(57)【要約】      （修正有）【課題】各種の公知のエネルギー変換装置と比較して、波をより効率的に利用することができる波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）を提供する。【解決手段】波力エネルギー変換装置（１０）は、面（２０）を有する本体部（１８）と、可変容積セル（２２）を形成するべく流体の少なくとも一部を区画する膜（１６）とを具備する。膜は垂直から傾斜して、波（１４）からの波力エネルギーが波力エネルギー変換装置（１０）上を円滑に流れるようにし、少なくとも１枚の膜を本体部に向けて変形し、流体を圧縮する。セルは水中又は浮遊状態にある。少なくとも１つの面を傾斜させることによって、波の位置エネルギーと運動エネルギーとを流体内の圧力に容易に変換することができる。波力エネルギー変換装置のセル及び又はシステム内の流体圧は、波の挙動状態に合わせて最適化することができる。【選択図】図１ａ
2020045904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の表面下の水中に沈められて使用され、
少なくとも１つの本体部と、少なくとも２つのセルを具備し、前記各セルが屈曲性を有する膜を具備し、前記各セルが前記各セル内の流体の容積の少なくとも一部を区画し、前記屈曲性を有する膜は使用時に前記水域の水中に沈められる
波の前後うねりおよび上下うねりにより生じた力により前記流体を圧縮して流体流を生成することにより前記波のエネルギーを前記流体流のエネルギーに変換する波エネルギー変換装置であって、
前記少なくとも２つのセルのそれぞれの前記屈曲性を有する膜の一部分は垂直面に対して傾斜しかつ水平面に対して傾斜して、前記波に対して流線形状に形成され、前記各セルの外部の波の圧力と前記各セルの内部圧力の差に応じて前記屈曲性を有する膜のそれぞれが前記本体部に向けて変形することにより前記流体の容積を圧縮し、
前記垂直面及び前記水平面に対して傾いて配置された前記少なくとも１つの屈曲性を有する膜の一部分により、前記波が前記水中に沈められた波エネルギー変換装置上を通過する際に、前記波の前後うねりおよび上下うねりに基づく圧力が各々の前記セル内の流体の圧力に変換され、
前記セルの少なくとも２つは、これらのセルの各々の少なくとも１つの送りポートを通して、圧力送り導管又はマニホールドに圧力を供給するようにしたことを特徴とする波エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つのセルを含む３つ以上の前記セルが列状に配置されることを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つのセルは相互に剛的に連結されることを特徴とする請求項２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つのセルの各々の屈曲性を有する膜は水平面に対して２０°と７０°の間で傾斜するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つのセルの各々の前記屈曲性を有する膜の前記一部分は前記波エネルギー変換装置上を通過する波の伝搬方向に対して異なる方向に傾斜するようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記波エネルギー変換装置は海底へロープ係留され、又は係留され、又は連結された、あるいは、前記波が前記波エネルギー変換装置上を通過する際に前記波エネルギー変換装置の垂直運動を規制された前記少なくとも２つのセルを具備することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項７】
少なくとも２つのセルは海底から間隔をあけて海底の上に配置され、海底へロープ係留され、又は係留され、又は連結され、あるいは、波が波エネルギー変換装置上を通過する際に前記波エネルギー変換装置の垂直運動を規制されることを特徴とする請求項６に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項８】
前記少なくとも２つのセルは平均静水面下で水深２．５ｍ〜１５ｍの間に配置されることを特徴とする請求項６に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項９】
前記波エネルギー変換装置が、外部波の流れを制御する直線状又は曲線状又は丸みを有する部分をさらに具備したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのセルを含む複数の前記セルが１以上の直線状、曲線状又は円形の列に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１１】
互いに水平に配置されている波エネルギー変換装置の前記少なくとも２つのセルを具備することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１２】
少なくとも１つのＶ形状又は山形状の肢に、前記少なくとも２つのセルを含む複数のセルの直線状及び非直線状の列が配置され、
前記Ｖ形状又は山形状の頂点が押し寄せる波の方向または開かれた海／大洋に向けてまたは面して配置され、かつ、前記Ｖ形状又は山形状の肢が前記頂点から浜に向けて伸延し、前記波が最初に前記頂点に近づき、その後、Ｖ形状又は山形状の肢に傾斜状に流れる、又は、前記頂点が浜に向かう又は波から離れるように指向し、前記直線状又はＶ形状の肢が開かれた海に向けて前記頂点から突出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の波力エネルギー変換装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記列において、少なくとも２つの前記セルのそれぞれの前記屈曲性を有する膜が離間され、前記それぞれの屈曲性を有する膜により前記波の波長の異なる部分において波エネルギー変換されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの波が通過する際、前記列の少なくとも２つのセルは前記波の波長の異なる部分におけるそれぞれ異なる波圧にさらされるようにしたことを特徴とする請求項１３記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１５】
前記列は、少なくとも２つのセルが前記波の波長の異なる部分におけるそれぞれ異なる波圧にさらされ、前記少なくとも２つのセルのうち、より高い波圧にさらされる前記セルから少なくとも１つの前記ポートを通して流出した前記流体が前記流体を貯留する貯留部又は前記マニホールドを介して少なくとも１つの前記ポートを通してより低い波圧にさらされる前記セルに流入するように配置されていることを特徴とする請求項１３又は１４のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１６】
前記波エネルギー変換装置はさらに、１以上のセル低圧入口ポート、１以上のセル高圧出口ポート、前記セルへ又はセルからそれぞれ流体の流れを結合又は分割する１以上のマニホールド、及び、前記セルからの前記流体によって駆動される１以上のタービンを具備することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１７】
複数の前記セルを少なくとも1列に配置し、少なくとも１つのタービンを前記各列の終端に向けて又は前記列の長さに沿って設置し、又は、複数の前記セルがＶ形状又は山形状の複数の前記列に配置され、タービンが前記Ｖ字形状又は山形状の近傍又はその頂点に取り付けられ、各列からの気流が結合され、
前記少なくとも１つのタービンは前記セルからの前記流体によって駆動されることを特徴とする請求項１２記載の波力エネルギー変換装置。
【請求項１８】
前記波エネルギー変換装置は、各セルのポート又はその近傍に、又は１以上の導管内に又は選択的に低圧又は高圧導管のいずれか又は両方に形成された流体流制御システムを具備し、前記流体流制御システムは、前記複数のセルが少なくとも１つの逆止弁又は少なくとも１つの前記タービン、又は少なくとも１つの逆止弁及び少なくとも１つの前記タービンの組合せからなることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１９】
前記波エネルギー変換装置は、波エネルギー変換装置の対向する側各々に少なくとも１つのセルと、波からエネルギーを抽出するための、波に対する第一側の少なくとも１つのセルと、同じ波から及び／又は前記波の戻りによって生じるエネルギーを抽出するための前記少なくとも１つの他のセルを有する複数のセルを具備することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項２０】
列に衝突する波の角度が１０度から８０度になるようにセルの長手方向列を具備することを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項２１】
１枚以上の前記屈曲性を有する膜の少なくとも１つの端部は、曲面、半曲面、孤面又はスプラインを形成していることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項２２】
少なくとも1枚の前記屈曲性を有する膜は、収縮される際、各屈曲性を有する膜の膜面が前記セルの面に一致する形状に構成されることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項２３】
制御システムを有する請求項１から２２のいずれか１項に記載の水中に沈められた波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法であって、前記水中に沈められた波エネルギー変換装置の前記セル内の流体圧及び／又は低圧又は高圧の導管内の流体圧及び／又は前記システムの少なくとも１つのマニホールド内の流体圧を前記セル上の有効水深に基づいて増加又は低減することを含むことを特徴とする波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２４】
前記制御システムの操作はさらに少なくとも１つの基準圧力値に対応して、少なくとも１つの前記低圧又は高圧の導管内の流体圧及び／又は前記水中に沈められた波エネルギー変換装置の少なくとも１つのマニホールド内の流体圧の増加又は低減を含むことを特徴とする請求項２３に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２５】
前記各流体圧は、前記各セル内で決定される流体圧の平均値であることを特徴とする請求項２４に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２６】
前記流体圧の平均値は、少なくとも部分的に、特定の瞬間における前記波エネルギー変換装置の１つのセル又は複数のセルにわたる各種圧力、又は、所定期間における１以上の前記セルにわたる各種圧力を平均化して決定されることを特徴とする請求項２５に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２７】
前記セル内の最適のセル流体圧を維持するために、潮又は他の影響による水深の変化の関数として前記セル内の流体圧を制御することを含むことを特徴とする請求項２３から２６のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２８】
前記各セル内の流体圧を水深の増加に対応して増加させ、水から受ける増加した外圧と均衡させ、水深の低減に対応して前記各セル各々内の流体圧を低減し、前記水から受ける減少した圧力と均衡させるようにしたことを特徴とする請求項２７に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項２９】
海の状況の悪化を実際に判断又は予測する際に、前記セル内の流体圧を低減して前記各屈曲性を有する膜の損傷を防止するようにしたことを特徴とする請求項２７又は２８に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【請求項３０】
少なくとも１枚の前記屈曲性を有する膜は、収縮される際、各膜が前記各セルの面に一致する又は前記屈曲性を有する膜にくびれも折り目もなく収縮されることを可能にする寸法を有することを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３１】
前記少なくとも２つのセルを含む複数の前記セルを収容するユニットを具備することを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３２】
