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公開番号2024125969
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-19
出願番号2023046019
出願日2023-03-06
発明の名称海波エネルギーハーベスタ
出願人ワタラカガマゲサナットブディカガマゲ
代理人
主分類F03B 13/14 20060101AFI20240911BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】本発明の主な目的は、潮位、波高および波の周波数の任意の組み合わせで入射波運動エネルギーを効率的に利用することができる波浪エネルギーハーベスタを提供する
【解決手段】バルブ、接続チューブ、タービンランナーの特定の配置により、タービンを通る海水の流れが常に一方向になり、水車ランナの回転運動は、波の流れの方向とは無関係になる。流れる水の運動エネルギーがタービンブレードに衝突し、ランナーを回転させ、バルブと接続チューブの配置により、水が一方向の流れとしてタービンランナーを横切って流れる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
海水の波動エネルギー収集装置；
コンクリートや金属で構成された重い壁で、入射波と逆流波を遮断し、壁面の圧力を高める構造で、壁の両側に入口弁と出口弁を含む；
少なくとも４つ以上のバルブの組み合わせにより、スパイラルケースの入口に向かう海水の一方向のマスフローを確保し、エネルギーハーベスターのタービンに変動する正圧を加えることができる。バルブの内側ゲートの両側で海水の圧力変動に対応するため、バルブは自働または機械的に作動し、入口バルブはエネルギーハーベスターの内側に開き、内側への流れのみを許容し外側への流れを制限し、出口バルブはハーベスターの外側に開き、外側への流れを保証し内側への流れを制限しています；
接続管は、壁を横切る閉じた経路で海水を運び、入口弁は接続管を介してスパイラルケースの入口に接続され、出口弁は接続管を介してタービンランナ排出のドラフトチューブに接続されています；
海側に面した壁の入口弁が開いて海水が流入し、海水は入口弁、接続管、スパイラルケース、タービンを通ってエネルギーハーベスターに流れ、タービン排出水はハーベスター壁の逆洗側の接続管、出口弁を通って流れます；
海側を向く壁に設けられた入口弁は逆流波に対して開き、前記入口弁、連結管、スパイラルケース、タービン、ドラフトチューブを経てエネルギーハーベスタに流入し、タービン排出水は連結管、海側を向く壁に設けられた出口弁を経て流入します；
前記入口弁と出口弁の配置により、タービンの正圧が変動しても、常にタービンに海水が流れるようにする。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記入口弁と出口弁は、入出海波の方向、波圧又は高さに応答して、機械的、電子的及び自らトリガーされる。
【請求項３】
前記入口弁および出口弁は、弁の開閉機構を支配するゲートからなり、前記ゲートは不活性相または地上位置で重力に従って垂直に垂れ下がり、ゲートはエネルギーハーベスタから内側に開いて内向きの流れのみを許容し、入口弁は外向きの流れを制限し、ゲートはエネルギーハーベスタから外側に開いては、出口弁はエネルギーハーベスタから外側に開いて外向きの流れを保証し内向きを制限する弁であると請求した１項のエネルギーハーベスタ。
【請求項４】
前記入口弁は、常に接続パイプを介して又は直接タービンランナの入口に接続され、前記出口弁は、常に接続パイプを介して又は直接タービンランナのドラフト又は排出パイプに接続される、請求項１記載のエネルギーハーベスタ。
【請求項５】
前記バルブの組み合わせの配置であって、少なくとも４つ以上のバルブが、スパイラルケースの入口に向かう海水の一方向の質量流を確保し、エネルギーハーベスタのタービンに変化する正圧を加えるために使用されている。
【請求項６】
海水の波動エネルギー収集装置；
コンクリートや金属で構成された重い壁で、入射波と逆流波を遮断し、壁面の圧力を高める構造で、壁の両側に入口弁と出口弁を含む；
少なくとも４つ以上のバルブの組み合わせにより、スパイラルケースの入口に向かう海水の一方向のマスフローを確保し、エネルギーハーベスターのタービンに変動する正圧を加えることができる。バルブの内側ゲートの両側で海水の圧力変動に対応するため、バルブは自働または機械的に作動し、入口バルブはエネルギーハーベスターの内側に開き、内側への流れのみを許容し外側への流れを制限し、出口バルブはハーベスターの外側に開き、外側への流れを保証し内側への流れを制限しています；
接続管は、壁を横切る閉じた経路で海水を運び、入口弁は接続管を介してスパイラルケースの入口に接続され、出口弁は接続管を介してタービンランナ排出のドラフトチューブに接続されています；
