JP2000154774A

JP2000154774A - 波力エネルギ―変換装置

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Publication number: JP2000154774A
Application number: JP10368441A
Authority: JP
Inventors: Tomiji Watabe; 富治渡部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2000-06-06
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP3218462B2

Abstract

(57)【要約】【目的】離島、沿岸過疎地、低開発国沿岸で波力発
電、海水淡水化装置駆動用、養殖動力用等に利用できる
小形で効率が高く、シンプルで耐久性があり、経済的に
設置できる波力エネルギー変換装置を実現することであ
る。【構成】海面に望む基部に一端を軸止された想定波高
以上の長さのリンク部材は、その自由端に軸止されて海
水中に揺動可能に吊るされるとともにこの揺動に伴い海
面から飛び出したり海中に没したりする補助浮体を波浪
との共振条件を満たす距離だけ離して固定した平板状浮
体を備え、補助浮体には重錘が設けられるとともに、リ
ンク部材の両端軸止部には一対のポンプが備えられ、基
部上のポンプは浮体上下運動による位置エネルギーとし
ての波力エネルギー吸収に備え、浮体側のポンプは浮体
揺動運動による波力の運動エネルギー吸収に備えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は、個人用に設置することが可能
な、小形の波力エネルギー変換装置に関し、別けても従
来吸収することが困難であった、波力の水平方向の運動
エネルギーを高い効率で吸収する手段を備えており、離
島や過疎地域での発電用、海水淡水化装置駆動用、養殖
動力用、栽培漁業での深層水汲み上げ動力用等に利用で
きる比較的高効率の波力エネルギー変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球上の風力エネルギーはその一部が波
浪と成り、沿岸部に比較的豊富に波力エネルギーとして
押し寄せているが、本格的な利用は未だ行われていな
い。現在の実現装置は殆どが実証テストのためのパイロ
ットプラントであり、民間人が手軽に利用できる装置は
市販されていない。波力エネルギー変換装置実用化の必
要条件は、低廉な建設コストと極めて高いエネルギー取
得及び変換効率の両立である。この目的から本発明者は
日本国特許第２５３９７４２号の振り子式波力発電装置
の発明と、ペンデュラーと名付けられた室蘭工大式波力
発電実証プラントでの実証テストに深く関わってきた。
その原理は、ケーソンに設けた水室内に入射波を導き、
波浪の波動としての性質を積極的に利用して、これを一
定周期の定常波に変換して利用する。この実証テストで
は、平均の一次エネルギー変換効率は世界一の６０％以
上となり、他の国営プラント等のデータと比較すれば、
桁違いの圧倒的優位性を確認できた。然し乍ら、この発
電機容量は３００ｋｗでケーソン等の付帯施設に多額の
投資を要し、防波堤などの防波施設に併設することを前
提にした大掛かりな装置なので、経済的に成り立つのは
少なくとも容量１００ｋｗとなり、個人用に利用できる
小形装置ではなかった。

