JP2016533455A - 海岸保全及び波エネルギー発電システム - Google Patents

Abstract

本発明は、海岸保全システムのための波エネルギー発電機に関する。波エネルギー発電機は、水体内に配設され、到来波に対して海岸の一部を保護するように構成された基底構造体を有する。基底構造体は、水体の底に位置する基礎と、基礎から波の最高予測波高の上方の点まで延在する壁と、を有する。少なくとも１つのダクトは、水体からの振動水柱を受けるために基底構造体と関連付けられている。振動水柱は、到来波の波動活動に応じて振動し、ダクトは、到来波からエネルギーを捕捉するためにエネルギー抽出システムの一部を形成する。

Description

本発明は、沿岸域管理の解決法及び持続的エネルギー発電に関する。より詳しくは、本発明は、沿岸域管理の解決法及び海洋波エネルギー抽出における改善に、並びに、そのためのシステム及び方法に、関する。

本明細書にわたる従来技術の議論は、了解として、このような従来技術がこの分野において広く知られているまたはこの分野における共通の一般的知識の一部を形成することを全く考慮されないべきである。

伝統的な可燃性炭化水素燃料源の有限資源の環境的懸念事項及び意識は、波や風、潮、地熱及び太陽のような持続的な汚染のないエネルギー源への研究に至った。

多数の様々なタイプの波力発電システムは、提案されている。１つのシステムは、波運動の中の固有の垂直運動を使用する基本原理を採用しており、タービンの回転運動に作用し、発電機を直接的にまたは間接的に駆動し、発電する。このようなシステムでは、波の振動運動によって引き起こされる頻繁に反転する気流状況が存在する。複数の具体的に構成された一方向タービンは、タービンがこのような反転気流状況に応じて動作し続けることを可能なるように設計されている。

しかしながら、これら従来のシステムのうちのすべてではないが多くは、波の振動運動を回転機械エネルギーに変換するときのシステムにおける損失に起因して、比較的低効率で動作している。

さらに、多くの従来の波力発電システムは、優勢な海洋波の進行方向に大きく依存している。その上、多くの既存の波力発電システムは、常に一方向を向くように係留されており、したがって、自然な潮汐変化に由来する波方向の変化に起因して、長期間にわたって最適効率未満で動作する。

波の垂直運動を用いて基本原理で動作してタービンの回転運動に作用し、順に発電機を駆動させて発電させる多くの既知の波力発電システムの別の不利点は、これらシステムが、動作の効率を保証して所望の出力レベルを達成するために重力によって引き起こされる共鳴増幅の原理に共通して依存していることである。このようなシステムでは、水の振動運動を気流に変換する必要がある。すなわち、多くの現在既知のシステムは、主として、水圧−空気圧変換処理を必要としており、全エネルギー変換処理の効率をさらに減少させる。

さらに、多くの既知の波力発電システムは、海洋波から受ける大きなかつ予測不能な力に耐えるように建設されなければならない。その耐用年数にわたってシステムの持続性を保証するために、冗長レベルをシステムに組み込む必要がある。例えば、海洋力発電システムは、一般に、「百年に一度の荒天」の大きな波に関連する力に耐える必要がある。これら極端な場合における力の大きさは、大抵の荒天に由来する力の大きさの数倍であり、そのようなものとして、システムを製造し、設置し、維持するときに、著しい追加のコストは、必然的に発生する。分かっていることは、これら追加のコストがしばしば高く、システムが商業上実行不可能であると判断されることである。

もっとも極端な力に耐えるように建設されたシステムは、必然的に、サイズが大きく、その結果、これらシステムの視覚的魅力は、低減される。海洋波エネルギー抽出システムのような持続性エネルギーシステムの視覚的魅力または審美性は、周辺環境への視覚的影響を低減するために、及び、エネルギーを生成するこれら別の手段への大衆の支持を獲得するために、重要な要因である。

本発明の目的は、従来技術の不利点のうちの１以上を克服するまたは改善すること、または、少なくとも有用な代替手段を提供することである。

本発明の第１態様によれば、海岸保全システムのための波エネルギー発電機を提供し、この発電機は、水体内に配置されるように構成され、それにより、到来波に対して海岸を保全する基底構造体であって、水体の底に打つことが可能な基礎と、基礎から使用中における最高予測波高の上方の点まで延在する壁と、を有する、基底構造体と、水体から振動水柱を受けるために基底構造体と関連付けられた少なくとも１つのダクトであって、振動水柱が、到来波の波動活動に応じて振動し、ダクトが、振動水柱を介して到来波からエネルギーを捕捉し、捕捉したエネルギーを電気エネルギーに変換するためのエネルギー抽出システムの一部を形成する、ダクトと、を有する。

好ましくは、ダクトは、第１セグメントと、第１セグメントに横方向に配置された第２セグメントと、を有する。いくつかの形態において、ダクトは、ほぼＬ字状を呈しており、第１セグメントは、「Ｌ」字のほぼ水平な下側肢部を形成し、第２セグメントは、「Ｌ」字のほぼ垂直な上側肢部を形成する。好ましくは、ダクトの下側肢部は、入口開口を画成し、上側肢部は、出口開口を形成する。ある好ましい形態において、Ｌ字状のダクトは、ほぼ水平な肢部が優勢な海洋波の方向に向けて延在するように方向付けられている。好ましくは、ダクトの下側肢部の長手方向軸は、優勢な海洋波の方向とほぼ平行な方向で延在しており、それにより、入口開口は、接近波に向いている。

分かっていることは、Ｌ字状のダクトの入口開口を接近波に向けることがダクト内の振動水柱で生じる海洋波の昇降振幅を高めることに、特に有利であること、であり、海洋波から捕捉されるエネルギー量における対応する増加、所定の波動活動に対するシステムの改善した効率及びより大きな電気出力を引き起こす。

好ましい形態において、ダクトは、第１及び第２セグメント間にある流動制御セグメントを有し、流動制御セグメントは、ダクト内を流動する振動水柱の乱流を抑制するように構成されている。

ある形態において、ダクトは、モジュール式構造で形成されており、第１及び第２セグメントと流動制御セグメントとは、別個の構成要素として構成されており、互いに接続される。他の形態において、ダクトは、一体的なユニットで形成され得る。

いくつかの形態において、ダクトの第１セグメントは、基底構造体の基礎上に位置し、ダクトの第２セグメントは、基底構造体の壁の少なくとも一部を形成する。他の形態において、ダクト自体は、基底構造体として機能し得る、または逆に、基底構造体は、ダクトとして機能し得る。１つの好ましい形態において、ダクトの第１セグメントは、水体の底（例えば海底）上に直接位置し、ダクトの第２セグメントは、基底構造体の壁の少なくとも一部を形成する。

いくつかの形態において、基底構造体は、防波堤の形態にある。防波堤基底構造体は、大型の岩石または人工ブロックの形態にあり得る。好ましくは、基底構造体は、コンクリート平板または海底の水平領域などのようなほぼ水平な基底基礎上に着座している。防波堤は、好ましくは、小型の岩石で形成された爪先状マウンドによって保護されたコアを有しており、災難(scourge)を防止する災難保護層を備える。下層は、爪先状マウンドの上方に垂直に設置され、防波堤のコア上に載置するように位置付けられ得る。下層は、好ましくは、主防護体のためのしっかりとした基底を可能とするために、細かい岩石または堆積物で形成されている。主防護体は、好ましくは、防波堤になだれ込む波の力を分散させるように構成されており、防波堤の耐久性を強化し、波動活動によって引き起こされる損傷を防止する。後方防護体は、同様に、防波堤で使用され得る。コンクリート頂上構造体は、防波堤上に追加され得、この構造体は、防波堤上のアクセス路を形成し得る。例えば、コンクリート頂上体は、防波堤に沿う車両アクセスのための車道、並びに／または、軽車両及び歩行者のような少ない交通量のアクセスのための経路、として構成され得る。

基底構造体は、例えば約１０ｍまでから約１５ｍまでのオーダーの比較的浅い水深に位置付けられ得る。他の用途において、基底構造体は、例えば約１５ｍまでから約３０ｍまでのオーダーの比較的深い水深に位置付けられ得る。理解されることは、基底構造体の形状及び構成が、特有の波候及び水深に関して適しているように設計されることである。さらに、本発明の原理は、３０ｍより大きい深さで使用され得る。

