JPS6240552B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、波からエネルギーを抽出するための
装置に関する。

波からエネルギを抽出するようになつた浮装置
のいくつかの例は、ヨシオマスダにより発明さ
れ、英国特許明細書第1014196号に説明されてい
る装置、および日本出願第97699／77号に説明さ
れている装置によつて与えられ、こらの装置は、
有効な仕事を行なうように配置された液体の柱の
振動によつて波からエネルギを抽出するように構
成されている。

波からエネルギを抽出するための装置の他の例
は、英国特許明細書第1482085号の要旨Salter
“Duck”、および英国特許明細書第1448204号の要
旨である、英国学士院会員Christopher
Cockerellにより提案された“いかだ”装置であ
る。

波からエネルギを抽出するための装置を作る際
に出会う困難の一つは、相当なエネルギ抽出効率
を達成する際にある。それ故本発明は、或る応用
のためにかかる装置のエネルギ抽出効率を改良す
ることに関係する。

本発明によれば、装置を浮かばせるようになつ
た液体上の波からエネルギを抽出するための装置
であつて、装置に向かつて寄せる波の伝播方向に
整列した垂直平面において前記波に応じて運動す
ることができ、前記波に応じた装置の運動が、装
置それ自体による波の伝達および／あるいは反射
を可成りの程度まで抑制するようになつている、
液面の下の装置の部分の形状、重心の位置、およ
び前記垂直平面における重心のまわりの回転半径
の値を備えた装置が提供される。

好ましくは本装置は、波の波長の特別な範囲内
で作動するようにエネルギの抽出に関して最適に
される。

装置は、発電器を駆動するようになつている空
気タービンを介して、あるいはオリフイスを通し
て、空気を駆動する如き有効な仕事を行なうよう
に配置された装置の中の液体の柱の振動によつ
て、波からエネルギを抽出することができ、後者
の場合にはオリフイスを通る際にエネルギを消費
し、これによつて装置は防波堤として働らくこと
ができる。

装置は少なくとも２つの要素から成り、波に応
じて前記要素間の相対運動が、波からエネルギを
抽出するのに使用される。

要素の一方は、英国特許明細書第1482085号の
要旨Salter“Duck”で構成されるのが良い。

変形例として、２つの要素は、いかだの形をし
た装置からなるのが良い。

装置に向つて寄せる波の方向に整列した垂直平
面において、対称的な水中形状を有する定置浮動
装置は、寄せ波のエネルギの約50％の理論的な動
力の吸収を有し、残りの波エネルギは、失なわ
れ、装置それ自体につて伝達された波あるいは反
射された波の間に等しく分配される。

本発明による水中形状および重量配分を備えた
装置は、前述の垂直平面における並進運動およ
び／あるいは回転運動の特殊な組合せを行なうこ
とができるように構成され、その結果波からエネ
ルギを抽出する際並進運動、回転運動によつて又
装置によつて生じる波が、装置それ自体による波
の伝達および反射を抑制するように互いに相殺さ
れる。

かかる浮動装置に対し、重心の適正な位置およ
び重心のまわりの回転半径の値をもつて使用され
る水中形状が多数あり、一旦重心の位置および半
径の値を決めてしまつたら、波からエネルギを抽
出するとき装置の性能を最適にするように特殊な
装置に適する水中形状が比例的に適用される。こ
のため、適当な水中形状、および対応する重心の
位置、回転の半径の値を、波タンクの中でモデル
の使用によつて決定することができる。

これから本発明を、例示として添付の図面を参
照して説明する。

第１図を参照すると、図示された装置は、平面
が長方形の形のものであつて、一部分水で満たさ
れたタンク１０を有し、該タンクは一端に、（図
示されていない装置によつて）揺動されタンク１
０に沿つて波を伝えるように配置されたカム形羽
根の形をなす波発生装置１２を備えている。波が
はね返らないようにするためのエキスパンドメタ
ルの波吸収装置１３が、タンク１０の他端に配置
されている。試験すべき浮動装置のモデル１４
が、タンク１０の中に配置され、モデル１４によ
つて伝達された波を検出する波高ゲージ１５が、
波吸収装置１３の近くに配置されている。波長の
四分の一に等しい距離だけ離れた２つの波高ゲー
ジ１６および１７は、波発生装置１２によつて作
られた波とモデル１４によつてはね返された波を
検出するために、波発生装置１２とモデル１４と
の間に配置されている。

