JP4805783B2

JP4805783B2 - 波力発電用タービン

Info

Publication number: JP4805783B2
Application number: JP2006276297A
Authority: JP
Inventors: 至弘長田; 敏郎金野
Original assignee: 東陽設計工業株式会社
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: JP2008095569A

Description

本発明は波力エネルギを利用して発電を行なう波力発電技術に係り、特に波浪（波力）エネルギ変換システムにより波力エネルギを電気エネルギとして取り出す波力発電用タービンに関する。

周辺を海に囲まれた海洋国である我国には、海に波力エネルギが豊かに存在するが、波力エネルギの活用には至っていない。波力エネルギは入手が簡単であるので、我国や海洋国において、波力エネルギを利用した様々な方式の波力発電の研究が行なわれている。実際、海上における波力発電の研究が行なわれているが、安全対策が大掛かりとなり、コストが高い、景観が損なわれる等の経済的な理由により、波力発電は普及の段階に至っておらず、実用化されていない。

海洋発電は、地球環境に優しいクリーンエネルギであり、地球温暖化防止に大きく寄与するものであるから、火力、水力、風力や原子力のような従来の発電方式の経済性に近いところまで、製造コストの低減が図れれば、将来の有望なエネルギ源であり、本格的な普及が図れるものであると思料する。

波力（波浪）エネルギを電気エネルギとして取り出す公知の波浪エネルギ式変換システムは、
ａ）越波揚水方式（ＴａｐｅｒｅｄＣｈａｎｎｅｌＳｙｓｔｅｍ）
ｂ）振動水柱方式（ОｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＷａｔｅｒＣｏｌｕｍｎＳｙｓｔｅｍ）
c）運動物体方式（ＭｏｖｉｎｇＢｏｄｙＴｙｐｅ）
の３つに分類される。

これら３つの方式における現在の主流は、図１に簡略的に示すような振動水柱方式（以下、ОＷＣという。）である。この振動水柱方式の波力発電装置１では、海水（水中）に保留された筒型形状の浮体２上に空気タービン３にて駆動される発電機４が設置される。浮体２は、水中（海中）で図示しないバラスト（重錘）により鉛直方向に浮遊状態に保持され、浮体２の浮力と発電機４やバラストの重力との関係で、浮体２の頂部側に空気室５が形成される。この空気室５は浮体２内の水柱（振動水柱）の往復動により発生する水面の昇降により、空気室５の内部と外部との間で空気流が発生する。この空気流により空気タービン３が駆動される。

空気タービン３の駆動により発電機４が回転駆動され、振動水柱６の昇降に伴なう波力エネルギは、発電機４から電気エネルギに変換されて外部に取り出される。

従来からОＷＣ方式に用いられる空気タービン３には、特許文献１に記載の「波力発電用タービン」および特許文献２や特許文献３に記載の「波力発電装置」が存在する。

特許文献１に記載された波力発電用タービンは、空気タービンの回転翼の角度および案内羽根の角度を空気の流れに応じて制御し、発電機の回転方向を常に一定としてタービン構造の簡素化と発電効率の向上を図るものである。

また、特許文献２に記載された波力発電装置は、波力発電用タービンとしてウェルズタービンを用いて発電機の回転方向を常に一定として構造の簡素化を図るものである。

さらに、特許文献３に記載された波力発電装置は、空気タービンに回転方向一定の衝動型タービンを用いてタービン回転軸方向と一定距離移動可能なフローティングノズルを組み合わせて構造の簡素化と性能の向上を図るものである。
特開平９−２８７５４６号公報特開平１１−２０１０１４号公報特開２００６−９７６３３号公報

特許文献１に記載された波力発電用タービンは、タービン翼構造の特殊性から、回転翼の回動を制御する機構や制御が複雑で困難性を伴ない、建設やメンテナンスコストが嵩む等の問題があった。

また、特許文献２に記載の波力発電装置がウェルズタービンを採用しており、このウェルズタービンで低起動トルク特性や低効率特性を改善しようとすると、可変ピッチ案内羽根を取り付ける必要があり、取付構造が複雑となってコスト増を招く問題があった。

さらに、特許文献３に記載の波力発電装置は、高出力を得ようとすると、空気の圧縮性により未吸収エネルギが増大するために、高出力化に種々の制約を受ける一方、小型化によるコスト改善も阻害されるという不具合がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、タービン構造を簡素化して製作・設置コストを低減させ、メンテナンス性、安全性に優れ、タービン駆動効率を向上させた波力発電用タービンを提供することを目的とする。

