JP2002332946A - High output wave activated power generation buoy - Google Patents

High output wave activated power generation buoy

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JP2002332946A
JP2002332946A JP2001173239A JP2001173239A JP2002332946A JP 2002332946 A JP2002332946 A JP 2002332946A JP 2001173239 A JP2001173239 A JP 2001173239A JP 2001173239 A JP2001173239 A JP 2001173239A JP 2002332946 A JP2002332946 A JP 2002332946A
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buoy
wave
period
water chamber
power generation
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Tomiji Watabe
富治 渡部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a high-output wave activated power generation buoy in which high output can be gained based on a small-sized buoy moored on the ocean, power unit price per output is extremely low, and control of over-input from stormy wave is rationally possible compared to a conventional highly efficient wave activated power generating device having obtained energy from motion of a buoy in relative to a fixed member. SOLUTION: A quasi sealed water chamber containing a large amount of sea water in a base buoy as an ocean station is provided, a natural vibration cycle of the base buoy is prolonged by using a large mass addition effect of this sea water for phase lag, and a new power generation method is obtained for high-output wave activated power generation from a relative motion with a short cycle buoy with a small phase lag and a short natural vibration cycle. By providing a difference in the horizontal cross section of a float chamber between a normal wave with small wave height and a stormy wave with high wave height, a large difference is generated in a buoyancy change by wave, and rational control on over-input is realized by considerably compressing the phase lag of the base buoy at a storm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、特に沿岸部から離
れた洋上に係留される洋上ブイに高出力の電力を供給す
ることのできる波力発電ブイに属するが、沿岸部であっ
ても海岸からの水深が深くなっている海面に設置するこ
とが容易な波力エネルギー応用装置として利用すること
ができ、発電のみならず海水淡水化装置、養殖漁業、海
洋深層水利用、海水揚水発電等のポンプ動力としても利
用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wave power buoy capable of supplying high-output power to an offshore buoy moored particularly offshore from a coastal area. It can be used as a wave energy application device that can be easily installed on the sea surface where the water depth is deep, and it can be used not only for power generation but also for seawater desalination equipment, aquaculture, fishing, deep sea water utilization, seawater pumping power generation, etc. It can also be used as pump power.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の波力発電ブイは、波の上下運動か
ら空気流を生み出し、これをエアタービン駆動に利用す
ることで発電する方式が普及している。この電力は標識
灯の電源に利用されているが、出力は大変に小さく、満
足できるレベルからは遠いものであった。この波力発電
のブイでは、ブイの寸法に対して発電に直接関与する部
分が小さく、なおかつ発電効率は5%程度に止まってい
るといわれている。このような低い発電効率に止まって
いる結果として、従来の波力発電ブイでは電力単価が極
めて高くならざるを得なかった。その対策として風力発
電や太陽光発電を搭載するブイの検討も一部で始められ
ていると聞くが、荒天時の波浪の影響を避けようとすれ
ば、大型ブイを構成せざるを得ず、大きな受光面積を確
保しなければ大出力が得られない太陽光発電も同様に大
型ブイを不可避としている。
2. Description of the Related Art A conventional wave power buoy generates an air flow from the vertical movement of a wave and uses the generated air flow for driving an air turbine. This power was used to power the sign lights, but the output was very small and far from satisfactory. In this buoy for wave power generation, it is said that a portion directly related to power generation is small with respect to the size of the buoy, and the power generation efficiency is limited to about 5%. As a result of staying at such low power generation efficiency, conventional wave power buoys have had to be extremely expensive. As a countermeasure, we have heard that some buoys equipped with wind power and solar power have been considered, but if you try to avoid the effects of waves during stormy weather, you have to configure a large buoy, Similarly, large-sized buoys are inevitable for solar power generation in which a large output cannot be obtained unless a large light receiving area is secured.

【0003】本発明者も”特開2000−15477
4”「波力エネルギー変換装置」によって小形の高効率
波力発電装置を新規に提案してきているが、この装置も
海底に固定した櫓を必要とするので、そのままでは設置
できる水深に制限があった。
The present inventor has also disclosed "Japanese Patent Laid-Open No. 2000-15577.
4 ”A small high-efficiency wave power generator has been newly proposed using the“ wave energy converter ”. However, since this device also requires a tower fixed to the sea floor, there is no limit to the water depth that can be installed as it is. Was.

【0004】このように従来の技術では経済的な小形ブ
イを利用した高出力の波力発電ブイの実現は困難であっ
た。
As described above, it has been difficult to realize a high-output wave power buoy using an economical small buoy with the conventional technology.

【0005】[0005]

【本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、本発明者が長年の室蘭港附近での波力発
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、波力発電ブイに実現することにより、低価格で高出
力の小型発電ブイを提供することである。別けても沿岸
部から隔離した洋上において、長期間メンテナンスを受
けなくても、十分な高出力を発揮し続けることのでき
る、信頼性の高い洋上小形発電ブイを提供することであ
る。
[Problems to be solved by the present invention] The problems to be solved by the present invention are based on the knowledge and know-how obtained by the inventor of the wave power generation demonstration plant near Muroran Port for many years, and the wave power generation. It is an object of the present invention to provide a low-priced, high-output small power generation buoy by realizing the buoy. It is an object of the present invention to provide a highly reliable small offshore power buoy which can continue to exhibit a sufficiently high output without maintenance for a long period of time on the sea isolated from the coast.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】波力発電の原理は、波に
より加振される運動物体の運動エネルギーを電力に変え
るものである。効率良く発電するには空気のような媒体
を介さず、運動物体を波力で直接加振するのが良い。更
に上下方向と水平方向の両方向の波力運動エネルギー
を、運動物体で吸収できる方式が望ましい。この条件を
満たす波力発電方式として、前記の特開2000−15
4774号の波力エネルギー変換装置がある。これ以外
にもソルダーダック方式や英国のブリストル・シリンダ
ー方式、韓国の回転浮標方式も比較的エネルギー取得効
率の高い波力発電方式であると考えられる。これらの各
方式では、固定物体に対する運動物体の相対運動からエ
ネルギー吸収を行うから、運動物体を支える基礎となる
固定物体がなければどうにもならない。洋上に係留され
るブイにおいては、第一にこの問題を解決しておく必要
がある。これに加え、固定物体は融通が効かないから、
嵐が押し寄せる場合の過大入力を制限する手段が乏し
く、過大入力によって発電装置は損傷を受けやすい。
The principle of wave power generation is to convert kinetic energy of a moving object excited by a wave into electric power. For efficient power generation, it is preferable to directly vibrate a moving object by wave power without using a medium such as air. Further, it is desirable to employ a method in which wave motion kinetic energy in both the vertical direction and the horizontal direction can be absorbed by a moving object. As a wave power generation system satisfying this condition, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-15
No. 4774 has a wave energy conversion device. In addition, the solder duck system, the Bristol cylinder system in the UK, and the rotary buoy system in Korea are considered to be wave power systems with relatively high energy acquisition efficiency. In each of these methods, energy is absorbed from the relative motion of the moving object with respect to the fixed object, so that there is nothing to do without a fixed object serving as a basis for supporting the moving object. For buoys moored offshore, this problem must first be addressed. In addition, fixed objects are inflexible,
There are few means to limit excessive input in the event of a storm, and the excessive input tends to damage the power generator.

