JP2007536469A - 波動からの電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム - Google Patents

Abstract

心軸／ピストン／シリンダ系に基づき、且つ、浮遊部材に働く波動により駆動されるポンプ輸送のための手段の実施の結果、波動から抽出可能な水圧機械エネルギーを利用する電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。波動下で、空気がピストン７ｂにより圧縮され、タンク７０の小室２０内に放出される。水は別のピストン７ａにより圧縮され、同じタンク７０の小室３０内に放出される。バルブ４０は水圧タービン５０への放出量を調節する。可動壁１８及び小室２０、３０を備えたタンク７０は水の適切な加圧及びタービン５０への一定の送達を確実にする。

Description

本発明は一般にはエネルギー変換システムに係り、より詳細には、海及び大洋の波の自然な運動の利用による電気エネルギー生成のためのモジュラ・システムに関する。

このシステムは、再生可能且つ潜在的に無限な天然資源を利用したエネルギー生成分野における適用がある。

化石燃料の不可避な漸進的な枯渇は、エネルギー生成に対する新規且つ改善された方法の提案に拍車をかけている。

資源の乏しさにより課された問題を、自身の持つ固有の特徴及び豊富な利用可能性のおかげで解決することができる興味深いエネルギー供給源は、確かに、海及び大洋の波の絶え間のない運動に関連した供給源である。

技術の現状では、波動により発生されたエネルギーを動力化し、且つ、海面の波の運動の結果として得られる水圧機械力から電気エネルギーを生成するための試みが行なわれてきている。

電気エネルギー生成のために波動を利用するためのシステムを考え、且つ、作製するうえで採用された手法は基本的に２つであり、それらは、流体が電気エネルギー生成のために使用されること、又は、機械的な解決策に対する信頼性が全てであること、例えば、単なるクランク・ギヤに頼ること、という事実によって異なっている。

しかし、一般には、双方の手法とも、抽出された水圧機械エネルギーの電気エネルギーへの即座の変換を伴う。このような手順は、システムの性能が波動により作られる力に直接に束縛されたままであるために、生成された出力可能な電力への深刻な影響をもたらす。

典型的に、波動は、エネルギー変換装置の駆動のために、流体の支援を得ても得なくても、自身の持つ機械エネルギーを伝達しやすい機器の運動を誘導し、選択的に中間の工程、例えば、逆行可能な並進から回転への前記運動の機械的変換の工程を辿る。

より詳細には、適切に水路に流され、搬送され、又は、強制された流体が頼りにされる時でさえ、海面の偶発的な状況への即座の著しい依存に、及び、エネルギーの直接変換の必要性に関連した問題がある。

これに関して、波動からの電気エネルギー生成システムの知られている例は、海中の取入れ口及び空中の取出し口を備えた、岸辺で崩れる波の力を搬送するための水路及び洞窟の利用を想定したものである。

特に、水路又は洞窟の内部で誘発される圧力波は、発電機に接続されたインペラの羽根を動かすために必要な推力を供給する。

知られているさらなる例は、ブレードが装備された機械の回転を駆動し、電気エネルギー生成を引き起こすように、ブレードが装備された機械に接続された容器内に波動により海水が落ち込むシステムのものである。

ブレードの回転により回収された水の位置エネルギーを利用する落水システムも、最新技術では等しく一般的である。

全てのこれらのシステムは、エネルギー生成に対する海の状態への、及び／又は、特に後者の２つの例の場合において、容器に取り入れられる海水の量への即時の依存性という上述の短所を被りやすい。

波動に伴う水圧機械エネルギーを変換する最新技術において工夫された機械構造が、いずれにしても、常に機構の高い複雑性を特徴とし、且つ、それらの機構を開発及び稼動させるための製造上及び経済上の努力が生産されたエネルギーの量に関して比例した利益によっては決して報われていないことを特徴としていることにも注目されたい。

つまり、費用／利益の比がそのような方法の効果的且つ便利な実施と完全に見合ったことは全くなかった。

本発明の基礎を成す技術的問題は、知られている技術を参照して上述した短所を克服することを可能とする電気エネルギー生成のためのモジュラ・システムを提供することである。

