JP6130848B2 - 波力発電機 - Google Patents

Description

本発明は、波エネルギーをより容易に使用可能なエネルギーに変換することにより、水域内の波からエネルギーを抽出するよう使用可能な発電機に関する。

近年、再生可能エネルギーが世界的なエネルギー生産にかなり貢献するように、再生可能エネルギーを開発する必要性がより強調されてきている。政府の目標、再生不可能なエネルギー源に関連する問題のメディアの表現、およびこれまでのエネルギーコストの上昇が全て組み合わさって、再生可能エネルギーシステムの開発への強い推進力を生んだ。

我々の環境における化石燃料の悪影響は、核エネルギーに関する問題および高いコストと同様に、よく知られている。他方で、非常に大量の自然の再生可能エネルギーの利用は、それを経済的に実行可能な価格で捕捉および供給する我々の能力によって制約されるにすぎない。

１つの可能性がある再生可能エネルギー源は、波力−世界中の大洋および海の全てで可能な、豊かで一定のエネルギー資源である。波力からエネルギーを生成する種々の波装置が提案されてきたが、そのような装置は多くの制限を有し、長期間にわたり可能な波力資源を確実に利用する能力を証明した装置はない。

我々は、ＷＯ２０１０００７４１８号で、波運動を有用なエネルギーに変換する向上された発電機を開示した。開示された発電機は、潜水可能な反応体を使用して、既存の波エネルギー変換器に関連する多くの困難を解決する。

しかし、ＷＯ２０１０００７４１８号で開示された波エネルギー変換器は、さらに改良の可能性がある。具体的には、ＷＯ２０１０００７４１８号で記載および図示された機器は、継続的にずっと海面にとどまるエネルギー捕捉フロートを有する。これは、嵐のような高エネルギーの状態では、フロートが高い負荷にさらされることを意味する。これらの高い負荷を構造および電力切断システムによって管理しなければならず、高価な機器の過剰性能をもたらす。

我々は、水域内の波運動を有用なエネルギーに変換する発電機を考案した。発電機は、メイン電力捕捉フロートが、定格電力を得るため発電機に必要とされるよりエネルギーが多い海況でより少ないエネルギーを捕捉することを可能にする、調節可能な幾何学構造を有する。

さらに、我々のシミュレーション作業は、機器の幾何学構造を変える能力が、システムを調整して異なる海況に最適に反応することを可能にすることを示した。前記ＷＯ２０１０００７４１８号に記載された既知の発電機は、波運動に反応して移動可能な少なくとも１つのエネルギー捕捉フロートと、エネルギー捕捉フロートの下方に位置決められた反応部材と、エネルギー捕捉フロートを反応部材に接合し、エネルギー捕捉フロートと反応部材の間の間隔を形成する１つまたは複数のコネクタと、水面下の反応部材とそれぞれのエネルギー捕捉フロートの間の相対的な移動を有用なエネルギーに変換するエネルギー変換手段とを備える水域の波運動を有用なエネルギーに変換する発電機を含む。

本発明によると、発電機は、水域内で予め定められた範囲にわたり反応部材の深度を設定する適応可能な設定手段を有する。設定手段はさらに、水域の水底からの反応部材の高さを設定するよう構成される。

「深度を設定する」ことにより、我々は変更可能なやり方で正確な深度を選択および固定が可能な方法での制御を意味する。言い換えれば、深度の変更が望まれる場合、さらに正確な深度を選択および固定が可能なように、設定手段を適合、変更および制御してもよい。

第１の本発明の実施形態で、深度設定手段は、それぞれの浮力フロート（エネルギー捕捉フロートの補助でありエネルギー捕捉フロートとは異なる）にそれぞれ取り付けられた、調節可能な長さの適応性のある（しなやかな）少なくとも１つの取付線を備える。この実施形態では、発電機は、水域の水面上の補助フロートにより補助された正味の負の浮力を有する。

第２の本発明の実施形態で、深度設定手段は、反応部材を水域の水底Ｂに調節可能に固定する、調節可能な長さの適応性のある少なくとも１つの係留線を備える。この実施形態では、発電機は、適応性のある係留線の張力に対抗する正の浮力を有する。

いずれの実施形態でも、深度設定手段が１つまたは複数のウィンチにより反応部材に連結されるのが望ましい。

本発明による発電機のコネクタが、適応性のある線または適応性のある線のそれぞれのためのそれぞれのプーリにより反応部材に据え付けられた、少なくとも１つの線を有するのが望ましい。また、線または線のそれぞれが調節可能な長さであり、長さの調節は通常それぞれのドラムの周辺の線または線のそれぞれを巻くことにより得られることが望ましい。よって、反応部材とエネルギー捕捉フロートの間の距離を、それぞれのドラムにまたは離してコネクタ線を巻くことにより調節可能である。

