図１は、本発明の発電システムおよび発電プラントのフローである。
その第１段階は、波力や潮力あるいは風力等の自然エネルギー1である。
その第２段階は可動物体やピストンクランク機構等を介して前記自然エネルギーを機械的な往復運動エネルギーに変換するエネルギー変換部２である。
その第３段階は中空のケーブル（アウターケーブル）と該中空ケーブル内に摺動自在に挿入されたケーブル（インナーケーブル）とからなるエネルギー伝達ケーブル３によって前記機械的な往復運動エネルギーを長距離伝達する。
その第４段階はピストンクランク機構やラックアンドピニオン機構等を介して前記往復運動エネルギーを回転運動に変換するエネルギー変換部と回転運動を電力に変換する発電部４である。
その第５段階は電力を送電する送電部５である。
以上各段階は、図示しないが段階順にジョイントや接続子などの接続手段で連結されている。
FIG. 1 is a flow of the power generation system and power plant of the present invention.
The first stage is natural energy 1 such as wave power, tidal power or wind power.
The second stage is an energy conversion unit 2 that converts the natural energy into mechanical reciprocating kinetic energy via a movable object, a piston crank mechanism, or the like.
In the third stage, the mechanical reciprocating energy is transmitted over a long distance by an energy transmission cable 3 including a hollow cable (outer cable) and a cable (inner cable) slidably inserted into the hollow cable. .
The fourth stage is an energy conversion unit that converts the reciprocating kinetic energy into a rotational motion and a power generation unit 4 that converts the rotational motion into electric power via a piston crank mechanism, a rack and pinion mechanism, or the like .
The fifth stage is the power transmission unit 5 that transmits power.
Although not shown in the drawings, the respective stages are connected by connecting means such as joints and connectors in order of stages.
図４は本発明の発電システムおよび発電プラントの波力発電における設備の配置例を図にしたものである。海面２０と岸壁１３近傍には図３で示したエネルギー変換部２とエネルギー伝達ケーブル３が配置されている。エネルギー伝達ケーブル３のアウターケーブル６は複数のケーブルホルダ１９によって固定されながら岸壁を這うように誘導され、岸上２１近くから湾曲部２２を経て、岸上の平地２３にある発電設備２４に接続される。
発電設備24の構成は発電部4と送電部5である。
該発電部４は前記エネルギー伝達ケーブル３のアウターケーブル６が伝達する往復運動エネルギーをピストンクランク機構やラックアンドピニオン機構等を介して前記往復運動エネルギーを回転運動に変換するエネルギー変換部と回転運動を効果的に電力に変換する為の増速機や発電機や変圧器等を具備している。
往復運動を連続した一方向の回転運動に変換する方法は多々発表されているが、往復運動の振幅が潮位や波の振幅によって大きく変化する波力発電のエネルギー変換方法として適しているのは、ラックアンドピニオン機構である。本発明に使用されるラックアンドピニオン機構の一例を下に記す。
エネルギー伝達ケーブル３のアウターケーブル６が高さの違うすくなくとも２列のギアーからなるラックに連結されている。ラックはベアリング台や車台などの移動可能な装置の上に設置され、アウターケーブル６の往復運動により、進む引くの往復運動を行う。
２列のラックのうち一方の高さの高い位置にあるギアーには、スプラグ式あるいはカム式のワンウェイクラッチが組み込まれた歯車1が連結する。歯車１はラックが進む方向の時はラックに連動して回転するが、引く方向の時はワンウェイクラッチの機能が働いて空回りをする。この歯車１は発電部4の増速機や発電機の動力伝達軸に連動する歯車４に連結しラックが往復運動の進む運動の時だけ歯車４を回す。
２列のラックのうち一方の高さの低い位置にあるギアーにはスプラグ式あるいはカム式のワンウェイクラッチが組み込まれた歯車２が連結する。歯車２はちょうど歯車１と反対の動作をする。すなわち、ラックが進む方向の時はワンウェイクラッチの機能が働いて空回りをし、引く方向の時はラックに連動して回転する。この時の回転方向は歯車１のものと逆回転であるので、この歯車２にスプラグ式あるいはカム式のワンウェイクラッチが組み込まれた歯車３を連結し連動させ、該歯車３を歯車４に連結する。これにより歯車３はラックが引く方向にのみ歯車４を歯車１がラックが進む方向の時に回す方向と同じ方向にまわす。なお、このラックの列の高さが低いのは歯車１と歯車３の組み合わせの高さを歯車１と同一にして歯車４を回せるようにした工夫である。
この構造により、往復運動の振幅が潮位や波の振幅によって大きく変化する波力発電においても連続した一方向の回転運動を安定して発電部4に伝えることができる。
送電部５は系統連系保護装置や蓄電部や変圧器等を具備する変電設備である。
本発明の発電システム及び発電プラントでは、図４に示す設備配置例にみるように、海面２０で発生した自然エネルギーは発電設備２４まで伝達され電力に変換される。
本発明により、岸上の平地２３に配置された発電設備２４が、洋上に建設する従来技術の発電設備より、はるかに建設が容易で、台風や異常波浪あるいは巨大津波等の自然災害時の影響を受けにくいことは論を待たない。
加えて本発明に使用するエネルギー伝達ケーブルは、インナーケーブル７がアウターケーブル６内を摺動自在に挿入されたケーブルで、かつ柔軟性を持つ構造であるので設置場所が複雑な地形の海岸部や山間部において、湾曲部のような折り曲げがあっても、エネルギーを伝達することができる。設置条件の自由度を高めた本発明の特徴は、電源プラントの建設において、設置コストの低減や設置場所の制約を緩和する等の大きな利便をもたらす特徴を有する。
この本発明の前記特徴は、家庭用やレジャー向け、緊急時向けの小型のシステムへの利用においても同様の利便性を発揮する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of facilities in wave power generation of the power generation system and power generation plant of the present invention. In the vicinity of the sea surface 20 and the quay 13, the energy conversion unit 2 and the energy transmission cable 3 shown in FIG. 3 are arranged. The outer cable 6 of the energy transmission cable 3 is guided to crawl along the quay while being fixed by a plurality of cable holders 19, and is connected from near the shore 21 to the power generation facility 24 on the flat land 23 on the shore via the curved portion 22.