【0007】この問題を解決するため、本発明者は固定
物体に代わり大きな実質的質量を有することで、通常の
波に対する揺動応答特性が著しく鈍い長周期ブイと、こ
れとは反対に軽量な浮体で構成され普通の波に対する応
答特性が良好な短周期ブイとの組み合わせを基本とし、
通常の波に対しては長周期ブイは大きな位相の遅れを生
じることにより発電作用を担う短周期ブイの振幅を助長
してより大きな出力を可能とする一方、嵐が押し寄せる
時の波長の長い強力な波に対しては、長周期ブイは相対
的に応答特性を改善して短周期ブイとの位相遅れを少な
くすることで、二つのブイの間の相対振幅を小さくし、
合理的に短周期ブイの出力を制限することで嵐の際の過
大入力を制限できるようにする新しい方法を考えた。こ
の長周期ブイの質量を大きくするには、水室によって海
水そのものをブイの内部に取り込むことが合理的であ
り、本発明では、海藻類や貝類の付着が可能な魚礁等を
兼ねることができる適度な面積と数の開口を有する準密
閉式の水室を構成する様にした。この水室の寸法を適度
に選択することによって、およそ1mと想定する波高の
周期5secの通常波に対して、約1.4〜1.8倍の
固有振動周期(7〜9sec)の長周期ブイを容易に設
計することができる。この長周期ブイは周期5secの
波によって起振されても、5sec周期で振幅が小さ
く、位相の遅れた振動になってしまう、位相の遅れを生
ずることがポイントであるが、この長周期ブイとの振幅
の差が実効振幅となる短周期ブイの固有振動数は、逆に
5secよりも短く、2.5〜4secとなるように構
成することで、通常波に対しては二つのブイの間の実効
振幅が増大する一方で、強力な加振力を有する嵐の波で
は、長周期ブイの位相遅れが小さくなることにより位相
差が少ない二つのブイの間の実効振幅も縮小し、自然に
過大入力を制限できる波力発電方法の実現が容易に可能
となる。尚この場合の短周期ブイは固有振動数に相当す
る自励振動を起こすのではなく、波の振動に遅れずに追
随できることを意味するので、位相の遅れに伴う大きな
海水の抵抗力を受けなくて済むよう、波に同期した振動
運動を行うことになる。更にこの短周期ブイの運動が安
定に行われるように、長周期ブイは波の進行する前後方
向に開口した溝状開放水室を有し、短周期ブイをこの水
室内部に配置する構造とした。またこれに加えて長周期
ブイの浮き室の水平断面積は、垂直方向の関数となる変
化を有する形状とした。即ち、通常波に接する部分では
小さな断面積であるが、水中部分および嵐の波に洗われ
る上方部分では大きな断面積を有する形状である。
In order to solve this problem, the present inventor has proposed a long-period buoy, which has a large substantial mass instead of a fixed object, and has a remarkably dull swing response characteristic to ordinary waves, and, on the contrary, a light-weight buoy. Based on a combination with a short-period buoy that is composed of a floating body and has good response characteristics to ordinary waves,
For normal waves, long-period buoys create a large phase lag, thereby promoting the amplitude of short-period buoys, which are responsible for power generation, and allowing for greater output, while having long wavelengths when storms rush. For long waves, the long-period buoy reduces the relative amplitude between the two buoys by improving the response characteristics relatively and reducing the phase lag with the short-period buoy,
We have considered a new method that can limit excessive input during a storm by reasonably limiting the output of short-period buoys. In order to increase the mass of this long-period buoy, it is reasonable to take seawater itself into the buoy by the water chamber, and in the present invention, it can also serve as a fish reef to which seaweeds and shellfish can adhere. A semi-closed water chamber having an appropriate area and an appropriate number of openings was constructed. By appropriately selecting the dimensions of the water chamber, the natural oscillation period (7 to 9 sec) which is about 1.4 to 1.8 times longer than the normal wave having a wave height of 5 sec assumed to be about 1 m. Buoys can be easily designed. The point of this long-period buoy is that even if it is excited by a wave having a period of 5 sec, the amplitude is small in 5 sec-period and the phase is delayed, causing a phase delay. The natural frequency of the short-period buoy in which the difference in the amplitude becomes the effective amplitude is shorter than 5 sec and 2.5 to 4 sec. While the effective amplitude of the buoy increases, the effective amplitude between the two buoys, which have a small phase difference due to the small phase lag of the long-period buoy, also decreases in a storm wave with a strong excitation force. A wave power generation method capable of limiting excessive input can be easily realized. In this case, the short-period buoy does not generate self-excited vibration corresponding to the natural frequency, but means that it can follow the vibration of the wave without delay. Vibration motion synchronized with the waves. Further, the long-period buoy has a groove-shaped open water chamber opened in the front-rear direction in which the wave travels so that the movement of the short-period buoy is performed stably, and the short-period buoy is disposed inside the water chamber. did. In addition, the horizontal cross-sectional area of the floating chamber of the long-period buoy has a shape that changes as a function of the vertical direction. That is, the cross section has a small cross-sectional area in a portion that normally comes into contact with a wave, but has a large cross-sectional area in an underwater portion and an upper portion that is washed by a storm wave.

【0008】[0008]

【作用】前記の長周期ブイの水平断面積が、このような
形状により垂直方向の関数である理由は、通常波の範囲
では波の影響よりも水中の準密閉水室内の付加重量の作
用が強く働き、波高が高くなる嵐の波では浮き室による
大きな浮力増大作用が水室の海水付加重量の影響を減殺
するからである。通常波の時は高い効率で発電できる一
方、嵐の時は発電効率が著しく低下することを意味して
いる。長周期ブイの準密閉水室は大きな体積を有してお
り、長周期ブイの運動は、この準密閉水室内部の殆どの
海水をもブイと同じ振動運動に巻き込まざるを得ない。
その結果は長周期ブイの振動運動を鈍い運動とする作用
があり、長周期ブイの固有振動周期は通常波の1.4〜
1.8倍の周期に延びてしまう結果となる。
The reason that the horizontal cross-sectional area of the long-period buoy is a function of the vertical direction due to such a shape is that in the range of normal waves, the action of the added weight in the semi-closed water chamber in the water is less than the influence of waves. This is because in a stormy wave, which works strongly and has a high wave height, the large buoyancy-enhancing effect of the floating chamber reduces the effect of the seawater added weight of the water chamber. While normal waves can generate power with high efficiency, storms mean that power generation efficiency drops significantly. The quasi-sealed water chamber of the long-period buoy has a large volume, and the motion of the long-period buoy has to involve most of the seawater in the quasi-sealed water chamber in the same oscillating motion as the buoy.
As a result, the vibration motion of the long-period buoy has the effect of making it dull, and the natural vibration period of the long-period buoy is 1.4 to that of the normal wave.
As a result, the period is extended by 1.8 times.

