(57)【要約】本発明は、液体3の波からエネルギーを抽出する波力装置1に関する。装置1は、波エネルギーが抽出される液体3に少なくとも部分的に位置するよう意図される容器2を備える。容器2は、液体3および気体5を容器内に入れるための一つまたは複数の開口6と、少なくとも一つの出口8を備える。容器2は、容器2が波形の輪郭を呈するよう液体の波動に影響されまた実質的に追従するようになされた細長のユニットとして少なくとも部分的に設計される。容器2は、少なくとも第一部分9および第二部分10において、互いに対して異なる位置エネルギーを有する位置を呈する。波動によって、液体3と気体5は筒状の容器を介して運搬され、同時に容器2内の圧力が高くなる。本発明は特に、容器2の設計に向けたものである。容器2は、波高との関連で許容できる容器の高さの実用上の制限を考慮して、プラント内の摩擦損失を低減するために、少なくともその長さの一部において、幅Bが高さよりも大きくなるように設計される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体（３）の波動からエネルギーを抽出するための波力装置（１）であって、波エネルギーが抽出される前記液体（３）中に少なくとも部分的に位置するよう意図された容器（２）を備え、前記容器（２）は、前記液体（３）および気体（５）を前記容器内に入れるための一つまたは複数の開口（６）と、少なくとも一つの出口（８）とを備えることにより、前記容器（２）は、前記容器（２）が波形の輪郭を呈するように前記波動に影響され且つ前記波動に実質的に追従するようになされた細長のユニットとして少なくとも部分的に設計され、前記容器（２）は、少なくとも第一部分（９）および第二部分（１０）において互いに異なる位置エネルギーを有する位置を呈することにより、前記波動に影響されて前記出口（８）に向かって流れが生じる前記液体（３）および前記気体（５）を用いて前記容器（２）内の圧力が上昇し、これにより、前記流れのエネルギーは、前記容器（２）に接続されたエネルギー変換器によって抽出される波力装置（１）において、
前記容器（２）は、少なくともその長さの一部分に沿って、その幅がその高さよりも大きくなるように設計される、波力装置（１）。
【請求項２】
前記容器（２）は、少なくともその長さの一部分に沿って、その幅がその高さの少なくとも２０％大きくなるように設計される、請求項１に記載の波力装置（１）。
【請求項３】
前記容器（２）は、少なくともその長さの一部分に沿って、その幅がその高さの少なくとも２倍の大きさになるように設計される、請求項２に記載の波力装置（１）。
【請求項４】
前記容器（２）は、少なくともその長さの一部分に沿って、その幅がその高さの１５倍より小さくなるように、好ましくは６倍より小さくなるように設計される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波力装置（１）。
【請求項５】
前記容器（２）は、少なくともその長さの一部分に沿って、その幅がその高さの２倍から５倍の大きさになるように、好ましくは３倍から５倍の大きさになるように設計される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波力装置（１）。
【請求項６】
前記容器（２）の高さは、前記波力装置（１）が配置される場所での予想波高の０．２から０．８倍である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波力装置（１）。
【請求項７】
前記容器（２）の高さは、前記波力装置（１）が配置される場所での予想波高の０．２から０．５５倍である、請求項６に記載の波力装置（１）。
【請求項８】
