JP7292111B2 - wave power generator - Google Patents
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Description
本発明は、海洋エネルギーのうち、海岸等に打ち寄せる波の力に基づいて発電を行う波力発電装置に関する。
BACKGROUND OF THE
近年、海洋基本法に基づいて策定された「海洋基本計画」においては、管轄海域に賦存し、将来のエネルギー源となる可能性のある自然エネルギーに関し、地球温暖化対策の観点からも、必要な取組や検討を進めるとして、国として取り組む方向が示されている。この方針に沿って、海洋エネルギーのうち波のエネルギーを利用して発電を行う発電装置や発電設備が提案されている。
波力発電装置は海水などの波のエネルギーを利用して発電する発電方法で、海流を利用したもの、波の上下振動を利用したもの等、様々なタイプのものがある。
In recent years, in the "Basic Plan on Ocean Policy" formulated based on the Basic Act on Ocean Policy, regarding natural energy that is endowed in the sea area under its jurisdiction and has the potential to become an energy source in the future, it is necessary from the perspective of global warming countermeasures. The direction of the country's efforts is indicated as promoting efforts and considerations. In line with this policy, power generators and power generation equipment that generate power using wave energy among ocean energy have been proposed.
A wave power generation device is a power generation method that uses the energy of waves such as seawater to generate power, and there are various types of devices such as those that use ocean currents and those that use vertical vibrations of waves.
例えば、特許文献1に記載された波力式ポンプ装置は、取付け軸の下方に支持杆を介して受圧板を支持し、波の上下動に合わせて受圧板が取付け軸を中心に振り子のように揺動可能とされている。受圧板に連結されたピストンがシリンダー内を進退することで、シリンダーに連結されたポンプ装置で逆流防止弁を作動させて液体や気体を圧送させ、油圧モータが回転することで発電する。
For example, in the wave power pump device described in
また、特許文献2に記載された波力発電装置では、海底に設置されたアンカーが係留ロープを介して支柱を支持し、支柱の周囲にはフロートが昇降可能に設置されている。支柱の内部にはピニオンギヤと発電装置が設置され、フロートには支柱内に延びていてピニオンギヤと噛合するラック部材が連結されている。そのため、波力を受けて上下動するフロートに連動してピニオンギヤを回転させて発電装置を駆動させる。
Further, in the wave power generation device described in
しかしながら、特許文献1に記載された波力式ポンプ装置は振り子式の波力吸収装置やピストンをシリンダー内に進退させて逆流防止弁を作動させるポンプ装置等を設置する必要があり、設備が大型化する上にコスト高になるという問題がある。また、特許文献2に記載された波力発電装置もアンカーを海中に沈めてロープを介して支柱を係留する必要があり、支柱が固定されていないために不安定である。しかも、支柱内に延びるラック部材を備えたフロートや波センサ等が必要であり、やはり設備が大型化する上にコスト高になるという問題がある。
However, the wave power pump device described in
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で短期間に設置できる上に製造コストを低廉にできるという波力発電装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wave power generator that has a simple configuration, can be installed in a short period of time, and can be manufactured at a low cost.
本発明による波力発電装置は、波を受ける波受け部材と、波受け部材の前面に設けられていて波の力で昇降可能なフロートと、フロートの裏面に設けられたラック部材またはピニオンと、波受け部材に設けられていてラック部材に噛合するピニオンまたはピニオンに噛合するラック部材と、ピニオンに連結されていて該ピニオンの回転に連動して発電する発電装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、波受け部材の前面に設けられたフロートが波の力で上昇させられると、フロートの裏面と波受け部材に設けられたラック部材とピニオンが互いに噛合してフロートの上昇に応じてピニオンが回転するので、ピニオンの回転を受けて発電装置が発電する。
A wave power generation device according to the present invention includes a wave receiving member that receives waves, a float that is provided on the front surface of the wave receiving member and that can be raised and lowered by the force of the waves, a rack member or pinion that is provided on the back surface of the float, A pinion provided on the wave receiving member and meshing with the rack member, or a rack member meshing with the pinion, and a power generator connected to the pinion and generating power in conjunction with rotation of the pinion. do.
According to the present invention, when the float provided on the front surface of the wave receiving member is lifted by the force of the waves, the rear surface of the float, the rack member provided on the wave receiving member, and the pinion mesh with each other, thereby preventing the float from rising. Since the pinion rotates accordingly, the power generating device receives the rotation of the pinion and generates power.
また、波受け部材の前面には、フロートを摺動可能に支持するガイド溝を有するガイド部材が設けられていることが好ましい。
フロートはガイド部材のガイド溝に沿って昇降作動するため確実にラックとピニオンを噛合させてピニオンを回転駆動させることができる。
Further, it is preferable that a guide member having a guide groove for slidably supporting the float is provided on the front surface of the wave receiving member.
