JPH0112946B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 軸方向の作業流体の流れによつてその流れの
向きに関係なくローターが同一方向に回転するよ
うなタービンと、前記作業流体をそのタービンの
複数の領域に向けそのタービンを通つて軸方向に
流す複数の流路とを備えた、水中に浮べられる浮
体からなり、前記各流路が前記浮体内の異なる位
置において駆動液体源にそれぞれ接続されてお
り、前記浮体の垂直運動と揺動運動の両方に応答
して駆動液体が前記作業流体を前記各流路に沿つ
て動かすように構成されていることを特徴とする
波エネルギー装置。

２ 前記流路が垂直に配されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の波エネルギー装
置。

３ 前記複数の流路が中空のブイ内を垂直方向に
延びる少なくとも１枚の仕切によつて形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の波エネルギー装置。

４ 前記浮体が、前記各流路の下端をその浮体が
浮かべられるべき水と連通させる開口を備えてお
り、その水が前記駆動液体を構成するようになつ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
載の波エネルギー装置。

５ 前記開口が横方向に配されていることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の波エネルギー
装置。

６ 前記各流路の底が前記各開口の基部に対して
上方に傾斜した部分によつて形成されていること
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の波エネ
ルギー装置。

７ 開口した頂部と開口した底部とを備えて笠状
体とその笠状体の下方においてその笠状体に結合
された慣性体とからなることを特徴とする特許請
求の範囲第４項から第６項のいずれか１項記載の
波エネルギー装置。

８ 前記浮体が閉じた底を有し、前記駆動液体を
内部に収容するようになつており、その駆動液体
に抗して作用する弾性媒体を提供する手段が設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の波エネルギー装置。

９ 前記浮体がその垂直軸の周囲に回転対称をな
しており、その浮体内に少なくとも３つの前記流
路が等角度で設けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第２項から第８項のいずれか１項記
載の波エネルギー装置。

１０ 前記タービンが複数の羽根を有するロータ
ーを備えており、その各羽根が翼形の断面を有
し、その零揚力面がローターの軸に直角をなすよ
うに固定されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項から第９項のいずれか１項記載の波エ
ネルギー装置。

明細書 本発明は波エネルギー装置、すなわち海面その
他の水面上に生ずる波のエネルギーを電気エネル
ギー、水圧エネルギー等の有用な形に変換する装
置に関するものである。

水の変位によつて空気等の流体がタービンを通
つて流され、そのタービンによつて発電機が駆動
されるようにした波エネルギー装置が知られてい
る。その水の変位は実際には振動であるから、そ
のタービンは空気がいずれの方向に流れてもター
ビンのローターが同一方向に回転するようなもの
であるのが望ましい。またその装置は浮かんだブ
イ等の形態をなしている。

米国特許第3064137号には両端の開口した垂直
方向に延びる通路を有するブイが開示されてい
る。その通路の下端から水が入ることができるよ
うになつており、その通路内の水面の変動によつ
てその通路の上端から空気が出たり入つたりす
る。その通路の上端に隣接して、２組の羽根を備
えたローターを有するタービンが取り付けられて
いる。そのローターの各組の羽根は互いに反対方
向の空気の流れによつて回転されるようになつて
おり、それによつてそのローターが常に同一方向
に回転するようになつている。

米国特許第4221538号には波エネルギー装置に
使用される改良された形のタービンが開示されて
いる。そのローターはそれぞれ翼形の断面を有す
る複数の羽根を備えており、その各羽根はその零
揚力面がローターの軸に直角となるように取り付
けられている。これによつて空気の流れの方向に
無関係にローターは同一方向に回転する。またそ
の装置も底の開いたブイ状をなしており、そのブ
イ内の水の振動によつて空気の流れが形成される
ようになつている。

米国特許第3064137号に開示されているように、
ブイの動きは２つの基本モードに分解することが
できる。すなわち、波の上下運動すなわち、うね
りによつて生ずる垂直運動と揺動運動である。そ
の垂直運動はこのタイプの装置においては最も重
要なエネルギー源であると考えられており、米国
特許第3064137号乃至第4221538号の装置は水の垂
直方向の振動からこのモードのエネルギーのみを
吸収することができるようになつている。