本発明の望ましい実施形態で、反応部材とエネルギー捕捉フロートの間の距離（または垂直方向の間隔）、および従って水域内のエネルギー捕捉フロートの深度の影響を受けない調節を可能にするために、コネクタは調節可能な長さであることが望ましい。（コネクタと水平線の間の鋭角のような）接合具の幾何学構造を選択的に変更可能であるように、コネクタを反応部材に調節可能に据え付けることが、さらに望ましい。接合ポイントの反応部材にわたる移動を可能にするそれぞれの軌道内の、反応部材への（プーリのような）少なくとも１つのメイン接合ポイントによる調節可能な据え付けが望ましい。プーリは、例えば、（プーリ上の駆動ピニオンおよび反応部材上の相補的な固定ラックのような）ラックおよびピニオンの配置により軌道内を移動可能であってもよい。

よって、プーリを、反応部材の外周へ、または外周から離して移動してもよい。それぞれのプーリを外周へ移動するにつれ、コネクタと水平線（通常は反応部材の頂面の方向と同一）の間の内角（一般的に鋭角）は減少する。このプーリ位置の調節は、エネルギー捕捉フロートと反応部材の間の距離に影響する。そのような調節を、コネクタ線の長さの調節と関連して、またはコネクタ線の長さの調節により補正して行ってもよい。

（通常は反応部材からエネルギー捕捉フロートへの空気供給、および本発明による発電機が配置される（海のような）水域の水面から反応部材への空気供給の準備によりエネルギー捕捉フロートが含む空気および水の比率を変えることにより、エネルギー捕捉フロートを、その質量を変えるよう構成することが望ましい。

反応部材が、反応部材が浮力フロートからぶらさげられる少なくとも１つの水面下の作動モード、および反応部材が水域の水面上に浮かぶ最大浮力モードを含む、調節可能な浮力および複数の浮力モードを有することがさらに望ましい。これらの複数の浮力モードのいずれでも、反応部材が慣性および抗力を有し、波運動により引き起こされるエネルギー捕捉フロートの可能性がある移動に対抗するべきである。

望ましい本発明の実施形態を、添付の図を参照して詳細をさらに記載する。図内では、同一の部分は同一の参照番号で全箇所で示す。図の明瞭性を損なうことを避けるため、全ての図で全ての部分を示すわけではない。

水域（一般的に海）の水面上にあるときの、本発明による波発電機の望ましい実施形態の斜視図である。 その水域の水面下に潜水したときの、図１の波発電機の斜視図である。 水域の水底に係留された、図２のエネルギー変換器を示すさらなる斜視図である。 本発明による波発電機の作動サイクルを概略的に示す。 図１に示された波発電機の部分を形成するエネルギー変換器のうちの１つの詳細をさらに示す。 本発明による波発電機の例示的な水圧回路を示す。 小さな波の水面近辺の本発明による波発電機の動作を示す。 大きな波の水中の本発明による波発電機の動作を示す。 嵐の波の水中深くの本発明による波発電機の動作を示す。 反応部材とエネルギー捕捉フロートの間の距離（間隔）が比較的短い、本発明による波発電機の動作を示す。 反応部材とエネルギー捕捉フロートの間の間隔が比較的長い、本発明による波発電機の動作を示す。 本発明による例示的な波発電機を使用する反応部材とエネルギー捕捉フロートの間の種々の距離において得られる電力捕捉を示すグラフである。 プーリが互いに最も遠く離間された、第１の配置のプーリのさらなる詳細を示す図７の図と同様の図である。 プーリが比較的近いさらなる配置にある、プーリの詳細を示す図７の図と同様の図である。 図２の配置における、ラックおよびピニオンおよびプーリ５ａの拡大図である。 相当水がなく、従って低質量のフロートを示す、本発明による発電機の断面図である。 実質的に満水で、従って高質量のフロートを示す、本発明による発電機の断面図である。 係留線の伸延により反応部材が調節すなわち浅い深度に設定される、さらなる実施形態の図である。 係留線の短縮により反応部材が調節すなわち深い深度に設定される、図１８の実施形態を示す。

