JP2013174185A - 波力利用動力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置や撤去が簡単で、かつ水面高さが変動しても追随できる波力利用動力装置を実現する。
【解決手段】箱状の浮遊体３に１対の滑車３１を水平姿勢で重ねて互いに逆向きにトルクを伝えるワンウエイクラッチを介して回転軸に取り付け、回転軸を増速機を介して発電機に接続し、寄せ返す波の方向に敷設したロープ２に滑車３１を巻き付けることにより、浅海波により往復移動する浮遊体３から動力を発生させる。低コストでクリーンな自然界の動力を簡単な構造で容易に回収し、利用することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋の沿岸部に発生する浅海波を利用して動力を得るように構成された波力利用動力装置に関する。

原子力発電や火力発電、水力発電等の環境汚染や環境破壊を伴う発電方式に対して、無公害のクリーンエネルギーの開拓が注目されている。波力の利用はその一つで、風力や太陽光のように天候や時間帯に左右されることがなく、特に沿岸部に発生する浅海波は昼夜を問わず静止することがない。送電の困難な離島等の場合、最も安定して確実にエネルギーを取り出すことのできるのが波力である。

従来、波力利用についてはさまざまな提案がなされているが、その多くは浮遊体を杭等により拘束し、波による上下運動を利用するものであり、例えば特許文献１には、一端を汀渚面に固定した浮子板の波による上下方向の揺動をクランク機構によって回転運動に変換して発電機を駆動する波力発電機が記載されている。また特許文献２には、浮遊体の底に取り付けたロープを海底に固定した防水箱内のプーリに巻き付け、波による浮遊体の上昇、下降をプーリの回転に変換して発電機を駆動する波力発電装置が記載されている。発電機の回転が一方向のみとなるよう、プーリの回転軸には、例えば両ねじナット軸とボルトを組み合わせたワンウエイ回転機構などが取り付けられている。

特開２０１１−１９６３６３号公報 特開２０１１−２４１８１０号公報

しかしこれらの従来提案されている波力発電装置においては、発電機構部分を海底に固定、設置しなければならないため工事費用がかかることと、水面高さがほぼ一定でないと適正な作動が期待できないため設置場所が制約されるなどの問題点がある。

本発明は、設置工事が簡単で撤去や入れ換えも容易であり、かつ水面高さが変動しても追随できるような波力利用動力装置を実現することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、箱状の浮遊体に取り付けられ、ワンウエイクラッチを介して互いに逆の一方向にのみトルクを伝え、その逆方向には空転するようにした１対または複数対の滑車を、寄せ返す浅海波または潮流の方向に敷設した１本または２本のアンカーロープに巻き付け、浅海波または潮流による前記浮遊体の往復運動によって前記滑車の回転軸を一方向に回転させて動力を取り出すことを特徴とする波力利用動力装置である。

請求項２に記載の本発明は、各対の滑車が１本の回転軸毎に重ねて取り付けられ、前記各対の滑車が別の２本のアンカーロープに巻き付けられでいる請求項１に記載の波力利用動力装置である。

請求項３に記載の本発明は、各対の滑車が並立する２本の回転軸毎に別個に取り付けられ、前記各対の滑車が１本のアンカーロープにそれぞれ逆側から巻き付けられている請求項１に記載の波力利用動力装置である。

本発明によれば、きわめて低コストでクリーンエネルギーが得られるという、すぐれた効果を奏する。特に送電設備の普及が困難な離島等の遠隔地において、手近に所要の電力や水力が得られる効果は大きい。

本発明に係る実施例の波力発電装置の設置状況を示す側面図である。 本発明に係る実施例の波力発電装置の設置状況を示す平面図である。 本発明に係る実施例の浮遊体を断面で示す側面図である。 本発明に係る実施例の浮遊体を示す平面図である。 本発明に係る実施例における浮遊体の滑車の回転方向を説明する説明図である。 本発明に係る他の実施例における浮遊体を示す平面図である。

