(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波エネルギーをパワー出力に変換するための波エネルギー変換装置（１）であって、前記波エネルギー変換装置は、
浮く半潜水式のコンプライアントベッセル（２）であって、前記コンプライアントベッセルは、
コンプライアントフレーム構造体（５）を提供するために複数のピボットジョイント（４）で相互接続される端部（３２）を有する複数のリニアジェネレータ（３）であって、前記複数のリニアジェネレータは、それぞれ圧縮及び伸長されて前記ピボットジョイントの相対位置が変化することによってパワー出力を生じるように構成される、リニアジェネレータと、
前記コンプライアントフレーム構造体によって支持され、前記コンプライアントフレーム構造体を取り囲んで、前記コンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペース（７）を画定する可撓性外膜（６）と、
前記内側のスペース内に配置され、前記リニアジェネレータによって発生したパワー出力を受け入れるために前記リニアジェネレータに作動的に接続されるパワー回路（８）と、
を備える、コンプライアントベッセル
を備え、
前記コンプライアントベッセルが、前記可撓性外膜への波の作用によって、前記リニアジェネレータがニュートラル位置にある定常状態と前記リニアジェネレータのうちの少なくともいくつかが圧縮又は伸長される操られた状態との間で操ることができるように適合され、前記コンプライアントベッセルが、前記リニアジェネレータをそれらのニュートラル位置の方に、したがって前記コンプライアントベッセルを前記定常状態の方に絶えず強制するスプリングバック手段（９）を備える、波エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記スプリングバック手段が、前記リニアジェネレータをそれらのニュートラル位置の方に強制するスプリングバック機構（３１）を備える前記複数のリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかによって提供される、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記コンプライアントベッセルの前記内側のスペースが実質的に気密であり、減圧されることで、前記コンプライアントフレーム構造体が前記可撓性外膜による圧縮力を受けて、前記リニアジェネレータをニュートラル位置に付勢する、請求項１又は２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記リニアジェネレータのそれぞれが、繰り返しの閉じたコンプライアントフレーム構造体を提供するべく前記ピボットジョイントで複数の他のリニアジェネレータと接続される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記リニアジェネレータが、前記パワー回路に送り込まれる循環する加圧された作動液の形態のパワー出力を生成するリニア油圧ポンプ（３００）であり、前記波エネルギー変換装置が、前記加圧された作動液を電力に変換するように適合されるパワー変換システムをさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記パワー回路が、前記リニア油圧ポンプのそれぞれと流体連通する油圧管系（８１）を備え、前記油圧管系が、前記リニア油圧ポンプの入口に作動液を供給する及び前記リニア油圧ポンプのそれぞれの出口からの加圧された作動液を受け入れるように構成される、請求項５に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項７】
前記パワー回路が、前記複数のリニアジェネレータによって発生したパワー出力を別のエネルギー形態に変換するためのパワー変換システム（８３）を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項８】
前記可撓性外膜が、前記コンプライアントフレーム構造体に対して変位可能に配置され、前記コンプライアントフレーム構造体と前記可撓性外膜との接点（６１）がシフトする
ことが可能となる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項９】
前記可撓性外膜が、密度、弾性、及び／又は可撓性に関して様々な材料特性の複数の区域（６２、６３、６４）を備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１０】
前記複数のリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかが、前記コンプライアントフレーム構造体において複数の第１の四面体モジュール（５１）を画定するように構成される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１１】
前記複数のリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかが、前記コンプライアントフレーム構造体において前記第１の四面体モジュール内で四面体の幾何学的形状に構成され、前記四面体の幾何学的形状が共通のピボットジョイント（４３）から延びるリニアジェネレータの群を有する、請求項１０に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１２】
前記共通のピボットジョイントから延びる前記リニアジェネレータの群が四面体の角部（４４）を画定し、複数の実質的に剛性のスレッド要素（１０）が前記角部間に延びて、複数の第２の四面体モジュール（５２）を画定する、請求項１１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１３】
前記第１の四面体モジュール及び／又は前記第２の四面体モジュールのそれぞれが、前記第１の四面体モジュール及び／又は前記第２の四面体モジュールのそれぞれを取り囲むように配置されるモジュール膜（６６）を備えるフレームモジュール（５３）を画定し、前記コンプライアントフレーム構造体が複数の相互接続されるフレームモジュールを備える、請求項１０又は１２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の複数の波エネルギー変換装置（１）と、前記複数の波エネルギー変換装置に作動可能に接続され、前記複数の波エネルギー変換装置のパワー出力を変換するように適合される、共通のパワー変換システムとを備える、波エネルギーをパワー出力に変換するためのシステム。
