(57)【要約】波発電装置は、複数の回転自在なアームを含み、そのアームの各々はその自由端にフロート（１２４）を保持し、波により引き起こされるフロートの平行移動によりアームが回転する。この装置は、波からアームに伝わる力を電力に変換する力変換手段、例えば、水圧システムを備え、水圧流はアームの動きにより移動して１以上の水圧モータを駆動する。複数のアームは、アームの列を通過した波により、アームが共通の位相シフトで連続して旋回するように一列に配置される。したがって、均一な出力が実現でき、周波数変換器の必要性は減るか排除できる。好ましくは、各アームは水圧システムの水圧シリンダに連結され、それにより複数のアームが水圧媒体を水圧モータまたはモータに共通水圧導管経由で供給する。
2007533892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波発電装置であって、複数のアームを備え、その各々がシャフトにより一端で回転自在に支持され、各アームがフロートをもう一端で保持し、その保持端は支持端の反対にあり、波により引き起こされる上記フロートの平行移動により上記アームが上記シャフトのまわりを回転するようになっていて、この装置は波からアームに伝えられる力を電力に変換する力変換手段を備え、上記複数のアームが、上記アームの列を通過する波により、上記アームが上記シャフトのまわりを連続して旋回するように一列に配置され、上記アームは共通の距離に配置され、波の通過により上記アームが共通の位相シフトで旋回するようになっている波発電装置。
【請求項２】
上記列が波の進行方向に対して＋／−６０°以内の角度を形成するように上記アームの上記列が波の進行方向に対して方向を合わせられる請求項１に記載の波発電装置。
【請求項３】
波が上記アームの上記フロートを通過するときに、アームの各々が断続的に力を力変換手段に伝え、上記アームおよび上記フロートは共通の距離に配置されるので、全ての時間において、少なくとも２つのアームおよびフロートが力変換手段に力を同時に伝達する請求項１または請求項２に記載の波発電装置。
【請求項４】
上記フロートの浮力が、上記フロートの乾燥重量の少なくとも１０倍である請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項５】
上記フロートの直径が上記フロートの高さの少なくとも５倍である請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項６】
複数の上記アームが、波の波長あたり少なくとも５つのアームを備える請求項１から請求項５にいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項７】
複数の上記アームが５０ｍから２００ｍの全長にわたる少なくとも５つのアームを含む請求項１から請求項６に記載の波発電装置。
【請求項８】
上記アームおよび上記フロートが、最大１０００ｋｇ／ｍ3の密度を持つ材料からできている請求項１から請求項７に記載の波発電装置。
【請求項９】
上記力変換手段が、水圧で駆動されるモータを備えた水圧駆動システムを含む請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項１０】
各アームが少なくとも１つのアクチュエータを用いて上記水圧駆動システムに連結され、そのアクチュエータにより上記水圧駆動システムの水圧媒体が上記モータの中に移動し、上記アクチュエータは、上記水圧媒体を、共通水圧導管経由でモータに移動させるように配置される請求項９に記載の波発電装置。
【請求項１１】
各アームの上記少なくとも１つのアクチュエータが複動式シリンダを備える請求項１０に記載の波発電装置。
【請求項１２】
上記水圧駆動システムが、断続的に上記水圧駆動システムの中にエネルギーを保存する少なくとも１つの水圧溜を備え、上記フロートが波の谷を通過したとき、上記アームが保持する上記フロートを波の中に押しつけるために、上記水圧駆動システムが、上記水圧溜の中に保存されたエネルギーを解放する制御ができる請求項１１に記載の波発電装置。
【請求項１３】
上記水圧媒体が、上記共通水圧導管を通って上記水圧溜に供給される請求項１０または請求項１２に記載の波発電装置。
【請求項１４】
各シリンダが、シリンダのピストンの位置および／または動作速度を決定するセンサと共に設けられ、上記センサが、上記シリンダおよび関連するバルブの制御ユニットに信号を送信するように配置され、個々のシリンダから上記水圧駆動システムの残りの部分へのエネルギーの伝達が、個々のシリンダのピストンの位置および／または動作速度を表す信号に応答して個々に制御できる請求項１１から請求項１３のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項１５】
上記シャフトおよび上記力変換手段が支持構造により支えられて、上記支持構造は、サクションアンカーまたは重力の支持を用いて海底にくくりつけられる請求項１から請求項１４にいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項１６】
上記支持構造がトラス構造を含み、上記サクションアンカーが上記トラス構造の第１の節点に配置される請求項１５に記載の波発電装置。
【請求項１７】
上記少なくとも１つのアームが、上記トラス構造の第２の節点で上記トラス構造により支えられる請求項１６に記載の波発電装置。
【請求項１８】
上記第２の節点が、上記トラス構造の三角形のサブ構造の頂点に配置され、上記三角形のサブ構造が海底の２つの頂点を区画し、その海底の２つの頂点が各々のコーナーにアンカーを備える請求項１７に記載の波発電装置。
【請求項１９】
上記トラス構造が、三角形のサブ構造の上に配置された多角形のサブ構造、好ましくは長方形のサブ構造を備える請求項１８に記載の波発電装置。
【請求項２０】
上記支持構造が、上記支持構造の上に下向きの力を提供するバラストを備え、上記バラストは海水位の上に配置される請求項１５から請求項１９のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項２１】
上記バラストが少なくとも１つのバラストタンクまたはバラストコンテナを備える請求項２０に記載の波発電装置。
【請求項２２】
上記アームが上記シャフトに沿って少なくとも２地点でシャフトに連結され、上記２地点は上記アームの中央軸からオフセットされ、上記シャフトは、半径方向および軸方向の力に抗するように配置された２つの軸受けを備える固定された支持構造により回転自在に支えられる請求項１５から請求項２１のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項２３】
上記軸受けが軸方向にあらかじめ圧力が加えられている請求項２２に記載の波発電装置。
【請求項２４】
複数のアームおよび複数のシャフトを備え、各アームがそれ自体のシャフトにより支えられるようになっており、各アームが上記シャフトに沿って少なくとも２地点で上記アーム自体のシャフトに連結され、上記２地点は上記アームの中央軸からオフセットされ、各シャフトは、半径方向および軸方向の力に抗するために配置された２つの軸受けにより上記固定された支持構造に回転自在に支えられる請求項２２または請求項２３に記載の波発電装置。
【請求項２５】
上記軸受けの各々が、内側および外側のリングまたはシリンダを備え、上記内側のリングは上記アームの回転シャフトに固定され、上記外側のリングは固定された支持部に固定され、上記軸受けは上記内側および外側のリングの間の可撓材料をさらに備える請求項２２から請求項２４のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項２６】
上記可撓材料が少なくとも１つの空洞または抜き打ち穴を備える請求項２５に記載の波発電装置。
【請求項２７】
上記可撓材料が、板バネなどの少なくとも１つのバネ部材を備える請求項２５または請求項２６に記載の波発電装置。
【請求項２８】
上記フロートを海から持ち上げ、海面の上の位置に上記フロートを固定する水圧持ち上げシステムをさらに備える請求項１から請求項２７のいずれか１に記載の波発電装置。
【請求項２９】
上記複動式シリンダが、上記水圧持ち上げシステムの一部を形成し、上記シリンダが海から上記フロートを持ち上げる制御ができるようになっている請求項１１または請求項２８に記載の波発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海または大洋の波の力を電気などの有用なエネルギーに変換する波発電装置に関する。本発明にかかる装置は、均一な電力出力が実現できるシステムの提供を特に目指している。
【背景技術】
【０００２】
海の波は、ほとんど無限のエネルギー源を構成するようにみられていて、効率的に資源開発すると、世界のエネルギー問題の多くの割合を解決できる。しかし、海の波のエネルギーの資源開発の多くの試みにもかかわらず、海の波のエネルギーを電力に変換するどの商業的に成功したシステムもまだ発明されていない。
【０００３】
一般的に３つの異なるタイプの波の発電装置が従来技術で提案された。１つのそのような装置は、特許文献１に開示され、この装置は、関節でつながった鎖状の構造を形成する端部で共に接続された複数の浮力のある円筒状の構成体を備える。隣接する円筒状の構成体の各組が、対の構成体により互いに接続され、横軸の周りを円筒状の構成体が相対回転運動できる。隣接する対の構成体は、相互に直交する横軸の周りを相対的に回転できる。対の構成体の各々は、一組の水圧ラムなどの部材と共に設けられ、構成体の相対回転運動からの力に抵抗し、その力を抽出する。この装置は、海面で自由に浮き、海底に係留されている。
