JP7213581B2

JP7213581B2 - 位置エネルギー発電装置

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Publication number: JP7213581B2
Application number: JP2021115531A
Authority: JP
Inventors: 蜀江宋; 易宋
Original assignee: 深▲せん▼市易波科技有限公司
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-27
Anticipated expiration: 2041-07-13
Also published as: CN113339181A; EP4102050B1; IL285115A; EP4102050A1; US20220397090A1; US11506170B1; WO2022257182A1; CN113339181B; JP2022188718A

Description

本発明は、新エネルギー技術分野に関し、特に、波の位置エネルギーを利用した位置エネルギー発電装置に関する。

新エネルギーは、新技術や新素材をベースに、従来の再生可能エネルギーを現代的に開発・利用できるようにするものであり、資源が限られ、環境に汚染のある化石エネルギーの代わりに、無尽蔵で繰り返して利用可能な再生可能エネルギーを使い、太陽エネルギー、風力エネルギー、バイオマス、潮汐エネルギー、地熱エネルギー、水素エネルギー、原子力エネルギーなどを重点的に開発する。通常のエネルギーの有限性及び環境問題の日々の顕在化に伴い、環境保護と再生可能を特質とする新エネルギーは、ますます各国で重視されている。新エネルギー産業の発展は、エネルギー供給システム全体の効果的な補完手段でもあり、環境対策と生態保護の重要な措置でもあり、人類社会の持続可能な発展の需要を満たす最終的なエネルギー選択でもある。

近年、波エネルギー、海流エネルギー及び潮汐エネルギー、並びに海洋表面と深層との間の熱循環等の海洋関連の新エネルギー技術は、開発されているが、大規模利用には至っておらず、積極的に研究開発されているエネルギーに属する。

ＣＮ２０１１１０１７２７５３に開示されている波発電装置は、第１フロートと、第１広がり口と、第２広がり口と、発電部材を含み、第１広がり口、第２広がり口がそれぞれ発電部材の両側に位置し、発電部材と共に第１フロートに固定され、波の中の海水が一方の広がり口を介して発電部材に到達し、発電部材を介して他方の広がり口に流れる。波の側方運動エネルギーと位置エネルギー、及び波が持つ上下に起伏する縦方向運動エネルギーと位置エネルギーを利用して、波の回折原理と結びつけて、海岸線に沿って横に並んで押し寄せてくる波を規模的に縦に採取し、波のエネルギーを利用して発電する。

ＣＮ２０１８１１１５７１２５に開示されている波発電装置は、複数の浮遊筒と、複数の油圧シリンダと、発電機を搭載した水車とを含み、前記浮遊筒と前記油圧シリンダのそれぞれのピストンロッドがそれぞれ横梁を介して浮体固定杭に固定され、油圧シリンダには入水口と出水口が設けられ、出水口が水管に連結され、水管を介して海水を水車に注入することにより、従来技術に存在する波利用率が低いという技術問題を緩和する。

ＣＮ２０１２１０３７５３２６によって開示されている波発電機は、波エネルギー捕獲器と誘導モータとから構成されている。波エネルギー捕獲器は、膨張可能なゴムカプセルで作られ、その璧内にケイ素鋼片を嵌め込んで骨組みを強化する。カプセルは、上下２つの半部からなり、内外気圧差で形状を維持する。誘導モータは、中心軸、永久磁石磁極、転がり軸受、振り子及び発電コイルから構成される。振り子は、中心軸と発電コイルを駆動して相対回転を発生させ、電流を発生させる。

ＣＮ２０１３１０５９０６４６に開示されている海岸波発電機及び海洋波発電機は、波に浮遊する浮遊板又は浮子によって波に同期して起伏し、浮遊板又は浮子が波に同期して起伏する場合には、カプセル内のピストンを移動させ、カプセルに高圧ガスを発生させて排出させ、更にカプセルに接続されたタービンエンジンが前記高圧ガスを収集して回転して発電をし、波の運動エネルギーを利用して発電を実現する。

上述した従来の波エネルギーを利用する技術は、いずれも技術が複雑であり、実施コストが高いという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、位置エネルギーを利用して電気エネルギーに変換する技術を提供することであり、特に波の上下の起伏による位置エネルギーを利用して電気エネルギーに変換する技術に関する。本発明の目的は、以下の手段によって達成される。

