JP2005307894A - Wave power generation device, and wave power generation type buoy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波浪エネルギーを利用して発電する波力発電装置及びこれを用いた波力発電式ブイに関する。 The present invention relates to a wave power generation device that generates power using wave energy and a wave power generation type buoy using the same.
近年、自然環境に優しくクリーンなエネルギーとして、海洋などの水面近傍で自然発生する波浪エネルギーを用いた波力発電装置が注目されている。波力発電装置として大型のものは、原則的に有人監視で運転されるが、小型のものは特に長期にわたって無人運転が要求される小型ブイや設備等の電源として採用が検討されている。このような小型の波力発電装置は、例えば、海洋ブイ、海上作業台、浮体式人工島や浮上プラットフォーム等に利用可能であり、特に海洋、河川及び湖沼等で種々の観測や浮標灯等に使用されるブイへの使用が想定されている。
従来、波力発電装置としては、例えば特許文献1や特許文献2に記載されているように、空気室内部の水位の昇降変化に伴う容積の変化を利用して、発電機のタービンを回転駆動するものが知られている。
In recent years, as a clean energy gentle to the natural environment, a wave power generation apparatus using wave energy that naturally occurs near the surface of water such as the ocean has attracted attention. Large wave power generators are operated by manned monitoring in principle, but small ones are being considered for use as power sources for small buoys and facilities that require unmanned operation over a long period of time. Such a small wave power generator can be used for, for example, an ocean buoy, a marine work table, a floating artificial island, a floating platform, etc., especially for various observations and buoyancy lamps in the ocean, rivers and lakes. It is assumed to be used for buoys that are used.
Conventionally, as a wave power generation device, for example, as described in
特許文献1に記載の波力発電装置は、プロペラ状の羽根を有するタービンが円筒管上に取り付けられ、タービン下面全体に円筒管内の空気が当たってタービンを回転させる構造となっている。
特許文献2に記載の波力発電装置は、回転軸と平行に延在する羽根を有する円筒形のタービンが、底のない箱上に取り付けられた構造となっている。この波力発電装置では、例えば、箱内の空気が水位の上昇で押し出される場合、タービンのほぼ半周面全体にわたって開口する二つの内側の空気給排気口からタービンに空気が流入し、その空気はタービンを回転させると共にタービン内を通り、タービンのほぼ半周面全体にわたって開口する二つの外側の空気給排気口を介して外部に流出される。
The wave power generation device described in
The wave power generation device described in
しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。すなわち、上記特許文献1に記載の波力発電装置では、発電機の回転軸を回転させるタービンに、プロペラ状の羽根を採用しているため、高速空気流には適しているが、起動トルク及び回転トルクが小さく、波が小さい状況における空気室からの弱い空気流では十分な起動トルク及び回転トルクが得られないという不都合があった。
また、上記特許文献2に記載の波力発電装置では、回転軸と平行に延在する羽根を有する円筒形タービンを採用しているので、比較的大きい起動トルク及び回転トルクを発生するが、空気室からの空気流がタービンの半周面全体に一様に当たるため、回転方向に逆らう作用も生じて回転速度が上がらず、効率が低いという不都合があった。また、二つの空気給排気口から空気流をタービンに導入すると、空気流速が半減してしまうと共に、互いの空気流がタービンの中央等で干渉してしまい乱流等が生じ、タービンの回転効率が低下する不都合があった。
However, the following problems remain in the conventional technology. That is, in the wave power generation device described in
Further, in the wave power generation device described in
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率な発電が可能な波力発電装置及びこれを備えた波力発電式ブイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a wave power generation device capable of obtaining high starting torque and rotation torque and capable of generating power with high efficiency, and a wave power generation buoy including the same. Objective.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の波力発電装置は、水中に開口する波導入口を下部に有する空気室と、空気室内に内側給排気路を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路を介して接続されるタービン室と、タービン室内に配され空気室内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転するタービンと、タービンに回転子が接続された発電機とを備え、タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有し、内側給排気路及び外側給排気路が、タービン室内に互いにタービンの回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口を一つ有し、タービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the wave power generation device of the present invention is connected to the air chamber having a wave inlet opening in the lower portion thereof under the water, the air chamber via the inner air supply / exhaust passage, and the water surface space via the outer air supply / exhaust passage. A turbine chamber to be connected; a turbine that is arranged in the turbine chamber and that is rotated by the flow of air as the water level in the air chamber rises and lowers; and a generator that has a rotor connected to the turbine. A plurality of blades extending in parallel are annularly arranged in the circumferential direction and have a cylindrical shape through which air can flow across the axial center, and the inner supply / exhaust passage and the outer supply / exhaust passage are mutually connected to the turbine chamber. It has one turbine supply / exhaust port on the opposite side with the rotation axis as the center, and the air from the turbine supply / exhaust port is arranged to flow along the tangential direction of the outer periphery toward the outer periphery of the turbine. Features.
