JP2947715B2 - 波力発電装置 - Google Patents
波力発電装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】自然のエネルギーとして、海や湖
水における波力エネルギーがあり、波力の単位幅（ｍ）
あたりの波浪エネルギーＷは、ρ；密度，ｇ；重力加速
度，Ｈ；波高，Ｔ；周期とすれば、 Ｗ＝ρｇ2 Ｈ2 Ｔ／３２π≒０．９８Ｈ2 Ｔ（ｋＷ／
ｍ） で与えられる値を有している。日本周辺の冬季では、年
間平均１３ｋＷ／ｍの波浪エネルギーが見込まれる。
水における波力エネルギーがあり、波力の単位幅（ｍ）
あたりの波浪エネルギーＷは、ρ；密度，ｇ；重力加速
度，Ｈ；波高，Ｔ；周期とすれば、 Ｗ＝ρｇ2 Ｈ2 Ｔ／３２π≒０．９８Ｈ2 Ｔ（ｋＷ／
ｍ） で与えられる値を有している。日本周辺の冬季では、年
間平均１３ｋＷ／ｍの波浪エネルギーが見込まれる。
【０００２】本発明は、この波浪エネルギーを利用した
波力発電方法、およびその装置に関するものである。
波力発電方法、およびその装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】波力発電は、従来から波浪エネルギーを
制御しやすい機械エネルギーに一次変換し、そのエネル
ギーを発電機のタービンに送り込んで発電する２段階の
エネルギー変換の方法がとられている。上記一次変換の
方法としては、可動物体法、受圧面法、エネルギー収斂
法、および振動水柱法などがある。空気流への変換の場
合は、タービン翼に送給して発電機のシャフト軸を回転
させて発電機を作動させ、物体の運動エネルギー変換の
場合は、油圧・水圧ポンプの駆動などにより制御しやす
い機械エネルギーに変換させて、発電機を作動させるの
が基本的な方法である。
制御しやすい機械エネルギーに一次変換し、そのエネル
ギーを発電機のタービンに送り込んで発電する２段階の
エネルギー変換の方法がとられている。上記一次変換の
方法としては、可動物体法、受圧面法、エネルギー収斂
法、および振動水柱法などがある。空気流への変換の場
合は、タービン翼に送給して発電機のシャフト軸を回転
させて発電機を作動させ、物体の運動エネルギー変換の
場合は、油圧・水圧ポンプの駆動などにより制御しやす
い機械エネルギーに変換させて、発電機を作動させるの
が基本的な方法である。
【０００４】一方、波力発電における主要課題として
は、 波浪エネルギーの高効率変換技術、 高信頼性・高耐久性のある安価な海洋・水中構造物構
築技術、 高信頼性・高耐久性を有する海中・水中送電ケーブル
技術、 が挙げられる。
は、 波浪エネルギーの高効率変換技術、 高信頼性・高耐久性のある安価な海洋・水中構造物構
築技術、 高信頼性・高耐久性を有する海中・水中送電ケーブル
技術、 が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の発電方
法では、発電機を作動させる為に、制御しやすい機械エ
ネルギーに一旦変換し（一次変換）、そのエネルギーで
発電する（二次変換、三次変換）ために、変換効率は相
乗的に低下し、高変換効率を望めないという問題があっ
た。
法では、発電機を作動させる為に、制御しやすい機械エ
ネルギーに一旦変換し（一次変換）、そのエネルギーで
発電する（二次変換、三次変換）ために、変換効率は相
乗的に低下し、高変換効率を望めないという問題があっ
た。
【０００６】本発明は上記問題を解決するものであり、
機械エネルギーに変換する動く機器や通常の発電機を使
用せずに、直接電気エネルギーに変換する高効率の波力
発電方法およびその装置を提供することを目的とするも
のである。
機械エネルギーに変換する動く機器や通常の発電機を使
用せずに、直接電気エネルギーに変換する高効率の波力
発電方法およびその装置を提供することを目的とするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１発明の波力発電装置は、コンデンサを形成する
陽極電極板と陰極電極板を水中に対向させ、その間隙を
波の進行方向と平行で、かつ波高に合わせて設置し、負
極が前記陰極電極板に接続された第１直流電源と、負極
が前記陰極電極板に接続された、前記第１直流電源の電
源電圧より高い電源電圧の第２直流電源と、前記第１直
流電源の正極にアノードが接続され、前記陽極電極板に
カソードが接続された第１ダイオードと、前記陽極電極
板にアノードが接続され、前記第２直流電源の正極にカ
ソードが接続された第２ダイオードとを備え、波のエネ