前記ユニットにおける前記少なくとも２つのセルにおけるそれぞれの前記セルの本体が、１つの本体に形成又は鋳造されることを特徴とする請求項３１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３３】
前記流体圧又は各流体圧は前記少なくとも１つの低圧導管内及び／又は少なくとも１つの高圧導管内及び／又は前記システムのマニホールド内で決定される流体圧の平均値であることを特徴とする請求項２３から２９のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置内における流体圧を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波エネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化、炭素排出及び伝統的な化石燃料の入手可能性又は利用可能性に対する関心の高まりに伴い、代替的再生可能エネルギー源はますます重要になってきている。
【０００３】
電力エネルギーを発生する太陽光、風力、波力発電システムはよく知られている。十分な太陽光が取得できる場合は、太陽熱エネルギーシステムは有効に機能する。しかし一方、連続的なエネルギー出力が必要とされる場合は、日照時にエネルギーを貯蔵し、夜間に放出する必要がある。これは熱エネルギーが貯蔵されるときは液体化し、熱エネルギーが解放されるときは再度固体化する相変化塩を使用することで、多くの場合達成できる。しかし、日照時間中に十分な熱エネルギーが貯蔵できなければ、エネルギー出力が使い尽くされる危険性がある。
【０００４】
風力エネルギーは、風力タービンから電力を発生させるために十分な空気の移動を必要とすることは明らかである。風力タービン技術が発展し、風力エネルギーによって、より高いコスト性が得られるようになってきているが、断続性の問題及び、必要な量の再生エネルギーを取得するための多数の風力タービンを設置する場所が必要になるといった問題が残る。風力タービンは、地域住民が必ずしも許容することができない、視覚的及び騒音の影響を地上に与える。より信頼性の高い卓越風から利益を得るため、かつ、背の高い風力タービンが存在することによる環境への影響を低減するために、最近では、風力発電所は海上に設置されてきている。
【０００５】
海や大洋からエネルギーを取得することも、再生エネルギーの分野では、公知の概念である。波エネルギーの主な利点は、波からは、ほとんど常に少なくともいくらかのエネルギーを取得することができるという点にある。このため、波エネルギーは、太陽熱エネルギー又は風力エネルギーよりも潜在的に信頼性が高く、かつ、地域環境に与える視覚的影響及び、潜在的な騒音の影響がより低いという意味において、環境的な許容度がより高くなる。
【０００６】
波エネルギーは比較的直接的に把握できる概念であるが、一方、波エネルギーは複合的なエネルギー媒体である。
【０００７】
エネルギーは、水の流動性及び粘性に依存し、水の粒子を円形又は楕円形（水深に応じて）の振動動作（上下の「うねり」と前後の「うねり」）で動かし、海や大洋を通じて効果的に「揺動」して、エネルギーを１つの場所から別の場所へ移動させる。水は絶えず、垂直と水平両方に方向を変え、絶えず、本質的に、位置エネルギー（高さ）から運動（動作）エネルギーと、その間の組み合わせで変化する。
【０００８】
海や大洋からの波はまた、規則的ではない。所定の位置と所定の時間では、平均的期間と平均的波高は存在するかもしれないが、その場合でも、波間及び各波内で変動する。
【０００９】
これはすべて、波からエネルギーを取得しようとするいかなる波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）（ときに波エネルギー変換システム又はＷＥＣＤと呼ばれる）もが、解決すべき重大な課題となる。これらの課題を効果的に解決するのは、変換装置は波と効率よく「結合」し（すなわち、波の動きに応答する、または波の動きを「追跡」する）、同時に、波からエネルギーを取得するためには十分に波に抵抗しなければならない。変換装置はまた、波力、特に暴風中の逆の力に耐えられるように強固でなければならず、エネルギー損失が少なく効率的であり、コスト性が高くなければならない。
【００１０】
これまで数多くの異なる波エネルギー変換装置が発明されてきた。しかし、コスト性が高い変換装置であって、また波からエネルギーを取り出すために十分効率的で、また十分信頼性の高い変換装置の開発は、未だに把握しにくいことが判明している。
【００１１】
波エネルギー変換装置の多くは、非常に大きくその構築と操作は「機械的」であるため、製造コスト、メンテナンスコスト及び／又は操作コストが高くなるばかりでなく、変換装置の容積と慣性が大きいことにより、波との結合を保持することが困難である。これにより、結合（帯域幅）が低くなり、実社会での遂行能力が低減する。
【００１２】
いくつかの波エネルギー変換装置は波エネルギーを獲得し、伝達し、電力に変換するため、比較的複合的な方法を使用しており、しばしば、波（液体）エネルギーから機械的エネルギー、水圧エネルギー、回転機械的（タービン）エネルギーそして電力エネルギーへと連続したエネルギー変換を通じて進行する。変換の各段階には効率性に関するコスト及びシステム複合性に関するコストがかかり、エネルギー損失に至る。伝達の各段階には、特に液圧などの高圧で高速の条件下で濃度の高い流体（液体）と作用する場合に、摩擦的損失がある。
【００１３】
いくつかの変換装置は、水中のエネルギーの一方向成分（すなわち、垂直成分又は水平成分）のみに着目し、垂直成分及び水平成分の両方を効果的に獲得しようとしたり、波のエネルギー中の流れの流体の性質を効果的に利用していない。
【００１４】
他の波エネルギー変換装置は主として、解放室から出入りする大量の水を動かすことに依存する振動水柱（ＯＷＣ）を使用する。その動きはタービン上で空気を前後にポンプ操作して、発電機を回転させる。これらの振動水柱変換装置は、多くの場合、水が方向転換して、非流線型縁の周りを流れることが必要である。これにより、システム中の摩擦とエネルギー損失が増大し、波との良好な結合を妨げる可能性のある過度のラグを導入する可能性がある。これらの変換装置はまた、変換装置の電力出力の割には、構築と設置又は固定のために大量の物質を必要とする。タービンもまた塩分を多量に含有した空気にさらされているため、耐腐食のコストと性能を維持するために羽根をきれいに保つことに関するメンテナンスコストが増大する。
【００１５】
数多くの波エネルギー変換装置もまた、悪天候状況下では極めて強い力を受けることが明らかな、沖合又は大洋の表面上に配置されている。これにより、効果的な電力出力を得るためには、変換装置のコストが増大することになる。
【００１６】
大きな可能性を示した波エネルギー変換装置の一分野は、「膜」電力変換装置、特に膜空気圧電力変換装置である。これらの変換装置は、一連の低コストかつ低慣性の膜又はダイアフラムを使用して、波と相互に作用し、エネルギーを効率的に第２の流体、通常は空気などの低慣性で低摩擦の流体に伝達し、第２の流体はエネルギーをタービンと発電機上に伝達する。これらの波エネルギー変換装置は、一般に、システム慣性（速応性）が低く、複合性が低減されるため、他の波エネルギー変換装置よりも波との結合性が良い。そして、上記した波エネルギー変換装置の他のタイプよりも広い範囲で波条件に対応でき、よりコスト性の高い発電が可能となる。
【００１７】
先行特許文献には多様なエネルギー変換装置が記載されている。例えば、１９６０年代のＳｅｍｏに付与された米国特許３,３５３,７８７は、第２（伝達）流体として水又はオイルを使用することを提案している。その目的は、当時の他のより複合的な変換装置と比較して、耐暴風性がより大きく、利用可能な波エネルギーの殆どを使用することができる頑丈な海中変換装置を提供することにある。Ｓｅｍｏは、不圧縮流体（液体）を、逆止弁を通して、エネルギー獲得のため陸上に設置された流体モータに送り出すため、各々が屈曲性を有する上面を有する一連の細長い室を提示している。流体の流れは、同じ回路を通して流出水として陸上から海へ戻るが、小さなオリフィスを通じて室に流入する。
【００１８】
１９７０年代半ばのＬｅｓｓｔｅｒに付与された米国特許３,９８９,９５１は、伝達流体の容積と慣性を低減することによって変換装置の応答性を向上させるために、圧縮可能な流体（空気など）を伝達流体として使用する水中変換装置を論じている。Ｌｅｓｓｔｅｒはまた、操作の柔軟性を向上させるためにより短い屈曲性の壁に囲まれたセルを設け、波を各セル上に順番に変換装置の長さに沿って走らせた。インフロー回路とアウトフロー回路を分離し、逆止弁を通じて各セルから空気を取得し、空気の流れに「押し引き（プッシュ／プル）」挙動を提供する閉鎖ループ回路中で一以上のタービン発電機へ導いている。
【００１９】
１９７０年代後期にＦｒｅｎｃｈに付与された米国特許４,１６４,３８３は、縦型（背骨）デザインと、変換装置の向きを波面に垂直に向けることを維持している。この変換装置は、逆止弁を有する閉鎖ループ回路と伝達流体として空気を使用したが、変換装置を長い「背骨」のような波の表面における、又は直下における浮遊型変換装置へと移し、隔室に区分けされた袋のような単一の屈曲性を有する包囲体を使用している。
【００２０】
１９８０年代初期にＦｒｅｎｃｈに付与された米国特許４,３７５,１５１は、この後に、波の高さと、多数の閉鎖ループ回路と、タービン発電機を使用して、空気流の脈動を低減することによりエネルギー抽出効率を向上させ、変換装置の凌波性、特に、縦揺れ制御を向上させた制御システムを開示している。
【００２１】
１９８０年代半ばにＢｅｌｌａｍｙに付与された米国特許４,４４１,０３０は、同様の浮遊「背骨」デザインであるが、波エネルギーを獲得し、袋の摩耗を低減するために、「終端」モードにおいて、すなわち、波面に平行で、背骨の側面をはずして設けられた屈曲性の「枕状袋」を開示している。同特許は主として袋のデザインに着目するものであるが、本特許文献は、また、先行技術である閉鎖ループ回路に代えて、むしろセル毎の自己修正型タービンの使用を開示している。
【００２２】
そして、１９８０年代半ばに発展した、後のＢｅｌｌａｍｙに付与された米国特許４,６７５,５３６は、変換装置のサイズとコストを低減し、凌波性を向上させるために、円または環デザインへと発展し、波エネルギーを獲得するための袋ではなく一連の膜を使用するオプションを復帰させたが、今回はそれらの膜を垂直に配置している。
【００２３】
その後、膜変換装置の開発は停滞するかにみえたが、さらに２００８年に、Ｔｕｒｎｅｒに付与された米国特許２０１１-０１８５７２１及びＢｅｌｌａｍｙ等に付与された米国特許２０１１-０１６２３５７に明示された開発は、その原理を扱った。Ｔｕｒｎｅｒの文献は、膜のための「Ｓ」字形状の設置縁を有する円形変換装置と、膜のデザイン的特徴（サイズ、厚さ、剛性、補強等）に、主として着目している。Ｂｅｌｌａｍｙ等もまた円形変換装置（又は「終端のない背骨」）にとどまったが、１つの変換装置に膜と振動水柱の組み合わせを導入している。波エネルギーの上下うねり（垂直）成分と前後うねり（水平）成分の両方に連動することによって、有効性及び変換装置の「帯域幅」（すなわち、波との結合）を増大させることを目的とする。Ｂｅｌｌａｍｙ等は、また、ＬｅｓｓｔｅｒとＦｒｅｎｃｈの特徴でありかつある程度Ｓｅｍｏの特徴である、逆止弁と単一方向の空気流（閉鎖ループ回路）についても開示している。
【００２４】
Ｗｉｎｓｌｏｅに付与された米国特許７,５５４,２１６ と、Ｒａｓｍｕｓｓｅｎに付与された国際公開特許 ２００７／０５７０１３の両方が振動水柱（ＯＷＣ）変換装置を開示している。振動水柱変換装置は、多数のセルを有し、逆止弁を使用して、空気を高圧マニホールドに送り、タービン発電機へ送り、低圧マニホールドを介して戻す閉鎖回路エアフローシステムを有する。どちらの変換装置も浮遊ＯＷＣ変換装置であり、完全に逆の波状況に晒される。
【００２５】
本発明は、上記した各種の公知のエネルギー変換装置と比較して、波をより効率的に利用することができる波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）を提供することを目的とする。
【００２６】
前記した本発明に係る波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）を前提として、本発明は、また、より高い耐暴風性を有し、前記した従来の問題点を解決することができる海中波エネルギー変換装置を提供することを目的とする。
【００２７】
さらに、本発明は、上記した各種の公知のエネルギー変換装置と比較して、動作効率が向上した波エネルギー変換装置を提供することを目的とする。