海側に面した壁の入口弁が開いて海水が流入し、海水は入口弁、接続管、スパイラルケース、タービンを通ってエネルギーハーベスターに流れ、タービン排出水はハーベスター壁の逆洗側の接続管、出口弁を通って流れます；
海側を向く壁に設けられた入口弁は逆流波に対して開き、前記入口弁、連結管、スパイラルケース、タービン、ドラフトチューブを経てエネルギーハーベスタに流入し、タービン排出水は連結管、海側を向く壁に設けられた出口弁を経て流入します；
前記入口弁と出口弁の配置により、タービンの正圧が変動しても、常にタービンに海水が流れるようにする。

発明の詳細な説明【技術分野】
【】
本発明は、一般に、変動する海の波から電力を得るグリーンエネルギー発電所に関する。
【０００１】
波のエネルギーハーベスターは、進行中の電力危機に対する可能な解決策になる可能性があります。海洋波エネルギー捕獲装置にはさまざまな種類があり、それぞれのメカニズムは現在、海洋波に蓄えられた信頼できる量のエネルギーを捕獲することができません。現在の装置には、上下左右に振動する海の波のエネルギーを捉える能力があります。バルブ、接続チューブ、タービンランナーの特定の配置により、タービンを通る海水の流れが常に一方向になります。水車ランナの回転運動は、波の流れの方向とは無関係です。本発明の海波エネルギーハーベスタは、有利には、サイズおよび形状において事前に製造することができる。
続きを表示（約 5,700 文字）【背景技術】
【０００２】
エネルギーの大部分が石油と天然ガスまたは石炭から生産されることはよく知られています。問題は、特定のソースが永遠に続くわけではなく、環境に優しいソリューションを提供しないことです．また、より多くの国が工業化されるにつれて、これらのソースは大きな需要があり、部分的にこのソースがより高価になります．大気、水、食品の汚染、地球温暖化もあります。地球と人類に害を及ぼさないエネルギー源が必要です。これらの原因のいくつかは、風、太陽、および海の力です。水波による海洋電力はクリーンで、再生可能で、無料で、地球上のほぼどこでも生成できます。
自然の力を利用するために、多くの有益で創造的な努力がなされてきました。手付かずのまま残っている自然の力の１つは、海の波が衝突する地球の海に閉じ込められたエネルギーです。大量の不要波運動エネルギーを電力に変換できます。化石燃料生産からの炭素排出の気候変動の影響を緩和するために、風力、水素、太陽光、原子力、地熱、ダム、水力発電、潮流、海洋波を含む他の代替エネルギー源が現在、現代の工業化社会にエネルギー要件を供給するために探求されています。特に海洋波エネルギーは、可能な使用について調査されており、深海波力資源に含まれる推定１ＴＷ（テラワット）から１０ＴＷの電力を利用する試みで多くの特許が発行されており、そのうち２．７ＴＷは潜在的に実用的であり、それによって地球の電力消費のかなりの割合を提供します。
本発明は、海の波のエネルギーを利用するための装置に関する。より具体的には、本発明は、タービンランナに向かってあらゆる方向に伝播する海の波を遮断し、波エネルギーを捕捉するための装置に関する。従来技術のデバイスは、おそらく個々のデバイス設計コンセプトへの不完全なアプローチのために、大きな商業的成功を収めていないようです。その理由は、潮汐海面、波高、パターンのさまざまな条件下で効率的に調整して操作できないことである可能性があります。本発明の主な目的は、潮位、波高および波の周波数の任意の組み合わせで入射波運動エネルギーを効率的に利用することができる波浪エネルギーハーベスタを提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
海の波は頻繁に波の流れの方向とパターンを変えます。先行技術の技術は、作動油および水を使用するピストンおよびポンプ、回転タービン、下り坂の水力発電フロータービンシステムを備えた取水水エレベータ、油圧またはタービンシステムを駆動する空気圧変化を生成するための振動水柱、振動コイルアセンブリに結合された線形磁気アレイを含むおよびそれを含むシステムを利用してきた。主にタービンや浮体式構造物を用いて波浪のエネルギーを利用する革新的な機構が開発されています。水中構造物に固定した水中水車（ＪＰ０６－０９３９５３／ＪＰ２０１５－２２９９６３／ＪＰ２０１７－０１４９４７）を用いた装置は、入ってくる波浪の運動エネルギーを変換して発電する。水面に浮遊構造で開発された機構（ＪＰ２０１７－５０５８７９／ＪＰ２０１４－５０２６９８／ＪＰ２０１３－５２５６７０／ＪＰ２０１２－５３０２１５／ＪＰ２０１０－５２５２４１／ＪＰ１１－３０３７２２、ＵＳ７９６３１１１Ｂ２、ＵＳ８９１２６７７Ｂ２）は、垂直に振動する海の波のエネルギーを利用する能力を持っています。水中浮体構造からなる人工物は、水平に流れる海の波のエネルギーを捕らえることができます。これらの技術はすべて、海洋波エネルギーから電気エネルギーを抽出する際に使用が検討されているか、または使用が試みられてきました。
