特許 7597435 波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/18 20060101AFI20241203BHJP

   F15B 15/14 20060101ALI20241203BHJP

   F15B 15/22 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

F03B13/18

F15B15/14 350

F15B15/14 380B

F15B15/22 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024505592

(86)(22)【出願日】2023-04-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-26

(86)【国際出願番号】 CN2023091032

(87)【国際公開番号】W WO2023193822

(87)【国際公開日】2023-10-12

【審査請求日】2024-01-30

(31)【優先権主張番号】202210474740.3

(32)【優先日】2022-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】517220748

【氏名又は名称】中国科学院広州能源研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田 圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】叶 寅

(72)【発明者】

【氏名】王 坤林

(72)【発明者】

【氏名】盛 松偉

(72)【発明者】

【氏名】王 振鵬

【審査官】菊地 牧子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１２６９６３０６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２８２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３６４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１４０５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １３／１４ － １３／２６

Ｆ１５Ｂ １５／１４

Ｆ１５Ｂ １５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体と波吸収浮体とを含む波エネルギー発電装置に接続される、波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダであって、
両端にリアエンドキャップとフロントエンドキャップを有し、前記本体に接続されるシリンダバレルと、
前記シリンダバレル内に同軸に設置され、中空キャビティを有し、右端部がフロントエンドキャップまで延在し、右端部にセカンダリピストンが取り付けられる内蔵固定ロッドと、
前記内蔵固定ロッドに同軸に嵌設され、中空キャビティを有し、左端部にプライマリピストンが取り付けられ、右端部が前記波吸収浮体に接続され、シリンダバレル及び内蔵固定ロッドとともに多段シリンダを構成するピストンロッドとを含み、
前記内蔵固定ロッドの中空キャビティは、固定ロッドキャビティであり、前記固定ロッドキャビティの左端部は、プライマリポートに連通し、前記内蔵固定ロッドの外壁、前記ピストンロッドの内壁、前記プライマリピストン及び前記セカンダリピストンによって囲まれたキャビティは、密封キャビティであり、前記ピストンロッドの中空キャビティの前記密封キャビティ以外の部分は、ピストンロッドキャビティであり、前記シリンダバレルの内壁、前記リアエンドキャップ、前記内蔵固定ロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインキャビティであり、前記メインキャビティは、リアポートに連通し、前記シリンダバレルの内壁、前記フロントエンドキャップ、前記ピストンロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインロッドキャビティであり、前記メインロッドキャビティは、フロントポートに連通し、前記固定ロッドキャビティは、前記ピストンロッドキャビティに連通し、
前記本体及び前記波吸収浮体が波の作用で相対運動し、これにより、ピストンロッドは、シリンダバレル内で往復運動するように駆動される、ことを特徴とする波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【請求項2】

油タンク及びアキュムレータをさらに含み、前記プライマリポートは、第１の逆止弁を備えた管路を介して前記油タンクから油を吸い込み、第２の逆止弁を備えた管路を介して作動油を前記アキュムレータに圧送し、前記リアポート及び前記フロントポートは、前記油タンクに連通する、ことを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【請求項3】

前記フロントエンドキャップに近接する内壁にフロントバッファスプリングが取り付けられ、前記リアエンドキャップに近接する内壁にリアバッファスプリングが取り付けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【請求項4】

前記ピストンロッドと前記フロントエンドキャップとの間に第１の密封リングが設置され、前記プライマリピストンと前記シリンダバレルの内壁との間に第２の密封リングが設置され、前記内蔵固定ロッドの外壁と前記プライマリピストンとの間に第３の密封リングが設置され、前記セカンダリピストンと前記ピストンロッドの内壁との間に第４の密封リングが設置される、ことを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【請求項5】

前記密封キャビティに、不活性ガスが充填される、ことを特徴とする請求項１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダを使用し、
波吸収浮体が本体に対して上向きに運動するときに使用される第１の制御モードと、
波吸収浮体が本体に対して下向きに運動するときに使用される第２の制御モードと、
前記第１の制御モードの限界波状態で使用される第３の制御モードと、
前記第２の制御モードの限界波状態で使用される第４の制御モードと、を含む、ことを特徴とする多段緩衝式油圧制御方法。

【請求項7】

前記第１の制御モードは、
波の動きにより波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に上向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して油タンクから油を吸い込み、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して作動油を油タンクに吐出する制御プロセスと、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティが作動油で満たされ、ピストンロッドが上向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティの作動油が絞り出され、プライマリポート及び第２の逆止弁を介してアキュムレータ群に圧送され、エネルギーが蓄えられ、圧力が安定して発電する制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは膨張する、ことを特徴とする請求項６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【請求項8】

