JP6739039B2 - フラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、海洋又は河川等の水面に浮体を設置して、水流及び波浪を発電等に利用するフラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置に関する。

海洋又は河川等に設置され、水流のエネルギーを電力等の他のエネルギーに変換する発電装置がある。
例えば特許文献１〜３には、水中に配置した翼にフラッタ現象を生起させ、それによって生じる翼の水平方向への往復動を利用して電力に変換する水流発電装置が記載されている。
また、特許文献４〜５には、気中翼又は水中翼を流体流中に複数配置し、翼のフラッタ現象を利用して流体流の運動エネルギーを電力やその他の仕事に変換する装置が記載されている。

特開２０１４−１１１９３２号公報 特開２０１３−２４０１号公報 特開２０１０−９６０７７号公報 特表２００８−５４２６２１号公報 特表２００１−５００９４１号公報

特許文献１〜５に記載の装置は、水流等のエネルギーを利用して発電等を行うものであり、波浪のエネルギーを発電等に利用するものではない。従って、水流等が無いときには発電等を行うことができない。
また、波浪のエネルギーを電力に変換する波力発電装置も周知であるが、波力発電装置は波浪が無いときには発電を行うことができない。
すなわち、水流発電装置では、波浪のエネルギーを他のエネルギーに変換することはできず、波力発電装置では、水流のエネルギーを他のエネルギーに変換することはできない。

そこで本発明は、波浪のエネルギーと水流のエネルギーの両方を他のエネルギーに変換することができるフラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置を提供することを目的とする。

請求項１記載に対応したフラッタ式エネルギー利用方法においては、浮体を水面上に一部が露出するように配置し、少なくとも水面上の波浪に対して浮体を所定の範囲に留め、かつ向きを変えられるように係留し、浮体に設けられ水中に臨ませた水流によりフラッタ現象を生起させることが可能なフラッタ翼に対して、少なくとも波浪による浮体の上下方向の動揺を作用させ、フラッタ翼の上下方向の往復運動を取り出し、取り出した運動エネルギーを他のエネルギーに変換することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、水流が無い場合であっても波浪が有れば、水流のエネルギーを他のエネルギーに変換するときと同じく、波浪による浮体の動揺に伴うフラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して、波浪のエネルギーを電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに変換することができる。

請求項２記載の本発明は、フラッタ翼に対して水流と浮体の動揺を連成して作用させたことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、水流のエネルギーと波浪のエネルギーの両方を、フラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して、電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに同時に変換することができる。

請求項３記載の本発明は、フラッタ翼に復元力を与えるにあたり、少なくとも波浪による運動に応じて復元力を変えて作用させたことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じた適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換することができる。

請求項４記載の本発明は、復元力は少なくとも波浪による運動が強くなると、フラッタ翼に対する復元力が強くなるものであることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、少なくとも波漂流力等の波浪による運動が強くなった場合には強い復元力をフラッタ翼に与え、フラッタ翼の往復運動の振幅の増加を抑えて波浪のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換することができる。

請求項５記載の本発明は、変換する他のエネルギーは電力であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、水流のエネルギーの変換と同様に波浪のエネルギーを、フラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して電力に変換することができる。

請求項６記載に対応したフラッタ式発電装置においては、水面上に一部が露出するように配置された浮体と、水面上の波浪に対して浮体を所定の範囲に留め、かつ向きを変えられるように係留する係留手段と、水中に臨ませた水流によりフラッタ現象を生起させることが可能なフラッタ翼と、フラッタ翼を浮体に係止するガイド手段と、少なくとも波浪による浮体の上下方向の動揺に基づくフラッタ翼の上下方向の往復運動を取り出す往復運動取出機構と、往復運動取出機構で取り出したエネルギーを電力に変換する発電手段とを備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、水流のエネルギーと波浪のエネルギーを連成してフラッタ翼に作用させ電力に変換することや、水流のエネルギーと波浪のエネルギーを、上下方向に往復運動するフラッタ翼という同じ機構を利用して、電力に変換することができる。

