JP2013019409A

JP2013019409A - 波力発電装置

Info

Publication number: JP2013019409A
Application number: JP2011230922A
Authority: JP
Inventors: Hyuck-Min Kweon; ヒュク−ミンクウォン; Oh-Kyun Kwon; オ−キュンクォン; Jung-Lyul Lee; ジュン−リュルイ; Sang-Shin Park; サン−シンパク; Il-Hyoung Cho; イル−ヒョンチョ
Original assignee: Gyeongju University Education and Industry Cooperation
Current assignee: Gyeongju University Education and Industry Cooperation
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: KR20130008336A; US8704395B2; EP2546509A2; EP2546509A3; JP5478582B2; CN102878006B; US20130015664A1; KR101258063B1; CN102878006A

Abstract

【課題】波面の波の運動エネルギーを高効率で電気エネルギーに変換する波力発電装置を提供する。
【解決手段】本発明は、アンカーを杭として採用する。チェーンの両端を杭と浮遊体とに固定するが、チェーンを空気が充填されたチューブで密封して覆う。一端が杭の内部と連通するように接続されており、他端が浮遊体に固定されて水面上に露出されている吸入管をチューブ内を貫通するように配置する。チューブ上部に一端が連通するように接続されている空気供給管の他端が浮遊体に固定されて露出される。このように波力発電装置を改良することにより、チェーンの自重を減らして、波の運動による浮遊体の上向きの運動を妨害しないようにし、浮遊体の上下移動量を従来の共振タイプの波力発電装置より増大させることができる。また、アンカーを従来より容易に設置および解体することを可能にして、共振タイプの波力発電装置の移動を容易に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、波力発電装置に関するものであり、波面の波の運動エネルギーを高効率で電気エネルギーに変換する波力発電装置に関する。

波の運動エネルギーを利用して発電する方式は、２種類ある。第１の方式は、互いに相対運動する２つの浮遊体間に永久磁石とコイルを介在させて波力発電装置を作る方式、そして第２の方式は、１つの浮遊体内に重量物を配置して互いに相対運動する前記重量物と前記浮遊体との間に永久磁石とコイルとを介在させて波力発電装置を作る方式である。

第１の方式は、互いに相対運動する２つの浮遊体が必要で、一方の浮遊体は海底に固定されなければならず、他方の浮遊体は波面に浮遊していなければならず、また、２つの浮遊体間に水密的な状態で相対運動を許容しなければならないため、構造的に複雑で、維持保守が難しいという問題点を有している。

第２の方式は、海底に固定される一つの浮遊体だけが必要で、この一つの浮遊体だけを水密的な構造とすれば良いため、第１の方式より構造的に単純で維持保守が容易という長所を有しているため、近年は第１の方式よりも波力発電装置に用いられている。

前記の第２の方式は、前記重量物の上下移動量（振幅）を増大させるために、前記重量物を前記浮遊体内で弾性体によって支持し、前記重量物を加振する波の振動数に前記弾性体の不減衰固有振動数を合わせて、弾性体と波との間の共振現象を起こし、重量物の上下移動量を最大にして発電効率を増大させる構造からなっており、その一例が特許文献１に開示されている。

このような共振現象を起こす波力発電装置は、沿岸に複数個配置されて海底にアンカーとワイヤーとによって固定されるようになっている。その理由は、前記波力発電装置が波の流れ方向に強く押されることを防ぐためである。

国際公開第２００５／０４０６０３号

しかし、前記の共振タイプの波力発電装置は、一端がアンカーに固定され、他端が浮遊体に固定されたチェーンの自重が波の動きによる浮遊体の上向きの運動を妨害して、浮遊体の上下移動量を小さくするという問題点を有する。

また、前記の共振タイプの波力発電装置は、アンカーが海底に打設されたコンクリートに埋め込まれているため維持保守のために陸上または船上に移動させる際、または設置されていた場所の波の運動が小さいため波の運動が大きい他の場所に移動させて設置する際に、その移動作業に相当の時間がかかり、さらに、作業者にとって非常に手間がかかるという問題を有する。