前記第２の制御モードは、
波の作用で波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に下向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を油タンクに吐出し、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、ピストンロッドが下向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティがプライマリポート及び第１の逆止弁を介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは圧縮される、ことを特徴とする請求項６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【請求項9】

前記第３の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、ピストンロッドも同時に上向きに運動し、プライマリピストンがリアエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがリアバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインキャビティがリアポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【請求項10】

前記第４の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、ピストンロッドも同時に下向きに運動し、プライマリピストンがフロントエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがフロントバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧式波エネルギー発電の技術分野及び流体圧アクチュエータの技術分野に関し、詳しくは波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

波エネルギーは、クリーンで無公害な海洋再生可能エネルギーであり、埋蔵量が豊富でエネルギー密度が高いなどの利点があり、世界の沿岸諸国で波エネルギー利用技術の研究開発が盛んに行われている。波は、往復、低周波及び出力が大きいなどの特性を有し、エネルギー貯蔵段階を有する油圧システムは、波のこれらの特性によって引き起こされる衝突を効果的に緩衝し、最終的なエネルギー出力を安定させ、グリッド接続の要件を満たすことができる。このため、油圧式エネルギー変換システムは、現在の波エネルギー装置におけるエネルギー変換方法の主流の選択肢となっている。

【0003】

油圧式波エネルギー変換システムにおいて、油圧シリンダは、波エネルギーを油圧エネルギーに変換する動力部品であるが、従来の油圧シリンダの用途は、その逆であり、主に機械エネルギーを油圧エネルギーに変換するアクチュエータとして使用され、波エネルギー装置の油圧シリンダは、海水（又は海の蒸気）中で長時間作動し、その作動環境が悪いため、波エネルギー発電装置において故障しやすい部品である。現在、油圧シリンダの波エネルギー装置における仕事方式は主に２種類あり、２つの浮体による点吸収式の仕事を例として、図１に示すように、波吸収浮体は、波力を受けて本体に対して上向きに運動して仕事をするが、下向きの運動が主に波吸収浮体自体の重力によるものであり、一般的には波力のみによって仕事をし、すなわち、浮体が上向きに運動して仕事をしたエネルギーを利用する。

【0004】

１つの仕事方式としては、油圧シリンダが波吸収浮体の下方に取り付けられて海水中に設置され、油圧シリンダの一端が波吸収浮体に接続され、他端が本体の下部位置に接続され、図１に示すように、波吸収浮体が波の作用で上向きに運動すると、油圧シリンダのロッドが波吸収浮体によって上向きに引っ張るように駆動され、油圧シリンダのロッドキャビティが高圧の作動油で満たされ、これはシリンダを引っ張ることによる仕事であり、このような仕事方式において、油圧シリンダの有効仕事面積はＳ_１－Ｓ_２であり、Ｓ_１はピストンの面積、Ｓ_２はピストンロッドの面積、出力はＦ＝ｐ×（Ｓ_１－Ｓ_２）であり、ｐはアキュムレータの圧力である。引っ張り仕事の利点は、油圧シリンダが長期間にわたって引っ張られた状態で仕事をし、受圧安定性の問題（油圧ロッドが圧力を受ける場合にのみ発生する）がなく、油圧シリンダのピストンロッドが機械的な損傷を受けにくい。しかし、より多くの欠点を有し、現時点では解決が困難であり、主な欠点は次のとおりである。（１）油圧シリンダは水中に取り付けられ、ピストンロッドの腐食問題が深刻である。（２）汚染問題も同様に深刻であり、ピストンロッドの表面に大量の海洋生物が付着し、ピストンロッドが頻繁に運動するため、油圧シリンダの密封リングが非常に損傷しやすい。（３）油圧シリンダは水中に取り付けられ、日常のメンテナンス及び修理が非常に不便である。（４）油圧シリンダの密封リングが破損すると、作動油がすべて海水に漏れてしまい、環境に大きな影響を与える。（５）油圧シリンダの密封リングが破損すると、海水が油圧システム全体に入り、システムに重大な損傷を与える。（６）大波の場合、ピストンロッドの運動幅が油圧シリンダのストローク限界を超えると、油圧シリンダが油圧シリンダバレルに衝突し、損傷を引き起こすというストローク限界の問題が存在する。これらの６つの欠点を有するため、現時点では、波エネルギー装置の油圧シリンダの引っ張り形式による仕事を大規模に利用することは難しい。

