JPS6239678B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 中央の直立パイプ１４を有する環礁部材１
２、前記直立パイプ１４内の垂直軸２８および前
記環礁部材に衝突する連続した海波のエネルギを
前記垂直軸の回転エネルギに変換する装置２７，
３１を含むエネルギ変換装置から成る海波からエ
ネルギを抽出する装置において、 海面下に位置するステーシヨン保持装置１１，
４０，５２と、前記エネルギ変換装置を前記ステ
ーシヨン保持装置に固定し、また前記海波のエネ
ルギから前記垂直軸の回転エネルギへの変換が特
定の海の状態および潮の状態の組合わせに対し最
大となる位置まで垂直方向の位置範囲にわたり前
記エネルギ変換装置を動かす装置１８，１９，４
１，５０，５１を含むことを特徴とする海波から
エネルギを抽出する装置。

２ 前記エネルギ変換装置が前記ステーシヨン保
持装置の表面部分１６に対し相互作用関係に垂直
運動するように前記ステーシヨン保持装置１１に
設置され、前記ステーシヨン保持装置に対する前
記エネルギ変換装置の実質的な回転を阻止するロ
ツク手段１８が設けられていることを特徴とする
請求の範囲第１項に記載の海波からエネルギを抽
出する装置。

３ 前記ステーシヨン保持装置の前記表面部分１
６が全体として垂直方向に長い空所を画成し、前
記直立パイプ１４が前記空所内で垂直運動するよ
うに配置されていることを特徴とする請求の範囲
第２項に記載の海波からエネルギを抽出する装
置。

４ 前記直立パイプ１４と前記空所画成の表面部
分との間にあつて、前記ステーシヨン保持装置に
関する前記直立パイプの垂直方向の運動を可能に
するインターフエース装置１９を含む請求の範囲
第３項に記載の海波からエネルギを抽出する装
置。

５ 前記インターフエース装置１９が炭素を含浸
させた青銅で作られた軸受パツドを含むことを特
徴とする請求の範囲第４項に記載の海波からエネ
ルギを抽出する装置。

６ 前記インターフエース装置１９がラツクとピ
ニオンを含むことを特徴とする請求の範囲第４項
に記載の海波からエネルギを抽出する装置。

７ 前記インターフエース装置１９がサドルと案
内レールを含むことを特徴とする請求の範囲第４
項に記載の海波からエネルギを抽出する装置。

８ 前記環礁部材１２内にあつて、前記ステーシ
ヨン保持装置に対する前記エネルギ変換装置の垂
直運動を可能にする可変の浮力手段２５を含むこ
とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の海波か
らエネルギを抽出する装置。

９ 前記ステーシヨン保持装置に対する前記エネ
ルギ変換装置の垂直方向の運動を可能にする持上
げジヤツキ装置２２，２３，４１，４２を含むこ
とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の海波か
らエネルギを抽出する装置。

技術分野 本発明は海波からのエネルギを抽出する装置に
関する。

背景技術 本発明はレスリー エル ビルト（Leslie S.
Wirt）の発明に対して1979年５月８日発行され
た米国特許第4152895号に説明されている種類の
海波エネルギ変換装置の改良に関する。

中央海底における海波のエネルギは概ね半分は
運動エネルギで半分は潜在的なエネルギである。
しかしながら、傾斜した海岸に向かうと、海波は
急勾配となり、うねり、終りには主として運動エ
ネルギを有する、エネルギ変換性の激しい水のパ
ルスに分断される。岸に押し寄せる水は波形の運
動を示さないという観点から技術的にはもはや
「波」ではなくなつているが、それにもかかわら
ず文献では慣習的に「変換性の一次波」と言及さ
れている。このように傾斜した海岸は一連の海波
のエネルギを運動エネルギのパルスに変換する。

