(57)【要約】【課題】水波からエネルギーを回収するための新たな装置および方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態は、ブイ、シャフト、および発電装置を含む。シャフトは、ブイが通過する波に反応して垂直に変位するとシャフトが回転するようにブイと連結している。また、シャフトは、シャフトが回転すると発電装置が電力を生成するように発電装置と連結している。電力が生成されると貯蔵場所である海岸へと送られ、機器に動力を供給するために使用されるか、もしくは電力供給網に供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインブイと、前記メインブイと連結しているシャフトとを有する運動変換アセンブリと、
前記シャフトと連結している発電装置と、を備え、
前記メインブイの垂直運動は前記シャフトの回転運動に変換され、前記シャフトの回転運動によって前記発電装置が電力を生成することを特徴とする波エネルギー回収システム。
【請求項２】
前記運動変換アセンブリはさらに、
引き戻しブイと、
前記シャフトと連結しているプーリと、
ケーブルと、を備え、
前記ケーブルは、第一端が前記メインブイと連結し、第二端が前記引き戻しブイと連結しており、前記プーリの周囲に巻かれている請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項３】
前記プーリを前記シャフトと連結することによって、前記プーリが第一の方向に回転するときは前記プーリの回転運動を前記シャフトの回転運動に変換し、前記プーリが第二の方向に回転するときは前記プーリの回転運動を前記シャフトの回転運動には変換しない請求項２に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項４】
前記運動変換アセンブリは、前記波エネルギー回収システムが有する複数の運動変換アセンブリのうちのひとつである請求項３に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項５】
前記シャフトは、複数のシャフトセグメントから構成されている請求項４に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項６】
前記複数の運動変換アセンブリのそれぞれは、前記複数のシャフトセグメントのうちのひとつによって隣接する運動変換アセンブリと連結している請求項５に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項７】
前記複数のシャフトセグメントのそれぞれは、等速ジョイントによって前記複数のプーリのうちのひとつと連結している請求項６に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項８】
さらに支持基盤を備え、前記シャフトは前記支持基盤と回転可能に連結している請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項９】
前記ブイは水域の表面に近接して位置しており、前記支持基盤は前記水域の底部に近接して位置している請求項８に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１０】
前記発電装置は交流電流永久磁石発電機である請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１１】
さらに変速機を備え、前記変速機は前記シャフトおよび前記発電装置と連結している請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１２】
さらに前記発電装置と連結しているコンデンサを備える請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１３】
前記メインブイは、水口バルブと、空気口バルブとを備える請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１４】
さらに前記発電装置と連結している電源ケーブルを備える請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１５】
前記メインブイは、長方形の本体部と、前記長方形の本体部と連結しているスカートとを備える請求項１に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１６】
メインブイと、前記メインブイと連結しているシャフトとを有する運動変換アセンブリと、
前記シャフトと連結しているポンプと、
前記ポンプと連結している圧力管路と、
前記圧力管路と連結している発電装置と、を備え、
前記メインブイの垂直運動は前記シャフトの回転運動に変換され、
前記シャフトの回転運動によって前記ポンプが圧力を生成することを特徴とする波エネルギー回収システム。
【請求項１７】
前記発電装置は複合油圧ポンプ駆動システムである請求項１６に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１８】
前記運動変換アセンブリは、前記波エネルギー回収システムを構成する複数の運動変換アセンブリのうちのひとつである請求項１７に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項１９】