ダクト自体が基底構造体として機能して海底上に直接位置する変形形態において、ダクトは、重力ベース構造体であり得、この構造体は、その重量を受けて海底上に位置する。理解することは、このような重力ベース構造体が着手する必要がある海底の前処理量をなくすまたは低減することに関して、著しい利点をもたらすことである。例えば、重力ベースの構造体を使用することは、特定の状況において、基礎のための基礎杭を設置する必要性を回避し得る。

重力ベースの振動水柱ダクトの構造体は、例えば鋼鉄及びコンクリートのような耐水建材で形成され得る。コンクリートダクト構造体は、これらの環境への危険性が小さいまたはないので、特に有利である。

いくつかの形態において、防波堤基底構造体は、一端部において海岸に接続されている。一形態において、基底構造体は、１つの点／場所において海岸に接続された第１部分と、別の点／場所において海岸に接続された第２部分と、を有し得、基底構造体の第１及び第２部分の端部は、離間しており、船舶のための経路を形成する。他の形態において、基底構造体は、海岸に直接接続されている。

ある形態において、基底構造体は、海岸線にほぼ平行な方向及び／または優勢な海洋波の方向に延在する。他の形態において、基底構造体は、海岸線及び／または優勢な海洋波の方向にほぼ垂直な方向に延在する。いくつかの形態において、基底構造体は、優勢な波方向の方向に対して０度から９０度の間の所定角度で延在するように構成されている。

好ましくは、ダクトの下側肢部の長手方向軸は、基底構造体の長手方向軸に対して所定角度で延在するように構成されている。いくつかの形態において、ダクトの下側肢部の長手方向軸は、基底構造体の長手方向軸にほぼ垂直に配置されている。他の形態において、ダクトの下側肢部の長手方向軸は、基底構造体の長手方向軸にほぼ平行に配置されている。ある形態において、ダクトの下側肢部の長手方向軸は、基底構造体の長手方向軸に対する垂直と平行との間の所定角度で延在するように配置されている。

エネルギー抽出システムは、好ましくは、ダクトの第２セグメントと流体連通するタービンを有しており、それにより、タービンは、第２セグメントからの流体流動によって駆動され、流体流動は、ダクト内の振動水柱の振動によって発生される。いくつかの形態において、発電機は、タービンによって回転するように構成されており、電気エネルギーを発生させる。好ましくは、タービンは、ダクトの第２セグメントと流体連通するように構成された複数のロータブレードを有しており、それにより、タービンは、第２セグメントからの流体流動によって駆動され得、流体流動は、ダクト内の振動水柱の振動によって発生され、発電機は、タービンによって回転するように構成されており、電気エネルギーを発生させる。

他の好ましい形態において、タービン及び発電機は、複合型の単一の一体的なユニットとして構成されている。好ましくは、複合型タービン／発電機ユニットは、永久磁石式発電機を有する。永久磁石式発電機は、好ましくは、タービンロータブレードの１以上の先端にまたは先端近傍に配設された永久磁石を用いる。好ましくは、永久磁石式発電機は、生成する電気を変化させるための複数の極を有する。複合型タービン／発電機ユニットは、好ましくは、タービンロータブレードを囲む筐体を有する。複合型タービン／発電機ユニットは、設置の容易性及び設置コストの低減に起因して、有利である。

ダクトは、好ましくは、海洋などの水体内に位置し、それにより、水柱は、基底構造体の壁に達してかつ／またはダクトを通過する波の昇降に応じて振動する。振動水柱によって生成された流体流動は、好ましくは、双方向である。好ましくは、流体流動に関連付けられた流体は、気体及び液体のうちの一方である。ある形態において、流体は、空気である。これら形態において、タービンは、好ましくは、しかし必然ではなく、ダクトが位置する水体の平均表面レベルの上方に位置する。他の形態において、流体は、水であり得る。これら形態において、タービンは、例えば、水力タービンであり、このタービンは、好ましくは、しかし必然ではなく、水体の平均表面レベルの下に沈められている。したがって、理解されることは、振動水柱に関連付けられた流体流動によって直接的にまたは間接的にタービンを駆動し得ることである。

好ましい形態において、流体制御セグメントは、角度付または傾斜付部分を有する（例えば、傾斜付部分は、横断面で見たときに平縁タイプの外形を提供する）。角度付または傾斜付部分は、好ましくは、振動水柱の方向において比較的滑らかなかつ漸次的な変化（すなわち、第１セグメントから第２セグメントまでの方向における変化）を生成するような角度で延在しており、したがって、ダクト内に乱流が及ぶことを抑制する。ある形態において、角度付または傾斜付部分は、第１セグメントと第２セグメントとの間で方向において比較的漸次的な変化を形成するように構成された１以上のセグメントを備え得る。

好ましくは、角度付または傾斜付部分は、（横断面視で）ほぼ平坦な内面及び／または外面を有する。平坦面の設計は、ダクトのモジュール式の堅牢かつ効果的な構造を補助することに関して著しい利点を有しつつ、乱流を低減すること、それによってタービンの及び全体としてのシステムの改善したエネルギー変換効率に関して驚くべき機能的な利点も提供する。いくつかの形態において、流動制御セグメントは、ダクトの第１セグメントと流動制御セグメントの関連付けられた平面の端部との間に配設された第１湾曲または丸み付連結部分と、ダクトの第２セグメントと流動制御セグメントの関連付けられた平面の端部との間に配設された第２湾曲または丸み付部分と、を有する。

他の形態において、内面は、丸み付けまたは湾曲し得、外面は、平坦であり得、流動制御セグメントに対して角度付のまたは傾斜付の特性構造をもたらす。

いくつかの形態において、流動制御セグメントの横断面積は、流動制御セグメントの長さに沿って変化し得る。有利には、横断面の変化は、ある形態において、ダクトを通る水流及び／または気流を加速させるように構成され得る。横断面の変化は、昇降波サイクルの取込及び排出段階双方の間に加速させるように、ダクト経路を制限するように構成され得る。

ダクトの第１セグメント、第２セグメント及び流動制御セグメントは、一体的ユニットとして一体的に形成され得る。好ましくは、ダクトは、Ｌ字状管である。ダクトは、好ましくは、使用中において、第１セグメントがほぼ水平方向に配設され、第２セグメントがほぼ垂直方向で配設されるように、構成されている。１つの特に好ましい形態において、流動制御セグメントは、伸長するように配設されたダクトのセクションであり、それにより、ダクトの第１セグメントと鈍角を形成する。流動制御セグメントは、同様に、好ましくは、ダクトの第２セグメントと鈍角を形成するように伸長する。

特定の形態において、流動制御セグメントは、海洋の平均海水位（ＭＳＬ）を横断して位置する／延在するように配設され得る。いくつかの形態において、流動制御セグメントの内面／内縁は、平均海水位を横断して延在し、外面は、平均海水位よりも下に沈められており、それにより、流動制御セグメントは、垂直ダクトセグメントをほぼ平均海水位で結合する。

いくつかの好ましい形態において、第１セグメントと流動制御セグメントとの間の角度は、約１３５°である。いくつかの好ましい形態において、第２セグメントと流動制御セグメントとの間の角度は、約１３５°である。もちろん理解されることは、第１及び第２セグメント間の角度それぞれがこれら例に限定されず、ダクトを通って流動する水に関する方向において漸次的な変化を生成するための適切な角度であり得、それにより、ダクト内の乱流を低減する。ダクトのセグメントそれぞれ間の角度は、好ましくは、各セグメントの中心線（例えば各セグメントの長手方向軸に沿って延在する線）に対して決定される。

好ましくは、ダクトの各セグメントの長さは、同様に、各セグメントの中心線に沿う測定値として取られ、それにより、ダクトの有効長さは、ダクトのセグメントそれぞれの組合せ長さである。例えば、ダクトの全有効長さは、第１セグメント、流動制御セグメント及び第２セグメントの長さの総和である。