【請求項１５】
前記リニアジェネレータにパワー入力を供給すること及び前記リニアジェネレータの相互の伸長及び圧縮を制御することによって波を発生させるための請求項１に記載の波エネルギー変換装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプライアントフレーム構造体を提供するために複数のピボットジョイントで相互接続される端部を有し、それぞれ圧縮及び伸長されてピボットジョイントの相対位置が変化することによってパワー出力を生じるように構成される、複数のリニアジェネレータと、コンプライアントフレーム構造体によって支持され、コンプライアントフレーム構造体を取り囲んで、浮くコンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペースを画定する、可撓性外膜と、内側のスペース内に配置され、リニアジェネレータによって発生したパワー出力を受け入れるためにリニアジェネレータに作動的に接続される、パワー回路と、を有する半潜水式の浮くコンプライアントベッセルを備える、波エネルギーをパワー出力に変換するための波エネルギー変換装置に関する。本発明はさらに、波エネルギーを変換するためのシステム及び波エネルギー変換装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
波浪エネルギーは、その再生可能な特徴、広く利用されていること、及び将来のエネルギー源としての大きなポテンシャルに起因して世界的に関心の大きい分野である。波浪は、風及び太陽エネルギーなどの他の主要な再生可能エネルギー源に比べて最も高いエネルギー密度を保持することがよく知られている。長年にわたり、このエネルギーを信頼できる、経済的に採算のとれる様態で取り込むための多様な試みが存在している。目的は、波エネルギーを電気などのより有用なエネルギー形態に変換することである。
【０００３】
多くの波エネルギー変換システムを様々な技術的原理に基づいて見つけ出すことができる。いくつかのシステムは、振動水柱の原理で動作し、水位の上昇及び低下に起因する空気の変位を利用する。他のシステムは、到来する波の水をリザーバの中に物理的に取り込み、それが海に戻る際の水の位置エネルギーを利用する。さらに他のシステムは、運動が波によって引き起こされるいくつかのボディからなり、１つのポイント又はボディに対するその運動を利用することができる。波エネルギー変換システムは、岸の付近に位置するように岸に固定することができ、一方、他のものは沖合に存在する。
【０００４】
すべての波エネルギー変換システムの主な課題の１つは、エネルギー変換効率であり、これは発電のコストに直接関係する。効率が低く、生産されるｋＷｈ電気あたりのコストが高すぎる場合、技術は、他のエネルギー源から導出される電力と競合することができない。
【０００５】
多くの既存の波エネルギー変換器の欠点は、それらが小さい範囲の波の振幅、波長、及び周波数に関して、並びに到来する波の１つの特定の方向に最適化されることである。しかしながら、波浪の不規則な性質及び変化する条件は、継続的に高いエネルギー変換効率を維持し、これにより、高い収益性を有するために、多様な波パラメータを取り扱うことができる波エネルギー変換器を必要とする。
【０００６】
波エネルギー変換器に伴う別の課題は、それらがしばしば、腐食性の塩水及び過酷な気象条件に曝される厳しい環境の沖合に設置されることである。これらの厳しい条件に向けた構造体の設計は、費用がかかり、難しいことがあり、既存の波エネルギー変換器は、しばしば機能しなくなる及び故障する。さらに、それらの沖合の場所は、設置、メンテナンス、及び修復を複雑にし、そのコストを増大させる。
【０００７】
したがって、改善された波エネルギー変換装置、特に、複数の方向からの波を利用するように適合される広範囲の波パラメータにわたる高いエネルギー変換効率を有する波エネルギー変換装置が有利であろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の上記の不利及び欠点を完全に又は部分的に克服する波エネルギー変換装置を提供することである。より詳細には、様々な振幅、長さ、及び周波数の、複数の方向から来る波のエネルギーを利用するように適合される効率的な波エネルギー変換装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、前述の目的及びいくつかの他の目的は、本発明の第１の態様では、コンプライアントフレーム構造体を提供するために複数のピボットジョイントで相互接続される端部を有し、それぞれ圧縮及び伸長されてピボットジョイントの相対位置が変化することによってパワー出力を生じるように構成される、複数のリニアジェネレータと、コンプライアントフレーム構造体によって支持され、コンプライアントフレーム構造体を取り囲んで、浮くコンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペースを画定する、可撓性外膜と、内側のスペース内に配置され、リニアジェネレータによって発生したパワー出力を受け入れるためにリニアジェネレータに作動的に接続される、パワー回路と、を備える半潜水式の浮くコンプライアントベッセルを備える、波エネルギーをパワー出力に変換するための波エネルギー変換装置であって、浮くコンプライアントベッセルが、可撓性外膜への波の作用によって、リニアジェネレータがニュートラル位置にある定常状態とリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかが圧縮又は伸長される操られた状態との間で操ることができるように適合され、浮くコンプライアントベッセルが、リニアジェネレータをそれらのニュートラル位置の方に、したがって浮くコンプライアントベッセルを定常状態の方に絶えず強制するスプリングバック手段を備える、波エネルギー変換装置を提供することによって得られることを意図される。
【００１０】