本発明に係る波力発電用タービンは、上述した課題を解決するために、波力発電装置の発電機を駆動させる波力発電用タービンにおいて、筒状形状の浮体の頂部に設けられ、前記浮体内で振動水柱上に形成される空気室を外気と連通させるタービンケーシングと、このタービンケーシング内に格納され、静翼としてのトーラス状あるいはピストン状のノズルと、このノズルから吹き出される空気流により回転駆動され、タービン軸と回転一体に連結された動翼としての羽根車とを有し、前記浮体内の振動水柱の昇降に伴なって前記ノズルから羽根車に空気流が半径方向内方に対し所要の角度をなして吹き出されるように設定したことを特徴とするものである。

本発明に係る波力発電用タービンによれば、動翼としての羽根車を通過する空気流は半径方向内側に所定の角度をなして一方向に案内されるので、浮体の空気室から流出入する空気流の方向如何に関わらず、常に一定方向に回転する輻流型の羽根車となり、波力発電用タービンを効率よく能率的に回転駆動させることができ、タービン構造を簡素化することができるので、製作や設置コストを低減させ、メンテナンス性、安全性に優れた波力発電用タービンを提供することができる。

以下、本発明に係る波力発電用タービンの実施の形態について添付図面を参照して説明する。

［波力発電の原理］
本発明に係る波力発電用タービンの実施形態を説明する前に、波力発電の原理を説明する。

図２は本発明に係る波力発電用タービンを備えた波力発電装置１０の発電原理を示す概略的な構成図を示す。

波力発電装置１０は海上（水上）に保留可能に設けられた浮体１１とこの浮体１１上に配設された発電手段としての発電機１２とを有する。浮体１１は例えば樹脂製で細長い円筒形状に構成され、海水中に配置される。浮体１１の中程には浮力Ｆを得るための浮力調整室１３が設けられ、浮体１１の下端部は下方に開放されており、海水が自由に出入りできるようになっている。浮体１１の最下部には浮体１１の重力Ｇを調整する重錘としてのバラスト１４が設けられ、このバラスト１４により浮体１１をほぼ鉛直状態に保持するようになっている。バラスト１４は、浮体１１の上下動（昇降）を効率よく抑制するため、円環状あるいは外周フランジ状に形成される一方、バラスト１４の外周部からスリーブ状突起部１５が垂設される。

また、浮体１１の浮力調整室１３の上端部は中仕切板１６により内部が仕切られ、仕切られた中仕切板１６の上部は側面に複数の開口１７が形成され、この開口１７を通じて海水が出入りでき、振動水柱２０を構成するようになっている。浮体１１内で振動水柱２０の水（海）面から上の部分は、空気室（エアチャンバ）１８を構成している。空気室１８を仕切る海面は、周囲の波の振幅により所要の位相差を持って昇降しており、浮体１１内の振動水柱２０を所定の周期で上下動しており、浮体１１内の上部に振動水柱２０が構成される。浮体１１内の振動水柱２０は所定の周期例えば７秒弱で上下動せしめられる。浮体１１内の下部、すなわち、浮力調整室１３の下方の水柱は上下動せず、固定水柱２１を形成している。

一方、浮体１１の頂部には、波力発電用タービンを構成する空気タービン２５が配設される。空気タービン２５のタービン軸２６は、発電機１２の回転軸に直接あるいはカップリングを介して連結される。

この波力発電装置１０において、浮体１１は浮力Ｆと重力Ｇの釣合いにより、空気室１８に所定の空間を残すように浮体１１の頂部か海面から上方に突出するように、海中に設置される。また、波の上下動に伴なって水面が上下動する際にも、水中の深い部分では、図３に示すように、表面波の影響を受けずに水が殆ど静止している。水中の深い部分では、浮体１１が浮力Ｆと重力Ｇとの差によって上下に動かされる水の抵抗が大きくなるように、円環状あるいは外周フランジ状バラスト１５や外周スリーブ状突起１５が設けられる。

反対に、海の表面付近では、上下動する波によって浮体１１内に開口１７を通して海水が出入りされる。このとき、浮体１１の上部側では、海水の昇降に伴なう上下方向の力が最小となるように凹凸のない円筒形状に形成される。