まず図１および図２を参照すると、本発明による例示的な波力発電機が示され、波力発電機は、潜水可能な水底反応部材１、波に反応して移動するエネルギー捕捉フロート２、反応部材１上に据え付けられた一連のエネルギー変換器３ａ、３ｂ，３ｃ，３ｄ、および、エネルギー捕捉フロート２をそれぞれのプーリ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを介してそれぞれのエネルギー変換器３ａ、３ｂ，３ｃ，３ｄへ接合する、調節可能な長さのそれぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを備える。それぞれのプーリはそれぞれの軌道６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ上に調節可能に据え付けられ、それによって、それぞれのプーリを反応部材１の外周へ、または反応部材１の外周から離れてのどちらかへ移動することが可能である。

図１に示された配置で、エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の間隔が最小であるように、それぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、それぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ上の（ドラム１１ａのような−図５参照）ドラムの周辺に最大限または最大範囲に巻かれている。このケースでは、反応部材１およびエネルギー捕捉フロートは、水域の水面Ｓにともに浮かんでいる。

逆に、図２に示された配置で、それぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間に間隔があるように繰り出される（それぞれのドラムの周辺で部分的にほどかれる）。このケースでは、エネルギー捕捉フロート２は、水域の水面Ｓの少し下に示されている。

図１および図２に示される実施形態で、発電機は（エネルギー捕捉をしないまたは補助の）２つの水面フロート７ａ，７ｂをさらに有し、それぞれが、それぞれの水面フロート７ａ，７ｂを反応部材１に接合する調節可能な長さの対応する深度設定線８ａ，８ｂ（図２参照）を有する。それぞれのウィンチ１３ａ，１３ｂにより深度設定線８ａ，８ｂを調節することが可能であり、後述するように、それによってそれらの長さを制御し、従って反応部材１の深度を制御することを可能にする。図２はまた反応部材１とエネルギー捕捉フロートの間の導線を示し、その目的は続く図を参照して述べる。

図３は係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを伴った図２の（再度エネルギー捕捉フロート２が反応部材１から離間された）波エネルギー発電機を示し、係留線は発電機を海底Ｂにつなぎ、それによって発電機をステーション上に保持する。発電機により生成されたエネルギーを、それが使用可能な箇所へ供給するのを可能にするよう、電力導線１０がさらに設けられる。

反応部材１の水中深度が変化したとき、反応部材１がそれぞれの係留線の余分な緩みを取ることができるよう、係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを、長さ調節手段を介して反応部材１に接合してもよい。

第１の本発明の実施形態で、発電機がフロート７ａ，７ｂに接合された深度設定線８ａおよび８ｂにより調節されるので、発電機が水柱内を自由に上下できるように、係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはずっと緩んだままであることに注目すべきである。

それぞれの係留線が通常緩みを保ちながら発電機のさらに自由な移動を可能にするように、「フロータ」（浮揚体）またはシンカ（加重体）を係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに追加することにより、係留線内にＬ型曲り（図示せず）を生成してもよい。

係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄおよび電力導線１０は、機器の第１の実施形態の発明の特徴に直接関連しないので、明瞭にするため第１の実施形態を示す以後の図から省略する。

反応部材１は通常中空の構造であり、その浮力を調節するため、選択的に空気または水を満たすようになされる。従って本発明による波力発電機は、反応部材１が水で完全またはほぼ完全に一杯である水中作動構成、および反応部材１が空気で完全またはほぼ完全に一杯である浮揚面構成を有する。

浮揚面構成にあるとき（図１）、反応部材１は、機器の全ての他の構成要素を支えるのに十分な浮力を有して（海のような）水域の水面Ｓ上に浮かぶ。この状況で、本発明による発電機は、水域の水面Ｓを容易に移動可能である。波力発電機は、係留線９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄおよび電力導線１０が水から離れ容易に接近可能であるぐらいに、水上で充分高く位置することが可能である。波力発電機はまた、維持管理のため容易に接近を可能にする、全ての使用可能な構成要素が水から離れた、それ自身の安定したサービスプラットフォームを生成可能である。

図２を参照すると、波発電機が水中作動構成にあるとき、反応部材１は、エネルギー捕捉フロート２および水面フロート７ａ，７ｂの組み合わせからぶらさげられる。従って、反応部材１の重量は、エネルギー捕捉フロート２の浮力Ｂ１プラス水面フロート７ａ，７ｂの浮力Ｂ２以下である。

反応部材１内に含まれる大量の海水が、対応する大きな質量を部材にその重量Ｗを増加することなく与え、従って慣性を与える。また、反応部材１は波打つ力の方向に垂直な広い表面域を有し、それによって大きな抗力および質量の増加といった移動へのさらなる抵抗を提供する。