請求項７記載の本発明は、ガイド手段が、フラッタ翼の動作が上下方向の動きとなるようにフラッタ翼をガイドすることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、フラッタ翼をより確実に上下方向に往復運動させることができる。

請求項８記載の本発明は、往復運動取出機構の一端が、フラッタ翼に係止されガイド手段にガイドされるとともに、浮体から下方に延伸したカラム手段に設けた軸受に他端が回動自在に係合されることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、フラッタ翼の上下方向の往復運動に伴って往復運動取出機構が、他端が係合された軸受を支点として回動することにより、フラッタ翼の上下方向の往復運動を回動運動として取り出すことができる。

請求項９記載の本発明は、発電手段は、往復運動取出機構の他端の回動運動により発電するものであることを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、往復運動取出機構が他端を支点として回動することによる回動運動として取り出したエネルギーを、発電手段により電力に変換することができる。

請求項１０記載の本発明は、フラッタ翼に復元力を与えるばね機構と、ばね機構の位置を変えるばね機構位置変更手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、フラッタ翼に復元力を与えることで、フラッタ翼の上下方向の往復運動をより確実に継続させることができる。また、ばね機構の位置を変えることで、適切な復元力をフラッタ翼に与え、水流のエネルギーの変換と同様に波浪のエネルギーを効率よく電力に変換することができる。

請求項１１記載の本発明は、ばね機構位置変更手段は、ばね機構の位置を少なくとも波浪による運動に応じて変更することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じた適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーをより効率よく電力に変換することができる。

請求項１２に記載の本発明は、ばね機構は、ばねが浮体に固定されたばね支持部材に一端が係止され、他端が往復運動取出機構に設けた溝をスライドして張引するものであり、ばね機構位置変更手段がばね機構のスライドする位置を少なくとも波浪による運動に応じて変更することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、ばねが往復運動取出機構を張引することによって、往復運動取出機構に接続されたフラッタ翼に復元力を与えることができる。また、ばね機構の位置が少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じて変更されることにより、適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーをさらに効率よく電力に変換することができる。

請求項１３に記載の本発明は、フラッタ翼は、水と略同等の比重を有することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、フラッタ翼で生起されるフラッタ現象が、フラッタ翼に発生する浮力や自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。

請求項１４に記載の本発明は、フラッタ翼の翼形状が、フラッタ翼の重量を軽減する揚力が発生する形状に構成されていることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、フラッタ翼で生起されるフラッタ現象が、フラッタ翼の自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。

請求項１５記載の本発明は、係留手段は、浮体の正面側に一端が固定され他端が水底に固定される係留索を含むことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、係留索で浮体を係留することにより、浮体を所定の範囲に留めて発電を行うことができる。また、水流や波浪による運動（波漂流力）により浮体の向きをフラッタ現象の生起し易い向きに向けることが可能となる。

本発明のフラッタ式エネルギー利用方法によれば、水流が無い場合であっても波浪が有れば、水流のエネルギーを他のエネルギーに変換するときと同じく、波浪による浮体の動揺に伴うフラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して、波浪のエネルギーを電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに変換することができる。

また、フラッタ翼に対して水流と浮体の動揺を連成して作用させた場合には、水流のエネルギーと波浪のエネルギーの両方を、フラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して、電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに同時に変換することができる。

また、フラッタ翼に復元力を与えるにあたり、少なくとも波浪による運動に応じて復元力を変えて作用させた場合には、少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じた適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換することができる。

また、復元力は少なくとも波浪による運動が強くなると、フラッタ翼に対する復元力が強くなるものである場合には、少なくとも波漂流力等の波浪による運動が強くなった場合には強い復元力をフラッタ翼に与え、フラッタ翼の往復運動の振幅の増加を抑えて波浪のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換することができる。

また、変換する他のエネルギーは電力である場合には、水流のエネルギーの変換と同様に波浪のエネルギーを、フラッタ翼の上下方向の往復運動を利用して電力に変換することができる。

本発明のフラッタ式発電装置によれば、水流のエネルギーと波浪のエネルギーを連成してフラッタ翼に作用させ電力に変換することや、水流のエネルギーと波浪のエネルギーを、上下方向に往復運動するフラッタ翼という同じ機構を利用して、電力に変換することができる。

