JP2006226274A

JP2006226274A - 重力波浪発電装置

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Publication number: JP2006226274A
Application number: JP2005073863A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Fujisato; 哲彦藤里
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP4613649B2

Abstract

【課題】太陽エネルギーと重力エネルギーと海流又は潮流の水流エネルギーとを合わせて、強力な回転運動を作りだし、二酸化炭素を排出しない発電装置を提供する。
【解決手段】海流及び潮流等の水流を有する海域において、重量のある塊の上部に回転軸（シャフト）を備えた重塊部と、前記回転軸をはめ込む軸受けを備え海面上のうねりに合わせて上下運動する浮体部と、前記浮体部の軸受けにはめ込まれた前記回転軸部分に発生する反転運動を、ワンウェイクラッチ又はラチェット機構等により正転運動に変えて発電する正転変換発電部と、前記浮体部と前記重塊部との接合部分に、海底に設置されたアンカーにワイヤーロープ等を用いて接続し係留する係留部と、を有して発電装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、海流及び潮流等の水流を有する海域において、海域の波浪（うねり）受けている浮力体に軸受けを設けて、その浮力体に回転軸（シャフト）の付いた重塊をはめ込み、海底に設置したアンカーに係留することで、回転軸部分の反転運動をワンウェイクラッチ又はラチェット機構により正転運動に変えて発電することによって、その海域の波浪エネルギーと重力エネルギーと水流エネルギーと、を合わせた自然エネルギーを取り出すことのできる重力波浪発電装置に関する。

波浪と重力と水流を合わせた自然エネルギー発電装置は存在せず、海流発電及び波力発電を参照とする。その他に自然エネルギー発電装置としては、太陽光熱・風力・水力・地熱がある。
１．海洋上に配置された浮力体の下に水車を設置することで、海洋水の水流を電力に変換させる海流発電装置（例えば、特許文献１参照）。

２．海上に浮かべた浮遊体にロープを結び、滑車を介して錘を上下させ圧縮ポンプを作動させ、タービン発電機を回転させて発電する波力発電装置（例えば、特許文献２参照）。
上記の波力発電装置の外に、波のうねりによって上下の空気流を発生させ、タービン羽根に当てて回転させる波力発電装置もある。

特開２００４−６８６３８号公報特開２００４−２１１６０７号公報

しかしながら、上記の特許文献１・２に記載の従来技術は以下のような課題を有していた。
海洋水の水流には主に海流と潮流とが有り、潮流の流速は海流の約２倍以上速いと言われていますが、しかし、その流速の速い潮流で水車（プロペラ）を用いて発電しても設備費用に対して発電量が少なく、又、流向が１日４回変わるので維持管理費用も掛かり過ぎるという課題があり、又、波（うねり）上に浮遊体を浮かべロープを接続して吊ることにより、その浮遊体がうねりで上下する位置エネルギーで発電する波力発電も、同上に設備費用を掛けた割に発電量が少なく実用的でない。又、空気流によるタービン発電は小型の発電では実用化されているが、大型の発電装置を製作するには、空気流のエネルギーだけでは小さ過ぎて、費用対効果の観点から実用化することが非常に難しいという課題があった。

本発明は上記の課題を解決するもので、地球表面に降り注ぐ最大のエネルギーである太陽熱エネルギーの分布は一様ではなく、地球表面で最大に吸収される海水中にも不均衡が生まれることで海水温度の不均衡がおこる。更に、地球の自転による慣性エネルギーがこれに加わり海域に海流を発生させている。
又、地球表面に降り注いだ太陽熱エネルギーにより風が発生し、海面上に波浪（うねり）を形成している。
この重力波浪発電装置は海流のエネルギーと波浪のエネルギーと、更に、地球の重力のエネルギーを加えて合わせることで、強力な電気エネルギーを取り出すことができる重力波浪発電装置を提供することを目的とする。
（潮流海域においては、更に、月の引力エネルギーも加わることになる。）