また、波長が水の深さに較べて小さい場合には、水面の各点は、図３に示すように、鉛直面内で波の振幅に等しい半径の円運動を行ない、水面下の水の各点も円運動を行なうが、その半径は水面から中に入るに従って急に小さくなり、半波長程度以上の深さでは、殆ど動かないことが知られている。

この波力発電装置１０においては、波の上下動に伴なって上下方向の力による浮体１１の上下動はほぼ抑制され、浮体１１は慣性により最初に設置した姿勢を維持しようとする。

また、浮体１１の上部空間（空気室）１８に入り込む海水は、出入りの流体抵抗が無視できる程度に充分な開口面積を設けてある。そのために、空気室１８の海面は、波の上下動に伴なって上下方向に変動し、その変動に伴なって浮体１１に対して相対的に空気室１８と外気との間で空気タービン２５を介して空気のやりとりはある。

すなわち、海水の流出入により浮体１１内の水面、すなわち振動水柱２０の水面が上下動し、空気室１８の空気が空気タービン２５を通して外部に出入りされる。

浮体１１の下端部は下方に開放されており、浮体１１内に海水が自由に出入りできる。浮体１１の最下部には浮体１１の重力Ｇを調節するバラスト１４が設けられ、このバラスト１４により海中（水中）で浮体１１を略鉛直状態に保持することができる。バラスト１４は、浮体１１の昇降（上下動）を抑制するために円環状あるいは外周フランジ状に構成され、必要に応じてスリーブ状突起１５の助けを受ける。

他方、浮体１１は頂部が海面から上方に突出しており、海面上に突出する浮体１１の頂部には、波力発電用タービンを構成する空気タービン２５およびこの空気タービン２５により回転駆動される発電手段としての発電機１２が設けられる。発電機１２の発電作用により得られた電力は図示しない電力ケーブルを介して外部に取り出される。

この波力発電装置１０において、浮体１１は浮力Ｆと重力Ｇとの釣合いにより、空気室（エアチャンバ）１８に所定の空間を残すように海中に設置される。また、波の上下動に伴なって水面が上下動しても、浮体１１は安定的に静止状態に保たれるように、浮体１１の下端部にバラスト１４が設けられる。このバラスト１４は好ましくは円環状、外周フランジ状に構成される。

波の上昇に伴なって空気室１８の海面が上昇すると、空気室１８内空気は浮体１１の上端開口部より外部へ流出する。また、波の下降に伴なって空気室１８の海面が下降すると、浮体１１の上端開口部より空気室１８が負圧となって外気が流入する。空気室１８への空気の流出入により空気タービン２５が駆動され、発電機１２が回転駆動して発電が行なわれる。発電機１２の回転駆動により得られた電力はケーブルを介して外部に取り出されたり、図示しない電気分解装置に供給され、水素等の製造に供される。

一方、空気タービン２５は、空気室１８から空気が外気中に流出されるとき、また、空気室１８に空気が流入するとき、回転翼である動翼２７は、いずれの場合にも、同一方向に回転駆動される。空気タービン２５は、波の上下動に伴ない、空気室１８に流出入する空気流の流れにより、動翼２７が同一方向に回転駆動される。

空気タービン２５の回転駆動力は、タービン軸２６を介して発電機１２に伝達され、この発電機１２を回転駆動させる。発電機１２の回転駆動により、発電が開始され、外部に必要な電力が取り出される。

この波力発電装置１０は、波の上下動いずれの場合にも、波力発電用タービンを駆動させて発電作用を行なうことができ、波のエネルギを電気エネルギに効率よく能率的に変換することができる。

［第１の実施形態］
本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を図４ないし図７を参照して説明する。

図４は、本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を簡略的に示す構成図である。この波力発電陽タービンは輻流型空気タービン２５を構成する。この空気タービン２５を備えた波力発電装置１０は、プラスチック等の樹脂材料あるいはステンレス鋼等の鋼鉄材料で形成された細長い円筒形状の浮体１１を有する。浮体１１は海上（水上）に係留ケーブル、ワイヤあるいはリンク部材３０により係留可能に設けられる。

浮体１１は、筒状ブロック３１を着脱自在に連結して組み立てることができ、所要数の筒状ブロック３１を組み立てることにより、軸方向長さを調節することができる。浮体１１は直径Ｄが数１０ｃｍ〜数ｍ、好ましくは１ｍφ程度に構成され、軸方向長さＬが数１０ｍ、例えば２０ｍ程度に形成される。