また、ガイド手段が、フラッタ翼の動作が上下方向の動きとなるようにフラッタ翼をガイドする場合には、フラッタ翼をより確実に上下方向に往復運動させることができる。

また、往復運動取出機構の一端が、フラッタ翼に係止されガイド手段にガイドされるとともに、浮体から下方に延伸したカラム手段に設けた軸受に他端が回動自在に係合される場合には、フラッタ翼の上下方向の往復運動に伴って往復運動取出機構が、他端が係合された軸受を支点として回動することにより、フラッタ翼の上下方向の往復運動を回動運動として取り出すことができる。

また、発電手段は、往復運動取出機構の他端の回動運動により発電するものである場合には、往復運動取出機構が他端を支点として回動することによる回動運動として取り出したエネルギーを、発電手段により電力に変換することができる。

また、フラッタ翼に復元力を与えるばね機構と、ばね機構の位置を変えるばね機構位置変更手段とを備えた場合には、フラッタ翼に復元力を与えることで、フラッタ翼の上下方向の往復運動をより確実に継続させることができる。また、ばね機構の位置を変えることで、適切な復元力をフラッタ翼に与え、水流のエネルギーの変換と同様に波浪のエネルギーを効率よく電力に変換することができる。

また、ばね機構位置変更手段は、ばね機構の位置を少なくとも波浪による運動に応じて変更する場合には、少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じた適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーをより効率よく電力に変換することができる。

また、ばね機構は、ばねが浮体に固定されたばね支持部材に一端が係止され、他端が往復運動取出機構に設けた溝をスライドして張引するものであり、ばね機構位置変更手段がばね機構のスライドする位置を少なくとも波浪による運動に応じて変更する場合には、ばねが往復運動取出機構を張引することによって、往復運動取出機構に接続されたフラッタ翼に復元力を与えることができる。また、ばね機構の位置が少なくとも波漂流力等の波浪による運動に応じて変更されることにより、適切な復元力をフラッタ翼に与え、波浪のエネルギーをさらに効率よく電力に変換することができる。

また、フラッタ翼は、水と略同等の比重を有する場合には、フラッタ翼で生起されるフラッタ現象が、フラッタ翼に発生する浮力や自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。

また、フラッタ翼の翼形状が、フラッタ翼の重量を軽減する揚力が発生する形状に構成されている場合には、フラッタ翼で生起されるフラッタ現象が、フラッタ翼の自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。

また、係留手段は、浮体の正面側に一端が固定され他端が水底に固定される係留索を含む場合には、係留索で浮体を係留することにより、浮体を所定の範囲に留めて発電を行うことができる。また、水流や波浪による運動（波漂流力）により浮体の向きをフラッタ現象の生起し易い向きに向けることが可能となる。

本発明の一実施形態によるフラッタ式発電装置の設置状態の概略を示す設置図 同フラッタ式発電装置の概略構成を示す正面図 同フラッタ式発電装置の概略構成を示す側面図 同フラッタ式発電装置の概略構成を示す下面図 同フラッタ式発電装置の概略構成をばね機構・ばね機構位置変更手段・ばね支持部材を省略して示す側面図 同フラッタ式発電装置の発電手段の概略構成を示す図 同フラッタ式発電装置の動作説明図

以下に、本発明の実施形態によるフラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置について説明する。

図１は本発明の一実施形態によるフラッタ式発電装置の設置状態の概略を示す設置図、図２は同フラッタ式発電装置の概略構成を示す正面図、図３は同フラッタ式発電装置の概略構成を示す側面図、図４は同フラッタ式発電装置の概略構成を示す下面図、図５は同フラッタ式発電装置の概略構成をばね機構・ばね機構位置変更手段・ばね支持部材を省略して示す側面図、図６（ａ）は同フラッタ式発電装置の発電手段の概略構成を示す側面図、図６（ｂ）は同正面図である。

