JP2008503689A

JP2008503689A - 多位相―多次元波動変換器

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Publication number: JP2008503689A
Application number: JP2007517988A
Authority: JP
Inventors: ハンス−オラブオッターセン、
Original assignee: ハンス−オラブオッターセン、
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2008-02-07
Also published as: NO322235B1; CA2574882A1; CN101072943A; US20070200353A1; ATE425356T1; DE602005013226D1; AU2005263025B2; NO20042626D0; EP1766229B1; NO20042626L; WO2006006864A1; US7443047B2; EP1766229A1; CN100513777C; AU2005263025A1

Abstract

この多位相で多次元の波動変換器の特徴は、海の全波内または側波内の全エネルギーを有効で持続的な仕方で実質的に利用することであり、それで、多量の安価な動力を生産できる。波動変換器は、ロッド（２Ａ、２Ｂ）の鎖と継手（３、４）で連結される少なくとも２つの浮揚要素（１）を含む。各単一浮揚要素は、他の波の位相より異なる波の位相である。それで、浮揚要素は相対運動からのエネルギーと、各組の浮揚要素（１）間の力を吸収するであろう。各要素（１）は３次元に運動でき、枢動でき、他方、これらの全ての運動からのエネルギーが利用される。このエネルギー発生装置は継手（３、４）の枢動とロッド（２Ａ、２Ｂ）の運動に応答する流体駆動ポンプ（７、８、９）から構成される。波動変換器は変化する波スペクトルからのエネルギーと全方向からのエネルギーを吸収する。波動変換器に影響を及ぼす力は、種々の浮揚要素（１）におより平衡され、それで、これらの力が係留を介して送られるのを回避する。波動変換器は適切な経済的な長所と耐久性を提供する。また、波動変換器は海、大洋の任意の場所において操作でき、大洋の大きい深さと同様に浅い深さにおいても操作できる。

Description

この発明は、波内のエネルギーの大部分を有効で、簡単で、安価で、強力で永続性のある仕方で変換し、利用する波力発生器または波動変換器に関するものである。波から多量のエネルギーを引き出す全く新規で異なるこの方法は、安価で持続的な仕方で清浄なエネルギーを生じることができる解決策を提供する。このことが、正に技術的のみならず、経済的な要求に関しても発明を実施可能にする。この装置は波内で試験が行われ、この説明は物理法則に一致する。この分野では多数の他の特許があるが、それらに開示されているどの技術的解決策も、簡単で安価な仕方で多量のエネルギーを発生するものではない。

Cockerellによる米国特許第４０９８０８４号は、浮揚部材のヒンジ部にポンプを有する平坦な浮揚部材により共に枢着される波動変換器を説明しており、この波動変換器は揺動（枢動）する時にエネルギーを発生する。水の運動に対応しない波動変換器の運動のため、この解決策は多量のエネルギーを生じない。一般的に、海からの力ベクトルは、波動変換器がその動作のために設計される方向とは全く異なる方向を有する。海からのエネルギーは、浮揚部材がヒンジを押し引きして、ヒンジを別々に引き裂く。Cockerellの解決策は短い操作寿命と、極端に高い電気代を提供する。

国際公開ＮＯ９９／００２４３号公報は、２位相風波モータを説明し、このモータは２つの異なる波の位相間の相対運動からのエネルギーを利用し、さらに、波内の垂直質点運動と水平質点運動の両方を利用する。さらに、２つのグループのブイの各々内の同一位相のブイを相互に連結する固定構造がある。この解決策は比較的に多量のエネルギーを生じることを証明している。好都合であるけれども、この解決策は、波の多くの位相を採用する代わりに２つの異なる位相だけを採用する制限の難点がある。さらに、モータは関連する位相のブイ間で相互に連結される構造を備えており、それで、時折、不必要な摩滅を生じるいくらかのエネルギーを送る。
米国特許第４０９８０８４号明細書国際公開ＮＯ９９／００２３４号公報

ここで説明する新規な発明では、異なる位相の所要数を採用でき、それにより、各単一浮揚要素１と２つの最も接近した浮揚要素との間の相対運動から生じるエネルギーを利用する。このことは一層のエネルギーを生じ、また、簡単な設計を提供する。

この発明では、前記の特許出願の前記の構造を省略でき、その構造は、同じグループと位相に属するブイを固定連結する。各浮揚要素は、各浮揚要素が配置される波内で波に関して適切である位相内で操作できる。要求される構造体を摩滅する捩り力がないため、構造体の強度が改良される。これらの長所は電気ユニット当たりの低価格を許容し、また、強力で精確な設計を許容する。