この波力発電装置では、タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状のいわゆるクロスフロー風車(貫流風車)であり、さらに内側給排気路及び外側給排気路それぞれ一つのタービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されているので、回転方向と逆方向に空気流が作用せず、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率にタービンを回転させることができる。また、このようにタービンを挟んで対峙するタービン給排気口を一対とし、タービン給排気口からの空気流方向をタービンの回転方向に沿った方向に設定することにより、複数対のタービン給排気口を有する場合の空気の合流による乱流発生や空気同士の干渉障害等も解消され、タービンの回転効率を高めることができる。 In this wave power generation device, a turbine has a so-called cross-flow wind turbine having a cylindrical shape in which a plurality of blades extending in parallel to the rotation axis direction are annularly arranged in the circumferential direction and air can flow across the center of the shaft. Since the air from one turbine supply / exhaust port is arranged to flow along the tangential direction of the outer periphery toward the outer periphery of the turbine, The air flow does not act in the direction opposite to the direction, and high starting torque and rotational torque are obtained, and the turbine can be rotated with high efficiency. Further, a plurality of pairs of turbine supply / exhaust ports are provided by setting a pair of turbine supply / exhaust ports facing each other with the turbine interposed therebetween and setting the direction of air flow from the turbine supply / exhaust ports in a direction along the rotation direction of the turbine. The generation of turbulent flow due to the merging of air and interference interference between air are eliminated, and the rotational efficiency of the turbine can be increased.
本発明の波力発電装置は、タービン室及びタービンが複数設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、タービン室及びタービンを複数設けることにより、一つのタービン室及びタービンで同じ容積比率の場合に比べて、各タービン室の還流空気容量が小さく、小さな波高でも縮流が生じてタービンを回転させることができ、稼働効率を向上させることができる。 The wave power generation device of the present invention preferably includes a plurality of turbine chambers and turbines. In other words, in this wave power generation device, by providing a plurality of turbine chambers and turbines, the capacity of the return air in each turbine chamber is smaller than in the case of the same volume ratio in one turbine chamber and turbine, and even if the wave height is small, Is generated, the turbine can be rotated, and the operation efficiency can be improved.
本発明の波力発電装置は、内側給排気路が空気室の上部の一部に開口した空気室給排気口を有し、空気室には、空気室給排気口に向けて空気を案内するガイド部が設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、波の上昇によって空気室内の空気が押し出される際に、ガイド部によって空気流が空気室給排気口に案内されると共に、縮流(ニードル弁効果)が生じて加速流となり、タービンの回転効率をさらに向上させることができる。 The wave power generation device of the present invention has an air chamber air supply / exhaust port in which an inner air supply / exhaust passage opens at a part of an upper portion of an air chamber, and guides air toward the air chamber air supply / exhaust port. A guide portion is preferably provided. That is, in this wave power generation device, when the air in the air chamber is pushed out by the rising of the wave, the air flow is guided to the air chamber supply / exhaust port by the guide portion, and a contracted flow (needle valve effect) occurs. It becomes an acceleration flow, and the rotational efficiency of the turbine can be further improved.
本発明の波力発電装置は、内側給排気路及び外側給排気路の少なくとも一方に、整流板が設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、内側給排気路及び外側給排気路の少なくとも一方に整流板が設けられていることにより、空気流の整流効果が得られると共に、回転に適するタービン部位への空気放射が確実に行われ、タービンの回転効果をさらに高めることができる。 In the wave power generation device of the present invention, it is preferable that a rectifying plate is provided in at least one of the inner supply / exhaust passage and the outer supply / exhaust passage. That is, in this wave power generation device, a rectifying plate is provided in at least one of the inner air supply / exhaust passage and the outer air supply / exhaust passage, whereby an air flow rectifying effect is obtained and air to the turbine part suitable for rotation is obtained. Radiation is reliably performed, and the rotational effect of the turbine can be further enhanced.
