(57)【要約】  波エネルギーを回収してより有用な形態に変換するための発電機が提供される。発電機は、波動に応答して動くことがきる少なくとも１つのエネルギー回収フロート（２）と、エネルギー回収フロートの下に位置決めされる反応部材（１）と、少なくとも１つのエネルギー回収フロートを反応部材に接続して、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離（Ｄ２）を定めるための接続ライン（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）と、反応部材と少なくとも１つのエネルギー回収フロートのそれぞれとの間の相対運動を有用なエネルギーに変換するエネルギー変換器（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを備える。発電機は、海中の反作用部材の深さ（Ｄ１）を設定するために反作用部材を海底ＳＢに固定するための調節可能な係留ライン（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）などの深さ設定手段を含む。フロート及び反作用部材の両方は正の浮力をもち、係留ラインに対して適切な張力を加えることができる。正の正味浮力によってもたらされた改善された張力は、荒れた海面状態での改善された安定性の優れた効果を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の波動を有用なエネルギーに変換するための発電機であって、
前記波動に応答して動くことがきる少なくとも１つのエネルギー回収フロートと、
前記エネルギー回収フロートの下に位置決めされる反作用部材と、
前記少なくとも１つのエネルギー回収フロートを前記反作用部材に接続するための接続手段と、
前記反作用部材と前記少なくとも１つのエネルギー回収フロートのそれぞれとの間の相対運動を前記有用なエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、
を備え、
前記発電機は、所定範囲を超えて、水域内での前記反作用部材の深さ及び前記反作用部材の水域の底からの高さを設定するための、調節可能な深さ設定手段を含み、
前記フロート及び前記反作用部材の両方が正の浮力を有することを特徴とする、発電機。
【請求項２】
前記接続手段は、前記エネルギー回収フロートと前記反作用部材との間の距離を定める、請求項１に記載の発電機。
【請求項３】
前記接続手段は、前記エネルギー回収フロートと前記反作用部材との間の距離を独立して調節するために長さが可変である、請求項２に記載の発電機。
【請求項４】
前記フロート及び前記反作用部材の前記正の浮力は、前記深さ設定手段における適切な張力をもたらし、水面下にある場合、前記反作用部材に安定性を与える、請求項１、２、又は３に記載の発電機。
【請求項５】
前記接続手段は、可変長の少なくとも１つの可撓性ラインを備え、長さ調節は、前記又は各可撓性ラインをそれぞれのドラムの回りに巻き付けることで行われる、請求項１から４に記載の発電機。
【請求項６】
前記接続手段は、前記反作用部材に調節可能に取り付けられており、前記接続手段の幾何形状は変更できる、請求項１から５に記載の発電機。
【請求項７】
前記深さ設定手段は、可変長の少なくとも１つの可撓性係留ラインを備え、前記水域の底の上側で前記反作用部材を調節可能に位置決めする、請求項１から６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項８】
前記発電機は、前記少なくとも１つの可撓性係留ラインの張力が抗する正の正味浮力を有する、請求項７に記載の発電機。
【請求項９】
前記深さ設定手段は、ウインチによって前記反作用部材に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１０】
ａ．前記反作用部材の長さ
ｂ．前記反作用部材の幅
ｃ．前記反作用部材の直径
のうちの少なくとも１つは、２０から６０メートルの範囲から選択される、請求項１から９のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１１】
ａ．前記フロートの直径
ｂ．前記フロートの長さ
ｃ．前記フロートの幅
のうちの少なくとも１つは１０から２０メートルの範囲から選択される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１２】
前記フロートと前記反作用部材との間の分離距離は、０から５０メートルの範囲から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波エネルギーをより簡単に利用できるエネルギーに変換することに基づいて、水域内の波からエネルギーを抽出するために使用できる発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模のエネルギー生産に有意に貢献するので、再生可能エネルギーを利用する必要性が益々重要視されている。政府目標、非再生可能エネルギー源に関する問題のメディア表現、及び益々増え続けるエネルギーコストの組み合わせは、全て再生可能エネルギーシステムの開発への強力な原動力を与えている。
【０００３】
化石燃料の環境への悪影響は良く知られており、原子力エネルギーに関連する問題及び高コストも同様である。他方で、大きな自然発生量の再生可能エネルギーの利用は、単に経済的に実行可能な価格で回収及び供給する能力によって制限される。
【０００４】
１つの可能性のある再生可能エネルギー源は波力であり、これは全世界の大洋及び大海で利用できる豊富で安定したエネルギー源である。波力からエネルギーを発生させるための種々の波力装置が提案されているが、このような装置には多くの制限があり、どの装置も長期にわたって利用可能な波力源を確実に利用する能力が証明されていない。
