(57)【要約】  波エネルギー変換装置等のエネルギー変換装置は、ダイヤフラム（３０）の対向する横方向縁部が、「Ｓ」字状構造を有するフレーム（１００、１１０）に取付けられているフレーム（１００、１１０）に取付けられたダイヤフラム（３０）を有する。ダイヤフラム（３０）とフレーム（１００、１１０）は、流体のためのセル（２０）を形成し、セルは、ダイヤフラムの動きによって駆動されて、セル（２０）からつながっているダクト内に設けられたタービン等の出力取出し装置を駆動する。ダイヤフラムは、コード、好ましくは、垂直コードによって補強することができる。多数のセル（２０）をリング状に配置することができ、または、１つのセルからのダクトを、リザーバまたは他のセルにつなげてもよい。【選択図】図６
2011521147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムのための支持構造とを備え、前記ダイヤフラムが、第１の流体と第２の流体との間に配置されるように構成され、および使用時には、これらの流体のうちの一方に対して作用するように変形可能である装置であって、
前記ダイヤフラムの少なくとも一部が、Ｓ字状である取付けのラインに沿って前記支持構造に固定されている装置。
【請求項２】
前記ダイヤフラムの少なくとも一部は、前記ダイヤフラムの一方の縁部であり、前記ダイヤフラムの対向縁部もまた、Ｓ字状である第２の取付けのラインに沿って、前記支持構造に取付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記支持構造はフレームであり、前記フレームは、前記ダイヤフラムと共に、前記第１および第２の流体のためのセルを画成する、請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
エネルギー変換装置であり、および前記第１および第２の流体によって作動可能な出力取出し装置をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体用のセルを画成しているダイヤフラムと、
前記セルから伸びるダクトと、
前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／またはダクト内の流体の変動に反応するように構成された出力取出し装置と、
を含むエネルギー変換装置であって、
前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、該形状の変化が、前記セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内の反応を引き起こし、前記ダイヤフラムの一組の対向する縁部が、Ｓ字状構造で前記フレームに取付けられている、エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記出力取出し装置が、前記ダクト内の流体フローに反応して回転するように構成されたタービンである、請求項５に記載のエネルギー変換装置。
【請求項７】
前記出力取出し装置が、前記ダクト内に設けられたピストンを備える、請求項５に記載のエネルギー変換装置。
【請求項８】
前記ダクトが、前記セルの面内の開口部である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
【請求項９】
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームとダイヤフラムとが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、
前記エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、
前記ダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成されたタービンと、
を含む波エネルギー変換装置であって、
前記ダイヤフラムは、波の作用によって引き起こされる前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、該形状の変化は、前記エアセルとエアダクトとの間に空気を強制的に流させ、その結果、前記エアダクト内に空気流が生成され、および前記タービンが回転させられ、前記ダイヤフラムの垂直方向の縁部が、「Ｓ」字状構造で前記エアセルに付着する、波エネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記ダイヤフラムが、コードによって補強されている、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記コードが、垂直方向に伸びている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ダイヤフラムは、「Ｓ」字状側部を結合する横方向が、垂直方向よりも幅が広くなっている、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体用のセルを画成しているダイヤフラムと、
前記セルから伸びるダクトと、
前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／またはダクト内の流体の変動に反応するように構成された出力取出し装置と、
を含むエネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、該形状の変化が、前記セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内の反応を引き起こし、前記ダイヤフラムは、所定方向に整列された複数の第１のコードで補強されている、エネルギー変換装置。
【請求項１４】
大量の水の上に浮遊する、または、スペース内に固定されている波エネルギー変換装置であって、
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームとダイヤフラムとが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、
前記エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、
前記エアダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成されている、前記エアダクト内のタービンと、
を含む波エネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、水中に完全にまたは部分的に沈み、および波の作用によって引き起こされる前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、前記形状の変化は、前記エアセルとエアダクトとの間に空気を強制的に流させ、その結果、前記エアダクト内に空気流が生成されて、前記タービンが回転させられ、前記ダイヤフラムは、鉛直面に対して整列された複数の第１のコードによって補強されている、波エネルギー変換装置。
【請求項１５】
前記ダイヤフラムが、前記コードとは異なる方向に整列された第２の細長い補強手段によってさらに補強されている、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記コードが、前記第２の補強手段よりも、引張強度および／または弾性係数が高く、および／または実質的に伸縮不能である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームとダイヤフラムとが一緒になって、流体用のセルを画成しているダイヤフラムと、
前記セルから伸びるダクトと、
