(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水の鉛直方向の動きからのエネルギーを変換する装置であって、
海底（２）に実質的に直立して用いられる中空ボディ（１）であって、水が中空ボディ（１）に自由に出入りして移動するように、その壁に少なくとも１つの開口部（１４）が設けられている中空ボディ（１）と、
海面の動きにより鉛直方向に該中空ボディ（１）に対して可動である浮遊ボディ（７）と、
エネルギー発生手段（１３）に接続されたプロペラ（１１）と
を含み、中空ボディ（１）に対して浮遊ボディ（７）が動くことによって中空ボディ（１）の体積が変化し、これにより、中空ボディ（１）の内部に流体フローを起こしてプロペラ（１１）が駆動され、および、該中空ボディ（１）が平行な側壁（３）を有し、該浮遊ボディ（７）が、その頂部または底部の開口部を閉鎖するためのキャップ様部材（２６）を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記キャップ（２６）には、外気と連通するバルブ手段（１９）が設けられ、出口が該キャップ（２６）に配置され、該出口にはバルブ手段（２０）が設けられ、該出口は空気リザーバー（４２）と連通し、該空気リザーバー（４２）は、エネルギー発生手段（１３）に接続されたプロペラ（１１）と連通することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
前記リザーバー（４２）が前記キャップ（２６）に配置されていることを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項４】
前記中空ボディ（１）には、前記側壁（３）間にある狭い流路（４）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項５】
エネルギー発生手段（１３）に接続されたプロペラ（１１）が前記流路（４）に設けられていることを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の装置。
【請求項６】
キャップ（２６）には、少なくとも１つの開口部（１５）が設けられていることを特徴とする、請求の範囲第１、４、または５項に記載の装置。
【請求項７】
キャップ（２６）には、前記開口部（１５）に取り付けられたふた（２９）が設けられ、該ふた（２９）は空気式手段（３０）によって作動されることを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の装置。
【請求項８】
前記浮遊ボディ（７）が、前記キャップ（２６）と、該キャップ（２６）に接続された少なくとも１つのフロート部材（２７、２８）とを含むことを特徴とする、請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
異なる直径を有する２対のピストンおよびシリンダー（３１、３３；３２、３４）を含む液圧式増幅器（２３）であって、１つのピストン（３１）が前記フロート部材（２７、２８）に接続され、他方のピストン（３２）が前記キャップ（２６）に接続された液圧式増幅器（２３）が備えられていることを特徴とする、請求の範囲第８項に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロペラ（１１）の羽根は、プロペラの一方向の回転を得るために、前記中空ボディ（１）の内部の流体フローの方向に従って羽根角を変えられることを特徴とする、請求の範囲第５〜９項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記羽根が、ラック（３９）に交合するピニオン（３８）に取り付けられたシャフト（３７）に嵌め込まれ、該ラック（３９）が、作動手段に取り付けられていることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の装置。
【請求項１２】
前記作動手段が、前記プロペラ（１１）の頂部および／または底部にて前記流路（４）の内部の流体フローに対して垂直に配置されたプレート（４０、４１）により形成されることを特徴とする、請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項１３】
海水の鉛直方向の動きからのエネルギーを変換する装置であって、
海底（２）に実質的に直立して用いられる中空ボディ（１）であって、水が中空ボディ（１）に自由に出入りして移動するように、その壁に少なくとも１つの開口部（１４）が設けられている中空ボディ（１）と、
海面の動きにより鉛直方向に該中空ボディ（１）に対して可動である浮遊ボディ（７）と、
エネルギー発生手段（１３）に接続されたプロペラ（１１）と
を含み、中空ボディ（１）に対して浮遊ボディ（７）が動くことによって中空ボディ（１）の体積が変化し、これにより、中空ボディ（１）の内部に流体フローを起こしてプロペラ（１１）が駆動され、および、該浮遊ボディ（７）が膜（９）を含み、膜（９）は、該中空ボディ（１）内で海水から流体（１０）を分離し、該流体自身は、海水より低い密度を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