もし海波が全体的に円形の環礁の場合のように
全体的に傘状、即ちまつたけ状の海岸に出合う
と、その結果発生する波面は、例えば米国地球物
理学会会報1946年Vol27No.11（Transactions
Ameri―can Geophysical Union）記載のアー
ル・エス・アーサ（R.S.Arthur）の「底部が円
形の島や浅瀬による海波の屈折」（“Refraction
of Water Waves by Islands and Shoals with
Circular Bottom Conto―urs”）に記載のスネル
の法則（Snell′s Law）によつて海岸によつて屈
折される。環礁の周りの海岸ゾーンにおいて発生
する典型的な海波に対して、ほとんどの波面は屈
折し海岸に打ち上げられる前に環礁の周りで全体
的にらせん状の軌道をとる。らせん状の波面が打
ち上げる際に発生する激しい水のパルスは環礁の
内部で輻合しようとする軌道に沿つて移動する。

本明細書で引用しているが、前述のビルト
（Wirt）の特許によれば、中央開口を有する人工
の円形環礁がエネルギを内包した海波を捕促する
よう位置される。環礁の岸辺の形状によつて一連
の海波をそこへ衝突させ、屈折させて、波が急勾
配でうねつている間にらせん状の運動をするよう
にさせる。次にうねつた波はエネルギ変換性の激
しい水のパルスに分断され、該パルスが中央開口
に向かつて輻合する。旋回運動をしながら、前記
の激しい水のパルスを前記中央開口へ導くため
に、環礁には案内羽根が装着されている。前記中
央開口を通過する激しい水を受取るために全体的
に円筒形の垂直の直立パイプが環礁に接続されて
いる。前記直立パイプには水で充てんしている
が、その水は連続した海波が環礁に衝突するにつ
れて、前記直立パイプに入る激しい水のうず状運
動によつて該パイプに加えられる角度方向の衝撃
によつて角度方向の慣性が加えられる。

一連の海波が環礁に打ち寄せるにつれて発生す
る激しい水のパルスの運動エネルギは直立パイプ
における水の角度慣性内に貯えられる。このため
に、直立パイプ中の水は「液状のはずみ車」
（“liquid flywheel”）と特徴づけられる。タービ
ンと、共通回転軸線を有する、該タービンに装着
された軸とが、該タービンと軸との回転軸線を概
ね直立パイプの円筒形の軸心に一致させて直立パ
イプの内側に位置される。直立パイプ中の水の角
度慣性がタービンと軸とを回転させる。発電機が
前記軸に連結されることによつて、軸が得た回転
エネルギが発電機によつて電気エネルギに変換さ
れる。

タービンが直立パイプの出口において差圧を発
生させる。したがつて、直立パイプからの水の半
径方向の流出をさらに効率的にすることによつ
て、一連の海波が環礁の岸辺に打ち寄せるにつれ
て次の激しい水のパルスが案内羽根を介して直立
パイプへ入りやすくさせるために、直立パイプの
出口に排出デフユーザ装置を設けることが好まし
い。

しかしながら、本発明に至るまで、海の状態の
変化や波の状態がビルト（Wirt）の特許に記載
の円形環礁形態の装置によつて提供されるエネル
ギ変換効率に与える影響は完全には認識されてい
なかつた。そのため、従来技術においては電力の
出力を最大にするために、円形環礁形態の海波エ
ネルギ変換装置を変化する海や波の状態に合せる
配備が何らなされていなかつた。

また、本発明に至まで、タービンや発電機の効
率の変化とは無関係に最大の電力出力を得るよう
に、円形の環礁形態の海波エネルギ転換装置を調
整するための配備が何らなされなかつた。さら
に、本発明に至るまで、激しい嵐による損傷性の
作用に対して円形の環礁形態の海波エネルギ変換
装置がさらされるのを最小とするために、指示に
よつて該装置を潜水させることはできなかつた。

発明の開示 本発明の目的は海波エネルギを有用な回転エネ
ルギ、詳細には電気エネルギに変換する上で最大
の効率を得ることである。

また、本発明の目的はどのような海や波の状態
に対しても最大の電気出力を提供するよう調整可
能な円形環礁形態の海波からエネルギを抽出する
装置を提供することである。

同様に、本発明の目的は激しい嵐の損傷から保
護するために潜水可能な装置により海波エネルギ
を電気エネルギに変換することである。

本発明による海波からエネルギを抽出する装置
はどのような海ならびに波の状態に対しても、か
つ本装置の構造要素、あるいは発電要素の統一
性、あるいは機能に対して影響するどのような状
態に対しても最大の電気出力を提供するよう調整
可能である。好適実施例においては、本発明によ
る海波からエネルギを抽出する装置を、電気出力
に影響する状況に対応するよう調整することは手
動、自動のいずれかで実施できる。