本発明の請求項１に記載の重力波浪発電装置は、海流及び潮流等の水流を有する海域において、重量のある塊の上部に回転軸（シャフト）を備えた重塊部と、前記回転軸をはめ込む軸受けを備えた浮力体で海面上のうねりに合わせて上下運動する浮体部と、前記浮体部の軸受けにはめ込まれた前記回転軸部分に発生する反転運動を、ワンウェイクラッチ又はラチェット機構等により正転運動に変えて発電する正転変換発電部と、前記浮体部と前記重塊部との接合部分にワイヤーロープ及びブイ等を用いて海底に設置されたアンカーに係留する係留部と、を備えて構成されている。
この構成によって以下の作用を有する。
（１）浮体部と重塊部との接合部分を、海底に設置されたアンカーに係留しているので、海域上の波浪（うねり）を浮体部全体で捕らえことができる。
（２）浮体部の軸受けにはめ込まれた回転軸を基に、浮体部全体を上下に運動させることができるので、回転軸に非常に強力な反転運動を発生させることができる。
（３）正転変換発電部を有しているので、回転軸の反転運動を正転運動に変え発電機を回すことができる。

本発明の請求項２に記載の重力波浪発電装置は、台風等の気象状況に合わせて、前記重力波浪発電装置を海中に沈降させて、強い波浪の衝撃から装置全体を守るために、前記浮体部の内部に海水を入れ出しできる入排水弁と、前記係留部に前記ワイヤーロープを巻き取ること及び巻き戻すことができるリールと、圧縮空気で前記浮体部内に貯留していた海水を排出し、装置全体の浮力を大きくすることができるコンプレッサーと、を備えて構成されている。
この構成によって、請求項１の作用に加えて、以下の作用を有する。
（１）入排水弁及びコンプレッサーを有しているので、海域の気象状況に応じ浮体部内に入排水弁から海水を入れ浮体部の浮力を小さくすることができ、又、コンプレッサーを備えているので圧縮空気を貯蔵することができ、浮体部内に入っている海水を圧縮空気で入排水弁から排水させ、浮体部の浮力を大きくさせることができる。
（２）リールを有しているので、台風時に装置全体を海中に沈降させて、強力な波浪から装置全体を守ることができる。
（３）又、装置全体を海中に沈降中させても、回転軸に反転運動を発生させれば発電することができる。

本発明の請求項３に記載の重力波浪発電装置は、海域の波浪（うねり）が小さい時に、海流の抵抗を強く受けて前記重塊部が後方に動き、海流の抵抗を弱くすると重力による復元力で前記重塊部が前方に戻ることにより、前記重塊部部分に前後運動（海流方向に向かって）を発生させることができる回転翼と、海域の気象状況に合わせて、前記重塊部の海中下部内に室を設けて空気又は海水を供給し、前記重塊部の重量を変えることのできる重塊重量調整室と、を備えて構成されている。
この構成によって、請求項１又は２の作用に加えて、以下の作用を有する。
（１）回転翼を有しているので、波浪が小さく浮体部の上下運動が小さい時に、回転翼によって水流の抵抗を大きく受けたり、水流の抵抗を外したりすることで、重塊部の前後運動を大きくできることにより、回転軸の反転運動を強力にでき発電量を増やすことができる。
（２）又、重塊部内に重塊重量調整室を備えているので、海域の気象状況に応じて重塊部の重量を変えて重塊部の前後運動を大きくし、回転軸に発生する反転運動が強力になるように調整することもできる。

本発明の請求項４に記載の重力波浪発電装置は、海域の波浪が小さい時に、前記重塊部の海面上の最上部に軸を備えた上柱と、前記軸の上部側に取り付けられ帆柱に帆を揚げ降ろしすることにより、海域上の風を受けたりかわしたりすることができる帆と、前記重塊部の前後運動を大きくする為に、前記軸の下部側に取り付けられ前記帆の傾きと反対方向に傾く錘と、を備えて構成されている。
この構成によって、請求項１から３の作用に加えて、以下の作用を有する。
（１）帆を有しているので、海域上の風力のエネルギーを捕らえて、風向きと反対方向に錘を傾けることができる。
（２）錘を有しているので、錘の傾きによって重塊部の重心を変えることができることで、重塊部の前後運動が大きくすることができ発電量を増やすことができる。

本発明の請求項１に記載の重力波浪発電装置によれば、以下のような効果を有する。
（ａ）海域の波浪及び水流は常時発生しているので、２４時間発電することができ効率性及び安定性に優れている。
（ｂ）波浪エネルギーと重力エネルギーと水流エネルギーと、を回転軸部分に集中させる仕組みになっているので、回転軸部分から強力なエネルギーを高効率に回収することができ経済性に優れている。
（ｃ）重塊部及び浮体部を金属製で製造しても良いが、重塊部上部の回転軸の周辺以外はコンクリー製でも良く、又、浮体部も軸受け周辺以外はコンクリー製でも良く、大型な発電装置を安価に製造でき経済性に優れている。
（ｄ）海底のアンカーへの係留方法も、陸上又は海上で製造したコンクリー製のアンカーに予めワイヤーロープ等で接続し、海上から海底に落下させることで係留することができ、発電装置の海域現場での設置が容易にできる。

