JP5890707B2 - 波力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は波力発電装置に関するものである。

下記特許文献１に開示された波力発電装置は揺動可能なパドルが設けられ、その一端側は海水中に沈められている。パドルが波によって揺動すると、これに連動して油圧シリンダが伸縮動作し作動油がアキュムレータへ移送される。アキュムレータは作動油を油圧機械へ送って発電機を駆動させ、これによって電力が生成されるようになっている。

特表２００７−５３４８７８号公報

上記した波力発電装置では、パドルの揺動エネルギーの大小は発電力に大きな影響をもたらす。つまり、パドルの揺動エネルギーは専ら波の速度に依存することになる。しかし、上記のものでは波の速度は単に自然状況に任されているに過ぎず、発電効率を高める観点からはまだ改良の余地がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、発電効率を高めることができる波力発電装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、回転軸部を有し前記回転軸部の軸線周りに回転する水車と、水車の回転軸部に接続され水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う発電機とを備えた波力発電装置であって、少なくともその一部が水中に配置される壁体には長方形状に開口し波が通過可能なスリットが設けられ、スリットの開口縁のうち少なくとも長辺側開口縁には一対の整流部材が相互に対向しつつ波の進行方向に向けて延出され、両整流部材の間に整流路が形成されるとともに、水車は、整流路に配置され、回転軸部が壁体の正面視におけるスリットの投影領域内に配置されている構成としてある。

本発明によれば、スリットを通過した波は水車を回転させる。水車の回転エネルギーは発電手段によって電気エネルギーに変換されて電力が生成される。ところで、波は壁体のスリットを通過する際にスリットによる増速作用を受ける。このため、水車はスリットを設けない場合に比較して回転速度が高められ、回転エネルギーが高められる。したがって、その分、発電手段による電力生成量が高まり、従来よりも発電効率が高められる。

参考形態１の波力発電装置を示す正面図 同じく側断面図 軸受け部分を拡大して示す側断面図 水車周辺を示す平断面図 実施形態１の波力発電装置を示す側断面図 同じく平断面図

＜参考形態１＞
本参考形態１の波力発電装置は、海辺に沿って設置されたコンクリート製の壁体１に設けられている。壁体１は、その壁面が波の進行方向に向き合うようにして形成され、かつ壁体１には複数のスリット２が幅方向に一定間隔毎に貫通して形成されている。各スリット２は波が通過する際に流速を増速させる作用を発揮する。

各スリット２は鉛直方向に長い長方形状に形成されている。図１、２に示すように、スリット２の長辺方向の大半部は海中に没するが、上端側の一部は海面（例えば、満潮時の海面高さを基準とする）から露出する設定としてある。

各スリット２内には水車３が縦向きに組み付けられている。水車３は、回転軸部４と回転翼部５とを備えて構成されている。水車３は、図１に示す正面視において、壁体１の正面視におけるスリット２の投影領域内に配置されている。本参考形態１の場合、具体的には、回転軸部４の軸線がスリット２の両短辺の中間点同士を結ぶ中心線（鉛直線でもある）を通過しかつ壁体１の厚み方向（図４に示すＸ−Ｘ方向）に沿った平面内に配置されている。

回転軸部４の途中には上下に一対の取付けフランジ６が設けられている。両取付けフランジ６は円板状をなし、その中心を回転軸部４が貫いている。回転翼部５は図４に示すように、４枚の回転翼５Ａが回転軸部４周りに９０°間隔毎に放射状に配置され、これらが両取付けフランジ６間で挟まれて構成されている。また、水車３がスリット２内に取り付けられた状態では、図４に示すように、回転翼部５の先端が壁体１から外方へ突出しないようにしてある。
なお、水車３は回転翼部５の全体が海中に没するようにしてある。

次に、水車３の軸受け構造について説明する（図２、３参照）。回転軸部４は上側の取付けフランジ６から上方へ突出した後、壁体１中を貫通し上方へ突出している。壁体１内においてスリット２の上端面に臨む部位には軸受けボックス７が組込まれている。軸受けボックス７は、図３に示すように、２つの軸受け８，９を収容するボックス本体７Ａと、その下面に張り出した取付け板７Ｂとから構成され、取付け板７Ｂをスリット２内の天井面にボルト１０等を締め込むことによって固定がなされている。

