JP5216417B2 - 潮力発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、潮力発電装置に関し、詳しくは満潮時と干潮時の海水位の差を利用して発電する潮力発電装置に関する。
従来、海面に発生する波の力を利用して発電する装置として、特許文献１に記載されている「波力による圧縮空気貯留式発電法」がある。これは波の力を機械的に取り出して圧縮空気をつくり、その圧縮空気を用いて発電する方法である。
しかしながら、上述した波力による発電方法は、波の有無、波の強弱によって発電量が変動するという欠点があった。
そこで、本発明は、気象条件に左右されることなく一定周期で水位が変動する潮力に着目して、１日単位では、確実に一定の電力量を発電することのできる潮力発電装置を提案することを目的とした。
そこで、本発明は、気象条件に左右されることなく一定周期で水位が変動する潮力に着目して、１日単位では、確実に一定の電力量を発電することのできる潮力発電装置を提案することを目的とした。
上記課題を解決するために、本発明は、満潮時の海水位と干潮時の海水位の間に設置されて内部に大気と海水が交互に充填される海底に固定したタンクと、干潮時の海水位より上位となる前記タンクの最下位部に形成されて海水及び大気が自在に通過する開口部と、前記タンクよりも上方位置に設置されて圧縮空気によって駆動される発電機と、一端が前記タンクの最上位に接続され他端が前記発電機に接続された配管と、該配管の端部または途中若しくは前記開口部に設置されて、通常は閉鎖され、潮位が上昇しかつ前記タンク内に空気が貯留されているときに開放される開閉弁とを備えたことを特徴とする。
以上述べたように本発明によれば、タンクが海底に固定され、干潮時の海水位より上位となるタンクの最下位部に海水及び大気が自在に通過する開口部が形成されているので、潮位が低下し、潮位が開口部より低くなるとタンク内の海水が排水されてタンク内は空気で満たされた後、潮位が上昇するとタンク内の空気が圧縮され、潮位が下降するとタンク内の空気が減圧され、その圧縮及び減圧した空気により発電されるため、１日単位では一定の電力量を取得することができる。
また、タンク等の構造が簡潔なので建造コストが低減される。
また、タンク等の構造が簡潔なので建造コストが低減される。
以下、図に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１〜図３は本発明に係る潮力発電装置の第１の実施形態を示す縦断面図であり、図１は干潮時を示し、図２は潮位の上昇途中を示し、図３は満潮時を示す。これら図において、１はタンクであり、海底の岩盤Ｇ上に設置された支柱２により支持されている。タンク１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。
図１〜図３は本発明に係る潮力発電装置の第１の実施形態を示す縦断面図であり、図１は干潮時を示し、図２は潮位の上昇途中を示し、図３は満潮時を示す。これら図において、１はタンクであり、海底の岩盤Ｇ上に設置された支柱２により支持されている。タンク１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。
タンク１は、底部が開口しており、潮位に応じて海水の出入りが自在である。一方、陸地には発電所３が設置され、圧縮空気によって駆動されるタービン式の発電機４が収納されている。タンク１の上端には、配管５の一端が接続され、配管５の他端がタービン式発電機４に接続されている。配管５は支柱６により岩盤Ｇ上に支持されている。配管５のタンク１寄りの位置には、開閉弁であるところの電動弁７が設置されている。電動弁７は常時閉じられていて、発電時のみ開放される。
次に、動作について説明する。干潮時には、図１に示されるように、潮位が低下して潮位Ｋとなり、タンク１内は空すなわち大気に満たされている状態となる。この状態では、電動弁７は閉じられている。次に、潮位が上昇すると図２に示されるように、タンク１の外側の潮位が上昇してもタンク１内の大気は閉じ込められて、タンク１内の水位は略下端の位置に保持される。さらに、潮位が上昇して、満潮時の潮位Ｍとなった状態が図３である。タンク１内の空気は、潮位Ｍからの深さの水頭分の圧力が加わって圧縮されている。
ここで、電動弁７を開くと、タンク１内の圧縮空気が、配管５内を移動して、タービン式発電機４に入力されて、発電が開始される。この発電は満潮時であれば任意のタイミングに電動弁７を開閉操作することで実施可能である。なお、図示例では、電動弁７を配管５のタンク１寄りの位置に設置したが、タービン式発電機４寄りの位置に設置することも可能である。この実施形態では、タンク１が海中にあるため、海水による浮力が発生し、タンク１の重量が軽減されて、支柱６への負荷が小さくなる分、地上での構造物に比べ、支柱６に必要な強度が小さくなる。