前記ポンプは、前記波エネルギー回収システムが有する複数のポンプのうちのひとつであり、さらに、前記複数のポンプからの圧力は前記発電装置を駆動するために蓄積される請求項１８に記載の波エネルギー回収システム。
【請求項２０】
複数のブイを水域に設置するステップと、
シャフトを前記水域に設置するステップと、
発電装置を前記水域もしくは前記水域に近接して設置するステップと、
前記複数のブイのそれぞれを前記シャフトと連結するステップと、
前記シャフトを前記発電装置と連結するステップと、
前記ブイの垂直運動を前記シャフトの回転運動に変換するステップと、
前記シャフトの回転運動を前記発電装置に作用させて発電するステップと、を含む波からエネルギーを回収するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２００５年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／７３８，２８７号「波エネルギー回収システム(WAVE ENERGY RECOVERY SYSTEM)」（出願人：Greenspan他）に基づく優先権を主張しており、当該出願の番号を引用することによりその全体の開示内容が本願明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、波からエネルギーを回収するためのシステムに関するものであり、より詳しくは、波によって引き起こされるブイ（浮標）の垂直変位を回転運動に変換して発電するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在、約３億５０００万メガワット時のエネルギーが毎日世界規模で消費されている。これは、約２億５００万バレルの石油が持つエネルギーに等しい。先進国および発展途上国全体における継続的な産業の拡大や人口の増加のために、世界のエネルギー消費量は今後２５年間で約６０パーセント増加し、１日当たり５億メガワット時を超えるまでに押し上げられることが予想されている。現在消費されているエネルギーの約７５パーセントは、石油、石炭、天然ガス、他の化石燃料などの再生不可能な資源から生成されたものである。現状レベルで化石燃料を使用することは、毎日約６００万トンの二酸化炭素が大気中に排出されていることの主な原因となっている。入手可能な化石燃料の供給には限りがあることや、二酸化炭素の影響に対する懸念が高まっていることから、主要エネルギー源として引き続き化石燃料に依存することには限界がある。
【０００４】
現在の世界のエネルギー消費量率を維持し、エネルギー消費における将来的な増加を抑制するためのひとつの取り組みは、再生可能な資源からエネルギーを生成するための新規かつ改良された方法を研究開発することである。再生可能エネルギー源は、水力エネルギー、風力エネルギー、太陽エネルギー、および地熱エネルギーを含む。現在実用されている再生可能エネルギー源のうち、水力エネルギー、具体的には波力エネルギーは、増加する世界のエネルギー需要を満たすために十分な再生可能エネルギー源を開発できる可能性を最も期待できるものである。
【０００５】
海洋波が多量のエネルギーを含んでいることは長年の間理解されてきた。波に含まれる高レベルのエネルギー濃度とこのようなエネルギーを得るために利用可能な広大な領域があれば、波力エネルギー技術は重要な再生可能エネルギー源となる。波のエネルギーを効率的に得るために多くのシステムが開発されてきたが、これまでに考えられたシステムや方法の中には、波力エネルギーを利用可能な代替エネルギー源とするために求められる効率性や費用効果を達成できたものはなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
波エネルギー回収システムは、非常に厳しい海洋環境や淡水環境においてうまく機能しなければならない。このような環境は、激しい嵐に襲われやすく、また塩水や動植物の有害な影響を受けやすい。さらに、このようなシステムは海上に設置されるため、システムがうまく機能するためには出力されるエネルギーを海岸へと送るための効率的な手段を含んでいる必要がある。以下に説明するように、本発明は上述したような技術的課題およびその他の技術的課題に取り組み、それらを解決したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水波からエネルギーを回収するための新たな装置および方法を含む。本発明の実施形態は、ブイ、シャフト、および発電装置を含む。シャフトは、通過する波に反応してブイが垂直に移動するとシャフトが回転するようにブイと連結している。また、シャフトは、シャフトが回転すると発電装置が電力を生成するように発電装置と連結している。電力が生成されると貯蔵場所である海岸へと送られ、機器に電力を供給するために利用されるか、もしくは電力供給網に供給される。
【０００８】
本発明の目的、効果、および作用は、以下の図面および詳細な説明を参照することにより、より詳しく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を以下に説明する実施形態を参照して開示するが、本発明がこれらの実施形態に限定されるべきではないことは明らかである。したがって、以下の実施形態の説明は本発明の一例にすぎず、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲を限定するものではない。