【０００４】
第２のタイプの波発電装置は、例えば特許文献２のように、波の動きにより、海面に沿って動くことできる１以上の表面フロートを備え、海中のある深さに完全に沈められ、波により実質的に影響を受けない基準部材を備える。海面でのフロートの動きは、表面フロートおよび基準部材を相互接続する水圧装置を備える水圧システム内の水圧流の移動を生じ、それにより、有用なエネルギーが水圧システムから抽出できる。この装置は海底に係留されていてもよいことは当然である。
【０００５】
最後に、第３のタイプの波発電装置は、波により動かされる１以上のフロートを保持する支持構造により支持された１以上のアームを持つ装置である。アームに伝わる波の動きのエネルギーは、特許文献３のシステムのように水圧システムに伝わってもよいし、特許文献４のシステムのように、または機械的伝達システム経由で、電気を生成する１以上の発電機を駆動してもよい。
【特許文献１】米国特許第６，４７６，５１１号
【特許文献２】米国特許第４，４５３，８９４号
【特許文献３】米国特許第４，０１３，３８２号
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０１／９２６４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、一般的に、上で説明した第３のタイプの波発電装置に関する。本発明の好ましい実施の形態の目的は、装置の力変換手段の均一な出力を可能にする、すなわち、出力が実質的に一定である装置を提供することである。好ましい実施の別の目的は周波数変換器の必要性を減らすか、または排除するシステムを提供することである。好ましい実施の形態の別の目的は、簡便に動作を停止でき、例えば、動作中に装置の種々の部分に氷が形成されることを防ぐ波発電装置を提供することである。本発明の好ましい実施の形態のさらに別の目的は、メンテナンス時に簡便にアームおよびフロートにアクセスでき、最も好ましいのは、各々フロートの設けられた複数のアームを備えるシステム内の個々のアームおよびフロートへ、メンテナンス時にアクセスできる装置を提供することである。好ましい実施の形態のさらに別の目的は、陸上の発電施設から海上の動作施設まで簡便に伝えることのできる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数のアームを備えた波発電装置を提供し、複数のアームの各々は、シャフトにより端部が回転自在に支えられ、各アームは、支持された端部の反対であるもう一端にフロートを保持し、波により引き起こされたフロートの並進運動がシャフトの周りのアームの回転になるようになり、この装置は、波からアームを通って電力になる力を変換する力変換手段を備え、アームの列を通過する波がアームにシャフトの周りを連続して旋回させ、アームは共通の距離で配置され、波の通過によりアームが共通の位相シフトで旋回するようになっているように複数のアームが配置される。
【０００８】
アームは好ましくは、共通の距離で配置され、全ての時点において、少なくとも２つのアームが、同時に、力を力変換手段に届けるようになっている。力変換手段は、好ましくは、各アームに関する水圧アクチュエータを備え、水圧アクチュエータは、共有水圧導管経由で、水圧媒体を少なくとも１つの水圧モータの中に供給する。したがって、力変換手段の均一な出力が実現できる。これは特に、多数のアーム、フロート、およびアクチュエータ、例えば６０、を備える装置の実施の形態の場合であり、個々のアクチュエータの力の貢献の合計が、本質的に一定であるためである。水圧モータの圧力側の起こりうる水圧波は、本来知られているスパイク（ｓｐｉｋｅ）抑制装置により本質的に排除でき、スパイク抑制装置は、共通水圧導管に流動体が流れるようになっているように配置されている。好ましくは全ての力の貢献の合計は、ある波の状態、すなわちある波の高さと周期では本質的に一定である。水圧モータは、好ましくは、回転数あたりの可変変位量をもつ水圧モータである。波の状態が変化すると、制御回路により補正でき、制御回路は、モータの回転数を本質的に一定に保つために、モータの回転数あたりの変位量を制御する。周波数変換器を利用せずにある周波数で交流を生成するために、モータの回転数は、＋／−０．１％から０．２％内で制御可能であるべきである。異なるタイプの水圧モータが使用された場合、または回転数が正確に制御されない場合、発電された交流の周波数の微調整に、周波数コントローラが使用できる。
【０００９】
好ましい実施の形態では、本発明の装置は、少なくとも５つのアーム、例えば少なくとも２０個のアーム、好ましくは少なくとも４０個のアーム、好ましくは５０個から８０個のアーム、例えば５５個から６５個のアーム、例えば６０個のアームを備える。装置のアームは、好ましくは分散していて、海の波の波長あたり、少なくとも５つのアーム、好ましくは少なくとも１０個のアームが設けられる。外洋では、海の波の波長は典型的には５０から３００ｍ、例えば５０から２００メートルである。保護水域では、波の波長は、典型的には、５から５０ｍである。
【００１０】
好ましい実施の形態では、装置は、少なくとも２波長にわたる。これは、フロートの列の方向に進む波長は、少なくとも２ｘｃｏｓ（６０°）波長、すなわち少なくとも１波長にわたるので、波の進む方向に対して比較的大きい角度で、例えば＋／−６０°で、アームとフロートとの列を配置する可能性をもたらし、それにより、力の貢献が全時間においてもたらされることが保証される。
【００１１】
複数のアームが、好ましくは１以上の列、例えば国際公開第ＷＯ０１／９２６４４に開示されているように、星形、Ｖ字型、または５角形に配置される。効率的に波のエネルギーを利用するために、アームの列は、好ましくは、列が波の進行方向に対して＋／−６０°以内の角度を形成するようにアームの列が波の進行方向に対して方向を合わせられる。
【００１２】
本発明にかかる装置は、フロートの乾燥重量に対してフロートの浮力が増すと、効率性が増す。したがって本発明の好ましい実施の形態では、フロートの浮力は、その乾燥重量の少なくとも１０倍であり、例えば少なくとも２０、３０、または５０倍、好ましくは２０から４０倍である。例えば、フロートの乾燥重量が１００ｋｇ立方メートル以下の浮力であり、海水の浮力は典型的に約１０５０ｋｇ／ｍ3である。フロートは、典型的に硬くて低重量の発泡材料またはバルサ木材からできていて、複合材料、例えば強化ガラス繊維複合材料または炭素繊維複合材料の合成物で覆われている。代わりに、フロートは、強化繊維材料のサンドイッチ層から作られ、そのサンドイッチの中央とフロートの頂部と底部とに硬い発泡材料を備え、発泡層は、強化繊維材料のハニカム構造により分けられている。
【００１３】
フロートの高さに対してフロートの直径が増えると効率性も増す。好ましくは、フロートの直径はフロートの高さの少なくとも５倍、例えば少なくとも７倍、少なくとも１０倍、または５から２０倍である。好ましい実施の形態では、フロートは本質的に円形の断面を持ち、フロートの流動体の動的性質を改善するために、丸い端部を持っていてもよく、合理化として機能する。
【００１４】
力変換手段は、好ましくは、水圧で駆動されるモータを備えた水圧駆動システムを備える。例えば、各アームは、少なくとも１つのアクチュエータにより水圧駆動システムに接続されていてもよくて、水圧駆動システムの水圧媒体を水圧モータの中に移動させ、アクチュエータは、水圧導管経由で水圧媒体をモータに移動させるように配置される。複数のアームまたは複数のアクチュエータの場合は、好ましくは、水圧媒体は、共有水圧導管経由で、モータに移動させられる。すなわち、複数の水圧アクチュエータは、水圧導管の共有システム経由で、水圧媒体を１つの水圧モータに供給してもよい。最も好ましくは、水圧媒体は、加圧された水圧媒体をためるための水圧貯蔵タンクにたまらず、そこから圧力がモータに逃げる。したがって、アクチュエータは、水圧モータに水圧媒体を直接供給する。しかし、下で議論するように、水力溜のバッテリーは、全く異なる目的、すなわち波の谷の近くの波へフロートを押しつけるために有利に使用できる。好ましい実施の形態のように、複数のアクチュエータが、同時に、力をモータに伝え、モータが、一度に、複数のアクチュエータから共有水圧システムの中に力を運ぶことができるために、実質的に一定の速度で動作でき、実質的に一定の入力で動作できるので、水圧貯蔵タンクは必要ない。
【００１５】
１より多い水圧モータがあることも予測できることは理解できる。好ましくは、２以上のモータが共有水圧導管の端部に平行に配置されてもよい。したがって、共有水圧導管を通って運ばれる力は複数のモータを駆動できる。例えば水圧駆動システムが４ＭＷを発電すると、各々５００ｋＷを発電する８つのモータが共有水圧導管に平行に組み合わされる。モータは、同じ公称出力を発電できてもよいし、異なる公称出力を発電できてもよい。例えば、１つのモータは４００ｋＷを発電でき、１つのモータは５００ｋＷを発電できてもよい。
【００１６】
全ての水圧モータは、同じ貫通シャフト経由で連結されていてもよく、そのシャフトは少なくとも１つの共通発電機を駆動するか、または全ての水圧モータが１つの歯車を駆動して、歯車は少なくとも１つの共通発電機を駆動する。
【００１７】
水圧システムがアームおよびフロートを任意の所望の方向に向けることができるように、各アクチュエータは、アームから水圧システムの中へエネルギーを抽出するために、および水圧システムからアームへエネルギーを供給するために、例えば水力溜に関連づけて以下で詳細に説明するように波の谷の近くの波の中へフロートを駆動するために使用できる複動式シリンダを備えてもよい。