本発明は、前記の問題点を解決することを課題とする。

上記課題を達成するために、本発明の一態様は、永久磁石とコイルとを相対的に移動させて、前記コイルに誘導起電力を発生させて発電する発電ユニットを内部に密封して備えたケースと、前記ケースの上部を露出させた状態で前記ケースの下部に外接された浮遊体と、海底に設置される杭と、両端が前記浮遊体及び前記杭に固定されたチェーンとを備える波力発電装置であって、前記浮遊体の下部には、底面中央に重心を有するように重量物が配置されており、前記発電ユニットに備えられた重量体を支持する弾性スプリングは、波の運動の平均振動数に一致する不減衰固有振動数を有しており、前記杭は、底面が開放されており、天頂部が閉鎖されている筒型部と、前記天頂部の中央に配置されて前記チェーンの下端と連結される留め部と、及び前記天頂部に形成された貫通孔とを含んでおり、前記チェーンは、前記チェーンの両端を露出させた状態で可撓性のチューブ内に前記チューブの長さ方向に沿って延びて挿入されており、前記チューブ内には、可撓性の吸入管が前記チューブの長さ方向に沿って延びている状態で、前記吸入管の下部が前記チューブの下部を貫通して前記杭の貫通孔に連通可能に接続されており、また前記吸入管の上部は、前記チューブの上部を貫通して前記浮遊体の側壁に固定されており、前記チューブの上部は、上部が前記浮遊体の側壁に固定されている空気供給管の下部に連通可能に接続されており、前記空気供給管の上端と前記吸入管の上端とは、各キャップと着脱可能に密封して接続されていることを趣旨とする。

また、前記発電ユニットは、前記ケースの上部に固定して内接された上部ディスクと、前記ケースの下部に固定して内接された下部ディスクと、前記上部および下部ディスクの縁に両端が固定された複数個のガイド起立レールであって前記上部および下部ディスクの中心軸線を有して同一な位相差を置いて配置された前記複数個のガイド起立レールと、前記上部および下部ディスクの中央に両端が固定された一つの固定起立軸と、前記上部および下部ディスクの中心軸線方向から一定間隔を置いて配置され前記複数個のガイド起立レールに沿って上下に移動可能な一対のキャリア円板と、前記固定起立軸に固定して外接されており前記一対のキャリア円板に対して移動可能に内接された筒型の永久磁石と、前記一対のキャリア円板に上部および下部が固定されて前記永久磁石に対して移動可能に外接された筒型の重量体と、前記重量体に固定して外接されたコイルと、上部が前記上部ディスクに接触されており下部が前記一対のキャリア円板の上部キャリア円板に接触された複数個の上部弾性スプリングと、上部が前記一対のキャリア円板の下部キャリア円板に接触されており下部が前記下部ディスクに接触された複数個の下部弾性スプリングとを含んでいることを趣旨とする。

さらに、前記チェーンが貫通した前記チューブの両端部位は、前記チェーンに対して密封して接続されており、前記吸入管の上部と下部とが貫通する前記チューブの部位は、前記吸入管に対して密封して接続されていることを趣旨とする。

本発明は、アンカーを杭として採用する。チェーンの両端を前記杭と浮遊体とにそれぞれ固定するが、チェーンを空気が充填されたチューブで密封して覆う。一端が前記杭の内部と連通するように接続されており、他端が前記浮遊体に固定されて水面上に露出されている吸入管を前記チューブ内を貫通するように配置する。前記チューブ上部に一端が連通するように接続されている空気充填管の他端が前記浮遊体に固定されて露出される。このように波力発電装置を改良することにより、前記課題を解決することができる。

本発明は、前記のような課題解決手段により、チェーンの自重を減らして、波の運動による浮遊体の上向きの運動を妨害しないようにし、浮遊体の上下移動量を従来の共振タイプの波力発電装置より増大させることができ、また、前記杭を従来より容易に設置および解体することを可能にして、共振タイプの波力発電装置の移動を容易に行うことができる。