浮体１１の途中には、浮力Ｆを調節する浮力調整室１３が設けられ、この浮力調整室１３の上端部は有底筒状ブロックあるいは中仕切板１６により仕切られる。仕切られた中仕切板１６の上部に空気室１８が形成される一方、複数の開口１７が浮体１１の側壁に周方向に形成され、開口１７を通じて浮体１１内に海水が出入りされ、浮体１１内で水面が上下動する振動水柱２０を構成している。

また、浮体１１の頂部に波力発電装置１０が設置される。波力発電装置１０は発電手段としての発電機１２と波力発電用タービンを構成する輻流型空気タービン２５とが設けられる。発電機４はサポート部材３２により、空気タービン２５の上方に安定的に保持される。

浮体１１の頂部に据え付けられる空気タービン２５は、図５ないし図７に示すように構成される。空気タービン２５は、浮体１１の頂部に据え付けられるタービンケーシング３５を有する。タービンケーシング３５は有底筒状の本体ケーシング３５ａとこの本体ケーシング３５ａの頂部開口を覆うケーシング（ケース）蓋３５ｂとから構成される。

タービンケーシング３５内に円筒状のケーシングチャンバ３６が形成され、このケーシングチャンバ３６に静翼を構成するノズル３７がピストン状に昇降自在に収納される。このノズル３７は、空気流の流出入に伴ない所要の昇降ストローク分上下動するフローティングノズルを構成している。フローティングノズル３７は、中空の円筒ボックス形状、トーラス状あるいはピストン形状に構成され、内部にリング状あるいはワッシャ状の仕切板３８が水平方向に設けられ、この仕切板３８によりフローティングノズル３７内を上部ノズル３７ａと下部ノズル３７ｂに区画している。フローティングノズル３７はタービンケーシング３５内をスライドして昇降自在に設けられ、フローティングノズル３７の昇降位置でＯリング３９ａにより、また、下降位置でＯリング３９ｂにより気密に保持され、フローティングノズル３７とタービンケーシング３５との間に空気流の流入を防止している。Ｏリング３９ａ，３９ｂは例えば弾性ゴム製で気密手段を構成している。

フローティングノズル３７の上下部ノズル３７ａ，３７ｂには、図７に示すように、多数のノズルフィン３９が周方向に沿って等ピッチに配設される。各ノズルフィン３９は、図７に示すように、フィン先端側が放射方向（半径方向）に対し、所要の角度をなして反時計方向を向くように配設される。フローティングノズル３７の頂部および底部には頂部開口４０および底部開口４１がそれぞれ形成される。フローティングノズル３７の頂部開口４０および底部開口４１は周方向に沿って複数個形成され、これらの頂部開口４０および底部開口４１を通して空気流が主に流入され、出し入れされる。

フローティングノズル３７の頂部開口４０の内周側に頂部流出口４３が、また、底部開口４１の内周側に底部流入口４４が大きな開口面積を有してそれぞれ形成される。頂部流出口４３および底部流入口４４もフローティングノズル３７の頂板４５および底板４６に複数個ずつ形成される。フローティングノズル３７の頂部流出口４３を通して空気室１８内の空気流が主に流出し、底部流入口４４を通して外気が空気室１８に主に流入するようになっている。

また、フローティングノズル３７内に動翼を構成する輻流型羽根車５０が回転自在に収納される。羽根車４０は円盤状あるいはトーラス状に構成され、タービン軸２６に回転一体に設けられ、空気の往復流の方向如何によらず、常に一定の方向に回転するようになっている。タービン軸２６はタービンケーシング３５の本体ケーシング３５ａに形成されたケーシングボス５１と筒状スリーブ５２とにより軸受５３を介して回転自在に支持される。筒状スリーブ５２は、ケーシング（ケース）蓋３５ｂの中央部に装着され、羽根車５０側に突出するガイドスリーブを構成している。

この筒状スリーブ５２に羽根車５０のガイドスリーブ５３が挿入され、羽根車５０の回転が円滑かつスムーズに行なわれるようになっている。羽根車５０は図５および図６に示すように、タービン軸２６に回転一体に装着される。羽根車５０のボス部５５の外周側に中空部が形成され、この中空部の上下部に複数の流出口５６，５７がそれぞれ形成される。

