JP5824047B2 - 波力エネルギー回収システムの潮調整装置 - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明は、請求項１の前段に記載の波力エネルギー回収システムの潮調整装置に関するものである。

本発明に係る潮調整装置は、例えば、下端がヒンジ結合された板状または帆状の羽根を有する装置に連結して用いられ海水の波力エネルギーまたは潮力エネルギーによって往復運動を起こさせるのに非常によく適している。装置によって集められる波力エネルギーまたは潮力エネルギーは、波力エネルギー変換システムを用いて、例えば、電気エネルギーおよび／または淡水にさらに変換される。

従来技術によれば、さまざまなタイプの波力エネルギー回収システムがあり、これは、基部と、基部に旋回可能に連結され波力または潮力に反応して回転軸を中心に往復または揺動運動を起こす板状の１枚以上の羽根とを装置内に含むものである。その場合、揺動運動は、発電機などを用いて例えば電気エネルギーに変換される。

卓越海洋状態は非常に頻繁に変動するので、公知の波力エネルギー回収システムの効率は概して非常に低かった。いろいろな潮の状況において、しかも穏やかな海洋状態のときや荒れた海洋状態のときの両方で、公知の波力エネルギー回収システムを調整して最大の波力エネルギーを集めることは、極めて困難であった。公知の波力エネルギー回収システムは、通常、このような極端な状態に適切に対処せず、ゆえに総合的な効率は非常に低かった。

１つの問題は、卓越潮状態に応じた羽根の高さの調整であった。海面の高さは干潮と満潮ではしばしば数メートル変化し、揺動する羽根が海底の近くでヒンジ結合されている場合には、すべての潮状況にわたって羽根を最適に使用することはできない。例えば、干潮時に羽根が海底から海面にまで及ぶ場合、満潮時には羽根の上端が海面から離れてしまい、波力エネルギーのうち海面のすぐ下で集められたはずの部分は大きく失われる。同様に、満潮時に羽根が海底から海面まで及ぶ場合、干潮時には羽根の上端が海面より高く延び、したがって視覚的に望ましくないうえに、風が収集力を低下させるので最大量の波力エネルギーを収集する能力を維持できなくなる。

卓越する潮や風の状態に応じた羽根の高さの調整に対する公知の解決方式は、特開平4-358769号公報に示されている。同公報は、海底上にヒンジ結合され波とともに往復運動するように構成された板状羽根を有する装置を示す。羽根の上部にはフロートを有する可動部分があり、フロートは可動部分の上端を常に海面上に保つ。潮位が変化すると、可動部分を有するフロートは潮位に応じて上下に動く。したがって、潮位が高いときにはフロートは上がって、羽根の高さが増す。潮位が低いときにはフロートは下がって、相応して羽根の高さが減る。他の類似のフロート方式と同様にこの解決方式には、荒れた海洋状態に適していないという不利益があり、さらに、荒れた海洋状態に備える調整装置や保護装置は、製造が困難かつ高コストである。この日本公報の方式のさらなる不利益は、卓越する海洋状態に応じて収率を最適化することも平衡させることもしないことである。

本発明の目的は、上述の不利益を除去するとともに、利用できる最大量の波力または潮力エネルギーを取り込めるように、波力エネルギー回収システム用の信頼性の高い効率的な潮調整装置を達成することである。また、本発明の目的は、板状または帆状の羽根の高さおよび／または高さ位置を容易に調節可能な、波力エネルギー回収システムの潮調整装置を達成することである。本発明に係る波力エネルギー回収システムの潮調整装置は、請求項１の特徴部分に示される事項によって特徴づけられる。本発明の他の実施例は、他の請求項に示される事項によって特徴づけられる。