本発明は、特に、排他的にではないが、様々な大きさの波及び複数の方向から来る波からの波エネルギーを効率よく変換する波エネルギー変換装置を得るのに有利である。さらに、浮くコンプライアントベッセルは自己支持構造体であり、この場合、エネルギー変換はリニアジェネレータのそれぞれにおいて分散して起こる。エネルギー変換手段はまた、構造の構造的一体性を保証し、したがって、さらなる支持構造体は必要とされない。浮くコンプライアントベッセルに作用を及ぼす外力は、これによって、構造の全体を通して分散され、構造は非常に動的となる。構造が１つの特定の動作モード又は好ましい運動パターンを有さないので、波エネルギーは、様々な大きさの波及び複数の方向から来る波から発生し得る。これは、多くの異なるタイプの波を効率よく変換することができるので効率的な電力生産に寄与する。また、構造は、摩耗と破断との両方に向けてだけでなく、突然の又は瞬間的な大きい衝撃力に関してもより頑健となる。さらにまた、コンプライアントフレーム構造体の動的特徴は、リニアジェネレータをそれらのニュートラル位置の方に絶えず強制するスプリングバック手段によってサポートされる。これによって、コンプライアントベッセルは、破壊的な又はエネルギー変換効率を低下させる場合がある望ましくない極端な位置に終わることなく、波の影響下で絶えず動く。さらに、構造体は、自身を浮揚性に保ち、浮かんだままでいるために浮揚ユニットなどの他の構造体に依存しない。
【００１１】
半潜水式とは、正常動作中の浮くコンプライアントベッセルが、水面よりも下の構造部と水面よりも上の構造部とを有する状態で部分的に潜水されることになることを意味する。
【００１２】
さらに、リニアジェネレータとは、装置に作用を及ぼすリニア圧縮力又は引張力に基づいてパワー出力を生成するあらゆるタイプの装置又はアクチュエータを意味する。例示的な実施形態は、電気的なパワー出力（発電出力）を生成するリニアオルタネータ又は加圧された作動液の形態のパワー出力を生成するリニア油圧ポンプであってもよい。
【００１３】
また、スプリングバック機構の復元力は、リニアジェネレータの圧縮又は伸長ストロークに比例することができる。リニアジェネレータのうちの少なくともいくつかにスプリングバック機構を設けることによって、リニアジェネレータは、その平衡位置を中心として振動する揺動振り子と同様にそれらのニュートラル位置を中心として振動することができる。
【００１４】
さらに、可撓性外膜は、水密であり、浮くコンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペースに水が入るのを防ぐようにコンプライアントフレーム構造体を取り囲んで、その浮力及び浮くコンプライアントベッセルの内側のスペースに存在する機器のための乾燥した環境を維持する。
【００１５】
さらに、浮くコンプライアントベッセルの内側のスペースは実質的に気密であり、減圧されることで、コンプライアントフレーム構造体が可撓性外膜による圧縮力を受けて、リニアジェネレータをニュートラル位置に付勢することができる。浮くコンプライアントベッセルの内部に大気圧に対して負圧を提供することは、リニアジェネレータの圧縮及び／又は伸長を調整する１つの方法であり、したがって、浮くコンプライアントベッセルの定常状態を制御するのに用いることができる。さらに、内側のスペース内の圧力を調整することによって、コンプライアントベッセルの操作性を制御することができる。
【００１６】
加えて、リニアジェネレータのそれぞれは、繰り返しの閉じたフレーム構造体を提供するべくピボットジョイントで複数の他のリニアジェネレータと接続されてもよい。また、上から見たフレーム構造体の外形は、多角形の形状、好ましくは５〜１５面の多角形、より好ましくは十角形の形状を有してもよい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、リニアジェネレータは、パワー回路に送り込まれる加圧された作動液の形態のパワー出力を生成するリニア油圧ポンプであってもよい。
【００１８】
さらに、パワー回路は、リニア油圧ポンプのそれぞれと流体連通する油圧管系を備えてもよく、油圧管系は、リニア油圧ポンプのそれぞれの入口に作動液を供給する及びリニア油圧ポンプのそれぞれの出口からの加圧された作動液を受け入れるように構成される。リニア油圧ポンプの運動は、圧縮時と伸長時との両方において循環する作動液を加圧し、出口の流体圧力は入口よりも高い。
【００１９】
パワー回路は、リニア油圧ポンプによって加圧される循環する作動液を一時的に貯める及びスムージングするための油圧アキュムレータをさらに備えてもよい。
【００２０】
さらにまた、パワー回路は、加圧された作動液を電気的なパワー出力に変換するように適合される油圧発電機などのパワー変換システムを備えてもよい。
【００２１】
加えて、パワー変換システムは、浮くコンプライアントベッセルの内側のスペース内に配置されてもよい。代替的に、パワー変換システムは、浮くコンプライアントベッセルから遠隔的に配置されてもよい。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、リニアジェネレータは、電気的なパワー出力を生成するリニアオルタネータであってもよい。
【００２３】
さらに、パワー変換システムによって、又はリニアジェネレータによって直接、発生した電気的なパワー出力が海底電線を通じて岸に伝送され、電力グリッドに接続されてもよい。周波数変換器などの必要な適応手段が、グリッドシステムオペレータの要件を満たすのに用いられてもよい。
【００２４】
さらにまた、前述の波エネルギー変換装置は、外部構造体に固定されるように適合される中央ピボットジョイントを備えてもよい。こうした中央ピボットジョイントは、例えば、波エネルギー変換装置を海底、埠頭、又はブイに固定するのに用いられてもよい。
【００２５】
さらに、可撓性外膜は、コンプライアントフレーム構造体に対して変位可能に配置されてもよく、コンプライアントフレーム構造体と可撓性外膜との接点がシフトすることが可能となる。また、ピボットジョイントのうちの少なくともいくつかは、コンプライアントフレーム構造体と可撓性外膜との接点を構成するボール形の支持面を備えてもよい。加えて、可撓性外膜は、弾性及び／又は可撓性の複数の区域を備えてもよい。
【００２６】
