JP2010507042A - 波力エネルギー変換装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、波力エネルギー変換装置に関するもので、浮力により水面に露出し、波により上下に移動する水面浮体と、前記水面浮体と地盤に結合され、移動回転部、または移動回転部と固定回転部との組み合わせからなる複合回転部、前記複合回転部に連結され、前記水面浮体の移動によって往復移動する線形部材、並びに前記線形部材の末端に結合され、前記線形部材を引っ張ってぴんと張るようにする張力維持部材からなり、前記水面浮体の上下移動距離に対して複合回転部の作用により線形部材が数倍の往復移動距離を有するようにする動作部と、前記動作部または水面浮体に設置され、前記線形部材の往復移動により伝達される波力エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換部とを有して構成されており、水面浮体の移動距離に対して線形部材の移動距離を数倍にして線形部材の速度を高め、これによってエネルギーの変換が容易に行われるという効果がある。
Description
本発明は、波力エネルギー変換装置に関するものであり、より詳細には、浮力により水面に露出する水面浮体と、水面浮体と地盤に連結され、１つ以上の移動回転部または移動回転部と固定回転部を複数個組み合わせた複合回転部と前記複合回転部に連結される線形部材、さらに、前記線形部材を引っ張って線形部材がぴんと張るようにする張力維持部材からなる動作部が設けられており、動作部の一側または水面浮体に発電機などのエネルギー変換部を設置し、波力エネルギーを電気、位置、運動エネルギー等の形態に変換させる波力エネルギー変換装置に関する。
最近、親環境的なエネルギーへの関心が高まっている。このような親環境的なエネルギー源としては、太陽熱、風力発電、潮力発電、波力発電などがある。この中で波力発電は、海で発生する波の力を利用するものであって、様々な発電方式が研究されている。
従来の方式として、浮遊式発電装置、歯車回転式発電装置、ラックとピニオンを利用した発電装置などが開発されているが、このような発電方式は、装置が複雑で設置費用が高価であり、波の不規則的な運動のため静圧発電が難しく、発電に適していない低い波や遅い波の運動により発電効率が低いなどの不具合がある。
国際特許公開ＷＯ２００６−１０９４９１号によれば、図１に示すように、水面の上に水面浮体を設置し、前記水面浮体の上側にワイヤを連結して、前記ワイヤを水面浮体の上側に位置する地盤の複数個の固定滑車を介して下側に方向転換させた後、その末端に錘を取り付けた形態の波力エネルギー変換装置が開示されている。しかし、このような装置は、地盤に付着される固定滑車のみを使用するので、波力エネルギー変換装置の設置場所が限定され、波高が低い場合は発電が正常に行われない問題点がある。
波高の高さ変化に対応して発生する吸排気空気の圧力により駆動される浮体式、浮遊式空気タービン駆動波力エネルギー変換装置が開発されているが、これもまた高い設置費用と発電効率の低下のため広く普及されず、無限のエネルギーの宝庫である波力が効率的に利用されていない。
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、波高が低いときにも波力エネルギーを電気エネルギーや位置エネルギーまたは運動エネルギーに変換するエネルギー変換が正常に行われるようにする波力エネルギー変換装置を提供することである。
また、構造が簡単で設置費用が安価であり、設置及び保守管理が容易な波力エネルギー変換装置を提供することをその目的とする。
また、強い波にも対抗できる波順応型構造物で形成され、破損の少ない波力エネルギー変換装置を提供することをその目的とする。
本発明は、浮力により水面に露出し、波により上下に移動する水面浮体と、前記水面浮体と地盤に結合され、移動回転部または移動回転部と固定回転部との組み合わせからなる複合回転部と、前記複合回転部に連結され、前記水面浮体の移動によって往復移動する線形部材と、前記線形部材の末端に結合され、前記線形部材を引っ張ってぴんと張るようにする張力維持部材からなり、前記水面浮体の上下移動距離に対して複合回転部の作用により線形部材が数倍の往復移動距離を有するようにする動作部と、前記動作部または水面浮体に設置され、前記線形部材の往復移動により伝達される波力エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換部とを有して構成されることを特徴とする波力エネルギー変換装置に関するものである。
