(57)【要約】  浮遊式波力エネルギー変換装置はフレキシブルパイプおよび入口を備える。フレキシブルパイプは水面を浮遊し、波形に追従する。水および空気のスラグが、入口から交互に入る。フレキシブルパイプが波の形状に追従するため、水は発電機に接続された圧力室にマニホルドを介して搬送される。入口は、フレキシブルパイプのスロートに取り付けられた中空の非フレキシブルパイプからなる。非フレキシブルパイプは、１つまたは複数の浮力タンクに固定して取り付けられる。浮力タンクは垂直面にまたは縦一列に配置され、フレキシブルパイプは、浮力タンクの前後軸に対して垂直な面に沿って進み、前方部分は浮力タンクの前方に十分に突出してフレキシブルパイプは単一の出口で終端する。【選択図】図２Ａ
2014521017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口端（２０５）と出口端（２１５）との間に延在し、水域において波方向に対して角度をなして面しているフレキシブルパイプ（２０４）と、流体連通して取り付けられた入口（８０３、８０６、８１６、８１９）を有する浮遊式波力エネルギー変換装置用の入口システム（８００）において、
少なくとも一対の浮力タンク（５０２）と、
前記入口（８０３、８１６、８１９）の両側に前記浮力タンク（５０２）を支持し取り付ける吊り手段（８０１）と、
前記吊り手段（８０１）に搭載されたリニアアクチュエータ（８０４、８１３）と、
を具備し、
前記入口パイプ（８０３）が前記アクチュエータ（８０４）によって水の中に押し込まれかつ水から押し出されることを特徴とする入口システム。
【請求項２】
請求項１に記載の入口システムにおいて、
吊り手段（８０１）にさらに搭載された前記リニアアクチュエータ（８０４、８１３）に搭載されたロータリアクチュエータ
をさらに具備し、
前記入口（８０３）に水および空気が入るのを選択的に制御して正確に空気および水のスラグを取り込み、それらを所望の速度および時点で前記フレキシブルパイプ（２０４）に供給するように、前記入口（８０３）が、前記制御機構（８０４、８１３）によって、縦揺れ軸において前記ロータリアクチュエータ（８０２）によって一定角度回転することを特徴とする入口システム。
【請求項３】
請求項１に記載の入口システム（８０５）において、
常に水面下にある入口（８０６）が、水ポート（８１０Ｂ）を介してフレキシブルパイプ（２０４）と流体連通し、
常に空気内にある空気吸込みチューブ（８０９）が、空気ポート（８１０Ａ）を介して入口（８０６）と流体連通しており、
第１バッフル（８１０）
を具備し、
前記入口（８０３）に水および空気が入るのを選択的に制御して正確に空気および水のスラグを取り込み、それらを所望の速度および時点で前記フレキシブルパイプ（２０４）に供給するように、前記第１バッフル（８１０）が、前記制御機構（８０４、８１３）によって、前記水ポート（８１０Ｂ）または空気ポート（８１０Ａ）の何れかを開放することを特徴とする入口システム。
【請求項４】
請求項３に記載の入口システム（８１４）において、
一端において、ホース（８１７）、水ポート（８１０Ｂ）を介して前記タンク（８１５）と流体連通する入口（８１６）と、
他端において、空気ポート（８１０Ａ）および前記フレキシブルパイプ（２０４）を介して水入口パイプ（８１６）と流体連通する空気吸込みチューブ（８０９）と、
を具備し、
前記タンク（８１５）が、接近する波からの水を越波させるための溝付き傾斜部（８１８）を備えた最上部に取り付けられ、
前記入口（８１６）に水および空気が入るのを選択的に制御して正確に空気および水のスラグを取り込み、それらを所望の速度および時点で前記フレキシブルパイプ（２０４）に供給するように、前記第１バッフル（８１０）が、前記制御機構（８０４、８１３）によって、前記タンクからの前記水ポート（８１０Ｂ）または空気ポート（８１０Ａ）の何れかを開放することを特徴とする入口システム。
【請求項５】
請求項５に記載の入口システム（８２０）において、
海洋ポート（８１１Ａ）およびタンクポート（８１１Ｂ）を備えた、追加の第２バッフル（８１１）を有する入口（８１９）
を具備し、
前記タンク（８１５）が、前記溝付き傾斜部（８１８）を有する最上部に搭載され、
前記第２バッフル（８１１）が、前記入口（８１９）内に水が入るのを選択的に制御するように前記海洋ポートまたは前記タンクポートを開放し、
前記入口（８１９）が、前記第１バッフル（８１０）を介して前記フレキシブルパイプ（２０４）とさらに流体連通し、
前記第１バッフル（８１０）が、前記海洋／タンクから水が入るように前記水ポート（８１０Ｂ）、または前記入口（８１９）および前記フレキシブルパイプ（２０４）に空気が入るように前記空気ポート（８１０Ａ）の何れかを開放し、
前記海洋ポート（８１１Ａ）が開放している、すなわちタンクポンプ（８１１Ｂ）が閉鎖している場合、前記入口（８１９）が請求項３に記載の装置のように機能し、タンクポート（８１１Ｂ）が開放している場合、請求項４に記載のシステム（８１４）のように機能することを特徴とする入口システム。
【請求項６】
請求項３または４に記載の入口システム（８２０）において、
前記タンク（８１５）を具備し、前記溝付き傾斜部（８１８）が前記タンク（８１５）に回転可能に蝶番式に取り付けられ（８１９）、前記溝付き傾斜部（８１８）を、前記制御機構（８０４、８１３）によって、前記タンク（８１５）を越波するように下降させ、または越波を終わらせるように後退させることができることを特徴とする入口システム。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の入口システムにおいて、
前記入口の重心（４１６）の下方に垂直に取り付けられた「ロッド」（７０８）
を具備することを特徴とする入口システム。
【請求項８】
請求項７に記載の入口システムにおいて、
前記入口システムを垂直位置に位置合せして維持するとともに、前記入口システムが前記波に乗る際に上下運動を抑制するように、前記ロッド（７０８）に取り付けられた「バラスト／ダンパ」（７０９）と、
前記装置の係留のために前記ロッド（７０８）に取り付けられた係留リング（７１０）と、
を具備し、