波エネルギーの抽出のための方法であって、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波力装置（１）が、予想波高ｈを有する液体（３）中に配置され、前記容器（２）の高さは、前記予想波高の０．２から０．８倍であり、好ましくは前記予想波高の０．２から０．５５倍である、波エネルギー抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の波動からエネルギーを抽出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波動エネルギーは再生可能なエネルギー源であり、世界のエネルギー生産に多大な貢献をする可能性が大いにあると考えられる。波に含まれるエネルギーを吸収できるようにするために、剛強で確実に作動すると同時に波に含まれるエネルギーを効率的に採取する波力プラントを設計することが求められている。波のエネルギーを適切に利用する方法は、ＳＥ５２９６８７に提案されており、波力装置は、水と空気を管状の装置に進入させて波動を利用しパイプに水を通すことで波からエネルギーを採取する。また、同様の波力プラントが、例えばＵＳ６４７６５１１、ＧＢ２０２４９５７、ＧＢ１５７９９２９およびhttp://www.owel.co.ukに記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したプラントは、波からのエネルギーを利用するための異なる解決策を開示しているが、上述した波力プラントを更に発展させ改良することがなお望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、その幾何学的設計を改良することによって、効率的な方法で波動エネルギーの採取を向上することのできる波力プラントに関する。本発明は、例えばＷＯ２００８／０９１２０８またはＷＯ２００７／０１５２６９に記載される波力装置に適用されてもよい。
【０００５】
本発明は特に、実質的にパイプもしくは細長で中空の貯水槽を思わせる可撓性容器を備えた種類の波力プラントもしくは波力装置を対象とする。容器は、実質的にサイン形の湾曲を実現するよう、液体に入れた際、波動に追従することができるように可撓性に設計されている。容器は、気体および液体の混合物が進入し、排出されることができる開口を更に備える。エネルギーは、容器が波動に追従することにより圧力が容器内に存在する間、容器の中を通り且つ波によって前方に押される液体（水）および気体（空気）の流れによって生成される。容器は、流れに含まれるエネルギーを利用するエネルギー変換器に接続される。エネルギー変換器は、例えば出口または入口にて容器に接続されてもよい。或いは、容器が延在する長さに沿った他の位置もまた可能である。
【０００６】
通常は円形の、パイプ状の容器の断面を改良し、幅が高さより大きくなるようにすることで、エネルギー生産がより効率的になることがわかった。液体がパイプ状の要素の中で波動によって前方に押されるという原理に基づく種類のプラントにおいて、摩擦はエネルギー損失の大部分を占めるという洞察により、幾何学的設計を改良し、最適化することができる。
【０００７】
通常、円形の断面を有するパイプは、パイプを通る流れの摩擦損失を最小限にする。したがって、円形の断面は摩擦を最小限にするので、一般的に当業者は摩擦を低いレベルに保つことを念頭に置き、円形の断面を選択する。しかし本件では、パイプの高さにしばしば制限があり、パイプの高さは効率的なエネルギー生産を達成するために波高によって規定される。しかし、実用上の理由で、円形パイプの直径に対応する、高さ制限を考慮した円形の断面で可能な流量よりも大きな流量を提供することがしばしば求められる。この問題の解決策として、数本のパイプを相互に隣接して敷設することが考えられ、これは例えばＷＯ２０１０／００７６０７およびＷＯ２００７／０１５２６９に記載された既知の解決策である。
【０００８】
本発明は、互いに隣接する数本の円形パイプを用いることの代替案として、高さよりも幅が広い非円形断面を有するパイプを使用することが可能であるという洞察に基づく。特定の条件下では、そのようなプラントは、数本の円形パイプを使用することで可能なよりも、単位質量流量ごとの摩擦を少なくすることができる。
【０００９】
もし最大許容高さが１メートルだとすると、直径（＝高さ）が１メートルの円形パイプは、円周が約３．１４（π×直径＝π）メートル、断面積が約０．７８（π×（直径／２）２＝π／４）平方メートルである。低摩擦を実現するために、円周と断面積の比率は、できるだけ小さいことが求められる。この場合は４である。もし二倍の容量（＝二倍の断面積）が求められれば、通常は２本のパイプが相互に隣接して敷設され、これは、断面積および円周の長さが共に二倍になる（それぞれ１.５６および６.２８）ことを意味する。したがって、いずれの場合も、断面積および円周の長さの比率が一定に、つまり４になる。
