JP2010121609A - ２重円筒型の波浪発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波力発電装置の多くは空気の流れでファンを回し発電するが効率が悪い。また、２つの物体の位相差を利用した浮遊式の発電装置は、波の力から装置を保護する機構を持っていないため、悪天候では装置の破損の問題がある。
【解決手段】 ドーナツ型をした縦長の外側フロートと外側フロートの内側空間に円筒形の内側フロートを配した２重円筒型のフロート式発電装置とすることで、慣性力の違いによる上下運動差を内側フロートのラックと外側フロートのピニオンギアで回転運動に変え発電機を回し効率よく発電する。また、内側空間に導入する海水量の調整機構を有することで、内側フロートの動きを調節する。さらに、台風時などの悪天候時は、内側フロートを固定し、海中に水没することで海面の荒れを回避し装置の破損を防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、波のエネルギーを利用した波浪発電装置に関する。

海面に浮遊するタイプの発電装置は、波の上下による空気の流れを利用した発電装置が多い。

２つの物体の位相差を利用した浮遊タイプの発電装置もあるが、海面にあるため悪天候時は海面が大荒れになり装置の破損対策が必要になるが、動きを調整したり止めたりする保護機構がついていない。

波の上下による空気の流れを利用した発電装置では、波の持つエネルギーを効率よく取り出すことが出来ない。

さらに、２つの物体の位相差を利用した浮遊式の波浪発電装置では、波の力に対する保護機構が付いていないため、悪天候時装置の破損があり、海洋発電が実用化に至らない理由のひとつとなっている。

本発明は、以上のような問題点を解決し、二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギーによる発電装置を提供するものである。

本発明は、上記の目標を達成するため、ドーナツ型をした縦長の外側フロートと内側空間に配置される重量の違う円筒形の内側フロートを配置し、２つのフロートの慣性力の違いによる上下運動の位相差を内側フロートのラックと外側フロートのピニオンギアで回転エネルギーとして取り出し発電ユニットで発電する２重円筒型の発電装置である。

駆動系、制御系の機器は外側フロートに配置し、内側空間に導く海水量の調整機構を有することで内側フロートの動きを調節することが出来る。さらに内側フロートをブレーキで固定することが出来、海中に水没できる機構を持つ。

波の持つ自然エネルギーをフロートの運動のエネルギーに変え、効率よく電気エネルギーとして回収することができる。

内側に流れ込む海水量を調整することで内側フロートの動きを調節でき、過負荷を防止する。また、ブレーキで内側フロートを固定でき海中に水没する機構を持つことで、悪天候時の装置破損を防ぐことが出来る。

外側フロートに機器類を配置することで、浮遊式の発電装置でありながらメンテナンス作業が可能で、発電用の機器はラック、ピニオンギア、増速機、発電機と従来の技術で対応できコストを抑えることが出来る。またあらゆる大きさの発電装置に対応可能で小容量から大容量の発電に対応が出来る。

本発電装置は、ドーナツ型をした縦長の外側フロート１と内側空間に配置される円筒形の内側フロート２からなる。

内側フロート２には、フロートの上下運動を支えるためのレール３と上下運動のエネルギー取り出すためのラック４を配置し、下部にはおもり５を設置する。外側フロート１は、ドーナツ型をした縦長の構造体であり、外側フロート１を縦長の構造とすることで安定して海面に浮遊でき、内側フロート２の上下運動のストロークを確保する。内側空間の上下は開放されており、設置時の海水導入と内側フロート２の上下運動時の空気の出入り口になる。上部に装置をコントロールする制御室６、そして発電のための発電室７、そしてタンク排水用の圧縮空気を貯蔵する圧空タンク８を配置する。その下には、浮力調整用の第１タンク９、第２タンク１０を配置し、第１タンク９には、内側へ海水を導く導入口１１を有する。その下に姿勢安定用の海水注入タンク１２、そして最下部にはおもり１３を配置する。［図１］