ルギーから電気エネルギーを得る波力発電装置であっ
て、前記第２直流電源を蓄電池としたことを特徴とする
ものである。
め、第１発明の波力発電装置は、コンデンサを形成する
陽極電極板と陰極電極板を水中に対向させ、その間隙を
波の進行方向と平行で、かつ波高に合わせて設置し、負
極が前記陰極電極板に接続された第１直流電源と、負極
が前記陰極電極板に接続された、前記第１直流電源の電
源電圧より高い電源電圧の第２直流電源と、前記第１直
流電源の正極にアノードが接続され、前記陽極電極板に
カソードが接続された第１ダイオードと、前記陽極電極
板にアノードが接続され、前記第２直流電源の正極にカ
ソードが接続された第２ダイオードとを備え、波のエネ
ルギーから電気エネルギーを得る波力発電装置であっ
て、前記第２直流電源を蓄電池としたことを特徴とする
ものである。
【０００８】また第２発明の波力発電装置は、コンデン
サを形成する陽極電極板と陰極電極板を水中に対向さ
せ、その間隙を波の進行方向と平行で、かつ波高に合わ
せて設置し、負極が前記陰極電極板に接続された第１直
流電源と、負極が前記陰極電極板に接続された、前記第
１直流電源の電源電圧より高い電源電圧の第２直流電源
と、前記第１直流電源の正極にアノードが接続され、前
記陽極電極板にカソードが接続された第１ダイオード
と、前記陽極電極板にアノードが接続され、前記第２直
流電源の正極にカソードが接続された第２ダイオードと
を備え、波のエネルギーから電気エネルギーを得る波力
発電装置であって、前記第２直流電源を、直並列接続さ
れた複数台の蓄電池としたことを特徴とするものであ
る。
サを形成する陽極電極板と陰極電極板を水中に対向さ
せ、その間隙を波の進行方向と平行で、かつ波高に合わ
せて設置し、負極が前記陰極電極板に接続された第１直
流電源と、負極が前記陰極電極板に接続された、前記第
１直流電源の電源電圧より高い電源電圧の第２直流電源
と、前記第１直流電源の正極にアノードが接続され、前
記陽極電極板にカソードが接続された第１ダイオード
と、前記陽極電極板にアノードが接続され、前記第２直
流電源の正極にカソードが接続された第２ダイオードと
を備え、波のエネルギーから電気エネルギーを得る波力
発電装置であって、前記第２直流電源を、直並列接続さ
れた複数台の蓄電池としたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】
【作用】上記第１発明によれば、まずコンデンサ間への
波の出入りにより、コンデンサの静電容量は可変され、
それに伴い第１直流電源から充電された電荷によるコン
デンサの両端電圧は増減し、この両端電圧が高くなる
と、電荷が第２直流電源へ供給され、電気エネルギーが
得られる（詳細は後述する）。この電気エネルギーは蓄
電池に蓄積される。
波の出入りにより、コンデンサの静電容量は可変され、
それに伴い第１直流電源から充電された電荷によるコン
デンサの両端電圧は増減し、この両端電圧が高くなる
と、電荷が第２直流電源へ供給され、電気エネルギーが
得られる（詳細は後述する）。この電気エネルギーは蓄
電池に蓄積される。
【００１０】また上記第２発明によれば、波力エネルギ
ーから得られた電気エネルギーは複数台の蓄電池に蓄積
される。また、複数台の蓄電池を直列接続することによ
り、第２直流電源の電圧を高くでき、第２直流電源の電
圧が高いほど、変換効率よく発電され、蓄電池に充電さ
れる（詳細は後述する）。
ーから得られた電気エネルギーは複数台の蓄電池に蓄積
される。また、複数台の蓄電池を直列接続することによ
り、第２直流電源の電圧を高くでき、第２直流電源の電
圧が高いほど、変換効率よく発電され、蓄電池に充電さ
れる（詳細は後述する）。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず、本発明の基本となる波力エネルギーから
直接電気エネルギーを取り出す原理を図１および図２の
説明図にしたがって説明する。
明する。まず、本発明の基本となる波力エネルギーから
直接電気エネルギーを取り出す原理を図１および図２の
説明図にしたがって説明する。
【００１２】図１は、図２のコンデンサＣの構成を示す
ものであり、電極板１，１’を一定距離ｄを隔てて平行
に対峙させて水中に浸漬させ、この間隙を波２の進行方
向ｘと平行とし、かつ波高に合わせて設置させている。
波高は、たとえば波２の高さを平均したものであり、波
２の頂部が電極板１，１’の上辺の位置に略一致するよ
うに電極板１，１’を設置させている。
