JP2010511115A - 完全水没型波エネルギー変換装置 - Google Patents

Abstract

配置された水中の波に応じて２つの部材（１，２）の相互変位を可能にするために移動可能な接続手段（４）により相互接続された少なくとも２つの部材（１，２）を備え、接続手段（４）の動きを電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換手段（６）と、生成されたエネルギーを他の場所に蓄積及び／又は移送するための手段とをさらに備える波エネルギー変換装置であって、部材（１，２）が装置全体を水没部材が直接接触する周囲の水に対して前記水没部材の各々の位置を実質的に静止状態に保つために提供された中立な浮力手段にする非浮動型の完全水没部材であり、従って部材（１，２）が同じ領域に配置された平静な水の粒子と実質的に同じ方法で波の作用を受けて動き、少なくとも２つの水没部材（１，２）が波によって引き起こされる水の動きによって別の影響を受けるそれぞれの位置を占めるように相互に配置された装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波エネルギー変換装置（ＷＥＣ）、すなわち海の波から電気を生成するための設備又は装置の分野に関する。

種々のタイプの波エネルギー変換装置が従来技術で提案されてきた。しかし、周知のＷＥＣは、多数の欠点を抱え、それがＷＥＣの使用と普及とをこれまで妨げてきた。

基本的に、主要な問題は、低効率、複雑な設計、及び／又は高価な保守に関連している。これらの問題は、ある程度互いに関連する幾つかの要因によって引き起こされる。

第１に、周知のＷＥＣは波の動きの垂直成分を主に利用する。波の動きは一般に円形であるため、動きの有意の成分が浪費される。例えば、米国特許第４４５３８９４号、米国特許第６８５７２６６号、ＷＯ２００４０６５７８５号、米国特許第４２３２２３０号、米国特許第４６７２２２２号、米国特許第５４１１３７７号に示す装置、並びにＯＰＤ Ｌｔｄ（ｗｗｗ．ｏｃｅａｎｐｄ．ｃｏｍ），ＡＷＳ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｔｄ（ｗｗｗ．ｗａｖｅｓｗｉｎｇ．ｃｏｍ）及びＡｑｕａＥｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｌｔｄ（ｗｗｗ．ａｑｕａｅｎｅｒｇｙｇｒｏｕｐ．ｃｏｍ）の各社からそれぞれ発売されているＰｅｌａｍｉｓ、ＡＷＳ ＷＥＣ及びＡｑｕａＢｕＯＹの装置を参照されたい。

米国特許第４４５３８９４号、米国特許第６８５７２６６号に示す装置などの例では、設備は、振動の固有周波数を有し、従って、一定の周波数を有する波だけを効率的に使用することができ、又はこの制約を克服するためにラッチング機構が必要である。

他方、可能な最大効率を追求するには、浮遊又はニアサーフェス要素を用いた周知のＷＥＣは、エネルギー生成のために取り込むべきウェーブシステムの方向に応じて向きを変える必要がある。いずれの場合も、単色波の取り入れの際、又はＵＳ２００５１６７９８８Ａ１号の装置、及びＰｅｌａｍｉｓとＷａｖｅＰｌａｎｅの装置（ＷａｖｅＰｌａｎｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ａ／Ｓ社製、ｗｗｗ．ｗａｖｅｐｌａｎｅ．ｃｏｍ）のようなすべてが同じ全体の方向に移動する波の場合にのみ効率は十分である。

さらに、ＵＳ２００５１６７９８８Ａ１号、米国特許第５４１１３７７号の場合、及び上記のＡＷＳ ＷＥＣ、Ｐｅｌａｍｉｓ及びＡｑｕａＢｕＯＩの各装置のような多くの周知の装置は、陸に係留するか砕波帯に配置しなければならない。従って、それらの装置は、波が最も高く、エネルギーポテンシャルが最大である場所には設置できない。さらに、陸上又は海岸付近の装置は、かさばり、環境保護とほとんど両立しない。

最後に、上記のように、周知の装置の大半は、波の動きからエネルギーを取り出すために水上フロートを使用するか、又はいずれの場合も、それらの装置は、波の周期の少なくともある部分の間、その容積のかなりの部分を水面上に出し、このために装置は過酷な天候に過剰にさらされ、また風や小波によって流されることがある。米国特許第４４５３８９４号、米国特許第６８５７２６６号、ＷＯ２００４０６５７８５号、米国特許第４２３２２３０号、米国特許第４６７２２２２号、米国特許第５４１１３７７号に示す設備、及び、Ｐｅｌａｍｉｓ、ＡｑｕａＢｕＯＹ、ＷａｖｅＰｌａｎｅとＷａｖｅ Ｄｒａｇｏｎ（Ｗａｖｅ Ｄｒａｇｏｎ ＡｐＳ社製、ｗｗｗ．ｗａｖｅｄｒａｇｏｎ．ｎｅｔ）の場合がこれにあたる。必然的にサイズに制約がある表面要素の存在のため、１つの装置が取り込むことができるエネルギーの量にも構造的な限界がある。