【０００３】他方では、小規模な個人レベルでの発明も
多く試みられてきた。然し、その殆どは波力の有するエ
ネルギーの半分の、位置エネルギーの利用に主眼があ
り、波力エネルギーの残り半分の運動エネルギーまで
も、十分に効率良く利用できる波力エネルギー変換装置
は実現されなかった。その理由は簡単である。浮体の浮
き沈みから波力の上下動としての位置エネルギーを取り
出すことは容易だが、水平方向の運動エネルギーを取り
出すことが困難であったからである。ところが離島や過
疎地域では、容量１０ｋｗ程度以下の可能な限り高効率
の小形装置が必要に応じて分散設置されるのが望まし
く、小規模用の新しい装置の出現が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、本発明者が長年の波力発電実証プラントの
海上運転によって得た知見とノウハウを、小形波力変換
装置に実現することによって、低価格でエネルギー変換
効率が高く、個人レベルでも取得が可能な波力エネルギ
ー変換装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の具体的手段は、本発明者の経験によれば、偏に波動現
象としての波浪の周期と機械的変換装置の固有振動数と
を一致させ、この両者の共振条件を整える機構の実現に
尽きる。前記のように、浮体の浮き沈みのみをエネルギ
ー変換する装置では、実用化する技術はあまり難しくは
なかった。その理由は、この機械装置の固有振動数を支
配する最大の要因は、浮体運動が浮体質量対浮力によ
るばね作用の振動系であることから、ばね常数／浮体
質量の大きさであり、問題は単純であった。即ち、ば
ね常数／浮体質量の大きさを加減することによって、
機械装置の固有振動数を調整でき、波浪周期との共振条
件を比較的容易に実現できたからである。問題は残り５
０％を占める波力の水平方向運動エネルギー吸収を狙っ
た機構である。前記のペンデュラー装置は、この運動エ
ネルギー吸収に特化した変換機構を有していた。その基
本はある程度以上の受圧面積を有する振り子式メカニズ
ムである。これは最も単純な機構となるメリットはある
が、振り子を水室から取り出してそのまま海中に設置す
ると、水室内では振り子の変位に応じた水位変化が出現
することにより、振り子に働いていたばね作用が消失す
るので、著しく緩慢な動きとなり波浪の周期に追随でき
なくなる。即ち、機構の固有振動数の低下が問題なの
で、固有振動数を高める工夫を施せばよいのである。簡
単にいえば、振り子の動きを早くする工夫である。

【０００６】このために発明者は、振り子運動をする浮
体の揺動につれて海面から飛び出したり、海中に没した
りする補助浮体を主浮体に一体に取り付けることを考え
付いた。これによって補助浮体が海面上にある時と海水
中にある時とを比較すると、空気と海水との比重差に相
当する浮力モーメント変化を与える機構を、簡単に実現
することができる。固より振り子運動は、振り子の位置
エネルギーと運動エネルギーとを交互に完全に変換する
ことをくり返す運動だが、海面上に補助浮体が飛び出し
た状態を浮体全体の位置エネルギーが最大となる状態と
するには、最も高い位置にある補助浮体に適度な重錘を
備えることが理に適っている。この主浮体は受圧面積を
大きくするため、平板状浮体とし、これ自身だけでも浮
力が生じるだけの容積の浮き部を上部に備えると共に、
底部には浮体姿勢を安定させる重錘を備える。波浪の周
期と浮体振り子運動との共振条件を満たすには、浮体寸
法と重錘及び浮体自身の質量を勘案し、最適な平板状浮
体と補助浮体との距離を選ぶ必要がある。波浪条件即ち
共振条件が変化したときは、この距離も変化させると共
に、適度な容積の水室を平板状浮体の下側に着脱させ
る。更にはこの浮体の運動をエネルギーに変換する手段
として、浮体上部でこれを軸止する軸にポンプを設け
て、海水等を強圧し高圧水のエネルギーを得るようにし
た。加えて波力の位置エネルギーも同時に得るには、海
上等に基部を設け想定波高以上の長さのリンク部材の一
端を基部に固定し、その他端の自由端には前記の平板状
浮体を軸止することにし、基部の軸止部にも位置エネル
ギー変換専用のポンプを設けた。こうして平板状浮体は
海洋波の入射を正面から受ける姿勢で海上に固定された
基部の後流側に配置されると共に、リンク部材の基部側
の軸止部には垂直軸を設けてこの垂直軸を介し、リンク
部材が基部に取り付けられることとした。ここで海洋波
の円振動数と浮体揺動運動の固有振動数とが、ある値ω
として一致し、両者の共振条件が成立する時の平板状浮
体と補助浮体との距離Ｒは、明細書末尾に記載の数式、
数１及び数２を満たすように決定する。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】

