JP2013024165A

JP2013024165A - 海面波上下運動の浮力利用発電システム

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Publication number: JP2013024165A
Application number: JP2011160928A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Miura; 佳夫三浦; Hiromi Kumagai; 潤美熊谷; Fumihiro Kumagai; 文博熊谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】電力不足から、計画停電や節電運動が叫ばれる今日、新たな無害の発電エネルギーが求められている。本発明は海の波に浮かせる空容器の浮力を利用し、従来の浮体式発電とは異なり、極めて大きな力を出す浮力で発電機を回す発電装置を提供する。
【解決手段】海の波に浮かせる上部浮遊体３と、下部浮遊体で構成し、下部容器７内に発電機を上下移動可能に取り付け、これと平行にラックを設け、ラックに発電機と連動するピニオンを設ける。発電機は上部浮遊体とロープで連結する。また、下部浮遊体は一個の下部容器とし、上部浮遊体は下部容器から離れた位置に１２０度間隔で３個の空容器を浮かせる方式とする。上部浮遊体と下部浮遊体は分離しているため、相互の間隔は常時変化する。この変化量を下部容器のラック、ピニオンで捉え、正逆回転一方向回転変換機構により、ピニオンの正逆回転を一方向回転に変換して、発電機を回す。
【選択図】図１

Description

本発明は海面波が上下動し、その上下動する位置が常時変化することに着目し、海面に浮かべた空容器が波で上下し、かつ上下動を抑えるのに、大きな力が必要となることを逆に利用し、空容器の上下動と、これに伴う浮力で発電する新規技術に関する。

従来の海洋発電には、潮流・海流発電として特許文献１に示す波力エネルギー変換装置、海面と海底の温度差利用発電、海面に浮かべた平板が波のランダムな上下動でジャイロを回す特許文献２に示すジャイロ発電等があるが、波の浮力を利用した発電は見当たらない。

特許公開２００１−１７３２３９特許公開２００５−２０７３３２

原子力発電所の自然破壊に伴う対応が困難を極めることから、自然エネルギーが見直されてきている。自然エネルギーとしては、太陽光発電、風力発電、地熱発電、水力発電等がある。一方、これらには、発電を促すエネルギーが不安定であったり、建設費が膨大であったり、それぞれに問題がある。
本発明は、発電に要するエネルギーを風力等と同様、費用を必要としない、海面の上下動する波の浮力を動力源とする、小型で大出力を出すエコな新規発電システムを提供するものである。

海上に、２種の浮遊体を設ける。即ち、上部浮遊体と下部浮遊体である。上部浮遊体は三角形状の構造物で、三角形のそれぞれの頂点に足を設け、この足の下に空容器を結合する。上部浮遊体はこの空容器の浮力で海面に浮かぶ。また、３つの空容器が海面から受ける浮力は波がランダムに発生し、それぞれの波の高さが常時異なることから、浮遊体は常時上下動する。一方、下部浮遊体は円筒状の大形空容器で、これを錘で海底の方に、大形空容器の半分位を沈める。すると、下部浮遊体も波の上下動で、常時上下動する。この上下動する力は、海水の浮力によるもので、浮力の力は極めて大きい事に着目する。この上部浮遊体と下部浮遊体をそれぞれの中心部でロープにより連結する。
下部浮遊体は、容器内部に設ける２本の軸上を上下動可とし、上部浮遊体のロープで連結する発電機を有する。また、下部容器に、発電機のピニオンと係合するラックを固定する。上記から、上下浮遊体の上下動は互いに同期することはなく、常時上下に縮んだリ、伸びたりする。この変化を発電機のピニオンと下部容器のラックが捉え、ピニオンの回転で発電機を回し、発電させるものである。

上記を達成するためには、２つの問題がある。１つは、上下浮遊体の上下動で発生するピニオンの
正逆回転を一方向回転に変換して発電機を回す方法。２つは、発電機やラック、ピニオンを海水に漬けることなく、寿命を延ばす方法である。

本発明は上記問題を解決し、所期の目的を達成したものである。
本発明の概要を図１，２，３，４に示す。図１，２はシステム全景の説明図である。４０は波、
５０は海底である。３は上部浮遊体の構造物で、三角形状に配置する空容器４a,４b,４cをステー４で連結する。２は中心構造物、１は、配電盤である。７は下部浮遊体を成す下部容器で、発電機１９を内蔵し、錘９aをロープ８で繋いでいる。錘９ｂはこの発電システムが海流で流されないようにロープ１０で海底に位置づける物である。