モデル１４は、各々が４つの開口２０を有し且
つ互いに連結され垂直に配置された多数の木製ブ
ロツク１９から、構成されている。モデル１４の
上部は、ブロツク１９の最上部に連結され且つ丸
い端を備えた下向きに延びる中空部分２２を有す
る成形された木製ブロツク２１によつて構成さ
れ、このブロツク２１は、空気ポケツトを水柱に
よつて捕える室２３の上部を構成する。室２３の
ベースは水平に延びるブロツク１９によつて構成
され、そのブロツクのうち最も外側のブロツクは
丸い端を備えている。

２つの容器２５が互いに連結され、且つ成形さ
れたブロツク２１に取りつけられ、この容器２５
にアルミニウムシート２６が連結され、容器２５
と垂直に配置されたブロツク１９の最下部との間
に延びて空胴２７を構成する。成形されたブロツ
ク２１の架橋部分２９のオリフイス２８は室２３
と連通し、このオリフイス２８に、圧力ゲージ３
０が室２３と反対の側で連結されている。

今第１ａ図を参照すると、有機ガラスのパネル
３１が、モデル１４の各側に配置されているが、
水が空胴２７に入ることができるように、密閉係
合状態する必要はない。金属棒状おもり３２（一
つのみ図示）が、モデルのまわりに必要な重量配
分を提供するように、開口２０のうちのいくつか
に配置されている。再び、第１図を参照すると、
容器２５および成形されたブロツク２１の中空部
分２２の中の水は、必要な重量配分を達成する際
におもり３２を補足し、この重量配分から、重心
の位置および重心のまわりの回転半径の値を決定
することができる。

モデル１４を試験するために、波発生装置１２
を作動してモデル１４に向かつて寄せこれに入射
する波を伝える。これらの寄せ波の高さは、入射
波高さゲージ１６によつて示される。室２３の中
の水は、モデル１４に入射するこれら波の影響に
よつて揺動し、入射波から抽出されるエネルギ
は、圧力ゲージ３０により示される圧力によつて
決定される。

モデル１４によつて伝達されるすべての波の高
さは、伝達波高さゲージ１５によつて決定され、
同じくモデル１４によりはね返されるすべての波
の高さは、それぞれ波高ゲージ１６および１７に
よつて示される波高を比較することによつて決定
される。

次にモデル１４の形状およびその重量の配分
は、ブロツク１９、おもり３２および容器２５を
取り外したり、付け加えたりあるいは分配し直す
ことによつて、および容器２５と中空部分２２の
中の水の量を変えることによつて、さらに必要な
らばアルミニウムシート２６の形状を変えること
によつて変えられる。それからこの再成形された
モデル１４は上述の様式で再試験され、連続的に
数個の再成形されたモデル１４が再試験される。
最良の結果をもたらす、即ち伝達波および反射波
の高さを最も低くする再成形モデル１４が、最適
の条件に最も近いものとして選択され、この再成
形モデルの大きさ、重量配分、重心および回転半
径が計算されその結果これらを、特定な適用に適
するように比例して適用することができる。

第１図および第１ａ図に示されたモデルと類似
のモデル１４が上述のように試験されると、水中
形状の最適な大きさ（割合）、重心の位置および
重心のまわりの回転半径の値が、第２図および第
３図に示されているように決定される。

第２図において、概略断面で示したモデル１４
には、水中形状の寸法の相互関係、モデル１４の
重心の位置、この重心のまわりのモデル１４の回
転半径、室の中の水の平均高さ、水線および入射
波の波長について注釈が付けてある。

第２図の寸法′L′は入射波の波長に関係し、′
L′が入射波の波長のほぼ1/10に等しい応用例にお
いては第２図および第３図の大きさを使用するこ
とが望ましい。第１図のタンク１０の中のモデル
１４の入射波の波長は、実用的な装置を使用でき
る波長のバンドに亘つてモデル１４を試験するこ
とができるように、波発生装置１２の揺動数を変
えることによつて変化させることができる。

第２図のモデル１４は、入射波のエネルギの約
75％を有効な仕事に変換し、約５％を伝達波とし
て約５％を反射波として変換し、エネルギの残り
15％は、モデルの作動の際の損失として消費され
ることがわかつた。水線より上のフリーボード
は、重心の位置および回転半径の値との関係を除
けば重要ではない。実用的な装置において、伝達
波および反射波の５％程度の値は、かかる装置と
関連した損失が著しく減少することを意味するこ
とは理解されよう。