位置エネルギー発電装置であって、フロートとリンクを含む。前記フロートは、ケーシングと、フライホイールと、伝動歯車と、発電機を含む。前記フライホイール、伝動歯車及び発電機は、ケーシングの内部に位置する。前記発電機の回転軸に発電機歯車が設けられ、伝動歯車に外歯と内歯が設けられている。前記発電機歯車と内歯とが噛み合って連結し、前記フライホイールと外歯とが噛み合って連結し、前記リンクとケーシング内部のフライホイールとは、ケーシングに設けられた回転軸を介して連結される。リンクは、回転軸を介してフライホイールを一方向に回転駆動することができる。

更に、前記伝動歯車は、被動輪と被動輪に固定された被動輪内歯車とを含み、前記外歯は、被動輪に設けられ、前記内歯は、被動輪内歯車に設けられている。

更に、前記回転軸は、フライホイール軸受とフライホイール軸とを含む。前記フライホイール軸受は、ケーシングに固定され且つフライホイール軸に嵌設される。前記フライホイール、リンクは、それぞれフライホイール軸の両端に固定されている。具体的には、フライホイールの中心は、フライホイール軸の一端に連結され、リンクの端部は、フライホイール軸の他端に連結される。更に、リンクは、フライホイール軸に垂直に連結される。

好ましくは、フライホイールの内部にはラチェット歯とラチェット歯に嵌合するラチェット爪が設けられ、フライホイール軸は、ラチェット爪に連結される。フライホイールは、ラチェット歯とラチェット爪によって一方向回転を実現し、それによって伝動輪の一方向回転を保証し、発電機を発電させる。

好ましくは、前記ケーシングは、球状である。球状のケーシングは、波の衝撃力を均一に受けるのに有利である。

更に、前記ケーシング内には、複数の円環又は半円環からなる球状フレームが設けられ、且つ、前記円環又は半円環の外径がケーシングの内径と同一であり、ケーシングの剛性を高める。

好ましくは、前記球状フレームには固定フレームが設けられ、前記伝動歯車及び発電機は、固定フレームに設けられている。

好ましくは、前記発電機は、少なくとも２つである。

好ましくは、前記リンクは、少なくとも２つであり、それぞれの前記リンクには、外歯に連結するフライホイールが対応して設けられている。更に、リンクは、球状のケーシングの表面接線方向に沿って設けられる。

好ましくは、前記リンクは、端部から中央部に向かって次第に広くなり、リンクの横断面は、上から下に向かって次第に狭くなる。リンクは、海水より密度が小さい剛性材質であることが好ましい。

好ましくは、前記リンクは、３つ又は４つである。

好ましくは、前記リンクの両端にフロートが連結されている。

本発明の位置エネルギー発電装置は、波の上下の起伏によって形成された位置エネルギーをリンクが利用し、回転軸を介してフライホイールを回転させ、更に伝動輪を駆動して発電機を回転させ、電気エネルギーを発生させると共に、フライホイールを一方向にのみ回転できるように設計することで、伝動輪の一方向の回転を保証し、発電機を発電させる。

本発明の実施例の技術手段をより明確に説明するために、以下、実施例の記載に必要される図面を簡単に説明する。明らかに、以下の記載における図面は、本発明の実施例の一部であり、当業者であれば、創造性のある作業を付することなく、これらの図面から他の図面を取得することもできる。

本発明の実施例１に係る２リンク位置エネルギー発電装置の構造図である。本発明の実施例１に係るフロートの内部構造図である。本発明の実施例１に係るフロートの内部構造図である。本発明の実施例１に係るフロートの内部構造爆発図である。本発明の実施例１に係る球状フレームの構造図である。本発明の実施例１に係るリンクの構造図である。本発明の実施例１に係るフライホイール軸の構造図である。本発明の実施例１に係るフライホイールの爆発図である。本発明の実施例１に係る被動輪の構造図である。本発明の実施例１に係る被動輪内歯車の構造図である。本発明の実施例１に係る発電機の構造図である。本発明の実施例２に係る３リンク位置エネルギー発電装置の構造図である。本発明の実施例２に係るフロートの内部構造図である。本発明の実施例２に係るフロートの内部構造図である。本発明の実施例３に係る４リンク位置エネルギー発電装置の構造図である。本発明の実施例３に係るフロートの内部構造図である。本発明の実施例３に係るフロートの内部構造図である。

以下、本発明の実施例における添付図面と併せて本発明の実施例における技術手段を明確且つ完全に説明するが、記載された実施例は、本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではないことが明らかである。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な作業を付することなく得られる全ての他の実施例は、本発明の保護範囲に属するものである。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語「含む」及び「包含」は、記載された特徴、全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成要素の存在を示すことを理解されるべきである。ただし、１つ又は複数の他の特徴、全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの組み合わせの存在又は追加は、除外されない。

