JP2020516802A - 波エネルギー制御装置 - Google Patents
波エネルギー制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020516802A JP2020516802A JP2019553878A JP2019553878A JP2020516802A JP 2020516802 A JP2020516802 A JP 2020516802A JP 2019553878 A JP2019553878 A JP 2019553878A JP 2019553878 A JP2019553878 A JP 2019553878A JP 2020516802 A JP2020516802 A JP 2020516802A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zone
- zones
- wave
- liquid
- composite structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/06—Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
- E02B3/062—Constructions floating in operational condition, e.g. breakwaters or wave dissipating walls
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
- E02B9/08—Tide or wave power plants
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
- Y02A10/11—Hard structures, e.g. dams, dykes or breakwaters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Revetment (AREA)
- Lenses (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
本発明は、流体弾性表面波を制御するシステムおよび装置(1000)ならびにその使用に関する。特に、本発明は、液体(1)の表面上を伝搬する流体弾性波を制御するシステムに関し、制御システムは、少なくとも2つのゾーンZ1およびZ2を有し、それぞれの曲げ係数D1およびD2および/またはその形状が流体弾性波の伝播を制御するように適合される浮遊複合構造(10)を含み、光学媒体の屈折率と同様のインデックスni、iは1または2に等しい、を定義することが可能である。したがって、制御システムは、幾何光学の法則を適用することにより、流体弾性波の伝播を制御できるようにする。
Description
本発明は、液体の表面上を伝播する波のエネルギーを制御するシステム、およびそのようなシステムの使用に関する。
特に海洋環境における波のエネルギーを制御する課題は、特にこのエネルギーを電気に変換するという文脈で、数年間研究されてきた。
波のエネルギーを制御するシステムが現在存在し、特に、米国特許出願公開第2014/0260236号明細書、米国特許第4,255,066号明細書および米国特許第9,303,617号明細書の先行技術の文献で与えられているそれらの例により、当業者に知られている。後者では、採用された技術は、深度変化(水深の変化)を使用して波を制御し、これらのシステムは、特定の構成を有する固定され且つ剛性の構造を水中で構築することを提案する。
しかし、これらのシステムは、高価すぎて設置が難しく、移動や除去ができないため、外海や海岸近くではめったに使用されない。さらに、それらは浅い水でのみ使用可能であり、エネルギーを採取する効果のない方法であることが判明した。
したがって、従来技術のこれらの欠陥、欠点および障害を軽減するシステム、特に、液体の深さ、製造および設置の低減すべきコスト、後で電気に変換できるという観点から改善すべき波のエネルギーの採取に関係なく、波のエネルギーを制御できる柔軟且つ移動可能なシステムに対する真のニーズがある。
前述の欠点を克服するために、本発明の1つの主題は、次の式によって定義されるそれぞれの曲げ係数D1およびD2の少なくとも2つのゾーンZ1およびZ2を有する複合構造を含む液体の表面の流体弾性波を制御するシステムであって、
ここで、EiはゾーンZiのヤング率、eiはゾーンZiの厚さ、νiはゾーンZiのポアソン比、iはそれぞれ1または2に等しく、内部機械的張力T1およびT2であり、
複合構造は、流体弾性表面波が、密度ρの液体の表面に浮かぶ複合構造の第1ゾーンZ1を伝搬し、次に第2ゾーンZ2を伝搬するように制御システムが液体の表面に配置される場合、また流体弾性波の波長λiが、ゾーンZi内において次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiのインデックスに対応し、前記曲げ係数Diおよび/または前記ゾーンZiの形状の調整により、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合されている、システム。