【発明の概要】
【００２８】
以上に鑑み、本発明の一側面は、本体部と、一定の容積を有する流体の少なくとも一部を区画する少なくとも１枚の屈曲性を有する膜とを具備する波エネルギー変換装置であって、前記少なくとも１枚の膜の大部分は垂直から傾斜して、波エネルギーが前記波エネルギー変換装置上を進行するための円滑流路を形成するとともに、流体を圧縮するために前記少なくとも１枚の膜を前記本体部に向けて変形し、前記少なくとも１枚の膜の傾きによって、波の位置エネルギーと運動エネルギーの前記流体内の圧力への変換を助長するようにしたことを特徴とする波エネルギー変換装置を提供することにある。
【００２９】
本発明の他の側面は、本体部と、被圧縮流体の少なくとも１つのセル（ｃｅｌｌ）容積の少なくとも一部を形成する少なくとも１枚の屈曲性を有する膜とを具備する波エネルギー変換装置であって、前記少なくとも１枚の膜は、同膜の下部から上部に向けて傾斜し、前記波エネルギー変換装置に衝突する波を前記少なくとも膜上を流れるようにし、前記波の前後うねりと上下うねりから生じる力によって前記少なくとも１枚の膜を前記本体部に向けて変形して前記少なくとも１つの容積における前記流体を圧縮するようにしたことを特徴とする波エネルギー変換装置を提供することにある。
【００３０】
本発明の波エネルギー変換装置は、波エネルギー変換装置の膜上を流れる波からのエネルギーを、波エネルギー変換装置中の流体の一つ以上の容積内の圧力（エネルギー）に変換して、その後、有益なエネルギーとして利用できるようにする。傾斜膜を有する波エネルギー変換装置は、効率よく波と結合する。
【００３１】
フロー円滑部によって、波エネルギー変換装置上の波又は波エネルギーを案内することができる。
【００３２】
好ましくは、波エネルギー変換装置を切断する垂直断面で、膜の断面の長さは、本体の表面又はセル又は容積を区画する面の断面の長さとほぼ等しい。このことにより、膜が完全に変形される又は本体又は面に押しつけられたとき、膜が本体表面または面に重なることができる。
【００３３】
波エネルギー変換装置は、好ましくは各セルの上部後方部に又は同上部後方部の近傍に形成されている少なくとも１つのポートを有する。波圧が、膜に衝突するセル容積内の流体の圧力より高いときは、膜を面に向けて変形し、被圧縮流体は、各セルの上部後方部において又は同上部後方部の近傍に形成されている少なくとも１つのポートを通してセルから強制的に押し出される。
【００３４】
本体は、屈曲性を有する各膜が対向する各面に向けて、変形する又は、外部の波によって変形するように、少なくとも１枚以上の屈曲性の面の一以上とそれぞれが対向する１つの面を有する。
【００３５】
少なくとも１枚の屈曲性を有する膜は、本体に向けて、下前方部から上後方部に次第に変形する。
【００３６】
本発明の他の側面は、本体部と、少なくとも１つのセルを有し、各前記セルは少なくとも部分的に屈曲性を有する膜及び対向する面によって規定され、屈曲性の各膜と面はセル内の被圧縮流体のための容積を提供し、屈曲性を有する膜は、波からの膜への外部の力によって面に向けて変形可能であり、これによって流体が少なくとも１つのポートを通してセルから強制的に押し出される波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）であって、各屈曲性の面に衝突するセル容積内の流体の圧力よりも高い波の圧力によって、膜が面に向けて変形する波エネルギー変換装置を提供することにある。
【００３７】
本発明の他の側面は、本体部と、少なくとも１つのセルを有し、各前記セルは少なくとも部分的に屈曲性を有する膜及び対向する面によって規定される波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）であって、セルを通る垂直平面に関して、平面によって切断された膜の曲線の長さは、同平面によって切断された面の曲線の長さにほぼ等しい波エネルギー変換装置を提供する。
【００３８】
本発明の他の側面は、以下の波エネルギー変換装置を提供することにある。即ち、波エネルギー変換装置は、本体部と屈曲性を有する膜とからなる少なくとも１つのセルを具備する。膜と本体部によって、セル内に被圧縮流体の容積を形成する。膜に衝突する波圧がセル内の圧力より高い場合は、屈曲性を有する膜は本体に向けて変形し、同変形によって少なくとも１つのポートを介して流体をセル外に強制的に流出させる。一方、膜に衝突する波圧がセル内の圧力より低い場合は、屈曲性を有する膜は本体から遠ざかる方向に変形し、同変形によって少なくとも１つのポートを介して流体をセル内に強制的に流入させる。本体部と膜とは、平滑な流線形状に形成されている。
【００３９】
本明細書において、本発明との関連において用いられる用語“波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）”は、単一の波エネルギー変換装置、複数の波エネルギー変換装置、単一の波エネルギー変換装置と複数の波エネルギー変換装置との組み合わせ、他の構成要素を具備する波エネルギー変換システム（例えば、発電設備、タービン、ポンプ、淡水化システム及び制御弁）に適用されるそのような波エネルギー変換装置を含む。
【００４０】
本発明の少なくとも１つの実施例では、使用に際して、１つの流体（典型的には水）の波に生じるエネルギー変動を他の流体（典型的には空気）の波に生じるエネルギー変動に変換し、次いで、タービンのような出力取出変換装置又は好ましくは電気を生成する発電機を挙動する波エネルギー変換装置を提供する。
【００４１】
波エネルギー変換装置は、１つの又は複数の前記セルを具備してもよい。そのような複数のセルは相互に剛的に連結される、又は、複数セル波エネルギー変換装置からなる１つの単一のユニットを形成する。セルは直線状の列に配置され、単一の波エネルギー変換装置を形成する。そのような複数の列を使用して複数の波エネルギー変換装置を形成し、波エネルギー変換装置を二列以上有する複合変換装置を構成してもよい。複数の独立した波エネルギー変換装置を相互に連結して鋳造製の複数セル本体のような大型の複数セル波エネルギー変換装置を形成するに際して、隣接する波エネルギー変換装置の送り・戻り導管間に１以上のシール材を介設してもよい。
【００４２】
膜は、単層材料又は、多層構造又は積層構造でもよく、補強された構造又は、補強を組み入れた構造でもよい。
【００４３】
好ましくは、膜は非孔膜からなる。このような膜は、２つの流体（波の動きを搬送する外部流体とセル内の内部流体）を分離し、エネルギーを外部流体から内部流体に伝達する。この圧力伝達は、膜の一側の圧力が他側の圧力より高い場合に生じ、波からエネルギーを抽出し伝達する、これによって、本発明は、非常にコスト効果が高く、慣性が低く、応答性のよい方法を提供することができる。
【００４４】
変換装置は、それぞれ膜を有する、複数の隣接するセルを具備するものとしてもよい。
【００４５】
変換装置は、波の“揺動”動作に感応するように配置されかつ構成されており、波が変換装置上を通過する際に、波のエネルギーの垂直（上下うねり）成分と水平（前後うねり）成分の両方からエネルギーを進行的に抽出する。
【００４６】
変換装置は、自重によって係留されてもよく、又は、他の方法によって海底に取り付けられてもよい。例えば、変換装置は、コンクリートによって海底に設置してもよく、又は、海底に取り付けた、隆起した支持台、プラットフォーム又は基礎に取り付けてもよく、又は、地質織布や充填（例えば、砂充填）内側空所を用いて自重で設置することができる。設置場所における主な気候や設置条件に合わせて変換装置の動作を調整するため、海底から隆起させることができる。例えば、海底に非常に凹凸があり又は岩が多い場合、大量の岩を浚渫することなく海底から好ましくは隆起させてもよい。また、海の環境が破壊されやすい場合には、変換装置を海底から隆起させることによって、海の環境や、植物相や動物相への障害を防止することができ、さらに、変換装置の下方に、安全な避難環境を積極的に形成することができる。
【００４７】
本発明の波エネルギー変換装置は、好ましくは、平均静水表面より下方、好ましくは、水中で水深２．５ｍ〜１５ｍに位置させる。
【００４８】
本発明の波エネルギー変換装置は、好ましくは外浜型水中空圧式緩和型波エネルギー変換装置であるが、沖合水中又は半水中深水型の適用又は防波堤への適合も可能である。
【００４９】
本発明の少なくとも１つの実施例によれば、各セルは、波からエネルギーを抽出しながら、波の動きを考慮してかつ波エネルギーが変換装置と円滑に相互作用すると共に変換装置上を揺動することができるように構成されている。変換装置は、翼のように流線型の前部を有し、波が変換装置に近づいたり、変換装置上を通過する際、同前部は衝突する波と相互作用し、好ましくは波を遅くし、前後うねり動作（即ち、変換装置への流れ）と上下うねり動作（即ち、変換装置上の流れ）の一部を伝達し、膜への圧力を増大する。膜への圧力は、波が変換装置に近づく際に、波の動きを生じる動圧力波面によって生じる。動圧は、波中における運動エネルギーと位置エネルギーによって生じる圧力の組み合わせとして理解できる。このように、膜を水中に設置することによって常時ある程度の圧力が発生し、この圧力は、波中における運動エネルギーと位置エネルギーによって動的になる、即ち、変化する。
【００５０】
前記波エネルギー変換装置の後部は、曲線状または丸みを有する形状の部分（曲線上または丸みを有する後部面または上部コーベル部）を有してもよい。この形状によって、変換装置上の水の戻り流を制御しやすくなり、戻り流における上下うねり効果と前後うねり効果を強めることができ、波の底部での揺動において水粒子が戻る際、膜上により高速かつより低圧を生じることができる。これによって、同変換装置上を前後に水が通過する際、変換装置は円滑にプッシュプル（押し引き）動作を行うことができ、乱れ、波の動きにおける損失や摩擦を低減し、かつ、装置に作用する不要な力を最小化しながら、波からエネルギーを抽出することができる。
【００５１】
その結果、本発明の波エネルギー変換装置は、水の流れを円滑に且つ流線形状にして（翼のように）挙動し、円滑に波と相互作用し波の動きを波エネルギー変換装置上で案内する。その際、波が最初に膜に衝突する。その後、変換装置上を進行する際に前後うねりを上下うねりに変換して、エネルギーの抽出を最大にする。次に、波の底部が変換装置上を通過する際に、波の流れは、次の波の作用のために膜が復元するのを補助する。波の底部が進行して波エネルギー変換装置上を通過するので、頂部時における波によって生じる高い外圧と比較して低減された外圧が膜に付与されることになる。波の底部と関連付けられたこの低圧は、平均波圧より低く、すなわち、外圧がセル内の圧力よりも低いので、膜は次の波に対して再度膨張することになる。
【００５２】
各セルの各膜は、波の作用に感応して流線形状に形成されている。膜は屈曲性を有するので、波から又は波への圧力に対して反応することができ、波の作用が波エネルギー変換装置に接近し、同波エネルギー変換装置上を移動し、かつ、同波エネルギー変換装置に対して又はその周りに作用することによって変形し、最大量のエネルギーを波から抽出して、セル内の流体に伝達する。その際、波の動作に対する不要な乱れ、損失又は摩擦を最小にすることができる。
【００５３】
波の動作に対する不要な乱れ、損失または摩擦のレベルを最小化することによって、変換装置は、同変換装置に作用する不要な力を最小化することができ、かつ、特に悪い気象条件のもとで必要とされる構造的且つ基礎的な力を低減することができる。波エネルギー変換装置を水面下である水中に配置することによって、波エネルギー変換装置に対する波の瞬間的な力を低減でき波エネルギー変換装置の構造的及び基礎的力を低減することができる。この効果は劣悪な気象条件下で特に有益である。
【００５４】
これらの技術的特徴を組み合わせることによって、本発明は、効率的で、慣性が低く、反応性が良好で且つコスト効果の高い波エネルギー変換装置を提供することができる。
【００５５】
前述したように、各セルは、個々のユニットの部品でもよく、また上記した複数のセルを含む大型構造の一部をなす副部品でもよい。
【００５６】
本発明の１以上の実施例において、波エネルギー変換装置は、Ｖ形状又は山形状に配列することもできる。好ましくは、Ｖ形状又は山形状の各肢（腕又は脚）は、一又は複数のセルを具備する。
【００５７】
Ｖ形状又は山形状の頂点が、押し寄せる波の方向または面して、すなわち、開かれた海／大洋に向けて（大洋向きに）配置され、かつ、前記Ｖ形状又は山形状の肢（腕または脚）が前記頂点から離れて前記浜に向けて伸延し、前記波が最初に前記頂点に近づき、その後、Ｖ形状又は山形状、各腕／脚に沿って傾斜状に、例えば、９０°より小さい角度で、流れることが好ましい。
【００５８】