以下、本発明の実施例について図面により詳細に説明する。

図１は本発明に係る波力利用動力装置の設置状況を示す側面図、図２は同じく平面図である。汀渚面には、波または潮流の方向にアンカーロープ２が張られ、両端がアンカー１ａ，１ｂで陸地に固定されている。アンカーロープ２には箱状の浮遊体３が係止されており、浮遊体３は波または潮流の往復により、アンカーロープ２に沿って往復運動を行う。

ロープの固定には、杭を打設してもよいのはもちろんであるが、いわゆる船舶用のアンカー（錨）を使用してもよいし、コンクリートブロック等の重量物でもよい。設置や撤去を簡易に行うことを重視する場合には、杭打ち以外の手段によった方がよい。

図３は浮遊体３を断面で示す側面図、図４は同じく平面図である。浮遊体３の上面中央に１対の滑車（プーリ）３１ａ，３１ｂが１本の回転軸３２に２枚重ねて取り付けられている。特には図示しないが、１対の滑車３１ａ，３１ｂと回転軸３２との間にはワンウエイクラッチが挿入されており、追って詳しく説明するように、滑車３１ａ，３１ｂの回転に対してそれぞれ同一方向のトルクのみを回転軸３２に伝え、反対方向には空転するようになっている。ワンウエイクラッチには磁石式のもの、ローラ式のもの、ラチェット式のものなどが知られているが、いずれを用いてもよい。

アンカーロープ２ａ，２ｂは、浮遊体３の上面両脇にそれぞれ対をなすように設けられているガイドローラ３５の内側を通るようにすることにより、滑車３１ａ，３１ｂへの巻きつき角を確保するとともに浮遊体の向きを一定に保持し、浮遊体３が同じ向きのまま往復するようにガイドする。なお、図３には特に示していないが、滑車３１やガイドローラ３５を配置した浮遊体３の上部には、適宜カバーを設ける。

箱状の浮遊体３はケーシング３０が密閉されているため、内部の空気により浮力が発生し、水面に浮くことができる。回転軸３２がケーシング３０を貫通する部分には軸受３８を設ける。軸受３８はケーシング３０内に水が侵入しないよう、シール機能が必要である。さらに、球面軸受等を使用してこの部分で首振り自由な構造とすると、滑車をはじめとする内部の機構が浮遊体３の細かい揺れに同調しないので安定する。

浮遊体３の内部で、回転軸３２の下部は変速機３３に接続されている。そして変速機３３の出力側には例えば発電機３４が接続される。駆動する機器が発電機の場合は変速機３３は増速機、またポンプの場合、変速機３３は減速機である。変速機３３の変速比は、使用する機器に合わせて適宜選定する。

浮遊体３の下部に、波を受ける面積を増すため、波を受ける方向に波受け板３６を取り付けるとよい。また浮遊体３の側面には、細かい揺れに対して安定させるため、喫水線から下の位置に斜め下向きの羽根、すなわち姿勢制御板３７を取り付けるとよい。

図５は１対の滑車それぞれがどのように回転するかを示す説明図である。

１対２枚のうち上側の滑車３１ａに対して（ａ）に示す側にアンカーロープが巻き付けられているとすると、浮遊体３が矢印ｗの方向に移動すれば滑車３１ａは時計方向に回転する。このとき下側の滑車３１ｂは（ｂ）に示すように反時計方向に回転する。移動方向が逆になれば回転も逆向きになる。そして両滑車にはワンウエイクラッチが挿入されているので、空転しない滑車のみが回転軸３２を駆動するから、この図で滑車３１ａが回転軸３２を回しているときは滑車３１ｂは空転しており、移動方向が逆になって滑車３１ｂが回転軸３２を回しているときは滑車３１ａは空転している。したがって回転軸３２は常に一定方向に回転することになる。

