JP3218462B2 - Wave energy conversion device - Google Patents

Wave energy conversion device

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JP3218462B2
JP3218462B2 JP36844198A JP36844198A JP3218462B2 JP 3218462 B2 JP3218462 B2 JP 3218462B2 JP 36844198 A JP36844198 A JP 36844198A JP 36844198 A JP36844198 A JP 36844198A JP 3218462 B2 JP3218462 B2 JP 3218462B2
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    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

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  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

【0001】本発明は、個人用に設置することが可能
な、小形の波力エネルギー変換装置に関し、別けても従
来吸収することが困難であった、波力の水平方向の運動
エネルギーを高い効率で吸収する手段を備えており、離
島や過疎地域での発電用、海水淡水化装置駆動用、養殖
動力用、栽培漁業での深層水汲み上げ動力用等に利用で
きる比較的高効率の波力エネルギー変換装置に関する。
[0001] The present invention relates to a small-sized wave energy conversion device which can be installed for an individual, and has a high efficiency in converting horizontal kinetic energy of wave force, which has been difficult to absorb even if it is separated. Highly efficient wave energy that can be used for power generation in remote islands and depopulated areas, for driving seawater desalination equipment, for aquaculture power, and for pumping deep water in cultivation and fishery. The present invention relates to a conversion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】地球上の風力エネルギーはその一部が波
浪と成り、沿岸部に比較的豊富に波力エネルギーとして
押し寄せているが、本格的な利用は未だ行われていな
い。現在の実現装置は殆どが実証テストのためのパイロ
ットプラントであり、民間人が手軽に利用できる装置は
市販されていない。波力エネルギー変換装置実用化の必
要条件は、低廉な建設コストと極めて高いエネルギー取
得及び変換効率の両立である。この目的から本発明者は
日本国特許第2539742号の振り子式波力発電装置
の発明と、ペンデュラーと名付けられた室蘭工大式波力
発電実証プラントでの実証テストに深く関わってきた。
その原理は、ケーソンに設けた水室内に入射波を導き、
波浪の波動としての性質を積極的に利用して、これを一
定周期の定常波に変換して利用する。この実証テストで
は、平均の一次エネルギー変換効率は世界一の60%以
上となり、他の国営プラント等のデータと比較すれば、
桁違いの圧倒的優位性を確認できた。然し乍ら、この発
電機容量は300kwでケーソン等の付帯施設に多額の
投資を要し、防波堤などの防波施設に併設することを前
提にした大掛かりな装置なので、経済的に成り立つのは
少なくとも容量100kwとなり、個人用に利用できる
小形装置ではなかった。
2. Description of the Related Art Wind energy on the earth is partially turned into waves, and is relatively abundantly rushed to the coast as wave energy, but has not yet been fully utilized. Currently, most of the actual devices are pilot plants for demonstration tests, and there are no commercially available devices that can be easily used by civilians. The prerequisites for the practical use of wave energy converters are both low construction costs and extremely high energy acquisition and conversion efficiency. For this purpose, the present inventor has been deeply involved in the invention of the pendulum type wave power generation device of Japanese Patent No. 2539742 and the verification test at the Muroran Institute of Technology wave power generation demonstration plant named Penduler.
The principle is that the incident wave is guided into the caisson water chamber,
By actively utilizing the properties of waves as waves, the waves are converted into standing waves having a constant period for use. In this demonstration test, the average primary energy conversion efficiency was more than 60% of the world's best, and compared with data from other state-run plants,
An overwhelming advantage was confirmed. However, this generator has a capacity of 300 kW, requires a large investment in ancillary facilities such as caisson, and is a large-scale device on the premise that it is installed alongside a breakwater such as a breakwater. It was not a small device that could be used for personal use.

【0003】他方では、小規模な個人レベルでの発明も
多く試みられてきた。然し、その殆どは波力の有するエ
ネルギーの半分の、位置エネルギーの利用に主眼があ
り、波力エネルギーの残り半分の運動エネルギーまで
も、十分に効率良く利用できる波力エネルギー変換装置
は実現されなかった。その理由は簡単である。浮体の浮
き沈みから波力の上下動としての位置エネルギーを取り
出すことは容易だが、水平方向の運動エネルギーを取り
出すことが困難であったからである。ところが離島や過
疎地域では、容量10kw程度以下の可能な限り高効率
の小形装置が必要に応じて分散設置されるのが望まし
く、小規模用の新しい装置の出現が望まれていた。
On the other hand, many small-scale individual-level inventions have been tried. However, most of them focus on the use of potential energy, which is half of the energy of wave power, and a wave energy conversion device that can use the kinetic energy of the other half of wave energy sufficiently efficiently cannot be realized. Was. The reason is simple. It is easy to extract the potential energy as the vertical movement of the wave force from the ups and downs of the floating body, but it was difficult to extract the kinetic energy in the horizontal direction. However, in remote islands and depopulated areas, it is desirable that small-sized devices with a capacity of about 10 kW or less be installed as efficiently as possible, and that new devices for small-scale use have been desired.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、本発明者が長年の波力発電実証プラントの
海上運転によって得た知見とノウハウを、小型波力変換
装置に実現することによって、低価格でエネルギー変換
効率が振り子式波力発電装置に匹敵する程高く、個人レ
ベルでも取得が可能な波力エネルギー変換装置を提供す
ることである。
The problem to be solved by the present invention is to realize the knowledge and know-how obtained by the present inventor for many years at sea in a wave power generation demonstration plant in a small wave power converter. Accordingly, an object of the present invention is to provide a wave energy conversion device which is low in cost and has a high energy conversion efficiency comparable to that of a pendulum type wave power generation device, and can be obtained even at an individual level.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の具体的手段は、本発明者の経験によれば、偏に波動現
象としての波浪の周期と機械的変換装置の固有振動数と
を一致させ、この両者の共振条件を整える機構の実現に
尽きる。前記のように、浮体の浮き沈みのみをエネルギ
ー変換する装置では、実用化する技術はあまり難しくは
なかった。その理由は、この機械装置の固有振動数を支
配する最大の要因は、浮体運動が 浮体質量対浮力によ
るばね作用 の振動系であることから、ばね常数/浮体
質量 の大きさであり、問題は単純であった。即ち、ば
ね常数/浮体質量 の大きさを加減することによって、
機械装置の固有振動数を調整でき、波浪周期との共振条
件を比較的容易に実現できたからである。問題は残り5
0%を占める波力の水平方向運動エネルギー吸収を狙っ
た機構である。前記のペンデュラー装置は、この運動エ
ネルギー吸収に特化した変換機構を有していた。その基
本はある程度以上の受圧面積を有する振り子式メカニズ
ムである。これは最も単純な機構となるメリットはある
が、振り子を水室から取り出してそのまま海中に設置す
ると、水室内では振り子の変位に応じた水位変化が出現
することにより、振り子に働いていたばね作用が消失す
るので、著しく緩慢な動きとなり波浪の周期に追随でき
なくなる。即ち、機構の固有振動数の低下が問題なの
で、固有振動数を高める工夫を施せばよいのである。簡
単にいえば、振り子の動きを早くする工夫である。
According to the present inventor's experience, the specific means for solving this problem is to determine the period of waves as a wave phenomenon and the natural frequency of the mechanical converter. This is all for realizing a mechanism for adjusting these two resonance conditions. As described above, in a device that converts only the ups and downs of a floating body into an energy, the technology for practical use was not so difficult. The reason is that the biggest factor that governs the natural frequency of this mechanical device is the magnitude of spring constant / floating mass, since the floating body motion is a vibrating system of spring action due to floating mass versus buoyancy. It was simple. That is, by adjusting the magnitude of the spring constant / mass of the floating body,
This is because the natural frequency of the mechanical device can be adjusted, and the resonance condition with the wave cycle can be realized relatively easily. 5 questions left
This mechanism aims to absorb the horizontal kinetic energy of the wave force occupying 0%. The above-mentioned pendulum device had a conversion mechanism specialized for absorbing the kinetic energy. The basis is a pendulum mechanism having a pressure receiving area of a certain level or more. This has the advantage of being the simplest mechanism, but if the pendulum is taken out of the water chamber and installed as it is in the sea, a water level change according to the displacement of the pendulum appears in the water chamber, and the spring action that was acting on the pendulum Since it disappears, it becomes extremely slow and cannot follow the wave cycle. That is, since the reduction of the natural frequency of the mechanism is a problem, it is only necessary to take measures to increase the natural frequency. To put it simply, the idea is to make the pendulum move faster.