Ｖ形状又は山形状の配置を逆転させて、頂点が前記浜に向けて指向しかつ波から離れ、前記Ｖ形状の肢は前記頂点から離れ、大洋に向けて突出する（浜向き）ようにしてもよい。
【００５９】
前記Ｖ形状又は山形状の内角は実質的に又は略９０°でよいが、１０°〜１８０°の範囲内（１８０°では直線状の列を提供する）でもよい。角度は４５°〜１２０°の範囲内にあることがより好ましい。
【００６０】
大洋（例えば海又は海洋）側の頂点は、より深刻な波事象を経験し易い場所により適している。即ち、波は頂点に最初に衝突し、その後、変換装置の腕又は脚に沿って下方に向けて剥離され、その後、過剰な波エネルギーは腕又は脚の端部から清浄水中に脱離する。
【００６１】
浜側に配置した頂点の変形例として、過剰な波エネルギーを変換装置の中央（頂点の中央）に向けて集中させることもできる。この場合、浅い海においてより大きな変換効率を得ることができる。
【００６２】
本発明の１以上の実施例は、前記曲面または前記孤は、開放側が浜に向かい（凸状の）又は同開放側が大洋に向かう（凹状の）ように配置された開放された曲面状又は弧状に形成されてもよい。
【００６３】
これらの技術的特徴の組み合わせによって波のエネルギーを変換装置の脚に集中させ、下方に向けて転動させることができる。
【００６４】
本発明の１以上の実施例は、単一の脊柱配置を採ることもできる。例えば、変換装置は複数のセルからなる長手方向列を具備し、各セルは相互に隣接して配置され、衝突する波を受ける。好ましくは、脊柱は、波の方向に対して所定の角度をなす軸を有する。好ましくは、１０°〜８０°の値とすることが出来、さらに好ましくは、３０°〜６０°の値とすることができる。
【００６５】
本発明の１以上の実施例は、水中型応用（即ち、浮遊する又は大洋の海底に係留されているが、直接海底上に設置されない）として構成されてもよく、概して深海での位置に関連する全方向の波スペクトルを受けるために円形又は環状の形状とすることが好ましい。このように、波は、変換装置に時間の経過とともにあらゆる方向から変換装置に衝突する場所では、円形または環状の配置とすることが、平均的な波の作用を最大化する上で、変換装置を直線状に、従って、より方向性を持たせて配置した場合と比較して、平均的な波の作用を最大化するために有益と考えられる。そのような実施例は、海又は大洋において、他の構造物の周りに設けることができ、又は他の構造物、例えば、風力タービン、石油又はガス掘削リグ又はチャンネルマーカーの支持体として用いることができる。波エネルギー変換装置は、四辺形状、すなわち、２つの山型形状又は４つの直線状配列を相互に結合した四辺形状に形成することもできる。他の形状も本発明の範囲内に属する。例えば、変換装置は、３つの山型形状の配置または六つの直線状配列から成る六角形またはそれらの組み合わせからなるようにしてもよい。本発明の実施例は、複数の側面を有する波エネルギー変換装置を具備するようにしてもよい。このような多面型波エネルギー変換装置は、奇数または偶数の側面を有してもよい。全てのまたは大多数の側面が、１またはそれ以上の波エネルギー変換装置の配列またはセルを具備するようにしてもよい。例えば、波エネルギー変換装置は側面６、８、１０、１２を有し、そのうちの幾つかまたは全ての側面が、セルまたはセル列を具備するようにしてもよい。セルは、波エネルギー変換装置の１または両面に設けられる（即ち、卓越波と対面する波または卓越波から遠ざかる波）。
【００６６】
本発明に係る波エネルギー変換装置の位置及び配置の選択は、設置位置及び波発生源の特徴（通常、卓越風、水深、平均水面レベルに対する海底角及び潮の状態）に関連付けられる。全ての形態において、波エネルギー変換装置は、波を、変換装置と円滑に相互作用させるように構成されている。
【００６７】
膜は、変換装置の本体に取り付けることができる。また本体は、膨張していないときは、好ましくは、膜が着座する面を形成または有する。例えば、本体は、コンクリートやプラスチックからなる１以上の鋳込み部又は成形部からなり、又は鋼から製造することもできる。面は本体の曲面部からなり、好ましくは本体の一部として鋳造又は成形によって形成される。また、面は所定の外形を形成するために本体に取り付けられる一定の形状を有する剛性の、又は、半剛性のライナーからなるようにしてもよい。
【００６８】
各膜の１以上の端は、特に、単一の又は複数のセル又は室からなる列配置において、半円形、円弧状、又はスプライン状に形成することができる。即ち、各膜の１以上の端は、傾斜面を有し、或る平面に対して内側又は外側となる面に形成することができる。その際、膜はドーム形状を有し、エラストメリックな性質（弾性的な性質）を利用して伸長したり、エラストメリックな歪み（応力）を低減して幾何学的な形状となることができる。
【００６９】
膜は、変換装置の本体の上部及び下部に隣接した位置にて、本体に取り付けられる。セルが、外圧（変換装置が設置されている水中における圧力等）に打ち勝つに十分な被圧縮流体を収納しかつ膜を膨張する場合は、膜は外部流体（例えば、海水）に向けて外側に湾曲する。各セル膜の前部曲面又は“面”は、その外形又は断面において、好ましくは、全体的に流線形状をなす。流線形状は、例えば、凹形状、“懸垂線”形状又は略懸垂線形状、ドーム形状、逆懸垂形状、“Ｓ”形状または同様な形状である。膜に作用する張力及び重力の力に加えて、静水圧力が膜の形状を変化させる。従って、この膜は、完全に平滑な凹部ではない。
【００７０】
そのような懸垂線を可視化した弦は、０°から９０°の範囲内、好ましくは２０°〜６０°の範囲内、そしてより好ましくは、３０°＋／−１５°等、水平面に対して角度をもって傾斜してもよい（弦角）。
【００７１】
本発明に係る波エネルギー変換装置を具備する防波堤設備は、より短い足長（足跡長）を有し、従って、より大きな弦角を有し、好ましくは弦長に対する懸垂線の比率を大きくすることができる。
【００７２】
本発明の波エネルギー変換装置を深水の海底に設置する場合は、変換装置はより長い足長（より長い足跡長）を有し、これによって、弦角がより小さくなり、平坦となり、弦長に対する懸垂線の比率がより小さくなる。
【００７３】
セル内の容積が外圧（例えば、水中下で受ける静水圧）に打ち勝つために十分に加圧されている場合は、膜は最大膨張状態に変形し、凸状の曲面（ドーム状の逆懸垂線、“Ｓ”又は同様な形状）を形成する。その際、曲面の弦は、セルの本体の“面”（面）となる水平面に対して同じ３０°又は同様な角度で傾斜する。膜がセル面（面）の外形状又は本体構造に形成される平滑な基盤に追従する場合は、膜は、そのような形態をとり、上下うねりが生じた際に波の動きによって破損されることはなく、従って、セルは収縮し、膜は対応する面又は面に追随して押圧され保護されることになる。
【００７４】
１以上のセルを、例えば、変換装置の各肢（腕／脚）（全体として一群のセル）如何に関わらず、各変換装置は向かってくる波に対してその弦角を変えることができるように枢支してもよく、これによって、波の力（波の高さ及びうねり等）及び方向によって、装置を最適化することができる。
【００７５】
ある時点における内外流体圧及び波の動きの相対的関係に基づいて、波圧がまず膜の前方下部を押圧するにつれて、膜は伸長したＳ形状の中間外形を形成する。この中間外形はセル本体のセル膜の上部膜取り付け点と下部膜取り付け点間に存在する。
【００７６】
前記膜の有効幅（横の長さ）は前記セル面又は壁の有効幅（横の長さ）と一致することが好ましい。これによって、面とその固定配置は、膜をセル面に沿わせることが出来、膜に不要な応力が生じるのを防止することができる。
【００７７】
動作中において、一旦セルの容積が完全に無くなり膜が完全に収縮すると、応力やくびれや折り目を生じることなく、膜はセル面、壁又は基盤上に平坦に載置される。これによって、変換装置は、膜内に過大な応力を生じることなく、完全に収縮した状態で過大な波事象を乗り切ることができる。
【００７８】
各セルからの空気等の流体は、以下のいずれかの動きをする。
ｉ）セル毎に流体が１組の一方向弁（逆止弁）を通過し、すべてのセルからの流体を合流して（高圧）マニホールドに流入させ、流体を１以上の一方向タービン上に移送する（その結果、１以上の発電機が駆動される）。流体は、第２（低圧）マニホールドと２組目の逆止弁を介して、同一又は他のセルへ戻り流する。又は、
ｉｉ）空気は、双方向タービンを内部に有するダクトを通過し、共通貯留部（マニホールド）に入り、いったんセル内の圧力が貯留部の圧力より下方に降下すると、貯留部からの流体が再びセル内に充填される。
【００７９】
空気をセルから逆止弁（又は双方向タービン）に連通させるための各セルにおける少なくとも１つのポートを位置決めすることによって、収縮ストロークにおけるセルの容積からの空気の排除を最大にし、かつ、セル膜がセルの対向面に密着して、流体（例えば、空気）がセルへ流入し膜を再膨張することを阻止する現象であるスティクション（静止摩擦）を生じることなく、セル膜を円滑に再膨張することができる。
【００８０】
弁は本体の面の一部を形成する。例えば、本体部の面上には、本体部に挿入された又は設置された弁を有する。弁上に、面の一部として、格子又はカバーを設けてもよい。
【００８１】
これは、各セルの少なくとも１つのポートを変換装置の本体部と一体的に位置させることにより達成することができる。少なくとも１つのポートは本体に鋳込み成形される。
【００８２】
好ましくは、各セルの少なくとも１つのポートは、入口ポート及び出口ポートを含む。単一のポートは、１つのポートを介してセルからの出力空気流及びセルへの戻り流を制御する逆止弁と連通してもよい。
【００８３】
好ましくは、送りポート又は送り逆止弁（高圧）及び戻りポート又は逆止弁（低圧）のうちの１つ又は両方が、セル面の最上限又は膜の上部制限縁の直下の盆部に近接して位置している。
【００８４】
好ましくは、変換装置において、波の方向における各腕／脚の長手方向長さが、特定位置における主エネルギー波の平均波長と等しくしている。この配置は、脚が、好ましいＶ字形状又は山形状に起因して、波に対して角度を有していることを考慮したものである。この結果、好ましくは、典型的には、各脚の長さは４０ｍ〜８０ｍの範囲内となる。しかし、所定の位置における波の主な波長によって他の長さを設定することもできる。この構成によっては、セルからの空気流は「ソースシンク関係」モードで挙動することができる。即ち、１つのセルが波の頂部下（最大圧）にあって、空気を前記少なくとも１つのポートを通して前記セルからポンプ作用によって流出させ、一方、他のセルは波の底部下（又は最小圧）にあって、貯留部又は低圧マニホールドから少なくとも１つのポートを通して戻る空気を受けるように、変換装置は配置されている。
【００８５】
変換装置は、好ましくは、水平線上にセルを配置することによって、セル間の空気圧を平均化することができる。
【００８６】
好ましくは、各セルの平均圧は、制御システムによって、上昇したり、低下することができる。例えば、潮時またはその他の長期間による影響によって水深が変化するにつれて、及び又は、現在の海の状態の最適条件に基づいて、最適セル圧を維持する空気圧システムを設けてもよい。
【００８７】
本発明の１以上の好ましい実施例によれば、１以上のタービン（そして、各タービンによって駆動される１以上の発電機）は、高圧マニホールドから送られ、低圧マニホールドへ排出されるセルからの空気流によって駆動するようにしてもよい。タービン及び発電機は、V字状又は山状に隣接して、又はV字状又は山状の頂点に設けてもよい。これにより、各腕／脚からの空気流の流れを合流することができる。あるいは、別々のタービン発電機の組み合わせを、各腕／脚の端部に向けて又は端部に設置してもよいし、脚の長さに沿っていかなる場所にも設置してもよいし、別の場所に設置してもよい。
【００８８】
実際の又は予測された又は期待される波の高さ、形状、期間に関する情報に基づき、発電機の負荷（又は電力出力）又はタービンの性能を変えることができるので、タービン間の圧力差や流れを制御又は最適化することができ、その結果、タービン速度を、電力エネルギーの生産を最大にするために最適化することができる。
【００８９】
本発明の実施例の好ましい流線型デザイン及び／又は懸垂線形状又は対応する膜の外形又はセル面を従来の揺動水柱変換装置に採用することで、従来の揺動水柱変換装置を膜変換装置に変換して、塩分を多量に含有する空気がタービン上を通過しないようにすることも可能である。
【００９０】
変換装置は、発電装置を少なくとも１つのポンプと交換することによって、加圧した第３の流体（典型的には、貯蔵用の水又は、淡水化用の海水）を生産するために使用してもよい。
【００９１】
本発明の各種の上記した実施例及び形状による波エネルギー変換装置は、本明細書中では、波エネルギー変換システムを含むものとしている。しかし、波エネルギー変換装置中に波エネルギー変換システムが含まれるか否かについての疑義を回避するため、本発明の他の側面は、本明細書中に記載されている本発明の１以上の実施例に係る１以上の波エネルギー変換装置を組み入れた波エネルギー変換装置を提供することにある。