【0009】前記のような長周期ブイに対して、軽量な
浮体からなる短周期ブイを組み合わせ、二つのブイの間
の相対運動により発電ブイの波力発電が行われることに
なるので、嵐の時も通常波の時もほぼ一定の出力を得る
ことができるばかりか、ブイの嵐に備えた強度アップの
必要性を抑えることができる。更に、洋上でプラットホ
ームの基盤ブイを構成する長周期ブイは、通常波の進行
方向の上流と下流に向けた開口を備えた溝状開放水室を
有しているので、異なる方向からの波がブイに押し寄せ
ると、係留されたブイは自然に新しい波の方向に従い、
方向を修正する作用が働くので、ブイは常に波の正面に
向かうようになり、高い発電効率を維持する上で好都合
である。加えて、この溝状開放水室内に短周期ブイを設
けているので、軽量な短周期ブイは溝状開放水室によっ
て保護されていると共に単一方向の波だけが作用するこ
とになる。
The above-mentioned long-period buoy is combined with a short-period buoy composed of a lightweight floating body, and the relative motion between the two buoys causes wave power generation of the power generation buoy. Not only can you obtain a nearly constant output in both normal and normal waves, but you can also reduce the need to increase the intensity in preparation for buoy storms. Furthermore, a long-period buoy that constitutes a platform base buoy on the ocean has a groove-shaped open water chamber with openings directed upstream and downstream in the normal traveling direction of waves, so that waves from different directions can be prevented. When the buoy rushes, the moored buoy naturally follows the new wave direction,
The buoy is always headed in front of the waves because of the effect of correcting the direction, which is advantageous for maintaining high power generation efficiency. In addition, since the short-period buoy is provided in the groove-shaped open water chamber, the light-weight short-period buoy is protected by the groove-shaped open water chamber, and only a wave in one direction acts.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の詳細は、実施例を図示した図面を参
照しながら詳述する。図1は本発明の一実施例の斜視図
であり、洋上で係留索20により所定海域に係留されて
いる波力発電ブイ全体の様子を示している。この実施例
では前述の本発明者が提案している、特開2000−1
54774号の波力エネルギー変換装置を短周期ブイと
して採用しているが、外国で考案された前記の効率が良
好と考えられる他の形式のブイ構造であっても良く、こ
れらは本発明から排除されるものではない。だが、本発
明者が提案しているこの新技術は、種々に波の条件を変
えることのできる模型実験によって、ブイが波と共振で
きる最好条件の場合は約60%、その他の広範な波の条
件下では35〜40%程度のかなり高いエネルギー取得
効率を実現できることを確認している。従って波力発電
ブイとして確実に30%以上の発電効率が期待できるこ
の技術を、本発明の短周期ブイの実施例として選んでい
る。この図1の波力発電ブイでは、洋上のプラットホー
ムとしての基盤ブイを構成する長周期ブイ1は、その下
部の海水中に錘を兼ねた箱形状の準密閉水室15を有
し、水室15の平行な両側面に固定されて平行に海面上
に延びている一対の浮き室12、12と、この水室15
とで長周期ブイ1の基本的な構造をなしている。一対の
浮き室12、12と海水中の水室15の上面で囲まれた
波が通過できる領域は短周期ブイ2が設けられる溝状開
放水室11を構成している。海水中の準密閉水室15は
図示のように、1側面に適度な径の穴を6個乃至9個設
けている。この穴を介して海水は水室から出入り可能で
あるが、ブイ1の揺動の間に出入りできる水量は水室内
の全水量に比較すれば限定された少量であり、従って準
密閉水室を構成している。水室15はこの穴によって海
草類、貝類、魚類等の生息に備えた魚礁を代替すること
ができる。この長周期ブイ1の中心部分に設けられた前
記溝状開放水室11は、その後方が平行な浮き室12、
12の対向する内面の延長上で一対の側板13、13が
構成されており、短周期ブイ2の主体となる浮体8に対
し、補助的な役割を果たす浮体9の側面を覆い、浮体9
の保護板を兼ねている。この側板13は長周期ブイ1の
中心よりも離れているので、ブイ1にモーメントを与え
やすく、水室11の開口部が常に波の正面に向き合う上
で重要な役割を果たしている。この外にも長周期ブイ1
の浮き室12の最上部には、短周期ブイ2により生み出
された高圧水から電力を生み出す発電装置や、気象、海
象データのセンサーや無線送信装置、標識灯等が設けら
れるが、詳述はしない。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention, and shows an entire state of a wave power buoy moored in a predetermined sea area by a mooring line 20 on the sea. In this embodiment, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-1 proposed by the inventor described above.
Although the wave energy conversion device of No. 54774 is employed as a short-period buoy, other types of buoy structures devised in foreign countries which are considered to have good efficiency may be excluded from the present invention. It is not something to be done. However, the new technology proposed by the present inventor is based on a model experiment that can change the wave conditions in various ways. It has been confirmed that a considerably high energy acquisition efficiency of about 35 to 40% can be realized under the conditions described above. Therefore, this technology, which can reliably expect a power generation efficiency of 30% or more as a wave power buoy, is selected as an embodiment of the short-period buoy of the present invention. In the wave power buoy shown in FIG. 1, a long-period buoy 1 constituting a base buoy as an offshore platform has a box-shaped quasi-enclosed water chamber 15 also serving as a weight in the seawater below the buoy. A pair of floating chambers 12 and 12 fixed to both parallel side surfaces and extending parallel to the sea surface;
These form the basic structure of the long period buoy 1. A region surrounded by the pair of floating chambers 12, 12 and the upper surface of the water chamber 15 in seawater through which waves can pass constitutes a groove-shaped open water chamber 11 in which the short-period buoy 2 is provided. As shown in the figure, the semi-sealed water chamber 15 in seawater has six to nine holes of an appropriate diameter on one side surface. Seawater can enter and exit the water chamber through this hole, but the amount of water that can enter and exit during the swinging of the buoy 1 is limited and small compared to the total amount of water in the water chamber. Make up. With this hole, the water chamber 15 can replace a fish reef prepared for habitat of seagrass, shellfish, fish and the like. The groove-shaped open water chamber 11 provided at the center of the long-period buoy 1 has a floating chamber 12,
A pair of side plates 13, 13 is formed on the extension of the facing inner surface of 12, and covers the side surface of the floating body 9 that plays an auxiliary role with respect to the floating body 8 that is the main body of the short-period buoy 2.
Also serves as a protection plate. Since the side plate 13 is farther away from the center of the long-period buoy 1, the buoy 1 is easily given a moment, and plays an important role in that the opening of the water chamber 11 always faces the front of the wave. Long period buoy 1
At the top of the floating chamber 12, there are provided a power generator for generating electric power from the high-pressure water generated by the short-period buoy 2, a sensor for weather and oceanographic data, a wireless transmitter, a marker light, and the like. do not do.

【0011】図2は、図1に示した高出力波力発電ブイ
の実施例の溝状開放水室11を正面から見た状態での発
電ブイ全体の縦断面図であり、図3は溝状開放水室11
を側面から見た状態での発電ブイ全体の縦断面図であ
る。この図2と図3によってこの実施例における短周期
ブイ2の構造も大略がわかるように図示している。この
発電ブイの大部分は海面下にあり、基盤ブイとしての基
礎はこの海中部分にある。図2において、下部に位置す
る準密閉水室15の左右両側面の上端部分に固定され平
行に海面上にまで伸びている浮き室12、12は、その
内面と水室15の上面とで溝状開放水室11を形成し、
その内部に短周期ブイ2を連結している。この実施例で
は海中における準密閉水室15の高さは4.3mであ
り、溝状開放水室11の静水面までの深さが3.2m、
静水面から浮き室12の上面までの高さは2mである。
長周期ブイ1の海中部分は7.5mである一方、海上部
分は2mに過ぎない。このように下部の箱形状の準密閉
水室15は大きな体積を有し、錘を兼ねることができる
ので、浮力を発生させる浮き室12と相俟って長周期ブ
イ1の姿勢を安定化する構造である。図2に図示する水
室15の横幅は2.5mであるが、適度な径の9個の穴
を有し、図3に図示の水室15の横幅は3.0mであ
り、6個の穴を有している。これらの穴は側面のみに設
けられ、上面と下面には設けられない。その理由は波の
上下動に対する水室15の付加質量としての作用を減殺
する恐れがあるからである。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the entire power generation buoy when the grooved open water chamber 11 of the embodiment of the high power wave power generation buoy shown in FIG. 1 is viewed from the front, and FIG. Open water chamber 11
1 is a longitudinal sectional view of the entire power generation buoy when viewed from the side. FIGS. 2 and 3 also show the structure of the short-period buoy 2 in this embodiment so as to be roughly understood. Most of this power buoy is below sea level, and its foundation as a base buoy is in this subsea part. In FIG. 2, the floating chambers 12, 12 fixed to the upper end portions of the left and right side surfaces of the semi-sealed water chamber 15 located at the lower part and extending parallel to the sea surface, have grooves formed on the inner surface and the upper surface of the water chamber 15. Forming an open water chamber 11,
The short-period buoy 2 is connected to the inside. In this embodiment, the height of the semi-sealed water chamber 15 in the sea is 4.3 m, and the depth of the groove-shaped open water chamber 11 to the still water surface is 3.2 m.
The height from the still water surface to the upper surface of the floating chamber 12 is 2 m.
The subsea part of the long-period buoy 1 is 7.5 m, while the marine part is only 2 m. Since the lower box-shaped semi-sealed water chamber 15 has a large volume and can also serve as a weight, the posture of the long-period buoy 1 is stabilized in combination with the floating chamber 12 that generates buoyancy. Structure. The width of the water chamber 15 shown in FIG. 2 is 2.5 m, but it has nine holes of a suitable diameter, and the width of the water chamber 15 shown in FIG. Has holes. These holes are provided only on the side surface, and are not provided on the upper surface and the lower surface. The reason is that there is a possibility that the action of the water chamber 15 as an additional mass against the vertical movement of the wave may be reduced.