【００１０】
両方のパイプが、例えば高さ１メートルの長方形状の断面積を有するパイプに置き換えられた場合、その幅は、直径１メートルの２本の円形パイプの断面積に相当する断面積を達成するために、１．５６メートルとなる。長方形のパイプの周は、１.００＋１.００＋１．５６＋１．５６＝５．１２メートルとなり、その断面積は、既述したように１．５６平方メートルとなる。長方形のパイプの周と断面積の比率は約３．３と、両円形パイプの比率より小さくなり、従って、理論上、パイプを通る流れとの摩擦はより低くなる。
【００１１】
実際には、パイプを設計する際、他にも重要な要素がある。例えば、パイプはその上部が崩壊せず流れを阻害しないように、自己支持型でなければならないことや、パイプ内で大きすぎるスロッシング運動が起こり得るということである。上部が崩壊することを避けるために、ある種のスポークまたは支持構造をパイプに挿入することが可能であるが、流れに悪影響を及ぼす可能性もある。また、波エネルギーを採取する工程を、液体と空気の混合物を考慮して最適化することも求められ、少なくともそれらの場合には、この工程は、例えばＷＯ２００８／０９１２０８に記載されているのと同じ、パイプの長さに沿った増加した圧力の原理に基づいている。ＷＯ２００８／０９１２０８に記載された工程においては、確かに、パイプ状の細長の装置の高さが約０．８×波高を超える場合、エネルギーの採取は停止するか、もしくは大幅に低減する。つまり、パイプの高さは波高の８０％を超えてはならない。ここでの波高とは、波頂と波底の間の距離のことである。幾分単純化した等式によれば、エネルギー生産は、以下のように表すことができる。
【００１２】
【数１】
2014532148.tif 000003
【００１３】
ここで、
Ｐ＝動力（Ｗ＝Ｊ／ｓ＝Ｎ×ｍ／ｓ＝ｋｇ×ｍ２／ｓ３）
Ｌ＝パイプ／容器の長さ（ｍ）
λ＝波長（ｍ）
ｈ＝波高（ｍ）
ａ＝パイプ／容器内の高さ（ｍ）
Ｂ＝パイプ／容器内の幅（ｍ）
ρ＝液体の比重（ｋｇ／ｍ３）
ｇ＝９．８（ｍ／ｓ２）
ν＝液体の速度（ｍ／ｓ）
となる。
【００１４】
これらの用語の中には、例えばｇのように既に与えられているものもあり、液体が既知の場合は、ρも既に与えられている。ρは、実際は、液体と気体の比重の差を表しているが、液体の比重は概して気体の比重よりも著しく大きいため（水／空気の場合は約１０００倍の差がある）液体の濃度で近似してもよい。Ｌは、種々の損失の形での他の困難が比率性を低下させる最大長が存在しても、他の変数に影響しないと考えられる。λも、海の波の通常の範囲内での波長については、他のパラメータの制限に直接影響しないと考えられる。
【００１５】
νは液体の速度であり、波の伝播の方向に関する細長の波力装置の迎え角に応じて調節することができる。理論上は、もし波力装置が波の伝播の方向に整合させて敷設されると、液体の速度は、波の伝播の速度と同じになる。しかし、波の伝播方向に関する角度αを作るように装置を敷設することにより、液体の速度νは波の伝播速度／ｃｏｓαとなる。したがって、波の伝播速度が既知でおおよそ一定である場合、液体の速度は、装置を波の伝播方向に関して望ましい迎え角に配置することで制御することができる。液体の速度は、効率的なエネルギー生産を提供するように最適化するものとし、比較的高速度で達成してもよいが、同時に高速流はより大きな摩擦損失を引き起こす。
【００１６】
パラメータｈは波高であり、これもまた任意に制御することができない。波高は大きく変化してよいが、海には波高が幾分一定である場所が多く存在する。本明細書で説明する種類の波力プラントは、波高にばらつきがある場合でも比較的高いエネルギー生産を提供しようとするものであるが、波力プラントを最適化するために、プラントを波高が比較的一定の場所に設置することはしばしば有利である。したがって、比較的波高が一定の場所は、通常の場合、波高に大きなばらつきのある場所に比べ、総波エネルギーが両方の場所で同じ大きさであっても、総波エネルギーのより多くの部分を採取するためのより良い条件を提供する。この種類の波力プラントは、１から６メートル、好ましくは２から４メートルの間の予想波高もしくは波振幅に特に適していると考えられるが、これらの波力プラントはまた、これらの値からはずれた波高でも機能する。