通常、水面フロート７ａ，７ｂを組み合わせたサイズはエネルギー捕捉フロート２のそれ未満であり、従って、水面フロート７ａ，７ｂの浮力Ｂ２はエネルギー捕捉フロート２の浮力Ｂ１未満になる。

水面フロート７がエネルギー捕捉フロート２より小さいので、それらは、非常に波が大きい状況でも反応部材１のメイン構造に重大な負荷を移さない。水面フロート７の形状はまた、波エネルギーの捕捉能力が小さいようにありうる。

反応部材１を、エネルギー捕捉フロート２および水面フロート７ａ，７ｂから、反応部材が通常海面の波の影響域より下にあることを確実にするのに十分な深度Ｄ１（図７〜図１１参照）でぶらさげてもよい。従って、波に引き起こされたエネルギー捕捉フロート２の移動は、エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の相対的な運動をもたらす。この移動はエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれの作動行程によって取り込まれ、よって電力を生み出すのに利用される。

示された実施形態で、１つのフロート２が示されているが、適切であれば２つ以上のそのようなフロートを備え、それぞれが反応部材１上に据え付けられたそれ自身の一連のエネルギー変換器を、それぞれの接合線、プーリおよび軌道とともに有することが可能であることが理解されるであろう。

図４ａ〜図４ｄを参照すると、波に反応したエネルギー捕捉フロート２の移動がさらに詳細に示されている。機器の幾何学構造は、作動原理を明瞭に示すため、この図では簡略化されている。通常フロート２は、図４ａから図４ｂへ、それから図４ｃへ、それから図４ｄへ、そして図４ａへと最初のサイクルを完了する矢印で示された連続で、連続する波のピーク間のほぼ円形の経路の波のかけらの軌道運動をたどる。エネルギー捕捉フロート２が波とともに移動するにつれて、反応部材１の中心へのフロートの距離は、水平方向および垂直方向の両方で変化する。これは波の影響下で接合線４ａ，４ｂ，４ｃおよび４ｄの長さの変化につながり、それが順に有用な電力を生成するためそれぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより利用される。接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの長さが変化する様子は、図４ａ，図４ｂ，図４ｃおよび図４ｄ内の矢印で示される。図４ａ，図４ｂ，図４ｃおよび図４ｄに示されたフロート２の運動がほぼ円形の軌道であるが、フロート２が、海況によって、実質的に、よりうねって（水平方向に）または波打って（垂直方向に）移動するケースもありえることに注目すべきである。

エネルギー変換器のうちの１つ３ａが拡大した図である図５を参照すると、エネルギー変換器３ａは、対応する水圧モータ１２ａに装着されたドラム１１ａの周辺に巻かれたそれぞれの接合線４ａを有することにより稼働する。水圧モータ１２ａは、エネルギー捕捉フロート２が波によって移動されるにつれてドラム１１を回転する接合線４ａによって回転される。水圧モータ１２ａ（および他のエネルギー変換器３ｂ，３ｃ，３ｄなどに関連する他の同様のモータ）が外部の力を受けて回転されるとき、関連するモータは、高圧の水力を生む水圧発生器になり、高圧の水力を有用な作業の実行、例えば電気発電機の回転に使用可能である。

前述の必要条件を達成可能な例示的な水圧回路が、図６に示される。この回路は、水圧モータ１２ａの強制された回転からの水圧の流体流動の生成、生成された水圧の流体流動の電気への変換、および水圧モータ１２ａ上の予圧の生成を可能にする。

前述の必要条件を達成可能な例示的な水圧回路が、図６に示される。この回路は、水圧モータ１２ａの強制された回転からの水圧の流体流動の生成、生成された水圧の流体流動の電気への変換、および水圧モータ１２ａ上の予圧の生成を可能にする。

そのような水圧回路の構成要素は公知であり、本発明の一部を形成しない。しかし、例示的な水圧回路で、水圧モータ１２ａは水圧モータとシステムの残りとの間の圧力を制御する圧力モジュレータを介して接合される。高圧および低圧蓄圧器が、波サイクルを通してもたらされる変動する電力供給を平坦化し、無効電力をウィンチへ提供する短期のエネルギー貯蔵部として使用される。液体は回路の高圧側から低圧側へ、発電機を回転するのに使用される変速式水圧モータを通して流される。この発電機は、電力を取り込み、電力を変速式水圧モータに提供するモータとしてはたらき、無効電力をシステムに提供する。水圧液は貯蔵部に格納され、システム内で使用される液体の質を維持するため、フィルタを通して流される。始動ポンプもまた、システムに最初の圧力をもたらすよう設けられる。