特定の好ましい形態において、ダクトの第１セグメントの長さは、ダクトの第２セグメントの長さより大きい。他の好ましい形態において、第２セグメントの長さは、第１セグメントの長さよりも長い。さらに好ましい形態において、第１及び第２セグメントは、ほぼ同一長さである。理解されることは、ダクトセグメントそれぞれの長さがシステムを配備する／設置する場所における海洋の深さによって決定され得ることである。例えば、約１０ｍの比較的浅い深さにおいて、第１（水平）セグメントの長さは、有利には、第２（垂直）セグメントよりも長く形成され得、ダクトの所望の全有効長さを形成する。理解されることは、浅水域用途において、垂直セグメントの長さが水の深さによって必然的に制限されることである。分かることは、長さが異なる（例えば長い及び短い）セグメントの組合せが、優勢な海洋波の周期に関連する有効長さと共に、海洋波エネルギー抽出システムの防波堤用途における使用に関して、特に有利であることである。

好ましい形態において、ダクトの有効長さは、優勢な海洋波の周期Ｔに関連するまたは比例する。好ましくは、ダクトの有効長さは、式Ｌ＝Ｔ^２／４によって波の周期に関連しており、ここで、Ｌは、メートル（ｍ）でのダクトの全有効長さであり、Ｔは、秒（ｓ）での波の周期である。観測されることは、この式による波の周期に関連する有効長さを有するＯＷＣダクトを有する形態にかかるエネルギー抽出システムは、増大した動作効率に関して、特に有利である。

特定の好ましい形態において、ダクトの長さは、優勢な波の波長の約２５％から約４５％の範囲、より好ましくは約３７％である。

分かることは、長さが異なる（例えば長い及び短い）セグメントの組合せは、優勢な海洋内の周期に関連する有効長さと共に、海洋波エネルギー抽出システムの防波堤における用途に関して、特有の場所において海洋の深さを受け入れるのに特に有利であることである。

好ましくは、ダクトの有効長さは、一定である。いくつかの特に好ましい形態において、ダクトの長さは、約１０ｍ、約１５ｍ、約２０ｍ、約２５ｍ及び約３０ｍのうちの１つであり得る。理解されることは、ダクトがこれら具体的な例に限定されず、エネルギー抽出システムの（周囲環境状態及び波候の性質を含む）意図する用途に適した適切な長さを有し得ることである。

特定の好ましい形態において、ダクトの長さは、ダクトを調整して海洋波の周期に合わせるために可変であり得る。さまざまな形態において、ダクトの第１セグメントは、第１セグメントの長さ、ひいてはダクトの全有効長さを変化させるために伸縮構造を有する。第１セグメントの伸縮構造は、管の相対的なスライド運動を容易にするように構成された管のような複数の部分を有し得る。各対の伸縮セグメントは、互いに対して管をロックするためのロック手段を有し得、ダクトの第１セグメントの所望長さを設定する。他の好ましい形態において、第２セグメントの長さは、同法の態様で（すなわち、調節可能な第１セグメントと共に、または調節可能な第１セグメントに替えて）、調節可能であり得る。他の形態において、１以上のさらなるモジュールを第１セグメントに接続し得、長さに所望増加をもたらす。そのまたは各さらなるモジュールは、例えば長期にわたって波周期への変化を迅速に受け入れるのに有利であり得る長さが様々である一群のさらなるモジュールから選択され得る。

理解されることは、ダクトの内側横断面積が、不整形を含む適切な形状であり得、ダクトまたは各セグメントそれぞれの長さに沿って寸法及び形状が変化し得る。好ましくは、ダクトの開口面積は、タービンに向けて狭くなり、収縮しまたは減少し、それにより、流体流動がタービンを通過するときに、より適切な速度及び圧力まで流体流動（例えば気流）を加速させ、タービンのロータの調整における効率、ひいてはエネルギー変換処理の効率を増強する。いくつかの形態において、流動経路の開口面積における変化は、ＯＷＣダクトの第２セグメントに接続されたまたはそうでなければ第２セグメントと連通している第２ダクトによってもたらされ得る。好ましくは、ダクトの流動経路の開口面積における変化は、上昇波（すなわち排出段階）及び下降波（すなわち取込段階）双方中における流体流動の加速を容易にする。

特定の形態において、ダクトは、ダクトの有効長さを動的に変化させる（例えば長くするまたは短くする）ための動的共振制御機構を有しており、それにより、ダクトの共振周波数を優勢な海洋波の周期に一致させる。特定の形態において、動的共振制御機構は、関連付けられたダクトセグメントの壁にある調整開口部と、完全開口位置と閉鎖位置との間で調整開口部の寸法を選択的に調節するためのシャッター、フラップ、カバーまたは門のような選択的に移動可能な弁部材と、を有する。シャッターは、好ましくは、ダクトの可変長さの細かな調整をもたらすために、完全開口位置と閉鎖位置との間の中間位置へ移動可能であり、それにより、優勢な海洋内の周波数にほぼ対応させる。

いくつかの形態において、シャッターは、ダクトにヒンジ式に備え付けられている。他の形態において、シャッターは、調整開口部を覆ってスライド可能に備え付けられている。

特定の形態において、単一の動的共振制御機構は、ダクト内に設けられている。他の形態において、２以上の動的共振制御機構は、ダクト内に配列され得る。好ましくは、２以上の動的共振制御機構は、ダクトのセグメントに沿って間隔をあけて離間している。２以上の動的共振制御機構それぞれは、独立して動作可能であり、それにより、２以上の動的共振制御機構のうちの選択した１以上は、開閉されてダクトの所望有効長さを提供し得る。

いくつかの形態において、動的共振制御機構は、ダクト内の振動水柱の振動強度を検出するための検出手段を有しており、この振動強度は、優勢な海洋内の周期を示す。シャッターは、好ましくは、検出手段と連絡しており、それにより、センサからの信号は、シャッターを移動させてダクトの共振周波数を調節し、現在の波候の共振周波数に対応させる。他の形態において、シャッターは、手動で調整可能である。

好ましくは、ダクトは、検出手段がＯＷＣの垂直振動を測定するように構成されており、調整開口部及び門は、ダクトの入口セクションの上壁に配設されており、それにより、門は、センサ信号に応じてほぼ水平に移動して調整開口部を開閉する。

理解されることは、動的共振制御機構は、有利には、ダクトの共振周波数を現在の波候状態と一致させるために、現場でのほぼ瞬間的なダクトの有効長さの調節を容易にする。

第２ダクトは、好ましくは、ＯＷＣダクトの垂直肢部／セグメントの横断面積よりも小さい入口開口を有する。第２ダクトの入口開口は、好ましくは、ＯＷＣダクトの出口開口を覆うように接続されており、開口面積における差異は、上昇波の活動を受けた排出段階中に気流を加速させることを補助する。いくつかの形態において、１以上のバッフル素子は、ＯＷＣダクトと第２ダクトとの間の接続部にまたは接続部に近接して経路内に配設されている。そのまたは各バッフルは、対称的な横断外形を有し得る。例えば、そのまたは各バッフルは、中心からその２つの縁部に向けて先細りし得る。１つの特有の好ましい形態において、２つのバッフルを使用する。

好ましくは、第２ダクトは、ＯＷＣダクトに接続したときに組み合わせたダクトがほぼＳ字状の構造を有するように形付けられている。第２ダクトは、ほぼ垂直なセグメントと、中間の湾曲または角度付セクションと、ほぼ水平なセグメントと、を有し得る。好ましくは、ほぼ垂直なセグメントは、入口開口を画成し、ほぼ水平なセグメントは、環境への出口を画成する。タービン／発電機ユニットは、好ましくは、第２ダクトの開口内にまたは開口に近接して位置する。好ましくは、第２ダクトの垂直セグメントの開口面積は、第２ダクトの水平セグメントの開口面積よりも小さく、それにより、降下波の活動を受けて取込段階中に環境から流入する空気の加速に影響を及ぼす。

特定の形態において、ＯＷＣダクトの浸水したまたは海側の端部である入口は、ダクトの出口、すなわち露出した端部よりも大きな開口を有し得、流動の所望の加速をもたらす。１つの好ましい形態において、沈められた端部の開口は、その高さよりも幅広の矩形開口である。矩形開口の幅は、ダクトの第１セグメントの屋根から底まで延在して範囲を受け入れるために垂直補助支持素子を必要とするようになっている。いくつかの形態において、好ましくはダクトの幅を横断するように均等に間隔をあけた２つの垂直支持素子があり得、それにより、第１水平ダクトセグメント内にまたは第１水平ダクトセグメントに沿って３つの通路を効果的に形成する。支持体は、好ましくは、流動制御セグメントよりも前で終わっており、それにより、各経路内の水は、流動制御経路及び垂直ダクトセグメントによって画成された単一の流動経路内へ合流する。いくつかの形態において、流動制御経路及び／または垂直ダクトセグメントは、その長さに沿って先細りし得（例えば横向きに先細り）、流動が合流することを補助する、かつ／または、流動を加速させることを補助する。