【0012】図2は平行に海面上にまで伸びている一対
の浮き室12、12の断面の変化を最も分かりやすく示
している。この静水面付近の中央部室12−2は最も小
さな厚みwであるが、海面上にある上部室12−1の
厚みwと、海面下の下部室12−3の厚みwは大き
な厚みとなっている。図示実施例では溝状開放水室11
を形成している浮き室12、12の内面間隔は2.4m
であり、上部室と下部室の厚みwとwは0.7mで
ある。wの厚みはその半分程度である。w,w
がこのように関数となるような変化を有する形状と
したのは、通常波に対する長周期ブイ1の揺動が浮き室
12の浮力変化を低水準に抑制することで、準密閉水室
15による質量付加効果を高める一方、波高の高い嵐の
波に対しては、浮き室12に大きな浮力変化が生じ、準
密閉水室15の質量付加効果を減殺して結果的に長周期
ブイ1の位相遅れを圧縮し、短周期ブイ2の出力を自然
に制限できるようにすることであった。溝状開放水室1
1の幅は2.4mであるのに対し、発電ブイの発電作用
を担う短周期ブイ2の主体的な浮体8の幅は2mであ
り、図示のように水室11に入力する通常波の大部分の
波力を受け止める寸法となっている。
FIG. 2 most clearly shows a change in the cross section of a pair of floating chambers 12 extending in parallel to the sea surface. This central portion room 12-2 near static water level is the smallest thickness w 2, the thickness w 1 of the upper chamber 12 - that is on the sea surface, the thickness w 3 of the lower chamber 12-3 underwater large thickness It has become. In the illustrated embodiment, the groove-shaped open water chamber 11 is used.
The spacing between the inner surfaces of the floating chambers 12 and 12 forming the
, And the thickness w 1 and w 3 of the upper chamber and the lower chamber is 0.7 m. The thickness of the w 2 is about half that. w 1 , w 2 ,
w 3 that has a shape having a variation such that this way function, by swinging the long period buoy 1 for normal wave suppressing buoyancy change in float chamber 12 to the low level, semi-sealed water chamber On the other hand, for the storm wave having a high wave height, a large change in buoyancy occurs in the floating chamber 12, and the mass adding effect of the quasi-enclosed water chamber 15 is reduced. Is to compress the phase lag of the short period buoy 2 so that the output of the short period buoy 2 can be naturally limited. Groove open water chamber 1
1, the width of the main floating body 8 of the short-period buoy 2 which is responsible for the power generation action of the power generation buoy is 2 m, and as shown in FIG. It is dimensioned to catch most wave power.

【0013】図3の断面図はこの実施例における短周期
ブイ2の主要構造を示している。先にも述べたように、
この実施例は本発明の短周期ブイの構造を制約するもの
ではなく、他の形式も採用可能であるが、広範な波浪条
件下でも確実な高出力発電が期待できる好適な例として
示している。溝状開放水室11のほぼ中央に配置される
浮体8はこの短周期ブイ2の主体となる浮体であり、想
定する波高以上の長さのリンク3により水室11の中央
に係留される。リンク3は連結軸5により浮体8と連結
される一方で、他端の連結軸4により長周期ブイ1に連
結されている。またリンク3は両端部に夫々ポンプ6、
ポンプ7を備えており、連結軸4及び5は夫々ポンプ6
とポンプ7のポンプ軸を兼ねている。浮体8は軸5を中
心とする左右方向の揺動と、軸4を中心とする上下方向
揺動の二種類の運動を同時に行うことができ、位相が異
なる上下、左右の波の運動エネルギー吸収に備えること
ができる。更にこの浮体8は、連結板10によって離れ
た位置に補助的な浮体9を連結している点が特徴であ
り、この補助的な浮体9によって通常波よりも短い固有
振動周期を実現している。この浮体9は浮体8の左右方
向の揺動により、海水中に完全に潜り込んだり、海面上
に完全に飛び出したりすることで、浮体8の左右方向の
揺動のモーメントに強弱を与え、特に波の力が弱くなる
戻り方向の運動を附勢して固有振動周期の短期化を可能
としている。浮体8は実質高さが2.8mであり、幅
2.0mと厚み0.5mの大きさである。浮体9の寸法
は浮体8に準じている。リンク3の長さは3.0m,浮
体8と浮体9の距離も3.0mである。このほかにもポ
ンプ6とポンプ7によって生み出された高圧水から電力
を発生する発電機等は、浮き室12の上部室12−1の
内部に配置され、高圧水や低圧の戻り水の配管はリンク
3、連結軸4及び5の内部で配管され、一切波浪に曝さ
れない保護構造となっている。長周期ブイ1の溝状開放
水室11の上方は、両内面が前方に1.5m張り出して
おり、その前端部で連結軸4を軸止している。溝状開放
水室11の後方部は浮き室12の内面が最長部分で2.
3m延長した側板13が浮体9の側面をすっかり覆う程
度まで伸びており、長周期ブイ1の中心からの距離が長
いことから、波の方向が変化した場合のブイの方向転換
を容易にし、溝状開放水室11の開口が波の正面にいつ
も対向する姿勢制御を自然に行うことができる。溝状開
放水室11の前後方向に張り出した部分を含めた全長は
6.8mであり、対をなす張り出し部分の前端部と後端
部には互いに連結する連結部が設けられ、この部分の機
械的強度を高めている。
FIG. 3 is a sectional view showing the main structure of the short-period buoy 2 in this embodiment. As mentioned earlier,
This embodiment does not limit the structure of the short-period buoy of the present invention, and other types can be adopted. However, it is shown as a preferable example in which reliable high-power generation can be expected even under a wide range of wave conditions. . The floating body 8 arranged substantially at the center of the groove-shaped open water chamber 11 is the main body of the short-period buoy 2 and is moored at the center of the water chamber 11 by the link 3 having a length equal to or greater than the assumed wave height. The link 3 is connected to the floating body 8 by the connecting shaft 5, while being connected to the long-period buoy 1 by the connecting shaft 4 at the other end. The link 3 has pumps 6 at both ends.
A pump 7 is provided, and the connecting shafts 4 and 5 are respectively provided with pumps 6
And the pump shaft of the pump 7. The floating body 8 can simultaneously perform two kinds of motions, that is, right and left swinging about the axis 5 and up and down swinging about the axis 4, and absorb kinetic energy of up, down, left and right waves having different phases. Can be prepared. Further, the floating body 8 is characterized in that an auxiliary floating body 9 is connected to a position separated by a connecting plate 10, and the auxiliary floating body 9 realizes a natural oscillation period shorter than a normal wave. . The floating body 9 gives a strength to the horizontal swinging moment of the floating body 8 by completely sinking into the seawater or completely jumping out of the sea surface by the swinging of the floating body 8 in the left-right direction. The force in the return direction, in which the force of the vibration is weakened, is urged to shorten the natural oscillation period. The floating body 8 has a substantial height of 2.8 m, a width of 2.0 m and a thickness of 0.5 m. The dimensions of the floating body 9 conform to the dimensions of the floating body 8. The length of the link 3 is 3.0 m, and the distance between the floating bodies 8 and 9 is also 3.0 m. In addition, a generator or the like that generates electric power from high-pressure water generated by the pump 6 and the pump 7 is disposed inside the upper chamber 12-1 of the floating chamber 12. The protective structure is provided inside the link 3, the connecting shafts 4 and 5, and is not exposed to waves at all. Above the groove-shaped open water chamber 11 of the long-period buoy 1, both inner surfaces project 1.5 m forward, and the connecting shaft 4 is fixed at the front end thereof. At the rear of the groove-shaped open water chamber 11, the inner surface of the floating chamber 12 is the longest part.
Since the side plate 13 extended by 3 m extends to cover the side surface of the floating body 9 completely, and the distance from the center of the long-period buoy 1 is long, it is easy to change the direction of the buoy when the direction of the wave changes. The posture control in which the opening of the open water chamber 11 always faces the front of the wave can be naturally performed. The total length of the groove-shaped open water chamber 11 including the portion projecting in the front-rear direction is 6.8 m, and a pair of projecting portions is provided at the front end and the rear end thereof with connecting portions for connecting with each other. Increases mechanical strength.