次に、図３，４で下部容器の構造と機能を説明する。１３は下部容器で水密構造とし、上部フランジ１３aと上部カバー１４が密封リング１４bを挟みボルト１４ｃで一体とする。ロープ５は上部フランジ１４の穴１４aを通り、発電機１９を搭載するボックス１５を吊り具１５ｃで吊り、
ロープと一体化する金具５aで下部容器１３内に風雨、海水ミストの浸入を防止するカバー６を吊っている。２０はポンプで下部容器１３内に海水が入った場合、センサー２０aで検出し、海水をパイプ２０ｂ、２０ｃで排出する。下部容器１３内には、発電機ボックス１５をガイドする２本のロッド１８、これと平行にラック１６を設ける。ラック１６と発電機ボックス１５の取り合いはラックガイド１５a、１５ｂで堅固に維持する。１５ｄ、１５eは、発電機ボックス１５がスムースに上下動するように設けたリニヤガイドベアリング１８aを保持するボスである。１７はラック１６と噛み合うピニオンで、ギヤボックス１５ｆの軸２１と一体となり、ピニオン１７の回転動力を発電機１９に伝達する動力源である。図４は図３のＢ−Ｂ視図である。

次に、正逆回転を一方向回転に変換する機構について図５，６，７，８，９で説明する。
１６aは発電機ボックス１５を貫通するラック１６用の穴、１５ｆ、１５ｇ、１５ｊはギヤボックスを形成するベースである。このベースに水密シール２１a、ベアリング２１ｂ、軸２６、２７、歯車２２，２４，２８a、２８ｂ、３０、一方向クラッチ２３，２５、２９を内蔵する。
軸２７の発電機１９側はスプライン軸となり、傘歯車２７ｂと一体化して、発電機１９のスプライン軸２７a上の傘歯車１９ｂと係合させる。尚、図６は図５のＧ−Ｈ断面、図７は図５のＤ断面、図８はＥ断面、図９はＦ断面である。

次に、上記構造から正逆転を一方向に変換する機能を説明する。
図７で、ピニオン１７と一体の軸２１が矢印の如く反時計周りに回ると、軸１と歯車２２の間にあるワンウエイクラッチ２３のボールが楔に嵌まり込み軸２１の反時計周りの回転は歯車２２を同じ方向に回す。また、この時、軸２１が時計方向に回ると、ボールが楔から外れ、軸２１の時計回りの回転は歯車２２には伝わらない。また、図８に示す如く、軸２１が図７と同様に反時計方向に回ると、ボールが楔から外れ、軸２１の回転は歯車２４には伝わらない。
また、図７で反時計方向に回された歯車２２は歯車２８aに時計回りに伝わる。歯車２８aと軸２７との間にあるワンウエイクラッチは図９の如くで、歯車２８aが時計周りに回ると、ボールが楔に嵌まり込み、歯車２８aの時計回りの回転は軸２７に伝わり、軸２７上の傘歯車２７ｂも時計周りにまわる。この結果、発電機入力軸１９aが傘歯車１９ｂ側から見て、時計周りに回転する。

一方、ピニオン１７が時計周りに回ると、図８に示す如く、ワンウエイクラッチのボールが楔に嵌り、歯車２４を時計周りに回す。この回転は、図６の歯車３０を介して歯車２８ｂを時計周りに回す。以上説明した如く、ピニオン１７の回転は、時計回り、反時計周りに回転しても、軸２７は時計周りに回転し、逆回転は出来ない。即ち、正逆回転は本発明により、常時一方向回転に変換され、発電機の極性を乱すことはない。

以上記載の如く請求項１の発明によれば、海面上の浮遊体を上部浮遊体と下部浮遊体に分割し、下部浮遊体の下部容器を中心に、上部浮遊体の三つの空容器を下部容器から離れた位置に三角配置した事から、三つの空容器で上下する上部浮遊体と、錘でぶら下げられる下部容器の上下動は同期することなく、常時二つの浮遊物体の距離は伸びたり，縮んだりする。この常時発生する距離の変化で発電することが可能である。

また、請求項２の発明によれば、発電を起こす機構部を水密下部容器内とすることにより、主な機構部の防錆が楽であり、寿命を長くする事ができる。

また、請求項３の発明によれば、上下浮遊体の上下距離が変化して発生するピニオンの正、逆転を一方向回転に変換できる。この結果、僅かの上下距離の変化でも，ピニオンが正転、逆転するが、これが常時一方向回転に変換されるため、極性を乱すことなく、連続して発電が継続できる。

また、請求項４の発明によれば、海底の錘を外せば、この発電システムを自由に移動できる。即ち、適度の波場を選ぶことができる。また、この発電システムを図１１に示す如く数十個纏めて配置し、海底の錘とロープで位置を決めれば、大出力の発電が可能で、これを変電所３０で、送電線３１に供給すれば、一地域の電力確保はもとより、売電も可能となる。

本発明を説明する概念図。図１のÅ視図。下部浮遊体の下部容器内部断面図。図３のＢ−Ｂ図。本発明の正逆回転一方向回転変換機構断面図。本発明の正逆回転一方向回転変換機構Ｇ−Ｈ断面図。本発明の正逆回転一方向回転変換機構Ｄ断面図。本発明の正逆回転一方向回転変換機構Ｅ断面図。本発明の正逆回転一方向回転変換機構Ｆ断面図。発電機部がラックとピニオンの位置関係を保持ガイド。本発明の集約による大電力発生システム説明図である