そのような問題は、
前記波動の影響を受ける個別の第１の部材の運動により駆動される、空気をポンプ給送するための第１の手段と、
前記波動の影響を受ける個別の第２の部材の運動により駆動される、水をポンプ輸送するための第２の手段と、
区分するための可動手段により区分された第１及び第２の可変容積小室を有する少なくとも１つのタンクを含み、
空気は前記第１の小室内に所定の圧力値までポンプ給送され、水は、前記第１の小室の容積を低減するように前記第２の小室にポンプ給送され、前記第２の小室から圧力下の水を抽出するための手段、及び、圧力下の前記水に伴った電気エネルギー生成のためのタービン手段が設けられている少なくとも１つのモジュールを有する上記に詳述した如くのシステムにより解決される。

本発明によるモジュラ・システムの主な長所は、電気エネルギーに関してシステムにより出力される電力から波動の偶発的な強度の高度に不確実な変数を解き放つことを可能にすることにある。

このことは、波動の強度の偶発的な様相に関係なく、海水を保存する適切に実施された工程、及び、実際の要求に従ってシステムを調整する選択肢の導入を介して第１の例において達成される。

前記結果は、モジュラの概念による本発明の有利な設計の力によっても達成される。

事実、本発明は、各々がそれ自体で動作可能であり、且つ、システムの機能の全体を組み込んでいる複数のモジュールで構成され得る。

各モジュールは、他のモジュールに便利に組み込まれ、且つ、結合されるように、又は、他のモジュールから分離され、且つ、取外されるように構築されている。

したがって、考えられたモジュール性は、システムのエネルギー出力性能を調整するために、全体としてシステムの比例した電力増強又は電力低減を可能にする。

したがって、生成されたエネルギーの量は、不確実な波動パターンではなく、利用者の実際の需要に、及び、例え仮のものでも臨時のものでも利用される集水地域の要求に直接関連している。

さらに、本発明は、海及び大洋の波の絶え間ない運動からの水圧機械エネルギーの経済的に便利且つ生態学的に互換性のある利用を可能にする。

上述した形のエネルギーの電気エネルギーへの変換は環境を尊重したモードにより行なわれる。

事実、本システムを実施するために必要な機械設備のいずれのレベルにおいても、汚染物質は存在しない。

加えて、波からのエネルギーの機械的回収及び水力発電による変換のための機械設備は比較的単純であり、且つ、複雑でない製造により高い経費を一般には想定していない限られた数の構成要素を含む。

特に、前記機械設備は、その準備、並びに、その後の検査及びサービス作業のための初期投資により代表される費用を別にすれば、いかなる追加の費用も課さない。

本発明の他の長所、特徴、及び、採用の形態は、例として与えられるか、限定的な目的ではない本発明の実施例の以下の説明により明らかとなろう。

添付の図１の図面を参照すると、同図において、最低限のモジュラ構成における本発明による電気エネルギー生成のためのシステムの概略が示されている。

同図はシステムの全ての装置及びユニットの接続を示している。

したがって、図１を参照すると、システムは複数のユニット及び部材で構成され、特に、システムの構成要素ユニットは部分的に海、海面上並びに海中に、及び、部分的に乾燥した陸上、好ましくは海岸の近くに所在している。

配管網が海１００に所在するユニット５００を乾燥陸上に取り付けられたユニット４００に接続している。

海で、各ユニットは固定部分、例えば、杭打ちされた形状の部分に載っている。このような固定部分は、異なった形態、例えば、打ち込まれ又は掘削された形態で海底２００に固着された複数の垂直杭１を含む。

杭１は様々な材料、例えば、鉄鋼又は鉄筋コンクリートで作製され得る。

本明細書で説明されている実施例において、杭１は、線形の連続体を形成するために対になって配列され、適切に間隔を空けられている。

波により展開される力の程度を表す平均の統計値の専用の測定を介して記録可能な特定の地域に典型的な波動の強度に依存して、杭１は海底２００に適切に固定され、且つ、設計中に適切に寸法を決定される。

海に所在するモジュール全体又は各単一の対の杭１を覆うような幅の１つ又は複数のプラットフォーム２は、結合のための適切な手段を介して、杭１自体の上に嵌っている。選択肢として、杭は、最大の安定性をもたらすために、隣接する乾燥陸上に支持されてもよい。

プラットフォーム２に関して、杭は、電気エネルギー生成のためのモジュラ・システムの通常の動作条件下で抑制及び遮断するための手段として、及び、海面上の危険な条件を処理する際の滑動ガイドとして、それぞれ動作する。