【作用】このような手段を有する本発明の波力エネルギ
ー変換装置の作用を説明するにあたり、海洋波の性質自
体につき簡単に説明しておきたい。海洋波は水粒子の集
団がある規則運動を行いながら伝搬されていく波動現象
で、進行波であり、真横から見れば各水粒子は円運動を
行っている。各水粒子は隣り合うもの同士が位相差を有
し、下流側ほど遅れて円運動に加わるので、結果として
波頭やうねりは風を受けて風下に波が打ち寄せられるよ
うに観察される。また海洋波は、いろいろな波高・周期
の進行波の合成から成るが、そのパワースペクトルはあ
る波高・周期のところでピークを示す。慣例に従ってピ
ークの波高・周期の規則波（有義波の波高・周期にほぼ
一致する）で代表させ、ここでの説明に用いる。以下の
説明において、海洋波は有義波を指し、その波高・周期
はひと組だけ存在するとみなす。

【００１０】本発明の波力エネルギー変換装置に海洋波
としての波浪が押し寄せると、浮体は波高の高低に従っ
て上下運動を始める。基部に軸止されたリンク部材は、
自由端に軸止された浮体の上下運動に従い、上下方向の
揺動運動がもたらされる。リンク部材は想定波高以上の
比較的長い寸法なので、梃子の原理による強力な回転ト
ルクが基部上のポンプに働く。これとともに浮体には大
きな面積に海洋波の水平（前後）方向運動エネルギーが
加わると、浮体にぶつかって圧力を生じ、浮体に振り子
運動の揺動をひき起こす。これらの一連の運動は前記の
ように、波浪を構成する水粒子の円運動によって、連続
的に生み出されるが、原因が円運動であるだけに必ず反
対方向への揺り戻し運動を伴う。浮体がこの揺り戻し運
動に追随できなければ、効率の良い波力エネルギーの変
換はできなくなってしまう。先に述べたように、波周期
と機構側の固有振動数とが一致できる条件、即ち共振条
件を整える点がキーポイントである。上下運動の位置エ
ネルギー吸収においては、負荷や浮体寸法の調整で良か
ったが、前後運動の運動エネルギー吸収では、浮体の前
後方向揺動を早くする手段が必要であった。本発明では
海面上に飛び出したり海中に没したりする補助浮体を、
所定距離だけ離して主浮体に固定している。主浮体とし
ての平板状浮体に進行波が作用すると、前後方向に揺動
された平板状浮体はついに補助浮体を海面上に押し上げ
る。この結果、補助浮体は海面上に飛び出すことによ
り、急速にその浮力を失ってしまう。補助浮体の浮力
は、補助浮体を海面上に飛び出させる方向の浮体モーメ
ントを平板状浮体に与えてきたが、このモーメントが急
速に無くなる一方、補助浮体に設けられた重錘はその位
置エネルギーが最大と成り、逆方向の浮体モーメントを
平板状浮体に及ぼす。この時の浮体モーメントのプラス
方向からマイナス方向への、切り替え速度と変化率が高
いことが特徴である。この結果平板状浮体は、水粒子の
円運動による揺り戻しに追随して、次の周期の波の運動
エネルギー吸収に備えることができる。これに続くマイ
ナス方向からプラス方向への切り替わり時点では、補助
浮体の飛び出しの際程の急激な浮体モーメントの変化は
起こらないが、補助浮体は海中にあるので、浮体モーメ
ントの方向を切り替える向きに常に浮力と補助浮体の水
中抵抗力を及ぼし、加えて、平板状浮体に設けられた重
錘の位置エネルギーが最大と成り、モーメントの方向を
切り替える。進行波が平板状浮体にぶつかる時も、たと
い浮体モーメントの方向転換が遅れても、より強い圧力
が発生して平板状浮体に強力な力が加わり、方向転換を
促すことになる。このようにして、海面上に飛び出した
り、海中に没したりする補助浮体は、平板状浮体の固有
振動数を高め、波の周期との共振条件を整える上で、大
きな作用を果たしている。

