JP6439430B2 - Wave power generator float - Google Patents
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Description
本発明は、発電装置に係り、特に波力により発電を成す、波力発電装置用のフロートに関する。 The present invention relates to a power generator, and more particularly, to a float for a wave power generator that generates power by wave power.
フロートを備えた波力発電装置としては、特許文献1や特許文献2に開示されているようなものが知られている。特許文献1に開示されている波力発電装置は、沿岸型の波力発電装置であり、海底から海上にかけて立設されている杭とこの杭の外周に配置された可動部とを有するものである。フロートは、可動部に備えられ、波力により可動部が揺動する構成が採られている。杭には、発電機と、この発電機を稼働させるためのピニオンギヤが設けられており、可動部に設けられたラックギヤがピニオンギヤを回動させることで、電力を生じさせる構成としている。 As a wave power generation device having a float, those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. The wave power generation device disclosed in Patent Document 1 is a coastal wave power generation device having a pile standing from the sea floor to the sea and a movable part disposed on the outer periphery of the pile. is there. The float is provided in the movable part, and the movable part is swung by the wave force. The pile is provided with a generator and a pinion gear for operating the generator, and a rack gear provided in the movable part rotates the pinion gear to generate electric power.
一方、特許文献2に開示されている波力発電装置は、沖合型の波力発電装置であり、発電機を備えた支柱と支柱の外周に配置されたフロートを備え、支柱とフロートの双方を浮体物としている。そして、支柱の下部に海底に配置されたアンカと支柱とを接続する係留索を配置することで、波が発生した際に、支柱とフロートとの揺動に差が生じるように構成されている。なお、支柱の内部に備えられた発電機のピニオンギヤに対し、フロートの揺動と共に上下動するラックギヤが噛み合うことで電力を生じさせる構造は、特許文献1に開示されている波力発電装置と同様である。 On the other hand, the wave power generation device disclosed in Patent Document 2 is an offshore type wave power generation device, and includes a support column provided with a generator and a float disposed on the outer periphery of the support column. It is a floating object. And, by arranging a mooring line connecting the anchor and the pillar arranged on the sea floor at the bottom of the pillar, when a wave is generated, a difference is generated in the swing between the pillar and the float. . In addition, the structure which produces electric power by the rack gear which moves up and down with the swing of the float meshes with the pinion gear of the generator provided inside the support is the same as the wave power generator disclosed in Patent Document 1 It is.
特許文献1に開示されている沿岸型の波力発電装置は、発電機を杭の上部外周に設置している。このため、発電機には、塩水の影響により故障する危険性がある。一方で、特許文献2に開示されている波力発電装置では、支柱内部に発電機を備えているため、塩水の影響による故障の危険性は低い。しかし、特許文献2に開示されている波力発電装置では、長尺物である支柱内部に発電機を備えているため、整備性が悪く、発電機等の整備を行うためには、装置全体の回収、分解が必要となる虞がある。 The coastal wave power generation device disclosed in Patent Document 1 has a generator installed on the upper outer periphery of a pile. For this reason, the generator has a risk of failure due to the influence of salt water. On the other hand, in the wave power generation device disclosed in Patent Document 2, since the generator is provided inside the support column, the risk of failure due to the influence of salt water is low. However, in the wave power generator disclosed in Patent Document 2, since the generator is provided inside the pillar that is a long object, the maintainability is poor, and in order to maintain the generator and the like, the entire apparatus It may be necessary to recover and disassemble the product.
そこで、本発明では、発電機が塩水の影響により故障する危険性が低く、かつ発電機の整備性を良好に保つことのできる波力発電装置用フロートを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a float for a wave power generation apparatus that has a low risk of failure of a generator due to the influence of salt water and that can maintain good maintainability of the generator.
上記目的を達成するための本発明に係る波力発電装置用フロートは、海底から海上にかけて立設される杭に沿って昇降することで電力を生じさせる波力発電装置用フロートであって、前記杭を挿通させるための貫通孔を備えたフロートは、機械室と注水により浮力を調整する空気室、及び吸気ダクトを備え、前記機械室の内部には、回転軸を有する発電機と、前記回転軸に対して回転力を伝達するピニオンギヤ、およびエアコンプレッサが備えられ、前記ピニオンギヤは、前記貫通孔を構成する側壁から内部へ突出しており、前記吸気ダクトには、前記エアコンプレッサに接続される吸気配管と送電のためのケーブルが引き込まれていることを特徴とする。 The wave power generator float according to the present invention for achieving the above object is a wave power generator float that generates electric power by raising and lowering along a pile that is erected from the sea floor to the sea. A float having a through hole for inserting a pile includes an air chamber for adjusting buoyancy by water injection and a machine room, and an air intake duct. Inside the machine room, a generator having a rotating shaft, and the rotation A pinion gear that transmits rotational force to the shaft and an air compressor are provided, the pinion gear protrudes inward from a side wall that forms the through hole, and an intake duct connected to the air compressor is connected to the intake duct It is characterized in that a cable for piping and power transmission is drawn .