前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／またはダクト内の流体の変動に反応するように構成された出力取出し装置と、
を含むエネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、前記形状の変化が、前記セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内の反応を引き起こし、前記ダイヤフラムは、複数の第１のコードと、前記第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の細長い補強手段とによって補強されており、前記コードは、前記第２の補強手段よりも、引張強度および／または弾性係数が高く、および／または実質的に伸縮不能である、エネルギー変換装置。
【請求項１８】
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームとダイヤフラムとが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、
前記エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、
前記エアダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成されている、前記エアダクト内のタービンと、
を含む波エネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、波の作用によって引き起こされる前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、前記形状の変化は、前記エアセルとエアダクトとの間に空気を強制的に流させ、その結果、前記エアダクト内に空気流が生成されて、前記タービンが回転させられ、前記ダイヤフラムは、複数の第１のコードと、前記第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の細長い補強手段とによって補強されており、前記コードは、前記第２の補強手段よりも、引張強度および／または弾性係数が高く、および／または実質的に伸縮不能である、波エネルギー変換装置。
【請求項１９】
前記第２の補強手段が、追加的なコードである請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記コードと、前記追加的なコードとの間の角度が、８０度以上である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記セルから遠く離れた前記ダクトの端部に、流体用のリザーバを有する、請求項５〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
請求項５〜２１のいずれかに記載の装置と、
フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体用のセルを画成しているダイヤフラム、及び前記セルから伸びるダクトと、
を含む第２のエネルギー変換装置であって、
前記ダイヤフラムが、前記ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、該形状の変化が、前記セル内の流体の結果として生じる変化を引き起こし、
前記第２のエネルギー変換装置のダクトが、前記エネルギー変換装置のダクトと流体的に連通している第２のエネルギー変換装置とのコンビネーション。
【請求項２３】
前記ダイヤフラムが、少なくとも部分的に水中に沈められる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記ダイヤフラムの「Ｓ」字状縁部における厚さが、それらの縁部の間の中心部における厚さよりも厚くなっている、先行する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記装置が、その「Ｓ」字状縁部における厚さが、中心部における厚さよりも４〜１２倍厚くなっている、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用時に、流体を分離することのできるＳ字状ダイヤフラムに関する。
また、本発明は、エネルギー変換装置、特に、ダイヤフラムの一方の面での流体の変動を、ダイヤフラムの他方の面での別の流体の変動に変換するエネルギー変換装置に関する。好適な実施形態において、本発明は、タービン等の出力取出し装置を駆動するために、波によって生成されたエネルギーを大量の空気または他の流体に伝達する波エネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波によって引き起こされる海面の上昇および下降によって生成されたエネルギーを利用する周知の波エネルギー変換器装置には、いくつかの種類がある。それらの装置のうちの最も有効なものは、空気を中間媒体として用いる。そのような装置エネルギーは、広い領域から集められて、比較的小径のダクトに導かれ、その結果、タービンが、大きな回転速度で駆動される。対照的に、水からエネルギーを直接回収するシステムは、水の高い密度および結果として生じる慣性により、断面積が変化するたびに、大きなエネルギー損失を伴うであろう。また、水タービンは、空気発電機よりもゆっくりと作動し、および発電機を駆動する態勢を整えなければならない。
【０００３】
最も一般的な波エネルギー変換装置は、振動水柱（ＯＷＣ）型であり、これは、海面の上昇および下降を利用して、捉えた一定量の空気をウェルズタービンに強制的に流す。このような装置の欠点は、騒音がすること、および一般的に、沿岸または海底に固定されていることである。また、このような装置を支持可能な海岸線の場所の数は限られている。
【０００４】
公知の深海波エネルギー変換器装置に関して、最も有効なものの一つは、非特許文献１に記載されているようなフローティング・クラム（floating CLAM）装置であると思われる。これは、矩形フレキシブルダイヤフラムを有する相互接続されたエアセルからなる固いフローティング・トロイダル装置である。前記装置は、沖合に係留されており、波の作用が空気をセル間で往復動させる。この空気流が、発電機に結合されたウェルズタービンを駆動するのに使われる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“Ｔｈｅ  Ｃｌａｍ  ｗａｖｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”，Ｆ．Ｐ．Ｌｏｃｋｅｔｔ，Ｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｍｉｎａｒ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｎｏｖ．１９９１，ｐｐ．１９−２３
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つのパートは、ダイヤフラム構造に関連している。この第１のパートにおいて、２つの流体を分離するのに用いられるダイヤフラムは、Ｓ字状ラインに沿って、支持構造に接続される。
【０００７】
従って、本発明は、変形可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムのための支持構造とを備え、前記ダイヤフラムが、第１の流体と第２の流体との間に配置されるように構成され、および使用時には、これらの流体のうちの一方に対して作用するように変形可能である装置であって、前記ダイヤフラムの少なくとも一部が、Ｓ字状である取付けのラインに沿って前記支持構造に固定されている装置を提供することができる。