ここで、EiはゾーンZiのヤング率、eiはゾーンZiの厚さ、νiはゾーンZiのポアソン比、iはそれぞれ1または2に等しく、内部機械的張力T1およびT2であり、
複合構造は、流体弾性表面波が、密度ρの液体の表面に浮かぶ複合構造の第1ゾーンZ1を伝搬し、次に第2ゾーンZ2を伝搬するように制御システムが液体の表面に配置される場合、また流体弾性波の波長λiが、ゾーンZi内において次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiのインデックスに対応し、前記曲げ係数Diおよび/または前記ゾーンZiの形状の調整により、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合されている、システム。
コンパクトなシステムを作成するために、ゾーンZ1とZ2は連続していてもよい。
有利には、ゾーンZ1とZ2の厚さeiが異なるため、および/またはゾーンZ1とZ2が作製される材料のヤング率Eiおよび/またはポアソン比νiが異なるため、曲げ係数D1とD2は異なる。
波が徐々に制御されることを可能にするために、係数D1のゾーンZ1から係数D2のゾーンZ2への通過間の曲げ係数の変化は連続的である。
有利には、ゾーンZiのインデックスniを、ゾーンZi内の流体弾性波の伝播速度Viの逆数に比例するように定義することが可能であり、伝播速度Viは、次の式によって定義され、
そのため、インデックスniは光学媒体の屈折率に等しくなり、幾何光学の法則がゾーンZiを伝播する流体弾性波の伝播に適用されるようになる。
そのため、インデックスniは光学媒体の屈折率に等しくなり、幾何光学の法則がゾーンZiを伝播する流体弾性波の伝播に適用されるようになる。
これらの関係により、レンズを製造することが可能である。この目的のために、システムはさらに、第3ゾーンZ3を備えてもよく、
−ゾーンZ1、Z2およびZ3は連続しており、
−ゾーンZ1およびZ3は、ゾーンZ2のインデックスn2と異なる同じインデックスn1であり、Z1は流体弾性波の到着ゾーンであり、Z3は出口ゾーンであり、
−ゾーン間の境界面の形状は半径Rの円弧であるため、組{Z1、Z2、Z3}は、次式で定義される焦点距離fの光学レンズとして挙動する。
−ゾーンZ1、Z2およびZ3は連続しており、
−ゾーンZ1およびZ3は、ゾーンZ2のインデックスn2と異なる同じインデックスn1であり、Z1は流体弾性波の到着ゾーンであり、Z3は出口ゾーンであり、
−ゾーン間の境界面の形状は半径Rの円弧であるため、組{Z1、Z2、Z3}は、次式で定義される焦点距離fの光学レンズとして挙動する。
このように組{Z1、Z2、Z3}によって形成されたレンズは、
−組は両凸レンズ形状であり、n1<n2、または、
−組は両凹レンズ形状で、n1>n2である場合に収束してもよい。
−組は両凸レンズ形状であり、n1<n2、または、
−組は両凹レンズ形状で、n1>n2である場合に収束してもよい。
同じ関係に従って、光反射器が行うように装置を保護するために、流体弾性波を偏向させることが可能である。このため、制御システムは、ゾーンZ1とZ2が連続し、それぞれのインデックスn1とn2が次の式に従うようにする必要があり、
ゾーン間の境界面は直角であり、その頂点はゾーンZ2側に向けられているため、ゾーンZ1から到着する流体弾性波は、ゾーンZ1とZ2間の境界面との接触で反射され、入射方向に平行する軸に沿って離れる。
ゾーン間の境界面は直角であり、その頂点はゾーンZ2側に向けられているため、ゾーンZ1から到着する流体弾性波は、ゾーンZ1とZ2間の境界面との接触で反射され、入射方向に平行する軸に沿って離れる。
有利には、ゾーンZiの少なくとも1つは、弾性連結手段によって接続された浮遊パッ
ドのマトリックスで構成されることにより、マトリックスが、次の式で定義される有効曲げ係数Deff_iの有効ゾーンZeff_iとして挙動し、
ここで、Eeff_iはゾーンZeff_iの有効ヤング率、eeff_iは有効ゾーンZeff_iの有効厚さ、νeff_iはゾーンZeff_iの有効ポアソン比であり、iは1または2に等しく、有効内部機械的張力Teff_iであり、
複合構造は、流体弾性表面波が、密度ρの液体の表面に浮かぶ複合構造の第1ゾーンZ1またはZeff_1を伝搬し、次に第2ゾーンZ2またはZeff_2を伝搬するように制御システムが液体の表面に配置される場合、またゾーンZiを伝播する流体弾性波の波長λiが次の式に従い、
且つ有効ゾーンZeff_iを伝搬する波の有効波長λeff_iが、次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiまたはZeff_iのインデックスに対応し、前記曲げ係数DiまたはDeff_iおよび/または前記ゾーンZiまたはZeff_iの形状の調整によって、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合される。
ドのマトリックスで構成されることにより、マトリックスが、次の式で定義される有効曲げ係数Deff_iの有効ゾーンZeff_iとして挙動し、
