JP2011196363A - 波力発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】汀斜面に敷設した基底板に浮子板の基端部を支承し、同浮子板の自由端側を水平位と直立位との間に往復揺動可能とし、汀斜面へ往復する極浅海波の波力及び浮子板への浮力により水平位と直立位との間に揺動する浮子板の往復揺動力を、伝動機構を介して発電機へ伝動し、発電する機能と、浮子板の直立位において、極浅海波を受け止めて越波量及び波圧を低減する消波機能とを兼有する波力発電機を提供することとしている。
【解決手段】汀斜面に沿い敷設した基底板上に支承台を立設し、浮子板の基端部を支承し、自由端側を水平位と、直立位との間に往復揺動自在となし、汀斜面へ往復する極浅海波の波力と浮子板への浮力により水平位と直立位との間に往復揺動する浮子板の往復揺動力を、リンク伝動機構を介して発電機へ伝動して発電する機能と、浮子板の直立位において、極浅海波を受け止めて越波量及び波圧を低減する消波機能とを兼有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、汀渚に基部を支承した浮子板の自由端側を揺動可能とし、汀渚に接近する極浅海波と、汀渚より退去する極浅海波との波力及び浮力を受けて自由端を昇降揺動する浮子板の揺動力により発電機を駆動して電力を得る波力発電機に関する。

浮体アームに支持した浮体の、波浪による上下揺動を、固定側の支柱に支持する内歯車と、揺動側の浮体アームに軸支する入力歯車とをかみ合わせて駆動可能とし、同入力歯車の回転力をクラッチ等の伝導機構を介して発電機を駆動する方式の波力発電機が提示されているが、揺動側の入力歯車と固定側の内歯車ならびにクラッチ等の伝導機構の防水・保護手段の実施に難点があり、安全対策及び維持管理が困難になる傾向がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、波浪による浮体の上下揺動を、リンク機構及び固定構造物側の油圧モーターを介して発電機を駆動する「海陽」と呼称する大型の波力発電実験装置の実施例があるが、大型の装置を波高の大きい沖合に設置するため、沖合への運搬及び設置工事費が嵩み、安全対策・維持管理が困難になる傾向がある（例えば、非特許文献１参照。）。

特開平１０−１８９５７ 財団法人日本造船振興財団海洋環境技術研究所編：波力発電『海陽』

本発明は、上記背景技術の波力発電装置における、それぞれの欠点を除き、汀斜面に敷設した基底板に浮子板の基端部を支承し、同浮子板の自由端側を水平位と直立位との間に往復揺動可能とし、汀斜面へ往復する極浅海波の波力及び浮子板への浮力により水平位と直立位との間に揺動する浮子板の往復揺動力を、伝動機構を介して発電機へ伝動し、発電する機能と、浮子板の直立位において、極浅海波を受け止めて越波量及び波圧を低減する消波機能とを兼有する波力発電機を提供することとしている。

上記目的を達成するために、本発明の波力発電機は、汀斜面に沿い基底板を敷設し、同底板に立設した支承台に、浮体構造板状の浮子板の基端部を支承し、自由端側を水平位と、直立位との間に往復揺動自在となし、該浮子板上に具設した杆継手と、波浪より隔離して同基底板上位に設置した発電機の入力軸に横設したクランクの回動端との間を、連杆により連結してリンク伝動機構を構成してなり、浮子板は、汀側へ向かう極浅海波の波力及び浮子板への浮力により自由端を水平位より直立位へ揺動し、直立位において同波力を受け止め、越波量及び波圧を低減する消波機能により波頭ないし砕波が降下すると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、自由端を水平位へ復帰し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、自由端を水平位と直立位との間に往復揺動する浮子板の往復揺動力を、リンク伝動機構を経て発電機へ伝動して発電する発電機能を呈し、該発電機能と上記消波機能とを兼有している。

上記構成の波力発電機において、さらに、基底板の浜側と沖側の両辺の端部を下方へ屈曲し、先端部を折り返して尖根状に形設した杙板を具設してなり、該杙板を汀渚層深部へ貫入し、拘持状に同基底板を敷設して、汀渚層を保護可能としている。