羽根車は５０は全体的には円盤状あるいはトーラス状、ピストン状に形成され、静翼を構成するフローティングノズル３７の各ノズルフィン３９に対する外周部に翼形状のブレード６０が周方向に配設される。ブレード６０は、羽根車５０の外周に沿って等ピッチに配設され、しかも、羽根車５０の半径方向内方に対し、時計方向に所要の角度をなして配置される。

静翼を構成するフローティングノズル３７のノズルフィン３９と動翼を構成する羽根車５０のブレード６０とは、共振現象が生じないように、枚数が適宜選択され、フローティングノズル３７と羽根車５０の固有振動数が選択される。一般的には、ノズルフィン３９の枚数、例えば３６枚がブレード６０の例えば２３枚より多くなるように設定される。フローティングノズル３７や羽根車５０の枚数が多過ぎると製造が困難になり、少な過ぎるとタービン性能が低下する。

次に、波力発電装置１０に備えられる波力発電用タービンの作用を説明する。

波力発電装置１０は、海の波の定常波腹部の上下運動に基づく波力（波浪）エネルギを電気エネルギに変換して取り出す波力発電に用いられ、波浪エネルギ変換システムとして機能する。波力発電装置１０は浮体１１の海上に浮上する部分に据え付けられる。

波力発電装置１０には、浮体１１の頂部に据え付けられる波力発電用タービンとしての空気タービン２５を備える。この空気タービン２５は浮体１１の上部に形成される空気室１８内の空気の出入りにより生じる空気流によって回転駆動され、タービン軸２６を介して発電機１２を駆動させ、発電に供するようになっている。

この空気タービン２５は、波長によって生じる振動水柱２０（図４参照）の上下動により、空気室１８の内部と外部との間に発生する空気の往復流を利用し、この空気流により空気タービン２５を回転駆動させるものである。すなわち、振動水柱２０の上下動により発生する空気流を利用して空気タービン２５を回転駆動させるものである。

図４において、海の波の上昇により、浮体１１の空気室１８に開口１７を通して海水が流入すると、空気室１８内の振動水柱２０の海面（水面）が上昇する。この波動水柱２０の海面の上昇により発生する空気流の作用により、静翼としてのフローティングノズル３７は、上動し、図５に示すように上昇位置にセットされる。この上昇位置でフローティングノズル３７の各ノズル口は動翼を構成する輻流型羽根車５０の外周部に対向し、各ノズル口から放射方向内側に、具体的には半径方向に対し反時計方向に所要の角度をなして吹き出させ、この吹出しにより羽根車５０は図７において矢印Ａ方向（反時計方向）に回転せしめられる。

このとき、浮体１１内に海水が流入し、振動水柱２０の海面が上昇するので、空気室１８内の空気は、静翼を構成するフローティングノズル３７の底部開口４１から下部ノズル３７ｂを通って周方向から半径方向内方の動翼の羽根車５０側に吹き出される。この吹出しにより、羽根車５０は、図７において矢印Ａで示すように反時計方向に回転駆動され、羽根車５０の回転駆動によりタービン軸２６を回転一体に駆動させる。

タービン軸２６の回転駆動により、発電機１２が駆動され、発電に供される。発電機１２の発電により得られた電力は図示しないケーブルを介して外部に取り出されたり、図示しない電気分解装置に供給されて、電気分解作用を供される。電気分解装置は重量物であるので、例えば浮体の底部に設けられる。発生した水素は、図示しない水素タンクに回収される。

また、動翼としての羽根車５０を回転駆動した空気流は、続いて図５に示すように羽根車５０の頂部流入口５６からタービンチャンバや上部ノズル３７ａを経て頂部流出口４３や頂部開口４０から外気中に放出される。空気流は、主に頂部流出口４３から放出され、頂部開口４０から放出される空気流は、図７に示すように、フローティングノズル３７のノズルフィン３９のフィン先端（ノズル口）側の傾きから少量である。

浮体１１内に形成される振動水柱２０の上昇運動が停止すると、静翼を構成するフローティングノズル３７は自重により下方に摺動する。この下降ストロークは、外気が空気タービン２５を介して（負圧状態の）空気室１８に流入する場合には、その空気流および負圧の作用により押下げ作用が助長され、図６に示すように、フローティングノズル３７が下降位置にスムーズにセットされる。

フローティングノズル３７が下降位置にセットされた状態で、振動水柱２０の海面がさらに下降すると、空気室１８は負圧となって、外気は、タービンケーシング３５の頂部開口からケーシングチャンバ３６を経てフローティングノズル３７の頂部開口４０から上部ノズル３７ａ内に入り、動翼を構成する羽根車５０に吹き出される。