ここで、Eeff_iはゾーンZeff_iの有効ヤング率、eeff_iは有効ゾーンZeff_iの有効厚さ、νeff_iはゾーンZeff_iの有効ポアソン比であり、iは1または2に等しく、有効内部機械的張力Teff_iであり、
複合構造は、流体弾性表面波が、密度ρの液体の表面に浮かぶ複合構造の第1ゾーンZ1またはZeff_1を伝搬し、次に第2ゾーンZ2またはZeff_2を伝搬するように制御システムが液体の表面に配置される場合、またゾーンZiを伝播する流体弾性波の波長λiが次の式に従い、
且つ有効ゾーンZeff_iを伝搬する波の有効波長λeff_iが、次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiまたはZeff_iのインデックスに対応し、前記曲げ係数DiまたはDeff_iおよび/または前記ゾーンZiまたはZeff_iの形状の調整によって、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合される。
第2の態様によれば、本発明は、上記で定義されたような液体の表面の流体弾性波を制御するレンズ型システムの使用であって、液体の表面を伝播する波のエネルギーを採取するために、波を制御するシステムの複合構造は、あるポイントに流体弾性波を集中させるように適合されている、レンズ型システムの使用に関する。
別の態様によれば、本発明は、上記で定義されたような液体の表面の波を制御する反射型システムの使用であって、液体の表面と接触する部分を有する装置を保護するために、制御システムの複合構造は、液体の表面と接触する部分を保護するように適合され、そのように適合されなければ装置に到達する流体弾性波を反射する、反射型システムの使用に関する。
本発明は、単に例として与えられる以下の説明を読み、添付の図面を参照することにより、よりよく理解されるであろう。
図1は、重力毛管波の分散関係の変化を表す曲線を示す。
図2は、弾性材料のフィルムで覆われた液体の表面上を伝播する波の分散関係の変化を表す曲線を示す。
図3aは、本発明の1つの一般的な実施形態による、流体弾性波を制御するシステムの複合構造の側面図を示す。
図3bは、本発明の1つの一般的な実施形態による、流体弾性波を制御するシステムの複合構造の上面図を示す。
図4は、本発明の一般的な実施形態の第1の変形例による、流体弾性波を制御するシステムの複合構造を示す。
図5は、本発明の一般的な実施形態の第1の変形例による、流体弾性波を制御するシステムを備えた液体の表面上を伝播する流体弾性波の挙動を示す。
図6は、本発明の一般的な実施形態の第1の変形例による、流体弾性波を制御するシステムを備えた、1つの特定の場合、液体の表面上を伝播する流体弾性波の挙動を示す。
図7aは、本発明の一般的な実施形態の第2の変形例による、流体弾性波を制御するシステムの複合構造の2つの変形例の一方を示す。
図7bは、本発明の一般的な実施形態の第2の変形例による、流体弾性波を制御するシステムの複合構造の2つの変形例の他方を示す。
図8は、本発明の一般的な実施形態の第3の変形例による流体弾性波を制御するシステムの複合構造を示す。
図9は、本発明の一実施形態による流体弾性波を制御するシステムの有効ゾーンを示す。
液体の表面上を伝播する波は、重力毛管波(ondes gravito-capillaires)と呼ばれる
。これらの波の周波数ωは、次の重力と毛管の分散関係により、波長λに関連しており、
ここで、
−gは万有引力定数であり、
−kは、次によって定義される波数であり、
−σは液体の表面張力であり、
−ρは液体の密度である。
。これらの波の周波数ωは、次の重力と毛管の分散関係により、波長λに関連しており、
ここで、
−gは万有引力定数であり、
−kは、次によって定義される波数であり、
−σは液体の表面張力であり、
−ρは液体の密度である。
図1は、重力毛管波の分散関係(E1)の変化を、重力毛管波の周波数ωとその波長λの関数として表す曲線を示す。この関数は、2つの領域を含み、
A−短波長λでの毛管現象(または張力)領域、および
B−長波長λでの重力領域である。
A−短波長λでの毛管現象(または張力)領域、および
B−長波長λでの重力領域である。
毛管現象(または張力)領域では、波に作用する主な機械的復元力は液体の表面張力であるが、重力領域では、重力が支配的である。
弾性材料のフィルムが液体の表面に堆積し、液体がフィルムに及ぼす力以外の力が加えられない場合、波の分散関係は変化し、次のようになる、
ここで、
−Tは、弾性材料のフィルムの内部機械的張力であり、この場合、液体の表面張力σに等しく、
−Dは、液体に適用されたフィルムの曲げ弾性率であり、
−Hは、フィルムの下にある液体の高さである。
ここで、
−Tは、弾性材料のフィルムの内部機械的張力であり、この場合、液体の表面張力σに等しく、
−Dは、液体に適用されたフィルムの曲げ弾性率であり、
−Hは、フィルムの下にある液体の高さである。
図2は、液体の表面に置かれた弾性材料のフィルムを伝播する波の分散関係(E4)の変化を表す新しい曲線を示す。この新しい曲線には、第3の領域が見られ、Cは、主な機械的復元力が弾性材料のフィルムのものである曲げ領域または流体弾性波領域である。
図3aおよび図3bは、本発明の第1の一般的な実施形態による、液体1の表面の流体弾性波を制御するシステムの側面図および上面図を示す。
ここで、
