JPH02503218A - 波エネルギシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 波力発電装置 発明の背景 本発明は波の運動を利用して電気エネルギを発生させる技術に関する。

海のような水の表面における波の運動は巨大な力を発生させる可能性があること は古くから認識されてきＩ；。

この目的を達成するための多くの構造体が提案されてさた。それらの目的は波の 運動を典を的に発電装置に変換して電気を発生させようとするものである。ある 発生装置は水又は水流体を送出するポンプを備え、次に水力タービンを利用して 発電装置を回転させるものである。今日の構造体の幾つかの欠点は、特にフロー トを発電装置に接続するための連結手段が複雑であることである。一般に、これ らは一方向から来る波を対象とするものである。

発明の概要 これは波の運動から電気エネルギを発生させる装置である。地面により支持され たプラットフォームが高い水線上を伸長する。このプラットフォームは枢着手段 及び　。

水又は流体ポンプ手段を支持している。長い剛性なビームが上記枢着手段により 支持され、その内端はそれを駆動する水又は流体ポンプに接続されている。剛性 なビームの外端は自在継手を介してフロートを支持する。この７０−トは円形の 形状をしており、全体として、短いずんぐりした円筒体である。

この装置は主として、浅瀬の縁部の水深の浅い箇所を水深の深い箇所から分離さ せる崖又は急激な断崖に隣接する水深が比較的浅い頂部を有する浅瀬上にて作動 することを目的とする。

７ｒ：１−トが円形の形状であること、及びビームの端部に自在式に接続される ことにより、装置は波の米る方向が１１０ｃも変化する場合であっても良好に機 能することを可能にする。

本発明の別の実施例は、水に隣接して略垂直の崖がある環境にて使用することを 目的として特に構成したものである。これらの場合、垂直部材は崖に固着され、 垂直部材の下端は長い剛性ビームを支持している。この長い垂直の支持部材は７ ０−ト及び長い剛性部材の動きにより作動される水又は流体ポンプ手段を支持す る。

この波エネルギシステムは波の波長に合うように調整された共振システムを備え る場合にその効率が増大しよう。一実施例において、７０−トのバラストを変え 又は調節可能なバラストカーを長い剛性ビーム上に摺動可能に取り付けることに より、質量及びその位置を変化させる方法が示されている。又、風速が極めて早 くなり、そのため、発電７０−トが自動的に持ち上げられ、その風速が持続する 間枢着アームにてロックされるようにするための手段が設けられている。又、波 高センサが設けられており、これにより、波高が所定の設定点を越えると、フロ ートは自動的に水から外に持ち上げられ、波高が過度である時間中、枢着アーム 内にロックされている。

従って、本発明の目的は海上の波を利用して電力を発生させる装置を提供するこ とである。本発明のさらに別の目的は、水深深い水の上を伸長し、波の方向が著 しく変化する場合であっても機能し得る装置を提供すること第１図は波の運動か ら電力を発生させる装置の等内園、第２図は浅瀬から構成される装置を示す第１ 図の装置の側面図、 第３図は発生された水又は流体の流れ図、第４図はフロートをビームに接続する 自在継手の図、第５図は円形フロートの拡大図、 第６図は略垂直の崖が水の上方に伸長する環境内に取り付けられた、波の運動を 利用して電気エネルギを発生させる装置の図、 第７図はバラスト及びその位置を変化させる手段が設けられた本発明による装置 の平面図、 第８図は第７図の装置の側面図である。

詳細な説明 波の運動を利用する本発明の好適な実施例を示す第１図及び第２図を参照する。

これらには、コラム１２．１４．１６．１８．２０及び２２を有するプラットフ ォーム１０が図示されている。これらのコラムは高い水線（ＥＷＬ）３０及び低 い水線（ＬＩＬ）３２を有する水２８にて覆われた浅＠２４から支持されている 。第２図に図示するように浅＄２４は急激に下降する浅瀬端縁又は崖３２を有し 、このため、崖３４の下側の水は浅１１２４の頂部３６上におけるよりもはるか に深い。本発明の装置はかかる海の地形に特に適するようにしである。