ドラム１１（および同様のドラム）もまた、それぞれの接合線４ａ（および他の図に示されたもののような対応する同様の接合線）の貯蔵に関する設備を提供し、よってその長さの調整を容易にする。接合線４ａが短縮されるときは、エネルギー捕捉フロート２が反応部材１と接触するときに最小の長さになるポイントへ、ドラム上の接合線の複数回の回転が保持される。接合線４ａが伸延されるときは、最大の長さになり線４ａがドラム１１ａ上に格納されないポイントへ、ドラム上で接合線の少ない回転が保持される。（全ての他の線４ｂ，４ｃ，４ｄの同様の短縮および延長が、同様のドラムにより全ての他の対応するエネルギー変換器で起こるが、図示しない。）

示された本発明の実施形態に関して記載されたエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの代わりに、多数の他のタイプの長さ調整および電力取得メカニズムを使用してもよいことを理解すべきである。ここに記載されたシステムは、エネルギー変換およびそれぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの長さの調節の両方についての実際に実現可能な方法の例示が目的である。

例えば、水圧シリンダまたは直線状の発電機が、対応する接合線の長さを調節するのに使用される中間線貯蔵ドラムとともに水圧モータの使用場所にあってもよい。さらに、第１の例示的な本発明の実施形態で使用された水圧予圧を、分離した物理的スプリングで置き換えてもよい。

接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄおよび深度設定線８ａ，８ｂは全て長さが調節可能であるので、エネルギー捕捉フロート２および反応部材１の深度Ｄ１の両方の深度Ｄ２を、機器全体が浮かび続ける間、互いに独立して変更してもよい。これは、記載された実施形態の重要な特徴である。

深度設定線８ａ，８ｂをそれぞれのウィンチ１３ａ，１３ｂにより調整し、それによってそれらの長さの制御を可能にし、従って反応部材１の深度Ｄ１を制御することが可能である。接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの長さ、および従ってエネルギー捕捉フロート２の深度Ｄ２を、それぞれのエネルギー変換器の部分であるドラム１１ａのようなドラム上のそれぞれの線の貯蔵部を介して、それぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより調節可能である。

本発明による発電機が作動し、波の運動により接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれの長さが絶えず変化するとき、それはエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより制御される中立または中間行程の位置であり、従って調節されたエネルギー捕捉フロート２の平均深度Ｄ２である。

それぞれのドラム上の接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄなどの正確な量を常に発電機の関連するコントロールシステムが識別するように、ドラム１１（および同様のドラム）またはそれぞれのモータ１２ａなどを、回転的に符号化してもよい。従って長さの調節が望ましいとき、コントロールシステムは、モータ１２ａまたは同様のモータに、それぞれの接合線４ａを巻き取りまたは繰り出すよう指示することが可能である。（本発明による発電機が波運動から電力を生成していないとき、前述の水圧エネルギー変換回路が水圧モータに電力を提供することを可能にする。）

発電機が使用中で接合線の長さが絶えず変化するとき、（前述のように）コントロールシステムは、接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの平均の長さを監視する。このケースでは、平均の長さの調節が望ましい場合、接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが（接合線を伸延するため）巻き取られるよりも容易に繰り出されるように、または（接合線を短くするため）繰り出されるよりも強く巻き取られるように、コントロールシステムは水圧モータ内のバイアス力を調節可能である。平均の線の長さが望ましくなったとき、波により引き起こされる接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの巻き取りおよび繰り出しが等しくあるように、コントロールシステムはモータ１２ａおよび同様のモータ内のバイアス力を均衡に戻す。（この効果を得るよう、前述の水圧エネルギー変換回路が水圧のバイアス力を適切な方法で調整することを可能にする。）

反応部材１の深度Ｄ１およびエネルギー捕捉フロート２の深度Ｄ２を変更可能な前述のメカニズムは、海況によって発電機のエネルギー捕捉特性を変更することを可能にする。（仮定の海況は海の波の高さおよび波の周期の組み合わせであり、波の高さおよび波の周期の両方が互いに独立して変わりうる。）海況に応じて機器がその幾何学構造を変更するこの能力がどのようにそのエネルギー捕捉特性に影響するかは、さらに後述する。