本発明の実施形態の波力発電装置を示した投影正面図である。図１の発電ユニットを示した投影正面図である。図１の波力発電装置を設置した際の状態を示した説明図である。図１の波力発電装置を移動させる際の状態を示した説明図である。

以下、本発明にかかる実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の波力発電装置１００は、図１及び図２に示すように、永久磁石４６とコイル４８とを相対的に移動させて前記コイル４８に誘導起電力を発生させて発電する発電ユニット４０を内部に密封して備えたケース１０と、前記ケース１０の上部を露出させた状態で前記ケース１０の下部に外接された浮遊体５０と、杭２０及び両端が前記浮遊体５０及び前記杭２０にそれぞれ固定されたチェーン３０とを含んでいる。

前記浮遊体５０は、底面中央に重心を有するように重量物５１が下部に配置されており、全体的にだるま形状をしている。
前記発電ユニット４０は、図１及び図２に示すように、前記ケース１０の上部に固定して内接された上部ディスク４１と、前記ケース１０の下部に固定して内接された下部ディスク４２と、前記上部および下部ディスク４１，４２の縁に両端が固定された複数個のガイド起立レール４３であって前記上部および下部ディスク４１，４２の中心軸線を有して同一な位相差を置いて配置された前記複数個のガイド起立レール４３と、前記上部および下部ディスク４１，４２の中央に両端が固定された一つの固定起立軸４４と、前記上部および下部ディスク４１，４２の中心軸線方向から一定間隔を置いて配置され前記複数個のガイド起立レール４３に沿って上下に移動可能な一対のキャリア円板４５と、前記固定起立軸４４に固定して外接されており前記一対のキャリア円板４５に対して移動可能に内接された筒型の永久磁石４６と、前記一対のキャリア円板４５に上部および下部が固定されて前記永久磁石４６に対して移動可能に外接された筒型の重量体４７と、前記重量体４７に固定して外接されたコイル４８と、上部が前記上部ディスク４１に接触されており下部が前記一対のキャリア円板４５の上部キャリア円板に接触された複数個の上部弾性スプリング４９ａと、上部が前記一対のキャリア円板４５の下部キャリア円板に接触されており下部が前記下部ディスク４２に接触された複数個の下部弾性スプリング４９ｂとを含んでいる。

前記上下部弾性スプリング４９ａ，４９ｂは、波力発電装置１００が設置される沿岸の波の運動の平均振動数に一致する不減衰固有振動数を有しているため、前記上下部弾性スプリング４９ａ，４９ｂと前記重量体４７との間に共振現象が生じて、前記重量体４７は平均的に上下移動量が最大になり、その結果、波力発電装置１００が最大容量の発電を効率的に得ることができるようになる。

前記杭２０は、図１及び図３に示すように、底面が開放されており、天頂部２１が閉鎖されている筒型部２２、前記天頂部２１の中央に配置されて前記チェーン３０の下端と連結される留め部２３、及び前記天頂部２１に形成された貫通孔２４を含んでいる。

前記チェーン３０は、前記チェーン３０の両端を露出させた状態で可撓性のチューブ６０内に前記チューブ６０の長さ方向に沿って延びるように挿入されている。
前記チェーン３０が貫通した前記チューブ６０の両端部位は、前記チェーン３０に対して密封して接続されている。

前記チューブ６０内には、可撓性の吸入管７０が前記チューブ６０の長さ方向に沿って延びている。
また、前記吸入管７０の下部は、前記チューブ６０の下部を貫通して前記杭２０の貫通孔２４に連通可能に接続されており、また前記吸入管７０の上部は、前記チューブ６０の上部を貫通して前記浮遊体５０の側壁に固定されている。

前記吸入管７０の上部と下部とが貫通される前記チューブ６０の部位は、前記吸入管７０に対して密封して接続されている。
また、前記チューブ６０の上部は、上部が前記浮遊体５０の側壁に固定されている空気供給管９０の下部に連通可能に接続されている。