ものであり、電極板１，１’を一定距離ｄを隔てて平行
に対峙させて水中に浸漬させ、この間隙を波２の進行方
向ｘと平行とし、かつ波高に合わせて設置させている。
波高は、たとえば波２の高さを平均したものであり、波
２の頂部が電極板１，１’の上辺の位置に略一致するよ
うに電極板１，１’を設置させている。
【００１３】コンデンサＣは、両電極１，１’間の水
（波２）の介在により、空気コンデンサ（比誘電率εS
＝１）と水コンデンサ（比誘電率εS ＝50〜80）の複合
静電容量ｃを形成している。したがって、波２による両
電極１，１’の浸漬面積の時間的変化により、静電容量
ｃは、変動容量（変定数）となる。
（波２）の介在により、空気コンデンサ（比誘電率εS
＝１）と水コンデンサ（比誘電率εS ＝50〜80）の複合
静電容量ｃを形成している。したがって、波２による両
電極１，１’の浸漬面積の時間的変化により、静電容量
ｃは、変動容量（変定数）となる。
【００１４】いま、両電極１，１’にそれぞれ＋Ｑ，−
Ｑの電荷が与えられているとすると、コンデンサ静電容
量ｃとコンデンサ端子電圧Ｖとの関係は、図３に示すよ
うな、 Ｑ＝ｃＶ，Ｖ＝Ｑ／ｃ …（１） であるから、電荷Ｑが一定の場合、コンデンサ静電容量
ｃが増大すれば、コンデンサ端子電圧Ｖは減少し、コン
デンサ静電容量ｃが減少すれば、コンデンサ端子電圧Ｖ
は増大する。たとえば、図３において、電荷Ｑを一定の
電荷Ｑ0 とすると（Ｑ＝Ｑ0 ）、コンデンサ静電容量ｃ
の最小値ｃ0 では、コンデンサ端子電圧ＶはＶb 、最大
値ｃ1 では、コンデンサ端子電圧ＶはＶm となる。
Ｑの電荷が与えられているとすると、コンデンサ静電容
量ｃとコンデンサ端子電圧Ｖとの関係は、図３に示すよ
うな、 Ｑ＝ｃＶ，Ｖ＝Ｑ／ｃ …（１） であるから、電荷Ｑが一定の場合、コンデンサ静電容量
ｃが増大すれば、コンデンサ端子電圧Ｖは減少し、コン
デンサ静電容量ｃが減少すれば、コンデンサ端子電圧Ｖ
は増大する。たとえば、図３において、電荷Ｑを一定の
電荷Ｑ0 とすると（Ｑ＝Ｑ0 ）、コンデンサ静電容量ｃ
の最小値ｃ0 では、コンデンサ端子電圧ＶはＶb 、最大
値ｃ1 では、コンデンサ端子電圧ＶはＶm となる。
【００１５】また、両電極１，１’の蓄積エネルギーＷ
は、 Ｗ＝（１／２）ｃＶ2 ＝（１／２）ＱＶ …（２） で表現され、電荷Ｑが一定の電荷Ｑ0 の条件下では、コ
ンデンサ静電容量ｃが小さく、コンデンサ端子電圧Ｖが
大きいほど、蓄積エネルギーＷは大きい。たとえば、図
３において、Ｑ＝Ｑ0 では Ｗ0 ＝（１／２）ｃ0 Ｖb 2 ＝（１／２）Ｑ0 Ｖb …０ｂＶb の面積 Ｗ1 ＝（１／２）ｃ1 Ｖm 2 ＝（１／２）Ｑ0 Ｖm …０ｍＶm の面積 …（３） となり、Ｗ0 ＞Ｗ1 となる。
は、 Ｗ＝（１／２）ｃＶ2 ＝（１／２）ＱＶ …（２） で表現され、電荷Ｑが一定の電荷Ｑ0 の条件下では、コ
ンデンサ静電容量ｃが小さく、コンデンサ端子電圧Ｖが
大きいほど、蓄積エネルギーＷは大きい。たとえば、図
３において、Ｑ＝Ｑ0 では Ｗ0 ＝（１／２）ｃ0 Ｖb 2 ＝（１／２）Ｑ0 Ｖb …０ｂＶb の面積 Ｗ1 ＝（１／２）ｃ1 Ｖm 2 ＝（１／２）Ｑ0 Ｖm …０ｍＶm の面積 …（３） となり、Ｗ0 ＞Ｗ1 となる。
【００１６】以上のコンデンサ静電容量ｃ、電荷Ｑ、コ
ンデンサ端子電圧Ｖ、および蓄積エネルギーＷの関係を
踏まえて、図２に示すコンデンサＣの静電容量ｃを波力
によって変動させることにより発電する原理を説明す
る。
ンデンサ端子電圧Ｖ、および蓄積エネルギーＷの関係を
踏まえて、図２に示すコンデンサＣの静電容量ｃを波力
によって変動させることにより発電する原理を説明す
る。
【００１７】図２の回路には、コンデンサＣの入力側の
充電回路（入力端子３）および出力側の放電回路（出力
端子５）に、それぞれ逆止ダイオードＤa ，Ｄb を接続
し、入力端子３，４と出力端子５，６間にそれぞれ直流
電圧ｖa ，ｖb （ｖb ＞ｖa）を印加している。
充電回路（入力端子３）および出力側の放電回路（出力
端子５）に、それぞれ逆止ダイオードＤa ，Ｄb を接続
し、入力端子３，４と出力端子５，６間にそれぞれ直流
電圧ｖa ，ｖb （ｖb ＞ｖa）を印加している。
【００１８】今、図１に示すように、波２のピークが電
極１，１’間の中心部に進行してきた場合を考えると、
コンデンサ静電容量ｃは最大値ｃ1 を示す。このとき、
入力側（直流電圧ｖa ）から逆止ダイオードＤa を通っ
てコンデンサＣに電荷Ｑが充電されているとすると、こ