特定の形態において、加速源（すなわち、ダクトの開口面積における変化）は、ＯＷＣ側またはタービンの（空気側とは反対の）水側に配設されており、排出及び取込段階双方の間においてタービンを通る気流を加速させる機能を果たす。他の形態において、排出段階中にタービンを通過する気流を加速させるために水側に配設された第１加速源と、取込段階中にタービンを通過する気流を加速させるために空気側に配設された第２加速源と、があり得る。

他の形態において、ダクトは、一定の内側横断面積を有し得る。ダクトの内側横断面積は、正方形または矩形であり得る。他の形態において、横断面積は、好ましくは、円状である。理解されることは、ダクトの横断面積が、上述した形状に限定されず、多角形状及び不整形を含む適切な形状を取り得ることである。

好ましくは、タービンは、双方向流体流動に応じて一方向で動作する。タービンは、好ましくは、空気駆動型タービンであるが、特定の形態において、水駆動型タービンであり得る。好ましい形態において、タービンは、反動タービンである。

特定の好ましい形態において、ＯＷＣダクト及び第２ダクトは、ＯＷＣによって発生した気流がタービンを直接通過することを可能とするように構成されている。理解されることは、ダクトへの気流の直接的な経路は、双方向気流に応じて一方向で回転するタービンの能力と組み合わせて、有利には、結果として単純かつ効率的な構成をもたらし、気流をタービンに適した特有の態様の方向とするための一方向弁または門のようなさらなる複雑な構造及び／機構への必要性を回避する。

好ましくは、タービンは、振動動作流体からエネルギーを抽出するためのタービンロータ組立体を有しており、タービンロータ組立体は、中心軸回りに回転可能なハブと、中心軸回りにハブに備え付け可能な複数のブレードであって、各ブレードが前縁及び後縁を有する、ブレードと、を有しており、前縁及び後縁は、外形で互いに相補的に構成されており、それにより、ブレードは、互いに近接して縁部−縁部締まり嵌めで備え付けられ得る。

好ましくは、複数のブレードは、連続して配列されており、中心軸回りに円状アレイを形成する。ブレードは、好ましくは、非重畳逐次形成(non-overlapping sequential formation)で配設されている。

好ましくは、各ブレードは、ほぼ対称な横断外形を有する。

しかしながら、特定の好ましい形態において、非対称外形を採用し得る。横断外形は、好ましくは、翼の形状にある。好ましくは、翼は、両凸（すなわち、凸−凸）外形を有する。他の形態において、翼の一面は、凹状外形を有しており、反対側の面は、凸状である。翼の外形は、好ましくは、細長く丸まった前縁を有しており、より狭い後縁に向けて内側に向けて漸減している。他の好ましい形態において、各ブレードは、ほぼ平行な側面を有するほぼ平坦な外形（例えば平坦プレート）を有する。

特定の形態において、ブレードは、異なる外径のブレードと交換可能であり得、それにより、タービンの異なる動作特性を実現する。

海洋波エネルギー抽出システムは、複数のダクトを有し得、各ダクトは、関連付けられた振動水柱を受けるように構成されている。複数のダクトそれぞれは、好ましくは、優勢な海洋波に対して同一方向を向くように配列されている。複数のダクトは、共通軸に沿って配列されている。好ましくは、複数のダクトは、直線状アレイを形成するように配列されている。いくつかの好ましい形態において、複数のダクトは、複数群のまたは一団のダクトを有しており、これにより、２以上の群は、アレイ状のダクトを形成するように配列されており、各群または団は、１以上のＯＷＣダクトを有し得る。特定の形態において、各群のダクトは、同一構成を有する。他の好ましい形態において、少なくとも一群のダクトは、１以上の他の群とは異なる構成を有する。好ましくは、各群のダクトは、共通軸に沿って配列されている。

特定の好ましい形態において、線状アレイ状のダクトにおける各ダクトの長さは、アレイの長さに沿って異なり得る。例えば、ダクトの長さは、アレイに沿って増大し得、海岸線に最も近いダクトは、最も短く、海岸線から離れたダクトは、最も長い、またはその逆である。中間のダクトは、好ましくは、アレイに沿って隣り合うダクトで階段状に長さが増大する。長さが変化するアレイ状のダクトは、システムが位置する特有の場所における海底の深浅測量及び波候に起因した波の特徴の変化を受け入れることに関して特に有利である。

海洋波エネルギー抽出システムは、好ましくは、各ダクトの開口端部（すなわち入口）が使用中にシステムが位置する水体の平均表面レベルよりも下のほぼ同一深さにあるように構成されている。他の形態において、１以上のダクトの開口端部は、他のダクトの他の開口端部に対して異なる深さにある。

好ましくは、別個のタービンは、複数のダクトの各ダクトに備え付けられており、それにより、各タービンは、関連付けられた振動水柱によって独立して駆動される。あるいは、２以上のダクトからの双方向流体流動を使用して同一タービンを駆動させ得る。

特定の形態において、タービンは、その回転軸がダクトの長手方向軸に対して横方向であるように構成されている。他の形態において、タービンは、その回転軸がダクトの長手方向軸とほぼ平行であるように構成されている。いくつかの形態において、タービンの回転軸は、ダクトと同軸である。

いくつかの形態において、ダクトは、水体の底上に載置する。他の形態において、ダクトは、好ましくは、係留システムによって水体内で所望位置及び方向で保持されている。係留システムは、水体の底上の所定高さでダクトを保持し得る。ダクトをほぼ所定高さで維持するために、係留システムは、ダクトの浮遊を容易にするための浮揚要素を有し得る。

様々な好ましい形態において、海洋波エネルギー抽出システムは、アレイ状のダクトを形成するように構成された２以上のダクトを有しており、このアレイにあるダクトそれぞれは、関連付けられた振動水柱を受けるように構成されている。２以上のダクトは、好ましくは、優勢な海洋波に対して同一方向を向くように構成されている。いくつかの好ましい形態において、２以上のダクトは、隣り合った関係で配列されている。しかしながら、特定の形態において、あるアレイ状ダクトを有することが有利であり、このアレイ状ダクトにおいて、２以上のダクトは、互いに対して、ひいては優勢な海洋波に対して異なる方向で、方向付けられている。

特定の形態において、アレイ状のダクトにおけるダクトそれぞれは、他のダクトとほぼ同一長さを有する。他の好ましい形態において、アレイ状のダクトは、さまざまな長さのダクトを有し得、異なる波長の波を捕える。

いくつかの形態において、アレイ状のダクトは、関連付けられた振動水柱それぞれが単一のタービンを駆動させるように構成されている。他の形態において、ダクトそれぞれからの振動水柱それぞれまたは一群のダクトからの一群の振動水柱は、関連付けられたタービンを駆動させる。他の形態において、アレイ状のダクトは、別個の群のダクトで形成され得、それにより、各群は、この群が駆動させるように構成された関連付けられたタービンを有する。いくつかの形態において、システムは、互いに相対的に間隔をあけた関係でダクトを保持するための支持フレームを有する。

特定の形態において、基底構造体または（基底構造体を形成する場合には）ＯＷＣダクトは、基底構造体に沿って海岸から所定場所までの機器への容易なアクセスのための整備車道を受ける。システム内に組み込んだ整備車道を設けることは、防波堤に位置するシステム構成部材への容易なかつ直接的なアクセスを可能とすることによる利点を提供する。

いくつかの形態において、基底構造体は、風力タービンのような二次海洋エネルギー抽出システムのための基底として使用されており、エネルギー生成を増大させる。基底構造体は、風及び波の状態を観測するための例えばＨＦレーダ設備を含む海洋通信及び／または海洋制御塔を組み込み得る。いくつかの形態において、基底構造体は、システムの構成部材間の電気機器の共有作業相互関係を容易にする。

本発明の第２態様によれば、海洋波エネルギー抽出システムが提供され、この海洋波エネルギー抽出システムは、振動水柱を受けるための少なくとも１つのダクトであって、振動水柱が海洋波の昇降に応じて振動する、ダクトと、ダクトと流体連通しているタービンであって、それにより、タービンが、ダクト内の振動水柱の振動によって発生した流体流動によって駆動され、それにより、海洋波からエネルギーを抽出する、タービンと、を有しており、ダクトは、使用中において、海洋波の最高予想高さの上方の点まで延在し、波が海岸線に到達する前に波を阻害して波動活動の衝撃を低減する。一形態において、ダクトの少なくとも一部は、海洋の底すなわち海底上に位置する。