前記空気供給管９０の上端と前記吸入管７０の上端とは、各キャップ９１，７１と着脱可能に密封して接続されている。
前記のように構成された波力発電装置は、次のように沿岸に設置できる。

先ず、図３に示すように、船上に空気供給源Ｐ１と吸入ポンプＰ２を準備しておく。
その後、チューブ６０、空気供給管９０、及び吸入管７０の内部が空の波力発電装置１００を船上に載せた後、波力発電装置１００が設置される沿岸に移動し、前記波力発電装置１００を水面に置くと共に、前記杭２０を沿岸の海底に置く。

次に、キャップ７１を前記吸入管７０から分離し、前記吸入管７０の上端を吸入流路管Ｌ２ｂを経由して前記吸入ポンプＰ２の吸入口に接続させ、前記吸入ポンプＰ２を稼動して前記杭２０内の海底にある水と土壌を吸入し前記杭２０外に排出させ、前記杭２０を海底に埋め込む。このとき、杭の内外部間の圧力差によって杭は海底に安定的に固定される。

次いで、前記吸入管７０の上端と前記吸入ポンプＰ２との接続を解除し、前記キャップ７１を前記吸入管７０の上端に接続させる。
その後、キャップ９１を前記空気供給管９０から分離して、前記空気供給管９０の上端を吐出管Ｌ１を経由して前記空気供給源Ｐ１の吐出口に接続させ、前記空気供給源Ｐ１を稼動して前記チューブ６０内に空気を充填してから、前記空気供給管９０の上端と前記空気供給源Ｐ１との接続を解除し、前記キャップ９１を前記空気供給管９０の上端に接続させる。

その結果、前記波力発電装置１００が図１に示すように、容易に沿岸に設置できる。
前記沿岸に設置された前記波力発電装置１００の浮遊体５０は、沿岸の波面の運動によって上下に振動するようになる。このとき、前記浮遊体５０の底面中央に重心を有するように重量物５１が前記浮遊体５０の下部に配置されていることにより、前記浮遊体５０が安定的に起立姿勢を維持すると共に、重量物の慣性によって前記波の運動の振幅よりも大きな振幅で前記浮遊体５０が上下に振動するようになる。ここで、前記浮遊体５０の上下振動は、重量が大きいチェーン３０は空気が充填されたチューブ６０内に挿入されて水中に配置されているため、浮力によってチェーン３０の重量が減少し、チェーン３０の重量によって障害を受けなくなる。

この状態で、前記上下部弾性スプリング４９ａ，４９ｂは、波力発電装置１００が設置される沿岸の波の運動の平均振動数に一致する不減衰固有振動数を有しているため、前記上下部弾性スプリング４９ａ，４９ｂと前記重量体４７との間に共振現象が発生し、前記重量体４７の上下移動量が平均的に最大になり、その結果、波力発電装置１００が最大容量の発電を効率的に得ることができるようになる。

前記の設置された波力発電装置１００が維持保守等の理由で移動するときは、図４に示されたように、前記キャップ７１を前記吸入管７０の上端から接続解除した後、前記吸入管７０の上端を吐出流路管Ｌ２ａを経由して前記吸入ポンプＰ２の吐出口に接続させ、前記吸入ポンプＰ２の吸入口を前記吸入流路管Ｌ２ｂを経由して水面中に接続させ水面の水が前記吸入管７０及び前記貫通孔２４を経由して前記杭２０内に充填されるようにするため、前記杭２０内外の圧力を同一にすると、前記チューブ６０の浮力によって前記チェーン３０が上昇するようになり、自重によって海底に埋め込まれている杭が海底から抜けるようになる。

このとき、前記チューブ６０の浮力が前記杭２０を海底から抜くようにする力よりも小さい場合は、前記キャップ９１が前記空気供給管９０の上端から接続解除され、前記空気供給管９０を経由して前記チューブ６０を通気させた後、前記チューブ６０を図示していない牽引機構を利用して持ち上げると、容易に前記杭２０が海底から抜け、前記チューブ６０を水面上に持ち上げ、船体に積んで前記波力発電装置１００を容易に移動できる。