【０００８】
好ましくは、ダイヤフラムは、２つの対向する縁部が両方共、Ｓ字状構造を有するように、支持構造に取付けられ、そのためダイヤフラムは、支持構造に対してＳ字状になっている取付けのラインを有する。従って、支持構造は、フレームとすることができ、前記フレームは、ダイヤフラムと共に、流体の一方または他方のためのセルを形成する。
【０００９】
これらの流体は、通常は、空気と水のように異なっているが、必ずしも異なっている必要はなく、本発明は、これらの特定の流体に限定されない。
【００１０】
このようなダイヤフラム構成は、波エネルギー変換装置等のエネルギー変換装置に用いることができる。前記エネルギー変換装置は、第１または第２の流体によって動作可能な出力取出し装置を備える。このようなエネルギー変換装置は、本発明の第２のパートを示す。当然、第１のパートと第２のパートは、組み合わせて用いることができる。
【００１１】
また、本発明は、ダイヤフラムがフレームによって支持されており、および前記ダイヤフラムの一方の側の流体に対する変化が、フレームおよびダイヤフラムによって画成されたセル内の別の流体に伝達されるエネルギー変換装置に関連している。本発明は、ダイヤフラムの構成および構造に関連する様々な態様を有している。本発明の第１の態様は、ダイヤフラムのフレームへの取付けに関連している。この態様において、ダイヤフラムの２つの対向する縁部は、「Ｓ」字状構造を画成するように、フレームに取付けられる。
【００１２】
従って、本発明の第２のパートの第１の態様によれば、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体のためのセルを画成するダイヤフラムと、前記セルから伸びるダクトと、前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／または前記ダクト内の流体の変動に反応するように構成されている出力取出し装置とを含むエネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、ダイヤフラム面の圧力差の変化に応じて形状を変えることが可能であり、形状の変化は、前記セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内での反応を引き起こし、前記ダイヤフラムの一組の対向する縁部が、Ｓ字状構造で前記フレームに取付けられているエネルギー変換装置を提供することができる。
【００１３】
このような構成において、本発明の第１のパートの場合と同様に、Ｓ字状構造がダイヤフラムのフレームへの取付けのラインを画成することができることに留意する。
【００１４】
前記出力取出し装置は、好ましくは、ダクトを流れる流体によって回転するように駆動されるタービンである。しかし、ダクト内に取付けられ、およびダイヤフラムの形状の変化によって生じる流体の動きにより、強制的に動かされるピストン等の他の出力取出し装置も用いることができる。
【００１５】
前記ダクトは、ダクトがそこから伸びているセルの面よりも著しく小さい断面積サイズを有することができるが、ダクトがセルの延長部になるように、セルの当該面に関して、同じ断面積（または、実質的に同じ断面積）にすることが可能である。このことは、大きなピストンが、セル内の流体によって駆動され、大きなピストンが、出力がそこから抽出される、より小さなピストンに接続されているピストン装置が、出力取出し装置に対して用いられる場合に、特に適している。
【００１６】
セル内の流体は空気であることが好ましいが、他の気体または液体を使用することも可能である。セル内の流体は、セルからのダイヤフラムの他方の側の流体と同じでも異なっていてもよい。
【００１７】
本発明は、波が、ダイヤフラムの一方の側に作用して、ダイヤフラムを動かし、およびそれに伴って、ダイヤフラムおよびフレームによって画成されたエアセル内の空気も動かす波エネルギー変換装置において、特定の用途を有する。波エネルギー変換装置において、該装置の配置方向は、通常は、ダイヤフラムの「Ｓ」字状縁部が鉛直方向（使用時に直立している）になっているようにする。
【００１８】
従って、第１の態様の好適な展開において、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、フレームおよびダイヤフラムが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、エアダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成されたタービンとを含む波エネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、波の作用によって引き起こされるダイヤフラム面の圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化は、前記エアセルと前記エアダクトとの間に空気を強制的に流し、その結果、エアダクト内に空気流が生成され、および前記タービンが回転され、ダイヤフラムの鉛直方向の縁部は、エアセルに「Ｓ」字状構造で付着する、波エネルギー変換装置を提供することができる。
【００１９】
当業者は、本明細書において「波」という用語が、波の伝播中に観測される大量の水の表面における流体の動きのみを含むだけではなく、表面の下の水の粒子の動きも含むことを理解するであろう。各々の波は、水の粒子の周期的な動きによって形成され、および（深海においては、概して円形である）この周期的な動きが、観測される表面動を引き起こす。それに伴って、周期的な動きの結果として、大量の水の中を通る波の通過は、水面の変化、および大量の水の中の圧力分布の変化をも引き起こす。従って、本発明において、ダイヤフラムは、大量の水における水面および圧力分布の一方または両方と相互に作用する。それぞれの変化は、ダイヤフラム面での圧力変化を引き起こす。
【００２０】
使用時に、前記装置が大量の水の中に、完全に、または、その高さのほとんどが沈むように沈められると、ダイヤフラムの内部の空気の圧力は、いずれかの時点で、その高さにわたって一定になるが、水の圧力は、深さと共に増加する。この結果は、ダイヤフラムが、垂直方向断面が「Ｓ」字状になるように変形することである。波が該装置を通過すると、水面および圧力分布の変化が、ダイヤフラム面での圧力の変化を引き起こして、その後、ダイヤフラムを動かす。このプロセスは、約０．０５Ｈｚ〜０．５Ｈｚの周期で繰り返される。この動きは、「出たり入ったり」しており、また、ダイヤフラムの中央領域において、「上がったり下がったり」もしている。ダイヤフラムの動きは、エアダクト内に、およびその結果として、タービン全域で、空気流を生じさせる。
【００２１】
前記装置は、浮遊式深海装置とすることができ、または、固定式深海装置または近沿岸装置とすることができる。前記装置が固定されている実施形態において、装置は、桟橋、風力タービンタワーまたは潮流タワー等の堅固な構造物に固定することができる。装置は、潮差の全てまたは一部の間に、ダイヤフラムが完全にまたは部分的に沈むように固定することができる。
【００２２】
使用中、ダイヤフラムは、水と空気を、垂直に、あるいは、４０度、または垂直より小さな角度で分離する。
【００２３】
ダイヤフラムのサイズは、波エネルギー装置のサイズによって決まる。典型的には、大きなダイヤフラムは、約高さ８ｍ、幅１４ｍとすることができる。小さなダイヤフラムは、前記サイズの約半分とすることができる。
【００２４】