なお、１対の滑車３１ａ，３１ｂに巻き付けたアンカーロープ２ａ，２ｂの両端をアンカー１ａ，１ｂに固定する代わりに、一本のアンカーロープ２ａの一方の先端を一方の滑車３１ａに固定し、移動ストローク分の長さを滑車３１ａに巻き付けてからそのもう一方の先端をアンカー１ｂに固定するとともに、もう一方のアンカーロープ２ｂの一方の先端をもう一方の滑車３１ｂに固定し、移動ストローク分の長さを滑車３１ｂに巻き付けてからそのもう一方の先端をアンカー１ａに固定するようにしてもよい。

図６は本発明に係る他の実施例における浮遊体３を示す平面図である。この場合は１対の滑車３１ａ，３１ｂは浮遊体３の上面の並立する２本の回転軸に別個に取り付けられ、これら１対の滑車が１本のアンカーロープ２にそれぞれ逆側から巻き付けられている。浮遊体３の移動による回転軸３２の回転方向は図５の例と同じである。アンカーロープが１本でよいことと、滑車への巻き付け角が大きくとれるのが利点であるが、回転軸が２本あるので浮遊体３の内部で２本の回転軸を歯車、べルト等により連結する機構が必要である。以上滑車が１対の場合について説明したが、１基の浮遊体に滑車を複数対取り付けて複数基の発電機を回したり、発電機とポンプとを両方回したりすることは任意である。

寸法例を示すと、浮遊体３は縦横６００ｍｍ×７００ｍｍ、高さ４００ｍｍ程度の箱状である。滑車３１の径は２００ｍｍ、往復する移動距離を１３００ｍｍ程度と仮定して、アンカーロープ２は３〜５ｍとする。水位の変動に対応するには、アンカーロープ２は長めの方がよい。

なお、浮遊体３の移動を安定させるため、浮遊体３からアンカーロープ２と直角方向に別のロープを張ってその先端を固定するようにすると、一層好ましい。

以上説明したように、本発明の波力利用動力装置においては、水面に浮かんだ浮遊体の往復運動を利用するため、潮位の変化の激しい（干満の差の激しい）地区においても適用が可能であり、また海底を掘削したり杭を打設したりする工事が全く不要であることから、設置や撤去がきわめて容易である。

さらに、波打ち際に発生する浅海波は月齢や季節にほとんど関係なくほぼ一定であり、年間を通じて安定して電力が得られるという点でも好ましい。

発電機に代えて直接ポンプを駆動すれば、電源のない場所でも直ちに水力が得られる。ポンプ以外の回転機器を駆動することも任意である。

なお、本発明の波力利用動力装置は、周囲の海洋を汚染する恐れがなく、また、海水浴をはじめとする海岸の機能にはほとんど支障がない。

１…アンカー、 ２…アンカーロープ、 ３…浮遊体、 ３０…ケーシング、 ３１…滑車、 ３２…回転軸、 ３３…変速機、 ３４…発電機、 ３５…ガイドローラ、 ３６…波受け板、 ３７…姿勢制御板、 ３８…軸受、 Ｓ…海岸線。

Claims (3)

1. 箱状の浮遊体に取り付けられ、ワンウエイクラッチを介して互いに逆の一方向にのみトルクを伝え、その逆方向には空転するようにした１対または複数対の滑車を、寄せ返す浅海波または潮流の方向に敷設した１本または２本のアンカーロープに巻き付け、浅海波または潮流による前記浮遊体の往復運動によって前記滑車の回転軸を一方向に回転させて動力を取り出すことを特徴とする波力利用動力装置。
2. 各対の滑車が１本の回転軸毎に重ねて取り付けられ、前記各対の滑車が別の２本のアンカーロープに巻き付けられている請求項１に記載の波力利用動力装置。
3. 各対の滑車が並立する２本の回転軸毎に別個に取り付けられ、前記各対の滑車が１本のアンカーロープにそれぞれ逆側から巻き付けられている請求項１に記載の波力利用動力装置。

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