図１に示すように、フラッタ式発電装置は、水面Ａ上に一部が露出するように配置された浮体１０と、水流によりフラッタ現象を生起させることが可能な翼形状のフラッタ翼２０と、フラッタ翼２０を浮体１０に係止するガイド手段３０と、水流によるフラッタ現象及び／又は波浪による浮体１０の動揺に基づくフラッタ翼２０の上下方向の往復運動を取り出す往復運動取出機構（ロッド）４０と、浮体１０内に配置された発電手段５０とを備え、係留索１１０によって係留されている。また、図１では、水面Ａに波浪が生じている状態を示している。水面Ａに浮かぶ浮体１０は、波浪によって上下に動揺する。なお、矢印は水流の向きを示している。
フラッタ翼２０、ガイド手段３０、及び往復運動取出機構４０は水中に配置されている。
フラッタ翼２０は、水流によるフラッタ現象又は波浪による浮体１０の動揺の少なくとも一方に基づいて上下方向に往復運動する。
係留索１１０は、浮体１０が設置される水深よりも十分に長く、１本の索が途中で二股に分かれている。係留索１１０の一端は水底Ｂに固定され、二股に分かれた先の他端は浮体１０の正面１０ａ側の両端に固定される。これにより、浮体１０の位置変化を所定の範囲に留めて発電を行うことができる。また、浮体１０の正面１０ａ側に係留索１１０を固定することにより、水流又は波浪の向きが変化しても浮体１０の正面１０ａが流れや波浪による運動（波漂流力）に対向する面となるように浮体１０の向きが変わる。また、水流と波漂流力がバランスする方向に浮体１０の正面１０ａが向くように浮体１０の向きが変わる。
この、波漂流力は浮体１０に対し、波浪の運動により水平方向に働く力であり、上下方向に働く力としての波浪による浮体１０の動揺とは異なっている。

図２〜図４に示すように、浮体１０の下面より下方には、フラッタ翼２０、ガイド手段３０、往復運動取出機構４０、カラム手段６０、ばね機構７０、ばね機構位置変更手段８０及びばね支持部材９０が設けられる。フラッタ翼２０、ガイド手段３０、往復運動取出機構４０、カラム手段６０、ばね機構７０、ばね機構位置変更手段８０及びばね支持部材９０は、フラッタ式発電装置を下側から視た場合（図４）に、浮体１０の外形線よりも内側の領域に配置される。
浮体１０は、下面側が隆起している。また、浮体１０は、正面１０ａから後面１０ｂまでの縦長Ｌよりも、一方の側面１０ｃから他方の側面１０ｄまでの横長Ｗのほうが短い。

ガイド手段３０及びカラム手段６０は柱状であり、浮体１０の下面から下方に延伸している。
ガイド手段３０は、浮体１０の長手方向（１０ａ−１０ｂ）中間よりも後方寄りで短手方向（１０ｃ−１０ｄ）中間となる位置に設けられている。カラム手段６０は、浮体１０の長手方向中間よりも前方寄りで短手方向中間となる位置に設けられている。
ガイド手段３０の下端とカラム手段６０の下端は、それぞれロワーハル１００に接続されている。ロワーハル１００は、浮体１０の前方側から後方側にかけて、浮体１０の下面から離して水平に設けられている。

ガイド手段３０は、前部ガイド手段３１と後部ガイド手段３２とからなる。前部ガイド手段３１は円弧状に形成され、後部ガイド手段３２は直線状に形成されている。前部ガイド手段３１と後部ガイド手段３２との間隔は、上下端で最も大きく（最大間隔Ｘ）、上下方向中央で最も小さくなる（最小間隔Ｙ）。
ガイド手段３０は、フラッタ翼２０の動作が上下方向の動きとなるようにフラッタ翼２０をガイドする。これにより、フラッタ翼２０をより確実に上下方向に往復運動させることができる。