【０００５】
本出願人は、国際公開第２０１０−００７４１８号、国際公開第２０１１−１５８００６号、及び国際公開第２０１３−０６８７４８号において、波動を有用なエネルギーに変換するための継続的に改善された発電機を開示している。開示された発電機は、既存の波エネルギー変換器に関連する問題点を解決するために潜水式反作用部材を使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０−００７４１８号
【特許文献２】国際公開第２０１１−１５８００６号
【特許文献３】国際公開第２０１３−０６８７４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、国際公開第２０１０−００７４１８号、国際公開第２０１１−１５８００６号、及び国際公開第２０１３−０６８７４８号に開示された波エネルギー変換器には、依然としてさらに改善する余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、特許請求の範囲に記載されるような発電機が提供される。
本発明の発電機は、水域内の波動を有用なエネルギーに変換するためのものであり、発電機は、波動に応答して動くことがきる少なくとも１つのエネルギー回収フロートと、エネルギー回収フロートの下に位置決めされる反作用部材と、少なくとも１つのエネルギー回収フロートを反作用部材に接続するための接続手段と、反作用部材と少なくとも１つのエネルギー回収フロートのそれぞれとの間の相対運動を有用なエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、を備え、発電機は、所定範囲を超えて、水域内での反作用部材の深さ、及び反作用部材の水域の底からの高さを設定するための、調節可能な深さ設定手段を含み、フロート及び反作用部材の両方が正の浮力を有することを特徴とする。
【０００９】
先行技術を参照すると、国際公開第２０１０−００７４１８号に説明及び例示された装置は、常時、継続的に海面上にとどまるエネルギー回収フロートを有する。これは、嵐などの荒れた海面状態において、フロートが高荷重を受ける可能性があることを意味する。この高負荷は、構造体及び電力取出システムで管理する必要があり、装置の費用の高い過剰性能につながる。
【００１０】
国際公開第２０１１−１５８００６号及び国際公開第２０１３−０６８７４８号に説明及び例示された装置は、これよりも優れた改善をもたらすが、水面下の反作用部材の安定性は、反作用部材の質量、従ってサイズによって制限されるので、国際公開第２０１１−１５８００６号及び国際公開第２０１３−０６８７４８号に開示された構造範囲にわたって大幅に変わる。
【００１１】
本出願人は、現在、水域内の波動を有用なエネルギーに変換するための発電機を考えており、発電機は、反作用部材上に波によって直接的に与えられた力、及びエネルギー回収フロートによってこれに伝達された力を介して間接的に与えられた力の両方に応答して反作用部材の安定性を向上させるために、反作用部材及びエネルギー回収フロートの両方が正の浮力を有する。
【００１２】
シミュレーション作業は、反作用部材の浮力を大きくすることで、反力の大部分を海底へ伝達することができるので、特に荒れた海面状態で反作用部材の安定性が高くなることを示している。反作用目的で海底の利用度を高める別の利点は、安定性を高めると同時に反作用部材のサイズ及び質量を低減できることである。
【００１３】
国際公開第２０１３−０６８７４８号に記載の公知の発電機は、波動に応答して動くことができる少なくとも１つのエネルギー回収フロートと、エネルギー回収フロートの下に位置決めされる反作用部材と、少なくとも１つのエネルギー回収フロートを反作用部材に接続して、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離を定めるための接続手段と、反作用部材と少なくとも１つのエネルギー回収フロートのそれぞれとの間の相対運動を有用なエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、を備え、発電機は、所定範囲を超えて、水域内での反作用部材の深さ及び反作用部材の水域の底からの高さを設定するための調節可能な深さ設定手段を含み、接続手段は、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離を独立して調節するために長さが可変である。
【００１４】
本明細書の公知の従来技術への何らかの言及は、正反対に指示されない限りにおいて、自認を成すものではなく、このような従来技術が本出願の優先日において本発明が関連する当業者には一般に知られている。
【００１５】
好ましくは、接続手段は、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離を定める。より好ましくは、接続手段は、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離を独立して調節するために長さが可変である。
【００１６】
好ましくは、所定範囲を超えて、水域内での反作用部材の深さを設定するための調節可能な深さ設定手段を含む。さらに、この設定手段は、反作用部材の水域の底からの高さを設定するようになっている。
【００１７】
「深さを設定する」とは、正確な深さを変更可能な様式で選択及び決定することができる方法で制御することを意味する。換言すると、設定深さの変更が望まれる場合、設定手段は、より正確な深さを選択及び決定することができるように、適合、変更、及び制御することができる。
【００１８】
本発明の第１の実施形態において、深さ設定手段は、可変長の少なくとも１つの可撓性係留ラインを備え、反作用部材を水域の底に調節可能に固定するようになっている。この実施形態において、発電機は、可撓性係留ラインの張力が抗する正の正味浮力を有する。