羽根車５０に吹き出される外気（空気流）は、ノズルフィン３９の吹出角度が図７に示すように半径方向内方に対し反時計方向を向くので、動翼の羽根車５０は反時計方向に回動し、タービン軸２６を介して発電機１２を回転駆動させる。

すなわち、空気タービン２５の動翼は、浮体１１の空気室１８から空気流が外気に流出する場合も、外気が空気タービン２５を通して空気室１８に流入する場合にも、羽根車５０は同じ反時計方向に矢印Ａで示す一方向に回転せしめられる。動翼は、浮体１１の空気室１８から流出入する空気流の流れが変っても矢印Ａ方向に回転駆動させることができる。

空気タービン２５の羽根車５０を回転駆動した外気は、続いて図６に示す羽根車５０の底部流出口５７からフローティングノズル３７を通り、フローティングノズル３７の底部流出口４４あるいは底部開口４１を経て空気室１８内に流入せしめられる。外気は主に底部流出口４４から流入し、底部開口４１から空気室１８に流入する量は少量である。

浮体１１の空気室１８内の空気流は、このようにして、波の上下動により、流出入が繰り返され、振動水柱２０は波の波長と所要の位相差をもって上下動せしめられる。空気流の流出入が生じても、空気タービン２５の羽根車５０は常に同じ方向に回転駆動されるので、羽根車５０の回転駆動を能率的にかつ効率よく行なうことができる。

なお、この空気タービン２５において、フローティングノズル３７が昇降し、上昇位置にきたとき、フローティングノズル３７の底部流出口４４は動翼としての羽根車の下部プレート（底板４６）により閉塞される（図５参照）。また、フローティングノズル３７が下降し、下降位置をとるとき、フローティングノズル３７の頂部流出口４３は上部プレート（頂板４５）により閉塞される（図６参照）。

また、この波力発電装置１０は、空気流の流れの方向が反転する従来のウェルズタービンや衝撃タービンに較べ、フローティングノズル３７を備えた空気タービン２５を用いることにより設計の自由度が飛躍的に増大し、高効率で能率的な発電が可能になる。

［第２の実施形態］
図８および図９は、本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を説明するものである。

この実施形態に示された波力発電用タービンを説明するに当り、第１実施形態に示されたものと同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

第２実施形態に示された波力発電用タービン（空気タービン２５Ａ）は、タービンケーシング３５とタービンケーシング３５内に収納される静翼としてのフローティングノズル３７とを例えば弾性ゴム製のダイヤフラム６３で連結し、フローティングノズル３７を図８に示す上昇位置と図９に示す下降位置との間で昇降自在としたものである。

ダイヤフラム６３は、気密手段を構成し、タービンケーシング３５内を静翼を構成するフローティングノズル３７とともに上下に２分しており、静翼を構成するフローティングノズル３７と動翼を構成する羽根車５０との構成は、図５および図６に示すものと異ならない。

この波力発電装置１０Ａの他の構成は、図４に示すものと異ならず、図４ないし図７に示された波力発電装置１０と同様の作用効果を奏する。

波力発電装置１０Ａに備えられる波力発電用タービンは、全体的な構成および作用は、第１実施形態に示された波力発電用タービンと異ならない。ただ、波力発電用タービンとしての空気タービンは、静翼を構成するフローティングノズルの昇降をダイヤフラム６３で案内している点が、第１実施形態に示されたピストンタイプのフローティングノズルと異なる。

なお、本発明の実施形態の説明においては、動翼を構成する羽根車が反時計方向に回転する例を示したが、フローティングノズルのノズルフィンおよび羽根車のブレードのレイアウト構成を変えることにより、羽根車は時計方向に回転させることもできる。

また、本発明の実施形態の説明では、静翼を構成するフローティングノズルを上下方向に昇降自在とし、動翼を構成する羽根車は昇降することなく所要位置で回転自在とした例を示したが、動翼を構成する羽根車を昇降自在とし、静翼を構成するノズルを固定翼としてもよい。この場合、羽根車を回転一体に支持するタービン軸とはスプライン結合により回転一体で昇降（軸方向にスライド）自在に連結される。