波の作用に応じて形状を変えられるように、および変形によるエネルギー損失を最小にするために、ダイヤフラムは、ダイヤフラムがカバーする開口部よりも、垂直方向により長くしなければならない。公知のクラム装置のダイヤフラムは、バイアス状に配置されたコードで補強されており、および直線上側面フレームを介して、それぞれのエアセルに取付けられている。前記コードのバイアスは、ダイヤフラムの垂直方向高さを、その縁部において、ダイヤフラムの横方向の伸長によって小さくすることを可能にし、それに伴って、ダイヤフラムをフレームに適合できるようにする。しかし、本発明は、ダイヤフラムのこの扱いが、固有の緊張の結果として、エネルギー損失につながることを確認した。ダイヤフラムの縁部を「Ｓ」字状構造で取付け、且つ「Ｓ」字状の長さと同じか、またはほぼ等しい垂直方向の長さを有するダイヤフラムを採用することにより、ダイヤフラムの垂直方向の長さを、ダイヤフラムがカバーする開口部の高さよりも長くすることができる。加えて、このような構成は、組立てるのが容易であり、また、横方向の緊張、ならびにその結果としてのエネルギー損失を低減できること、および最も重要なことには、対角線方向の緊張が適合されることを確実にする。
【００２５】
好適な実施形態において、ダイヤフラムの長さは、ダイヤフラムが取付けられるフレームの垂直方向高さ（すなわち、ダイヤフラムがカバーする開口部の高さ）よりも、約２０％長い。例えば、垂直方向の長さが１１．５ｍのダイヤフラムは、高さが９．５ｍのフレームに適合することが意図されている。
【００２６】
好適な実施形態において、「Ｓ」字状構造は、変換器が使用中であり、かつダイヤフラム面の圧力差が、例えば穏やか海において一定である場合のダイヤフラムの垂直方向縁部の間のダイヤフラムの中ほどの垂直方向断面の形状に近い。この形状は、横方向の緊張を最小限にすることができるダイヤフラムの「中立位置」と考えることもできる。
【００２７】
横方向の緊張およびその結果としてのエネルギー損失の最大限の低減を実現するためには、ダイヤフラムは、好ましくは、その高さよりも幅を少なくとも５％大きく、または、より好ましくは、その高さよりも幅を少なくとも１０％大きくしなければならない。ダイヤフラムは、幅を４０％または５０％、その高さよりも大きくしてもよい。ダイヤフラムの中央領域の動きは、垂直方向のコードによって概して制御されるため、伸長およびエネルギー損失は少ない。従って、ダイヤフラムの幅が広くなればなるほど、横方向の緊張にさらされる領域の割合はより小さくなる（相対語）。本明細書で「幅」という用語は、横方向におけるダイヤフラムの寸法を指す。本発明者等は、約１４ｍの幅は好ましいと考える。
【００２８】
ダイヤフラムの厚さは、その幅方向にわたって変化してもよい。ダイヤフラムは、「Ｓ」字状構造を有するダイヤフラムの縁部が、両縁部の間の中間部よりも厚くてもよい。中心部（両縁部から等距離の領域）は、最も薄くてもよい。好ましくは、縁部は、中心部よりも４〜１２倍、より好ましくは、５〜１０倍厚い。縁部における厚さは、中心部に向かって一様に薄くなってもよく、または、（ダイヤフラムの幅の５〜１５％だけ）両縁部から伸びて、それ以降、中心領域に向かって薄くなっていく厚い領域があってもよい。
【００２９】
本発明の第２のパートの第２の態様は、ダイヤフラムの１つの可能性な構造に関する。この第２の態様において、ダイヤフラムは、所定方向に整列された複数の第１のコードで補強されている。第２の態様を波エネルギー変換装置に用いる場合、前記コードは、鉛直面に対して整列される。
【００３０】
従って、本発明の第２の態様は、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体のためのセルを画成するダイヤフラムと、前記セルから伸びるダクトと、前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／または前記ダクト内の流体の変動に反応するように構成された出力取出し装置とを含むエネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化が、セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内の反応を引き起こし、前記ダイヤフラムが、所定方向に整列された複数の第１のコードで補強されているエネルギー変換装置を提供することができる。
【００３１】
第２の態様の他の任意の特徴は、第１の態様の任意の特徴に一致してもよい。
【００３２】
波エネルギー変換装置に用いた場合、この態様の展開として、第２の態様は、大量の水の上に浮遊する、または、スペース内に固定されている波エネルギー変換装置であって、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、前記エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、前記エアダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成された、前記エアダクト内のタービンとを含む波エネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、水中に完全にまたは部分的に沈み、および波の作用によって引き起こされるダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化は、前記エアセルと前記エアダクトとの間に空気を強制的に流させ、その結果、前記エアダクト内に空気流が生成されて、タービンが回転させられ、前記ダイヤフラムは、鉛直面に対して整列された複数の第１のコードによって補強されている波エネルギー変換装置を提供することができる。
【００３３】
このような構成は、ダイヤフラムが、垂直方向の浮力（該ダイヤフラムの形状を決める際の支配的な力）に抵抗することを可能にする。
【００３４】
ダイヤフラムが、このようにコードで補強される場合、ダイヤフラム内のコードの密度は、垂直方向の縁部の間のダイヤフラムにわたって変化してもよい。縁部における密度は、中央ゾーンにおける密度の７０％以下になるように、より小さくすることができる。
【００３５】
好適な実施形態において、ダイヤフラムは、水平面に対して整列された第２の細長い補強手段で補強されている。このような構成は、ダイヤフラムを、横方向に十分に伸縮しやすくして、動作中は、ダイヤフラムを滑らかな湾曲構造と見なすと共に、過度のエネルギー損失を回避することを可能にする。また、第２の補強手段は、ダイヤフラムで生じる横方向の力を吸収するように機能する。第２の補強手段は、複数の第２のコード、または、ゴム等の材料からなるストリップを備えることができる。第２の補強手段が補強ストリップを備える実施形態において、１４ｍ幅のダイヤフラムの場合、約０．５〜１ｍ幅のゴムストリップが好ましい。
【００３６】
第１のコードは、実質的に伸縮不能とすることができ、および／または第２の補強手段よりも引張強度を大きくしてもよい。その結果、垂直方向の張力に抵抗することにより、圧力差によって生じる力を抑えることができるため、最大限のエネルギー伝達を実現することができる。第１の構成要素に特に適している材料は、Ｋｅｖｌａｒ（商標）、または、他のパラアラミド、ポリアラミドあるいはアラミド合成繊維である。第２の補強手段が、複数の第２のコードを備える実施形態において、前記複数の第２のコードは、第１のコードよりも、引張強度および／または弾性係数が低くてもよい。このようにして、所望の形状をとるために垂直方向のコードにとって必要な、ダイヤフラムにおける横方向の小さな伸縮に適応することができる。第２のコードに対して特に適当な材質は、ナイロンである。
【００３７】
第１および第２のコードは、経編地（warp knit weft insert fabric）で構成することができる。第２のコードは、垂直方向アタッチメントクランプに届くように、ダイヤフラムの全幅にわたって伸びていてもよく、または、縁部からある程度の距離で終端していてもよい。この距離は、ダイヤフラムの高さおよび幅が数メートル、例えば、高さが８ｍで幅が１４ｍである適用において、典型的には、１ｍとすることができる。