【００１９】
係留ラインが水域の底に対して配置される角度は、反作用部材の安定性を最適にするために変更することができる。係留ラインの所望の角度構成は、水柱内で垂直である、すなわち反作用部材から水域の底まで真っ直ぐである。
上記の実施形態において、深さ設定手段は、好ましくは１又は２以上にウインチによって反作用部材に結合される。
【００２０】
好ましくは、本発明による発電機の接続手段は、可変長の少なくとも１つの可撓性ラインを含み、長さ調節は、典型的に、前記又は各可撓性ラインをそれぞれのドラムの回りに巻き付けることで達成される。従って、反作用部材とエネルギー回収フロートとの間の距離は、接続ラインをそれぞれのドラムに巻き付けるか又はこれから巻き出すことで調節できる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態において、エネルギー回収フロートと反作用部材との間の距離（又は垂直方向の間隔）、結果的に水域内でのエネルギー回収フロートの深さの独立した調節を可能にするように、接続手段は可変長である。
【００２２】
さらに、反作用部材の浮力が調節可能であり、複数の浮力モードを有することが好ましく、浮力モードとしては、深さ設定手段を使用して反作用部材及び浮力フロートが水面下にある少なくとも１つの水面下動作モードと、反作用部材が水域の表面に浮く最大浮力モードとを挙げることができる。複数の浮力モードのいずれにおいても、反作用部材は、波動によって引き起こされるエネルギー回収フロートの可能性のある動きに抗するために、慣性及び抗力を有する必要がある。
【００２３】
反作用部材の幅及び／又は長さは、最大の安定性をもたらすように選択することができ、さらに、フロートの直径、幅、及び／又は長さに比例する関係とすることができる。好ましい実施形態において、反作用部材の長さ及び／又は幅は、３０から５０メートルの範囲から選択され、フロートの直径、幅、及び／又は長さは、１０メートルと２０メートルとの間から選択される。最も好ましくは、反作用部材の幅及び／又は長さは４０メートルであり、フロートの直径、幅、及び／又は長さは１５メートルである。この近似比率において、水中での反作用部材の最適な安定性がもたらされる。反作用部材及びフロート両方の正の浮力は、深さ設定手段の係留ライン上に適切な張力を提供し、これは結果として、水中での発電機の最適な安定性レベルを与える。
【００２４】
また、フロートと反作用部材との間の分離距離は、特に発電機が強力な波力を受ける荒れた海面状態において、発電機の安定性にとって重要である。反作用部材とフロートとの間の最適な分離距離は、好ましくは、２０から４０メートルの範囲から選択される。より好ましい実施形態は、フロートと反作用部材との間で３０メートルの分離距離を有する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態は、以下に添付図面を参照して詳細に説明されるが、同じ要素に同様の参照符号で示される。図面の明瞭性を損なわないように、全ての図面において全ての要素には番号が付与されていない。
以下に特定の実施形態を添付の図面を参照して例示的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】水域面（一般には海面）にある場合の本発明による波力発電機の好ましい実施形態の斜視図である。
【図２】水域面の真下に沈められた場合の図１の波力発電機の斜視図である。
【図３】水域の底に係留された図２のエネルギー変換器の正射影図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
最初に図１及び２を参照すると、本発明による例示的な波力発電機が示されており、波力発電機は、潜水式海中反作用部材１、波に応じて動くエネルギー回収フロート２、反作用部材１上に取り付けられた一連のエネルギー変換器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、及びエネルギー回収フロート２をそれぞれのエネルギー変換器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに接続するそれぞれの可変長の接続ライン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを備える。
【００２８】
図１において、接続ライン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの各々は、最大限に又は最大限度でそれぞれのエネルギー変換器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ上のドラムに巻き付けられており、エネルギー回収フロート２と反作用部材１との間の間隔は最小になっている。この場合、反作用部材１及びエネルギー回収フロート２は、一緒になって水域の表面Ｓ上に浮いている。
【００２９】
逆に、図２に示す構成において、接続ライン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの各々は繰り出されており（それぞれのドラムに巻き付いて）、エネルギー回収フロート２と反作用部材１との間の間隔は最大になっている。この場合、エネルギー回収フロート２は、水域の表面Ｓの真下に示されている。
【００３０】
図２及び３は、係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備えた波エネルギー発電機を示し、係留ラインは発電機を海底ＳＢに係留し、それによって発電機を係留地に保持する。
【００３１】
係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、反作用部材１の潜水深さを可変にするために、対応する長さ調節手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを用いて反作用部材１に接続することができる。
