JP2013155610A - 波力発電装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荒天時の高波のような海象条件であっても安全性および信頼性を維持することができる波力発電装置を提供する。
【解決手段】浮体２と、浮体２の内部にバネ４を介して取り付けられ、浮体２の変動に応じて振動するウェイト３と、浮体２の内部に設けられ、ウェイト３の振動により駆動されて発電する発電機８とを備えた波力発電装置１Ａである。浮体２を水中まで沈下させるバラストタンク１０と、バラストタンク１０内のバラスト水量を調整しての浮力を制御する制御部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、波力発電装置およびその制御方法に関するものである。

波力発電装置としては、二つの物体を上下方向に互いに相対運動させて発電機を駆動するものが知られている。例えば、特許文献１には、海上に浮かぶ密閉されたブイ内に、バネを介して振動子を上下方向に変位自在に支持した波力発電装置が開示されている。この波力発電装置は、波によって振動するブイとブイ内で振動する振動子との相対運動エネルギーから電気エネルギーを取り出すようになっている。

特開２００７−２９７９２９号公報

しかし、海域水面にブイ等の浮体を浮かべた場合、台風などの荒天時に発生する高波等により、浮体内で振動する振動子が想定以上の振幅で振動して浮体内部を損傷させるおそれがある。また、漂流物が接触することによって浮体に損傷を与えるおそれもある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、荒天時の高波のような海象条件であっても、あるいは、漂流物が接触するおそれがある場合であっても、安全性および信頼性を維持することができる波力発電装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の波力発電装置およびその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる波力発電装置は、浮体本体と、該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機とを備えた波力発電装置において、前記浮体本体を水中まで沈下させる浮力調整手段と、該浮力調整手段の浮力を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

浮力調整手段によって浮体本体を水中まで沈下させることができるので、例えば荒天時のように波高が高い場合や、漂流物が近づいてきた場合に、波力発電装置を水中まで沈下させて安全性を保つことができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記浮力調整手段は、前記浮体本体に取り付けられたバラストタンクと、該バラストタンク内のバラスト水量を調整するバラスト水量調整手段と、を備えていることを特徴とする。

バラストタンク内のバラスト水量をバラスト水量調整手段によって調整することで、浮力を調整することができる。波力発電装置を沈下させる場合にはバラスト水量を増大させ、波力発電装置を浮上させる場合にはバラスト水量を減少させる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記バラスト水量調整手段は、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水ポンプと、外部から水を該バラストタンク内へと供給する取水ポンプとを備えていることを特徴とする。

排水ポンプおよび取水ポンプによってバラストタンク内のバラスト水量を調整することにより、簡便にバラスト水量を制御することができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記水量調整手段は、前記バラストタンクに第１開閉弁を介して接続された負圧タンクと、該バラストタンクに第２開閉弁を介して接続された加圧タンクと、前記負圧タンクに接続された真空ポンプと、前記加圧タンクに接続された圧縮ポンプと、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水部と、前記バラストタンク内に水を取り入れる取水部と、を備えていることを特徴とする。

真空ポンプを駆動することにより、吸込口から負圧タンク内の空気を吸い込み負圧タンク内の圧力を負圧にする。また、圧縮ポンプを駆動することにより外部から吸い込んだ空気を加圧タンク内に供給して加圧する。そして、波力発電装置を沈下させる場合には、第１開閉弁を開けてバラストタンク内の空気を負圧タンク内に吸い込み、バラストタンク内に外部から取水部を介して水を取り入れる。一方、波力発電装置を浮上させる場合には、第２開閉弁を開けてバラストタンク内に加圧タンクから空気を押し込み、バラストタンク内のバラスト水を排水部から外部へと排出する。
これにより、負圧タンク内を真空状態としておき、かつ、加圧タンク内を加圧状態としておくという簡便な構成で、波力発電装置を沈下させかつ浮上させることができる。
また、第１開閉弁及び第２開閉弁の開閉のみによる空気の流出入で波力発電装置の沈下または浮上を行うことができるので、取水ポンプや排水ポンプを用いる場合に比べて、素早く沈下および浮上を行うことができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記水量調整手段は、前記バラストタンクに第１開閉弁を介して接続された負圧タンクと、該バラストタンクに第２開閉弁を介して接続された加圧タンクと、前記負圧タンクに吸引口が接続されるとともに前記加圧タンクに排気口が接続された真空ポンプと、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水部と、前記バラストタンク内に水を取り入れる取水部と、を備えていることを特徴とする。