また、上記のような特徴を有する波力発電装置用フロートにおいて前記フロート内部には、前記発電機が複数備えられ、複数の前記発電機は、前記貫通孔を中心として放射状に均等配置されているようにすると良い。このような構成とすることにより、1つのフロートによる発電効率を向上させることができる。 Moreover, in the float for wave power generators having the above-described features, a plurality of the generators are provided inside the float, and the plurality of generators are evenly arranged radially around the through hole. It is good to do so. By setting it as such a structure, the electric power generation efficiency by one float can be improved.
また、上記のような特徴を有する波力発電装置用フロートにおいて前記フロートは、前記発電機を配置する機械室と、注水により浮力を調整する空気室とを備えている構成とすることにより、機械室は密閉構造としつつ、空気室への海水の流入、排出により、フロートの沈降、浮上を制御することが可能となる。 Further, the float in the wave power generator float having the features as described above, a machine room for placing the generator, by a configuration in which an air chamber for adjusting the buoyancy by water injection, mechanical While the chamber has a sealed structure, it is possible to control float settling and levitation by inflow and discharge of seawater into the air chamber.
また、上記のような特徴を有する波力発電装置用フロートにおいて、機械室にエアコンプレッサを備えることにより、沈降させたフロートを浮上させる際、外部からのエアの圧送を必要としない。このため、エアコンプレッサのON、OFFを遠隔操作することにより、フロートの沈降、浮上を制御することが可能となる。 Moreover, in the float for wave power generators having the above-described features, by providing an air compressor in the machine room , it is not necessary to pump air from the outside when the floated float floats. For this reason, it is possible to control the sedimentation and floating of the float by remotely operating the air compressor ON and OFF.
さらに、上記のような特徴を有する波力発電装置用フロートにおいて前記フロート外部には、設置状態において沖合側となる側面の下端側に、底面に向けた勾配を持つ傾斜面を設けるようにすると良い。このような構成とすることにより、波長の短い波に対する揺動性を向上させることができる。 Further, in the float for a wave power generator having the above-described features, an inclined surface having a slope toward the bottom surface may be provided outside the float on the lower end side of the side surface that is the offshore side in the installed state. . With such a configuration, it is possible to improve the oscillating property with respect to a wave having a short wavelength.
上記のような特徴を有することにより、発電機を密閉構造内に配置することができるため、塩水の影響により故障する危険性が低い。また、発電機の整備性を良好に保つことができる。 By having the characteristics as described above, the generator can be disposed in the sealed structure, and therefore, the risk of failure due to the influence of salt water is low. Moreover, the maintainability of the generator can be kept good.
以下、本発明の波力発電装置用フロートに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、図1は、実施形態に係る波力発電装置用フロートを採用する波力発電装置全体の側面構成を示す図である。また、図2は、図1におけるA−A断面であり、実施形態に係るフロートの内部平面の構成を示す図である。さらに図3は、フロートの機械室に設けられたエアコンプレッサと、その配管の詳細構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the float for a wave power generation device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in drawing, FIG. 1 is a figure which shows the side surface structure of the whole wave power generator which employ | adopts the float for wave power generators which concerns on embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Further, FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the air compressor provided in the machine room of the float and its piping.