上記構成の波力発電機において、さらに、基底板上の支承台側部に沿い、波受板を立設してなり、該波受板は、汀側へ向かう極浅海波を受けて上向きに偏向して浮子板上面への越流を抑止し、下面に波力を受けて自由端を直立位側へ揺動して同波力を受け止めると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、自由端を水平位側へ揺動するとき、波受板の頂位において浮子板の基部を衝止して同浮子板を水平位に保持し、次に受ける極浅海波を待機することとしている。

上記構成の波力発電機において、さらに、浮子板の直立位後背部に近接して、同基底板上に衝止板を立設してなり、汀側へ向かう極浅海波を受けて直立位へ揺動する同浮子板の後背部を衝止板の側面において衝止し、同浮子板は、直立位において、同浅海波を受け止め、波頭ないし砕波を降下すると共に、沖側へ向かう極浅海波の波力と浮力により自由端を降下するとき、同衝止板による衝止を解除して水平位へ復帰可能としている。

上記構成の波力発電機において、前記浮子板は、極浅海波の進行方向に沿う断面形状を浮体構造の翼型とする翼型浮子板を転用してなり、これにより、該翼型浮子板は、自由端が水平位に在り、汀側へ向かう低波高の極浅海波を受けるとき、上面への越流がなく、下面にのみ波圧を受けて直立位への揺動行程中途の中間位へ揺動するが、彎曲状の上面へ越流する高波の極浅海波を受けるとき、上面の波圧が下面の波圧より低減する翼型特性により、同浮子板は下面の波圧により中間位側へ傾動し、波の流線が上面より剥離して波圧を低減すると共に、急速に自由端を直立位側へ揺動し、直立位の同浮子板は、同極浅海波を受け止め、越波量と波圧を低減して消波作用を呈し、波頭ないし砕波が降下すると共に、沖側へ向かう極浅海波との波力及び浮子板への浮力を受け、自由端を水平位へ揺動し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、水平位と直立位との間に往復揺動する浮子板の往復揺動力を、リンク伝動機構を経て発電機へ伝動して発電可能としている。

本発明の波力発電機は、汀斜面に敷設した基底板上に支承する浮子板は、極浅海波の波力により、水平位と直立位との間に往復揺動して得られる往復揺動力を、リンク機構により、波浪より隔離して設置した発電機へ伝動し、発電する機能と、直立位の浮子板において、極浅海波の波頭ないし砕波を受け止めて越波量及び波圧を低減する消波機能とを兼有している。

本発明の波力発電機は、敷設の立地条件として、沿岸波浪の年平均波高０．５ｍないし１ｍ級の沿岸汀渚に設定することが望ましく、本邦各地の沿岸に敷設適地が多い。

本発明の波力発電機は、汀斜面に敷設し、極浅海波の波力により発電する比較的小規模の簡易な装置であって、機材の運搬が容易、且つ、敷設工事が簡易で工事費を低廉に抑えることができる。

本発明の波力発電機は、極浅海波の波圧を受け、直立位へ揺動して波圧を反射し、越波量及び波圧を低減して消波作用を呈するが、極浅海波又は干潮時においては、浮子板を水平位へ揺動し、海面上への露出部分を最低限に留めており、周辺環境の景観を損なうことのない消波装置とすることができる。

汀斜面に敷設する基底板は、底部面積を大きくして荷重支持圧力を低減すると共に、両辺の端部を下方へ屈曲し、先端部を折り返して尖根状に形設した杙板を、汀斜面の深層深部へ貫入して拘持状に敷設すると共に、汀斜層を保護して波浪の侵食を防ぐことができる。

上記基底板上の支承台側部には、波受板を立設しており、該波受板は、極浅海波を受けて上向きに偏向し、浮子板上面への越流を抑止し、下面に波圧を受けて直立位側へ揺動し、次いで、沖側への極浅海波を受けて水平位側へ揺動するとき、波受板の頂位において浮子板の基部を衝止して同浮子板を水平位に保持し、次の極浅海波に対して待機することができる。