【0006】このために発明者は、振り子運動をする浮
体の揺動につれて全体が完全に海面から飛び出したり、
海中に没したりする補助浮体を主浮体に一体に取り付け
ることを考え付いた。これによって補助浮体が海面上に
ある時と海水中にある時とを比較すると、空気と海水と
の比重差に相当する浮力モーメント変化を与える機構
を、簡単に実現することができる。固より振り子運動
は、振り子の位置エネルギーと運動エネルギーとを交互
に完全に変換することを繰り返す運動だが、海面上に補
助浮体が飛び出した状態を浮体全体の位置エネルギーが
最大となる状態とするには、最も高い位置にある補助浮
体に適度な重錘を備えることが理に適っている。この主
浮体は受圧面積を大きくするため、平板状浮体とし、こ
れ自身だけでも浮力が生じるだけの容積の浮き部を上部
に備えると共に、底部には浮体姿勢を安定させる重錘を
備える。波浪の周期と浮体振り子運動との共振条件を満
たすには、浮体寸法と重錘及び浮体自身の質量を勘案
し、最適な平板状浮体と補助浮体との距離を選ぶ必要が
ある。波浪条件即ち共振条件が変化したときは、この距
離も変化させると共に、適度な容積の水室を平板状浮体
の下部に着脱させる。更にはこの浮体の運動をエネルギ
ーに変換する手段として、浮体上部でこれを軸止する軸
にポンプを設けて、海水等を強圧し高圧水のエネルギー
を得るようにした。加えて波力の位置エネルギーも同時
に得るには、海上等に基部を設け想定波高以上の長さの
リンク部材の一端を基部に固定し、その他端の自由端に
は前記の平板状浮体を軸止することにし、基部の軸止部
にも位置エネルギー変換専用のポンプを設けた。こうし
て平板状浮体は海洋波の入射を正面から受ける姿勢で海
上に固定された基部の後流側に配置されると共に、リン
ク部材の基部側の軸止部には垂直軸を設けてこの垂直軸
を介し、リンク部材が基部に取り付けられることとし
た。ここで海洋波の円振動数と浮体揺動運動の固有振動
数とが、ある値ωとして一致し、両者の共振条件が成立
する時の平板状浮体と補助浮体との距離Rは、明細書末
尾に記載の数式、数1及び数2を満たすように決定す
る。
[0006] For this reason, the inventor invented that the whole body completely jumps out of the sea surface as the floating body swinging in pendulum moves,
The idea was to attach an auxiliary floating body that would sink into the sea to the main floating body. As a result, when comparing the time when the auxiliary floating body is on the sea surface with the time when the auxiliary floating body is in the seawater, it is possible to easily realize a mechanism for giving a buoyancy moment change corresponding to the difference in specific gravity between air and seawater. The pendulum motion is a motion that alternately and completely converts the potential energy and kinetic energy of the pendulum alternately.However, when the auxiliary floating body jumps out on the sea surface, the potential energy of the entire floating body becomes the maximum. It is reasonable to equip the auxiliary floating body at the highest position with a moderate weight. The main floating body is a flat floating body in order to increase the pressure receiving area. The main floating body is provided with a floating portion having a volume enough to generate buoyancy by itself and a weight at the bottom to stabilize the floating body posture. In order to satisfy the resonance condition between the wave cycle and the floating pendulum motion, it is necessary to select an optimal distance between the flat floating body and the auxiliary floating body in consideration of the floating body size, the weight, and the mass of the floating body itself. When the wave condition, that is, the resonance condition changes, this distance is changed, and a water chamber having an appropriate volume is attached to and detached from the lower part of the flat floating body. Further, as a means for converting the motion of the floating body into energy, a pump is provided on a shaft that fixes the movement of the floating body above the floating body, so that seawater or the like is strongly pressed to obtain energy of high-pressure water. In addition, in order to simultaneously obtain the potential energy of the wave force, a base is provided on the sea or the like, and one end of a link member having a length equal to or greater than the assumed wave height is fixed to the base, and the flat floating body is attached to the free end of the other end. A pump dedicated to potential energy conversion was also provided at the shaft stopper at the base. In this way, the plate-like floating body is disposed on the wake side of the base fixed on the sea in a posture to receive the incidence of ocean waves from the front, and a vertical axis is provided at a shaft-stop portion on the base side of the link member, and this vertical axis is provided. , The link member is attached to the base. Here, the circular frequency of the ocean wave and the natural frequency of the floating body oscillating motion coincide as a certain value ω, and the distance R between the flat floating body and the auxiliary floating body when the resonance condition of both is satisfied is described in the specification. It is determined so as to satisfy the mathematical expressions described at the end, Expressions 1 and 2.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】[0008]

【数2】 (Equation 2)

【0009】[0009]

【作用】このような手段を有する本発明の波力エネルギ
ー変換装置の作用を説明するにあたり、海洋波の性質自
体につき簡単に説明しておきたい。海洋波は水粒子の集
団がある規則運動を行いながら伝搬されていく波動現象
で、進行波であり、真横から見れば各水粒子は円運動を
行っている。各水粒子は隣り合うもの同士が位相差を有
し、下流側ほど遅れて円運動に加わるので、結果として
波頭やうねりは風を受けて風下に波が打ち寄せられるよ
うに観察される。また海洋波は、いろいろな波高・周期
の進行波の合成から成るが、そのパワースペクトルはあ
る波高・周期のところでピークを示す。慣例に従ってピ
ークの波高・周期の規則波(有義波の波高・周期にほぼ
一致する)で代表させ、ここでの説明に用いる。以下の
説明において、海洋波は有義波を指し、その波高・周期
はひと組だけ存在するとみなす。
In describing the operation of the wave energy conversion device of the present invention having such means, it is necessary to briefly describe the nature of ocean waves. An ocean wave is a wave phenomenon that is propagated while a group of water particles propagates in a regular motion, and is a traveling wave, and when viewed from the side, each water particle performs a circular motion. Each of the water particles has a phase difference between adjacent ones, and is added to the circular motion with a delay toward the downstream side. As a result, the crests and swells are observed as a result of the wind being blown downwind by the wind. An ocean wave consists of a combination of traveling waves of various wave heights and periods, and its power spectrum shows a peak at a certain wave height and period. It is represented by a regular wave having a peak height / period (substantially equal to the wave height / period of a significant wave) according to a custom, and is used in the description here. In the following description, an ocean wave refers to a significant wave, and it is assumed that only one set of wave height and period exists.