太陽光発電や風力発電と比較して、夜昼に関係なく、風が弱い等の問題も生じない自然エネルギーとして、海の波がある。数メートルの波や数十センチの波もあるが、海面が波という形でエネルギーを持っていることに着目する。海に浮かぶ空容器を沈める為には大きな力が必要である。この浮力を発電の動力源とすれば、従来の浮体式発電にない、発電機が容易に実現できる。即ち、上部浮遊体と下部浮遊体の上下位置変化を回転動力として捉え、ラック、ピニオンによるピニオンの正逆回転を一方向回転に変換する機構を使用すれば、常時エネルギーを確保できる。

図１は、本発明の一実施例を示す概念図である。
先ずシステムを説明する。１，２，３，４は上部浮遊体で、図２は図１のＡ視図である。上部浮遊体の４a,４b,４ｃは空容器で、浮力で上部浮体を浮かせるものである。また、７は下部浮遊体の下部容器で、発電機を内蔵し、この下部容器の下をロープ８で錘９a,吊るし、下部容器７を垂直に立てる。上部浮遊体と下部浮遊体はロープ５で連結している。上部浮遊体の釣合は、空容器４０a,４０b,４０cの海水に没した容積Ｖ₁,Ｖ₂、Ｖ₃とし、海水の比重ρ、上部浮遊体の重量Ｗ₄、発電機部重量Ｗ₃、発電機を回す力をＦとすると、下記で上部浮遊物体は浮く。
（Ｖ_１＋Ｖ_２＋Ｖ_３）ρ≧（Ｗ_３＋Ｗ_４＋Ｆ）
また、下部浮遊体は、下部容器の水没容積Ｖ_０、錘９aの重さると下記で下部浮遊体は浮く。
Ｖ_０ρ≧（Ｗ_１＋Ｗ_２）上部浮遊体の浮遊条件と下部の浮遊条件はそれぞれ異なる事から、上下浮遊体が同期して上下動する事はない。従って、上部浮遊体の上下動を下部容器の発電機１９にロープ５で伝える。一方、発電機１９を搭載する発電機ボックス１５は２本のリニヤガイド１８でガイドされ、これと平行にラック１６を設ける。ラック１６は、図１０に示す、ラックガイド１５a,１５ｂで発電機ボックス１５から出るピニオン１７に係合させる。このピニオンの正逆の回転は、発電機ボックスに設けた正逆回転一方回転変換機構により、常時、一方向回転が発電機に伝わり、発電が継続できる。

図１１に本発明の発電ユニットを数十台集約配置して、大電力を得るシステムを示す。３０は変電所で電力を送電線３１に供給する例である。

３：上部浮遊体４a,４b,４c：空容器４０：海面の波５０：海底７：下部容器９a,９b：錘５：ロープ１３：下部容器１６：ラック１８：ガイドロッド１５：発電機ボックス１９：発電機１７：ピニオン２１，２６，２７：軸２３，２５，２９：ワンウエイクラッチ２２，２４，３０，２８a,２８b：歯車２７ｂ、１９ｂ：傘歯車１５a,１５b:ガイドローラ１２：海底ケーブル
１１：発電機群３０：変電所３１：送電線

Claims

海面に、３個以上の空容器からなる上部浮遊体と、一つの大形容器およびこれを吊り下げる錘からなる下部浮遊体を浮かせ、上部浮遊体中心から、下部浮遊体の下部容器内にある発電機部をロープで接続することを特徴とする海面波上下運動の浮力利用発電システム。
下部浮遊体の下部容器内に２本の発電機上下動ガイド軸を設け、更にこれと平行にラックを設け、このラックと発電機部のピニオンを噛み合わせる事を特徴とする請求項１記載の海面波上下運動の浮力利用発電システム。
発電機ボックス内のギヤボックスに、入力軸、中間軸、出力軸の三本の軸を設け、入力軸に出力軸と互いに噛み合う一対の歯車を設け、入力軸の軸と歯車の間に入力軸の反時計方向回転が歯車に伝わるワンウエイクラッチを設置し、出力軸の歯車と軸の間には歯車の回転が軸を回すワンウエイクラッチを設ける。更に、入力軸のもう一つの歯車と中間軸の歯車及び出力軸の歯車を噛み合わせ、中間軸と中間軸の歯車の間にはワンウエイクラッチは設置せず、入力軸とこれに設ける歯車の間に入力軸の時計周りの回転が入力軸の歯車に伝わり、この歯車の回転が中間軸の歯車を介し、出力軸歯車に伝わり、出力軸とこれの歯車との間に、歯車の回転が出力軸に伝わるようにワンウエイクラッチを設けることを特徴とする請求項１記載の海面波上下運動の浮力利用発電システム。
下部浮遊体の下部容器を錘で下方に引張り、水密下部容器を半分程度沈め、更に、この錘にロープを繋ぎ、海底の錘に接続する事を特徴とする請求項１記載の海面波上下運動の浮力利用発電システム。