【００９２】
セルが収縮した際に接触するセル内の膜の後部面又は表面及び／又はセルの本体の対応する面又は表面は平滑でなくてもよい。表面は、再度セルに流体を充填する間にスティクションが生じるのを抑制するため、うねり又は凹凸を形成してもよく、かつ／又はエンボス模様又は雄型模様を形成してもよい。
【００９３】
波エネルギー変換装置の後部は、凹形状、凸形状、複数の曲線からなる形状又は直線的に傾斜した形状（楔型形状など）を有する後部面であってよい。波エネルギー変換装置の後部は、卓越波と位置条件（波の深さや卓越風力等）に適した構成とすることができる。
【００９４】
波エネルギー変換装置又は波エネルギー変換装置本体に、凹形状又は直線状の後部を形成することで、波エネルギー変換装置の後部における渦巻き流の発生を低減でき、これにより、後部の海底の浸食を低減することができる。後部に、選択的に又は追加的に、少なくとも１枚の膜に対して１以上のセルを設けることにより、例えば、陸、海岸、崖又は岬から、又は防波堤又は港の壁などの人工的な建造物から戻ってくる戻り波からエネルギーを抽出することができる。このように、波エネルギー変換装置は、セルに関して両面的に構成して、装置に対して押し寄せる波及び戻り波の双方から波エネルギーを抽出できるようにしてもよい。
【００９５】
膜は、本体に、スプライン嵌合、ビード溶接又はクランプ装置によって取り付けることができる。スプライン嵌合、ビード溶接は、断面形状で、円形又は楕円形でもよい。例えば、膜の材料は、スプライン上に折り畳むようにするか、スプラインを挿入する縁や筒部を有してもよい。膜のスプライン結合縁は、その後、スプライン結合縁を、チャネル又は溝中に押入し、スプライン結合縁を、チャネル又は溝中にクランプ結合するためのファスナを取り付ける。あるいは、膜の外周の少なくとも一部の周辺を、クランプリングを用いてクランプすることによって、膜を本体に密着してもよい。あるいは、膜を支柱に密着し、その後、膜を本体に取り付けてもよい。この場合、膜と支柱とは、それぞれ独立した構成要素となる。
【００９６】
膜の端部及び／又は結合部を、円弧状、半円の曲線とスプライン状に、要部である上下結合部と接触すること及び／又は接するようにすることによって、膜の上下側が鋭い角部又は結合点で、本体に結合するのを避けることができる。
【００９７】
本発明の他の側面は、波エネルギー変換装置又は波エネルギー変換装置システムの少なくとも１つのセル内の流体圧を制御又は最適化する方法を提供することにある。この方法は、システムの各セル内の流体圧及び／又は低圧及び／又は高圧導管内及び／又はマニホールド内の流体圧を低減する工程を含む。
【００９８】
好ましくは、流体圧を、少なくとも１つの基準圧力値に対して増減することができる。基準圧力値は、システムの各セル内及び／又は低圧及び／又は高圧導管内及び／又はマニホールド内で決定された流体圧の平均値を用いることができる。
【００９９】
平均圧は、少なくとも一部は、特定の時間、１つのセル内又は多くのセルにわたる各種圧力を平均することによって（同時平均圧）、又は経時的な１以上のセルにわたる各種圧力を平均することによって（時間的平均圧）決定される。
【０１００】
好ましくは、この方法は、セル内の圧力を制御する又は最適化する工程を含み、潮時またはその他の長期間による影響による水深の変化の関数としての最適セル圧を、主なまたは現在の海の状態の最適条件に基づいて、維持することが好ましい。従って、セル内の圧力は、セル上の有効水深の増加とともに、水から受ける増加した外圧と均衡し、水深が低減するにつれてセル内の圧力も低減し、水から受ける減少した圧力と均衡するようにしてもよい。このように、セル及び／又はシステムからの性能と出力は、必要な出力又はシステム上の要求に応じて最適化することができる。
【０１０１】
また、海の状況の悪化が実際に判断され又は予測される場合、セル内の流体圧を低減して膜の損傷を防止するようにしてもよい。必要であれば、膜が水圧によって平らに押圧されており、セル内部に圧力がかけられてセルが再び膨張するまで、膜が機能しないように、圧力をゼロまたは大気圧にまで低減することができる。
【０１０２】
本発明の実施例を、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
図１ａ〜１ｋは、連続する工程における、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の波連続全体にわたる全充填工程セル容積の膜上の波の動きを示している。
【０１０４】
図１ｍ〜１ｗは、連続する工程における、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の波連続全体にわたる全充填工程セル容積の膜上の波の動きと、波流線の図示を示している。
【０１０５】
図１ｌ及び１ｘは、膜が完全に収縮している本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置を示している。
【０１０６】
図２ａ〜２ｋは、連続する工程における、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の波連続全体にわたる半充填工程セル容積の膜上の波の動きを示している。
【０１０７】
図２ｌは、膜は完全に収縮している本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の膜を示している
【０１０８】
図３及び図４は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の配置を示している。
【０１０９】
図５は、単一曲率半径セル面を有する本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の断面を示している。
【０１１０】
図６ａ〜６ｄは、他の本発明の実施例に係る二重曲率半径セル面の各種配置を示している。
【０１１１】
図７ａ〜７ｃは、本発明の他の実施例に係る三重曲率半径セル面の各種配置を示している。
【０１１２】
図８ａ〜８ｄは、本発明の他の実施例に係る、押し寄せる波に関して異なる弦角度配列を有する波エネルギー変換装置の他の配置を示している。
【０１１３】
図９ａ〜９ｄは、本発明の実施例に係る他の係留配置を示している。
【０１１４】
図１０ａ〜１０ｃは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の形状の断面を示している。
【０１１５】
図１１ａ〜１１ｄは、本発明の実施例に係る、少なくとも１つの弁又はポートのオプションを有する波エネルギー変換装置の他の形状の断面を示している。
【０１１６】
図１２ａ及び１２ｂは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の弁又はポートのオプション及び、本発明の実施例に係るセルに近接した閉鎖結合タービンを示している。
【０１１７】
図１３ａ及び１３ｂは、本発明の実施例に係るマルチセル波エネルギー変換装置及び膜の位置を示している。
【０１１８】
図１４ａ〜１４ｃは、本発明の実施例に係る、波エネルギー変換装置の単一セル長手方向バンク形状を示している。
【０１１９】
図１５ａ〜１５ｃは、本発明の実施例に係る一体的な屈曲性の区画壁を具備する波エネルギー変換装置のマルチセル長手方向バンクの形状を示している。
【０１２０】
図１６ａ〜１６ｃは、本発明の実施例に係るダイアフラムセル区画部を具備した波エネルギー変換装置のマルチセル長手方向バンクの形状を示している。
【０１２１】
図１７ａ〜１７ｃは、本発明の実施例に係る隣接する個別のセル間に設けられた固定の区画壁を具備する波エネルギー変換装置（図１３ａ及び１３ｂに示す波エネルギー変換装置と同一）のマルチセル長手方向バンクの形を示している。
【０１２２】
図１８は、本発明の実施例に係る弁配置を示す波エネルギー変換装置の断面を示している。
【０１２３】
図１９は、本発明の実施例に係る複合的波エネルギー変換装置を形成するマルチセルの２つの直線列又はバンクから成るＶ字形状又は山形状の構造を示している。
【０１２４】
図２０は、本発明の実施例に係る複合的波エネルギー変換装置を形成するマルチセル
の２つの直線列又はバンクから成るＶ字形状又は山形状の斜視図である。
【０１２５】
図２１〜２３は、本発明の実施例に係る、衝突する波に関するセル膜変位の連続を示している。
【０１２６】
図２４〜２６は、本発明の実施例に係る外浜へ適用した波エネルギー変換装置の直線列又はバンクから成る構造の各種配列を示している。
【０１２７】
図２７〜２９は、図２４〜２６に示す各配列に対応した各種直線状又はバンクの形状を示している。
【０１２８】
図３０及び３１は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の深海への適用例（適用例）を示しており、図３０ｓ及び３１ｓはそれぞれの断面を示している。
【０１２９】
図３０ａ、３０ｂ、３０ｃ及び３０ｄは本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の深海への適用例を示している。図３０ａは、浮遊型波エネルギー変換装置に設置した風力タービンを示している。図３０ｂは、風力タービンマストが上方に向けて突出している、海底設置型波エネルギー変換装置を示している。図３０ｃ及び３０ｄは、本発明の他の実施例に係る波エネルギー変換装置と風力タービンの組み合わせを示している。
【０１３０】
図３２〜３４は本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の防波堤及び振動水柱（ＯＷＣ）への適用例を示している。
【０１３１】
図３５及び３６は、図３２及び３３の防波堤波エネルギー変換装置の他の実施例を示している。
【０１３２】
図３７は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置を組み込んだ防水堰型防波堤適用例を示している。
【０１３３】
図３８〜４２は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の形状を示している。
【０１３４】
図４３〜４６は、本発明の実施例に係る、波エネルギーを利用エネルギーに変換する１以上のタービンを通しての波エネルギー変換装置の１以上のセルから二次流体の流れを制御するためのプロセス、配管及び器具類の各種配置を示している。
【発明を実施するための形態】
【０１３５】
好適な実施例の説明
図１ａ〜図１ｋは海底１２上に設置された波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）１０を示しており、同波エネルギー変換装置１０は、自重により海底に載置されている。連続して行われる複数の工程は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の波連続全体にわたる波エネルギー変換装置の屈曲性を有する膜１６上の波１４の挙動を示している。波は頂部１４ａと底部１４ｂを有する。波エネルギー変換装置は、本体１８と、同本体と一体をなす面２０とを具備する。面は、独立した面部材として、本体とは別部材によって形成することもできる。面部材と膜は、本体に取り付ける前にあらかじめ互いに取りけられていてもよい。それに代えて、膜と面は、その間に可変の容積セル２２を区画するように、外波に対して耐水性を有して封止される。セルの容積は、波エネルギー変換装置内の流体の加圧供給によって増加し、波形の底部１４ｂにおける波の圧力に十分抵抗できるので、膜は膨張し、張力を受ける。波の頂部１４ａが波エネルギー変換装置に近づき、波エネルギー変換装置上を通過する際（図１ａ〜１ｆ）、波内の上下うねりと前後うねりの圧力が増大し、膜は、面に向かって、通常は下部前方部から、圧縮され、セル容積は圧縮され、セル内の流体は上方に押し出され、セルの後方及び上方へ傾斜に沿って後方と上方に徐々に進行する。
【０１３６】
図１ｍ〜図１ｗは、図１ａ〜図１ｋに示す波エネルギー変換装置の同じ挙動を示している。但し、図１ｍ〜図１ｗは、波の流れ線を含んでいる。これらの波の流れ線は一般的な流れと波エネルギー変換装置１０上の波の動きを示す。膜１６は、波１４の頂部１４ａが波エネルギー変換装置１０の真上になる前に変形を開始するように形成されている。これは、波頂部１４ａが波エネルギー変換装置に近づくにつれて、圧力の先端が波に先立つことによる。
【０１３７】
本実施例のセルは、下部が波の力に最初に出会い、波圧が後方に進行し、これによってセル容積が下部から上部に向かって強制的に収縮するように、セルの下部がセルの上部の前方になるよう、後方に傾斜して形成されている。