まず、図1を参照して、本実施形態に係る波力発電装置用フロート(以下、単にフロート28と称す)を採用する波力発電装置10の全体構成について説明する。図1に示す波力発電装置10は、杭12と、この杭12に沿って昇降可能なフロート28を基本構成とする。
First, an overall configuration of a wave power generation apparatus 10 that employs a wave power generation apparatus float (hereinafter simply referred to as a float 28) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The wave power generation device 10 shown in FIG. 1 has a
杭12は、海底に配置される土台14を基点として立設され、少なくともその先端が海上(海面よりも上)に出る高さを持つ。杭12は、中空構造とされており、下端部側に、送電のためのケーブルを挿通させる貫通孔16を有する。また、杭12の外周には、長手方向に沿って、ガイドレール18と、ラックギヤ20が設けられている。
The
ガイドレール18は、詳細を後述するフロート28の昇降をガイドするためのレールである。フロート28の揺れを抑えつつ昇降を支持するために、ガイドレール18は、先端面、および両側面の三面を支持面として構成されている。ラックギヤ20は、フロート28に備えられる発電機34の回転軸に連携するピニオンギヤ38に噛合うギヤである。実施形態に係る波力発電装置10においてラックギヤ20は、杭12の外周に直付けされたベースプレート22に沿って配置されている。杭12に直付けされるベースプレート22と別体構造とすることで、ラックギヤ20の位置調整が可能となる。このため、ピニオンギヤ38との噛合い具合を微調整することが可能となる。また、本実施形態では、ガイドレール18とラックギヤ20をそれぞれ一対、杭12の中心を通る直線上に配置する構成としている。また、対を成すガイドレール18を結ぶ直線とラックギヤ20を結ぶ直線とが、90°の関係を持つように配置されている。
The
また、杭12の上端側と下端側には、フロート上部ストッパ24と、フロート沈降ストッパ26がそれぞれ設けられている。干潮時に海上に延びる杭12の長さを5.8mとした場合、フロート上部ストッパ24は、海面の高さが+1.5m程度となる満潮時でも、フロート28の昇降範囲を±2.4m以上確保することができる位置に設けるようにする。このような位置にフロート上部ストッパ24を設けるようにすることで、波高4.8mの荒天時であっても、フロート28の可動範囲を十分に確保することが可能となる。
Moreover, the float upper stopper 24 and the float sedimentation stopper 26 are provided in the upper end side and lower end side of the
次に、実施形態に係るフロート28の詳細について説明する。フロート28は、波力を受けることにより、杭12に沿って昇降することで、電力を生じさせる役割を担う。実施形態に係るフロート28は、機械室30と空気室32とに機密に分断されており、機械室30には、少なくとも発電機34と、エアコンプレッサ40が備えられている。発電機34は、回転軸を回転させることにより電力を生じさせる役割を担う。発電機34の回転軸と、ピニオンギヤ38との間には、減速機36が設けられている。発電機34には、電力を送電するためのケーブル(不図示)が接続されている。図1、図2に示すフロート28には、2つの発電機34が設けられている。発電機34を複数設ける場合、杭12の軸心を基点として、放射状に均等配置すると良い。フロート28の重量バランスが安定するからである。1つのフロート28に設ける発電機34の数を増やすことにより、波力に対する発電効率を向上させることができる。なお、発電機34を2つとしている本実施形態の場合、杭12の軸心を基点とした点対称な位置関係で配置されることとなる。
Next, details of the
エアコンプレッサ40は、機械室30の気圧を向上させると共に、空気室32への空気の供給により、フロート28の浮力の調整を行う役割を担う。フロート28は、荒天時には、海底へ沈められることがある。このため、機械室30は、大気圧よりも0.5気圧程気圧が高くなるように調整されており、3m程度フロート28を沈降させた場合であっても、機械室30の大気圧が海水の侵入圧よりも高くなるように構成されている。
The
フロート28には、吸気ダクト42が設けられている。吸気ダクト42は、フロート28を海底に沈降させた際にも、その先端が海上に突出することとなる長さを持つものとしている。吸気ダクト42の基端、すなわちフロート28との接続部には、エアコンプレッサ40に接続される配管(吸気配管50)が配置されている。また、吸気ダクト42内には、送電のためのケーブル(不図示)が引き込まれている。なお、吸気ダクト42の先端部は図3に示すように、吸気配管50やケーブル(不図示)を挿通させる構造をもちつつ、機密に封止されている。機械室30の気圧を待機圧よりも高く保つためである。ここで、エアコンプレッサ40は、機械室30内において、機密に封止された調圧箱40aに内装されている。吸気ダクト42を介して外部空気を取り込む吸気配管50は、調圧箱40aに接続されている。エアコンプレッサ40からの吐出配管は、機械室30にエアを供給するための機械室経路配管52と、空気室32にエアを供給するための空気室経路配管54とに分岐されている。機械室経路配管52と空気室経路配管54は共に、電磁弁とレギュレータが備えられ、エアの吐出経路と吐出圧力が制御されている。
The
また、空気室経路配管54には、電磁切替弁54aが備えられている。電磁切替弁54aは、エアコンプレッサ40から供給されるエアを空気室側経路54bへ送る経路と、空気室側経路から逆流するエアを排出経路54cへ送る経路との切り替えを行う電磁弁である。また、空気室側経路54bには、分岐経路54dが備えられており、フロート28の外部に配置された分岐経路54dの先端には、手動解放弁54eが備えられている。