本発明の明細書において使用される用語は、特定の実施例を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図していないことも理解されるべきである。本発明の明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語「及び／又は」は、関連して列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意の組み合わせ、ならびに可能なすべての組み合わせを指し、これらの組み合わせも含むことを更に理解されるべきである。

（実施例１）
図１を参照すると、図１は、本発明の実施例による位置エネルギー発電装置であり、具体的には、フロート１と、リンク２と、回転軸３とを含む２リンク位置エネルギー発電装置である。リンク２は、２つであり、対向するようにフロート１の側面に設けられている。リンク２は、フロート１の表面接線方向に沿って設けられ、且つ一端が回転軸３を介してフロート１に連結されている。２つの回転軸３は、フロート１の同一直径面上に均一に分布し、即ち、２つの回転軸とフロート１の中心との間の角度は、１８０°である。

図２～図４に示すフロート構造において、フロート１は、ケーシングと、フライホイール４と、被動輪５と、被動輪内歯車６と、球状フレーム７と、発電機８とを含む。ケーシングは、球状であり、波の衝撃力を均一に受けることに有利である。フライホイール４、被動輪５、被動輪内歯車６、球状フレーム７は、ケーシングの内部に位置する。

図５に示す球状フレームにおいて、球状フレーム７は、第１円環７３、第２円環７４、第３円環７５の３つの円環からなり、ケーシング内に固定されている。第１円環７３は、水平に設けられ、第２円環７４、第３円環７５は、垂直に設けられ、且つ、第１円環７３、第２円環７４、第３円環７５は、互いに垂直である。３つの円環は、ケーシングの剛性を高めるために、ケーシングの内径と同じ外径を有する。第２円環７４、第３円環７５の内部にはいずれも横梁が設けられ、２つの横梁が組み合わされて「十」字の固定フレーム７２が形成されている。固定フレーム７２の中心位置には、被動輪取付台７２２が対応して設けられ、一方の横梁には２つの発電機取付台７２１が設けられ、発電機取付台７２１は、被動輪取付台７２２の両側に位置する。本実施例では、第１円環７３、第２円環７４の接続箇所に軸受孔７１が設けられている。

図６に示すリンクにおいて、リンク２のロッド２１は、波の衝撃力を低減するために、「舟」状に形成され、即ち、端部から中央部に向かって次第に幅が広くなり、且つ横断面が上から下に向かって次第に幅が狭くなり、横断面底部が円弧状である。リンク２の両端には角孔２２が設けられている。

回転軸３は、フライホイール軸３１と、フライホイール軸受３２と、フライホイール軸受カバー３３とを含む。フライホイール軸受３２は、フライホイール軸３１に嵌設され、ケーシングに固定され、且つ軸受孔７１内に位置する。フライホイール４、リンク２は、それぞれフライホイール軸３１の両端に固定されている。具体的には、図７に示すフライホイール軸３１において、フライホイール軸３１は、リンク２の一端に対応して角柱３１１が設けられている。角柱３１１は、リンク２の端部の角孔２２内に嵌合可能に嵌設され、更にねじによって固定される。フライホイール軸３１の他端は、フライホイール４の軸心に連結され、伝動によってフライホイール４を垂直方向に回転駆動する。

図８に示すフライホイールにおいて、フライホイール４は、テーパ状であり、フライホイール４のテーパ面にフライホイール歯４１が設けられ、テーパ面とフライホイール４の軸線とのなす角度は、４５°である（即ち、フライホイール歯４１とフライホイール４の軸線とのなす角度は、４５°である）。フライホイール４の内部にはラチェット爪４２とラチェット歯４３が設けられ、フライホイール４は、ラチェット爪４２とラチェット歯４３によって一方向回転を実現する。具体的には、フライホイールは、テーパ状の中空構造であり、底部と頂部にはフライホイール下カバー４４とフライホイール上カバー４５が対応して設けられ、ラチェット歯４３は、フライホイール４の内壁に設けられ、ラチェット爪４２は、フライホイール下カバー４４に設けられ、フライホイール軸３１の端部は、フライホイール下カバー４４の中心に固着されている。ラチェット爪４２が正転すると、ラチェット爪４２とラチェット歯４３とが噛み合い、フライホイール４全体を回転させる。ラチェット爪４２が逆転すると、ラチェット爪４２とラチェット歯４３との噛み合いが外れ、ラチェット爪４２が自転のみを実現し、フライホイール４の一方向の回転を保証する。本実施例では、フライホイール４は、２つであり、ケーシング内部の対向する両側に位置し、対応するリンク２とは、回転軸３のフライホイール軸３１を介して連結する。