第１に、本発明による発電機が波の高さに応じてそのエネルギー捕捉特性を調節可能な方法、および特に極度の海況で機器がエネルギー捕捉を制限可能な方法を記載する。第２に、波の周期に応じて本発明による発電機がその反応を調整する能力を記載する。

図７〜図９を参照すると、波の高さに応じてエネルギー捕捉を調節可能な方法がより詳細に示される。補助として、水柱内のエネルギーの分布が、本発明による発電機の表示に並んで実例として（正確な縮尺ではない）示されている。

公知のように、波エネルギーは水の粒子の軌道移動であり、波の移動の方向に伝わる軌道移動である。波が高くなると粒子の軌道は大きくなり、粒子の速度も大きくなる。波エネルギー（すなわち粒子の軌道の大きさ）は水面で最大であり、深くなると急速に減少する。

図７を参照すると、波の高さが低い状態で、捕捉されるエネルギーを最大化するため、接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの適切な伸延または繰り出しにより、エネルギー捕捉フロート２の深度Ｄ２は、非常に浅い（海の水面Ｓ上または近辺）状態でありうる。

図８を参照すると、波の高さが中程度から高い状態で、エネルギー捕捉フロート２の深度Ｄ２が深くなり、水面での波エネルギーに対して波エネルギーが減少し、それによって機器の構造が過剰な負荷の影響を受けないよう、およびメカニズムの電力取得がその定格電力を超える過剰なエネルギーを処理しなくてはならないことがないように、接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを部分的に引きこんでもよい。

図９を参照すると、嵐の状態（非常に高い波）で、エネルギー捕捉フロート２および反応部材１を最大深度に下降させることが可能となるように、接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを完全に引きこんでもよく、最大深度では、非常に高い波が機器の損傷を引き起こすリスクは軽減されうる。

波の周期ならびに波のサイズは波のエネルギー量に影響し、従ってフロートの深度をまた同様に波の周期に対して調節可能であることに留意すべきである。

本発明による機器が、特に海況の周期に応じてその幾何学構造を調節する方法を、さらに記載する。進行中の海況の周期への最適なエネルギー捕捉対応−これをしばしば同調と呼ぶ−を提供するのが、これらの調節の目的である。

機器が海況の周期にその反応を同調することが可能な第１のメカニズムを、図１０および図１１を参照して記載する。

図１０を参照すると、波が短い周期の状態で、エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の距離Ｄ３は減少される。これは、それぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの水平線に対する角度αが小さく、それがフロート２の制約を増加し、結果としてシステムの自己振動を減少させ、エネルギー捕捉フロート２の反応を短い周期の海況により同調させるように、システムの幾何学構造を変更する。

図１１を参照すると、波が長い周期の状態で、エネルギー捕捉フロート２および反応部材１は伸延される。これは、それぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの水平線に対する角度αが大きく、それがフロート２の制約を減少し、結果としてシステムの自己振動を増加させ、エネルギー捕捉フロート２の反応を長い周期の海況により同調させるように、システムの幾何学構造を変更する。

エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の距離Ｄ３の増加の影響の我々の計算モデルの結果が、図１２にグラフで示されている。エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の距離Ｄ３の増加が、発電機によるエネルギー捕捉がピークに達する周期の増加につながることを見ることができる。

本発明による発電機がその幾何学構造を調節することが可能な第２のメカニズムを、図１３および図１４を参照して記載する。

具体的には、接合線４ａ，４ｃは、軌道６ａ，６ｃ上に調整可能に据え付けられたプーリ５ａ，５ｃによってそれぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｃに接合され、軌道６ａ，６ｃはプーリがそれぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｃへ移動またはエネルギー変換器３ａ，３ｃから離れて移動されることを可能にする。

図１３はエネルギー変換器３ａ，３ｃに相対的に近く調整されたプーリ５ａ，５ｃを示し、図１４はエネルギー変換器３ａ，３ｃから相対的に遠く調整されたプーリ５ａ，５ｃを示す。

従って、水平線とそれぞれの線４ａ，４ｂの間の角度である角度αは、前述のエネルギー捕捉フロート２から反応部材１への距離が調節されるときと同様に調整される。従ってシステムの反応への変化もまた同様であり、それぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｃへのプーリ５ａ，５ｃの移動は角度αを増加させ、より長い波の周期の海況に対してシステムの反応を同調する。逆にエネルギー変換器３ａ３ｃからのプーリ５ａ５ｃの移動は角度αを減少させ、より短い波の周期の海況に対してシステムの反応を同調する。