【００１０】
ここに説明するとおり、波エネルギー回収システムは、海洋波または他の水波のエネルギーを利用可能な機械電気エネルギー(mechanical and electrical energy)に変換する。装置および方法は、あらゆる大きさや周波数の波の垂直パルス運動を、例えば回転運動のような他のタイプの運動に変換するように構成することができる。このようにして得られる回転運動の機械エネルギーは、変速機（ギアボックス）、モータ、ポンプ、発電機などを駆動して電力を生成するように構成することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態において、波の垂直パルス運動が水面もしくは水面付近に浮遊しているブイに伝達されてブイを垂直方向に変位させる。ブイの垂直変位は回転運動に変換されてプーリ／ラチェット機構(pulley and ratchet mechanism)に作用し、交流電流永久磁石発電機(AC permanent magnet generator)を駆動して電力を生成（発生）する。比較的低い毎分回転数（RPMs）の回転速度を、発電機を駆動するのに望ましい回転速度に変換するために変速機を使用することができる。変速機は遊星歯車装置を利用するのが好ましいが、他の歯車装置を利用してもよい。交流電流永久磁石発電機は、発電機が生成する交流電流を直流電流に変換するための整流器と連結している。整流器は安定した直流電流を生成するための電圧変換器と連結しており、生成された直流電流は電力の最終源として使用されるか、もしくは交流電流に再度変換されて電力供給網に供給される。ここで使用されているように、「連結している」という語は、機械的方法、電気的方法、もしくは他の方法によって、直接または間接的に連結していることを意味する。
【００１２】
本発明の例示的実施形態を図１から図６に示す。図１は、波エネルギー回収システム１０の斜視図である。波エネルギー回収システム１０は、運動変換アセンブリ(motion translating assembly)１２、発電機１４、およびシャフト１６を備えている。波エネルギー回収システム１０は、比較的海岸近くの海底に設置されて電力を生成するように構成され、生成した電力を海岸へと送る。上で述べられているように、運動変換アセンブリ１２は波の垂直パルス運動をシャフト１６の回転運動に変換し、このシャフト１６の回転運動が発電機１４を駆動する。発電機１４は、交流電流永久磁石発電機であることが好ましい。図２に示すように、シャフト１６を回転させて発電機１４を駆動するのを補助するために複数の運動変換アセンブリ１２を直列に配置してもよい。
【００１３】
図３に最も詳細に示すように、運動変換アセンブリ１２は、メインブイ(main buoy)（もしくは浮き）１８、引き戻しブイ(retracting buoy)（もしくは浮き）２０、振動プーリ(oscillating pulley)２２、メインケーブル２４、およびラチェット機構２６を含む。メインケーブル２４は、一方の端がメインブイ１８と連結し、他方の端が引き戻しブイ２０と連結しており、プーリ２２の周囲に巻かれている。ブイ１８およびブイ２０は、波がメインブイ１８に接触するとメインブイ１８が垂直上方に変位して（すなわち、海底に対して上昇して）、メインケーブル２４がプーリ２２を図３において時計回りに回転させるように構成されている。波がメインブイ１８を通過すると、メインブイ１８は垂直下方に変位して（すなわち、海底に対して下降して）、引き戻しブイ２０が上昇してケーブル２４の緩みを取り除き、プーリ２２が図３において反時計回りに回転する。したがって、波がメインブイ１８を通過すると、通過する波によるメインブイ１８の垂直変位が振動プーリ２２の回転運動に変換される。メインケーブル２４は、メインブイ１８および引き戻しブイ２０と連結しているとともにプーリ２２の周囲に巻かれているものとして説明しているが、多くの他の構成もメインブイ１８の垂直運動を回転運動に変換することが可能であることを当業者であれば容易に理解するであろう。例えば、第一のケーブルの一方の端がメインブイ１８と連結し、他方の端がプーリ２２と連結しており、第二のケーブルの第一端が引き戻しブイ２０と連結し、他方の端がプーリ２２と連結していてもよい。このような構成においては、メインブイ１８が垂直に移動すると、第一および第二のケーブルがひとつのメインケーブル２４に代わって効果的に振動プーリ２２を回転させる。
【００１４】
図４Ａおよび図４Ｂに最も詳細に示すように、振動プーリ２２は、回転運動がプーリ２２からラチェット機構２６へと伝達されるようにラチェット機構２６と連結している。プーリ２２およびラチェット機構２６はステンレスで構成されていることが好ましい。ラチェット機構２６の内部機構は、外側リング２８、内側リング３０、およびローラーカム３２という３つの主要部品によって構成されている。外側リング２８は、プーリ２２が回転すると外側リング２８が回転するようにプーリ２２に取り付けられている。内側リング３０は、内側リング３０が回転するとシャフト１６が回転するようにシャフト１６に取り付けられている。ラチェット機構２６は、一方向ラチェット（一方向クラッチ）として機能するものである。したがって、プーリ２２が一方向に回転するときのみ、プーリ２２の回転がラチェット機構２６を通してシャフト１６の回転運動に変換される。例えば、図３を参照すると、メインブイ１８が通過する波によって押し上げられプーリ２２が時計回りに回転するときのみ、プーリ２２の回転がシャフト１６の回転に変換される。波がメインブイ１８を通り過ぎてメインブイ１８が下降するとき、プーリ２２の反時計回りの回転はシャフト１６の回転には変換されない。この構成は、シャフト１６が発電機１４を駆動するとき、シャフト１６は一方向にのみ回転するというものである。