−EiはゾーンZiのヤング率であり、
−eiは、ゾーンZiの厚さであり、
−νiは、ゾーンZiのポアソン係数であり、
iはそれぞれ1または2に等しく、内部機械的張力T1およびT2である。
−EiはゾーンZiのヤング率であり、
−eiは、ゾーンZiの厚さであり、
−νiは、ゾーンZiのポアソン係数であり、
iはそれぞれ1または2に等しく、内部機械的張力T1およびT2である。
複合構造10は、流体弾性表面波が、方向20に伝搬する、すなわち密度ρの液体1の表面に浮かぶ複合構造10の第1ゾーンZ1を伝搬し、第2ゾーンZ2を伝搬するように制御システムが液体1の表面に配置される場合、またゾーンZi内において流体弾性波の波長λiが式E6aおよびE7aに従う場合、
および
および
ここで、gは万有引力定数に対応し、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiのインデックスに対応し、流体弾性波の挙動を制御するように適合される。
したがって、曲げ領域では、流体弾性波は液体の表面の複合構造によって加えられる力を受け、これにより、ゾーンZ1およびZ2で使用される材料(したがって、ヤング率E1およびE2ならびにポアソン比ν1およびν2)、これらのゾーンの厚さeiおよび/またはこれらのゾーンの形状を選択することにより、これらの波の伝播を制御できる。
コンパクトなシステムを得るためだけでなく、複合構造10の製造を容易にするために、特にゾーンZ1およびZ2が同じ材料で作られている場合、ゾーンZ1およびZ2は図3に示すように連続していてもよい。
有利には、曲げ係数D1およびD2は異なり、ゾーンZ1およびZ2は異なる厚さeiを有し、および/またはゾーンZ1およびZ2は、異なるヤング率Eiおよび/または異なるポアソン比νiを有する材料で作製される。図4は、本発明の第2の実施形態による、異なる厚さeiの2つのゾーンZ1およびZ2で製造される複合構造100の場合を示す。
流体弾性波を徐々に制御し、複合構造10の製造を容易にするために、係数D1のゾーンZ1から係数Z2のゾーンZ2への通路間の曲げ係数の変化は連続的であってもよく、ゾーンZ1およびZ2を生成するために使用される材料の厚さは、例えば徐々に変化する。
光学系と比較するために、ゾーンZiのインデックスniを、ゾーンZiの流体弾性波
の伝播速度Viの逆数に比例するように定義することができる。伝播速度Viは、式E8で定義され、
そのため、インデックスniは光学媒体の屈折率に等しくなり、幾何光学の法則がゾーンZiを伝播する流体弾性波の伝播に適用されるようになる。
の伝播速度Viの逆数に比例するように定義することができる。伝播速度Viは、式E8で定義され、
そのため、インデックスniは光学媒体の屈折率に等しくなり、幾何光学の法則がゾーンZiを伝播する流体弾性波の伝播に適用されるようになる。
したがって、複合構造は光学要素と同じ挙動をするが、流体弾性波に対してのみと定義することができる。
図4に示す実施形態によれば、ゾーンZ1およびZ2は同じ材料で作られているため、ヤング率Eiとポアソン比νiは等しく、厚さのみがe1<e2で異なる。
i1はZ1とZ2の間に形成された屈折境界面の法線に対するビームの入射角で、i2は屈折境界面の法線に対するビームの出射角で、n1>n2はi2>i1と述べるのと等しい。
図5は、実験室で撮影され、上記で定義されたような複合構造100上を伝播する流体弾性波の、上から見た挙動を示す。図の横にあるグレースケールは、0にある静止した液体の表面の平均位置に対する波の高さを示す。
この実験では、方向k1の入射平面流体弾性波は、ゾーンZ1を伝搬し、次にゾーンZ2に伝搬する。このゾーンZ2の流体弾性波の方向k2は、ゾーンZ1とZ2の間の境界面で法線Nから確かに分岐し、すなわち、i2>i1である。
幾何光学の法則によると、その方向k1が、次の式で定義される屈折の角度限界ilimよりも大きい角度i1を作る入射平面流体弾性波は、
ゾーンZ1とZ2の間の境界面で完全に反射され、例えば海上にあるインフラストラクチャを保護できる。図6は、この特定のケースを示す。
ゾーンZ1とZ2の間の境界面で完全に反射され、例えば海上にあるインフラストラクチャを保護できる。図6は、この特定のケースを示す。
これらの法則により、収束レンズを形成する複合構造を生成することもできる。
図7aおよび図7bは、複合構造上を伝搬する流体弾性波のエネルギーをあるポイントに収束させることができる収束レンズを可能にする本発明の2つの特定の実施形態を示す。
図7aに示される複合構造200aは、3つの連続するゾーンZ1、Z2およびZ3から構成される。ゾーンZ1およびZ3は、上記で定義したように同じインデックスn1である(つまり、niはゾーンZiの伝播速度Viの逆数に比例する)。ゾーンZ2のインデックスn2は、n1とは異なる部分であり、n1<n2である。
ゾーンZ2は、曲率半径Rの両凸レンズの形状を有する。言い換えると、ゾーンZ1とZ2の間の境界面は、その湾曲がゾーンZ1側に向けられた半径Rの円弧であり、そのゾーンから波が到着し、またゾーンZ2とZ3の間の境界面も半径Rの円弧であり、その湾曲はゾーンZ3側に向けられ、そのゾーンを通って波が出る。
したがって、複合構造200aのゾーンZ1からゾーンZ2に伝搬し、次いでZ3に伝播する平面流体弾性波は、このように生成されたレンズの焦点面に集束される。