さらに、基底板上には、浮子板の直立位後背部に近接して、衝止板を立設しており、極浅海波を受けて直立位へ揺動する同浮子板の後背部を同衝止板の側面において衝止し、同浮子板は、直立位において、同極浅海波を反射し、消波作用を呈して波頭ないし砕波を降下し、続いて、沖側への極浅海波を受けて降下側へ揺動するとき、同衝止板による衝止が解除されて水平位へ揺動することができる。

上記浮子板は、波浪の進行方向に沿う縦断面形状を浮体構造の翼型とする翼型浮子板を転用することができる。 これにより、該翼型浮子板は、自由端が水平位にあり、低波高の極浅海波を受けるとき、上面への越流がなく、下面にのみ波圧を受けて直立位へ揺動するが、上面へ越流する高い波高の極浅海波を受けるときは、翼型浮子板の翼型特性により、彎曲面の同板上面への波圧が下面の波圧より低下し、下面への波圧により、急速に同板の自由端を直立位へ揺動し、同浮子板は、直立位において、極浅海波を受け止めて波頭ないし砕波を降下すると共に、沖側への極浅海波の波力と同板への浮力により水平位へ揺動し、汀側と沖側へ反復する極浅海波により水平位と直立位間に往復揺動する同浮子板の往復揺動力により、リンク伝動機構を介して発電機を駆動し、発電することができる。

汀斜面に敷設した基底板上の支承台に、浮子板を、水平位と直立位との間に揺動自在に支承し、水平位における同浮子板を、汀側へ向かう極浅海波の波力及び浮力により、上向きの直立位へ揺動し、同波を直立位の浮子板は、同極浅海波を受け止めて、越波量及び波力を低減して消波作用を呈し、続いて、沖側への極浅海波の波力と同浮子板への浮力とにより、水平位へ揺動し、汀側と沖側へ反復する極浅海波の波力及び浮子板の浮力により、水平位と直立位との間を揺動する浮子板の往復揺動力を、波浪より隔離して設置した発電機へ、リンク伝動機構を介して伝動して発電可能としている。

図１ないし図５において、本発明波力発電機の一実施例を示し、汀斜面に沿い基底板（１）を敷設し、同底板に立設した支承台（２）に、浮体構造板状の浮子板（３）の基端部を支承し、自由端側を水平位（Ｈ）と、直立位（Ｖ）との間に往復揺動自在となし、該浮子板上に具設した杆継手（３１）と、波浪より隔離して同基底板上位に設置した発電機（５）の入力軸（５１）に横設したクランク（５２）の回動端との間を、連杆（３２）により連結してリンク伝動機構（Ｌｍ）を構成してなり、浮子板（３）は、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）の波力及び浮力により自由端を水平位（Ｈ）より直立位（Ｖ）へ揺動し、直立位において同極浅海波を受け止め、越波量及び波圧を低減する消波機能により、波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）が降下すると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、水平位（Ｈ）へ復帰し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、水平位と直立位との間に往復揺動する浮子板（３）の往復揺動力を、リンク伝動機構（Ｌｍ）を経て発電機（５）へ伝動して発電する発電機能を呈し、該発電機能と上記消波機能とを兼有することとしている。

実施例１記載の波力発電機において、さらに、基底板（１）の浜側と沖側の両辺の端部を下方へ屈曲し、先端部を折り返して尖根状に形設した杙板（１１）を具設してなり、該杙板を汀渚層深部へ貫入し、拘持状に同基底板を敷設して汀渚層を保護可能としている。

実施例２記載の波力発電機において、さらに、基底板（１）上の支承台（２）側部に沿い、波受板（４）を立設してなり、該波受板は、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）を受けて上向きに偏向して浮子板（３）上面への越流を抑止し、浮子板は、下面に波力を受けて直立位（Ｖ）側へ揺動して同波力を受け止めると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板の浮力により、水平位（Ｈ）側へ復帰するとき、波受板（４）の頂位において同浮子板の基部を衝止して同浮子板を水平位に保持し、次に受ける極浅海波に対して待機することとしている。

