JP3633665B2

JP3633665B2 - 液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置

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Publication number: JP3633665B2
Application number: JP12289495A
Authority: JP
Inventors: リップマンホルスト
Original assignee: Horst Lippmann
Current assignee: Horst Lippmann
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JPH08182362A; DE4418581A1; DE4418581C2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体、特に水の波の表面波のエネルギーを、電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波のエネルギーは環境に優しいエネルギー源に属する。波のエネルギーは風エネルギーの場合と同様、時間と場所に依存して変動するが、その変換のための費用は風エネルギーの場合よりもはるかに高いため、波のエネルギーは現在のところむしろ二次的な役割を果たしている。しかし電気エネルギーへの適切な変換法を開発する実験には事欠かない。
【０００３】
最新の現状は、２つの会議で発表された成果｛Ａ．Ｆ．ＤｅＯＦａｌｃａｏ編集（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１９９３Ｅｕｒｏｐｅａｎｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｅｄｉｎｂｕｒｇｙ，Ｕ．Ｋ．，２１−２４Ｊｕｌｙ１９９３．ＴｈｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＣｅｎｔｒｅ，ＮＥＬ，ＥａｓｔＫｉｌｂｒｉｄｅ．ＧｌａｓｇｏｗＧ７５０ＱＵ，Ｕ．Ｋ．）およびＨ．近藤編集（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎｏｃｅａｎｅｎｅｒｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（ＯＤＥＣ），室蘭，北海道、日本、１９９３年８月２６−２７日、ＭｕｒｏｒａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＣｏｌｄＲｅｇｉｏｎＰｏｒｔａｎｄＨａｒｂｏｕｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ）｝、およびＴｈ．Ｗ．Ｔｈｏｒｐｅによる概観論文（Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｗａｖｅｅｎｅｒｇｙ，ｖｏｌ．１：Ｍａｉｎｒｅｐｏｒｔ．ＥＴＳＵ−Ｒ−７２：Ｒｅｎｅ−ｗａｂｌｅＥｎｅｒｔｙＥｎｑｕｉｒｉｅｓＢｕｒｅａｕ，ＥＴＳＵ，Ｈａｒｗｅｌｌ，ＯＣ１１ＯＲＡ，Ｕ．Ｋ．）に反映されている。
【０００４】
これらによれば従来の変換技術の大部分は、発電のために通常の発電機を用いている。それらが互いに異なるのは、波運動をいかにして発電機の駆動のために利用できる水流に変換できるか、あるいはいかにして波運動といずれにせよ結合する水流から、利用できる水流部分を分岐することができるか、といった種類と方法である。これについてはＫ．−Ｕ．Ｇｒａｗの２つの論文を参照されたい。すなわち “Ｓｈｏｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｂｙｓｕｂｍｅｒｇｅｄｐｌａｔｅｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”（上記ＤｅＯ．Ｆａｌｃａｏ１９９３の会議報告書３７９−３８４ページ）、および“Ｔｈｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄｐｌａｔｅｗａｖｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒ” （上記Ｈ．近藤１９９３の会議報告書３０７−３１０ページ）ある。時には圧電（ピエゾ）結晶によるエネルギー変換も言及されるが、これは波により誘導された水流を変形するものである（ＦＯＣＵＳＮｏ．４９、１９９４年１２月５日、２００ページ）。