図９に示す被動輪は、軸心位置に、取付孔５２と、被動輪軸受５３と、軸受カバー５４とが設けられ、被動輪軸受５３が取付孔５２内に位置する。被動輪軸受５３は、被動輪取付台７２２に固定的に取り付けられている。被動輪５の外側面は、テーパ面であり、テーパ面と被動輪５の軸線とのなす角は、４５°であり、外側面には外歯５１（外歯５１と被動輪５の軸線とのなす角は４５°）が設けられ、外歯５１は、フライホイール歯４１に噛み合って連結する。被動輪５は、フライホイール４の駆動力により水平回転可能である。

図１０に示す被動輪内歯車は、内壁に内歯６１が設けられた環状歯車である。被動輪５には、被動輪５と同期して水平回転可能に被動輪内歯車６が固定されている。なお、被動輪５と被動輪内歯車６とは、嵌合、係合又は溶接により固定されていてもよいし、伝動輪として一体成形されていてもよく、同期して回転する作用を奏するものであればよい。

図１１に示す発電機について、本実施例では、発電機８の数は、２つであり、発電機取付台７２１に固定されている。発電機８の回転軸８１には発電機歯車８２が設けられており、発電機歯車８２は、内歯６１に噛み合って連結する。

更に、リンク２の両端には、フロート１が連結されている。

本発明の２リンク位置エネルギー発電装置は、海洋に置くことができ、リンク２のフロート１から離れた一端が波に乗って上下動すると、リンク２が回転軸３を軸としてフロート１に対して回転し、リンク２が回転軸３を介してフライホイール４を一方向に回転駆動し、更に被動輪５及び被動輪内歯車６を駆動して発電機８を回転させ、電気エネルギーを発生させる。しかも、２つのリンク２を採用し、いずれも発電機８を回転駆動する動力を提供することができ、発電機８が継続的に発電することを保証する。また、２つのリンク２がフライホイール４を介して被動輪５を回転駆動する方向を一致させることにより、いずれのリンク２もフライホイール４を介して被動輪５に動力を供給することを実現し、発電機を発電させる。

（実施例２）
図１２～図１４には、３リンク位置エネルギー発電装置が示されている。本実施例の３リンク位置エネルギー発電装置は、同一のフロート１に３つのリンク２が設けられ、各リンク２に対応する３つのフライホイール４をフロート１の内部に設け、リンク２と対応するフライホイール４とは回転軸３によって連結し、回転軸３がフロート１の同一直径面上に均一に分布し、即ち、隣接する２つの回転軸とフロート１の中心との間の角度が１２０°であり、各フライホイール４が被動輪５に噛み合って連結するという点で、実施例１の２リンク位置エネルギー発電装置とは相違する。また、本実施例における球状フレーム７は、１つの水平円環及び３つの共頂点の半円環からなり、且つ各半円環が水平円環に対して垂直である。また、本実施例では、フロート内部に３つの発電機８が設けられ、発電機８が固定フレームに固定され、発電機８の発電機歯車８２が被動輪内歯車６の内歯に噛み合って連結する。その他の構成は、実施例１の位置エネルギー発電装置と同様である。

（実施例３）
図１５～図１７には、４リンク位置エネルギー発電装置が示されている。本実施例の４リンク位置エネルギー発電装置は、同一のフロート１に４つのリンク２が設けられ、４つのリンク２が同一平面上に設けられ、フロート１の内部には各リンク２に対応する４つのフライホイール４が設けられ、リンク２と対応するフライホイール４とは回転軸３を介して連結し、回転軸３がフロート１の同一直径面上に均一に分布し、即ち、隣接する２つの回転軸とフロート１の中心との間の角度が９０°であり、各フライホイール４が被動輪５に噛み合って連結するという点で、実施例１の２リンク位置エネルギー発電装置とは相違する。その他の構成は、実施例１の位置エネルギー発電装置と同様である。

以上、本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲は、これに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明によって開示されている技術的範囲内で、様な等価な変更や置換が容易に考えられ、これらの変更又は置換は、本発明の保護範囲内に包含されるべきである。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の保護範囲に基づくものとする。

（付記）
（付記１）
位置エネルギー発電装置であって、フロートとリンクを含み、前記フロートは、ケーシングと、フライホイールと、伝動歯車と、発電機を含み、前記フライホイール、伝動歯車及び発電機は、ケーシングの内部に位置し、前記発電機の回転軸に発電機歯車が設けられ、伝動歯車に外歯と内歯が設けられ、前記発電機歯車と内歯とが噛み合って連結し、前記フライホイールと外歯とが噛み合って連結し、前記リンクとケーシング内部のフライホイールとは、ケーシングに設けられた回転軸を介して連結され、リンクは、回転軸を介してフライホイールを一方向に回転駆動することができることを特徴とする位置エネルギー発電装置。