のときの電荷Ｑ1 は、 Ｑ1 ＝ｃ1 ｖa …（４） で表現される。
極１，１’間の中心部に進行してきた場合を考えると、
コンデンサ静電容量ｃは最大値ｃ1 を示す。このとき、
入力側（直流電圧ｖa ）から逆止ダイオードＤa を通っ
てコンデンサＣに電荷Ｑが充電されているとすると、こ
のときの電荷Ｑ1 は、 Ｑ1 ＝ｃ1 ｖa …（４） で表現される。
【００１９】そして、波２が進行方向ｘの方向に進行し
ていくと、コンデンサ静電容量ｃは減少していき、コン
デンサ端子電圧Ｖは、（ｖa ＜Ｖ＜ｖb ）の状態にな
り、電荷Ｑ1 一定の状態で、コンデンサ端子電圧Ｖは上
昇していく。（図３中、ａ→Ａ）そして、Ｖ＝ｖb にな
ると、逆止ダイオードＤb が導通状態になり、さらにコ
ンデンサ静電容量ｃが減少すると、出力側に電荷Ｑが供
給される。この間コンデンサ端子電圧Ｖは（Ｖ＝ｖb ）
である。（図３中、Ａ→ｂ）コンデンサ静電容量ｃが最
小値ｃ0 に達したときの電荷Ｑ0 は、 Ｑ0 ＝ｃ0 ｖb …（５） で表現される。（電極１，１’間を波２が出ていった状
態） 次に、電極１，１’間に次の波２が進入が始まると、コ
ンデンサ静電容量ｃは増加し始め、コンデンサ端子電圧
Ｖは、（ｖa ＜Ｖ＜ｖb ）の状態になり、荷Ｑ 0 一定の
状態で、コンデンサ端子電圧Ｖは下降していく。（図３
中、ｂ→Ｂ） そして、逆止ダイオードＤa が導通状態となると、コン
デンサ端子電圧Ｖは（Ｖ＝ｖa ）の状態で、電荷が入力
側（直流電圧ｖa ）から供給され、最大値ｃ1になるま
で続く。（図３中、Ｂ→ａ） 以上の１サイクルにおけるコンデンサ静電容量ｃ、電荷
Ｑ、コンデンサ端子電圧Ｖ、出力電力ＰOUT 、入力電力
ＰINの状態を図４に示す。
ていくと、コンデンサ静電容量ｃは減少していき、コン
デンサ端子電圧Ｖは、（ｖa ＜Ｖ＜ｖb ）の状態にな
り、電荷Ｑ1 一定の状態で、コンデンサ端子電圧Ｖは上
昇していく。（図３中、ａ→Ａ）そして、Ｖ＝ｖb にな
ると、逆止ダイオードＤb が導通状態になり、さらにコ
ンデンサ静電容量ｃが減少すると、出力側に電荷Ｑが供
給される。この間コンデンサ端子電圧Ｖは（Ｖ＝ｖb ）
である。（図３中、Ａ→ｂ）コンデンサ静電容量ｃが最
小値ｃ0 に達したときの電荷Ｑ0 は、 Ｑ0 ＝ｃ0 ｖb …（５） で表現される。（電極１，１’間を波２が出ていった状
態） 次に、電極１，１’間に次の波２が進入が始まると、コ
ンデンサ静電容量ｃは増加し始め、コンデンサ端子電圧
Ｖは、（ｖa ＜Ｖ＜ｖb ）の状態になり、荷Ｑ 0 一定の
状態で、コンデンサ端子電圧Ｖは下降していく。（図３
中、ｂ→Ｂ） そして、逆止ダイオードＤa が導通状態となると、コン
デンサ端子電圧Ｖは（Ｖ＝ｖa ）の状態で、電荷が入力
側（直流電圧ｖa ）から供給され、最大値ｃ1になるま
で続く。（図３中、Ｂ→ａ） 以上の１サイクルにおけるコンデンサ静電容量ｃ、電荷
Ｑ、コンデンサ端子電圧Ｖ、出力電力ＰOUT 、入力電力
ＰINの状態を図４に示す。
【００２０】上記１サイクルでの電気的出力（電力）Ｐ
は、図３の斜線で囲まれたａＡｂＢａの面積となる。す
なわち、 Ｐ＝（ｖb −ｖa ）（Ｑ1 −Ｑ0 ） ＝（ｃ1 ＋ｃ0 ）ｖa ｖb −ｃ0 ｖb 2 −ｃ1 ｖa 2 …（６） となる。
は、図３の斜線で囲まれたａＡｂＢａの面積となる。す
なわち、 Ｐ＝（ｖb −ｖa ）（Ｑ1 −Ｑ0 ） ＝（ｃ1 ＋ｃ0 ）ｖa ｖb −ｃ0 ｖb 2 −ｃ1 ｖa 2 …（６） となる。
【００２１】ここで、この電力Ｐを効果に取り出すため
の、入力側の充電回路の直流電圧ｖ a および出力側の放
電回路の直流電圧ｖb の最適条件を求める。すなわち、
図３の斜線で囲まれたａＡｂＢａの面積が最大となる、
直流電圧ｖa およびｖb を求める。
の、入力側の充電回路の直流電圧ｖ a および出力側の放
電回路の直流電圧ｖb の最適条件を求める。すなわち、
図３の斜線で囲まれたａＡｂＢａの面積が最大となる、
直流電圧ｖa およびｖb を求める。
【００２２】図３において、電荷Ｑ1 をｑ、直流電圧ｖ
a をｖとすると、ｖが０からｖb の範囲での矩形の面積
Ｓは、 Ｓ＝（ｖb −ｖ）（ｑ−Ｑ0 ） ＝（ｖb −ｖ）（ｃ1 ｖ−Ｑ0 ） ＝−ｃ1 ｖ2 ＋（ｖb ｃ1 ＋Ｑ0 ）ｖ−ｖb Ｑ0 …（７） となる。Ｑ0 ＝ｃ0 ｖb とおき、ｄＳ／ｄｖ＝０によ
り、（７）式から ｖb ／ｖ＝ｖb ／ｖa ＝２ｃ1 ／（ｃ1 ＋ｃ0 ） …（８） が得られ、充電回路の直流電圧ｖa と放電回路の直流電