【０００５】
さて、どの発電機のタイプを上記の条件のもとで使用するかは、原理においては同じではあるが、次の観点から特殊なタイプを述べる。このタイプは実際には波との関連でもその他の関連でも普及されなかったものである。その理由は例えば従来の発電機に比して以下に説明する欠点のためである。
【０００６】
ここで問題となるのは、いわゆるパラメトリック発電機またはパラメータ励起発電機である。これらは技術的基盤の立場からは良く知られるパラメータ励起振動の原理に基づいている。すなわち電気振動回路の中である構成要素のパラメータ、例えばコイルの自己インダクタンスＬ、あるいはコンデンサの容量Ｃが、ある周期Ｔで周期的に変化し、電気振動回路の自己周期Ｔ_ｎａｔが、この変化周期のほぼ倍になるか、あるいは倍数の整数分の１となる場合、電気振動回路中に交流電流が発生し、これはあまりに僅かな励起振幅Ａでは消滅し、あまりに大きい振幅Ａでは強く揺れ動き、一定のまたは僅かな特定の振幅値Ａの場合に限り利用可能に周期的に励起周期Ｔまたは周期Ｔ／２で経過する。実用上の観点では、パラメータ励起はもとよりＴ_ｎａｔ≒Ｔ／２の場合にのみ成功する。発電機には特に容量変化によるパラメータ励起が提案された。この場合、放送技術で通常である回転コンデンサに類似して、適切な、現在発電機軸の上に取付けたコンデンサのプレートまたは誘電プレートを、固定したコンデンサープレートに対して動かす。これに関しては幾つかの特許がある。
【０００７】
最新のアメリカ特許第４６２２５１０号（東ドイツ特許第２０８７１４号と同一）により、２つの欠点を除去するためのパラメトリック発電機原理の改善が既知となった。この２つの欠点とは、発電の不安定性（小さい励起振幅Ａでは無振動、大きすぎる励起振幅Ａでは理論的に無限にまで揺れ動く振動）、および発生した交流電流の一般に非正弦形の経過である。これらの欠点を除去しあるいは減少させるには、電気振動回路中の時間関連のパラメータ励起に追加して、コンデンサの容量、コイルのインダクタンス、あるいは取付けた抵抗のいずれかが、時間の経過でパラメトリックに発生する電流に依存することによる。作用原理を逆転することにより、発電機は電気機械としても回転する。液体の波によるパラメータ励起は考えられていない。
【０００８】
ヨーロッパ公開特許第０２３３９４７号は平板コンデンサの直線配置に関するものであり、コンデンサの平板の間に同じく平板状の誘電体が、先に述べた発電機の場合のように円形に周回するのではなく、直線的周期的に往復移動する。後にシリンダ状に周回する配置も既知となった。しかしパラメータ励起は生じない。むしろ適切な接続とタップの使用により先ず電荷がコンデンサに集められ、誘電体の移動の後に再びタップしなければならない。作用原理を逆転することにより、発電機は電気機械としても回転する。液体の波による励起は考えられていないが、しかし平板状誘電体とコンデンサープレートの間に、絶縁する液体層（潤滑膜に似る）が提案され、フラッシュオーバーを避けている。
【０００９】
ドイツ公開特許第４０３３３９０号によってもコンデンサは先ず荷電され、相応して高いエネルギー水準での容量変化の後に再び放電される。しかし容量変化はこの時、熱した気体の圧力によるコンデンサのプレートの間隔変化によって生じる。したがってこれは熱駆動である。コンデンサの電気的荷電と放電は機械的接続またはタップの使用なしに、電磁結合を通じて行われ、この場合コンデンサは電気振動回路の一部である。しかしパラメータ励起は事実上特許請求によって排除されるため、電気振動回路の自己周波数は励起周波数よりもはるかに大きい（Ｔ_ｎａｔ≪Ｔ）。
【００１０】
該当する諸特許のうち、唯一のものがロシア連邦特許第１３６８４７６号に記載された、水の波（寄せ波）のエネルギーを電流に変換することに関するものである。しかも平板コンデンサーの容量は、波の周期で、波が平板の間の間隙を通って走ることによって直接周期的に変化させられ、この時水面は昇降する。もとよりコンデンサは電気振動回路には取付けられない。むしろコンデンサは電源と負荷からなる既存の電流回路に並列に配置されている。コンデンサは水中でその下に取付けた区分装置つき圧力計をつうじて、減少する波の段階の間だけスイッチが入る。作用方式は明らかではない。