【００１５】
図４Ａおよび図４Ｂに示す前述のラチェット機構２６に代わるラチェット機構３４を図５Ａおよび図５Ｂに示す。この実施形態において、プーリ３６は第一の溝３８および第二の溝４０を含む。メインブイケーブル４２は、第一端がプーリ３６に、第二端がメインブイ７２に取り付けられており、第一の溝３８の周囲に巻かれている（図８Ａ参照）。引き戻しブイケーブル４４は、第一端がプーリ３６に、第二端が引き戻しブイ２０に取り付けられており、メインブイケーブル４２が巻かれている方向と逆方向で第二の溝４０の周囲に巻かれている（図８Ａ参照）。当業者であれば容易に理解できるように、このような構成においては、メインブイ１８が上方に移動するとともに引き戻しブイ２０が下方に移動するときプーリ３６は第一の方向に回転し、メインブイ１８が下方に移動するとともに引き戻しブイ２０が上方に移動するときプーリ３６は第二の方向（第一の方向と逆方向）に回転する。シャフト１６はプーリ３６の中心を通る開口を通っており、複数の偏心ローラ(eccentric rollers)４６がプーリ３６とシャフト１６との間に位置している。上記と同様に、ラチェット機構３４は、プーリ３６が第一の方向に回転するときはプーリ３６の回転運動をシャフト１６の回転運動に変換するが、プーリ３６が第二の方向に回転するときはプーリ３６の回転運動をシャフト１６の回転運動には変換しない。
【００１６】
回転運動がプーリ３６から伝達されるか否かは、ローラ４６の偏心状態と位置によって調整されている。ローラ４６はやや楕円形状をしており、プーリ３６が第一の方向に回転すると、ローラ４６がシャフト１６とプーリ３６の両方と係合してプーリ３６の運動をシャフト１６に機械的に伝達するように位置決めされている。プーリ３６が第二の方向に回転すると、ローラ４６がわずかに回転してローラ４６とプーリ３６との間にすき間を作り出し、それによってプーリ３６がシャフト１６から外れることが可能になる。水が流れ込んでローラ４６と接触するのを防ぐためにシール４８を利用してもよく、シール４８は潤滑されていてもよい。さらに、プーリ３６およびラチェット機構３４を収納するため、またシャフト１６にベアリング面を提供するために筐体(housing)５０を利用してもよい。
【００１７】
図２に関して前述したように、複数の運動変換アセンブリ１２がシャフト１６と連結し、システム１０の最も海岸に近い端部に位置する発電機１４を駆動する。このような構成においては、シャフト１６は一方向にのみ回転することが好ましい。複数の運動変換アセンブリ１２がシャフト１６の回転を補助しているため、シャフト１６が一方向にのみ回転するように制限することで複数のアセンブリ１２が連携して発電機１４を駆動することが可能になる。
【００１８】
本発明の一実施形態において、図６に図式的に示すように、複数の運動変換アセンブリ１２が海岸線５２から約４５度の角度で斜めに延びている。システム１０は約３０個の運動変換アセンブリ１２を含むことが好ましい。アセンブリ１２は約３０フィート間隔で配置され、海岸線５２に最も近いアセンブリ１２Ａは海岸から約５００フィート離れており、海岸線５２から最も遠いアセンブリ１２Ｂは海岸から約３０００フィート離れている。このような構成により、通常それぞれの到来波が各メインブイ１８を異なる時点で昇降させることになる。波が海岸線５２に向けて前進するとき、波はまず海岸から最も離れているアセンブリ１２Ｂと接触してアセンブリ１２Ｂのメインブイ１８を上昇させ、その後下降させる。時間をかけて、波は海岸に最も近いアセンブリ１２Ａに到達するまで複数のアセンブリ１２を通って前進する。このような構成においては、ひとつの波が複数のメインブイ１８を同一時点で昇降させることはできないが、時間をかけて複数のメインブイ１８を上昇させることになる。波が海岸線５２に向かって前進するときに時間をかけて複数のメインブイ１８を上昇させることにより、それぞれの運動変換アセンブリ１２がシャフト１６を異なる時間に回転させることになり、結果としてシャフト１６がほぼ一定速度で絶えず回転することになる。アセンブリ１２の構成は、約３０個のアセンブリ１２のうちの少なくとも５つが常時能動的にシャフト１６を回転させるものであることが好ましい。
【００１９】
シャフト１６をほぼ一定速度で絶えず回転させるように構成することは、発電機１４を駆動するための望ましい方法である。シャフト１６を発電機１４と連結するために変速機を任意で使用してもよい。変速機はシャフト１６の回転速度を操作して、発電機１４に入力される回転速度を発電機１４にとって最適な回転速度に変換することができる。例えば、複数の運動変換アセンブリ１２が比較的低速度でシャフト１６を回転させる場合、変速機は回転速度を上昇させて、より高速かつ効率的な回転速度を発電機１４に提供することができる。
【００２０】