【００１７】
大きな波高は一般的に荒れた気象条件にしばしば関係しており、エネルギーの利用を難しくし、波力プラントの損耗を引き起こす可能性がある。しかし、波高は、もしｈ、ａ、Ｂ以外のすべてのパラメータが上記のエネルギー生産のための数式について一定であると想定されれば実現する、パイプの幾何学形態の最適化に影響する。この場合、以下が有効である。
【００１８】
【数２】
2014532148.tif 000004
【００１９】
一次導関数の最大値を取得するために、f(a)はaに関して導出され得る。
【００２０】
【数３】
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【００２１】
したがって、波高ｈの半分に相当するパイプの高さａは、エネルギー生産のための理論上の最大値となる。これは、二次導関数f’’(a)が−２×Ｂとマイナスになるため、最大値となる。
【００２２】
ａ（パイプの内部高さ）については、この種類のプラントに適切な高さは、“バッチ・フロー”すなわちパイプ内の圧力を上げるため液体（水）および気体（空気）を交互に含む流れを生成するために０．３ｈから０．４ｈであることが、シミュレーションによって示されている。シミュレーション（ａは波高の０．３から０．４倍である）によるａの推定相対値を、先に示唆した１から６メートルの波高の間隔と組み合わせた場合、結果は最小値が０．３メートル、最大値が２．４メートルとなる。例えば、１メートルの高さの波に対してパイプの高さが０．３メートル、すなわちパイプの高さが０．３×波高に相当する場合、もう十分なエネルギー生産が達成されることがわかっている。十分なエネルギー生産は、波高に比例するパイプの高さの多様な値のシミュレーションで達成された。しかし、一般的に、パイプの高さは、波高の０．２から０．８０倍、好ましくは波高の０．２から０．６５倍であり、おそらく最良の結果は波高の０．２から０．５５倍の制限内で得られる。正確な値を定義することに関連する問題は、部分的には、非常に大きな波高のばらつきを扱うことのできるプラントを提供するという要望によるものである。もしプラントが予想波高に対して比較的高さの高いパイプを備えていたら、より低い波高でのエネルギー生産能率は悪くなるので、この種類のプラントのエネルギー生産の理論限界は、パイプの高さが波の高さより低くなければならないことである。したがって、予想される／望まれる波高より低い相対高さを有するプラントは、エネルギー生産を終わらせることなく、予想される／望まれる波高とその増大量の間の変化の偏差／公差によりよく適合することができる。
【００２３】
内部幅Ｂについては、パイプの高さなどに与えることのできる単純で直接的な理論限界がない。したがって、幅は、パイプが所望の大きさの断面積を備えるように設計することができる。しかしながら、パイプの崩壊を避けるために構造的な態様に関する制限があり、すなわち、パイプは可撓性があり、同時に、波動に追従できなければならないため、幅を制限する必要が出てくる。
【００２４】
別の制限としては、十分なエネルギー生産レベルに達するための特定の長さのパイプを備える実用上の理由が必要であるため、もしパイプが過度に幅広に設計されると、波のエネルギーは過度に早く消散する可能性があり、所望の圧力を作り出すための効率的な流れは達成されないかもしれないということである。
【００２５】
パイプまたは容器の幅Ｂおよび高さａである内部寸法について、これらは、容器の長さ方向の延在に垂直な断面の断面積の最大値を参照しており、幅は容器内の水平距離、高さは垂直距離として測定される。測定は、例えば、パイプもしくは容器が実質的に波の動きがない液体内を浮動している時もしくは地面に置かれた時など、停止している場合に行うことができる。容器は、好ましくは、容器がその断面の幾何学形態に影響するいかなる外力も受けない場合、高さよりも幅が大きい自己支持型の本体を有するように、そして容器が停止している時と同じ使用形状を実質的に呈するように設計される。概念として、例えば入口及び出口等、別の幾何学形態を有する容器の一部を設計することは可能であっても、実質的には、容器全体が、効率の最適化を実現するための断面で設計される。
【００２６】