本発明の目的は、少なくとも以下の利点を備えた装置を提供することで周知のＷＥＣの上記制約を回避することである。

・波の動きのすべての成分を使用することによる効率の向上。
・波の方向と波長が短い波によって大幅な影響を受けることがない単色ウェーブシステムと非単色ウェーブシステムとの両方による作業効率。
・実施と保守が容易な簡単な設計。
・固有振動による無視できる動き。
・沖合の海中深くに設置することができる。
・極めて過酷な天候への十分な耐性。

この目的は、その本質的な特性が添付の特許請求の範囲の請求項１に定義される本発明の改良型波エネルギー変換装置によって達成される。

本発明の改良型波エネルギー変換装置の特性及び利点は、以下の添付の図面を参照しながら、非限定的な例示である下記の実施形態の説明を読むことでより明らかになろう。

本発明のＷＥＣの第１の実施形態の斜視図である。 図１のＷＥＣの側面図である。 図１及び図２のＷＥＣの底面図である。 図１〜図３のＷＥＣの下部部材の中央部の軸方向の断面図である。 本発明のＷＥＣの第２の実施形態の斜視図である。 図５のＷＥＣの底面図である。 図５のＷＥＣの下部部材の中央部の軸方向の断面図である。 本発明のＷＥＣの第３の実施形態の斜視図である。 図８のＷＥＣのポールの軸方向の断面図である。 本発明のＷＥＣの第４の実施形態の斜視図である。 図１０のＷＥＣの下部部材の周辺部の斜視図である。 本発明のＷＥＣの第５の実施形態の斜視図である。 図１２のＷＥＣの下部部材の中央部の軸方向の断面図である。 図１２のＷＥＣのケージ構造の軸方向の断面図である。 それぞれ、図１２のＷＥＣの集水器の斜視図及び軸方向の断面図である。 それぞれ、図１２のＷＥＣの集水器の斜視図及び軸方向の断面図である。

図１〜図４を参照すると、本発明の第１の実施形態による改良型波エネルギー変換装置は、以下の主要な部分、すなわち、上部水没部材１（例えば、慣性質量ができる限り小さい、主として水と空気とを含む円筒型タンク）と、例えば、全体として円筒形の中央結合片５を中心として円形に堅く結合した、主として水と空気とを含む６つの小さい円筒型タンク３を備える下部水没部材２と、上部部材１と下部部材２との間にそれらの共通軸に沿って延び、下部部材２より先に突出し、下部水没部材２の平均位置に対応する長さ方向のあるポイントに適当なカウンタウェイトシステム（図示せず）を内部に備えたポール４と、ポール４の自由下端に対応してポール４と一体に且つこれに直交する横棒７の両端部に搭載された２つのタービン６とを備える。

ポールは、図に示すよりも大きい断面を備えた格子型鋼板構造の形状であってもよいし、又はいずれの場合も、動作時に十分な堅牢性と耐応力性を確保する構造であってもよい。結合片５は、それに応じてサイズが大きくなり変形される。水没部材１及び２を密に取り囲む水に対して固定された水没部材１及び２の位置を保つのを助けるため、部分的に密閉された水及び／又はフィンの形状の仮想質量手段をそれらに備えることができる。

ポール４は、タンク１に対するポール４の向きを変更することができる方法で、継ぎ手８を介して上部水没タンク１の下部の平坦な表面１ａに固定される。継ぎ手８は、例えば、ボールアンドソケットタイプの継ぎ手であってもよい。複数の浮力要素９、例えば、空気が充填された小型の円筒形タンクが、ケーブル１０を介して上部水没部材１の上部の平坦な面１ｂに取り付けられる。波の動きを受けて、浮力要素９は、上部タンクのその上面１１ａを水面に平行に保ちながら上部タンク１を水面から一定の距離に保つのを助ける。浮力要素９は、短い波長の波によって交互に水没又は浮上するので、それらの平均浮力から安定化作用が発生する。

同じポールと下部水没部材２との結合は、上記のように、結合片５を介して実現される。詳細には、結合片は、その外部側面１１ｂに小型タンク９が搭載された円盤状の本体１１を備える。ポール４を摺動自在に挿入する貫通穴１２ａを備えたボール部材１２を回転可能に収容する球状のハウジング１１ａが本体１１内に形成される。

従って、ポール４と結合片５のボール部材１２の穴１２ａとの摺動係合により、ポール４の軸方向の下部水没部材２の相対的な動きが確保される。さらに、下部部材２は、本体１１のハウジング１１ａ内のボール部材の回転可能な係合を介してポールを中心に傾けることができる。摺動及び回転の両方を、各部品間の相対的な動きを支援するローラ又はボールベアリング構成又は他の手段などでボール及び／又はローラを提供することで支援することができ、従って下部部材をポールに対して自由にずらして傾けることができる。

図を分かりやすくするために、図面では、下部部材２は一般にポール４の中央に位置している。しかし、実際には、上部部材１の動きに応じてタービン６により大きい動きを加えるために、部材１と２の間のポール４の部分は、平均して要素２の下側に突出する部分よりも長くなっている。

横棒７は、ポール４の回転端セグメント４ａに結合され、棒は、同じポール４の軸上にその中心を合わせながらポール４を中心に回転することができる。タービン６は、その前面を棒に向けて同じ棒の中央の軸を中心に回転させる取付物によって棒７の端部に接続されている。