好適な実施例によれば、前記線形部材は、ワイヤロープであり、移動回転部と固定回転部は滑車であることを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記線形部材はチェーンであり、前記移動回転部と固定回転部はチェーンホイールであることを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記エネルギー変換部は、前記線形部材の往復運動により電気エネルギーを生成する発電機であることを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記エネルギー変換部は、ポンプを備え、流体を取水することを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記エネルギー変換部は、圧縮機と圧力容器を備え、流体を圧縮して保存することを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記張力維持部材は、上下に貫通された貫通孔が形成され、前記線形部材が通過するように構成されていることを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記張力維持部材は、線形部材の末端に結合された釣合い錘、スプリングまたは浮力により線形部材を上側に引っ張る水中浮体のうちの１つであることを特徴とする。
好適な実施例によれば、前記発電機は、変速ギアを備え、回転速度を増加させるように構成されていることを特徴とする波力エネルギー変換装置。
上記のように、本発明は、低い波でも発電のようなエネルギー変換が正常に行われるようにした波力エネルギー変換装置を提供することを主な目的とする。このために本発明では、複合回転部を備えている。前記複合回転部は、１つ以上の移動回転部または移動回転部と固定回転部の組み合わせからなり、その組み合わせによって複合回転部に連結される線形部材の移動距離を水面浮体の移動距離に対して数倍に拡大することができ、これによって線形部材の移動速度が高くなり、波高が低いときにも正常にエネルギー変換部を動作させることができるようになる。
上記のような構造を有する本発明は、線形部材が水面浮体の移動距離に対して数倍の移動距離を有するように構成し、線形部材の移動速度を高くすることができるので、低い波でも正常なエネルギー変換が行われるという効果がある。
また、構造が簡単で設置及び保持補修が容易であり、設置費用が安価で経済的である効果がある。
また、高い波にも順応して破損が発生しないので、耐久性が高い効果がある。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例による波力エネルギー変換装置について詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施例による波力エネルギー変換装置の概略的な構成図である。
図２に示すように、本発明は、水面浮体１００と動作部とエネルギー変換部とで構成されている。ここで、前記動作部は、複合回転部２１０と線形部材２２０、及び張力維持部材（２３２、２３４、２３６）で構成されている。
まず、水面浮体について説明する。前記水面浮体１００は、発砲スチロールまたはポリウレタンのように海水より密度の低い固形浮力材を充填したものであり、図２に示すように、常に一定の浮力を維持するようにして波によって上下に移動している。
しかし、前記水面浮体１００は、海水より密度の低い素材を充填した固形浮力材に限定されるものではない。内部が空いている密閉した筒を使用することもできる。
次に、動作部について説明する。前記動作部は、水面浮体１００と地盤４００に連結され、波によって水面浮体１００が上下に往復運動すると、前記線形部材２２０が前記水面浮体１００の移動により往復運動し、後で述べる発電機３００などのエネルギー変換部を動作させるようになる。
本発明で使用される複合回転部２１０は、水面浮体の移動距離に対して前記複合回転部２１０に連結されている線形部材２２０の末端の移動距離を数倍に拡大するための構成要素である。前記複合回転部２１０は、移動回転部２１２または移動回転部２１２と固定回転部２１４との組み合わせにより構成される。
前記複合回転部２１０は、１つ以上の移動滑車または移動滑車と固定滑車との組み合わせからなる複合滑車を有しており、線形部材がチェーンである場合は、滑車の代わりにチェーンホイールを使用することもできる。
ここで、前記移動回転部２１２は、軸を中心に回転するようになり、前記軸は上下に移動可能である。
また、固定回転部２１４は、軸を中心に回転するが、その軸は所定の位置に固定されているものを意味する。
本発明の実施例では、前記移動回転部や固定回転部として滑車やチェーンホイールなどが使用できる。
前記複合回転部２１０には線形部材２２０が連結されている。前記線形部材２２０は線形のワイヤロープまたはチェーンであって、前記複合回転部２１０に結合され、前記水面浮体１００の移動により上下に往復移動するようになる。
前記張力維持部材は、前記線形部材２２０の一側に連結され、前記線形部材２２０を引っ張って線形部材２２０が常にぴんと張るようにする。
このために、水中浮体２３２、釣合い錘２３４、スプリング２３６などが使用できるが、図２に示す第１実施例では、水中浮体２３２が使用されている。