前記「バラスト／ダンパ」（７０９）によって提供される抵抗のために、波が前記傾斜部の上に流れて前記タンク（８１５）を満たすかまたは前記入口内に押し込まれ、
水が、所望のスラグ速度で前記入口内に放出されるまで、前記タンク（８１５）内に相対的に高い位置エネルギーレベルで貯蔵されることを特徴とする入口システム。
【請求項９】
一端において出口（２１５）または「マニホルド」（２０６）にかつ他方において圧力室（２０８）およびタービン（２１０）に流体連通して取り付けられた浮遊式波力エネルギー変換装置用の空気−水隔離装置（１０００）において、
出口（２１５）または「マニホルド」（２０６）から空気および水の流入を受け取る１つまたは複数の入口を有し、入口および出口を介して前記圧力室（２０８）に流体連通されて、空気パイプ（１００３）を介して空気をかつパイプ（１００４）を介して水を搬送する、空気−水隔離タンク（１００２）
を具備することを特徴とする空気−水隔離装置。
【請求項１０】
請求項１０に記載の空気−水隔離装置（１０００）において、
前記空気ホース１００３の端部に取り付けられた空気排出ノズル（１００５）であって、空気圧が、前記空気排出ノズル（１００５）を介して前記圧力室（２０８）内に排出され、前記空気排出ノズル（１００５）の開口部がＳＷＬの下方の一定レベルに位置する、空気排出ノズル（１００５）
を具備し、
前記「空気排出ノズル」１００５の内側から水柱を押し出すために必要な圧力が、空気−水隔離タンク（１００２）内の水位に作用し、前記空気−水隔離タンク（１００２）内の水位を、水頭「Ｈ」とは無関係に、等しい量下方に押し下げ、
前記圧力室（２０８）内の気泡が前記圧力水頭「Ｈ」を増大させることを特徴とする空気−水隔離装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空気−水隔離装置（１０００）において、
前記圧力室（２０８）および前記タービン（２１０）と流体連通するパイプ（２０９）であって、圧力下で水を搬送して前記タービン（２１０）を駆動するパイプ（２０９）
を具備することを特徴とする空気−水隔離装置。
【請求項１２】
入口端（２０５）と出口端（２１５）との間に延在する、フレキシブルパイプ（２０４）に外側から取り付けられた、浮遊式波力エネルギー変換装置用の浮力変更装置において、
膨張可能／収縮可能チューブ（１３００）と、
前記チューブ（１３００）内の必要な量の圧力を供給する圧力制御手段（８０８）と、
を具備し、
前記膨張可能／収縮可能チューブ（１３００）が、前記「フレキシブルパイプ」（２０４）の周囲に巻き付けられ、
前記チューブ（１３００）が膨張した時、前記フレキシブルパイプ（２０４）の浮力がそれに従って増大し、前記フレキシブルパイプ（２０４）が垂下または沈下するのを防止し、
空気圧が圧力源から供給され、
前記膨張可能／収縮可能チューブ（１３００）が、動作条件に従って、必要に応じて膨張／収縮することを特徴とする浮力変更装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の浮力変更装置において、膨張可能／収縮可能チューブ（１３００）を具備し、空気圧が前記「圧力室」（２０８）から供給されることを特徴とする浮力変更装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の実施形態において、インフレータブルチューブ（１３００）を具備し、前記チューブが、膨張した時に前記フレキシブルパイプ（２０４）の浮力を増大させるように、前記「フレキシブルパイプ（２０４）の両側にその長さに沿って外側からかつ横方向に取り付けられていることを特徴とする実施形態。
【請求項１５】
請求項１２に記載の別の実施形態において、
フレキシブルパイプ（２０４）の上方に配置された膨張可能／収縮可能チューブ（１３０２）と、
一定長さのいくつかのテザー（１３０８）と、
を具備し、
前記フレキシブルパイプ（２０４）が、前記制約するテザー（１３０８）によって下方に吊り下げられ、
前記膨張可能／収縮可能チューブ（１３０２）が、前記フレキシブルが沈下することができる深さを制限するように、制御手段（８０８）によって膨張し／収縮することを特徴とする別の実施形態。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された浮遊式（ｆｒｅｅ  ｆｌｏａｔｉｎｇ）波力エネルギー変換装置に関する。より詳細には、本発明は、海洋波力エネルギー変換装置（ＷＥＣ）に関する改善された浮遊式波力エネルギー変換装置「ＩＦＦＷＥＣ」に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊式波力エネルギー変換装置は、本出願人の先の特許／特許出願番号、ＡＵ２００６２７４５６４（Ａ１）号明細書、ＢＲＰＩ０６１４８７（Ａ２）号明細書、ＣＡ２６１７２０８（Ａ１）号明細書、欧州特許出願公開第１９１５５２８Ａ１号明細書、欧州特許第１９１５５２８Ｂ１号明細書、特表２００９−５０３３６２号公報、ＮＯ２００８１１１５Ａ号明細書、ＮＺ５６６２４７Ａ号明細書、米国特許出願公開第２００８２２９７４５Ａ１号明細書、米国特許第７８２３３８０Ｂ２号明細書、米国特許出願公開第２０１１００６５３１Ａ１号明細書、国際公開第２００７０１５２６９Ａ１号パンフレットおよびＺＡ２００８０１８０１Ａ号明細書に開示されている。
【０００３】
原発明は、本質的に１つまたは複数のフレキシブルパイプを備え、フレキシブルパイプは、前後軸を概して波方向に向かって維持するように好適に係留され、海洋面を浮遊し波形に適合する。フレキシブルパイプの開口部に取り付けられた特別な「入口」は、空気および水の段階的なスラグ／セグメントを、波と同期して、「フレキシブルパイプ」内に取り込む。
【０００４】
「フレキシブルパイプ」内では、流体圧が、タービンを駆動するかまたは海水を貯蔵器に圧送する等のために十分高くなるまで増大する。いくつかのこうしたパイプを、波力エネルギー農場を形成するようにグループ化することができる。条件の残りを一定のままにして、「フレキシブルパイプ」の数および長さを増大させることにより、流量および圧力がそれぞれ増大する。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１００２７６９３３号明細書では、タービンを運転するために「越波（ｏｖｅｒｔｏｐｐｉｎｇ）」の原理が利用されている。同様の手法が、本明細書に開示されている装置のうちの１つに採用されているが、「入口」システムに水を供給するために採用されている。