タービン６の動きによって生成されるエネルギーを蓄積及び／又は変換するエンジンシステムは、以下に述べるように、従来技術から学習又は導出することができ、そのため図示も説明もされない。エンジンシステムは、下部水没部材２の内部に配置することができ、例えば、船舶が容易に定期的に保存し取り出せる水を電気分解して水素を生成する装置であってもよい。適宜、生成された電気を、ケーブルを用いて浮遊又は水没エンジン室又は直接送電設備網に移送することができる。

使用時に、装置は、全体として通常の動作時及び静止時に中立の浮力を有する。通常動作時に、波の影響は水深と共に急速に減少するため、下部部材２は、波の作用の影響を直接受ける上部部材１よりもはるかに動きが少ない。特に、入射波の最大波長が部材１と２の距離以下の限界状況では、下部部材２は波の周期中ほぼ動かない。実際的な理由から、上記部材１と２の平均距離が一般に波長全体より短い現実の配備では、下部部材の動きはその慣性質量を増加させる（またそれに応じて浮力を増加させて全中立浮力に保つ）ことでさらに低減することができる。

他方、上部部材１は、上記距離に匹敵する波長を備えた単色波の影響下で円形の経路を辿る傾向がある（単色波の影響下での水の粒子の動きが通常そうであるように）。ウェーブシステムが単色でない場合、上部部材１の動きは、ウェーブシステムの主要な成分である種々の単色波によって決定される種々の円形経路の重畳となる。

上部部材１と浮力要素９の浮力は、ポール４内のカウンタウェイトと同じポールと横棒７及びタービン６の重量によって正確に平衡が保たれ、平均で水位を浮力要素９の高さの約半分に保っている。下部水没部材２の存在とポール４内のカウンタウェイトの慣性によって、上部部材１の円形の動きは、ポール４の下端の閉じた軌道に変形される。この軌道は、極めて大雑把に言って円形であるに過ぎない。これは、下部部材２が通常動作では起こり得ないポール４の中間点に常に正確にある場合に限って動きが円形であるためである。

波の作用下で、ポール４の下端は周囲の水に対して動き、横棒７とタービン６のアセンブリ全体が動いてタービンを動かす。フィン及び／又はモータを用いて、タービン６を周囲の水に対して常に動きの方向を指すように保持して効率を高めることができる。単色ウェーブシステムの全波周期の間、タービンは横棒７の軸を中心に３６０度回転する。単色ウェーブシステムでは、横棒７は、ポール４に対して回転しない。ウェーブシステムが様々な単色ウェーブシステムの重畳である場合、タービン６は、それらが周囲の水に対して閉じた軌道を描き、方向変えが徐々に増えるという事実により、小さい労力で常に動きの方向を指すように保持することができる。

波の周期の間に水中のタービン６の動きからポール４に沿って結合片５の位置に対するエネルギーを取り出す際のタービン６の効率に応じて、ポールの下端の軌道は円形でなくやや楕円形になる傾向がある。上部部材１の軌道も多少やや楕円形になる傾向がある。ポール４の両端に関する下部部材２の位置を変えることによって、この軌道の形状とサイズを変えることができる。特に、可変浮力装置及び／又はプロペラを介して下部部材２を上下させて速度を最適化し、従ってタービン６の効率を最適化するために、ウェーブレジームに応じてこの位置を動的に少なくともわずかに適合させることが有用である。

完全な波の周期では、下部水没部材２に働く力の合力はほぼ垂直であり、装置に影響する波のエネルギーと形状にのみ依存する。従って、下部部材２を一定の平均位置に保持するには、多くの波の周期の後の下部部材２の平均位置を考慮する制御システムを有することで足り、装置に働く波のエネルギーと比較して介入は、徐々に増えわずかである。特に、波の形状及びエネルギーがしばらく一定である場合、装置は平衡状態に達し、下部部材２を安定化するためにさらなる介入は不要である。制御システムは、浮力要素９のタイプの静的装置であってもよいし（後述の第２の実施形態を参照）、又は制御システムは、単にコンピュータ化された制御装置によって駆動される可変浮力装置から構成されるだけでもよい。

海洋装置のポール４の長さは５０メートルを超えて下部部材２を上部部材１よりも支配的な波の影響を受けない領域に配置してもよいが、コスト節減のためにそれより短くてもよい。実際、ポールが短い場合、波の作用は、水深と共に急速に減少するため、装置は満足がいく形で動作し、さらに、ポール４の下端の動きの水平成分は周囲の水の方向とほぼ逆の方向にある。いずれの場合も、各寸法は、最適化されて配備領域の支配的ウェーブレジームを考慮した極めて効率的な装置が得られる。

上部部材１は、良好な近似によると、水の全体的な位置ずれを含まない波の動きの性質のために、多くの波の周期の後でも下部部材２の上部にある。考えられる風の作用、部材１及び２の異なる水深での異なる速度及び／又は方向を備えた水流の摩擦、さらに考えられる不測の異常な事態を補償するために、上部部材１の浮力とポール４とタービン６の重量が最適化されて十分に強い復元力を提供する。別の方法として、又は例外的な事態の影響をより迅速に補償することができるように、部材１及び２上及び／又はポール４に沿ってコンピュータ化された制御システムによって制御される小型プロペラを配置することができる。