【0014】本発明の基本的な原理は、固有振動周期が
長い長周期ブイ1と固有振動周期が短い短周期ブイ2と
を組み合わせることで、大きな位相差によってエネルギ
ー密度の低い通常波に対し実質的波高が高くなるような
相対的振幅を生み出し、強烈なエネルギー密度の嵐の波
に対しては、固有振動数の差を縮めることで二つのブイ
の位相差と相対振幅を小さくしながら、ブイ全体の振幅
を増大させ、効率の低下により過大エネルギーの入力を
制限することである。発電ブイにおけるこのような発電
方式は新しい発電方法となるので、前記の実施例の構造
的な説明を踏まえた上で、改めて浮体の運動方程式を出
発点とし、数学的なモデルの解を求めながら本発明にお
ける発電ブイの特性を詳述したい。
The basic principle of the present invention is to combine a long-period buoy 1 having a long natural oscillation period and a short-period buoy 2 having a short natural oscillation period, so that a large phase difference allows a substantial wave to be applied to a normal wave having a low energy density. In the case of stormy waves with intense energy density, the difference in natural frequency is reduced to reduce the phase difference between two buoys and the relative amplitude of storm waves. The goal is to increase the overall amplitude and limit the input of excessive energy by reducing efficiency. Since such a power generation system in a power generation buoy is a new power generation method, based on the structural description of the above-described embodiment, the starting equation of motion of the floating body is again used, and a solution of a mathematical model is obtained. The characteristics of the power generation buoy in the present invention will be described in detail.

【0015】数学的に本発明の浮体もしくはブイの運動
を表現するに当り、簡単のため浮体もしくはブイの上下
運動についてのみ述べることとする。即ち、浮体が波に
より加振されて上下運動する場合は、浮体の運動は次の
In mathematically expressing the movement of the floating body or buoy of the present invention, only the vertical movement of the floating body or buoy will be described for simplicity. That is, when the floating body is vibrated by waves and moves up and down, the movement of the floating body is as follows.

【数1】で表現される。## EQU1 ##

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】ここにおいて Σm:海水の付加質量を含む運動部の質量 z:静水面を基準とした浮体の上下方向変位 c:抵抗係数 K:復元係数 F:波による加振力の振幅 ω:波の運動を円運動と看做した時の角速度 t:時間[0017] Σm wherein: the mass of the moving portion including the additional mass of seawater z: static floating body vertical displacement relative to the c: resistance coefficient K: coefficient of restitution F z: excitation force due to the wave amplitude omega: Angular velocity when wave motion is regarded as circular motion t: time

【0018】前記の運動方程式The above equation of motion

【数1】の解をz,浮体の振幅:A ,位相遅れ:Φ
ダンピング係数:ζの各変数について求めると、次の
The solution of Equation 1 is represented by z, the amplitude of the floating body: A z , and the phase delay: Φ
When the damping coefficient:

【数2】、[Equation 2],

【数3】、[Equation 3],

【数4】、[Equation 4],

【数5】の各式で表現することができる。It can be expressed by the following equations.

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】[0020]

【数3】 (Equation 3)

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】[0022]

【数5】 (Equation 5)

【0023】これら各式について、通常波の円周期に相
当する角速度:ωnor=1.257rad/sec
(但し円周期Tnor=5.0sec,波高H=1mに
相当)とし、一方における嵐の波の円周期に相当する角
速度:ωstom=0.2683rad/sec(円周
期Tstom=10.0sec,波高H=4mに相当)
とした場合につきシミュレーションを行うこととする
と、ブイの固有振動周期に相当する角速度ωは、長短
周期ブイの通常波と嵐の波とでは次のような値となる。 長周期ブイ1の固有振動周期に相当する角速度:ωz1
=0.817rad/sec (固有振動周期Tz1=7.7sec,H=1m 通常
波の時) 長周期ブイ1の固有振動周期に相当する角速度:ωz1
=1.16rad/sec (固有振動周期Tz1=5.4sec,H=4m 嵐の
波の時) 短周期ブイ2の固有振動周期に相当する角速度:ωz2
=2.01rad/sec (固有振動周期Tz2=3.1sec相当)
For each of these equations, the angular velocity corresponding to the circular period of the normal wave: ω nor = 1.257 rad / sec
(However, the circular cycle T nor = 5.0 sec, the wave height H = 1 m), and the angular velocity corresponding to the circular cycle of the storm wave on one side: ω stom = 0.2683 rad / sec (the circular cycle T stom = 10.0 sec) , Wave height H = 4m)
If a simulation is to be performed for the case described above, the angular velocity ω z corresponding to the natural vibration period of the buoy has the following values for the normal wave and the storm wave of the long and short period buoy. Angular velocity corresponding to the natural oscillation period of the long-period buoy 1: ω z1
= 0.817 rad / sec (Natural oscillation period T z1 = 7.7 sec, H = 1m for normal wave) Angular velocity corresponding to the natural oscillation period of the long period buoy 1: ω z1
= 1.16 rad / sec (Natural oscillation period T z1 = 5.4 sec, H = 4 m Storm wave) Angular velocity corresponding to the natural oscillation period of the short-period buoy 2: ω z2
= 2.01 rad / sec (equivalent vibration cycle T z2 = 3.1 sec)

