(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の水面に浮くよう適合された１以上のフレキシブルパイプを具える自由浮遊波力エネルギコンバータであって、前記１以上のフレキシブルパイプは、当該１以上のフレキシブルパイプが前記水域における波の方向に所定角度で相対するように係留された場合に交互に水と空気のスラグを受ける入口端部と、動力取り出し装置および他のデバイスに液体連通する出口端部とを具え、
前記１以上のフレキシブルパイプに互いに離間した位置に取り付けられた複数の支持部であって、各々が前記１以上のフレキシブルパイプの長軸を横切って、前記１以上のフレキシブルパイプから両側に外側に延在する複数の支持部と、
前記支持部に前記１以上のフレキシブルパイプの両側に取り付けられた２以上の膨張型チューブであって、各々が前記１以上のフレキシブルパイプの長軸とほぼ平行に長手方向に延在し、当該２以上の膨張型チューブがそれぞれ気体で膨張したり収縮したりすることによって前記１以上のフレキシブルパイプが前記水域の水面に対して上昇および下降される、２以上の膨張型チューブと、を具えることを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記気体が空気であることをことを特徴とするコンバータ。
【請求項３】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記支持部の両側に取り付けられた２つの前記膨張型チューブが、選択的に膨張および収縮可能であることを特徴とするコンバータ。
【請求項４】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブと流体連通して前記チューブを前記気体のソースに接続するホースを具えることを特徴とするコンバータ。
【請求項５】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記支持部は、前記１以上のフレキシブルパイプの長軸に沿って等間隔であることを特徴とするコンバータ。
【請求項６】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブは、膨張した場合に、前記１以上のフレキシブルパイプを前記水域の水面より上に保持することを特徴とするコンバータ。
【請求項７】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記１以上のフレキシブルパイプは、当該１以上のフレキシブルパイプ内に水が導入され、前記２以上の膨張型チューブが収縮されたときに、前記水域の水面下に沈降し得ることを特徴とするコンバータ。
【請求項８】
請求項１に記載のコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブが部分的に膨張されたときに、前記１以上のフレキシブルパイプの波頭セグメントは前記水域の水面より上に保持され、前記１以上のフレキシブルパイプの波間セグメントは前記水域の水面下に沈むことを特徴とするコンバータ。
【請求項９】
水域の水面に浮くよう適合された１以上のフレキシブルパイプを具える自由浮遊波力エネルギコンバータであって、前記１以上のフレキシブルパイプは、当該１以上のフレキシブルパイプが前記水域における波の方向に所定角度で相対するように係留された場合に交互に水と空気のスラグを受ける入口端部と、動力取り出し装置および他のデバイスに液体連通する出口端部とを具え、
前記１以上のフレキシブルパイプに互いに離間した位置に取り付けられた複数の支持部を具え、
各々の前記支持部が、前記１以上のフレキシブルパイプの長軸を横切って、前記１以上のフレキシブルパイプから両側に外側に延在することを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、２以上の膨張型チューブが前記支持部に、前記１以上のフレキシブルパイプの両側に取り付けられていることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、各々の前記膨張型チューブが、前記１以上のフレキシブルパイプの長軸とほぼ平行に長手方向に延在することを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブがそれぞれ気体で膨張したり収縮したりすることによって、前記１以上のフレキシブルパイプが前記水域の水面に対して上昇および下降されることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記気体が空気であることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１４】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記支持部の両側に取り付けられた２つの前記膨張型チューブが、選択的に膨張および収縮可能であることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１５】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブと流体連通して前記チューブを気体のソースに接続するホースを具えることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１６】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記支持部は、前記１以上のフレキシブルパイプの長軸に沿って等間隔であることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１７】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブは、膨張した場合に、前記１以上のフレキシブルパイプを前記水域の水面より上に保持することを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１８】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記１以上のフレキシブルパイプは、当該１以上のフレキシブルパイプ内に水が導入され、前記２以上の膨張型チューブが収縮されたときに、前記水域の水面下に沈降し得ることを特徴とする自由浮遊波力エネルギコンバータ。
【請求項１９】
請求項１０に記載の自由浮遊波力エネルギコンバータにおいて、前記２以上の膨張型チューブが部分的に膨張されたときに、前記１以上のフレキシブルパイプの波頭セグメントは前記水域の水面より上に保持され、前記１以上のフレキシブルパイプの波間セグメントは前記水域の水面下に沈むことを特徴とするコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋波力エネルギコンバータ（ＷＥＣ）に関する。より具体的には、本発明は、新しいＷＥＣに取り付けるか既存のＷＥＣに後付けすることができ、波力エネルギをを抽出するための波力エネルギコンバータに用いられるフレキシブルパイプまたはその集合体に改良された可変浮力と向上したキャプチャ幅を提供し、それによってＷＥＣの効率とエネルギ変換能力を向上させる装置である。
【発明の概要】
【０００２】
本出願人の複数の前の出願または特許によって特定の自由浮動波力エネルギ型の波力エネルギコンバータが開示されており、例えばインド特許番号２３９８８２「Free Floating A Wave Energy Converter」、「Free Floating Wave Energy Converter」（ＦＦＷＥＣ）／（米国特許＃ＵＳ２００８０２２９７４５）等、「An Improved Free Floating Wave Energy Converter」（ＩＦＦＷＥＣ）／インド出願２５１１／ＣＨＥ／３４５８、ＷＯ２０１３０１４６８２Ａ２、ＰＣＴ／ＩＮ２０１２／０００５１０、ＥＰ２０１２０７５３５９０、ＣＡ２８４４０２３Ａ１、ＣＮ１０３８１４２１１Ａ、ＵＳ２０１４０１５７７６７、および「Free Floating Wave Energy Converter With Control Devices」の名称の米国出願がある。
【０００３】
上記列挙した発明は本質的に、ある水域上すなわち海面に浮かんで波形に順応する入口とフレキシブルパイプでなる。フレキシブルパイプの口部は入口と液体連通し、その出口はさらに動力取り出し装置や他のデバイスと液体連通している。入口はフレキシブルパイプへ空気−水のスラグを取り込み、横波によって前に押され、内部に累積的に圧力を構築し、従来型の水車発電機を駆動したり他の目的のために水を圧送したりすることができる。