【0010】本発明の波力エネルギー変換装置に海洋波
としての波浪が押し寄せると、浮体は波高の高低に従っ
て上下運動を始める。基部に軸止されたリンク部材は、
自由端に軸止された浮体の上下運動に従い、上下方向の
揺動運動がもたらされる。リンク部材は想定波高以上の
比較的長い寸法なので、梃子の原理による強力な回転ト
ルクが基部上のポンプに働く。これとともに浮体には大
きな面積に海洋波の水平(前後)方向運動エネルギーが
加わると、浮体にぶつかって圧力を生じ、浮体に振り子
運動の揺動をひき起こす。これらの一連の運動は前記の
ように、波浪を構成する水粒子の円運動によって、連続
的に生み出されるが、原因が円運動であるだけに必ず反
対方向への揺り戻し運動を伴う。浮体がこの揺り戻し運
動に追随できなければ、効率の良い波力エネルギーの変
換はできなくなってしまう。先に述べたように、波周期
と機構側の固有振動数とが一致できる条件、即ち共振条
件を整える点がキーポイントである。上下運動の位置エ
ネルギー吸収においては、負荷や浮体寸法の調整で良か
ったが、前後運動の運動エネルギー吸収では、浮体の前
後方向揺動を早くする手段が必要であった。本発明では
海面上に飛び出したり海中に没したりする補助浮体を、
所定距離だけ離して主浮体に固定している。主浮体とし
ての平板状浮体に進行波が作用すると、前後方向に揺動
された平板状浮体はついに補助浮体を海面上に押し上げ
る。この結果、補助浮体は海面上に飛び出すことによ
り、急速にその浮力を失ってしまう。補助浮体の浮力
は、補助浮体を海面上に飛び出させる方向の浮体モーメ
ントを平板状浮体に与えてきたが、このモーメントが急
速に無くなる一方、補助浮体に設けられた重錘はその位
置エネルギーが最大と成り、逆方向の浮体モーメントを
平板状浮体に及ぼす。この時の浮体モーメントのプラス
方向からマイナス方向への、切り替え速度と変化率が高
いことが特徴である。この結果平板状浮体は、水粒子の
円運動による揺り戻しに追随して、次の周期の波の運動
エネルギー吸収に備えることができる。これに続くマイ
ナス方向からプラス方向への切り替わり時点では、補助
浮体の飛び出しの際程の急激な浮体モーメントの変化は
起こらないが、補助浮体は海中にあるので、浮体モーメ
ントの方向を切り替える向きに常に浮力と補助浮体の水
中抵抗力を及ぼし、加えて、平板状浮体に設けられた重
錘の位置エネルギーが最大と成り、モーメントの方向を
切り替える。進行波が平板状浮体にぶつかる時も、たと
い浮体モーメントの方向転換が遅れても、より強い圧力
が発生して平板状浮体に強力な力が加わり、方向転換を
促すことになる。このようにして、海面上に飛び出した
り、海中に没したりする補助浮体は、平板状浮体の固有
振動数を高め、波の周期との共振条件を整える上で、大
きな作用を果たしている。
When a wave as an ocean wave comes into the wave energy conversion device of the present invention, the floating body starts to move up and down according to the height of the wave height. The link member fixed to the base is
According to the up and down movement of the floating body fixed to the free end, an up and down swing movement is caused. Since the link member has a relatively long dimension larger than the assumed wave height, a strong rotational torque by the principle of leverage acts on the pump on the base. At the same time, when the horizontal (front-to-back) kinetic energy of the ocean wave is applied to a large area of the floating body, the floating body hits the floating body and generates pressure, causing the floating body to swing in a pendulum motion. As described above, these series of motions are continuously generated by the circular motion of the water particles constituting the waves, but always involve the unwinding motion in the opposite direction because the circular motion is the cause. If the floating body cannot follow this swing-back movement, efficient conversion of wave energy cannot be performed. As described above, the key point is that the conditions under which the wave period and the natural frequency on the mechanism side can match, that is, the resonance conditions are adjusted. Adjustment of the load and the size of the floating body was good for absorbing the potential energy in the vertical movement, but means for speeding up the swinging of the floating body in the front-rear direction was necessary for absorbing the kinetic energy of the front-back movement. In the present invention, an auxiliary floating body that jumps out of the sea surface or sinks in the sea,
The main floating body is fixed at a predetermined distance. When the traveling wave acts on the flat floating body as the main floating body, the flat floating body that has been swung in the front-rear direction finally pushes the auxiliary floating body above the sea surface. As a result, the auxiliary floating body rapidly loses its buoyancy by jumping out onto the sea surface. The buoyancy of the auxiliary floating body has given the flat floating body a floating body moment in the direction to make the auxiliary floating body jump out of the sea surface, but this moment disappears rapidly, while the weight provided on the auxiliary floating body has the maximum potential energy. And exerts a floating body moment in the opposite direction on the flat floating body. The feature is that the switching speed and the rate of change of the floating moment from the plus direction to the minus direction at this time are high. As a result, the flat floating body can prepare for the kinetic energy absorption of the wave of the next cycle, following the swing back of the water particles due to the circular motion. At the time of switching from the minus direction to the plus direction following this, the sudden change of the floating body moment does not occur at the time when the auxiliary floating body jumps out, but since the auxiliary floating body is under the sea, always switch the direction of the floating moment. It exerts buoyancy and the underwater resistance of the auxiliary floating body, and in addition, the potential energy of the weight provided on the flat floating body is maximized, and the direction of the moment is switched. Even when the traveling wave hits the flat floating body, even if the direction change of the floating body moment is delayed, a stronger pressure is generated and a strong force is applied to the flat floating body to promote the direction change. In this way, the auxiliary floating body that jumps out into the sea surface or sinks into the sea plays a significant role in increasing the natural frequency of the flat floating body and adjusting the resonance condition with the wave period.

【0011】請求項2で述べた波力エネルギー変換装置
は、平板状浮体を吊るすリンク部材が、垂直軸を介して
基部に取り付けられ、平板状浮体はリンク部材によって
基部の下流側に係留されているので、風向きの変化と波
浪進行方向の変化に対し、自由に変化に対応する。平板
状浮体に横方向からの波力が作用すると、垂直軸を中心
として平板状浮体にモーメントが生じ、平板状浮体を波
の下流方向へと回転させて、常に平板状浮体は海洋波の
入射を正面から受ける姿勢を保つ。同時に、干満の差に
よる潮汐変位が生じても、基部に取り付けられた軸止部
を中心にしてリンク部材が揺動すれば、直ちに変位に追
随できる。このような平板状浮体が海洋波の中に置かれ
ると、周囲の回転運動をくり返す水粒子と殆ど同期し
て、揺動運動をくり返すことになる。見かけ上海水中で
大きく揺動しても、周囲の水粒子と殆ど同期した運動な
ので、撹拌抵抗は非常に小さいことが知られている。平
板状浮体の揺動運動によって浮体に加わる力は、浮体と
水粒子との相対速度差に基ずく慣性抵抗であり、揺動運
動の最大振幅時点で最大の力を受けるものと考えられ
る。従って、平板状浮体の固有振動数と、波の円振動数
とが厳密に一致していなくとも、接近した振動数であれ
ば、揺動運動方向の切り替わり時に大きな慣性抵抗力が
発生し、浮体を共振運動に引き込むものと考えられる。
In the wave energy conversion device described in claim 2, the link member for suspending the flat floating body is attached to the base via a vertical axis, and the flat floating body is moored downstream of the base by the link member. Therefore, it can freely respond to changes in wind direction and changes in the direction of wave travel. When a wave force acts on the flat floating body from the lateral direction, a moment is generated in the flat floating body about the vertical axis, and the flat floating body is rotated in the downstream direction of the wave, and the flat floating body always receives ocean waves. In a posture where it is received from the front. At the same time, even if a tidal displacement occurs due to a difference in ebb and flow, if the link member swings around a shaft stop attached to the base, the displacement can immediately follow the displacement. When such a plate-like floating body is placed in an ocean wave, the rocking motion is repeated almost synchronously with the water particles that repeat the surrounding rotational motion. It is known that even if it oscillates greatly in apparent Shanghai water, it is almost synchronous with the surrounding water particles, so that the stirring resistance is very small. The force applied to the floating body by the oscillating motion of the flat floating body is inertial resistance based on the relative velocity difference between the floating body and the water particles, and is considered to receive the maximum force at the maximum amplitude of the oscillating motion. Therefore, even if the natural frequency of the flat floating body does not exactly match the circular frequency of the wave, if the frequency is close, a large inertial resistance is generated when the swinging motion direction is switched, and Is thought to be drawn into the resonance motion.