【０１３８】
波内のエネルギーの流体の性質と膜の屈曲性の性質により、膜は均等に順序良く圧縮されないかもしれないが、セルの容積は、通常、下部から上部に圧縮される。面２０は、通常、長さと幅が膜と同じであり、長さ、歪み、形状は通常一致する。しかし、膜が完全に膨張した状態にあるとき（図１ａ）は、面２０の長さ、歪み、形状は、膜の長さ、歪み、と反対になる。膜が完全に面まで圧縮されるときは、図１ｆのように、膜は、面に対して平らにある。波が波エネルギー変換装置上を進行し続けるにつれて（図１ｇ〜図１ｋ参照）、圧力は膜上で低減し（即ち、波の頂部１４ａが波エネルギー変換装置を越える）、戻り圧力が上部後方部から下がっていき、下部前方部へと膜を膨らませて次の波を迎える準備をする。
【０１３９】
図１ｌと図１ｘは、面に対して完全に収縮した又は押し戻された膜を示している。これによって、セルに過度の圧力をかけたり、又は膜の損傷の原因となる、又は波エネルギー変換装置を係留場所から移動させる可能性さえある荒れた海の状態や、潮の上下うねり又は大波が生じた際に、膜を安全に保持することができる。この特徴により、波エネルギー変換装置の一部が故障した際に、故障した部分又は同部分に関連する部分がさらに損傷するのを防止するべく、波エネルギー変換装置が波資源からエネルギーを受けないようにすることができる。また、この特徴により、メンテナンスを安全に行えるように、力エネルギー変換装置が波資源からエネルギーを受けないようにすることができる。
【０１４０】
図２ａ〜２ｋは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の波連続全体にわたる、半充填セル容積（ｃ／ｗ図１ａ〜１ｋ及び図１ｍ〜１ｗ）の膜上の波の波動を示している。
【０１４１】
図３及び４は、一つの波エネルギー変換装置１０と、本発明の実施例に係るいくつかの他の設置及び構成を示している。波エネルギー変換装置１０は、本体１８を有する。セル容積２２は膜１６とセル面２０により形成される。波エネルギー変換装置は概して楔形状又は流線形翼状を有する。断面では、波エネルギー変換装置は、方向Ｗから衝突する波に対して、前方部２４を後方部２６より低くしている。
【０１４２】
図３では、波エネルギー変換装置は、海底１２の砂またはコンクリート２８中に係留されている。波エネルギー変換装置は、セル容積２２と連通する各送り（出口）ポート３４と戻り（入口）ポート３６にそれぞれ接続された送り（出口）導管３０と戻り導管３２を具備する。
【０１４３】
波エネルギー変換装置は、セルに対して送り導管への流体の流入と、戻り導管からの流体の流出を制御する弁を具備してもよい。波エネルギー変換装置は、セルから送り導管への流体の流れと戻り導管からセルへの流体の戻りを単一のポートを用いて行うようにしてもよい。波エネルギー変換装置は、一対の一方向弁を具備してもよい。これに代えて、双方向の流体流を利用するために、波エネルギー変換装置は、双方向タービンを具備してもよい。この構成では、波エネルギー変換装置の後部面３８と上方後部コーベル４０によって、波エネルギー変換装置上の戻り波ＲＷが戻る流れの制御を容易にすることができる。完全に膨張した膜１６の曲面と面２０の曲面は、完全に収縮した際に膜が面上に滑らかに載置されるように、共通の長さ４２を有する。
【０１４４】
図４は、桟橋４２上に設置される波エネルギー変換装置１０を示している。桟橋４２は、海底を基準とした深さの測定において波エネルギー変換装置を持ち上げることによって、波エネルギー変換装置の位置を平均静水水位と同一又はそれに近い値にすることができる。桟橋を用いることによって、水深と一般的な波状況を考慮して、波エネルギー変換装置から必要な仕様と性能基準に適合する水中の正確な深さに、波エネルギー変換装置を容易に設置することができる。
【０１４５】
図５は、単一曲率半径セル面２０を有する本発明の波エネルギー変換装置１０の断面を示している。弦４２は、膜が完全に収縮する又は膜が面上に押し戻された場合に膜が面に対して平らに載置可能であるように、面上に膜１６と面２０に共通である。このように、部分１６ａ、１６ｂ、２０ａ、２０ｂの一般的長さは同じである。
【０１４６】
図６ａ〜６ｄは本発明の他の側面による二重の曲率半径セル面２０の多様な配置を示している。セル面は第１曲面部４４と第２曲面部４６を有する。膜は第１曲面部と第２曲面部を組み合わせた長さに等しい部分長を有する。
【０１４７】
図７ａ〜７ｃは本発明の他の態様による三重の曲率半径４４、４６、４８セル面２０の多様な配置を示している。
【０１４８】
図８ａ〜８ｄは本発明の他の態様による押し寄せる波Ｗに対して９０°、４５°、３０°、０°の異なる弦角度４２をとるＷＥＣの他の配置を示している。他の角度配置も使用可能であり、その角度配置は、配備された波エネルギー変換装置の型式、主な設置場所（方向、水深など）及び波状況に基づき選択することができる。
【０１４９】
図９ａ〜９ｄは本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置１０の他の係留配置を示している。
【０１５０】
図９ａは、例えば、コンクリート、砂、地質織布製袋又は岩、又はこれらの組み合わせを使用した海底係留型波エネルギー変換装置５０である。図９ｂは足場又はパイル５２使用型の波エネルギー変換装置である。
【０１５１】
図９ｃは、波エネルギー変換装置が、波エネルギー変換装置の前方に向けて足場又はパイルに枢支５４されている、足場又はパイル設置型の波エネルギー変換装置である。これにより、波エネルギー変換装置は前方でヒンジ状態に取り付けられ、角度βを変更することによって卓越波の状況における変化に適合し、波エネルギー変換装置を前傾させることができる。各種バラストを採用して、波エネルギー変換装置を、枢軸５４を中心として上昇・下降させる制御をしてもよい。バラストは、波エネルギー変換装置を通して室、又は導管からポンプを使用して流入、排出される海水などの水でもよい。
【０１５２】
図９ｄに示す他の型の波エネルギー変換装置はロープ５８を用いた係留を行うものであり、ロープ５８の一端を係留点６０に取り付け、ロープ５８の他端を係留点６２に取り付けている。かかる構成によって、波エネルギー変換装置をバラストを使用して水中で浮くようにすることができ、好ましくは、所望の深さで中立的に浮くようにすることができる。バラスト５６の可変量を制御することによって、波エネルギー変換装置をこのように浮かせることができる。
【０１５３】
図１０ａ〜１０ｃは本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の形態による断面を示している。図１０ａは凸状曲面後部型の波エネルギー変換装置、図１０ｂはスロープ状後部型の波エネルギー変換装置、図１０ｃは凹状又はコーベル型の波エネルギー変換装置、図１０ｄは凸状の波エネルギー変換装置である。後部の異なる波エネルギー変換装置は、異なる波及び設置位置の要求に対応できるように構成されている。これらの多様な後部型波エネルギー変換装置は、戻り波の流れを緩和し、所定の適用及び設置位置において波エネルギー変換装置の効率を最大限にすることができる。
【０１５４】
図１１ａ〜１１ｄは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の形態による断面を示し、少なくとも１つの弁オプションを含む。
【０１５５】
図１１ａは二重または双ポートまたはダクトを示している。波エネルギー変換装置は、出口又は送り導管６４及び入口又は戻り導管６６を具備する。セル容積２２は、セル容積と弁６８に１以上のポートを介して導管と連通しており、及び／又は、セル容積２２は、セル容積と弁６８から１以上のポートを介して導管と連通している。図１１ｂに示される弁は、交互に配置された一方向弁７０、７２を示している。最上部弁７０は流体をセル容積から送り導管に送り、下部弁７２は、戻り導管からセル容積へ流体を戻すように設けられている。断面Ａ−Ａ及び断面Ｂ−Ｂを、それぞれ図１１ｃ及び１１ｄに示す。これらは、セルからの出口ポート７４及びセル容積への入口ポート７６を示している。
【０１５６】
図１２ａ及び１２ｂは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の弁オプションを示している。双方向タービン８０が単一ポート８２に設けられている。
【０１５７】
図１２ｂはセル容積からポートとタービンを見た図である。
【０１５８】
図１３ａ及び１３ｂは、本発明の実施例に係るマルチセル波エネルギー変換装置と膜位置を示している。波エネルギー変換装置セルのバンク又は列は単一のユニットとして具備されている。単一の本体１８は、複数のセルを収容している。各セルは、単一体中に鋳造又は成形によって形成されているか、又は、個別のセル本体を形成した後に結合して単一体を形成してもよい。送り導管６４及び戻り導管６６は本体と一体的に設けることもでき、又、波エネルギー変換装置の外部に、パイプの形態を有する個々の導管として設けることもできる。
【０１５９】
図１３ｂは、図１３ａの断面Ａ−Ａの一部を示しており、左側の膜は部分的に圧縮されていて、中央の膜は完全に膨張していて、右側の膜は完全に収縮している。
【０１６０】
図１４ａ〜１４ｃは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の単一セル長手方向バンクの形状を示している。図から明らかなように。単一のセルには区画壁が設けられていない。
【０１６１】
図１５ａ〜１５ｃは、本発明の実施例に係る一体的な屈曲性の区画壁８４を具備する波エネルギー変換装置のマルチセル長手方向バンクの形状を示している。セル間の区画壁は、隣接したセルによって共有されている。即ち、隣接する一対のセルの間に一つのセル壁が設けられている。
【０１６２】
図１６ａ〜１６ｃは、本発明の実施例に係るダイアフラムセル区画部を具備した波エネルギー変換装置のマルチセル長手方向バンクの形状を示している。このように、各セルは、それ自体の壁と膜を有する個別のものである。図１７ａ〜１７ｃは、本発明の実施例に係る、自体の膜を有する、隣接する個別のセルの間の、固定の、好ましくは強固な区画壁を具備する波エネルギー変換装置のマルチセル長手方向バンクの形を示している。
【０１６３】
図１８は、本発明の実施例に係るポートと弁の配置を示す波エネルギー変換装置の断面を示している。波エネルギー変換装置１０は、流体の送り流と戻り流のための一体導管６４、６６を具備する本体１８を含む。セル容積２２からの流れは出力ポート７４を通り、弁６８を通り、送り導管６４に入る。戻り流は、戻り導管６６から出て、弁６８を介してセル容積２２へと入る。弁は別個の出力弁と戻り一方向弁を含む。弁は、交換可能なカートリッジ部分として構成される。弁は、波エネルギー変換装置１０の後部における接触ポートカバーを取り外すことによって接触できることが好ましく、弁６８の軸と同一線上に配置されていることが好ましい。弁６８は、解放され、その後、後部及び上部に引き込まれる。交換弁は、その後、下向き及び前向きの動きで挿入され、位置にロックされ、アクセスポートカバーが再び取り付けられる。面及び又は膜は、本体に水密に、又は導管への又は導管からの漏れを最小限にして波エネルギー変換装置の効率的な動作が確保されるだけの水密度を得られる程度に封止状態に取り付けられている。
【０１６４】
波エネルギー変換装置の外形を楔形状とすることによって、波が波エネルギー変換装置にランプ状に接近し、最小の抵抗とともに波エネルギー変換装置を乗り越えるのを促進し、一方、膜の圧縮によって前後うねりから上下うねりへの変換を最大にし、その結果エネルギー変換を最大にすることができる。
【０１６５】
図１９は、それぞれ複数のセルから成る２つの直線列又はバンクから成るＶ字形状又は山形状の構造を示しており、このような構造によって本発明の実施例に係る複合波エネルギー変換装置配列を形成している。波エネルギー変換装置の２つの肢（腕又は脚）１０ａ、１０ｂ間の角度Yは、そのような配列が設置される場所や波に適するように角度が付けられるように、所望の値に設定される。２つの肢間の角度は、動力を用いて又は手動で調整することによって変えることができる。２つの肢間の連結部９０において、動力発生及び／又はポンプ装置及び／又は角度調整装置を設置することができる。
【０１６６】
図２０は、本発明の実施例に係る複合波エネルギー変換装置配列を形成する複数のセルから成る２つの直線列又はバンクから成るＶ字形状又は山形状の構造の斜視図である。
【０１６７】
図２１〜２２は、本発明の実施例に係る衝突してくる波に対するセル膜の変位の連続を示している。各図の上部グラフＡは波の高さと圧力を示している。各図の下部グラフＢは各セルの膜の垂直変位を示している。各図は波エネルギー変換装置の肢１０ａにわたる各連続における実際のセル膜変位のパターンを図示している。