【００３２】
本発明の第１の実施形態において、係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、常に張力を加えられたままであり、発電機は、水柱内で上下に自由に移動できないことに留意されたい。反作用部材１及びフロート２の正の浮力によって（それぞれＢ２及びＢ１）、反作用部材１は、係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの上に位置することができ、張力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、荒れた海面状態において反作用部材１及びフロート２に安定性を与える。
【００３３】
図示の実施形態において、フロートの半径Ｒは７．５メートル（直径１５メートル）であり、反作用部材の長さ及び幅Ｌは４０メートルである。フロート１から反作用部材２の分離距離Ｄ２は３０メートルである。この構成において、発電機は、外海環境で最適に機能するように配置される。
【００３４】
反作用部材１は、概して中空構成であり、浮力調整のために選択的に空気又は水で満たすようになっている。本発明による波力発電機は、反作用部材１の浮力Ｂ２及びエネルギー回収フロート２の浮力Ｂ１からなる正の正味浮力を有する。発電機は、永続的な正の浮力を有するが、図１に示すような水面構成、及び図２及び３に示すような水面下構成を備えることができる。水面下構成は、深さ設定手段として使用した係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの結果である。
【００３５】
表面構成（図１）の場合、反作用部材１は、装置の他の構成要素の全てを支えるのに十分な浮力でもって水域（海など）の水面Ｓ上に浮いている。この状態で、本発明による発電機は、簡単に係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから切り離して水域の水面Ｓを横断して輸送することができる。波力発電機は、水の中で十分な高さに位置することができ、係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄへの接続部の全て及び電力供給パイプライン７は、水面から離れており簡単にアクセスできる。また、波力発電機は、自身の安定した作業台を形成することもでき、全ての使用可能な構成要素は、維持管理のためのアクセスを容易にするために水面から離れている。
【００３６】
図２を参照すると、波力発電機が水中動作構成にある場合、浮力がある反作用部材１は、エネルギー回収フロート２及び係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの組み合わせによって浮遊したままである。発電機の正味浮力は、反作用部材１及びエネルギー回収フロート２の浮力値の合計（Ｂ１＋Ｂ２）で定義される。
【００３７】
反作用部材１は大きな質量を有し、これは接続ライン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを介してフロート２から加えられた力によって、並びに波によって直接加えられた力によって反作用部材が移動するのを抑制する。また、反作用部材１は、持ち上げ力の方向に垂直である大きな表面積を有し、これは結果的に大きな抗力及び付加質量によって移動に対する抵抗を提供する。
【００３８】
反作用部材１は、係留ライン３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを使用して、反作用部材１が概して海面上の波の影響の少ない深さＤ１で、エネルギー回収フロート２と海底ＳＢとの間で浮遊したままとすることができる。従って、波が引き起こすエネルギー回収フロート２の動きは、エネルギー回収フロート２と反作用部材１との間の相対運動をもたらす。この動きは、それぞれのエネルギー変換器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの作動行程によって吸収され、結果として電力を生成するのに利用される。
【００３９】
例示された実施形態において、単一のフロート２が示されているが、適切な場合、２以上の当該フロートを設けることができ、各々はそれぞれの接続ラインと共に反作用部材１上に取り付けられた一連のエネルギー変換器を備えることを理解されたい。
【００４０】
上記の実施形態において、フロート径は７．５メートル（直径１５メートル）、反作用部材の長さ及び幅は４０メートルとして示されている。別の実施形態では、１０メートルから２０メートルの直径もしくは幅及び／又は長さの任意の形状とすることができるフロートを備えることができる。また、別の実施形態では、２０メートルから４０メートルの間の長さ及び／又は幅、又は直径（球の場合）の任意の形状とすることができる反作用部材を備えることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  反作用部材
２  エネルギー回収フロート
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  長さ調節手段
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  接続ライン
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  エネルギー変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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