また容器は、要求された場合、強度および安定性を向上させるために、支柱もしくは他の支持構造を内側に備えることが可能である。これらの種類の支持構造への必要性は、容器の幅が高さよりも著しく大きい場合、特に大きくなる。
【００２７】
したがって、容器は、下方を向くように意図された表面もしくは側面を含むように建造されるか、あるいは、その断面について、長手方向軸の周りを１８０度（一回転の半分）回転させられ、そして使用時に下方を向くように意図したか、あるいは下方を向くのに適切な二辺を有するように設計される。これらの位置で意図されることは、容器は幅が高さよりも大きいことである。
【００２８】
したがって、本発明によるプラントは、液体及び気体が輸送されるパイプの幅が高さよりも大きくなるように、概して幅が高さより少なくとも２０％大きくなるように設計されることを目的に設計されるものとする。上記した、幅が大きくなれば摩擦損失が少なくなることついての理論を考慮すると、多くの場合、幅が高さの少なくとも２倍であることもまた有利になる。
【００２９】
プラントの最大幅の制限に関しては、例えば強度等の構造上の態様もしくはパイプの幅の大きさを決定する波の有効エネルギーの制限について、既に述べた。さらなる制限として、比較的幅広のプラントは、エネルギー生産を妨げるスロッシング運動が起こり得るということである。これは、プラントを、波の伝播方向に関する迎え角αで長手方向に延在するように設置する場合、すなわち波の伝播方向と容器の長手方向の延在の方向が互いに異なる場合、特に当てはまる。容器を波の伝播方向に関して角度を成して設置する理由は、より大きな波の幅、つまりはより大きなエネルギーを利用することができるようにするためである。したがって、異なる横側面部は異なる波位相にあるため、つまりパイプの異なる側面部は概して異なる高さであり、一方から他方への不所望な流れを起こし得るため、異なる側面部の間に差異が生じる。上記で指摘される効果からみて、この種類のプラントでは、幅は概して高さの最大１５倍の大きさに制限すべきであり、多くの場合、幅が高さの６倍までの大きさであることが、適切な比率を表すと想定される。
【００３０】
多くの場合、幅と高さの異なる関係の長所と短所を考慮すると、パイプの高さの２倍から５倍の大きさの幅Ｂは、所望の比率内であると予想される。通常の場合、３から５の間隔内の幅と高さの比率は、比較的少ない摩擦を実現するために好まれ、これらのプラントを、崩壊のリスクを冒さず、もしくは不利な幅が不所望のスロッシング運動を引き起こすことなく建設することは合理的に容易である。
【００３１】
概して、容器の、出来る限り大きな部分は、上述したガイドラインに従って設計される。ほとんどすべての場合、入口と出口の間の容器の長さの少なくとも２０％が、上記で特定した幅および高さの関係にしたがって設計されるが、これは概して容器の長さの少なくとも半分に適用する。
【００３２】
２メートルの波高に適合するプラントに対して、上記で特定したもっとも好ましい間隔のプラント高さ（波高×０．２から０．５５）および幅（プラント高さの３倍から５倍）により、０．４メートルから１．１メートルの間のパイプ高さおよび１．２メートルから５．５メートルの間のパイプ幅がもたらされるべきである。
【００３３】
プラントの形状については、概ね長方形状の断面を有する楕円形のもの、もしくは実質的に平面の下面および弧状もしくは屋根棟状の上部で設計され、上部に安定性をもたらし崩壊を防ぐものまで様々でよい。
【００３４】
容器の長さは大きく異なってよいが、大規模なプロジェクトには、数百メートルであることが意図される。通常の場合、容器全体は上述したように設計されるが、上記の基準にしたがって設計されるプラントの部分の大小にかかわらず、プラスの効果が生じる。容器のより大きな部分を上述の方法にしたがって設計することは有利であるが、たとえプラントのほんの小さな部分がこのように設計されてもプラスの効果が生じ、また、たとえプラントの少なくともほんの１０メートルほどの短い部分が上記の基準にしたがって設計されても、差異を見いだせる。
【００３５】
下記は、本発明によるプラントがどのように設計され得るかの数例である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】波力プラントのための容器の側面図。