【００１１】請求項２で述べた波力エネルギー変換装置
は、平板状浮体を吊るすリンク部材が、垂直軸を介して
基部に取り付けられ、平板状浮体はリンク部材によって
基部の下流側に係留されているので、風向きの変化と波
浪進行方向の変化に対し、自由に変化に対応する。平板
状浮体に横方向からの波力が作用すると、垂直軸を中心
として平板状浮体にモーメントが生じ、平板状浮体を波
の下流方向へと回転させて、常に平板状浮体は海洋波の
入射を正面から受ける姿勢を保つ。同時に、干満の差に
よる潮汐変位が生じても、基部に取り付けられた軸止部
を中心にしてリンク部材が揺動すれば、直ちに変位に追
随できる。このような平板状浮体が海洋波の中に置かれ
ると、周囲の回転運動をくり返す水粒子と殆ど同期し
て、揺動運動をくり返すことになる。見かけ上海水中で
大きく揺動しても、周囲の水粒子と殆ど同期した運動な
ので、撹拌抵抗は非常に小さいことが知られている。平
板状浮体の揺動運動によって浮体に加わる力は、浮体と
水粒子との相対速度差に基ずく慣性抵抗であり、揺動運
動の最大振幅時点で最大の力を受けるものと考えられ
る。従って、平板状浮体の固有振動数と、波の円振動数
とが厳密に一致していなくとも、接近した振動数であれ
ば、揺動運動方向の切り替わり時に大きな慣性抵抗力が
発生し、浮体を共振運動に引き込むものと考えられる。

【００１２】

【実施例】本発明を図示実施例によって説明すると、図
１は海洋波の性質を説明するために、実施例装置が設置
される海岸附近の海水断面を模式的に示す説明図であ
る。海洋波の動力源は大気中の風力エネルギーである
が、海洋波はあくまでも進行波であって、海面附近の水
分子（粒子）は図の回転矢印で示すように、岸に打ち寄
せる右端部を除けば回転運動をくり返している。それで
も波頭が図の左方沖合いから右方の岸へ、連続的に風下
に向かって移動していくのは、隣り合う水粒子の位相が
少しずつ連続的にずれていくからである。波力エネルギ
ーは位置エネルギーと運動エネルギーとに二分され、そ
の構成比はほぼ５０％対５０％である。本発明はこの両
エネルギーを小型装置によって効率良く吸収することを
狙うものである。

【００１３】図２は、本発明の波力エネルギー変換装置
の一実施例の、海中での設置状況を立体的に示す斜視図
である。図示実施例において、波力エネルギー変換装置
を係留するために海面上に設けられる基部１０は、水深
以上の長さの脚部１１の上面に設けられており、これら
は一体となって櫓１を構成している。櫓１は脚部１１の
先端が海底９に固定され、波浪に耐えて変換装置を定点
で係留する。基部１０の中央には、リンク部材２を基部
１０に軸止するための軸７０そのものを中心軸とするポ
ンプ７が、強固に固定されている。リンク部材２の一端
は、軸７０の両端を保持するように二股になったホルダ
ー部２０であり、強大な回転トルクの伝達が可能な強固
なキーで軸７０に結合されている。リンク部材２の自由
端はもう一方のポンプ８のハウジングとなるように構成
され、ポンプ８の中心軸も浮体を軸止する軸８０を兼ね
ている。リンク部材２の長さは、想定波高の浮体上下運
動に余裕を持って対処できるよう、少なくとも想定波高
以上の長さを有し、更には潮汐変位にも対処する必要性
から、比較的長い寸法となっている。軸８０の両端には
一対の固定部材３０が、強固なキーを介し結合される一
方、浮体３における平板状浮体４の上面にも固定部材３
０が固定されている。浮体３は主浮体としての平板状浮
体４と、これとは平行に所定距離を保って連結板６によ
って平板状浮体４に固定される補助浮体５とから構成さ
れている。主浮体としての平板状浮体４は、受波板４１
の上方に浮き部４０を有し、底部には重錘４２を備えて
いる。浮き部４０の下方は、後述する固有振動数の変更
に備え、受波板４１上に水室を取り付けることができる
スペースを持ち、連結板５は取り付け位置の変更が可能
である。補助浮体５の内部には、特に図示はしていない
が所要の重錘が備えてある。櫓１、基部１０、ポンプ
７、軸７０、リンク部材２、軸８０、固定部材３０等を
介して海上に係留された浮体３に、図上左方より海洋波
が進行してくると、浮体上下運動によりリンク部材２を
上下揺動させてポンプ７による位置エネルギー吸収に備
え、波が平板状浮体４にぶつかり浮体３が軸８０を中心
とする前後方向揺動を行えば、ポンプ８による運動エネ
ルギー吸収に備えることができる。

