JP2020193606A - 波力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で短期間に設置できる上に製造コストを低廉にできる。【解決手段】波力発電装置１は、ケーソン４の上に設けられ、波を受ける上部コンクリート６と、上部コンクリート６の前面に設けられていて波の力で昇降可能な波受けフロート７とを備える。波受けフロート７の裏面には上下方向に延びるラック部材１１が装着され、その上下動をスムーズにするローラが設けられている。上部コンクリート６の前面に設けられたボックス状の空間１４内には、ラック部材１１に噛合するピニオン１５と、ピニオン１５に連結されていてピニオン１５の回転に連動して発電する発電装置１６と、を備えている。上部コンクリート６の前面には、波受けフロート７を摺動可能に支持するガイド溝を有するＨ型鋼のガイド部材が設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、海洋エネルギーのうち、海岸等に打ち寄せる波の力に基づいて発電を行う波力発電装置に関する。

近年、海洋基本法に基づいて策定された「海洋基本計画」においては、管轄海域に賦存し、将来のエネルギー源となる可能性のある自然エネルギーに関し、地球温暖化対策の観点からも、必要な取組や検討を進めるとして、国として取り組む方向が示されている。この方針に沿って、海洋エネルギーのうち波のエネルギーを利用して発電を行う発電装置や発電設備が提案されている。
波力発電装置は海水などの波のエネルギーを利用して発電する発電方法で、海流を利用したもの、波の上下振動を利用したもの等、様々なタイプのものがある。

例えば、特許文献１に記載された波力式ポンプ装置は、取付け軸の下方に支持杆を介して受圧板を支持し、波の上下動に合わせて受圧板が取付け軸を中心に振り子のように揺動可能とされている。受圧板に連結されたピストンがシリンダー内を進退することで、シリンダーに連結されたポンプ装置で逆流防止弁を作動させて液体や気体を圧送させ、油圧モータが回転することで発電する。

また、特許文献２に記載された波力発電装置では、海底に設置されたアンカーが係留ロープを介して支柱を支持し、支柱の周囲にはフロートが昇降可能に設置されている。支柱の内部にはピニオンギヤと発電装置が設置され、フロートには支柱内に延びていてピニオンギヤと噛合するラック部材が連結されている。そのため、波力を受けて上下動するフロートに連動してピニオンギヤを回転させて発電装置を駆動させる。

特開平８−１１４１７１号公報 特開２０１７−１７２４８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された波力式ポンプ装置は振り子式の波力吸収装置やピストンをシリンダー内に進退させて逆流防止弁を作動させるポンプ装置等を設置する必要があり、設備が大型化する上にコスト高になるという問題がある。また、特許文献２に記載された波力発電装置もアンカーを海中に沈めてロープを介して支柱を係留する必要があり、支柱が固定されていないために不安定である。しかも、支柱内に延びるラック部材を備えたフロートや波センサ等が必要であり、やはり設備が大型化する上にコスト高になるという問題がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で短期間に設置できる上に製造コストを低廉にできるという波力発電装置を提供することを目的とする。

本発明による波力発電装置は、波を受ける波受け部材と、波受け部材の前面に設けられていて波の力で昇降可能なフロートと、フロートの裏面に設けられたラック部材またはピニオンと、波受け部材に設けられていてラック部材に噛合するピニオンまたはピニオンに噛合するラック部材と、ピニオンに連結されていて該ピニオンの回転に連動して発電する発電装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、波受け部材の前面に設けられたフロートが波の力で上昇させられると、フロートの裏面と波受け部材に設けられたラック部材とピニオンが互いに噛合してフロートの上昇に応じてピニオンが回転するので、ピニオンの回転を受けて発電装置が発電する。

また、波受け部材の前面には、フロートを摺動可能に支持するガイド溝を有するガイド部材が設けられていることが好ましい。
フロートはガイド部材のガイド溝に沿って昇降作動するため確実にラックとピニオンを噛合させてピニオンを回転駆動させることができる。

また、フロートの裏面と対向する波受け部材の前面の一方にはフロートの昇降をガイドするローラが設置されていてもよい。
フロートが波を受けて昇降作動する際、ローラによってフロートの昇降をガイドするためフロートの昇降作動がより一層スムーズになる。

また、フロートは下部に波を受ける突部状の波受け部が形成されていることが好ましい。
フロートの波を受ける部分に波受け部を形成したため、波の荷重をより確実にフロートの上昇運動に変換できる。

また、フロートは鋼製であり、内部が中空であってもよい。
フロートが軽量であるため、波の荷重の受けての昇降作動への変換がスムーズである。

本発明による波力発電装置は、波が押し寄せた際に波受け部材の前面に設けたフロートが波を受けて昇降するためフロートと波受け部材の間に設けられたラック部材とピニオンの関係からピニオンを回転させて発電装置を発電することができる。しかも、防波堤である波受け部材にフロートを昇降可能に装着して発電装置で発電できるため、フロートや発電装置等の取り付け部材が少なく、簡単な構成によって短期間で設置できる上に製造コストを低廉にできる。
また、波力発電装置の構成が簡単であり、波受け部材の上にフロートが露出しているためメンテナンスが容易に行える。更に波受け部材に沿ってフロートや発電装置を複数台設置できるため設置効率もよい。