この特許によって本来のエネルギー変換は請求されず、（これと併存する電源の）効率の上昇と電力価格の低下のみが請求されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方式では、機械的に可動する部材があるために、定期的な補修が必要であり、メンテナンスに多くの時間と費用がかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記問題を解決するものであり、水力駆動の発電機あるいはその他の可動部品をもつ機械を使用しない、液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、第１発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、電気振動回路を形成するコンデンサ、コイルおよび抵抗と、負荷に相当する付加抵抗から構成され、前記コンデンサは、電荷担体として、所定間隔で液体内に浸漬された、複数のプレートまたは外被または巻線を備え、前記電荷担体内に周期的に出入りする液体の表面波の作用により前記コンデンサの容量が変化して、交流電流が形成される前記電気振動回路にパラメータ励起の電気振動が発生され、また逆に、電気エネルギーを電気振動させて前記コンデンサへ与えることにより前記液体に表面波を発生させる構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
また第２発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、上記第１発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサは、誘電体のための中間空間が外に向かって開いており、また周囲の気体状、液体状または気体状／液体状２相の媒体が、液体液位に応じてすべて気体で、すべて液体であるいは一部気体で一部液体で誘電体として満たされることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに第３発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、上記第１発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサの誘電体が周囲の気体、周囲の液体および少なくとも一つの別の固体または液体の媒体から構成されており、この別の媒体が周囲の液体の表面波の運動によって往復運動し、その際に対応して気体を排除することを特徴とするものである。
【００１６】
また第４発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、上記第１発明または第２発明または第３発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサの電荷担体は、複数の電荷担体の要素に分かれており、これらの要素を接続・分離可能な構成としたことを特徴とするものである。
【００１７】
また第５発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、上記第１発明または第２発明または第３発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
電気振動回路の固有周波数を、コイルあるいは追加取付けしたコイルのインダクタンス、追加して取付けたコンデンサの容量により、コンデンサの周囲の液体の表面波の周波数に調節可能な構成としたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに第６発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置は、上記第１発明または第２発明または第３発明の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
電荷担体は、誘電体のために設けられた中間空間に対して、追加の固定した誘電層によって絶縁されていることを特徴とするものである。
【００１９】
【作用】
上記第１発明の構成により、コンデンサがロシア連邦特許第１３６８４７６号に記載されたものと類似して、その容量が荷電担体（プレート、外被、巻線）の間を通って流れる表面波によって直接周期的に変化させられ、またこのコンデンサは電気振動回路の中に取付けてあり、その中で適切な調整（Ｔ_ｎａｔ≒Ｔ／２）でパラメータ励起した周波数を作り、これが交流電流として負荷に供給される。
【００２０】
