JP6768994B2 - 波力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、波力発電装置に係り、特に、揺動する浮体として浮桟橋を対象とした波力発電装置に関する。

浮桟橋を浮体として波力発電装置を構成している技術として、特許文献１や特許文献２に開示されているものが知られている。

特許文献１に開示されている技術は、浮桟橋等のフロートと、このフロートを支持、係留する固定部との間に、永久磁石を有する支柱と、コイルを有するガイド部との関係を備えさせたというものである。このような構成によれば、支柱とガイド部（いずれの要素がフロートに付帯するか、固定部に付帯するかは問わない）との間で電磁誘導が生じ、発電が成される。

また、特許文献２に開示されている技術は、浮桟橋等のフロートと、このフロートを支持する固定柱との間に、フロートの揺動を抑制するためのダンパを設け、このダンパの圧縮等に寄与するエネルギーを電気エネルギーに変換するというものである。具体的には、ダンパ手段を油圧シリンダとし、この油圧シリンダを圧縮する力を油圧モータに移行させ、油圧モータが回転させられる事で発電が成されるという構成とされている。

特開２００７−２７７８号公報 特開２０１２−１３１２９６号公報

上記特許文献に開示されている技術では、フロートを揺動させる力の一部を利用して発電を行うという観点からすれば、確かにその効果を得る事ができる。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、揺動の幅に応じた直線が発電に寄与される距離となるため、実用的な電力を得る事は難しい。

また、特許文献２においては、フロートを揺動させるエネルギーを油圧エネルギーに変換し、これをモータの回転へと変換させているため、エネルギーロスが大きく、発電効率が悪い。

そこで本発明では、常設施設としての利用を可能としつつ、発電効率が高い波力発電装置を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る波力発電装置は、複数の固定杭の間に昇降自在に支持されるフロートを有する波力発電装置であって、前記フロートは、搭乗面と、複数の前記固定杭のうちの少なくとも１つに隣接する縁部に設けられて前記固定杭に転接する発電ローラと、前記発電ローラの回転力により回転軸を回転させる発電手段と、を有し、前記発電ローラと前記発電手段との間に、前記発電ローラの回転力を増加させる増速機を備えた事を特徴とする。

また、上記のような特徴を有する波力発電装置では、前記発電ローラを設置する部位には、前記フロートが水平方向に揺動した際に、前記発電ローラと前記固定杭との接触状態を保つための緩衝機構が備えるようにすると良い。

このような特徴を有する事によれば、発電ローラと固定杭との接触を確実なものとし、フロートが垂直方向に揺動した際には、確実に回転力を得る事ができる。また、フロートが水平方向に揺動した際に、発電ローラと固定杭との間隔が狭まり、発電ローラの回転軸が破損するという事を防ぐ事ができる。

また、上記のような特徴を有する波力発電装置において、前記発電ローラは、前記フロートを支持するローラを支えるために、前記フロートの縁辺から延設された係留金物を介して配置されているようにすると良い。

さらに、上記のような特徴を有する波力発電装置では、前記発電ローラを、前記固定杭に配置されたラックギアと、当該ラックギアに噛み合うピニオンギアとすることができる。

このような特徴を有する事により、フロートが揺動する事によって生ずるストロークに対して、確実に回転力を得る事ができる。

上記特徴を有する波力発電装置によれば、浮桟橋として常設する事ができる。また、揺動のストロークが小さい場合であっても、効率良く発電を行う事ができる。

第１の実施形態に係る波力発電装置の正面構成を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視を示す平面図である。 図２における部分拡大図である。 第２の実施形態に係る波力発電装置の正面構成を示す図である。 図４におけるＢ−Ｂ矢視を示す平面図である。

以下、本発明の波力発電装置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。まず、図１乃至図３を参照して、第１の実施形態に係る波力発電装置について説明する。なお、図１は、第１の実施形態に係る波力発電装置の正面構成を示す図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視を示す平面図である。また、図３は、図２における部分拡大図である。

実施形態に係る波力発電装置１０としては、固定杭１２と、フロート２０を備えるものであると良く、フロート２０は、固定杭１２に沿って昇降可能な構成とすれば良い。

固定杭１２は、波力発電装置１０を設置する水域の底に立設され、少なくともその一部が水上（水面よりも上）に出る高さを持つ。実施形態に係る固定杭１２は、杭本体１４と、杭本体１４の外周に配置される鞘管１６とを有する。杭本体１４は、図１に示すように、水面に突出させた先端を折り返す形状とし、その先端を水中に配置している。そして、鞘管１６は、杭本体１４の折り返し部分に配置されている。