ボックス本体７Ａ内には、第１軸受け８と第２軸受け９とが鉛直方向に並んだ状態で収容されている。上部側に配された第１軸受け８は水車３全体の重量を支えるスラスト軸受けであり、下部側に配された第２軸受け９は回転軸部４を回転可能に支持するラジアル軸受けである。

回転軸部４には大径の支持フランジ１１が張出し形成され、第１軸受け８の上面に係止している。このことによって、水車３全体は回転可能な状態で吊り下げ支持される。回転軸部４の下端側は、図２に示すように、スリット２内の下端面に固定された振れ止め具１２内へ周囲に適度なクリアランスを保有した状態で差し込まれている。

なお、図２に示すように、軸受けボックス７が配置されている高さは、満潮時においても海中に没しない高さである。

壁体１の上面には支持台１３が固定され、発電手段としての発電機１４を装着している。発電機１４は回転軸部４の軸線上において接続され、回転軸部４の回転に基づいて回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することができる。

次に、上記のように構成された参考形態１の作用効果を具体的に説明する。波が壁体１に対して打ち寄せられると、スリット２を通過する波によって水車３が回転する。これにより、回転軸部４が回転することに基づき、発電機１４が回転軸部４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電がなされる。なお、参考形態１の波力発電装置は、引き波の場合も上記と同様の作用を営む。

ところで、本参考形態１によれば、波がスリット２を通過する際に流速が増速するため、水車３の回転速度が高められ発電力を向上させることができる。したがって、波のエネルギーを効果的に利用して発電効率を高めることができる。特に、水車３の回転軸部４をスリット２の長手方向の中心線（壁体１の正面視においてスリット２の両短辺の中間点を結ぶ中心線でかつ壁体１の厚み方向における中心線でもある）に沿って設けるようにしたため、つまりスリット２を通過する波の流速分布を考えた場合、最も流速の早い長手方向の中心領域に回転軸部４を配するようにしたため、スリット２による増速作用をより効果的に得ることができる。また、水車３をスリット２の内部に設置することで、水車３を損傷から保護することもできる。

また、本参考形態１には次の効果もある。仮に、スリット２が壁体１において横長に形成されかつ水車３も水平方向に設置されるようにした場合、発電機１４は回転軸部４の軸線上に設置されないから、水車３と発電機１４との間には水車３の回転力を発電機１４に伝達するための何らかの伝達手段が必要になる。そうなれば、発電装置全体の構成が複雑化するとともに、水車３の設置作業も困難となる。その点、参考形態１では、水車３を鉛直方向に取り付けて回転軸部４の上端に発電機１４を直結するようにしたため、発電装置全体の構成が簡素であり、設置作業も簡単である。

さらに、水車３の軸支部分を海面高さよりも上位としたため、軸支部分の設置作業では海中での作業を強いられずに済み、また軸支部分を海水による腐食から保護することもできる。さらにまた、参考形態１では水車３全体が吊り下げ支持されるようにしたため、軸受けは上部側のみで済む、という効果も挙げることができる。

＜実施形態１＞
図５及び図６は本発明の実施形態１を示している。実施形態１では水車３をスリット２の外部に配置している。

図５に示すように、壁体１の陸側には側壁体１５が設けられている。側壁体１５は壁体１の幅方向に沿って配置され、壁体１と側壁体１５との間に消波用の空間１６を保有するようにしている。この実施形態１においては、壁体１と側壁体１５とは、上面壁１７及び底面壁１８によって接続され全体として一体化されたボックス構造となっている。