【０００６】
１００年以上古い特許がある「エアリフトポンプ」の原理もまた、本明細書に開示されているさらに他のサブシステムにおいて利用されているが、いくつかの相違がある。たとえば、この場合、システム内から空気圧が供給されているが、発表されている資料の場合のように外側からは供給されない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、なされたいくつかの改良と、上に列挙した原出願に開示されているシステムで発生しかつ予期された問題を克服するように発明されたいくつかの改良装置とを開示する。しかしながら、一貫性を提供するために、原図面を参照番号とともにそのまま用いている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の動作の原理を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明による「浮遊式波力エネルギー変換装置」の完成予想図（ａｒｔｉｓｔ’ｓ  ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の好ましい実施形態を示す。
【図３】図３は、無負荷運転状態および圧力流状態の間の「フレキシブルパイプ」における空気「スラグ」および水「スラグ」を示す。
【図４】図４は、本発明の典型的な「入口」を示す。
【図５】図５は、浮力制御部を備える「入口」を示す。
【図６】図６は、インフレータブル浮力タンクおよび制御部を備える「入口」を示す。
【図７】図７は、複数のインフレータブル浮力タンクおよび制御部を備える「入口」を示す。
【図８ａ】図８（ａ）は、本発明の水圧／空気圧作動入口を側面図で示す。
【図８ｂ】図８（ｂ）は、本発明の水圧／空気圧作動入口の正面図である。
【図８ｃ】図８（ｃ）は、本発明の水圧／空気圧作動入口のバッフル型変形である。
【図９】図９は、偏平−円錐形入口を示す。
【図１０】図１０は、空気−水隔離装置を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、フレキシブルパイプに関連するさまざまなインフレータブルタンクのうちの１つを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、フレキシブルパイプに関連するさまざまなインフレータブルタンクのうちの１つを示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、フレキシブルパイプに関連するさまざまなインフレータブルタンクのうちの１つを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明および添付図面は、本発明のさまざまな例示的な実施形態を記載し説明する。説明および図面は、当業者が本発明を作製し使用することを可能にするのに役立ち、本発明の範囲をいかなるようにも限定するようには意図されていない。開示する方法に関して、提示されるステップは本質的に例示的なものであり、したがって、ステップの順序は必須でも不可欠でもない。
【００１０】
所望の結果を達成するためのいくつかの設計原理について続く段落で考察する。
【００１１】
添付図面の図１は、フレキシブルパイプ装置における空気スラグおよび水スラグの挙動を示す。理解を容易にするために、波は、連続して接続された、「Ｕ字管圧力計」１０１の場合のように、規則的なカーブであるものとみなした。また、最初に、水１０２は、パイプ１０１のすべての谷部セグメント１０１Ａにおいて均一に満たされており、空気１０３は、頂部セグメント１０１Ｂに閉じ込められているものとする。すべてのセグメント１０１Ａ、１０１Ｂが連続して接続されているため、パイプ１０１のいずれの箇所に加えられるいかなる力も、パイプの全長にわたって伝達される。したがって、パイプ１０１の一端に幾分かの空気圧１０４が加えられた場合、それは、すべての水セグメント／スラグを先行する頂部１０５まで（重力に抗して）「押し」上げる。言い換えれば、圧力水頭が生成され、それは、水セグメントのすべての高さ変位の合計に等しくなる。
【００１２】
図２Ａは、装置２０１について記載するＦＦＷＥＣの完成予想図を示し、海岸２０２に向かって移動する波と、海岸近く（「乱流領域」）のはね返った波２０３と、複数の「フレキシブルパイプ」２０４とを示し、「フレキシブルパイプ」２０４は、一端が複数の「入口」２０５にそれぞれ接続され、他端が「マニホルド」２０６にさらに接続され、マニホルド２０６は、１つまたは複数のパイプ２０７によって１つまたは複数の「圧力室」あるいは「空気圧アキュムレータ」２０８と流体連通している。圧力室２０８は、「空気・水配管」２０９によって発電機２１０またはタービンにさらに接続されている。「入口」２０５に係留装置２１１が設けられており、パイプ２０７のために支持部２１２を設けることができる。室２０８には、少なくとも１つの排出パイプ２１３が接続され、発電機２１０にはグリッド電源２１４が接続されている。
【００１３】
上記システムのうちのいくつかは海岸にあるように示されているが、海上にあることも可能である。同様に、空気圧を、圧力室の代りに空気圧縮機によって発生させることも可能である。また、「出口」からの流体流から直接電力を発生させることも可能である。流体連通用のさまざまなパイプはまたは複数であり得る。上述した手段および方法は好ましい任意選択であり、唯一の可能性ではない。
【００１４】
図２Ｂは、本質的に、「入口」２０５の一端に接続された「フレキシブルパイプ」２０４を備える、本発明の好ましい実施形態の拡大図である。「出口」または継手２１５が、パイプ２０４の反対側の端部に取り付けられており、図２に示す構成要素にさらに接続されている。「吊りロッド」２１８が、「入口」２０５から下方に延在し、任意選択的に「バラスト／ダンパ」２１９および係留リング２２０を備えている。リング２２０には係留ライン２２１が取り付けられている。
【００１５】
