JP2009097494A - Offshore power generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海上の波力、風力および太陽光を用いた電気変換に係り、複合な自然エネルギーを一体系で構成される装置で電気変換が実現できるもの。また、安価な電力が提供できる。The present invention relates to electrical conversion using wave power, wind power and sunlight on the sea, and can realize electrical conversion with an apparatus composed of an integrated system of complex natural energy. In addition, inexpensive power can be provided.
主な自然エネルギー利用は、太陽光発電、風力発電、波力発電がある。太陽光発電と風力発電はすでに実用化されている。しかし、太陽光発電は、太陽電池パネルの高コストな課題があり、また、風力発電では、高コストの他、設置場所が特定されるほか広い敷地面積を要するなどの問題がある。The main uses of natural energy are solar power generation, wind power generation, and wave power generation. Solar power and wind power are already in practical use. However, solar power generation has a high-cost problem of a solar cell panel. In addition to high cost, wind power generation has problems such as a specific installation location and a large site area.
波力発電では、膨大で高密度なエネルギー源としながらも本格的な実用化に至っていない。波力発電には種々の方式が提案され、多くは、大きな波の上下運動を利用して、空気または水の流れをつくり、その流れをダクトによって集め、タービンを回転させるもの。Wave power generation has not yet been put into full-scale practical use, although it is an enormous and high-density energy source. Various types of wave power generation have been proposed, and most of them use the up and down movement of large waves to create a flow of air or water, collect the flow by a duct, and rotate the turbine.
しかし、流体を用いる波力発電装置では、高圧な流体の運動エネルギーに変換できないため、発電量を高めるためにはある程度大規模なシステムが必要となり、設備が大型化し経済的でない。However, since the wave power generation apparatus using fluid cannot be converted into kinetic energy of high-pressure fluid, a system that is large to some extent is required to increase the amount of power generation, and the equipment becomes large and not economical.
また、効率の良い波力発電装置を実現するために、海上の浮体の揺れをコントロールモーメントジャイロで受け止め、そのエネルギーを利用して発電するジャイロ式波力発電装置が提案されている。しかし、この発電方式では、構造的に複雑でありコストも高い欠点がある。In order to realize an efficient wave power generation device, a gyro wave power generation device has been proposed in which shaking of a floating body at sea is received by a control moment gyro and electric power is generated using the energy. However, this power generation method has a drawback that it is structurally complex and expensive.
このような文献資料としては、以下が知られている。
従って本発明は、従来技術の課題である複数の自然エネルギーを一体系の装置で電気変換して、安価な電力を提供することにある。他の目的は、広域分野で適用でき、利便性もよく、景観や漁業などに貢献できる装置を提供することにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a low-cost electric power by electrically converting a plurality of natural energies, which is a problem of the prior art, with an integrated system. Another object is to provide a device that can be applied in a wide field, has good convenience, and can contribute to landscapes and fisheries.
本発明では、母体に回転軸を介して上面に太陽電池を配した翼の一端が連結され他端が上下の揺動を可能にして、海面に浮かべられた可動翼による可動翼手段と、可動翼によって海面の波に風力を相関させて翼の上下運動を増幅する揺動増幅手段と、可動翼には流体加圧のポンプのピストンと揺動制御装置の一端を各々接続して、母体に設けられた支持管には、流体の循環系を含む流体加圧のポンプのシリンダーと揺動制御装置の他端が各々接続された流体加圧手段と、シリンダーの循環系からの加圧流体によって作動装置の回転軸を回転駆動させ連結する発電機の回転軸を回転駆動させ発電をする第一の発電手段と、可動翼の上面に配された太陽電池で太陽光から発電をする第二の発電手段と、で装置が構成されたことを特徴とする。In the present invention, one end of a wing whose solar cell is arranged on the upper surface via a rotating shaft is connected to the base body, and the other end can be swung up and down. Oscillation amplifying means for amplifying the vertical movement of the wing by correlating wind force with the wave of the sea surface by the wing, and the movable wing connected to the piston of the fluid pressurizing pump and one end of the oscillating control device, respectively. The provided support pipe includes a fluid pressurizing unit including a fluid pressurization pump cylinder including a fluid circulation system and a fluid pressurization unit connected to the other end of the oscillation control device, and a pressurized fluid from the cylinder circulation system. The first power generation means for generating power by rotating the rotating shaft of the generator to be driven by rotating the rotating shaft of the actuating device, and the second for generating power from sunlight by a solar cell disposed on the upper surface of the movable blade. An apparatus is constituted by the power generation means.