浮力要素９は、上部部材１に取り付けられた可変浮力装置と交換することができ、コンピュータ化された制御システムによって駆動することができる。いずれの場合も、上部部材１は、水面から一定の平均距離に留まり、平均して上面を水面に平行にする傾向があり、従ってこの制御システムの介入は、装置へ波の作用のエネルギーと比較して小さい。こうして海面から可及的に何メートルまでも完全水没を達成することができ、破損及び断裂並びに船舶への危険の可能性を最小限にするのに役立つ。

典型的な海洋構成（oceanic configuration）では、上部タンク１は、１０００ｍ^３程度の容積を有するが、より小さい下部タンク３は、２００ｍ^３程度の容積を有する。海洋配備では容易に１０００ｍ^３を超える下部水没部材２の容量は、使用したいエネルギー変換システムの種々の構成に対して十分な余地を残す。

簡単化されたバージョンでは、ポール４と上部部材１の結合部は、堅固にしてポールをタンク１の底面１ａに常に垂直に保つことができ、この例では、より効率的に上部ポールにケーブルで１つの浮力要素９だけを取り付けた球形であってもよい。結合片５は、特に小型の配備では、ボールアンドソケットタイプの継ぎ手の形状をとることができ、又はカルダン継ぎ手を使用することもできる。

別の簡単化されたバージョンでは、下部水没部材２の機能は、ポール４に沿った固定位置に配置され、カウンタウェイトを含む唯一の結合片５が担うことができる。この簡単化は、装置の効率をある程度低下させるとはいえ、上記ポールと上部部材の結合部に関する上記バージョンと共に、とりわけ試験及び試作目的に有用な極めて簡単で安価な実施態様の迅速な構築を可能にする。装置がケーブルシステムを介して送電設備網又は外部エンジン室に直接接続されている場合、装置内にエンジン室を実施する必要はなく、複雑さがさらに低減される。

図５〜図７を参照すると、本発明の装置の第２の実施形態では、第１の実施形態に対応する部分は、対応する参照符号で示し、再度説明はしない。また、波の作用を受けるこの装置の一般挙動は第１の実施形態の挙動と同じであるが、下部水没部材１０２は主に静止し、上部水没部材１０１は波の通過による波の動きに従い、上面１０１ｂが常に海面と実質的に平行になるような向きを保っている。この例では、また、仮想質量手段（密閉された水及び／又はフィン）の使用を考えることができる。

しかし、この実施形態では、ポール１０４の下端は自由端であり、すなわち、横棒及びタービンのアセンブリを欠いている。装置の動きからのエネルギーの取り出しは、上部タンク１０１の底面１０１ｂとポール１０４を結合する継ぎ手１０８内に収容された油圧及び／又は電気装置と、ポール１０４と下部部材１０２の間の結合片１０５とによって実行される。継ぎ手１０８によって、第１の実施形態と同様に、ポールと上部タンクの間の向きを変更することができる。波の動きによって駆動されるこの相対的な動きは、上記装置によって利用されてエネルギーが取り出される。結合片１０５内に実施された装置は、穴１１２ａを通してポール１０４の往復運動からエネルギーを取り出す。このタイプの装置はすでに周知であるため、ここでは詳述しない。例えば、要素１０５内に線形発電機を有することができる（例えば、オレゴン州立大学電気工学及びコンピュータサイエンス学科のＭＲＳＦ（ｈｔｔｐ：／／ｅｅｃｓ．ｏｒｅｇｏｎｓｔａｔｅ．ｅｄｕ／ｍｓｒｆ／）によって提案されているＷＥＣブイ内部の線形発電機を参照）。一方、要素１０８内に相対的な動きによって駆動され、ダイナモに結合される１つ又は複数のプーリ又はローラを有することができる。

この実施形態では、小さいタンク１０３から突出した放射状の梁１１４を介して下部水没部材１０２に取り付けられた複数の別の浮力要素１１３と、梁１１４の自由端に接続されたケーブル１１５が見える。要素１１３は、平均水面に対する装置の向きと位置の保存に貢献する。また、下部部材１０２に働く力の平均合力は、静止位置から通常動作に変化し、要素１１３はこれを補償する。ボール部材１１２の穴１１２ａは、この例では、ボール部材の向き合う側から軸方向に突出したスリーブ１１２ｂの穴である。

この実施形態の簡単化されたバージョンでは、ポール１０４は、下端にカウンタウェイトを備えたケーブルと交換してもよい。この場合、下部部材１０２をポールがある構成よりも上部部材１からはるかに離れた位置に置くことが実際的であろう。次に、下部部材１０２は海底付近に達することができ、適宜、海底に係留して設計を単純化することもできる。しかし、装置のこの最後のバージョンは配備し保守するのがより困難であり、過酷な天候にさらされることが多い。

もう１つの別の方法としては、ポールの往復伸張及び収縮運動を利用するエネルギー抽出システムを備えた第３の実施形態で後述するタイプの伸縮自在のポールを介して上部及び下部水没部材を結合する形態である。こうして、結合片１０５自体の内部のエネルギー抽出装置を廃止することができ、ポール１０４は結合片を通過し、これを超える代わりに結合片内で終端する。これによって、装置は小型化できるが、ポールの構造がより複雑になるという欠点がある。例外的に大きい波をかぶると装置全体が動き、この例では、下部部材も波の作用に影響される。このため、動きによって装置が分解する可能性が低減する。