本発明の波力発電装置は、タービンの両端にそれぞれ発電機が個別に接続されていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、タービンの両端に発電機が接続されているので、一つのタービンに対し、二つの発電機を備えることになり、例えば、一方の発電機が故障等の不慮の事態が生じても、他方の発電機によって対応し得る利点がある。 In the wave power generation device of the present invention, it is preferable that generators are individually connected to both ends of the turbine. That is, in this wave power generation device, since the generators are connected to both ends of the turbine, one turbine is provided with two generators. For example, one generator is inadvertent such as a failure. Even if a situation arises, there is an advantage that can be handled by the other generator.
本発明の波力発電装置は、外側給排気路が水面上空間に開口した外側給排気口を有し、外側給排気口には、その上方を覆う雨水波よけ庇部が設けられていることを特徴とする。すなわち、この波力発電装置では、外側給排気口が雨水波よけ庇部で上方を覆われているので、雨や波飛沫などが外側給排気口から外側給排気路内に侵入して、タービン室に入ることを防ぐことができる。 The wave power generation device of the present invention has an outer air supply / exhaust port in which the outer air supply / exhaust passage opens into the water surface space, and the outer air supply / exhaust port is provided with a rainwater wave shield that covers the upper side. It is characterized by that. That is, in this wave power generation device, the outer air supply / exhaust port is covered with the rainwater wave shield, so that rain, splashes, etc. enter the outer air supply / exhaust passage from the outer air supply / exhaust port, It is possible to prevent entry into the turbine chamber.
本発明の波力発電装置は、タービン室、タービン及び発電機が、空気室上に分離可能に設けられた駆動部室内に配置されていることを特徴とする。すなわち、この波力発電装置では、タービン室、タービン及び発電機という駆動部が駆動部室に配されているので、発電機等の電気関連機器を海水等から隔離して漏電等を防止できると共に、ベアリング等の各部材の防錆が可能になり、装置の安定稼働を長期に維持することができる。また、駆動部室が空気室に対して分離可能とされているので、駆動部室のみを分離して搬送可能であり、メンテナンスや駆動部交換等の作業が容易となる。 The wave power generation device of the present invention is characterized in that a turbine chamber, a turbine, and a generator are disposed in a drive unit chamber that is detachably provided on an air chamber. That is, in this wave power generation device, since the drive unit of the turbine chamber, turbine, and generator is arranged in the drive unit chamber, it is possible to prevent electrical leakage and the like by isolating electrical related equipment such as the generator from seawater, etc. Rust prevention of each member such as a bearing becomes possible, and stable operation of the apparatus can be maintained for a long time. Moreover, since the drive unit chamber is separable from the air chamber, only the drive unit chamber can be separated and transported, and operations such as maintenance and drive unit replacement are facilitated.
本発明の波力発電式ブイは、上記本発明の波力発電装置を備えていることを特徴とする。すなわち、この波力発電式ブイでは、上記本発明の波力発電装置を備えているので、小さな波の状況においても起動し、長期にわたって安定した電力供給が可能であり、長期の無人運転が要求される海洋観測用等のブイに好適である。 The wave power generation type buoy of the present invention includes the wave power generation device of the present invention. That is, this wave power generation type buoy is equipped with the wave power generation device of the present invention, so that it can be activated even in a small wave situation, can stably supply power over a long period of time, and requires long-term unmanned operation. It is suitable for buoys for marine observation.
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る波力発電装置及び波力発電式ブイによれば、タービンが、いわゆるクロスフロー風車型であると共にタービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されているので、波の昇降に伴う空気室からの空気流を効率的にタービンの回転力へと変換し、高い発電効率を得ることができる。したがって、小さな波の穏やかな状況においても、高い起動トルク及び回転トルクが得られて、容易に起電できると共に、長期無人運転を可能にすることができる。また、シンプルで高発電効率が得られる構成により、既存波力発電設備に比べて、製造コスト及びランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the wave power generation device and the wave power generation type buoy according to the present invention, the turbine is a so-called cross-flow wind turbine type, and the air from the turbine supply / exhaust port is directed to the outer periphery of the turbine toward the outer periphery of the turbine. Therefore, it is possible to efficiently convert the air flow from the air chamber accompanying the wave ascending and descending into the rotational force of the turbine, and to obtain high power generation efficiency. Therefore, even in a calm situation of a small wave, high starting torque and rotational torque can be obtained, which can easily generate electricity and enable long-term unmanned operation. In addition, the simple and high power generation efficiency can achieve a significant reduction in manufacturing cost and running cost as compared with existing wave power generation facilities.