ローリング乃至ピツチングのエネルギーを吸収
することによつて上記のようなタイプの波エネル
ギー装置の効率を大巾に上げることができること
が分かつた。計算によれば、例えば準球体と見な
すことができるようなブイは垂直運動と水平運動
の組み合わせである軌道運動をしているときに波
エネルギーを効率的に吸収することができる。水
平運動はブイのローリング乃至ピツチングとして
表れる。

前述のような波エネルギー装置においてはブイ
の中に入つた水は空気をタービンを通つていずれ
かの方向にポンピングするための駆動液体と見な
され、その空気は作業流体と見なされる。そのポ
ンピング作用は駆動液体の垂直振動のみによつて
得られる。

ブイのローリング乃至ピツチングの結果として
駆動流体の変位はブイの部分に異なつて来る。し
たがつて本発明の目的はそのような部分によつて
異なる変位をもポンピング力源として使用するこ
とによつてピツチング乃至ローリングからのエネ
ルギー吸収を可能とすることである。

本発明によれば、軸方向の作業流体の流れによ
つてその流れの向きに関係なくローターが同一方
向に回転するようなタービンと、前記作業流体を
そのタービンの複数の領域に向けそのタービンを
通つて軸方向に流す複数の流路とを備えた、水中
に浮べられる浮体からなり、前記各流路が前記浮
体内の異なる位置において駆動液体源にそれぞれ
接続されており、前記浮体の垂直運動と揺動運動
の両方に応答して駆動液体が前記作業流体を前記
各流路に沿つて動かすように構成されていること
を特徴とする波エネルギー装置が提供される。

垂直運動のみを考えれば、各流路は一般に流れ
の方向に関して相のそろつた作業流体をタービン
に供給するであろう。揺動運動に応じた流れの方
向はどの流路の場合でもその流路が接続されてい
る駆動流体の、その揺動の軸に対する位置によつ
て変わる。ローターは作業流体の流れの方向に関
係なく同一方向に回転するから、揺動運動の結果
としてローターが駆動される。

例えば米国特許第4221538号の装置を改造する
ためにはブイの内側にタービンの部分から水中ま
で延びる少なくとも１枚の仕切を設ければよい。
そのような仕切がない場合には揺動運動によつて
ブイの内側の水の水面は、その揺動の軸の一方の
側では上昇し、他方の側ではその上昇分だけ下が
ることになり、タービンを通る正味の空気の流れ
はないことになる。前記の仕切を設けるとタービ
ンのある領域では空気が上に向かつて流れ、他の
領域では下に向かつて流れるようになる。ロータ
ーの羽根はある領域から他の領域に移動すると異
なる方向に流れる空気に出合うことになるが、ロ
ーターは同一方向に回転し続ける。

例えば、ブイ内に収容された水柱を直径方向に
横切つて延びる単一の仕切によつて形成された２
つの流路によつては、その仕切の面内をブイを横
断して延びる１本の軸を中心とする揺動エネルギ
ーしか吸収することができない。これは波の方向
が一定であり、かつその方向に対して正しくブイ
が係留し得る場合には有用であろう。しかしなが
ら、少なくとも３つの流路を等角度間隔で設ける
のが望ましい。その３つの流路はブイ内に半径方
向に延びる３枚の仕切を設けることによつて形成
することができる。もし必要があれば４、６、８
個乃至それ以上の流路を使用することもできる。

浮体の揺動運動は波の運動の水平成分によつて
引き起こされる。その水平成分を浮体のピツチン
グ乃至ローリング運動に効率良く変換するために
は、浮体の剛体部分は重心が低くなければならな
い。少なくとも３つの流路を有し、かつ適切な構
造を備えた浮体は５つのモード、すなわち、上下
動、ピツチング、サージ、スエイ、およびローリ
ングのエネルギーを吸収できなければならない。