第３図に示されたモデル１４は、第２図のモデ
ル１４と類似しており、類似の様式で説明されて
いる。しかしながら、第３図のモデル１４の排水
量は、第２図のモデル１４と比べて非常に少ない
が、波からエネルギを抽出する際モデルの効率に
ほとんど影響を及ぼさない。

第２図及び第３図に示されたモデルの寸法割合
を特定の用途の装置に採用することができる。

第１図のモデル１４および第２図、第３図に示
された形状は水柱の振動に頼る装置に関係し、水
柱より上の空気の如きガスを加圧し、このガスを
オリフイスを通してタービンの如き機械的装置へ
放置することによつて、或はエネルギがオリフイ
スを通る際に失なわれて装置が防波堤として機能
するように、オリフイス２８の大きさを選択する
際にガスをオリフイスを通して放出することによ
つて入射波からエネルギを抽出する。

第２図および第３図に示すオリフイスの大きさ
は、かかる防波堤装置に使用されるオリフイスに
関係する。水柱の振動を使用して波からエネルギ
を抽出する装置の例は、前述の特許明細書第
1014196号および日本国出願第97699／77号に記載
されている。波からエネルギを抽出するために振
動する水柱の使用で作動する本発明の装置が第４
図に示されている。

第４図に示されている装置は浮力構造のもので
あつて、装置を浮かばせている液体（例えば海
水）の波の伝播方向に整列した垂直面において、
第２図の大きさ（割合）および重量配分を有して
いる。この装置は、前壁３５、成形された後壁３
６、下方端壁３７、および前壁３５と後壁３６と
の間の室２３を密閉する上部３８を有している。
前壁３５の底部と下方端壁３７との間の口３９に
よつて、液体を、液面上の波の運動で室２３の中
へ流入させたり流出させたりする。

整流弁構造は、室２３の中へ戻らないようにす
る逆止め弁空気入口４０および室２３から戻らな
いようにする逆止め弁空気出口４１によつて提供
され、空気入口４０および空気出口４１は、大気
からの逆止め弁空気入口４３と大気への逆止め弁
空気出口４４を備えた空気ダクト４２に連結され
ている。空気タービン４５は空気ダクト４２に配
置され、空気が空気ダクト４２を流れるとき発電
器４６を駆動することができるように、発電器４
６に連結されている。

装置は、第５図に示されているように波と平行
な方向に細長い形状のものであり、且つ側壁４９
を有し、各々が空気タービン４５（図示せず）お
よび発電器４６（図示せず）に連結される複数の
室２３を構成する。

第４図および第５図の装置の作動において、波
の運動で室２３の中の液体の振動は、空気入口４
３および空気出口４１を通して室２３の中へ空気
を吸い込み、次に室２３から空気入口４０および
空気出口４４を通して空気を追い出す。空気ダク
ト４２の中の空気流れの方向は、空気の流れを示
す矢印から明らかなように一方向であり、それ故
空気タービン４５は、室２３の中の液体の上向き
運動および下向き運動の両方の間駆動される。

第４図および第５図に示された装置とほとんど
の点で類似するが、第３図の大きさ（割合）およ
び重量配分を有する装置が、第６図に示されてい
る。第６図の装置は、第４図に示された装置の三
角形の形成後壁の代わりに、平行な側部を備えた
後壁３６ａを備えているけれども、第４図の装置
と関連して説明されたのと同一の様式で作動し、
波からエネルギーを抽出する。

空気入口４３および４０と空気出口４１および
４４のための逆止め弁が、単一の密閉物を有する
ものとして第４図および第６図に示されているけ
れども、平行関係をなす複数の密閉物（図示せ
ず）を、空気入口４０あるいは４３、あるいは空
気出口４１あるいは４４の寸法に依存して使用し
ても良い。

本発明を、水柱の振動を利用して入射波からエ
ネルギを抽出する装置に関連して説明したけれど
も、本発明は又同じく、入射波からエネルギを抽
出するのに使用される他の装置、例えば、英国特
許明細書第1482085号の要旨Salter“Duck”装置
および英国特許明細書第1448204号の要旨
Cockerellいかだ装置のように、一方の要素を他
方の要素に対して運動させて出力を引出す装置と
合体させても良い。