【００３８】
本発明の第３の態様は、ダイヤフラムに対して多数の補強を行うという発想を展開し、およびその最も一般的な提案において、ダイヤフラムは、複数の第１のコードと、第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の細長い補強手段とによって補強されており、第２の補強手段は、第１のコードよりも低い強度を有している。第２の補強手段は、コードとすることができる。
【００３９】
従って、この態様において、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、流体用のセルを画成するダイヤフラムと、前記セルから伸びるダクトと、前記ダクトに付随し、および前記セルおよび／または前記ダクト内の流体の変動に反応するように構成された出力取出し装置とを含むエネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、ダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化が、前記セル内の流体の結果として生じる変化、ならびに前記出力取出し装置内の反応を引き起こし、前記ダイヤフラムは、複数の第１のコードと、前記第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の細長い補強手段とによって補強されており、前記第２の補強手段は、前記第１のコードよりも小さい引張強度を有するエネルギー変換装置を提供することができる。
【００４０】
代替的に、および／または加えて、前記第１のコードは、実質的に伸縮不能であり、および／または前記第２の補強手段は、前記第１のコードよりも小さい弾性係数を有する。
【００４１】
ここでもまた、第３の態様の他の任意の特徴を、第１の態様の任意の特徴に一致させることができる。
【００４２】
波エネルギー変換装置に適用した場合、この態様は、フレームによって支持されたダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になってエアセルを画成するダイヤフラムと、前記エアセルと流体的に連通しているエアダクトと、前記エアダクトを流れる空気流に反応して回転するように構成されている、前記エアダクト内のタービンとを含む波エネルギー変換装置であって、前記ダイヤフラムは、波の作用によって引き起こされるダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化は、前記エアセルと前記エアダクトとの間に空気を強制的に流させ、その結果、前記エアダクト内に空気流が生成されてタービンが回転させられ、前記ダイヤフラムは、複数の第１のコードと、第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の細長い補強手段とによって補強されており、前記第２の補強手段は、前記第１のコードよりも小さな引張強度を有する波エネルギー変換装置を提供することができる。
【００４３】
代替的に、および／または加えて、前記第１のコードは、実質的に伸縮不能であり、および／または前記第２の補強手段は、前記第１のコードよりも小さな弾性係数を有する。
【００４４】
いくつかの実施形態において、前記第２の補強手段は、好ましくは互いに整列されている、複数の第２のコードを備える。他の実施形態において、前記第２の補強手段は、好ましくは、ゴムまたは他の適当な材料で形成された補強ストリップを備える。
【００４５】
最大エネルギー伝達のために、ダイヤフラムは、その幅の圧力変化に出来る限り素直に反応し、ヒステリシスを通じて、可能な限り少ないエネルギーを吸収しなければならない。本発明者等は、（一部、コンピュータモデリング法により）、使用時にダイヤフラムは、異なる方向において異なる特性を有する必要があると断定した。一つの方向において、ダイヤフラムは、高い引張歪みに抵抗しなければならず、また他の方向において、低い引張歪みに抵抗しなければならず、それと同時に、前記方向におけるある程度の伸長を可能にしなければならない。従って、ダイヤフラムは、第１のコードの使用時に、前者の方向に対して整列され、および第２の補強手段（第２のコード）が、後者の方向に対して整列されるように構成される。
【００４６】
好ましくは、前記装置を使用中の場合、第１のコードは、鉛直面に対して整列される。このような構成は、ダイヤフラムが、垂直方向の浮力（該ダイヤフラムの形状を決める際の支配的な力）に抵抗することを可能にする。また、前記装置を使用中の場合、第２のコードは、好ましくは、水平面に対して整列される。このような構成は、ダイヤフラムを、横方向に十分に伸縮しやすくして、動作中は、ダイヤフラムを滑らかな湾曲構造と見なすと共に、過度のエネルギー損失を回避することを可能にする。
【００４７】
従って、ダイヤフラムは、ある方向（好ましくは、前記装置を使用中の場合、垂直方向）では、コードにより、高剛性および／または高引張強度で補強され、別の方向（好ましくは、前記装置を使用中の場合、水平または横方向）において、コードにより、より小さな剛性および／またはより小さな引張強度で補強される。そのため、ダイヤフラムは、前者の方向よりも、後者の方向で、より大きく伸長することが可能である。
【００４８】
第１のコードと第２のコードとの間の角度は、ゼロ以外である。好適な実施形態において、前記角度は、８０度以上、または、より好ましくは、８５度以上である。好適な実施形態において、前記角度は、１００度以下、または、より好ましくは、９５度以下である。最も好ましくは、第１のコードおよび第２のコードは、直交するように配置される。第１のコードおよび第２のコードを、互いに直角に配置すると、コードのパンタグラフ作用によって、斜め方向の歪みに適応できるようになる。選択角度は、プラスマイナス１０度以内とすることができる。第１のコードに対して特に適している材料は、Ｋｅｖｌａｒ（商標）、または、パラアラミド、ポリアラミドあるいはアラミド合成繊維、および鋼鉄を含む。第２のコードに対して特に適している材料は、ナイロンおよびライクラ（商標）またはライクラ（商標）派生物を含む。第１のコードおよび第２のコードは、経編地で構成することができる。
【００４９】
好適な実施形態において、上記の態様のうちのいずれかを具体化すると、ダイヤフラムは、通常部分的に沈み、その結果、その高さの１０％以上および／または２０％以下は、水位線上に露出される。ダイヤフラムの沈んでいない部分は、乾舷として周知である。また、前記装置の実施形態は、ダイヤフラムが１０％以下の乾舷を有するように沈められ、または、乾舷がないように完全に沈めることもできることも想定されている。従って、潮差または大気条件の変化が水位に影響を及ぼす状況において、強固な構造物に固定することができる。このようにして、約２ｍ〜５ｍの水位の変化に適応できることが意図されている。前記乾舷が、潮汐活動または気圧の結果として変化する実施形態において、前記装置のパフォーマンスを最大化するように、エアセル内で維持されている圧力が調節されることが想定されている。
【００５０】
第１、第２または第３の態様のうちのいずれかにおいて、各エアセルは、波の入射側に、２つ以上のダイヤフラムを含むことができる。例えば、それぞれが、共通の支持部材によって支持されている２つのダイヤフラムを、並べて配置することができる。
【００５１】