次に、第２の実施形態について説明する。図４は第２の実施形態を示す縦断面図である。図において、１１はタンクであり、海底の岩盤Ｇ上に設置された支柱１２により支持されている。タンク１１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。タンク１１は下部も密閉されており、下部に電動弁１７が設置されていて、電動弁１７が開いているとき、潮位に応じて海水の出入りが自在である。電動弁１７は常時閉じられていて、干潮時に海水を排水するときと、発電時のみ開放される。一方、陸地には発電所１３が設置され、圧縮空気によって駆動されるタービン式発電機１４が収納されている。
タンク１１の上端には、配管１５の一端が接続され、配管１５の他端がタービン式発電機１４に接続されている。配管１５は支柱１６により岩盤Ｇ上に支持されている。
次に、動作について説明する。干潮時には、潮位が低下して潮位Ｋとなり、電動弁１７を開いて、タンク１１内の海水を排出して空すなわち大気に満たされている状態とする。海水が排水されたら、電動弁１７は閉じられる。次に、潮位が上昇して満潮時の潮位Ｍとなったら、電動弁１７を開く。すると、タンク１１内の空気は、潮位Ｍからの深さの水頭分の圧力が加わって圧縮される。
次に、動作について説明する。干潮時には、潮位が低下して潮位Ｋとなり、電動弁１７を開いて、タンク１１内の海水を排出して空すなわち大気に満たされている状態とする。海水が排水されたら、電動弁１７は閉じられる。次に、潮位が上昇して満潮時の潮位Ｍとなったら、電動弁１７を開く。すると、タンク１１内の空気は、潮位Ｍからの深さの水頭分の圧力が加わって圧縮される。
次いで、圧縮された空気は、配管１５内を移動して、タービン式発電機１４に入力されて、発電が開始される。図４中の矢印は、海水が電動弁１７を介してタンク１１内に進入して水位が上昇するとともに、圧縮空気が配管１５内を移動してタービン式発電機１４へ送られている発電状態を示している。
この第２の実施形態では、電動弁１７をタンク１１の底部に設けたことで、満潮時にタンク１１内に海水を溜めた状態で電動弁１７を閉じ、次に干潮時に電動弁１７を開いて海水を排出状態にすると、タンク１１に負圧が発生し、図４に示した矢印と反対方向の海水と空気の移動が発生し、タービン式発電機１４を負圧によって駆動して発電することが可能となる。すなわち、満潮時と干潮時の両方で発電が可能となる。
この第２の実施形態では、電動弁１７をタンク１１の底部に設けたことで、満潮時にタンク１１内に海水を溜めた状態で電動弁１７を閉じ、次に干潮時に電動弁１７を開いて海水を排出状態にすると、タンク１１に負圧が発生し、図４に示した矢印と反対方向の海水と空気の移動が発生し、タービン式発電機１４を負圧によって駆動して発電することが可能となる。すなわち、満潮時と干潮時の両方で発電が可能となる。
次に、第３の実施形態について説明する。図５は第３の実施形態を示す縦断面図である。図において、２１はタンクであり、海底の岩盤Ｇに複数の鎖２２により係留されている。タンク２１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。タンク２１は、底部が開口しており、潮位に応じて海水の出入りが自在である。一方、陸地には発電所２３が設置され、圧縮空気によって駆動されるタービン式発電機２４が収納されている。タンク２１の上端には、電動弁２７が接続され、その他端にフレキシブルホース２８が接続されている。電動弁２７は常時閉じられていて、発電時のみ開放される。
フレキシブルホース２８の他端は、配管２５の一端が接続され、配管２５の他端がタービン式発電機２４に接続されている。配管２５は支柱２６により岩盤Ｇ上に支持されている。
この第３の実施形態の動作は、第１の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。この第３の実施形態は、タンク２１が鎖２２により岩盤Ｇに係留されているため、設置の施工が簡単となるとともに、タンク２１の移動も可能となる。
この第３の実施形態の動作は、第１の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。この第３の実施形態は、タンク２１が鎖２２により岩盤Ｇに係留されているため、設置の施工が簡単となるとともに、タンク２１の移動も可能となる。