ばね支持部材９０は、第一ばね支持部材９０Ａと第二ばね支持部材９０Ｂとからなり、浮体１０の下方に位置する。
第一ばね支持部材９０Ａは、浮体１０の短手方向中間よりも一方の側面１０ｃ寄りに設けられる。第二ばね支持部材９０Ｂは、浮体１０の短手方向中間よりも他方の側面１０ｄ寄りに設けられる。
第一ばね支持部材９０Ａ及び第二ばね支持部材９０Ｂは、それぞれ、浮体１０の下面から下方に延伸した棒状の二本の取付アーム部９１によって両端が保持されている。第一ばね支持部材９０Ａ及び第二ばね支持部材９０Ｂは、浮体１０の前方側から後方側にかけて、浮体１０の下面から離して水平に設けられる。

ばね機構７０は、ばね支持部材９０に一端７１ａが係止され、往復運動取出機構４０に他端７１ｂが係止されたばね７１である。ばね７１は、回動する往復運動取出機構４０を張引する。ばね７１が往復運動取出機構４０を張引することによって、往復運動取出機構４０に接続されたフラッタ翼２０に復元力を与えることができる。復元力をフラッタ翼２０に与えることで、フラッタ翼２０が転換点で静止することなく往復運動を継続させることができる。
ばね機構位置変更手段８０は、抵抗体８１と補助ばね８２とを備え、ばね機構７０（ばね７１）の位置を変える。
抵抗体８１は、ばね７１の一端７１ａと他端７１ｂとの間に設けられる。抵抗体８１は、例えば、水流及び波浪による運動（波漂流力）を受け止めるようにばね７１から立設させた平板である。抵抗体８１が水流又は波浪による波漂流力を受けると、ばね機構７０はその力に押されて後方へ移動する。ばね機構７０は、水流又は波浪による波漂流力から受ける力が大きければ大きいほど後方へ移動する。
補助ばね８２は、前端がカラム手段６０に係止され、後端がばね機構７０に係止されている。ばね機構７０は、補助ばね８２によって常時前方に引っ張られている。従って、抵抗体８１が水流又は波浪による波漂流力から受ける力よりも補助ばね８２がばね７１を前方に引っ張る力のほうが大きい場合は、ばね７１は前方へ移動する。
この構造により、水流の流速及び／又は波浪による波漂流力に応じた適切な復元力をフラッタ翼２０に与え、水流のエネルギー及び波浪のエネルギーをより効率よく電力に変換することができる。
なお、本実施の形態では波浪の運動としての水平方向に働く波漂流力に対応して復元力を与えるように構成しているが、例えば波浪の運動としての上下方向に働く力に対応して復元力を与えるように構成することも可能である。

図５に示すように、フラッタ翼２０は、ガイド手段３０に係止されている。
フラッタ翼２０の一端２０ａには、前後方向に長い長孔２１が形成されている。フラッタ翼２０の一端２０ａは、長孔２１に嵌挿される第一取付ピン３３を介して後部ガイド手段３２に係止されている。第一取付ピン３３は、後部ガイド手段３２に対して上下方向に移動可能に取り付けられている。そのため、フラッタ翼２０の一端２０ａも後部ガイド手段３２に対して上下方向に移動可能である。
また、フラッタ翼２０の他端２０ｂは、第二取付ピン３４を介して前部ガイド手段３１に係止されている。第ニ取付ピン３４は、前部ガイド手段３１に対して上下方向に移動可能に取り付けられている。そのため、フラッタ翼２０の他端２０ｂも前部ガイド手段３１に対して上下方向に移動可能である。

往復運動取出機構４０は、一端４０ａがフラッタ翼２０の他端２０ｂに係止されている。従って、往復運動取出機構４０の一端４０ａ側は、フラッタ翼２０の往復運動に伴い前部ガイド手段３１にガイドされて（沿って）前部ガイド手段３１に対して上下方向に移動可能である。
また、往復運動取出機構４０の他端４０ｂは、カラム手段６０に設けられた軸受６１に回動自在に係合されている。軸受６１の位置は固定されている。

フラッタ翼２０は、他端２０ｂから長孔２１の前端２１ａまでの距離が、前部ガイド手段３１と後部ガイド手段３２との最小間隔Ｙよりも長くなるように形成されている。
従って、往復運動取出機構４０が図５のように中立位置（水平位置）にあるときに、フラッタ翼２０は、一端２０ａが後部ガイド手段３２の中間位置よりも必ず上又は下にあり、水平にはならない。この機構により、水流又は波浪の少なくとも一方が有る限り、フラッタ翼２０が浮体１０に対して相対的に静止することを防止できる。