海面の鉛直方向の動きの所定の振動数の際に、前記流体が、それ自身の固有振動数で振動するように、流体のタイプおよび体積ならびに前記中空ボディ（１）の形状が選択されることを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載の装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１〜１４項のいずれかに記載の装置が並列に設けられたアレンジメントであって、各装置のアウトレット・シャフトが共通のシャフトに接続されていることを特徴とするアレンジメント。
【発明の詳細な説明】
本発明は、海底に実質的に直立して用いられる中空ボディであって、水が自由に中空ボディに入るかこれから出て移動するように、その壁に少なくとも１つ開口部が設けられている中空ボディを含む、海水の鉛直方向の動きからのエネルギーを変換する装置に関する。
波、うねり、および潮の干満による海水の運動は、そのエネルギーを変換するために多くの既知の提案において用いられている。
本発明の目的は、この装置を改良することにある。
これは、海面の動きにより鉛直方向に該中空ボディに対して可動である浮遊ボディ（またはフローティング・ボディ）であって、該中空ボディ内の空間と連通し、その体積を変化させるようになっている浮遊ボディを有する、海水の鉛直方向の動きからのエネルギーを変換する装置によって達成される。
中空ボディの体積の増加および減少の際に、流体フローが中空ボディに導入される。この流体フローは、直接的または間接的にエネルギー発生手段に接続されたプロペラを駆動するために用いられる。
中空ボディは、好ましくは、平行な側壁を有し、浮遊ボディは、その頂部または底部の開口部を封止するためのキャップ様部材を含む。キャップ様部材は、中空ボディの側壁に沿って、海水の鉛直方向の動きと共に上および下に移動する。
本発明の１つの実施態様によれば、キャップには、外気と連通するバルブ手段が設けられ、出口が該キャップに配置され、出口にはバルブ手段が設けられ、出口は空気リザーバーと連通し、空気リザーバーは、エネルギー発生手段に接続されたプロペラと連通する。この実施態様においては、中空ボディ内に導入される流体フローが、液体フローならびに空気フローを含み、空気フローはプロペラを駆動させるために使用される。
好ましい実施態様において、リザーバーは前記キャップに配置されている。
流体フローの加速は、前記側壁間に狭い流路が中空ボディに備えられた場合に得られる。
本発明のもう１つの実施態様においては、エネルギー発生手段に接続されたプロペラが流路に設けられる。この実施態様においては、流体フローがプロペラを直接的に駆動する。流路内の流体の加速によって、プロペラの駆動の可能性が最適に利用される。
キャップが海面より上に位置する場合、キャップには少なくとも１つの開口部が設けられる。この方式では、キャップの下方にて捕捉された空気が大気中に排出され得る。キャップには、前記開口部またはそれぞれの開口部に嵌まるふたが設けられていてもよく、ふたは空気式手段によって作動される。所望であれば、捕捉された空気を排出するために、ふたは開口部から持ち上げられ得る。
好ましくは、浮遊ボディは、キャップと、キャップに接続された少なくとも１つのフロート部材とを含む。キャップは、フロート部材の動作によって上および下に動く。
フロート部材によってキャップに伝達される海の動きの影響は、異なる直径を有する２つのピストン／シリンダーを含む液圧式増幅器であって、１つのピストンがフロート部材に接続され、他方のピストンがキャップに接続された液圧式増幅器によって増幅されてもよい。
いくつかの実施態様においてプロペラの一方向の回転を得るために、プロペラの羽根は、中空ボディ内の流体フローの方向に従ってフェザーリングされる（または羽根角を変えられる）。
好ましい実施態様においては、羽根は、ラックに交合するピニオンに取り付けられたシャフトに嵌め込まれ、該ラックは作動手段に取り付けられている。この方法において、流体フローの方向に関係なく一方向にプロペラを回転させるために、羽根は適切な角度位置にピボットすることができる。
好ましい実施態様においては、作動手段は、プロペラの頂部および／または底部にて中空ボディの内部の流体フローに対して垂直に配置されたプレートにより形成される。流路内の流体フローの力は、プロペラの羽根を正しい向きに押し動かす。
本発明のもう１つの実施態様においては、浮遊ボディは、中空ボディ内の流体を海水から分離する膜を含み、流体自身は、海水より低い密度を有する。この実施態様によれば、誘導（またはガイド）を要する可動部材を用いない。
この実施態様においては、海面の鉛直方向の動きの所定の振動数の際に、流体が、それ自身の固有振動数で（共振して）振動するように、流体のタイプおよび体積ならびに中空ボディの形状が選択される。中空ボディ内の流体の振動の振幅は、海面の振動の振動数が流体の固有振動数に一致する場合に最大となる。