第１、第２または第３の態様のうちのいずれかによる装置は、並べて配置された２つ以上のエアセルを含むことができる。代替的に、または加えて、各装置は、垂直方向に積重ねられた２つ以上（好ましくは、２つかまたは３つ）のエアセルを含むことができる。波エネルギーは、海面からの深さに伴って小さくなり、例えば、海面下の約１５ｍでの波エネルギーは、海面での波エネルギーの半分程度であると断定されている。しかし、それにもかかわらず、そのことは、積重ねの上部のエアセルが部分的または完全に沈み、および１つ以上の残りのエアセルが完全に沈むように、エアセルを積重ねて配置する場所においては経済的であろう。
【００５２】
本発明の第４、第５、第６および第７の態様は、第１、第２および第３の態様のコンビネーションによって提供される。従って、第４および第５の態様において、第１または第２の態様による装置のダイヤフラムは、それぞれ、「Ｓ」字状構造でエアセルに取付けることができる。第６の態様において、第３の態様による装置のダイヤフラムは、複数の第１のコードと、前記第１のコードに対してある角度をなして配置された第２の補強手段とによって補強することができ、前記第２の補強手段は、第１のコードよりも引張強度が小さい。同様に、第７の態様において、第３の態様による装置のダイヤフラムは、前記装置を使用中の場合、鉛直面に対して整列された複数の第１のコードによって補強することができる。
【００５３】
第１の態様が、第２または第３のいずれかの態様と組合わされた実施形態において、ダイヤフラムが直線状側部フレームに適合すると同時に、ダイヤフラムが、覆う開口部よりも丈長となることを確実にするように、ダイヤフラムを処理するのが不可能であるため、「Ｓ」字状アタッチメント構造に関して、特定の利点がある。しかし、第２および第３の態様において、「Ｓ」字状構造が好ましいが、代替的に、正弦波曲線であってもよい。
【００５４】
第１の態様〜第７の態様のうちのいずれかの実施形態において、ダクトは、セルを、大きな補償チャンバまたはリザーバに接続してもよい。このような実施形態において、波エネルギー変換装置として使用する場合、セルは、典型的には、港湾の壁、桟橋、風力タービンタワーまたは潮流タワー等の固定構造物に固定されることになり、すなわち、エアセルは、スペース内に固定されることになる。セル（通常、エアセル）は、上述したように、ダイヤフラムに入射する波に反応する。そのため、波のピークがダイヤフラムに達した際に、空気が、エアダクト内のタービンと通して放出されて、補償チャンバ内に入る。このプロセスは、前記チャンバ内の圧力を上昇させるため、波の谷がダイヤフラムに達すると、補償チャンバ内の空気は、エアセル内の圧力よりも高くなって、エアセルを満たすために、タービンを通って還流する。
【００５５】
他の実施形態において、ダクトは、セルを１つ以上の他のセルに接続することができる。従って、上記態様のいずれかによる装置は、各々がフレームによって支持された複数のダイヤフラムであって、前記フレームと前記ダイヤフラムとが一緒になって、ダクトと流体的に連通する複数のセル（例えば、エアセル）を画成する複数のダイヤフラムを含むことができ、この場合、各ダイヤフラムは、波の作用によって引き起こされるダイヤフラム面での圧力差の変化に反応して形状を変えることが可能であり、形状の変化は、それぞれのセルとダクトとの間に流体（例えば、空気）を強制的に流させ、その結果、エアダクト内にフローが生成され、およびタービンが回転させられ、または、フローは、別の出力取出し装置を駆動する。
【００５６】
各セルに及ぶ異なる波の作用は、流体をセルの間で往復動させる。このフローが、タービンを回転させ、または、１つ以上の発電機に接続し、それによって電気を発生させることのできる別の出力取出し装置を駆動する。
【００５７】
いくつかの実施形態において、前記装置は、ダクト内に複数のタービンを含むことができ、各タービンは、ダクトを流れる空気または他の流体フローに反応して回転するように構成される。
【００５８】
前記装置が浮遊式深海装置である実施形態において、複数のエアセルは、トーラス状に、またはリング状に、および各エアセルが接続されるリングの形態のエアダクトに配置することができる。このことは、エアセルの有効な構成であることが分かっている。このような装置は、好ましくは、１２個のエアセルを含む。
【００５９】
前記装置は、ダクトを介して複数のセルと流体的に連通しているリザーバを含むことができる。使用時に、利用する流体が空気である場合、前記リザーバは、好ましくは、大気圧よりも高く、かつダイヤフラムのベースにおける海中の平均圧力よりも低い圧力で維持される。より好ましくは、前記リザーバは、これらの圧力レベルのほぼ中間の圧力で維持される。
【００６０】
他の実施形態において、複数のセルは、主波向きの方向に直列に配置することができる。例えば、セルは、桟橋、風力タービンタワーまたは潮流タワー等の固定構造物に沿って配置することができる。典型的には、セルは、入射する波の波長に関連する距離だけ離される。好適な実施形態において、セルは、前記入射する波の波長の半分に等しい距離だけ離される。他の実施形態において、この分離距離は、波長の４分の１以上および／または前記波長の４分の３以下とすることができる。この直列構成の結果として、セルは、異なる波の作用を受け、およびセル間で交代され、そのためエアダクトを介して、空気等の流体のフローが生じる。
【００６１】
上記の態様のうちのいずれかによる装置において、タービンまたは各タービンは、ウェルズタービンとすることができる。ウェルズタービンは、両方向の空気流に反応して、一方向に回転することができる。そのため、前記タービンは、空気流の整流を要することなく、発電機を直接駆動するのに適している。
【００６２】
本発明のいずれかの態様の好適なおよび／または任意の特徴は、文脈が別段要求されない限り、いずれかのコンビネーションまたはサブコンビネーションにおいて、他のいずれかの態様に適用することができる。
【００６３】
次に、本発明の実施形態を、添付図面を参照して、例証として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態による波エネルギー変換装置の平面図である。
【図２】従来の波エネルギー変換装置の断面図である。
【図３】動作サイクルの様々な段階における、本発明による装置のダイヤフラムの形状のプロットを示す図表である。
【図４】動作サイクルの様々な段階における、本発明による装置のダイヤフラムの形状のプロットを示す図表である。
【図５】本発明による装置のダイヤフラムの垂直方向縁部のためのアタッチメントフレームの計算形状を示す図表である。
【図６】本発明による波エネルギー変換装置のダイヤフラムとエアセルとの間の取付けを示す分解斜視図である。
【図７】本発明による波エネルギー変換装置のダイヤフラムとエアセルとの間の取付けを示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１０】図１の第１の実施形態と同様の、第４の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１１】図８の実施形態と同様の、本発明による第５の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１２】図９の第３の実施形態と同様の、本発明の第６の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態による波エネルギー変換装置の斜視図である。
【図１４】第１の位置における第７の実施形態の波エネルギー変換装置の側面図である。
【図１５】第２の位置における第７の実施形態による波エネルギー変換装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明の第１の実施形態による波エネルギー変換装置１０が図１に示されている。装置１０は、円形または楕円形とすることができるリング状に配置された、１２個の相互接続されたセル２０を備える。各セル２０は、リング状のエアダクト（図示せず）に接続されており、各セルは、波によって引き起こされる局所的な海水面の変化に反応して、セルに対して動くダイヤフラム３０を、外面に有する。ダイヤフラムの動きは、エアダクト内に設けられているタービン（図示せず）を回転させるために、前記エアダクトの内外に空気を送り込む。回転するタービンは、電気を発生させるために、発電機（図示せず）を駆動する。