振動の水平成分を最も有効に使用すべき場合に
は、使用に際して浮体を相当沈めるのが望まし
い。水平力を最大に受けるためには濡れた表面を
できるだけ大きくする必要があるが、必要以上に
深く沈めると速度比が大きくなる。また浮体は垂
直軸の周囲に回転対称をなしているのが望まし
い。

米国特許第4221538号の波エネルギー装置にお
いては浮体は水中に沈められ、水を満たされた球
体によつて安定させられている。しかしながら、
この球体は制限されないラジエータとして作用す
るため、エネルギーの損失源となり得ることが分
かつた。したがつてバラストは浮体の底に配され
た密度の高い中実体の形をなしているのが望まし
い。それによつて浮体の重心が下がり、波の運動
の水平成分を吸収する能力が向上し、またローリ
ングの中心がその浮体の底に近くなるから係留点
に周期的に作用する力が小さくなる。係留点は浮
体の底に近い部分に配するのが望ましい。

米国特許第3164137号あるいは第4221538号に開
示されている波エネルギー装置においてはブイは
開口した底を有しており、振動する水柱は海のそ
のブイによつて囲まれた部分によつて形成され
る。しかしながら、所望の振動ポンピング作用
は、底の閉鎖されたブイ内に収容された駆動液体
によつても、波の垂直運動に応じて所望の振動が
得られるようにその駆動液体に弾性媒体が作用す
るようになつていれば、発生させることができ
る。その弾性媒体は底が開き、頂部の閉じた中空
体の形をしたエアートラツプによつて形成される
空気ばねの形態とすることができる。

浮体の中心部の液体はローリングに余り応答し
ないから、前記空気ばねはこの部分に設けること
ができる。水等の駆動液体を一体として浮体内に
使用し、空気ばねの機構も１つだけとするのが有
利である。しかしながら、もし必要ならば、ター
ビンに空気を向ける各流路に独立した空気ばねを
それぞれ備えた別々の駆動液体を使用することも
できる。また空気ばねに使用される空気の浮力に
対向するためにコンクリート等の重いバラストが
必要となるであろう。

そのブイには適当な水位まで海水を満たしても
よいし、淡水、廃水等他の適当な液体を満たして
もよい。

上記の構成においては、流路内の液体上の空間
の容積は空気ばね用の空気の容積に比べてはるか
に大きい、場合によつては10倍も大きい必要があ
るが、ブイの頂部が閉じていても差し支えない。
そのような全体的に閉鎖されたシステムによれば
タービン、およびブイの内側を保護することがで
きる。またそのようなブイは丈夫な構造とするの
が容易であり、また沈むことがない。

次に添付の図面を参照して本発明の２つの実施
例について説明する。添付の図面において、 第１図は本発明の第１の実施例の装置の垂直断
面図であり、 第２図は第１図の−線に沿つた水平断面図
であり、 第３図は第１図の−線に沿つた水平断面図
であり、 第４図は第１図の−線に沿つた水平断面図
であり、 第５図は本発明の第２の実施例の装置の垂直断
面図であり、 第６図は第５図の−線に沿つた水平断面図
であり、 第７図は第５図の−線に沿つた水平断面図
であり、 第８図は第５図の−線に沿つた水平断面図
である。

以下図面を参照すると、第１図には本発明の波
エネルギー装置の一実施例が示されている。本実
施例の波エネルギー装置は米国特許第4221538号
に開示されているタイプの装置を変更したもので
ある。

本実施例の装置は底の開いた笠状体２を備えた
ブイ１からなつている。その笠状体２の周囲に環
状の浮力室３が設けられている。またその笠状体
２の頂部には中細ノズル４状の開口が設けられて
いる。そのノズル４内には発電機（図示せず）に
結合されたタービン５が取り付けられている。そ
のタービンは空気の流れの方向に関係なく常に同
じ方向に回転するローターを備えたタイプのもの
である。またそのタービンは米国特許第4221538
号に開示されているタイプのものであるのが望ま
しい。１本の共通なシヤフト上に複数のローター
を備えていてもよいし、あるいはそれぞれ反対方
向に回転する別々のシヤフト上に同軸に配された
偶数個のローターを備えていてもよい。