【0024】更に、ダンピング係数ζについて値を求め
ると、次のようになる。 長周期ブイ:ζz1=0.5(通常時),ζz1=0.
354(嵐の時) 短周期ブイ:ζz2=0.24
Further, the value of the damping coefficient ζ is obtained as follows. Long period buoy: ζ z1 = 0.5 (normal time), ζ z1 = 0.
354 (at the time of storm) Short-period buoy: ζ z2 = 0.24

【0025】上記の条件下において、長周期ブイ1と短
周期ブイ2とが短周期波である通常波と、長周期波であ
る嵐の波により加振される場合のブイの振幅Aと位相
遅れΦの値を求め、更に二つのブイの相対的な振幅で決
定され発電量の実効値に関係する有効振幅:Aze=A
z2−Az1の値を求め、これらを
[0025] Under the conditions described above, the long period buoy 1 and the normal wave are short period buoy 2 and the short-period waves, and the amplitude A z of the buoy when it is vibrated by the wave storm a long period wave The value of the phase delay Φ is determined, and the effective amplitude determined by the relative amplitude of the two buoys and related to the effective value of the power generation amount: A ze = A
The value of z2 - Az1 is determined and these are

【表1】にまとめてみた。Table 1 summarizes the results.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】このシミュレーションをまとめたThis simulation is summarized

【表1】によれば、通常時には長周期ブイ1と短周期ブ
イ2の位相遅れの差は104°と大きいので、波高が小
さくても有効振幅は大きいが、嵐の波では二つの波の位
相差は16°と著しく小さくなっており、有効振幅も通
常時と同じレベルとなるように過大入力が自然に制限さ
れている。即ちこれは、波高が1mの時も4mの時も、
発電出力をほぼ一定に保つ自動制御作用が自然に行われ
ることを意味するものであり、本発明の最大の特色であ
る。次いで固有振動周期に相当する角速度ωが与えら
れた時の、必要な運動部質量Σmを求める関係式は
According to Table 1, the difference in phase lag between the long-period buoy 1 and the short-period buoy 2 is as large as 104 ° under normal conditions, so that the effective amplitude is large even if the wave height is small. The phase difference is remarkably small at 16 °, and the excessive input is naturally limited so that the effective amplitude is also at the same level as in the normal state. That is, when the wave height is 1m or 4m,
This means that the automatic control operation for keeping the power generation output substantially constant is performed naturally, which is the greatest feature of the present invention. Next, when an angular velocity ω z corresponding to the natural oscillation period is given, a relational expression for obtaining a necessary moving part mass Σm is as follows.

【数6】となり、Σmはω に反比例するので、シミ
ュレーションの結果からも、角速度ωが小さいブイの
質量は、非常に大きなものになることは容易に理解する
ことができよう。
Since Σm is inversely proportional to ω z 2 , it can be easily understood from the simulation result that the mass of the buoy having a small angular velocity ω z is very large.

【0028】[0028]

【数6】 (Equation 6)

【0029】ここで前記の復元係数Kは次式のHere, the restoration coefficient K is expressed by the following equation.

【数7】によって示される。## EQU7 ##

【0030】[0030]

【数7】 (Equation 7)

【0031】ここにおいて、 ρ:海水の密度 g:重力の加速度 Awp:z座標における浮き室の水平断面積Here, ρ w : density of seawater g: acceleration of gravity A wp : horizontal sectional area of the floating chamber at z coordinate

【0032】本発明の長周期ブイ1は、運動質量の大部
分を準密閉水室15で捕捉した海水によって得ている。
The long-period buoy 1 of the present invention is obtained by seawater in which most of the kinetic mass is captured in the semi-closed water chamber 15.

【数7】の関係式で明らかなように、運動部質量Σmと
の関連で角速度ωを決定する要因である復元係数K
は、浮き室12の水平断面積Awpの関数にもなってい
るから、このAwpが変化すれば、ωも変化させるこ
とができる。図2に示す浮き室12の厚みの変化は、復
元係数Kの変化を伴って角速度ωを変化させうること
を、前記の定性的な説明だけではなく、定量的にも容易
に理解可能としている。準密閉水室15は水室の寸法を
変化させれば、ブイ全体の運動部質量を広範に変えるこ
とができるから、材料の節約と設計自由度拡大の両効果
がある。尚、準密閉水室15内部の大量の海水は、洋上
に設置された時に内部に入り込むのであり、陸上でのブ
イの製作時や設置海面までの搬送時は空であり、軽量で
あることは言うまでもない。
As is apparent from the relational expression, the restoration coefficient K which is a factor that determines the angular velocity ω z in relation to the moving part mass Σm
Is also a function of the horizontal sectional area A wp of the floating chamber 12, so that if this A wp changes, ω z can also be changed. Change in thickness of the float chamber 12 shown in Figure 2, that with a change in the coefficient of restitution K can alter the angular velocity omega z, not only qualitative description of the, as a quantitative easily understandable even I have. The semi-closed water chamber 15 can change the mass of the moving part of the entire buoy widely by changing the size of the water chamber, so that there are both effects of saving materials and expanding design freedom. In addition, a large amount of seawater inside the semi-sealed water chamber 15 enters into the interior when installed on the sea, and is empty when producing a buoy on land or transporting it to the installation sea surface. Needless to say.

【0033】前記のThe above

【表1】で結果を端的に示してきたシミュレーションの
中で特に二つのブイの相対的な振幅である有効振幅A
zeを取り上げ、横軸を時間軸とし、縦軸をブイの有効
振幅と波の振幅とにとって、曲線グラフで示したのが図
4のグラフである。図4のグラフにおいて、実線で示し
た曲線は波高1mの通常波を示しており、波の周期は
5.0sec、振幅は±0.5mである。角速度ωは
1.257rad/secである.一方の嵐の波は破線
で示す曲線で表現されるが、周期は10.0sec、振
幅は±2.0mである。角速度ωは0.6283rad
/sec である。この二つの波を比較すると、穏やか
な通常波に対し、嵐の波は振幅(波高)が四倍にもなっ
ており、倍化した周期で押し寄せる波はいかにも荒々し
い波である。発電ブイに入力する波はこのような波であ
るが、本発明の実施例として図示してきた波力発電ブイ
は、二つのブイの相対的運動から有効振幅Azeを表
し、一点鎖線は実線として示した通常波から得られる有
効振幅を示している。この一点鎖線の曲線は通常波と周
期は同じであるが、位相がずれているので、有効振幅は
±0.8mであり、発電量に係る有効振幅は元の通常波
よりも大きくなっている。これはエネルギー保存の法則
に反するのではなく、短周期ブイに加わったエネルギー
に、長周期ブイに加わったエネルギーが加算されている
ので、このような高効率を実現できるようにしている。
他方の破線で示す嵐の波の曲線に対する二点鎖線の曲線
は、嵐の時の本発明実施例の波力発電ブイの有効振幅を
表した曲線であるが、この場合でも周期は10.0se
cであるが位相の遅れた曲線の有効振幅は±0.8mで
あって、激しい嵐の波からの過大入力を大きく制限し、
結果的に通常波と同程度の有効振幅を実現している。こ
の図4からも小型発電ブイに特に適した、本発明の新し
い波力発電方法のメリットが十分に理解できよう。
Among the simulations whose results have been shown in Table 1, the effective amplitude A, which is the relative amplitude of the two buoys in particular,
FIG. 4 is a graph showing ze, taking the horizontal axis as the time axis, and taking the effective amplitude of the buoy and the amplitude of the waves on the vertical axis. In the graph of FIG. 4, the curve indicated by the solid line indicates a normal wave having a wave height of 1 m, and the wave period is 5.0 sec and the amplitude is ± 0.5 m. The angular velocity ω is 1.257 rad / sec. One storm wave is represented by a curve shown by a broken line, and has a period of 10.0 sec and an amplitude of ± 2.0 m. The angular velocity ω is 0.6283 rad
/ Sec. When these two waves are compared, the amplitude (wave height) of the storm wave is four times that of the calm normal wave, and the waves rushing at the doubled period are extremely rough waves. The wave input to the power generation buoy is such a wave, but the wave power buoy illustrated as an embodiment of the present invention represents the effective amplitude Aze from the relative movement of the two buoys, and the dashed line is a solid line. The effective amplitude obtained from the indicated normal wave is shown. The dash-dotted line curve has the same cycle as the normal wave, but the phase is shifted, so the effective amplitude is ± 0.8 m, and the effective amplitude related to the power generation amount is larger than the original normal wave. . This does not violate the law of conservation of energy. The energy added to the short-period buoy is added to the energy added to the short-period buoy, so that such high efficiency can be realized.
The two-dot chain line curve with respect to the storm wave curve shown by the other broken line is a curve representing the effective amplitude of the wave power buoy according to the embodiment of the present invention at the time of the storm.
c, but the effective amplitude of the phase-lagged curve is ± 0.8 m, which greatly limits excessive input from severe storm waves,
As a result, the same effective amplitude as that of a normal wave is realized. From FIG. 4 as well, the advantages of the new wave power generation method of the present invention, which is particularly suitable for a small power generation buoy, can be fully understood.