【0012】[0012]

【実施例】本発明を図示実施例によって説明すると、図
1は海洋波の性質を説明するために、実施例装置が設置
される海岸附近の海水断面を模式的に示す説明図であ
る。海洋波の動力源は大気中の風力エネルギーである
が、海洋波はあくまでも進行波であって、海面附近の水
分子(粒子)は図の回転矢印で示すように、岸に打ち寄
せる右端部を除けば回転運動をくり返している。それで
も波頭が図の左方沖合いから右方の岸へ、連続的に風下
に向かって移動していくのは、隣り合う水粒子の位相が
少しずつ連続的にずれていくからである。波力エネルギ
ーは位置エネルギーと運動エネルギーとに二分され、そ
の構成比はほぼ50%対50%である。本発明はこの両
エネルギーを小型装置によって効率良く吸収することを
狙うものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to the illustrated embodiment. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a section of seawater near a shore where an apparatus of the embodiment is installed in order to explain the properties of ocean waves. The power source of ocean waves is wind energy in the atmosphere, but ocean waves are only traveling waves, and water molecules (particles) near the sea surface, except for the right end that hits the shore, as shown by the rotating arrow in the figure. If you repeat the rotational movement. Nevertheless, the reason why the crest moves continuously from the left offshore to the right shore in the figure toward the leeward is because the phases of the adjacent water particles gradually and gradually shift. Wave energy is divided into potential energy and kinetic energy, and its composition ratio is approximately 50% to 50%. The present invention aims at efficiently absorbing both of these energies by a small device.

【0013】図2は、本発明の波力エネルギー変換装置
の一実施例の、海中での設置状況を立体的に示す斜視図
である。図示実施例において、波力エネルギー変換装置
を係留するために海面上に設けられる基部10は、水深
以上の長さの脚部11の上面に設けられており、これら
は一体となって櫓1を構成している。櫓1は脚部11の
先端が海底9に固定され、波浪に耐えて変換装置を定点
で係留する。基部10の中央には、リンク部材2を基部
10に軸止するための軸70そのものを中心軸とするポ
ンプ7が、強固に固定されている。リンク部材2の一端
は、軸70の両端を保持するように二股になったホルダ
ー部20であり、強大な回転トルクの伝達が可能な強固
なキーで軸70に結合されている。リンク部材2の自由
端はもう一方のポンプ8のハウジングとなるように構成
され、ポンプ8の中心軸も浮体を軸止する軸80を兼ね
ている。リンク部材2の長さは、想定波高の浮体上下運
動に余裕を持って対処できるよう、少なくとも想定波高
以上の長さを有し、更には潮汐変位にも対処する必要性
から、比較的長い寸法となっている。軸80の両端には
一対の固定部材30が、強固なキーを介し結合される一
方、浮体3における平板状浮体4の上面にも固定部材3
0が固定されている。浮体3は主浮体としての平板状浮
体4と、これとは平行に所定距離を保って連結板6によ
って平板状浮体4に固定される補助浮体5とから構成さ
れている。主浮体としての平板状浮体4は、受波板41
の上方に浮き部40を有し、底部には重錘42を備えて
いる。浮き部40の下方は、後述する固有振動数の変更
に備え、受波板41上に水室を取り付けることができる
スペースを持ち、連結板5は取り付け位置の変更が可能
である。補助浮体5の寸法は後記の段落[0021]で
明示する通り幅2m、高さ1.5m、厚さ0.6mであ
るから、その表面積は直方体で10.2mである。補
助浮体5は海面から飛び出したり、海中に没したりする
際の抵抗を少なくするため角部を丸めてあるので、実際
の表面積はおよそ10mとなる。補助浮体5を5tの
鋼板で構成すると、段落[0021]の記載の通りおよ
そ自重400kgである。これに連結板6の重量や、浮
体5の連結板6への取り付け部分の肉厚強化部分の重量
を加算すれば、工まずして浮体5は重量600kgの重
錘を備えていることになり、図面には特定の重錘を明示
してはおらない。一方、補助浮体5を鋼板ではなくFR
P等で構成する場合は、補助浮体5の内部には、特に図
示はしないが所要の重錘が備えてある。上記寸法及び重
量の補助浮体5は、海水中では1.8tonの浮力と6
00kgの自重との差、即ち1.2tonの浮力と主従
浮体間距離2.5mにより、3ton・mの反時計回り
回転トルクを発生する一方で、海面上に飛び出した時は
1.5ton・mの時計回り回転トルクを発生すること
になる。補助浮体5が海面上に飛び出した際の、反時計
回り方向から時計回り方向への上記の強大なトルクの向
きの変化は、平板状浮体3の海水中揺動運動が波周期と
共振できる条件を整える上で、決定的な役割を果たすこ
とになる。櫓1、基部10、ポンプ7、軸70、リンク
部材2、軸80、固定部材30等を介して海上に係留さ
れた浮体3に、図上左方より海洋波が進行してくると、
浮体上下運動によりリンク部材2を上下揺動させてポン
プ7による位置エネルギー吸収に備え、波が平板状浮体
4にぶつかり浮体3が軸80を中心とする前後方向揺動
を行えば、ポンプ8よる運動エネルギー吸収に備えるこ
とができる。
FIG. 2 is a perspective view three-dimensionally showing an installation state in the sea of one embodiment of the wave energy conversion apparatus of the present invention. In the illustrated embodiment, a base 10 provided on the sea surface for mooring the wave energy conversion device is provided on the upper surface of a leg 11 having a length equal to or greater than the water depth, and these are integrated to form the turret 1. Make up. The turret 1 has its legs 11 fixed at the bottom of the seabed 9 and withstands waves to moor the converter at a fixed point. In the center of the base 10, a pump 7 having a shaft 70 as a central axis for fixing the link member 2 to the base 10 is firmly fixed. One end of the link member 2 is a bifurcated holder portion 20 for holding both ends of the shaft 70, and is connected to the shaft 70 with a strong key capable of transmitting a large rotational torque. The free end of the link member 2 is configured to be the housing of the other pump 8, and the center axis of the pump 8 also serves as the shaft 80 for fixing the floating body. The length of the link member 2 is at least as long as the expected wave height so that the floating body at the assumed wave height can be sufficiently moved up and down, and is relatively long in order to cope with tidal displacement. It has become. A pair of fixing members 30 are connected to both ends of the shaft 80 via strong keys, while the fixing members 3 are also provided on the upper surface of the flat floating body 4 in the floating body 3.
0 is fixed. The floating body 3 includes a flat floating body 4 as a main floating body, and an auxiliary floating body 5 fixed to the flat floating body 4 by a connecting plate 6 while maintaining a predetermined distance in parallel with the main floating body. The flat floating body 4 as the main floating body includes a wave receiving plate 41.
And a weight 42 at the bottom. The lower part of the floating portion 40 has a space for mounting a water chamber on the wave receiving plate 41 in preparation for a change in the natural frequency described later, and the mounting position of the connecting plate 5 can be changed. The dimensions of the auxiliary floating body 5 are 2 m in width, 1.5 m in height, and 0.6 m in thickness as specified in the paragraph [0021] described later, and the surface area thereof is 10.2 m 2 in a rectangular parallelepiped. Since the auxiliary floating body 5 has rounded corners in order to reduce resistance when jumping out of the sea surface or submerging in the sea, the actual surface area is about 10 m 2 . When the auxiliary floating body 5 is formed of a 5t steel plate, the weight of the auxiliary floating body 5 is approximately 400 kg as described in the paragraph [0021]. If the weight of the connecting plate 6 and the weight of the thickened portion of the portion where the floating body 5 is attached to the connecting plate 6 are added to this, the floating body 5 is provided with a weight of 600 kg without difficulty. In the drawings, the specific weight is not specified. On the other hand, the auxiliary floating body 5 is made of FR instead of steel plate.
In the case of using P or the like, a required weight is provided inside the auxiliary floating body 5 although not particularly shown. The auxiliary floating body 5 having the above dimensions and weight has a buoyancy of 1.8 tons in seawater and a buoyancy of 6 tons.
Due to the difference from its own weight of 00 kg, that is, the buoyancy of 1.2 tons and the distance between the master and slave floating bodies of 2.5 m, while generating a 3 ton-m counterclockwise rotation torque, 1.5 ton-m when jumping out onto the sea surface Will be generated. The change in the direction of the above-mentioned large torque from the counterclockwise direction to the clockwise direction when the auxiliary floating body 5 jumps out onto the sea surface depends on the condition that the rocking motion of the flat floating body 3 in the seawater can resonate with the wave cycle. Will play a decisive role in organizing. When the ocean wave travels from the left side in the figure to the floating body 3 moored on the sea via the tower 1, the base 10, the pump 7, the shaft 70, the link member 2, the shaft 80, the fixed member 30, and the like,
The link member 2 is swung up and down by the up and down movement of the floating body to prepare for the potential energy absorption by the pump 7. If the wave hits the flat floating body 4 and the floating body 3 swings back and forth around the axis 80, the pump 8 is used. Prepare for kinetic energy absorption.