本実施形態に係る波力発電装置１０の場合、固定杭１２は複数（図１、図２に示す例では２つ）配置され、少なくとも１つの固定杭１２における鞘管１６の外周には、長手方向に沿って、ラックギア１８が備えられている。

フロート２０は、波力を受けることにより、固定杭１２（鞘管１６）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２０は、図１、図２に示すように、複数の固定杭１２間に配置される、所謂桟橋状の体を成し、人や車両を乗せる事を可能とする搭乗面２２を有する浮体である。フロート２０には、鞘管１６に対して転接する係留ローラ２４，２６と、係留金物２８等が配置されている。また、係留ローラ２４，２６は、少なくとも２か所に設けられており、固定杭１２に対して、複数の側面に係留ローラ２４，２６が当接し、フロート２０を安定させることが可能な構成とすると良い。

係留ローラ２４，２６の具体的形態は問うものでは無いが、例えば、芯材の外周にゴムやエラストマーなどの樹脂制の接触部を備えたローラ２４ａ，２６ａと、このローラ２４ａ，２６ａを支持するホルダ２４ｂ，２６ｂを有する構成とすれば良い。ローラ２４ａ，２６ａの接触部を樹脂制とする事で、接触時の傷や鞘管１６の摩耗を抑制する事ができる他、発電に寄与しない方向の揺動を抑制する事もできる。

フロート２０が、複数の固定杭１２間に配置されている場合には、図２に示すように、複数の固定杭１２の内側に位置する側面と、この側面に隣接する側面に係留ローラ２４，２６が転接するように配置すると良い。このため、図２に示すように係留ローラ２４，２６を２つ備える場合には、フロート２０に直接配置する係留ローラ２４と、係留金物２８に配置される係留ローラ２６が設けられることとなる。

また、本実施形態では、係留金物２８に、発電機ユニット３０が設けられている。発電機ユニット３０は、例えばピニオンギア３２と増速機３４、及び発電機３６を有する構成とすることができる。ピニオンギア３２は、固定杭１２の鞘管１６に設けたラックギア１８と噛み合うギアであり、ラックギア１８の配置位置に合わせて、その回転軸の配置が定められる。

増速機３４は、ラックギア１８に対してピニオンギア３２が噛み合って転動した際に得られる回転力を増幅して発電機３６の回転軸に伝達する役割を担うギアユニットである。発電機３６は、増速機３４により増幅されたピニオンギア３２の回転を受けて発電を行う機器である。このような構成とする事で、波力によって生じるフロート２０の揺動ストロークが小さい場合であっても、ピニオンギア３２の回転数に比べ、発電機３６の回転軸の回転数を増やす事ができ、発電効率を向上させることができる。

また、発電機ユニット３０を制御するための制御盤や、発電に起因して生成された電力を蓄電する蓄電池（制御盤、蓄電池共に不図示）は、フロート２０の内部や、図示しない架空ケーブルなどを介して、陸上に設置されるようにすると良い。

また、実施形態では、発電機ユニット３０を係留金物２８の先端側に突設する構成としている。発電機ユニット３０をこのように外付け形式に配置する事で、既設の浮桟橋などへの設置も可能となるからである。ここで、フロート２０と係留ローラ２４との接触面、および係留金物２８と係留ローラ２６との接触面には、伸縮ゴムやレール滑車などの緩衝機構を介在させ、固定杭１２に対するフロート２０における水平方向の揺動を吸収し、ピニオンギア３２とラックギア１８との噛み合い状態を良好に保つようにすると良い。このような構成とする事で、揺動時には確実に発電を行う事が可能となると共に、ギアの破損を防ぐ事ができる。なお、ギアの歯の切れ込み方向に沿ったズレ（揺動）に関しては、許容可能とする事もできる。歯の切れ込み方向に僅かにズレを生じた場合でも、ギアの噛み合いが外れる事は無いからである。

このような構成の波力発電装置１０では、常時、浮桟橋として使用されつつ、効率的な発電が可能となる。また、波力を使った発電施設としての特殊設備でなく、常時使用される浮桟橋兼発電施設とする事ができるため、用途の多様化を図る事ができる。