実施例３記載の波力発電機において、さらに、浮子板（３）の直立位（Ｖ）後背部に近接して、同基底板上に衝止板（１２）を立設してなり、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）を受けて水平位（Ｈ）より直立位（Ｖ）へ揺動する同浮子板の後背部を衝止板の側面において衝止し、同浮子板は、直立位（Ｖ）において、同浅海波を受け止め、前記消波機能により、波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）を降下すると共に、沖側への極浅海波の波力と浮子板の浮力により水平位側へ降下するとき、同衝止板による衝止を解除して水平位へ復帰可能としている。

実施例４記載の波力発電機において、前記浮子板（３）の代わりに、極浅海波（Ｗｓ）の進行方向に沿う断面形状を浮体構造の翼型とする翼型浮子板（３０）を転用してなり、これにより、該翼型浮子板は、水平位（Ｈ）に在って、汀側へ向かう低波高の極浅海波（Ｗｓ）を受けるとき、上面への越流がなく、下面にのみ波圧を受けて直立位への揺動行程中途の中間位（Ｍ）へ揺動するが、彎曲状の上面へ越流する高波の極浅海波（Ｗｓ）を受けるときは、彎曲面の上面への波圧が下面の波圧より低減する翼型特性により、同浮子板は下面の波圧により中間位（Ｍ）側へ揺動し、同波の流線が上面より剥離して波圧を低減すると共に、急速に自由端を直立位（Ｖ）へ揺動し、同浮子板は、直立位において、同極浅海波を受け止め、越波量と波圧を低減して消波作用を呈し、波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）が降下すると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、水平位（Ｈ）へ揺動し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、水平位と直立位側との間に往復揺動する浮子板（３）の往復揺動力を、リンク伝動機構（Ｌｍ）を経て発電機（５）へ伝動して発電可能としている。

上記波力発電機の特性として、浮子板（３）又は翼型浮子板（３０）の往復揺動力を発電機（５）へ伝動すると、発電機は正・逆両方向に反復駆動されて正・逆位相の電力が得られ、また、利用可能な浅海波の変動及び潮位ないし風力による波力の変化等による出力変動があるため、発電する電力特性に応じて、順・逆変換整流方式、充放電制御、独立蓄電方式ならびにインバーター等のパワーコンディショナーを適用して、一般用電源として応用することができる。

本発明波力発電機の浮子板（３）の水平位（Ｈ）における、側方より視る立面図であって、仮想線により浮子板（３）の中間位（Ｍ）及び直立位（Ｖ）を示す。 図１のＡ矢から視る平面図である。 図１の浮子板（３）直立位（Ｖ）における側方より視る立面図である。 本発明波力発電機の翼型浮子板（３０）水平位（Ｈ）における、側方より視る立面図であって、仮想線により同翼型浮子板の中間位（Ｍ）及び直立位（Ｖ）を示す。 図４のＣ矢から視る平面図である。 図４の翼型浮子板（３０）の直立位（Ｖ）における側方より視る立面図である。 図３のＢ矢及び図６のＥ矢から視る立面図である。 図５のＤ−Ｄ矢における翼型浮子板（３０）の翼型断面図である。

１ 基底板
１１ 杙板
１２ 衝止板
２ 支承台
２１ 支軸
３ 浮子板
３０ 翼型浮子板
３１ 杆継手
３２ 連杆
４ 波受板
５ 発電機
５１ 入力軸
５２ クランク
Ｌｍ リンク伝動機構（杆継手３１、連杆３２、クランク５２及び入力軸５１による）
Ｈ 水平位（浮子板、翼型浮子板の）
Ｍ 中間位（浮子板、翼型浮子板の）
Ｖ 直立位（浮子板、翼型浮子板の）
Ｓｓ 汀渚層
Ｗｓ 極浅海波
Ｗｃ 波頭
Ｗｂ 砕波

Claims (5)