【００１８】
好ましい実施の形態では、フロートが移動する垂直距離を増やして波のサイクルの中の出力を増やすために、本装置は波の谷の波の中へフロートを押しつける手段を備える。そのような手段は、例えば、水圧駆動システムの中に断続的にエネルギーを貯蔵する１以上の水力溜を備える。水力溜の中に貯蔵されたエネルギーは、波高点でフロートが水から出るので、位置エネルギーの解放から有利に得られる。すなわち、フロートは、波高点の近くの波の中に沈められた位置から水の上の位置に移るので、位置エネルギーが開放される。このエネルギーは、畜圧タンクの中または畜圧タンクのバッテリーの中にたまり、異なる畜圧タンクが異なる圧力で、例えば、畜圧タンクの数にしたがった圧力ステップにおいて、充填される。そのような水力溜を組み入れている実施の形態では、アームにより波の中に運ばれたフロートを駆動するために、フロートが波の谷を過ぎると、畜圧タンクの中に貯蔵されたエネルギーを解放するために、水圧駆動システムが制御できる。畜圧システムの効率性を改善するために、例えば少なくとも２つ、例えば３つから２０個、典型的には６個から１２個の複数の畜圧タンクが使用でき、畜圧タンクは、好ましくは異なる圧力ステップで圧力媒体を貯蔵できる。好ましい実施の形態では、フロートは、波の谷の近くの波の中へ特定の距離だけ駆動され、それに続いてフロートは波の中で上方向に移動できるけれども、まだ波の中に沈められていて、波高点でフロートは開放される。すなわち水の外へ移動できる。上に説明したように、フロートは波高点で開放されるので、解放されたエネルギーは１以上の水力溜に充填するために使用され、そのエネルギーはフロートを波の中に駆動するために貯蔵される。したがって、フロートが波高点の近くの波から移動することにより開放される位置エネルギーは失われない。対照的に、そのエネルギーは、波の谷で波の中にフロートを押しつけるために利用され、フロートが移動する全垂直距離が増える。結果として波のサイクルの出力が増える。波高１．５ｍの地点で、フロートの垂直移動距離は約０．７５ｍから約１．５ｍに増え、出力が２倍になることが予測される。波高点でのフロートの開放によりエネルギーが供給されるので、波の谷で波の中にフロートを押しつけるために利用されるエネルギーにより、駆動システムの中で本質的にエネルギー損失が無くなる。
【００１９】
システムの正確な制御を可能にするために、各シリンダまたは選択された少なくとも１つのシリンダは、シリンダのピストンの位置および／または移動速度を決定するセンサと共に設けられてもよく、センサは、シリンダと、関連するバルブとの制御ユニットへ信号を送信するように配置され、個々のシリンダから、水圧駆動システムの残りの部分へのエネルギーの伝達は、個々のシリンダのピストンの位置および／または移動速度を表す信号に応答して、個々に制御できる。したがってシリンダは、個々に制御でき、シリンダは、例えばメンテナンスのために、動作から回収できるけれども、残りのシリンダは動作し続け、全システムが、１つのシリンダを回収したことにより本質的には影響を受けないようになっている。センサは好ましくはフロートを水の中に押しつける制御をするために、すなわち、上に説明したように畜圧タンクのバッテリーの圧力の開放を制御するためにも利用できる。さらに、センサは、波高点でフロートを開放する制御をするために有用であり、すなわち、フロートのカタパルトのような射出を防ぐのに有用である。センサは、水圧駆動システム内の各アクチュエータの出力を監視するためにも使用でき、個々のアクチュエータと全装置の出力がそのようなものとして最適化できる。
【００２０】
いくつかの従来技術システムは、海の波の力を有用な力に変換するそれらの手段を支えるための沈められた基準部材に依存するか支柱に依存し、波のエネルギーが、外洋で最も効率的に利用されることが発見された。したがって、本発明の装置は、好ましくは、海底に固定された支持構造を備える。現在の好ましい実施の形態では、支持構造はサクションアンカーを用いて海底に固定されているか、または、代わりに、重力基礎により海底に固定されているか、止め金具で岩の海底に固定されている。支持構造は、トラス構造を備えていると有利であり、サクションアンカーがこの構造の第１の節点に配置される。この装置の少なくとも１つのアームおよび好ましくは全てのアームは、トラス構造の第２の節点で支持され、最も好ましくは、トラス構造の三角のサブ構造の頂点で支持される。三角の構造は、海底に２つの頂点を区画し、コーナーの各々で海底にこの構造を取り付ける手段を備える。好ましくは、取り付ける手段は、例えば重力基礎またはサクションアンカーにより、少なくとも部分的に海底に組み込まれている。取り付ける手段がトラス構造の節点に配置されるので、フロートの浮力により生じるトラス構造の中の垂直の力は、効率的に打ち消せる。上で説明したトラス構造により、システムの安定性をできる限り保証するけれども、軽量な全体の支持構造を可能にする。
【００２１】
従来技術のシステムの１つの一般的問題は、嵐またはハリケーンの間に発生する極端な衝撃が、波発電装置のフロート、アーム、および他の部分の損傷を与えることを防止することであることが分かっている。したがって、本発明の実施の形態は、波発電装置が極端な海の波の状態に耐えることができる特性を提供する。そのような実施の形態は、海からフロートを持ち上げ、海面より上の位置でフロートを固定する水圧持ち上げシステムを備える。
【００２２】
水圧持ち上げシステムは、好ましくは、水圧媒体をシリンダの中に押し込み、フロートを海の外に持ち上げる１以上のポンプを備える。
【００２３】
水圧持ち上げシステムのおかげで、フロートが海から回収でき、例えば嵐の発生または着氷の発生の前に、海面上の固定位置にフロートを保持する。したがって、フロートが海から回収されたとき、フロートへの衝撃は風の衝撃のみであって、その力は波の力よりも著しく小さい。１つの実施の形態では、水圧持ち上げシステムの中で水圧を生成することにより、アームを水から持ち上げることができ、それにより、適切にバルブを閉じることにより、好ましくは円錐状の固定ピンを用いることにより、アームが海から移動して、持ち上げ圧力を維持する。水圧持ち上げシステムは、離れた陸上の場所から、または波発電機械の一部を形成する制御システムにより、制御でき、その制御システムは、嵐の状態を示す信号、例えば風速を連続的に決定する電子装置からの信号に応答して動作する。制御システムは、所定の波高で、水からフロートおよびアームを回収するようにプログラムできる。例えば、この波高は、装置の動作している場所で、いわゆる１００年に１度の波と呼ばれる予測される最も大きな波の特定の割合、例えば３０％であってもよい。２０ｍの深さの海では、この高さは約１８ｍであり、したがって制御システムは、約６ｍの波の高さで海からフロートおよびアームを取り出す。波の高さは、例えば、海底に配置された圧力トランスデューサを備えた圧力トランスデューサシステム、フロートに配置された音響測深器、装置の固定支持構造に配置されて波の表面に向かって上方に突き出したまたは空中で水面に向かって下方に突き出した測深システム、または、例えば光がレーザー光である、フロートおよび／または固定支持構造に配置された光発信または光受信手段を備えたセンサシステム等の機械、光、電磁気、または音響システムにより決定できる。代わりに、構造にレーダーシステムを設けてもよい。持ち上げシステムの中の水圧媒体の圧力は、水圧持ち上げシステムの一部を形成するポンプにより生成されてもよい。代わりに、この圧力は適切な水力溜から加圧された水圧媒体を開放することにより生成されてもよい。畜圧タンクは、例えば水圧駆動システムにより充填されてもよく、本発明の１つの実施の形態では、力変換手段の中に含まれる。例えば、水圧持ち上げ圧力を供給する畜圧タンクは、以下に説明するように、波の谷で波の中にフロートを押しつける畜圧タンクまたはいわゆる蓄圧タンクのバッテリーの中の複数の畜圧タンクであってもよい。
【００２４】
水圧持ち上げシステムは、好ましくは、海から各フロートを個々に持ち上げるようにしている。例えば、持ち上げシステムは、複数の水圧回路を備えてもよく、水圧回路の各々はアームの１つと関連付けられていて、水圧回路の各々は、海からアームおよびフロートを持ち上げるために、水圧回路を加圧するバルブおよび／またはポンプ手段を備える。１つの実施の形態では、水圧持ち上げシステムは、回路より少ないポンプを備え、ポンプが複数の回路に連結され、関連するバルブを備える各回路は１つのアームに指定される。本発明の好ましい実施の形態では、力変換手段およびアームは、海の中に保持されたそれらのアームが力を力変換手段に運べるように配置されるけれども、１以上の他のアームは海の外に持ち上げられている。国際公開第ＷＯ０１／９２６４４の力変換手段を組み入れている実施の形態は、ここでは参照のために組み入れられていて、海から持ち上げられたアームの力変換手段の駆動シャフトの周りを惰性で回ることができる。アームの動きが水圧駆動システムの中の圧力を生成し、水圧力変換手段に依存する実施の形態は、アームに関連付けられ、海から持ち上げられた水圧アクチュエータなどの力変換手段を動作から外す手段を備えてもよい。現在の好ましい実施の形態では、アームを持ち上げて固定するために使用できる複動式シリンダなどのアームのアクチュエータにより、アームが海から持ち上げられ、持ち上げられた位置に固定されてもよい。