いずれの場合も、２つの部分が分離することがあっても装置は破壊されず、その後ポールを結合片のハウジングに通して（又は第３の実施形態のような設計を採用する場合には２つの部分を再結合して）再度装置を組み立てることができる。両方の部分のコンピュータ化制御システムと、小型プロペラと、水面からの下部部材の距離を変えられることによって（例えば、要素１１３を所定位置に保持するケーブルを長くすることで）、この動作を自動化することができる。

本発明の装置の第３の実施形態で、図８及び図９を参照すると、波の動き全体が線形発電機のみを用いて捕捉される。この実施形態では、装置は、複数の水没部材２０１、例えば、この例では、全体的に四面体である３次元構造を画定するようにポールを接続することで相互に結合された主として水と空気を含む球形タンクの形状の４つの部材を備える。

各ポール２０４（図９）は、管状のスリーブ２０４ｂ内に摺動自在な方法で同軸且つ入れ子状に係合するスティック２０４ａからなる。こうして得られたアセンブリの両端は、それぞれの水没部材２０１に結合されている。スティック２０４ａとスリーブ２０４ｂの相互往復運動からエネルギーが供給される線形発電機２０５が同じスリーブの内側端部に接続されている。また、この種の発電装置は周知であるため、概略を示し、詳細な説明は省略する。しかし、第２の実施形態に関する記述内容を参照することができる。

１つの部材２０１及び１つのポール２０４（関連する発電機２０５を備えた）の両方は、平均動作水深まで水没した時点で中立の浮遊状態にある。波の影響下で、別々のタンク２０１は、波長の倍数ではない距離だけ離れているか、又は深さが異なるために、異なる水の動きの態様（regime）にある。それらの相対的な動きによって、接続ポール２０４上に張力又は圧力が加わる。その結果、内側のスティック２０４ａは外側のスリーブ２０４ｂに対して動き、この直線往復運動を利用して電気が生成される。こうして、接続手段の異なる部分の相対的な運動から電力が取り出される。またこの例では、波の作用によるすべての水の粒子の（円形の）運動がエネルギー生成のために取り込まれるような幾何学構造が用いられる。

平均して、すべての部材２０１は、同じ位置に留まり、波の運動の多くの周期の後でも平均位置が動かない周囲の水に対して実質的に静止している傾向がある。この場合も、仮想質量手段を使用することができる。しかし、平均して、水没部材２０１を公称四面体構成（nominal tetrahedral configuration）に保持するには、エネルギーの一部を時折戻してタンクとポールの平均位置を動かして、ずれ、異なる水深での異なる浮力、潮流又は様々な部分の不均衡な動作に起因するいかなる変位をも抑制することが必要である。これは、線形電気モータとして線形発電機を使用し、及び／又は構造に小型のプロペラを取り付け、及び／又はポール内部にばねを収容し、及び／又は可変浮力装置を用いることで実行することができる。

タンク２０１の１つが他の同じ３つのタンクより重い場合（押しのける水の量は同じであるが）、いずれの場合も、中立の総浮力を有するように設計されたシステムは、３つの上部水没タンクと１つの下部水没タンクで向きを決める傾向がある。この場合、相互接続するポールを備えた軽い部材は、第１及び第２の実施形態の上部部材１、１０１としての１つの水没部材と交換することができ、装置全体を水面下の実質的に固定した深さに保持することができる。下部タンクへの残りの接続ポールも１つのポールと交換して第２の実施形態を参照する際に上記のように考察する変形形態を生成することができる。１つのタンクが残りの３つの同じタンクより軽い場合に、この第３の実施形態の構造も第１及び第２の実施形態と同様に劣化することが考えられる。第１及び第２の実施形態と同様、タンクに取り付けられ、コンピュータ化された制御システムによって制御される可変浮力装置を用いることで、平均して、水面下の固定水深に装置を保持することができる。

典型的な海洋配備において１０００ｍ^３程度の容積を有する１つ又は複数のタンク２０１内にエンジン室を配置することができる（実際の容積は、選択した最適化に依存し、最適化はすべての要因のうちとりわけ配備領域の典型的なウェーブレジームに依存する）。

上記実施形態と同様、極端に大きい波を受けると、装置は全体として動く傾向があり、従って、その部分間に過剰な相対運動は生じない。タンク及び／又はポール上にコンピュータ化された制御システムに結合された可変浮力装置を配置することで、より大きい波に応答して装置全体をより深く水没させ、波が小さい時には上昇させて装置を過酷な天候から保護し効率を最適化することができる。

この例に示す四面体構造は、例えば、採用可能な最も簡単な３次元の堅固な構造である。しかし、同じ簡単な基本設計で多くの他の３次元構造が可能である。例えば、上記のモジュールとしての複数の四面体モジュールを相互接続して数平方キロメートルにわたる全体の構造の層を形成することができる。そのような構造を平均海面下数十メートルの固定水深に保持して船舶との干渉を回避し嵐や大波による危険を最小限にすることができる。そのような構造は、単一のモジュールの障害がシステム全体の満足がいく動作を妨げないことを考慮して、電力生成及び保守に関してモジュール構成である。