Since the float moves up and down along the guide groove of the guide member, the rack and pinion can be reliably engaged with each other to rotate the pinion.
また、フロートの裏面と対向する波受け部材の前面の一方にはフロートの昇降をガイドするローラが設置されていてもよい。
フロートが波を受けて昇降作動する際、ローラによってフロートの昇降をガイドするためフロートの昇降作動がより一層スムーズになる。
Further, a roller for guiding the up-and-down movement of the float may be provided on one of the front surfaces of the wave receiving member facing the back surface of the float.
When the float receives a wave and moves up and down, the roller guides the up and down movement of the float, which makes the up and down movement of the float smoother.
また、フロートは下部に波を受ける突部状の波受け部が形成されていることが好ましい。
フロートの波を受ける部分に波受け部を形成したため、波の荷重をより確実にフロートの上昇運動に変換できる。
In addition, it is preferable that the float is formed with a projecting wave-receiving portion for receiving waves at the bottom.
Since the wave receiving portion is formed in the portion of the float that receives the wave, the load of the wave can be more reliably converted into the rising motion of the float.
また、フロートは鋼製であり、内部が中空であってもよい。
フロートが軽量であるため、波の荷重の受けての昇降作動への変換がスムーズである。
The float may also be made of steel and hollow inside.
Since the float is light, it can be smoothly converted into a lifting operation under the load of waves.
本発明による波力発電装置は、波が押し寄せた際に波受け部材の前面に設けたフロートが波を受けて昇降するためフロートと波受け部材の間に設けられたラック部材とピニオンの関係からピニオンを回転させて発電装置を発電することができる。しかも、防波堤である波受け部材にフロートを昇降可能に装着して発電装置で発電できるため、フロートや発電装置等の取り付け部材が少なく、簡単な構成によって短期間で設置できる上に製造コストを低廉にできる。
また、波力発電装置の構成が簡単であり、波受け部材の上にフロートが露出しているためメンテナンスが容易に行える。更に波受け部材に沿ってフロートや発電装置を複数台設置できるため設置効率もよい。
In the wave power generation device according to the present invention, the float provided on the front surface of the wave receiving member receives the wave and moves up and down when the wave rushes. By rotating the pinion, the generator can generate electricity. Moreover, since the float can be attached to the wave receiving member, which is a breakwater, so that the power generation device can generate electricity, there are few mounting members for the float and the power generation device, etc., and the simple structure enables installation in a short period of time, and the manufacturing cost is low. can be done.
In addition, the structure of the wave power generator is simple, and the float is exposed on the wave receiving member, so maintenance can be easily performed. Furthermore, since a plurality of floats and power generators can be installed along the wave receiving member, installation efficiency is also good.
以下、本発明の実施形態による波力発電装置1について図1~図6を参照して説明する。
図1に示す波力発電装置1は例えば海岸等、陸地と海の境目や海上等に設置されている。波力発電装置1は、例えば海岸の陸地に被覆砕石2が設置され、その上部が被覆石3で層状に被覆されている。被覆砕石2の上部にはケーソン4が設置され、ケーソン4の周囲は被覆石3で覆われている。ケーソン4は防波堤等の水中構造物として使用され、或いは地下構造物を構築する際に用いられるコンクリート製または鋼製の大型の箱状構造物である。