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態は、アームの安定した回転支持を提供する問題の解決法も提供し、それは、水平方向の力成分に対して強い。米国特許４，０１３，３８２の構造は、波により生成される水平方向の力成分のために不安定になりやすいことが分かっている。さらに具体的には、連結ロッドの軸受けは、シンプルなピンにより構成され、そのような軸受けの中にわずかでもたるみがあると、連結ロッドおよびその支持部に修理不可能な損傷を引き起こしうる。したがって、米国特許４，０１３，３８２の装置は、外洋で、すなわち比較的波の力が大きいところに設置するのには適していない。国際公開第ＷＯ０１／０２６４４号で開示された構造も、コントロール・アームを支え、コントロール・アームパイプおよびフォース（ｆｏｒｃｅ）シャフトに連結された単方向軸受けのわずかなたるみさえ軸受けを損傷させうる欠点に苦しむ。さらに、合計で４０程のコントロール・アームが一本のフォースシャフトにより支えられた国際公開第ＷＯ０１／０２６４４の装置は、シャフトが必要な力を伝えることのできるために必要なシャフトの寸法のために、その大きな寸法により加わるシャフトの重量のために実現不可能な著しく強いフォースシャフトを必要とし、そのような大きな寸法は、アームからフォースシャフトへ伝わるモーメントのために必要である。本発明にかかる装置の好ましい実施の形態は、アームの改善された支持部を提供し、水平方向の力に対して強い装置となる。したがって、好ましい実施の形態では、本発明の装置は、あらかじめ圧力が加えられ、本質的に撓みのない１組の軸受けを備える。したがって、この軸受けは、半径方向および軸方向の力に効率的に抗することができ、結果として波により加えられる水平方向の力成分に耐えることができる。用語「撓みのない軸受け」は、水平方向および軸方向に撓みのない任意の軸受けを含むと解すべきである。例えば、一組の軸受けは、円錐面が互いに反対を向いた２つの円錐ころ軸受けを備えてもよい。１つの実施の形態では、軸受けは圧力で注油を受ける。
【００２６】
もう１つの実施の形態では、軸受けは内側および外側のリングまたはシリンダを備え、内側のリングはアームの回転シャフトに固定され、外側のリングは支持部に固定され、軸受けはさらに内部のリングと外部のリングとの間に可撓材料を備える。動作中、内側のリングは外側のリングに対して回転し、それにより可撓材料をひねる。可撓材料の剛性を調整するために、材料の中の少なくとも１つの空洞または打ち抜き穴を設けてもよい。可撓材料は、例えば板バネなどのバネ部材を備えてもよい。抜き打ち穴の適切な位置決めにより、またはバネ部材の適切な設計により、軸受け支持部が、他の方向よりも１つの方向へより強い力に耐える性能を持つように設計できる。
【００２７】
アームは、好ましくはアームの中央軸からオフセットされた２つの取り付け地点で軸受けに支えられ、軸受けの中央軸はアームの回転軸と一致する。各アームが個々の軸受けに連結され、支えられているので、アームの安定した回転支持部が実現した。特に、２つの軸受けが、アームの回転軸に沿って共通の距離に好ましく配置され、フロート上の水平方向の力の成分から生じる軸の衝撃が弱められる。
【００２８】
したがって、本装置の構造が従来技術の装置の構造よりも安定しているのは当然である。本装置が主に沖合での建設を意図しているので、沖合の場所での維持費用のために安定性が重要な関心事である。沖合の場所での維持費用は、典型的には陸上の場所での維持費用の平均１０倍以上である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付の図を参照して発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図に関する以下の説明では、本発明にかかる波発電機の種々の実施の形態に含まれる種々の特性および選択肢を開示する。本発明の最も広い形態の動作原理は、図１および図１４から図２０の実施の形態の説明により最もよく表される。
【００３１】
図１および図２は、例えば、いわゆるスペーストラス構造からなるトラス構造１０４を備える波発電装置１０２の断面を示す。図３から図５にも示されているトラス構造は、第１、第２、および第３の部材１０６、１０８、１１０により本質的に三角形の下部と、本質的に長方形の上部１１１を備える。長方形の上部は、水圧駆動システムおよび持ち上げシステムを含む水圧および電気装置を収納するために使用できて、メンテナンス担当者用の狭い通路または歩道橋としてさらに使用できる。図３から図５に示されているように、長方形の上部は、図１および図２の平面に対して垂直な方向に延在するけれども、複数の明確な下の三角形の下部が設けられている。トラス構造は、第１の、第２の、第３の、第４の、第５の、および、第６の節点１１２、１１４、１１６、１１７、１１８、および１２０を区画する。好ましくは、力のかかる部材は本質的に硬く、張力と圧縮に耐えられるようになっている。第１および第２の節点１１２、１１４は、海底に設けられ、例えば図３から図５に示されたサクションアンカー１２１を用いて海底に保持される。代わりに、第１および第２の節点１１２、１１４が海底のコンクリートの基礎により支えられてもよい。フロート１２４を運ぶアーム１２２は、第３および第４の節点１１６、１１７の近くで回転自在に支えられる。図３から図５は、構造の両側の複数のアームを支えるトラス構造の斜視図を示す。図３から図５のトラス構造は図３から図５に実際に示された範囲より広い範囲を持つことができると解すべきであり、例えば２０ないしは３０の三角形の部分を備えるようになっていて、それにより、節点１１６、１１７の各々で、アームがトラス構造から離れる方向に延在できる。３つ、６つ、またはそれ以上のトラス構造などの図３から図５のトラス構造のような複数のトラス構造は、本発明の装置および本発明にかかる複数の装置を備えた設備に含まれるアームおよびフロートの数を増やすために、星形、Ｖ字型、および５角形に配置されてもよい。
【００３２】
第３、第４、第５、および第６の節点１１６、１１７、１１８、１２０は海面より上の、嵐で波が高いときに海面より上になることが確かな十分な高さに設けられる。例えば、節点１１６、１１７、１１８、および１２０は、海が穏やかなときは、海面よりも２０メートル上に設けられてもよい。波のエネルギーを水圧エネルギーに変換するために、波発電装置１０２は複数のアーム１２２を備え、アームの各々は、一端でフロート１２４を備え、もう一端はシャフト１２６に連結されている。アームはシャフト１２６の周りを回転するようになっている。各アーム１２２は水圧アクチュエータに取り付けられ、水圧シリンダ１２８がピストン１３０を備えるようになっている。水圧シリンダ１２８は、第１の取り付け地点１３２のアームと、第２の取り付け地点１３４のトラス構造１０４とに旋回できるように連結される。第２の取り付け地点は、好ましくは、節点に位置し、すなわち、トラス構造の三角形の主構造の頂部に配置される本質的に三角形の端部に沿って位置する。フロート１２４は、波の動きにより影響を受けて、アームを上下に動かす。アームが上下に動くと、ピストン１３０が動き、それ故、波のエネルギーは水圧エネルギーに変換され、水圧エネルギーは、図１４から図１８および図２２に結び付けて以下で説明するように、有用な電気エネルギーに変換できる。
【００３３】
図２に示されているように、水圧シリンダ１２８は、波がアーム１２２およびフロート１２４に届かない持ち上げられた位置にアーム１２２を固定するようにし、アームは、シリンダ１２８により持ち上げられた位置まで引っ張られる。したがって、嵐の間、またはフロートの上に氷が形成されるリスクのある海の水の凝固点の近くか凝固点より下の気温のとき、アーム１２２およびフロート１２４を保護することができる。水圧シリンダ１２８は、水圧シリンダを持ち上げられた位置に固定する水圧持ち上げシステムに連結され、水圧持ち上げシステムは、以下で図１８に関連してさらに詳しく説明する。フロート１２４は、アーム１２２に旋回できるように連結されていてもよい。したがって、嵐の間にアームが持ち上げられた位置にあるとき、フロートは、風の方向に対して本質的に平行になる位置に回転されていてもよい。したがって、風が作用する表面は限られ、フロート１２４に作用する力は減少し、アーム１２２経由でトラス構造１０４に伝わるトルクは減少する。さらに、フロートは、装置に加わる風力を減らすため、丸いエッジ（図示されていない）による空力学的形状で設計されている。
【００３４】
図３から図５に示されているように、トラス構造１０４は、節点１１６、１１７でさらに支持を強化するために対角線の力部材１１３、１１５を含んでもよい。
【００３５】
図４および図５では、トラス構造は、アンカー１２１で上向きの力を減らすために下向きに作用するおもりを装着する。おもりは、長さ方向に延在するおもり、例えば水タンク１２３（図４）、または、複数のおもり、例えば水タンク１２５（図５）によりもたらされる。
【００３６】
図６は、フロートの外壁を支えるハニカム構造１２７を備えた本質的に中空のフロート１２４の構造を示す。
【００３７】
図７は１つのアーム１２２を示し、そのアームは旋回できるようにフロート１２４に取り付けられ、シャフト１２６の周りを回転するようにする。アームは、第１および第２の取り付け地点１３６、１３８に取り付けられ、各取り付け地点は、アームの中央軸１４０からオフセットされている。シャフト１２６は、固定された支持構造１４２により回転自在に支えられ、固定された支持構造１４２は、半径方向および軸方向の力に抗するように配置された２つの軸受け１４４を備える。
【００３８】
アーム１２２の回転を支える本質的にメンテナンスの必要のない軸受けを提供するために、本発明者は、図８から図１３に示されているような軸受けとして提案した。図８から図１３の軸受けは、図７に示されている軸受け構造の中の軸受け１４４として組み入れられてもよく、シャフトを支えるのに特によく適していて、その回転の大きさは、通常運転中は３０度以下、すなわち±１５度以下、例えば２０度以下、すなわち±１０度以下である。アームが図２の固定位置まで旋回すると、外側のリング１４７の固定がゆるめられ、例えば±４０度等に回転角度が大きくなる。従来のローラーまたはボールベアリングは、注油媒体が通常はアーム１２２により加えられる回転速度より高速の回転速度で連続回転するとその目的を満たすので、そのような小さな回転角度では寿命が短い。図８の軸受けは、内側のリングまたはシリンダ１４５、および外側のリングまたはシリンダ１４７を含み、それらの間に、可撓性物質１４９、例えばゴム材料が設けられている。内側のリング１４５は回転シャフトに固定され、外側のリング１４７はシャフトの静止支持部に固定されている。可撓性物質の弾性のおかげで、シャフトの支持部に対して支えられたシャフトが回転できるため、内側のリングは外側のリングに対して回転できる。外側のリング１４７が固定構造により支えられ、固定構造の中に収まるため、例えばリングの外側の周囲に沿って嵌合するため、シャフトの軸方向および半径方向の支持が提供される。可撓性物質１４９の剛性は、その材料の中に穿設口または抜き打ち穴等の空洞１５１を設けることにより調節できる。軸受けにより支えることのできる最大負荷は、軸受けを長くする（すなわち図８の平面に対して横に）ことにより増やすことができる。空洞１５１の数および寸法は、特定の目的、例えば切欠き感度を最少にするための目的、軸方向の力を最大にして軸受けに抗する目的に合わすために選択できる。同様な軸受け３４４が図９に示されていて、１つの方向に軸受けの力軸受け能力を増やすために空洞１５１が少ない。
【００３９】
同様なくねった軸受け３４６、３４８、および３５４が、各々図１０、図１１、および図１２に示されている。これらの軸受けは、内側と外側のリング１４５、１４７を備え、１以上の板バネがそれらのリングの間に入れられている。図１０では、２つの板バネ１４７が設けられていて、それらの各々は、数字３の形を形成する。矢印３４５、３４７は、力軸受け能力が水平方向（矢印３４７）よりも垂直方向（矢印３４５）の方が高いことを示す。図１１の軸受け３４８では、１枚の板バネ部材３５２が設けられていて、その板バネ部材は複数の空洞３５３を区画する。矢印３４９および３５０は、軸受けの力軸受け能力が、非水平方向および非垂直方向（矢印３５０）よりも垂直方向および水平方向の方が高いことを示す。図１２の軸受け３５４は、２つのＨ型板バネ部材３６２を備え、各々が、相互接続部３６８だけでなく外側の部分３６４および内側の部分３６６を区画する。軸受けの剛性は、バネ部材３６２の寸法の適切な選択により選択できる。例えば相互接続部３６８は、Ｓ字型に形成されてもよい。矢印３５５、３５７は、力軸受け能力が水平方向よりも垂直方向の方が高いことを示す。
【００４０】
図８から図１２の内側および外側のリングは、鉄鋼または炭素繊維材料から出来ていてもよい。板バネ３４２、３５２、および３６２は、同様に鉄鋼または炭素繊維材料から出来ていてもよい。
【００４１】
図８から図１２の軸受けの原理は、水圧シリンダ１２８の支持部を提供するために使用されてもよい。
【００４２】
図１３は、アーム１２２の軸受け支持部を示し、この支持部は２枚の板バネ３７２、３７４を備える。第１の板バネ３７２は、軸受けの横方向の剛性だけでなくねじれ剛性も増やす。板バネは炭素繊維材料から出来ていてもよい。
【００４３】
図１４の水圧線図では、それぞれピストン１３０を備えた複数のシリンダ１２８が示されていて、アーム１２２とフロート１２４とが波の中で動くと、ピストン１３０は上下に移動できる、図１の上記の説明を参照。３つのシリンダが図１４には示されているけれども、本発明にかかる装置は、より多くのシリンダ、例えば６０本のシリンダを典型的に備えると解すべきである。シリンダ１２８は、上端において、システムの水圧媒体の供給導管１７６に連結された複動式シリンダとして示されている。各供給導管１７６では、圧力バルブ１７８が設けられている。供給導管１７６は、共通主導管１８０に統合されて、共通主導管１８０は水圧モータ１８２に１回転あたりの可変体積移動量を供給する。供給導管１７６および共通主導管１８０の中に、作動圧ｐ0が維持される。圧力ｐ0は、バルブ１７８の閾値圧力に有利に維持され、バルブが開閉状態の間をスイッチする。水圧モータは発電機１８４を駆動し、水圧モータの排出口で、水圧媒体が貯蔵容器１８６に導かれる。貯蔵容器１８６から、水圧媒体が、共通の戻り導管１８８および支線戻り導管１９０経由でシリンダ１２８に還流する。
【００４４】
シリンダ１２８の各々において、ピストン１３０はシリンダを上部チャンバと下部チャンバとに分割し、それらのチャンバは導管１９６および１９８により相互連結されている。導管１９６の各々で、双方向バルブ２００が設けられ、双方向バルブ２００に対して平行に、導管１９８の中に圧力バルブ２０２および直列流量制御バルブ２０４が設けられる。最後に、各シリンダは、シリンダ１２８のピストン１３０の位置および／または動作速度を決定する制御素子２０６と共に設けられる。
【００４５】
双方向バルブ２００が開くと、アーム１２２（図１参照）が波の中で動くときに、ピストン１３０が自由に動く。制御素子２０６がピストン１３０の特定の位置および／または動作速度を決定すると、バルブ２００を閉じさせる制御信号がバルブ２００に届く。圧力バルブ１７８が閉じられると、圧力バルブ１７８を開けるために、フロートの浮力が、供給導管１７６および主導管１８０の中の動作圧力ｐ0を超えるのに十分大きくなるまで、波が上がり続ける間、ピストン１３０が固定される。したがって、バルブ１７８が開くと、フロート１２４（図１参照）が少なくとも部分的に波の中に沈められると解すべきである（以下の図２１の説明も参照）。一旦、圧力バルブ１７８が開くと、水圧媒体がモータ１８２に供給される。フロートが波高点を通過するときはフロートはまだ沈められているけれども、シリンダ１２８の上部１９２の圧力は降下し、圧力バルブ１７８は閉じる。それに続いて、双方向バルブ２００が開き、フロートが波高点から波の谷へ波の上を下がるにつれて、水圧媒体がシリンダ下部１９４からシリンダ上部１９２へ移動する。
【００４６】
シリンダ１２８の数の多さのために、少なくとも１つのシリンダ、好ましくは５、６のシリンダが、水圧媒体の流れをモータ１８２に供給する。したがって、好ましくは周波数変換器の必要なく、発電機１８４からの均一な出力が保証できる。
【００４７】
図１４の上記の説明は図１５にも使えるけれども、図１５の実施の形態では、複数の水圧モータ１８２、２０８、２１０が設けられている。水圧モータ１８２、２０８、２１０の各々はそれぞれの発電機１８４、２１２、２１４に連結されている。図１５の実施の形態では、３つのみの水圧モータおよび発電機が設けられているけれども、他の実施の形態では、波発電装置はより多くの数のモータと発電機とを備える。例えば５、１０、または２０のモータおよび発電機が設けられてもよい。水圧モータおよびそれらに対応する発電機の能力は、異なるレベルのエネルギーを生成できるように選択できる。１つの例では、３つの発電機は、各々、０．５ＭＷ、０．５ＭＷ、および２ＭＷを発電できてもよい。したがって１ＭＷを発電するために、２つの０．５ＭＷの発電機の水圧モータが共通の主導管１８０に連結されていてもよいけれども、第３の発電機は、主導管１８０から切り離されている。波のエネルギーが実質的に一定である場所において、水圧モータおよび発電機の総数を減らすために、発電機およびそれらに対応する水圧モータの能力が可能な最高レベルになるように各々選択されてもよい。波高および波の周期の変動が激しい場所では、発電機の能力は２進原理、例えば１ＭＷ、２ＭＷ、および４ＭＷから選択されてもよい。２進原理で発電機を選択することにより、波のエネルギーの利用を最適化するために、以下のパターンを使用して上記発電機を組み入れたり、組み入れなかったりすることができる。
【表１】
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【００４８】
図１６のシステムは図１５のシステムと似ているけれども、図１６のシステムでは、１つの発電機１８４のみが設けられていて、その発電機は、ギアボックス１８５経由で水圧モータ１８２、２０８、および２１０により駆動される。水圧モータは、例えば遊星歯車のギザギザのリムを駆動してもよい。代わりに、図１７に示されているように、水圧モータ１８２、２０８、および２１０は、共通貫通シャフト１８７経由で１つの共通発電機１８４を駆動してもよい。
【００４９】