本発明によれば、並列配置された複数の装置のアウトプット（または出力）を共通のシャフトに接続することが可能である。
本発明を、添付の図面に基づいて図を用いて説明する。
図１は、本発明による第１の実施態様の断面図を示す。
図２は、図１による装置が複数並列された配置（またはアレンジメント）を概略的に示す。
図３は、第２の実施態様の断面図を示す。
図４は、第３の実施態様の断面図を示す。
図５は、第４の実施態様の断面図を示す。
図６は、キャップおよび中空ボディのもう１つの配置を有する第５の実施態様の断面図を示す。
図７は、液圧式増幅器を有する第６の実施態様の断面図である。
図８は、本発明による、フェザーリング羽根（ｂｌａｄｅ  ｆｅａｔｈｅｒｉｎｇ）を有する実施態様を示す。
図９は、第７の実施態様の断面図を示す。
図１０は、第８の実施態様の断面図を示す。
全ての図面において、中空ボディを１で示し、浮遊ボディを７で示す。
第１の実施態様である図１による装置は、海底２に用いられ、平行な側壁３を有する中空ボディ１からなる。中空ボディ１の内側には、側壁３の間に狭い流路４が設けられている。浮遊ボディ７は、中空ボディ１内の流体１０を海水から分離する膜９と流体１０それ自身とを含む。
内方向拡張部５、６、中空ボディの壁３、ならびに可撓性膜部材９によって第１の空間が規定される。低い海面Ｎ１の間は、膜９は記述の位置にあり、他方、高い海面Ｎ２の際には、膜９は矢印Ｐの方向に移動され、流体１０が第１の空間から第２の空間へ上方に動かされる。第２の空間は、中空ボディ１の上部に位置し、内方向拡張部５、６、中空ボディ１の壁３、および中空ボディ１の頂部８によって規定される。狭い流路４によって、流路４内の流体が加速される。流路４を通って移動された流体は、プロペラ１１を駆動する。プロペラ１１は、シャフト１２によって、電気エネルギーを発生させるための発電機１３に接続されている。Ｎ２からＮ１へ海面が低下する際には、第２の空間内の流体は、重力によって第１の空間に戻り、再びプロペラ１１を駆動する。中空ボディ１の下方の壁３には、海水の入口用の開口部１４が設けられている。頂部８には、第２の空間を流体で充填する間に空気を逃がすために、開口部１５、１６が設けられている。
図２においては、本発明による装置が、海底に並列に立っている。各装置のアウトレット・シャフト（または出力シャフト）は、共通のシャフトに接続されている。
図３による第２の実施態様においては、装置は中空ボディを含む。中空ボディ１の内側には、内方向拡張部分５、６の間に狭い流路４が設けられている。２つの空間２４、２５が、流路４の両側に設けられている。中空ボディ１の頂部８は、フロート部材２７、２８に接続されたキャップ２６によって覆われている。浮遊ボディ７は、キャップ２６とフロート部材２７、２８を含む。キャップ２６には少なくとも１つの開口部１５が設けられ、開口部１５はふた２９によって閉じることができる。捕捉された空気を大気中に排出するために、ふた２９は、空気式手段などの作動部材（またはアクチュエーター）３０により可動である。共振（または同調）のために、外部の海面の動きが、ボディ１の内部の海面の動きと同じ方向で、かつこれよりも速い場合にのみふた２９が閉じられる。フロート部材２７、２８によりキャップ２６に伝達される波の動きによって、キャップ２６が上および下に動く場合に、ボディ１の内部でキャップ２６と海面との間に捕捉される空気は、それぞれ圧縮および膨張され、よって、海水からなるカラムが流路４を通って流れ、タービン１１が駆動する。中空ボディ１の内部の空気の体積を調節するために、ふた２９を閉または開にしてよい。
中空ボディ１の下側には、閉鎖可能な開口部１４が設けられている。これにより、中空ボディ１の内部の流体カラムの長さが調節可能であり、これにより、その固有振動数は、海水の動きの振動数に調節することができる。
キャップの内部には、水カラムの頂面に関してキャップの動きの速度を測定するために、トランスデューサー３４、３５が設けられている。
本発明による装置の第３の実施態様を図４に示す。この装置は、海水の入口用の開口部１４を残して、脚部１７によって海底に立っている中空ボディ１を含む。中空ボディ１の頂部は、キャップ２６により封鎖され、キャップ２６はフロート部材２７、２８の動作によって上および下に自由に動き、またフロート部材２７、２８は海の波によって動く。フロート部材２７、２８が波上で上方に動くと、これは、キャップ２６を中空ボディ１に対して上方に動かす。空気プロペラ１１は、キャップ２６に取り付けられ、フレーム１８によりキャップに支持される発電機１３に接続されている。