【0005】

もう一つの仕事方式としては、油圧シリンダは、浮体の上方に取り付けられて海面上に設置され、図２に示すように、浮体が上向きに運動して仕事をし、一端が波吸収浮体に接続され、他端が本体の頂部に接続され、浮体が上向きに運動すると、油圧シリンダが圧力を受けて仕事をし、油圧シリンダのロッドなしのキャビティが作動油で満たされ、これはシリンダへの圧力による仕事であり、このような仕事方式において、油圧シリンダの有効仕事面積、すなわち、ピストンの断面積はＳ_１であり、出力はＦ＝ｐ×Ｓ_１であり、同じ波力とアキュムレータ圧力の場合、油圧シリンダをもっと薄くする必要があり、そうでなければ、同じ波力で油圧シリンダを運動するように駆動することができない。このような仕事方式は、引っ張りによる仕事形式の欠点（２）、（３）、（４）、及び（５）を改善するため、現在、ほとんどの油圧シリンダはこのような形式を利用している。また、圧力による仕事においても、他の問題が発生し、主に次のとおりである。（１）油圧シリンダのピストンロッドの直径の設計が比較的困難であり、ピストンロッドが薄すぎると、油圧シリンダの受圧安定性が低く（受圧安定性がピストンロッドの直径に関係する）、ロッドは曲がりやすく、故障につながり、ピストンロッドが太すぎると、仕事面積が大きく、小波では油圧シリンダが仕事をするように駆動されず、仕事効率が低い。（２）油圧シリンダが海の蒸気中に設置され、ロッド表面の腐食も激しく、腐食により密封リングは破損しやすく、油圧シリンダの圧力が低下する。（３）引っ張ることによる仕事であっても圧力による仕事であっても、ストローク限界時にどのように油圧シリンダを緩衝して、油圧シリンダの運動がストローク限界を超えることを防止するかというストローク限界に関する問題が存在する。したがって、波エネルギー装置の油圧シリンダを安定かつ確実に作動させるために、上記問題を効果的に解決できる適切な油圧シリンダの設計方法を提供することが重要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術における欠点に対して、本発明は、波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ及び制御方法を提供し、伝動油圧シリンダの内部に中空ロッドを設置することにより、油圧シリンダの動作中の油漏れの可能性を大幅に低減し、圧力による仕事の場合の油圧シリンダの受圧安定性の問題を解決し、波エネルギー油圧シリンダの信頼性と安定性を向上させる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術手段を使用する。

【0008】

本体と波吸収浮体とを含む波エネルギー発電装置に接続される波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダは、
両端にリアエンドキャップとフロントエンドキャップを有し、前記本体に接続されるシリンダバレルと、
前記シリンダバレル内に同軸に設置され、中空キャビティを有し、右端部がフロントエンドキャップまで延在し、右端部にセカンダリピストンが取り付けられる内蔵固定ロッドと、
前記内蔵固定ロッドに同軸に嵌設され、中空キャビティを有し、左端部にプライマリピストンが取り付けられ、右端部が前記波吸収浮体に接続され、シリンダバレル及び内蔵固定ロッドとともに多段シリンダを構成するピストンロッドとを含み、
前記内蔵固定ロッドの中空キャビティは、固定ロッドキャビティであり、前記固定ロッドキャビティの左端部は、プライマリポートに連通し、前記内蔵固定ロッドの外壁、前記ピストンロッドの内壁、前記プライマリピストン及び前記セカンダリピストンによって囲まれたキャビティは、密封キャビティであり、前記ピストンロッドの中空キャビティの前記密封キャビティ以外の部分は、ピストンロッドキャビティであり、前記シリンダバレルの内壁、前記リアエンドキャップ、前記内蔵固定ロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインキャビティであり、前記メインキャビティは、リアポートに連通し、前記シリンダバレルの内壁、前記フロントエンドキャップ、前記ピストンロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインロッドキャビティであり、前記メインロッドキャビティは、フロントポートに連通し、前記固定ロッドキャビティは、前記ピストンロッドキャビティに連通し、
前記本体及び前記波吸収浮体が波の作用で相対運動し、これにより、前記ピストンロッドは、前記シリンダバレル内で往復運動するように駆動される。

【0009】

上記のような波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダは、油タンク及びアキュムレータをさらに含み、前記プライマリポートは、第１の逆止弁を備えた管路を介して前記油タンクから油を吸い込み、第２の逆止弁を備えた管路を介して作動油を前記アキュムレータに圧送し、前記リアポート及び前記フロントポートは、前記油タンクに連通する。

【0010】

上記のような波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダにおいて、さらに、前記フロントエンドキャップに近接する内壁にフロントバッファスプリングが取り付けられ、前記リアエンドキャップに近接する内壁にリアバッファスプリングが取り付けられる。