なお、フラッタ翼２０は、水と略同等の比重を有するものとしてもよい。この場合は、フラッタ翼２０で生起されるフラッタ現象が、フラッタ翼２０に発生する浮力や自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼２０がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。フラッタ翼２０は、水と略同等の比重を付与する方法としては、材料の選定、材料の組み合わせ、又は内部に空間を形成する等様々な方法が可能である。

また、フラッタ翼２０の翼形状を、例えば、フラッタ翼２０が水よりも比重が大きい場合は、航空機の翼のように翼弦線に対して上側にキャンバーを付け張り出し部分を設けた形状とするなど、フラッタ翼２０の重量を軽減する揚力が発生する形状に構成してもよい。この場合は、フラッタ翼２０で生起されるフラッタ運動が、フラッタ翼２０の自重による沈降によって阻害されることやフラッタ翼２０がアンバランスな動きとなることを極力防止できる。
なお、フラッタ翼２０の比重と、フラッタ翼２０の翼形状による揚力発生の効果を組み合わせて、フラッタ翼２０のフラッタ運動が阻害されることやアンバランスな動きとなることを防止してもよい。

また、往復運動取出機構４０には、カラム手段６０の後端近傍から前部ガイド手段３１の前端近傍にかけて前後方向に長い溝４１が形成されている。ばね７１の他端７１ｂ（図４参照）は、この溝４１内を前後に移動可能に係止されている。
また、ばね支持部材９０の内側には、カラム手段６０の後端近傍から前部ガイド手段３１の前端近傍にかけて前後方向に配置されたスライドレール（図示無し）が、溝４１に対応するように設けられている。ばね７１の一端７１ａ（図４参照）は、このスライドレールを前後に移動可能に係止されている。

図６に示すように、発電手段５０は、発電機５１と、ワンウェイクラッチ付ギア５２と、ギア５３と、チェーン５４とを備えている。
発電機５１とワンウェイクラッチ付ギア５２とは、発電機シャフト５５で連結されている。
カラム手段６０の下端には、往復運動取出機構４０が回動自在に係合された軸受６１と、カラム手段６０を貫通して軸受６１に嵌合されたカラム手段シャフト６２とが配置されている。
チェーン５４は、第一チェーン５４Ａと、第二チェーン５４Ｂとからなる。第一チェーン５４Ａは、ワンウェイクラッチ付ギア５２とカラム手段シャフト６２とに掛け渡されている。第二チェーン５４Ｂは、ギア５３とカラム手段シャフト６２とに掛け渡されている。
カラム手段シャフト６２は、往復運動取出機構４０の回動によって両方向に回動する。しかし、ワンウェイクラッチ付ギア５２を介在させることによって、発電機シャフト５５を一方の方向のみに回転させることができる。

次に、本実施形態によるフラッタ式発電装置の動作について、図７を用いて説明する。
図７（ａ）は、フラッタ翼２０がガイド手段３０の上下方向の略中間位置にあり、往復運動取出機構４０が中立位置（水平位置）にある状態を示している。
フラッタ翼２０は、一端２０ａが後部ガイド手段３２の中間位置よりも下に位置し、他端２０ｂが前部ガイド手段３１の中間位置に位置している。このとき第一取付ピン３３は、長孔２１の前端２１ａに接している。

水流により生起されたフラッタ現象、及び波浪による浮体１０の動揺の少なくともどちらか一方によって、フラッタ翼２０は往復運動を開始する。
図７（ｂ）は、フラッタ翼２０がガイド手段３０にガイドされて上方に移動し、それに伴い往復運動取出機構４０も上方に回動し、上方の転換点に達した状態を示している。
このとき第一取付ピン３３は、長孔２１の後端２１ｂに接しており、フラッタ翼２０と往復運動取出機構４０とは略直線状となる。