本発明の一態様によれば、複数のリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかは、フレーム構造体において複数の第１の四面体モジュールを画定するように構成されてもよい。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、複数のリニアジェネレータのうちの少なくともいくつかは、コンプライアントフレーム構造体において共通のピボットジョイントから延びるリニアジェネレータの群を有する四面体の幾何学的形状に構成される。加えて、同じ共通のピボットジョイントから延びる２つのリニアジェネレータ間の角度は、およそ１０９度であってもよい。リニアジェネレータは、これにより、ダイヤモンド格子の炭素原子と同様のフレーム構造体を形成する。さらに、この構造体は、到来する波がリニアジェネレータの縦軸に垂直に作用を及ぼさないようにそれらが位置合わせされるので、リニアジェネレータ上の望ましくない剪断及び屈曲力を最小にする。
【００２８】
さらにまた、共通のピボットジョイントから延びるリニアジェネレータの群は、四面体の角部を画定してもよく、複数の実質的に剛性のスレッド要素は前記角部間に延びてもよく、これにより、複数の第２の四面体モジュールを画定する。剛性のスレッド要素は、リニアジェネレータの相互配向及び張力を制御する機能を有する。
【００２９】
幾何学的配置は、そのいくつかの部材だけが圧縮力及び張力を経験するトラスワークにおいて力が分散される様態と同様に、到来する波の励振力がフレーム構造体の全体を通してリニアジェネレータにおいて軸方向の力として分散される。
【００３０】
本発明のさらに別の態様によれば、第１の四面体モジュール及び／又は第２の四面体モジュールのそれぞれは、第１の四面体モジュール及び／又は第２の四面体モジュールのそれぞれを取り囲むように配置されるモジュール膜を備えるフレームモジュールを画定してもよく、コンプライアントフレーム構造体は、複数の相互接続されるフレームモジュールを備えてもよい。
【００３１】
前述の波エネルギー変換装置は、浮くコンプライアントベッセルの浮力を制御するために浮くコンプライアントベッセルに関連する浮力制御手段をさらに備えてもよい。例えば、浮力制御手段はバラストタンクの形態であってもよい。
【００３２】
加えて、前述の波エネルギー変換装置は、波エネルギー変換装置を漂流しないように取り付けるために係留システムをさらに備えてもよい。
【００３３】
波エネルギー変換装置はまた、波エネルギー変換装置の動作パラメータを監視及び制御するための制御システムを備えてもよい。
【００３４】
本発明はさらに、波エネルギーをパワー出力に変換するためのシステムであって、複数の波エネルギー変換装置と、複数の波エネルギー変換装置に作動可能に接続され、かつ、複数の波エネルギー変換装置のパワー出力を蓄えるように適合される、共通のパワー蓄積システムとを備える、システムに関する。
【００３５】
別の態様では、システムは、複数の波エネルギー変換装置に作動可能に接続され、かつ、複数の波エネルギー変換装置のパワー出力を電力に変換するように適合される、共通のパワー変換システムをさらに備えてもよい。
【００３６】
本発明はさらに、リニアジェネレータにパワー入力を供給すること及びリニアジェネレータの相互の伸長及び圧縮を制御することによって波を発生させるための前述の波エネルギー変換装置の使用に関する。
【００３７】
前述の本発明の態様は、それぞれ他の態様のいずれかと組み合わされてもよい。本発明のこれらの及び他の態様は、後述の実施形態から明らかとなり、参照して説明されることになる。
【００３８】
本発明に係る波エネルギー変換装置がここで添付図に関してより詳細に説明される。図面は、本発明を実施する方法を示し、付属の請求項の組の範囲内に入る他の可能な実施形態への限定として解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ】可撓性外膜の一部が例示する目的で除去されている、定常状態にある波エネルギー変換装置を示す図である。
【図１ｂ】完全な状態の可撓性外膜を有する図１ａの波エネルギー変換装置を示す図である。
【図２ａ】操られた状態にある図１ａの波エネルギー変換装置を示す図である。
【図２ｂ】操られた状態にある図１ｂの波エネルギー変換装置を示す図である。
【図３】可撓性外膜の複数の区域を例示する波エネルギー変換装置の上面図である。
【図４ａ】第１の四面体モジュールを画定する複数のリニアジェネレータを備えるコンプライアントフレーム構造体の１つの構成の上面図である。
【図４ｂ】第１の四面体モジュールを画定する複数のリニアジェネレータを備えるコンプライアントフレーム構造体の１つの構成の等角図である。
【図５ａ】中央ピボットジョイントを例示するコンプライアントフレーム構造体の別の構成の側面図である。
【図５ｂ】中央ピボットジョイントを例示するコンプライアントフレーム構造体の別の構成の等角図である。
【図６ａ】複数の第２の四面体モジュールを画定する、リニアジェネレータと実質的に剛性のスレッド要素との組み合わせを備える、さらに別のコンプライアントフレーム構造体の上面図である。
【図６ｂ】複数の第２の四面体モジュールを画定する、リニアジェネレータと実質的に剛性のスレッド要素との組み合わせを備える、さらに別のコンプライアントフレーム構造体の等角図である。
【図７ａ】中央部が第１の四面体モジュールを備え、外側部が第２の四面体モジュールを備える、コンプライアントフレーム構造体を示す図である。
【図７ｂ】図７ａに示されたコンプライアントフレーム構造体の外側部が第２の四面体モジュールをどのように備えるかを例示する図である。
【図７ｃ】図７ａに示されたコンプライアントフレーム構造体の中央部が第１の四面体モジュールをどのように備えるかを例示する図である。
【図８ａ】リニア油圧ポンプの１つの例示的な実施形態を示す図である。
【図８ｂ】リニア油圧ポンプの１つの例示的な実施形態を示す図である。
【図８ｃ】油圧管系に接続されるリニア油圧ポンプを示す図である。
【図９】モジュラ膜を備えるフレームモジュールを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１ａ及び図１ｂは、浮くコンプライアントベッセル２を備える本発明の一態様に係る波エネルギー変換装置１を示す。浮くコンプライアントベッセルは、海ＳＷ中に半潜水され、送電線１０１と、下方に延びる係留システムなどの外部固定手段１００とを備えるように示される。浮くコンプライアントベッセル２は、可撓性外膜６によって取り囲まれるコンプライアントフレーム構造体５を備える。可撓性外膜は、浮くコンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペース７を画定し、可撓性外膜６がコンプライアントフレーム構造体５によって支えられ、引き伸ばされるので、浮くベッセルが提供される。
