JP2013119848A - 整流板とフロートを用いた波力・水力発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】海洋上の波の力を利用した発電方式である波力発電は、波の大小の変化が天気や風よりも穏やかで、且つ、予測し易いこと、２４時間発電可能なこと、外洋に面した海岸では波の小さい時はあっても、”無波”という状態が存在せず、最低限の波を確保できることなど、安定した自然エネルギーと言える。そこで波のエネルギーを効率良く取り出す方法を提案する。
【解決手段】滑車に取り付けられたワイヤーまたはベルトにつけられたフロートと羽によって波の力を受け滑車を廻す発電装置と、海洋上の波を集め、水平方向の強い流れを作り、その流れを発電装置に導くための整流板からなる発電方法を考案した。また、河川のように一定方向への流れがあるところに設置して、発電を行うための整流板も考案した。
【選択図】図３

Description

本発明は電力を生み出す発電方法の分野において、主に海上の波の力を用いて発電を行う波力発電と、河川において川の流れを用いて発電を行う水力発電の分野に適用されるものである。

波の力を用いた発電方法にはいくつかの種類があるが、基本的には、波の上下動の動きによって引き起こされるフロートや羽、シリンダーなどの動きから運動エネルギーを得て、発電を行うものである。
この方式では、発電に係わる波の力を受けて運動する構成部品そのものしかエネルギーを活用することができず、広大な海洋上の波が持つエネルギーの些細な部分しか発電し使用することはできない。従って、波のエネルギーを利用した本格的な発電装置はまだ実用化されていない。
一方、川の水を利用した発電方式は、川を堰き止めた上で、水を高所から低所に流す、あるいは落下させてその運動エネルギーを利用してタービンを廻し発電するダム方式か、あるいは川のせき止めを行わず、水の流れそのものの運動エネルギーを利用して行うマイクロ水力発電などが、考案されてきた。ダム式発電は、川の堰き止めによる広範囲な水没地域の発生の問題など、建設場所に制限が多い。一方で、マイクロ水力発電は小さな河川での発電には適しているが、大きな河川を使っての大規模な発電には適していない。

発明が解決しようとする課題

本発明では、波あるいは川の流れを狭い範囲に集めて、高い運動エネルギーを発生させるための整流板と、その整流板によって引き起こされた強い水の流れ、即ち運動エネルギーを受けて稼働する発電装置を用いて、十分に活用されていない海の波、あるいは川の流れから安定した起電力を得る仕組みである。
その中で本発明が解決しようとする課題は、社会的な課題としては、自然エネルギーから電気エネルギーを起こすことで、環境負荷が少なく、低コストで、安定したエネルギーの供給を実現することであり、それを実現するための技術的な課題の解決方法としては、波力発電においては広く海洋上に散乱する名波のエネルギーを一箇所に集め、発電装置の動力源に活用することであり、水力発電においてはダムを造って川の流れを堰き止めたり、水路の全てを占有するような装置で魚道を防ぐことなく、水の流れを効率よく集め、発電装置の動力源に活用することであり、もって、前述の課題の解決を達成する。

課題を解決するための手段

高さを調節できる支柱に取り付けられた大小２つの滑車とそれを結ぶワイヤーからなる無限軌道を２組平行に並べ、２本のワイヤーに固定されたフロートと、フロートの上に取り付けられた開閉する羽からなる発電装置と、それを取り囲むように設置する、海岸に設置する海用整流板、若しくは、河川に設置する河川用整流板から構成される発電方法である。大きい方の滑車は発電器に直結していて、滑車の回転によって電気を発生させる。
必要に応じて無限軌道の中間に滑車を増設することもある。
また、ワイヤーの数が２本以上の場合も有れば、ワイヤーに代えて１本のベルトを使用することもある。羽の付いたフロートは２つ以上をワイヤーに取り付けて、常に波や水の流れから駆動力を得る。フロートの上に取り付けられた羽は進行方向に対しては流線型を、後ろ側に対してはお椀形をしており、後方より水の流れを受けている時は羽を開いて水流の強い力を集め、前方より水の流れを受けている時は、羽を閉じて水中を進む抵抗力を減ずる。
波力発電においては、発電装置の周りに、波の形を整え、位相を揃えて、海面上で前方方向へ強い流れを発生させ、海面下で後方に逃げる流れを作るための整流板を設置する。側面の整流板は波を集めるために上下方向の傾きと左右方向への広がりを調節できる。底部の整流板は、沖合方向から海岸方向への立ち上がりの角度と高さを調整できる。
海洋上の波は、沖合においては方向の定まらない正弦波の形になって散乱しているが、浅瀬に近づくに連れて、位相が揃った横に連なる形の波を形成し、海岸に押し寄せる。海岸に押し寄せてきた波は海岸から戻る波とぶつかり合い、気泡を発生してエネルギーを減ずる。位相の揃った波が形成され、海岸に押し寄せる形状になるのは、沖合での波の高さ、海底面までの距離と、海底の傾き、海岸線の形状など様々な環境の影響を受けて異なる。
本発明においては、海洋の観察を通して、位相の揃った海岸に押し寄せる波が立ちやすい海岸部を選定して当該装置を設置し、整流板の形状と向きを工夫してより強い波の流れを発生させ、その力で発電装置を駆動させ、起電力を得る。
より安定した駆動力を得るために、発電装置と整流板を海岸線に対して水平方向に複数台設置してそれらを直結する。
水力発電に置いては、発電装置の周りに、上流からの水の流れを取り込み、羽に強い力を加えるために整流板を設置する。