【図２ａ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｂ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｃ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｄ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｅ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｆ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｇ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｈ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｉ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図２ｊ】エネルギー生産時の異なる段階が例示される波力プラントの側方から見た断面図。
【図３】図２ｊの一部分の拡大図。
【図４】容器の異なる断面の例ａ−ｅを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、波力プラント１用の容器２を開示する図１を参照して簡潔に説明したようなプラントに使用するのに適している。容器２は、液体３（この場合は水）に浸漬されている。容器２は、表面４を漂うように建造され、また、波動に追従できるように柔軟に建造される。容器は、その第一端において、液体３および／または気体５（この場合は空気）が容器２に流れ込めるように、何らかの入口もしくは開口６を備え、また、その第二端において、流れを例えばタービン等のエネルギー変換器（図示せず）に向けて導くために出口８を備える。入口および／または出口がどのように設計されているかは、発明概念にとって必ずしも本質的ではない。特定の状況下では、数個の容器２を接続して、流れがエネルギー変換器に向けて導かれる前に、それぞれの出口８からの流れをまとめることは有利である。容器２が波の上下運動に追従する時、波状の輪郭を呈する。したがって、波動によって、少なくとも第一部分９および第二部分１０において、容器は、異なる位置エネルギーを有する位置を呈する。波の動きは、可搬性容器を通る液体３および空気５の流れを、第一端の入口もしくは開口６から第二端の出口８に向けた方向に導く。波動は、出口８に向かって流れる流体（液体３および気体５）を用いて容器２内の圧力を増大し、流れに含まれるエネルギーを使用し得る。
【００３８】
本発明による、波力装置を用いて液体３の波動からエネルギーを抽出する方法は、図２ａから２ｊおよび図３を参照して概略的に例示される。図２ａは、図１による容器２が、その長手方向３０の延在に沿って、どのように波に影響されるかを開示している。容器２は、斜線エリアで示される第一流体３２と、第二流体３４とを有し、本例では、第一流体３２は第二流体３４よりも比重が高い。この通常例での流体３２および３４は、例えば上記の液体３および気体５に相当する。
【００３９】
容器は、波動の影響を受けて、容器の第一部分２０を第一位置に、容器２の第二部分２２を第二位置に配置するように設けられ、位置は異なる位置エネルギーに対応する。本例では、第一位置は第二位置よりも高い位置エネルギーに対応する。
【００４０】
入口６と出口８の間の流れは、延在方向３０の流速が延在方向３０の波動の伝播速度に実質的に対応するように制御される。この流速の制御を可能にするために、波レーダおよび／または波ブイのような波動を測定する設備から情報を集めることができる。
【００４１】
第一流体の流速は、例えば容器２が流体３２、３４の両方で満たされている場合、代替的に、波の伝播速度の倍数に対応するように制御してもよい。流速の制御は、制御装置２８を用いて行う。図２ａでは更に、特定の量の第二流体３４が、例えば制御可能なバルブであってもよい流体追加手段２４を介してどのように容器２に追加されるかを開示している。
【００４２】
図２ｂは、図２ａよりも後の段階の波力装置１を開示している。この段階では、更なる量の第二流体が追加されるが、容器２を介した流速は実質的に同じである。