膨大な海洋のエネルギーである波力、風力および太陽光を一体系の装置で効率よく電力に変換できる利点があり、軽量化、電力の低コストなどを可能とする。また、海上の移動体(船)にも適用できる。且つ、地球環境保全においては、地球温暖化防止にも功を奏する。There is an advantage that wave power, wind power, and sunlight, which are enormous marine energy, can be efficiently converted into electric power by an integrated device, enabling weight reduction and low cost of electric power. Moreover, it is applicable also to the mobile body (ship) on the sea. And in global environmental conservation, it is also effective in preventing global warming.
従来の円筒形や箱形などのフロートによる波力エネルギーの電気変換では、フロートを波に浮かべれば、波の凹凸の変化によってフロートは上下運動を発生するが、風力による上下運動は発生しないため、波力による上下運動だけは電気変換される。本発明の可動翼においては、従来フロートとの大きな相違点として、平面的な翼が波間に張り出すことで風溜りを形成し、風力により翼を持ち上げることで波の凹凸間の落差を拡大させ、可動翼の揺動運動を増幅できることにある。In conventional electrical conversion of wave energy by a float such as a cylindrical or box shape, if the float is floated on a wave, the float will move up and down due to changes in the wave irregularities, but the vertical movement due to wind force will not occur Only the vertical movement caused by wave force is converted into electricity. In the movable wing of the present invention, a significant difference from the conventional float is that a flat wing projects between the waves to form a wind trap, and the wings are lifted by wind force to increase the drop between the wave irregularities. In other words, the swinging motion of the movable blade can be amplified.
可動翼は、長辺に対して直角方向に移り行く波の凸部上にある時、次の波の凸部との間に可動翼の面が張り出すため、ここに風溜りが形成され風力が回り込み可動翼を押し上げながら波間の凹部の底は風圧によって押し下げられ、次いでこの風溜りの凹部へ可動翼が乗り移るとき凹部の底部まで降下する。この場合の落差は、周囲の波の凹凸間の落差に比べ風圧が相関した分だけ大きくできる。When the movable wing is on the convex part of the wave moving in the direction perpendicular to the long side, the surface of the movable wing protrudes between the convex part of the next wave, and a wind trap is formed here. The bottom of the concave portion between the waves is pushed down by the wind pressure while turning around and moving up the movable blade. Then, when the movable blade moves to the concave portion of the wind reservoir, the bottom of the concave portion is lowered. In this case, the head can be increased by the amount correlated with the wind pressure compared to the head between the irregularities of the surrounding waves.
また、可動翼の長辺に対して平行で母体に直角に向かってくる波の場合でも同様に、波間に風力を回り込ませ波の凹みに風圧がかかることによって、可動翼を下から押し上げると同時に波間の底部を押し下げることができる。Similarly, even in the case of a wave that is parallel to the long side of the movable blade and that is perpendicular to the base, wind force is applied between the waves and wind pressure is applied to the dent of the wave, thereby simultaneously pushing up the movable blade from below. The bottom of the wave can be pushed down.
また、可動側として、母体に回転軸を介して一端が連結され他端が上下の揺動を可能にして可動翼が海面に浮かべて設けられ、可動翼には流体加圧のポンプのピストンと揺動制御装置の一端を各々接続して、他方、固定側としては、母体に設けられた支持管には、流体の循環系を含む流体加圧のポンプのシリンダーと揺動制御装置の他端が各々接続されたことによって、可動翼の揺動運動が固定側と可動側によるポンプ構成によって、流体を揺動のポンプ作用で高圧に加圧することができる。Also, as the movable side, one end is connected to the mother body via a rotating shaft, and the other end is movable up and down, and a movable blade is floated on the sea surface. One end of each swing control device is connected, and on the other hand, as a fixed side, a support tube provided on the mother body includes a fluid pressurizing pump cylinder including a fluid circulation system and the other end of the swing control device. Are connected to each other, the swinging motion of the movable blade can pressurize the fluid to a high pressure by the pumping action of the swinging by the pump configuration of the fixed side and the movable side.
また、揺動制御装置は、通常では可動翼を上昇行程から降下行程に変わるときに上昇運動の慣性モーメントを速やかに消滅させて可動翼を降下させ、次の上昇工程(流体の加圧)に移ることができるため、波の凹凸の移り変わりが速い、例えば、小波や海面の風が強いときのほか、母体側が船のような移動体においても都合が良い。In addition, the swing control device normally lowers the inertial moment of the ascending motion quickly when the movable blade changes from the ascending stroke to the descending stroke, and lowers the movable blade to the next ascending process (pressurization of fluid). Since it is possible to move, it is convenient for a moving body such as a ship whose mother side is fast, for example, when the wave unevenness is fast, for example, when a small wave or wind is strong on the sea surface.