以下、本発明に係る波力発電装置及び波力発電式ブイの第1実施形態を、図1から図5を参照しながら説明する。 Hereinafter, a first embodiment of a wave power generation device and a wave power generation type buoy according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
本実施形態の波力発電装置1は、例えば、海洋観測用ブイに取り付けられるものであり、図1及び図2に示すように、海水中に開口する波導入口2a、2bを下部に有する箱形の空気室2と、空気室2に分離可能に設けられた防水構造の駆動部室3と、駆動部室3内に配され空気室2内に内側給排気路4を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路5を介して接続される一対のタービン室6と、タービン室6内に配され空気室2内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転する一対のタービン7と、駆動部室3内に設置され各タービン7の両端部に回転子8aが接続された4つのブラシレス電磁誘導型の発電機8と、発電機8に電気的に接続された4つの電気二重層コンデンサからなる蓄電池9とを備えている。
The wave
前記タービン7は、図2及び図3に示すように、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根7aを周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有したいわゆるクロスフロー型風車である。また、上記複数の羽根7aは、タービン7の中央部を空けて外周側に互いに所定間隔を空けて配設され、タービン7の回転中心を中心にした渦巻線に沿った形状かつタービン7の回転方向前方側に凸となる円弧状の垂直断面形状を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
前記空気室2は、図1及び図4に示すように、下方に開口した下方波導入口2aと側方に開口した側方波導入口2bを有し、側方波導入口2bには、海面の浮遊物等が内部に侵入することを防ぐ網部材2cが張られている。
各内側給排気路4は、空気室2の上部中央に互いに隣接して開口した空気室給排気口4aをそれぞれ有し、空気室2には、両空気室給排気口4aに向けて空気を案内するガイド部2dが設けられている。
このガイド部2dは、空気室2の内面上部に内周面から上面の空気室給排気口4aまで空気室2内の水平断面積を漸次狭めるように縦断面円弧状に傾斜した面を有している。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
Each inner air supply / exhaust passage 4 has an air chamber supply /
The
一対の前記タービン室6は、互いに中央の仕切板10を介して隣接状態に分けられ、この仕切板10により内側給排気路4及び空気室給排気口4aも両タービン室6間で分離されている。そして、隣接した両タービン室6には、互いに回転軸が平行するようにタービン7が水平に配されている。
前記内側給排気路4及び前記外側給排気路5は、タービン室6内に互いにタービン7の回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口4b、5bを一つ有し、タービン給排気口4b、5bからの空気がタービン7の外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されている。
The pair of
The inner air supply / exhaust passage 4 and the outer air supply /
各タービン室6は、円筒形状のタービン7を収納するため、形状の大半をタービン7の直径よりもやや大きい円筒形状とされている。これにより、タービン室6内面とタービン7の外周面(ブレード(羽根7a)面)との間で空力学的な近接効果が生じ、タービン回転力が増幅するようになっている。このように、タービン室6の円筒形状に沿ってタービン7外周面付近にスムーズな空気の流れが起こり、エネルギー効率が高まってタービン7の回転を高めることができる。
Since each
外側給排気路5は、タービン給排気口5bから上方に延び、駆動部室3上部で下方にかつ外側に折り返して配設されており、さらに水面上空間へ開口した外側給排気口5aを有している。この外側給排気口5aには、その上方を覆う雨水波よけ庇部11が設けられている。この雨水波よけ庇部11を設けることにより、雨や波飛沫などが外側給排気口5aから外側給排気路5内に侵入して、タービン室6に入ることを防ぐことができる。
内側給排気路4及び外側給排気路5には、空気の流れを一定方向に整える整流板12、13が設けられている。これらの整流板12、13は、内側給排気路4及び外側給排気路5の途中以外に配してもよく、空気室給排気口4a及び外側給排気口5aに直接配しても構わない。また、これらの整流板12、13は、風洞実験等により実証された形状、位置や枚数等が適用される。
The outer air supply /
The inner air supply / exhaust passage 4 and the outer air supply /
空気室2内から内側給排気路4及びタービン室6を介して外側給排気路5の外側給排気口5aに至るまでの全ての空気流路は、できるだけ突起部を無くし、面取り、R取り加工及び曲げ板金加工などにより、流線形状にしている。これにより、空気流路での乱流発生を防止し、スムースな空気の流れを作り、タービン7の安定的回転を図っている。
また、内側給排気路4と外側給排気路5とは、空気往復動作のバランスを考慮すると同程度の長さになるように設定することが好ましい。本実施形態では、内側給排気路4より、外側給排気路5がやや長いが、後述する上部フランジ部14及び下部フランジ部15の厚みを他の部分よりも厚く設定することで、内側給排気路4を長くして外側給排気路5の長さに近づけている。
All the air flow paths from the
Further, it is preferable that the inner supply / exhaust passage 4 and the outer supply /