【００４３】
図２ｃは、更に後の段階の波力装置１を開示している。この段階では、更なる量の第一流体３２が容器２に追加される。
【００４４】
図２ｄは、更に後の段階の波力装置１を開示している。第一流体３２は、容器２にさらに追加されるが、流速は実質的に同じである。
【００４５】
図２ｅは、更に後の段階の波力装置１を開示しており、図２ａの段階より後の波の周期の、ある時点に対応する。第二流体３４が容器２に再度追加され始める。
【００４６】
図２ａから図２ｅに開示される工程は、図２ｆに開示されるように、容器全体が第一流体３２および第二流体３４の交互の群それぞれで満たされるまで繰り返される。
【００４７】
この段階が達成されると、流体３２、３４は、容器２を通る速度を自身で保存することができる。したがって、流体３２、３４は可能な限り低い位置エネルギーを実現するために自身を配置するので、制御設備２８はもう流体の流速を制御するのに必要ではない。これはつまり、流体３２、３４自身が、容器２を通る流速を維持するのに寄与するということである。したがって、容器２内の流体３２、３４は均衡状態に近く、均衡状態では、両流体３２、３４の各群における二つの近接した境界端面が実質的に同じ高さに位置する。したがって、波力装置１がこのモードにある場合は、波力装置１は、実質的に波の伝播速度の関数である速度を有する流体３２、３４の流れを生み出す。したがって、このモードでは、装置はポンプとして使用してもよい。
【００４８】
図２ｇは、図２ｆよりも後の段階の波力装置１を開示している。ここで、容器を通る流れ抵抗が、制御設備２８を使用することで増えるように制御される。流体３２、３４の交互の追加は、均衡状態に対する変位が容器２に沿って保たれるように、入口６で調節される。流れ制限の導入により、図２ｆに示す均衡状態が変わり、容器２内に位置する第一流体３２の各群の二つの境界端面を、互いに対して変位させる。それにより、出口８に最も近く位置する端面３６が、入口６に最も近く位置する端面３８よりも高さが低くなる。図２ｈから２ｊにおいて、流れ制限は更に増える。これは、二つの端面３６、３８の高さの差異が更に増すということである。
【００４９】
図３は、容器２が図２ｊで開示された状態にある場合の、容器２の一部分の拡大図である。図３から分かるように、第一流体３２で満たされた容器２の各部は、出口８に最も近い端面３６が、入口６の最も近くに位置する端面３８よりも低い高さに位置するように変位する。これはつまり、各端面３６の圧力、すなわち出口８に最も近い圧力は、他方の各端面３８の圧力、すなわち入口６に最も近い圧力よりも高いことを意味している。第一端面３６と第二端面３８との圧力差は、第一端面３６と第二端面３８との高さの差異と同じである、高さＨの第一流体３２の流体カラムに相当する。これは、第一流体３２の各群について容器２の圧力が上昇することを意味し、したがって、図３の右端（出口に最も近い）に位置する第二流体３４の一部分の第三圧力Ｐ３は、中間部の第二流体３４の第二圧力Ｐ２より高く、同様に第二圧力Ｐ２は、左端（入口に最も近い）の一部分の第一圧力Ｐ１より高い。したがって、容器２の入口６から出口８にかけて、圧力は上昇し蓄積され、この上昇は例えばエネルギーの生産に用いることができる。
【００５０】
先に示したように、これは、エネルギーを生産するエネルギー発生装置に接続される、例えばタービンのようなエネルギー変換器を介した加圧流体の流れによって実現することができる。上記のような発生装置に接続されるタービンはまた、先述の制御設備２８であってもよい。流れ速度を速めるために、発生装置はモーターとして機能し、そしてタービンはポンプとして機能する。
【００５１】
例えば流体追加手段２４および制御設備２８といった波力装置１のすべての制御装置は、例えば図示しない制御ユニットによって既知の方法で制御してもよい。
【００５２】
プラントがどのように作用することを意図されるかについて、より詳細な記載が、例えばＷＯ２００８／０９１２０８に開示されている。
【００５３】
本発明に適した他のプラントは、例えばＷＯ２０１０／００７０６７、ＷＯ２００７／０１５２６９、ＲＵ２２００４８３７、ＳＵ１１２９４０７、およびＷＯ８４／００５８３に開示されている。
【００５４】