また、循環系をふくむポンプおよび可動翼からなる装置の一体系を複数連携した体系で構成して、作動装置と発電機の回転軸を連結して作動装置を回転駆動させることで、作動装置が小型でも効率よく大電力を得ることができる。In addition, a system including a pump and a movable blade including a circulation system is configured by a system that is linked to a plurality of systems, and the operating device is rotated by connecting the operating device and the rotating shaft of the generator. High power can be obtained efficiently even with a small size.
また、可動翼の上面に設ける太陽電池によって、太陽光、波力、風力の複合エネルギーから一体系の装置で電気変換することができる。In addition, the solar cell provided on the upper surface of the movable blade can electrically convert the combined energy of sunlight, wave power, and wind power with an integrated system.
また、可動翼は飛行機の翼で提供されているように、構造上伸縮機構や折りたたみ機構の採用が容易から、台風時の高波、海面のうねりなど、海面の状況に合わせて可動翼を変化させ安定した電力を得ることができる。In addition, as provided by airplane wings, the movable wings are easy to adopt a telescopic mechanism and folding mechanism because of the structure, so the movable wings can be changed according to the sea surface conditions such as high waves during typhoons and sea surface swells. Stable power can be obtained.
このように装置規模に関わらず、海上の膨大な太陽光、波力、風力といった複数の自然エネルギーから一体系の装置で発電することができ、陸地、海上構造体、船体など広域な分野で適応することができる。且つ、電気変換量を高め、低コストから安価な電力を得るという目的を、最小の部品点数でコンパクトに実現した。In this way, regardless of the scale of the device, it is possible to generate power from a large amount of natural energy such as sunlight, wave power, and wind power using an integrated system, and it can be used in a wide range of fields such as land, marine structures, and hulls. can do. In addition, the purpose of increasing the amount of electrical conversion and obtaining low-cost and low-cost power has been realized in a compact manner with a minimum number of parts.
図1、図2によって説明すると、図1は、本発明装置の全体概要を示し、図2は可動翼の断面であり波力と風力の相関な作用を示す。
母体2、可動翼3、太陽電池4、ピストン8、揺動制御装置10、支持管15、シリンダー16、逆止弁20、22、作動装置25、発電機26、変電装置28などから装置が構成されている。1 and 2, FIG. 1 shows an overall outline of the device of the present invention, and FIG. 2 is a cross section of a movable blade, showing a correlation between wave force and wind power.
The apparatus is composed of the
上面に太陽電池4が配された翼の可動翼3は、くぼみ35の内部に母体2と接続される回転軸7を介して可動翼3の一端が連結され、可動翼3の他端が上下の揺動を可能にして海面5に浮かべて設けられている。One end of the
可動翼3は、波の凹凸間の落差によって揺動運動が発生しやすく波の衝撃にも耐えられるように、軽量な樹脂材など用いられ断面は平面的で内部は空隙を多くして、可動翼3の他端は、船首のように円弧をもたせて製造されている。The
また、可動翼3は、図示はないが母体側に電動による伸縮機構と中央あたりに折りたたみ機構を設けられることによって、台風時の高波、海面のうねりなど、海面の状況に合わせて運転がされている。Although the
母体2と接続される側の可動翼3の内部には、流体加圧のポンプを構成するピストン8と揺動制御装置10の一端を各々可動にして接続されている。また、流体の流入と流出の循環系のパイプを取り付けた流体加圧ポンプのシリンダー16のヘッドと揺動制御装置10の他端は、母体2から突き出した支持管15の先端部に接続されて設けられている。Inside the
シリンダー16のヘッドに取り付けられる流体の流入と流出の循環系のパイプは、持管支15の内部に配置され、それぞれ逆止弁20、22を介して高圧流体40および低圧流体50の配管へ接続連通されて、空気、水、シリコン油など目的に適応した材質が選択された流体が循環している。Inflow and outflow circulation pipes attached to the head of the
揺動制御装置10は、機能として可動翼3の適度な押し下げと揺動運動域の制限ができるもので、金属のばねまたはエアースプリングのほかマグネットなどが採用され装置が構成されて、必要に応じて単体または複数の揺動制御装置が設けられている。The swing control device 10 can moderately push down the
また、可動翼3の内部へ支持管15が挿入される部分は、各々運動方向が自由にできるようにジャバラ状に防水効果のあるゴム系材料などの柔軟材で密封に接合して、運動による摩擦などの障害が防止できるように回転軸7の上部もしくは交差位置に設けられている。The portions where the
高圧流体40の配管は、回転軸が発電機26と連結される作動装置25の入力口に接続され、他方、作動装置25の出力口に接続される低圧流体50の配管は、必要数が設けられた流体加圧ポンプのシリンダー16の配管系と各々接続され、流体が循環できるように接続連通されている。The piping of the high-
ここで、可動翼3による波力と風力の相関な作用を図2によって説明する。X地点の断面において、可動翼3の長辺に対し直角方向に流れる風力の進行方向をW、波の凹凸の進行方向をMとし、海面5の波の凹凸は、5a、5b、5c、5dの順で可動翼3に向かっている。Here, a correlation between the wave force and the wind force by the
可動翼3が波の凸部5aにあるとき、可動翼3の面の張り出しによって波間5bに風溜りをつくり風力を回り込ませることで、風圧により可動翼3に揚力が働き下から押し上げて、同時に波間5bの底部を押し下げている。When the