理解されることは、エネルギー抽出システム（またはエネルギー回収機構）が一次独立型の電力源を提供するために様々な用途で使用され得ることである。他の用途において、エネルギー抽出システムは、断続的な、補助的なまたは再生的な電力源を提供するように構成され得る。電力は、すぐに使用するためにまたは必要になるまで（例えばバッテリ内に）蓄積されるために供給システム内に直接供給され得る。

第３態様において、海洋波エネルギー抽出システムを提供し、この海洋波エネルギー抽出システムは、水体内に配置された基底構造体であって、水体の底から延在し、最高予測波高の上方の点まで延在する、基底構造体と、水体から振動水柱を受けるための基底構造体に取り付けられた少なくとも１つのダクトであって、振動水柱が到来波の波動活動に応じて振動する、ダクトと、を有し、ダクトは、振動水柱に関連付けられたエネルギーを電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換ユニットと流体連通している。

本発明のこの態様にかかるいくつかの好ましい形態において、基底構造体は、突堤、埠頭、マリーナなどの形態にある。同様に、いくつかの形態において、１以上のダクトは、基底構造体に取り付けられ得る。基底構造体に取り付けられた複数のダクトと複数のエネルギー抽出／変換システムとの間には、一対一の関係があり得る。すなわち、いくつかの形態において、各ダクトは、それ自体の専用のエネルギー変換システムと関連付けられ得る。他の形態において、一群の２以上のダクトは、単一のエネルギー変換システムと繋がり得る。同様に、複数のダクトは、基底構造体に取り付けられ得、それにより、構造体に沿って均等にかつ周期的に間隔をあけている。他の形態において、ダクトは、不均一な間隔パターンで取り付けられ得る。さらに他の形態において、複数群のダクトは、均一なまたは不均一な間隔パターンまたはインターバルで基底構造体に沿って間隔をあけ得る。それぞれまたはいくつかの群のダクトは、同一数のダクトを有し得る、または、各群には、ダクトの数に変化があり得る。特有の群におけるダクトの数及び／またはダクト間の間隔は、ダクト／群それぞれが位置する海岸からの距離を参照して決定され得る。

いくつかの形態において、基底構造体は、脱塩プラントのための筐体の少なくとも一部を形成し得、この脱塩プラントは、波エネルギー変換機に連結されて真水を生成する。このような形態において、タービンは、ポンプとして動作するように構成され得る。特定の形態において、波エネルギー変換機によって生成されたエネルギーは、脱塩ユニットの少なくともいくつかの構成部材に給電するために使用され得る。

他の形態において、基底構造体は、例えば大型艦船、船舶またはオイル／ガスプラットフォームのような浮遊構造体の形態にあり得、波エネルギー変換機は、構造体に取り付けられており、構造体の少なくとも一部の構成部材に電力を提供するように構成されている。このような形態において、理解されることは、基底構造体が海底まで下方へ延在し得ないことである。

さらなる態様において、本発明は、振動動作流体から電気エネルギーを抽出するためのタービン組立体を提供し、この組立体は、筐体と、筐体内に配置されたハブであって、ハブが中心軸回りで回転可能であり、複数のブレードが中心軸回りでハブに備え付け可能である、ハブと、を有し、回転可能なハブは、永久磁石式発電機と連通しかつ永久磁石式発電機と動作的に関連付けられている。

いくつかの形態において、永久磁石式発電機は、多極発電機である。好ましくは、永久磁石式発電機は、１以上のタービンロータブレードに配置された１以上の永久磁石を有する。永久磁石式発電機は、好ましくは、タービンロータブレードの１以上の先端にまたは１以上の先端に隣接して配設された１以上の永久磁石を有する。

ある形態において、筐体は、水体内に位置させるための振動水柱ダクトに取り付けられており、ダクトは、波の昇降に応じて振動動作流体を発生させるように構成されており、筐体は、ロータが振動流体と流体連通し、ブレードを越える流体に応じて回転可能であるように取り付けられている。好ましくは、流体は、双方向気流を流動させ、ロータは、双方向気流に応じて一方向で回転する。

添付の図面を参照しながら、例としてのみ、本発明の好ましい形態をここで説明する。

本発明にかかる海洋波エネルギー抽出システムを組み込んだ一実施形態にかかる海岸保全システムを示す断面図である。 本発明にかかる海洋波エネルギー抽出システムを組み込んだ別の実施形態にかかる海岸保全システムを示す断面図である。 本発明にかかる海洋波エネルギー抽出システムを組み込んだ別の実施形態にかかる海岸保全システムを示す断面図である。 本発明にかかる複数の海洋波エネルギー抽出システムを組み込んだ一実施形態にかかる海岸保全システムを示す概略斜視図である。 海洋波エネルギー抽出システム及び風力タービンエネルギー抽出システムを備える二系統源エネルギー抽出システムを組み込んだ別の実施形態にかかる海岸保全システムを示す概略斜視図である。 隣り合って配列されたエネルギー抽出システムの振動水柱ダクトのアレイの入口端部を概略的に示す図である。 上昇波中の海洋波エネルギー抽出システムの振動水柱ダクトを示す部分断面図である。 下降波中の海洋波エネルギー抽出システムの振動水柱ダクトを示す部分断面図である。 海洋波エネルギー抽出システムで使用するための一実施形態にかかる複合型のタービン／発電機ユニットを示す端面図である。 閉位置にあるシャッターを有する動的共振制御機構を組み込んだダクトを示す概略側面図である。 第１開位置にあるシャッターを有する動的共振制御機構を組み込んだダクトを示す概略側面図である。 第２開位置にあるシャッターを有する動的共振制御機構を組み込んだダクトを示す概略側面図である。 ３つの独立したシャッター弁を有する動的共振制御機構を組み込んだダクトを示す側面図である。 一実施形態にかかる動的共振制御機構を示す斜視図であって、ダクトの蓋をヒンジ接続してシャッターとして機能させた、斜視図である。 脱塩プラントに組み込まれた一実施形態にかかる海洋波エネルギー抽出システムを示す概略図である。

図面を参照すると、海岸保全及び海洋波エネルギー抽出システム１は、海洋２のような水体内に位置する。海洋波エネルギー抽出システム１は、海洋水を受けて水柱４を形成するためのダクト３を有する。以下で詳述するように、水柱は、ダクト３内の海洋波エネルギー抽出システム１を通過する海洋波の増減に応じてダクト３内で振動する。

ダクト３は、第１のほぼ水平なセグメント５と、第１セグメントに対して横方向に配列された第２のほぼ垂直なセグメント６と、第１及び第２セグメントの間にある流動制御セグメント７と、を有する。図１に示すように、ダクト３は、ほぼＬ字状を呈しており、第１セグメント５、第２セグメント６及び流動制御セグメント７が一体的なユニットを形成するように構成されている。ダクト３の各セグメントは、その端部において開口しており、ダクトに沿って連続的な貫通孔を形成する。図面に示す実施形態において、ダクトの孔は、矩形横断面積を有する。しかしながら、もちろん、理解されることは、他の実施形態において、横断面が、任意の適切な形状を呈してもよく、一定のまたは可変の開口面積であってもよい。

ダクト３は、海洋波エネルギー抽出システム１を通過する各海洋波の振幅を増幅させ、それにより、ダクト内における振動水中４の振動振幅は、通過する海洋波の振幅よりも大きい。

流動制御セグメント７は、ダクト３内を流動する振動水柱４の乱流を低減し、水中の運動によって発生するより制御した、安定したかつ一定の気流を提供するように構成されている。特に、流動制御セグメント７は、水が第１セグメント５から第２セグメント６へ流動するときに方向を滑らかにかつ徐々に変化させるように構成されている。このように方向が徐々に変化することにより、水柱がダクトを通過するときに、振動水柱４内の乱流量が低減する。流動制御セグメント７は、ダクト内の水中の振動が増加することによって示されるように、ダクト３を通る乱流レベルを海洋波の振幅の増幅への肯定的な影響がある程度まで低減する。理解されることは、この乱流の低減により、システム１によるエネルギー変換の全体効率における対応する増加を引き起こすことである。

