JP2015194157A - エネルギー貯留装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 縦回転軸と、縦回転軸を支持する浮体と、浮体内に配設され縦回転軸に作動係合して回転駆動される発電機とを備え、浮体が水上係留されたエネルギー貯留装置であって、従来技術に比べて浮体の内部構造が簡素で、浮体と係留装置とが小型化され、製造コストが低い装置を提供する。
【解決手段】 揺動可能な縦回転軸を形成する第１浮体と、係留されて第１浮体を取り巻く第２浮体とを備え、第１浮体は、縦回転軸に直交する軸線回りの第２浮体に対する相対揺動と、縦回転軸延在方向の第２浮体に対する相対直進運動とが可能であり、更に第２浮体に取り付けられて第１浮体の回転運動エネルギーを発電機の駆動トルクに変換する動力伝達装置を備え、水上に設置され、発電機に供給される電力を第１浮体の回転エネルギーに変換して第１浮体に貯留する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー貯留装置に関するものである。
縦回転軸と、縦回転軸を支持する浮体と、浮体内に配設され縦回転軸に作動係合して回転駆動される発電機とを備え、浮体が水上係留された、洋上風力エネルギー取出装置が特許文献１に開示されている。
ＷＯ０３／０８９７８７
特許文献１の装置の発電機に電力を供給し、電力を縦回転軸の回転エネルギーに変換して縦回転軸に貯留すれば、エネルギー貯留装置が成立する。
特許文献１の装置には、縦回転軸を回転可能に支持する支持装置と、発電機とを浮体内に配設するので、浮体の内部構造が複雑になり、製造コストが上昇するという問題がある。また、縦回転軸が略鉛直に延在することが予定されており、当該予定を達成するために、浮体と係留装置とが大型化するという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、縦回転軸と、縦回転軸を支持する浮体と、浮体内に配設され縦回転軸に作動係合して回転駆動される発電機とを備え、浮体が水上係留されたエネルギー貯留装置であって、従来技術に比べて浮体の内部構造が簡素で、浮体と係留装置とが小型化され、製造コストが低い装置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、本発明においては、揺動可能な縦回転軸を形成する第１浮体と、係留されて第１浮体を取り巻く第２浮体とを備え、第１浮体は、縦回転軸に直交する軸線回りの第２浮体に対する相対揺動と、縦回転軸延在方向の第２浮体に対する相対直進運動とが可能であり、更に第２浮体に取り付けられて第１浮体の回転運動エネルギーを発電機の駆動トルクに変換する動力伝達装置を備え、水上に設置され、発電機に供給される電力を第１浮体の回転エネルギーに変換して第１浮体に貯留することを特徴とするエネルギー貯留装置を提供する。
発電機に供給される電力を第１浮体の回転エネルギーに変換することにより、エネルギー貯留装置が得られる。
本発明においては、縦回転軸は第１浮体であって水の浮力で支持されるので、従来技術の浮体に相当する第２浮体は第１浮体の支持構造を要さない。第１浮体は揺動可能なので、従来技術の浮体に相当する第２浮体は第１浮体の揺動を阻止する必要が無い。動力伝達装置は第１浮体と第２浮体の間のオープンスペースに配設される。従って、従来技術の浮体に相当する第２浮体の内部構造は従来技術に比べて簡素化され、第２浮体と係留装置とは従来技術に比べて小型化され、第２浮体の製造コストは従来技術に比べて低減する。
本発明の好ましい態様においては、エネルギー貯留装置は一対の第１浮体と、係留されて前記一対の第１浮体を取り巻く第２浮体とを備え、第２浮体は中間ブイ付多点係留され、第２浮体と中間ブイとを連結する係留索は、上面視で、前記一対の第１浮体の回転軸線を結ぶ第１直線の前記一対の第１浮体間の中間点を通り第１直線に直交する第２直線に関して線対称に配設されている。
エネルギー貯留装置の稼働時に、一対の第１浮体を互いに逆方向へ回転させれば、発電機から第２浮体に伝達されるトルクが相殺され、第２浮体の回転が防止される。この結果、係留が容易化されて係留コストが低減する。