前記駆動部室3は、タービン室6上に防水構造を有して隔離された電気関連室16を有し、該電気関連室16内には、各発電機8、各蓄電池9及び電気制御回路(図示略)等が設置されている。なお、駆動部室3の上部は、開閉可能な蓋板17で密閉されており、メンテナンスや部品交換等の際に、蓋板17を開けて作業可能になっている。また、各蓄電池9は、相互に電気的に接続されて、完全放電を回避するようになっている。
各タービン7の両端には、回転中心に固定されタービン室6の側壁を回転可能に貫通した回転軸部材7bと、該回転軸部材7bの貫通した部分に固定されたタービン側プーリー7cとが設けられている。回転軸部材7bの先端は、駆動部室3内側面に設けられたベアリング部18に回転可能に支持されている。
The
At each end of each
一方、発電機8は、その回転子8aが電気関連室16の側壁を回転可能に貫通されており、回転子8aの先端部に発電機側プーリー8bが固定されている。発電機側プーリー8bと対応するタービン7のタービン側プーリー7cとは、無端ベルト19が巻回されて接続されている。なお、発電機側プーリー8bは、タービン側プーリー7cより小さい所定の径とされ、発電機8の回転数をタービン7の回転数よりも高い回転数に変速するようになっている。
On the other hand, the
空気室2の上部には、上部フランジ部14が設けられていると共に、駆動部室3の下部には、下部フランジ部15が設けられている。これらの上部フランジ部14と下部フランジ部15とは、それぞれに設けた複数の貫通孔(図示略)に挿通させたボルト20とナット21とにより互いに分離可能に固定されている。
なお、上記の各機構部材は、いずれも耐塩気素材仕様で構成され、ベアリング部18等も防錆対策されたものが使用されている。また、電気制御回路や電気配線等も完全防水対策がなされて設置されている。
An
Each of the above-described mechanism members is configured with a salt-resistant material specification, and the bearing portion 18 and the like are also subjected to rust prevention measures. In addition, electrical control circuits and electrical wiring are also installed with complete waterproofing measures.
次に、本実施形態の波力発電装置1による発電方法を、図1を参照して以下に説明する。
Next, a power generation method by the wave
まず、本実施形態の波力発電装置1を、側方波導入口2bが波の高低を考慮してできるだけ常時海面下に配されるように、所定の場所又はブイ等に設置する。
First, the wave
この状態で、波により空気室2内の水位が上昇する場合、図1の(a)に示すように、以下のような空気流によってタービン7が回転し、発電が行われる。
空気室2内の上昇する水に加圧されて空気室2内の空気は、ガイド部2dで案内されながら空気室給排気口4aに入る。空気室給排気口4aにおいて空気は、ニードル弁効果により縮流されて加速し、内側給排気路4を介してタービン給排気口4bからタービン7の外周に下方から放射される(図中の矢印Y1参照)。この際、内側給排気路4及びタービン給排気口4bが、タービン7の外周に向けて該外周の接線方向に沿って空気流が流れるように設定されているので、空気流がタービン7の回転を妨げることなく、タービン7の羽根7aを回転方向に押すと共に、羽根7aの隙間からタービン7内部の中央部を貫通していく(図中の矢印Y2参照)。
In this state, when the water level in the
Pressurized by the rising water in the
次に、タービン7内を流通した空気流は、反対側(上方側)の羽根7aの隙間から外側給排気路5のタービン給排気口5bに向けて排出される(図中の矢印Y3参照)。なお、羽根7aの隙間を通過する際に、同時に羽根7aを回転方向に押し、ここでもタービン7に回転力を加えている。これにより、タービン7は、図中の矢印Y4の方向に回転する。このタービン7の回転は、無端ベルト19を介して各発電機8に伝達され、発電機8によって発電が行われると共に、得られた電力は各蓄電池9に充電される。
最後に、空気は、外側給排気路5を流通し、外側給排気口5aを介して水面上空間へと排出される(図中の矢印Y5参照)。
Next, the air flow that has circulated in the
Finally, air flows through the outer air supply /
次に、波により空気室2内の水位が下降する場合、図1の(b)に示すように、以下のような空気流によってタービン7が回転し、発電が行われる。
空気室2内で下降する水位により空気室2内が減圧されて空気が空気室給排気口4aから吸引される(図中の矢印Y6参照)。このため、外側給排気路5を介して水面上空間から空気が吸引され(図中の矢印Y7参照)、タービン給排気口5bからタービン7の外周に上方から放射される(図中の矢印Y8参照)。この際、外側給排気路5及びタービン給排気口5bが、タービン7の外周に向けて該外周の接線方向に沿って空気流が流れるように設定されているので、空気流がタービン7の回転を妨げることなく、タービン7の羽根7aを回転方向に押すと共に、羽根7aの隙間からタービン7内部の中央部を貫通していく(図中の矢印Y9参照)。
Next, when the water level in the
The inside of the
次に、タービン7内を流通した空気流は、反対側(下方側)の羽根7aの隙間から内側給排気路4のタービン給排気口4bに向けて排出される。なお、羽根7aの隙間を通過する際に、同時に羽根7aを回転方向に押し、ここでもタービン7に回転力を加えている。これにより、タービン7は、水位が上昇した際と同方向(図中の矢印Y4)に回転する。このタービン7の回転は、水位が上昇した場合と同様に、無端ベルト19を介して各発電機8に伝達され、発電機8により発電が行われると共に、得られた電力は各蓄電池9に充電される。