本発明の図３は、持続した流れに水「スラグ」３０２および空気「スラグ」３０３がある、波に浮遊する「フレキシブルパイプ」３０１を示す。パイプ３０１の出口に接続された水貯蔵器３０９が、流れの出口側に向かってある高さに位置し、流れにおける圧力水頭３０４の程度を表し、波の動きの方向は左から右（矢印３０５）である。背圧がない（タンク３０９に水がない）場合、水「スラグ」３０２はパイプ３０１の谷部に残り、タンク３０９に水がある場合、スラグ３０２は先行する波頂部３０６まで押し上げられて流れに増大した圧力水頭３０８をもたらす。
【００１６】
図４の基本実施形態は、単一の「非フレキシブルパイプ」４００、少なくとも１つの浮力タンク４０１を備える「入口」装置４２０を示し、タンクは、通常、水域の表面４１１に浮遊している。パイプ４００の開口部４０２から、空気および水の両方が入ることができ、パイプの出口４０３は、「フレキシブルパイプ」４０４の正面端に流体連通して接続されている。
【００１７】
さらに、装置４２０は、さらにかつ概して、装置に固定して取り付けられるかまたは蝶番式に取り付けられた「吊りロッド」４０５から構成されている。従来の装置では、吊りロッド４０５は、「バラスト」および／または「ダンパ」４０６ならびに係留ライン４０８が取り付けられた係留リング４０７とを有することができ、それらはすべて装置の下方に吊り下げられ、特に垂直軸４１８において、上下する、すなわち垂直軸に沿って上下する自由を提供しながら、アセンブリの縦揺れ運動を最小限にするために、アセンブリに対して安定性を提供しかつ安定性を向上させる。これらの構成要素は、浮力タンク４０１の下方に配置される場合、浮心「Ｆ」４１５と重心（ＣＧ）４１６との間の距離のために、形成されるモーメントアームによって本来生成されるトルクを、最小限にする。このため、浮心４１５および重心４１６はともに、垂直軸４１８に沿ってまたは垂直軸４１８の最も近くに位置合せされて維持される。
【００１８】
一方、従来の場合、「非フレキシブルパイプ」４００、すなわち入口の前後軸は、横軸を中心に自由に縦揺れするとともに自由に上下する。「バラスト」４０６はまた「ダンパ」として作用し、波を上下に移動させる間に抗力をもたらす。したがって、バラスト４０６は、浮心「Ｆ」４１５から離れて、入口の前後軸に沿った何れかの場所に位置する場合、トルクをもたらし、それにより、波に乗っている間の「非フレキシブルパイプ」４００の開口部４０２を上下に縦揺れさせ、その態様については本明細書において後に考察する。「ゼロスタート」の時点で、水を「非フレキシブルパイプ」４００の開口部４０２内に必要な速度および体積で押し込むことが必要であることを留意することができる。したがって、波の水平成分と「非フレキシブル」パイプ４００との間に相対運動があることが必要である。これは、「入口」４２０が波とともに縦揺れする場合には発生しない。「バラスト」４０６は、垂直軸４１５における「入口」４２０の安定性を向上させ、それにより、本発明のいくつかの実施形態において必要に応じて、縦揺れ運動を最小限にする。装置４２０に追従する「フレキシブルパイプ」４０４は方向安定性を提供する。したがって、「フレキシブルパイプ」４０４は、波を上下に浮遊させる際に略垂直位置にかつ適切に位置合せされ続ける。
【００１９】
入口４２０は、概して接近する波（方向矢印４１０）に面し、浮力タンク４０１の浮力を調整することによって（ＳＷＬ）から適切な距離で浮遊する。動作条件下で、入口４２０は通常、波が通過する際、波の谷部４１１の近くで入り、頂部４１２で出る（順序を説明するために、図面における波は静止しており、「入口」４２０は右から左に移動して３つの位置で示されている）。波が「非フレキシブルパイプ」４００の開口部４０２にぶつかる時、開口部４０２に入る水は、主水域から分離され、一方で、同じ波速度で開口部４０２を通って移動し続ける。「水相」４１４は、接近する「空気相」４１３の谷部から開始する。したがって、水「スラグ」および空気「スラグ」の交互の取入れは、波と適切に同期する。入口点４１２および出口点４１１は、「出口」２１５における背圧、波状態、「フレキシブルパイプ」２０４の長さ等の要素に応じて変化し、好適に制御される。
【００２０】
本システムは、いかなる制御装置もなしに、好天の波候状態では、平均的な効率および安定性で機能することができる。しかしながら、波は不規則であるため、空気および水の取込みタイミングおよび体積を最適に制御し調整する設備もまた提供されてきた。
【００２１】
空気「スラグ」および水「スラグ」の取入れ体積およびタイミングは、「入口」の浮力および／またはその横軸に沿った「上下の」傾きを変化させることによって制御される。浮力は、浮力タンクを空気または水でそれぞれ満たすことによって増大するかまたは低減する。別法として、何らかの作動手段によりまたはバッフル機構を用いて、入口４２０を水に押し込みかつ水から押し出すことも可能である。これにより、波状態による「スラグ」の取込みが可能になる。
【００２２】
浮力を制御し調整する手段を有する入口であって、それにより、悪天候で装置／システムを沈下させるために水のみを取り込むか、または空気のみを取り込むことによって動作を停止させ、フレキシブルパイプを完全に浮遊させることを可能にすることに加えて、空気および水の取込みのタイミングおよび体積を制御することができる、入口について、以下詳細に説明する。
【００２３】
図５は、少なくとも１つの「浮力タンク」５０２を有する「入口」装置５０１を備え、「浮力タンク」５０２が「空気圧ダクト」５０６を有し、「空気圧ダクト」５０６の最上端５０６Ａが「浮力タンク」５０２の最上部において開放している、上記実施形態を示す。ダクト５０６は、ホース５０５を介して「圧力室」２０８（図２）に接続され、好ましくは「圧力室」２０８には、「浮力タンク」５０２内の空気圧を変化させるいくつかの制御システム／装置８０８が位置している。「浮力タンク」５０２内の空気圧を変化させることにより、水は「水吸込み管」５０７を介して押し込まれ／押し出され、「水吸込み管」５０７の最上端は「浮力タンク」５０２の底部に固定して取り付けられ、下方端は下方の海の中に開放しており、その結果、「入口」５０１の浮力が変化し、それにより、空気および水の取入れのタイミングおよび体積が制御される。この実施形態の構成の残りは、「フレキシブルパイプ」５０４に接続された「非フレキシブルパイプ」５０３、チューブ５０７に任意選択的に取り付けられた「バラスト」５０８、チューブ５０７の底部に取り付けられた係留リング５０９、およびリング５０９に取り付けられた係留ライン５１０を含む、上記図４に示すものと同様のままである。