【００４１】
コンプライアントフレーム構造体は、複数のピボットジョイント４を介して連結される複数のリニアジェネレータ３を備える。リニアジェネレータの端部３２は、屈曲力が伝達されないようにピボットジョイント４にヒンジ結合され、リニアジェネレータの相互の角度方向及びピボットジョイントの相対位置が変化することを可能にする。したがって、さらに後述するように、リニアジェネレータ間の角度は、波が浮くコンプライアントベッセル２に作用を及ぼし、波の力がコンプライアントフレーム構造体に吸収される際に変化することができる。
【００４２】
リニアジェネレータ３は、ニュートラル位置とそれぞれ圧縮力及び張力を受けるときの圧縮された状態及び伸長された状態との間で操られるように構成される。リニアジェネレータが操られる際にパワー出力が生成され、図４ａに示されるパワー回路８に伝送される。各リニアジェネレータの長さとリニアジェネレータ３間の相互角度との両方が変化し得るので、コンプライアントフレーム構造体は、浮くコンプライアントベッセルに作用を及ぼす大気圧、静水圧、重力、及び波浪などの外力によって大いに影響を受ける幾何学的又は空間的レイアウトを有する動的な構造である。図１ａ及び図１ｂをさらに参照すると、浮くコンプライアントベッセルは、リニアジェネレータがそれらのニュートラル位置にある、定常状態で示される。
【００４３】
ここで図２ａ及び図２ｂを参照すると、浮くコンプライアントベッセルは操られた構成で示される。操られた構成では、リニアジェネレータ３の大部分が圧縮されるか又は伸長され、浮くコンプライアントベッセルが海中に半潜水され、波によって絶えず操られるので、リニアジェネレータの長さ及びリニアジェネレータ間の相互角度が絶えず変化する。波エネルギー変換装置の動的特徴をサポートするために、浮くコンプライアントベッセルは、リニアジェネレータをそれらのニュートラル位置の方に、したがって浮くコンプライアントベッセルを定常状態構成の方に絶えず強制する、スプリングバック手段９を備える。これによって、浮くコンプライアントベッセル２を操られた構成に強制する波の衝撃の後で、スプリングバック手段９が、浮くコンプライアントベッセルを定常状態構成の方に戻るように付勢する。
【００４４】
本発明の一態様によれば、スプリングバック手段９は、図４ｂから最も良く分かるように、いくつかの又はすべてのリニアジェネレータに設けられるスプリングバック機構３１として実装されてもよい。このスプリングバック機構３１は、いくつかの異なる方法で、例えばリニアジェネレータにつる巻ばね部材を組み込むことで構築されてもよく、このばね部材は、リニアジェネレータに圧縮力がかかるときに圧縮される。したがって、ばね部材は、位置エネルギーを蓄え、機械的アキュムレータとして働くことによって、浮くコンプライアントベッセルに対する波の衝撃を減衰させる。位置エネルギーは、その後、パワーを生産するためのリニアジェネレータの動作で利用されてもよい。これによって、リニアジェネレータでのエネルギーの発生はまた、波が浮くコンプライアントベッセルを通過した際に起こり、パワーの発生がさらに均等に分散される。これに関してのさらなる利点は、破壊的な大きい力及び浮くコンプライアントベッセルのスラミングを減衰させることができ、その結果、波エネルギー変換装置の構造的一体性に寄与することである。
【００４５】
図４ａ及び図４ｂは、上述のようにスプリングバック機構３１にばね部材３３を組み込んでいるリニア油圧ポンプ３００の形態のリニアジェネレータを示す。
【００４６】
図８ａを参照すると、１つの例示的な実施形態では、リニア油圧ポンプ３００は、２つのピストン３０４が配置されるポンプチャンバ３０３を画定するハウジングを備える。ピストンは、リニア油圧ポンプの長手方向に延びるシャフト３０５を備え、ばね部材３３は、一方又は両方のシャフトに圧縮力がかかるときに圧縮されるように配置される。
【００４７】
したがって、リニア油圧ポンプの圧縮後に、ばね部材がシャフト、したがってピストンを互いから離れる方に強制し、これにより、リニア油圧ポンプがニュートラル位置の方に動く。
【００４８】
図８ｂを参照すると、１つの例示的な実施形態では、ピストンは、流体が一方向にのみ流れることを可能にする逆止め弁機能部３０６を備える。リニア油圧ポンプが操られる際に、逆止め弁は、ピストンが作動液を動かすときの閉状態とピストンが作動液を通すときの開状態を行き来する。リニア油圧ポンプの伸長時に、一方の逆止め弁が閉じられ、他方が開かれる。圧縮時に、弁は、前に閉じていた弁が開かれ、伸長時に開かれた弁がここでは閉じられるようにモードを切換える。リニア油圧ポンプは、したがって、両方のストローク方向で作動液を加圧及び循環させる複動ポンプとして作用する。
【００４９】
図８ｂの実施形態では、ポンプ内の作動液の総体積は、リニアアクチュエータが伸長又は圧縮される際に一定である。図８ｃは、リニア油圧ポンプ３００が油圧管系８１に接続され、作動液の循環を示している、コンプライアントフレーム構造体の一部の例示である。当業者にはすぐに理解されるように、リニア油圧ポンプは、本発明の範囲から逸脱することなくいくつかの他の方法で構築されてもよい。
【００５０】
図４ａ及び図４ｂに示された波エネルギー変換装置のパワー回路は、リニア油圧ポンプのそれぞれと流体連通する油圧管系８１、加圧された作動液を一時的に貯めるための油圧アキュムレータ８２、及びパワー変換システム８３を備える。油圧アキュムレータとパワー変換システムは、浮くコンプライアントベッセルの内部に配置されるように示される。しかしながら、当業者によって想起されるように、油圧アキュムレータとパワー変換システムは、浮くコンプライアントベッセルの完全に又は部分的に外部に配置されてもよい。
【００５１】
より詳細には、リニアジェネレータ３が軸方向の力を受けるときに、この力の一部が、リニアジェネレータの圧縮／伸長の運動エネルギーを通じてパワー変換システムによって取り込まれることになる。力の別の一部は、これが存在する場所のスプリングバック機構３１を変形するのに用いられることになる。スプリングバック機構は、位置エネルギーを貯め、これは、後でリニアジェネレータがそのニュートラル位置に戻る際に利用されることになる。パワー変換システムによって利用されない又はスプリングバック機構によって蓄えられない残りの力は、ピボットジョイント４を介して他のリニアジェネレータに受け渡されることになる。このようにして、力が、最小抵抗経路に従ってコンプライアントフレーム構造体５の全体を通して分散され、取り込まれることになる。