また、発電機を用い、あるいは変形した圧電結晶を用いて液体の波のエネルギーを電気エネルギーに変換するための、これまで提案された装置に比して、この新しい装置は、全く可動するまたは変形する部材なしにすませるため、僅かな磨耗しか受けず、技術的に極めて簡単な方法で実現できるという利点を有している。この場合、アメリカ特許第４６６２５１０号に記された改善のない、通常のパラメトリックな機械の場合に存在するような、パラメータ励起振動の主な欠点が避けられる。すなわち取り出すことができる電流経過の上記のような不安定性である（少なすぎる周期的容量変化の場合は０に消滅し、大きすぎる周期的容量変化の場合は許容されない大きな値まで跳ね上がる）。すなわち寄せ来る波が、安定した変換を確保するに充分に大きく、また予期される最大消費電力をカバーするに充分なエネルギーを搬送してくるとするならば、このシステムから安定した方法で、負荷が如何なる時点でも必要に足りるだけの電流を取り出すことができる。これはコンデンサーの力反作用により、通過する表面波のエネルギー供給が、表面波を適切な量に鎮静させるため、入いる波と出る波の間のエネルギー差は、取り出されたエネルギーと、摩擦または加熱による不可避の損失との合計に丁度相当する。別の利点として、本発明の装置は、例えば港湾中の水といった液体の表面波の適切な鎮静にも援用することができ、この場合発生する電気エネルギーは追加して利用することができる。
【００２１】
さらに第１発明により、作用原理を逆にすることにより、液体に波を発生できる。すなわち電気振動回路を電気エネルギーの供給によって電気振動へと励起するならば、この電気振動はコンデンサーの上記の機械的力作用によって、誘電体として作用する液体に伝達され、液体を振動または波へと励起する。このような配置は例えば波つきプールの駆動に適用される。
【００２２】
また上記第２発明の構成は、第１発明に必要なコンデンサーの構成に関し、その容量が通過する液体の波によって周期的に変えられる。しかもコンデンサーは誘電体によって分離され、交代した極性が与えられる電荷担体（プレート、外被、巻線）からなっている。いま誘電体のために設けられた中間空間を自由に、また外に向けて開き、この中間空間を部分的に液体の中に浸漬すると、液体（すなわち一般には水）とその上方にある気体（一般には大気）からなる周囲の媒体が、自ら全体として静止配置されたコンデンサーの誘電体として働く。液体の波はそこで気体を完全にまたは部分的に電荷担体の間の間隙から排除し、かくして気体と液体に関して平均された全体の誘電率を変化させ、したがって容量を変化させる。
【００２３】
また上記第３発明の構成により、電荷担体（プレート、外被、巻線）の腐蝕を避けるため、あるいは有効な誘電率を得るため気体（特に空気）と液体（特に水）の他にコンデンサー中に、第３の好ましくは固形の誘電体を間にはさみ、これがコンデンサーの電荷担体の間の間隙中の液体の表面波によって往復運動または上下運動することにより、気体または液体を完全にまたは部分的に補う。
【００２４】
また上記第４発明の構成により、電気振動回路の固有周期Ｔｎａｔと、励起する液体の波の周期Ｔとの比を先ずおおまかに値２に調整し、この調整を自然の水波では避けがたい波周期Ｔの変化に従いおおよそ維持するため、コンデンサーの電荷担体を個別にまたは対にして追加接続または遮断し、あるいは電荷担体を幾つかの互いに絶縁した部分に分解し、これらを必要に応じて接続または遮断する。これによってすべての接続した電荷担体の全体の寸法を追加して、表面波の長さに関して調整する。実際には活性化した電荷担体のこの総合寸法は、以下に明らかとなるように、表面波のそれぞれの長さに対するある程度の比を越えることも下回ることもないのが望ましい。
【００２５】
また上記第５発明の構成により、電気振動回路の固有周期Ｔｎａｔの微調整は、波の運動により影響されない他の電気振動回路のパラメータの変化によって成功する。例えばコイルの自己インダクタンスＬ、あるいは追加のコイルまたは別の必然的に液体に浸漬する必要のないコンデンサの容量Ｃ_Ｏによってである。これらのパラメータ変化および個々の電荷担体またはその部分の接続開閉は、手動、自動制御または自動調整によって行うことができる。
【００２６】
また上記第６発明の構成により、コンデンサの電荷担体を、誘電層によって腐蝕または機械的損傷から保護し、これによって同時に液体のイオン伝導を妨げることができる。
【００２７】
【実施例】
本発明を以下図面を用いてさらに詳細に説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明の電気振動回路であり、Ｃは場合により追加接続される調整用コンデンサを含む液体に浸漬されるコンデンサ、Ｌはコイル（自己インダクタンスＬ）、Ｒは一般の損失抵抗を含む負荷としての抵抗、Ｒ_Ｃｕはコイルおよびワイヤ（銅抵抗）の損失抵抗、Ｕはコンデンサの層電圧勾配を示す。図１（ｂ）のＵ（−）は補助電圧勾配を意味する。発生された電気出力の大部分が抵抗Ｒに供給されるようにしようとすれば、図１（ａ）または図１（ｂ）による電気振動回路のいずれかであるに応じて、