本発明の請求項２に記載の重力波浪発電装置によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（ａ）台風時等の嵐状態においても、装置全体を海中に沈降させることができるので、変化する気象条件から装置全体を保守することができ、対応性及び制御性に優れている。
（ｂ）又、装置全体が海中に沈降中であっても、回転軸に反転運動を発生させることができれば発電することができ、効率性及び経済性に優れている。

本発明の請求項３に記載の重力波浪発電装置によれば、請求項１及び２に加え、以下のような効果を有する。
（ａ）海域の波浪が小さく浮体部の上下運動が小さい時に、海中の水流エネルギーを効率良く捕らえて、重塊部の前後運動を大きくし発電量を増やすことができるので、対応性及び経済性に優れている。
（ｂ）海域の気象状況に合わせて、重塊部の重量を変えることができるので、効率的な発電を維持することができ、対応性及び操作性に優れている。

本発明の請求項４に記載の重力波浪発電装置によれば、請求項１から３に加え、以下のような効果を有する。
（ａ）海域の波浪が小さく浮体部の上下運動が小さい時に、海上の風力エネルギーと重力エネルギーを効率良く捕らえて、重塊部の前後運動を大きくし発電量を増やすことができるので、対応性及び経済性に優れている。
（ｂ）又、請求項３と併用して作動させると、更に、重塊部の前後運動を大きくさせて発電量を増やすことができるので、効率性及び経済性に優れている。

図１は、本発明の実施の形態の重力波浪発電装置１の概略構成図で、Ｗは波浪、Ｃは海流及び潮流等の水流、Ｇは重力である。
１は重力波浪発電装置、２は海面上に浮いている浮体部、２Ｓは波浪に合わせて浮体部が上下に動く上下運動、２ａは浮体部２が上下運動することにより、軸受け２ｂを介した回転軸３ａ部分の反転運動を、ワンウェイクラッチ又はラチェット機構により正転運動に変える正転変換部、２ｂは浮体部２に左右固定して取り付けられた軸受け、３は重力Ｇにより海底方向に引っ張られている重塊部、３ａは重塊部３の上部に一体となった左右に出たシャフト状の回転軸、３Ｓは回転軸３ａ部分と軸受け２ｂとを基に、海流Ｃ及び浮体部２の上下運動等で重塊部が若干前後に動く前後運動、４ａは重力波浪発電装置１を係留する為に海底に配置されたアンカー、４ｂは重力波浪発電装置１とアンカー４ａとを繋ぐワイヤーロープ、４ｃはワイヤーロープ４ｂの重量が重力波浪発電装置１に加わらないように浮かせる為のブイ、４ｄはワイヤーロープ４ｂと重塊部３を接続するために重塊部３に設置されたフック、５は正転変換部２ａで発生する回転で発電する発電装置である。
図２は重力波浪発電装置１のａ側面断面図、ｂ平面断面図、ｃ正面断面図である。

実施の形態における重力波浪発電装置１の作動方法について説明する。
まず、海底に設置されたアンカー４ａとフック４ｄをワイヤーロープ４ｂを用いて係留すことにより、海域の波浪Ｗを浮体部２に受け上下運動２Ｓを発生させることができる。この時に重塊部３と一体になっている回転軸３ａ部分に、非常に強力な反転運動が発生させることができ、この反転運動を正転変換部２ａにより正転運動に変えることによって、発電装置５を稼働させて発電をすることができる。又、海流域では一方向の水流なので、重塊部３と浮体部２の接合部を浮体部２の端にすることで、発電装置の方向が安定する。

図３は実施の形態の重力波浪発電装置１に、強風時及び台風等の気象状況に合わせて、重力波浪発電装置１自体を海中に沈降させて、強風時及び台風等の波浪衝撃から装置全体を守ることができる機構を取り付けている。又、波浪Ｗ（うねり）が小さい為に浮体部２の上下運動２Ｓが小さい場合に、海中における重塊部３に受ける水流Ｃの抵抗を強くしたり弱くしたり、又、海面より上の上柱３ｂ部分の上部に設けられた軸３ｄの上側に帆ｓａｉｌを取り付け、軸３ｄの下側に重塊部の重心を移動させる為の振り子錘Ｐを取り付けることによって、重塊部３の前後運動３Ｓを少しでも大きくすることで、発電量を増やすことができる機構と、を取り付けた重力波浪発電装置である。