前記笠状体の内部は等角度で間隔を置いて配さ
れた半径方向に延びる複数の仕切６によつて３つ
の部分に分けられている。その仕切は笠状体の壁
から中央支持柱７まで延びている。その支持柱７
の下端には、下端部がトロイド状をなす容器８の
形をした慣性体が設けられている。この容器はブ
イが自由にピツチングおよびローリングできるよ
うに水で満たしてブイの重心を下げることができ
るようになつている。

前記仕切６は前記タービン５の上方から水面Ｗ
の下まで延び、その下面を前記容器８に取り付け
られている。これによつて構造的に丈夫になる。

その仕切６はブイの内部を、前記タービン５に
空気を向けるための３つの異なる流路に分割して
いる。各流路は前記笠状体２と上方に傾斜した前
記容器８の円錐状の上面との間に形成された開口
を通して底が開いている。前記上下運動に応じ
て、その３つの流路内の水が振動し、その３つの
流路内で同時に上下動する。ピツチング乃至ロー
リングによつて１つ乃至それ以上の流路内で水が
上昇し、残りの流路内では下降する。すなわち、
その１つ乃至それ以上の流路内では空気が上向き
に流され、残りの流路内には吸い込まれる。これ
によつて生ずる２つの空気の流れは方向が異なる
が、いずれもタービン５のローターを回転させ
る。このようにして上下動のエネルギーおよびピ
ツチング乃至ローリングのエネルギーがともに動
力に変換される。

図から明らかなように垂直流路の開口は横方向
に配されている。装置が広い範囲の波からエネル
ギーを受け取ることのできる能力はその流路の入
口の形状を注意深く設計することによつて向上さ
せることができることが分かつた。流路の入口が
横を向いていると流路の内壁が波の水平面内の運
動成分を例えば傾斜した円錐面の反射によつて垂
直面内の運動に変えることができるという利点が
ある。したがつて水平成分をより良く利用できる
のである。また更に上方を向いた流路、例えば縦
断面がＪ字形をした流路が有効であることも提案
されている。

第５〜８図に示す装置は準球体の頂部の開いた
フラスコ状をしたブイ９を備えている。その頂部
の開口は中細ノズル１０になつている。そのノズ
ル１０内には前記実施例で説明したのと同じ形式
のタービン１１が配されている。またそのブイの
底には重いバラスト１２例えばコンクリートが配
されている。またそのブイの底には係留点１３が
設けられている。このようにして水平運動がその
ブイの底に近い部分を中心とするピツチング乃至
ローリングに変換される。これによつて周期的に
係留点にかかる力が小さくなる。

ブイ内には半径方向に延びる３つの仕切１４と
環状の円錐形の仕切１５が設けられている。これ
らの仕切によつて前記タービン１１を通つて空気
を流すための３つの流路が形成されている。なお
半径方向に延びる仕切はブイのノズル１０内まで
延びている。また前記環状の仕切は底の開いた円
錐形の室を形成している。そのブイ内に海水その
他の液体がレベルＷまで満たされると、その仕切
１５によつて仕切られた空間１６内に空気が閉じ
込められる。

ブイが上下動すると、そのブイ内の液体がその
空間内に閉じ込められた空気の弾力に抗して振動
し、タービンを通つて空気が流れる。ブイがピツ
チング乃至ローリングすると前記実施例と同様
に、前記仕切によつて形成された流路のあるもの
では液面が上昇し、あるものでは液面が下がる。

上記実施例の波エネルギー装置は比較的大きな
ものとすることができる。例えばその径を発生し
得る波長、例えば100ｍ台の波長の、80％程度と
することができる。大サイズの大規模のエネルギ
ー発生に有用であるだろうし、比較的小さいブイ
は特定の用途に使用することができるであろう。