【００１４】図３及び図４に示したのは、図２に示した
実施例の側面図と平面図であり、課題を解決するための
手段の項で述べた共振条件に関与する、浮体の寸法や揺
動角度を示す記号も表示している。浮体３の上下方向浮
き沈みによるリンク部材２の揺動角は±θ_ｈとして表示
し、波の前後方向の揺動角は±θ_ｓとして表示する。平
板状浮体４の厚みはＷ_１で、補助浮体５の厚みはＷ_２で
表示する。平板状浮体４と補助浮体５との距離はＲで表
示する。図４に示すように平板状浮体４と補助浮体５の
横幅は同一であり、これをＢで表示する。ここで浮体３
に波力を与えた場合に、浮体３の上下運動と前後揺動運
動から発電する場合の効率は、浮体３の固有振動数を波
振動数に一致させ浮体３と波とを共振させること、及び
発電機負荷の大きさを波入力から決まるある最適値に一
致させることができた場合、最大になることが判ってい
る。そこで浮体３の上下運動及び前後揺動運動に対し、
共に波との共振条件を満足するよう本発明の装置は考慮
されている。この浮体３の固有振動数について述べよ
う。先ず浮体の上下運動では、浮体質量とその浮力の比
が固有振動数に関係する。浮力は平衡位置に対する復元
力がばね作用として働いていると看做すことができる。
浮体上下運動の固有振動数ω_ｈは数式の数３にて示され
る。

【００１５】

【数３】ここでｍ：浮体質量（ポンプ８及びリンク部材２の一
部を含む）ｋ：数式の数４にて示されるばね常数

【００１６】

【数４】ここで ρ：海水密度，ｇ：重力加速度Ｂ：浮体の横幅，Ｗ_１：浮き部４０の厚さ固有振動数ω_ｈは、浮体質量ｍ、浮体の横幅Ｂ、浮き部
４０の厚さＷ_１といった設計上の変数により変動するの
で、目的に合致した最適設計を行うことにより、想定海
洋波の円振動数ωと一致させることは容易である。本発
明ではこの上に振り子運動の固有振動数も、想定海洋波
の円振動数ωと一致させなければならない。浮体の前後
方向揺動運動の固有振動数をω_ｓとすると、前述の数１
と同じ関係式となる。ここでＩは軸８０のまわりの浮体
慣性モーメントであり、Ｋは前述の数２で示される復元
モーメント係数である。数２において、Ｗ_２は補助浮体
５の厚さであり、Ｒは軸８０から補助浮体５の中心まで
の距離である。Ｉの浮体慣性モーメントは浮体まわりの
水の影響を含むものであり、水室を浮体に取り付けれ
ば、浮体慣性モーメントを確実、簡単に大きくすること
ができる。Ｋの復元モーメント係数の調整は、浮体間距
離Ｒを変化させることが一番手っ取り早い。一般に振り
子運動を行う浮体を、そのままで海洋波の中に係留する
と、このＩ値は極めて大きくなるが、平板状浮体４に補
助浮体５を取り付けることにより、Ｉ値の増大に見合っ
たＫ値の増大が簡単にできる。これによってω_ｓを海洋
波の円振動数ωと一致させることが容易になる。このよ
うにしてω_ｈとω_ｓとをωに一致させると、浮体３は海
洋波の中で激しく上下運動と揺動運動とを行うので、ポ
ンプ７及びポンプ８から十分な圧力水を送りだすことが
できる。