今第７図および第７ａ図を参照すると、数個の
Salter“Duck”５０が、浮動キヤリヤ装置５２
で支持された棒５１に設けられている。キヤリヤ
装置５２は、棒５１を支持するためにキヤリヤ装
置５２に沿つて平行に配置された多数の仕切５３
を有している。第１図の設備と関連して説明した
方法で、キヤリヤ装置５２とSalter“Duck”５
０との組合せ装置の形状および回転半径を適当に
試験することによつて、形状、重心の位置および
重心のまわりの回転の半径の値が、キヤリヤ装置
５２とSalter“Duck”５０との組合せ装置から
伝達された波およびはね返された波を最小にし、
それ故これらの波に応じてSalter“Duck”５０
の揺動によつて入射波から抽出することができる
エネルギを最大にするように決定される。比較的
短いキヤリヤ装置５２を、ほんの数個のあるいは
ただ一つのSalter“Duck”５０とともに使用し
ても良く、又Salter“Duck”５０は、入射波に
応じてキヤリヤ装置５２とともに並進運動を描く
けれども、Salter“Duck”５０は、本発明によ
つて、Salter“Duck”５０と組合わせられたキ
ヤリヤ装置５２の形状、重心の位置および回転半
径の値が選択されるため、比較的高い波エネルギ
抽出効率を依然として有することが理解されるで
あろう。Salter“Duck”５０の詳細について
は、英国特許明細書第1482085号が参考になる。

今第８図、第８ａ図および第８ｂ図を参照する
と、大体Cockerellいかだに原理が類似した、入
射波からエネルギを抽出するためのいかだ型式の
装置の本質的な特徴が示されており、この装置
は、キヤリヤいかだ５８のかどはつた上面のスロ
ツト５９を横切つてピボツト棒５７にそれぞれ連
結されている２つの′A′形フレーム５６によつて
枢着された、フロート５５を備えている。′A′形
フレーム５６はそれぞれ直立ラグ６０を有しそし
てピボツト棒６１の固定部をなし、水圧ピストン
ポンプ６４のピストン棒６３のフオーク端６２は
このピボツト棒６１に枢着されている。ポンプ６
４のシリンダ部材６５は、いかだ５８の上面のス
ロツト６９を横切つて延びるようにキヤリヤいか
だ５８に配置されたピボツト棒６７に枢着されて
いる。

作動の際、入射波に応じてフロート５５とキヤ
リヤいかだ５８との間の相対運動を利用し、水圧
回路（図示せず）を通してポンプ６４の中の水圧
流体を圧送することによつて機械仕事を行なう。

Salter“Duck”に関連して説明されているよ
うに、形状、重心の位置および重心のまわりの回
転半径の値は、第８〜８ｂ図の装置からの伝達波
および反射波を最小にし、入射波から抽出される
エネルギを最大にするように決定される。ただ一
つのキヤリヤいかだ５８と平行関係に連結された
多数のフロート５５を有する細長い装置を、第７
ａ図のSalter“Duck”に関連して説明されたの
と類似の方法で使用しても良い。

第２図及至第８図の装置は中実構造で示されて
いるけれども、浮力をもたらし、且つ重心の必要
な位置および重心のまわりの回転半径の値を整え
る助けとなるように、適当な空胴を備えるのが良
い。

第１図の設備に使用されている波高ゲージ１
５，１６および１７は、波の高さを決定するのに
慣用的に使用されているゲージである。

本発明の前述の説明において、装置の並進運動
は、寄せ波の方向に整列した垂直平面における垂
直運動および／あるいは水平運動と関係すること
が理解される。かかる運動は又それぞれ隆起およ
びうねりとして知られ、他方この垂直平面におけ
る回転運動はピツチとして知られている。この平
面と交差する運動も又、前記平面における前述の
運動と同時におこることもある。装置が、垂直平
面における前部と後部との間での装置の長さと比
べて、この垂直平面に直角な方向に比較的長い場
合、波に応じて装置の運動は、前記垂直平面にお
いて実質的に２次元のものとなる。