本発明の装置の第４の実施形態で、図１０及び図１１を参照すると、波の動き全体が、プーリを介してケーブルに接続されたダイナモのみを用いて捕捉される。しかし、この実施形態でも、電力は上部水没部材と下部水没部材の間の相対的な動きとその結果としての部材を接続するシステムの変位から取り出される。実際、この実施形態は上記の第１及び第２の実施形態と多くの特徴を共有するため、対応する部分は対応する参照符号で示される。この実施形態では、下部水没部材３０２は、中央のリング３０５を介してその周囲に順次互いに堅固に接続された複数のタンク３０３からなる。

上部水没部材３０１（浮力要素３０９を備える）と下部水没部材３０２とを結合するポールの代わりに、ケーブル３０４が一方の端部で上部部材３０１に取り付けられ、他方の端部でおもり３１６に取り付けられ、それぞれの水没タンク３０３の外側に搭載されたフレーム３１８によって支持される偏差プーリ３１７にかけられる。プーリ３１７は、電気を生成するために支持フレーム３１８の内部又はタンク３０３の内部にあるそれぞれのダイナモ（図示せず）を駆動する。単色波（話を簡単にするため）の作用を受けて、上部部材３０１は一般に円形の軌道を描く傾向がある。これがケーブルの牽引と解放とを交互に決定し、これによってプーリ３１７は動いて電気を生成する。

おもり３１６の存在は、牽引及び解放時両方の電力生成を保証し、平均して、上部部材３０１が下部部材３０２の質量中心の上部に位置することを保証する。下部タンク３０３は、押しのける水、その慣性質量及び部分的に密閉された水及び／又はフィンによる仮想質量のために、平均して、その位置に留まる傾向がある。例外的な事態や不均衡な摩擦又は潮流によるわずかなずれを補償するために、小型のプロペラ及び／又は可変浮力装置をコンピュータ化された制御システムによって制御されるタンク３０３又はリング３０５に関連付けなければならない。この実施形態の変形例では、第２の実施形態の追加の浮力要素によっても下部水没タンク３０３を所定位置に保持することができる。

図１２〜図１６を参照すると、本発明の装置の第５の実施形態は、同一又は類似の部分についての対応する数字の使用でも明らかなように、第１の実施形態と類似している。浮力要素４０９を備えた上部水没部材４０１と下部水没部材４０２は、全体の構造が第１の実施形態と同じである。外部の円盤状の本体４１１を備えた結合片４０５と、穴４１２ａを備えた回転可能なボール部材４１２（図１３）にも同じことが当てはまる。第１〜第４の実施形態と同様に、仮想質量手段（部分的に密閉された水及び／又はフィン）も利用することができる。

第１〜第４の実施形態と比較してはるかに幅広の穴４１２ａは、以下に説明するように、電気エネルギー生成のためのカウンタウェイトとエンジン室とを囲む概略図で示すポール４０４の中央の円筒形ブロック４０４ｄを収容する。ポール４０４はブロック４０４ｄの両方の平坦な基礎から軸方向に延びる中央のコア４０４ｂをさらに含む。コア４０４ｂの周囲には補強ケージ４０４ｃがブロック４０４ｄの周辺から軸方向に突出している。

ポール４０４の上端は、やはり上述の各実施形態に似た方法で継ぎ手４０８を介して上部水没部材４０１に結合されている。ポール４０４の下端は各々が入口前方開口４０６ａとフィン４０６ｂを備えたテールを有する１対の集水器４０６を枢動自在に支持する。２つの集水器のアセンブリは、第１の実施形態のタービンを備えた横棒のように、ポール４０４の中央の軸を中心に自由に回転することができる。さらに、各集水器は、図１４の４０７で示す横軸（ポールの中央の軸に直交する）の周囲を旋回することができる。集水器は、ポール４０４のコア４０４ｂに形成された水回路（図示せず）に油圧で結合されている。水回路は、水流を電気エネルギーに変換するフランシスタービンなどの発電システムを収容するブロック４０４ｄ内のエンジン室と連通する。

上部水没部材４０１は、浮力がポール４０４のおもり（カウンタウェイトを備えた中央のブロック４０４ｄを含む）と集水器４０６によって平衡が保たれている空気がいっぱいの完全水没タンクである。波の作用を受けて、ポール４０４は結合片４０５に対して垂直往復運動を行い、ボール部材４１２と共に下部水没部材４０２に対して揺動傾斜運動を行う。ケージ構造４０４ｃは、この例では、ボール部材４１２に接触し必要な抵抗を提供するので、ブロック４０４ｄは、装置の動作に影響することなく穴４１２ａの外に滑り出ることができる。その結果としてのポール４０４の下端の動きは、集水器４０６を介したポールの内部回路への加圧水の流入であり、結果的に、エンジン室内のタービンを駆動する水流になる。またこの実施形態では、水没部材の相対的な動きから電力が取り出され、周囲の水に対する接続ポールの一方の端部の動きを引き起こす。