【００５２】
図８ａを参照すると、リニア油圧ポンプが波によって伸長される際に、作動液が、図４ａに示される油圧管系８１と流体連通するポンプチャンバの入口３０１を通してポンプチャンバに引き込まれる。ピストンチャンバの中で、作動液がピストンの動きによって加圧され、加圧された作動液が、油圧管系と流体連通するポンプチャンバの出口３０２を通してポンプチャンバを出る。
【００５３】
油圧管系は、浮くコンプライアントベッセルのパワー回路の一部であり、油圧管系は、加圧された作動液を電力に変換するように適合されるパワー変換システム８３と接続される。パワー変換システムは、例えば、加圧された流体から電力を抽出するのに適するタービンなどであってもよい。パワー変換システムを出る作動液は、油圧管系の中に再循環され、これにより、閉じたシステムが提供される。したがって、作動液は、電力を生産するために連続的に循環されてもよい。当業者によって想起されるように、油圧管系及びパワー変換システムは、本発明の範囲から逸脱することなくいくつかの異なる方法で構築されてもよい。
【００５４】
さらに、リニアジェネレータからのパワー出力は、発電以外の他の目的、例えば海水を揚水する又は海水を脱塩するのに用いられてもよい。
【００５５】
図１ａ及び図２ａを再び参照すると、本発明の一態様によれば、浮くコンプライアントベッセルの内側のスペース７は、実質的に気密であり、減圧される。減圧は、例えば、内側のスペースから空気を除去するために作動されるポンプ又は他のタイプの真空装置（図示せず）を設けることによって制御されてもよい。内側のスペース７の減圧により、圧力差がコンプライアントフレーム構造体を収縮させ、結果的にリニアジェネレータ３の軸方向の圧縮力を生み出し、これはまた、スプリングバック機構の圧縮につながり、ゆえに、内側のスペース内の圧力を制御することでリニアジェネレータの位置を制御することができる。したがって、内側のスペースの減圧は、リニアジェネレータを、スプリングバック機構に予め張力がかかるニュートラル位置に付勢するのに用いられてもよく、浮くコンプライアントベッセルが修正された定常状態構成に設定される。予め張力がかかっている状態で、リニアアクチュエータは、最初のニュートラル位置から最大長さに伸長されても、最小長さに圧縮されてもよい。さらに、浮くコンプライアントベッセルが減圧されるときに、質量が不変のままで体積が減少し、ゆえに密度が変化する。したがって、減圧は、浮くコンプライアントベッセルの浮力を制御する手段として用いることができる。
【００５６】
図３を参照すると、本発明の一態様によれば、可撓性外膜６は、可撓性であるがむしろ非弾性のポリマー材料から構築することもできる。膜は屈曲及び変形されるが顕著に引き伸ばされない。したがって、波が浮くコンプライアントベッセルに作用を及ぼす際に、波の力がコンプライアントフレーム構造体５に伝達され、結果的にコンプライアントフレーム構造体の幾何学的形状の変化が生じる。コンプライアントフレーム構造体の幾何学的形状の変化又は変形は、リニアジェネレータ間の関節接続（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）に起因して、並びに圧縮力及び引張力を受けたときにリニアジェネレータの長さが変化することに起因して可能である。可撓性外膜がコンプライアントフレーム構造体５に対して変位可能に配置されることによって、コンプライアントフレーム構造体の幾何学的形状が変化する際にコンプライアントフレーム構造体と可撓性外膜との接点６１がシフトすることができる。したがって、コンプライアントフレーム構造体は可撓性外膜に対して動くことができ、可撓性外膜を保護するために最も外側のピボットジョイントはボール形の支持面４１を備える。これらの支持面４１は、コンプライアントフレーム構造体と可撓性外膜との接点６１を構成する。さらに、可撓性外膜は複数の区域６２、６３、６４を備える。これらの区域は、可撓性外膜の挙動を制御するため及び浮くコンプライアントベッセルの所望の動的性質をサポートする膜を提供するために、様々な弾性及び／又は可撓性の材料から構築されてもよい。例えば、スプリングバック手段は、可撓性外膜６に部分的に又は完全に組み込まれてもよい。他の実施形態では、可撓性外膜は、均一な材料から構築されてもよい。
【００５７】
図１ａ及び図１ｂを再び参照すると、浮くコンプライアントベッセル２は、到来する波に最適に応答するために適切な喫水を有さなければならない。浮くコンプライアントベッセルは、通常は海洋に半潜水されることになり、排水容積の質量は浮くコンプライアントベッセルの質量に等しい。浮くコンプライアントベッセルの浮力は、リニアアクチュエータがリブとして作用し、膜が船体として作用することで、船の浮力と比較することができる。しかしながら、構造は船のように剛性ではない。浮くコンプライアントベッセルの喫水は、水の密度に対するベッセルの質量体積比（密度）及びその重心によって与えられる。浮くコンプライアントベッセルの構成部品の総重量に加えて、バラストが含まれる場合がある。砂又は水の入ったバラストタンクなどの従来のバラストに代わる１つの方策は、可撓性外膜６に、又は選択されたピボットジョイント４の質量を増加させることによって、さらなる質量を組み込むことである。外膜に例えば鎖かたびら又は別のタイプの補強構造体の形態の質量を置くことは、浮くコンプライアントベッセルに有利な特性を与えることができる。重心は不変のままで質量分布が変化することになり、したがって、慣性モーメント、さらにはシステムの動的応答が変化する。有利な慣性特性に加えて、可撓性外膜の上部の増加した重量は、コンプライアントフレーム構造体に垂直力として作用を及ぼすことになる。可撓性外膜の下部の重量は、コンプライアントフレーム構造体を引き込むことになる。
【００５８】
本発明の一態様によれば、浮くコンプライアントベッセルの形状は、特定のアスペクト比内に維持しなければならない。１つの望ましくない操られた形態は、結果的に波の作用によってあまり容易に操られないより堅いフレーム構造体をもたらす、平たくなったフレーム構造体（増加した幅対高さの関係）である。前述のように可撓性膜の下部にさらなる重量が含まれる場合、これは浮くコンプライアントベッセルに下向きに引っ張るように作用することになり、したがって、フレーム構造体が平たくなるのを防ぐことに寄与する。浮くコンプライアントベッセル２の所望のアスペクト比を維持することに寄与しうる別の特徴は、可撓性膜６の最大外囲体６５の組み込みである。浮くコンプライアントベッセルが波によって操られるときに、最大外囲体は、フレーム構造体が特定の地点を越えて水平方向に拡張するのを制約することになり、これにより、垂直方向の操りを増進する。