【非特許文献】
【０００４】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
利用可能なさまざまなタイプの海波エネルギーハーベスティングメカニズムは、現時点では海波に信頼できる量のエネルギー貯蔵を捕捉することができません。水面に浮かぶ構造物で開発されたメカニズムは、海の波のかなりの量のエネルギーをつかみ、油圧または直接電気に変換することができます。特定の機構は、海水の水平流のエネルギーを捕捉する能力を有しない。水平に流れる海の波のエネルギーを捕捉できるが、表面波のエネルギーを捕捉できない水中浮体構造。
水中タービンで開発された人工物は、タービンブレード上の水の運動エネルギーを放出することにより、海水の水平流に蓄えられたエネルギーをある程度取り込むことができます。急激な流れ方向の変化により、流れの方向を変えるためにタービン翼の衝撃角度やタービンの回転方向を変えて迅速な対応ができないため、発電に悪影響を及ぼします。そのため、水中タービンは、入ってくる波と逆洗波の両方のかなりのエネルギーを同時に収集することができません。グリーンエネルギー発電の他の範囲と比較して、発電の効率の欠如のために投資の経済的利益はかなり低いです。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
先行技術の問題点は、人工物の提案に取り組まれている。これは、入ってくる波と逆洗の波を分割するために、水没した、部分的に水没した、または出現した壁構造で構成されています。入ってくる波または逆洗波が発生すると、壁全体に圧力勾配が発生します。両側の圧力変動に応じて自動的に動作する２種類のバルブの束があります。波が壁のいずれかの側の壁に当たると、特定の側で圧力と水位が上昇します。それに伴い、高圧側の入口弁と低圧側の出口弁が開かれる。同時に、高圧側の出口バルブと低圧側の入口バルブが閉じられます。これにより、タービンランナを横切って高圧側から低圧側への圧力勾配に応じた水流が可能になります。流れる水の運動エネルギーがタービンブレードに衝突し、ランナーを回転させます。バルブと接続チューブの配置により、水が一方向の流れとしてタービンランナーを横切って流れることを常に保証します。流路は、接続チューブ〉入口バルブ〉スパイラルケースインレット〉タービンランナー〉ドラフトチューブ〉接続チューブ〉出口バルブとして挙げることができます。どちらの側にも波が発生し、タービンランナの連続回転が得られます。発電機に直接的または間接的に接続されたタービンランナーの軸。ギアボックスとフライホイールは、タービンランナーと発電機の間に接続され、高回転数とスムーズな回転の出力を得ます。
本発明の実施形態
本発明をさらに解明するために、海波エネルギー及び海波伝搬特性に関するいくつかの基本原理について説明する。海の波が伝播するとき、それはエネルギーの流れに対応します。海の波に具現化されたエネルギーが伝播するにつれて、ほぼ円形の周期的な水の動きが発生します。波の伝播方向は海岸に向かっており、逆洗波は海に向かって伝播します。波にはさまざまな波長と振幅があります。海や岸に面する壁面（１００ａまたは１００ｂ）に波が当たると、反対側の壁（１００ｂまたは１００ａ）に比べて水面の振幅が大きくなります。これにより、壁を横切る圧力勾配（１００）と波の運動量が壁のあらゆる部分に衝突し、特定の側の突然の圧力が増加します。
壁（１００）を横切る流れ方向を制御し、入口バルブ（１０１）および出口バルブ（１０２）として言及されているゲートバルブの束があります。両方のバルブ（１０１、１０２）は、水圧に応じて自己作動します。両方のバルブの自己調整機構は、接地位置またはエアクティブ位置でバルブヘッド（１０４）に沿って垂直にぶら下がっているゲート（１０３）として知られるバルブの内部部分によって支配されます（図９および図１１）。壁（１００）の両側の間の適切な圧力勾配への応答として、入口バルブ（１０１）のゲート（１０３）はバルブヘッド（１０４）から離れ、バルブを横切る水流を可能にする。ゲート（１０３）は、ゲートヒンジ（１０５）の周りでバルブヘッド（１０４）から離れて回転するための１５°の最大クリアランスを有する。同時に、出口バルブ（１０２）のゲート（１０３）への圧力効果は、出口バルブ（１０２）を横切る高圧側から低圧側への水の流れを制限することにより、バルブヘッド（１０４）を押し、バルブヘッド（１０４）をしっかりと閉じる。