本発明による装置は海面下に位置したステーシ
ヨンを保持する装置と、ある範囲の垂直方向位置
にわたつてエネルギ変換運動を行うよう前記ステ
ーシヨン保持装置に固定された海波エネルギ変換
装置と、垂直位置範囲にわたつて海波エネルギ変
換装置を適度に効率的な位置まで運動させる装置
とを含む。好適実施例においては、ステーシヨン
を保持する装置は海底に固定され、海波エネルギ
変換装置は前記ステーシヨン保持に係留、即ち取
り付けられる。海波エネルギ変換装置は前に引用
したビルト（Wirt）の特許に記載のようにイン
ピーダンス変換装置として機能する。

さらに詳細には、海波エネルギ変換装置はその
頂部に中央開口を有する円形の環礁構造をしてい
る本発明を実施するために現在考えている最良の
態様においては、環礁構造体は該環礁構造体の垂
直位置を変更するために必要に応じて長短しうる
ケーブルによりステーシヨン保持装置に保留され
ている。環礁構造体を希望する浮き状態に保持す
るため可変の浮きタンクが環礁構造体に取り付け
られている。連続した海波がうねり、環礁構造体
に打ち上げるにつれてらせん状の軌道に沿つて中
央開口へほとばしる水のパルスを受取るために垂
直の直立パイプが環礁構造体に連結されている。
複数の案内羽根を含む入口構造体が、中央開口中
へらせん状に運動しながらほとばしる水のパルス
を案内するよう該中央開口の周囲に近接して環礁
構造体の頂部に固定されている。

直立パイプへ入る水のパルスの旋回運動がすで
に該パイプ中に介在する水に回転運動を与える。
実際には、直立パイプ中の水は液状のはずみ車の
作用をすることにより、送入されてくる水のパル
スから角度方向の慣性を得る。直立パイプからの
水の半径方向の流出効果を高めるために、該直立
パイプの出口には排出デイフユーザが設けられて
いる。直立パイプ中の水から回転運動を得るため
に直立パイプの内側にはタービンと、装着された
回転軸とが位置されており、かつ発電機が回転軸
の上端に連結されている。このように、前記軸の
回転エネルギが電気エネルギに変換される。電力
伝送用ケーブルが発電機から、典型的には岸辺に
位置されるトランス、あるいは負荷へ接続されて
いる。

作動時、本発明において、海波エネルギ変換装
置はステーシヨン保持装置に対して垂直方向に上
下に運動でき、かつ各垂直位置に対する電気出力
が測定される。このように、海波エネルギ変換装
置の適正垂直位置は所定の海の状態および（また
は）波の状態に対して、あるいは所定のタービ
ン、あるいはその他の装置に対して決定しうる。
このように、所定の立地に対して所定のいづれの
時点における特定の状態に対しても最大の電気エ
ネルギを提供するよう調整できる。海面に激しい
嵐のある場合、海波エネルギ変換装置を嵐による
損傷から保護するよう潜水させることができる。

本発明による装置はその上に衝突する海波から
エネルギを抽出することにより、本装置の下流
側、即ち風下側における海を静かな状態にする。
したがつて、本発明において、海波エネルギ変換
装置は適当に位置されると、そうでなければ荒々
しい状態である海の部分を静かな海とするよう使
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は海波からエネルギを抽出する、本発明
による装置の断面図、第２図は海波からエネルギ
を抽出する、本発明による代替的な装置の断面
図、第３図は海波からエネルギを抽出する、本発
明による別の代替的な装置の断面図、第４図は第
３図に示す装置の破断した斜視図、第５図は３種
類の海、および（または）波の状態に対して、本
発明による装置の直立パイプの入口の高さに対す
る電気エネルギ出力の変化を示すグラフ、第６図
は本発明による装置を複数個使用して形成した静
かな水路の斜視図である。