圧ｖb の最適比率が求まる。（８）式より、コンデンサ
静電容量ｃの最小値ｃ0 と最大値ｃ1 が（ｃ0 ＜＜
ｃ1 ）の場合、 ｖb ／ｖa ＝２ …（９） となる。
a をｖとすると、ｖが０からｖb の範囲での矩形の面積
Ｓは、 Ｓ＝（ｖb −ｖ）（ｑ−Ｑ0 ） ＝（ｖb −ｖ）（ｃ1 ｖ−Ｑ0 ） ＝−ｃ1 ｖ2 ＋（ｖb ｃ1 ＋Ｑ0 ）ｖ−ｖb Ｑ0 …（７） となる。Ｑ0 ＝ｃ0 ｖb とおき、ｄＳ／ｄｖ＝０によ
り、（７）式から ｖb ／ｖ＝ｖb ／ｖa ＝２ｃ1 ／（ｃ1 ＋ｃ0 ） …（８） が得られ、充電回路の直流電圧ｖa と放電回路の直流電
圧ｖb の最適比率が求まる。（８）式より、コンデンサ
静電容量ｃの最小値ｃ0 と最大値ｃ1 が（ｃ0 ＜＜
ｃ1 ）の場合、 ｖb ／ｖa ＝２ …（９） となる。
【００２３】現実の波２の条件を考えると、（ｃ1 ＝２
ｃ0 〜１０ｃ0 ）が実用範囲として使用され、その最適
条件は、（ｖb ／ｖa ＝１．３〜１．８）である。また
（６）式の電気的出力Ｐは、図４では出力電力ＰOUT の
波形であり、コンデンサ静電容量ｃの減少期間（図４
中、ｃ1 →ｃ0 ）、すなわち波２が電極１，１’間から
出ていく際に出力され、 Ｐd ＝ｖb （ｄＱ／ｄｔ）＝ｖb ｉd （但し、ＱはＱ1 →Ｑ0 ）…（10） で表される。
ｃ0 〜１０ｃ0 ）が実用範囲として使用され、その最適
条件は、（ｖb ／ｖa ＝１．３〜１．８）である。また
（６）式の電気的出力Ｐは、図４では出力電力ＰOUT の
波形であり、コンデンサ静電容量ｃの減少期間（図４
中、ｃ1 →ｃ0 ）、すなわち波２が電極１，１’間から
出ていく際に出力され、 Ｐd ＝ｖb （ｄＱ／ｄｔ）＝ｖb ｉd （但し、ＱはＱ1 →Ｑ0 ）…（10） で表される。
【００２４】一方、コンデンサＣから蓄積電荷Ｑ1 を放
電した後、入力側から電荷が充電されるが、その入力電
力ＰINは、コンデンサ静電容量ｃの増加期間（図４中、
ｃ0→ｃ1 ）、すなわち波２が電極１，１’間に進入す
る際に入力され、 Ｐc ＝ｖa （ｄＱ／ｄｔ）＝ｖa ｉc （但し、ＱはＱ0 →Ｑ1 ）…（11） で表される。
電した後、入力側から電荷が充電されるが、その入力電
力ＰINは、コンデンサ静電容量ｃの増加期間（図４中、
ｃ0→ｃ1 ）、すなわち波２が電極１，１’間に進入す
る際に入力され、 Ｐc ＝ｖa （ｄＱ／ｄｔ）＝ｖa ｉc （但し、ＱはＱ0 →Ｑ1 ）…（11） で表される。
【００２５】１回の入出力期間をそれぞれτd ，τc と
すると、電力量Ｗd ，Ｗc は、 Ｗd ＝Ｐd τd ，Ｗc ＝Ｐc τc …（12） であり、τd ≒τc であるから、入出力の電力量比Ｗd
／Ｗc は、 Ｗd ／Ｗc ＝ｖb ／ｖa …（13） とｖb ／ｖa の比に等しく、また（ｖb ＞ｖa ）である
から、（13）式は、 Ｗd ／Ｗc ＞１ であり、波力エネルギーから電気エネルギーへの変換に
よって発電されることを示す。
すると、電力量Ｗd ，Ｗc は、 Ｗd ＝Ｐd τd ，Ｗc ＝Ｐc τc …（12） であり、τd ≒τc であるから、入出力の電力量比Ｗd
／Ｗc は、 Ｗd ／Ｗc ＝ｖb ／ｖa …（13） とｖb ／ｖa の比に等しく、また（ｖb ＞ｖa ）である
から、（13）式は、 Ｗd ／Ｗc ＞１ であり、波力エネルギーから電気エネルギーへの変換に
よって発電されることを示す。
【００２６】図５に示すように、上記一対の陽極電極板
１と陰極電極板１’に、電極板間の間隙ｄを維持するス
ペーサー８を上端に挟んでセル９を形成し、このセル９
を複数個、所定ピッチｐで並列に配置し、並列に電気的
に接続して電極ユニット11を形成している。この電極ユ
ニット11が上記可変静電容量ｃ0 〜ｃ1 のコンデンサＣ
を形成する。なお、各セル９の陽極電極板１は並列接続
されて電極ユニット11の陽極側端子12に接続され、各セ
ル９の陰極電極板１’は並列接続されて電極ユニット11
の陰極側端子13に接続されている。また、電極板１，
１’の表面には、電解電流の影響を避けるため、絶縁
膜、あるいは誘電膜が形成されている。
１と陰極電極板１’に、電極板間の間隙ｄを維持するス
ペーサー８を上端に挟んでセル９を形成し、このセル９
を複数個、所定ピッチｐで並列に配置し、並列に電気的
に接続して電極ユニット11を形成している。この電極ユ
ニット11が上記可変静電容量ｃ0 〜ｃ1 のコンデンサＣ
を形成する。なお、各セル９の陽極電極板１は並列接続
されて電極ユニット11の陽極側端子12に接続され、各セ