【0014】図3及び図4に示したのは、図2に示した
実施例の側面図と平面図であり、課題を解決するための
手段の項で述べた共振条件に関与する、浮体の寸法や揺
動角度を示す記号も表示している。浮体3の上下方向浮
き沈みによるリンク部材2の揺動角は±θとして表示
し、波の前後方向の揺動角は±θとして表示する。平
板状浮体4の厚みはWで、補助浮体5の厚みはW
表示する。平板状浮体4と補助浮体5との距離はRで表
示する。図4に示すように平板状浮体4と補助浮体5の
横幅は同一であり、これをBで表示する。ここで浮体3
に波力を与えた場合に、浮体3の上下運動と前後揺動運
動から発電する場合の効率は、浮体3の固有振動数を波
振動数に一致させ浮体3と波とを共振させること、及び
発電機負荷の大きさを波入力から決まるある最適値に一
致させることができた場合、最大になることが判ってい
る。そこで浮体3の上下運動及び前後揺動運動に対し、
共に波との共振条件を満足するよう本発明の装置は考慮
されている。この浮体3の固有振動数について述べよ
う。先ず浮体の上下運動では、浮体質量とその浮力の比
が固有振動数に関係する。浮力は平衡位置に対する復元
力がばね作用として働いていると看做すことができる。
浮体上下運動の固有振動数ωは数式の数3にて示され
る。
FIG. 3 and FIG. 4 show a side view and a plan view of the embodiment shown in FIG. 2, respectively, which are related to the resonance conditions described in the section of the means for solving the problems. Symbols indicating dimensions and swing angles are also displayed. Vertically ups and downs swing angle of the link member 2 by the floating body 3 is presented as ± theta h, the longitudinal direction swing angle of the wave is displayed as a ± theta s. The thickness of the tabular floating body 4 is W 1, the thickness of the auxiliary floating body 5 is indicated by W 2. The distance between the flat floating body 4 and the auxiliary floating body 5 is represented by R. As shown in FIG. 4, the width of the flat floating body 4 and the width of the auxiliary floating body 5 are the same, which is indicated by B. Here floating body 3
When a wave force is applied to the floating body 3, the efficiency in the case of generating power from the vertical movement and the forward and backward oscillating movement of the floating body 3 is such that the natural frequency of the floating body 3 matches the wave frequency, and the floating body 3 and the waves resonate. It has been found that when the magnitude of the generator load can be matched to a certain optimum value determined from the wave input, the maximum occurs. Therefore, for the vertical movement and the back and forth swing movement of the floating body 3,
The device of the present invention is considered so as to satisfy both conditions of resonance with the wave. The natural frequency of the floating body 3 will be described. First, in the vertical movement of the floating body, the ratio of the mass of the floating body to its buoyancy is related to the natural frequency. The buoyancy can be regarded as the restoring force for the equilibrium position acting as a spring action.
Natural frequency ω h of floating up and down motion is indicated by the number of equation (3).

【0015】[0015]

【数3】 ここで m:浮体質量(ポンプ8及びリンク部材2の一
部を含む) k:数式の数4にて示されるばね常数
(Equation 3) Here, m: mass of the floating body (including a part of the pump 8 and the link member 2) k: spring constant shown by the mathematical formula 4

【0016】[0016]

【数4】 ここで ρ:海水密度, g:重力加速度 B:浮体の横幅, W:浮き部40の厚さ 固有振動数ωは、浮体質量m、浮体の横幅B、浮き部
40の厚さWといった設計上の変数により変動するの
で、目的に合致した最適設計を行うことにより、想定海
洋波の円振動数ωと一致させることは容易である。本発
明ではこの上に振り子運動の固有振動数も、想定海洋波
の円振動数ωと一致させなければならない。浮体の前後
方向揺動運動の固有振動数をωとすると、前述の数1
と同じ関係式となる。ここでIは軸80のまわりの浮体
慣性モーメントであり、Kは前述の数2で示される復元
モーメント係数である。数2において、Wは補助浮体
5の厚さであり、Rは軸80から補助浮体5の中心まで
の距離である。Iの浮体慣性モーメントは浮体まわりの
水の影響を含むものであり、水室を浮体に取り付けれ
ば、浮体慣性モーメントを確実、簡単に大きくすること
ができる。Kの復元モーメント係数の調整は、浮体間距
離Rを変化させることが一番手っ取り早い。一般に振り
子運動を行う浮体を、そのままで海洋波の中に係留する
と、このI値は極めて大きくなるが、平板状浮体4に補
助浮体5を取り付けることにより、I値の増大に見合っ
たK値の増大が簡単にできる。これによってωを海洋
波の円振動数ωと一致させることが容易になる。このよ
うにしてωとωとをωに一致させると、浮体3は海
洋波の中で激しく上下運動と揺動運動とを行うので、ポ
ンプ7及びポンプ8から十分な圧力水を送りだすことが
できる。
(Equation 4) Here [rho: sea water density, g: gravitational acceleration B: floating body width, W 1: thickness natural frequency omega h of the floating portion 40, the floating body mass m, the floating body of the horizontal width B, thickness W 1 of the float portion 40 Therefore, it is easy to make it coincide with the circular frequency ω of the assumed ocean wave by performing an optimal design that meets the purpose. In the present invention, the natural frequency of the pendulum motion must also match the circular frequency ω of the assumed ocean wave. Assuming that the natural frequency of the back-and-forth swinging motion of the floating body is ω s ,
Is the same as Here, I is the moment of inertia of the floating body around the axis 80, and K is the restoring moment coefficient shown by the above-mentioned equation (2). In Equation 2, W 2 is the thickness of the auxiliary floating body 5, R is the distance from the axis 80 to the center of the auxiliary floating body 5. The floating body inertia moment I includes the influence of water around the floating body, and if the water chamber is attached to the floating body, the floating body inertia moment can be reliably and easily increased. The quickest way to adjust the restoring moment coefficient of K is to change the distance R between the floating bodies. Generally, when a floating body performing a pendulum motion is moored as it is in an ocean wave, the I value becomes extremely large. However, by attaching the auxiliary floating body 5 to the flat floating body 4, the K value corresponding to the increase of the I value is increased. Increase is easy. This facilitates matching ω s with the circular frequency ω of the ocean wave. When ω h and ω s are made to coincide with ω in this manner, the floating body 3 violently moves up and down and rocks in the ocean wave, so that sufficient pressure water is supplied from the pumps 7 and 8. Can be.