杭１に固着されたプラットフォーム２内には、圧縮室１０として機能する個別の空洞を有するシリンダ４がプラットフォーム２に一体に組み込まれている。

複数の浮遊部材５ａ及び５ｂは、案内部材２５により杭１上に滑動可能に搭載され、その構成は、複数のうちの各浮遊部材５ａ又は５ｂが個々の対の杭１上に２つに対して２つ搭載され、そのため、各浮遊部材が４つの杭により案内されるようになったものである。

このような浮遊部材５は、例えば、ブイ又は強化外殻構造体の形態の浮遊体でもあり、杭１に形成された適切な溝及びガイド部のような関連する滑動ガイド手段により、浮遊部材５は垂直な移動が自由である。

したがって、浮遊部材５ａ及び５ｂは波動の影響を受け、且つ、入来する波のパターンに調和した線形の運動で上昇又は下降する。さらに、以下に明らかにされるように、選択肢として、前記浮遊部材が同じ機能を実行できる波動の影響を受ける異なった部材により置き換えられることが理解されよう。

浮遊部材５ａ及び５ｂは、シリンダ／ピストン系の構成におけるシリンダ４ａ及び４ｂの空洞内で移動するピストン７ａ及び７ｂと同じ数の個別の心軸６ａ及び６ｂに接続されている。前記ピストンの運動は圧縮室１０の容積を変化させ、ポンプ輸送効果を引き起こす。

浮遊部材５ａ及び５ｂへの心軸６ａ及び６ｂの接続は接続のための手段に頼ることにより行なわれ、心軸が、浮遊部材の辺縁部を補強すること、及び、波動のパターンの結果として得られる異なった実行可能な構成に適合することを可能にする。

事実、浮遊部材５ａ及び５ｂは、波動パターンに追随するために揺れ及び振れが自由でなければならない。

心軸６ａ及び６ｂと浮遊部材５ａ及び５ｂの間を接続するための手段は、例えば、心軸の脚部上に形成され、浮遊部材上に事前配列された着座部上に収容されやすい適する蝶番、又は、接続用ガジオン・ピンが通される心軸の端部における、若しくは、渦巻形状を持つハトメとすることができる。

明らかに、ピストン７は、波動に比例し、且つ、波の推力に応じた垂直は逆行可能な運動が供給される。

固定プラットフォーム２に一体化されているシリンダ４ａ及び４ｂ内のピストン７の相対運動は、比例した上向き又は下向きの変位を伴った海面上の波動のパターンに対応した浮遊部材５ａ及び５ｂの運動により確実にされる。

杭１には適した安全停止部が装備され、そのため、異常な波又は極端な状態、例えば、嵐の状態の存在下でも、システムの機能は損なわれず、浮遊部材に波動により搬送される水圧機械力の過剰な激しさによる破壊は結果的に発生しない。

この目的のために、本発明による電気エネルギー生成のためのモジュラ・システムの構造的破壊を容易に防止する安全停止部９は、杭１上での全行程に依存して海水面の上方の特定の高さにおいて、杭１上に有利に所在する。安全停止部９は、案内部材２５と協働する。

シリンダ４ａ及び４ｂは、異常な波をより良好に弱めるために揺れることができる。

基本的に、浮遊部材５ａ及び５ｂが異常な波による過剰な推力を受けると、杭上に定置された停止部が所望の高さにおいて浮遊部材を阻止する。

配管網は、ピストン７の手段によりシリンダ４上に得られる圧縮室１０を、第１の例では外部環境に、また、第２の例では圧力下で放出される流体が空気か水かによってそれぞれの小室２０又は３０に接続している。このような小室は閉鎖された、すなわち、大気圧により密閉され、乾燥陸上に所在する蓄積タンク７０の一部である。

事実、上述の配管のダクトは、第１の例では、自身の端部の１つから流体を取り入れるため、及び、その流体をシリンダ４内の圧縮室１０内に取り込み、続いて、圧力下でその流体をその流体の液体性又は気体性の性質によって、適した、且つ、それぞれの小室２０又は３０内に搬送及び注入するように機能する。

これに関して、本発明が、各々のモジュールが少なくとも１つの第１のシリンダ４ａを大洋からの取り入れられた海水があるそのモジュールの圧縮室１０ａ内に、及び、少なくとも１つの第２のシリンダ４ｂを大気から取り入れられた空気のあるそのモジュールの圧縮室１０ｂ内に含む各モジュールに区分されているという長所を有することが強調される。各モジュールは少なくとも１つのタンク７０に対して機能する。