最後に、空気は、内側給排気路4を流通し、空気室給排気口4aを介して空気室2内に吸引される(図中の矢印Y6参照)。
Next, the airflow that has circulated in the
Finally, air flows through the inner air supply / exhaust passage 4 and is sucked into the
上記のような空気室2内の水位の上昇・下降の繰り返しにより、空気流がタービン室6を上下に方向を変えながら流通することになり、どちらの流れでも同一方向にタービン7を回転させる。従来の多くの波力発電装置では、流体あるいは機械弁を設け、波の高低差により間欠的にタービンの停止を余儀なくされていたが、本実施形態の波力発電装置1では、波の高低差により生起されるタービン室6の往復流を無理のない形でタービン7の回転に帰結させ、弁を設けることも無く、定められた一方向に回転させ続けることができ、稼働率と発電効率とを飛躍的に高めている。
By repeatedly raising and lowering the water level in the
このように本実施形態では、タービン7がクロスフロー風車型であり、さらにタービン7を挟んだ一つずつのタービン給排気口4b、5bから空気がタービン7の外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるので、回転方向と逆方向に空気流が作用せず、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率にタービン7を回転させることができる。また、このようにタービン7を挟んで対峙するタービン給排気口4b、5bを一対とし、タービン給排気口4b、5bからの空気流方向をタービン7の回転方向に沿った方向に設定することにより、複数対のタービン給排気口を有する場合の空気の合流による乱流発生や空気同士の干渉障害等も解消され、タービン7の回転効率を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、例えば波高が0.3m以下の比較的穏やかなときにおいても、良好に起動を開始できる。また、無弁でシンプルな機構により動作するため、低コストでかつ長期にわたって安定運転が可能であると共に、小型化が容易で、小型船舶の小型クレーンでの敷設も容易な重量や大きさを実現可能である。したがって、本実施形態の波力発電装置1は、長期無人運転が要求される小型ブイ等の電源として好適である。
Thereby, even when the wave height is comparatively gentle, for example, 0.3 m or less, the start-up can be started well. In addition, since it operates with a simple mechanism without valve, it can operate stably at low cost over a long period of time, and it is easy to downsize and lay on a small ship with a small crane. Is possible. Therefore, the wave
また、タービン室6及びタービン7を一対設けることにより、一つのタービン室及びタービンで同じ容積比率とした場合に比べて、「タービン室」対「空気室」の容積比率の差異が拡大して各タービン室6の還流空気容量が小さくなり、小さな波高でも縮流が生じてタービン7を回転させることができ、稼働効率を向上させることができる。
さらに、内側給排気路4及び外側給排気路5に整流板12、13が設けられていることにより、空気流の整流効果が得られると共に、回転に適するタービン部位への空気放射が確実に行われ、タービン7の回転効果をさらに高めることができる。
Also, by providing a pair of
Further, since the rectifying
また、タービン7の両端に発電機8が接続されているので、一つのタービン7に対し、二つの発電機8を備えることになり、一方の発電機8が故障等の不慮の事態が生じても、他方の発電機8によって対応し得る利点がある。特に、本実施形態では、二つのタービン7で4つの発電機8を備えているので、より長期的な使用に好適である。
Further, since the
また、タービン室6、タービン7及び発電機8等の駆動部が駆動部室3に配されているので、発電機8等の電気関連機器を海水等から隔離して漏電等を防止できると共に、ベアリング等の各部材の防水・防錆が可能になり、装置の安定稼働を長期に維持することができる。さらに、駆動部室3が空気室2に対して分離可能とされているので、駆動部室3のみを分離して搬送可能であり、メンテナンスや駆動部室3交換等の作業が容易となる。
In addition, since the drive units such as the
なお、上記実施形態では、仕切板により左右それぞれのタービン7への空気流入量は、空気流入送量の1/2となるが、上述した「タービン室」対「空気室」の容積比率の拡大効果や狭い開口面積の空気室給排気口4aによる縮流効果等の相乗効果によって、流量の減少による回転効率の低下は解消されている。
本実施形態で採用しているタービン7は、クロスフロー型風車であるが、このようなクロスフロー型風車(クロスフローファン)やシロッコファンに代表される垂直軸型風車は、周速比が低くて回転トルクが高く、風向転換の無方位性を有する。このような特性により、波浪エネルギーにより生起される装置内の高風速でないが力強い往復流を回転エネルギーに変換する手段として、垂直軸型風車は、従来のプロペラ型に対して、多くの諸問題を解決するだけでなく、極めて発電効率の改善に寄与するものである。また、この垂直軸型風車のタービン7は、垂直方向両端部でベアリング部18にしっかり固定され、乱流による振動も少なく安定的回転を持続し得て堅牢性も有している。
In the above-described embodiment, the air inflow amount to the left and
The