次に、これらの３点の短い説明をする。

１．高効率各単一浮揚要素は、それ自体の位相と２つの最も接近した浮揚要素の位相との相対運動から生じるエネルギーを吸収する。そのようにして、浮揚要素は、２つの最も接近した浮揚要素に関していつでも「それ自体の」波（すなわち、要素が浮かぶ波）内の有効なエネルギーを吸収できる。これは、短期間と長期間の両方で波が大きさを変える時に一層目立つことになる。波長に応じて浮揚要素間の間隔を変えることができ、応用できるので、この波動変換器は、また、高効率を提供するであろう。
２．よりよい経済性浮揚要素の間に固定された相互連結構造がない限りにおいては、建造費用は少ない。さらに、高エネルギー生産物は、よりよい経済性を提供する。普通のように、ここで定義される用語、経済性は電気ユニット当たりの最低に可能な販売価格で、エネルギーを生産する能力を意味する。
３．強力な構造体構造体の強度と耐久性は、いくつかの要因による。それらの要因の内の１つは構造体に作用する力の程度を含む。もし、これらの力が小さいのであれば、構造体は丈夫であり、力が大きい場合よりも長く持続するであろう。普通信じられているのとは反対に、これらの力やエネルギーは海内で有効なエネルギーと等しくない。例えば、猛烈なハリケーンの間に海に浮いている間、釣り合いは破れないであろう。これは、海の力が釣り合いを回避するからである。反対の力がないために、釣り合いは力に伴う。ハンマーブローを加えたとしても、水中に浮いている間は、この釣り合いは全体として、そのまま残るであろう。このことは、逆の反作用に等しい反作用に関してニュートンの第３法則により説明されているように、最も耐久性があると証明されているものが、必ずしも最強の物体ではないことを示す。強度とはエネルギーが制御される仕方をも含む。この波動変換器がエネルギーを制御する仕方は、仮説例の釣り合いの類似性に対して２、３の物理的な類似性を開示する。類似性は、次の通りである。

浮揚構造体の間に係留力はなく、関連する係留がない。

構造体を通って入る力は、予測されるとおりに発生するために、波動変換器に必要とされる力より大きくはない。これらの力は波動変換器が生じるエネルギー量により限定され、力が作用する構造体の位置により限定される。高効率を有する構造体のため、すなわち、波動変換器が多量のエネルギーを吸収し、変換し、生じることを意味することは、構造体が都合のよい強度と耐久性を提供することである。各単一浮揚要素は、海の巨大な力が浮揚要素を全ての方向で自由に運動することを許容し、他方、構造体を摩滅するいかなる力もなく、このエネルギーの全てを吸収し、利用する。機械的ユニットおよびエネルギー発生ユニットはエネルギーを吸収する。

設計と操作モードを説明する。

水は、波のそれ自体の特別な位相の周囲で各単一浮揚要素を動かせ、各浮揚要素と、浮揚要素の鎖内の２つの次の要素（または、一方側の１つ）との間の相対運動での力からエネルギーが発生される。浮揚要素は垂直と水平の両方に運動し、浮揚要素は、その軸の周囲で回転する間、円形運動、楕円運動または曲線運動をする。これらの浮揚要素の内の各々１つの運動の間の位相差、または、他の要素の運動の位相差は、この（相対）エネルギーを生じる。なお、さらに、鎖内で組合される各連続浮揚要素は、波の新たな位相のエネルギーを取入れる。

いくつかの連続浮揚要素が波の異なる位相を経験する限りにおいて、波動変換器は波のエネルギーを取入れるために、ブイ間の運動の相対的な差を利用する。波動変換器は、いくつかの方向からのいくつかの波スペクトルからのエネルギーを利用する。このようにして、波動変換器は、実質的に海の波の全エネルギーを取入れる。

８個の図を含む図３は、波動変換器の運動を示す。概略図ＡＩ、ＢＩ、ＣＩ、ＤＩは４つの瞬間を時間的に図示し、各文字は、先行図面より波周期が１／４遅れた波を描写する。図面ＡII、ＢII、ＣII、ＤIIは先行例と同じ物を図示するが、波が一層大きいことが相違する。これから、垂直相対運動と水平相対運動の両方は、波の全ての異なる大きさの故に感知できることを観察できる。これらの相違は、また、波動変換器が波の大きさに関して小規模な構造体にできることを図示するが、効率的な仕方で操作できる。それで、建造費に対するエネルギー生産量は有利であろう。