外側フロート１の内側には、内側フロート２の上下運動支持の車輪１４を配置することで内側フロート２は波の動きに合わせ自由に上下できる。車輪は、つば付とし内側フロート２の回転を防止する。［図２］制御室６には、発電装置を制御する制御盤１５、発電した電気を蓄え、動力としても使用するためのバッテリー１６、圧縮空気を作るためのコンプレッサー１７を配置する。［図３］発電室７には、内側フロート２のラック４とかみ合い回転エネルギーとして取り出すピニオンギア１８、増速機１９、フライホイールを兼用するブレーキ２０、そして発電機２１を配置する。［図４］増速機１９は出力軸回転を一定方向とするため、ワンウェイクラッチを組み込んだ１方向回転機能を有するものを使用する。［図５］第１タンクには、海水導入用の導入口１１が有り、海水の流れる量を調整するバルブ２２、圧空タンク内には空間を設け内側に流れ込む海水の流れを調整するバルブ２２用のバルブ駆動用装置２３を配置する。［図６］［図７］外側フロート１は、断面積に比べ十分な質量を持っているため上下動は小さく、海面が荒れた状態でも安定して浮遊することができる。また外側フロート１に発電、制御系の機器類を配置することで、発電ユニットのメンテナンスが可能になる。外側フロート１と内側フロート２の間に隙間があるため、貝殻、海草の付着対策として、掻き落とし用のピックまたはスクレーパーを取り付ける。

発電装置は、海底にアンカー２４を設置し係留用ケーブル２５で係留する。そして外側フロート１に陸上に電力を供給する電力ケーブル２６をつなぐ。電力ケーブル２６は制御用のケーブルを含む。［図８］

波により海面が上下すると、軽い内側フロート２は波と共に上下する。しかし重い外側フロート１は、動きが少なく２つのフロートに上下の位相差が生じる。［図９］この時の上下差を内側フロート２のラック４と外側フロート１のピニオンギア１８で回転運動として取り出し発電機２１を回し発電する。内側フロート２が上下運動をするとき、ピニオンギア１８は正逆回転を繰り返すが、増速機１９は、軸にワンウェイクラッチを組み込んだ出力軸回転が１方向回転となる機構を有することで、発電機は常に一方向回転となり、さらにフライホイール兼用のブレーキ２０で回転の変動を小さくできる。［図１０］

この発電装置は連結装置２７で複数つなぐことが出来る。［図１１］［図１２］

波が高くなり内側フロート２の上下動が大きくなると、バルブ２２の角度を変化させ海水の流量を調整し上下動を抑え過負荷状態にならないようにする。許容範囲を超える悪天候時は、バルブ２２を全閉状態とし、内側フロート２の動きを抑える。［図１３］外側フロート１の最下部にも開口部が有るが、開口の面積が狭いことと深くなると表面の波の影響を受けにくくなるため、下部の開口は内側フロート２の上下運動に与える影響は少ない。

さらなる悪天候時は、内側フロート２を固定し海中に水没する。ブレーキ２０をかけピニオンギア１８で内側フロート２を固定する。ブレーキ２０は動力を供給している時のみ開閉動作を行うタイプとする。内側フロート２が固定できたら第２タンク１０、第１タンク９の順に海水を注入し海中に水没する。海上の荒れが治まったら再び海上に浮上する。海上に浮上する場合は、第１タンク９、第２タンク１０に圧縮空気を送りタンクの海水を排出し浮上する。浮上したらブレーキ２０を開放し、バルブ２２を開け海水を導入する。内側フロート２が再び上下し発電を開始する。

本装置の外側フロート１の内側空間の上部は開放されており、空気の出入り口となっているため、この空気の流れを利用したファンによる発電装置を取り付けることも可能である。

発電装置図 装置断面図 制御室断面図 発電室断面図 発電ユニット図 第１タンク断面図１（バルブ開） 圧空タンク断面図 発電装置設置図 フロート動作図 発電室詳細図 発電装置複数設置例（平面図） 発電装置複数配置例（正面図） 第１タンク断面図２（バルブ閉）

符号の説明

１、外側フロート
２、内側フロート
３、レール
４、ラック
５、おもり
６、制御室
７、発電室
８、圧空タンク
９、第１タンク
１０、第２タンク
１１、導入口
１２、海水注入タンク
１３、おもり
１４、車輪
１５、制御盤
１６、バッテリー
１７、コンプレッサー
１８、ピニオンギア
１９、増速機
２０、ブレーキ
２１、発電機
２２、バルブ
２３、バルブ駆動装置
２４、アンカー
２５、係留ケーブル
２６、電力ケーブル
２７、連結装置

Claims (2)

1. ドーナツ型をした縦長の外側フロートと、外側フロートの内側空間に重量の違う円筒形の内側フロートを配置し、外側フロートと内側のフロートの慣性力の違いによる上下運動の位相差を利用し、フロートの上下運動を回転運動として取り出し、外側フロートに配置した発電ユニットで発電する２重円筒型の波浪発電装置。
2. ドーナツ型をした外側フロートの内側空間に導入する海水量を調節し、内側フロートの上下の動きを調整する機構を持った波浪発電装置。

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