JP5268903B2 - 波力装置及び非常用発電機としてのその装置の使用 - Google Patents

Description

本発明は、互いに連接する浮力体のアレイが、その中で波動に曝されるように大量の水の上に配置可能又は部分的に水に浸漬可能であり、少なくとも１つのエネルギー発生手段が、アレイ内の移動可能リンクに関連付けられて配置され且つ個々のリンクの一部をなし、このリンクが、発電機の固定子によって構成される又は固定子に連結される第１の蝶番部分と、発電機内の回転子によって構成される又は回転子に連結される第２の蝶番部分と、リンク軸とを有する蝶番として形作られる、波力装置に関する。

従来技術を説明するために、とりわけ以下の文献、すなわち
−発電機ハウジング及び発電機回転子軸を使用して蝶番連結される浮力体に関する英国特許第２０９１８１５号、
−各リンクが発電機として構成され、リンクの間に各々が浮力体として構成される連結要素が延びる解決策に関するドイツ国特許第４３１０９９７号、
−フロート間の互いの動きがエネルギーに変換される、これらのフロートのアレイについて記載している米国特許第４２１０８２１号、
−波動の動きが磁石をコイルに沿って上下に移動させるブイに関するドイツ国特許第４３３８１０３号、
−レバーと支点並びに弾性手段をも介して磁石を電気コイルを有する固定子の隙間を出入りして移動させるフロートに関する英国特許第２４０２５５７号、
−１つの解決策がリンク内に移動可能な尾部と直線発電機を伴う水中翼を含む、２つの解決策について記載している英国特許第２３３８８３９号を参照することができる。

一般的な従来技術のさらなる説明として、以下の文献、すなわち
−浮力体と一緒に共同して装置を構成する、要素のアレイ内のリンクと相互作用する流体圧縮機又は流体ポンプに基づく波力プラントに関する米国特許第１０７８３２３号、米国特許第４６８６３７７号及び欧州特許第００３５３４６号について述べることができる。

波力は、設備の所在地及び技術に応じて、波動エネルギーに大きな潜在力がある再生可能なエネルギーであるというメリットを有する。この利点は、波力によって電気エネルギーを得ることが可能であり、それによって化石燃料の燃焼からのＣＯ_２排出を回避することである。しかしながら、波力は限られた範囲で利用されているにすぎない。これは、均一でないエネルギー生成、コストが掛かり且つ露出された施設、施設から陸上の消費者までのしばしば長いエネルギー輸送ルート、沖合設置及び組み立て作業に関連する困難性などの要因に起因する。

波動エネルギーを最適利用するために、上下に移動する面積が可能な限り大きいことが重要である。したがって、従来の解決策は浮力体をリンクの間に配置することであり、これは結果として連結要素が扱い難くなり、損傷を容易に受けやすくなり、且つ製造するのに高価になる可能性がある。この理由は最もしばしば、力を変換すべき設備が重く且つ浮力を必要とし、したがって浮力体の形態は、リンクと関連し且つ場合によっては浮力体に沿ってある距離だけ延びる力変換設備に適合させなければならないことであった。しかしながら、取り扱いの点から見て、総重量をできるだけ減少させること、同時に、製造コストを削減し、組み立てを単純化し、悪天候の下でさえ取り扱い及び海中への進水をより容易にし、且つ装置全体を構成するモジュールのより簡単な保管が可能になるモジュール化された構造を可能にすることも重要である。しかし、これは、以前の構造の場合、この分野で多くの知られた技術が存在するにもかかわらず、可能であることが実証されていない。

知られた解決策のうちの多くは、容易に磨耗に曝され、特に交換するのが複雑な部品を使用する。知られた装置の構成部品の多くは、波動エネルギーの変換に実際には寄与しない。というのは、従来のフロート解決策は一般に海底にアンカーで留められ、発電機の部品がフロートの上下の動きに伴って互いに移動するとき電力を発生させる発電機を有するからである。できるだけ回避すべきことは、海底に伝達される力、したがって同様にエネルギーである。

さらに、波力プラントが強風及び高い波高を伴う強烈な天候状態に確実に耐え得るようにすることが不可欠である。波力プラントが海岸地域に近く配置できる場合でさえ、可視の海岸地域から離れて機能することも可能でなければならない。したがって、海にある波力プラントも、容易に展開され且つ回収され、同時に頑丈であるにもかかわらず軽量な構造を有することが重要である。