ル９の陰極電極板１’は並列接続されて電極ユニット11
の陰極側端子13に接続されている。また、電極板１，
１’の表面には、電解電流の影響を避けるため、絶縁
膜、あるいは誘電膜が形成されている。
【００２７】この電極ユニット11を使用した実際の波力
発電装置の構成を図５にしたがって説明する。電極ユニ
ット11の間隙を波２の進行方向に平行とし、波２が通過
する高さに設置し、充電回路を形成する第１直流電源31
の正極に入力端子３を介して第１ダイオードＤa のアノ
ードを接続し、さらに放電回路を形成する、第１直流電
源21の電源電圧ｖa より高い電源電圧ｖb （ｖa ＜
ｖb ）の第２直流電源32の正極に出力端子５を介して第
２ダイオードＤb のカソードを接続し、電極ユニット11
の陽極側端子12に、第１ダイオードＤa のカソードと第
２ダイオードＤb のアノードを接続し、電極ユニット11
の陰極側端子13に、入力端子４と出力端子６を介してそ
れぞれ第１直流電源31の負極と第２直流電源32の負極を
接続し、出力端子５，６間（第２直流電源32の両極間）
に負荷33を接続している。
発電装置の構成を図５にしたがって説明する。電極ユニ
ット11の間隙を波２の進行方向に平行とし、波２が通過
する高さに設置し、充電回路を形成する第１直流電源31
の正極に入力端子３を介して第１ダイオードＤa のアノ
ードを接続し、さらに放電回路を形成する、第１直流電
源21の電源電圧ｖa より高い電源電圧ｖb （ｖa ＜
ｖb ）の第２直流電源32の正極に出力端子５を介して第
２ダイオードＤb のカソードを接続し、電極ユニット11
の陽極側端子12に、第１ダイオードＤa のカソードと第
２ダイオードＤb のアノードを接続し、電極ユニット11
の陰極側端子13に、入力端子４と出力端子６を介してそ
れぞれ第１直流電源31の負極と第２直流電源32の負極を
接続し、出力端子５，６間（第２直流電源32の両極間）
に負荷33を接続している。
【００２８】上記波力発電装置の構成により、負荷33へ
図４の出力電力ＰOUT が出力される。このように、入力
側の充電回路と出力側の放電回路間に、逆止ダイオード
Ｄa，Ｄb を介してコンデンサＣを接続し、入力端子
３，４と出力端子５，６間にそれぞれ直流電圧ｖa ，ｖ
b （ｖb ＞ｖa ）を印加することにより、波２がコンデ
ンサＣの電極１，１’間から出ていく際に電気エネルギ
ーを得ることができる。しかも、波力エネルギーを、機
械エネルギーに変換する動く機器や通常の発電機を使用
せずに、直接電気エネルギーに変換することができ、高
効率変換の波力発電を実現することができる。また、変
換に際し、機械的な機構がないことから、故障の原因を
極力排除でき、高信頼性で高耐久性の波力発電を実現で
き、さらにメンテナンスを簡単にすることができる。
図４の出力電力ＰOUT が出力される。このように、入力
側の充電回路と出力側の放電回路間に、逆止ダイオード
Ｄa，Ｄb を介してコンデンサＣを接続し、入力端子
３，４と出力端子５，６間にそれぞれ直流電圧ｖa ，ｖ
b （ｖb ＞ｖa ）を印加することにより、波２がコンデ
ンサＣの電極１，１’間から出ていく際に電気エネルギ
ーを得ることができる。しかも、波力エネルギーを、機
械エネルギーに変換する動く機器や通常の発電機を使用
せずに、直接電気エネルギーに変換することができ、高
効率変換の波力発電を実現することができる。また、変
換に際し、機械的な機構がないことから、故障の原因を
極力排除でき、高信頼性で高耐久性の波力発電を実現で
き、さらにメンテナンスを簡単にすることができる。
【００２９】また、図６に示すように、波力発電装置は
蓄電池を充電する機能を備えている。図６では、図５の
第２直流電源32の代わりに端子電圧ｖb の蓄電池34を接
続している。この構成により、電極ユニット11の電圧
（コンデンサ電圧）が端子電圧ｖb を越えた際に発電さ
れる電力（図４の出力電力ＰOUT ）が蓄電池34に充電さ
れる。また、図６に２点鎖線で示すように蓄電池34に負
荷33を接続するようにすることもできる。
蓄電池を充電する機能を備えている。図６では、図５の
第２直流電源32の代わりに端子電圧ｖb の蓄電池34を接
続している。この構成により、電極ユニット11の電圧
（コンデンサ電圧）が端子電圧ｖb を越えた際に発電さ
れる電力（図４の出力電力ＰOUT ）が蓄電池34に充電さ
れる。また、図６に２点鎖線で示すように蓄電池34に負
荷33を接続するようにすることもできる。
【００３０】また、上記式（13）から判るように、放電