【0034】本発明の実施例の説明の最後に、図2と図
3に示した寸法の波力発電ブイの仕様につき改めて説明
する。 *図示実施例において想定する海面状況 有義波の波高:1.5m,有義波の周期:5sec,入
射波の平均パワー:9kW 入射波の最大パワー:15kW(ただし短周期ブイの幅
2m当り) *波力発電ブイの仕様 長周期ブイ:通常波の固有振動周期に相当する角速度ω
z1=0.817rad/sec 嵐の波の固有振動周期に相当する角速度ωz1=1.1
6rad/sec 運動部質量Σm=36,300kg(ブイ本体=6,3
00kg,水室15内の付加水=30,000kg) 通常時の復元係数K=24,240kg/sec 嵐の時の復元係数K=48,480kg/sec 短周期ブイ:固有振動周期に相当する角速度ωz2
2.01rad/sec運動部質量Σm=2,500k
g(ブイ本体=2,000kg、付加水=500kg) 復元係数K=10,100kg/sec *発電機容量 3kW
At the end of the description of the embodiment of the present invention, the specifications of the wave power buoy having the dimensions shown in FIGS. 2 and 3 will be described again. * Sea surface conditions assumed in the illustrated embodiment Wave height of significant wave: 1.5 m, period of significant wave: 5 sec, average power of incident wave: 9 kW Maximum power of incident wave: 15 kW (however, per 2 m width of short period buoy) * Specifications of wave power buoy Long period buoy: angular velocity ω corresponding to the natural oscillation period of normal waves
z1 = 0.817rad / sec angular velocity ω z1 = 1.1, which corresponds to the natural vibration period of the wave of the storm
6 rad / sec Mass of moving part Σm = 36,300 kg (buoy body = 6, 3
00 kg, additional water in water chamber 15 = 30,000 kg) Restoration coefficient K at normal time = 24,240 kg / sec 2 Restoration coefficient K at storm = 48,480 kg / sec 2 Short-period buoy: equivalent to natural oscillation period Angular velocity ω z2 =
2.01 rad / sec Mass of moving part Σm = 2,500k
g (buoy body = 2,000 kg, additional water = 500 kg) Restoration coefficient K = 10,100 kg / sec 2 * Generator capacity 3 kW

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の小型洋上ブイに適した新しいブ
イ用高出力波力発電方法によれば、入力エネルギー密度
が極端に変化する自然海面にあって、エネルギー密度の
低い通常波に対しては、位相遅れが大きな長周期ブイを
基盤ブイとして位相遅れの小さい短周期ブイの長周期ブ
イとの相対振幅を波力発電の実効振幅としているので、
実質的にエネルギー取得効率を高めることができる一方
で、過大なエネルギー密度を有する嵐の波に対しては、
位相遅れを大きく圧縮し、長周期ブイと短周期ブイとの
相対振幅を大きく減じることでエネルギー取得効率を著
しく低下させ、極めて合理的に過大入力の制限を実現す
ることができる。この長周期ブイの大きな位相遅れをも
たらすのは、ブイの内部に大量の海水そのものを取り込
むことで生み出される付加質量の作用によっている。海
水を内包するブイの水室は適度な径と数の穴を有し、ブ
イの海面設置時に海水を取り込むことになるから、水室
の設計自由度は極めて高く、製造、搬送も容易であり、
コストも低く押さえることができる。この結果、本発明
の高出力波力発電方法によれば、エネルギー密度の変化
が著しい自然エネルギーを利用する波力発電ブイにおい
て、発電出力をほぼ一定に保つ合理的な自動出力制御を
自然に達成することができる。この点は従来の波力発電
方式では全く実現することのできなかった新しい効果で
あり、特筆すべき特色である。本発明の特色を存分に発
揮させれば、洋上に設置される小形のブイにおいても十
分な出力の発電が可能なので、出力当たりのコストが従
来の波力発電ブイに比較して極めて低い上に、メンテナ
ンスが困難な洋上の小型高出力波力発電ブイの信頼性を
十分な実用レベルに高めることができる。この外の副次
的な効果として、本発明のブイの水室は海藻類、貝類、
魚類等の繁殖に適した魚礁としても利用することができ
る。従来は海面にブイを設置する場合でも、漁業従事者
の反対が強く、漁業権の保証が社会的負担であったこと
から、標識灯等の光を集魚灯を兼ねる形式とし、200
カイリの経済水域内で大規模な海水中の人工魚礁と組み
合わせれば人工的に漁場の形成も可能であり、この問題
の解決にも役立てることができる。また本発明の高出力
波力発電ブイによれば、その全エネルギー出力は自然エ
ネルギーを利用したものなので、環境保全効果も極めて
高い。本発明の長周期ブイは、通常波に対する振幅を水
室の多量の海水による付加質量で抑制しているので、洋
上のステーションとして利用することも容易にでき、例
えば洋上灯台として応用すれば、現状以上の多くの台数
を必要とする場所に設置可能となろう。この洋上ステー
ションは観測用などの応用分野をより一層増やすことが
できると考えられる。
According to the new buoy high power wave power generation method suitable for a small offshore buoy according to the present invention, the method can be applied to a natural wave having a low energy density on a natural sea surface where the input energy density changes extremely. Is based on a long-period buoy with a large phase lag and as the base buoy, the relative amplitude of the long-period buoy with a small phase lag as the effective amplitude of wave power generation,
While it is possible to substantially increase the efficiency of energy acquisition, for storm waves with excessive energy density,
By greatly compressing the phase lag and greatly reducing the relative amplitude between the long-period buoy and the short-period buoy, the energy acquisition efficiency is significantly reduced, and it is possible to extremely reasonably limit excessive input. The large phase lag of this long-period buoy is caused by the effect of the added mass created by incorporating a large amount of seawater itself into the buoy. The buoy water chamber that contains seawater has an appropriate diameter and number of holes and takes in seawater when the buoy is installed on the sea surface.Therefore, the water chamber has a very high degree of freedom in design and is easy to manufacture and transport. ,
Costs can be kept low. As a result, according to the high-output wave power generation method of the present invention, in a wave power buoy utilizing natural energy having a remarkable change in energy density, a reasonable automatic output control that keeps the power generation output almost constant is naturally achieved. can do. This point is a new effect that could not be realized at all by the conventional wave power generation system, and is a distinctive feature. By fully utilizing the features of the present invention, even a small buoy installed on the ocean can generate sufficient output power, so the cost per output is extremely low as compared with the conventional wave power buoy. In addition, the reliability of the small high-output wave power buoy on the sea, which is difficult to maintain, can be raised to a sufficiently practical level. As another side effect, the water chamber of the buoy of the present invention has a seaweed, shellfish,
It can also be used as a reef suitable for breeding fish and the like. Conventionally, even when buoys are installed on the sea surface, fishermen are strongly opposed, and the guarantee of fishing rights has been a social burden.
Combined with artificial reefs in large-scale seawater in Kairi's economic waters, artificial formation of fishing grounds is possible, which can help solve this problem. Further, according to the high-output wave power buoy of the present invention, since its total energy output utilizes natural energy, the environmental conservation effect is extremely high. The long-period buoy of the present invention suppresses the amplitude of ordinary waves by the added mass of a large amount of seawater in the water chamber, so that it can be easily used as an offshore station. It will be able to be installed in places where a large number of these units are required. It is thought that this offshore station can further increase application fields such as observation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】洋上に係留索により係留されている本発明の一
実施例の高出力波力発電ブイの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a high-power wave power buoy according to an embodiment of the present invention moored offshore at a mooring line.