前記水中浮体２３２は、海水より比重の低いものとして発泡スチロールやポリウレタンまたは内部が空いた筒が使用され、前記線形部材２２０の末端を上側に向ける場合、その一側に設置され、浮力により線形部材２２０を引っ張って線形部材２２０がぴんと張るようにする。この場合、前記水中浮体２３２の浮力を、水面浮体１００の浮力より小さくして、常に水面浮体１００は水面上に位置し、水中浮体２３２は水中に、即ち、水面浮体１００の下方に位置するようにする。
前記張力維持部材としては、図３のように、釣合い錘２３４を使用することもできる。
前記釣合い錘２３４は、重量物として前記線形部材２２０の末端を下側に向けるときに設置され、前記線形部材２２０の末端を下側に引っ張る。ここで、前記釣合い錘２３４の重量は、水面浮体１００の浮力よりは小さく、前記水面浮体１００が水面に浮かぶようにする。
また、図７のように、スプリング２３６を使用することもできる。
前記スプリング２３６の場合、線形部材２２０の末端の方向に関係なく、線形部材２２０の末端に結合され、線形部材２２０が上向きである場合にはスプリング２３６の他の末端が水面浮体１００に結合され、下向きである場合には地盤４００などに結合されて前記線形部材２２０を引っ張るようになる。この際、前記スプリング２３６の弾性力を、水面浮体１００の浮力より小さくして、前記水面浮体１００が水面上に位置するようにする。
図２に示す第１実施例では、水面浮体の下側に移動回転部を設け、地面に固定回転部を設けているが、図３に示すように、水面浮体にのみ移動回転部を設けるか、或いは図４に示すように、移動回転部を水面浮体に結合し、もう１つの移動回転部は、前記水面浮体に結合された移動回転部に連結された線形部材の末端に結合するように構成することもできる。
図２の第１実施例及び図３の第２実施例に示されるように、移動回転部が１つである複合回転部は、水面浮体の移動距離に対して前記線形部材の末端の移動距離が２倍になる。
次に、エネルギー変換部について説明する。前記エネルギー変換部は、前記動作部の線形部材２２０の往復運動を電気エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギーなどに変換している。ここで、線形部材２２０の往復運動によりエネルギーを変換する代わりに、前記線形部材２２０により回転する複合回転部２１０の回転運動を他の形態のエネルギーに変換するように構成することもできる。
電気エネルギーを生産するために発電機３００が設けられている。前記発電機３００は、前記線形部材２２０の上下移動により軸が回転して発電をするものであって、図２の実施例では、前記発電機が張力維持部材である水中浮体２３２内に位置するように構成されている。しかし上記のように、張力維持部材内に設置することに限定されるものではない。水面浮体１００の内部や複合回転部２１０の移動回転部や固定回転部の軸に結合され、線形部材の移動により回転する回転部に沿って回転して発電するようにすることも可能である。
ここで、前記発電機３００の回転速度をより高めるために、前記発電機３００の軸に変速ギア３１０を組み入れてもよい。
しかし、エネルギー変換部は、上記のように発電機に限定されるものではない。前記線形部材の移動により回転するポンプを設けて海水を取水し、高地に保存して、後で発電したり、或いは他の装置を駆動することができる位置エネルギーに変換したり、或いは圧縮機と圧力容器を備えて、空気や海水などの流体を圧縮して保存して、それを利用することも可能である。また、上記のように、エネルギーを変換して保存するのではなく、装置を直接動作させるための動力源として使用することも可能である。
以下、図を参照にして本発明の様々な実施例の作用と効果について説明する。
図２は、本発明の第１実施例による波力エネルギー変換装置の断面図である。
図２に示すように、第１実施例は、水面浮体１００の下部に移動回転部２１２を設け、地盤に固定回転部２１４を設けている。線形部材２２０の一側末端は地面に固定し、前記移動回転部２１２と固定回転部２１４を通過させた後、末端に水中浮体２３２を設置して、前記水中浮体２３２の浮力により線形部材２２０がぴんと張るようにする。
上記の構成の波力エネルギー変換装置は、波により前記水面浮体が上側に移動すると、その下部の移動回転部が上側に移動し、これによって線形部材の末端に設置された水中浮体が下側に移動するようになる。この際、前記水中浮体の移動距離は、水面浮体の移動距離の２倍になる。
ここで、前記水中浮体内に発電機が設置されており、前記発電機は、線形部材に連結され、前記線形部材の移動によって発電機が回転して発電がなされる。
図３は、本発明の第２実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。
第２実施例では、水面浮体１００の下部にただ１つの移動回転部２１２のみを設置し、線形部材２２０の一側末端は地面に固定し、他側末端は釣合い錘２３４を結合して線形部材がぴんと張るようにしている。
そして前記発電機３００は、前記移動回転部の一側に連結され、移動回転部の回転によって発電がなされる。