ロッド（又はチューブ）２Ａ、２Ｂの鎖と可動継手３、４は、各ロッドの各端部が可動継手に連結できるように相互に連結され、可動継手は、さらに、次のロッドと連結されてロッドの連続鎖を形成する。１つの浮揚要素１または、そのセットは、全ての他の継手４に連結され、第１継手で始まり、各要素１は継手４の中央で重心を有する。さらに、浮揚要素１は継手内の中央地点の周囲で球面状に枢動できる。この枢軸は油圧（空気圧）ポンプ７、８、９からの制御抵抗を提供するように配置され、前記ポンプの機能は衝撃を吸収し、同時にまた、エネルギーを発生することである。少なくとも３つの浮揚要素１が使用され、各浮揚要素は広げられ、浮揚要素の下の中程に設けられる垂直板を有する。水中で下方に向けられるこれらの垂直板は、ある程度、追従する水平波運動からのエネルギーを取入れる。水は波の峰で前方へ運動し、波の底で後方へ運動する。同時に、各要素１は、その浮力により持ち上げられ、その重量により引き下ろされ、それで、各要素の高さを交替する。要素１は運動の円形路、楕円路または曲線路に自由に従うことができる。

水が、浮揚要素の下の垂直板を押す時に浮揚要素１が枢動し、傾斜するのを防止し、また、これらの板を垂直に保つために、継手は２重セットのロッドを使用して相互に連結される。このロッド配置は図１Ａで示される。ロッドの４つの取付地点２１、各２本の各端部で１つの取付地点は、対で配置される時に間で等しい間隔を持つように配置され、それで、前記４つの取付地点２１は、平行四辺形の４つの角を形成するように配置され、平行四辺形の角度は対として変更できる。

代わりに、簡単で大きい構造体を提供するために、前記の機械的な配置は対応する油圧配置で代用できる。そのようなものとして、前記ロッドの１本が油圧ホース（またはチューブ）により置き換えられ、油圧ホースは、浮揚要素１の間のトグル継手３に配置される回転ポンプを、最も近い浮揚要素の各々に配置される回転ポンプと連結する。これらの油圧ホース（またはチューブ）は、シリンダ容積が比例的な仕方で中間継手４（図６）のポンプ室の外方角度に追従するような仕方で連結される。この配置に付随して、ポンプ室は、補足的な仕方で各浮揚要素１に取付けられる２つの継手を追従する。これらの３室の容積合計は常に一定であろう。従って、対応する角度の合計も一定であり、それで、浮揚要素１の面を垂直位置に維持するであろう。

２つの最も近い浮揚要素に関する一方の浮揚要素の任意の相対運動は、ロッド間の角度を変化するであろう。垂直相対運動は、頂点で継手４を有し、足部で浮揚要素１を有する角度を変化する。水平運動は次の２つのトグル継手３の間の角度を変化する。前記のように、各々の単一浮揚要素１は円形の（または、幾分他の曲線的な）仕方で、波に乗って行き、代わりに、２つの継手３、４の前記の２つの角度を変化させるであろう。継手４と関連するポンプが最良に働き、他方、トグル継手３と関連するポンプがほとんどポンプ作用をしない限りにおいて、および逆の場合において、それ故、エネルギー発生は連続的で効率的になる。従って、波動変換器はエネルギーを連続的に時間をかけて送出する。

角度変化に応答してユニットがエネルギーを生じる。これは、説明したように多くの異なる方法で実行でき、磁気ユニット、機械ユニット、空気または油圧ユニットを介して操作される線形ポンプまたは回転ポンプの使用を含むことができる。代わりに、垂直運動や水平運動のタイミングを遅延し、遅らせる弁は、エネンルギー吸収を増加するための位相制御を提供する。これは、優雅に、この構造体にとって適するものであり、構造体内で垂直エネルギー流と水平エネルギー流との間の交替は規則的であり、あらゆる期間内で一定の合計を有し、それで、遅れずに連続的である。このため、弁は、圧力があるレベル以下である時に閉鎖し、このレベルを越えるときに開くようにすることで十分である。必要であれば、線形ポンプ内で油圧ポンプや空気圧ポンプを具体化できる。しかしながら、この構造体は、そのようなポンプを継手内に組込むことにより、より優雅で、簡単で、強力となり、それにより、流体を直接的に圧縮するように継手内で枢動を起こすことができる。