発電機１４はシステム１０の海岸に最も近い端部に位置するものとして説明および図示してきた。しかしながら、発電機１４の位置がこのようなものに限定されないことは当業者であれば容易に理解するであろう。例えば、発電機１４をシステム１０の海岸から最も遠い端部に設置してもよい。または、２つの発電機１４を使用して、一方を海岸から最も遠い端部に、他方を海岸に最も近い端部に設置してもよい。または、発電機１４をシステム１０の中央の２つの運動変換アセンブリ１２の間に設置してもよい。発電機１４を海底に設置することで発電機１４が水で囲まれることになり、発電機１４が電力を生成するときにその水が発電機１４を冷却する。通常、発電機１４は熱を発するものであるため、発電機１４を冷却するための簡単に利用できる方法を備えることで、発電機１４の効率を高めることができる。
【００２１】
各運動変換アセンブリ１２は、海底に対して静止位置を維持するために支持基盤 (support platform)５４に固定されている。一実施形態において、支持基盤５４は垂直の柱を有するコンクリート平板である。コンクリート平板である支持基盤５４は、海底での位置を維持し、潮流、メインブイ１８からの推力、嵐、他の悪天候などによって動かないようにするために十分な質量を有している。支持基盤５４は、コンクリート平板と垂直の柱とで、プーリ２２（もしくは３６）、ラチェット機構２６（もしくは３４）、およびシャフト１６を支持する。支持基盤５４は、幅１０フィート、深さ８フィート、高さ４フィートの長方形のコンクリート平板であることが好ましい。このようなコンクリート平板の重さは約２５トンであり、相当大きな力にも動くことなく耐えることができる。
【００２２】
図２に最も詳細に示すように、各運動変換アセンブリ１２はシャフト１６によって隣のアセンブリ１２と連結している。シャフト１６は、複数の個別シャフトセグメント５６によって構成されている。複数の個別シャフトセグメント５６は、支持基盤５４に固定されているラチェット機構２６（もしくは３４）から隣接する支持基盤５４に固定されている他のラチェット機構２６（もしくは３４）へと延びている。海底の不均一性や凹凸に対する懸念やそれぞれの支持基盤５４を正確に配置することに関する懸念を減らし、また排除するために、シャフトセグメント５６は等速ジョイント(constant velocity joint)５８によってラチェット機構２６（もしくは３４）と連結している（図４Ａ参照）。等速ジョイント５８は、ステンレスで構成されるとともにさまざまな角度で軌道の偏向が可能であることが好ましい。このような構成により、不均一な海底によってアセンブリ１２が隣のアセンブリ１２よりも低くもしくは高くに位置してしまう場合でも、複数の運動変換アセンブリ１２が絶え間なくシャフト１６を駆動することが可能になる。
【００２３】
図３に最も詳細に示すように、本発明の一実施形態において、メインブイ１８は対向する２つの球形皿状部(dishes)６０を含む。２つの皿状部６０は直径１０フィートであり、それぞれの端が結合している。皿状部６０はアルミニウムで構成されていることが好ましい。皿状部６０が曲線形状を有していることによって砕ける波がブイ１８の頂上部に打ち寄せることが可能になり、それによりブイ１８の前後両方に力をかけてブイ１８を十分な静止位置に維持するのを補助することができる。メインブイ１８は、空気口バルブ(air inlet valve)６２と水口バルブ(water inlet valve)６４の２つの遠隔操作バルブを備えている。バルブ６２および６４は遠隔操作され、バラストを追加するために水口バルブ６４から水を取り込んでブイ１８の浮遊位置を安定させるか、もしくは空気口バルブ６２から圧搾空気を取り込み、ブイ１８中の水を排出して水バラストを減らす。バルブ６２および６４は、ブイ１８が完全に水中に沈むために十分な水バラストを積載できるように構成されている。ブイ１８が完全に水中に沈むことは、激しい嵐や他の何らかの危険が存在するときに、ブイ１８やシステム中の他の部品が受けるダメージを減らしたり排除したりするために望ましい。嵐が過ぎ去ると、ブイ１８は空気口バルブ６２から圧搾空気を取り込んで水バラストを排出し、ブイ１８を稼動位置に戻す。さらに、メインブイ１８は水バラストの取り込みと排出を通して調整的に上昇および下降させることが可能であり、変化する波の状況に対応して動的にブイ１８の位置を調整し、ブイ１８の最適な稼動位置を維持する。
【００２４】
図３を再度参照すると、ブイ１８は３つの回転リング(pivoted rings)６６を備えていてもよく、その回転リング６６を通してブイ１８がメインケーブル２４に接続されている。また、３つの連結ケーブル６８の一方の端が回転リング６６に、他方の端が共通リング７０に取り付けられていてもよい。メインケーブル２４は、一方の端が共通リング７０に取り付けられ、前述したように振動プーリ２２（もしくは３６）の周囲に巻かれていてもよい。好適実施形態において、メインケーブル２４および連結ケーブル６８は直径約８分の３インチであり、連結ケーブル６８は長さ約１０から１５フィート、メインケーブル２４は長さ約１００から２００フィートである。
【００２５】