１０…ケース、２０…杭、３０…チェーン、４０…発電ユニット、５０…浮遊体、６０…チューブ、７０…吸入管、９０…空気供給管、１００…波力発電装置。

Claims

永久磁石（４６）とコイル（４８）とを相対的に移動させて、前記コイル（４８）に誘導起電力を発生させて発電する発電ユニット（４０）を内部に密封して備えたケース（１０）と、
前記ケース（１０）の上部を露出させた状態で前記ケース（１０）の下部に外接された浮遊体（５０）と、
海底に設置される杭（２０）と、
両端が前記浮遊体（５０）及び前記杭（２０）に固定されたチェーン（３０）とを備える波力発電装置であって、
前記浮遊体（５０）の下部には、底面中央に重心を有するように重量物（５１）が配置されており、
前記発電ユニット（４０）に備えられた重量体（４７）を支持する弾性スプリングは、波の運動の平均振動数に一致する不減衰固有振動数を有しており、
前記杭（２０）は、底面が開放されており、天頂部（２１）が閉鎖されている筒型部（２２）と、前記天頂部（２１）の中央に配置されて前記チェーン（３０）の下端と連結される留め部（２３）と、及び前記天頂部（２１）に形成された貫通孔（２４）とを含んでおり、
前記チェーン（３０）は、前記チェーン（３０）の両端を露出させた状態で可撓性のチューブ（６０）内に前記チューブ（６０）の長さ方向に沿って延びて挿入されており、
前記チューブ（６０）内には、可撓性の吸入管（７０）が前記チューブ（６０）の長さ方向に沿って延びている状態で、前記吸入管（７０）の下部が前記チューブ（６０）の下部を貫通して前記杭（２０）の貫通孔（２４）に連通可能に接続されており、また前記吸入管（７０）の上部は、前記チューブ（６０）の上部を貫通して前記浮遊体（５０）の側壁に固定されており、
前記チューブ（６０）の上部は、上部が前記浮遊体（５０）の側壁に固定されている空気供給管（９０）の下部に連通可能に接続されており、
前記空気供給管（９０）の上端と前記吸入管（７０）の上端とは、各キャップ（９１，７１）と着脱可能に密封して接続されていることを特徴とする波力発電装置。
前記発電ユニット（４０）は、
前記ケース（１０）の上部に固定して内接された上部ディスク（４１）と、
前記ケース（１０）の下部に固定して内接された下部ディスク（４２）と、
前記上部および下部ディスク（４１，４２）の縁に両端が固定された複数個のガイド起立レール（４３）であって前記上部および下部ディスク（４１，４２）の中心軸線を有して同一な位相差を置いて配置された前記複数個のガイド起立レール（４３）と、
前記上部および下部ディスク（４１，４２）の中央に両端が固定された一つの固定起立軸（４４）と、
前記上部および下部ディスク（４１，４２）の中心軸線方向から一定間隔を置いて配置され前記複数個のガイド起立レール（４３）に沿って上下に移動可能な一対のキャリア円板（４５）と、
前記固定起立軸（４４）に固定して外接されており前記一対のキャリア円板（４５）に対して移動可能に内接された筒型の永久磁石（４６）と、
前記一対のキャリア円板（４５）に上部および下部が固定されて前記永久磁石（４６）に対して移動可能に外接された筒型の重量体（４７）と、
前記重量体（４７）に固定して外接されたコイル（４８）と、
上部が前記上部ディスク（４１）に接触されており下部が前記一対のキャリア円板（４５）の上部キャリア円板に接触された複数個の上部弾性スプリング（４９ａ）と、
上部が前記一対のキャリア円板（４５）の下部キャリア円板に接触されており下部が前記下部ディスク（４２）に接触された複数個の下部弾性スプリング（４９ｂ）とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
前記チェーン（３０）が貫通した前記チューブ（６０）の両端部位は、前記チェーン（３０）に対して密封して接続されており、
前記吸入管（７０）の上部と下部とが貫通する前記チューブ（６０）の部位は、前記吸入管（７０）に対して密封して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。