【００５９】
波エネルギー変換装置に作用を及ぼす力Ｆは、以下のようにまとめることができる。
Ｆ合計＝Ｆ重力＋Ｆ大気圧＋Ｆ静水圧＋Ｆ波により生じる力＋Ｆ負圧
【００６０】
すべての力は、浮くコンプライアントベッセルの内部にかかる負圧（ｕｎｄｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ）に起因する力以外は、環境荷重である。環境荷重は、設置場所及び季節に依存する。どのようにして波エネルギー変換装置が力に応答するかは、とりわけ、
−  フレーム構造体の幾何学的形状
−  総質量及び総体積
−  質量中心及び質量分布
−  負圧
−  スプリングバック手段
−  パワー変換システムの抵抗（例えば、摩擦抵抗、発電機特性）
−  ジョイントの特性
−  可撓性外膜の特性
によって定義される浮くコンプライアントベッセルの特性の結果である。
【００６１】
特性は、波エネルギー変換装置が全体として「安定した不安定さ（ｓｔａｂｌｅ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）」として特徴付けることができる非常に動的な性質を有するように相互作用するように調整されなければならない。これは、広範囲の波パラメータの到来波の効率のよい変換を保証するであろう。
【００６２】
浮くコンプライアントベッセルの内側の空気が入っているスペース７は、周囲環境、すなわち海水から遮蔽され、実質的に乾燥した環境を提供する。したがって、内側のスペース内に精密機器が配置されてもよく、内側のスペースは、例えば検査及びメンテナンスの目的で浮くコンプライアントベッセルの構造体へのアクセスを得るのに理想的である。
【００６３】
加えて、前述の波エネルギー変換装置は、波エネルギー変換装置を漂流しないように取り付けるために固定手段１００を備えてもよい。固定手段は、いくつかの方法で、例えば、アンカーシステムが浮くコンプライアントベッセルのパワー変換特性に干渉しない、緩い係留として設計されてもよい。
【００６４】
図５ａ及び図５ｂは、中央ピボットジョイント４２を備えるコンプライアントフレーム構造体の構成を示す。中央ピボットジョイントは、係留システムなどの固定手段１００を浮くコンプライアントベッセルに結合するのに用いられてもよい。中央ピボットポイント４２はまた、波エネルギー変換装置を埠頭又は沖合構造体などの固定された構造体に直接固定するのに用いられてもよい。波エネルギー変換装置はまた、動作パラメータを監視及び制御するための制御システム、温度、リニアジェネレータの長さ及び位置、水圧、振動、ベアリングの状態、浮くコンプライアントベッセルの内部の空気圧、電気的なパワー出力を測定するためのセンサを備えてもよい。
【００６５】
図から分かるように、コンプライアントフレーム構造体は、より少ない又はより多いリニアジェネレータ３を組み込む種々の異なる幾何学的形状をとってもよい。例えば、浮くコンプライアントベッセルのコンプライアントフレーム構造体は、４０〜１２０個のリニアジェネレータ３を備えてもよい。また、ピボットジョイント４及びリニアジェネレータ３は様々なサイズであってもよい。操るのにより小さい軸方向の力、したがってより小さい波を必要とする、より小さい抵抗を有するより小さいリニアジェネレータが、コンプライアントフレーム構造体の周辺部に配置されてもよい。同様に、より大きい力、したがってより大きい波を必要とする、より大きい抵抗を有するより大きい発電機が、外側の枝が最も細く幹の付近の枝がより太い木と同様に、コンプライアントフレーム構造体の中央の方に配置されてもよい。これによって、波変換装置が様々な大きさの波を利用する能力がより一層改善される場合がある。
【００６６】
図４ｂから最も良く分かるように、コンプライアントフレーム構造体のリニアジェネレータ３は、点線によって示されるように、フレーム構造体において複数の第１の四面体モジュール５１を画定するように構成されてもよい。各リニアアクチュエータ３は、複数の四面体モジュールの一部であり、したがって、三次元自己繰返し構造体がもたらされる。コンプライアントフレーム構造体は、閉じた構造体であり、上から見ると十角形の形状を有する。多くの他の形状が本発明の範囲から逸脱することなく想像され得ることが当業者にはすぐに理解される。フレーム構造体のレイアウトは、例えば、製造、保管、輸送、又は設置に関する特定の要件に従ってカスタマイズされてもよい。
【００６７】
図６ａ及び図６ｂは、上述のリニアジェネレータ３と実質的に剛性のスレッド要素１０との組み合わせを備える別のタイプのコンプライアントフレーム構造体５を示す。リニアジェネレータ３は、リニアジェネレータの群が共通のピボットジョイント４３から延びる状態で、コンプライアントフレーム構造体において四面体の幾何学的形状に配置される。これらのリニアジェネレータの群は四面体の角部４４を画定し、実質的に剛性のスレッド要素１０が前記角部間に延びる。リニアジェネレータが共通のピボットジョイント４３に四面体状に固定されることによって、ダイヤモンド格子の炭素原子と類似したフレーム構造体が提供される。リニアジェネレータとスレッド要素は、図６ａに点線で示されるように一緒に第２の四面体モジュール５２を画定する。
【００６８】
スレッド要素１０は、リニアジェネレータの圧縮及び伸長、並びにそれらの空間的方向性を制御することに寄与する。コンプライアントフレーム構造体が可撓性外膜によって取り囲まれ、内側のスペースが減圧されるときに、スレッド要素１０は、内方に動く可撓性外膜によってその長手方向に垂直な力を経験することになる。その結果、スレッド要素は、湾曲して、四面体の角部４４をさらに共通のピボットジョイント４３の方に強制することになる。これによって、リニアジェネレータは、延長された状態からニュートラル位置に強制される場合がある。四面体モジュールにおけるリニアジェネレータ及び／又は共通のピボットジョイントは、モジュールの幾何学的形状が確実に四面体のままであるようにするために、それらの自由度におけるいくつかの制約を有する。これはコンプライアントフレーム構造体が望ましくない形状に操られないようにするのに重要な特徴である。図６ａ及び図６ｂでは、スレッド要素１０は、可撓性外膜とは別個になるように示される。しかしながら、スレッド要素はまた、可撓性外膜に一体化されてもよい。