上方の転換点に達したフラッタ翼２０は、方向を変えて下方に移動する。なお、上方に回動する往復運動取出機構４０には、ばね７１によって下方へ引き戻す力が働くため、フラッタ翼２０の往復運動を確実に継続させることができる。
図７（ｃ）は、フラッタ翼２０がガイド手段３０にガイドされて下方に移動し、それに伴い往復運動取出機構４０も下方に回動し、中立位置に戻った状態を示している。
フラッタ翼２０は、一端２０ａが後部ガイド手段３２の中間位置よりも上に位置し、他端２０ｂが前部ガイド手段３１の中間位置に位置している。このとき第一取付ピン３３は、長孔２１の前端２１ａに接している。

更にフラッタ翼２０は、下方に移動する。
図７（ｄ）は、フラッタ翼２０がガイド手段３０にガイドされて下方に移動し、それに伴い往復運動取出機構４０も下方に回動し、下方の転換点に達した状態を示している。
このとき第一取付ピン３３は、長孔２１の後端２１ｂに接しており、フラッタ翼２０と往復運動取出機構４０とは略直線状となる。

下方の転換点に達したフラッタ翼２０は、方向を変えて上方に移動し、図７（ａ）の状態となる。なお、下方に回動する往復運動取出機構４０には、ばね７１によって上方へ引き戻す力が働くため、フラッタ翼２０の往復運動を確実に継続させることができる。
以上のように、図７（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→・・・の状態が繰返される。
このようにフラッタ翼２０の上下方向の往復運動は、他端４０ｂ側を支点とした往復運動取出手段４０の回動運動を生じさせ、その回動運動を利用して発電機５０が発電する（図６参照）。すなわち、フラッタ翼２０の上下方向の往復運動は、往復運動取出手段４０によって回動運動として取り出され、回動運動として取り出された運動エネルギーは発電手段５０によって電力に変換される。
なお、往復運動取出手段４０によって取り出されたエネルギーは、例えばシリンダーの駆動力など機械的な動力に変換してもよい。

ここで、フラッタ翼２０の往復運動の範囲は、水流又は波浪による波漂流力から受ける力の大小によらず可動範囲一杯であることが、発電効率の観点から好ましい。
上述の通り、ばね機構７０は、ばね機構位置変更手段８０によって位置が変えられるものであり、ばね機構７０は、抵抗体８１が水流又は波浪による波漂流力から受ける力が大きければ大きいほど後方へ移動する。
従って、ばね機構７０は、水流又は波浪による波漂流力が強くなればなるほど往復運動取出機構４０の支点（他端４０ｂ）から遠くなるので、フラッタ翼２０と接続された往復運動取出機構４０を引っ張る力が大きくなる。これにより、ばね機構７０がフラッタ翼２０に与える復元力が大きくなる。そのため、フラッタ翼２０の往復運動の振幅の増加を抑えることができる。
また、水流又は波浪による波漂流力が弱まった場合には、ばね機構７０が補助ばね８２によって前方に引き戻され、往復運動取出機構４０の支点（他端４０ｂ）に近くなるので、往復運動取出機構４０を引っ張る力が小さくなる。これにより、ばね機構７０がフラッタ翼２０に与える復元力が小さくなる。そのため、フラッタ翼２０の往復運動の振幅の減少を抑えることができる。
これにより、水流のエネルギー及び波浪のエネルギーをさらに効率よく電力に変換することができる。

このように本実施形態のフラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置は、海洋や河川等において、水流のエネルギーと波浪のエネルギーを連成してフラッタ翼２０に作用させて、電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに変換することができる。また、水流のエネルギーと波浪のエネルギーの少なくとも一方を、上下方向に往復運動するフラッタ翼２０という同じ機構を利用して、電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに変換することができる。

本発明のフラッタ式エネルギー利用方法及びフラッタ式発電装置は、海洋や河川、又は湖沼等において、浮体を用いて水流のエネルギー及び波浪のエネルギーを電力又は機械的な動力用等の他のエネルギーに変換する方法又は装置として利用することができる。

