に対して垂直な方向における前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の幅よりも短いことを特徴とする請求項3又は4に記載の海波発電デバイス。
  24. 前記海波発電デバイスはさらに、少なくとも一つの水中翼を備え、前記水中翼は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に、及び/又は前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に、及び/又は前記発電機コンポーネントの外側に、及び/又は前記第1のブイの外側に位置され、前記水中翼は、海水と接触していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の海波発電デバイス。
  25. 前記海波発電デバイスはさらに、少なくとも一つの水中翼を備え、前記水中翼は、前記第1のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に、及び/又は前記第2のフレア状開口のフレア状開口壁の外側に、及び/又は前記発電機コンポーネントの外側に、及び/又は前記第1のブイの外側に、及び/又は前記第2のブイの外側に位置され、前記水中翼は、海水と接触していることを特徴とする請求項4に記載の海波発電デバイス。
  26. 海波発電システムであって、請求項1乃至25のいずれか一項に記載の少なくとも一つの海波発電デバイスと少なくとも一つの固定手段を備え、
    前記海波発電デバイスは、海波の移動方向に前から後へ一列又は少なくとも二列に接続され、各列は、少なくとも一つの前記海波発電デバイスを備え、前記一列又は少なくとも二列の海波発電デバイスは、一つの前記固定手段へ接続され、又は二つの前記固定手段の間に接続されることを特徴とする海波発電システム。
  27. 前記固定手段は、アンカーとケーブルを備え、
    前記複数列の又は複数の海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して連続的に接続され、前記複数列の又は複数の海波発電デバイスが海表面に浮く又は海水中にぶら下がるように前記アンカーと前記ケーブルを介して固定され、
    電気ケーブルが更に前記複数列の又は複数の海波発電デバイスの間に接続されることを特徴とする請求項26に記載の海波発電システム。
  28. 前記固定手段は、海中に固定される少なくとも一つのパイルと前記パイル上を滑るプーリースリーブを備え、
    少なくとも一列の海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して前記プーリースリーブへ接続され、前記少なくとも一列の海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスが海表面に浮き、又は海水中にぶら下がるようにパイルへ固定され、
    又は、前記少なくとも一列の海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して少なくとも二つの前記プーリースリーブ間に接続され、各前記プーリースリーブは、前記少なくとも一列の海波発電デバイス又は少なくとも一つの前記海波発電デバイスが海表面に浮く又は海洋中にぶら下がるように対応して前記パイル上を滑ることを特徴とする請求項26に記載の海波発電システム。
  29. 前記海波発電システムは、少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスを備え、
    前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して連続的に接続され、電気ケーブルが、更に前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスの間に接続され、又は
    前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、前記少なくとも二列の又は二つの海波発電デバイスが海表面に浮く又は海水中にぶら下がるようにチェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して前記プーリースリーブへ接続され、
    又は前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスは、チェーン、ケーブル又は剛性ロッドを介して少なくとも二つの前記プーリースリーブ間に接続され、各前記プーリースリーブは、前記少なくとも二列の海波発電デバイス又は少なくとも二つの海波発電デバイスが海表面に浮く又は海水中にぶら下がるように対応して一つの前記パイル上を滑ることを特徴とする請求項28に記載の海波発電システム。
  30. 前記プーリースリーブは、スリーブ、第3のブイ、少なくとも一列のホイール及び固定ホイール手段を備え、
    前記スリーブが前記パイル上を滑り、前記少なくとも一列のホイールが前記スリーブと前記パイルとの間に位置され且つ前記固定ホイール手段を介して前記スリーブ中に固定され、前記第3のブイが前記スリーブへ接続され、前記少なくとも一列のホイールが前記プーリースリーブを海表面に浮かせる又は海水中にぶら下げるように前記第3のブイと連携して働くことを特徴とする請求項28又は29に記載の海波発電システム。
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