真空ポンプを駆動することにより、吸込口から負圧タンク内の空気を吸い込み負圧タンク内の圧力を負圧にするとともに、負圧タンクから吸い込んだ空気を排気口から加圧タンク内に供給する。そして、波力発電装置を沈下させる場合には、第１開閉弁を開けてバラストタンク内の空気を負圧タンク内に吸い込み、バラストタンク内に外部から取水部を介して水を取り入れる。一方、波力発電装置を浮上させる場合には、第２開閉弁を開けてバラストタンク内に加圧タンクから空気を押し込み、バラストタンク内のバラスト水を排水部から外部へと排出する。
このように、真空ポンプを駆動して同時に負圧および加圧を作り出してバラスト水の調整に用いることができるので、少ない消費エネルギーでバラスト水の調整を行うことができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記制御部は、周囲の波高を計測する波高計からの計測データを得て、又は、前記振動体の振動変位データを得て、又は、周囲の漂流物の検出データを得て、前記浮力調整手段を制御することを特徴とする。

波高データまたは振動変位データによって、波力発電装置の動揺の程度を把握し、浮力調整手段を制御することとした。これにより、損傷を未然に防ぎ、波力発電装置の安全性を確保することができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記制御部は、周囲の波高を計測する波高計からの計測データを得て、前記発電機が所望の電力を出力する沈下位置となるように、前記浮力調整手段を制御することを特徴とする。

また、波高計からの計測データに基づいて、発電機が所望の電力を出力する沈下位置となるように浮力調整手段を制御することとしたので、例えば波高が大きい場合であっても水中にて発電させることができる。これにより、波力発電装置の利用率を向上させることができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、沈下および浮上に伴う上下動をガイドするガイド手段を備えていることを特徴とする。

ガイド手段によって沈下および浮上に伴う上下動をガイドすることにより、波力発電装置の沈下および浮上を軌道に沿って円滑に上下動させることができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、複数の前記浮体本体を固定した状態でガイドすることを特徴とする。

複数の浮体本体を固定した状態でガイドすることにより、浮体本体ごとにガイド手段を設ける必要がないので、構造の簡素化によりコスト低減を図ることができる。また、複数の浮体本体をユニット化してガイドするので、各浮体本体に設けられた発電機からの出力を総合して発電する波力発電装置とした場合に有効である。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記ガイド手段の下端に接続されて水中に位置する底板と、該底板を海底から係留する係留手段と、を備えていることを特徴とする。

係留手段によって海底から係留した底板に対してガイド手段の下端を接続することとした。これにより、水深が深い海域であっても、海底まで到達する長いガイド手段を用いる必要がない。また、底板は水中に係留され、水中は波浪による影響が小さいので、安定した姿勢でガイド手段を支持することができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記底板には、前記浮体本体が挿通可能とされた孔部が形成されていることを特徴とする。

底板に孔部を形成し、浮体本体が挿通できるようにした。これにより、底板と同等位置まで浮体本体を沈下させることができる。また、底板に孔部を形成することにより、孔部から水が出入りすることによるダンピング機能により、より底板の姿勢を安定させることができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記浮体本体内に水が浸入したことを検出する漏水感知センサーと、前記振動体の振動を停止させるロック手段とを備え、前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記ロック手段を制御することを特徴とする。

浮体本体内に漏水感知センサーを設けることにより、浮体本体内に水が浸入したことを検出することとした。そして、浮体本体内に水が浸入したことを検出すると、ロック手段を作動させて振動体の振動を停止させることとした。これにより、漏水時に、振動体の振動による発電を停止させることができる。

さらに、本発明の波力発電装置によれば、前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記発電機の動作を停止することを特徴とする。

さらに、漏水感知センサーが漏水を検出すると、発電機の動作を停止することとした。これにより、漏水による発電機のスパーク等によって生じる機器の損傷を未然に防ぐことができる。発電機の動作を停止するには、例えば、発電機の電源を遮断することにより行う。また、波力発電装置を監視する監視側へ、漏水の情報、ロック手段の動作情報、発電機の停止情報等を報知するようにしてもよい。

また、本発明の波力発電装置は、浮体本体と、該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機とを備えた波力発電装置において、前記浮体本体内に水が浸入したことを検出する漏水感知センサーと、前記振動体の振動を停止させるロック手段とを備え、前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記ロック手段を制御することを特徴とする。

浮体本体内に漏水感知センサーを設けることにより、浮体本体内に水が浸入したことを検出することとした。そして、浮体本体内に水が浸入したことを検出すると、ロック手段を作動させて振動体の振動を停止させることとした。これにより、漏水時に、振動体の振動による発電を停止させることができる。

また、本発明の波力発電装置の制御方法は、浮体本体と、該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機とを備えた波力発電装置の制御方法において、前記浮体本体を水中まで沈下させるように該浮体本体の浮力を制御することを特徴とする。

浮力調整手段によって浮体本体を水中まで沈下させることができるので、例えば荒天時のように波高が高い場合や、漂流物が近づいてきた場合に、波力発電装置を水中まで沈下させて安全性を保つことができる。

浮力調整手段によって浮体本体を水中まで沈下させることができるので、例えば荒天時のように波高が高い場合や、漂流物が近づいてきた場合に、波力発電装置を水中まで沈下させて安全性を保つことができ、信頼性を確保することができる。