（ＲＴ／Ｌ）^２≪（Ｒ_ＣｕＴ／Ｌ）^２＋４π^２，Ｒ_Ｃｕ≪Ｒ …（１）
を確保しなければならない。式（１）を用いて所定の条件のもとでそれぞれ両回路のより適切な方を選択することができる。これによって、電気エネルギーが銅抵抗Ｒ_Ｃｕの中に分散する代わりに、主として負荷Ｒに供給される。
【００２８】
図２と図３は液体ＦＬに浸漬されるコンデンサＣの構成を示す。
図２は電荷担体として平行に配置された６枚のプレートＰＬを備え、これらプレートＰＬ間を周囲の媒体のために開放し、また交互した極性が与えられる平板コンデンサを示し、図３は電荷担体として同心に配置された３個のシリンダ外被ＳＬを備え、これらシリンダ外被ＳＬ間を周囲の媒体のために開放し、また交互した極性が与えられるシリンダ状コンデンサである。実際に装置に使用されるプレートＰＬの数、シリンダ外被ＳＬの数は、もっと大きくなると考えられる。またプレートＰＬ、シリンダ外被ＳＬは、図示しない絶縁した構成要素により、必要な間隔に保たれる。
【００２９】
図４は液体中の平板コンデンサのプレートＰＬ（幅ｂ，高さａであり、交代した極性Ｐ^＋，Ｐ⁻が与えられる）の配置を示す。プレートＰＬは波Ｗの伝播方向に平行に置かれている。
【００３０】
波Ｗは、波速度ｃ（または群速度Ｖ）、密度ρ，波長λ，振幅ｌの正弦波であり、その表面が時間ｔに応じてｘ，ｙ座標により関数ｙ＝ｚ（ｘ，ｔ）によって与えられる。また波Ｗは、地面の重力場に水平である（落下加速度ｇ）。
【００３１】
また、図４において、Ｈはコンデンサの平均浸漬深さ、ｈはプレートＰＬ中の平均液体水位である。媒体▲１▼は周囲の気体（空気）、媒体▲２▼は液体（水）である。コンデンサの容量は、水で覆われたプレートＰＬの面積の量のみが基準となり、従来例の如く、波のエネルギーを電気エネルギーに変換するような水の運動と結びついたものではない。
【００３２】
図４によれば、プレートＰＬの幅ｂは波Ｗの波長λに対して調整されていなければならないことが判る。ｂ＝λと等しい場合、すなわち水に覆われたプレートＰＬの面積は波Ｗの進行にもかかわらず時間的に一定であるため、コンデンサの容量は一定となり、電流を発生することができない。このことはもとより消滅する面積（ｂ＝０）にも適用される。したがって、最適値はおよそｂ／λ＝１／４〜ｂ／λ＝３／４の間にある。プレートＰＬの幅ｂを適切に調整するためには、プレートを互いに絶縁した幅δｘのプレート帯に分解し（斜線で示す）、最適の幅ｂに必要とするだけ、これらの帯を結合し合わせる。
【００３３】
図５は図４の配置においてコンデンサのプレートＰＬの間に、案内手段（図示せず）により、液体ＦＬ上に浮く別の誘電媒体ＭＥＤが液体ＦＬと周囲の気体（空気）の間にはさまれている。誘電媒体ＭＥＤは波Ｗの周期的な振動により、上下に運動し、コンデンサの容量Ｃを変化させる。この誘電媒体ＭＥＤは、たとえば水より高い誘電率の物質が選択されるため、コンデンサＣの全体の容量を高めることができ、またプレート腐蝕を減少させることができる。なお、一般に腐食保護はプレートＰＬ自体の防食被膜によって得られる。
【００３４】
また図４，図５のようにプレートＰＬを液体ＦＬ内に垂直に吊るす代わりに、これらを平均液体表面（ｘ＝０）に平行に配置することができ、この場合波Ｗの輪郭は水平平行帯で切断される。この場合、伝搬する波Ｗによりプレートは時間的に変化して液体に覆われるため、プレートの垂直配置の場合と同様、時間的に周期的な容量経過が生じる。したがってプレートは液体に斜めにも吊るすこともできる。またプレートを波Ｗの伝播方向に直角に配置した場合、同じくパラメトリックな励起が生じるが、しかしこれは妨害される波Ｗの通過により効果が少ないと考えられる。また図２（ｂ）に示すシリンダ状コンデンサを平均液面に垂直に吊した場合、励起は同じくあまり効果的でないが、しかし波Ｗの伝播方向とは無関係である。シリンダ状コンデンサにおいて、その中心軸を波伝播方向に向け、水表面に平行に配置することは、空間的に狭い環境、例えば小川またはその他の流れの表面の波の利用の際に推奨される。この場合半シリンダ状またはその他の形の外被も電荷担体として考慮に値する。
【００３５】
設計例として水面にあり、周囲に空気があり、追加コンデンサーなしの図４による配置の平板コンデンサを備えた本発明の装置の図１（ｂ）による電気振動回路を計算した。
【００３６】