図7bに示される複合構造200bは、収束レンズの別の実施形態を提案している。この構成では、複合構造200bもまた3つの連続するゾーンZ1、Z2およびZ3で構成されている。ゾーンZ1とZ3は同じインデックスn1であり、ゾーンZ2はインデックスn2であり、n1>n2となる。
この構成では、ゾーンZ2は、曲率半径Rの両凹レンズの形状を有する。言い換えると、ゾーンZ1とZ2の間の境界面は、その湾曲がゾーンZ2側に向けられた半径Rの円弧であり、またゾーンZ2とZ3の間の境界面も半径Rの円弧であり、その湾曲はゾーンZ2側に向けられる。
同様に、複合構造200bのゾーンZ1からゾーンZ2、次いでZ3に伝播する平面流体弾性波は、このように生成されたレンズの焦点面に集束される。
したがって、上記で定義されたような複合構造200aおよび200bの1つを含む流体弾性表面波を制御するシステムは、制御構造が設置されている液体の表面上を伝搬する流体弾性波のエネルギーを採取するために有利に使用でき、後者は収束レンズのように、あるポイントに波の焦点を合わせるように適合されている。
したがって、そのような構造は、例えば海で使用して波エネルギーを電気に変換することができる装置のような、複合構造200aまたは200bの焦点に配置され、受け取った流体弾性波のエネルギーを電力に変換することができる装置の性能を改善することを可能にする。
相互に、発散レンズを作成することもできる。これを行うには、ゾーンと境界面の形状
は、ゾーンZ2が両凸形状である場合には、インデックスn1はn2より大きくなければならず、ゾーンZ2が両凹形状である場合には、インデックスn1はn2よりも小さくなければならないことを除いては、上述したように同じである。
は、ゾーンZ2が両凸形状である場合には、インデックスn1はn2より大きくなければならず、ゾーンZ2が両凹形状である場合には、インデックスn1はn2よりも小さくなければならないことを除いては、上述したように同じである。
図8は、本発明の別の特定の実施形態を示している。この実施形態では、複合構造300は、波反射器であると考えられてもよく、上記で定義された屈折の限界角ilimの原理を使用する。
ゾーンZ1とZ2の間の境界面は直角であり、その頂点はゾーンZ2側に向けられているため、ゾーンZ1から到着する流体弾性波は、ゾーンZ1とZ2の間の境界面との接触で光線のように2度屈折し、「コーナーキューブ」または光反射器の場合のように、入射方向に平行する軸に沿って離れる。
上記で定義されたような複合構造300を含む流体弾性表面波を制御するシステムは、液体の表面と接触する部分を有する原子力発電所などの装置を保護するために有利に使用され、複合構造300は、液体の表面と接触する部分を保護するように適合され、装置に到達する流体弾性波を反射する。
ゾーンZiが連続しており、連続フィルムとして単一の材料で作られている場合、外洋または大規模な液体上でのこの種のシステムの使用は、実装が困難で費用がかかる。したがって、上述の実施形態と互換性のある1つのオプションによれば、複合ゾーンZiまたは有効ゾーンZeff_iを生成することが有利な場合がある。
図9は、そのような有効ゾーンZeff_iの一実施形態を示している。
この実施形態では、ゾーンZeff_iは、弾性連結手段(40)によって接続された浮遊パッド(30)のマトリックスで構成される。次に、式(E15)を使用して、有効ゾーンZeff_iの有効曲げ係数を定義できる、
ここで、Eeff_iはゾーンZeff_iの有効ヤング率、eeff_iは有効ゾーンZeff_iの有効厚さ、νeff_iはゾーンZeff_iの有効ポアソン比、iはそれぞれ1または2に等しく、有効内部機械的張力Teff_1およびTeff_2である。
複合構造は次に、流体弾性表面波が、密度ρの液体の表面に浮かぶ複合構造の第1ゾーンZ1またはZeff_1を伝搬し、次に第2ゾーンZ2またはZeff_2を伝搬するように制御システムが液体の表面に配置される場合、またゾーンZiを伝播する流体弾性波の波長λiが式(E6a)および(E7a)に従い、且つ有効ゾーンZeff_iを伝播する波の有効波長λeff_iが以下の式(E16)および(E17)に従う場合に適合され、
および
および
ここで、gは万有引力定数であり、iは流体弾性波が伝播するゾーンZiまたはZeff_iのインデックスに対応する。
したがって、有効ゾーンZeff_i内の流体弾性波の有効伝搬速度Veff_iに基づいて有効インデックスneff_iを定義することにより、曲げ係数DiまたはDeff_iおよび/または前記ゾーンZiまたはZeff_iの形状の調整により、同等の制御システムを製造するために必要な材料を減らしながら、液体の広い領域で流体弾性波を集束または反射するために使用できるフレネルレンズまたはコーナーキューブ/反射器などの、幾何光学の法則に従う構成部品を作成することができる。
有利には、上記の制御システムおよび装置を製造するために使用される材料は、それらが設置される液体を汚染しないように生分解性であり、したがって物理的な除去を必要とせずに一定時間使用できるようにすることができ、したがって取り外しのコストを回避する。