本発明の第１実施形態にかかる波力発電装置を示し、（ａ）は部分断面とされた斜視図、（ｂ）は平面図である。 浮体の変位に対するウェイトの変位を示したグラフである。 図１の波力発電装置の沈下および浮上を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる波力発電装置を示した平面図である。 図４に示した波力発電装置の負圧タンク周りを示した縦断面図である。 図４に示した波力発電装置の加圧タンク周りを示した縦断面図である。 第２実施形態にかかる波力発電装置の変形例を示した平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる波力発電装置を示した平面図である。 図８の波力発電装置を示した側断面図である。 図８に示した波力発電装置のうちの１つの浮体周りを示した平面図である。 図８に示した波力発電装置の沈下動作を示した側断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる波力発電装置を示した部分断面斜視図である。 図１２の漏水検知センサーの制御系統を示したブロック図である。 図１２のウェイトの移動を規制するロック機構を示した部分断面側面図である。 本発明の第５実施形態にかかる波力発電装置を示した部分断面側面図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、第１実施形態にかかる波力発電装置の概略構成が示されている。
波力発電装置１Ａは、海洋の水面７上に上部が露出して浮かぶ箱形の浮体（浮体本体）２を備えている。浮体２内には、バネ４を介して浮体２内に取り付けられたウェイト（振動体）３と、ウェイト３に対して回転するボールネジ軸（回転体）５と、ボールネジ軸５に固定された付加質量体６と、ボールネジ軸５によって駆動されて発電する発電機８とを備えている。

ウェイト３は、波力による水面７の上下動によって生じる浮体２の上下振動を得て、所定の固有周波数にて上下方向に往復直線運動するようになっている。往復直線運動する際に、ウェイト３は、ガイド（図示せず）によって、回転せずに上下動するようになっている。ウェイト３は、バネ４によって、浮体２に対して相対運動可能なように支持されている。

ボールネジ軸５は、ウェイト３の往復直線運動によって、その軸線回りに回転するようになっている。ボールネジ軸５の下端には、付加質量体６がボールネジ軸５とともに回転するように固定されている。

付加質量体６は、円板形状とされており、ベースプレート９の下方の空気室内に設けられている。付加質量体６は、図示しないが、回転慣性質量を調整できる機構を有していることが好ましい。これにより、実海域の波周期に固有周期を対応させて効率的に発電できる。回転慣性質量を調整できる機構としては、例えば、ボールネジ軸５の回転中心から半径方向に移動可能とされた移動錘を設ける。

発電機８は、ボールネジ軸５の上端に設けられ、ボールネジ軸５の回転によって一方向またはその反対方向に回転させられることにより電力を発生するものである。

上述の構成とされた波力発電装置１は、波の振動が浮体２に入力されると、波周期に対応するように調整された付加質量体６の付加質量によって、ウェイト３が所定の固有振動数で上下方向に振動する。そして、この振動による往復直線運動に基づいて発電機８を駆動し発電させることによって電力を取り出すようになっている。

本実施形態の波力発電装置１Ａは、浮体２の周囲に固定されたバラストタンク（浮力調整手段）１０を備えている。バラストタンク１０は、図１（ａ）に示すように、略円筒形状とされた浮体２の全周を囲繞するようなドーナツ形状を有する横断面を有している。また、バラストタンク１０は、図１（ｂ）に示すように、浮体２の中央部を含んで高さ方向にわたって延在している。
バラストタンク１０には、バラストタンク１０内のバラスト水量を調整して浮力を調整するための取水ポンプ１２及び排水ポンプ１３が設置されている。取水ポンプ１２には、浮体２の外部から海水を取水してバラストタンク１０内に海水を供給する取水管１４に接続されている。排水ポンプ１３には、バラストタンク１０内のバラスト水を吸い上げて浮体２の外部へと排出する排水管１５が接続されている。取水ポンプ１２及び排水ポンプ１３は、図示しない制御部からの指令によって起動および停止が行われるようになっている。
なお、正逆回転可能なポンプを用いることにより、取水ポンプと排水ポンプを１つのポンプにて構成することとしてもよい。

浮体２の側部すなわちバラストタンク１０の側部には、水圧式波高計（波高計）１８が設けられている。水圧式波高計１８は、水面７の変位を圧力信号として測定するものである。なお、水圧式波高計に代えて、ＧＰＳ（Global Positioning System）式やレーザー式といった他の方式の波高計を用いても良い。