図１８は海からフロート１２４を持ち上げ、波がフロートに届かない持ち上げられた位置に維持する水圧持ち上げシステムを示す。図１８も、図１４から図１７に関連して上で説明した駆動システムと似た水圧駆動システムを含む。同じまたは似た部材が、図１４から図１７に示されている駆動システムのように図１８に示された駆動システムに組み入れられる限りでは、図６の参照番号が図８に使用され、そのような部材およびそれらの機能性のために、図１４から図１７の上記説明を参照する。図１８の水圧持ち上げシステムは、１以上のフロートを、水から個々に持ち上げるようにして、水圧駆動システムから持ち上げられたフロートのシリンダを切り離すようにしている。図１８のシステムは、共通戻り導管１８８に加えて、モータ２７０により駆動されるポンプ２６８に貯蔵容器１８６を連結する導管２６６を含む。導管２７２は、ポンプ２６８の下流側を多くの単方向バルブ２７４に連結し、単方向バルブの数はフロートおよびシリンダ１２８の数に等しい。導管２７６は、バルブ２７４の各下流側を各々の双方向バルブ２７８および単方向バルブ２８０に連結し、その下流で、導管２７６が１本の共通導管２８２に統合されている。導管２７６は、導管２８４経由で下部のシリンダチャンバ１９４および導管１９８とつながっている。さらに導管２７６は、導管１９６経由で上部のシリンダチャンバ１９２および供給導管１７６とつながっている。最後に、双方向バルブ２８６が、支線戻り管１９０の中に設けられ、双方向バルブ２８８が導管１９８の中に設けられる。
【００５０】
アームが水から持ち上げられると、バルブ２７８、バルブ２８６、およびバルブ２８８が閉じる。バルブ２７４およびバルブ２８０は開かれ、ポンプ２６８は、水圧媒体を下部のシリンダチャンバ１９４に送り込み、問題になっているシリンダに連結されたアームが持ち上げられる。上部のシリンダチャンバ１９２の中の水圧媒体は、バルブ２８０経由で貯蔵容器１８６に導かれる。制御素子２０６は、アームによりピストン１３０が所望の位置、例えば最も高い位置に達し、信号がバルブ２７４および２８０に達して、バルブを閉じることを検出する。結果としてピストン１３０は固定され、アームは、フロートが水から持ち上げられた位置に固定される。アーム１２２は、アームに係合する爪（図示されていない）によりさらに支えられてもよい。
【００５１】
図１９は、複数のフロート１２４、１６４を示す図であって、それらのフロートは、図１４から図１８に関連して上で説明したように、シリンダ経由で水圧駆動システムに組み合わせられている。図１９では、波高点１４６、１４８に位置するこれらのフロートは、参照番号１６４により参照されているけれども、全ての他のフロートは参照番号１２４で参照されている。しかし、フロート１２４とフロート１６４の間に差異はない。第１、第２、および第３の波高点１４６、１４８、１５０は、図１９の中では二重線で示され、第１および第２の波の谷１５２、１５４は図の中では一本線で示されている。波面の移動方向は第１の矢印１５６により示され、波の長さは第２の矢印１５８により示され、波の上昇部分および下降部分は、各々第３および第４の矢印１６０、１６２により示される。図１９に示されているように、波高点１４６および１４８にあるこれらのフロート１６４は、波により引き起こされる上方向の移動を完了したばかりである。第１の波高点１４６および第１の波の谷１５２の間にあるこれらのフロート１２４は波の中で上昇中であるけれども、第２の波高点１４８および第１の波の谷１５２の間にあるこれらのフロートは波の下流側に沿って下がる。フロート１２４、１６４の配列が全波長にわたると、複数のフロートは、波の中で全ての時間上方向に移動し、それにより、全ての時間、複数のフロートが、水圧駆動システムに貢献する力をもたらすことが保証される。図１４から図１７を参照して上で説明したように、フロートの各々は水圧シリンダを作動させ、主導管１８０の中で水圧がつくられる（図１４から図１７参照）。複数のフロートが同時に上方向に移動するので、複数の水圧シリンダが水圧を同時に提供する。したがって、それぞれフロートを備えた複数のシリンダに連結された共通主導管１８０を設けたおかげで、少なくとも全波長にわたるフロートの配列のおかげで、共通主導管１８０の中の圧力の変動、および水圧モータ１８２またはモータ１８２、２０８、２１０への入力地点での圧力の変動は低く保たれている。水圧モータ１８２、２０８、および２１０は回転あたりの移動が変動するモータであるため、モータのｒｐｍは本質的に一定に保つことができる。これは、発電機１８４または発電機１８４、２１２、および２１４により発電される交流電流の周波数が本質的に一定であるという効果を加え、それにより、本発明の好ましい実施の形態では、周波数変換器の必要なく電流が生成できることが実現される。
【００５２】
図１９では、波の方向がフロートの列に対する角度θを区画する。波の方向はθ＝０°のときのフロートの列に対して平行である。任意の瞬間に少なくとも１つのフロートが波により上昇して、水圧駆動システムの共通主導管１８０（図１４から図１７参照）の中に圧力を導くことを保証するために、角度θが０°に対して大きくなると、フロートの列が大きくならねばならない。
【００５３】
システムの設計において、典型的な波長および位置の方向は、システム内の実質的に一定の水圧を保証するために考慮されるべきである。本発明の好ましい実施の形態では、波の方向（角度θ）および波発電装置の長さ、すなわちフロート１２４、１６４によりカバーする長さの間の関係は以下の式により決定できる。
【数１】
2007533892.tif 000004
【００５４】
図２０は時間の関数２４０として、共通主導管１８０（図１４から図１７参照）の中の水圧２４２を示す。第１の曲線２４４は、水圧シリンダが水圧モータにより畜圧タンクに供給する典型的な従来技術の波発電装置の供給ラインの中の水圧を示す。図２０に示されているように、水圧は波の１周期と共に変動する。複数のアーム、フロート、およびシリンダを備え、畜圧タンクを備えない本発明の波発電装置の実施の形態における水圧は、小さい大きさで変動する。
【００５５】
図２１は、矢印１７１の方向に動く波にわたるフロートの２つの異なる経路を示す。図２１の上部は流路を示し、波がフロートを通過するとき、どの手段もフロート１２４の垂直移動距離を増加させるようには取られない。図２１の下部は流路を示し、フロートの垂直移動距離は、波の谷１５２で、水の中にフロート１２４を押しつけることにより増加する。
【００５６】
図２１の上部は、フロートが位置１７２ｂにおいて波の谷１５２に達するまで、位置１７２ａにおいてフロート１２４が波と共に下降する。この地点で、圧力バルブ１７８が閉じると（図１４から図１７参照）水圧シリンダが固定され、双方向バルブ２００も閉じられ、それ故、フロートは、位置１７２ｃ経由で位置１７２ｄまで波の中へ水平に移動する。波がせり上がると、シリンダ１２８の上部のチャンバ１９２の中および圧力バルブ１７８（図１４から図１７参照）の上流の導管の中で圧力が増加する。位置１７２ｄにおいて、圧力は、圧力バルブ１７８の閾値圧力を超えるのに十分であり、その後圧力バルブ１７８が開き、それにより、フロート１２４が位置１７２ｅを通って位置１７２ｆまで波の中を上昇できる。この動きの間、フロート１２４の水圧シリンダ１２８は、共通水圧導管１８０の中へ水圧媒体を供給し、それにより、力が水圧モータ１８２またはモータ１８２、２０８、２１０に伝えられる。位置１７２ｆにおいて、通過している波が下降しそうになると、供給導管１７６の中の圧力が、圧力バルブ１７８が閉じる閾値以下に下降し、圧力バルブ１７８は閉じる。圧力バルブ１７８が閉じ、双方向バルブ２００が開くとすぐに、フロート１２４は共通水圧導管１８０から切り離され、フロート１２４の浮力により、フロートが水から本質的に垂直に出て位置１７２ｇに移動する。波が下降するにつれて、フロート１２４は波により下降して位置１７２ｈに移動し、フロートは、次の波で新しいサイクルを開始する。フロート１２４は垂直距離１６８を移動する。図２１の上記説明から、個々のフロート１２４および連結されたシリンダ１２８の水圧駆動システムへの力は、フロートの垂直移動の間に加えられることは当然である。
【００５７】
それ故、波発電装置の出力を増加させるために、フロート１２４の垂直移動距離を増やすことが望ましい。図２１の下部は、波を越えるフロート１２４の代わりの経路を示し、フロート１２４により移動する垂直距離を増加させる手段が取られる。位置１７４ａにおいて、フロート１２４は波の谷１５２に達している。この地点で、フロートは位置１７４ｃまで水の中へ下方に押しつけられ、圧力バルブ１７８および双方向バルブ２００が閉じる（図１４から図１７参照）。圧力バルブ１７８の上流の圧力が、圧力バルブ１７８が閉じる閾値圧力を超えると、バルブ１７８は開き、フロート１２４は、位置１７４ｄ、１７４ｅ、および１７４ｆを通って位置１７４ｇに移動する。位置１７４ｆにおいて、圧力バルブ１７８が閉じ、双方向バルブ２０２が開き、フロート１２４の浮力により、フロートが水から本質的に垂直に出て位置１７４ｈに移動し、そこからフロートが波の下流側を下降して位置１７４ｉまで移動し、上記のサイクルが繰り返される。波高点１５２でフロートが水の中に押しつけられるおかげで、すなわち位置１７４ｂから位置１７４ｃまで押しつけられるおかげで、フロートの移動する垂直距離１７０は、図２１の上部を参照して、波の谷またはその近くで波の中にフロートを押しつけない実施の形態で移動する垂直距離１６８よりも著しく長い。したがって、フロート１２４のシリンダ１２８の力も、図２１の下部の経路に関しての方が、図２１の上部の経路に関するよりも著しく大きい。
【００５８】
明らかに、波発電装置の全出力の観点で、波の谷１５２において、波の中へフロート１２４を押しつけるために利用される力が装置の出力から引かれないときのみ、純エネルギーが発生する。図２２は、図１４の水圧駆動システムの変更された実施の形態を示し、この実施の形態は、フロート１２４が波高点またはその近くの波から垂直に移動する、すなわち、位置１７４ｇから図２１の下部の位置１７４ｈに移動するときに開放される位置エネルギーをためることが出来る。図１４から図１７の実施の形態では失っていたこのエネルギーは、フロート１２４を波の中に押しつけるために使用される。
【００５９】
