JP2016176344A

JP2016176344A - 波力発電装置

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Publication number: JP2016176344A
Application number: JP2015054915A
Authority: JP
Inventors: 健蔵中塚; Kenzo Nakatsuka
Original assignee: SUNECO KK
Current assignee: SUNECO KK
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: JP6263491B2

Abstract

【課題】打ち寄せる波によってフロートを上下動させて大きな電力を得ることができる波力発電装置を提供する。【解決手段】水面に浮く浮台３上に、発電機４と、波によって上下動するフロート５と、フロート５が上下動する動力を発電機４の回転軸４ａの回転力に変換する動力伝達機構７とを備えた波力発電装置であって、浮台３の波を受ける波当壁９に上下方向の案内レール１１が固着され、この案内レール１１に波当壁９に当たる波によって上下動するフロート５が支持され、このフロート５に動力伝達機構７の作動杆３３が上方に突設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、海の波力で発電するようにした波力発電装置に関するものである。

波力発電装置には、水面に浮く浮台上に、発電機と、波によって上下動するフロートと、フロートが上下動する動力を発電機の回転軸の回転力に変換する動力伝達機構とを備え、上下動するフロートのエネルギーで発電するようにしたものがある。
この種の従来の波力発電装置には、浮台が波の伝わる方向に長い船体形状に形成され、この浮台の両側にフロートを配置し、浮台上に回転軸を設け、回転軸にワンウェイ機構を介して回転体を取り付け、この回転体にワイヤーを巻き付け、ワイヤーの一端にフロートを連結し、他端に錘を連結し、伝わった波でフロートを上下動させることにより、回転軸を回転させて発電機を発電させるようにしたものがある（例えば特許文献１）。

特許第４７８３９３５号公報

しかし、従来の場合、海面を伝わる波が上下動する高さの範囲でフロートが上下動するため、比較的フロートの上下動が小さく、大きな電力を得ることができないという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑み、打ち寄せる波によってフロートを上下動させて大きな電力を得ることができる波力発電装置を提供することを目的としている。

本発明における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
この技術的課題を解決する本発明の技術的手段は、水面に浮く浮台３上に、発電機４と、波によって上下動するフロート５と、フロート５が上下動する動力を発電機４の回転軸４ａの回転力に変換する動力伝達機構７とを備えた波力発電装置であって、
浮台３の波を受ける波当壁９に上下方向の案内レール１１が固着され、この案内レール１１に波当壁９に当たる波によって上下動するフロート５が支持され、このフロート５に動力伝達機構７の作動杆３３が上方に突設されている点にある。

また、本発明の他の技術的手段は、前記動力伝達機構７は、作動杆３３に上下方向に設けたラック３４と、このラック３４に噛合されている第１ピニオン３５と、該第１ピニオン３５から作動杆３３の上昇する動力を一方向クラッチ３７を介して伝達する第１ピニオン軸３８と、ラック３４に噛合されている第２ピニオン４０と、該第２ピニオン４０から作動杆３３の下降する動力を一方向クラッチ４１を介して伝達する第２ピニオン軸４２とを備えている点にある。

また、本発明の他の技術的手段は、前記動力伝達機構７は、第１ピニオン３５と第２ピニオン４０とが上下に配置して１本のラック３４に噛合され、第１ピニオン軸３８の回転と第２ピニオン軸４２の回転とを１台の発電機４の回転軸４ａに同一方向に伝達する伝動手段が設けられ、作動杆３３のラック３４とは反対側に、作動杆３３と当接して第１ピニオン３５及び第２ピニオン４０とラック３４との噛合を確保するバックアップ部材４９が設けられている点にある。

本発明によれば、浮台の波を受ける波当壁にフロートを支持していることにより、波当壁に海面を伝わる波が当たると、波当壁に波が衝当して大きく跳ね上がり、波濤となって波の高さの数倍になり、また、波が引くときにも、波の底より更に深く下降し、このため、海面を伝わる波が上下動する高さよりもフロートを大きく上下動させることができ、発電機でより大きな電力を得ることができる。

本発明の第１実施形態を示す波力発電装置の側面断面図である。同波力発電装置の正面断面図である。同波力発電装置の平面断面図である。同波力発電装置の拡大平面断面図である。同波力発電装置の正面図である。同波力発電装置の平面図である。第２実施形態を示す同波力発電装置の平面断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明の第１実施形態を示している。図１〜図６において、波力発電装置１は、水面に浮く浮台３に、発電機４と、波によって上下動するフロート５と、フロート５が上下動する動力を発電機４の回転軸４ａの回転力に変換する動力伝達機構７とを備えている。