水圧式波高計１８にて得られた波高に関する計測データである波高信号は、図示しない制御部へと送信される。制御部では、波高信号に基づいて、取水ポンプ１２及び排水ポンプ１３の起動および停止を制御する。
具体的には、制御部は、図２に示すような関係が示されたマップまたは演算式を記憶領域に備えており、浮体２の変位（すなわち波高信号の変化）に対するウェイト３の変位（すなわちウェイト３の振幅）をデータとして予め得ておく。そして、図３（ａ）に示すように、各時刻における波高信号からウェイト３の変位を得て、ウェイト３が所定の最大変位である第１閾値を超えた場合に、浮体２を沈下させるように制御する。その後、図３（ｂ）に示すように、各時刻における波高信号からウェイト３の変位を得て、ウェイト３が所定の復帰変位である第２閾値を下回った場合に、浮体２を浮上させるように制御する。図２に示しているように、第１閾値よりも第２閾値を小さく設定することで、浮体２の沈下後の再浮上を遅らせて安全性を向上させることが好ましい。ただし、制御の簡素化のために、第１閾値と第２閾値とを同じ値としてもよい。

上述した本実施形態の波力発電装置１Ａは、以下のように動作する。
通常の海象条件では、水圧式波高計１８によって計測された波高信号から得られるウェイト３の変位が第１閾値（図２参照）未満となり、波力発電装置１Ａは、図１（ａ）に示したように水面７上に浮かんだ状態で、入射する波とともに浮体２が振動することによって発電を行う。すなわち、波の振動が浮体２に入力されると、波周期に対応するように調整された付加質量体６の付加質量によって、ウェイト３が所定の固有振動数で上下方向に振動し、この振動による往復直線運動に基づいて発電機８を駆動し発電する。発電した電力は、図示しない電力線を介して外部へと送電される。

一方、例えば台風等の荒天時のように波高が高い海象条件では、水圧式波高計１８によって計測された波高信号から得られるウェイト３の変位が第１閾値（図２参照）以上となる。そうすると、波力発電装置１Ａは、制御部からの指令によって水中に沈下させられる。このとき、制御部からの指令により、発電機８による発電を停止させる。
波力発電装置１Ａを沈下させる際には、制御部の指令によって取水ポンプ１２を起動し、外部から取水管１４を介して海水を取り込む。これにより、バラストタンク１０内のバラスト水量が増加して浮力が減少し、波力発電装置１Ａが沈下する。所定の水深まで沈下した後に、制御部からの指令によって取水ポンプ１２が停止し、その水深にて波力発電装置１Ａの位置が保持される。水中では波による影響が減衰しているので、波力発電装置１Ａは水中内で大きな動揺が加えられることなく安定して保持される。

そして、台風が去った後のように海象条件が通常に戻ると、水圧式波高計１８によって計測された波高信号から得られるウェイト３の変位が第２閾値（図２参照）を下回る。すると、制御部からの指令によって、波力発電装置１Ａは水中から浮上させられる。具体的には、制御部の指令によって排水ポンプ１３が起動され、バラストタンク１０内から排水管１５を介してバラスト水を外部へ排出する。これにより、バラストタンク１０内のバラスト水量が減少して浮力が増加し、波力発電装置１Ａが浮上する。そして、水面７上まで浮上した後に、制御部からの指令によって排水ポンプ１３が停止し、再び発電機８による発電が開始される。

以上の通り、本実施形態にかかる波力発電装置１Ａによれば、以下の作用効果を奏する。
バラストタンク１０内のバラスト水量の調整によって波力発電装置１Ａを水中まで沈下させることができるので、例荒天時のように波高が高い場合に、波力発電装置１Ａを水中まで沈下させて安全性を保つことができる。
また、水圧式波高計１８からの波高信号によってウェイト３の変位を得ることで波力発電装置１Ａの動揺の程度を把握し、波力発電装置１Ａを沈下させ、また浮上させるようにしたので、ウェイト３の過剰変位による波力発電装置１Ａ内部の損傷を未然に防ぎ、波力発電装置１Ａの安全性および信頼性を確保することができる。

なお、上述した実施形態では、図２に示したように、波高信号から浮体２の変位を得てウェイト３の変位を把握することとしたが、これに代えて、波高計からの波高信号を直接用いて波力発電装置１Ａを沈下または浮上させることとしてもよい。
また、波力発電装置１Ａの周囲を捜索するレーダ等の監視手段を別途設け、波力発電装置１Ａに接触するおそれのある漂流物を監視することとしてもよい。そして、監視手段によって漂流物が検出され、衝突の可能性が高いと判断されると、漂流物との衝突を回避するために波力発電装置１Ａを沈下させる。これにより、波力発電装置１Ａと漂流物との衝突を未然に防ぎ、波力発電装置１Ａの安全性および信頼性を確保することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４〜図７を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、バラストタンク１０内のバラスト水量の調整の方法が異なる。それ以外については第１実施形態と同様なので、同一符号を付してその説明を省略する。

図４に示されているように、バラストタンク１０の上方には、真空タンク（負圧タンク）２１と、圧縮タンク（加圧タンク）２３とが設けられている。
また、バラストタンク１０には、バラストタンク１０内のバラスト水を外部へと排出する排水部と外部から海水を導入する取水部とを兼ねたバラスト配管３０が設けられている。バラスト配管３０は、図４に示した実施形態では２つとされているが、その数は特に限定されるものではなく、１つあるいは３つ以上であってもよい。