本明細書に記載する構成は、容器２の少なくともある部分の断面が既知の容器とは異なるという点で、前述した従来技術とは異なる。本明細書に記載する容器２は、その内部高さａよりも大きい内部幅Ｂを有する。本明細書において、容器の二側面間の内部水平距離が幅と称され、一方、高さとは、上下の限界表面積間の垂直内部距離のことである。
【００５５】
図４ａからｅは、容器２の断面の異なる実施形態の数例を開示しており、その幅Ｂおよび高さａが示されている。
【００５６】
図４ａでは、幾分丸い角を有する長方形状の、容器２の半径方向断面を開示する。幅Ｂは、高さａの約二倍の大きさである。もし、最大可能流量を使用するべき最大高さおよび幅が与えられれば、そのような形状によって、容器の壁と容器を流れる液体（または気体）との間の接触面が比較的小さくなる。
【００５７】
図４ｂでは、その平坦な面が下方を向いている半円状の、容器２の半径方向断面を開示する。最も広い場所の幅は円の直径に相当し、高さは半径に相当する。したがって、容器２のこの実施形態は、その高さの二倍の大きさの幅を備える。図４ａに示した形状と比べて、この装置を形体することの利点は、弧状の上部は、より効率的な方法で自立でき、したがって上部が崩壊してひびが入ることを防止することができることである。容器は、柔軟で波動に適合できるように設計されることを考慮すると、剛性が低めの材料を用いることが必要であるかもしくは望ましい。したがって、容器が崩壊するのを防止するために、形状の安定した構造の容器にすることが必要かも知れない。
【００５８】
図４ｃでは、図４ａおよび４ｂに示す容器の構造の利点を部分的に利用することを意図した容器２を示唆した半径方向断面を開示する。その下部および側壁は長方形に相当し、上限面は屋根棟形状に相当する。屋根棟を備えるこのような構造では、図４ｂに開示される容器の断面の幾何学構造と比べて構造の剛性は大きくなるが、最大許容高さを同様には利用しない。しかし、これは図４ｂに示す構造と同じ強度を有さないものの、高さが制限される流れの摩擦を減らすように適合することができる。
【００５９】
図４ｄでは、有効な方法で自立でき、また強い構造を提供できる強固な構造に対応する楕円形を開示する。幅と高さの比率が比較的大きく、例えば３より大きいことが所望されるか、または必要である場合、この構造はしかしながら、例えば長方形の断面と比べて、比較的大きな摩擦を引き起こす可能性がある。
【００６０】
図４ｅでは、図４ｄで開示した楕円形に似た断面を有する容器２を開示する。しかし、この実施形態では、その縁または湾曲が、対応する楕円の曲率半径が最小の位置で、幾分鋭くなっている。
【００６１】
上記の実施形態は、本発明による容器がどのように設計され得るかのほんの数例である。材料及び寸法によって、上述の、もしくはその他の形状を選ぶことができる。パイプが大きめの場合、非常に重要なことは、形状が容器の強度に大きく寄与する一方、寸法の拡大によって単位質量ごとの接触面が低減し、したがって単位質量ごとの摩擦もまた低減することである。また、安定した形状および強固な幾何学構造を選ぶことは、たとえそうすることで形状が摩擦損失を最小にするのにあまり適さなくなったとしても、適切である。逆に、例えば小さめの断面のような小さな寸法には、摩擦を最小にするのはしばしば重要である。小さな断面は、流体と容器壁との間の単位質量ごとの接触面をより大きくする。より小さな断面により、容器の構造負荷が減少し、したがってより多くの幾何学構造が十分に強固になり安定となるので、強度や形状の安定性の代わりに、摩擦を最小にすることに、より集中して設計してよい。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図２ｇ】
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【図２ｈ】
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【図２ｉ】
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【図２ｊ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【国際調査報告】
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