【０１６８】
図２４〜２６は、本発明の実施例に係る外浜型適用例の波エネルギー変換装置の直線列又はバンクから成る構造の各種配列を示している。
【０１６９】
図２４は、波エネルギー変換装置の肢が浜に向かう外浜大洋向き頂点を示している。図２５は、波エネルギー変換装置の肢が大洋に向かう外浜浜向き頂点を示している。
【０１７０】
図２６は、浜近くの波エネルギー変換装置の単一肢又は単一背骨型の配列を示している。
【０１７１】
図２７〜２９は、図２４〜２６に示す各配列に対応した各種直線状及び非直線状配列又はバンクの形状を示している。
【０１７２】
図３０及び３１は、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置１０の深海型適用例を示している。図３０において、波エネルギー変換装置１０のセル２２を円環状配列９０とすることによって、あらゆる方向からの波エネルギーを効率的に変換することが可能である。このように、一定の期間にわたる異なる波方向に対する期間の波エネルギー変換を平均することができる。図３０のＡ−Ａ断面（図３０ｓのｓは断面を示す）は、セルの一般的配列の断面を示している。
【０１７３】
図３１は、波エネルギー変換装置の深海型バージョンの他の実施例を示しており、いくつかのセルは環の開口の内部にあり、他のセルは開口の外部にある。図３１のＢ−Ｂ断面（図３１ｓのｓは断面を示す）は、セルの一般的配列の断面を示している。
【０１７４】
図３０及び３１の波エネルギー変換装置構造は、最初に環の一側面に衝突した波からエネルギーを抽出して、また、環を通過して環の内面に衝突する波からもエネルギーを抽出する。このような深海型適用例は、波の表面上の、又は波の表面下に中立的に浮かせるようにしたロープ浮遊型適用例でもよいし、パイロン、沖合風力タービン塔、石油又はガス掘削リグ、又は他の同様の大洋又は深海装置に固定してもよい。
【０１７５】
図３０ａ及び３０ｂは本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の他の深海型適用例を示している。図３０ａは、浮遊型波エネルギー変換装置に一体化した風力タービン１１４を示している。浮遊型波エネルギー変換装置は図３０に示したものと同様であるが、風力タービン１１４のマスト１１２として中央（十字形の）支柱１１０が形成されている。風力タービンの支柱は、他の形状としたり、他の装置を用いることができる。例えば、中央の単一の円材、中実又は網目状のプラットフォーム又は枠組体を用いることができる。波エネルギー変換装置は、海底に係留１１６されることによって、浮遊できるが漂流はしない。風力タービンによって発電された電力は波エネルギー変換装置に関係するポンプや、制御システムや安全システムなどの電気設備に電力を供給するために使用することができる。
【０１７６】
図３０ｂは、風力タービンマスト１２２が上方に向けて突出している、海底設置海中波エネルギー変換装置１２０を提供する他のバージョンを示している。波エネルギー変換装置は、海底１２６中に設けられた支柱１２４上に設置されている。波エネルギー変換装置は、水深と海の状況の変化に対応するために海底に対して上下動してもよく、これによって、波エネルギー変換装置を主な海／天候状況に対して最適化することができ、又は、荒れた海／天候状況の際には、海底まで下げることができる。十字形支柱１１０がマストを支えており、マスト自体は横支柱１２６によって補強可能である。
【０１７７】
図３０ｃ及び３０ｄは、本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の深海型適用例を示している。波エネルギー変換装置１０は、風力タービン１１４ａのマスト１１２ａに設置されている。特に、図３０ｄは、波エネルギー変換装置１０と風力タービン１１４ａのマスト１１２ａのＥ−Ｅ垂直断面を示している。マストは海底１２に埋設されている。波エネルギー変換装置はマストを中心として回転可能である。回転は、１以上のロープ１９２、１９４によって、波エネルギー変換装置の各端部に接続されたウィンチ１９０によって制御することができる。単一のロープ（連続したロープ１９２＋１９４）が、ウィンチ滑車１９０の周りを通過するようにしてもよく、又は別個のロープ１９２、１９４を設けて、波エネルギー変換装置を回転するように、それぞれを効率的に長くしたり短くしたり制御するようにしてもよい。これによって、波エネルギー変換が最大限になるように主な押し寄せる波に向かうように波エネルギー変換装置を揺動させたり、波の波エネルギー変換装置に対する影響を制御する、すなわち、エネルギー変換を制限するために波エネルギー変換装置に角度をつけることができる。これは、強風状況において、振動数、頂部から底部への高さ、波からの力によって、波に直接向かうことが、完全に効率的である場合も低い可能性がある場合に、特に役に立つ。水深の変化及び／又はマストに対する波の高さの変化を許容するために、波エネルギー変換装置はマストに対して上下に動いてもよい。トラックや、ガイドホイール、ローラー等の１以上のガイド１９８をマスト、波エネルギー変換装置又はこれらの両方に取り付けることができる。このようなガイドによれば、波エネルギー変換装置を、自在に上下動したり、又は、所望の位置又は深さに維持するように制御することができる。
【０１７８】
図３２〜３４は本発明の実施例に係る波エネルギー変換装置の防波堤適用例を示している。波エネルギー変換装置１０は、浜に近接設置されたセルの直線状列またはバンクとして構成されていて、水１４中に伸延した桟橋９６の縁を形成している。桟橋は、中実の又はほぼ中実の防波堤でよい。
【０１７９】
図３３は防波堤と波エネルギー変換装置１０のＣ−Ｃ断面を示している。
【０１８０】
図３４に示すように、厳しい状況に適応可能な波エネルギー変換装置１０を用いることもできる。波エネルギー変換装置は、１以上の膜１６に、１または複数のセル２２を設けている。単一のポート９８は、双方向タービン１００と連絡しており、上方部単一の送り戻り導管又は室１０２の中に入っている。下方部室１０４は、荒れた海や潮の上下うねり状況で波エネルギー変換装置が移動することを防ぐ目的で重量を追加するために水やコンクリートや割栗などのバラストで満たすことができる。送り導管と戻り導管は、対応する一方向弁をとりつけて別々に構成することができる。
【０１８１】
図３８〜４０の例に示すように、波エネルギー変換装置１０は水の戻り流１４２を案内するために配置された後部壁の他の形状を有してよい。例えば、図３８は二重曲面又はＳ字状の後部１３０を示しているが、図３９は凹状後部１３２を示し、図４０は直線状（波エネルギー変換装置１０の大まかな本体形状に関しては楔又は三角形状）の後部１３４を示している。これらの後部の他の形状は、後部が凸状曲面である結果として、海底に近接した後部の基部の直近において渦流が起こる場合に採用できる。このような戻り１４２からの渦流１４０は、図４１に示すように、波エネルギー変換装置の後部に近接した海底１４の浸食の原因となる可能性がある。
【０１８２】
図４２は、凸状後部１３６を有し、海底から距離ｄだけ持ち上げられている波エネルギー変換装置の例を示しており、戻り流の一部を波エネルギー変換装置の下を通過させることにより、そのような浸食する渦流を避けている。
【０１８３】
図４３〜４６は、１以上のタービンを通じて二次流体を介して変換された波エネルギーを案内するための回路のプロセス及び計装図（Ｐ＆ＩＤ）の他の配置を示している。特に、図４３は、共有のマニホールド１４８、１５０及び単一の（共有の）タービン１５２を有するセルのダブルダイアフラムバンク１４４，１４６を示している。この配列は、閉鎖ループ二重空圧回路（修正流）及び発電機に連結された単一軸タービンを有するＶバンク構造に使用可能である。
【０１８４】
図４４は、セルのダブルダイアフラムバンク１５４、１５６であるが、二つのタービン１６２、１６４のひとつにそれぞれ交差流マニホールド１５８、１６０接続されたセルのダブルダイアフラムバンクを示している。これはまた、閉鎖ループ二重空圧回路（修正流）及び発電機に連結された二重軸タービンを有するセルのバンクのＶ字形状構造に関する。
【０１８５】
図４５は、交差流マニホールド１７０、１７２及びダブルタービン１７４、１７６を有するセルのバンク１６６，１６８の単一のダイアフラムの波エネルギー変換装置の配列を提供している。この単一のバンク配列は閉鎖ループからなる二重空圧回路交差流（修正流）及び発電機に連結された二重軸タービンを有する。
【０１８６】
図４６は単一のマニホールド１８０及び双方向タービン１８２を有するセルの単一のダイアフラムバンク１７８を示している。これは解放ループダクティング（すべての構成に適用可能である）を提供する。修正タービン及び発電機は、ダイアフラムセルと共有の移送マニホールド間のポート中に設置されている。ダイアフラムセル毎の複数のタービンも可能である。
【０１８７】
波エネルギー変換装置セル及び／又はシステムの性能は、主な又は予測される海の状況に適合するため、または、所望のレベルの性能又は要求に見合わせるために制御されまたは最適化されるよう構成する。
【０１８８】
１以上のセル内又はセルを含むシステム内の流体圧は、必要に応じて増減可能である。例えば、システムの低圧又は高圧導管及び／又はマニホールド内の流体圧は、変更可能である。
【０１８９】
流体圧は、少なくとも１つの基準圧力値に応じて増減することが好ましい。流体圧は、システムのセル及び／又は導管及び／又はマニホールド内の１以上の圧力センサから読み取ることで測定可能である。このような圧力センサは、必要な圧力値を決定するための、圧力に応答する信号をプロセッサに提供することができ、その信号は、流体圧を制御又は最適化するファクターとして使用される。
【０１９０】
基準圧力値は、システムの各セル内及び／又は低圧及び／又は高圧導管内及び／又はマニホールド内で測定された流体圧の平均でもよい。
【０１９１】
平均圧は、少なくともある程度は、特定の時間１つのセル内又は、多くのセルにわたる各種圧力を平均することによって（同時平均圧）、又は経時的な１以上のセルにわたる各種圧力を平均することによって（時間的平均圧）決定される。
【０１９２】
この方法はセル内の圧力を制御する又は最適化する工程を含み、潮時またはその他の長期間による影響による水深の変化の関数としての最適セル圧を、好ましくは主なまたは現在の海の状態の最適条件に基づいて、維持することが好ましい。従って、セル内の圧力は、セル上の有効水深の増加とともに、水から受ける増加した外圧と均衡し、水深が低減するにつれてセル内の圧力も低減し、水から受ける減少した圧力と均衡するようにしてもよい。このように、セル及び／又はシステムからの性能と出力は、必要な出力又はシステム上の要求に応じて最適化してもよい。
【０１９３】
また、海の状況の悪化を実際に判断又は予測する際に、セル内の流体圧を低減して膜の損傷を防止するようにしてもよい。必要であれば、膜が水圧によって平らに押圧され、セル内部に圧力がかけられセルが再び膨張するまで膜が機能しないように、圧力をゼロまたは気圧にまで低減することが可能である。
【図１ａ】
2020045904.tif 000003
【図１ｂ】
2020045904.tif 000004
【図１ｃ】
2020045904.tif 000005
【図１ｄ】
2020045904.tif 000006
【図１ｅ】
2020045904.tif 000007
【図１ｆ】
2020045904.tif 000008
【図１ｇ】
2020045904.tif 000009
【図１ｈ】
2020045904.tif 000010
【図１ｉ】
2020045904.tif 000011
【図１ｊ】
2020045904.tif 000012
【図１ｋ】
2020045904.tif 000013
【図１ｌ】
2020045904.tif 000014
【図１ｍ】
2020045904.tif 000015
【図１ｎ】
2020045904.tif 000016
【図１ｏ】
2020045904.tif 000017
【図１ｐ】
2020045904.tif 000018
【図１ｑ】
2020045904.tif 000019
【図１ｒ】
2020045904.tif 000020
【図１ｓ】
2020045904.tif 000021
【図１ｔ】
2020045904.tif 000022
【図１ｕ】
2020045904.tif 000023
【図１ｖ】
2020045904.tif 000024
【図１ｗ】
2020045904.tif 000025
【図１ｘ】
2020045904.tif 000026
【図２ａ】
2020045904.tif 000027
【図２ｂ】
2020045904.tif 000028
【図２ｃ】
2020045904.tif 000029
【図２ｄ】
2020045904.tif 000030