より具体的には、図２２は、波の谷で波の下にフロートを押し下げる第１、第２、第３、および第４の畜圧タンク２１６、２１８、２２０、２２２を含む水圧図を示す。図１４のシステムに加えて、図２２の水圧システムは水力溜２１６、２１８、２２０、２２２を備え、水力溜は水力溜導管２２４、２２６、２２８、２３０の一端に配置され、水力溜導管は、第１、第２、第３、および第４の双方向バルブ２３２、２３４、２３６、２３８を通って供給導管１７６に連結される。一旦フロートが波高点を通過すると、圧力バルブ１７８が、図４に関連して上で説明したように閉じ、フロート１２４は波の中の沈められた位置から波の外に出る。したがって、シリンダの上部１９２から移動した水圧媒体は、バルブ２３２、２３４、２３６、２３８および畜圧タンク導管２２４、２２６、２２８、２３０を通って畜圧タンク２１６、２１８、２２０、２２２に導かれる。１つの実施の形態では、バルブ２３２、２３４、２３６、２３８は、第１のバルブ２３２が、主導管１８０の中の動作圧力ｐ０よりも低い第１の圧力ｐ１で閉じるように、配置され、制御される。第２のバルブ２３４は、第１の圧力ｐ１で開き、それより低い第２の圧力ｐ２で再び閉じる。第３のバルブ２３６は第２の圧力ｐ２で開き、それより低い第３の圧力ｐ３で再び閉じる。第４のバルブ２３８は第３の圧力ｐ３で開き、それより低い第４の圧力ｐ４で再び閉じる。さらに低い圧力ｐ５では双方向バルブ２００が開く。
【００６０】
波の谷では、バルブ２００は閉じ、第４の双方向バルブ２３８は開き、第４の畜圧タンク２２２の中の圧力はフロートを水の下に押し下げるために利用される。第４の双方向バルブ２３８が閉じると、第３の双方向バルブ２３６が開き、第３の畜圧タンク２２０の中の圧力は、フロートを水の下にさらに押し下げるために利用される。その後、第３の双方向バルブ２３６が閉じると、第２の双方向バルブ２３４が開き、第２の畜圧タンク２１８の中の圧力はフロートを水の下にさらに押し下げるために利用される。それに続いて、第２の双方向バルブ２３４が閉じ、第１の畜圧タンク２１６の中の圧力がフロートを水面の下にさらに押し下げるために使用されるように、第１の双方向バルブ２３２が開く。最後に、第１の双方向バルブ２３２が閉じ、圧力バルブ１７８が開く。
【００６１】
波発電装置の出力を増やすために、フロート１２４が位置１７４ｇから波の外に垂直に出て位置１７４ｈに移動するときに開放される位置エネルギーの少なくとも一部が、波の谷１５２で水の中にフロートを押しつけるために利用できることは当然である。したがって、上に説明した方法によるフロートの押し下げは、波高点で開放される位置エネルギーを利用する方法としてみなすことができ、さもないとそのエネルギーは失われる。
【００６２】
４つより多い畜圧タンク２１６、２１８、２２０、２２２が設けられてもよい。例えば６個、８個、１０個、１２個、２０個、またはそれより多くの畜圧タンクが設けられてもよい。
【００６３】
図２３は、一般的にＮステップでのエネルギー貯蔵のグラフ表示、すなわち、図２２の畜圧タンク２１６、２１８、２２０、２２２に対応するＮ個の畜圧タンクを示す。第１の軸は、水の中のフロートの垂直移動ｄ0２５０を示し、第２の軸は、力Ｆ0２５２を示す。図２３の図の半分をカバーする斜線の三角形の領域は、理想的な最大エネルギーを示し、これは入手可能である。しかしこのエネルギーを利用するために、システムは無限の数のステップ、すなわち無限の数の畜圧タンクを備えるべきである。すなわち、２つのステップの間の圧力の差異が大きくなればなるほど、各ステップのエネルギーの損失が大きくなる。図２３では、エネルギー損失は斜線の三角形２５４で示される。各三角形は、フロートが垂直距離Δｄだけ移動することを示す。小さな三角形の各々の面積は高さの半分×長さである。したがって各ステップの損失は以下の数式で決定できる。
【数２】
2007533892.tif 000005
Ｆ0：フロートが水の下に距離ｄ0だけ押し下げられたときの力
Δｄ＝ｄ0／Ｎ
Ｎ：ステップの数
【００６４】
エネルギーの全損失すなわち小さな三角形の合計は以下の数式で定められる。
【数３】
2007533892.tif 000006
【００６５】
したがって、ステップＮの数が増えると、エネルギーの全損失が少なくなる。
【００６６】
図２２および図２３に関連して上で説明した畜圧タンクの効果は図２４に示されていて、曲線２５６は、時間の関数として波の中のフロートの動きを示し、曲線２５８は、時間の関数として波の形を示す。曲線２５６および曲線２５８の部分的重なりが、波の下流、すなわち波の下降側に存在する。２６０において、双方向バルブ２００が閉じる間（図２２参照）、圧力バルブ１７８も閉じ、フロートは固定される。２６２において、フロートは波から出て、エネルギーを畜圧タンク２１６、２１８、２２０、２２２にもたらす。図２５では、曲線２６４が、波の中のフロートの実際の下降を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明にかかる波発電装置の実施の形態を示す断面図
【図２】本発明にかかる波発電装置の実施の形態を示す断面図
【図３】本発明にかかる波発電装置の実施の形態のトラス構造の実施の形態を示す図
【図４】本発明にかかる波発電装置の実施の形態のトラス構造の実施の形態を示す図
【図５】本発明にかかる波発電装置の実施の形態のトラス構造の実施の形態を示す図
【図６】フロートのハニカム構造を示す図
【図７】図１および図２の装置のアーム用の支持構造を示す図
【図８】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図９】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図１０】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図１１】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図１２】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図１３】装置アーム用の種々の軸受けアセンブリを示す図
【図１４】本発明にかかる装置の実施の形態の水圧駆動システムを示す図
【図１５】本発明にかかる装置の実施の形態の水圧駆動システムを示す図
【図１６】本発明にかかる装置の実施の形態の水圧駆動システムを示す図
【図１７】本発明にかかる装置の実施の形態の水圧駆動システムを示す図
【図１８】海からフロートを持ち上げる水圧持ち上げシステムを示す図
【図１９】２つの波高点にわたって延在するフロートの配列を備えた波発電装置を示す図
【図２０】各々従来技術の波発電装置および本発明にかかる装置の実施の形態の水圧駆動システムの供給ラインの中の時間の関数として水圧を示す図
【図２１】波を越えるフロートの２つの経路を示す図
【図２２】フロートを波の谷の波に押しつける畜圧タンクを備えた水圧駆動システムを示す図
【図２３】水圧貯蔵システムの中にエネルギーが徐々に溜まる様子を示す図
【図２４】波およびフロートの動きを示す図
【図２５】波およびフロートの動きを示す図
【符号の説明】
【００６８】
１０２  波発電装置
１０４  トラス構造
１０６  第１の部材
１０８  第２の部材
１１０  第３の部材
１１１  長方形の上部
１１２  第１の節点
１１３  力部材
１１４  第２の節点
１１５  力部材
１１６  第３の節点
１１７  第４の節点
１１８  第５の節点
１２０  第６の節点
１２１  アンカー
１２２  アーム
１２３  水タンク
１２４  フロート
１２５  水タンク
１２６  シャフト
１２７  ハニカム構造
１２８  シリンダ
１３０  ピストン
１３２  第１の取り付け地点
１３４  第２の取り付け地点
１３６  第１の取り付け地点
１３８  第２の取り付け地点
１４０  アームの中央軸
１４２  固定された支持構造
１４４  軸受け
１４５  内側のリング
１４６  波高点
１４７  外側のリング
１４８  波高点
１４９  可撓性物質
１５０  波高点
１５１  空洞
１５２  波の谷
１５４  波の谷
１５６  第１の矢印
１５８  第２の矢印
１６０  第３の矢印
１６２  第４の矢印
１６４  フロート
１６８  垂直距離
１７０  垂直距離
１７６  供給導管
１７８  圧力バルブ
１８０  主導管
１８２  モータ
１８４  発電機
１８６  貯蔵容器
１８８  共通戻り導管
１９０  支線戻り導管
１９２  シリンダ上部
１９４  シリンダ下部
１９６  導管
１９８  導管
２００  双方向バルブ
２０２  バルブ
２０４  流量制御バルブ
２０６  制御素子
２０８  モータ
２１０  モータ
２１２  発電機
２１４  発電機
２１６  畜圧タンク
２１８  畜圧タンク
２２０  畜圧タンク
２２２  畜圧タンク
２２４  畜圧タンク導管
２２６  畜圧タンク導管
２２８  畜圧タンク導管
２３０  畜圧タンク導管
２３２  第１の双方向バルブ
２３４  第２の双方向バルブ
２３６  第３の双方向バルブ
２３８  第４の双方向バルブ
２４０  時間の関数
２４２  共通主導管１８０の中の水圧２４２
２４４  第１の曲線
２５０  水の中のフロートの垂直移動ｄ0
２５２  力Ｆ0
２５４  エネルギー損失
２５６  曲線
２５８  曲線
２６４  曲線
２６６  導管
２６８  ポンプ
２７０  モータ
２７２  導管
２７４  単方向バルブ
２７６  導管
２７８  双方向バルブ
２８０  単方向バルブ
２８４  導管
２８６  双方向バルブ
２８８  双方向バルブ