図示の実施形態において、振動水柱４は、ダクト３全体を充填せず、したがって、ダクトの第２セグメント６の端部まで延在しない。第２セグメント６は、振動水柱４の上方に位置する空気チャンバ８を画成する。海洋波が上昇すると、ダクト３内の振動水柱４の対応する上方への振動がある。この上方への振動は、空気をダクト３の第２セグメント６の空気チャンバ８から押し進め、上方への気流を形成する（すなわち、排気段階）。同様に、下方への気流は、海洋波が下落するときに水柱４の下方への振動に応じて生じられる（すなわち、取込段階）。

一方向タービン９は、ダクト３の第２セグメント６の上方に配置されており、第２セグメント６と流体連通している。タービン９は、上下方向への気流によって駆動または回転される。気流が海洋波の昇降に起因して双方向であるが、タービン９は、有利には、双方向気流に応じて一方向に回転するように構成されている。

図示した実施形態にかかるシステム１において、タービン９は、複合型のタービン及び発電機ユニット１０の一部を形成しており、このユニットは、永久磁石式発電機を用いて動作する。図８において最もよく分かるように、複合型タービン／発電機ユニット１０は、１以上のタービンロータブレード１２の先端１１に隣接して配列された永久磁石を有する。永久磁石式発電機は、好ましくは、生成する電気を変化させるための複数の極を有する。複合型タービン／発電機ユニット１０は、タービンロータブレード１２を囲む筐体１３を有する。筐体１３は、好ましくは、ロータブレード１２に向けて気流を向けることを補助するように形付けられている。複合型タービン／発電機ユニットは、水ベースの環境内へのその設置の容易性及び設置コストの関連する低減に起因して、有利である。

図１から図３、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ＯＷＣダクト３からタービン／発電機ユニットまでの経路は、ＯＷＣダクトの垂直肢部の横断面積よりも十分に小さい。経路開口におけるこの変化は、波がタービンのブレードに向けて進行するときに、上昇波の活動を受けて、排気段階中に発生する気流を加速させることを大きく補助する。また、これら図面において、分かることは、経路が堤防（またはダクト）の海洋側に向けて位置することである。この配置により、有利には、通常の波状態よりも大きな状態（例えば荒天の間）に由来する波飛沫が上方へ通過してタービン／発電機ユニット内へ通過する可能性を低減する。経路の海岸または後ろ向きの配置に起因して、そうでなければタービンユニットの高さに到達する任意の飛沫は、ＯＷＣチャンバの屋根に達し、振動水柱内へ戻るように落下する。

図１から図３に示す実施形態を参照しながら、複数の別の基底構造体１４の構成をここで説明する。

図１を参照すると、ダクト３は、岩石ベースの基礎１５の形態にある基底構造体１４に位置する。海洋側爪先状マウンド１６は、岩石基礎１５の海洋側縁部に配置されており、港側爪先状マウンド１７は、岩石基礎１５の港側または湾側縁部に配置されている。爪先状マウンド（１６、１７）は、基礎１５の岩石素子を所定位置で保持するように機能する。この実施形態において、ダクト３の下側水平肢部は、水平基礎１５上に位置しており、入口開口は、海洋側を向き、このため、海洋波が進行する方向に向かう。

ここで、基底構造体１４の基礎１５は、平均海水位（ＭＳＬ）よりも下に完全に沈められており、海底上に位置する。ダクト３は、基礎１５から水面の上方かつ特有の領域における波候に関する最高予測波高の上方の所定点まで延在する。したがって、ダクト３は、到来波に対して海岸線を保護するための堤防として機能するように構成されている。

図２の実施形態において、ダクト３の水平肢部は、海底上に直接位置している。ダクト３の垂直肢部は、海底から水面の上方かつ特有の領域における波候に関する最高予測波高の上方の所定点まで延在する。したがって、ダクト３は、到来波に対して海岸線を保護するための堤防として機能するように構成されている。

この実施形態におけるダクトは、重力ベースの構造体であり、この構造体は、自身の重量によって海底上に位置する。重力ベースの構造体は、着手する必要がある海底の前処理量をなくすまたは低減することに関して、著しい利点をもたらす。例えば、重力ベースの構造体を使用することは、特定の状況において、図２に示すように、基礎のための基礎杭を設置する必要性を回避し得る。重力ベースの振動水柱ダクトの構造体は、例えば鋼鉄及びコンクリートのような耐水建材で形成され得る。コンクリートダクト構造体は、これらの環境への危険性が小さいまたはないので、特に有利である。

図３を参照すると、別の実施形態にかかる基底構造体１４を示す。この実施形態において、基底構造体１４は、岩石ベースの基礎１５を有する。基礎１５は、大型の岩石または人工ブロックで形成されたコア１６を有する。小型の岩石で形成された複数の保護及び防護層は、基礎１５のコア１６の周囲に設置されており、基礎のコアを形成している岩石の位置を維持する。下層は、爪先状マウンドの上方に垂直に設置され、防波堤のコア上に載置するように位置付けられ得る。下層は、主防護体のためのしっかりした基底を可能とするために、好ましくは、細かい岩石または堆積物で形成されている。主防護体は、好ましくは、防波堤になだれ込む波の力を分散させるように構成されており、防波堤の耐久性を強化し、波動活動によって引き起こされる損傷を防止する。後方防護体は、同様に、防波堤で使用され得る。コンクリート頂上構造体は、防波堤上に追加され得、この構造体は、防波堤上のアクセス路を形成し得る。例えば、コンクリート頂上体は、防波堤に沿う車両アクセスのための車道（図４及び図５参照）、並びに／または、軽車両及び歩行者のような少ない交通量のアクセスのための経路、として構成され得る。

図４は、海洋２に位置する一実施形態にかかる海岸保全及び海洋波エネルギー抽出システム１を示す。この実施形態において、防波堤ベースの構造体は、隣り合って当接する関係で配置された直線アレイ状のＯＷＣダクト３として形成されている。個別のタービン／発電機ユニットは、一定の距離をあけた間隔で各ダクト上に備え付けられている。ダクトの頂部は、維持管理、整備及び他の必要性の間に車両アクセスのための車道を有するように構成されている。

図５の実施形態において、海岸保全システムは、二系統源エネルギー抽出システムを組み込んでいる。二系統システムは、上述した海洋波エネルギー抽出システムと風力タービンエネルギー抽出システムとを組み合わせている。基底構造体は、利便性のある海洋構造体を提供し、この海洋構造体上には、風力タービンを備え付ける。図示した実施形態におけるように、風力タービンの数は、ＯＷＣダクトの数に対応し得るが、そうでなくてもよい。当業者が分かることは、風力タービンが主として沿岸に位置することである。したがって、安定した堅牢な海洋基底構造体を形成することは、二系統のエネルギー源、すなわち波及び風のエネルギーを利用する能力と組み合わせて、使用可能な電力の生成を増加することに起因して、著しい商業上及び運営上の利点をもたらす。

図４及び図５に示されていないが、防波堤基底構造体は、一端部において海岸に接続されている。図５に示すように、他端部は、水で囲まれており、そのため、船舶は、露出した海洋側から保護された湾岸側に通過できる。さらに、構造体は、外洋における艦船のためのシェルタとして使用され得る。

図６は、エネルギー抽出システムにおけるアレイ状の振動水柱ダクトの入口端から見た概略図であり、ダクトは、隣り合って配列されており、図４または図５の防波堤基底構造体を形成する。各ＯＷＣユニットにおいて、ＯＷＣダクトの各入口開口部は、２つの垂直構造支持部材を有しており、ダクトの下側水平肢部の幅／範囲を支持する。

基底構造体は、例えば約１０ｍまでから約１５ｍまでのオーダーの比較的浅い水深に位置付けられ得る。他の用途において、基底構造体は、例えば約１５ｍまでから約３０ｍまでのオーダーの比較的深い水深に位置付けられ得る。理解されることは、基底構造体の形状及び構成が、特有の波候及び水深に関して適しているように設計されることである。さらに、本発明の原理は、３０ｍより大きい深さで使用され得る。

基底構造体は、好ましくは、海岸線にほぼ平行な方向及び／または優勢な海洋波の方向に延在する。

ここで図９から図１１を参照すると、複数の実施形態にかかるダクトは、ダクトの有効長さを動的に変化させる（すなわち、長くするまたは短くする）ための動的共振制御機構を組み込んでおり、それにより、ダクトの共振周波数を優勢な海洋波の周期に一致させる。