【００２４】
別の実施形態では、図６に示す「入口」装置６０１は、上述したような空気圧ホース６０５に直接接続された少なくとも１つの「インフレータブル浮力タンク」６０２を備えるが、「空気圧ダクト」および「水吸込み管」はない（構成の残りは、上記段落で記載されている先行する実施形態と同様である）。ホース６０５は、タンク６０２内部のダクト６０６で終端している。「非フレキシブルパイプ」６０３が「フレキシブルパイプ」６０４に接続され、ブラケット６０７がパイプ６０３に吊りロッド６０８を取り付け、ロッド６０８に「バラスト」６０９が暫定的に取り付けられ、ロッド６０８の底端に係留リング６１０が取り付けられ、リング６１０に係留ライン６１１が取り付けられている。
【００２５】
理解することができるように、「入口」装置６０１の浮力を、「インフレータブル浮力タンク」６０２を膨張／収縮させることによって変化させることができる。インフレータブル可変浮力タンク６０２を、図６に示すように、球形状または他の何らかの好適な形状とすることができ、その原理動作もまた各場合に類似している。
【００２６】
図７に示すさらに別の実施形態では、「入口」装置７０１は少なくとも２つの「インフレータブル浮力タンク」７０２を備え、それらは、個々に、グループでまたは合同でそれぞれのホース７０５および７０６を介して、海岸に設けられる可能性があり、概して空気圧および制御・切換装置が設置されている、「圧力室」２０８または空気圧縮機に接続されている。「インフレータブル浮力タンク」７０２は、「入口」装置７０１に好適に配置され、それにより、縦揺れ、すなわち「入口」装置の横軸を中心とする回転の角度およびその浮力を、「インフレータブル浮力タンク」７０２の浮力を個々に変化させることによって制御することができる。「フレキシブルパイプ」７０４に接続された「非フレキシブルパイプ」７０３、「吊りロッド」７０８およびパイプ７０４をパイプ７０３に取り付けるブラケット７０７、ロッド７０８に取り付けられた「バラスト」７０９、ロッド７０８の端部に取り付けられた係留リング７１０、および「浮心」（Ｆ）７１１もまた示されている。タンク７０２は、パイプ７０３を取り囲み、ロッド７０８の上に配置することも可能である。
【００２７】
「ダンパ」７０９が、（たとえば図５に記載するように「浮心」（Ｆ）７１１の下方に垂直に位置する代りに）「浮心」（Ｆ）７１１の後部の一定距離に位置し、吊りロッド７０８を、縦揺れを可能にするように装置に蝶番式に取り付けることができる場合、「バラスト／ダンパ」７０９によってもたらされる抗力が幾分かのトルクをもたらし、それにより、「入口」７０１が、波に乗りながら、（Ｆ）を支点として「上方に」傾斜／縦揺れし、かつその逆もある。この場合、「水相」４１４（図４）中に「非フレキシブルパイプ」７０３内にある水もまた、「入口」７０１の追加の縦揺れ運動によって持ち上げられ、それにより、「ゼロスタート」時に空の「フレキシブルパイプ」７０４を満たす。「非フレキシブルパイプ」７０３の回転の角度を、それぞれの浮力タンク７０２の浮力を変化させることによって変更することができる。
【００２８】
別の実施形態では、図６のインフレータブル浮力タンク６０２の代りに、上記図５において説明した「浮力タンク」５０２に構造が類似する少なくとも２つの「剛性浮力タンク」が使用される。「非フレキシブルパイプ」、「フレキシブルパイプ」、「吊りロッド」、「バラスト」および係留リングを含む構成要素の配置およびそれらの機能は、上記図７において説明したものと同様である。
【００２９】
図８（ａ）から図８（ｅ）は、いくつかの代替的な構成要素および制御部を有する水圧／空気圧作動入口システム８００の概略図である。本システムにより、「入口」装置４２０が、通常、波が通過する際に波の谷部４１１の近くで入り頂部４１２において出た先のシステムと比較して、空気／水相４１１〜４１２のより正確で迅速かつ確実な制御が可能になる。これらの動作を制御する手段および方法については、図５〜図７にすでに記載している。
【００３０】
一方で、図８（ａ）に示す実施形態では、より正確なタイミングで、入口８０３が、逐次、水面の上方に持ち上げられ８０４Ａ、水面の下方に押し下げられる８０４Ｂ。水面の下方の圧力が高いことはまた、入口８０３内に水スラグを押し込むのに役立ち、入口８０３がある高さまで持ち上げられると、「水頭」もまた生成され、両要素が、特に「ゼロスタート」の時点で、明確な水スラグを形成するとともにそれらに対して速度を与えるのに役立つ。本装置は、傾斜機構をさらに有することができる。
【００３１】
このシステム８００は、逆「Ｕ」字枠として示す吊り手段８０１、吊り手段８０１の両側のパイロン８０１Ａに取り付けられた少なくとも１つの浮力タンク５０２を備えている。図５から図７および上記関連する段落に示すものと同様の制御機能（図示せず）を有する浮力タンク５０２。本明細書に開示する他の入口パイプ４０１、５０１、６０１等と形状および寸法が異なり得る入口パイプ８０３が、往復運動機構、たとえばリニアアクチュエータ、たとえばベローまたはシリンダ、典型的には図８に示すようなシリンダ８０４によって作動するレバー、ガイド、シザージャッキまたはリフトの一端に取り付けられ、その他端８０４は吊り手段の水平ビーム８０１Ｂに取り付けられている。
【００３２】
入口パイプ８０３は、少なくとも１つのリニアアクチュエータ８０４によって、垂直軸に沿って完全後退（空気中）位置８０４Ａと完全伸長（水中）位置８０４Ｂとの間で往復運動する。リニアアクチュエータ８０４は、空気、油またはさらには海水によって駆動される空気圧システムまたは液圧システムであり得る。
【００３３】
