JPS6359027B2 - - 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
装置の製造方法に関する。

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、これらの装置
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
を達成することである。それ故本発明は、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、使用時に、波の伝播方向に整
列した垂直平面において運動する自由度をもつて
浮く、波からエネルギーを抽出する装置の製造方
法について、 (i) 使用時に液面下にあるようになつた装置の部
分に前記垂直平面について非対称の形状を選択
し、 (ii) 代表的な望ましい運転状況の状態の下で、前
記装置のモデルを試験して、入射波高さに対す
る夫々伝達波高さと反射波高さとの比を決定
し、 (iii) 前記モデル装置の重心位置とこの重心まわり
の回転半径とを全体として変化させ、 (iv) 入射波高さと伝達波高さの比と、入射波高さ
と反射波高さの比とが最小であり、或いは最少
に近い重心位置と回転半径の値を捜し出すまで
前記第(ii)の工程及び第(iii)の工程を繰返し、 (v) これらの比を最小にし或は最小に近くするよ
うに捜し出した前記モデルから相似的に拡大さ
せることによつて前記装置をつくることを特徴
とする。従つて、この方法による波からエネル
ギを抽出するための装置では、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
て該装置が前記波に応じて運動することがで
き、又該装置は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な、液面
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
値を備えている。

好ましくは本発明により製造される装置は、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。

又、本発明により製造された装置では、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、或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。

さらに本発明により製造された装置を、少なく
とも２つの要素から構成し、波に応答する前記要
素間の相対運動により、該装置が波からエネルギ
を抽出するように使用してもよい。この場合、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
た装置からなることもできる。

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では、寄
せ波のエネルギの約50％程の理論動力吸収率を有
し、残りの波エネルギは、装置それ自体によつて
伝達された波あるいは反射された波の間に等しく
分配消失される。

本発明の波からエネルギーを抽出する製造方法
により特定の水中形状および重量配分を備えた装
置では、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、回転運動によつて生
じる波即ち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。

かかる浮動装置の製造にあたり、重心の適正な
位置および重心のまわりの回転半径の値について
使用することのできる水中形状は多数あり、一旦
重心の位置および半径の値が決まれば、波からエ
ネルギを抽出する際、装置の性能を最適にするよ
うにこの重心位置及び回転半径の値を特定の装置
に比例的に適用することができる。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
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。

以下本発明を、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は、圧力ゲージ３
０が室２３と反対の側で連結されている。

次に第１ａ図を参照すると、ガラスのパネル３
１がモデル１４の各々の側に配置されているが、
これらのパネルはモデル１４と密着している必要
はなく、空洞２７に水が入つても良い。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に向かつて寄めこれに入射
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図の大きさを利用するこ
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図および第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
放出することによつて、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
1104196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、平行な側壁を備えた
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。本発明の方法により製造されるエネル
ギー抽出装置を、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本
発明による方法で、キヤリヤ装置５２とSalter
“Duck”５０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との組合わせら
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の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のかどばつた上面のスロ
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６４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５
８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５を有する細長い装置を、第７ａ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図乃至第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いて垂
直運動および／又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。

さらに本発明による波からエネルギーを抽出す
る装置の製造方法では、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合せをもつ
て、前記波に応じるように配置されている装置を
製造する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、波からエネルギーを抽出する装置の
製造方法で使用する浮動装置の試験モデル用設備
の概略的な断面図、第１ａ図は、第１図のａ−
ａ線に沿つた拡大断面図、第２図は、最適なパ
ラメーターをもつ浮動装置の輪郭の概略断面図、
第３図は、最適なパラメーターをもつ他の浮動装
置の輪郭の概略断面図、第４図は、本発明の波か
らエネルギーを抽出するための装置の製造方法に
よる第２図の装置のパラメーターを備えた装置の
概略断面図、第５図は、第４図の−線に沿つ
た断面図、第６図は、本発明の波からエネルギー
を抽出するための装置の製造方法による第３図の
装置のパラメーターを備えた装置の概略断面図、
第７図は、第２図乃至第６図に示されたものと異
なつた本発明の波からエネルギーを抽出する装置
の製造方法で使用する浮動装置の概略断面図、第
７ａ図は、第７図を矢印Ａの方向からみた図、第
８図は、第２図乃至第６図に示されたものとさら
に異なつた本発明による波からエネルギーを抽出
する装置の製造方法で使用する浮動装置、第８ａ
図は、第８図のａ−ａ線に沿つた断面図、第
８ｂ図は、第８図を矢印Ｘの方向からみた断片
図、 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 使用時に、波の伝播方向に整列した垂直平面
   において運動する自由度をもつて浮く、波からエ
   ネルギーを抽出する装置の製造方法について、 (i) 使用時に液面下にあるようになつた装置の部
   分に前記垂直平面について非対称の形状を選択
   し、 (ii) 代表的な望ましい運転状況の状態の下で、前
   記装置のモデルを試験して、入射波高さに対す
   る伝達波高さと反射波高さとの比を夫々決定
   し、 (iii) 前記モデルの重心位置とこの重心まわりの回
   転半径とを全体として変化させ、 (iv) 入射波高さと伝達波高さの比と、入射波高さ
   と反射波高さの比とが最小であり、或いは最小
   に近い重心位置と回転半径の値を捜し出すまで
   前記第(ii)の工程及び第(iii)の工程を繰り返し、 (v) これらの比を最小にし或いは最小に近くする
   ように捜し出した前記モデルから相似的に拡大
   させることによつて前記装置をつくることを特
   徴とする波からエネルギーを抽出する装置の製
   造方法。