支持コラムは適当な構造体３８により互いに固着されている。デツキ２６が支持 コラムの頂部上に設けられ、高い水線３０より上に位置している。支持コラム１ ６．２２間に取り付けられた枢着ピン４０が支持コラムによって支持されている 。複数の水圧シリンダが支持コラム１６．２２間に支持されている。３つのシリ ンダが図示されているが、希望する任意の数のシリンダを利用することが可能で ある。水又は流体シリンダ４２を利用する水又は流体の流れ図の特徴が第３図に 図示されており、以下に説明する。ビーム４４はフロートアーム４６．４８を備 えている。このビームは、水又は流体シリンダ４２に隣接する第１端５０、及び ７０−ト５４に接続された第２端５２を有している。７０−トアーム４６．４８ は浮力フロート５４は上面５８及び下面６０ｔＨ有するディスク又はプレートの 形状をしている。端縁又は側面６２は湾曲しており、第１図に明確に示すように 、円形の形状をしている。フロート５４は自在継手６４によりフロートアーム４ ６．４８の１端から支持されている。この継手６４は第４図に詳細に図示されて いる。第２図に図示するように、フロートアーム４６．４ｇはフロート５４の中 心にて支持された軸線６８に枢動可能に取り付けらけた第１軸線６６を支持して いる。

プラットフォームはビーム４４の軸線４５が水２８の波の動く方向と略整合する ように構成されよう、場合によっては、これは不可能であり、波は嵐によりその 方向を変えることがある。フロート５４の特別な形状及びそれがフロートアーム ４６．４８に取り付けられる方法は波の動き憂軸線４５と直接、直線状とはなら ないこうした状況に対応することを可能にするものである。例えば、波が軸線４ ５に対して垂直に来る場合でも、装置は機能し得る。これは、フロート５４の形 状により、及び７０−ト５４とフロートアーム４６．４８間の自在継手により可 能である。ｙｏ−トｓが円形の形状である二七、及び枢着ピンの自在動作により 、フロートに対して平滑な側部が存在せず、及び枢着可能なを武の継手により、 波がどの方向から来るかを問題としないため、フロート５４とフロートアーム４ ６．４８間には必要とされる枢動動作が得られる。水又は流体発電段及び発電装 置はデツキ２６上に取り付けられた建物包囲体７０内に収納されている。送電線 ７２が発生された電気を海岸に送り、さら４；送電する。水の流れ図は第３図に 図示されている。

第１図及び第２図の装置の作用を説明すると、波がフロート５４を通るとき７０ −トは上下に動く、これに伴って、フロートはフロートアームを実線で示した位 置から第２図に４６ｍで示した点線の位置まで変位させる。アーム４６．４ｇが 上下動するのに伴って、これらアームは水又は流体シリンダ４２を作動させ、発 電装置を回転させて電気を発生させるのに使用される水流体又は流体を建物７０ 内の水又は流体装置に提供する。

次いで、円形フロート５４の拡大図を示す第５図を参照する。このフロートは全 体として、極めて短い「ずんぐりした」円筒体の形状をしており、高さが直径１ ；対して極めて小さく、典型的にこれは約！：５乃至１：１０の範囲が好適であ り、約ｌ：富であることが最適である。第２図に図示するように、フロートは上 面５８及び下面６０を有している。下面６０は上面５８より僅かに小さい径を有 し、そのため、シリンダ端縁６２と底部６０間には傾斜面６３が存在する。第２ 図に図示するように、端縁６３を示す端縁線６５は上方シリンダの底面と線６５ 間の接続線７に対して約４５″の角度を形成する。底面５８には、フロートの剛 性を増すための補強部材７８が設けられている。フロートは海水に対する耐食性 があり、その目的上十分な強度を備えた適当な任意の材料にて形成することが出 来る。これらの材料は例えば、鋼、ステンレス鋼又は強化プラスチックとするこ とが出来る。円形であることが望ましい補強プレート８０は溶接のような許容可 能な任意の手段にてプレート５８に固着されかつ円形プレート５８の中心８２に 位置決めされる。補強プレート８０は整合穴８８．９０を有する離間して配設さ せた２つの平行な耳状部８４．８６を有している。

次に、フロート５４とバルーン４４間の自在継手を示す第４図を参照する。耳状 部８４，８８は補強用のアンカープレート８０に取り付けられる。底面４４に取 り付けられた耳状部９０．９２が図示されている。交差軸９４．９８には軸９４ が設けられ、軸線６８は耳状部８４．８６内に回転可能に取り付けられる一方、 軸９６の軸線６６は耳状部９Ｇ、９２内に回転可能に支持されている。

かくて、フロート５４と底面４４間には自在型式の接続が提供される。この接続 は波が７０−トの位置に向けてどの方向から来るのかを問わず、フロート及びブ ームが効率的に作動し得るようにする限り重要である。波がブーム４４の縦軸の 方向のロートに向けて直接来る場合、フロートは軸線９６上にて回転することが 出来る。波の方向が変化し、波がビーム４４に対して垂直に来るようになると、 フロートは軸線９４上にて浮動することが出来る。７０−トの形状が円形である こと、及び上述の自在を武の接続により、ブームシステムはどの方向から波が来 るかを問題とせずに作用することが出来る。一方、このことは又、波の動く方向 が急激に変化される嵐のときでさえ、発電能力を連続的に確保することを可能に するものである。