述べられているように、空気及び水は、海岸の近くに所在するタンク７０のそれぞれ第１及び第２の小室２０及び３０内に圧力下で注入される。

小室２０及び３０は各々が可変な容積を有し、柔軟且つ変形可能な隔壁１８を本実施例においては有する区分のための可動手段により区分されている。

圧力下で水を蓄積するための第２の小室３０は、今度は、さらなる配管長１６を介して送達量を調整／低減するための手段４０に接続されている。

送達量を調整／低減するためのこの手段４０は、その上、水流の圧力を部分的に低減するために水流を膨張させることができ、ダクト１６の外部流通管と水圧タービン５０の下流に所在する水圧タービン５０のガイド・ブレードの取入れ口との間の通路を密閉することができる開閉部材又はバルブ内に存在することができる。

水力発電所の内部に所在する水圧タービン５０は、電気エネルギーの生成のために予め配列され、且つ、関連する保護装置、指令装置、及び、制御装置が装備されている発電機６０に、方法自体は従来の方法で接続されている。

システムの動作が分割できる各工程は、空気が吸入取入れ口１４を介して大気から予備的に取り入れられ、波動の行動の結果としてピストン７ｂにより圧縮され、且つ、供給配管網の専用区間１５を介して小室２０内に送達されると考える。

したがって、この小室は圧縮空気で事前に満たされ、隔壁１８は、同じく波動の結果としての小室３０内の海水のポンプ給送に先立ってさえ、事前張力の影響を受ける。

したがって、第１のシリンダ４ｂを含む第１のピストン／シリンダ系は空気をポンプ給送するための第１の手段を構成する。

したがって、第２のシリンダ４ａを含む第２のピストン／シリンダ系は水をポンプ給送するための第２の手段を構成する。

波動により誘発され、且つ、心軸６を介して浮遊部材５から伝達される垂直の逆行可能発振運動の結果、シリンダ４ｂ内のピストン７ｂは配管網の終端１４から空気を取り込み、その空気を圧縮室１０ｂに取り入れる。

海の満ち潮とともに、このように取り入れられた空気は、取り入れダクト上のバルブ並びにさらなるバルブ、例えば、送達ダクト１５上のチェック・バルブが閉鎖されると、ピストン７ｂにより圧縮される。

ピストン７ｂによりこのように圧縮され、ダクト１３への流入のためにバルブが開かれると、空気は配管長１５内を圧力下でパイプ輸送され、続いて、所定の圧力を達成するために蓄積タンク２０内に放出される。

続いて、同じ基本的機構を使用して、水が水没している吸入取入れ口１１を介して海から取り入れられる。

続いて、この導入された海水はピストンによりポンプ給送され、且つ、専用の供給網１３に送達される。

上述の動作と同様のバルブの開放／閉鎖の動作の結果、取り入れられた水は蓄積タンク２０内に圧力下で保存される。

２つの蓄積小室２０及び３０はバルブにより取り入れ調整される。自動制御システムが全てのバルブの開放及び閉鎖を支配できることを理解されよう。

述べられているように、小室２０及び３０は弾性のある柔軟且つ変形可能な隔壁１８で作られている壁を共有している。

上述の工程の結果、圧力下で予備的に既に送達されている小室２０内の空気は、小室３０内への海水の導入を介してさらに圧縮され、変形された隔壁１８で均衡の取れた構成を作り出している。

２つの小室は圧力釜の原理と同じ原理に従って動作し、そのため、圧力検出機器が小室内部での特定の最大圧力レベルの到達を信号で知らせると、個別の小室３０内の水の取り入れは、取り入れバルブが相対的に閉鎖され、保留される。一方、小室３０の取出し口において、送達量を低減するための手段４０は開放され、その時までに蓄積された水の膨張を可能にする。

圧縮された空気室２０内の過剰圧力が結果として起こり、これは、隔壁１８の水位において不均衡を引き起こし、以前に調整されたものとは逆の方向で隔壁１８になされた変形を伴う。

したがって、隔壁１８の膨張の結果の小室２０の容積の増大のために隔壁１８の２つの部分の圧力間の均衡が再確立されるまで、水は小室３０から送達ダクト１６内に押出される。