【００１７】図５はポンプ７及び８の基本構造を示す断
面図であり、図６は両端のポンプ７及び８を含むリンク
部材２の側面図、図７は同様のリンク部材２の平面図を
示している。図５ではポンプ原理の説明のため、吸入回
路と吐出回路を記号により示している。図５において、
中心にある軸７０（８０）は、互いに１８０゜の方向を
向いた一対の丈夫なベーン７１、７１を結合しており、
ケース７３の内部で揺動可能に軸止されている。ケース
７３の内部には、互いに１８０゜の方向を向いた一対の
仕切り壁７２がケース７３に固定されている。このケー
ス７３、ベーン７１、仕切り壁７２は４室の作動室を構
成し、軸７０を挟んで向かい合う２室は、容積の増減の
位相が同一と成るので、軸７０を貫通する連通孔８２に
より互いに連通している。仕切り壁７２の立ち上がり部
には、夫々吸入回路７５と吐出回路７６に連通する吸入
ポート７９と吐出ポート８１が設けられ、チェック弁７
７と７８に通じている。ケース７３は基部１０にしっか
りと固定されている。高圧水の発生をその目的としてい
るので、構成要素の薄肉化はできず、軸７０の揺動角は
７０゜±α程度になり、図６に示す揺動角θ_ｈとθ_ｓは
ポンプ内部構造による制限がある。しかしながら、リン
ク部材２と浮体３が上下及び前後方向に揺動することに
より、ベーン７１が方向を切り替えながら揺動しても、
チェック弁７７及び７８の働きで、作動液の流れは常に
吸入側から吐出側への一方通行となる。図６と図７で示
したポンプ７及び８は、このような基本構造を有してい
る。図示のようにポンプ７のケースは基部１０に固定さ
れ、リンク部材２の拘束側端部は二股のホルダー部材２
０を構成し、軸７０に固く結合しているので、ｈ軸７０
がリンクピンを兼ね、ポンプ７の軸受けがピン軸受けを
兼ねている。同様に、リンク部材２の自由端はポンプ８
自身が構成しており、その軸８０に結合した固定部材３
０は、浮体３に固定されているので、軸８０はリンクピ
ンを、ポンプ軸受けはピン軸受けを兼ねており、最も単
純で合理的な機構となっている。リンク部材２と浮体３
の運動は、直接ポンプのベーン７１を揺動させることに
なるから、動力伝達経路の剛性は高い。

【００１８】図８と図９は、先に図２、図３、図４で示
した浮体３を改めて示すものであるが、ここでは平板状
浮体４の受波板４１に水室４３が取り付けられた状態
を、改めて示している。水室４３は上面が解放されたケ
ース状をしており、受波板４１にボルト４４にて取り付
けられると、浮き部４０の底面が水室４３の蓋をする形
となり、その室内には海水が充満する状態となる。こう
すると、水室４３内部の海水は浮体３と一緒に運動する
ので、浮き部４０を変えなくとも実質的な浮体質量が大
きくなる。前述の固有振動数ω_ｈの調整手段として大変
便利である。平板状浮体４と補助浮体５とを連結してい
る連結板６は、ボルト６０で両者に固定されている。ボ
ルト穴の位置を変えれば、両者の距離も変わることにな
るが、量産した同一仕様の浮体を、波浪条件の異なる海
面にも適応できるよう考慮したからである。海洋波の振
動数に合わせ、対象海面ごとに浮体の固有振動数が調整
できるのである。連結板の長さを変えて図３の距離Ｒを
加減すれば、数２の復元モーメント係数Ｋが調整でき、
その結果極めて容易に固有振動数ω_ｓが調整できる。