【０００４】
本発明は、フレキシブルパイプを用いて波力エネルギを抽出するＷＥＣの浮力を向上し制御するためのいくつかの改良を開示する。
【０００５】
従来技術において、インド出願番号２５１１／ＣＨＥ／２０１１は膨張型チューブ１３００、１３０２の利用を開示しており、図１３Ｂではフレキシブルパイプが水中に沈没するのを防ぐ特定の手段および方法を有する実施例が開示されている。
【０００６】
この構成はまた、フレキシブルパイプ２０４の一部を制御された深さまで波の谷をくぐらせ、当該水域の波の高さと比較した場合のフレキシブルパイプ２０４の振幅あるいは有効波高を増大させる意味がある。したがって、フレキシブルパイプ２０４の波力エネルギ吸収能は有効波高に比例して増大する。フレキシブルパイプをより大きな波面にさらすために、フレキシブルパイプは接近する波に対してある角度に配向させることができる。
【０００７】
さらにインド特許出願２５１１／ＣＨＥ／２０１１の図１および関連する説明を参照すると、摩擦や他の損失なく有効波高の合計として、フレキシブルパイプ２０４によって圧力ヘッドが形成されることが示されている。
【０００８】
しかしながら、当業者には明らかなように、実際の状況で圧力ヘッドを形成するには、例えば水スラグを前に押すのに必要な力、圧力ヘッドに対する特定の速度、摩擦および排出レート等のいくつかの他の要素が含まれる。これらの力に加え、フレキシブルパイプが水面下に入った場合には、フレキシブルパイプの外表面の水の摩擦による特定の摩擦損失がある。
【０００９】
このように、フレキシブルパイプ２０４および膨張型チューブ１３００、１３０２のエアセグメントの有効幅またはキャプチャ幅は、特に圧力差（有効波高）が大きいときに、構成物が波頭の下に沈んでしまうのを防ぐのに十分ではなかった。
【００１０】
さらに、膨張型チューブ１３００、１３０２をフレキシブルパイプ２０４に取り付けるための詳細や、当該構成による付加的な利点は以前の出願に開示されていない。
【００１１】
本発明は特定の改良点、追加的な特徴および利点を有する実施例の詳細を開示するものである。
【００１２】
発明の目的
本発明の目的は、水域におけるキャプチャ幅、有効波高および圧力差を増大させ、フレキシブルパイプの水没を抑止することによって、波力エネルギを抽出するためのフレキシブルパイプを用いた自由浮遊波力エネルギコンバータのエネルギ抽出能力を向上させることである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の上記のおよび他の利点が、添付図面を参照した場合の以下の好適な実施例の詳細な説明から明らかとなる。
【図１】図１（ａ）は、圧力ヘッドがないフレキシブルパイプと空気−水スラグを示し、図１（ｂ）は「位相シフト」および波の高さに減損を生じる圧力ヘッドを示す。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ好適な実施例の側面図、正面図、および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この説明と添付図面は、本発明の複数の例示的な実施例について本発明を製造し使用できるように説明し図示するものであり、いかなる方法でも本発明の範囲を限定するものではない。開示された方法に関して、各ステップは本質的に例示として提示され、したがって各ステップの順番は必要または必須ではない。所望の結果を得るための特定の設計の本質が以降の段落で説明される。
【００１５】
図１は、紙面の左手側から右手側へと動く波「Ｗｄ」を示す。フレキシブルパイプ２０４は波１１００と同相で浮遊する。入口が、空気１０１２と水１０１１のスラグをフレキシブルパイプ２０４またはその集合体（図示せず）の口内に取り込み、ここではエネルギは抽出されず、高架タンク１１２０は空であり中に水はなく、あるいは気圧ヘッドＰＨ０が「ゼロ」であり、摩擦損失は考慮されない。
【００１６】
この場合、フレキシブルパイプ２０４は波１１００に従い、浮力中心「Ｂ」と重心「Ｇ」、および空気と水のスラグ１１０２／１１０１がそれぞれの頂上部と谷部の中心に残っている。浮力Ｆｂと重量「Ｗ」が、各波の浮力中心（Ｂ）と重心（Ｇ）に作用する。しかしながら、フレキシブルパイプの波間の谷部は、内部の水の重さのために波の谷より僅かに下となる。フレキシブルパイプ２０４の振幅ａｐと波の高さ「Ｈ」はほぼ等しい。