海岸部に発電装置と整流板を設置する。 沖合より到達した波は、周囲の形状により位相の揃った波を形成しつつ、整流板の影響によってさらにエネルギーを増した波となって整流板の中を海岸方向に流れる。その流れをフロート上の羽が受け取り、その力を推進力として無限軌道を回転させる。無限軌道の海岸側の先端部まできたフロートは水の抵抗を受けて羽を閉じ、抵抗が小さな形になって下側の軌道を沖合川の滑車に向かって進んでゆく。整流板の働きによって、沖合から海岸部に向かう流れが発電装置の上部を、海岸から沖合に戻る流れが発電装置の株を通るように形状を工夫する。そして、常に、発電装置の上半分では沖合から海岸部方向への強い流れを受け、発電装置の下半分では、海岸から沖合方向への流れる力を受けるか、若しくは上半分に比較して、より小さな沖合から海岸方向への流れの力を受けるようにする。
河川部に当該発電装置と整流板を設置する。
発電装置の形状は、波力発電の場合と同じである。河川部では水の流れる方向が一定であるので、常に発電装置の上半分が下半分に比較して、より強い水の流れを得られるように、整流板の形状に工夫を凝らす。

発明の効果

波力発電においては、海岸に押し寄せる波の運動エネルギーをより広範囲から集め、発電装置に利用できるので、従来の発電方法に比較して、より高出力で安定した電力を得ることができる。 発電装置も、整流板もシンプルで強靱なものを作りやすいので、台風時など、非常に大きな波が押し寄せている時でも、装置を止めることなく稼働させることが可能である。
また、波は沖合で発生した台風や低気圧の影響を受け、風が強くなるより先に沿岸部に到達し、台風や低気圧が去って無風状態になっても、しばらくの時間は強い状態が続く。晴れや雨、若しくは風の強さの変化などよりも予測がしやすく、長い時間をかけた変化をする。従って、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した他の発電方法と比較して、より予測がしやすく、活用しやすい自然エネルギーである。
水力発電においては、河川の流れの全てを利用する必要が無いので、水量が豊富で、魚道や航路の確保が必要な大規模河川の中流域に設置でき、安定した電気エネルギーを得ることができる。

発電装置 フロート、羽とワイヤーの上面図 海用整流板（集波板）と発電装置 河川用整流板とフロートと羽

１ 支柱Ａ
２ 支柱Ｂ
３ 滑車Ａ
４ 滑車Ｂ
５ フロート
６ 羽
７ 支柱Ｃ
８ ワイヤー
９ 海用整流板
１０ 河川用整流板

Claims (3)

1. ロープ若しくはベルトと滑車によって構成された無限軌道と、その軌道上に取り付けらたフロート及びそのフロートに取り付けられた開閉する羽、そして滑車に結合した発電器よりなる発電装置。
2. 上記発電システムに付随して、海洋上（中）で正弦カーブを描いて上下動する波を集め、水平方向の流れを生み出し、水流を羽に効率よくぶつけ、起電力を高め、且つ安定させるための整流板。
3. 上記発電システムに付随して、河川上（中）で川の流れを効率良く羽にぶつけ、起電力を高め、且つ安定させるための整流板。

Images