次に、第４の実施形態について説明する。図６は第４の実施形態を示す縦断面図である。図において、３１はタンクであり、海底の岩盤Ｇ上に設置された支柱３２により支持されている。タンク３１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。タンク３１は、底部が開口しており、潮位に応じて海水の出入りが自在である。一方、陸地には発電所３３が設置され、圧縮空気によって駆動されるタービン式発電機３４が収納されている。さらに、発電所３３に近接して風車３８が設置されている。タンク３１の上端には、配管３５の一端が接続され、配管３５の他端がタービン式発電機３４に接続されている。配管３５は支柱３６により岩盤Ｇ上に支持されている。配管３５のタンク３１寄りの位置には、電動弁３７が設置されている。電動弁３７は常時閉じられていて、発電時と風力エネルギを貯蔵するときに開放される。
次に、動作について説明する。干潮時と満潮時の潮位の変動に応じて発電する手順は、上述した第１の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。この第４の実施形態の他の特徴として、発電所３３に近接して設置されている風車３８の動力を利用して、タービン式発電機３４または図示しない圧縮機を作動させて圧縮空気を生成することができる。生成された圧縮空気は、電動弁３７を開いた状態で配管３５を介してタンク３１へ送り、タンク３１内の水位を押し下げることができる。すなわち、風車３８により回収した風力エネルギを、タンク３１内において圧力エネルギおよび海水の位置エネルギとして貯蔵しておき、必要なときタンク３１内から圧縮空気をタービン式発電機３４へ供給して発電することができる。
この第４の実施形態は、第１の実施形態と同様に、干満の潮位変動により発電する機能に、風力エネルギの貯蔵装置としての機能を付加したものであるが、風力エネルギの貯蔵装置専用とすることもできる。風力エネルギの貯蔵装置専用とした場合は、タンク３１の上端のレベルを干潮時の海水位Ｋよりも下方にしておくことが好ましい。
次に、第５の実施形態について説明する。図７は第５の実施形態を示す縦断面図である。図において、４１はタンクであり、海底の岩盤Ｇに複数のケーブル４２により、昇降自在に係留されている。タンク４１は、満潮時の潮位Ｍと干潮時の潮位Ｋの間に位置している。タンク４１は、底部が開口しており、潮位に応じて海水の出入りが自在である。一方、陸地には発電所４３が設置され、圧縮空気によって駆動されるタービン式発電機４４が収納されている。さらに、発電所４３に近接して風車４８が設置されている。
タンク４１の上端には、電動弁４７が接続され、その他端にフレキシブルホース４９が接続されている。電動弁４７は常時閉じられていて、発電時のみ開放される。
タンク４１の上端には、電動弁４７が接続され、その他端にフレキシブルホース４９が接続されている。電動弁４７は常時閉じられていて、発電時のみ開放される。
フレキシブルホース４９の他端は、配管４５の一端が接続され、配管４５の他端がタービン式発電機４４に接続されている。配管４５は支柱４６により岩盤Ｇ上に支持されている。
また、発電所４３に近接して、ウィンチ５１が設置され、このウィンチ５１はモータ５２により正転（巻き上げ）と必要に応じて逆転（巻き戻し）の駆動がなされる。モータ５２には風車４８により発電された電力が供給される。さらには、必要に応じて、モータ５２は商用電源によっても駆動可能である。ウィンチ５１には、ケーブル４２の他端が巻き付けられている。ケーブル４２の途中には滑車５３が設置されてケーブル４２を案内することにより、ウィンチ５１に連動してタンク４１の昇降を可能にしている。
また、発電所４３に近接して、ウィンチ５１が設置され、このウィンチ５１はモータ５２により正転（巻き上げ）と必要に応じて逆転（巻き戻し）の駆動がなされる。モータ５２には風車４８により発電された電力が供給される。さらには、必要に応じて、モータ５２は商用電源によっても駆動可能である。ウィンチ５１には、ケーブル４２の他端が巻き付けられている。ケーブル４２の途中には滑車５３が設置されてケーブル４２を案内することにより、ウィンチ５１に連動してタンク４１の昇降を可能にしている。
次に、動作について説明する。干潮時と満潮時の潮位の変動に応じて発電する手順は、上述した第１の実施形態と同一であるので、その説明は省略する。この第５の実施形態の他の特徴として、発電所４３に近接して設置されている風車４８の動力を利用してウィンチ５１を駆動し、ケーブル４２を巻き上げることにより、タンク４１を下降させることができる。すなわち、風力エネルギを利用して、タンク４１を下降させることで、その深さに応じてタンク４１内の空気圧が上昇することにより、タンク４１内の空気圧をタービン式発電機４４へ供給して発電するときの発生電力量を増大させることができる。