次に、単純化した水又は流体の流れ図を示す第３図を参照する。任意の数のポン プを使用することが出来るが、水又は流体ポンプ１００．１０２及び１０４が図 示されている。これらのポンプは各々、符号４２で示すように剛性な底面に接続 されたピストンロッド４２Ａ１４２Ｂ。

４２Ｃを備えている。フロート５４が上下動することにより、ブーム４４は軸５ ６を中心として回転し、よってロッド４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを往復運動可能に 駆動する。缶水又は流体シリンダはそれぞれ菅１１２．１１４．１１６を通りフ ィルタ１２２を介して逆止弁１２０を通って、接続された管１１８に流動する出 力口１０６．１０８．１１０を備えており、水又は流体モータ１２４を駆動し、 電気を発生させ、その電気は第２図に図示するように送電線７２を通じて陸上に 向けて外方向に送電される。送電線１１ｇはアキュムレータ又は流体圧力コンテ ナ１３０に接続された管１２８に接続される。管１２８ｊ二は、逆止弁１３４７ 二対し平行に接続された制御弁１３２がある。接続部１４０にて管１２８．１１ ８に接続される管１３ｇには圧力リリーフ弁１３６が設けられている。この圧力 リリーフ弁１３６の出力は管１４２を介して溢水集め手段１４４に接続される。

管１１ｇは圧力リリーフ弁１４６に接続される一方、該弁１４６の出力は特別の 流量制御弁１４８に接続され、該流量制御弁１４８の出力は水モータ１２４に接 続されている。水又は流体モータ１２４からの使用済みの水又は流体は図示しな い管を介して水又は流体リザーバ１５０に戻される。これらのリザーバの各々は 管１５２．１５４を介してシリンダ１００．１０４に接続される。管１５２．１ ５４は流体が水又は流体リザーバからだけピストン１００、ｌＯ２，１０４に向 けて流動するのを許容する逆止弁１５６．１５ｇを備えている。

ロッド４２Ａ１４２Ｂ、４２Ｃが下方にストロークするとき、流体は管１５２． １６０．１６２及び１６４を通って水又は流体リザーバ１５０からシリンダ１０ ０．１０２．１０４の頂部側まで流動する。次いで、電力流体は菅１０６．１０ ８．１１０，１１８を通って流動し、逆止弁１２０、フィルタ１２２を通り、水 又は流体モータ１２４まで流動する。ロッド４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの方向が反 転すると、電力流体は管１６０，１６２．１６４を通り、逆止弁１２１を経て、 フィルタ１２２を通り、水又は流体モータ１２４に達する。上述の時間中、水又 は流体は逆止弁１５８、管１５４、管１１２．１１４．１１６を通ってシリンダ １００．１０２．１０４内のピストンの下部側に達する。かくて、波から連続的 にエネルギが供給され、水又は流体送出シリンダを連続的に駆動して、水又は流 体モータ１２４が発電機１２６を連続的に作動させ、連続的に電気を供給するた めの水力又は流体力を提供する。

場合によっては、波がぶつかる略垂直な崖のある環境の波を利用して発電を行う ことが望ましいことがある。

かかる環境に設置するのに適した本発明の実施例は第６図に図示されている。こ こでは、頂１１７５を有する崖１７０に当接する水１７１が図示されている。剛 性な垂直の支持コラム１７２が崖１７０の面に隣接して位置決めされている。こ れは崖の壁に埋め込まれ、垂直の安定部材１７４に接続された水平部材１７６Ａ 、１７６Ｂ及び１７７Ｃにより適所に保持されている。第１図のビーム４４と同 様の剛性なビーム１７８が枢着点１７９にて垂直部材１７２に取り付けられてい る。フロート１９０は自在継手１９２により剛性なビーム１７８に取り付けられ ている。フロート１９０及び自在継手１９２はフロート５４及び自在継手６４に 関して上述したところに従って構成されている。水圧ポンプは枢着点１８６Ｉこ て垂直フラム１７２に取り付けられたハウジングを備え、伸長ロッド１ｇ２は枢 着点１８８を通じて剛性なビーム１７８に接続されている。シリンダ１８０は第 ２図の水又は流体シリンダ４２と同一の目的及び機能を果たす。水が７０−ト１ ８０を上下動させ点線で示した位ｔＩこするとき、水又は流体シリ〉′ダ１８０ は圧力下、１又は複数の水流体を発生させ、その流体は流動管１９１を通って建 物１９３内部の発電機まで伸長し、発生された電力は導体を通じて陸上に送電さ れる。発電は第１図及び第２図に関して上述したと同様の方法にて行われる。