本発明は、図面および上記の説明において詳細に図示および説明されている。後者は例示であり、例として与えられたと考えなければならず、本発明はこの説明のみに限定されると考えてはならない。多くの変形実施形態が可能である。
1 液体
10 第1の実施形態による液体の流体弾性表面波を制御するシステム
20 波の伝播の方向
30 浮遊パッド
40 弾性連結手段
100 複合構造
200a 両凸レンズ型複合構造
200b 両凹レンズ型複合構造
300 「コーナーキューブ」型複合構造/反射器
10 第1の実施形態による液体の流体弾性表面波を制御するシステム
20 波の伝播の方向
30 浮遊パッド
40 弾性連結手段
100 複合構造
200a 両凸レンズ型複合構造
200b 両凹レンズ型複合構造
300 「コーナーキューブ」型複合構造/反射器
Claims (11)
- 次の式によって定義されるそれぞれの曲げ係数D1およびD2の少なくとも2つのゾーンZ1およびZ2を有する複合構造(10)を含む液体(1)の表面の流体弾性波を制御するシステムであって、
ここで、Eiは前記ゾーンZiのヤング率、eiは前記ゾーンZiの厚さ、νiは前記ゾーンZiのポアソン比、iはそれぞれ1または2に等しく、内部機械的張力T1およびT2であり、
前記複合構造(10)は、流体弾性表面波が、密度ρの前記液体(1)の表面に浮かぶ前記複合構造(10)の前記第1ゾーンZ1を伝搬し、次に前記第2ゾーンZ2を伝搬するように前記制御システムが前記液体(1)の表面に配置される場合、また前記流体弾性波の波長λiが、前記ゾーンZi内において次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは前記流体弾性波が伝播する前記ゾーンZiのインデックスに対応し、前記曲げ係数Diおよび/または前記ゾーンZiの形状の調整により、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合される、システム。 - 前記ゾーンZ1とZ2が連続している、請求項1に記載のシステム。
- 前記曲げ係数D1およびD2は、前記ゾーンZ1およびZ2が作製される材料の異なる厚さeiのため、および/または異なるヤング率Eiおよび/または異なるポアソン比νiのために異なることを特徴とする、請求項1または2に記載のシステム。
- 係数D1の前記ゾーンZ1から係数D2の前記ゾーンZ2への通路間の前記曲げ係数の変化が連続的である、請求項3の一項に記載のシステム。
- 前記組{Z1、Z2、Z3}によって形成された前記レンズは、
−前記組は両凸レンズ形状であり、n1<n2である場合、または、
−前記組は両凹レンズ形状であり、n1>n2である場合に収束する、請求項6に記載のシステム。 - 前記ゾーンZiの少なくとも1つは、弾性連結手段(40)によって接続された浮遊パッド(30)のマトリックスで構成されることにより、前記マトリックスが、次の式で定義される有効曲げ係数Deff_iの有効ゾーンZeff_iとして挙動し、
ここで、Eeff_iは前記ゾーンZeff_iの有効ヤング率、eeff_iは前記有効ゾーンZeff_iの有効厚さ、νeff_iは前記ゾーンZeff_iの有効ポアソン比であり、iは1または2に等しく、有効内部機械的張力Teff_iであり、
前記複合構造は、流体弾性表面波が、密度ρの前記液体(1)の表面に浮かぶ前記複合構造の前記第1ゾーンZ1またはZeff_1を伝搬し、次に前記第2ゾーンZ2またはZeff_2を伝搬するように制御システムが前記液体(1)の表面に配置される場合、またゾーンZiを伝播する前記流体弾性波の波長λiが次の式に従い、
且つ前記有効ゾーンZeff_iを伝搬する前記波の有効波長λeff_iが、次の式に従う場合、
ここで、gは万有引力定数であり、iは前記流体弾性波が伝播する前記ゾーンZiまたはZeff_iのインデックスに対応し、前記曲げ係数DiまたはDeff_iおよび/または前記ゾーンZiまたはZeff_iの形状の調整によって、前記流体弾性波の挙動を制御するように適合される、請求項1〜8のいずれか一項に記載のシステム。 - 請求項7に記載の流体弾性表面波を制御するシステムの使用であって、液体の表面を伝播する波のエネルギーを採取するために、前記波を制御する前記システムの前記複合構造(200aまたは200b)は、あるポイントに前記流体弾性波を集中させるように適合されている、システムの使用。
- 請求項8に記載の流体弾性表面波を制御するシステムの使用であって、前記液体の表面と接触する部分を有する装置を保護するために、前記システムの前記複合構造(300)は、前記液体の表面と接触する前記部分を保護するように適合され、そのように適合されなければ前記装置に到達する前記流体弾性波を反射する、請求項8に記載の流体弾性表面波を制御するシステムの使用。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1752718 | 2017-03-30 | ||
FR1752718A FR3064652B1 (fr) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | Dispositif de controle de l'energie des vagues |