【図2】図1に示した高出力波力発電ブイの実施例の溝
状開放水室を正面から見た発電ブイ全体の縦断面図であ
る。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the entire power generation buoy when the groove-shaped open water chamber of the embodiment of the high power wave power generation buoy shown in FIG. 1 is viewed from the front.

【図3】図1に示した高出力波力発電ブイの実施例の溝
状開放水室を側面から見た発電ブイ全体の縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the entire power generation buoy when the groove-shaped open water chamber of the embodiment of the high power wave power generation buoy shown in FIG. 1 is viewed from the side.

【図4】横軸に時間軸をとり、縦軸に波高とブイの有効
振幅とをとって、波高1mの通常波と波高4mの嵐の波
に対するブイの有効振幅のシミュレーション値の変化を
表した曲線グラフであり、波高の変化もブイ有効振幅の
位相遅れの比較により示す曲線グラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in simulated values of the effective amplitude of a buoy with respect to a normal wave having a height of 1 m and a storm wave having a height of 4 m, with a horizontal axis representing a time axis and a vertical axis representing a wave height and a buoy effective amplitude. 7 is a curve graph showing the change in wave height by comparing the phase delay of the buoy effective amplitude.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 長周期ブイ 2 短周期ブイ 3 リンク 4 ポンプ軸を兼ねた長短周期のブイの連結軸 5 ポンプ軸を兼ね、リンクと短周期ブイの主体的浮体
とを連結する連結軸 6 ポンプ 7 ポンプ 8 短周期ブイの主体となる浮体 9 短周期ブイの補助的な浮体 10 短周期ブイの主従浮体の連結板 11 溝状開放水室 12 海中から海面上まで平行に伸びた一対の浮き室 12−1 浮き室の上部室 12−2 浮き室の中央部室 12−3 浮き室の下部室 13 側板 15 海中にある準密閉水室 20 ブイの係留索
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Long-period buoy 2 Short-period buoy 3 Link 4 Connecting shaft of long-and-short-period buoy also serving as pump shaft 5 Connecting shaft serving as pump shaft and connecting link and main floating body of short-period buoy 6 Pump 7 Pump 8 Short Floating body that is the main body of the periodic buoy 9 Auxiliary floating body of the short-period buoy 10 Connecting plate of the main-slave floating body of the short-period buoy 11 Slot-shaped open water chamber 12 A pair of floating chambers extending in parallel from the sea to the sea surface 12-1 Floating Upper room of the room 12-2 Central room of the floating room 12-3 Lower room of the floating room 13 Side plate 15 Semi-sealed water room in the sea 20 Mooring of buoy

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 係留された基盤ブイとしてのプラットホ
ームを構成する一方で、設置海面に発生する通常波周期
の約1.4〜1.8倍の固有振動周期を持つことにより
通常波に対し応答し難い応答特性を有する長周期ブイ
と、通常波周期の約0.5〜0.8倍の固有振動周期を
持つことで通常波に対する良好な応答特性を有する短周
期ブイとの組み合わせにより、二つのブイの相対運動か
らの波力エネルギー吸収手段を設けたことを特徴とする
ブイ用高出力波力発電方法
1. While constituting a platform as a moored base buoy, while having a natural oscillation period of about 1.4 to 1.8 times the normal wave period generated on the installation sea surface, it responds to normal waves. A combination of a long-period buoy having a difficult response characteristic and a short-period buoy having a good response characteristic to a normal wave by having a natural oscillation period of about 0.5 to 0.8 times the normal wave period, High power wave power generation method for buoys, comprising means for absorbing wave power energy from relative movement of two buoys
【請求項2】 係留された基盤ブイとしてのプラットホ
ームを成す一方、下部には錘を代用する準密閉水室を有
し、この準密閉水室には適度な面積と数の開口を備える
と共に、上部には浮き室を有することで通常波周期の約
1.4〜1.8倍の固有振動周期を有する長周期ブイ
と、軽量な浮き室を有し通常波周期の約0.5〜0.8
倍の固有振動周期を有する短周期ブイと、これら二つの
ブイを連結する連結軸と、この連結軸上のポンプを含む
発電装置とを有する高出力波力発電ブイ
2. While forming a platform as a moored base buoy, the lower part has a quasi-enclosed water chamber which substitutes for a weight, and this quasi-enclosed water chamber has an appropriate area and number of openings, A long-period buoy having a natural oscillation period of about 1.4 to 1.8 times the normal wave cycle by having a floating chamber at the top, and a light-floating chamber with a 0.5 to 0 normal wave cycle. .8
A high-power wave power buoy comprising a short-period buoy having twice the natural oscillation period, a connecting shaft connecting the two buoys, and a power generator including a pump on the connecting shaft.
【請求項3】 この長周期ブイには、海水中の前記準密
閉水室上面と、この準密閉水室の対向する側面に下部を
固定され海面上に平行に伸びた一対の浮き室とで構成さ
れ、波進行の前後方向に向けて開口した溝状開放水室を
備え、この水室内に前記短周期ブイを配置させたことを
特徴とする請求項2に記載の高出力波力発電ブイ
3. The long-period buoy includes an upper surface of the semi-sealed water chamber in seawater, and a pair of floating chambers having lower portions fixed to opposing side surfaces of the semi-sealed water chamber and extending parallel to the sea surface. The high power wave power generation buoy according to claim 2, comprising a groove-shaped open water chamber configured and opened in the front-rear direction of the wave traveling, wherein the short-period buoy is arranged in the water chamber.
【請求項4】 前記長周期ブイの浮き室の水平断面積の
大きさは垂直方向の関数を構成し、下方から徐々に大き
くなった後に一定面積を有し、通常波が上下動する範囲
では小さな断面積を有する一方、嵐の波に洗われる更に
上方の位置では再び大きな断面積を有することを特徴と
する請求項3に記載の高出力波力発電ブイ
4. The size of the horizontal cross-sectional area of the floating chamber of the long-period buoy constitutes a function in the vertical direction, has a constant area after gradually increasing from below, and in a range where a normal wave moves up and down. 4. The high power wave power buoy according to claim 3, wherein the buoy has a small cross-sectional area, but has a large cross-sectional area again at a higher position where it is washed by storm waves.
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