図９Ａから図９Ｃは、ヒンジ式可動シャッター１８の形態にある動的共振制御機構を組み込んだダクトの概略側面図を示す。図９Ａにおいて、シャッター１８は、閉位置にあり、それにより、有効長さは、ダクト自体の寸法によって決定される。図９Ｂ及び図９Ｃにおいて、シャッター１８は、２つの別の位置にあり、これら位置は、ダクトに異なる有効長さを提供し、このため、有利には、ダクトの共振を調整して優勢な海洋波の周期に対応させることを可能とし、ＯＷＣダクトによって提供される増幅を強化する。

図１０は、３つのヒンジ式シャッター１８がダクトの第１セグメントの頂部すなわち蓋セクションに設けられている実施形態を示す。３つのヒンジ式シャッター１８それぞれは、ダクトの共振周波数を調整するために他のシャットとは独立して開閉され得る。理解されることは、２以上のシャッター１８の構成が、有利には、開閉パターンの幅を付与することに関して利点をもたらし、それにより、ダクトの有効長さを調整することにおいてより大きな柔軟性を付与する。

図１１は、一実施形態にかかる動的共振制御機構の斜視図を示しており、この実施形態において、ダクトの蓋は、シャッターとして機能するようにヒンジ接続されている。この実施形態は、構成の単純性及び使用の容易性に関して利点をもたらす。

図１２は、一実施形態にかかる海洋波エネルギー抽出システムの概略図を示しており、この海洋波エネルギー抽出システムは、脱塩プラントに組み込まれている。この実施形態において、波エネルギー変換機によって生成されたエネルギーは、脱塩ユニットのうちに少なくとも一部の構成要素に給電するために使用され得る。

したがって、本発明の少なくとも１つの好ましい実施形態の利点は、一体化した海洋波エネルギー抽出システムを有する複合型海岸保全システムを提供することである。海洋波エネルギー抽出システムは、有利には、岩石で形成された防波堤基底構造体または堤防に組み込まれ得る。別の実施形態において、システムのＯＷＣダクトは、自身の重量を受けて海底に直接位置して海洋表面の上方まで延在し得、それにより、基底構造体及び堤防自体を形成する。

有利には、さまざまな実施形態にかかる防波堤基底構造体は、深水域または浅水域の中に位置付けられまたは設置され、環境へ引き起こす危険性が小さいまたはない材料で形成され得る。浅水域の用途において、防波堤基底構造体は、有利には、重力ベースの構造体であり得、この構造体は、その重量を受けて海底上に位置し、設置するためにコストのかかる労働力を要するかつ時間のかかる処理を必要とする基礎杭への必要性を回避する。

さらに、特定の実施形態は、複数のダクト及びタービンを有するアレイを備える一式のシステムに必要な電気機器の量を低減する。例えば、変圧器、電気デバイス及び電気ケーブルのような共通の機器を共有する（例えば一群の５つのタービンは、この機器を共有し得る）ことによって資本機器コストを低減することが可能となり得る。

システムは、同様に、モジュール式態様の製品であり得、沖合でその建設をすること及び個別のユニットを配備位置まで浮遊させることを可能とする。理解することは、このような現場での建設が沖合で製造することと比較して製造コストを著しく低減できる。例えば、ＯＷＣダクトの建設は、プレキャストされた鋼鉄／コンクリートパネルを用いて実行し、現場まで牽引する前に組み立てられ得る。耐久性のあるコンクリートをＯＷＣダクトの建設に使用することは、同様に、任意の継続している維持管理コストを著しく低減するので、有利である。

理解することは、本発明の実施形態が新規に建設された海岸維持管理構造体で使用され得る、または、既存の防波堤構造体、突堤、マリーナ、埠頭及び基底構造体として機能し得る同様のものに組み付けられ得ることである。依然として、本発明の少なくとも好ましい実施形態のさらなる利点は、周辺環境への視覚的影響を低減した海洋波エネルギー抽出システムを提供することである。さらに、基底構造体は、構造体上の海洋生物の成長を促すことによって環境的利益を提供し得る。これら及び他の観点において、本発明は、従来技術に対して、実用上及び商業上双方の著しい改善を示す。

具体的な例を参照しながら本発明を説明したが、理解することは、当業者によって本発明を多くの他の形態で実現してもよいことである。

１ 海洋波エネルギー抽出システム，システム、２ 海洋、３ ダクト、 振動水柱，水柱、５ 第１セグメント、６ 第２セグメント、７ 流動制御セグメント、８ 空気チャンバ、９ 一方向タービン，タービン、１０ 発電機ユニット、１１ 先端、１２ タービンロータブレード，ロータブレード、１３ 筐体、１４ 基底構造体、１５ 水平基礎，岩石基礎，基礎、１６ コア，海洋側爪先状マウンド，爪先状マウンド、１７ 港側爪先状マウンド，爪先状マウンド、１８ シャッター

Claims (51)