空気圧は、リニアアクチュエータ８０４および圧力室２０８等の圧縮空気源（図示せず）と流体連通するホース５０５を介して提供される。別法として、流体は、さらには、外部ポンプによって駆動される作動油または海水であり得る。入口パイプ８０３の往復運動および回転運動は、好適な検知・制御システム８０８により、入口パイプ８０３における波の相からの入力、「出口」２１５における背圧、「フレキシブルパイプ」２０４の長さ、波状態または波候、エネルギー需要等でトリガされる。図８（ｂ）は、アクチュエータ８０４の下方端に取り付けられた入口パイプ８０３に搭載されたロータリアクチュエータ８０２を示し、横軸∠０を中心とする一定角度の入口パイプ８０３の回転を可能にする。
【００３４】
図８（ｃ）は、水圧／空気圧作動入口８００のさらに別のバージョンを示す。「バッフル型」入口８０５システムは２つの入口パイプ、すなわち本発明において上述した単一入口８０３の代りに、それぞれ水取込み用８０６および空気取込み用８０９に各々１つを有している。空気８０７Ａおよび水８０７Ｂは、それぞれのパイプを介して交互に取り込まれる。バッフル８１０は、空気ポート８１０Ａまたは水ポート８１０Ｂの何れかを、反対の方が自動的に開放する間に交互に閉鎖し、それにより、フレキシブルパイプ２０４内にそれぞれのスラグを供給する。シリンダアクチュエータ装置８０４に構造が類似する作動システム８１３が採用されて、好適な上昇（ＵＰ）／下降（ＤＯＷＮ）８１２連結機構を介してバッフルバルブ８１０を作動させる。構成要素の残りは、上記図８（ａ）および図８（ｂ）において記載したものと同様のままである。「バッフル型」入口８０５システムと本発明において記載した残りとの間の主な相違は、図において「水」で示すように、水取込みパイプ８０６および空気取込みパイプ８０９が常に、それぞれ水中および水面上にあり続ける、ということである。この実施形態では、入口８０３を水に押し込みかつ水から押し出す代りに、空気スラグ８０７Ａまたは水スラグ８０７Ｂの何れかが、バッフルがそれぞれのポートを閉鎖することによって取り込まれる。この構成では、水流にもたらす乱れが最小限であることに加えて、２つの相の間で交互になるために必要な時間および力が比較的短くかつ小さくなる。しかしながら、それにはまた、より多くの可動構成要素が必要である。
【００３５】
特定のタイプのアクチュエータ８０２、８０４について言及したが、他のいかなるタイプのアクチュエータも使用することができる。入口パイプ８０３における波の相を、波の高さ、期間等を測定するために利用可能なさまざまな好適なセンサ（図示せず）の何れかによって検知することができる。上に開示した先の入口装置の大部分では、波の位相速度は水スラグの流れに直接変換された。しかしながら、「水取込み相」４１４は、大部分が谷部４１１で開始するため、流れの方向における速度は低いだけでなく、さらには１８０°位相がずれる可能性がある。このため、水スラグは、正確な瞬間に、特に「ゼロスタート」の時点で位相速度まで急に加速するために十分な「押し」または運動エネルギーを得ない可能性があった。この不整合を克服するために、ある高さに位置する貯蔵器またはタンクに水を継ぎ足し、そこに貯蔵し、その後、それを運動エネルギーに再変換することにより、すなわち、特に「ゼロスタート」の時点でスラグを所望の速度、体積および波位相まで加速することにより、最初に、波の頂部における運動エネルギーを位置エネルギーに変換することができる。動作の上記手順を可能にするいくつかの実施形態については後に開示する。
【００３６】
図８（ｄ）は、タンク供給入口８１６を構成する自動入口（８１４）のさらに別の実施形態を開示しており、タンク供給入口８１６および８１５の最上部に好適に取り付けられたタンク８１５は、調整可能な長さの伸縮式パイプまたはフレキシブルホース８１７を介して、タンク供給入口８１６と流体連通している。タンク供給入口８１６は、空気ポート８１０Ａまたは水ポート８１０Ｂの何れかのポートを開閉するバッフル８１０を介して、フレキシブルパイプ２０４にさらに流体連通しており、タンク供給入口８１６は、上記「バッフル型」入口８０５の場合と同様に機能する。
【００３７】
タンク８１５に溝付き傾斜部８１８が、その後縁がタンク８１５の正面および最上部で接合され、その前縁がＳＷＬの近くにあるように、取り付けられている。
【００３８】
図８（ｅ）は、入口８１９を構成する、図８（ｄ）に開示された入口システムのバージョンであり、タンク８１５は最上部に好適に取り付けられ、調整可能な長さの伸縮式パイプまたはフレキシブルホース８１７を介して入口８１９と流体連通している。入口８１９は、空気ポート８１０Ａまたは水ポート８１０Ｂの何れかを開閉する第１バッフル８１０を介して、フレキシブルパイプ２０４とさらに流体連通している。
【００３９】
入口８１９は、第１バッフル８１０の正面に位置する第２バッフル８１１をさらに有し、第２バッフル８１１は、作動システム８１３によって作動する海洋ポート８１１Ａまたはタンクポート８１１Ｂの何れかを開閉する。海洋ポートが「開放（Ｏｐｅｎ）」位置８１１Ａ／タンクが「閉鎖（Ｃｌｏｓｅｄ）」位置にある時、海洋からの水は、図８（ｄ）の場合と同様に、タンク供給入口８１６を通って第１バッフル８１０を介して、フレキシブルパイプ２０４内にさらに流れ込むことができ、一方でタンクポート８１１Ｂは「閉鎖」のままであり、かつその逆もあり得る。
【００４０】
海洋ポート８１１Ａが「開放」し／タンクポート８１１Ｂが「閉鎖」している時、入口８１９は、図８（ｃ）の入口８０５のように機能する。一方で、タンクポート８１１Ｂが「開放」し／海洋ポート８１１Ａが「閉鎖」している時、入口８１９は、図８（ｄ）のタンク供給入口８１６の場合と同様に機能する。
【００４１】
さらに、溝付き傾斜部８１８は、タンク８１５に回転可能に蝶番式に取り付けられ８１９、同様の作動機構８１３によって「上方に（ＵＰ）」８１８Ａ／「下方に（ＤＯＷＮ）」８１８Ｂに移動することができる。溝付き傾斜部８１８は、概して「ゼロスタート」の時点で、波を移動させることによりタンク８１５の越波を可能にするように、８１８の前縁がＳＷＬ８１８Ｂに近くなるまで下降し、連続動作のために持ち「上げ（Ｕｐ）」られる。タンク供給入口８１６に入る水スラングの速度が、タンク供給入口８１６の上方のタンク８１５内の水位の「水頭」「ｈ」の関数となるため、「水頭」「ｈ」を調整することによって所望のスラグ速度を達成することができ、「水頭」「ｈ」は、配置領域における平均速度に基づいて手動で設定するか、または、検知８０８装置からの入力に従ってサーボ機構（図示せず）によって自動で設定することができる。しかしながら、後者のオプションは、複雑化を進め、結果としてコストの増大、運用および設備問題等を伴う。このため、手動オプションが好ましく、ある圧力および速度で水を供給する要件は大部分、「ゼロスタート」またはキックスタート時であるため、さらに好ましい。