【００６９】
図７ａ、図７ｂ、及び図７ｃは、本発明の一態様に係るさらに別のコンプライアントフレーム構造体５を示す。このコンプライアントフレーム構造体は、コンプライアントフレーム構造体５の中央部に配置される第１の四面体モジュール５１と、コンプライアントフレーム構造体の周辺部に配置される第２の四面体モジュール５２とを備える。第１の四面体モジュール５１の使用は、結果的により少ないリニアジェネレータを必要とするコンプライアントフレーム構造体をもたらし、第２の四面体モジュール５２の使用は、リニアジェネレータの延長に垂直に作用を及ぼす破壊力が減少される又は回避されるコンプライアントフレーム構造体を提供する。したがって、リニアジェネレータ３のみに基づく構造部とより短いリニアジェネレータ３とスレッド要素１０との組み合わせに基づく構造部との両方を備えるハイブリッドコンプライアントフレーム構造体５が提供される。
【００７０】
図９に示すように、第１の四面体モジュール及び第２の四面体モジュールは、個々のモジュール膜６６を備えてもよく、これにより、フレームモジュール５３を構成する。これらのフレームモジュールは、浮くコンプライアントベッセルを提供するためにいくつかの異なる方法で組み合わされてもよい。フレームモジュールは、設計の増加した自由度を提供し、様々な幾何学的形状の浮くコンプライアントベッセルが、こうしたフレームモジュール５３に基づいて構築されてもよい。
【００７１】
浮かぶコンプライアントベッセル２の製造は、よく知られている標準的な構成部品に基づいてなされてもよい。これらの標準的な構成部品は、世界中のどこで製造されてもよく、１つまたは複数の浮くコンプライアントベッセルの設置場所の近くの組立場に容易に輸送される。組立場で、標準的な構成部品は、浮くコンプライアントベッセル及び波エネルギー変換装置を提供するべく比較的簡単に組み立てられる。浮くコンプライアントベッセルは自己支持式であり、浮揚性があるので、波エネルギー変換装置は、設置場所、例えば沖合に牽引されてもよい。したがって、設置は重機の必要なしになされてもよい。設置場所で、浮くコンプライアントベッセルは、前もって準備されていてもよい適切な固定手段１００を用いて取り付けられる。さらに、浮くコンプライアントベッセルは、例えば、前述のように浮くコンプライアントベッセルから延びる送電線１０１を介して必要なインフラストラクチャに接続することができる。浮くコンプライアントベッセルは、次いで、減圧され、適切な喫水に潜水されてもよい。
【００７２】
また、コンプライアントベッセルの浮力は、浮くコンプライアントベッセルに関連する浮力制御手段によって制御されてもよい。浮力は、気象条件に関連して制御されてもよく、浮くコンプライアントベッセルは、過酷な気象条件下で波エネルギー変換装置を保護するために部分的に又は完全に潜水され得ることが想定される。可撓性膜は、波エネルギー変換器装置のサービス及びメンテナンスのために、浮くコンプライアントベッセルの内側のスペースへのハッチアクセス部を有するように構築されてもよい。
【００７３】
本発明の一態様によれば、波エネルギー変換装置は、いくつかの異なる構成で用いられてもよい。例えば、波エネルギー変換装置は、装置を制御する及び装置をグリッドに接続するために専用のパワー変換システム及びインフラストラクチャを有する専用のパワー回路を備える独立型の装置として設置されてもよい。別の実施形態では、複数の波エネルギー変換装置が、ウェーブパークなどとして表され得るように互いに近くに設置される。こうしたシステムでは、波エネルギー変換装置のそれぞれは、装置を制御する及び装置をグリッドに接続するために共通のパワー回路において共通のパワー変換システム及びインフラストラクチャと接続されてもよい。
【００７４】
さらに、前述の波エネルギー変換装置は、リニアジェネレータの動作モードを逆にすることによって波を発生させるために用いられてもよい。リニアジェネレータに加圧された作動液などのパワー入力を供給することによって、リニアジェネレータは、パワー出力を提供するリニアアクチュエータの機能を有してもよい。リニアジェネレータの動きが、コンプライアントベッセル２の幾何学的形状を変化させ、それにより、波がコンプライアントベッセルによって発生してもよい。
【００７５】
本発明は、特定の実施形態と組み合わせて説明されているが、提示された例に多少なりとも限定されると解釈されるべきではない。本発明の範囲は、付属の請求項の組によって記載される。請求項との関連において、備える又は含む（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」）という用語は、他の可能な要素又はステップを除外しない。また、「ａ」又は「ａｎ」などがついた言及は、複数形を除外すると解釈されるべきではない。図面に示される要素に関する請求項での参照符号の使用も、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。さらに、異なる請求項で言及される個々の特徴は、ことによると有利に組み合わされてもよく、異なる請求項でのこれらの特徴の言及は、特徴の組み合わせが可能及び有利ではないことを除外しない。
【図１ａ】
0006612770.tif 000002
【図１ｂ】
0006612770.tif 000003
【図２ａ】
0006612770.tif 000004
【図２ｂ】
0006612770.tif 000005
【図３】
0006612770.tif 000006
【図４ａ】
0006612770.tif 000007
【図４ｂ】
0006612770.tif 000008
【図５ａ】
0006612770.tif 000009
【図５ｂ】
0006612770.tif 000010
【図６ａ】
0006612770.tif 000011
【図６ｂ】
0006612770.tif 000012
【図７ａ】
0006612770.tif 000013
【図７ｂ】
0006612770.tif 000014
【図７ｃ】
0006612770.tif 000015
【図８ａ】
0006612770.tif 000016
【図８ｂ】
0006612770.tif 000017
【図８ｃ】
0006612770.tif 000018
【図９】
0006612770.tif 000019