さらに本発明は、装置を浮かばせるようになつ
た液体上の波からエネルギを抽出するための装置
であつて、装置それ自体による波の伝達および／
あるいは反射を可成りの程度まで抑制するような
隆起、うねりおよびピツチの組せをもつて、前記
波に応じるように配置されている装置を提供す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、浮動装置の試験モデル用設備の概略
的な断面図を示す。第１ａ図は、第１図のＩａ―
Ｉａ線に沿つた断面の拡大図を示す。第２図は、
浮動装置の最適なパラメーターの輪郭を概略的に
断面図で示す。第３図は、他の浮動装置の最適な
パラメーターの輪郭を概略的に断面図で示す。第
４図は、第２図の装置のパラメーターを備えた、
波からエネルギーを抽出するための装置を、概略
的に断面図で示す。第５図は、第４図の―線
に沿つた断面図を示す。第６図は、第３図の装置
のパラメーターを備えた、波からエネルギーを抽
出するための装置を、概略的に断面図で示す。第
７図は、第２図乃至第６図に示された装置と異な
つた浮動装置の概略的な断面図を示す。第７ａ図
は、第７図を矢印′A′の方向からみた図を示す。
第８図は、第２図乃至第６図に示された装置とさ
らに異なつた浮動装置を示す。第８ａ図は、第８
図のａ―ａ線に沿つた断面図を示す。第８ｂ
図は、第８図を矢印′X′の方向からみた図を断片
的に示す。 １２……波発生装置、１４……モデル、２３…
…室、２７……空胴、２８……オリフイス、３０
……圧力ゲージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 波に浮いて波の伝播方向に整列した垂直面で
   前記波に応答して動くことのできる波からエネル
   ギーを抽出する装置において、液面下にあるよう
   になつた前記装置の部分の形状が、前記垂直面に
   ついて非対称であり、前記装置は、空気ポケツト
   を液体柱によつて捕える室と、この室に設けら
   れ、室の中で振動する液体から抽出されるエネル
   ギーを浪費しあるいは使用する装置に動力を供給
   するため、前記室の中で振動するように位置する
   或る量の液体を供給するように液体を室の中へ流
   入させたり流出させたりする開口とを備え、前記
   開口は、前記室の閉鎖下端に、或いは下端の近く
   で室の寄せ波側に設けられており、 (a) 寄せ波の移動方向に関して前壁の面と後壁の
   面との間の前記室の距離Ｌが、寄せ波の波長の
   約1/10倍となるように選択され、 (b) 前記室の中の液体の平均高さが、寄せ波の波
   長の約9/80倍となるように、前記室の閉鎖端を
   位置決めし、 (c) 開口が、前記室の中の液体の平均高さの約2/
   ３倍の上向き寸法を有し、 (d) 前記装置の重心が、前記室の閉鎖端から前記
   室の中の液体の平均高さの約1/9倍で、且つ後
   壁の面の後方へ、前記室の前壁の面と後壁の面
   との間の前記室の前記距離Ｌの約5/16倍だけ離
   れて位置し、 (e) 重心のまわりの前記装置の回転半径が、前記
   室の前壁の面と後壁の面との間の室の前記距離
   Ｌの約3/4倍である、 ことを特徴とする、波からエネルギーを抽出する
   装置。 ２ 波に浮いて波の伝播方向に整列した垂直面で
   前記波に応答して動くことのできる波からエネル
   ギーを抽出する装置において、液面下にあるよう
   になつた前記装置の部分の形状が、前記垂直面に
   ついて非対称であり、前記装置は、空気ポケツト
   を液体柱によつて捕える室と、この室に設けら
   れ、室の中で振動する液体から抽出されるエネル
   ギーを浪費しあるいは使用する装置に動力を供給
   するため、前記室の中で振動するように位置する
   或る量の液体を供給するように液体を室の中へ流
   入させたり流出させたりする開口とを備え、前記
   開口は、前記室の閉鎖下端に、或いは下端の近く
   で室の寄せ波側に設けられており、 (a) 寄せ波の移動方向に関して前壁の面と後壁の
   面との間の前記室の距離Ｌが、寄せ波の波長の
   約1/10倍となるように選択され、 (b) 前記室の中の液体の平均高さが、寄せ波の波
   長の約9/80倍となるように、前記室の閉鎖端を
   位置決めし、 (c) 開口が、前記室の中の液体の平均高さの約2/
   ３倍の上向き寸法を有し、 (d) 前記装置の重心が、前記室の閉鎖端とほぼ同
   一の高さで、且つ前記室の後壁の面の後方へ、
   前記室の前記壁の面と後壁の面との間の室の前
   記距離Ｌの約1/8倍離れて位置し、 (e) 前記装置の回転半径が、前記室の前壁の面と
   後壁の面との間の室の前記距離Ｌの約7/8倍で
   ある、 ことを特徴とする、波からエネルギーを抽出する
   装置。