【００１９】図１０と図１１は、本発明の装置を嵐から
保護するのに効果的な浮体の係留部構造例である。図１
０で示すように、ポンプ７のケース７３には垂直軸ホル
ダー１３が設けられ、垂直軸ホルダー１３に固く固定さ
れた垂直軸１４によって櫓の基部１０に対し、軸受１２
により回転可能に取り付けられている。このために、波
の入射方向が変化しても、垂直軸１４を中心とする回転
モーメントが浮体に作用し、浮体は常に波と正面から向
き合う。波高が増大すると、浮体とリンク部材の揺動角
度は前記のポンプ内部機構の制限角に近ずき、浮体に働
く波力はある限度以上にはならない。この安全効果は常
に保持される。また、常に浮体が波に正面から向き合う
ので、平常時は波力エネルギーの取得効率は高い。

【００２０】本発明装置のように、波によって駆動され
る運動物体を使って波力エネルギー取得をする装置の共
通点は、対象波と運動物体との共振、及び対象波エネル
ギーと負荷とのマッチングの２点が効率決定の鍵になる
ことである。発明者の経験から得た知見により、本発明
装置による波力エネルギー取得効率の予測を試み、参考
として図１２と図１３に示した。図１２はエネルギー取
得効率ηと波周波数ωとの関係である。ωが浮体の固有
振動数ω_０に一致する時効率は最大になり、その前後で
は低下する。特に、ω≫ω_０となった時の効率低下は甚
だしい。図１３は、波高変化に対するエネルギー取得効
率ηを示す。ポンプ７及び８の吐出圧力Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ
_３をそれぞれ一定にした場合で、圧力はＰ_１＜Ｐ_２＜Ｐ
_３の関係にある。効率はある波高のときにピーク値を示
し、その前後では低下する。圧力が高い程ピーク値に対
応する波高も高い。以上の考察からも、浮体を波に共振
させ、波高変化に対しポンプ圧力を加減して負荷のマッ
チングを図れば、波力エネルギー取得に際し装置を効率
良く運転できることが理解できよう。

【００２１】最後に本発明の実施例の各仕様について記
載する。（１）本装置を設置する海面の状況有義波の波高：２ｍ，有義波の周期：６秒，水
深：３〜８ｍ入射波の平均パワー：２１ｋｗ，入射波の最大パワ
ー：４０ｋｗ（ただし浮体の幅２ｍ当たり）（２）浮体仕様平板状浮体幅２ｍ×高さ２．５ｍ×厚さ０．５ｍ，自重：５００
ｋｇ，重錘：５００ｋｇ，付加水：５００ｋｇ，最
大浮力：２０００ｋｇｆばね常数：１０００ｋｇｆ／ｍ補助浮体幅２ｍ×高さ１．５ｍ×厚さ０．６ｍ，自重：４００
ｋｇ重錘：６００ｋｇ，最大浮力：１８００ｋｇ，主従浮体
間距離：２．５ｍ復元モーメント係数：７５００ｋｇｆ・ｍ（３）計画出力圧力海水の場合圧力６ＭＰ_ａ流量９０ｍ^３／日清水生産の場合３０ｍ^３／日電力の場合平均５ｋｗ最大１０ｋｗ

【００２２】

【発明の効果】本発明では、装置寸法に対する出力が極
めて大きいことで知られている、単独浮体方式の波力エ
ネルギー変換装置において、固有振動数の調整ができる
補助浮体付きの平板状浮体により、前後方向の浮体揺動
運動固有振動数を波の振動数と一致させて共振させ、浮
体を係留するリンク部材の浮体上下動を負荷の調整と浮
体寸法と質量の選択により同様に波振動数と一致させて
共振させることで、リンク部材の両端のポンプにてそれ
ぞれ独立に高い効率のエネルギー変換装置を実現するこ
とができた。２台のポンプは独立しているために、異な
る運動の相互干渉作用から免かれており、効率を高める
上で有利である。３〜１０ｋｗの容量の発電装置では、
１ｋＷｈ当たり１０円程度の発電コストと、１ｋＷ当た
り百万円程度の建設コストを見込むことが可能となり、
発電効率も３０％程度期待できる。高圧海水を液圧モー
タに導けば、養殖等のポンプ動力として利用でき、海水
淡水化装置の濾過機に圧送すれば淡水を得ることができ
る。本発明は小型で最も単純な機構の波力エネルギー変
換装置なので、経済的で耐久性にも優れ、離島や沿岸の
過疎地においても、手軽なエネルギー源となることがで
きるので、大きな経済的効果を発揮することができる。
また波力エネルギー吸収により、消波効果があり、防波
堤建設よりもはるかに経済的な簡易防波施設としても利
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】波浪の性質を説明するための、沿岸部の海水の
縦断面図。