浮台３は、コンクリートによって形成された内部空洞の浮きドックであり、アンカーによって係留されており、例えば長手方向の長さが５０ｍ、幅方向の長さが１５ｍ、高さが６ｍ程度に設定され、幅方向の一端部が波を受ける波当壁９とされている。従って、浮台３を海に設置する場合、幅方向の一端部の波当壁９側を波が来る方向に向けて海に浮かべ、風向きに応じて波当壁９の方向を変更できるようになっている。

波当壁９に上下方向の案内レール１１が固着されている。案内レール１１は平面視で後壁部１２と左右一対の側壁部１３とを有する断面コの字状に形成され、波当壁９の上下方向の略全長に亘る長さ又はそれ以上の長さを有し、左右側壁部１３の前端部に左右方向内方に突出した突出部１５が設けられて、左右に案内溝１４が形成されている。この案内レール１１は浮台３の長手方向に一定間隔をおいて多数列状に配置固定されている。

フロート５は、フロート部１７と台車部１８とを有し、フロート部１７はプラスチック等で内部空間の直方体形状に形成され、フロート部１７の下部前側に前上がりに傾斜した傾斜面１９が形成されている。
台車部１８は、台車本体２１の上部と下部とにコロ体２２が左右方向の両側に設けられ、コロ体２２は台車本体２１に左右方向の支持軸廻りに回転自在に支持されている。コロ体２２は案内レール１１の左右の案内溝１４に上下方向に転動自在に保持され、これにより台車部１８は案内レール１１に沿って上下方向に移動自在に保持され、フロート部１７は台車本体２１の前面側に固着されている。

而して、フロート５が台車部１８を介して案内レール１１に上下動自在に支持され、波当壁９に当たる波濤と引波とによって波当壁９に沿って上下動するように構成されている。
発電機４は浮台３上に設けた伝動部ケース２５に収納されている。伝動部ケース２５は、浮台３上の各案内レール１１の上方に配置され、各案内レール１１に対応して浮台３の長手方向に間隔をおいて多数配設されている。

各伝動部ケース２５は、上下壁と左右一対の側壁２７と、左右側壁２７の後端部間を開閉自在に閉塞する後蓋２８と左右側壁２７の前端部から前方に突設した左右一対の支持壁２９とを有し、左右の支持壁２９は前方に向けて小幅になった三角板形状に形成されている。左右側壁２７の前端部間は、図４に２点鎖線で示すように、後述するピニオン３５，４０を突出させる開口を形成した前壁３０によって閉塞されている。

一方の側壁２７には後述する第１ピニオン軸３８、第２ピニオン軸４０及び中間軸５７に対応して軸受孔３１が設けられると共に、これら軸受孔３１を着脱自在に塞ぐ蓋体３２が設けられている。
動力伝達機構７は、浮台３に各案内レール１１に対応して長手方向に間隔をおいて多数配設されている。動力伝達機構７の一部が伝動部ケース２５内に収納されている。

動力伝達機構７は、フロート５に上方突設した作動杆３３と、作動杆３３に上下方向に設けたラック３４と、ラック３４に噛合されている第１ピニオン３５と、該第１ピニオン３５から作動杆３３の上昇する動力を一方向クラッチ３７を介して伝達する第１ピニオン
軸３８と、ラック３４に噛合されている第２ピニオン４０と、該第２ピニオン４０から作動杆３３の下降する動力を一方向クラッチ４１を介して伝達する第２ピニオン軸４２とを備えている。

而して、第１ピニオン軸３８は、作動杆３３の上昇動作に連動して矢印ａ方向に回転し、第２ピニオン軸４２は、作動杆３３の下降動作に連動して矢印ｄ方向に回転するようになっている。
また、動力伝達機構７には、第１ピニオン軸３８の回転を発電機４の回転軸４ａに伝達する第１伝動手段４５と、第２ピニオン軸４２の回転を発電機４の回転軸４ａに伝達する第２伝動手段４６とが設けられ、作動杆３３のラック３４とは反対側に、作動杆３３と当接して第１ピニオン３５及び第２ピニオン４０とラック３４との噛合を確保するバックアップ部材４９が設けられている。

作動杆３３は前後方向に一定幅を有する上下方向に長い杆状に形成され、作動杆３３の後部にラック３４が形成されている。作動杆３３はフロート５から上方に突出し、その下部側が案内レール１１内にあって案内レール１１に沿って上方に配置され、上部側は案内レール１１から上方に突出して左右支持壁２９間に挿通されている。
第１ピニオン軸３８と第２ピニオン軸４２とは上下に離間して配置され、それぞれ伝動部ケース２５の左右側壁２７に回転自在に支持されている。第１ピニオン３５と第２ピニオン４０とは上下に配置され、作動杆３３の１本のラック３４にそれぞれ噛合されている。