【００１７】
これに対し図１（ｂ）では、フレキシブルパイプが水面に浮遊しており、入口が、空気１０１１と水１０１２のスラグをフレキシブルパイプ２０４の口内に取り込んでいる（図示せず）。フレキシブルパイプは波力エネルギを抽出し、いくらか水が入った高架タンク１１２０によって表される圧力ヘッドＰＨｘを構成する。
【００１８】
フレキシブルパイプ２０４からの空気と水のスラグは、フレキシブルパイプの出口を通る圧力下でタンク１１２０へと圧送され、圧力ヘッドＰＨ（ｘ）を生じさせる。圧力ヘッドＰＨ（ｘ）に対して特定の流速と流量で水を圧送すると、流体摩擦とともに、背圧Ｈｐを生成し、これがそれぞれの谷部のＧを通してフレキシブルパイプ２０４を波の動きに対して押し戻すよう作用する。この力は水平要素Ｈｐ（ｘ）と下向き垂直要素Ｈｐ（ｙ）に分解することができる。さらに、水スラグの重量（Ｗ）も垂直面において下向きに作用する。
【００１９】
さらに、フレキシブルパイプ２０４の水面下の部分は、波がフレキシブルパイプ２０４に沿って前進する際に、外側の水域からの引きずり／摩擦「ｆｗ」を生成する。
【００２０】
箇所Ｇにおける水平および垂直要素の合計は、合成の「Ｒ」として決定し得る。
【００２１】
これらに加えて、浮力Ｆｂが浮力中心Ｂを通り垂直方向上側に作用する。水平要素Ｆｙはフレキシブルパイプ２０４の前進動作に対抗し、垂直要素は上昇力Ｆｘを生じさせる。
【００２２】
上記の力を平衡させるために、水スラグ１０１１が後方に押され、前進する波の頂上に登ろうとし、一方で空気セグメント１０１２が後にずれて波の頂上より下となる。重心「Ｇ」と浮力中心「Ｂ」も遅れる。
【００２３】
これによりフレキシブルパイプ２０４が前進する波１１００の面に対し、水平Ｈｐ（ｘ）＋ｆｗおよび垂直Ｈｐ（ｙ）の圧力を合成ベクトル「Ｒ」の方向にかけ、これによって位相シフト「Φｓ」および、波高Ｈと比較した場合にフレキシブルパイプ２０４の振幅ａｐｘに特定の波高損失ＨＬ分の減少を生じさせる。その結果、水スラグの圧力差「Ｐｄ」も減少し、水スラグが沈み始める。前進する波はフレキシブルパイプの頂上を乗り越え、これを沈ませる。
【００２４】
このように、圧力ヘッドが高くなると位相シフトが大きくなり、圧力差が小さくなると抽出可能な波力エネルギが小さくなる。
【００２５】
これも水スラグを１の波間セグメントから別の波間セグメントへと流れ落とすよう作用し、前の発明に開示された実施例の膨張型チューブ１３００による付加的な浮力にも関わらず、フレキシブルパイプを沈降させる。
【００２６】
本発明の一実施例１３３０は、上記不都合を克服する解決策を提案する。
【００２７】
図２（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）は、好適には係留され、波に所定角度で面するよう配向され、例えば海面といった水域に浮遊し、波形に順応する、フレキシブルパイプ２０４またはその集合体を示す。
【００２８】
フレキシブルパイプ２０４の口部は入口と液体連通しており、その出口はさらに、本図には示さない動力取り出し装置や他のデバイスと液体連通している。
【００２９】
入口は空気−水のスラグ１０１２−１０１１をフレキシブルパイプ内へと取り込み、これらが横波によって押され、段階的に内部に圧力を構築し、これを従来型の水車発電機を駆動したり他の目的に水を圧送したりするのに利用できる。
【００３０】
フレキシブルパイプ２０４またはその集合体の外部には、複数の水平支持部１３１５がフレキシブルパイプ２０４の長さの全部に沿って取り付けられている。
【００３１】
これらの水平支持部１３１５は両側に等しく外側に延在し、フレキシブルパイプ２０４の長さ全部に沿って等間隔である。
【００３２】
これらの水平支持部１３１５は、適切なスパンである。
【００３３】
これらの水平支持部１３１５は等間隔で、適切に隔てられている。
【００３４】
水平支持部１３１５は、好ましくは複合材といった腐食しない軽量材料でなるビーム、リブ等であり、例えば所望の長さと外形の格子構造といった連続的な負荷の浮動に耐えるのに十分な引っ張り強度を有する。
【００３５】