【0011】

上記のような波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダにおいて、さらに、前記ピストンロッドと前記フロントエンドキャップとの間に第１の密封リングが設置され、前記プライマリピストンと前記シリンダバレルの内壁との間に第２の密封リングが設置され、前記内蔵固定ロッドの外壁と前記プライマリピストンとの間に第３の密封リングが設置され、前記セカンダリピストンと前記ピストンロッドの内壁との間に第４の密封リングが設置される。

【0012】

上記のような波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダにおいて、さらに、前記密封キャビティに、不活性ガスが充填される。

【0013】

上記のような波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダを使用する多段緩衝式油圧制御方法は、
波吸収浮体が本体に対して上向きに運動するときに使用される第１の制御モードと、
波吸収浮体が本体に対して下向きに運動するときに使用される第２の制御モードと、
前記第１の制御モードの限界波状態で使用される第３の制御モードと、
前記第２の制御モードの限界波状態で使用される第４の制御モードと、を含む。

【0014】

上記のような多段緩衝式油圧制御方法において、さらに、前記第１の制御モードは、
波の動きにより波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に上向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して油タンクから油を吸い込み、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して作動油を油タンクに吐出する制御プロセスと、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティが作動油で満たされ、ピストンロッドが上向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティの作動油が絞り出され、プライマリポート及び第２の逆止弁を介してアキュムレータ群に圧送され、エネルギーが蓄えられ、圧力が安定して発電する制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは膨張する。

【0015】

上記のような多段緩衝式油圧制御方法において、さらに、前記第２の制御モードは、
波の作用で波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に下向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を油タンクに吐出し、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、ピストンロッドが下向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティがプライマリポート及び第１の逆止弁を介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは圧縮される。

【0016】

上記のような多段緩衝式油圧制御方法において、さらに、前記第３の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、ピストンロッドも同時に上向きに運動し、プライマリピストンがリアエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがリアバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインキャビティがリアポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む。

【0017】

上記のような多段緩衝式油圧制御方法において、さらに、前記第４の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、ピストンロッドも同時に下向きに運動し、プライマリピストンがフロントエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがフロントバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、従来技術に比べて、以下の有益な効果を有する。

【0019】

１、この油圧シリンダが波エネルギー装置の動力変換部材として使用される場合、高圧部分の作動油は、主に固定ロッドキャビティとピストンロッドキャビティとを流れ、セカンダリピストンとピストンロッドとの間の第４の密封リングは、密封の役割を果たし、該密封リングは、ピストンロッドの内壁に全体的に配置され、密封キャビティを介して外部から遮断されるため、密封リングは、効果的に保護され、油圧シリンダの密封性能が向上する。

【0020】

２、この油圧シリンダは、圧力による仕事の場合、ピストンロッドの直径設計の問題を解決し、本発明の油圧シリンダの有効仕事面積は、ピストンロッドキャビティの断面積であり、ピストンロッドの断面積からピストンロッドの壁の断面積を引いて得られたものに等しいため、油圧シリンダの有効仕事面積を増加させることなく、ピストンロッドの肉厚を増加させてピストンロッドの直径を大きくさせることができる。ピストンロッドの直径を大きくさせることにより、圧力による仕事の場合、油圧シリンダのピストンロッドの受圧安定性が効果的に向上する。

【0021】

３、この油圧シリンダにおいて、フロントエンドキャップ及びリアエンドキャップにバッファスプリングが設置され、大波の場合、油圧シリンダのピストンロッドの運動を緩衝し、ピストンロッドが運動ストロークの限界を超えることを防止し、プライマリピストンがフロントエンドキャップとリアエンドキャップに衝突して油圧シリンダに損傷を与えることを効果的に回避することができ、スプリングが圧縮されることによって発生する熱エネルギーは、フロントポート及びリアポートを流れる作動油によって冷却されて流出する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本発明の実施例における技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例に必要な図面を簡単に説明するが以下に説明される図面は、本願のいくつかの実施例に過ぎないことは明らかであり、当業者であれば、創造的な労力をすることなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることもできる。

【0023】

【図1】点吸収式波エネルギー装置の引っ張りによる仕事時の油圧シリンダの取り付け図である。

【図2】点吸収式波エネルギー装置の圧力による仕事時の油圧シリンダの取り付け図である。

【図3】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダの概略構成図である。

【図4】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダのピストンロッドが上向きに運動する場合の概略図である。

【図5】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダのピストンロッドがバッファスプリングを上向きに圧縮する場合の概略図である。

【図6】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダのピストンロッドが下向きに運動する場合の概略図である。

【図7】波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダのピストンロッドがバッファスプリングを下向きに圧縮する場合の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施例における図面を参照して、本発明の実施例における技術手段を明確かつ完全に説明するが、説明される実施例は、本願の一部の実施例に過ぎないことは明らかであり、全ての実施例ではない。本願における実施例に基づいて、当業者が創造的労働をすることなく得る全ての他の実施例は、いずれも本願の保護範囲に含まれる。

