JP2013002440A - 浮力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波による浮体の上下運動を歯付ベルトと直交する歯付プーリから伝動機構によって、回転運動にかえる。この場合、浮力は任意の大きさに設定できるが、使用可能な波の周期は、長周期であり浮体の動作が緩慢になる。
【解決手段】浮体に取り付けられた歯付プーリと、両端固定で歯付プーリと直交する歯付ベルトにおいて、歯付プーリの回転方向を正逆とし、浮体の上下運動の動きを回転に変えた伝動装置により、一方向の回転にして発電機につたえる。
【選択図】図３

Description

本発明は波の高低差を機械的にとらえて回転力に変換し、さらに発電機により動力を発生させる浮力発電装置に関するものである。

従来から浮力発電装置については、空気エネルギに変換する方式、機械的なエネルギに変換する方式など、いろいろな提案がなされている。
たとえば、特許文献１には固定フレーム１と該固定フレームに取り付けられる浮力構造物２０と、固定フレーム１に回転自在に取り付けられる発電機回転軸２と、一方向クラッチ６を経て発電機回転軸２に連動するように接続される回転駆動部９と、固定フレームの一部分に対して回転自在に取り付けられる３点リンクと、該３点リンクの一つの自由端に取り付けられる浮き４と、一端が前記３点リンクの他の自由端に接続され、他端が前記回転駆動部にまきつけられるロープ５と、発電機回転軸２に取り付けられるフライホイール１２と一端が固定フレームに、他端が回転駆動部に接続される弾性回復手段とを含むことを特徴とする波力発電システムという合理的な手段で安定した電力を取り出す装置が記載されている。

しかし、この特許文献１の方法は３点リンクと浮きを多数取り付ける必要があり、機構が複雑で部品コストが高い上に、メンテナンスにも多大の時間と労力がかかる問題点があった。
また、特許文献２には、プーリに巻かれたワイヤを引っ張ることにより発電すると記載されているが、ブイの上昇時のみの発電で、下降時はワイヤを逆にモータで巻き取らなければならない。

波の浮力による発電装置は、波の上下運動に対して、定点からの相対動作を装置内部に捕らえることが、望ましい。

特表２００７−５２８４６３ 特開２０１１−２７０２１

本発明は、たとえば海底とか、防波堤とか、定点を定めて機械的に、確実動作が行える浮力発電装置を提供する。
ガイドレールのある自立柱５０と、ガイドローラ３１の転動によって上下する浮体３０がある。自立柱５０に垂直、平行に２本の歯付ベルト２ａ、２ｂを張り、前記浮体３０に設けた歯付プーリ１ａ、１ｂを図１に示すようにガイド輪３で歯付ベルト２ａ、２ｂを囲み、かみ合わせる。

歯付ベルト２ａ、２ｂは自立柱５０に取り付けられ、ベルト端１５、１６が、歯付ベルト２ａ、２ｂの緊張を保つように自立柱５０に取り付けられる。
波の上下運動により、浮体３０は上下し、その都度歯付プーリ１ａ、１ｂは、例えば上昇時、正転すれば、下降時、逆転するというように、交互に正逆の回転を繰り返す。

図１（右）に示す歯付ベルト２ａと図４に示す歯付ベルト２ｂの２本が、図２の平面の配置図に示すように配置される。

動力として取り出せる波の周期は約１０秒〜３０秒であり、浮体３０が一回に動く上下動は最大３０秒を要する。
浮力により生ずる上下動の力は、浮体３０の自重および排水量により任意に設定できるが、得られる歯付プーリ１ａ，１ｂの回転速度は断続的であり、緩慢すぎて発電機への接続には適さない。

以下、動力の伝達手段につき詳しく説明する。
例えば、歯付プーリ１ａは浮体の上昇時、正転すれば下降時に逆転する。歯付プーリ１ｂは上昇時逆転となり、下降時は正転となる。

また、増速のために設けたギア４は歯付プーリ１ａと直結しておりギア４とピニオン５ａがかみ合っているため回転方向が逆となる。同様にギア４は歯付プーリ１ｂと直結しており、ピニオン５ｂがかみ合っているため回転方向が逆になる。
従って、ピニオン５ａは上昇時、逆転し、下降時、正転となる。ピニオン５ｂは上昇時、正転し、下降時逆転となる。

ところで、軸７は、ピニオン５ａ、ピニオン５ｂおよび一方向クラッチ６ａ、一方向クラッチ６ｂを同軸上に嵌合している。
ピニオン５ａとピニオン５ｂは軸７とは空転の状態にあり、一方向クラッチ６ａと一方向クラッチ６ｂは軸７と結合している。