図４、図５、図６で詳細に示されるこれらの可動継手４は、浮揚要素１の任意の方向での運動および枢動に応答して液体をポンプ送りすることによりエネルギーを生じる。部分６は浮揚要素１を、浮揚要素１に最も近づけて配置される継手４と連結する。部分６は、この継手の中央に配置される球１３に固定連結される。２つの凹所７が、この球内でフライス切削され、凹所７は、それらの間でほぼ９０度の角度を有し、角度の頂点は球の中心内にある。この球１３が包囲部分１４内で枢動する時（図４を参照）、球はピストン８の一方または両方を押し、ピストンはシリンダ９内に配置される流体をポンプ送りする。同時に、この流体の圧力は、浮揚要素１を維持して安定するように、前記球１３を一定角度に保つ。この球は、内側が球形であり、外側が円筒である部分１４により包囲される。さらに、円錐開口が中間部分１４の軸方向端部に設けられ、それにより、ロッド６が最も深い部分にある球１３と共にある角度で枢動するための空間を提供する（図４の底部の平面図を参照）。

代案として、浮揚要素１に固定連結される中央部分１３は、２つの包囲部分により決まった場所に締結されるピラミッド形状部分と交換できる。その結果として、これらの２つの包囲部分の内の単一部分は、この中央部分１３での２本の軸線の周囲での枢動から生じる全エネルギーを吸収できる。

図４は、また、前記中間部分１４に取付けられる１つのスプリング付勢されるポンプ１０を示す。各ポンプ１０は中間部分１４の外側で滑走する２対のピストン１１、１２の各々に取付けられる。実質的に、このスプリング作用は、浮揚要素１と２つの関連するロッド２Ａ、２Ｂとの間で両方の角度を等しくし、それにより、浮揚要素１の角度が水面に従うようにする。これらのスプリング付勢されるポンプ１０は、また、中央制御ユニットにより、浮揚要素を正確で選択の最適位置に保つように浮揚要素１の角度を制御できる。２対のピストン１１、１２は中間部分１４の外円筒表面に沿って滑走し、各々の対は、継手４の各々の側から外方へ突出するロッド２Ａまたは２Ｂに固定して取付けられる。これらの２本のロッド２Ａ、２Ｂの間の角度が変化する時、２対のピストン１１、１２の間の間隔も変化し、それで、ピストンはエネルギー発生のために流体をポンプ送りする。２つのピストン１２は外ハウジング１６に連結され、外ハウジングはヒンジと、ヒンジの軸１７によりロッド２Ｂに取付けられる。そのようなヒンジは、浮揚要素１の継手４が前記軸１７の周囲で横に運動するのを許容し、水からの横向き力を受ける時に結合されない。さらに、横向き力のエネルギーは、前記ヒンジに連結されるエネルギー発生ポンプにより吸収され、利用される（図４の底部の平面図を参照）。

２つのピストン１１はロッド２Ａに連結される円板に取付けられる。この円板の表面は部分１４のシリンダ軸線と垂直であり、円板は部分１４の外側に接近して滑走し、さらに、前記ハウジング１６の内側で滑走する。ロッド２Ａは、この円板と２つのピストン１１と共に枢動する。この運動を可能にするために、この枢動作用に適応するためにハウジング１６内にスロットが設けられる。

代わりに、図５で示されるように、継手４の先行のエネルギー発生構成は他の構成により交換でき、全ての部分は、前記部分間で球状滑走表面を採用することにより３次元枢動ができる。この変更の長所は、全体構造が簡単となり、部品が少ないことである。最も内側にある球１３は、両方の変更例において同一である。しかしながら、図５において、球１３を包囲する中間部分１２は、また、球状外側を備えている。２つの同一部分１８、１９は、中間部分２０の外側で滑走するように配置され、部分１８、１９は前記球の中心の周囲で対称的に配置される。幾分、球状に枢動する部分１８、１９のために、部分間に隙間が設けられる。部分１８はロッド２Ａに取付けられ、部分１９はロッド２Ｂに取付けられる。これらの２本のロッド２Ａ、２Ｂが互いに関して枢動する時に、それにより、ロッド間の角度を変化し、４つの外ポンプはエネルギーを生じるであろう。それらの内で２つのポンプは２つの部分１８、１９の各々に配置される。これらのポンプは、請求項に記載されたエネルギー発生波動変換器の部分間の相対運動のために、任意の３次元枢動に応答してエネルギーを発生するであろう。このことは、また、前記球の中心を通過する軸の周囲で起こる枢動作用を含む。

相互に連結されたロッドの鎖と浮揚要素とから成る波動変換器を示す。図１による波動変換器のセットを示す。波動変換器の運動を示す。エネルギー発生継手を示す。図４のエネルギー発生継手の代わるエネルギー発生継手を示す。中央継手を示す。