さらに、本発明に係る波力発電用タービンを備えた波力発電装置上に、所要以上の風力により作動する風力タービンとこの風力タービンで駆動される発電装置を設置し、波力発電装置と風力発電装置とを組み合わせて用いてもよい。

一方、台風による暴風のように、一定以上の風力を有する場合、この風力を例えばブイに設けた風力計および風力タービンの回転量で検出し、浮体の浮力調整室を調節し、浮体および波力発電装置を海水中に所要の深さだけ沈めるようにしてもよい。浮力調整室による浮力は、外部から空気を注出入させることにより、自由に調節することができる。

また、浮体上に設置される波力発電用タービンは、単体で構成した例を示したが、複数の浮体を連結手段で互いに連結して連鎖状あるいはクラスタ状に構成し、各浮体の頂部に発電手段をそれぞれ設けたものでもよい。

従来の振動水柱方式の波力発電装置の簡単な原理を示す図。本発明に係る波力発電用タービンを備えた波力発電装置の原理を示す簡略的な構成図。波の運動に伴なう海水（水）の深さによる変化を説明する概略図。本発明に係る波力発電用タービンの実施形態を示すもので、波力発電用タービンを備えた波力発生装置の簡略的な構成図。本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を示すもので、上昇位置をとるときの縦断面図。本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を示すもので、下降位置をとるときの縦断面図。図５および図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う平断面図。本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を示すもので、上昇位置をとるときの縦断面図。本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を示すもので、下降位置をとるときの縦断面図。

符号の説明

１０波力発電装置
１１浮体
１２発電機（発電手段）
１３浮力調整室
１４バラスト（重錘）
１５突起部
１６中仕切板
１７開口
１８空気量（エアチャンバ）
２０振動水柱
２１固定水柱
２５，２５Ａ空気タービン（波力発電用タービン）
２６タービン軸
２７動翼（回転翼）
３０リンク部材（係留ケーブル，ワイヤ）
３１筒状ブロック
３２サポート部材
３５タービンケーシング
３５ａ本体ケーシング
３５ｂケーシング（ケース）蓋
３６ケーシングチャンバ
３７ノズル（フローティングノズル）
３７ａ上部ノズル
３７ｂ下部ノズル
３８仕切板
３９ノズルフィン
４０頂部開口
４１底部開口
４３頂部流出口
４４底部流入口
４５頂板
４６底板
５０羽根車（動翼）
５１ケーシングボス
５２筒状スリーブ（ガイドスリーブ）
５３ガイドスリーブ
５４軸受
５５ボス部
５６，５７流出口
６０ブレード

Claims

波力発電装置の発電機を駆動させる波力発電用タービンにおいて、
筒状形状の浮体の頂部に設けられ、前記浮体内で振動水柱上に形成される空気室を外気と連通させるタービンケーシングと、
このタービンケーシング内に格納され、静翼としてのトーラス状あるいはピストン状のノズルと、
このノズルから吹き出される空気流により回転駆動され、タービン軸と回転一体に連結された動翼としての羽根車とを有し、
前記浮体内の振動水柱の昇降に伴なって前記ノズルから羽根車に空気流が半径方向内方に対し所要の角度をなして吹き出されるように設定したことを特徴とする波力発電用タービン。
前記ノズルはタービンケーシング内で上昇位置と下降位置との間を昇降可能なフローティングノズルで構成され、このフローティングノズルは、上昇位置と下降位置で前記タービンケーシングと気密手段により気密に保持された請求項１記載の波力発電用タービン。
前記フローティングノズルはリング状あるいはワッシャ状の仕切板が水平方向に設けられて上部ノズルと下部ノズルに仕切られ、前記フローティングノズルが上昇位置または下降位置をとるとき、前記羽根車の外周部に上部ノズルまたは下部ノズルのノズル口が向くように対向せしめられる請求項２記載の波力発電用タービン。
前記タービンケーシング内を昇降するフローティングノズルは、前記浮体の空気室から流出する空気流により上昇ストロークし、前記浮体の空気室に流入する空気流および自重より、下降ストロークするピストン形状に構成された請求項２記載の波力発電用タービン。
前記フローティングノズルはタービンケーシング内を上下に仕切るダイヤフラムによりフローティングノズルの昇降が案内される請求項２記載の波力発電用タービン。
前記羽根車は、フローティングノズル内の中央部に設けられる昇降方向に固定の輻流型羽根車であり、タービン軸に回転一体に設けられた請求項１記載の波力発電用タービン。