寸法はａ＝２ｍ，ｂ＝１ｍ，プレート間隔ｄ＝２ｃｍ，プレート厚さｓ＝４ｍｍである。これは全体として厚さ２．８８ｍのコンデンサーブロックとなる。例えば長さ１００ｍ以上の港湾ダムをこのようなブロックから構成することができ、港湾中の波を鎮静し、同時に電流を得ることができる。逆に上記のコンデンサブロックあるいはこのようなブロックの列は、波打ちプールで波を作るのに利用することができる。
【００３７】
以下上記の大きさの唯一のブロックのみを観察することとする。平均水深さはＨ＝４ｍ，平均浸漬深さｈ＝１ｍで波長さλ＝４ｍとすると、有効な規模でｂ／λ＝１／４の比が成立する。波の周期Ｔ＝２ｓの場合、共振比Ｔ_ｎａｔ／Ｔ＝２への電気振動回路の調節は、極めて高い自己インダクタンスＬ＝１０００００Ｖｓ／Ａが必要となるが、これは計算上予期される最大０．７Ａの電流強さの場合、充分に技術的標準手段で実現することができる。この場合、４２ｃｍまでの寄せる波の振幅は全くエネルギーに変換されない。波は鎮静されないままである。波の振幅の上昇とともに変換されるエネルギー比率は上昇し、理論的には約５９ｃｍの振幅ですでに、１２ｋＷの寄せる波の全エネルギー含有量に達する。この場合、出る波は振幅０となる。寄せる波の振幅が５９ｃｍを越えると、理論的効率は最初１００％で一定に留まるが、波がコンデンサを完全に浸すと、再び０まで低下する。
【００３８】
もとよりコンデンサに寄せる波と出る波は計算のために理想的に正弦形と仮定し，次に効率の理論的算出の際には、摩擦や加熱および波の反射または散乱は考慮しなかったため、実際には上記よりも少ない効率を予期しなければならない。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように第１発明によれば、容量が荷電担体（プレート、外被、巻線）の間を通って流れる表面波によって直接周期的（周期Ｔ）に変化させられ、またこのコンデンサは電気振動回路の中に取付けてあり、電気振動回路の周期Ｔ_ｎａｔを適切な調整（Ｔ_ｎａｔ≒Ｔ／２）とすることによって、電気振動回路中でパラメータ励起の電気振動が発生し、これを交流電流として負荷に供給でき、あるいは逆に電気エネルギー供給によって指定の振動によって液体に表面波を発生できる。また、発電機を用い、あるいは変形した圧電結晶を用いて液体の波のエネルギーを電気エネルギーに変換する従来の装置と比較して、可動するまたは変形する部材がないため、僅かな磨耗しか受けず、技術的に極めて簡単な方法で実現できるという利点を有している。この場合、アメリカ特許第４６６２５１０号に記された改善のない、通常のパラメトリックな機械の場合に存在するような、パラメータ励起振動の主な欠点、すなわち取り出すことができる電流が不安定性（少なすぎる周期的容量変化の場合は０に消滅し、大きすぎる周期的容量変化の場合は許容されない大きな値まで跳ね上がる）であるという欠点が改善される。すなわち寄せ来る波が、安定した変換を確保するに充分に大きく、また予期される最大消費電力をカバーするに充分なエネルギーを搬送してくるとするならば、このシステムから安定した方法で、負荷が如何なる時点でも必要に足りるだけの電流を取り出すことができる。これはコンデンサーの力反作用により、通過する表面波のエネルギー供給が、表面波を適切な量に鎮静させるため、入る波と出る波の間のエネルギー差は、取り出されたエネルギーと、摩擦または加熱による不可避の損失との合計に丁度相当する。別の利点として、本発明の装置は、例えば港湾中の水といった液体の表面波の適切な鎮静にも援用することができ、この場合発生する電気エネルギーは追加して利用することができる。
【００４０】
さらに作用原理を逆にすることにより、液体に波を発生できる。すなわち電気振動回路を電気エネルギーの供給によって電気振動へと励起するならば、この電気振動はコンデンサーの上記の機械的力作用によって、誘電体として作用する液体に伝達され、液体を振動または波へと励起する。このような配置は例えば波つきプールの駆動に適用できる。
【００４１】
また第２発明によれば、交代した極性が与えられる電荷担体（プレート、外被、巻線）の誘電体のために設けられた中間空間を自由に、また外に向けて開き、この中間空間を部分的に液体の中に浸漬すると、液体（すなわち一般には水）とその上方にある気体（一般には大気）からなる周囲の媒体が、自ら全体として静止配置されたコンデンサーの誘電体として働き、液体の波はそこで気体を完全にまたは部分的に電荷担体の間の間隙から排除し、かくして気体と液体に関して平均された全体の誘電率を変化させ、したがって容量を変化させることができる。
【００４２】