発明を実施する最良の形態 第１図において、海波エネルギを電気エネルギ
に変換する、本発明による装置が示されている。
本装置は海底上で適所に固定された固定基礎部材
１１と、該基礎部材１１に取り付けられた可動の
環礁部材１２とを含む。前記環礁部材１２の形状
は米国特許第4152895号に記載の海波動力モータ
の上部分の形状と似ている。しかしながら、従来
技術による海波動力モータと異り、本発明による
環礁部材１２は、海および（または）波のどの状
態に対しても最大のエネルギ変換を行う位置をと
るよう要求に応じ垂直方向に可動である。

全体的に外形がまつたけ状である環礁部材１２
は、垂直の円筒状の直立パイプに支持されたドー
ム状で、海岸を形成する部分１３を有する。前記
の海岸を形成する部分１３へ打ち寄せる海波が直
立パイプ１４へ入るよう環礁部材１２の頂部に中
央開口が設けられている。環礁部材１２はその内
部に１個以上の水浸自由の室１５を含む。

基礎部材１１は、プレストレスト・コンクリー
トからつくられることが好ましく、柱状の支持装
置に取り付けられた水浸自由の基礎構造体１６を
含む。第１図に示すように、前記の柱状支持装置
は前記基礎構造体１６の下側の円周部分を支持す
るよう位置した、均等隔地の垂直柱１７を複数個
含む。前記柱１７は、設置個所での海底の土質が
要する立地状況の程度に応じて、海底に直接埋設
するか、第１図に示すように海底上に配設したコ
ンクリートスラブ上に固定できる。

基礎構造体１６の上部は環礁部材１２の下側が
その上に載置できるような形状とされている。前
記環礁部材１２の下側から突出した固定ピン１８
が基礎部材１１に対する環礁部材１２の回転を阻
止するよう基礎構造体１６の上部にある対応する
くぼみ、または開口に受入れられている。環礁部
材１２の直立パイプを受入れるよう基礎構造体１
６の中央を貫通して全体的に円筒形の垂直通路が
設けられている。ベアリングパツド、ラツクおよ
びピニオン装置、あるいはサドルと案内レール装
置とから構成しうる通常のインターフエース装置
１９が直立パイプ１４と、基礎構造体１６とを通
過する垂直通路の壁との間に配設されている。こ
のような用途に使用するベアリングパツドは、
1971年ニユーヨークで船舶設計学会（Society of
Naval Architects and Marine Engineers.）に
より刊行された、ロイ．エル．ハリングトン
（Roy L.Harrington）編集の船舶技術（Marine
Engineering）の382頁から384頁に説明されてい
る。

環礁部材１２の海岸形成部分１３に衝突する海
波は高まり、次にうねり、終りには激しい水のパ
ルスに分断される。水平面において、前記海岸形
成部分１３が円形であることにより一連の波面を
スネル（Shell′s Law）の法則により屈折させる
ことによりその結果海岸形成部分１３に押し寄せ
る水のパルスは、環礁部材１２の頂部にある中央
開口において輻合するらせん状の軌道に沿つて移
動する。前記中央開口の周りに隣接して環礁部材
１２の頂部には案内構造体２０が取り付けられて
いる。案内構造体２０は水の旋回するパルスを、
旋回運動しながら中央開口を介して直立パイプ１
４へ導く羽根を複数個含む。直立パイプ１４へ入
る水の旋回パルスが直立パイプ１４にすでに介在
している水に角度方向の慣性を与える。直立パイ
プ１４中の水は実際に液状のはずみ車として作用
し、環礁部材１２の海岸を形成する部分１３に打
ちくだける一連の海波から角度方向の慣性を得
る。

直立パイプ１４は基礎構造体１６の中央通路を
貫通して、前記基礎構造体１６の下側と海底のコ
ンクリートスラブとの間で柱１７により囲まれた
空間へと延びる。直立パイプ１４へ、激しい水の
新しいパルスが連続して導入されることにより、
水を直立パイプ１４から基礎構造体１６の下側の
空間へと送ようにさせる。直立パイプ１４から前
記空間へ入る水がより半径方向に分配されうるよ
うにするために、好適実施例においては直立パイ
プ１４の流出端にデフユーザ２１が設けられてい
る。