したがって、本発明の目的は、知られた解決策の明らかな欠陥又は欠点のうちのいくつかを是正する装置を提供することであり、したがってこの目的は、装置の展開及び回収が簡単且つ迅速であり、装置をモジュールで構成することができ、輸送中船舶に積み込まれるとき、装置が比較的小さなスペースしか必要としない、電力を直接発生させることができる装置を可能にすることである。

上述の装置は、本発明によれば、リンク間に、且つ各端部と最も近接するリンクとの間に、浮力を全く有さない又は限られた浮力しか有さない連結要素が延びること、アレイの各端部が、その端部に取り付けられる又はその端部に付随する連結を有するかのいずれかである少なくとも１つの浮力体に割り当てられること、及び、浮力体はリンクに割り当てられ、各々が以下の手段、すなわち
−前記リンク軸、
−リンク軸の部品、
−各リンクに取り付けられた、又は各リンクのところにある浮力体又は複数の浮力体、
−各リンクのそれぞれの端部区域のところにある、又は端部区域に取り付けられた浮力体、及び
−各リンクに対する付随する連結を有する浮力体
のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とする。

本装置の追加の実施例は添付の従属請求項、及び添付の図面を参照する以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による装置の第１の動作モードを示す図である。 図１に示す装置の上面図である。 本発明による装置の第２の動作モードを示す図である。 本発明による装置の第３の実施例を示す図である。 本発明による装置の第４の実施例を示す図である。 リンク軸を有する本発明による装置の断面の側面図である。 発電機の回転子部分及び固定子部分の組み立て前の図８の断面ＶＩＩを示す図である。 図２に示すような装置の断面の上面図である。 図２及び図６〜８に示す解決策の改変を示す図である。 図２、６〜８及び９に示す装置の別の改変を示す図である。 装置に含まれる発電機とエネルギー消費者との間の接続をブロック線図の形態で示す図である。

図１〜５は、互いに相互連結されるフロート２、３、４、５、６のアレイが中で波動に曝されるように大量の水７の上に配置可能な、又は部分的に浸漬可能な、波力装置１を示す。フロートのいくつかはアレイ内の移動可能リンク８、９、１０と関連し、又はそれらの一部を形成する。図７〜９により詳細に示すように、これらの移動可能リンク８〜１０の各々の中に、選ばれた実施例ではｎ＝１６である、エネルギー発生手段１１、１２；１１_１〜１１_ｎ、１２_１〜１２_ｎが配置される。部品１１は固定子を形成することができ、一方部品１２は回転子を形成することができる。

図６〜８による略図の発電機は、述べたように、固定子１１と回転子１２から構成される。基本的に、この固定子と回転子は共に、発電機が耐久性且つ耐水性であるように、周囲から電気的に絶縁されるべきである。固定子が複数の平行な環状体から構成され、各体は誘導コイルを収容する複数の互いに電気的に分離されるセグメントに分割されることが考えられている。回転子１２が同様に複数の互いに平行な環状体から構成され、各体は永久磁石材料又は従来型の磁石のセグメントを備え、したがって、回転子が固定子に対して移動するとき、絶えず変化する場が固定子の誘導コイル内に生じることになることがさらに考えられている。各発電機の固定子は交流を発電するが、それぞれの発電機からの電流は必ずしも同相でないことになる。

部品１１及び１２は、リンク軸１３が貫通して延びることができる貫通孔を有する。このリンク軸は、回転子１２がリンク軸１３及び固定子１１に対して移動するのを可能にし、或いは固定子１１が回転子１２及びリンク軸１３に対して移動するのを可能にするように、固定子１１又は回転子１２のいずれかに固定されるのが好都合である。しかしながら、このリンク軸が単純にその端部のところで限定され、リンクが上下移動するとき固定子及び回転子の両方がリンク軸の周りを移動可能であることも考え得る。この場合リンク軸は、浮力体として構成されるのが好都合であり、この浮力体は中空であることができ、（例えば、押し出しによって作られる）内部リブを有する筒状であることができ、或いは筒状であり且つ補強材料、例えばフォーム・プラスチックで充填することができる。多くの場合に、各リンク及びアレイの両端部に伴う追加の浮力体が特別に必要になる場合がある。

エネルギー発生手段１１、１２は、個々のリンクの一部分を構成する。このリンク８〜１０は蝶番の形状にされ、蝶番部分内の第１の蝶番部分は発電機の固定子によって構成され、第２の蝶番部分は回転子１２によって構成される。図示の実施例では、蝶番のリンク軸１３はそれぞれ固定子１１と回転子１２の中央を貫通して延びることになる。