１０ 浮体
２０ フラッタ翼
３０ ガイド手段
４０ 往復運動取出機構
４０ａ 一端
４０ｂ 他端
４１ 溝
５０ 発電手段
６０ カラム手段
６１ 軸受
７０ ばね機構
７１ ばね
７１ａ 一端
７１ｂ 他端
８０ ばね機構位置変更手段
９０ ばね支持部材
１１０ 係留索

Claims (15)

1. 浮体を水面上に一部が露出するように配置し、少なくとも前記水面上の波浪に対して前記浮体を所定の範囲に留め、かつ向きを変えられるように係留し、前記浮体に設けられ水中に臨ませた水流によりフラッタ現象を生起させることが可能なフラッタ翼に対して、少なくとも波浪による前記浮体の上下方向の動揺を作用させ、前記フラッタ翼の上下方向の往復運動を取り出し、取り出した運動エネルギーを他のエネルギーに変換することを特徴とするフラッタ式エネルギー利用方法。
2. 前記フラッタ翼に対して前記水流と前記浮体の動揺を連成して作用させたことを特徴とする請求項１に記載のフラッタ式エネルギー利用方法。
3. 前記フラッタ翼に復元力を与えるにあたり、少なくとも前記波浪による運動に応じて前記復元力を変えて作用させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフラッタ式エネルギー利用方法。
4. 前記復元力は少なくとも前記波浪による運動が強くなると、前記フラッタ翼に対する前記復元力が強くなるものであることを特徴とする請求項３に記載のフラッタ式エネルギー利用方法。
5. 変換する前記他のエネルギーは電力であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載のフラッタ式エネルギー利用方法。
6. 水面上に一部が露出するように配置された浮体と、前記水面上の波浪に対して前記浮体を所定の範囲に留め、かつ向きを変えられるように係留する係留手段と、水中に臨ませた水流によりフラッタ現象を生起させることが可能なフラッタ翼と、前記フラッタ翼を前記浮体に係止するガイド手段と、少なくとも波浪による前記浮体の上下方向の動揺に基づく前記フラッタ翼の上下方向の往復運動を取り出す往復運動取出機構と、前記往復運動取出機構で取り出したエネルギーを電力に変換する発電手段とを備えたことを特徴とするフラッタ式発電装置。
7. 前記ガイド手段が、前記フラッタ翼の動作が前記上下方向の動きとなるように前記フラッタ翼をガイドすることを特徴とする請求項６に記載のフラッタ式発電装置。
8. 前記往復運動取出機構の一端が、前記フラッタ翼に係止され前記ガイド手段にガイドされるとともに、前記浮体から下方に延伸したカラム手段に設けた軸受に他端が回動自在に係合されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のフラッタ式発電装置。
9. 前記発電手段は、前記往復運動取出機構の前記他端の回動運動により発電するものであることを特徴とする請求項８に記載のフラッタ式発電装置。
10. 前記フラッタ翼に復元力を与えるばね機構と、前記ばね機構の位置を変えるばね機構位置変更手段とを備えたことを特徴とする前記請求項６から請求項９のうちの１項に記載のフラッタ式発電装置。
11. 前記ばね機構位置変更手段は、前記ばね機構の前記位置を少なくとも前記波浪による運動に応じて変更することを特徴とする請求項１０に記載のフラッタ式発電装置。
12. 前記ばね機構は、ばねが前記浮体に固定されたばね支持部材に一端が係止され、他端が前記往復運動取出機構に設けた溝をスライドして張引するものであり、前記ばね機構位置変更手段が前記ばね機構のスライドする前記位置を少なくとも前記波浪による運動に応じて変更することを特徴とする請求項１１に記載のフラッタ式発電装置。
13. 前記フラッタ翼は、水と略同等の比重を有することを特徴とする請求項６から請求項１２のうちの１項に記載のフラッタ式発電装置。
14. 前記フラッタ翼の翼形状が、前記フラッタ翼の重量を軽減する揚力が発生する形状に構成されていることを特徴とする請求項６から請求項１２のうちの１項に記載のフラッタ式発電装置。
15. 前記係留手段は、前記浮体の正面側に一端が固定され他端が水底に固定される係留索を含むことを特徴とする請求項６から請求項１４のうちの１項に記載のフラッタ式発電装置。