JP2016098784A - 浮体と重量固体の時間差落下による波力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波力発電においてはコスト高となることが、実用化の進まない大きな原因の１つであるので、小型でエネルギー変換効率が良く、製造、運用ともにコストの安い発電機構によるエネルギーを提供する。
【解決手段】
波の動きによりリードレールに沿って上下運動する浮体と、ワイヤやチェーン等で発電機に繋いだ重量固体を、浮体が下方、重量固体が上方になるようにリードレールに設置する。浮体と重量固体を繋ぐ接続部はなく、浮体と重量固体は分離しているものとする。波の下降速度よりも、発電機に繋いだ重量固体の落下速度が遅くなるように、負荷の大きさ、重量固体の重さ、プーリーやギアのバランスを最適な範囲に設定することにより、重量固体に空間を落下させ、その落下エネルギーを電気エネルギーに変換する。波の力を固体の落下運動エネルギーに変換することにより効率よくエネルギーを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、浮体と重量固体の時間差落下による波力発電装置にかかり、特に、波のエネルギーを固体が空間を落下するエネルギーに変換する波力発電装置に関する。

空気の押し出し、振子、越浪貯水等、色々な方法で波力の電気エネルギーへの変換が試されている。特開２０１１−０９４６００号公報（特許文献１）には、次の発明が開示されている。
重量浮体（Ａ）と重量浮体（Ｂ）、そして掛け金を組み合わせた機構により、波による上昇点において掛け金に引っかかる重量浮体（Ａ）の位置から、波の下降時、下降水面が重量浮体（Ｂ）の底面を通過し掛け金が引かれる時の水面位置の間において、重量浮体（Ａ）は浮力を受けず空間を落下する距離または時間をもつ。その落下エネルギーを電気エネルギーに変換する重量浮体の時間差落下による波力発電。

特開２０１１−０９４６００号公報

現在まで、跳ね板、振り子、蛇腹、ピストン、空気の押し出し等の方法で、波力発電がいろいろ試されている。わが国では第１次石油ショックのあった１９７０年代以降、波エネルギーを大規模に利用しようと開発が始まり、現在も実際に海で実験を継続しているものがあるが、設備が大規模であるほど、洋上であるために設備費作業コストが高くつき、いずれも実用に供される状況になっていない。

小規模なもので実用化されているものとしては１９６５年前後に開発された小規模な波力発電装置を備えた航路標識用ブイなどもあるが、現在まで波力発電の利用はなかなか進んでいないといえる。

波の周期や、高さ・長さ・方向は不規則なもので、時間的にも変動し、また場所、地形による違いもある。また、常時変動している波から大きな力を求め、大規模な設備での運用を考えても、立地、コスト、運用などの問題が生じるため、小型でエネルギー変換効率が良く、製造、運用ともにコストの安い機構を多数作りそのエネルギーを集積することが好ましい。

上記特開２０１１−０９４６００号公報（特許文献１）は、今回の本発明の出願人、発明者と同様であるが、先の発明出願後、特定規模電気事業者や、政府機関等へ資料を送付したり、実施企業を探す中、大企業や特定発電事業者に限らず実施可能な企業の範囲を広げ、実施・実用に供されるようにするためには、製造が簡単であり製造コスト、メンテナンスコストは安いほどよいと思い、そのためには先の発明案件をもっと簡易な機構や仕組みで実現できないかと考えた。

それには、掛け金や掛け金を引っ掛ける溝や突起などのコストがかかりそうな部分をなくしたいが、それらを取り除くと、重量浮体に空間を落下させる仕組みが成り立たなくなるため、どのような仕組みにしたらよいかを考えながら、実験模型を作り、発電実験を行う途中で新たな仕組みを思いたった。

浮体と重量固体を用いるが、浮体と重量固体とを繋ぐ接続部はなく、浮体と重量固体とは分離しているものとする。すなわち、浮体と重量固体とは独立して移動できる。浮体が波の上昇と共に重量固体を押し上げるよう浮体の質量、面積を設定しておく。波の動きによりリードレールに沿って上下運動する浮体と、ワイヤやチェーン等で発電機に繋いだ重量固体とを、浮体が下方、重量固体が上方になるようにリードレールに設置する。

その機構を防波堤等へ設置する。重量固体に繋いだ発電機には、電球または蓄電池を繋ぐ。波の下降速度よりも、発電機に繋いだ重量固体の落下速度が遅くなるように、負荷の大きさ、重量固体の重さ、プーリーやギアのバランスを最適な範囲に設定する。