本発明の実施例に係るエネルギー貯留装置の構造図である。（ａ）は第１浮体が直立した時の部分側面図であり、（ｂ）は上面図であり、（ｃ）はローラーと支持腕の模式的な斜視図であり、（ｄ）は第１浮体が傾斜した時の部分側面図であり、（ｅ）は第１浮体が上方へ移動した時の第１浮体周側面上でのローラー当接部の軌跡とローラーの姿勢との関係を示す部分側面図である。 発明の実施例に係るエネルギー貯留装置の部分側面図である。 本発明の実施例に係るエネルギー貯留装置の係留状態を示す構造図である。（ａ）は一対の第１浮体を有するエネルギー貯留装置の上面図であり、（ｂ）は単一の第１浮体を有するエネルギー貯留装置の上面図である。
本発明の実施例に係るエネルギー貯留装置を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図２に示すように、エネルギー貯留装置Ａは、縦回転軸、即ち上下に延在する回転軸、を形成する円柱状の第１浮体１と、水上係留されて第１浮体１を取り巻く第２浮体２とを備えている。
第２浮体２は、上面視で、第１浮体１を中心とする正三角形の各頂点に配設された円柱状の浮体２ａと、隣接する浮体２ａ同士を連結する腕部材２ｂとを有している。３本の腕部材２ｂは同一平面上に在る。
Ｕ型の二股部３ａ’と二股部の基部から延びる軸部３ａ”とを有する音叉形状部材である第１部分３ａと、Ｕ型の二股部３ｂ’と二股部の基部から延びる軸部３ｂ”とを有する一対の音叉形状部材が、二股部３ｂ’を互いに突き当てて一体化された第２部分３ｂとを有し、第２部分３ｂの両軸部３ｂ”が第１部分３ａの二股部３ａ’に回動自在に支持された構造を有する支持腕３が、第１部分３ａの軸部３ａ”を腕部材２ｂに直交させて、腕部材２ｂの長さ方向中央部に取り付けられている。支持腕３は、３本の腕部材２ｂが含まれる平面内で、第１浮体１の中心軸線Ｌへ向けて延びている。第１部分３ａの軸部３ａ”は、当該軸部の中心軸線回りに回動可能に、また図示しないバネの付勢力を受けて、所定のストローク内で腕部材２ｂから出没自在に、腕部材２ｂに取り付けられている。各腕部材２ｂに１個の支持腕３が取り付けられている。
各支持腕３の第２部分３ｂに、厚肉円盤状のローラー４が回動自在に取り付けられている。
ローラー４は、円盤の中心軸線Ｘ回りと、円盤の肉厚中心平面内で軸線Ｘに直交して第１浮体１の中心軸線Ｌへ向けて延在する軸線Ｙ回りと、円盤の肉厚中心平面内で軸線Ｘと軸線Ｙとの交点を通り且つ前記２軸線に直交する軸線Ｚ回りとに、回動自在に、支持腕３によって支持されている。
３個のローラー４が、上面視で、周方向に１２０度づつ間隔を隔てて第１浮体１を取り囲んでおり、ローラー４の周側面が第１浮体１の周側面に当接している。ローラー４の周側面は、腕部材３の軸部３ａ”を付勢する前述の図示しないバネによって、第１浮体１の周側面に押し付けられている。
ローラー４に発電機５が取り付けられている。
エネルギー貯留装置Ａは水上に設置されている。第２浮体２は図示しないアンカー及びチェーン又はワイヤーにより係留されて水面に浮いており、第１浮体１はローラー４によって水平移動が制約される点を除いて自由状態で水面に浮いている。ローラー４と発電機５とは水面よりも上方に在る。
エネルギー貯留装置Ａの第１浮体１に縦回転軸風車や縦回転軸水車を固定して発電を行うことができる。この場合、第１浮体１の回転が、ローラー４に伝達され、ローラー４に取り付けられた発電機５が駆動されて発電される。第１浮体１の回転運動エネルギーが発電機５の駆動トルクに変換され、最終的に電気エネルギーに変換されて取り出される。
ローラー４は、中心軸線である軸線Ｘ回りのみならず、軸線Ｘに直交する軸線Ｙ、Ｚ回りにも回動可能なので、回転する第１浮体１から受ける抵抗が最小になる姿勢で第１浮体１に当接する。この結果、図１（ｄ）に示すように第１浮体１が揺動して傾斜すると、ローラー４は、軸線Ｚ回りに回動し、軸線Ｘを第１浮体１の中心軸線Ｌに平行に延在させて、第１浮体１周側面に当接し、第１浮体１によって回転駆動される。波を受けて回転中の第１浮体１が上下動すると、ローラー４は、軸線Ｙ回りに回動し、図１（ｅ）に示すように、第１浮体１周側面上のローラー４当接部の軌跡Ｓの延在方向へ周側面を差し向けて、第１浮体１周側面に当接し、第１浮体１によって回転駆動される。
ローラー４は、前述のごとく第１浮体１の周側面に押し付けられているので、第１浮体１が揺動して傾斜し、上下動し、或いは水平動しても、確実に第１浮体１の周側面に当接し、第１浮体１によって回転駆動される。
