JP2003003943A - 波力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で電力を安定して供給することが
できる波力発電装置を提供する。 【解決手段】 波力発電装置１は、水中に開口する空気
室１０と、空気室１０内の保有空気容積の相対的な変化
に伴う空気の流動によって駆動される発電機１１と、空
気室１０と発電機１１との間に設けられた貯気室１２
と、空気室１０内の保有空気容積の増大によって空気が
空気室１０内に流入することを許容する吸気弁１３と、
空気室１０内の保有空気容積の減少によって空気が空気
室１０から貯気室１２に流動することを許容する排気弁
１４と、空気室１０内からの空気を貯気室１２内で所定
の圧力に達するまで貯留させて貯気室１２内が所定の圧
力以上となったときに発電機１１へと流動させて発電機
１１を駆動させる圧力調整弁１５と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波力発電装置に関
し、さらに詳しくは、水中に開口する空気室と、空気室
内での相対的な容積の変化に伴う空気の流動によって駆
動される発電機と、を有する波力発電装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】波エネルギを利用して発電する波力発電
装置として、例えば、特開平８‐１３４８８２号公報や
特開平１０‐２４６１７１号公報などに開示されている
ように、空気室内部の水位の昇降変化に伴う容積の変動
を利用して、発電機のタービンを回転駆動することが従
来から知られている。

【０００３】このような波力発電装置では、空気室内の
水位が上昇するときには、その内部の空気の容積が縮小
されて空気室から空気が噴出し、また、空気室内の水位
が下降するときには、その内部の空気の容積が拡大され
て空気室に空気が吸引される。このような逆方向の空気
の流れを効率的に利用するため、特開平１１−２０１０
１４号公報に開示されているように、一定方向に回転す
るウェルズタービンを使用した波力発電装置も、従来か
ら知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の波力発電装置では、空気室内の水位の昇
降変動に伴って空気が噴出または吸入するように流れる
ときにはタービンが回転駆動されるが、空気室内の水位
が上昇から下降に切り替わるときまたは下降から上昇に
切り替わるときには空気の流れがなくなり、また、これ
ら切り替わる瞬間の前後においては空気の流れが弱ま
る。そのため、タービンの駆動が断続的となることか
ら、波エネルギを効率よく利用することができず、さら
には、安定して電力を供給することができないなどの問
題があった。

【０００５】さらには、上述したような従来の波力発電
装置では、空気室外の水位の変動の大きさに伴って空気
室内の水位が大きく変動しない、すなわち、空気室外の
波のエネルギを空気室内に獲り入れてその容積変化に効
率よく変換することが困難であった。

【０００６】本発明は、上述した問題を優位に解決する
ためになされたもので、簡単な構成で電力を安定して供
給することができる波力発電装置を提供することを目的
とする。また本発明は、上述した問題を優位に解決する
ためになされたもので、簡単な構成で空気室外の波のエ
ネルギを効率よく空気室内に獲り入れてその容積変化に
変換させることができる波力発電装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の波力発
電装置は、上記目的を達成するため、水中に開口する空
気室と、空気室内での相対的な容積の変化に伴う空気の
流動によって駆動される発電機と、を有する波力発電装
置であって、空気室と発電機との間に設けられた貯気室
と、空気室内の容積の増大によって空気が空気室内に流
入することを許容する吸気弁と、空気室内の容積の減少
によって空気が空気室から貯気室に流動することを許容
する排気弁と、空気室内から排気弁を介して流動した空
気を貯気室内で所定の圧力に達するまで貯留させて貯気
室内が所定の圧力以上となったときに空気を貯気室から
発電機へと流動させて発電機を駆動することを許容する
圧力調整弁と、を備えたことを特徴とするものである。

【０００８】請求項１に記載の波力発電装置では、周囲
の水位が相対的に変化するのに従って水中に開口してい
る空気室内の水位も同様に変化し、その内部で保有する
空気の容積（保有空気容積）も変化する。そして、空気
室内の水位が下降して保有空気容積か増大するときに
は、吸気弁を介して空気室内に空気が流入する。また、
空気室内の水位が上昇して容積が減少するときには、空
気室内に保有している空気が排気弁を介して貯気室へと
流動する。これら空気室内における水位の変化に伴う保
有空気容積の増大・減少は、交互に繰り返される。した
がって、これら空気室内への空気の流入および空気室内
から貯気室への空気の流動は、それぞれ断続的に行われ
る。しかしながら、圧力調整弁が、空気室から排気弁を
介して流動する空気を所定の圧力に達するまで貯気室内
に貯留し、貯気室内に貯留された空気が所定の圧力に達
すると、この貯気室に貯留されていた所定の圧力の空気
を貯気室から連続して噴出させて発電機を効率よく安定
して駆動させる。