図１３および図１４では２つの線４ａ，４ｂおよび対応する変換器３ａ，３ｃなどのみが示されているが、線、変換器などの３つ以上のそのような組み合わせが考えられることが明らかになるであろう。

図１５の詳細図で、それぞれのプーリ５ａを、軌道６ａに沿って、プーリ５ａ上のそれぞれのピニオン１４および軌道６ａ上のラック１５によって、前後に移動可能である。軌道６ａは、駆動モータ（図示せず）により作動されるピニオン１４、および反応部材１に固定されたラック１５を有する。

プーリ５ａなどの位置を調整する、他の方法が可能であることが理解されるだろう。例えば、示された実施形態のラック１５およびピニオン１４への同様の効果を得る水圧ラムまたはらせん状の駆動機構を使用可能である。

接合線をエネルギー捕捉フロート２から（図５に示されたドラム１１ａのような）それぞれのドラム上に直接入れて、プーリ５ａなどを省くことが可能であり、エネルギー変換器３ａなどを軌道に沿って直接移動することが可能であることも理解される。

前述の実施形態は、機器のエネルギー捕捉および残存性の両方を最適化するため、本発明による発電機が、その幾何学構造を変更して、異なる波の高さおよび海況に対しその反応を調節することが可能であるメカニズムを示す。

しかし、エネルギー捕捉フロート２の深度、エネルギー捕捉フロート２と反応部材１の間の距離、およびそれぞれのプーリ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの間の距離のあらゆる組み合わせが可能であることに留意すべきである。
機器は、示された実施形態に限定されない。

本発明による発電機を変化する海況に対し同調可能なさらなるメカニズムを、図１６および図１７を参照して記載する。

エネルギー捕捉フロート２の質量を、フロート２内に含まれる空気と水の比率を調節することにより調節可能である。図１６は水の量が比較的ない低質量のメインエネルギー捕捉フロート２を示し、図１７は水の量が比較的満杯の高質量のメインエネルギー捕捉フロート２を示す。（一般的に知られるような）質量の同調は、メインエネルギー捕捉フロート２の反応を、異なる海況に対し最適化することを可能にし、機器の全体的なエネルギー捕捉の増加につながる。

エネルギー捕捉フロート２の質量の増加は、通常長い波の周期に対するフロートの反応に同調する。従ってメインエネルギー捕捉フロート２の質量同調の効果、および（前述のような）機器の幾何学構造の調節による同調の効果は、より大きな同調の効果に対し付加的である。

エネルギー捕捉フロート２の質量の調節はその浮力Ｂ１（図２参照）を変化させるので、システム全体の総合的な浮力は、反応部材１の浮力の対応する調整、および従ってその水面下の重量Ｗの対応する調整（すなわち、水がエネルギー生成フロート２に追加され、それから空気が反応部材１に追加される場合）を行うことにより保持される。

代わりに、エネルギー捕捉フロート２の浮力の減少を、水面フロート７ａ，７ｂの潜水の深度の増加により拮抗しうる（すなわちＢ１が減少するとＢ２が増加して補正し、システムの総合的な浮力は保持され、反応部材１の水面下の重量Ｗに等しいままである）。

エネルギー捕捉フロート２および反応部材１へ空気を追加または除去するのを可能にするため、分離した気道線１６が反応部材１からエネルギー捕捉フロート２へ設けられる。反応部材１上または中の圧縮機（図示せず）が、海面上から反応部材１内またはフロート２内へ空気を注入するのを可能にする。

前述のように、反応器部材１およびフロート２への空気の供給の準備が、変化する作動の深度によって、反応器部材１およびフロート２内の空気の圧力を、作動の深度における周囲の圧力と平衡することを可能にする。

エネルギー捕捉フロート２および反応部材１へ空気を追加または除去するのを可能にするため、深度設定線８ａ，８ｂもまた、水面から反応部材１へ空気を移動させる気道（すなわちチューブ状または一対の線からなり、１本は強靭性のため固く、１本は空気を送るためチューブ状である）を有することが可能である。空気吸込口１７ａ，１７ｂを、水面フロート７ａ，７ｂ内に設けることが可能である。

海面上から反応部材１内またはフロート２内へ空気を注入するのを可能にするため、圧縮機（図示せず）が反応部材１上または中に設けられる。

前述のように、反応器部材１およびフロート２への空気の供給の準備が、変化する作動の深度によって、反応器部材１およびフロート２内の空気の圧力を作動の深度における周囲の圧力と平衡することを可能にする。