第１の実施形態と同様に、下部水没部材４０２の機能が単に結合片４０５とブロック４０４ｄとによって実行され、及び／又は上部継ぎ手４０８は堅固であり、又はこの簡単化が両方同時に行われる幾つかの変形形態が可能である。また、集水器４０６を、ポールの下端に堅固に配置され、幾つかの異なる水平方向の上部及びその先で、ポールの軸に対して様々な上向き及び下向きの角度を向いた複数の集水器と置き換える変形形態を考えることもできる。この例では、ポールの下端の運動方向を向いていない集水器への水流を阻止する弁を集水器内部に配置することが必要になろう。そのような変形形態（３つの簡単化を同時に提供する）は、図示した実施形態よりも効率が低いが外部の可動部分を全く有さないという重要な利点を有する。

以上から、本発明の装置は、従来技術の波エネルギー変換装置のすべての制約を回避することができ、この装置は、波からエネルギーを取り出すのに概念が異なるシステムを使用するということを理解されたい。

本発明の装置は完全に水中に配置することができるので、過酷な天候から保護することができ、必要に応じて、沖の構造物の磨耗及び断裂の原因である波長が短い波から隔離することができる。部分的に密閉された水（仮想質量）、フィン、慣性質量、プロペラの任意の組合せによって２つ以上の水没部材を使用して周囲の水に対して静止させる。

水没部材の幾つかは（第１、第２、第４及び第５の実施形態では、おそらく１つは）最小の慣性質量を有し、エネルギーを取り出す主要な波長のうち最小の波長に対して小さいが十分な水の動きを遮断するには十分なサイズである。これに対応して、別の水没部材又は接続手段は上記の水没部材の浮力を保障する極めて大きい慣性質量を有する（第１、第２、第４及び第５の実施形態で）。第３の実施形態では、すべての水没部材は、内部の浮力を保障する慣性質量を有する。

各部材は、それらを密接に取り囲む、１つの単色波ではほぼ円形の水の動きに従う傾向がある。部材が主要な波長に関して異なる動きレジーム内に（例えば、異なる水深に）置かれると、部材は相対的に動く。それらを接続手段と結合することで、この相対的な動き又は幾つかの水没部材又は周囲の水に対する接続手段の誘導された相対的な動きからエネルギーを取り出すことが可能である。

それ故、本発明の装置の利点は、以下のように要約できる。
・水面要素として１つ又は複数のブイを用いる従来の装置とは逆に、波の動きのすべての成分を利用し、その部材が周囲の水に対してできる限り静止状態に保たれるので、効率がより高い。
・特に上記の簡単化された変形形態の幾つかで、設計が簡単で実施と保守が容易である。前述のように、このことは試作目的にも有用である。
・極めて小さいか極めて大きい慣性質量を備えた水没要素のみを有するため、固有振動による無視できる動きを有する。
・沖合いの海中深くに設置することができる。その平均的な地理的位置は推力手段を用いて一定に保つことができ、いかなる場合でも無線送信機及び／又は発光器及び／又はソナーブイに結合されたＧＰＳシステムによって伝えることができる。
・極めて過酷な天候にほぼ影響を受けない、又はわずかしか影響を受けないような方法で設計することができる。装置全体は、極めて大きい波によって動き、各部材間の相対距離は極めてまれな要因の組合せの下でしか限界点を超えない。いずれの場合も、動きが最大限界を超える場合には、簡単に分解することができるように装置を設計することができ、嵐が治まった時にシステムが再度組み立てられる（部材にプロペラが提供されている場合、おそらくは自動的に）ように配置することができる。
・装置は、非単色ウェーブシステムと同様に単色ウェーブシステムで効率的に動作し、波の方向を選ばない。
・装置のサイズと波から装置が取り出すことができるエネルギーは波長によってのみ制約される。簡単化された演算によれば、５ｍ（又はそれ以上）の高さの単色の大波から（平均で）１０ＭＷを超える電力を生成する装置を構築することができる。

以上、海洋構成を参照しながらすべての実施形態について説明してきた。波長が短い波の領域に配備される実施形態は小型化される。

添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の保護の範囲から逸脱することなしに、本発明の改良型波エネルギー変換装置に他の変更及び／又は修正を加えることができる。

Claims (19)