さて、浮体の上昇時には軸７上でピニオン５ａは逆転し、ピニオン５ｂは正転する。浮体の下降時には軸７上でピニオン５ａは正転し、ピニオン５ｂは逆転する。
ここで、一方向クラッチ６ａと一方向クラッチ６ｂが正転時にＯＮの形をとれば、浮体上昇時はピニオン５ａが逆転し、ピニオン５ｂが正転する。ピニオン５ａが逆転しても軸７とは空転する。ピニオン５ｂが一方向クラッチ６ｂが軸７と結合しているから、軸７は正回転する。

浮体下降時は上昇時とは逆になり、軸７上ではピニオン５ａが正転し、一方向クラッチ６ａと結合し、軸７は回りつづける。ピニオン５ｂは逆転し空転する。
即ち、軸７は浮体の上昇時も下降時も正回転をつづけることになる。

軸７を延長してプーリ８を軸７に固着する。１例としてプーリ８を歯付プーリ８とすれば歯付ベルト１０を介して歯付プーリ９とつながる。歯付プーリ９は軸１１に固着される。
軸１１の一端はフライホイール１２に固着され、他端は発電機１４の軸とカップリング１３により接続される。

ギア４とピニオン５ａ、ピニオン５ｂによる増速と歯付プーリ８と歯付プーリ９による２段の増速を経て軸１１に固着されたフライホイール１２は十分フライホイール効果を得る回転数を維持できる。
浮体３０の上昇から下降への切り替え時の速度低下はわずかなものになる。

前記、歯付ベルト２ａ、２ｂによる回転力発生機構は、浮体３０と自立柱５０の製作誤差による歪を可撓性のある歯付ベルト２ａ、２ｂで緩和する意図によるもので、これに代わるものとして、十分強固なラックとピニオンにかえてもよい。

浮体３０の上昇および下降に対して、歯付ベルト２ａ、２ｂと歯付プーリ１ａ、１ｂがスリップのない動力伝達を行い、増速して連続回転を行うことができる。
また、浮体３０の上下動のストロークは歯付プーリ１ａ、１ｂの移動距離に等しく、機械効率は伝動部の摩擦損失のみの高効率である。

歯付ベルト、歯付プーリの組立図 浮体の平面図 本発明の立面図 歯付ベルト、歯付プーリの組立図 自立柱見取り図 Ｔ溝ナット

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
本発明は海底に固定されて垂直に立つ自立柱５０と自立柱５０をガイドとし、上下に移動可能な浮体３０とから成り立っている。

自立柱５０は、１例としてＨ形鋼を柱５０とする。海底に、十分な外力に耐える構造の底板５１を設け柱５０と固着する。
図５に示すように、自立柱５０上端に腕５２を、柱５０下方に腕５３を固着する。

腕５２は、横２列に配置、夫々の腕５２にはＴ溝５４を設け、図６に示すＴ溝ナット５５が取り付けられる。上面に穴５６があけられる。

腕５３も２列に配置され夫々の側面に、ネジ穴５７を設ける。
歯付ベルト２ａ、２ｂは、自立柱５０と平行に金具１５が腕５２に取り付き、金具１６が腕５３に取り付く。
自立柱５０下方の腕５３のネジ穴５７に、金具１６のボルト１９がはまり、腕５３と金具１６が固定される。

自立柱５０上端の腕５２の穴５６にボルト１７を挿入し、ナット２０で締め付けると金具１５は上方に引かれ、歯付ベルト２ａ、２ｂが緊張状態でボルト１８により固定される。
歯付プーリ１ａ、１ｂは歯付ベルト２ａ、２ｂと図１、図４のようにかみ合い、浮体３０上に配置される。

歯付プーリ１ａ、１ｂは、ギア４と一体構造となっており、ギア４に回転が伝わる。
軸７に嵌合されたピニオン５ａ、５ｂは空転し、一方向クラッチ６ａ、６ｂは結合されており、回転方向が同一になる。軸７からプーリ８を通してプーリ９に増速して動力がつたわり、軸１１が回転する。軸１１は発電機入力軸と同心軸である。速度変動率を向上させるために同軸にフライホイール１２が取り付けられる。

１ａ 歯付プーリ
１ｂ 歯付プーリ
２ａ 歯付ベルト
２ｂ 歯付ベルト
３ ガイド輪
４ ギア
５ａ ピニオン
５ｂ ピニオン
６ａ 一方向クラッチ
６ｂ 一方向クラッチ
７ 軸
１２ フライホイール
１４ 発電機
３０ 浮体
５０ 自立柱

Claims (1)

1. 浮体３０に横置した歯付プーリ１ａ（１ｂ）と、直交して自立柱５０に両端固定して前記歯付プーリ１ａ（１ｂ）とかみ合う垂直２列の歯付ベルト２ａ（２ｂ）において、歯付プーリ１ａ（１ｂ）の回転方向を、たとえば１ａを正回転、１ｂを逆回転とし、浮体３０の上下運動を上下ともに回転力としてとらえ、伝動機構を介して回転方向を同じ向きに統一して動力を発電機１４に伝える浮力発電装置。

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