【００６６】
ダイヤフラム３０との界面の水位は、ライン４０で示されており、また、リング内の水位は、ライン５０で示されている。波の作用の結果として、図の右側のセル２０における水位４０よりも、図の左側のセル２０における水位４０の方が高い。左側のセルのダイヤフラム３０は、その高さのほとんどを隠して沈んでおり、それに伴って、水によって圧縮され、その結果、空気は、それらのエアセルから出て、エアダクト内に強制的に入る。一方、水位４０は、図の右側のセル２０において、より低くなっている。それらのセルのダイヤフラム３０は、その高さのほとんどが水圧の影響を受けず、図の左側のセル２０からエアダクトへの空気の移動によって引き起こされる内部の空気圧によって膨張する。
【００６７】
図２は、従来のクラム装置のエアセルの中心垂直断面図を示す。図２において、図１で使用されているのと同じ参照番号が用いられている。また、エアダクトは、参照番号２５で示されている。図２は、異なる内部空気圧レベルに対して計算された計算ダイヤフラム形状の範囲を示す。これらの計算ダイヤフラム形状は、典型的には、装置の動作中のダイヤフラムプロファイルである。この計算の場合に考えられる一定の水位は、参照番号６０で示されている。
【００６８】
動作全体を通して、ダイヤフラム３０は、「Ｓ」字状と見なす。これは、ダイヤフラム３０の内部の空気の圧力は、どの時点でも、その高さにわたって一定であり、一方、ダイヤフラム３０の外部の水の圧力は、深さの３乗に比例して増加するためである。波が装置を通過すると、水位の変化が、ダイヤフラム３０面の圧力の変化を引き起こし、これがその後、ダイヤフラムを動かす。その動作サイクル中にダイヤフラム３０によって蓄えられたエネルギーは、セル２０内の空気に伝達されて、エアダクト３０内に空気流が生成される。
【００６９】
本発明は、従来のクラム装置から生み出されており、当該装置に関する多くの改良を含む。具体的には、本発明者等は、デューティサイクル中の該ダイヤフラムの動きがモデル化されている詳細なコンピュータモデリング研究を行った。コンピュータモデルは、入力として、ダイヤフラムの高さに沿った２０箇所における海中の周期的圧力と、タービンからの出口における一定の圧力とを含んでいた。そのため、このデータは、ダイヤフラムの形状と、コードにおける垂直方向張力とを計算するのに用いられた。横方向の張力が推定されて、追加的な入力として前記モデルにフィードバックされた。
【００７０】
前記モデリング研究の出力の実施例を、図３に示す。この図は、４つの異なる波レベル、すなわち、４つの異なる圧力分布における中央部でのダイヤフラムの形状を示す４つのプロットライン７０を示す。２つのトレースライン８０は、ダイヤフラムがデューティサイクルに沿って動く際の該ダイヤフラム上の個々のポイントがたどる経路を示す。これらのプロットライン７０およびトレースライン８０から、ダイヤフラムは、予想されるように、行き来するだけではなく、少なくとも中心領域もまた、上下に動くことが図を見て分かる。
【００７１】
前記モデリング研究の出力の別の実施例を図４に示す。この図は、稼働中の様々な位置におけるダイヤフラムの形状を示すいくつかのプロットライン７０ａ〜７０ｅを含む。この図において、水は左側にあり、セル内の空気は、右側にある。プロットライン７０ｃは、中間、または中立の位置におけるダイヤフラムを表す。以下でさらに議論するように、この位置は、ダイヤフラムの垂直方向縁部のセルへの取付けにとって好ましい形状を与える。
【００７２】
プロットライン７０ｂおよび７０ｄは、典型的な動作条件における典型的な最大および最小位置を表し、プロットライン７０ａおよび７０ｅは、稼働中に遭遇する極端な位置を表す。プロットライン７０ａによって規定される動きを超える動きは、水側の１つ以上の水平バーによって制限することができ、一方、プロットライン７０ｅによって規定される動きを超える動きは、タービンにつながっている導管内のサドル等の機能によって防ぐことができる。このような装備は、荒天状況での装置の存続を支援する。
【００７３】
トレースライン８５は、全サイクルでのダイヤフラムの中心部の動きをトレースする。このトレースライン８５から、予想されるように、ダイヤフラムが行き来するだけではなく、少なくとも中心領域もまた、上下に動くことが図を見て分かる。
【００７４】
ダイヤフラムを、所定方向（ダイヤフラムを波エネルギー変換装置に使用した場合、通常、垂直方向）のコードと共に使用する場合、前記コードの配置は、ダイヤフラム面で（横断方向または水平方向で）変化してもよい。また、ダイヤフラムを形成する材料（通常、ゴム）の厚さは、ダイヤフラム面の横断方向で変化してもよい。具体的には、コードの密度は、ダイヤフラムの中心領域に対して押しやるように、（すなわち、「Ｓ」字状縁部）、ダイヤフラムの側方縁部（すなわち、「Ｓ」字状縁部）で減少し、また、ダイヤフラムの厚さは、縁部で増加することが好ましい。従って、ダイヤフラムは、各々が、約５〜１５％（好ましくは、１０％）の幅を示す側部ゾーンを有すると考えることができる。それらの側部ゾーンにおけるコードの密度は、中心における密度の７０％以下、好ましくは、５０％以下とすることができる。前記密度が、中心から側部へ向かって減少する遷移領域があってもよい。加えて、ゴムの厚さが、中心から側部ゾーンへ向かって、少なくとも２倍、好ましくは、少なくとも５倍〜１０倍、増加することが好ましい。従って、ダイヤフラムの中心は、５〜１０ｍｍ厚のゴムを有し、ダイヤフラムの側部は、約５０ｍｍ厚のゴムを有することができる。側部のゴムの厚さは、ダイヤフラムのフレームへの結合を補助する。ここでもまた、ダイヤフラムの厚さは、側部と中心との間で、滑らかに変化してもよい。
【００７５】
従来のクラム装置のダイヤフラム３０は、直線状側部の矩形フレームを介してセルに取付けられている。ダイヤフラムは、波の作用に反応して動くことができるように、カバーする開口部よりも垂直方向に長くなければならないため、バイアスコードで補強されているダイヤフラムは、横方向に伸長し、その結果、フレームに嵌合するために、その高さは、垂直方向縁部で縮小する。
【００７６】
本発明は、代わりに、図６および図７に示すような「Ｓ」字状の垂直側部を有するアタッチメントフレームを採用する。上述したコンピュータモデリング研究では、前記「Ｓ」字状のための所望の形状は、図５に示すプロットライン９０であることが分かっている。この形状は、ダイヤフラムの形状を「中立位置」に近づける。すなわち、前記装置を使用中の場合、ダイヤフラム面の圧力差が、例えば、穏やかな海で一定であるときのダイヤフラムの中央垂直断面の形状である。図６を見て分かるように、この構成は、ダイヤフラムの垂直方向の長さが、カバーする開口部の高さよりも長いことを確実にしている。また、この構成は、垂直方向縁部に沿った、ダイヤフラムの伸長および歪みによるエネルギー損失が最小化されることを確実にしている。
【００７７】
図６および図７に示すように、ダイヤフラム３０は、外側フレーム１００と内側フレーム１１０との間に挟まっており、前記両フレームの垂直方向縁部は、「Ｓ」字状である。ダイヤフラム３０の縁部は、外側フレーム１００と内側フレーム１１０との間にクランプされている円形ビード１４０の周りに巻き付けられている。ビード１４０は図６には図示されていないが、ライン１３０は、前記ビードがそれに沿って取付けられている経路を示す。外側フレーム１１０は、フレームシール１２０を介してセル２０に付着される。