装置（図１）は、壁（１００ａ、１００ｂ）の両側に各タイプのバルブ（１０１、１０２）を１つ以上備える。バルブの特定の配置は、タービンランナ（１０６）を横切る高圧側から低圧側への圧力勾配に従って海水の流れを常に確保する。入ってくる海の波が海に面した壁（１００ａ）に当たると、特定の側の圧力と水位が上昇します。壁面（１００ａ）への圧力により、出口バルブ（１０２ａ）が閉じられ、入口バルブが開かれ、また、入口バルブ（１０１ａ）〉接続チューブ（１０７ａ）〉接続チューブ（１０８ａ）〉スパイラルケース入口（１０９）〉タービンランナ（１０６）〉ドラフトチューブ（１１０）〉接続チューブ（１０８ｂ）〉出口バルブ（１０２ｂ）の経路として、タービンランナ（１０６）を横切って水が流れるようにする。図８は、波が海側に面した壁（１００ａ）に当たったときの水流経路とバルブ配置の模式図を表しています。
逆洗波は岸面を向いた壁面（１００ｂ）に到達し、特定側の圧力と水位が上昇する。壁（１００ｂ）への圧力により、出口バルブ（１０２ｂ）が閉じられ、入口バルブ（１０１ｂ）が開かれ、入口バルブ（１０１ｂ）〉接続チューブ（１０８ａ）〉スパイラルケース入口（１０９）〉タービンランナ（１０６）〉ドラフトチューブ（１１０）〉接続チューブ（１０８ｂ）〉接続チューブ（１０７ｂ）〉出口バルブ（１０２ａ）の経路として、タービンランナ（１０６）を横切って水が流れるようにする。図７は、波が岸に面した壁（１００ｂ）に波が当たったときの水流経路とバルブ配置の模式図を表しています。
どちらの側にも波が発生し、タービンランナの連続回転が得られます。タービンランナ（１０６）の軸線は、発電機（１１５）に直接的または間接的に接続されている。ギアボックスとフライホイールをタービンランナーと発電機の間に接続して、必要なｒｐｍとスムーズな回転で出力を得ることができます。生成された電気は、インバータ装置（１１３）を介して主電力網に供給することができる。
特定の動作要件および環境に適合するように変化した他の修正および変更は当業者には明らかであるので、本発明は、開示の目的のために選択された例に限定されるとは見なされず、本発明の真の精神および範囲からの逸脱を構成しないすべての変更および修正を包含する。
【発明の効果】
【０００７】
波力エネルギーハーベスタは、進行中の電力危機に対する可能な解決策となり、このメカニズムの適切な前向きな開発の後、将来に大きく貢献することができます。波力エネルギーなどの再生可能資源を使用することで二酸化炭素排出量を大幅に削減でき、環境にプラスの効果があり、波力エネルギーハーベスターが生成するのと同じ量のエネルギーを抽出するために放出できる有害ガスの量を減らします。波力エネルギーをエネルギー源として使用する利点は、他の再生可能資源と比較して、エネルギー密度が高く、一貫性があり、予測可能で、クリーンで費用効果が高いことです。このシステムは非常に静かで、主要な操作部品が水中にあるため、景観への妨害も少なくなります。
提案されたアーティファクトは、エネルギー危機と波による海岸侵食の両方の解決策を提供します。海岸を海の波から守るためにかなりの金額を費やして多くの人工バリアが建設されています。これらの障壁の代わりに、電気を作りながら土地の海岸を保護するために、深刻なエネルギー波ハーベスターを導入することができます。現在のアーティファクトの最終結果は、環境的および経済的に有益です。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、壁、バルブ、接続管、スパイラルケース、発電機で構成される波力エネルギーハーベスタの斜視図です。
図２は、壁とバルブで構成される波力エネルギーハーベスタの背面図です。
図３は、壁、バルブ、接続管、スパイラルケース、発電機で構成される波動エネルギーハーベスタの概略図です。
図４は、壁、バルブ、接続管、スパイラルケース、発電機で構成される波力エネルギーハーベスタの右側概略図であり、流入波が発生したときに水流を可能にするゲートバルブの開閉位置を表しています。
図５は、壁、バルブ、接続管、スパイラルケース、発電機で構成される波力エネルギーハーベスタの右側概略図であり、逆洗波が発生したときに水流を可能にするゲートバルブの開閉位置を表しています。
図６は、ガイドベーンとタービンランナーで構成される波力エネルギーハーベスタのスパイラルケースの内部の斜視図です。
図７は、波浪エネルギーハーベスタ内の水流経路の概略図であり、逆洗波が発生したときのゲートバルブの開閉位置を表しています。
図８は、波浪エネルギーハーベスタ内の水流経路の概略図であり、到来波が発生したときのゲートバルブの開閉位置を表しています。
図９は、閉位置における入口バルブの斜視図である。
図１０は、開位置における入口バルブの斜視図である。
図１１は、閉位置における出口バルブの斜視図である。
図１２は、開位置における出口バルブの斜視図である。
図１３は、バルブゲート、バルブヘッド、ゲートヒンジの内部配置の斜視図です。
図１４は、長壁を作るためのエネルギーハーベスティングデバイスの一連の配置の斜視図である。

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