そして、垂直軸型風車のタービン7は、プロペラ型風車に比べて周速比が1/3〜1/4と低いことから、ベアリング部18や付帯回転電導機器等に及ぼす負荷が少なく、部品寿命の長期化が可能である。さらに、ソリディティー比(受風面積に占めるブレード(羽根7a)面積比)が高く、一定以上の強い空気流になると回転加速度が鈍るという現象により、高価な減速装置を設置することなく運転を続けることができる。なお、垂直軸型風車は、プロペラ型風車に比べて非常に静音性に優れており、この点で設置場所が限定されない。
The
次に、本実施形態の波力発電装置1を備えた波力発電式ブイを、図5を参照して説明する。
Next, a wave power generation type buoy including the wave
本実施形態の波力発電式ブイは、海洋観測用のブイであって、図5に示すように、ブイ本体30の外側面四方にそれぞれ波力発電装置1を固定部材31で計4つ取り付けたものである。なお、各波力発電装置1は、側方波導入口2bを外側に向けて取り付けられている。また、各波力発電装置1の蓄電池9は、ブイ本体30内に設けられている各観測機器(図示略)に接続されて電力を供給している。
このように本実施形態の波力発電式ブイは、上記波力発電装置1を備えているので、小さな波の状況においても起動し、長期にわたって観測機器への安定した電力供給が可能であり、長期の無人運転に適している。
The wave power generation type buoy of this embodiment is a buoy for ocean observation. As shown in FIG. 5, a total of four wave
Thus, since the wave power generation type buoy of this embodiment is equipped with the wave
次に、上記波力発電装置1を備えた波力発電式ブイの第2及び第3実施形態を、図6及び図7を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
Next, 2nd and 3rd embodiment of the wave power generation type buoy provided with the said
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態の波力発電式ブイが波力発電装置1を外周面に外付けしているのに対し、第2実施形態の波力発電式ブイは、図6に示すように、4つの波力発電装置1を内部に収納した内蔵型である点である。すなわち、第2実施形態では、ブイ本体40の内部に設けられた床部41上に、ブイ本体40の内周面に沿って四方にそれぞれ波力発電装置1が設置されている。これらの波力発電装置1は、下方波導入口2aが閉塞されており、側方波導入口2bがブイ本体40の側壁に設けられた側面開口部40aに導入管部40bを介して連結されている。したがって、海水等は、側面開口部40aを介して側方波導入口2bから空気室2内に導入される。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the wave power generation type buoy of the first embodiment externally attaches the wave
このように本実施形態の波力発電式ブイは、ブイ本体40内に波力発電装置1が内蔵されているので、ブイの外観上の設計自由度が高くなると共に、波力発電装置1の駆動部室3が海水等の飛沫を直接浴びることがないため、より長期間の使用に好適である。また、漂流物衝突による被災も防ぐことができる。
As described above, the wave power generation type buoy of the present embodiment has the wave
第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態の波力発電式ブイが4つの波力発電装置1を内蔵しているのに対し、第3実施形態の波力発電式ブイは、図7に示すように、ブイ本体50内に一つの波力発電装置1を備えた単機型である点である。すなわち、第3実施形態では、ブイ本体50内に一つの波力発電装置1が収納されており、円形の側方波導入口2bが空気室2の四方にそれぞれ設けられていると共に、各側方波導入口2bがブイ本体50の側壁の四方に設けられた側面開口部50aに導入管部50bを介してそれぞれ連結されている。このように本実施形態では、一つの波力発電装置1を内蔵したシンプルな構成の小型ブイを得ることができる。
なお、第2及び第3実施形態とも、波力発電装置1の下方波導入口2aを閉塞しているが、ブイの底部に海水等の流通孔を設けて導入管等で下方波導入口2aに連通させることで、空気室2内に底部から海水等を導入するようにしても構わない。この場合、波による空気室2への海水等の出入りをより効率的に得ることができる。
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the wave power generation type buoy of the second embodiment incorporates four wave
In both the second and third embodiments, the lower
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、波力発電装置1を海洋観測用ブイに搭載したが、これ以外に、海洋、河川及び湖沼等において、浮標ブイ、海上作業台、防波堤、浮体式人工島や浮上プラットフォーム等の設備や場所に適用しても構わない。
また、上記実施形態では、一つの空気室2に対し、二つのタービン室6及びタービン7を搭載しているが、一つの空気室2に対して三つ以上のタービン室6及びタービン7を設けても構わない。なお、部品点数の増大、製造コスト及び得られる発電効率等を考慮すると二つのタービン室6及びタービン7が特に好ましい。
For example, in the above embodiment, the wave
In the above embodiment, two