【００７８】
装置のダイヤフラムの各々は、ほぼ高さ８ｍおよび幅１４ｍであることが想定されている。使用中、ダイヤフラムの高さの４分の３は、典型的には、海水面の下にあり、そのため、高さで約２ｍが露出される。装置は、典型的には、水深約５０ｍ以上の領域に配置されることになる。
【００７９】
装置が、浮遊しているのではなく、固定される第２および第３の実施形態を、それぞれ図８および図９に示す。（第１の実施形態に関連して議論した）図２〜図７に示す特徴に関する上記の議論は、第２および第３の実施形態にも関連がある。
【００８０】
図８は、桟橋１６０に固定された波エネルギー変換装置１５０を示す。当業者は、装置を、港の岸壁、風力タービンタワーまたは潮流タワー等のどのような種類の固定構造物にも固定できることを理解するであろう。装置１５０は、エアセル２０内の空気と、前記装置の周りの水とを分けるダイヤフラム３０を有するエアセルを含む。第１の実施形態と同じように、波の作用によって引き起こされる水の動きは、ダイヤフラム３０を行き来させ（および、それ程の段階ではない場合は、上下に動かし）、それによって、エアセル２０と補償チャンバ１７０とを接続するエアダクト（図示せず）に空気を流させる。この空気の動きは、エアダクト内のタービン（図示せず）を回転させ、それによって、エネルギーを発生させる。
【００８１】
空気は、エアセル２０と補償チャンバ１７０との間で、以下のように循環する。エアセル２０から補償チャンバ１７０内へ放出された空気は、前記チャンバ内の圧力の上昇を引き起こす。その結果、波の谷がダイヤフラム３０に到達すると、チャンバ１７０内の空気は、エアセル２０内の空気よりも高い圧力になり、そのため、空気は、前記チャンバからエアダクトを通って前記エアセルへ還流する。図８において、補償チャンバ１７０は、堅固な壁と共に図示されているが、当業者は、前記補償を、例えば、軟らかい空気袋によっても実行できることを理解するであろう。
【００８２】
図９は、桟橋１９０に固定された波エネルギー変換装置１８０を示す。第２の実施形態と同様に、装置１８０は、港の岸壁、風力タービンタワーまたは潮流タワー等の何らかの固定構造物に固定することができる。装置１８０は、各々が柔軟なダイヤフラム３０を有する２つのエアセル２０を含む。エアセル２０は、エアダクト２００によって接続されており、前記エアダクト内には、タービン（図示せず）がある。エアセル２０は、波の発生方向に直列に配列される。エアセル２０の間隔は、典型的な海面状態において、波長の半分プラスまたはマイナス４分の１波長に制御すべきであることが分かっている。当業者は理解するであろうが、波長は、波の周波数に、およびある程度、水深に依存し、そのため、最適な間隔は、一般的な条件に基づいて、各場所毎に計算しなければならない。
【００８３】
この直列配置の結果として、および図９に示すように、エアセル２０の一方が、波のピークにさらされている場合、他方のエアセル２０は、通常の条件下では、波の谷にさらされることになる。この効果は、空気が、エアダクト２００を介して、２つのエアセル２０の間を行ったり来たりして導かれ、それに伴って、前記エアダクト内のタービンが回転させられることである。
【００８４】
上述した実施形態において、水は、ダイヤフラムの側部より上に最高部を有するように示されている。水の最高部と、セルの頂部との差は、「乾舷」として知られている。乾舷は、ゼロかまたは最小限であるが、セルの高さの３０％までの乾舷が、一般的に、満足な稼働をもたらすことが分かっている。図１０〜図１２は、図１、図８と同様であるが、乾舷は最小限またはゼロである構成を示す。乾舷の違いは別として、これらの実施形態は、図１、図８および図９の実施形態と一致しており、また、対応する部材には、同様の参照番号を用いている。
【００８５】
上述した全ての実施形態において、タービンは、エアセルから通じているエアダクト内の空気流から出力を得るのに用いられる。図１３〜図１５は、出力取出しが、ピストン装置によって実現される別の実施形態を示す。
【００８６】
まず、図１３について説明すると、この追加的な実施形態による波エネルギー変換装置は、Ｓ字状ダイヤフラム３０２を備えた前面を有するエアセル３００を有する。エアセル３００の構造は、図６に示す構造と同様にすることができるため、ここでは詳細に説明しない。
【００８７】
しかし、この実施形態において、セルの背部３０４には開口部３０６があり、開口部３０６は、セル３００からつながっている短いダクトを形成すると考えることができ、また、開口部３０６は、ピストン３０８を収容できる。開口部３０６は、セルの背部３０４の大部分に相当するサイズを有し、実際には、必要に応じて、背面全てを形成することができることが図を見て分かる。ピストン３０８は、油圧ピストン３１０に接続されており、前記ピストン３１０は、「Ｖ」字状脚部３１４を介してセル３００に接続されたフレーム３１２上に取付けられている。油圧ピストン３１０は、バー３１６を介してピストン３０８に接続されている。好ましくは、ピストン３０８と開口部３０６との間に、例えば、ピストン３０８の外周の溶着ゴムシール、あるいは、リップシールまたはリングシールにより、シールが設けられることに留意する。次に、この実施形態の波エネルギー変換装置の動作を図１４および図１５を参照して説明する。図１４において、波３２０は、ダイヤフラム３０２に対して低い。この位置で、ピストン３０８は、開口部３０６を通ってダイヤフラム３０２の方へ、その最大移動量まで伸びている。そして、前記実施形態において、ピストン３０８の背部は、セル３００の背部３０４と同一面になっているが、これは本質的なことではない。波３２０は、図１５に示す位置まで上昇し、ピストン３０８は、ダイヤフラム３０２から離されて、セル３００の外部へ押し出され、それによって、油圧ピストン３１０を圧縮する。このことが、出力取出しのための出力を生成し、また、ピストン３０８に対する飛出し制動と、海水面が再び低下した際の、図１４に示す位置まで戻す復元力とが生じる。その結果、油圧ピストン３１０の動きによって生じる高圧の水力を、例えば、発電機とすることができる油圧モータに動力を供給するのに用いることができる。
【００８８】
図を見て分かるように、この実施形態において、セル３００内の空気の動きによって駆動されるピストン３０８は、大きな面積を有しているため、ピストン３０８が動いた場合、大きな力が高圧油圧ピストン３１０に生じる。セル内での０．３バールの空気圧の変動が、油圧ピストン３１０で３ＭＮの力を生成するのに十分であることが分かっている。ピストン３０８が、例えば、２ｍのストロークを有している場合、波エネルギーによって動力が供給されるこのような装置から、適当なエネルギーを得ることができる。
【図１】
2011521147.tif 000003
【図２】
2011521147.tif 000004
【図３】
2011521147.tif 000005
【図４】
2011521147.tif 000006
【図５】
2011521147.tif 000007
【図６】
2011521147.tif 000008
【図７】
2011521147.tif 000009
【図８】
2011521147.tif 000010
【図９】
2011521147.tif 000011
【図１０】
2011521147.tif 000012
【図１１】
2011521147.tif 000013
【図１２】
2011521147.tif 000014
【図１３】
2011521147.tif 000015
【図１４】
2011521147.tif 000016
【図１５】
2011521147.tif 000017
【国際調査報告】
2011521147.tif 000018
2011521147.tif 000019
2011521147.tif 000020