【0025】

（実施例）
なお、本発明の明細書、特許請求の範囲及び上記図面における「第１の」、「第２の」などの用語は、類似する対象を区別するためのものであり、必ずしも特定の順序又は前後順序を説明するために使用されるものではない。このように使用されるデータは、本明細書に記載された本発明の実施例が本明細書に図示又は説明されたもの以外の順序で実施できるように、適切な場合に交換可能であることを理解されたい。また、本発明の実施例における用語「含む」及び「有する」並びにそれらの任意の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図し、例えば、一連のステップ又はユニットを含むプロセス、方法、システム、製品又は装置は、必ずしも明確に列挙されているステップ又はユニットに限定されず、明確に列挙されていないプロセス、方法、製品又は装置、或いは、これらのプロセス、方法、製品又は装置に固有のその他のステップ又はユニットを含んでもよい。

【0026】

なお、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語によって示される方位又は位置関係は、図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、本発明の説明を容易にし、簡略化するためのものに過ぎず、言及される装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されなければならないことを示したり示唆したりするものではないため、本発明を限定するものであると理解すべきではない。

【0027】

本発明の説明において、別に明確かつ具体的な限定がない限り、「複数」は、少なくとも２つを意味し、例えば２つ、３つなどである。また、他の明確な規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「連結」、「接続」は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、一体的な接続であってもよく、機械的な接続、又は電気的な接続であってもよく、直接的な接続であってもよく、中間媒体を介した間接的な接続であってもよく、２つの素子の内部連通であってもよい。当業者にとって、上記用語の本発明における具体的な意味を具体的な状況に基づいて理解することができる。

【0028】

本発明において、他の明確な規定及び限定がない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」又は「下」にあるとは、第１の特徴が第２の特徴に直接接触してもよく、第１の特徴と第２の特徴とが中間媒体を介して間接的に接触してもよい。また、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上方」及び「上面」にあるとは、第１の特徴が第２の特徴の真上又は斜め上方にあってもよく、第１の特徴の水平高さが第２の特徴より高いことのみを示す。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下方」及び「下方」にあるとは、第１の特徴が第２の特徴の直下又は斜め下方にあってもよく、第１の特徴の水平高さが第２の特徴より小さいことのみを示す。

【0029】

本発明において、油圧シリンダバレルの内部に内蔵固定ロッドが設置され、ピストンロッド内に嵌め込まれ、固定ロッド及びピストンロッドキャビティを高圧作動キャビティとして使用することにより、有効仕事面積を減少させるだけでなく、ピストンロッドの直径を大きくさせることができ、油圧シリンダが小波でも起動できることを確保するとともに、圧力による仕事の条件下で、受圧安定性の要件を満たすことができる。油圧シリンダのフロントエンドキャップ及びリアエンドキャップに、限界波状態でのピストンロッドのストロークが大きすぎることによる衝突を緩衝するためのバッファスプリングが設置され、スプリングの剛性を適切に設定することにより、大波の場合に油圧シリンダを緩衝し、プライマリピストンがフロントエンドキャップ及びリアエンドキャップに衝突しないようにすることができる。また、油圧シリンダ内に４つの密封リングが設置され、高圧作動キャビティの密封リングの破損についての問題は大幅に解決される。

【0030】

図３を参照すると、図３は、波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダの概略構成図を示し、多段緩衝式油圧シリンダは、シリンダバレル１を含み、シリンダバレルの後部にリアエンドキャップ２があり、リアエンドキャップ２とシリンダバレル１とがボルトで接続できるため、取り外し及び取り付けが容易であり、リアエンドキャップ２にプライマリポート３が設置される。プライマリポート３は、第１の逆止弁６及び第２の逆止弁７に連通し、第１の逆止弁６を介して油タンクから油を吸い込み、第２の逆止弁７を介して油圧シリンダの油をアキュムレータに圧送することができ、機械エネルギーから油圧エネルギーへの変換を実現する。油圧シリンダのシリンダバレル１にリアポート４及びフロントポート５が設置され、リアポート４及びフロントポート５は、油タンクに直接連通する。油圧シリンダのシリンダバレル１にフロントエンドキャップ８が設置され、フロントエンドキャップ８とシリンダバレル１とがボルトで接続されるため、取り外し及び取り付けが容易である。