次に、第７図及び第８図を参照すると、共振制御手段を有する、バラストを調整 する手段が図示されている。

波エネルギシステムの効率は共振システムが波の波長に合うように調整したとき に最高となるであろう。このシステムは共振システムであり、質量を使用しかつ 質量及び位置を追加しかつ濁知の自然周波数公式を使用することにより、システ ムはシステムの質量及び分布を変化させて任意の波長期間に合うように調整する ことが出来る。

第７図及び第８図には、質量を変化させるだめの方法及びバラストシステムが図 示されている。これはｌ）フロート水バラストシステムトと、２）及び調整可能 なバラストカーとを備えている。第７図のフロートは８つの区画室２００．２０ ２．２０４．２０６．２０８．２１０．２１２及び２１４に分割されている。８ つの区画室が図示しであるが、７０−トの数は任意の数にすることが出来る。各 区画室には、入りロホース及び出口ホースが設けられている。これは区画室２０ ｇ、２１０．２１２．２１４内に図示されており、この場合、各区画室は入り口 及び出口を提供する一束のホースを備え、このため、選択された任意の区画室Ｉ ；対する水の供給及び送出を行うことが出来る。水？供給し送出させることＩ； よう、システムの質量を変化させることが出来る。

提供可能な変化の範囲を拡大するために、１／−ル２１８．２２０に沿って伸長 するよう、車輪上に取り付けられた調整可能なバラストカー２１６を備えている 。レール２２０に沿ったバラストカー２１６の位置はケーブル又は駆動ねじ（図 示せず）のような任意の匣宜な手段により制御することが出来る。バラストカー ２１６の質量を変化させることも可能である。アームの枢着点からのバラストカ ーの距離を利用してシステムの質量及びシステムの共振周波数を決定することが 出来る。上述の７０−ト水バラストシステム及び調整可能なバラストカーを利用 することにより、任意の波周期に合うように調整可能な共振システムを得ること が出来る。かくて、この波エネルギシステムの効率は共振システムを波の周波数 に合うように調整することによりその最大のものとなる。

風速又は波高の一方又はその両方が過度に増大したならば、７０−トは波を中心 として頂部位置まで水の上方に持ち上げられるか、又は、水中に位置決めされ、 恐らく海底上に位置することになるであろう。風速センサが装置を支持するプラ ットホーム上に設けられている。風速が一定の値以上になったとき、剛性なビー ム４４が適所にロックされ、その結果、フロートはその可能な最高の位置に達す る。これはジヤツキとして水又は流体ポンプ４２を使用することにより実現する ことが出来、フロート５４がその最上端の位置に達したときｊ二、水ポンプは適 所にロックされるであろう。これは第３図１；図示された水ポンプ１００に対す る管１０６．１６０のような入力管及び出力管を閉じることにより実現すること が出来る。図示しない流体源からの１又は複数の水流体がシリング１００の上方 側に注入され、ピストンロンド４２Ａをその最下方位置まで駆動し、これにより フロートはその最上方位置まで駆動される。フロートがこの位置に達したならば 、流体は水又は流体ポンプ１００から締め出され、ピストンはこの位置に保持さ れる。嵐が過ぎ去り、波高が低くなったならば、流体は水ポンプ１００から釈放 され、管１０６，１６０内の弁が開放し、通常の作動を行う。人は又は波高を利 用して、上述の作用を開始させ、よって、フロートはその最高位置ま雫上昇され かつそこにロックされるようにすることが出来る。風速が所定の値にまで低下し 又は波高が所定の値にまで低下したとき、水ポンプのロックシステムを不作動状 態とし、通常の作動が開始されるようにする手段が設けられている。別の安全上 の注意は７Ｅ’−）５４を細長いビーム４４にロックする二とである。これは、 管を７０−トの端縁にてその頂部側に接続しかつビーム上のプーリに沿って案内 しかつ７０−トが剛性なビームに対して固定された位置となるまで管上を引っ張 り、その位置にフロートを保持することにより実現される。嵐の状態が静まると 、フロートは釈放されるであろう。