1. 汀斜面に沿い基底板（１）を敷設し、同底板に立設した支承台（２）に、浮体構造板状の浮子板（３）の基端部を支承し、自由端を水平位（Ｈ）と、直立位（Ｖ）との間に往復揺動自在となし、該浮子板上に凸設した杆継手（３１）と、波浪より隔離して同基底板上位に設置した発電機（５）の入力軸（５１）に横設したクランク（５２）の回動端との間を、連杆（３２）により連結してリンク伝動機構（Ｌｍ）を構成してなり、浮子板（３）は、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）の波力及び浮子板への浮力により自由端を水平位（Ｈ）より直立位（Ｖ）へ揺動して同波を受け止め、越波量及び波圧を低減する消波機能により波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）が降下すると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、水平位（Ｈ）へ復帰し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、水平位と直立位との間に往復揺動する浮子板（３）の往復揺動力を、リンク伝動機構（Ｌｍ）を経て発電機（５）へ伝動して発電する発電機能を呈し、該発電機能と上記消波機能とを兼有することを特徴とする波力発電機。
2. 請求項１記載の波力発電機において、さらに、基底板（１）の浜側と沖側の両辺の端部を下方へ屈曲して先端部を折り返し、尖根状に形設した杙板（１１）を具設してなり、該杙板を汀渚層深部へ貫入して同基底板を汀渚層上に敷設することを特徴とする波力発電機。
3. 請求項２記載の波力発電機において、さらに、基底板（１）上の支承台（２）側部に沿い、波受板（４）を立設してなり、該波受板は、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）を受けて上向きに偏向し、浮子板（３）上面への越流を抑止し、下面に波力を受けて直立位（Ｖ）側へ揺動し、同極浅海波を受け止めると共に、沖側への極浅海波の波力及び浮子板への浮力により、自由端を水平位（Ｈ）側へ揺動するとき、波受板（４）の頂位において浮子板（３）の基部を衝止して同浮子板を水平位（Ｈ）に保持可能とすることを特徴とする波力発電機。
4. 請求項３記載の波力発電機において、さらに、浮子板（３）の直立位（Ｖ）の後背部に近接して、基底板（１）上に衝止板（１２）を立設してなり、汀側へ向かう極浅海波（Ｗｓ）を受けて直立位（Ｖ）へ揺動する浮子板の後背部を衝止板の側面において衝止し、同浮子板は、直立位において、極浅海波を受け止め、波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）を降下すると共に、沖側への極浅海波の波力と浮子板への浮力により自由端を降下するとき、同衝止板による衝止を解除して水平位（Ｈ）へ復帰可能とすることを特徴とする波力発電機。
5. 前記浮子板（３）は、極浅海波（Ｗｓ）の進行方向に沿う断面形状を浮体構造の翼型とする翼型浮子板（３０）を代替転用してなり、これにより、該翼型浮子板は、自由端が水平位（Ｈ）に在り、汀側へ向かう低波高の極浅海波（Ｗｓ）を受けるとき、上面への越流はなく、下面にのみ波圧を受けて直立位への揺動行程中途の中間位（Ｍ）へ揺動するが、彎曲状の上面へ越流する高波の極浅海波（Ｗｓ）を受けるときは、上面への波圧が下面の波圧より低減する翼型特性により、同浮子板は下面の波圧により中間位（Ｍ）側へ揺動し、同波の流線が上面より剥離して波圧を低減するため、急速に自由端を直立位（Ｖ）側へ揺動し、同浮子板は、同極浅海波を受け止め、越波量と波圧を低減して消波作用を呈し、波頭（Ｗｃ）ないし砕波（Ｗｂ）が降下すると共に、沖側への極浅海波の波力及び同浮子板への浮力により、水平位（Ｈ）へ復帰し、汀側と沖側へ往復する極浅海波により、水平位と直立位側との間に往復揺動する浮子板（３）の往復揺動力を、リンク伝動機構（Ｌｍ）を経て発電機（５）へ伝動して発電可能とすることを特徴とする請求項４記載の波力発電機。

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