メインブイの形状は図３に示すような形状、もしくは浮遊が可能な他の形状であってもよいが、メインブイ７２の好適実施形態を図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示す。メインブイ７２は、わずかに外側に湾曲する上面７４および底面７６を有する略長方形の本体部を含む。スカート(skirt)７８がブイ７２の底面７６から延びており、また、パイプなどの硬質部材８０がブイ７２の底面７６から下方に延びている。さらに、少なくともひとつのキール部材(keel member)８２がパイプ８０に取り付けられている。任意で、複数のキール部材８２がパイプ８０に取り付けられていてもよい。また、３つのキール部材８２がパイプ８０に取り付けられ、それぞれが１２０度ずつ離れていることが好ましい。パイプ８０は長さが１０フィートであることが好ましく、キール部材８２は高さ３フィート、幅３フィートの三角形状を有している。波がブイ７２を通過するとき、水中の乱流は水面近くにある。したがって、水面から１０フィート下にキール部材８２を置くことで波の乱流を避けることができる。このような構成により、ブイ７２を安定したものにするとともに、ブイ７２の側方運動、ぶれ、揺動を排除もしくは減少させることができる。このような動きを排除することで、ブイ７２の垂直変位を増加させ、より高い割合の波エネルギーを回収することが可能となる。
【００２６】
メインブイ７２を長方形にすることで、運動変換アセンブリ１２の推力をより大きなものにするとともに、シャフト１６の回転運動をより大きなものにすることができる。荒海に置かれた長方形の部材は、その長い方の垂直面が到来波に面するように回転する傾向にある。長方形のブイ７２は、より大きな表面積を到来波と向き合わせることでより多くの波を捕らえ、その結果、通過する波によってブイ７２が上方に移動するときにメインケーブル２４により大きな推力を与える。長方形のブイ７２は、幅３０フィート、深さ１０フィート、高さ５フィートであることが好ましい。
【００２７】
スカート７８の位置および形状もまた、ブイ７２の側方運動、ぶれ、揺動を排除もしくは減少させる傾向にある。スカート７８の形状は、メインケーブル２４と連結ケーブル６８によって生じる下方への力とともに、波が通過するときにブイ７２を水面上で水平に維持する。波がブイ７２を上方に移動させてもブイ７２は水平のままに保たれ、それにより側方運動、ぶれ、揺動を減少もしくは排除することができる。上述したように、垂直変位を最大にすることで波から回収されるエネルギーも最大となる。
【００２８】
図８Ａおよび図８Ｂを再度参照すると、ブイ７２は上述した方法と類似する方法でプーリ３６に取り付けられている。３つの連結ケーブル６８がブイ７２を共通リング７０に連結している。また、メインプーリケーブル４２が共通リング７０をプーリ３６の第一の溝３８に連結している。さらに、上述したように、長方形のブイ７２は、最適に機能できる位置や危険を避けられる位置にブイ７２を配置するために水バラストの取り込みや排出を行う空気口バルブ６２と水口バルブ６４を含む。メインブイ７２はアルミニウムで構成されていることが好ましいが、本発明は、波が通過するときにブイが浮遊および上下することが可能になる任意の材料で構成されるブイを含む。
【００２９】
図３および図８Ａに最も詳細に示すように、引き戻しブイ２０はアルミニウムで構成されていることが好ましく、円筒形状をしており、ガイドスリーブ(guide sleeve)８４を含む。メインブイ１８および７２と同様に、引き戻しブイ２０は、空気を取り込んで水バラストを排出するための空気口バルブと水を取り込んで水バラストを増加させるための水口バルブの２つのバルブを備えている。引き戻しブイ２０の底面はリング８６を備えており、リング８６はメインケーブル２４に取り付けられて、振動プーリ２２の周囲に巻かれている（図３参照）。あるいは、リング８６は引き戻しプーリケーブル４４に取り付けられていてもよく、引き戻しプーリケーブル４４は振動プーリ３６に連結されてプーリ３６の第二の溝４０の周囲に巻かれている（図８Ａ参照）。
【００３０】
ガイドスリーブ８４は引き戻しブイ２０の側面に取り付けられている。ガイドスリーブ８４はケーブル２４もしくは４２に沿って滑り、波がメインブイ１８または７２を通過して前進するときに振動プーリ２２もしくは３６に反動する制御された往復運動を維持するように構成されている。好適実施形態において、引き戻しブイ２０は直径約１６インチ、高さ約２４インチである。
【００３１】
従来の発電所を建設するコストに対して、波エネルギー回収システム１０は非常に安価で製造および設置することができる。システム１０を設置するために、システム１０の構成部品をポンツーン(pontoon)もしくはポンツーンのような浮遊台に積載してもよい。ポンツーンは水面に沿って等間隔に並べることができる。また、ポンツーンの間隔は、海底に沿って設置される隣接する支持基盤５４間の所望の稼動距離にほぼ等しくすることができる。プーリ２２（もしくは３６）およびラチェット機構２６（もしくは３４）は、その後ポンツーン上で支持基盤５４に固定することができる。組み立てられたこれらの支持基盤５４は、チェーンやケーブルのような従来の方法を利用して、ポンツーンから海底上での設置位置へと降ろすことができる。複数のラチェット機構２６（もしくは３４）を、前述したようにシャフトセグメント５６および等速ジョイント５８によって連結してもよい。それに代わるものとして、支持基盤５４がポンツーン上にある間に複数のラチェット機構２６（もしくは３４）をシャフトセグメント５６によって連結し、複数の支持基盤５４を一緒に海底へと降ろすこともできる。