この構成は、結果的には、２つのスプリングの直列接続である力学系を提供する。キャップ２６の下方にて圧縮される空気は、スプリングとして挙動し、中空ボディ１内の水は、アルキメデスの原理の結果としてスプリングのように挙動する。キャップ２６が動くと、空気は圧縮および膨張される。これは、次に、中空ボディ１内で水を振動させる。キャップ２６の動きの方向にかかわらず、回転が常に同じ方向となるように、プロペラ１１にはフェザーリングされ得る羽根が備え付けられる。プロペラ１１により付与される減衰（またはダンピング）レベルを、デバイスがうねりの一次周波数（ｐｒｉｍａｒｙ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に調和するように、中空ボディ１内の振動する水カラムの流体力学的挙動を最適化しなければならない。
図５は、本発明による装置のもう１つの実施態様を示す。図３の実施態様とは対照的に、この実施態様は、完全に海面下に配置される。フロート部材２７の動作の下に、キャップ２６が中空ボディ１の側壁３に沿って上および下に動かされる。流路４を通る水のフローがプロペラ１１を駆動する。プロペラ１１は、ギアボックス２１を通じて駆動シャフト２２に接続され、また駆動シャフト２２は、中空ボディ１からある距離にある、海面より上に位置する発電機を駆動するために噛合されていてもよい。
図６は、キャップ２６および中空ボディ１のもう１つの構成を示す。この実施態様において、発電機１３は中空ボディ１の頂部８に位置し、キャップ２６は下方から動かされる。この場合、中空ボディ１は脚部１７により支持される。水は、潮位が最も低い（干潮）ときの海面の直ぐ下に配置されている開口部１５、１６を通って中空ボディ１の頂部に自由に流入する。
図７には、液圧式増幅器２３を用いる実施態様が示される。液圧式増幅器２３は、海底に立っている脚部３５により支持される。フロート部材２７は、ピストン３１に接続され、ピストン３１は、キャップ２６に接続されたピストン３２より大きい直径を有する。フロート部材２７に接続されたピストン３１は、より大きい直径を有する増幅器２３の上部３３内で動き、キャップ２６に接続されたピストン３２は、より小さい直径を有する増幅器２３の下部３４内で動く。キャップ２６の動きは、大きい直径と小さい直径との間の比の二乗により得られる増幅度で増幅されることが明白である。
液体すなわち流体１０または海水の移動によって駆動されるプロペラを用いる、図１、３、５、６、および７の実施態様は、流路を通る流体フローが逆転したときにプロペラの回転が逆転するという欠点を有する。これは、流体フローの方向に従って羽根をフェザーリングすることができるプロペラを用いることによって回避され得る。
図８は、フェザーリング可能な羽根を有するプロペラ１１の可能な実施態様を示す。羽根は示していないが、シャフト３７のボディに切られたスロット３６に保持される。シャフト３７は、プロペラ１１のボディ内でピニオン３８に取り付けられ、ピニオン３８はラック３９に交合する。ラック３９は、頂部および底部にてプレート４０、４１に取り付けられ、プレート４０、４１は、プロペラ駆動シャフト１２に沿って上および下に自由に動く。図面を参照して、頂部プレート４０が下方に押された場合、ラック３９がピニオン３８を回転させ、これにより、スロット３６が時計回りに９０度回転する。これは、羽根が９０度回転することを意味する。逆に、底部プレート４１が上方に押される場合には、再びスロット３６は図示する向きとなる。これらの回転がちょうど流体フローの逆転時に起こると、プロペラ１１は一方向に回転し続け、よって、プロペラ１１内の慣性力を最小限にする。
流体フローの逆転の問題に対処するもう１つの可能性は、図９のような構成を用いることである。キャップ２６には、外気と連通する入口バルブ１９と、ダクト４３を通じてリザーバー４２と連通する出口バルブ２０とが設けられている。発電機１３に接続されたプロペラ１１は、リザーバー４２の出口流路に配置される。キャップ２６の上方へのストロークの際には、出口バルブ２０は閉じたままで、入口バルブ１９を通じて空気を吸引する。下方のストロークの際には、キャップ２６の下方の空気がダクト４３を通じてリザーバー４２に移されるように、出口バルブ２０が開き、入口バルブ１９が閉じる。リザーバー内の空気は、フェザーリング可能な羽根を要しないプロペラ１１を駆動するのに使用される。
図１０の実施態様では、リザーバー４２は、キャップ２６の下方に好都合に設けられる。この実施態様の機能は、図９の実施態様の機能に似ているが、空気が、キャップ２６の下方のリザーバー４２に貯蔵され、キャップ２６に取り付けられたプロペラ１１を駆動する点で異なる。
キャップ２６を用いる実施態様では、キャップ２６は自由に回転し、手段は、フロート部材２７、２８が到来する波の前部（ｉｎｃｏｍｉｎｇ  ｗａｖｅ  ｆｒｏｎｔ）に面し得るように、キャップ２６を自動的に位置付けるために用いられ得る。
海面のうねりを強制的に起こすために風車を据え付けることが更に可能であることに留意されたい。これは、海が比較的穏やかであり、これに対して風が強いという状況下で用いることができる。風のエネルギーを水の波に変換することは、例えばジェット気流を海面に吹き付けるなどの任意の適切な手段によって行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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