従来技術の縦回転軸に相当する第１浮体１は、水の浮力で支持されるので、従来技術の浮体に相当する第２浮体２は第１浮体１の支持構造を要さない。第１浮体１は揺動可能なので、従来技術の浮体に相当する第２浮体２は第１浮体１の揺動を阻止する必要が無い。またローラー４と発電機５とは第１浮体１と第２浮体２の間のオープンスペースに配設される。この結果、従来技術の浮体に相当する第２浮体２の構造は従来技術に比べて簡素化され、第２浮体２と係留装置とは従来技術に比べて小型化され、第２浮体２ひいてはエネルギー貯留装置Ａの製造コストは従来技術に比べて低減する。
複数のローラー４と発電機５とを配設することにより、単一の大寸法のローラーと大容量の発電機とを配設する場合に比べてローラー４と発電機５とが小型化されローラー４と発電機５の開発コストと製造コストとが低減する。ローラー４と発電機５の個数を４以上にすれば、発電を継続しつつ何れかのローラー４と発電機５とを保守し或いは交換することが可能になる。
図２に示すように、発電機５に電力を供給し、発電機５とローラー４とを介して前記電力を第１浮体１の回転エネルギーに変換することにより、エネルギー貯留装置Ａを本来の目的に使用することができる。第１浮体１に貯留された運動エネルギーは、必要時に電気エネルギーとして取り出すことができる。
エネルギー貯留装置Ａを、海、湖沼、河川等に設置することができる。
図３（ａ）に示すように、一対の第１浮体１と、一対の第１浮体１を取り巻く第２浮体２と、第２浮体２に取り付けられて一対の第１浮体１に当接する一対の３個のローラー４と、各ローラー４に取り付けられた発電機５とで、エネルギー貯留装置を構成し、第２浮体２を中間ブイ付多点係留しても良い。第２浮体２と中間ブイ１０とを連結する２本の係留索１１を、上面視で、一対の第１浮体１の回転軸線を結ぶ第１直線Ｘ’の前記一対の第１浮体１間の中間点を通り第１直線Ｘ’に直交する第２直線Ｙ’に関して線対称に配設する。
第２浮体２と中間ブイ１０とを連結する２本の係留索１１が、上面視で、一対の第１浮体１の回転軸線を結ぶ第１直線Ｘ’の前記一対の第１浮体１間の中間点を通り第１直線Ｘ’に直交する第２直線Ｙ’に関して線対称に配設されているので、エネルギー貯留装置の稼働時に、一対の第１浮体１を互いに逆方向へ回転させれば、モータや発電機から第２浮体２に伝達されるトルクが相殺され、第２浮体２の回転が防止される。この結果、係留が容易化されて係留コストが低減する。
単一の縦回転軸風車Ｂと単一の第１浮体１と第２浮体２とから成るエネルギー貯留装置を係留する際には、図３（ｂ）に示すように、径方向外方へ延びる腕部材１２を第２浮体２に固定し、腕部材１２から中間ブイ１０へ係留索１１を延ばして、第２浮体２を中間ブイ付一点係留するのが望ましい。腕部材１２を設けて第２浮体２の回転レバーを増加させることにより、第１浮体１から第２浮体２へ伝達されるトルクを打ち消すために係留索１１に発生する張力を低減することができる。
本発明は、水上に設置するエネルギー貯留装置に広く利用可能である。
Ａ エネルギー貯留装置
Ｘ 中心軸線
Ｙ、Ｚ 軸線
Ｘ’ 第１直線
Ｙ’ 第２直線
１ 第１浮体
２ 第２浮体
２ａ 浮体
２ｂ 腕部材
３ 支持腕
４ ローラー
５ 発電機
１０ 中間ブイ
１１ 係留索

Claims (2)

  1. 揺動可能な縦回転軸を形成する第１浮体と、係留されて第１浮体を取り巻く第２浮体とを備え、第１浮体は、縦回転軸に直交する軸線回りの第２浮体に対する相対揺動と、縦回転軸延在方向の第２浮体に対する相対直進運動とが可能であり、更に第２浮体に取り付けられて第１浮体の回転運動エネルギーを発電機の駆動トルクに変換する動力伝達装置を備え、水上に設置され、発電機に供給される電力を第１浮体の回転エネルギーに変換して第１浮体に貯留することを特徴とするエネルギー貯留装置。
  2. 一対の第１浮体と、係留されて前記一対の第１浮体を取り巻く第２浮体とを備え、第２浮体は中間ブイ付多点係留され、第２浮体と中間ブイとを連結する係留索は、上面視で、前記一対の第１浮体の回転軸線を結ぶ第１直線の前記一対の第１浮体間の中間点を通り第１直線に直交する第２直線に関して線対称に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯留装置。
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