【図２ｅ】
2020045904.tif 000031
【図２ｆ】
2020045904.tif 000032
【図２ｇ】
2020045904.tif 000033
【図２ｈ】
2020045904.tif 000034
【図２ｉ】
2020045904.tif 000035
【図２ｊ】
2020045904.tif 000036
【図２ｋ】
2020045904.tif 000037
【図２ｌ】
2020045904.tif 000038
【図３】
2020045904.tif 000039
【図４】
2020045904.tif 000040
【図５】
2020045904.tif 000041
【図６ａ】
2020045904.tif 000042
【図６ｂ】
2020045904.tif 000043
【図６ｃ】
2020045904.tif 000044
【図６ｄ】
2020045904.tif 000045
【図７ａ】
2020045904.tif 000046
【図７ｂ】
2020045904.tif 000047
【図７ｃ】
2020045904.tif 000048
【図８ａ】
2020045904.tif 000049
【図８ｂ】
2020045904.tif 000050
【図８ｃ】
2020045904.tif 000051
【図８ｄ】
2020045904.tif 000052
【図９ａ】
2020045904.tif 000053
【図９ｂ】
2020045904.tif 000054
【図９ｃ】
2020045904.tif 000055
【図９ｄ】
2020045904.tif 000056
【図１０ａ】
2020045904.tif 000057
【図１０ｂ】
2020045904.tif 000058
【図１０ｃ】
2020045904.tif 000059
【図１１ａ】
2020045904.tif 000060
【図１１ｂ】
2020045904.tif 000061
【図１１ｃ】
2020045904.tif 000062
【図１１ｄ】
2020045904.tif 000063
【図１２ａ】
2020045904.tif 000064
【図１２ｂ】
2020045904.tif 000065
【図１３ａ】
2020045904.tif 000066
【図１３ｂ】
2020045904.tif 000067
【図１４ａ】
2020045904.tif 000068
【図１４ｂ】
2020045904.tif 000069
【図１４ｃ】
2020045904.tif 000070
【図１５ａ】
2020045904.tif 000071
【図１５ｂ】
2020045904.tif 000072
【図１５ｃ】
2020045904.tif 000073
【図１６ａ】
2020045904.tif 000074
【図１６ｂ】
2020045904.tif 000075
【図１６ｃ】
2020045904.tif 000076
【図１７ａ】
2020045904.tif 000077
【図１７ｂ】
2020045904.tif 000078
【図１７ｃ】
2020045904.tif 000079
【図１８】
2020045904.tif 000080
【図１９】
2020045904.tif 000081
【図２０】
2020045904.tif 000082
【図２１】
2020045904.tif 000083
【図２２】
2020045904.tif 000084
【図２３】
2020045904.tif 000085
【図２４】
2020045904.tif 000086
【図２５】
2020045904.tif 000087
【図２６】
2020045904.tif 000088
【図２７】
2020045904.tif 000089
【図２８】
2020045904.tif 000090
【図２９】
2020045904.tif 000091
【図３０】
2020045904.tif 000092
【図３０ａ】
2020045904.tif 000093
【図３０ｂ】
2020045904.tif 000094
【図３０ｃ】
2020045904.tif 000095
【図３０ｄ】
2020045904.tif 000096
【図３０ｓ】
2020045904.tif 000097
【図３１】
2020045904.tif 000098
【図３１ｓ】
2020045904.tif 000099
【図３２】
2020045904.tif 000100
【図３３】
2020045904.tif 000101
【図３４】
2020045904.tif 000102
【図３５】
2020045904.tif 000103
【図３６】
2020045904.tif 000104
【図３７】
2020045904.tif 000105
【図３８】
2020045904.tif 000106
【図３９】
2020045904.tif 000107
【図４０】
2020045904.tif 000108
【図４１】
2020045904.tif 000109
【図４２】
2020045904.tif 000110
【図４３】
2020045904.tif 000111
【図４４】
2020045904.tif 000112
【図４５】
2020045904.tif 000113
【図４６】
2020045904.tif 000114
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月15日(2020.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ａ】
2020045904.tif 000115
【図１ｂ】
2020045904.tif 000116
【図１ｃ】
2020045904.tif 000117
【図１ｄ】
2020045904.tif 000118
【図１ｅ】
2020045904.tif 000119
【図１ｆ】
2020045904.tif 000120
【図１ｇ】
2020045904.tif 000121
【図１ｈ】
2020045904.tif 000122
【図１ｉ】
2020045904.tif 000123
【図１ｊ】
2020045904.tif 000124
【図１ｋ】
2020045904.tif 000125
【図１ｌ】
2020045904.tif 000126
【図１ｍ】
2020045904.tif 000127
【図１ｎ】
2020045904.tif 000128
【図１ｏ】
2020045904.tif 000129
【図１ｐ】
2020045904.tif 000130
【図１ｑ】
2020045904.tif 000131
【図１ｒ】
2020045904.tif 000132
【図１ｓ】
2020045904.tif 000133
【図１ｔ】
2020045904.tif 000134
【図１ｕ】
2020045904.tif 000135
【図１ｖ】
2020045904.tif 000136
【図１ｗ】
2020045904.tif 000137
【図１ｘ】
2020045904.tif 000138
【図２ａ】
2020045904.tif 000139
【図２ｂ】
2020045904.tif 000140
【図２ｃ】
2020045904.tif 000141
【図２ｄ】
2020045904.tif 000142
【図２ｅ】
2020045904.tif 000143
【図２ｆ】
2020045904.tif 000144
【図２ｇ】
2020045904.tif 000145
【図２ｈ】
2020045904.tif 000146
【図２ｉ】
2020045904.tif 000147
【図２ｊ】
2020045904.tif 000148
【図２ｋ】
2020045904.tif 000149
【図２ｌ】
2020045904.tif 000150
【図３】
2020045904.tif 000151
【図４】
2020045904.tif 000152
【図５】
2020045904.tif 000153
【図６ａ】
2020045904.tif 000154
【図６ｂ】
2020045904.tif 000155
【図６ｃ】
2020045904.tif 000156
【図６ｄ】
2020045904.tif 000157
【図７ａ】
2020045904.tif 000158
【図７ｂ】
2020045904.tif 000159
【図７ｃ】
2020045904.tif 000160
【図８ａ】
2020045904.tif 000161
【図８ｂ】
2020045904.tif 000162
【図８ｃ】
2020045904.tif 000163
【図８ｄ】
2020045904.tif 000164
【図９ａ】
2020045904.tif 000165
【図９ｂ】
2020045904.tif 000166
【図９ｃ】
2020045904.tif 000167
【図９ｄ】
2020045904.tif 000168
【図１０ａ】
2020045904.tif 000169
【図１０ｂ】
2020045904.tif 000170
【図１０ｃ】
2020045904.tif 000171
【図１１ａ】
2020045904.tif 000172
【図１１ｂ】
2020045904.tif 000173
【図１１ｃ】
2020045904.tif 000174
【図１１ｄ】
2020045904.tif 000175
【図１２ａ】
2020045904.tif 000176
【図１２ｂ】
2020045904.tif 000177
【図１３ａ】
2020045904.tif 000178
【図１３ｂ】
2020045904.tif 000179
【図１４ａ】
2020045904.tif 000180
【図１４ｂ】
2020045904.tif 000181
【図１４ｃ】
2020045904.tif 000182
【図１５ａ】
2020045904.tif 000183
【図１５ｂ】
2020045904.tif 000184
【図１５ｃ】
2020045904.tif 000185
【図１６ａ】
2020045904.tif 000186
【図１６ｂ】
2020045904.tif 000187
【図１６ｃ】
2020045904.tif 000188
【図１７ａ】
2020045904.tif 000189
【図１７ｂ】
2020045904.tif 000190
【図１７ｃ】
2020045904.tif 000191
【図１８】
2020045904.tif 000192
【図１９】
2020045904.tif 000193
【図２０】
2020045904.tif 000194
【図２１】
2020045904.tif 000195
【図２２】
2020045904.tif 000196
【図２３】
2020045904.tif 000197
【図２４】
2020045904.tif 000198
【図２５】
2020045904.tif 000199
【図２６】
2020045904.tif 000200
【図２７】
2020045904.tif 000201
【図２８】
2020045904.tif 000202
【図２９】
2020045904.tif 000203
【図３０】
2020045904.tif 000204
【図３０ａ】
2020045904.tif 000205
【図３０ｂ】
2020045904.tif 000206
【図３０ｃ】
2020045904.tif 000207
【図３０ｄ】
2020045904.tif 000208
【図３０ｓ】
2020045904.tif 000209
【図３１】
2020045904.tif 000210
【図３１ｓ】
2020045904.tif 000211
【図３２】
2020045904.tif 000212
【図３３】
2020045904.tif 000213
【図３４】
2020045904.tif 000214
【図３５】
2020045904.tif 000215
【図３６】
2020045904.tif 000216
【図３７】
2020045904.tif 000217
【図３８】
2020045904.tif 000218
【図３９】
2020045904.tif 000219
【図４０】
2020045904.tif 000220
【図４１】
2020045904.tif 000221
【図４２】
2020045904.tif 000222
【図４３】
2020045904.tif 000223
【図４４】
2020045904.tif 000224
【図４５】
2020045904.tif 000225
【図４６】
2020045904.tif 000226