【0031】

さらに、油圧シリンダのシリンダバレル１に中空のピストンロッド９が設置され、ピストンロッド９の左端部にプライマリピストン１０が取り付けられ、プライマリピストン１０とシリンダバレル１の内壁とが係合し、それらの間に第２の密封リング２１が設置され、ピストンロッド９は、シリンダバレルに沿って往復運動することができる。ピストンロッド９とフロントエンドキャップ８との間に第１の密封リング２０が設置され、ピストンロッド９、プライマリピストン１０、シリンダバレル１の内壁及びフロントエンドキャップ８によってメインロッドキャビティ１５が囲まれ、メインロッドキャビティ１５内の低圧力をかけた作動油がリアポート４を介して吸い込まれ、吐出される。

【0032】

さらに、フロントエンドキャップ８の内壁に、荒波の場合にピストンロッド９を緩衝し、ピストンロッド９の運動ストロークがフロント限界位置を超えることを防止するフロントバッファスプリング１３が取り付けられる。リアエンドキャップ２の内壁にも、荒波の場合にピストンロッド９を緩衝し、ピストンロッド９の運動ストロークがリア限界位置を超えることを防止するリアバッファスプリング１４が取り付けられる。

【0033】

さらに、リアエンドキャップ２の内壁に内蔵固定ロッド１１が設置され、内蔵固定ロッド１１の外壁とプライマリピストン１０とが係合し、それらの間に第３の密封リング２２が設置される。内蔵固定ロッド１１は、中空の円形ロッドであり、内部に固定ロッドキャビティ１８が設置される。内蔵固定ロッド１１の長さは、フロントエンドキャップ８の縁部まで延在し、内蔵固定ロッド１１の前端部にセカンダリピストン１２が取り付けられ、セカンダリピストン１２とピストンロッド９の内壁面とが係合し、それらの間に第４の密封リング２３が取り付けられる。セカンダリピストン１２は、ピストンロッド９の中空キャビティを２つの部分、すなわち、ピストンロッドキャビティ１７と密封キャビティ１９に分割する。

【0034】

さらに、内蔵固定ロッド１１の後端部がプライマリポート３に連通することにより、固定ロッドキャビティ１８の作動油は、後端のプライマリポート３から流出及び流入することができる。内蔵固定ロッド１１の固定ロッドキャビティ１８がピストンロッドキャビティ１７に連通し、油圧シリンダが仕事をすると、高圧部分の作動油は、主に固定ロッドキャビティ１８及びピストンロッドキャビティ１７を流れる。

【0035】

さらに、密封キャビティ１９に、第４の密封リング２３を保護するために、適切な圧力の窒素ガス又は他の不活性ガスを充填することができる。

【0036】

図４～図７を参照すると、図４～図７は、異なる波の場合の多段緩衝式油圧シリンダの運動過程を示す。

【0037】

油圧シリンダのピストンロッド９は、波エネルギー発電装置の波吸収浮体に接続され、油圧シリンダのシリンダバレル１は、波エネルギー発電装置の本体に接続され、波吸収浮体と本体は、波の作用で相対運動し、ピストンロッド９をシリンダバレル１内で往復運動するように駆動する。

【0038】

通常の波の状態では、波エネルギー装置が波により駆動され、波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、図４に示すように、油圧シリンダのピストンロッド９も同時に上向きに運動する。油圧シリンダのメインロッドキャビティ１５は、フロントポート５を介して油タンクから油を吸い込み、油圧シリンダのメインキャビティ１６は、リアポート４を介して作動油を油タンクに吐出する。ピストンロッド９は、内部が中空の円形ロッドであり、ピストンロッドキャビティ１７は、作動油で満たされる。シリンダバレル１のリアエンドキャップ２に内蔵固定ロッド１１が溶接され、内蔵固定ロッド１１の固定ロッドキャビティ１８の前端は、ピストンロッドキャビティ１７に連通し、内蔵固定ロッド１１の後部キャビティは、プライマリポート３に連通し、作動時に、固定ロッドキャビティ１８も作動油で満たされる。ピストンロッド９が上向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ１７及び固定ロッドキャビティ１８の作動油が絞り出され、プライマリポート３及び第２の逆止弁を介してアキュムレータ群に圧送され、エネルギーが蓄えられ、圧力が安定して発電する。この過程において、密封キャビティ１９のガスは膨張する。設計によれば、通常の波の状態では、ピストンロッド９が上向きに運動すると、通常、リアバッファスプリング１４の位置まで運動しない。

【0039】

通常の波の状態では、波エネルギー装置が波により駆動され、波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、図６に示すように、油圧シリンダのピストンロッド９も同時に下向きに運動する。油圧シリンダのメインロッドキャビティ１５は、フロントポート５を介して作動油を油タンクに吐出し、油圧シリンダのメインキャビティ１６は、リアポート４を介して油タンクから油を吸い込む。ピストンロッド９が下向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ１７及び固定ロッドキャビティ１８は、プライマリポート３及び第１の逆止弁を介して油タンクから油を吸い込む。この過程において、密封キャビティ１９のガスは圧縮される。設計によれば、通常の波の状態では、ピストンロッド９が下向きに運動すると、通常、フロントバッファスプリング１３の位置まで運動しない。