PCT/FR2018/050791 WO2018178590A1 (fr) | 2017-03-30 | 2018-03-29 | Dispositif de contrôle de l'énergie des vagues |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020516802A true JP2020516802A (ja) | 2020-06-11 |
Family
ID=59070841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019553878A Pending JP2020516802A (ja) | 2017-03-30 | 2018-03-29 | 波エネルギー制御装置 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10640939B2 (ja) |
EP (1) | EP3601678B1 (ja) |
JP (1) | JP2020516802A (ja) |
CN (1) | CN110753770A (ja) |
AU (1) | AU2018242374A1 (ja) |
FR (1) | FR3064652B1 (ja) |
WO (1) | WO2018178590A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3064652B1 (fr) | 2017-03-30 | 2019-05-03 | Centre National De La Recherche Scientifique | Dispositif de controle de l'energie des vagues |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3188813A (en) * | 1961-03-23 | 1965-06-15 | Us Rubber Co | Article and process for wave damping |
NO140237C (no) | 1977-09-13 | 1979-07-25 | Sentralinst For Ind Forskning | Anlegg for konsentrering av vannboelger |
ATE12675T1 (de) * | 1982-03-15 | 1985-04-15 | Horst Quarz | Wellenkraftmaschine. |
US4836709A (en) * | 1987-06-15 | 1989-06-06 | Canadian Patents And Development Limited | Water wave absorber |
JPH02266011A (ja) * | 1989-04-03 | 1990-10-30 | Tokyu Constr Co Ltd | 消波方法及び消波構造物 |
SE0601581L (sv) * | 2006-07-17 | 2008-01-18 | Ulf Erlingsson | Vågdämpare för vattenvågor |
US8679331B2 (en) * | 2008-01-03 | 2014-03-25 | The Invention Science Fund I Llc | Water alteration structure movement method and system |
EP2369968B1 (en) * | 2008-11-25 | 2020-06-24 | LOCHTEFELD, Thomas J. | Method and apparatus for dampening waves in a wave pool |
US9222457B2 (en) | 2013-03-12 | 2015-12-29 | Raytheon Company | Wave energy concentration using water wave band gap structure with defect cavities |
TWI521135B (zh) | 2013-04-08 | 2016-02-11 | 國立台灣大學 | 波浪能聚集與增益裝置 |
CN104233994A (zh) * | 2013-06-22 | 2014-12-24 | 王化国 | 一种利用挡板阻碍海啸的方法 |
CA3011893A1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-07-27 | Horacio VELASCO | Method for operation of hydropower reservoir with a 2-parameter elevation rule curve |
FR3064652B1 (fr) | 2017-03-30 | 2019-05-03 | Centre National De La Recherche Scientifique | Dispositif de controle de l'energie des vagues |