図５に示されているように、真空タンク２１には、真空ポンプ２２が接続されており、内部の空気が排気されて負圧となるように構成されている。真空タンク２１とバラストタンク１０との間には、第１開閉弁２４を介して第１接続配管２５が設けられている。第１接続配管２５からバラストタンク１０内の空気を吸い込むようになっている。第１開閉弁２４は、図示しない制御部によって開閉動作が制御されるようになっている。

図６に示されているように、圧縮タンク２３には、圧縮ポンプ２７が接続されており、外部から空気が導入されて加圧されるようになっている。圧縮タンク２３とバラストタンク１０との間には、第２開閉弁２８を介して第２接続配管２９が設けられている。第２接続配管２９からバラストタンク１０内へと空気が導入されるようになっている。第２開閉弁２８は、図示しない制御部によって開閉動作が制御されるようになっている。

本実施形態に係る波力発電装置１Ｂの沈下動作および浮上動作は、以下のようにして行われる。
先ず、第１開閉弁２４を閉じた状態で真空ポンプ２２を起動し、真空タンク２１内を所定の真空度とする。また、第２開閉弁２８を閉じた状態で圧縮ポンプ２７を起動し、圧縮タンク２３内を所定の圧力まで昇圧しておく。
そして、第１実施形態で説明したように制御部から沈下指令が送信されると、第２開閉弁２８を閉じたままで第１開閉弁２４を開とする。これにより、第１接続配管２５を介してバラストタンク１０内から空気が真空タンク２１へと排出され、バラストタンク１０内が負圧とされる。そして、バラスト配管３０を介して外部から海水が取り込まれ（図５の矢印参照）、バラストタンク１０内のバラスト水の水位が上がり、浮力が減少して、波力発電装置１Ｂが沈下する。

一方、第１実施形態で説明したように制御部から浮上指令が送信されると、第１開閉弁２４を閉じたままで第２開閉弁２８を開とする。これにより、圧縮タンク２３から第２接続配管２９を介してバラストタンク１０内へと圧縮空気が供給され、バラストタンク１０内が加圧される。そして、バラストタンク１０内のバラスト水の水位が押し下げられてバラスト配管３０を介して外部へとバラスト水が排出され（図６の矢印参照）、浮力が増加して、波力発電装置１Ｂが浮上する。

このように、本実施形態によれば、真空タンク２１内を真空状態としておき、かつ、圧縮タンク２３内を加圧状態としておくという簡便な構成で、波力発電装置１Ｂを沈下させかつ浮上させることができる。
また、第１開閉弁２４及び第２開閉弁２８の開閉のみによる空気の流出入で波力発電装置１Ｂの沈下または浮上を行うことができるので、第１実施形態で説明したような取水ポンプや排水ポンプを用いる場合に比べて、素早く沈下および浮上を行うことができる。

なお、本実施形態は、図７のように変形することもできる。
図７に示すように、真空ポンプ２２の吸込口を真空タンク２１に接続するとともに、真空ポンプ２２の排気口を圧縮タンク２３に接続する。このような構成とすることにより、１つの真空ポンプ２２を駆動することにより、吸込口から真空タンク２１内の空気を吸い込み真空タンク内の圧力を負圧にするとともに、真空タンク２１から吸い込んだ空気を排気口から圧縮タンク２３内に供給して加圧することができる。このように、真空ポンプ２２を駆動して同時に負圧および加圧を作り出してバラスト水の調整に用いることができるので、少ない消費エネルギーでバラスト水の調整を行うことができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図８〜図１１を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第１実施形態および第２実施形態に対して、複数の浮体２を用いている点で相違する。以下の説明では、第１実施形態および第２実施形態と共通する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

図８に示されているように、本実施形態にかかる波力発電装置１Ｃは、４つの浮体２を平面視して２行２列として互いに固定した状態で用いている。それぞれの浮体２内には、図示していないが、図１（ａ）を用いて説明したように、ウェイト３、バネ４、発電機８等の波力発電を行う主要構成が設けられている。

各浮体２は、支持枠体３２に対してワイヤロープ３４によって固定されている。支持枠体３２は、平面視して略正方形の外形を有する板状体であり、四角形状の４つの孔部３２ａが平面視して２行２列となるように形成されている。各孔部３２ａに浮体２が挿入された状態でワイヤロープ３４によって固定されている。ワイヤロープ３４は、各浮体２の対向する４箇所にワイヤロープ３４が掛けられており、これにより安定的に浮体２が支持枠３２に対して固定されている。
支持枠３２外側の四隅のそれぞれには、２つずつローラ３３が設けられている。各ローラ３３は、ローラブラケット３５を介して支持枠３２の外側部に対して取り付けられている。