まず、重力波浪発電装置自体を海中に沈降させる方法を、図３を用いて説明する。
Ｄは浮体部２内に海水を入れたり出したりできる入排水弁で、Ｒは入排水弁Ｄから浮体部２内に海水を入れ浮体部２の浮力を小さくし、アンカー４ａに繋がれたワイヤーロープ４ｂを巻き取ることで発電装置全体を沈降させることができるリールである。
この重力波浪発電装置は海中に沈降しても、回転軸３ａの端部分に反転運動が発生していれば発電することが可能なので、台風襲来時にも波浪Ｗに合わせて沈降度合いを調整しながら発電することができる。
又、発電装置を浮上させる時には、リールＲを巻き戻し浮体部２内に内蔵されたコンプレッサー（ｃｏｍｐ）により作られる圧縮空気を浮体部２内に送り込むことにより、入排水弁Ｄから海水を排出させることができ、浮体部２の浮力増により浮上することができる。
又、浮体部２内に人が生活できるコントロール室を設けることもできるので、気象状況に応じて発電装置を最適に維持管理及び稼働させることもできる。

次に、海域の波浪Ｗ（うねり）が小さく浮体部２の上下運動が小さい時に、重塊部３の前後運動３Ｓを大きくし発電量を増やす方法を、図３を用いて説明する。
Ｆは重塊部３下側の左右に配置された回転翼で、図３の様に水平方向になっている時は、水流Ｃに対して抵抗は小さく、左右の回転翼Ｆを回転させて垂直にすれば抵抗は大きくなり、重塊部３は後方に振れる前後運動３Ｓが大きくなる。又、左右の回転翼Ｆを回転させて水平に戻せば、重力Ｇによる復元力エネルギーにより前方に戻ってくる。この作用により重塊部３の前後運動３Ｓを大きくすることができる。（図３中の右側が後方。）
又、水流Ｃに対して左右の回転翼Ｆの傾きを別々に調整することで、発電装置全体を発電に適した方向に決める舵の働きもし、又、最も力が集中する浮体部２と重塊部３との接合部である回転軸３ａと軸受け２ｂ部分に、無駄な力が加わり破損しないよう接合部を守ることができる。

又、図３中の浮体部２の底部に、波浪Ｗの影響をより多く受ける波受構造２ｒの様な構造にして、上下運動２Ｓを大きくさせることや、発電装置全体を適した方向に向かせるため底部に舵等を付けても良い。
又、回転翼Ｆを回転させるモーターやコンプレッサー等の付属品の稼働させる動力源は、図３中の後方に記載した様な波浪Ｗを利用して上下の空気流２ｃを作りだし、空気タービン２ｄを回転させて発電する汎用型の波力発電装置を設置させることもできる。

図３中の３ｃは、重塊部３の重量を海域の気象状況に応じて変えるために、空気又は海水に入れ替えることのできる室で、重塊重量調整室である。
又、重塊部３の海面上の上柱３ｂに設けられた軸３ｄに、風Ｂを受ける帆ｓａｉｌが取り付けてあり、帆ｓａｉｌを揚（ｈｏ）げることで海域上の風Ｂを受け帆柱が傾き、軸３ｄの下部側に取り付けられている錘Ｐは、帆柱の傾きと反対方向に傾く（４Ｓ）このことによって、重塊部３の重心がずれて重塊部３の下部は後方に傾く（３Ｓ）。又、帆を降（ｌｏ）ろすことにより錘Ｐは重力により元に戻り、重塊部３も重力Ｇにより元に戻る。
上記の作用で重塊部３に前後運動を発生させたことになる。