【0040】

限界波の状態では、波エネルギー装置が波により駆動され、波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、図５に示すように、ピストンロッド９も同時に上向きに運動するが、通常の波の状態とは異なり、ピストンロッド９の左端部のプライマリピストン１０が限界の大波により駆動され、波吸収浮体が非常に大きな波力を受けるため、プライマリピストン１０は、油圧シリンダのリアエンドキャップ２に衝突することが多く、何も対策を講じないと、衝突により油圧シリンダが破損するおそれがある。衝突による損傷を緩衝するために、リアエンドキャップ２にリアバッファスプリング１４が設置され、プライマリピストン１０がリアエンドキャップ２から一定の距離まで運動すると、プライマリピストン１０がリアバッファスプリング１４を圧縮し始め、リアバッファスプリング１４の剛性は、限界波力の大きさに応じて設定され、プライマリピストン１０が限界波の作用でもリアエンドキャップに衝突しないことを確保する。スプリングが圧縮される過程全体において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、緩衝過程において発生した熱を除去するために、メインキャビティ１６は、リアポート４を介して作動油を吸い込んで低圧の油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する。

【0041】

限界波の状態では、波エネルギー装置が波により駆動され、波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、図７に示すように、ピストンロッド９も同時に下向きに運動し、同様に、限界の大波により、プライマリピストン１０も油圧シリンダのフロントエンドキャップ８に衝突することが多い。プライマリピストン１０の下向きの運動幅を緩衝するために、油圧シリンダのフロントエンドキャップ８にもフロントバッファスプリング１３が取り付けられ、プライマリピストン１０がフロントエンドキャップ８から一定の距離まで運動すると、プライマリピストン１０は、フロントバッファスプリング１３を圧縮し始め、フロントバッファスプリング１３の剛性は、限界波力の大きさに応じて設定される。スプリングの緩衝及び圧縮過程において発生した熱エネルギーを冷却するために、メインロッドキャビティ１５は、フロントポート５を介して作動油を吸い込んで低圧の油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する。

【0042】

本明細書の説明において、「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体的な例」、又は「いくつかの例」などの用語を参照した説明は、該実施例又は例を組み合わせて説明された具体的な特徴、構造、材料又は特点が本発明の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の概略的な表現は、必ずしも同一の実施例又は例に対するものではない。説明された具体的な特徴、構造、材料又は特点は、任意の１つ以上の実施例又は例において適宜組み合わせることができる。また、互いに矛盾しない限り、当業者は、本明細書に説明された異なる実施例又は例及び異なる実施例又は例の特徴を組み合わせることができる。

【0043】

上記実施例は、本発明の技術的思想及び特徴を説明するためのものに過ぎず、当業者が本発明の内容を理解して実施できるようにすることを目的とし、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の内容の本質に基づいて行われた同等の変更又は修正は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

【0044】

（付記）
（付記１）
本体と波吸収浮体とを含む波エネルギー発電装置に接続される、波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダであって、
両端にリアエンドキャップとフロントエンドキャップを有し、前記本体に接続されるシリンダバレルと、
前記シリンダバレル内に同軸に設置され、中空キャビティを有し、右端部がフロントエンドキャップまで延在し、右端部にセカンダリピストンが取り付けられる内蔵固定ロッドと、
前記内蔵固定ロッドに同軸に嵌設され、中空キャビティを有し、左端部にプライマリピストンが取り付けられ、右端部が前記波吸収浮体に接続され、シリンダバレル及び内蔵固定ロッドとともに多段シリンダを構成するピストンロッドとを含み、
前記内蔵固定ロッドの中空キャビティは、固定ロッドキャビティであり、前記固定ロッドキャビティの左端部は、プライマリポートに連通し、前記内蔵固定ロッドの外壁、前記ピストンロッドの内壁、前記プライマリピストン及び前記セカンダリピストンによって囲まれたキャビティは、密封キャビティであり、前記ピストンロッドの中空キャビティの前記密封キャビティ以外の部分は、ピストンロッドキャビティであり、前記シリンダバレルの内壁、前記リアエンドキャップ、前記内蔵固定ロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインキャビティであり、前記メインキャビティは、リアポートに連通し、前記シリンダバレルの内壁、前記フロントエンドキャップ、前記ピストンロッドの外壁及び前記プライマリピストンによって囲まれたキャビティは、メインロッドキャビティであり、前記メインロッドキャビティは、フロントポートに連通し、前記固定ロッドキャビティは、前記ピストンロッドキャビティに連通し、
前記本体及び前記波吸収浮体が波の作用で相対運動し、これにより、ピストンロッドは、シリンダバレル内で往復運動するように駆動される、ことを特徴とする波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【0045】