支持枠３２の四隅をガイドするようにガイド手段３６が設けられている。ガイド手段３６は、図９に示されているように、水中から上方に向かって略鉛直方向に立設する支柱３８と、支柱３８の立設方向に沿って延在して支柱３８の側面に固定された平板状のガイドブラケット３９とを備えている。ガイドブラケット３９は、図８に示されているように、四角形横断面とされた支柱３８の隣接する２つの面に対してそれぞれ設けられており、支持枠３２の四隅の各辺に対して平行な対向面を形成するように取り付けられている。
支持枠３２に設けられたローラ３３がガイドブラケット３９に対して転動することによって、支持枠３２が上下方向に円滑に移動させられるようになっている。

図９に示されているように、各支柱３８の下端は、水中に位置する底板４１の上面に固定されている。底板４１は、板状体とされており、各浮体２が挿通可能とされた孔部４１ａが形成されている。
底板４１は、アンカー（係留手段）４２に取り付けられた係留ケーブル（係留手段）４３によって、海底に対して固定されている。

図１０には、図９に示された浮体２の１つを平面視した状態が示されている。同図に示されているように、浮体２の外周には、平面視して四角形とされたバラストタンク１０が設けられている。このバラストタンク１０内のバラスト水量を調整することによって浮体２の浮力を調整する点は、上述した第１実施形態および第２実施形態と同様である。同図には、浮体２の四隅がワイヤロープ３４によって支持枠３２に固定されている状態が示されている。

次に、図１１を用いて、上述した波力発電装置１Ｃの沈下動作について説明する。
図１１（ａ）は、通常の海象条件にて発電を行っている状態を示す。
例えば台風等の荒天時のように波高が高い海象条件になると、図１１（ｂ）に示すように、バラストタンク１０内のバラスト水量を調整することによって浮力を調整し、支持枠３２とともに浮体２を水中へと沈下させる。このときに、支持枠３２はガイド手段３６によって水平方向の移動を規制されつつ上下方向にガイドされるので、円滑に沈下動作が行われる。
さらに、波高が大きい場合には、図１１（ｃ）に示すように、さらに下降させ、底板４１に形成した孔部４１ａ内に浮体２が挿入される状態まで位置させる。これにより、底板４１と同等の深度まで浮体２を沈下させることができる。

以上の通り、本実施形態の波力発電装置１Ｃによれば、以下の作用効果を奏する。
ガイド手段３６によって、波力発電装置１Ｃの沈下および浮上に伴う上下動をガイドすることにより、波力発電装置１Ｃの沈下および浮上を軌道に沿って円滑に上下動させることができる。
また、複数の浮体２を固定した状態でガイドすることにより、浮体２ごとにガイド手段を設ける必要がないので、構造の簡素化によりコスト低減を図ることができる。また、複数の浮体２をユニット化してガイドするので、各浮体２に設けられた発電機８（図１（ａ）参照）からの出力を総合して発電することができる。
また、アンカー４２及び係留ケーブル４３によって海底から係留した底板４１に対してガイド手段３６の支柱３８の下端を固定することとした。これにより、水深が深い海域であっても、海底まで到達する長い支柱３８を用いる必要がない。また、底板４１は水中に係留され、水中は波浪による影響が小さいので、安定した姿勢でガイド手段３６を支持することができる。
また、底板４１に孔部４１ａを形成し、浮体２が挿通できるようにした。これにより、底板４１と同等位置まで浮体２を沈下させることができる。また、底板４１に孔部４１ａを形成することにより、孔部４１ａから水が出入りすることによるダンピング機能により、底板４１の姿勢をより安定させることができる。
なお、本実施形態では、底板４１を用いてガイド手段３６を支持することとしたが、水深の浅い領域では、底板４１を省略して、ガイド手段３６の支柱３８の下端を海底に直接固定することとしてもよい。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１２〜図１４を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第１実施形態乃至第３実施形態に対して、浮体２内に漏水感知センサーを設けている点で相違する。以下の説明では、第１実施形態乃至第３実施形態と共通する事項については、同一符号を付してその説明を省略する。

図１２に示されているように、本実施形態にかかる波力発電装置１Ｄは、漏水感知センサー４５を備えている。具体的には、浮体２内のベースプレート９上に１つと、浮体２の底部に１つとを備えている。ただし、漏水感知センサーの個数はこれに限定されるものではなく、浮体２内に外部から海水が浸入したことを検知できる位置に設置されていればよい。

図１３には、漏水感知センサー４５によって漏水が検知された場合の制御ブロック図が示されている。
漏水検知センサー４５にて漏水が検知されると、制御部により、ロック機構（ロック手段）４７に対して、ウェイト３の振動を停止する指令が送信される。また、これと同時に、制御部の発報部４９から、波力発電装置１Ｄを監視する監視側へ漏水感知警報が送信される。
また、制御部は、ロック機構４７に停止指令を送信した後に、発電機８の電源を遮断する電源遮断装置５１へと遮断指令を送信する。これにより、発電機８の動作が停止される。