波により前記水面浮体が上側に上昇すると、前記移動回転部も上昇するようになり、これによって釣合い錘が上側に移動しながら移動回転部が回転して発電がなされる。この際も釣合い錘の移動距離は、水面浮体の移動距離の２倍になる。
図４は、本発明の第３実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。
図４は、図３の波力エネルギー変換装置において、発電機３００が釣合い錘２３４内にさらに設置されている。
図５は、本発明の第４実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。第４実施例は、移動回転部２１２を上側に２つ備え、下側に地面に固定された固定回転部２１４を備え、これらを組み合わせて線形部材２２０の移動距離をより増大させている。
図６は、本発明の第５実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。第５実施例では、上側に移動回転部２１２を１つ設け、下側に２つの固定回転部２１４を設けており、張力維持部材として水中浮体２３２を使用している。
図７は、本発明の第６実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。第６実施例では、第５実施例の張力維持部材としてスプリング２３６を使用している。前記スプリング２３６は、水面浮体１００と線形部材２２０に結合され、前記線形部材２２０がぴんと張るようにする。
図８は、本発明の第７実施例による波力エネルギー変換装置の構成図である。第７実施例では、スプリング２３６を線形部材２２０と地盤に結合して張力を維持している。
上記実施例以外にも、図９及び図１０に示されるように、様々な形態の複合回転部が使用できる。
ここで、発明の複合回転部は、水面浮体の移動距離に対して線形部材の移動距離を数倍に増加させる構成であれば、移動回転部のみの組み合わせや移動回転部と固定回転部の組み合わせ、或いは移動回転部や固定回転部の数に関係なくどのような組み合わせでも構わない。
１００ 水面浮体
２１０ 複合回転部
２１２ 移動回転部
２１４ 固定回転部
２２０ 線形部材
２３２ 水中浮体
２３４ 釣合い錘
２３６ スプリング
３００ 発電機
３１０ 変速ギア
４００ 地盤
２１０ 複合回転部
２１２ 移動回転部
２１４ 固定回転部
２２０ 線形部材
２３２ 水中浮体
２３４ 釣合い錘
２３６ スプリング
３００ 発電機
３１０ 変速ギア
４００ 地盤
Claims (8)
- 浮力により水面に露出し、波により上下に移動する水面浮体と、
前記水面浮体と地盤に結合され、移動回転部からなるか、または移動回転部と固定回転部との組み合わせからなる複合回転部と、前記複合回転部に連結され、前記水面浮体の移動によって往復移動する線形部材と、前記線形部材の末端に結合され、前記線形部材を引っ張ってぴんと張るようにする張力維持部材からなり、前記水面浮体の上下移動距離に対して複合回転部の作用により線形部材が数倍の往復移動距離を有するようにする動作部と、
前記動作部または水面浮体に設置され、前記線形部材の往復移動により伝達される波力エネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換部とを有して構成されることを特徴とする波力エネルギー変換装置。 - 前記線形部材はワイヤロープであり、移動回転部と固定回転部は滑車であることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記線形部材はチェーンであり、前記移動回転部と固定回転部はチェーンホイールであることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記エネルギー変換部は、前記線形部材の往復運動により電気エネルギーを生成する発電機であることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記発電機は変速ギアを備えて、回転速度を増加させるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記エネルギー変換部はポンプを備えて、流体を取水するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記エネルギー変換部は、圧縮機と圧力容器を備え、流体を圧縮して保存していることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
- 前記張力維持部材は、線形部材の末端に結合された釣合い錘、スプリング、浮力により線形部材を上側に引っ張る水中浮体のうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載の波力エネルギー変換装置。
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