【０００９】また、請求項２に記載の波力発電装置は、
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明におい
て、空気室の外部に設けられた浮体と、空気室の内部に
設けられ浮体の上下動によって空気室内の容積を変化さ
せるライナと、をさらに備えたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】請求項２に記載の波力発電装置では、請求
項１に記載の発明において、周囲の水位が相対的に変化
するのに伴って空気室の外部に設けられた浮体が上下動
することにより、ライナが空気室内で上下動され、空気
室内の保有空気容積が確実に変動される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の波力発電装置の実施の一
形態を、図１および図２に基づいて説明する。なお、図
において、同一符号は同一部分または相当部分とする。

【００１２】図１に示すように、この実施の形態におけ
る波力発電装置１は、概略、水中に開口する空気室１０
と、空気室１０内で保有し得る空気の容積（保有空気容
積）の相対的な変化に伴う空気の流動によって駆動され
る発電機１１と、空気室１０と発電機１１との間に設け
られた貯気室１２と、空気室１０内の保有空気容積の増
大によって空気が空気室１０内に流入することを許容す
る吸気弁１３と、空気室１０内の保有空気容積の減少に
よって空気が空気室１０から貯気室１２に流動すること
を許容する排気弁１４と、空気室１０内から排気弁１４
を介して流動した空気を貯気室１２内で所定の圧力に達
するまで貯留させて貯気室１２内が所定の圧力以上とな
ったときに空気を貯気室１２から発電機１１へと流動さ
せて発電機１１を駆動することを許容する圧力調整弁１
５と、空気室１０の外部に空気室１０と相対的に昇降移
動可能に設けられた浮体１６と、空気室１０の内部に設
けられ浮体１６の昇降移動によって空気室１０内の保有
空気容積を変化させるライナ１７と、を備えている。

【００１３】空気室１０は、横断平面視が略矩形または
円形の形状を有する箱体からなるもので、下方が開放す
るように開口部１０ａが成形されている。この実施の形
態における空気室は、防波堤や岸壁２などに、開口部１
０ａが水中に位置するように固定設置され、空気室１０
の内部の水位によって保有空気容積が決定される。な
お、空気室１０は、後述するようにブイや船舶などの浮
揚移動物３に設けることもできる。

【００１４】空気室１０の外にはガイド部材２０が垂設
されており、このガイド部材２０に沿って浮体１６が昇
降移動するように摺動可能に保持されている。一方、空
気室１０内には、ライナ１７が配置されており、浮体１
６とライナ１７との下部は、連結部材２１によって互い
に連結されている。ライナ１７の平面視の大きさは、空
気室１０の内周面との間に適当な隙間が形成されるよう
に、空気室１０の断面積よりも小さく設定されている。
波によって空気室１０の周囲の水位が上昇したにもかか
わらず、そのエネルギを空気室１０内に獲り込むことが
できず空気室１０内の水位が僅かしか上昇しないときで
あっても、図１に鎖線で示したように、浮体１６の上昇
に伴ってライナ１７が空気室１０内で上昇して、空気室
１０内の保有空気容積を確実に且つ効率よく減少させ
る。

【００１５】貯気室１２は、空気室１０の上方に設けら
れてなるもので、空気室１０と貯気室１２の間の隔壁２
２に排気弁１４が設けられている。この実施の形態にお
ける排気弁１４は、隔壁２２に設けられた弁座２３に対
して貯気室１２側にのみ移動することができるように設
けられた弁体２４と、この弁体２４を弁座２３に着座さ
せるように付勢するばね２５を備えている。排気弁１４
は、空気室１０内の水位の変化などによって保有空気容
積が減少するときに、ばね２５の付勢に抗して弁体２４
が弁座２３から離れて開放され、空気室１０から貯気室
１２に空気が移動するのを許容し、また、空気室１０内
の保有空気容積が増大するときに、弁体２４が弁座２３
に着座して貯気室１２に貯留された空気が空気室１０に
逆流するのを阻止する。