【0017】図5はポンプ7及び8の基本構造を示す断
面図であり、図6は両端のポンプ7及び8を含むリンク
部材2の側面図、図7は同様のリンク部材2の平面図を
示している。図5ではポンプ原理の説明のため、吸入回
路と吐出回路を記号により示している。図5において、
中心にある軸70(80)は、互いに180°の方向を
向いた一対の丈夫なベーン71、71を結合しており、
ケース73の内部で揺動可能に軸止されている。ケース
73の内部には、互いに180°の方向を向いた一対の
仕切り壁72がケース73に固定されている。このケー
ス73、ベーン71、仕切り壁72は4室の作動室を構
成し、軸70を挟んで向かい合う2室は、容積の増減の
位相が同一となるので、軸70を貫通する連通孔82に
より互いに連通している。仕切り壁72の立ち上がり部
には、夫々吸入回路75と吐出回路76に連通する吸入
ポート79と吐出ポート81が設けられ、チェック弁7
7と78に通じている。ケース73は基部10にしっか
りと固定されている。高圧水の発生をその目的としてい
るので、構成要素の薄肉化はできず、軸70の揺動角は
70°±α程度になり、図6に示す揺動角θとθ
ポンプ内部構造による制限がある。しかしながら、リン
ク部材2と浮体3が上下及び前後方向に揺動することに
より、ベーン71が方向を切り替えながら揺動しても、
チェック弁77及び78の働きで、作動液の流れは常に
吸入側から吐出側への一方通行となる。図6と図7で示
したポンプ7及び8は、このような基本構造を有してい
る。図示のようにポンプ7のケースは基部10に固定さ
れ、リンク部材2の拘束側端部は二股のホルダー部材2
0を構成し、軸70に固く結合しているので、軸70が
リンクピンを兼ね、ポンプ7の軸受けがピン軸受けを兼
ねている。同様に、リンク部材2の自由端はポンプ8自
身が構成しており、その軸80に結合した固定部材30
は、浮体3に固定されているので、軸80はリンクピン
を、ポンプ軸受けはピン軸受けを兼ねており、最も単純
で合理的な機構となっている。リンク部材2と浮体3の
運動は、直接ポンプのベーン71を揺動させることにな
るから、動力伝達経路の剛性は高い。
FIG. 5 is a sectional view showing the basic structure of the pumps 7 and 8, FIG. 6 is a side view of the link member 2 including the pumps 7 and 8 at both ends, and FIG. Is shown. In FIG. 5, the suction circuit and the discharge circuit are indicated by symbols for explanation of the pump principle. In FIG.
A central shaft 70 (80) connects a pair of sturdy vanes 71, 71 oriented at 180 ° to each other,
It is pivotally fixed inside the case 73. Inside the case 73, a pair of partition walls 72 facing each other at 180 ° are fixed to the case 73. The case 73, the vane 71, and the partition wall 72 constitute four working chambers. The two chambers facing each other with the shaft 70 interposed therebetween have the same phase of increase and decrease in volume. Communicating with each other. A suction port 79 and a discharge port 81 communicating with a suction circuit 75 and a discharge circuit 76 are provided at a rising portion of the partition wall 72, respectively.
It leads to 7 and 78. The case 73 is firmly fixed to the base 10. Since the purpose is to generate high-pressure water, the thickness of the components cannot be reduced, and the swing angle of the shaft 70 is about 70 ° ± α. The swing angles θ h and θ 3 shown in FIG. There are restrictions due to the structure. However, when the link member 2 and the floating body 3 swing up and down and back and forth, the vane 71 swings while switching directions.
By the action of the check valves 77 and 78, the flow of the hydraulic fluid is always one-way from the suction side to the discharge side. The pumps 7 and 8 shown in FIGS. 6 and 7 have such a basic structure. As shown, the case of the pump 7 is fixed to the base 10, and the end of the link member 2 on the restraining side is a forked holder member 2.
0 and is firmly connected to the shaft 70, so that the shaft 70 also serves as a link pin, and the bearing of the pump 7 also serves as a pin bearing. Similarly, the free end of the link member 2 is constituted by the pump 8 itself, and the fixing member 30 connected to the shaft 80 thereof.
Is fixed to the floating body 3, the shaft 80 also serves as a link pin, and the pump bearing also serves as a pin bearing, which is the simplest and rational mechanism. Since the movement of the link member 2 and the floating body 3 directly swings the vane 71 of the pump, the rigidity of the power transmission path is high.

【0018】図8と図9は、先に図2、図3、図4で示
した浮体3を改めて示すものであるが、ここでは平板状
浮体4の受波板41に水室43が取り付けられた状態
を、改めて示している。水室43は上面が解放されたケ
ース状をしており、受波板41にボルト44にて取り付
けられると、浮き部40の底面が水室43の蓋をする形
となり、その室内には海水が充満する状態となる。こう
すると、水室43内部の海水は浮体3と一緒に運動する
ので、浮き部40を変えなくとも実質的な浮体質量が大
きくなる。前述の固有振動数ωの調整手段として大変
便利である。平板状浮体4と補助浮体5とを連結してい
る連結板6は、ボルト60で両者に固定されている。ボ
ルト穴の位置を変えれば、両者の距離も変わることにな
るが、量産した同一仕様の浮体を、波浪条件の異なる海
面にも適応できるよう考慮したからである。海洋波の振
動数に合わせ、対象海面ごとに浮体の固有振動数が調整
できるのである。連結板の長さを変えて図3の距離Rを
加減すれば、数2の復元モーメント係数Kが調整でき、
その結果極めて容易に固有振動数ωが調整できる。
FIGS. 8 and 9 show the floating body 3 shown in FIGS. 2, 3 and 4 again. Here, the water chamber 43 is attached to the wave receiving plate 41 of the flat floating body 4. FIG. This state is shown again. The water chamber 43 has a case shape with an open upper surface. When the water chamber 43 is attached to the wave receiving plate 41 with bolts 44, the bottom surface of the floating portion 40 becomes a lid of the water chamber 43, and the seawater Is filled. In this case, since the seawater inside the water chamber 43 moves together with the floating body 3, the substantial floating body mass increases without changing the floating portion 40. It is very convenient as a means for adjusting the natural frequency ω h of the above-mentioned. The connecting plate 6 connecting the flat floating body 4 and the auxiliary floating body 5 is fixed to the both by bolts 60. If the position of the bolt hole is changed, the distance between the two will also change, but this is because a mass-produced floating body of the same specification was considered so as to be adaptable to the sea surface under different wave conditions. The natural frequency of the floating body can be adjusted for each target sea surface in accordance with the frequency of the ocean wave. If the distance R in FIG. 3 is adjusted by changing the length of the connecting plate, the restoring moment coefficient K of Equation 2 can be adjusted.
As a result, the natural frequency ω s can be adjusted very easily.