図１８および図１９に示された第２の実施形態について記述する。第１の実施形態と同様に、第２の実施形態は、潜水可能な反応部材１、波に反応して移動するエネルギー捕捉フロート２、反応部材１上に据え付けられた一連のエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、それぞれの軌道６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ上に調節可能に据え付けられたそれぞれのプーリ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを介してエネルギー捕捉フロート２をそれぞれのエネルギー変換器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに接合する調節可能な長さのそれぞれの接合線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを備える。（前述のように、明瞭にするため、図１８および図１９では全てのこれらの特徴を詳細に説明または載せない。）

第１の実施形態と異なり、第２の実施形態は、水面フロート７ａ，７ｂおよび反応部材１の深度Ｄ１を制御する深度設定線８ａ，８ｂを有さない。代わりに、第２の実施形態の係留線９ａ，９ｂが、長さが調節可能であることにより反応部材１の深度を制御する。これは、係留線９ａ，９ｂが、（第１の実施形態の反応部材１へ深度設定線を取り付けるウィンチ１３ａ，１３ｂと同様の）ウィンチ１８ａ，１８ｂを介して反応部材に取り付けられることにより得られる。

係留線９ａ，９ｂが反応部材１の深度Ｄ１を制御することが可能であるためには、機器全体が常に水面に浮かぼうとし、そうすることを係留線９ａ，９ｂが妨げなければならない。従って第２の実施形態では、エネルギー生成フロートの浮力Ｂ１は反応部材１の重量Ｗより大きく、正味の浮力は係留線９ａ，９ｂの張力Ｔにより対抗される。

図１８は係留線９ａ，９ｂを伸延することにより浅い深度に調節された反応部材１を示し、一方で図１９は係留線９ａ，９ｂを短縮することにより深い深度に調節された反応部材１を示す。

前の実施形態のように、それぞれの接合線４ａ，４ｃの長さを変更することにより、エネルギー生成フロート２と反応部材１の間の距離Ｄ３を、反応部材１の深度Ｄ１と無関係に調節可能である。また前の実施形態のように、接合線の水平線への角度を、軌道内のプーリの位置の変更により独立して調節可能である。さらに、エネルギー捕捉フロート２の質量を、第１の実施形態のように、その中に含まれる空気および水の比率を変更することにより調節可能である。

Claims (5)

1. 水域の波運動を有用なエネルギーに変換する発電機であって、前記発電機は、
   前記波運動に反応して移動可能なエネルギー捕捉フロート（２）と、
   前記エネルギー捕捉フロートの下方に位置決められた反応部材（１）と、
   前記エネルギー捕捉フロートを前記反応部材に接合し、前記エネルギー捕捉フロートと前記反応部材の間の距離（Ｄ３）を形成する接合線（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）と、
   前記反応部材（１）と前記エネルギー捕捉フロート（２）の間の相対的な移動を有用なエネルギーに変換するエネルギー変換手段（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と、を備え、
   前記発電機は、予め定められた範囲にわたり、水域の前記反応部材の深度（Ｄ１）と水域の水底（Ｂ）からの前記反応部材の高さを両方とも設定するように構成される適応可能な深度設定機構（８ａ，８ｂまたは９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）を有することを特徴とし、前記接合線は、長さの調整が可能で且つ前記エネルギー捕捉フロートと前記反応部材の間の距離（Ｄ３）を独立して調整するように構成されることを特徴とする、
   発電機。
2. 前記接合線が、ドラム（１２ａ）の周辺に据え付けられ、長さの調整が可能な、少なくとも１つの適応性のある線を有する、請求項１に記載の発電機。
3. それぞれの軌道（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）内の少なくとも１つのメイン接合ポイント（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）によって、前記接合線が前記反応部材（１）に据え付けられ、それぞれの軌道が前記反応部材の全体にわたり、前記それぞれの接合ポイントの移動を可能にする、請求項１または請求項２に記載の発電機。
4. 前記深度設定手段が、それぞれ複数の補助フロート（７ａ，７ｂ）に取り付けられた、各々が調節可能な長さ（１３ａ，１３ｂ）の複数の適応性のある取付線（８ａ，８ｂ）を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発電機。
5. 前記深度設定機構が、各々が調節可能な長さ（１８ａ，１８ｂ）の少なくとも１つの適応性のある係留線（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）を備え、前記係留線は、水域の前記水底Ｂの上方に前記反応部材を調節可能に位置決めするように構成され、前記発電機が、少なくとも１つの適応性のある係留線（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）の張力により対抗される正味の正浮力を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発電機。

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