第１伝動手段４５は、第１ピニオン軸３８に外嵌固定した第１駆動スプロケット５１と、発電機４の回転軸４ａに外嵌固定した第１受動スプロケット５２と、第１駆動スプロケット５１と第１受動スプロケット５２とに巻回した第１チェーン５３とを有し、第１ピニオン軸３８の回転を発電機４の回転軸４ａに矢印ｆ方向に伝達するように構成されている。

第２伝動手段４６は、伝動部ケース２５に回転自在に支持した中間軸５７と、第２ピニオン軸４２に外嵌固定した駆動ギヤ５８と、中間軸５７に外嵌固定した受動ギヤ５９と、中間軸５７に外嵌固定した第２駆動スプロケット６１と、発電機４の回転軸４ａに外嵌固定した第２受動スプロケット６２と、第２駆動スプロケット６１と第２受動スプロケット６２とに巻回した第２チェーン６３とを有し、第２ピニオン軸４２の回転を発電機４の回転軸４ａに矢印ｆ方向に伝達するように構成されている。中間軸５７は、第２ピニオン軸４２の後方に左右方向に配置され、左右の側壁２７又は伝動部ケース２５に突設した中間側壁等に回転自在に支持されている。

而して、第１伝動手段４５及び第２伝動手段４６は、第１ピニオン軸３８の回転及び第２ピニオン軸４２の回転を１台の発電機４の回転軸４ａに同一方向に伝達するように構成されている。
バックアップ部材４９は、コロ体６５を有しており、左右支持壁２９の前部に左右方向の支持軸６６が連結固定され、この支持軸６６にコロ体６５が回転自在に外嵌され、コロ体６５は作動杆３３の前面を転動するようになっている。

上記第１実施形態によれば、浮台３を海等にその波当壁９を沖に向けて浮かべておく。浮台３に向けて波がくると、波当壁９に波が衝当して大きく跳ね上がって波濤となり、例えば海面の波の高さの２倍余りの高さになり、また、波が引くときには、波の底の高さが海面を伝わる波の底の高さの１．５倍余りに深く下降する。このため、波濤は海面波が上下動する高さの数倍もフロート５を大きく上下動させることができる。

また、浮台３に向けて波がくると、波がフロート５の傾斜面１９に当たって、波濤から上方に向かう力を受け、フロート５がスムーズかつ確実に上昇する。
フロート５が上昇するときは、台車部１８のコロ体２２が案内レール１１の左右の案内溝１４を上方向に転動し、フロート５が下降するときは、台車部１８のコロ体２２が案内レール１１の左右の案内溝１４を下方向に転動し、フロート５が波の上下動に対応して波当壁９に沿ってスムーズに上下移動する。

フロート５が上昇すると、第１ピニオン３５と第２ピニオン４０とが矢印ａ，ｃ方向に
回転し、第１ピニオン３５から作動杆３３の上昇する動力が第１ピニオン軸３８に伝達され、第１ピニオン軸３８が矢印ａ方向に回転する。このとき、作動杆３３の上昇する動力は第２ピニオン４０から第２ピニオン軸４２には伝達されず、第２ピニオン軸４２は停止している。

第１ピニオン軸３８の回転は第１駆動スプロケット５１と第１チェーン５３と第１受動スプロケット５２とを介して発電機４の回転軸４ａに伝達され、発電機４の回転軸４ａを矢印ｆ方向に回転させる。その結果、フロート５（作動杆３３）が上昇する動力が発電機４で電力に変換される。
フロート５が下降すると、第１ピニオン３５と第２ピニオン４０とが矢印ｂ、ｄ方向に回転し、第２ピニオン４０から作動杆３３の上昇する動力が第２ピニオン軸４２に伝達され、第２ピニオン軸４２が矢印ｄ方向に回転する。このとき、作動杆３３の上昇する動力は第１ピニオン３５から第１ピニオン軸３８には伝達されず、第１ピニオン軸３８は停止している。

第２ピニオン軸４２の回転は駆動ギヤ５８と受動ギヤ５９とを介して中間軸５７に伝達され、中間軸５７を矢印ｅ方向に回転させる。この中間軸５７の回転は第２駆動スプロケット６１と第２チェーン６３と第２受動スプロケット６２とを介して発電機４の回転軸４ａに伝達され、発電機４の回転軸４ａを矢印ｆ方向に回転させる。その結果、フロート５が下降する動力が発電機４で電力に変換される。

従って、作動杆３３が上昇する動力と下降する動力との両方を１台の発電機４の回転軸４ａに伝達することが可能になり、フロート５が上昇する動力と下降する動力の両方が１台の発電機４によって電力に変換され、より大きな電力を効率よく取り出すことができる。
また、作動杆３３に設けた１本のラック３４で、第１ピニオン３５と第２ピニオン４０とを介して第１ピニオン軸３８と第２ピニオン軸４２との両方に、フロート５が上昇する動力と下降する動力とを１台の発電機４で発電させることができ、発電機４の台数やラック３４の個数を減らすることができ、全体の構成部材を少なくして波力発電装置１を安価かつ容易に製造することができる。