回路側の電圧ｖb を高くすると発電電力を大きくするこ
とができる。そこで、図７に示すように、図６の蓄電池
34に代えて、直列接続されたＮ（２以上の整数）台の蓄
電池35を出力端子５，６に接続することにより、電圧ｖ
b を高くすることができる。なお、各蓄電地35の端子電
圧は、ｖb ／Ｎである。
回路側の電圧ｖb を高くすると発電電力を大きくするこ
とができる。そこで、図７に示すように、図６の蓄電池
34に代えて、直列接続されたＮ（２以上の整数）台の蓄
電池35を出力端子５，６に接続することにより、電圧ｖ
b を高くすることができる。なお、各蓄電地35の端子電
圧は、ｖb ／Ｎである。
【００３１】また、１個の蓄電池34では、充電できる容
量（電流容量）に限りがあるので、無限に発電される波
力エネルギーを蓄積するための充電システムが必要とな
る。そこで、図８に示すように、両端の電圧をｖb とし
た複数の蓄電池群36を設けて、出力端子５，６に並列接
続している。各蓄電池群36は、Ｌ，Ｍ，Ｎ（Ｌ，Ｍ，Ｎ
共、２以上の整数）台の蓄電池37を直列に接続して構成
している。
量（電流容量）に限りがあるので、無限に発電される波
力エネルギーを蓄積するための充電システムが必要とな
る。そこで、図８に示すように、両端の電圧をｖb とし
た複数の蓄電池群36を設けて、出力端子５，６に並列接
続している。各蓄電池群36は、Ｌ，Ｍ，Ｎ（Ｌ，Ｍ，Ｎ
共、２以上の整数）台の蓄電池37を直列に接続して構成
している。
【００３２】この構成により、放電回路の電圧ｖb を高
くして変換効率を向上できるとともに、波力エネルギー
から無限に変換される波力エネルギーを十分に蓄積する
ことができる。
くして変換効率を向上できるとともに、波力エネルギー
から無限に変換される波力エネルギーを十分に蓄積する
ことができる。
【００３３】
【発明の効果】以上のように第１発明によれば、第２直
流電源が蓄電池により構成されることにより、無限に供
給される電気エネルギーを蓄積することができる。また
蓄電池の端子電圧を高くすることにより、変換効率よく
発電することができる。
流電源が蓄電池により構成されることにより、無限に供
給される電気エネルギーを蓄積することができる。また
蓄電池の端子電圧を高くすることにより、変換効率よく
発電することができる。
【００３４】また上記第２発明によれば、直列接続され
た蓄電池群により放電回路の電圧を高くでき、変換効率
よく充電することができ、また並列接続された蓄電池群
により波力エネルギーから無限に変換される電気エネル
ギーを十分に蓄積することができる。
た蓄電池群により放電回路の電圧を高くでき、変換効率
よく充電することができ、また並列接続された蓄電池群
により波力エネルギーから無限に変換される電気エネル
ギーを十分に蓄積することができる。
【図１】本発明の一実施例における波力発電方法を使用
した波力発電装置のコンデンサの配置図である。
した波力発電装置のコンデンサの配置図である。
【図２】同波力発電装置の基本回路図である。
【図３】同波力発電装置のコンデンサの両端電圧と蓄積
される電荷の特性図である。
される電荷の特性図である。
【図４】同波力発電装置の特性図である。
【図５】同波力発電装置の回路構成図である。
【図６】同波力発電装置の蓄電池を使用した回路構成図
である。
である。
【図７】同波力発電装置の直列接続された蓄電池を使用
した回路構成図である。
した回路構成図である。
【図８】同波力発電装置の直並列接続された蓄電池を使
用した回路構成図である。
用した回路構成図である。
Ｃ コンデンサ Ｄa ，Ｄb 逆止ダイオード １，１’，11，21，22 電極板 ２ 波 ３，４ 入力端子 ５，６ 出力端子 ８ スペーサー ９ セル 11 電極ユニット 12 陽極側端子 13 陰極側端子 31 第１直流電源 32 第２直流電源 34，35，37 蓄電池 36 蓄電池群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 基光 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−141784（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−44079（ＪＰ，Ａ) 独国特許出願公開4418581（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02N 1/00 - 15/04 H02K 44/00 - 44/28