US10550534B1 (en) * | 2019-07-31 | 2020-02-04 | Kuwait Institute For Scientific Research | Method for damping ocean waves in a coastal area |
-
2017
- 2017-03-30 FR FR1752718A patent/FR3064652B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-03-29 US US16/497,720 patent/US10640939B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2018-03-29 CN CN201880022096.8A patent/CN110753770A/zh active Pending
- 2018-03-29 AU AU2018242374A patent/AU2018242374A1/en not_active Abandoned
- 2018-03-29 JP JP2019553878A patent/JP2020516802A/ja active Pending
- 2018-03-29 EP EP18722109.8A patent/EP3601678B1/fr active Active
- 2018-03-29 WO PCT/FR2018/050791 patent/WO2018178590A1/fr unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3064652B1 (fr) | 2019-05-03 |
FR3064652A1 (fr) | 2018-10-05 |
US20200032470A1 (en) | 2020-01-30 |
WO2018178590A1 (fr) | 2018-10-04 |
CN110753770A (zh) | 2020-02-04 |
AU2018242374A1 (en) | 2019-10-31 |
EP3601678A1 (fr) | 2020-02-05 |
EP3601678B1 (fr) | 2020-10-28 |
US10640939B2 (en) | 2020-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8665357B2 (en) | Imaging apparatus | |
JP4803836B2 (ja) | 撮像光学系 | |
JP5718765B2 (ja) | 二つ溝の回折格子を使用する光学装置 | |
CA2622126A1 (en) | Fresnel lens | |
JP2019049646A5 (ja) | ||
JP2020516802A (ja) | 波エネルギー制御装置 | |
JP2005292570A (ja) | 回折光学素子及びそれを有する光学系 | |
US3982223A (en) | Composite acoustic lens | |
US3866711A (en) | Solid ultrasonic lens doublet | |
US4055820A (en) | Reflective dot array for acoustic wave processing | |
JP2003161878A5 (ja) | ||
JP6851775B2 (ja) | 回折光学素子およびそれを有する光学系、撮像装置 | |
JP2019066756A5 (ja) | ||
US20130208570A1 (en) | Acoustic lens | |
RU202522U1 (ru) | Акустический диод (варианты) | |
Jin et al. | Soft metasurface with gradient acoustic index | |
TW580596B (en) | Variable optical attenuator in micro-electro-mechanical systems and method of making the same | |
US20230280313A1 (en) | Mode conversion reflector | |
JP5054730B2 (ja) | ソーラーシステム用フレネルレンズ及びソーラーシステム | |
JP6929350B2 (ja) | 回折光学素子及びそれを有する光学系、撮像装置、レンズ装置 | |
JP7122088B2 (ja) | 広角再帰音波反射体 | |
Park et al. | Experimental Study on Gradually Varying Thickness Patch for Elastic Wave Manipulation Using Piezo Disk Actuators | |
Tanabe et al. | 3Pa6-3 Transmission Characteristics of Wedge-shaped Medium with Evanescent Field | |
JPH04110974U (ja) | 音響レンズの焦点制御装置 | |
JPH11203712A (ja) | エバネッセント波を発生可能なレンズ |