符号の説明

１浮揚要素２ロッドまたはチューブ
３エネルギー発生装置を備えたトグル継手；図６の細部を参照
４エネルギー発生装置を備えたトグル継手；図４、図５の細部を参照５波の形状を示す水面６浮揚要素１を継手４と連結する軸７フライス切削凹所８ピストン９流体で満たされたシリンダ１０スプリングを備えたポンプ１１枢動ピストン１２枢動ピストン；ピストン１１の方向と反対方向へ運動する１３球；軸６と浮揚要素１に固定連結される
１４内方凹球形状を備えた部分１５流体で満たされたシリンダ１６ハウジングの包囲部分；ピストン１２の固定連結される１７ロッド２Ｂをハウジング１２に連結するヒンジ内の軸１８内方球形状を備えた部分１９部分１８に対照的に等しく、部分１８に関して対照的に配置される２０部分１８、１９内で枢動する部分

Claims

水中の波からのエネルギーを利用する波動変換器において、前記波動変換器は水中の波の峰と並んで平行に整列される２つ以上の浮揚要素（１）を含み、浮揚要素（１）は、水中で相互に並んで浮かぶ２つの浮揚要素（１）に連結されるロッド（２Ａ、２Ｂ）を介して順次に連結され、前記ロッド（２Ａ、２Ｂ）は浮揚要素（１）の長手方向に対して垂直に延び、各浮揚要素（１）は、ロッド（２Ａ、２Ｂ）が取付けられるエネルギーを発生する多軸の枢動可能な継手（４）を備え、２つの浮揚要素（１）に連結される２本のロッド（２Ａ、２Ｂ）は、エネルギーを発生する枢動可能なトグル継手（３）により相互に連結されることを特徴とする前記波動変換器。
波動変換器は各浮揚要素（１）の継手（４）を連結する２セットの二重の平行なロッド（２Ａ、２Ｂ）を含み、ロッド（２Ａ、２Ｂ）の４つの取付地点は、平行四辺形の４つの角を形成するように配置され、それにより、各浮揚要素（１）を転覆することなく運動させることを特徴とする請求項１に記載の波動変換器。
波動変換器の各エネルギー発生ユニットは、３つのポンプ（７、８、９）から構成され、これらのポンプは、ポンプの容積合計が一定となるように連結され、３つのポンプ（７、８、９）の１つは、２本のロッド（２Ａ、２Ｂ）を連結するトグル継手（３）に配置され、他の２つのポンプ（７、８、９）は各ロッド（２Ａ、２Ｂ）の多軸の枢動可能な継手（４）に配置され、それにより、浮揚要素（１）は常に同じ相互角度に留まり、それで、浮遊要素を転覆することなく運動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の波動変換器。
前記継手（４）は球（１３）と包囲部分（１４）とを含み、前記球（１３）は浮揚要素（１）に連結され、前記包囲部分（１４）は前記ロッド（２Ａ、２Ｂ）に連結され、球（１３）の表面は少なくとも１つの凹所（７）を備え、前記包囲部分（１４）は、凹所（７）内に延びるピストン（８）を持つ少なくとも１つのシリンダ（９）を備え、それで、包囲部分（１４）に関する球（１３）の波に関する枢動は、シリンダ（９）内でピストン（８）を往復するように凹所（７）内へピストン（８）を入れる運動をし、凹所（７）からピストン（８）を出す運動をし、それにより、エネルギー発生ポンプ作用を提供することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の波動変換器。
前記波動変換器は、エネルギーを発生する多軸の枢動可能な継手に連結される長い浮揚要素（１）と、浮揚要素（１）の長手方向に対して垂直に配置される等しい長さの２本以上の平行なロッド（２）とを含み、ロッド（２）の各端部で１つずつの４つの取付地点は、平行四辺形の４つの角を形成するように配置され、それにより、前記浮揚要素（１）を連結継手に関して平行に運動させることを特徴とする任意の前記請求項に記載の波動変換器。
前記波動変換器は、各ロッドの各端部で２つのポンプおよび２つの油圧ポンプを相互連結するように、前記ロッドまたはロッド（２Ａ、２Ｂ）の各端部に取付けられるエネルギーを発生する多軸の枢動可能な継手（４）を含み、前記２つのポンプは、補足的な仕方で、ロッドの各端部で１つずつの２つの相互に平行な軸と相互に連結され、それにより、２つのシリンダのポンプ容積の合計を一定にして、継手の他方側での連結要素に関して全ての平面内で浮揚要素（１）の平行運動をさせることを特徴とする任意の前記請求項に記載の波動変換器。