本発明の解決手法は、高度な調整装置によってシステムがさまざまな海洋状態によく適応できるので、エネルギー変換を最大にできるという利点を有する。このようにして、干潮から満潮に至る羽根の動きから得られる最大の力を波力エネルギー回収システムのパワーテイクオフ（PTO）手段に供給することができる。別の利点は、羽根が全体として水面下にあってよいため、望ましくない部分が見えないことである。さらなる利点は、波が小さい穏やかな状態において、本発明に係る調整装置がより多くのエネルギーの取込みに役立つことである。そのうえ、さらなる利点は、潮調整用に既製の潮汐表を使用することできることにある。それによって調整が容易かつ確実になる。そのうえ、さらなる利点は、荒れた海洋状態から装置を保護する制御能力にある。

以下に、添付の簡易概略図面を参照して３つの実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明に係る波力エネルギー回収システムの潮調整装置を使用することができる波力エネルギー回収モジュールを上面図で示す。 本発明に係る板状羽根が最下位置にあるときの正面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る板状羽根が最上位置にあるときの正面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る別の板状羽根が最下位置にあるときの正面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る別の板状羽根が最上位置にあるときの正面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る帆状羽根が最下位置にあるときの上面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る帆状羽根が最上位置にあるときの上面図を簡略な図式的方法で示す。 本発明に係る羽根の高さ調節手段が最下位置および最上位置にあるときの側面図を簡略な図式的方法で示す。

図１には、本発明に係る波力エネルギー回収システムの潮調整装置を使用して海水の波力エネルギーまたは潮力エネルギーのような運動エネルギーを回収することができる波力エネルギー回収モジュール１が示されている。本実施例による波力エネルギー回収モジュール１は、その製造現場において海底に錨で固定され、例えば水盆のいわゆる中間水域に位置している。ここで中間水域とは、国際公開第2004/097212号公報におけるのと同じ領域、すなわち水盆領域、一般的には波長の0.5にまで及ぶ、いわゆる砕け破線と浅水域の間の深さ範囲の海洋領域を指す。中間水域において、最卓越波長に対する水深の関係は1/2〜1/20の間である。その水域において、水の深さは通常約8ｍ〜20ｍであり、潮によって生じる水面の高さは数メートル変動する場合がある。その製造現場において、波力エネルギー回収モジュール１は、海の波の運動エネルギーを回収して、運動エネルギーを電気エネルギーに変換できる。また、波力エネルギー回収モジュール１は海水から淡水を作ることができる。

波力エネルギー回収モジュール１は、少なくとも、基部として機能する本体２と、本体２に取り付けられ波力エネルギーを回収する１つ以上の回収ユニット３と、回収ユニット３により回収されるエネルギーを集める収集手段3cと、収集したエネルギーを転送してさらなる使用を図るケーブル４と、保護カバーを備え波力エネルギー回収モジュール１のすべての回収ユニット３を少なくとも収集手段3cに連結するケーブルトラフ５とを有する。

本体２は、例えばコンクリートまたは鋼鉄で作られ、一群の浮き区画、乾燥状態に保つ機器および機械室、ならびに本体２の両端にある弁区画からなる。弁区画には、空気用の充填弁および放出弁、ならびに水用の充填弁および放出弁がある。水および空気をすべての浮き区画および弁区画に送ることができるように、水導管および空気管が各区画の分離壁を貫通して取り付けられている。波力エネルギー回収モジュール１は、そのコンクリートまたは鋼鉄の構造が重いため、浮き区画が水で満たされると、海底で安定状態を保つ。対応して、浮き区画は、浮き区画が空気で満たされると、本体２が水面に浮き上がれるほど十分に大きい。

各回収ユニット３は、少なくとも、波力エネルギー回収モジュール１の本体２上にヒンジ結合された板状または帆状の羽根要素3aと、波力エネルギーの回収手段またはパワーテイクオフ（PTO）手段3bとを有する。羽根要素3aは、波の運動エネルギーに起因する往復運動をするように構成されている。また、回収されたエネルギーは、本体２内にあるエネルギー貯蔵場に保存されるか、または収集手段3cおよびケーブル４を介して次段の装置の使用のために移送される。次段の装置は、例えば、沿岸にある収集ステーションでよい。波力エネルギー回収モジュール１により生成される淡水は、波力エネルギー回収モジュール１の本体２内にある容器に貯蔵することができ、さらなる使用のために随時供給される。