水平支持部１３１５の上には、少なくとも２つの膨張型チューブ１３００がフレキシブルパイプ２０４またはその集合体の長さに沿って取り付けられている。
【００３６】
この膨張型チューブ１３００は、フレキシブルパイプ２０４とほぼ平行に設けられている。
【００３７】
膨張型チューブ１３００は、水平支持部１３１５の上側、下側、または両側に取り付けることができる。
【００３８】
膨張型チューブ１３００は好ましくは重合体材料や弾性ゴムなどで作成され、浮力を変えるために選択的に膨張または収縮される。
【００３９】
膨張型チューブ１３００はその浮力を変えるために選択的に膨張または収縮される。
【００４０】
膨張型チューブ１３００はより短い長さのものを、互いに直列に流体連通するように適切に相互接続されてもよい。
【００４１】
膨張型チューブ１３００の前端部と後端部の開口部は、空気ホース１３１７を通して、圧力調節部、制御部、マイクロプロセッサ等を有するブロワポンプまたは圧力チャンバ２０８、コンプレッサといった圧力源に流体接続され、これらは本図には示されていない。
【００４２】
膨張型チューブ１３００の数および／または直径と、水平支持部１３１５のスパンを増大させると、フレキシブルパイプの浮力とキャプチャ幅が比例して増大する。
【００４３】
膨張型チューブ１３００が完全に加圧されたら、全長にわたる浮力はフレキシブルパイプ２０４が水で満たされた場合でも常に水面上に浮かせるのに十分なものとなる。
【００４４】
膨張型チューブ１３００が収縮し、フレキシブルパイプまたはその集合体がほとんど水で満たされたら、浮力の増大はない。したがって、フレキシブルパイプと取り付けられたデバイス１３３０は特に嵐の間に沈降させておくことができる。膨張型チューブ１３００に空気を入れ直すと、デバイスは再び浮上して通常動作に戻る。
【００４５】
膨張型チューブ１３００内の圧力がある程度まで減少すると、水スラグ、フレキシブルパイプ、および取り付けられたデバイス１３３０の組み合わさった重量によって谷部１３００Ｂが沈み始める。その結果、谷部１３００Ｂから空気が絞られ膨張型チューブ１３００Ａの頂上セグメントへと押しやられ、そこにおける浮力がさらに増す。
【００４６】
膨張型チューブの頂上部が波頭より常に上に残っているとともに、その谷部が波間の谷の下となることが看取できる。
【００４７】
膨張型チューブ１３００内の空気量を調整すると、膨張型チューブとフレキシブルパイプ２０４またはその集合体の構成１３３０の振幅ａｐが、圧力差Ｐｄとともに、対応する波の高さＨと比べて有意な広がりで可変となる。
【００４８】
さらに、膨張型チューブの谷部１３００Ｂが沈むと、その外面に作用する水圧が深度とともに上昇し、１３００Ｂ内の流路を進歩的に構築／密封し、したがって谷部間を自由に流れる空気を妨げ／遮断する。
【００４９】
その結果、膨張型チューブの頂上部１３００Ａは常に波の頂上より上に残り、したがって位相ロックが構成され、これによりフレキシブルパイプが波の頂上の下となって沈下するのが防がれる。
【００５０】
膨張／収縮可能なチューブ１３００Ａ／１３００Ｂ内の空気は波とともに前方に押され、チューブの前端部から後端部へと進むと上記のように空気ホース１３１７を通って循環される。
【００５１】
波のパラメータは変化するため、波の高さと長さが変化し、セグメント間での空気と水のスラグの交換が保証される。これが生じると、膨張型パイプ１３００の作用セグメント間での気圧の差が膨張型チューブ１３００Ｂの収縮部分の封止の限界を超え、これによってセグメント間の空気の移動が可能となる。
【００５２】
このように、本発明の目的が前述の段落に開示した手段と方法を採用することにより達成される。
【００５３】
同じ動作原理および構成の多様な他の置換や組み合わせも可能であるが、本書に記載していない。
【００５４】
本書に網羅される本発明の多くの特徴と利点が上記説明で記載されているが、本開示は多くの観点で単なる説明であると理解されたい。
【００５５】
詳細部分、特に形状、サイズ、部品配置は、本発明の範囲を逸脱することなく変更を加えることができる。
【図１】
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【図２（ａ）−２（ｃ）】
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