次いで可動翼3が波の5bに移るとき、通常は5dの深さであるのに比べ風圧によって5bの方が深くなっているため、可動翼3は相当に降下したのち、次の5cでは上昇して揺動の一行程が終了する。このように波間に風力を作用させることで揺動の行程距離を増幅することができる。Next, when the
電気変換系は、波力と風力は、流体の循環圧に変換され作動装置25連結する発電機26の回転によって起電され、他方太陽光は、太陽電池によって起電され、ともに変電装置28を経た電力60が電力需要装置へ配電されている。In the electric conversion system, wave power and wind power are converted into a circulating pressure of fluid and are generated by the rotation of a generator 26 connected to the actuator 25, while sunlight is generated by a solar cell, The passed power 60 is distributed to the power demand device.
このように可動翼3を用いて装置が構成されたことで、波力、風力および太陽光の複合エネルギーを効率よく電気へ変換することができる。太陽電池4にあっては、pn結合型の半導体太陽電池または色素増感型太陽電池であっても同様に用いることができる。By configuring the apparatus using the
本発明について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。Although the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or modified within the scope of the purpose of the improvement or the idea of the present invention.
以上説明したように、このように装置規模に関わらず、海上の膨大な波力、風力、太陽光といった複数の自然エネルギーを一体系の装置で利用することができ、陸地、海上構造体、船体など広域な目的にも適応することができる。且つ、電気変換量を増大し、安価な電力を提供できる。As described above, regardless of the scale of the device, a plurality of natural energies such as ocean wave power, wind power, and sunlight can be used in an integrated system, and land, marine structures, and hulls can be used. It can be adapted to a wide range of purposes. In addition, the amount of electrical conversion can be increased and inexpensive power can be provided.
2 母体
3 可動翼
4 太陽電池
5 海面
8 ピストン
10 揺動制御装置
15 支持管
16 シリンダー
25 作動装置
26 発電機
28 変電装置
29 制圧弁
40 高圧流体
50 低圧流体
60 電力2
Claims (6)
前記、可動翼によって海面の波に風力を相関させて翼の上下運動を増幅する揺動増幅手段と、
前記、可動翼には流体加圧のポンプのピストンと揺動制御装置の一端を各々接続して、母体に設けられた支持管には、流体の循環系を含む流体加圧のポンプのシリンダーと揺動制御装置の他端が各々接続された流体加圧手段と、
前記、シリンダーの循環系からの加圧流体によって作動装置の回転軸を回転駆動させ、連結する発電機の回転軸を回転駆動させ発電をする第一の発電手段と、
前記、可動翼の上面に配された太陽電池で太陽光から発電をする第二の発電手段と、
で装置が構成されたことを特徴とする海上発電装置。One end of a wing having a solar cell disposed on the upper surface through a rotating shaft is connected to the base body, and the other end is movable up and down, and movable wing means by a movable wing floated on the sea surface;
The swing amplifying means for amplifying the vertical movement of the wing by correlating the wind force with the waves on the sea surface by the movable wing,
The movable blade is connected to a piston of a fluid pressurizing pump and one end of a swing control device, respectively, and a support tube provided on the mother body includes a cylinder of a fluid pressurizing pump including a fluid circulation system. Fluid pressurizing means each connected to the other end of the swing control device;
The first power generation means for generating power by rotating the rotation shaft of the generator to be connected by rotating the rotation shaft of the operating device by the pressurized fluid from the circulation system of the cylinder,
The second power generation means for generating power from sunlight with a solar cell disposed on the upper surface of the movable wing,
An offshore power generator characterized in that the apparatus is configured as described above.
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013513061A (en) * | 2009-12-04 | 2013-04-18 | テリー・ヘンリー | Ocean driven energy plant |
CN106812504A (en) * | 2016-05-24 | 2017-06-09 | 江山显进机电科技服务有限公司 | Oil offshore production platform |
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- 2007-10-15 JP JP2007292566A patent/JP2009097494A/en active Pending
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