1. 海岸保全システムのための波エネルギー発電機であって、
   水体内に配置されるように構成され、それにより、到来波に対して海岸を保全する基底構造体であって、前記水体の底に打つことが可能な基礎と、前記基礎から使用中における最高予測波高の上方の点まで延在する壁と、を有する、基底構造体と、
   前記水体から振動水柱を受けるために前記基底構造体と関連付けられた少なくとも１つのダクトであって、前記振動水柱が、到来波の波動活動に応じて振動し、当該ダクトが、前記振動水柱を介して到来波からエネルギーを捕捉し、捕捉したエネルギーを電気エネルギーに変換するためのエネルギー抽出システムの一部を形成する、ダクトと、
   を有することを特徴とする波エネルギー発電機。
2. 前記ダクトが、当該ダクトのほぼ水平な下側肢部を形成する第１セグメントと、当該ダクトのほぼ垂直な上側肢部を形成する第２セグメントと、を有するほぼＬ字状を呈しており、前記下側肢部が、入口開口を画成しており、前記上側肢部が、出口開口を画成していることを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー発電機。
3. Ｌ字状の前記ダクトが、ほぼ水平な前記肢部が優勢な海洋波の方向に向けて延在するように向けられており、それにより、前記入口開口が、接近波の方に向いていることを特徴とする請求項２に記載の波エネルギー発電機。
4. 前記ダクトの前記第１セグメントが、前記基底構造体の前記基礎上に位置し、前記ダクトの前記第２セグメントが、前記基底構造体の前記壁の少なくとも一部を形成していることを特徴とする請求項２または３に記載の波エネルギー発電機。
5. 前記ダクト自体が、前記基底構造体として機能することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
6. 前記ダクトの前記第１セグメントが、前記水体の前記底上に直接位置するように構成されており、前記ダクトの前記第２セグメントが、前記基底構造体の前記壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項５に記載の波エネルギー発電機。
7. 前記基底構造体が、防波堤を形成するように構成されていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
8. 前記ダクトの前記第２セグメントと流体連通するように構成された複数のロータブレードを有するタービンを有しており、それにより、前記タービンが、前記第２セグメントからの流体流動によって駆動され、前記流体流動が、前記ダクト内の前記振動水柱の振動によって発生され、発電機が、前記タービンによって回転して電気エネルギーを発生させるように構成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
9. 前記タービン及び前記発電機が、複合型の一体的なユニットとして構成されていることを特徴とする請求項８に記載の波エネルギー発電機。
10. 複合型の前記タービン／前記発電機のユニットが、永久磁石式発電機を有することを特徴とする請求項９に記載の波エネルギー発電機。
11. 前記永久磁石式発電機が、前記タービンの前記ロータブレードの１以上の先端にまたは先端に隣接して配置された永久磁石を有することを特徴とする請求項１０に記載の波エネルギー発電機。
12. 前記永久磁石式発電機が、生成した電気を変化させるための複数の極を有することを特徴とする請求項１１に記載の波エネルギー発電機。
13. 前記ダクトが、水体内に位置しており、それにより、前記水体が、前記基底構造体の前記壁に達してかつ／または前記ダクトを通過して双方向流体流動を生成する波の昇降に応じて振動し、
    前記タービンが、一方向で前記流体流動によって直接的にまたは間接的に駆動されることを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
14. 前記ダクトが、前記第１及び第２セグメント間にある流動制御セグメントを有し、
    前記流動制御セグメントが、前記ダクト内を流動する前記振動水柱の乱流を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項２から１３のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
15. 前記流動制御セグメントが、横断面視で丸い、湾曲した、角度を付けた、傾斜した、または平縁のタイプの外形を有しており、
    前記流動制御セグメントが、水が前記第１セグメントから前記第２セグメントへ移動するにしたがって前記水が方向を変えるときに、前記振動水柱を通って流動する水に関して、方向の比較的滑らかなかつ漸次的な変化を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の波エネルギー発電機。
16. 前記流動制御セグメントが、それにわたって水が流動するほぼ平坦なまたは平面状の表面を有することを特徴とする請求項１５に記載の波エネルギー発電機。
17. 前記流動制御セグメントが、前記ダクトの前記第１セグメントと当該流動制御セグメントの平坦面のうち関連する端部との間に配置された湾曲したまたは丸められた第１連結部分と、前記ダクトの前記第２セグメントと当該流動制御セグメントの前記平坦面のうち関連する端部との間に配置された湾曲したまたは丸められた第２結部分と、を有することを特徴とする請求項１６に記載の波エネルギー発電機。
18. 前記流動制御セグメントの領域における前記ダクトの横断面積が、前記ダクトが当該ダクトの前記領域を通って流動する水を加速させるように変化していることを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
19. 横断面の前記変化が、前記ダクトの経路を収縮させるように構成されており、それにより、前記ダクトの前記領域が、波の昇降サイクルの取込及び排出段階双方の間で前記水の流動を加速させることを特徴とする請求項１８に記載の波エネルギー発電機。
20. 前記流動制御セグメントが、海洋の平均海水面（ＭＳＬ）を越えて延在していることを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
21. 前記ダクトの前記第１セグメントの有効長さが、前記ダクトの前記第２セグメントの有効長さよりも長いことを特徴とする請求項２から２０のいずれか１項に記載のエネルギー発電機。
22. 前記ダクトの有効長さが、優勢な海洋波の周期に比例することを特徴とする請求項２から２１のいずれか１項に記載のエネルギー発電機。
23. 前記ダクトの長さが、優勢な海洋波の波長の約２５％から約４５％の範囲内にあることを特徴とする請求項２２に記載のエネルギー発電機。
24. 前記ダクトの有効長さが、当該ダクトの共振を優勢な海洋波の周期に調整するために、可変であることを特徴とする請求項２１から２３のいずれか１項に記載のエネルギー発電機。
25. 前記ダクトが、当該ダクトの有効長さを動的に変化させるための動的共振制御機構を有し、それにより、前記ダクトの共振周波数を優勢な海洋波の周期に一致させることを特徴とする請求項２１から２４のいずれか１項に記載のエネルギー発電機。
26. 前記ダクトが、２以上の前記動的共振制御機構を有し、
    ２以上の前記動的共振制御機構が、前記ダクトのセグメントに沿って離間していることを特徴とする請求項２５に記載のエネルギー発電機。
27. ２以上の前記動的共振制御機構それぞれが、独立して動作可能であり、それにより、２以上の前記動的共振制御機構のうちの選択した１以上が、開閉されて前記ダクトの所望の有効長さを提供することを特徴とする請求項２６に記載の波エネルギー発電機。
28. 前記動的共振制御機構が、前記ダクト内の前記振動水柱の振動の大きさを検出するための検出手段を有し、
    前記大きさが、優勢な海洋波の周期を示しており、それにより、前記ダクトの共振周波数が、優勢な海洋波状体の周期に対応して調整されることを特徴とする請求項２５から２７のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
29. 前記ダクトの開口面積が、前記タービンに向けて収縮しており、それにより、前記タービンを通過させるために前記流体流動が所望の速度及び圧力に達するように、前記流体流動を加速させることを特徴とする請求項２から２８のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
30. 流動経路の開口面積における変化が、前記ダクトの前記第２セグメントに接続されたまたは前記第２セグメントと連通する第２ダクトによって、もたらされ、
    前記第２ダクトが、波の昇降双方の間において流動を加速させるように構成されていることを特徴とする請求項２９に記載の波エネルギー発電機。
31. 複数の前記ダクトを有しており、
    前記ダクトそれぞれが、関連する振動水柱を受けるように構成されていることを特徴とする請求項２から３０のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
32. 複数の前記ダクトそれぞれが、優勢な海洋波に対して同方向を向くように構成されていることを特徴とする請求項３１に記載の波エネルギー発電機。
33. 前記システムが、前記ダクトを互いに相対的な間隔をあけた関係で保持させるための支持フレームを有することを特徴とする請求項３１または３２に記載の波エネルギー発電機。
34. 前記基底構造体が、当該基底構造体の遠位端部までの車両アクセスのための整備車道を画成するように構成されていることを特徴とする請求項２から３３のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
35. 前記基底構造体には、第２海洋エネルギー抽出システムが配置されていることを特徴とする請求項２から３４のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
36. 前記第２海洋エネルギー抽出システムが、１以上の風力タービンを有することを特徴とする請求項３５に記載の波エネルギー発電機。
37. 前記基底構造体が、風及び波の状態を監視するための通信及び／または制御塔を有することを特徴とする請求項２から３４のいずれか１項に記載の波エネルギー発電機。
38. 振動動作流体から電気エネルギーを抽出するためのタービン組立体であって、
    筐体と、
    前記筐体内に配置されたハブであって、当該ハブが中心軸回りで回転可能であり、複数のブレードが前記中心軸回りで当該ハブに備え付け可能である、ハブと、
    を有し、
    回転可能な前記ハブが、永久磁石式発電機と連通しかつ前記永久磁石式発電機と動作的に関連付けられていることを特徴とするタービン組立体。
39. タービンが、前記ブレードを越える前記振動流体の流動に応じて一方向で動作することを特徴とする請求項３８に記載のタービン組立体。
40. 前記振動流体が、空気であることを特徴とする請求項３８または３９に記載のタービン組立体。
41. 当該タービン及び前記発電機が、複合型の一体化したユニットとして構成されていることを特徴とする請求項３８から４０のいずれか１項に記載のタービン組立体。
42. 前記永久磁石式発電機が、多極発電機であることを特徴とする請求項４１に記載のタービン組立体。
43. 前記永久磁石式発電機が、１以上の前記タービンロータブレードに配置された１以上の永久磁石を有することを特徴とする請求項４２に記載のタービン組立体。
44. 前記永久磁石式発電機が、前記タービンロータブレードの１以上の先端にまたは１以上の先端に隣接して配設された１以上の永久磁石を有することを特徴とする請求項４２または４３に記載のタービン組立体。
45. 前記ブレードそれぞれが、前縁部及び後縁部を有し、
    前記前縁部及び前記後縁部が、互いに外形で相補的となるように構成されており、それにより、前記ブレードが、互いに近接して縁部−縁部締まり嵌めで備え付けられていることを特徴とする請求項３８から４４のいずれか１項に記載のタービン組立体。
46. 複数の前記ブレードが、連続して配列されており、前記中心軸回りに円状アレイを形成していることを特徴とする請求項３８から４５のいずれか１項に記載のタービン組立体。
47. 前記ブレードが、非重畳逐次形成で配列されていることを特徴とする請求項３８から４６のいずれか１項に記載のタービン組立体。
48. 前記ブレードそれぞれが、ほぼ対称な横断面外形を有していることを特徴とする請求項３８から４７のいずれか１項に記載のタービン組立体。
49. 前記ブレードそれぞれが、別の外形のブレードと選択的に交換可能であり、それにより、当該タービンの別の動作特性を達成することを特徴とする請求項３８から４８のいずれか１項に記載のタービン組立体。
50. 前記ブレードそれぞれが、前記ハブに対して移動可能であり、それにより、前記ブレードが、前記動作流体の流動方向に対して当該ブレードの間隔を変更することを特徴とする請求項３８から４９のいずれか１項に記載のタービン組立体。
51. 前記筐体が、水体内に位置させるための振動水柱ダクトに取り付けられており、
    前記ダクトが、前記振動動作流体を発生させるように構成されており、
    前記筐体が、ロータが前記振動流体と流体連通し、前記ブレードを越える流体に応じて回転可能であるように取り付けられていることを特徴とする請求項３８から５０のいずれか１項に記載のタービン組立体。

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