【0019】図10と図11は、本発明の装置を嵐から
保護するのに効果的な浮体の係留部構造例である。図1
0で示すように、ポンプ7のケース73には垂直軸ホル
ダー13が設けられ、垂直軸ホルダー13に固く固定さ
れた垂直軸14によって櫓の基部10に対し、軸受12
により回転可能に取り付けられている。このために、波
の入射方向が変化しても、垂直軸14を中心とする回転
モーメントが浮体に作用し、浮体は常に波と正面から向
き合う。波高が増大すると、浮体とリンク部材の揺動角
度は前記のポンプ内部機構の制限角に近ずき、浮体に働
く波力はある限度以上にはならない。この安全効果は常
に保持される。また、常に浮体が波に正面から向き合う
ので、平常時は波力エネルギーの取得効率は高い。
FIGS. 10 and 11 show examples of mooring structure of a floating body effective for protecting the apparatus of the present invention from a storm. FIG.
As shown at 0, the case 73 of the pump 7 is provided with a vertical shaft holder 13, and a vertical shaft 14 fixedly secured to the vertical shaft holder 13 causes the bearing 12 to bear against the base 10 of the tower.
It is mounted so that it can rotate. Therefore, even if the incident direction of the wave changes, a rotational moment about the vertical axis 14 acts on the floating body, and the floating body always faces the wave from the front. When the wave height increases, the swing angle of the floating body and the link member approaches the limit angle of the pump internal mechanism, and the wave force acting on the floating body does not exceed a certain limit. This safety effect is always maintained. In addition, since the floating body always faces the wave from the front, the efficiency of obtaining wave energy is high in normal times.

【0020】本発明装置のように、波によって駆動され
る運動物体を使って波力エネルギー取得をする装置の共
通点は、対象波と運動物体との共振、及び対象波エネル
ギーと負荷とのマッチングの2点が効率決定の鍵になる
ことである。発明者の経験から得た知見により、本発明
装置による波力エネルギー取得効率の予測を試み、参考
として図12と図13に示した。図12はエネルギー取
得効率ηと波周波数ωとの関係である。ωが浮体の固有
振動数ωに一致する時効率は最大になり、その前後で
は低下する。特に、ω≫ωとなった時の効率低下は甚
だしい。図13は、波高変化に対するエネルギー取得効
率ηを示す。ポンプ7及び8の吐出圧力P1、2、
をそれぞれ一定にした場合で、圧力はP<P<P
の関係にある。効率はある波高のときにピーク値を示
し、その前後では低下する。圧力が高い程ピーク値に対
応する波高も高い。以上の考察からも、浮体を波に共振
させ、波高変化に対しポンプ圧力を加減して負荷のマッ
チングを図れば、波力エネルギー取得に際し装置を効率
良く運転できることが理解できよう。
As in the case of the apparatus of the present invention, a common point of a device for acquiring wave energy using a moving object driven by a wave is the resonance between the target wave and the moving object, and the matching between the target wave energy and the load. Are key to efficiency determination. Based on the knowledge obtained from the inventor's experience, an attempt was made to predict the wave energy acquisition efficiency by the device of the present invention, and the results are shown in FIGS. 12 and 13 for reference. FIG. 12 shows the relationship between the energy acquisition efficiency η and the wave frequency ω. When ω coincides with the natural frequency ω 0 of the floating body, the efficiency becomes maximum and decreases before and after. In particular, decrease in efficiency of when he became ω»ω 0 is extreme. FIG. 13 shows the energy acquisition efficiency η with respect to the wave height change. Discharge pressures P1 , P2 , P of pumps 7 and 8
3 is constant, and the pressure is P 1 <P 2 <P
There is a relationship of 3 . The efficiency shows a peak value at a certain wave height, and decreases before and after that. The higher the pressure, the higher the wave height corresponding to the peak value. From the above considerations, it can be understood that if the floating body is resonated with the wave and the pump pressure is adjusted for the change in wave height to match the load, the device can be operated efficiently when acquiring the wave energy.

【0021】最後に本発明の実施例の各仕様について記
載する。 (1)本装置を設置する海面の状況 有義波の波高 :2m, 有義波の周期 :6秒, 水
深 :3〜8m 入射波の平均パワー :21kw, 入射波の最大パワ
ー :40kw (ただし浮体の幅2m当たり) (2)浮体仕様 平板状浮体 幅2m×高さ2.5m×厚さ0.5m, 自重:500
kg,重錘:500kg, 付加水:500kg, 最
大浮力:2000kgfばね常数:1000kgf/m 補助浮体 幅2m×高さ1.5m×厚さ0.6m, 自重:400
kg 重錘:600kg,最大浮力:1800kg,主従浮体
間距離:2.5m 復元モーメント係数:7500kgf・m (3)計画出力 圧力海水の場合 圧力6MP 流量90m/日 清水生産の場合 30m/日 電力の場合 平均5kw 最大10kw
Finally, each specification of the embodiment of the present invention will be described. (1) Sea surface conditions where this device is installed Wave height of significant wave: 2 m, period of significant wave: 6 seconds, water depth: 3 to 8 m Average power of incident wave: 21 kW, Maximum power of incident wave: 40 kW (however, (2m width of floating body) (2) Floating body specification Flat floating body 2m wide x 2.5m high x 0.5m thick, own weight: 500
kg, weight: 500 kg, additional water: 500 kg, maximum buoyancy: 2000 kgf, spring constant: 1000 kgf / m, auxiliary floating body, 2 m wide x 1.5 m high x 0.6 m thick, own weight: 400
kg Weight: 600 kg, Maximum buoyancy: 1800 kg, Distance between master and slave floating bodies: 2.5 m Restoration moment coefficient: 7500 kgf · m (3) Planned output In case of pressure seawater Pressure 6 MPa a Flow rate 90 m 3 / day In case of fresh water production 30 m 3 / In the case of daily power, average 5kw, maximum 10kw

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明では、装置寸法に対する出力が極
めて大きいことで知られている、単独浮体方式の波力エ
ネルギー変換装置において、固有振動数の調整ができる
補助浮体付きの平板状浮体により、前後方向の浮体揺動
運動固有振動数を波の振動数と一致させて共振させ、浮
体を係留するリンク部材の両端のポンプにて夫々独立に
高い効率のエネルギー変換装置を実現することができ
た。2台のポンプは独立しているために、異なる運動の
相互干渉作用から免れており、効率を高める上で有利で
ある。そのエネルギー変換効率は振り子式波力発電方式
にも匹敵する高効率である。3〜10kwの容量の発電
装置では、1kw当たり10円程度の発電コストと、1
kw当たり百万円程度の建設コストを見込むことが可能
となり、発電効率も30〜40%程度期待できる。高圧
海水を液圧モータに導けば、養殖等のポンプ動力として
利用でき、深層水汲み上げ動力用ばかりでなく、海水淡
水化装置の濾過機に圧送すれば淡水を得ることができ
る。本発明は小型で最も単純な機構の波力エネルギー変
換装置なので、経済的で耐久性にも優れ、離島や沿岸の
過疎地においても、手軽なエネルギー源となることがで
きるので、大きな経済的効果を発揮することができる。
また高効率の波力エネルギー吸収により、消波効果があ
り、防波堤建設よりもはるかに経済的な簡易防波施設と
しても利用できる。ここで他の波力エネルギー変換方式
では見られない高い消波効果が現れるのは、平板状浮体
の揺動による新たな下流側への造波効果を、その直ぐ下
流側にある補助浮体が海面上に飛び出す際の補助浮体容
積消滅効果によって相殺し、浮体揺動による造波直後の
波も補助浮体飛び出しによって消失させてしまうからで
あると考えられる。本発明は、従来の同様な小形の波力
エネルギー変換装置と比較すれば、変換効率を一挙に3
倍程度にまで高めることが出来た革新技術であるので、
その応用価値は極めて高い。
According to the present invention, in a single floating body type wave energy conversion device which is known to have a very large output with respect to the device size, a flat floating body with an auxiliary floating body capable of adjusting the natural frequency is provided. The natural frequency of the oscillating motion of the floating body in the front-rear direction is matched with the frequency of the wave to resonate, and the pumps at both ends of the link member mooring the floating body can independently realize high-efficiency energy conversion devices. . Because the two pumps are independent, they are free from the interaction of different movements, which is advantageous in increasing efficiency. Its energy conversion efficiency is high, comparable to pendulum wave power generation. In a power generator with a capacity of 3 to 10 kW, a power generation cost of about 10 yen per kW and 1
A construction cost of about one million yen per kW can be expected, and power generation efficiency of about 30 to 40% can be expected. If high-pressure seawater is guided to a hydraulic motor, it can be used as pump power for aquaculture, etc., and not only for deep-water pumping power but also can be obtained by pumping it to a filter of a seawater desalination apparatus. Since the present invention is a compact and simple wave energy conversion device, it is economical and excellent in durability, and can be a convenient energy source even in remote islands and coastal depopulated areas. Can be demonstrated.
In addition, the wave energy can be absorbed by highly efficient wave energy absorption, and it can be used as a simple breakwater facility that is far more economical than the construction of breakwaters. Here, a high wave-dissipating effect that cannot be seen with other wave energy conversion methods appears because the wave-making effect on the downstream side caused by the swinging of the flat floating body is caused by the auxiliary floating body immediately downstream from the sea surface. This is considered to be because the auxiliary floating body volume disappearing effect at the time of jumping up cancels out and the wave immediately after wave generation due to the swinging of the floating body is also eliminated by the auxiliary floating body jumping out. According to the present invention, the conversion efficiency can be improved at a stroke when compared with a conventional similar small wave energy conversion device.
Because it is an innovative technology that can be increased to about twice,
Its application value is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】波浪の性質を説明するための、沿岸部の海水の
縦断面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of seawater in a coastal area for explaining the nature of waves.