図１４には、ロック機構４７の具体例が示されている。
ロック機構４７は、ロック用ボールネジ軸５３と、このロック用ボールネジ軸５３を回転駆動する電動モータ５５と、ロック用ボールネジ軸５３の回転にともない上下動するロック用ナット５７とを備えている。
ロック用ボールネジ軸５３の下端は、ベースプレート９に対して回転自在に固定されている。また、ロック用ボールネジ軸５３の上端には、電動モータ５５が接続されている。ロック用ボールネジ軸５３は、ウェイト３に形成された孔部を挿通するように配置されている。
電動モータ５５は、制御部からの指令によって起動停止されるようになっている。
ロック用ナット５７は、ロック用ボールネジ軸５３に対して螺合されており、ロック用ボールネジ軸５３の回転に伴い、送りネジ方式によって上下方向に移動できるようになっている。
通常時すなわち発電時には、ウェイト３を自由振動させる必要があるので、ロック用ナット５７は電動モータ５５近傍の上方に退避させられて、ウェイト３に接触しないようになっている。そして、漏水感知センサー４５によって漏水が検知されると、制御部の指令によって電動モータ５５が駆動されてロック用ボールネジ軸５３が回転させられることによってロック用ナット５７が下方へと移動し、図１４（ａ）に示すように、ウェイト４に接触する。これにより、ウェイト４の振動が停止させられる。
より確実にウェイト４を停止させる場合には、図１４（ｂ）に示すように、ロック用ナット５７を更に下方へと移動させ、バネ４が自然長よりも短くなるようにしてバネ４を圧縮する。これにより、ウェイト５を強制的にロックすることができる。

このように、本実施形態の波力発電装置１Ｄによれば、漏水時に、ウェイト３の振動を停止させるとともに、発電機８の動作を停止することとした。これにより、漏水による発電機のスパーク等によって生じる機器の損傷を未然に防ぐことができる。また、波力発電装置１Ｄを監視する監視側へ漏水感知警報を発することとしたので、波力発電装置１Ｄが監視側から離れていても、波力発電装置１Ｄの状態を的確に把握することができる。
なお、波力発電装置１Ｄを監視する監視側へ、漏水の情報だけでなく、ロック機構４７の動作情報や、発電機の停止情報等を報知するようにしてもよい。
また、本実施形態の漏水感知センサーによる安全動作は、上述した第１乃至第３実施形態ならびに後述の実施形態にも適用できるものである。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態は、上述した第１実施形態乃至第４実施形態とともに利用できる波力発電装置の制御方法である。以下の説明では、上述した各実施形態と共通する事項については、同一符号を付してその説明を省略する。

図１５には、一例として図９の波力発電装置１Ｃを用いた場合が示されている。
波力発電装置１Ｃは、ブイ式波高計６０と、ブイ式波高計６０からの波高信号を受信する受信器６２とを備えている。
ブイ式波高計６０は、水中に位置するセンサー部６０ａと、センサー部６０ａを吊り下げた状態で上方から支持するブイ６０ｂと、センサー部６０ａで計測された波高データを送信する送信器６０ｃとを備えている。これにより、ブイ式波高計６０は、浮体２を備えた本体側から所定距離離間した位置に配置され、浮体２に入射する波を事前に予測することができる。センサー部６０ａには、例えば水圧式波高計が用いられる。
受信器６２は、支柱３８の上部に固定されている。なお、受信器６２の位置は、本実施形態のように遠方まで見渡せる位置に設けることが好ましいが、その設置位置は本実施形態に限定されるものではない。

ブイ式波高計６０によって検出させた波高信号は、ブイ式波高計６０の送信器６０ｃから受信器６２へと送信される。受信器６２にて受信した波高信号は、制御部へと送られ、所定の演算が行われる。そして、波高信号に基づいて演算された浮体２の予測振動が、通常の海象条件のように所定値以下の場合には、図１５（ａ）に示すように、水面上に浮体２を浮かせた状態で発電する。
一方、波高信号に基づいて演算された浮体２の予測振動が、台風等のような荒天時の海象条件のように所定値以上となる場合には、図１５（ｂ）に示すように、バラスト水量を増加させることによって浮力を調整し、浮体２を沈下させる。波力発電装置１Ｃは、この水深位置にて発電を継続する。すなわち、荒天時のように波高が高い場合であっても、所定の水深では発電に適した振動が得られる場合があるからである。この水深位置は、制御部に予め格納された予備実験データ等に基づいて決定される。
さらに波高が高い場合には、図１５（ｃ）に示すように、バラスト水量をさらに増加させることによって浮力を調整し、発電に適した水深まで浮体２を沈下させる。