【００４２】
構成の残りは、上記図８（ａ）から図８（ｄ）に記載されているもの概して同様である。混乱を避けるため、本質的に一般的であるさまざまな構造的構成要素は示していない。
【００４３】
図５および図７に記載されている「ロッド」および「バラスト／ダンパ」構成４０６、７０８、７０９および７１０が、任意選択的に、重心「ＣＧ」４１６と一致してタンク供給入口８１６に取り付けられている。バラスト／ダンパ７０９は、入口システム８０５Ｄを、垂直軸に沿って垂直位置に位置合せされるように維持し、同様に、入口システム８０５Ｄが波に乗る際に上下運動を抑制する。これに対する基本原理は、上記図５および図７の説明においてすでにカバーされている。入口システム８０５Ｄは波の運動に追従するのに抵抗するため、波は傾斜部の上に流れ、タンク８１５を満たし、そこで水は、入口ポート８１０Ｂを開放することによって８１６内に入るまで貯蔵される。
【００４４】
１つの実施形態の特徴を別の実施形態の特徴と組み合わせることも可能である。たとえば、入口のタンク供給入口８１６の正面に、より径の大きいパイプまたはタンク８１５を取り付けることができる。持ち上げられ後方に傾斜する時、水は、必要な速度およびタイミングで入口８０３内に流れ込む。バッフル８１０は含まれない。
【００４５】
本発明の別の特徴は、「偏平−円錐形入口」９００（以降、「入口」２０５／４２０と識別するために「取入口」と呼ぶ）である。他の要素は一定のままである場合、パイプ径が大きいほど、摩擦損失が小さくなるということは周知の事実である。この理由のために、一方では、径の小さいパイプが、海洋で予期される波速度での摩擦損失が高くなるため適していないが、他方では、波高さが比較的小さくなる場合、径の大きいパイプは効果的ではない。
【００４６】
これは主に、この場合、（ａ）「入口」の開口部が完全に谷部４１１に入らず頂部４１２から出ない可能性があるが、大部分の時間、空気および水の両方に部分的にとどまる可能性があるためである。したがって、一体化した水スラグは発生しない可能性があり、圧力を増大させるために必須である液体シールの配置を妨げ、（ｂ）径の大きい「入口」は、空気−水を通過するのにより長い時間がかかる。この期間中、空気および水はともに、「入口」４２０に同時に入り、先の段落で記載されているものと同様の状況をもたらす。「取入口」は、これらの問題を解決することを意図している。
【００４７】
図９は、中空円錐体９０１と、丸みのある矩形断面９０２を有する狭くなった開口部と、フレキシブルパイプ２０４と適合するように円柱状出口９０３とからなる「取入口」９００を示す。「取入口」の断面積は、その長さ全体に沿って略一定に維持され、丸みのある矩形９０４から円形状に滑らかに溶け込み、それにより、より優れた流体動的特性を提供する。取入口を、「フレキシブルパイプ」２０４または「入口」２０５／４２０の開口部に直接取り付けることができる。取入口９００は、特に相対的に浅い波候における水の取込みに役立つ。
【００４８】
本発明のさらなる特徴は、「空気−水隔離装置」１０００を含む。「フレキシブルパイプ」によって加えられる可能性があるかまたはそれによって生成されている圧力の量に関らず、本発明等、「Ｕ字管圧力計」の原理で機能する構成では、一定高さを越えて水をくみ上げることが可能であり得る。
【００４９】
段落［００４６］および図１を参照されたい。ここで、空気圧１０４が増大する場合、すでに「最低水位」１０５にある「水スラグ」１０１Ａを、それ以上押し上げることはできないが、「水スラグ」１０１Ａによって形成された「液体シール」が破られ、「空気スラグ」１０５に閉じ込められた空気１０３が、「最低水位」で「水スラグ」１０５を通して泡になって出る。「水スラグ」１０５からの幾分かの水はまた、隣接する谷セグメント内にあふれ出る可能性がある。この結果、圧力１０６がある程度まで低下し、空気は、投入されている限り漏れ続ける。
【００５０】
段落［００４８］および図３、「圧力下のスラグ」もまた参照されたい。この場合もまた、「水スラグ」３０２がその「最低レベル」より下になると、「液体シール」は同様に破られ、その結果、空気圧が漏れる可能性がある。「空気スラグ」３０３が使い尽くされるに従い、それらか提供されていた浮力もまた低減し、２つの隣接する「空気スラグ」３０３の間で「フレキシブルパイプ」２０４が垂下する結果となり、それら「空気スラグ」が一体化する。したがって、「フレキシブルパイプ」３０１は沈下する可能性がある。この現象は、「水頭」３０８が「水スラグ」３０６の高さを超え、パイプ径もまた大きく、たとえば１０ｃｍＩＤでもある場合に、より顕著である。一方で、それは現場状態において直径がおよそ１メートルである。この問題の解決法として、「空気−水隔離装置」１００について以下に説明する。
【００５１】
図１０は、「空気−水隔離装置」１０００、すなわち、「フレキシブルパイプ」２０５または「マニホルド」２０６または「出口」２１５の排出側に取り付けられた装置を示す。「出口」２１５からの水および空気は、圧力下で空気−水隔離タンク１００２内に投入され、その中で分離され、空気および水は重力のためにそれぞれ上方および下方に流れる。流体はさらに、それぞれ空気１００３パイプ２０９および水１００４パイプ２０９を介して圧力室２０８および／またはタービン／発電機２１０に搬送される。空気圧は、空気ホース１００３によって圧送されて、「空気排出ノズル」１００５を介して圧力室２０８内に注入され、「空気排出ノズル」１００５の開口部は、所与の深さでＳＷＬの下方に位置し、「差圧深さ」１００７と呼ばれる。
【００５２】