図２および図３において、本発明に係る２枚の板状羽根3aを有する回収ユニット３が簡略な図式的方法で示され、羽根は最下位置および最上位置にある。図２では、両方の羽根3aが最下位置にある。図３では、第１の羽根3aが最上位置にあり、第２の羽根3aは最下位置にある。第１の羽根3aだけが上下に可動で、第２の羽根3aは固定されていてもよいが、好ましくは、羽根3aの両方とも上下に可動である。これによって調整がより効果的になる。

本体２には、羽根3aの１対の支持手段６が１対のヒンジ手段6aによってヒンジ結合され、この本体も簡略な図式的方法で示されている。羽根3aは、垂直方向に別々に動かせるように支持手段６に個々に緊締されている。羽根3aの垂直動作は、垂直方向に延伸可能な支持手段６により実現される。支持手段６は、例えば、２本、３本、またはそれより多数の延伸可能なシリンダ部分を有する液圧シリンダを含む。

この種の回収ユニット３は非常に用途が広い。干潮のときには、羽根3aは両方とも、図２に示すように始終最下位置まで降りる。これに対し、満潮のときには、通常の卓越海洋状態であれば、両方の羽根3aはともに最上位置まで上昇するか、または状態に応じて羽根3aのうちの１枚が最上位置まで上昇し、別の羽根3aはいくらかより低く上昇するかして、できるだけ多くの波力エネルギーを獲得するようにする。卓越海洋状態が穏やかであっても、海面に近い方の水と比較して同じ相内で水が動かない海底付近で水の抵抗をできるだけ最小にするには、両方の羽根3aがともに最上位置まで上昇する。そして最後に、卓越海洋状態が荒れているときには、羽根3aのうちの１枚が最上位置またはその近くまで上昇し、別の羽根3aは最下位置まで下げて、海底近くの水の抵抗をできるだけ最大にして荒天の水の力に抵抗するようにする。後者の状況は図３に示されている。

図４および図５において、本発明に係る板状羽根3aを有する別の回収ユニット３が簡略な図式的方法で示され、羽根は最下位置および最上位置にある。図４では羽根3aは最下位置にあり、図５では羽根3aは最上位置にある。本体２には、羽根3aの１対の支持手段６が１対のヒンジ手段6aによってヒンジ結合され、この本体も簡略な図式的方法で示されている。羽根3aは、垂直方向に上下動できるように支持手段６に緊締されている。羽根3aの垂直動作は、垂直方向に延伸可能な支持手段６によって実現される。支持手段６は、例えば、２本、３本、またはそれより多い延伸可能なシリンダ部分を有する液圧シリンダを含む。

図６および図７において、本発明に係る帆状羽根3aを有するさらに別の回収ユニット３が簡略な図式的方法で示され、羽根は最下位置および最上位置にある。図６では羽根3aは最下位置にあり、図７では羽根3aは最上位置にある。本体２には、羽根3aの１対の支持手段６が１対のヒンジ手段6aによってヒンジ結合され、この本体は図示されていない。羽根3aの上端８が垂直方向に上下動できるように、羽根3aは支持手段６に緊締されている。羽根3aの上端８の垂直動作は、垂直方向に延伸可能な支持手段６により実現される。支持手段６は、例えば、２本、３本、またはそれより多い延伸可能なシリンダ部分を有する液圧シリンダを含む。

帆状羽根3aの下端は、支持手段６の両方に固定的に緊締された水平枠９内に配置されたロールに巻かれる。高さ調整は、支持手段６によって実現され、これは、支持手段の上端を上方へ延ばし、同時に羽根3aの上端８を上方へ必要な高さ位置まで上昇させることにより行われる。帆布は、上昇中、対応する量がロールから繰り出される。帆布は、上端８が降ろされるとき、対応する量が枠９のロールに巻き戻される。

図８において、本発明に係る羽根3aの高さ調節手段として働く支持手段６は、その最下位置および最上位置で示されている。支持手段６の下端は、波力エネルギー回収モジュール１の本体２にヒンジ6aによってヒンジ結合されている。この例では、支持手段６は作動手段として液圧シリンダを含むが、作動手段は他の種類のアクチュエータ、例えば、ラックピニオンシステム、または線形アクチュエータもしくは同種のものでもよい。