The air
このような構成とすることで、空気室経路配管54へのエアの供給を停止し、電磁切替弁54aの切り替えにより、空気室側経路54bと排出経路54cとを接続することで、空気室32内の空気が排出され、空気室32内に海水が流入し、フロート28を沈降させることができる。ここで、手動解放弁54eと、分岐経路54dを備えていることにより、電磁切替弁54aに不具合が生じた場合であっても、手動で空気室32内のエアを排出し、フロート28を沈降させることができる。
With such a configuration, the supply of air to the air
また、フロート28を沈降させた後、電気切替弁54aにより、空気室経路配管54と空気室側経路54bを接続してエアコンプレッサ40を稼働させ、空気室経路配管54へエアの供給を行うようにすることで、吸気ダクト42に配された吸気配管50を介して大気が吸入され、空気室32へと充填される。これにより、フロート28を浮上させることができる。なお、吸気ダクト42を介して引き出されたケーブルは、杭12の上端側から杭12の内部を通って下端側へ引き込まれ、貫通孔16を通って杭12の外部へ引き出されることとなる。このような構成とすることで、海底を通り、沿岸へと電力を送電することが可能となる。
After the
また、フロート28の中心部には、杭12を挿通させるための貫通孔44が設けられている。貫通孔44には、杭12に設けられたラックギヤ20に噛合うピニオンギヤ38や、ガイドレール18に当接するガイドローラ46(端面ローラ46a,側面ローラ46bを含む総称)が備えられている。ピニオンギヤ38は、ラックギヤ20に噛合った状態でフロート28が昇降することで回転し、減速機36を介して発電機34の回転軸を回動させる。
In addition, a through
ガイドローラ46は、ガイドレール18に当接して回動することで、フロート28の昇降動作を安定させることができる。実施形態に係るフロート28では、ガイドローラ46は、ガイドレール18の端面に当接する端面ローラ46aと、ガイドレール18の側面に当接する2つの側面ローラ46bを組として、杭12の軸心を基点として対称となるように設けている。ガイドローラ46をこのように設けることにより、フロート28を平面視した際に、ガイドレール18に対して上下左右へのフロート28の動きを規制することができる。このため、フロート28を安定させることができ、ラックギヤ20に対するピニオンギヤ38の噛合い状態を良好に保つことができる。
The guide roller 46 can stabilize the ascending / descending operation of the
また、実施形態に係るフロート28には、設置状態において沖合側に位置する側面に、底面に向けた勾配を持つ傾斜面48を設けている。波が押し寄せることとなる側面に、このような傾斜面48を設けることにより、波長の短い波に対する揺動性を向上させることができる。つまり、小さな波に対するフロート28の揺動性を向上させることができる。
Further, the
また、フロート28底面には、空気室32に海水を取り込むための取水口(不図示)の他、フロート全体の腐食を防止する電気防食用の陽極部50が設けられている。なお、図示しない取水口は、解放部とされ、空気室32内の気圧変化により、取水と排水を成すように構成されている。すなわち、空気室32の気圧を低下させた場合には、空気室32内に海水が流入し、気圧を向上させた場合には、海水が排出される。
In addition, on the bottom surface of the
このような構成の波力発電装置10は、通常状態では、波力を受けることによりフロート28が昇降し、発電機34が稼働して電力を生じさせる。一方、荒天時には、フロート28内の空気室32に海水を流入させてフロート28を海底に沈降させる。このような動作により、フロート28に想定外の力が加わり、機器の破損を生じさせることを防ぐことができる。また、天候が安定した際には、空気室32へ空気を充填し、フロート28を浮上させることで、再び発電装置として機能させることができる。このため、実施形態に係る波力発電装置10は、従来の波力発電装置に比べ、耐候性が高いということができる。
In the normal state, the wave power generation device 10 having such a configuration raises and lowers the
また、本実施形態に係る波力発電装置10では、従来に比べフロート28を大型なものとし、このフロート28に複数の発電機34を配置する構成とした。このため、従来の波力発電装置に比べ、発電効率を向上させることができる。
Moreover, in the wave power generation device 10 according to the present embodiment, the
上記実施形態では、フロート28に備える発電機34の数を2つとしているが、スペース的に許容できる範囲であれば、その数をさらに増やすようにしても良い。例えば発電機34を3つにする場合には、図4に示すように均等配置すると良い。発電機34の数を増やし、均等配置した場合には、フロート28の平面形状も、重量バランスのとりやすい形態に変えることが望ましい。
In the above embodiment, the number of
また、上記実施形態では、フロート28は、空気室32と機械室30とを1対1で設ける2層構造としていた。しかしながら、図5に示すように、フロート28を構成する部屋の積層数を増やし、機械室30の数を増やすようにしても良い。機械室30を増やし、機械室30に設ける発電機34の数を増やすことで、発電効率を向上させることができるからである。