【００３２】
いったん複数のラチェット機構２６（もしくは３４）が連結されると、ケーブル２４（もしくはケーブル４２と４４）が各プーリ２２（もしくは３６）の周囲に巻かれる。さらに、引き戻しブイ２０は、ケーブルの一端とケーブルに沿って配置されたガイドスリーブ８４に取り付けられていてもよい。メインブイ１８（もしくは７２）は、空気口バルブ６２と水口バルブ６４を使用して水バラストの取り込みおよび排出をすることによっておよその稼動位置まで部分的に浸水していてもよい。また、メインケーブル２４の連結されていない方の端を共通リング７０に連結し、メインケーブル２４の長さを適切に調節することができる。図１に示すように、発電機１４は海底に設置され、シャフト１６の一方の端と直接連結していてもよい。このような構成によって、メインブイ１８（もしくは７２）からの往復垂直運動が発電機１４と連結しているシャフト１６の回転運動に変換される。発電機１４は、運動変換アセンブリ１２の支持基盤５４に類似する支持基盤８８を含む。発電機支持基盤８８はコンクリートで構成され、潮流、嵐、他の悪天候によって動かないように設計されている。当業者であれば容易に理解できるように、シャフト１６の回転運動は発電機１４によって電力に変換される。電源コード９０が発電機１４に接続されており、生成された電力を海岸へと送る。発電機１４は、交流電流永久磁石発電機であることが好ましい。また、整流器が発電機１４に接続されており、交流電流を直流電流に変換する。さらに、電圧変換器は整流器と接続されており、安定した直流電流を生成する。この直流電流は電力の最終源として使用することができる。もしくは直流電流を交流電流に再度変換してもよい。
【００３３】
ラチェット機構２６および３４はシャフト１６と連結しているものとして示してきたが、ラチェット機構が歯車を通してシャフト１６と係合するように構成することもできる。図９を参照して、ラチェット機構９２を示す。ラチェット機構９２は、シャフト１６と直接係合していない。ラチェット機構９２はシャフト１６の上に位置しており、２つの歯車９４および９６を使用してシャフト１６と係合する。上記と同様に、ラチェット機構９２は、筐体９８内に位置するプーリが第一の方向に回転するときは回転運動をプーリからシャフト１６に伝達し、プーリが第二の方向に回転するときは回転運動をプーリからシャフト１６には伝達しない。図９に示す構成によれば、シャフト１６の回転を止めるためにシステムを停止させることなく、故障したラチェット機構９２を撤去して交換することが可能になる。
【００３４】
本発明の前述した実施形態は、シャフト１６を回転させてひとつの発電機１４を駆動するように構成された複数の運動変換アセンブリ１２に関するものであるが、前述した本発明が、ブイの垂直変位を機械エネルギーまたは電気エネルギーに変換するための多くの構成に適用できることは、当業者であれば容易に理解するであろう。例えば、各運動変換アセンブリ１２がそのアセンブリ１２専用の発電機に取り付けられたシャフトを駆動するように構成することもできる。他の例においては、波エネルギーを利用することによって、油圧油を移動させるポンプを運転して発電機を駆動してもよい。
【００３５】
図１０、図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１２を参照して、本発明の他の実施形態を示す。運動変換アセンブリ１２は、各支持基盤１０２と連結している専用発電機１００を駆動するように構成されている。アセンブリ１２の構成は前述のとおりであるが、永久磁石発電機１００はそれぞれの支持基盤１０２と連結している。メインブイ１８（もしくは７２）の垂直運動は回転運動に変換されてドライブシャフト（駆動軸）１０４を回転させる。ドライブシャフト１０４は発電機１００と連結して発電機１００を駆動し、電力を生成する。生成された電力は、直接使用するため、もしくは電力供給網に供給するために海岸へと送ることができる。任意で、電力を支持基盤１０２に貯蔵して後に海岸へと送ることも可能である。電力を支持基盤１０２に貯蔵するひとつの方法は、発電機１００を超コンデンサ１０６と連結するものである。超コンデンサは、機能しなくなるまでに何百万回も循環させることができるという比較的高サイクルの寿命を有しており、また低インピーダンスであるとともに急速充電が可能であり、さらに充電し過ぎても機能を損なわない。図１０に示すように、電源ケーブル１０８を各超コンデンサ１０６と直列に接続して貯蔵された電力を海岸へと送ることができる。波が運動変換アセンブリ１２を通過するとき、いくつかのアセンブリは電力を生成するが、一方で残りのアセンブリは一時的に待機状態になる。前述したように複数のアセンブリ１２が連携してシャフト１６を回転させることと同様に、直列に配置された複数の超コンデンサ１０６が連携して安定した電力の電流を海岸へと送る。プログラム可能なシーケンス制御装置(logic control device)を任意でシステムに組み込むことができ、安定した電流を海岸へと送るために、発電機１００、超コンデンサ１０６、および他のシステムの構成要素を制御する。
【００３６】