圧力のこの均衡調整の開始時に、前記送達量（放出量）低減手段４０は再び閉鎖され、上記に詳述されたサイクルが繰り返される。

したがって、タンク７０内では、圧力下の水が保存され、モジュールの各々により利用されるタンク７０の全て、いくつか、又は、１つのみへの流量調節手段４０の選択的且つ調整された開放で、要求に従った電気エネルギーを生成するために放出されるための準備が整う。

システムのバルブ及び密封結合はいかなる動作条件下でも調整が可能であり、特に、下流の配電網により示された需要及び要求に従ってダクトを閉鎖し、且つ、流体の流量を調整することが可能である。

システムのバルブ及び結合は自動的に動作できるか、又は、圧力検出機器の関連測定をそれらが送っている中央ユニットにより制御され得る。

本明細書において強調されたように、本発明によるシステムが実施されるモジュール方式は、電力網の突然の要求の場合に機能するという固有の迅速性に加えて、柔軟性、すなわち、ピーク時の負荷の急速に変化するパターンに追随する能力、電気エネルギー生成サービスの高い利用可能性、継続性及び安全性などの他の長所も伴う。

同様に、波動が定義では再生可能なエネルギー供給源であることも強調されなければならない。

電気エネルギー生成のための上述のモジュラ・システムに対して、当業者は、さらなる、偶発的な要求を満足するために、いくつかのさらなる修正及び変形を、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の保護範囲内に入るものであれば全て達成することができる。

Claims (11)

1. 圧力下に流体をポンプ給送するために波動を利用する、電気エネルギー生成のためのモジュラ・システムであって、
   前記波動の影響を受ける個別の第１の部材（５ａ）の運動により駆動される、空気をポンプ輸送するための第１の手段と、
   前記波動（５ｂ）の影響を受ける個別の第２の部材（５ｂ）の運動により駆動される、水をポンプ給送するための第２の手段と、
   区分するための可動手段（１８）により区分された第１（２０）及び第２（３０）の可変容積小室（３０）を有する少なくとも１つのタンク（７０）とを含む少なくとも１つのモジュールを有し、
   前記空気は前記第１の小室（２０）内に所定の圧力値までポンプ給送され、前記水は、前記第１の小室（２０）の容積を低減するように前記第２の小室（３０）にポンプ給送され、前記第２の小室（３０）から圧力下の水を抽出するための手段、及び、圧力下の前記水に伴った前記電気エネルギー生成のためのタービン手段が設けられている電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
2. 空気及び水をポンプ給送するための前記第１及び第２の手段は、シリンダ（４ａ、４ｂ）の空洞内に収容され、且つ、前記波動の影響を受ける前記部材（５ａ、５ｂ）により駆動される心軸（６ａ、６ｂ）により動かされるピストン（７ａ、７ｂ）を含むそれぞれのピストン／シリンダ系を有する請求項１に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
3. 前記タンク（７０）内への前記流体の圧力下での取り入れ、転送、及び、送達のための配管網を含む前記請求項のいずれか一項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
4. 前記配管網は前記流体の放出を調整するための密閉手段を含み、特に、前記タンク（７０）の前記第２の小室（３０）の取出し口において、前記第２の小室（３０）内に含まれている前記水の送達を拡大及び調整するための手段（４０）を含む請求項３に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
5. 区分するための前記可動手段（１８）は変形可能且つ柔軟な隔壁である請求項１に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
6. 前記波動の影響を受ける前記部材（５ａ、５ｂ）は浮遊部材である前記請求項のいずれか一項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
7. ポンプ給送のための前記手段の前記シリンダ（４）は固定プラットフォーム（２）に一体である前記請求項のいずれか一項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
8. 前記固定プラットフォーム（２）は、複数の固定杭（１）を含む抑制及び遮断のための手段を有する前記請求項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
9. 前記浮遊部材（５ａ、５ｂ）は前記複数の杭（１）上に滑動可能に嵌られている請求項８に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
10. 前記杭（１）は前記固定プラットフォーム（２）の前記杭（１）からの一時的な嵌合解除及び垂直滑動に対する安全システム（９）を含む請求項７から９までのいずれか一項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。
11. 前記浮遊部材（５ａ、５ｂ）の辺縁部を補強する傾向にある前記心軸６ａ、６ｂと前記浮遊部材（５ａ、５ｂ）を接続するための手段を含む請求項２から１０までのいずれか一項に記載の電気エネルギー生成のためのモジュラ・システム。

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