また、波力発電装置1やこれを搭載したブイに、故障監視システムや遠隔操縦システムを搭載させても構わない。すなわち、波力発電装置1及びブイ内の機器等が故障した場合、自動的に無線等で通報するシステムを備え、さらに無線等のリモートコントロールにより、波力発電装置1やブイの各機器の運転状態(運転開始・停止等)を制御したり、自動復帰させたりするように管理システムを構築しておいてもよい。これにより、波力発電装置1及びブイの管理運営の簡素化を図ることができる。
Further, a failure monitoring system or a remote control system may be mounted on the wave
1…波力発電装置、2…空気室、2a…下方波導入口、2b…側方波導入口、2d…ガイド部、3…駆動部室、4…内側給排気路、4a…空気室給排気口、4b、5b…タービン給排気口、5…外側給排気路、5a…外側給排気口、6…タービン室、7…タービン、7a…羽根、8…発電機、8a…回転子、11…雨水波よけ庇部、12、13…整流板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記空気室内に内側給排気路を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路を介して接続されるタービン室と、
前記タービン室内に配され前記空気室内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転するタービンと、
前記タービンに回転子が接続された発電機とを備え、
前記タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有し、
前記内側給排気路及び前記外側給排気路が、前記タービン室内に互いに前記タービンの回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口を一つ有し、前記タービン給排気口からの空気が前記タービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されていることを特徴とする波力発電装置。 An air chamber having a wave inlet opening in the bottom at the bottom;
A turbine chamber connected to the air chamber via an inner air supply / exhaust passage and connected to a water surface space via an outer air supply / exhaust passage;
A turbine that is arranged in the turbine chamber and rotates by circulation of air accompanying the elevation of the water level in the air chamber;
A generator having a rotor connected to the turbine,
The turbine has a cylindrical shape in which a plurality of blades extending in parallel to the rotation axis direction are annularly arranged in the circumferential direction and air can flow across the shaft center portion,
The inner supply / exhaust passage and the outer supply / exhaust passage have one turbine supply / exhaust port in the turbine chamber opposite to each other centering on the rotation axis of the turbine, and the air from the turbine supply / exhaust port is A wave power generation device arranged to flow along a tangential direction of an outer periphery of the turbine toward the outer periphery of the turbine.
前記空気室には、前記空気室給排気口に向けて空気を案内するガイド部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の波力発電装置。 The inner air supply / exhaust passage has an air chamber air supply / exhaust port opened in a part of an upper portion of the air chamber,
The wave power generation device according to claim 1, wherein the air chamber is provided with a guide portion that guides air toward the air chamber supply / exhaust port.
前記外側給排気口には、その上方を覆う雨水波よけ庇部が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の波力発電装置。 The outer air supply / exhaust passage has an outer air supply / exhaust port that opens to the space above the water surface,
The wave power generation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer air supply / exhaust port is provided with a rainwater wave shield covering the upper side.
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