（付記２）
前記伝動歯車は、被動輪と被動輪に固定された被動輪内歯車とを含み、前記外歯は、被動輪に設けられ、前記内歯は、被動輪内歯車に設けられていることを特徴とする付記１に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記３）
前記回転軸は、フライホイール軸受とフライホイール軸とを含み、前記フライホイール軸受は、ケーシングに固定され且つフライホイール軸に嵌設され、前記フライホイール、リンクは、それぞれフライホイール軸の両端に固定されていることを特徴とする付記２に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記４）
前記ケーシングは、球状であることを特徴とする付記３に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記５）
前記ケーシング内には、複数の円環又は半円環からなる球状フレームが設けられ、且つ、前記円環又は半円環の外径がケーシングの内径と同一であることを特徴とする付記４に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記６）
前記球状フレームには固定フレームが設けられ、前記伝動歯車及び発電機は、固定フレームに設けられていることを特徴とする付記５に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記７）
前記発電機は、少なくとも２つであることを特徴とする付記６に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記８）
前記リンクは、少なくとも２つであり、それぞれの前記リンクには、外歯に連結するフライホイールが対応して設けられていることを特徴とする付記７に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記９）
前記リンクは、３つ又は４つであることを特徴とする付記８に記載の位置エネルギー発電装置。

（付記１０）
前記リンクの両端にフロートが連結されていることを特徴とする付記１～９のいずれか１つに記載の位置エネルギー発電装置。

１：フロート、２：リンク、２１：ロッド、２２：角孔、３：回転軸、３１：フライホイール軸、３１１：角柱、３２：フライホイール軸受、３３：フライホイール軸受カバー、４：フライホイール、４１：フライホイール歯、４２：ラチェット爪、４３：ラチェット歯、４４：フライホイール下カバー、４５：フライホイール上カバー、５：被動輪、５１：外歯、５２：取付孔、５３：被動輪軸受、５４：軸受カバー、６：被動輪内歯車、６１：内歯、７：球状フレーム、７１：軸受孔、７２：固定フレーム、７２１：発電機取付台、７２２：被動輪取付台、７３：第１円環、７４：第２円環、７５：第３円環、８：発電機、８１：回転軸、８２：発電機歯車。

Claims

位置エネルギー発電装置であって、フロートとリンクを含み、前記フロートは、ケーシングと、フライホイールと、伝動歯車と、発電機を含み、前記フライホイール、伝動歯車及び発電機は、ケーシングの内部に位置し、前記発電機の回転軸に発電機歯車が設けられ、伝動歯車に外歯と内歯が設けられ、前記発電機歯車と内歯とが噛み合って連結し、前記フライホイールと外歯とが噛み合って連結し、前記リンクとケーシング内部のフライホイールとは、ケーシングに設けられた回転軸を介して連結され、リンクは、回転軸を介してフライホイールを一方向に回転駆動することができ、
前記伝動歯車は、被動輪と被動輪に固定された被動輪内歯車とを含み、前記外歯は、被動輪に設けられ、前記内歯は、被動輪内歯車に設けられていることを特徴とする位置エネルギー発電装置。
前記回転軸は、フライホイール軸受とフライホイール軸とを含み、前記フライホイール軸受は、ケーシングに固定され且つフライホイール軸に嵌設され、前記フライホイール、リンクは、それぞれフライホイール軸の両端に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の位置エネルギー発電装置。
前記ケーシングは、球状であることを特徴とする請求項２に記載の位置エネルギー発電装置。
前記ケーシング内には、複数の円環又は半円環からなる球状フレームが設けられ、且つ、前記円環又は半円環の外径がケーシングの内径と同一であることを特徴とする請求項３に記載の位置エネルギー発電装置。
前記球状フレームには固定フレームが設けられ、前記伝動歯車及び発電機は、固定フレームに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の位置エネルギー発電装置。
前記発電機は、少なくとも２つであることを特徴とする請求項５に記載の位置エネルギー発電装置。
前記リンクは、少なくとも２つであり、それぞれの前記リンクには、外歯に連結するフライホイールが対応して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の位置エネルギー発電装置。
前記リンクは、３つ又は４つであることを特徴とする請求項７に記載の位置エネルギー発電装置。
前記リンクの両端にフロートが連結されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の位置エネルギー発電装置。