The configuration of the power generation facility 24 is a power generation unit 4 and a power transmission unit 5.
The power generation unit 4 has a rotational motion and an energy conversion unit that converts the reciprocating motion energy transmitted by the outer cable 6 of the energy transmission cable 3 into a rotational motion through a piston crank mechanism, a rack and pinion mechanism, or the like. It has gearboxes, generators, transformers, etc. for effective conversion to electric power.
Many methods have been published to convert reciprocating motion into continuous unidirectional rotational motion, but it is suitable as an energy conversion method for wave power generation in which the amplitude of the reciprocating motion varies greatly depending on the tide level and wave amplitude. It is a rack and pinion mechanism. An example of the rack and pinion mechanism used in the present invention will be described below.
The outer cable 6 of the energy transmission cable 3 is connected to a rack composed of at least two rows of gears having different heights. The rack is installed on a movable device such as a bearing base or a chassis, and performs a reciprocating motion of pulling forward by the reciprocating motion of the outer cable 6.
A gear 1 incorporating a sprag-type or cam-type one-way clutch is connected to a gear at one of the two rows of racks at a high position. The gear 1 rotates in conjunction with the rack when the rack is in the direction of traveling, but rotates in the pulling direction due to the one-way clutch function. This gear 1 is connected to a gear 4 that is linked to the speed increaser of the power generation unit 4 and the power transmission shaft of the generator, and rotates the gear 4 only when the rack is reciprocating.
A gear 2 incorporating a sprag-type or cam-type one-way clutch is connected to one of the two rows of racks at a low position. The gear 2 operates just opposite to the gear 1. In other words, the one-way clutch function works when the rack is in the direction of traveling, and rotates in conjunction with the rack when it is in the pulling direction. Since the rotation direction at this time is reverse to that of the gear 1, a gear 3 incorporating a sprag-type or cam-type one-way clutch is connected to the gear 2 and interlocked, and the gear 3 is connected to the gear 4. . As a result, the gear 3 turns the gear 4 in the same direction as the direction in which the gear 1 rotates in the direction in which the rack advances. The height of the rack row is low because the combination of the gear 1 and the gear 3 is the same as the gear 1 so that the gear 4 can be rotated.
With this structure, a continuous unidirectional rotational motion can be stably transmitted to the power generation unit 4 even in wave power generation in which the amplitude of the reciprocating motion varies greatly depending on the tide level and the amplitude of the wave.
The power transmission unit 5 is a substation facility including a grid interconnection protection device, a power storage unit, a transformer, and the like.
In the power generation system and power generation plant of the present invention, as seen in the facility arrangement example shown in FIG. 4, natural energy generated on the sea surface 20 is transmitted to the power generation facility 24 and converted into electric power.
According to the present invention, the power generation facility 24 arranged on the flat shore 23 is much easier to construct than the conventional power generation facility constructed on the ocean, and has the effect of natural disasters such as typhoons, abnormal waves or huge tsunamis. I don't wait for it to be difficult to accept.
In addition, the energy transmission cable used in the present invention is a cable in which the inner cable 7 is slidably inserted in the outer cable 6 and has a flexible structure. Energy can be transmitted even if there is a bend like a curved portion in a mountainous area. The feature of the present invention that increases the degree of freedom of installation conditions is that it provides great convenience in the construction of a power plant, such as reduction of installation cost and relaxation of installation location restrictions.
This feature of the present invention also provides the same convenience when used in a small system for home use, leisure use, and emergency use.