このように、本実施形態によれば、ブイ式波高計６０からの波高信号に基づいて、波力発電装置１Ｃが所望の電力を出力する沈下位置となるようにバラスト水量を制御することとしたので、波高が大きい場合であっても水中にて発電させることができる。これにより、波力発電装置の利用率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、波高計としてブイ式波高計６０を用いることとしたが、浮体２に入射する波高データが得られるものであればよく、例えば超音波式やレーザー式の波高計を支柱３８又は浮体２に設置することとしてもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 波力発電装置
２ 浮体（浮体本体）
３ ウェイト（振動体）
４ バネ
５ ボールネジ軸
６ 付加質量体
８ 発電機
１０ バラストタンク
１２ 取水ポンプ
１３ 排水ポンプ
１４ 取水管
１５ 排水管
１８ 水圧式波高計
２１ 真空タンク（負圧タンク）
２２ 真空ポンプ
２３ 圧縮タンク（加圧タンク）
２４ 第１開閉弁
２７ 圧縮ポンプ
２８ 第２開閉弁
３０ バラスト配管（取水部，排水部）
３２ 支持枠体
３６ ガイド手段
３８ 支柱
３９ ガイドブラケット
４１ 底板
４１ａ 孔部
４２ アンカー（係留手段）
４３ 係留ケーブル（係留手段）
４５ 漏水感知センサー
４７ ロック機構（ロック手段）
６０ ブイ式波高計
６２ 受信器

Claims (15)

1. 浮体本体と、
   該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、
   前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、
   を備えた波力発電装置において、
   前記浮体本体を水中まで沈下させる浮力調整手段と、
   該浮力調整手段の浮力を制御する制御部と、
   を備えていることを特徴とする波力発電装置。
2. 前記浮力調整手段は、前記浮体本体に取り付けられたバラストタンクと、該バラストタンク内のバラスト水量を調整するバラスト水量調整手段と、を備え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。
3. 前記バラスト水量調整手段は、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水ポンプと、外部から水を該バラストタンク内へと供給する取水ポンプとを備えていることを特徴とする請求項２に記載の波力発電装置。
4. 前記水量調整手段は、前記バラストタンクに第１開閉弁を介して接続された負圧タンクと、該バラストタンクに第２開閉弁を介して接続された加圧タンクと、前記負圧タンクに接続された真空ポンプと、前記加圧タンクに接続された圧縮ポンプと、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水部と、前記バラストタンク内に水を取り入れる取水部と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の波力発電装置。
5. 前記水量調整手段は、前記バラストタンクに第１開閉弁を介して接続された負圧タンクと、該バラストタンクに第２開閉弁を介して接続された加圧タンクと、前記負圧タンクに吸引口が接続されるとともに前記加圧タンクに排気口が接続された真空ポンプと、前記バラストタンク内のバラスト水を外部へ排出する排水部と、前記バラストタンク内に水を取り入れる取水部と、を備えていることを特徴とする請求項２に記載の波力発電装置。
6. 前記制御部は、周囲の波高を計測する波高計からの計測データを得て、又は、前記振動体の振動変位データを得て、又は、周囲の漂流物の検出データを得て、前記浮力調整手段を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の波力発電装置。
7. 前記制御部は、周囲の波高を計測する波高計からの計測データを得て、前記発電機が所望の電力を出力する沈下位置となるように、前記浮力調整手段を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の波力発電装置。
8. 沈下および浮上に伴う上下動をガイドするガイド手段を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の波力発電装置。
9. 複数の前記浮体本体を固定した状態でガイドすることを特徴とする請求項８に記載の波力発電装置。
10. 前記ガイド手段の下端に接続されて水中に位置する底板と、
    該底板を海底から係留する係留手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載の波力発電装置。
11. 前記底板には、前記浮体本体が挿通可能とされた孔部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の波力発電装置。
12. 前記浮体本体内に水が浸入したことを検出する漏水感知センサーと、
    前記振動体の振動を停止させるロック手段と、
    を備え、
    前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記ロック手段を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の波力発電装置。
13. 前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記発電機の動作を停止することを特徴とする請求項１２に記載の波力発電装置。
14. 浮体本体と、
    該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、
    前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、
    を備えた波力発電装置において、
    前記浮体本体内に水が浸入したことを検出する漏水感知センサーと、
    前記振動体の振動を停止させるロック手段と、
    を備え、
    前記制御部は、前記漏水感知センサーの検出結果に基づいて、前記ロック手段を制御することを特徴とする波力発電装置。
15. 浮体本体と、
    該浮体本体の内部にバネを介して取り付けられ、該浮体本体の変動に応じて振動する振動体と、
    前記浮体本体の内部に設けられ、前記振動体の振動により駆動されて発電する発電機と、
    を備えた波力発電装置の制御方法において、
    前記浮体本体を水中まで沈下させるように該浮体本体の浮力を制御することを特徴とする波力発電装置の制御方法。

Images