【図２】本発明の一実施例の波力エネルギー変換装置の
海面設置状況を示す立体図。

【図３】図２に示した実施例の側面図。

【図４】図２に示した実施例の平面図。

【図５】本発明の一実施例の、エネルギー変換を行うポ
ンプ装置の主要要素の縦断面図。

【図６】図５のポンプを両端に備えたリンク部材の一部
縦断側面図。

【図７】図６のリンク部材を一部横断した平面図。

【図８】本発明の一実施例の水室を備えた平板状浮体の
側面図。

【図９】図８に示した平板状浮体の正面図。

【図１０】本発明の一実施例の浮体を係留する垂直軸を
示す係留部の一部縦断面図。

【図１１】図１０に示した係留部の平面図。

【図１２】ある固有振動数の浮体に対して、波の周波数
ωとエネルギー取得効率ηの関係を示すＸ−Ｙ座標グラ
フ。

【図１３】波高の変化に対するエネルギー取得効率ηの
関係を示すＸ−Ｙ座標グラフ。

【符号の説明】

１櫓１０基部１１脚部１２軸受１３垂直軸ホルダー１４垂直軸２リンク部材２０ホルダー部３浮体３０固定部材４平板状浮体４０浮き部４１受波板４２重錘４３水室４４ボルト５補助浮体６連結板６０ボルト７ポンプ７０軸７１ベーン７２仕切り壁７３ケース７４作動室７５吸入回路７６吐出回路７７、７８チェック弁７９吸入ポート８ポンプ８０軸８１吐出ポート９海底

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２７日（１９９９．４．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】削除 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月２７日（１９９９．４．２
７）

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】追加

【補正内容】

【図５】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１０】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海面上もしくは海岸等に固定された基部
と、この基部に一端を軸止され想定波高以上の長さを有
するリンク部材と、このリンク部材の自由端に軸止され
て海水中に揺動可能に吊るされると共にこの揺動に伴い
海面から飛び出したり海中に没したりする補助浮体を波
浪との共振条件を満たす所定距離だけ離して固定した平
板状浮体と、前記リンク部材の両端軸止部に設けた一対
のポンプとを有して成り、前記補助浮体には重錘が設け
られる一方、前記基部上のポンプは浮体上下運動による
位置エネルギーとしての波力エネルギー吸収に備え、浮
体側のポンプは浮体揺動運動による波力の運動エネルギ
ー吸収に備えたことを特徴とする波力エネルギー変換装
置
【請求項２】平板状浮体は海洋波の入射を正面から受
ける姿勢で海面上に固定された基部の後流側に配置さ
れ、リンク部材の軸止部には垂直軸が設けられこの垂直
軸を介して軸止部が基部に取り付けられていることを特
徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置
【請求項３】平板状浮体は単体でも浮力が生じるだけ
の浮き部を上部に備えると共に、底部には重錘を備えて
いることを特徴とする請求項１叉は請求項２に記載の波
力エネルギー変換装置
【請求項４】平板状浮体は波浪条件が変化しても波浪
との共振条件が維持できるよう浮き部の下部に着脱可能
な水室を有し、補助浮体との所定距離を変化できる補助
浮体連結板を有することを特徴とする請求項１叉は請求
項３に記載の波力エネルギー変換装置