波の上昇が、浮体とその浮体の上に乗った重量固体を、波の上昇点まで押し上げてゆく。波の下降時、浮体は波と同時に下がってゆくが、発電機に繋がれた重量固体は、波の下降より遅い速度で落下する。浮力を受けない、固体の落下となり、重量固体は加速度をつけ落下してゆく。波の下降と同時に下がってゆく浮体に、落下する重量固体が追いつくまでの距離、あるいは波の下降が終わり波の上昇と共に押し上がる浮体と落下する重量固体が接する位置までの距離において、重量固体は浮力を受けず空間を落下する。その落下エネルギーを電気エネルギーに変換する。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）固体の落下エネルギーであることにより、変換効率は良く、単純な機構であるため、資材、製造、作業、メンテナンスコストが安価になる。
（２）ＣＯ_２の排出を出さず自然環境等にやさしいクリーンなエネルギーを提供する。
（３）波の周期や、高さ・長さ・方向は不規則なもので、時間的にも変動し、また場所、地形による違いもあるが、本発明の浮体部分はリードレールを沿うだけで、機構の他の部分との接続がないことにより、波の上下運動と共に自由にリードレールを上下し、満ち潮、引き潮の時間による海面の高さの変動に影響を受けない。そして数十センチの波から発電することができ、数メートルの波にも対応する。
（４）波の高さがバラバラであってもリードレールの長さの範囲において常時稼働し、常に変動する波に対応して発電することができる。

本発明の一実施形態にかかる波力発電装置の斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかる波力発電装置の斜視図である。

図１は、本発明の一実施形態にかかる波力発電装置の斜視図である。
図１において、符号１は浮体、符号２は重量固体、符号３（３−１、３−２、３−３）はリード支柱、符号４はワイヤまたはチェーン、符号５は天板、符号６は発電機、符号７は基礎、符号８は重りである。発電機６は、例えば、ＤＣモーター９０Ｖ、プーリー、回転ギア、チェーンなどからなる。

図１のように、浮体１を波の上下に沿って動くようにリード支柱３に設置し、その上に重量固体２を載せる形で設置する。その重量固体２は発電機６のモータに繋ぐ。波の上昇において、波が浮体１と重量固体２を持ち上げる。

発電機６の消費電力が増すほど、発電機６のモータの回転が遅くなることを生かし、または重量固体の重さを変えたり、制御装置でモータの回転を制御することにより、または歯車の大きさの組み合わせを変えるなどによって、浮体１が波の下降と共に落下する速度より、重量固体２の落下速度が遅くなるようにする。そうすると重量固体２が空間を落下する。

重量固体２が落下するとき、浮力を受けないので、理論的に、固体の落下運動や、水車の発電出力と同様なエネルギーを取り出すことができる。従来考えられている、発電効率２０％前後となっている波力発電に比べ、発電効率が良く、数十センチの波から発電できる。

＜実施例＞
上記の機構において発電機６に繋ぐ電球の負荷を変えながら、重量固体の落下スピード、発電機の回転速度を観測。発電機に繋ぐ負荷の大きさにより、波の下降速度よりも充分に遅い落下速度で重量固体を落下させ、電球の点灯を確認した。

茅ヶ崎柳島海岸釣り場付近の各場所、海岸線、テトラポット付近、桟橋コンクリート塀付近、棚段になっている石積みの中池、橋げた付近等で、波の上下運動、波の上下運動の速度、波の破砕状態等の観測を行った。

海岸線であっても棚段や、コンクリート壁の引き込んでいる部分等では、砕波が少ない状態で波が上下運動していることを確認できた。茅ヶ崎柳島海岸、波高５０ｃｍ〜１００ｃｍにおいて上記の材料で作った装置にて実験。防波堤に機構を設置し実験を行ったところ、発電機の回転、点灯、重量固体が浮体と接するまでの距離において空間を落下することが確認できた。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図２に示したように、図１の重り８に代えて、ぜんまいバネ９にしてもよい。

クリーンなＣＯ_２を出さないエネルギーであり、安価な電力として用途は多岐にわたる。

１ 浮体
２ 重量固体
３（３−１、３−２、３−３） リード支柱
４ ワイヤまたはチェーン
５ 天板
６ 発電機
７ 基礎
８ 重り
９ ぜんまいバネ

Claims (1)

1. 波の動きによりリードレールに沿って上下運動する浮体と、ワイヤやチェーン等で発電機に繋いだ重量固体とを、浮体が下方、重量固体が上方になるようにリードレールに設置し、
   浮体と重量固体とを繋ぐ接続部はなく、浮体と重量固体とは独立して移動でき、
   波の下降速度よりも、発電機に繋いだ重量固体の落下速度が遅くなるように、負荷の大きさ、重量固体の重さ、プーリーやギアのバランスを設定することにより、重量固体に空間を落下させ、その落下エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする、波力発電装置。