【００１６】貯気室１２には圧力調整弁１５の弁室２６
が接続され、この弁室２６には発電機１１のタービンに
空気を導入する導管２７が接続されている。圧力調整弁
１５は、貯気室１２と弁室２６との間に設けられた弁座
２８に対して弁室２６の内側にのみ移動することができ
るように設けられた弁体２９と、この弁体２９を弁座２
８に着座させるように付勢するばね３０を備えている。
ばね３０は、貯気室１２内に貯留された空気が所定の圧
力に達したときに弁体２９が弁座２８から離れて開放す
るようなばね定数に設定されている。また、排気弁１４
のばね２５のばね定数は、空気室１０内の保有空気容積
の変動によって空気を空気室１０から貯気室１２に流入
させて貯留することができるように、圧力調整弁１５の
ばね３０よりも弱く設定されている。一方、弁体２９
は、図２に矢印で示すように、貯気室１２内に貯留され
た空気の圧力によって弁座２８から離されてから、空気
の圧力が低下した場合であっても、貯気室１２から弁室
２６内に流入する空気の流れを弁座２８の周囲に方向付
けることによって弁座２８に容易に復帰して着座しない
ような形状に成形されている。このような構成により、
圧力調整弁１５は、所定の圧力に達するまで空気を貯気
室１２に貯留させ、貯気室１２内の空気が所定の圧力に
達すると、その圧力で空気を貯気室１２から発電機１１
に供給すると共に、発電機１１に供給される空気の圧力
が低下した場合でも弁体２９が弁座２８に着座して発電
機１１への空気の供給を停止する、すなわち発電が停止
することを回避することができる。なお、弁体２９の先
端の角度αは４５度から９０度、好ましくは略６０度に
設定される。また、貯気室１２から供給する空気の圧力
を必要に応じて調整・変化させることができるように、
ばね３０による弁座２８に対する弁体２９の付勢力を調
整することができるような公知の機構（図示は省略す
る）を取入れることもできる。

【００１７】発電気１１のタービンの周囲には、圧力調
整弁１５を介して圧縮空気を供給する導管２７の噴出ノ
ズル２７ａと、空気室１０内に空気を吸入する吸入管３
１の吸気ノズル３１ａとが臨むように配設されている。

【００１８】吸入管３１には吸気弁１３の弁室３２が接
続され、この弁室３２に空気室１０が接続されている。
吸気弁１３は、吸入管３１と弁室３２との間に設けられ
た弁座３３に対して弁室３２の内側にのみ移動すること
ができるように設けられた弁体３４と、この弁体３４を
弁座３３に着座させるように付勢するばね３５を備えて
いる。吸気弁１３は、空気室１０内の水位の変化などに
よって保有空気容積が増大するときに、ばね３５の付勢
に抗して弁体３４が弁座３３から離れて開放され、吸入
管３１から空気室１０に空気を吸入するのを許容し、ま
た、空気室１０内の保有空気容積が減少するときに、弁
体３４が弁座３３に着座して空気室１０内の空気が吸入
管３１に逆流するのを阻止する。

【００１９】このように構成された波力発電装置では、
空気室１０の開口部１０ａが水中に位置するよう設置さ
れているため、波などによって空気室１０の周囲の水位
が変動すると、空気室１０内の水位も変動してその保有
空気容積が変動する。すなわち、空室１０内の水位が上
昇することにより、その保有空気容積が減少し、空気室
１０内の水位が下降することにより、その保有空気容積
が増大する。また、波などによって空気室１０の周囲の
水位が上昇したにもかかわらず、そのエネルギを空気室
１０内に獲り込むことができないなど、空気室１０内の
水位が上昇しない場合であっても、空気室１０外に設け
られた浮体１６がガイド部材２０に沿って昇降移動し、
これに伴ってライナ１７が空気室１０内の水面から上昇
または水没するよう昇降移動することにより、空気室１
０内の保有空気容積が確実に変動する。

【００２０】空気室１０内の保有空気容積が増大する場
合には、排気弁１４の弁体２４が弁座２３に着座して閉
塞した状態に維持されると共に、吸気弁１３のばね３５
の付勢に抗して弁体３４が開放され、吸入管３１から空
気室１０に空気が吸入される。このときの吸入管３１の
吸気ノズル３１ａからの吸気は、発電機１１のタービン
を駆動する駆動源として作用する。

【００２１】一方、空気室１０内の保有空気容積が減少
する場合には、吸気弁１３の弁体３４が弁座３３に着座
して閉塞した状態に維持されると共に、排気弁１４の弁
体２４がばね２５の付勢に抗して開放されて、空気室１
０に保有されていた空気が貯気室１２に移動する。