Claims (2)
- 【請求項１】 コンデンサを形成する陽極電極板と陰極
電極板を水中に対向させ、その間隙を波の進行方向と平
行で、かつ波高に合わせて設置し、負極が前記陰極電極板に接続された第１直流電源と、負
極が前記陰極電極板に接続された、前記第１直流電源の
電源電圧より高い電源電圧の第２直流電源と、前記第１
直流電源の正極にアノードが接続され、前記陽極電極板
にカソードが接続された第１ダイオードと、前記陽極電
極板にアノードが接続され、前記第２直流電源の正極に
カソードが接続された第２ダイオードとを備え、 波のエネルギーから電気エネルギーを得る波力発電装置
であって、 前記第２直流電源を蓄電池としたことを特徴とする波力
発電装置。 - 【請求項２】 コンデンサを形成する陽極電極板と陰極
電極板を水中に対向させ、その間隙を波の進行方向と平
行で、かつ波高に合わせて設置し、負極が前記陰極電極板に接続された第１直流電源と、負
極が前記陰極電極板に接続された、前記第１直流電源の
電源電圧より高い電源電圧の第２直流電源と、前記第１
直流電源の正極にアノードが接続され、前記陽極電極板
にカソードが接続された第１ダイオードと、前記陽極電
極板にアノードが接続され、前記第２直流電源の正極に
カソードが接続された第２ダイオードとを備え、 波のエネルギーから電気エネルギーを得る波力発電装置
であって、 前記第２直流電源を、直並列接続された複数台の蓄電池
としたことを特徴とする波力発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26431994A JP2947715B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 波力発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26431994A JP2947715B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 波力発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08126293A JPH08126293A (ja) | 1996-05-17 |
| JP2947715B2 true JP2947715B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=17401537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26431994A Expired - Lifetime JP2947715B2 (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 波力発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2947715B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4418581A1 (de) | 1994-05-27 | 1994-10-27 | Lippmann Horst | Vorrichtung zur Umwandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in elektrische Energie und umgekehrt |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP26431994A patent/JP2947715B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4418581A1 (de) | 1994-05-27 | 1994-10-27 | Lippmann Horst | Vorrichtung zur Umwandlung der Energie von Oberflächenwellen einer Flüssigkeit in elektrische Energie und umgekehrt |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08126293A (ja) | 1996-05-17 |
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