図９に示す１つの代替では、蝶番部分内の第１の蝶番部分は発電機１５の固定子１４に連結され、第２の蝶番部分は回転子１６によって構成され、又は回転子１６に連結される。この解決策では、蝶番が発電機駆動軸によって構成されるリンク軸１６’を有することも考え得る。このように形成される個々の発電機は、それぞれの参照数字３５’、３６’、３７’を使用して示される。

図１０に略図で描かれる他の代替では、連結リンク３８、３９はそれぞれの蝶番部品３８’、３９’及び共通の軸４０を介して互いに移動可能に一緒に蝶番で繋がれる。図示の実施例では、軸４０は蝶番部分３８’に固定して取り付けられ、一方蝶番部分３９’は、蝶番部分３８’及び軸４０に対して移動可能である。軸４０は、浮力体を形成するように全体的に又は部分的に中空であることができる。所望の場合、それは内部リブを有することができ、或いは例えばフォーム・プラスチックの軽い補強充填材料で充填することができる。発電機４１及び４２の発電機ハウジングは、取付物３９’’、３９’’’によって連結リンク３９に固定され、一方それぞれの発電機駆動軸４１’、４３’は、軸４０に軸方向に位置合わせされ、且つ軸４０に固定して取り付けられる。浮力体４２、４２’は、それぞれの発電機４１、４３に対して設けられる。波動がリンクのそれぞれの２つの主要部分３８、３９にそれらの互いの角度を変化させるとき、枢動軸４１’、４３’はそれぞれの発電機ハウジングに対して回転し、それによって電力が発電機から発生する。

発生する電力は、交流、すなわち波動周波数の関数として極性が交互する直流になるので、したがって、個々の発電機３５、３６、３７又は３５’、３６’、３７’又は４２、４３（アレイ内により多くのリンクが存在する場合はより多くの発電機）からの電流が、図１１に示すような整流器部分４４に届けられ、そこで整流されることが必要であろう。図９にさらに示すように、整流器部分４４は、装置の端部に、すなわち整流されたエネルギーが次いで直流として直接消費者４５（図１１参照）に、或いはインバータ４６を介して交流電流の供給として消費者に供給される前に配置されるのが好都合である。

図２及び９に示すように、アレイ内の個々のリンクは、連結要素１７〜２０によって連結される。正常な状況では、これらの連結要素はほとんど又は全く自然の浮力を有さず、浮力が蝶番リンクそれ自体のところに、且つ発電機が全くないアレイの端部区域にもあることが望ましい。述べたように、このリンク軸それ自体が、それが中空である又はリンク軸の空洞を充填する浮力材料で充填されているという理由で、効果的な浮力体を形成することができる。

図１及び２に示す解決策では、アレイがその一端部１’で大洋底／海底２１に線又はチェイン２２を介して係留され得るように設計される目的が意図されている。発電機からの電力ケーブル２３は、線２２に従って海底まで行きそこから進んで使用者の場所に届けられるか、或いは、例えば海岸の使用者施設まで海に部分的に浮かんで横たえられるかのいずれかが可能である。

図３は、アレイがその一端部１’’のところで地形２４に連結できるように設計されるのを示す。そのような地形２４の１つは、潮差に影響されずに水域の表面上に常に突起する地形、又は潮差に影響されずに水域の表面下にある地形からなることができる。この場合、電力ケーブル２３’は、直接地形２４まで届けることができる。

図４に示す使用と関連して、この目的は、この装置が浮遊する船／船舶２５用の非常電源として働くことができるようになることを示すことである。これは、おそらくは、この船がエンジン故障を有し、したがって船上の発電機が最早発電しない場合に適切なものとなる可能性がある。この場合、装置１のアレイは、一端部１’’’で船／船舶２５に連結することができる。好都合な実施例では、装置１は、全てのリンクのところでリンク軸を引き抜くことによって容易に分解され、或いは装置はリンクのところで容易に折り畳める。したがって、この装置はその使用が必要でない場合、容易に船上に積み込むことができる。

図１〜４に示す解決策では、リンク軸それら自体が浮力体を形成できることになるが、追加の浮力体をリンクのところとアレイの端部に加えることも勿論可能であることが意図されている。

図５に示す解決策は図１に示すものに似ているが、追加のフロートがリンクのところとアレイの両端部に配置されていることが分かるであろう。これは、図１０に見ることができる例示的な実施例に対しも極めて適切なものとなる可能性がある解決策である。