さらには、タンク４１を下降させた後、その浮力でタンク４１を上昇させ、そのときのケーブルの移動をウィンチ５１の回転動力として回収し、モータ５２を発電機として作動させて電力として取り出すことも可能である。
さらには、タンク４１を下降させた後、その浮力でタンク４１を上昇させ、そのときのケーブルの移動をウィンチ５１の回転動力として回収し、モータ５２を発電機として作動させて電力として取り出すことも可能である。
この第５の実施形態は、第１の実施形態と同様に、干満の潮位変動により発電する機能に、風力エネルギの貯蔵装置としての機能を付加したものであるが、商用電源における夜間の余剰電力を貯蔵する設備としても利用可能である。余剰電力の貯蔵装置専用とした場合は、タンク４１の上端のレベルを干潮時の海水位Ｋよりも下方にしておくことが好ましい。
上述した各実施形態では、装置の構成部品が海中または海岸近くに設置されるため、防蝕対策が必要であり、タンクはＦＲＰであることが好ましい。
また、上述した各実施形態では圧縮空気の制御に電動弁を用いたが、他に電磁弁、空圧により動作する弁、手動操作式弁等であってもよい。
上述した各実施形態では、装置の構成部品が海中または海岸近くに設置されるため、防蝕対策が必要であり、タンクはＦＲＰであることが好ましい。
また、上述した各実施形態では圧縮空気の制御に電動弁を用いたが、他に電磁弁、空圧により動作する弁、手動操作式弁等であってもよい。
本発明は、潮位の変動により発電させる場合は、タンクの設置場所が海中に限定されるが、風力エネルギの貯蔵装置として使用する場合は、河川、湖沼にも設置可能である。
１ タンク
２ 支柱
３ 発電所
４ タービン式発電機
５ 配管
６ 支柱
７ 電動弁
１１ タンク
１２ 支柱
１３ 発電所
１４ タービン式発電機
１５ 配管
１６ 支柱
１７ 電動弁
２１ タンク
２２ 鎖
２３ 発電所
２４ タービン式発電機
２５ 配管
２６ 支柱
２７ 電動弁
２８ フレキシブルホース
３１ タンク
３２ 支柱
３３ 発電所
３４ タービン式発電機
３５ 配管
３６ 支柱
３７ 電動弁
３８ 風車
４１ タンク
４２ ケーブル
４３ 発電所
４４ タービン式発電機
４５ 配管
４６ 支柱
４７ 電動弁
４８ 風車
４９ フレキシブルホース
５１ ウィンチ
５２ モータ
５３ 滑車
Ｇ 岩盤
Ｋ 干潮時の潮位
Ｍ 満潮時の潮位
２ 支柱
３ 発電所
４ タービン式発電機
５ 配管
６ 支柱
７ 電動弁
１１ タンク
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１３ 発電所
１４ タービン式発電機
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１７ 電動弁
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５１ ウィンチ
５２ モータ
５３ 滑車
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Ｋ 干潮時の潮位
Ｍ 満潮時の潮位
Claims (1)
- 満潮時の海水位と干潮時の海水位の間に設置されて内部に大気と海水が交互に充填される海底に固定したタンクと、
干潮時の海水位より上位となる前記タンクの最下位部に形成されて海水及び大気が自在に通過する開口部と、
前記タンクよりも上方位置に設置されて圧縮空気によって駆動される発電機と、
一端が前記タンクの最上位に接続され他端が前記発電機に接続された配管と、
該配管の端部または途中若しくは前記開口部に設置されて、通常は閉鎖され、潮位が上昇しかつ前記タンク内に空気が貯留されているときに開放される開閉弁と、
を備えたことを特徴とする潮力発電装置。
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| JP2008136315A JP5216417B2 (ja) | 2008-05-26 | 2008-05-26 | 潮力発電装置 |
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| JP2008136315A JP5216417B2 (ja) | 2008-05-26 | 2008-05-26 | 潮力発電装置 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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