羽根3aの昇降および位置は、さまざまな方法で制御することができる。１つの方法は、十分に正確な予測を含む公開潮汐表を使用して、水面に対応する羽根3aの高さ位置を制御する簡単で信頼性のあるやり方をとることである。潮汐表のデータは、波力エネルギー回収モジュール１のコンピュータデータベースに入力され、継続的に用いて羽根3aの高さ位置を制御することができる。潮調整を制御する別の方法は、圧力センサ７または同種のものを使用して水面の現在の高さを測定することである。これらの２つの方法を一緒に用いることもできる。板状羽根3a、または帆状羽根3aの上端８を上方または下方へ動かすときに、高さ位置を最上の高さ位置と最下の高さ位置の間で無段階に調整することができる。羽根3aの昇降を制御するすべての方法に対する共通の特徴は、波力エネルギー回収モジュール１の位置制御手段10によって制御が行われることである。位置制御手段10は、波力エネルギー回収システムの制御システムに接続され、羽根3aの高さ位置を監視し、あらゆる状況において位置をできるだけ最適に保つ。

本発明に係る波力エネルギー回収システムの潮調整装置はまた、卓越海洋状態を認識する検出手段11も有する。検出手段11は、波力エネルギー回収システムの制御システムに接続され、卓越海洋状態にできるだけ適した高さに羽根3aを配置するための情報を提供することによって、エネルギーの取込みを最大にするように構成されている。検出手段11はまた、海洋状態の強さに応じて海底により近く羽根3aを降ろすための情報を提供するように、また、穏やかな海洋状態では水面に近く羽根3aを上昇させて波力エネルギーの取込みを最大にする命令を与えるように構成されている。

本発明は上述した実施例に限定されず、以下に示される請求項の範囲内で変更し得ることが当業者に明らかである。したがって、例えば、波力エネルギー回収ユニットは構造が変更可能である。

Claims (8)

1. 少なくとも本体と、ヒンジ手段と、該ヒンジ手段によって前記本体に下端部がヒンジ結合され波または潮流の運動エネルギーに応じて往復運動する羽根と、パワーテイクオフ（PTO）手段とを含む波力エネルギー回収システムの潮調整装置において、該装置は少なくとも、前記本体および／または前記ヒンジ手段に対する前記羽根の垂直位置を変えることができる支持手段を含むことを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
2. 請求項１に記載の潮調整装置において、該装置は、前記羽根の垂直位置の変更を制御する位置制御手段を含むことを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
3. 請求項１または２に記載の潮調整装置において、前記羽根の垂直位置の変更を制御する位置制御手段は、利用できる潮汐表のデータを使用するように構成されていることを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
4. 請求項１または２に記載の潮調整装置において、前記羽根の垂直位置の変更を制御する位置制御手段は、水面の現在の高さを通知するように接続された圧力センサまたは同種のもののデータを使用するように構成されていることを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の潮調整装置において、該装置は卓越海洋状態を認識する検出手段を含み、該手段は、前記波力エネルギー回収システムの制御システムに接続され、前記卓越海洋状態にできるだけ適した高さに前記羽根を配置することによってエネルギーの取込みを最大にするように構成されていることを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の潮調整装置において、卓越海洋状態を認識する検出手段は、前記海洋状態の強さに応じて海底により近く前記羽根を降ろす命令を与えるように構成されていることを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の潮調整装置において、卓越海洋状態を認識する検出手段は、穏やかな海洋状態における前記波力エネルギーの取込みを最大にするために、水面により近く前記羽根を上昇させる命令を与えるように構成されていることを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の潮調整装置において、前記羽根の高さ調整装置は、機械的もしくは電気的であって前記羽根の動き、速度もしくは位置のいずれかに自動的に応動し、または高さ調整は制御プログラミングに基づくことを特徴とする波力エネルギー回収システムの潮調整装置。

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