また第３発明によれは、気体（特に空気）と液体（特に水）の他にコンデンサー中に、第３の好ましくは固形の誘電体を間にはさみ、これがコンデンサーの電荷担体の間の間隙中の液体の表面波によって往復運動または上下運動することにより、有効な誘電率を得ることができ、また電荷担体（プレート、外被、巻線）の腐蝕を避けることをできる。
【００４３】
また第４発明によれば、電気振動回路の固有周期Ｔｎａｔと、励起する液体の波の周期Ｔとの比を先ずおおまかに値２に調整し、この調整を自然の水波では避けがたい波周期Ｔの変化に従いおおよそ維持するため、コンデンサーの電荷担体を個別にまたは対にして追加接続または遮断し、あるいは電荷担体を幾つかの互いに絶縁した部分に分解し、これらを必要に応じて接続または遮断することによって、すべての接続した電荷担体の全体の寸法を追加して、表面波の長さに関して調整できる。
【００４４】
また第５発明によれば、電気振動回路の固有周期Ｔｎａｔの微調整は、波の運動により影響されない他の電気振動回路のパラメータの変化によって行うことができる。例えばコイルの自己インダクタンスＬ、あるいは追加のコイルまたは別の必然的に液体に浸漬する必要のないコンデンサの容量Ｃ_Ｏによってである。これらのパラメータ変化および個々の電荷担体またはその部分の接続開閉は、手動、自動制御または自動調整によって行うことができる。
【００４５】
また第６発明によれば、コンデンサの電荷担体を、誘電層によって腐蝕または機械的損傷から保護し、これによって同時に液体のイオン伝導を妨げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の電気振動回路図である。
【図２】本発明の装置のコンデンサの側面図と正面図である。
【図３】本発明の装置のコンデンサの側面図と正面図である。
【図４】本発明の装置のエネルギー変換の説明図である。
【図５】本発明の装置の液体上部に他の誘導体を封入したコンデンサの側面図である。
【符号の説明】
Ｃコンデンサ
Ｌコイル
Ｒ抵抗（負荷）
Ｒ_ＣＵ損失抵抗
Ｕ，Ｕ（−）層電圧勾配
ＰＬ平板コンデンサのプレート
ＳＬシリンダ状コンデンサの外被
ＦＬ液体
Ｗ波
ＭＥＤ他の誘導体

Claims

電気振動回路を形成するコンデンサ、コイルおよび抵抗と、負荷に相当する付加抵抗から構成され、
前記コンデンサは、電荷担体として、所定間隔で液体内に浸漬された、複数のプレートまたは外被または巻線を備え、
前記電荷担体内に周期的に出入りする液体の表面波の作用により前記コンデンサの容量が変化して、交流電流が形成される前記電気振動回路にパラメータ励起の電気振動が発生され、また逆に、電気エネルギーを電気振動させて前記コンデンサへ与えることにより前記液体に表面波を発生させる構成としたこと
を特徴とする液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置。
請求項１記載の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサは、誘電体のための中間空間が外に向かって開いており、また周囲の気体状、液体状または気体状／液体状２相の媒体が、液体液位に応じてすべて気体で、すべて液体であるいは一部気体で一部液体で誘電体として満たされることを特徴とする。
請求項１記載の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサの誘電体が周囲の気体、周囲の液体および少なくとも一つの別の固体または液体の媒体から構成されており、この別の媒体が周囲の液体の表面波の運動によって往復運動し、その際に対応して気体を排除することを特徴とする。
請求項１または請求項２または請求項３記載の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
コンデンサの電荷担体は、複数の電荷担体の要素に分かれており、これらの要素を接続・分離可能な構成としたことを特徴とする。
請求項１または請求項２または請求項３記載の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
電気振動回路の固有周波数を、コイルあるいは追加取付けしたコイルのインダクタンス、追加して取付けたコンデンサの容量により、コンデンサの周囲の液体の表面波の周波数に調節可能な構成としたことを特徴とする。
請求項１または請求項２または請求項３記載の液体の表面波のエネルギーを電気エネルギーに変換する、またその逆のための装置であって、
電荷担体は、誘電体のために設けられた中間空間に対して、追加の固定した誘電層によって絶縁されていることを特徴とする。