1. 配置された水中の波に応じて少なくとも２つの部材（１，２）の相互変位を可能にするために移動可能な接続手段（４）によって相互に接続された少なくとも２つの部材（１，２）を備え、前記接続手段（４）の動きを電気エネルギーに変換するためのエネルギー変換手段（６）と、生成されたエネルギーを他の場所に蓄積及び／又は移送するための手段とをさらに備える波エネルギー変換装置であって、前記少なくとも２つの部材（１，２）が、装置全体を水没部材が直接接触する周囲の水に対して前記水没部材の各々の位置を実質的に静止状態に保つために提供された中立な浮力手段にする完全水没部材であり、前記部材（１，２）が、同じ領域に配置された平静な水の粒子と実質的に同じ方法で波の作用を受けて動き、前記少なくとも２つの水没部材（１，２）が、波によって引き起こされる水の動きによって別の影響を受けるそれぞれの位置を占めるように相互に配置されることを特徴とする装置。
2. 各々が水と空気とを充填した少なくとも１つのタンク（１，２）を備える上部（１）及び下部（２）水没部材を備え、前記位置保持手段が、前記接続手段（４）に関連するおもり手段を備える、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
3. 前記接続手段が、前記部材間に伸び、少なくとも前記下部水没部材（２）に移動可能な形で接続された細長い要素（４）を備える、請求項２に記載の波エネルギー変換装置。
4. 前記下部水没部材（２）が、水没部材（２）を前記細長い要素（４）に結合するための結合片（５）を備え、前記結合片（５）が、前記細長い要素（４）を摺動自在に係合させるための穴（１２ａ）を備えたボール部材（１２）を備え、前記ボール部材（１２）が、前記片（５）の外部ボディ（１１）によって画定されるハウジング（１１ａ）内で回転可能である、請求項３に記載の波エネルギー変換装置。
5. 前記細長い部材（４）が、ボール継ぎ手（８）を介して前記上部水没部材（１）に接続される、請求項３又は４に記載の波エネルギー変換装置。
6. 前記細長い要素（４）が、前記下部水没部材（２）より先に延び、前記エネルギー変換手段が、前記細長い要素（４）の下端（４ａ）に接続されたタービン手段（６）を備える、請求項３から５のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
7. 前記細長い要素（４０４）が、前記下部水没部材（４０２）より先に延び、前記エネルギー変換手段が、前記細長い要素（４０４）の下端に接続された水収集手段（４０６）と、前記細長い要素（４０４）内に形成され、前記水収集手段（４０６）と連通する水回路と、前記細長い要素（４０４）内に配置され、前記水回路によって送達される水によって駆動される水タービン手段とを備える、請求項３から５のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
8. 前記細長い要素（４０４）が、前記水回路が形成され、前記ボール部材（４１２）の前記穴（４１２ａ）内に係合する中央のブロック（４０４ｄ）から延び、前記水タービン部材のエンジン室を囲む軸方向のコア（４０４ｂ）と、前記コア（４０４ｂ）を囲み、前記ブロック（４０４ｄ）の周辺から軸方向に突出する補強ケージ（４０４ｃ）とを備える、請求項７に記載の波エネルギー変換装置。
9. 前記エネルギー変換手段が、前記細長い要素（４，４０４）と前記ボール部材（１２，４１２）との間、及び前記ボール部材（１２，４１２）と前記外部ボディ（１１，４１１）との間の相互変位によって駆動される発電機手段を備える、請求項４から８のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
10. 前記接続手段が、一方の端部で前記上部水没部材（３０１）に取り付けられ、他方の端部でおもり（３１６）に取り付けられた複数のケーブル（３０４）を備え、前記ケーブル（３０４）が、前記下部水没部材（３０２）上に搭載されたフレーム（３１８）によって支持される偏差プーリ（３１７）にかけられ、前記エネルギー変換手段が、前記プーリ（３１７）によって駆動され、前記下部水没部材（３０２）内に収容されるか又は関連するダイナモ手段を備える、請求項２に記載の波エネルギー変換装置。
11. 前記上部水没部材（１，１０１，３０１，４０１）が、エネルギーを取り出す主要な波長のうち最小の波長に対して小さいサイズを有する、請求項２から１０のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
12. 前記下部水没部材（２，１０２，３０２，３０２）が、中央の円盤状（５，４０５）又は環状（３０５）本体の円筒形の側面の周辺に配置された複数のタンク（３，１０３，３０３，４０３）を備える、請求項１１に記載の波エネルギー変換装置。
13. 複数の浮力要素（９，１０９，３０９，４０９）が、ケーブル（１０，１１０，３１０，４１０）を介して前記上部水没部材（１，１０１，３０１，４０１）の上面（１ｂ，１０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ）に接続される、請求項２から１２のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
14. 複数の浮力要素（１１３）が、ケーブル（１１５）を介して前記下部水没部材（１０２）から突出する放射状の梁（１１４）のそれぞれの端部に接続される、請求項２から１２のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
15. 前記細長い要素（４，１０４，４０４）が、軸方向に伸張可能な構造を有し、前記エネルギー変換手段が、細長い要素（４，１０４，４０４）の往復伸張及び収縮運動によって駆動される発電機手段を備える、請求項３から９のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。
16. 各々が水と空気とを充填した少なくとも１つのタンク（２０１）を備える複数の水没部材を備え、前記水没部材が、複数の細長い要素（２０４）によって相互に接続されて３次元アセンブリを形成し、前記細長い要素（２０４）が、軸方向に伸張可能な構造を有し、前記エネルギー変換手段が、細長い要素（２０４）の往復伸張及び収縮運動によって駆動される発電機手段を備える、請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
17. ６つの細長い要素（２０４）を介して接続されて四面体のアセンブリを形成する４つの水没部材（２０１）を備える、請求項１６に記載の波エネルギー変換装置。
18. 各々の細長い要素（２０４）が、管状のスリーブ（２０４ｂ）内に摺動自在な方法で同軸且つ入れ子状に係合するスティック（２０４ａ）を備え、発電機手段が同じスリーブの内側端部に接続されてスティックとスリーブの相互往復運動からエネルギーを供給される、請求項１６又は１７に記載の波エネルギー変換装置。
19. 前記水没部材（２０１）が、エネルギーを取り出す主要な波長のうち最小の波長に対して小さいサイズを有する、請求項１６から１８のいずれか１項に記載の波エネルギー変換装置。

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