本発明はある程度具体的に説明したが、この關示内容から逸脱することなく、構 造及び構成要素の細部に多くの変更を加えることが出来るものであることが理解 されよう１本発明は一例としてここに掲げた実施例に限定されるものではなく、 その範囲は各構成要素が相当する均等物の範囲を完全に包含し、添付した請求の 範囲の記載によってのみ判断されるべきである。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．水の運動を利用可能なエネルギに変換する装置にして、 地面により支持されかつ前記水の高い水線の上方に伸長するプラットフォームと 、 第１端部及び第２端部を有する剛性なビームと、前記プラットフオームにより支 持されかつ前記第１端部と第２端部の中間の箇所にて前記ビームを枢動可能に支 持する枢着ピンと、 前記プラットフォームにより支持された少なくとも１つのポンプと、 前記ビームの第１端部を前記ポンプに接続し、前記ビームが動くことにより前記 ポンプを作動させ圧力流体を発生させる接続手段と、 浮力部材と、 前記浮力部材を前記ビームの前記第２端部に接続する自在継手と、及び 前記圧力流体により作動させる発電手段とを備えることを特徴とする装置。
2. ２．前記浮力部材が円筒状の形状を備え、中心部にて前記自在継手に接続するこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記浮力部材が円筒形であり、直径及び高さＨを有し、前記直径が前記高さ Ｈの少なくとも８倍であり、さらに、浮力部材がその中心部にて前記自在継手に 接続することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．前記浮力部材が複数の区画室に分割されかつ前記区画室に対する流体の供給 ・排出を行う手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
5. ５．前記剛性なビーム上に取り付けられ、前記剛性なビームに沿って可動である 重りを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. ６．前記剛性なビーム上に取り付けられ、前記重りを前記ビームに沿って動かす 手段を備えることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。
7. ７．水が水深の浅い頂部を有する浅瀬及び水深の深い箇所と境界を接する崖の上 方になる、水の運動を利用可能なエネルギに変換する装置にして、 前記崖に隣接する前記浅瀬頂部により支持されたプラットフォームと、 第１端部及び第２端部を有し、前記第２端部が前記崖を越えて伸長する剛性なビ ームと、 前記プラットフォームにより支持された水流体を発生させるシリンダと、 前記剛性なビームとプラットフォームとの間の中間点を接続させる枢着ピンと、 前記ビームの第１端部を前記シリンダに接続させる第１接続手まと、 中心を有する平坦な円形の浮力部材と、前記ビーム部材の第２端部を前記浮力部 材に接続させ及び前記第２接続部材が前記ビーム部材の軸心に対して垂直でわる 波の運動を含む、幾多の方向に対する波の運動に対応する自在継手であることを 特徴とする装置。
8. ８．発電手段及び前記シリンダからの発電流体により前記発電手段を駆動する手 段を備えることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。
9. ９．水の運動を利用可能なエネルギに変換する装置にして、 地面により支持されかつ前記水の高い水線の上方に伸長するプラットフォームと 、 第１端部及び第２端部を有する剛性なビームと、前記プラットフォームにより支 持されかつ前記第１端部と第２端部の中間の箇所にて前記ビームを枢動可能に支 持する枢着ピンと、 前記プラットフォームにより支持された水ポンプと、前記ビームの第１端部を前 記ポンプに接続させ、前記ビームが動くことにより前記水ポンプが作動されるよ うにする接続手段と、 平坦な項部面を有する略円筒状の浮力部材と、前記浮力部材を前記ビームの前記 第２端部に接続させる継手と、を備えることを特徴とする請求の範囲第６項に記 載の装置。
10. １０．前記浮力部材に対する流体の供給・排出を行う手段と、及び装置の選択さ れた共振周波数が得られるように、質量を前記剛性なビームに沿って動かす手段 とを備えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。
11. １１．海岸が略垂直である崖を有する、発電機を使用して水の運動を利用可能な エネルギに変換する装置にして、前記崖の面に取り付けられた垂直の支持コラム と、第１端部及び第２端部を有する細長い剛性なビームと、前記剛性なビームの 内端を前記垂直な部材の下端に接続させる枢着ピンと、 水の渡運動と共に動くフロートと、 前記剛性なビームの外端を前記フロートに接続させる自在継手と、 シリンダ内のピストン及び伸長ロッドを有する、流体に対するポンプと、 シリンダを前記垂直の支持コラムに接続させる第１枢着ピントと、 前記剛性なビームの前記外端が垂直に動くことにより前記ポンプが作動するよう に、ピストンロッドを前記剛性なビームに接続させる第２枢着ピンと、前記ポン プからの流体を接続させてポンプを作動させる手段とを備えることを特徴とする 装置。