図４は主に潮流の様に水流向が変わっても発電できる重力波浪発電装置で、図４中のａは平面断面図で、図４中のｂは正面断面図である。
図４中の２は水面上に浮いている浮体部、４ａは重力波浪発電装置を係留する為に海底に配置されたアンカー、４ｂは重力波浪発電装置とアンカー４ａとを繋ぐワイヤーロープ、４ｃはワイヤーロープ４ｂの重量が重力波浪発電装置に加わらないように浮かせる為のブイ（複数）、５は発電装置である。又、水流方向Ｃが反転する為に重塊部３のフック４ｄが前後２箇所あり、前後のアンカー４ａにワイヤーロープ４ｂによって係留されている。
重力波浪発電装置の前後が係留されて、水流方向Ｃが反転しても浮体部２の中心に回転軸３ａが配置されているので連続的に発電することができる。
実施の形態の重力波浪発電装置１は以上のように構成されているので、以下の作用を有する。
（ａ）重力エネルギーと波浪エネルギーと海流エネルギーを合わせることができ、自然から永続的に強力な電気エネルギーを作り出すことができる。
（ｂ）台風等の気象状況に合わせて海中に沈降させることができるので、台風等の強い衝撃から発電装置を守ることができる。
（ｃ）海域の波浪が小さく浮体部２の上下運動が小さい時に、重塊部３の前後運動３Ｓを大きくすることで、発電量を増やすことができる。

（１）海流及び潮流等の水流を有する都市近郊の海域に重力波浪発電装置を設置し、発電した電気を送電用海底ケーブルにより都市へ電力を供給する。
（２）海域上の重力波浪発電装置で発電した電気を用いて、水を電気分解して水素ガスを製造するプラントを同海域上に併設し、水素ガスの状態にしてエネルギー消費地へ供給する。

実施の形態の重力波浪発電装置１の概略構成図。実施の形態の重力波浪発電装置１でａが側面断面図、ｂが平面断面図、ｃが正面断面図。実施の形態の重力波浪発電装置１に、台風時等に海中に沈降させる機構と、重塊部３の前後運動３Ｓを大きくして発電量を増やす機構等が装着されている正面断面図。水流向が変わっても発電できる重力波浪発電装置で、ａが平面断面図、ｂが正面断面図。

符号の説明

１重力波浪発電装置
２浮体部
２Ｓ浮体部が上下に動く上下運動
２ａ正転変換部
２ｂ軸受け
２ｃ空気流
２ｄ空気タービン
２ｒ波受構造
３重塊部
３Ｓ重塊部が前後に動く前後運動
３ａ回転軸
３ｂ上柱
３ｃ重塊重量調整室
３ｄ軸
４Ｓ錘Ｐの傾き運動
４ａアンカー
４ｂワイヤーロープ
４ｃブイ
４ｄフック
５発電装置
Ｂ風
Ｃ水流
Ｄ入排水弁
Ｆ回転翼
Ｇ重力
Ｐ錘
Ｒリール
Ｗ波浪
Ｃｏｍｐコンプレッサー
Ｓａｉｌ帆

Claims

海流及び潮流等の水流を有する海域において、重量のある塊の上部に回転軸（シャフト）を備えた重塊部と、前記回転軸をはめ込む軸受けを備えた浮力体で海面上のうねりに合わせて上下運動する浮体部と、前記浮体部の軸受けにはめ込まれた前記回転軸部分に発生する反転運動を、ワンウェイクラッチ又はラチェット機構等により正転運動に変えて発電する正転変換発電部と、前記浮体部と前記重塊部との接合部分にワイヤーロープ及びブイ等を用いて海底に設置されたアンカーに係留する係留部と、を備えたことを特徴とする重力波浪発電装置。
台風等の気象状況に合わせて、前記重力波浪発電装置を海中に沈降させて、強い波浪の衝撃から装置全体を守るために、前記浮体部の内部に海水を入れ出しできる入排水弁と、前記係留部に前記ワイヤーロープを巻き取ること及び巻き戻すことができるリールと、圧縮空気で前記浮体部内に貯留していた海水を排出し、装置全体の浮力を大きくすることができるコンプレッサーと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の重力波浪発電装置。
海域の波浪（うねり）が小さい時に、海流の抵抗を強く受けて前記重塊部が後方に動き、海流の抵抗を弱くすると重力による復元力で前記重塊部が前方に戻ることにより、前記重塊部部分に前後運動（海流方向に向かって）を発生させることができる回転翼と、海域の気象状況に合わせて、前記重塊部の海中下部内に室を設けて空気又は海水を供給し、前記重塊部の重量を変えることのできる重塊重量調整室と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の重力波浪発電装置。
海域の波浪が小さい時に、前記重塊部の海面上の最上部に軸を備えた上柱と、前記軸の上部側に取り付けられ帆柱に帆を揚げ降ろしすることにより、海域上の風を受けたりかわしたりすることができる帆と、前記重塊部の前後運動を大きくする為に、前記軸の下部側に取り付けられ前記帆の傾きと反対方向に傾く錘と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の重力波浪発電装置。