消波用の空間１６において、壁体１の陸側の面にはスリット２の高さ範囲よりもさらに拡張された段部１９が形成され、ここにはスリット２の両長辺側の開口縁部から波の進行方向に位置する側壁体１５に向けて一対の整流部材２０が延出している。両整流部材２０で挟まれた空間は波の流れを整流するための整流路２１となっていて、スリット２の内部と連続している。図５に示すように、両整流部の鉛直方向の長さはスリット２の鉛直方向の長さより長めに形成されている。図６に示すように、両整流部材２０は共に板状に形成され、スリット２の開口幅とほぼ同幅をもって対向する整流部２０Ａと、両整流部２０Ａの先端部から外方へ湾曲しつつ拡開する拡散部２０Ｂとからなっている。

水車３は、両整流部材２０の間であって、整流部２０Ａの陸側へ向けての形成範囲内に設置されている。水車３の回転軸部４の軸線は、壁体１の正面視におけるスリット２の両短辺の中間点同士を結ぶ中心線である鉛直線を通過し、かつ壁体１の厚み方向（図６に示すＸ−Ｘ方向）に沿った平面内に配置されている。水車３の回転軸部４は段部１９の天井面を貫く一方、発電機１４は上面壁１７上に設置され、回転軸部４の軸端と同軸上で接続されている。

なお、水車３の支持構造は参考形態１と同様であり、共通する部材については図中に同一符号を付すことで説明を省略する。

実施形態１は上記のように構成されたものである。本実施形態１では水車３をスリット２の外部の整流路２１中に配置したが、整流路２１はスリット２と同幅で連続しているため、波はスリット２によって増速された流速で整流路中を通過することができる。したがって、本実施形態１においても、参考形態１と同様、水車３の回転速度を高めて発電効率を向上させることができる。

このように、実施形態１では水車３をスリット２の外方に設置することができるため、スリット２の内部に比べて設置空間が広く、その分、設置作業を容易に行うことができる。また、水車３を壁体１と側壁体１５とで挟まれた消波用の空間１６内に設置するようにしたため、水車３が船舶等と接触して損傷してしまう虞もない。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態１に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態１では整流部材２０を壁体の陸側に配置したが、水車３と共に海側に配置してもよい。
（２）実施形態１では共に発電機１４を壁体１の上面に設置したが、壁体の内部に埋め込むようにして設置してもよく、こうすることで簡易な防水を図ることができる。
（３）実施形態１では発電装置を海に設置した場合を示したが、川、湖等に設置することも可能である。
（４）実施形態１では、水車の回転軸部をスリットの両短辺の中間点を結ぶ中心線に沿って配置したが、壁体の正面視においてスリットを投影したときの領域内であれば、中心線からずれて配置してもよい。

１…壁体
２…スリット
３…水車
４…回転軸部
１４…発電機
１５…側壁体
１６…消波用の空間
２０…整流部材
２１…整流路

Claims (5)

1. 回転軸部を有し前記回転軸部の軸線周りに回転する水車と、
   前記水車の前記回転軸部に接続され前記水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う発電機とを備えた波力発電装置であって、
   少なくともその一部が水中に配置される壁体には長方形状に開口し波が通過可能なスリットが設けられ、
   前記スリットの開口縁のうち少なくとも長辺側開口縁には一対の整流部材が相互に対向しつつ波の進行方向に向けて延出され、両整流部材の間に整流路が形成されるとともに、
   前記水車は、前記整流路に配置され、回転軸部が前記壁体の正面視における前記スリットの投影領域内に配置されていることを特徴とする波力発電装置。
2. 前記水車の前記回転軸部の軸線が、前記壁体の正面視における前記スリットの両短辺の中間点同士を結ぶ中心線を通過しかつ前記壁体の厚み方向に沿う平面内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の波力発電装置。
3. 前記スリットの長辺方向及び前記水車の前記回転軸部の軸線方向は共に鉛直方向に設定され、前記発電機は前記回転軸部の上端部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。
4. 前記両整流部材は、前記スリットの開口幅とほぼ同幅をもって対向する整流部と、これら整流部の先端部から外方向へ湾曲しつつ拡開する拡散部とを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波力発電装置。
5. 前記壁体における前記整流部材が配された側には前記壁体に沿うようにして側壁体が設けられるとともに、前記壁体と前記側壁体との間には前記整流部材が配置された消波用の空間が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波力発電装置。

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