（付記２）
油タンク及びアキュムレータをさらに含み、前記プライマリポートは、第１の逆止弁を備えた管路を介して前記油タンクから油を吸い込み、第２の逆止弁を備えた管路を介して作動油を前記アキュムレータに圧送し、前記リアポート及び前記フロントポートは、前記油タンクに連通する、ことを特徴とする付記１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【0046】

（付記３）
前記フロントエンドキャップに近接する内壁にフロントバッファスプリングが取り付けられ、前記リアエンドキャップに近接する内壁にリアバッファスプリングが取り付けられる、ことを特徴とする付記１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【0047】

（付記４）
前記ピストンロッドと前記フロントエンドキャップとの間に第１の密封リングが設置され、前記プライマリピストンと前記シリンダバレルの内壁との間に第２の密封リングが設置され、前記内蔵固定ロッドの外壁と前記プライマリピストンとの間に第３の密封リングが設置され、前記セカンダリピストンと前記ピストンロッドの内壁との間に第４の密封リングが設置される、ことを特徴とする付記１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【0048】

（付記５）
前記密封キャビティに、不活性ガスが充填される、ことを特徴とする付記１に記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダ。

【0049】

（付記６）
付記１～５のいずれか１つに記載の波エネルギー発電装置用の多段緩衝式油圧シリンダを使用し、
波吸収浮体が本体に対して上向きに運動するときに使用される第１の制御モードと、
波吸収浮体が本体に対して下向きに運動するときに使用される第２の制御モードと、
前記第１の制御モードの限界波状態で使用される第３の制御モードと、
前記第２の制御モードの限界波状態で使用される第４の制御モードと、を含む、ことを特徴とする多段緩衝式油圧制御方法。

【0050】

（付記７）
前記第１の制御モードは、
波の動きにより波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に上向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して油タンクから油を吸い込み、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して作動油を油タンクに吐出する制御プロセスと、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティが作動油で満たされ、ピストンロッドが上向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティの作動油が絞り出され、プライマリポート及び第２の逆止弁を介してアキュムレータ群に圧送され、エネルギーが蓄えられ、圧力が安定して発電する制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは膨張する、ことを特徴とする付記６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【0051】

（付記８）
前記第２の制御モードは、
波の作用で波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、油圧シリンダのピストンロッドも同時に下向きに運動し、油圧シリンダのメインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を油タンクに吐出し、油圧シリンダのメインキャビティがリアポートを介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、ピストンロッドが下向きに運動すると、ピストンロッドキャビティ及び固定ロッドキャビティがプライマリポート及び第１の逆止弁を介して油タンクから油を吸い込む制御プロセスと、を含み、この過程において、密封キャビティのガスは圧縮される、ことを特徴とする付記６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【0052】

（付記９）
前記第３の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して上向きに運動すると、ピストンロッドも同時に上向きに運動し、プライマリピストンがリアエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがリアバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインキャビティがリアポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む、ことを特徴とする付記６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【0053】

（付記１０）
前記第４の制御モードは、
限界波の場合、波吸収浮体が本体に対して下向きに運動すると、ピストンロッドも同時に下向きに運動し、プライマリピストンがフロントエンドキャップから一定の距離まで運動したとき、プライマリピストンがフロントバッファスプリングを圧縮し始め、スプリングが圧縮される過程において、波吸収浮体の機械エネルギーがスプリングの位置エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーが発生し、メインロッドキャビティがフロントポートを介して作動油を吸い込んで油タンクに吐出し、作動油の流れによって熱を除去する制御プロセスを含む、ことを特徴とする付記６に記載の多段緩衝式油圧制御方法。

【符号の説明】

【0054】

１ シリンダバレル
２ リアエンドキャップ
３ プライマリポート
４ リアポート
５ フロントポート
６ 第１の逆止弁
７ 第２の逆止弁
８ フロントエンドキャップ
９ ピストンロッド
１０ プライマリピストン
１１ 内蔵固定ロッド
１２ セカンダリピストン
１３ フロントバッファスプリング
１４ リアバッファスプリング
１５ メインロッドキャビティ
１６ メインキャビティ
１７ ピストンロッドキャビティ
１８ 固定ロッドキャビティ
１９ 密封キャビティ
２０ 第１の密封リング
２１ 第２の密封リング
２２ 第３の密封リング
２３ 第４の密封リング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】