図５に示す解決策では、この装置は自然な、不十分な浮力しか有さず、おそらくは水表面下にわずかに沈む可能性があることが予想され、この場合アレイ内のリンクの各々及びアレイの両端部が少なくとも２つのフロート２６、２７、２８、２９、３０から吊り下げることができる。ある状況では、特に船舶の往来が装置と衝突するリスクが全くない場合は、この解決策は適切である可能性がある。

要素のアレイ内に含むべき要素を任意選択で標準化するために、連結要素１７〜２０などの連結要素は、例えばａ）２つの組み合わせ可能なタイプ、すなわち、ａ１）両端に固定子とａ２）両端に回転子を有するタイプ、ｂ）一端に固定子のみ、もう一端に回転子のみ有するタイプ、及び／又はｃ）ｃ１）一端にのみ回転子を又はｃ２）一端にのみ固定子を有するタイプの、例えば、標準化されるモジュールのものであることができる。タイプｃ）のモジュールは、アレイの外側端部が高価な作動しない回転子部分又は固定子部分を含まないように、アレイの端部要素用に特に適している。

上述のように、リンクの間に、且つその上アレイの両端部と最も近接するリンクとの間に浮力を全く有さない又は限られた浮力しか有さない連結要素が延びることができるように、浮力体がアレイ内の前記リンク内に配置され、前記リンクのところに配置され、又は前記リンクから吊り下げられるのが好ましい。

図１〜９を参照すると、前記フロート又は浮力体の各々が以下の手段、浮力体として構成される前記リンク軸１３、リンク３〜５に取り付けられる浮力体２７〜２９、前記連結要素の両端部に取り付けられる浮力体２６、３０、リンクの各端部区域及び装置の両端部に取り付けられる浮力体、及び図５に示すような各リンク及び装置の両端部に付随する連結を有する浮力体のうちの少なくとも１つによって構成されることが理解されるであろう。

図１０は、発電機がリンク軸の各端部にそれらの駆動軸によって固定され、且つそこの浮力体が発電機ハウジングに固定され又はそれを取り囲むのを示す。

本発明による装置がカバーするであろう面積にかかわらず、例えば、アレイの少なくとも一端部に固定されるレーダー反射器、発光体、標識棒、無線送信機及び標識気球の群から選択される適切な印３３を装備することが重要であろう。

場合によっては、装置が搭載場所に対して方向的に安定になるように、装置に少なくとも１つの竜骨（ｋｅｅｌ）３４を設けることも好都合である可能性がある。

Claims (8)

1. 波力装置であって、互いに相互連結する浮力体のアレイが、その中で波動に曝されるように大量の水の上に配置可能又は部分的に水に浸漬可能であり、少なくとも１つのエネルギー発生手段が前記アレイ内の移動可能リンクに関連付けられて配置され前記個々のリンクの一部をなし、前記リンクが発電機の固定子によって構成される又は固定子に連結される第１の蝶番部分と、前記発電機内の回転子によって構成される又は回転子に連結される第２の蝶番部分と、リンク軸とを有する蝶番として形作られる波力装置において、
   前記リンク間に、且つ各端部と最も近接するリンクの間に、浮力を全く有さない又は限られた浮力しか有さない連結要素が延びること、
   前記アレイの各端部が、前記端部に取り付けられた又は前記端部へと垂れ下がる連結部を介して取り付けられた少なくとも１つの浮力体に割り当てられること、及び
   各リンクは少なくとも１つの浮力体を有するか又は少なくとも１つの浮力体に連結されていることを特徴とする、波力装置。
2. 各リンク内の前記固定子及び前記回転子が、前記リンク軸に対して双方とも移動可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記固定子又は前記回転子が前記リンク軸に固定して取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記リンク軸が前記蝶番部分の１つに固定して取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記（複数の）発電機の駆動軸が前記リンク軸に取り付けられ、前記（複数の）発電機のハウジングが前記第２の蝶番部分に固定して取り付けられることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 各連結要素が、両端のところにある固定子、両端のところにある回転子、一端のところにある固定子ともう一端のところにある回転子、及び一端のところにのみある回転子又は固定子から選択される少なくとも１つの発電機部品を装備する、又は発電機部品に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記リンク軸が、前記固定子及び回転子の中央をそれぞれ貫通して延びるか、発電機駆動軸によって構成されるか、又は前記リンク軸の少なくとも一端部が発電機駆動軸と軸方向に位置合わせされ且つ連結されるように前記蝶番部分を接続するかのいずれかであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
8. 船又は船舶用の非常発電機として使用するための、請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置の使用。
   

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