【００２２】貯気室１２では、排気弁１４を介して空気
室１０から送られた空気が所定の圧力に達するまで圧力
調整弁１５が閉塞された状態に維持されることにより、
空気が貯留される。そして、空気室１０内での保有空気
容積が繰り返し変動されることによって貯気室１２に貯
留された空気が所定の圧力に達すると、圧力調整弁１５
の弁体２９がばね３０の付勢に抗して開放され、貯気室
１２から所定の圧力を有する空気が導管２７の噴出ノズ
ル２７ａから連続して噴出し、発電機１１のタービンを
安定して回転駆動する。また、貯気室１２から供給され
る空気が所定の圧力以下となった場合であっても、圧力
調整弁１５の弁体２９の形状が貯気室１２から弁室２６
内に流入する空気の流れを弁座２８の周囲に方向付ける
ように成形されているため、即座に圧力調整弁１５が閉
塞して発電機１１への空気の供給を停止させることがな
い。

【００２３】次に、本発明の波力発電装置の別の実施の
形態を図３に基づいて詳細に説明する。なお、上述した
実施の形態と同様または相当する部分については同じ符
号を付してその説明を省略する。

【００２４】この実施の形態における波力発電装置１
は、ブイ３に設けられている。空気室１０はシリンダま
たはパイプ状に形成され、その長さ方向中間部がブイ３
のフロート３ａに設けられており、下端部に重錘３ｂが
設けられている。そして、図示は省略するが、ブイ３
は、沈錘などの固定物に鉄鎖などによって所定の水域に
係留されている。なお、この実施の形態においては、上
述した実施の形態における浮体１６やライナ１７を備え
ていない。

【００２５】このように構成されたブイ３では、波によ
って絶対的に昇降移動するときに、その質量が大きいた
めに慣性も大きくなる。そのため、図３に実線で示した
ように、波の頂部が空気室１０を通過するときは、空気
室１０に設けられたフロート３ａが水面に対して相対的
に上昇するため、空気室１０内の水位が相対的に下降し
て保有空気容積が増大し、吸入管３１から空気室１０に
空気が充分に吸入され、この吸入される空気によって発
電気１１のタービンが回転駆動される。

【００２６】一方、波の底部が空気室１０を通過すると
きは、図３に鎖線で示すように、空気室１０に設けられ
たフロート３ａが水面に対して相対的に下降するため、
空気室１０内の水位が相対的に上昇して保有空気容積が
減少し、空気室１０から貯気室１２に空気を充分に送り
出して、空気を貯気室１２内に貯留させる。

【００２７】なお、本発明の波力発電装置１は、上述し
た実施の形態のように、ブイ３に設けることに限定され
ず、船舶など、他の浮揚移動物にも設けることもでき
る。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、空気室
と発電機との間に設けられた貯気室と、空気室内の容積
の増大によって空気が空気室内に流入することを許容す
る吸気弁と、空気室内の容積の減少によって空気が空気
室から貯気室に流動することを許容する排気弁と、空気
室内から排気弁を介して流動した空気を貯気室内で所定
の圧力に達するまで貯留させて貯気室内が所定の圧力以
上となったときに空気を貯気室から発電機へと流動させ
て発電機を駆動することを許容する圧力調整弁と、を備
えたという簡単な構成で、電力を安定して供給すること
ができる波力発電装置を提供することをができる。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、空気室の外部に設けられた浮体
と、空気室の内部に設けられ浮体の上下動によって空気
室内の容積を変化させるライナと、をさらに備えたこと
により、空気室外の波のエネルギを効率よく空気室内に
獲り入れてその容積変化に変換させることができる波力
発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波力発電装置の実施の一形態を示す断
面図である。

【図２】本発明の波力発電装置の圧力調整弁が開放した
状態を拡大して示す説明図である。

【図３】本発明の波力発電装置の別の実施の形態を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 波力発電装置 １０ 空気室 １１ 発電機 １２ 貯気室 １３ 吸気弁 １４ 排気弁 １５ 圧力調整弁 １６ 浮体 １７ ライナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に開口する空気室と、 空気室内での相対的な容積の変化に伴う空気の流動によ
   って駆動される発電機と、を有する波力発電装置であっ
   て、 空気室と発電機との間に設けられた貯気室と、 空気室内の容積の増大によって空気が空気室内に流入す
   ることを許容する吸気弁と、 空気室内の容積の減少によって空気が空気室から貯気室
   に流動することを許容する排気弁と、 空気室内から排気弁を介して流動した空気を貯気室内で
   所定の圧力に達するまで貯留させて貯気室内が所定の圧
   力以上となったときに空気を貯気室から発電機へと流動
   させて発電機を駆動することを許容する圧力調整弁と、
   を備えたことを特徴とする波力発電装置。
2. 【請求項２】 空気室の外部に設けられた浮体と、 空気室の内部に設けられ浮体の上下動によって空気室内
   の容積を変化させるライナと、をさらに備えたことを特
   徴とする請求項１に記載の波力発電装置。