本発明の実施形態による波力発電装置の側面図である。 図１に示す上部コンクリート部材に対する波受けフロートの位置関係を示す正面図である。 フロートとガイド部材を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 フロートの裏面図である。 コンクリート部材の内部に設けた発電装置の図である。 波を受けて昇降するフロートを示す図である。

以下、本発明の実施形態による波力発電装置１について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示す波力発電装置１は例えば海岸等、陸地と海の境目や海上等に設置されている。波力発電装置１は、例えば海岸の陸地に被覆砕石２が設置され、その上部が被覆石３で層状に被覆されている。被覆砕石２の上部にはケーソン４が設置され、ケーソン４の周囲は被覆石３で覆われている。ケーソン４は防波堤等の水中構造物として使用され、或いは地下構造物を構築する際に用いられるコンクリート製または鋼製の大型の箱状構造物である。
ケーソン４の海側、または海側と陸側にはテトラポット等の消波ブロック(図視略)が設置されている。ケーソン４は海岸に敷設された被覆砕石２及び被覆石３に沿って配列されている。ケーソン４の上部には波が超えるのを防ぐための防波堤として上部コンクリート６が設置されている。

上部コンクリート６は海側の部分が波の浸入を防ぐために高さの大きい高所部６ａとされ、陸側の部分が高所部６ａより高さの低い低所部６ｂとされている。上部コンクリート６の高所部６ａの海側の前面６ｃには、図２に示すように、昇降可能な波受けフロート７が上部コンクリート６の延在方向に沿って所定間隔で複数配設されている。図３に示すように、上部コンクリート６の前面６ｃには所定間隔で断面Ｈ型の鋼材がガイド部材８として固定されており、ガイド部材８の前面８ａ及び後面８ｂを連結する連結面８ｃの両側部にはガイド溝８ｄが上下方向に形成されている。
ガイド部材８の上部コンクリート６側の後面８ｂは直接上部コンクリート６の前面６ｃにボルト等で固定されていてもよいし、図３（ｂ）に示すように、後面８ｂの上に平板状の鋼板９を設置して鋼板９と後面８ｂとを溶接やボルト等で固定してもよい。

波受けフロート７は図３に示すように四角形板状で内部が中空であり、例えば鋼製とされている。波受けフロート７は、その両側が中央部７ａの板厚より厚さの薄い薄板部７ｂとしてガイド部材８の両側のガイド溝８ｄに上下動可能に取り付けられている。しかも、波受けフロート７は中央部７ａの下端部に前方に突出する突部状の波受け部７ｃが形成されている。そのため、波受けフロート７は側面視で略Ｌ字状に形成されている。波受け部７ｃで押し寄せる波を受けるとその力で波受けフロート７が持ち上げられ、ガイド部材８のガイド溝８ｄに沿って上昇し、波の力が弱くなったり０になったりすると、自身の重力によって降下する。

図４において、波受けフロート７の裏面には例えば二条のラック部材１１が上下方向に取り付けられている。そして、ラック部材１１の外側に複数個、例えば４個のローラ１２が回転可能に埋め込まれている。各ローラ１２は裏面の例えば左右両側で上側と下側にそれぞれ設置されている。ローラ１２は、波受けフロート７が上下動する際に上部コンクリート６または鋼板９に対する波受けフロート７の昇降運動をスムーズにすることができる。
なお、ローラ１２は、波受けフロート７に代えて上部コンクリート６の前面６ｃに設けてもよい。

図５において、上部コンクリート６の高所部６ａにおける前面６ｃにはボックス状の空間１４が形成されている。この空間１４内には波受けフロート７の背面のラック部材１１に噛合するピニオン１５と、ピニオン１５の回転を受けてその回転軸が直結されていて発電するための発電装置１６が設置されている。１つの空間１４内には波受けフロート７の二条のラック部材１１に対応して２つのピニオン１５と２つの発電装置１６が設置されている。
しかも、波力発電装置１は、昇降する波受けフロート７、そして波受けフロート７の昇降をガイドするガイド溝８ｄを有するガイド部材８が表面に露出しているためメンテナンスが容易に行える。

波受けフロート７の昇降動作に際して、波受けフロート７の上昇位置の上限を規定する上限ストッパーと降下位置の下限を規定する下限ストッパーを上部コンクリート６やケーソン４等に設置しておくとよい。これにより、台風や津波等の大波発生の際に過大な波の力で波受けフロート７のラック部材１１がピニオン１５から上方に外れたり、波受けフロート７の降下時にラック部材１１がピニオン１５から下方に外れたりすることを阻止できる。なお、上限ストッパーや下限ストッパーはガイド部材８のガイド溝８ｄに設けてもよい。ガイド溝８ｄに上限ストッパーや下限ストッパーを設けることで、波受けフロート７の昇降時に波受けフロート７がガイド部材８のガイド溝８ｄから脱落することを阻止できる。この範囲内の昇降であれば、ラック部材１１がピニオン１５から外れることも阻止できる。