ドライブシャフト１０４は、前述したように一方向にのみ回転するように構成してもよいし、時計回りと反時計回りの両方に回転するように構成してもよい。交流電流永久磁石発電機は、ドライブシャフト１０４の回転方向に関係なく電力を生成するように構成することができる。また、発電機は、電力を生成するときに変速機を完全に不要とするように構成することもできる。図１２を参照すると、システムは、各専用発電機１００が電力を海岸へと送るための専用電源ケーブル１１０を有しているように任意で構成することができる。複数の発電機１００によって生成された電力は、海岸に蓄積してから電力供給網に供給してもよい。
【００３７】
各支持基盤１０２に固定されている専用発電機１００を使用することによって、波エネルギー回収システムを容易に設置することが可能になる。図１３に示すように、支持基盤１０２は隣接する支持基盤１０２の位置を考慮することなく不規則に配置してもよい。各運動変換アセンブリ１２とその専用発電機１００は自立しており、隣接するアセンブリ１２には依存していない。柔軟な電源ケーブル１０８もしくは１１０によって、直列に接続されているか並列に接続されているかにかかわらず、発電機１００または超コンデンサ１０６が海底のほぼどの位置からでも電力を海岸へと送ることが可能となる。
【００３８】
図１４、図１５Ａ、および図１５Ｂを参照して、本発明のさらに別の実施形態を示す。運動変換アセンブリ１２は、各アセンブリ１２が各支持基盤１１４に固定されている個々のポンプ１１２を駆動するように構成されている。アセンブリ１２は、各ポンプ１１２と連結しているドライブシャフト１１６を回転させるように構成されている。圧力管路(pressure lines)１１８が、各ポンプ１１２を通常は海岸に設置される複合油圧ポンプ駆動システム(multiple hydraulic pump drive system)１２０と連結している。各圧力管路１１８は、各ポンプ１１２が生成した圧力を中央の圧力貯蔵所(pressure repository)（もしくは蓄圧タンク）１２２へと伝送する。この圧力貯蔵所１２２は一定速度で圧力を放出して複合油圧ポンプ駆動システム１２０のフライホイールを駆動し、電力を生成する。このような構成によって、アセンブリ１２とポンプ１１２が他に依存しない自立したものとなる。上述したように、柔軟な圧力管路１１８を備えることによってどのようにシステムを簡単に設置することが可能になるかということは容易に理解できるであろう。上記の説明と同様に、複合油圧ポンプ駆動システム１２０は交流電流を生成し、その交流電流を整流器によって直流電流に変換する。電圧変換器が安定した直流電流を生成し、生成された直流電流は電力の最終源として使用されるか、もしくは交流電流に再度変換される。
【００３９】
ここに説明している実施形態によって、波エネルギー回収システムの簡単かつ安価な移設が可能になる。容易に理解できるように、システムは比較的容易かつ迅速に解体してより望ましい場所へと移動することができる。さらに、実施形態の波エネルギー回収システムはモジュール式であるため、稼動している既存のシステムを迅速に拡大することが可能である。さらに、システムが海底に設置されているために自己冷却システムが可能になり、システムの稼動状態を向上させるとともにメンテナンス費用を抑えることができる。
【００４０】
本発明の好適実施形態を添付の図面に示しているが、この開示内容や図面中のいかなる内容も、添付の請求の範囲に列挙している本発明の最も広い範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。また、本発明について好適実施形態を参照に説明してきたが、この明細書および添付の図面を読んで理解することにより、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に明らかに含まれる他の実施形態や改良や変更は読み手にとって明白であろう。特許請求の範囲によって保護される範囲内で、全てのこのような実施形態や改良や変更が現存の開示内容によって考慮される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る波エネルギー回収システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の波エネルギー回収システムの概略図である。
【図３】図１の波エネルギー回収システムにおける運動変換アセンブリの概略図である。
【図４】図１の波エネルギー回収システムにおけるプーリ／ラチェット機構の断面図である。
【図５】図１の波エネルギー回収システムにおける他のプーリ／ラチェット機構の断面図である。
【図６】図１の波エネルギー回収システムの概略図である。
【図７】本発明に係るブイの一実施形態を示す図である。
【図８】本発明に係る運動変換アセンブリを示す図である。
【図９】本発明に係るラチェットアセンブリを示す図である。
【図１０】本発明に係る波エネルギー回収システムの他の実施形態を示す図である。
【図１１】図１０の波エネルギー回収システムの詳細図である。
【図１２】本発明に係る波エネルギー回収システムの他の実施形態を示す概略図である。
【図１３】本発明に係る波エネルギー回収システムの他の実施形態を示す概略図である。
【図１４】本発明に係る波エネルギー回収システムの他の実施形態を示す概略図である。
【図１５】図１４の波エネルギー回収システムの詳細図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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