図７は第２実施形態を示し、フロート５に上方突設した作動杆３３が平面視コの字状に形成され、作動杆３３の左右後部に第１ラック３４（３４ａ）と第２ラック３４（３４ｂ）とが上下方向に設けられ、作動杆３３の上部後方に、第１ラック３４ａに噛合する第１ピニオン３５と、第２ラック３４ｂに噛合する第２ピニオン４０と、第１ピニオン３５から作動杆３３の上昇する動力を一方向クラッチ３７を介して伝達する第１ピニオン軸３８と、第２ピニオン４０から作動杆３３の下降する動力を一方向クラッチ３７を介して伝達する第２ピニオン軸４２とが設けられている。

而して、動力伝達機構７は、作動杆３３と第１ラック３４ａと第２ラック３４ｂと第１ピニオン３５と第２ピニオン４０と第１ピニオン軸３８と第２ピニオン軸４２とを備えている
また、発電機４は伝動部ケース２５の左右に一対設けられており、第１ピニオン軸３８を一方の発電機４の回転軸４ａに連結固定し、第２ピニオン軸４２を他方の発電機４の回転軸４ａに連結固定し、フロート５が上昇する動力で一方の発電機４を回転し、フロート５が下降する動力で他方の発電機４を回転するようにしている。その他の点は前記実施形態の場合と同様の構成である。

なお、前記実施形態では、浮台３上に、フロート５が左右方向に多数設けられ、これら多数の各フロート５に対応して１台又は２台ずつ発電機４が設けられているが、これに代え、例えば各フロート５に対応する第１ピニオン軸３８又は第２ピニオン軸４２の複数を互いに連結し、この連結したピニオン軸３８，４２を１台の発電機４の回転軸４ａに連結することにより、複数のフロート５に対応して１台の発電機４を設け、複数のフロート５が上下動する動力を１台の発電機４の回転軸４ａの回転力に変換して、１台の発電機４で電力を取り出すようにしてもよい。

また、前記実施形態では、フロート５の上下動をラック３４とピニオン３５，４０とを
介して発電機４の回転軸４ａに伝達するようにしているが、これに代え、作動杆３３にコロを押し当てて、作動杆３３の上下動でコロが回転するようにし、このコロの回転を発電機４の回転軸４ａに伝達して発電するようにしてもよい。
また、発電機４側を正転と逆転のどちらの回転によっても電力を取り出せるようにし、フロート５が上昇するときに発電機４を正転回転させ、フロート５が下降するときに発電機４を逆転回転させて、フロート５の上下動により電力を取り出すようにしてもよい。

１波力発電装置
３浮台
４発電機
４ａ回転軸
５フロート
７動力伝達機構
９波当壁
１１案内レール
３３作動杆
３４ラック
３５第１ピニオン
３７一方向クラッチ
３８第１ピニオン軸
４０第２ピニオン
４１一方向クラッチ
４２第２ピニオン軸
４５第１伝動手段
４６第２伝動手段
４９バックアップ部材

Claims

水面に浮く浮台（３）上に、発電機（４）と、波によって上下動するフロート（５）と、フロート（５）が上下動する動力を発電機（４）の回転軸（４ａ）の回転力に変換する動力伝達機構（７）とを備えた波力発電装置であって、
浮台（３）の波を受ける波当壁（９）に上下方向の案内レール（１１）が固着され、この案内レール（１１）に波当壁（９）に当たる波によって上下動するフロート（５）が支持され、このフロート（５）に動力伝達機構（７）の作動杆（３３）が上方に突設されていることを特徴とする波力発電装置。
前記動力伝達機構（７）は、作動杆（３３）に上下方向に設けたラック（３４）と、このラック（３４）に噛合されている第１ピニオン（３５）と、該第１ピニオン（３５）から作動杆（３３）の上昇する動力を一方向クラッチ（３７）を介して伝達する第１ピニオン軸（３８）と、ラック（３４）に噛合されている第２ピニオン（４０）と、該第２ピニオン（４０）から作動杆（３３）の下降する動力を一方向クラッチ（４１）を介して伝達する第２ピニオン軸（４２）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。
前記動力伝達機構（７）は、第１ピニオン（３５）と第２ピニオン（４０）とが上下に配置して１本のラック（３４）に噛合され、第１ピニオン軸（３８）の回転と第２ピニオン軸（４２）の回転とを１台の発電機（４）の回転軸（４ａ）に同一方向に伝達する伝動手段が設けられ、作動杆（３３）のラック（３４）とは反対側に、作動杆（３３）と当接して第１ピニオン（３５）及び第２ピニオン（４０）とラック（３４）との噛合を確保するバックアップ部材（４９）が設けられ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。