In the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、ラックアンドピニオンの関係について、動力伝達のロスを考慮して、両者共ギヤである旨記載した。しかしながら、摩擦抵抗等によりピニオンを回転させることが可能なものであれば、ギヤに限らず、単なるローラとガイドの関係であっても良い。 In the above embodiment, the relationship between the rack and pinion is described as being both gears in consideration of power transmission loss. However, as long as the pinion can be rotated by frictional resistance or the like, not only the gear but also a simple relationship between the roller and the guide may be used.
10………波力発電装置、12………杭、14………土台、16………貫通孔、18………ガイドレール、20………ラックギヤ、22………ベースプレート、24………フロート上部ストッパ、26………フロート沈降ストッパ、28………フロート、30………機械室、32………空気室、34………発電機、36………減速機、38………ピニオンギヤ、40………エアコンプレッサ、40a………調圧箱、42………吸気ダクト、44………貫通孔、46………ガイドローラ、46a………端面ローラ、46b………側面ローラ、48………傾斜面、50………吸気配管、52………機械室経路配管、54………空気室経路配管、54a………電磁切替弁、54b………空気室側経路、54c………排出経路、54d………分岐経路、54e………手動解放弁。
10 ......... Wave power generator, 12 ......... Pile, 14 ......... Base, 16 ......... Through hole, 18 ......... Guide rail, 20 ......... Rack gear, 22 ...... Base plate, 24 ... ... Float upper stopper, 26 ......... Float sedimentation stopper, 28 ......... Float, 30 ......... Machine room, 32 ......... Air chamber, 34 ......... Generator, 36 ......... Reducer, 38 ... ... pinion gear, 40 ... air compressor, 40a ... pressure regulating box, 42 ... intake duct, 44 ... through hole, 46 ... guide roller, 46a ... end roller, 46b ... Side roller, 48 ......... Inclined surface, 50 ......... Intake piping, 52 ......... Machine chamber passage piping, 54 ...... Air chamber passage piping, 54a ......... Electromagnetic switching valve, 54b ......... Air chamber side Route, 54c ... Discharge route, 54d ...
Claims (3)
前記杭を挿通させるための貫通孔を備えたフロートは、機械室と注水により浮力を調整する空気室、及び吸気ダクトを備え、
前記機械室の内部には、回転軸を有する発電機と、前記回転軸に対して回転力を伝達するピニオンギヤ、およびエアコンプレッサが備えられ、
前記ピニオンギヤは、前記貫通孔を構成する側壁から内部へ突出しており、
前記吸気ダクトには、前記エアコンプレッサに接続される吸気配管と送電のためのケーブルが引き込まれていることを特徴とする波力発電装置用フロート。 A wave power generator float that generates electric power by raising and lowering along a pile erected from the sea floor to the sea,
The float having a through hole for allowing the pile to pass therethrough includes a machine room and an air chamber for adjusting buoyancy by water injection, and an intake duct,
Inside the machine room, a generator having a rotating shaft, a pinion gear that transmits a rotational force to the rotating shaft , and an air compressor are provided,
The pinion gear protrudes inward from the side wall constituting the through hole ,
The float for a wave power generation device , wherein an intake pipe connected to the air compressor and a cable for power transmission are drawn into the intake duct .
複数の前記発電機は、前記貫通孔を中心として放射状に均等配置されていることを特徴とする請求項1に記載の波力発電装置用フロート。 A plurality of the generators are provided inside the float,
The float for a wave power generator according to claim 1, wherein the plurality of generators are uniformly arranged radially about the through hole.
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