３４２  板バネ
３４４  軸受け
３４５  矢印
３４６  くねった軸受け
３４７  矢印
３４８  くねった軸受け
３４９  矢印
３５０  矢印
３５１  矢印
３５２  板バネ
３５３  空洞
３５４  くねった軸受け
３５５  矢印
３５７  矢印
３６２  Ｈ型板バネ
３６４  外側の部分
３６６  内側の部分
３６８  相互接続部
３７２  板バネ
３７４  板バネ
【図１】
2007533892.tif 000007
【図２】
2007533892.tif 000008
【図３】
2007533892.tif 000009
【図４】
2007533892.tif 000010
【図５】
2007533892.tif 000011
【図６】
2007533892.tif 000012
【図７】
2007533892.tif 000013
【図８】
2007533892.tif 000014
【図９】
2007533892.tif 000015
【図１０】
2007533892.tif 000016
【図１１】
2007533892.tif 000017
【図１２】
2007533892.tif 000018
【図１３】
2007533892.tif 000019
【図１４】
2007533892.tif 000020
【図１５】
2007533892.tif 000021
【図１６】
2007533892.tif 000022
【図１７】
2007533892.tif 000023
【図１８】
2007533892.tif 000024
【図１９】
2007533892.tif 000025
【図２０】
2007533892.tif 000026
【図２１】
2007533892.tif 000027
【図２２】
2007533892.tif 000028
【図２３】
2007533892.tif 000029
【図２４】
2007533892.tif 000030
【図２５】
2007533892.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月2日(2005.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がシャフトにより一端で回転自在に支持され、各アームがフロートをもう一端で保持し、その保持端は支持端の反対にあり、波により引き起こされる上記フロートの平行移動により上記アームが上記シャフトのまわりを回転するようになっている複数のアーム、および
波からアームに伝えられる力を電力に変換し、上記複数のアームが、上記アームの列を通過する波により、上記アームが上記シャフトのまわりを連続して旋回するように一列に配置され、上記アームは共通の距離に配置され、波の通過により上記アームが共通の位相シフトで旋回するようになっていて、水圧で駆動されるモータを備えた水圧駆動システムを備える力変換手段を備え、
各アームが、少なくとも１つの水圧シリンダを用いて上記水圧駆動システムに連結され、上記水圧シリンダにより、上記水圧駆動システムの上記水圧媒体が上記モータの中に移動し、上記シリンダは、共通水圧導管を通して上記水圧媒体を上記モータに移動させるように配置される波発電装置であって、
各シリンダが、上記シリンダのピストンの位置および／または動作速度を決定するセンサと共に設けられ、上記センサは、信号を、シリンダの制御ユニットおよび関連するバルブに送信するように配置され、各シリンダから上記水圧駆動システムの残りの部分へのエネルギーの伝達が、個々のシリンダのピストンの位置および／または動作速度を表す信号に応答して個々に制御できることを特徴とする波発電装置。
【請求項２】
上記列が波の進行方向に対して＋／−６０°以内の角度を形成するように上記アームの上記列が波の進行方向に対して方向を合わせられる請求項１に記載の波発電装置。
【請求項３】
波が上記アームの上記フロートを通過するときに、アームの各々が断続的に力を力変換手段に伝え、上記アームおよび上記フロートは共通の距離に配置されるので、全ての時間において、少なくとも２つのアームおよびフロートが力変換手段に力を同時に伝達する請求項１または請求項２に記載の波発電装置。
【請求項４】
上記フロートの浮力が、上記フロートの乾燥重量の少なくとも１０倍である請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項５】
上記フロートの直径が上記フロートの高さの少なくとも５倍である請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項６】
複数の上記アームが、波の波長あたり少なくとも５つのアームを備える請求項１から請求項５にいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項７】
複数の上記アームが５０ｍから２００ｍの全長にわたる少なくとも５つのアームを含む請求項１から請求項６に記載の波発電装置。
【請求項８】
上記アームおよび上記フロートが、最大１０００ｋｇ／ｍ3の密度を持つ材料からできている請求項１から請求項７に記載の波発電装置。
【請求項９】
各アームの上記少なくとも１つの水圧シリンダが複動式シリンダを備える請求項１に記載の波発電装置。
【請求項１０】
上記水圧駆動システムが、断続的に上記水圧駆動システムの中にエネルギーを保存する少なくとも１つの水圧溜を備え、上記フロートが波の谷を通過したとき、上記アームが保持する上記フロートを波の中に押しつけるために、上記水圧駆動システムが、上記水圧溜の中に保存されたエネルギーを解放する制御ができる請求項９に記載の波発電装置。
【請求項１１】
上記水圧媒体が、上記共通水圧導管を通って上記水圧溜に供給される請求項１または請求項１０に記載の波発電装置。
【請求項１２】
上記シャフトおよび上記力変換手段が支持構造により支えられて、上記支持構造は、サクションアンカーまたは重力の支持を用いて海底にくくりつけられる請求項１から請求項１１にいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項１３】
上記支持構造がトラス構造を含み、上記サクションアンカーが上記トラス構造の第１の節点に配置される請求項１２に記載の波発電装置。
【請求項１４】
上記少なくとも１つのアームが、上記トラス構造の第２の節点で上記トラス構造により支えられる請求項１３に記載の波発電装置。
【請求項１５】
上記第２の節点が、上記トラス構造の三角形のサブ構造の頂点に配置され、上記三角形のサブ構造が海底の２つの頂点を区画し、その海底の２つの頂点が各々のコーナーにアンカーを備える請求項１４に記載の波発電装置。
【請求項１６】
上記トラス構造が、三角形のサブ構造の上に配置された多角形のサブ構造、好ましくは長方形のサブ構造を備える請求項１５に記載の波発電装置。
【請求項１７】
上記支持構造が、上記支持構造の上に下向きの力を提供するバラストを備え、上記バラストは海水位の上に配置される請求項１２から請求項１６のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項１８】
上記バラストが少なくとも１つのバラストタンクまたはバラストコンテナを備える請求項１７に記載の波発電装置。
【請求項１９】
上記アームが上記シャフトに沿って少なくとも２地点でシャフトに連結され、上記２地点は上記アームの中央軸からオフセットされ、上記シャフトは、半径方向および軸方向の力に抗するように配置された２つの軸受けを備える固定された支持構造により回転自在に支えられる請求項１２から請求項１８のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項２０】
上記軸受けが軸方向にあらかじめ圧力が加えられている請求項１９に記載の波発電装置。
【請求項２１】
複数のアームおよび複数のシャフトを備え、各アームがそれ自体のシャフトにより支えられるようになっており、各アームが上記シャフトに沿って少なくとも２地点で上記アーム自体のシャフトに連結され、上記２地点は上記アームの中央軸からオフセットされ、各シャフトは、半径方向および軸方向の力に抗するために配置された２つの軸受けにより上記固定された支持構造に回転自在に支えられる請求項１９または請求項２０に記載の波発電装置。
【請求項２２】
上記軸受けの各々が、内側および外側のリングまたはシリンダを備え、上記内側のリングは上記アームの回転シャフトに固定され、上記外側のリングは固定された支持部に固定され、上記軸受けは上記内側および外側のリングの間の可撓材料をさらに備える請求項１９から請求項２１のいずれか１つに記載の波発電装置。
【請求項２３】
上記可撓材料が少なくとも１つの空洞または抜き打ち穴を備える請求項２２に記載の波発電装置。
【請求項２４】
上記可撓材料が、板バネなどの少なくとも１つのバネ部材を備える請求項２２または請求項２３に記載の波発電装置。
【請求項２５】
上記フロートを海から持ち上げ、海面の上の位置に上記フロートを固定する水圧持ち上げシステムをさらに備える請求項１から請求項２４のいずれか１に記載の波発電装置。
【請求項２６】
上記複動式シリンダが、上記水圧持ち上げシステムの一部を形成し、上記シリンダが海から上記フロートを持ち上げる制御ができるようになっている請求項９または請求項２５に記載の波発電装置。
【国際調査報告】
2007533892.tif 000032
2007533892.tif 000033
2007533892.tif 000034
2007533892.tif 000035
2007533892.tif 000036