本実施形態による波力発電装置１は上述した構成を有しており、次に使用方法について説明する。本実施形態による波力発電装置１は例えば波の荒い日本海等の海岸に設置することが好ましい。
海岸等において、防波堤のケーソン４や上部コンクリート６等に波が打ち付ける。その際、押し寄せる波の一部は波受けフロート７の下部の波受け部７ｃに下から打ち付ける。波によって波受け部７ｃが押されることで波受けフロート７はガイド溝８ｄに沿って上昇作動し、ローラ１２がスムーズな走行をガイドする。波受けフロート７の上昇移動に応じてラック部材１１が上昇して噛合するピニオン１５を回転駆動させる。ピニオン１５の回転駆動によってその回転軸が回転して発電装置１６で発電が行われる。

また、波受けフロート７が上昇しきった位置または上限ストッパーに停止した位置で波の力がなくなると、次に波受けフロート７はその自重によって降下し始め、ラック部材１１と噛合するピニオン１５が逆方向に回転する。これにより、ピニオン１５の回転駆動によってその回転軸を介して発電装置１６が回転して発電を行う。そして、降下位置で波受けフロート７は下限ストッパーによって停止させられ、ガイド部材８のガイド溝８ｄから外れることを防止できる。
このように、寄せては返す波の力によって波受けフロート７がガイド部材８のガイド溝８ｄのガイドによる昇降を繰り返すことで発電装置１６による発電作業を行う。しかも、図６に示すように、ケーソン４の上部コンクリート６に配列した複数の波受けフロート７はそれぞれ波長や周期が異なったりずれたりする波を受けて個別に昇降することになる。

上述したように本実施形態による波力発電装置１によれば、構造が簡単であり、波受けフロート７やガイド部材８等、その多くが外部に露出しているのでメンテナンスが容易に行える。しかも、本実施形態による波力発電装置１は海岸に設置された既存のケーソン４を利用したり、あるいはケーソン４の新設時に波力発電装置１を組み込むことで、余分な基礎や新たな構造物を構築しないので短期間で設置でき、しかも設置コストが低廉である。また、複数台の波力発電装置１を容易に設置できるので設置効率が良い。

以上、本発明の実施形態による波力発電装置１について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

例えば、上述した実施形態では波受けフロート７の裏面にラック部材１１を設けて、上部コンクリート６の前面６ｃの空間１４にラック部材１１に噛合するピニオン１５及び発電装置１６を設置した。しかし、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、波受けフロート７の裏面にピニオン１５と発電装置１６を設け、上部コンクリート６の前面６ｃにラック部材１１を設置してピニオン１５と噛合させてもよい。
また、ローラ１２は上部コンクリート６の前面６ｃに設けてもよい。波受けフロート７はその下部に波受け部７ｃを設けて側面視Ｌ字状に形成したが、波受け部７ｃは波受けフロート７の下部より上方に設置してもよい。あるいは、波受けフロート７の厚みを確保できて波を受けることができれば波受け部７ｃを省略してもよい。
また、上述した実施形態では波力発電装置１を海岸に設置したが、海岸から離れた海上に設置して波力を受けて発電するようにしてもよい。
なお、上部コンクリート６は波受け部材に含まれ、波受けフロートはフロートに含まれる。

１ 波力発電装置
４ ケーソン
６ 上部コンクリート
６ｃ 前面
７ 波受けフロート
７ｂ 薄板部
７ｃ 波受け部
８ ガイド部材
８ｄ ガイド溝
１１ ラック部材
１２ ローラ
１４ 空間
１５ ピニオン
１６ 発電装置

Claims (5)

1. 波を受ける波受け部材と、
   前記波受け部材の前面に設けられていて波の力で昇降可能なフロートと、
   前記フロートの裏面に設けられたラック部材またはピニオンと、
   前記波受け部材に設けられていて前記ラック部材に噛合するピニオンまたは前記ピニオンに噛合するラック部材と、
   前記ピニオンに連結されていて該ピニオンの回転によって発電する発電装置と、
   を備えたことを特徴とする波力発電装置。
2. 前記波受け部材の前面には、前記フロートを摺動可能に支持するガイド溝を有するガイド部材が設けられている請求項１に記載された波力発電装置。
3. 前記フロートの裏面と対向する前記波受け部材の前面の一方には前記フロートの昇降をガイドするローラが設置されている請求項１または２に記載された波力発電装置。
4. 前記フロートは下部に波を受ける突部状の波受け部が形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載された波力発電装置。
5. 前記フロートは鋼製であり、内部が中空である請求項１から４のいずれか１項に記載された波力発電装置。

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