本発明による海波からエネルギを抽出する装置
の特徴は、その上に衝突する海波からエネルギを
最大限抽出しうる適正高さに、海岸形成部分１３
を位置させるべく、環礁部材１２の垂直高さを調
整できることである。所定の立地において、海底
に対する環礁部材１２の相対位置は波の変化およ
び海の状態によつて変る。このように、環礁部材
１２を昇降させることが可能なことによつて、最
大の電力を発生させるようエネルギ変換装置を微
調整する手段を提供する。

ある垂直位置範囲で環礁部材１２を昇降させる
ために、油圧ジヤツキが使用可能である。第１図
において、油圧ジヤツキは、海底に埋設されたシ
リンダ２２と、該シリンダ２２の内部に摺動可能
に受入れられたピストン２３を含むものとして示
されている。また、第１図には、圧力配管２４が
示されており、該配管２４を通して（典型的には
油である）比較的非圧縮性の流体がピストン２３
を昇降させるべく前記シリンダ２２へ供給された
り、排出されたりする。ピストン２３の先端は、
直立パイプ１４の底端に固定されたデフユーザ２
１の下側に固定されている。ピストン２３が昇降
されるにつれて、環礁１２の垂直高さが同時に上
下する。油圧ジヤツキに追加して（あるいはその
代りに）環礁部材１２の水浸自由の室１５に１個
以上の可変の浮きタンク２５を設けて環礁部材１
２を必要に応じ昇降できるようにしうる。

案内構造体２０に屋根構造体２６を支持させ
て、その中にその他の装置の中なかんずく発電機
２７が収容される制御室を形成している。発電機
２７は、直立パイプ１４の内部で共軸線関係でデ
フユーザ２１まで下方に延びた垂直軸８に連続さ
れている。第１図に示すように、前記軸２８はそ
れぞれ案内構造体２０とデフユーザ２１とに位置
したベアリング９と３０上で回転運動するよう装
着されている。タービン３１が直立パイプ１４の
底部の近くで軸２８に接続されている。

案内構造体２０を介して直立パイプ１４へ入る
激しい水の送入されてくるパルスによつて直立パ
イプ１４中の水に加えられる角度方向の慣性がタ
ービン３１を回転させることにより軸２８を回転
させ、発電機２７が電力をつくるようにさせる。
このように、直立パイプ１４中の水の回転エネル
ギ（即ち、液状はずみ車の回転エネルギ）がター
ビン３１により軸２８の回転運動に変換され、こ
の回転運動が発電機２７により電力に変換され
る。動力ケーブル３２が発電機２７に接続され、
発生した電力を配電装置、即ち負荷へ伝導する。
第１図に示すように、動力ケーブル３２は屋根構
造体２６を貫通している電気絶縁の進入構造体３
３を介して制御室から出ていく。動力ケーブル３
２は海底を沿つて配電装置、即ち負荷へ連るか、
あるいは第１図に示すように浮き、即ち潜水ブイ
３４により懸架できる。前記ブイ３４は線３５に
よつて係留ブロツク３６に係留すれば便利であ
る。

所定のどのような海および（または）波の状態
に対しても、環礁部材１２あるいは垂直位置範囲
内で運動可能である。環礁部材１２が種々の垂直
位置を運動するにつれて、発電機２７の電気出力
が通常の測定技術によりモニタされる。このよう
に、発電を最大にする環礁部材１２の特定の垂直
位置は所定のいずれの作動条件に対しても正確に
決定できる。このように海波変換装置は、波や海
の状態、あるいは設備の効率の変化とは無関係に
最大の電力出力が維持できるよう連続的に「微調
整」できる。本装置の構造的な一体性をおびやか
すに十分海の状態が荒くなると、環礁部材１２は
その損傷を逃れるに必要な間環礁部材１２は海面
下に完全に潜水できる。