【図2】本発明の一実施例の波力エネルギー変換装置の
海面設置状況を示す立体図。
FIG. 2 is a three-dimensional view showing a sea surface installation state of the wave energy conversion device according to one embodiment of the present invention.

【図3】図2に示した実施例の側面図。FIG. 3 is a side view of the embodiment shown in FIG. 2;

【図4】図2に示した実施例の平面図。FIG. 4 is a plan view of the embodiment shown in FIG. 2;

【図5】本発明の一実施例の、エネルギー変換を行うポ
ンプ装置の主要要素の縦断面図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of main components of a pump device that performs energy conversion according to an embodiment of the present invention.

【図6】図5のポンプを両端に備えたリンク部材の一部
縦断側面図。
FIG. 6 is a partially longitudinal side view of a link member provided with the pump of FIG. 5 at both ends.

【図7】図6のリンク部材を一部横断した平面図。FIG. 7 is a plan view partially crossing the link member of FIG. 6;

【図8】本発明の一実施例の水室を備えた平板状浮体の
側面図。
FIG. 8 is a side view of a flat floating body having a water chamber according to one embodiment of the present invention.

【図9】図8に示した平板状浮体の正面図。FIG. 9 is a front view of the flat floating body shown in FIG. 8;

【図10】本発明の一実施例の浮体を係留する垂直軸を
示す係留部の一部縦断面図。
FIG. 10 is a partial longitudinal sectional view of a mooring portion showing a vertical axis for mooring a floating body according to one embodiment of the present invention.

【図11】図10に示した係留部の平面図。11 is a plan view of the mooring section shown in FIG.

【図12】ある固有振動数の浮体に対して、波の周波数
ωとエネルギー取得効率ηの関係を示すX−Y座標グラ
フ。
FIG. 12 is an XY coordinate graph showing the relationship between the wave frequency ω and the energy acquisition efficiency η for a floating body having a certain natural frequency.

【図13】波高の変化に対するエネルギー取得効率ηの
関係を示すX−Y座標グラフ。
FIG. 13 is an XY coordinate graph showing the relationship between the change in wave height and the energy acquisition efficiency η.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 櫓 10 基部 11 脚部 12 軸受 13 垂直軸ホルダー 14 垂直軸 2 リンク部材 20 ホルダー部 3 浮体 30 固定部材 4 平板状浮体 40 浮き部 41 受波板 42 重錘 43 水室 44 ボルト 5 補助浮体 6 連結板 60 ボルト 7 ポンプ 70 軸 71 ベーン 72 仕切り壁 73 ケース 74 作動室 75 吸入回路 76 吐出回路 77、78 チェック弁 79 吸入ポート 8 ポンプ 80 軸 81 吐出ポート 9 海底 1 Tower 10 Base 11 Leg 12 Bearing 13 Vertical axis holder 14 Vertical axis 2 Link member 20 Holder 3 Floating body 30 Fixed member 4 Flat floating body 40 Floating part 41 Wave receiving plate 42 Weight 43 Water chamber 44 Bolt 5 Auxiliary floating body 6 Connecting plate 60 Bolt 7 Pump 70 Shaft 71 Vane 72 Partition wall 73 Case 74 Working chamber 75 Suction circuit 76 Discharge circuit 77, 78 Check valve 79 Suction port 8 Pump 80 Shaft 81 Discharge port 9 Submarine

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 海面上もしくは海岸等に固定された基部
と、この基部に一端を軸止され想定波高以上の長さを有
するリンク部材と、このリンク部材の自由端に軸止され
て海水中に揺動可能に係留されると共に単体でも浮力が
生じるだけの浮き部を上部に備えることに加え底部には
重錘を備えた平板状浮体と、この平板状浮体の揺動運動
が波浪との共振条件を満たす所定位置であってその揺動
運動により全体が完全に海面から飛び出したり海中に没
したりする位置において前記平板状浮体に固定された補
助浮体と、前記リンク部材の両端軸止部に設けた一対の
ポンプとを有して成り、前記補助浮体内部には補助浮体
自重を含む十分な重さの重錘が設けられる一方、前記基
部上のポンプは浮体上下動による位置エネルギーとして
の波力吸収に備え、浮体側のポンプは浮体揺動運動によ
る波力の運動エネルギー吸収に備えたことを特徴とする
波力エネルギー変換装置
1. A base fixed on the sea surface or on the coast, a link member having one end fixed to the base and having a length equal to or greater than an assumed wave height, and a seawater fixed to a free end of the link member. In addition to having a floating portion at the top that is capable of oscillating mooring and generating buoyancy even in a single body, in addition to a flat floating body with a weight at the bottom, the swinging motion of this flat floating body is An auxiliary floating body fixed to the flat floating body at a predetermined position that satisfies the resonance condition and the entire body completely jumps out of the sea surface or submerges in the sea due to the oscillating motion thereof; The auxiliary floating body is provided with a weight of sufficient weight including the auxiliary floating body's own weight, while the pump on the base portion has a potential energy due to the vertical movement of the floating body. In preparation for wave power absorption, A wave energy conversion device, wherein the pump on the floating body side is provided for absorbing the kinetic energy of the wave force due to the swinging motion of the floating body.
【請求項2】 平板状浮体は海洋波の入射を正面から受
ける姿勢で海面上に固定された基部の後流側に配置さ
れ、リンク部材の軸止部には垂直軸がもうけられこの垂
直軸を介して軸止部が基部に取り付けられていることを
特徴とする請求項1に記載の波力エネルギー変換装置
2. A flat floating body is disposed on the downstream side of a base fixed on the sea surface in a posture to receive the incidence of ocean waves from the front, and a vertical axis is formed in a shaft stopper of the link member. 2. The wave energy conversion device according to claim 1, wherein the shaft stop is attached to the base via the base.
【請求項3】 平板状浮体は波浪条件が変化しても波浪
との共振条件が維持できるよう浮き部の下部に着脱可能
な水室を有し、補助浮体との所定距離を変化できる補助
浮体連結板を有することを特徴とする請求項1に記載の
波力エネルギー変換装置
3. The auxiliary floating body has a detachable water chamber below the floating portion so that the resonance condition with the waves can be maintained even when the wave conditions change, and the predetermined distance from the auxiliary floating body can be changed. The wave energy conversion device according to claim 1, further comprising a connecting plate.
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