空気−水隔離タンク１００２内の水位は、圧力水頭Ｈに関らず、「差圧レベル」１０１０に、すなわち「出口」２１５より下方の何れかに維持される。これは、「空気排出ノズル」１００５が「差圧深さ」１００７に、すなわちＳＷＬより下方に位置するためである。「空気排出ノズル」１００５から水を押しのけるために必要な圧力はまた、空気−水隔離タンク１００２の最上面に対しても作用して、水を空気−水隔離タンク１００２の中に等しい深さ、すなわち「差圧レベル」１０１０まで押し入れる。「圧力室２０８」および空気−水隔離タンク１００２は、水のスラグおよび柱をそれぞれ平衡状態で保持し、閉鎖系をもたらす。
【００５３】
圧力下での「フレキシブルパイプ」２０５から空気−水隔離タンク１００２を介する水および空気の流れは、「圧力室」２０８内に圧力水頭「Ｈ」を増大させ、水配管２０９を通して排出されてタービン２１０を運転する。「圧力室」２０８内に注入される気泡は、その中の流体の体積を増大させるとともに、流体の上方の流れを促進するのに役立ち、したがって、圧力水頭「Ｈ」を増大させる。したがって、圧縮空気内の圧力エネルギーもまた利用される。
【００５４】
この場合、「エアリフトウォーターポンプ」または「間欠（Ｇｅｙｓｅｒ）ポンプ」の原理が適用されるが、持ち上げられる水および空気圧がともに同じ供給源、すなわち「フレキシブルパイプ」から供給される、ということを除く。空気圧／空圧は、システム内に戻されるように圧送され、全効率を上昇させるかまたは同様にエネルギー損失を最小限にする。
【００５５】
図１１Ｂは、「フレキシブルパイプ」２０４の両側にその長さに沿って外側からかつ横方向に取り付けられている一対のインフレータブルチューブ１３００を示す。図面の左側には、その正面図１３０１がある。
【００５６】
インフレータブルチューブ１３００は、「ゼロスタート」時に膨張し、システムが安定状態で運転している時に収縮する。この方法によれば、始動中の垂下を防止することができる。インフレータブルチューブ１３００内の圧力を、動作状態に応じて膨張収縮間で変化させることも可能である。
【００５７】
空気圧を、圧力室（２０８）または外部供給源から供給し、制御手段によって制御することができる。
【００５８】
図１１Ｃは、「フレキシブルパイプ」２０４を、事前設定された深さ／限界１３０３を越えて沈下しないように抑制する別の実施形態を示す。この場合、膨張可能／収縮可能チューブ１３０２が、「フレキシブルパイプ」２０４の上方に垂直に配置される。膨張可能／収縮可能チューブ１３０２は、フレキシブルパイプ２０４が波面より下方の深さ／限界１３０３より下方にならないように抑制するように、必要な長さのテザー１３０８、ロープまたはストランドによってフレキシブルパイプ２０４に取り付けられる。たとえば、テザー１３０３の長さが１ｍである場合、水セグメントは、この深さより下方にならないように抑制される。膨張可能／収縮可能チューブ１３０２内の圧力を、深さ／限界１３０３をある程度まで広げるように変更することができる。
【００５９】
空気圧は、「圧力室」２０８または他のあらゆる外部供給源から膨張可能／収縮可能チューブ１３００、１３０２に供給される。膨張可能／収縮可能チューブ内の圧力は、外部に位置する制御装置を用いて制御される。
【００６０】
上記の場合もまた、選択された深さ１３０３を、上記段落［００１０５］において記載されているように段階的に変更することができる。
【００６１】
この実施形態に対する別のオプションでは、インフレータブルチューブの代りに、膨張可能／収縮可能バルーンが使用される。
【００６２】
圧縮性に加えて、ＦＦＷＥＣの機能に影響を与える他の重要な要素は、シャルルの法則（Ｃｈａｒｅｌ’ｓ  Ｌａｗ）／気体の法則に従う、圧縮のための温度の上昇である。しかしながら、それは、大部分、水によって吸収される。逆に、「圧力室」２０８発電機２１０における膨張時、温度は低下し、特に相対的に高い緯度におけるように低温で動作する時、凍結をもたらす可能性がある。エネルギー／熱の損失に加えて、凍結を防止するために流体を加熱するのにより多くのエネルギーを費やさなければならない。したがって、エネルギーを節約するために、「フレキシブルパイプ」２０４は、断熱材料を巻き付けるかまたは組込み断熱材を提供することによって好適に断熱される。
【００６３】
係留のために、係留ブイを使用することが好ましく、それは、係留ラインの重量がブイに取り込まれ、したがって「入口」またはシステムに作用しないためである。
【００６４】
フレキシブルパイプの向きは、エネルギー抽出のために重要である。エネルギーは、「フレキシブルパイプ」によって徐々に抽出される。このため、「フレキシブルパイプ」が波方向に沿って直接配置される場合、それが吸収することができる最大エネルギーは、その断面に作用する波面、すなわちパイプの開口部の領域のエネルギーに制限される。一方で、それが波方向に対して一定角度で配置される場合、波がパイプの長さに沿って移動する際にエネルギーは徐々に吸収される。
【００６５】
動作および構成の同じ原理の他のさまざまな順序および組合せも可能であるが、本明細書では言及されていない。
【００６６】
特許法の条項に従って、本発明を、その好ましい実施形態を表すと考えられるもので説明した。しかしながら、本発明を、その趣旨または範囲から逸脱することなく、具体的に例示され記載されているもの以外の方法で実施することができることが留意されるべきである。
【図１】
2014521017.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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2014521017.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
2014521017.tif 000011
【図８Ｂ】
2014521017.tif 000012
【図８Ｃ】
2014521017.tif 000013
【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
2014521017.tif 000015
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2014521017.tif 000019
2014521017.tif 000020
2014521017.tif 000021
2014521017.tif 000022
2014521017.tif 000023