第１図に示す実施例は基礎構造体１１を建設
し、かつ位置させるには比較的高価な設置個所づ
くりと構造上の奴力を要する。第２図に示す、本
発明の代替的な実施例においては、基礎部材１１
を、環礁部材１２の下側の周囲縁部の下方におい
て円形状に海底に埋設された複数の鉄筋コンクリ
ートパイル４０に代替できる。必要に応じて環礁
部材１２を昇降させるために、油圧ジヤツキが前
記パイル４０の各々に固定されている。第２図に
示すように、各ジヤツキは対応するパイル４０に
埋設されたシリンダ４１と、該シリンダ４１内で
摺動可能に受入れられたピストン４２とを含む。
各ピストン４２の先端は環礁部材１２の下側の縁
部に固定されており、そのためピストン４２が昇
降するにつれて環礁部材１２は上下する。環礁部
材１２の縁部に作用する種々の油圧ジヤツキが第
１図の実施例におけるデフユーザ２１に作用する
中央油圧ジヤツキと代替する。しかしながら、そ
の他の点に関して、第２図に示す装置の環礁部材
１２の形状は第１図に示すものと酷似している。

第３図と第４図とに示す、本発明の別の展開に
おいては、第１図と第２図とに示す油圧ジヤツキ
は省略されており、環礁部材１２はケーブル５０
とプーリ５１とを海底に埋設したパイル５２につ
なぐことにより固定されている。第３図と第４図
とに示す実施例により、第１図に示す実施例に要
求される高価な据付場所づくりと、第１図と第２
図とに示す実施例に要求される比較的大掛りな基
礎構造が排除される。

第３図の断面図と、かつ第４図の斜視図とで示
すように、環礁部材１２をパイル５２に固定して
いる係留ケーブル５０の長さを変えることにより
環礁部材１２の垂直運動を調整できる。係留ケー
ブル５０はパイル５２からプーリ５１上を上方へ
ウインチ５３まで延びている。該ウインチ５３は
屋根構造体２６に囲まれた制御室内に位置されて
いる。第３図においては、２本の交錯したウイン
チが示されている。即ち一方のウインチの軸線は
図面の平面に位置しており、一方のウインタチの
軸線はそれに直角である。しかしながら、第３図
に示すウインチは油圧ジヤツキのシールが破断し
た際、係留ケーブル５０がくり出されるのを防止
するための固定用停止装置を有する油圧ジヤツキ
を含む装置に代替してもよい。係留ケーブル５０
の数は制御室内で要するウインチ、即ち油圧ジヤ
ツキの数を規定する。

第３図と第４図とに示す実施例は据付場所の準
備作業が最小ですむ。図示した係留技術は傾斜し
た海底に対しても使用可能なので、据付場所は全
体的に平坦な海底である必要はない。

第５図は、曲線Ａ，ＢおよびＣで示すように、
三種類の海、および（または）波の状態に対し
て、海波エネルギ変換装置の直立パイプの入口の
垂直高さに対して電気エネルギ出力の変化をグラ
フで表わしている。例えば、曲線Ａのように、特
定の曲線で表わされる状態に対して、キロワツト
時で測定した発電機２７の電気出力は海底に対し
て可能な垂直高さ範囲にわたる直立パイプ１４の
入口の種々の高さに対して変化する。このよう
に、所定の海、および（または）波の状態に対し
ては、電気出力が最大となる特定の垂直高さを精
密に決定できる。第５図において、曲線Ａ，Ｂ，
Ｃで示すように、直立パイプの入口の適正高さは
海、および（または）波の種々の状態に対して変
化する。完全自動の場合、海波エネルギ変換装置
は、最大出力に対して常に変化する適正垂直高さ
を「トラツキング」するために（例えば毎時１回
とか、波が変る度に１回とか）ある垂直位置範囲
にわたつて周期的に作動しうる。

本発明による装置が海面の波からエネルギを抽
出することにより本装置の下流、即ち風下側で海
をより静かにする限り、第６図に示すように複数
の本装置を配置して、そうでなければ荒い海であ
る部分で比較的静かな海区画を形成することがで
きる。

本発明を特定実施例に関して説明してきた。し
かしながら、当該技術分野の専門家には前述の開
示および添付図面が設計上の詳細における変更を
示唆することが認められる。したがつて、前記の
開示は本発明を単に例示するものと考えるべきで
ある。本発明は以下の請求の範囲あるいはそれに
均等するものによつて規定される。