次に、図４、図５を参照して、第２の実施形態に係る波力発電装置について説明する。なお、図４は、第２の実施形態に係る波力発電装置の正面構成を示す図であり、図５は、図４におけるＢ−Ｂ矢視を示す平面図である。

本発明に係る波力発電装置１０Ａの殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る波力発電装置１０と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に同一符号を附して、詳細な説明は省略することとする。

第１の実施形態に係る波力発電装置１０との相違点は、発電機ユニット３０の配置にある。具体的には、第１の実施形態では、フロート２０に接続された係留金物２８に対して発電機ユニット３０を配置する構成としていた。これに対して本実施形態では、フロート２０に直接、発電機ユニット３０を配置する構成としている。

このような構成とした場合、制御盤や蓄電池（いずれも不図示）をフロート２０の内部に配置する際に、ケーブル等をフロート２０の内部に直接引き込む事が可能となる。また、このような配置構成とした場合であっても、浮桟橋としての使用、及び効率的な発電を行うにあたり、支障を来す事は無い。

また、上記実施形態ではいずれも、発電機ユニット３０に対して回転力を入力する要素をピニオンギア３２としていた。しかしながら、この構成は、鞘管１６に配置したラックギア１８との噛み合いにより、確実に回転力を生じさせるための要素としての構成である。よって、発電機ユニット３０は、ピニオンギア３２に変えて、鞘管１６に対して転動可能なローラ（発電ローラ）を備える構成としても良い。なお、このような構成とした場合、鞘管１６に配置していたラックギア１８は不要となる。

また、ピニオンギア３２に変えてローラを採用する場合、発電機ユニット３０と係留ローラ２６とを一体構成とする事もできる。ピニオンギア３２に替わるローラと係留ローラ２４は、いずれも鞘管１６に接触する事で転動するローラであるよって、その機能一部共有する事により、係留ローラ２４によって生ずる回転力を用いて発電を成すようにする事もできる。このような構成とした場合には、発電機ユニット３０を個別に設ける必要が無くなる。よって、設備の簡略化、小型化を図る事ができるようになる。

さらに、上記実施形態では、いずれも、複数の固定杭１２のうちのいずれか１つの固定杭１２に隣接するフロート２０の縁部、あるいは係留金物２８に発電機ユニット３０を配置する旨記載した。しかしながら、複数の固定杭１２を有する場合には、複数の固定杭１２の全部、あるいはいずれか選択した複数の固定杭１２に対応する各位置に、発電機ユニット３０を配置しても良い。１つのフロート２０に対して発電機ユニット３０を複数備える事により、発電量を増加させる事が可能となる。

また、上記実施形態では、説明を簡単化するために、固定杭１２については、フロート２０を挟み込むようにして配置された２本のみを記載している。しかしながら、本実施形態に係る波力発電装置１０，１０Ａでは、固定杭１２は、２本以上、すなわち複数備えられていれば、その数を限定する必要は無い。さらに、本発明を適用する波力発電装置１０，１０Ａは、新設装置はもちろん、既設の装置（既設の浮桟橋等）にも適用することができる。

１０，１０Ａ………波力発電装置、１２………固定杭、１４………杭本体、１６………鞘管、１８………ラックギア、２０………フロート、２２………搭乗面、２４………係留ローラ、２４ａ………ローラ、２４ｂ………ホルダ、２６………係留ローラ、２６ａ………ローラ、２６ｂ………ホルダ、２８………係留金物、３０………発電機ユニット、３２………ピニオンギア、３４………増速機、３６………発電機。

Claims (3)

1. 複数の固定杭の間に昇降自在に支持されるフロートを有する波力発電装置であって、
   前記フロートは、搭乗面と、
   複数の前記固定杭のうちの少なくとも１つに隣接する縁部に設けられて前記固定杭に転接する発電ローラと、
   前記発電ローラの回転力により回転軸を回転させる発電手段と、を有し、
   前記発電ローラと前記発電手段との間に、前記発電ローラの回転力を増加させる増速機を備え、
   前記発電ローラは、前記フロートを支持するローラを支えるために、前記フロートの縁辺から延設された係留金物を介して配置されている事を特徴とする波力発電装置。
2. 前記発電ローラを設置する部位には、前記フロートが水平方向に揺動した際に、前記発電ローラと前記固定杭との接触状態を保つための緩衝機構が備えら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。
3. 前記発電ローラを、前記固定杭に配置されたラックギアと、当該ラックギアに噛み合うピニオンギアとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の波力発電装置。