ケーソン4の海側、または海側と陸側にはテトラポット等の消波ブロック(図視略)が設置されている。ケーソン4は海岸に敷設された被覆砕石2及び被覆石3に沿って配列されている。ケーソン4の上部には波が超えるのを防ぐための防波堤として上部コンクリート6が設置されている。
A wave
The wave
A wave-dissipating block (not shown) such as a tetrapod is installed on the sea side of the
上部コンクリート6は海側の部分が波の浸入を防ぐために高さの大きい高所部6aとされ、陸側の部分が高所部6aより高さの低い低所部6bとされている。上部コンクリート6の高所部6aの海側の前面6cには、図2に示すように、昇降可能な波受けフロート7が上部コンクリート6の延在方向に沿って所定間隔で複数配設されている。図3に示すように、上部コンクリート6の前面6cには所定間隔で断面H型の鋼材がガイド部材8として固定されており、ガイド部材8の前面8a及び後面8bを連結する連結面8cの両側部にはガイド溝8dが上下方向に形成されている。
ガイド部材8の上部コンクリート6側の後面8bは直接上部コンクリート6の前面6cにボルト等で固定されていてもよいし、図3(b)に示すように、後面8bの上に平板状の鋼板9を設置して鋼板9と後面8bとを溶接やボルト等で固定してもよい。
The
The
波受けフロート7は図3に示すように四角形板状で内部が中空であり、例えば鋼製とされている。波受けフロート7は、その両側が中央部7aの板厚より厚さの薄い薄板部7bとしてガイド部材8の両側のガイド溝8dに上下動可能に取り付けられている。しかも、波受けフロート7は中央部7aの下端部に前方に突出する突部状の波受け部7cが形成されている。そのため、波受けフロート7は側面視で略L字状に形成されている。波受け部7cで押し寄せる波を受けるとその力で波受けフロート7が持ち上げられ、ガイド部材8のガイド溝8dに沿って上昇し、波の力が弱くなったり0になったりすると、自身の重力によって降下する。
As shown in FIG. 3, the
図4において、波受けフロート7の裏面には例えば二条のラック部材11が上下方向に取り付けられている。そして、ラック部材11の外側に複数個、例えば4個のローラ12が回転可能に埋め込まれている。各ローラ12は裏面の例えば左右両側で上側と下側にそれぞれ設置されている。ローラ12は、波受けフロート7が上下動する際に上部コンクリート6または鋼板9に対する波受けフロート7の昇降運動をスムーズにすることができる。
なお、ローラ12は、波受けフロート7に代えて上部コンクリート6の前面6cに設けてもよい。
In FIG. 4, for example, two
The
図5において、上部コンクリート6の高所部6aにおける前面6cにはボックス状の空間14が形成されている。この空間14内には波受けフロート7の背面のラック部材11に噛合するピニオン15と、ピニオン15の回転を受けてその回転軸が直結されていて発電するための発電装置16が設置されている。1つの空間14内には波受けフロート7の二条のラック部材11に対応して2つのピニオン15と2つの発電装置16が設置されている。
しかも、波力発電装置1は、昇降する波受けフロート7、そして波受けフロート7の昇降をガイドするガイド溝8dを有するガイド部材8が表面に露出しているためメンテナンスが容易に行える。
In FIG. 5, a box-shaped
Moreover, in the wave
波受けフロート7の昇降動作に際して、波受けフロート7の上昇位置の上限を規定する上限ストッパーと降下位置の下限を規定する下限ストッパーを上部コンクリート6やケーソン4等に設置しておくとよい。これにより、台風や津波等の大波発生の際に過大な波の力で波受けフロート7のラック部材11がピニオン15から上方に外れたり、波受けフロート7の降下時にラック部材11がピニオン15から下方に外れたりすることを阻止できる。なお、上限ストッパーや下限ストッパーはガイド部材8のガイド溝8dに設けてもよい。ガイド溝8dに上限ストッパーや下限ストッパーを設けることで、波受けフロート7の昇降時に波受けフロート7がガイド部材8のガイド溝8dから脱落することを阻止できる。この範囲内の昇降であれば、ラック部材11がピニオン15から外れることも阻止できる。
When the wave-receiving
本実施形態による波力発電装置1は上述した構成を有しており、次に使用方法について説明する。本実施形態による波力発電装置1は例えば波の荒い日本海等の海岸に設置することが好ましい。
海岸等において、防波堤のケーソン4や上部コンクリート6等に波が打ち付ける。その際、押し寄せる波の一部は波受けフロート7の下部の波受け部7cに下から打ち付ける。波によって波受け部7cが押されることで波受けフロート7はガイド溝8dに沿って上昇作動し、ローラ12がスムーズな走行をガイドする。波受けフロート7の上昇移動に応じてラック部材11が上昇して噛合するピニオン15を回転駆動させる。ピニオン15の回転駆動によってその回転軸が回転して発電装置16で発電が行われる。
The wave
On the coast or the like, waves hit the
また、波受けフロート7が上昇しきった位置または上限ストッパーに停止した位置で波の力がなくなると、次に波受けフロート7はその自重によって降下し始め、ラック部材11と噛合するピニオン15が逆方向に回転する。これにより、ピニオン15の回転駆動によってその回転軸を介して発電装置16が回転して発電を行う。そして、降下位置で波受けフロート7は下限ストッパーによって停止させられ、ガイド部材8のガイド溝8dから外れることを防止できる。
このように、寄せては返す波の力によって波受けフロート7がガイド部材8のガイド溝8dのガイドによる昇降を繰り返すことで発電装置16による発電作業を行う。しかも、図6に示すように、ケーソン4の上部コンクリート6に配列した複数の波受けフロート7はそれぞれ波長や周期が異なったりずれたりする波を受けて個別に昇降することになる。
Further, when the force of the wave disappears at the position where the
In this manner, the
上述したように本実施形態による波力発電装置1によれば、構造が簡単であり、波受けフロート7やガイド部材8等、その多くが外部に露出しているのでメンテナンスが容易に行える。しかも、本実施形態による波力発電装置1は海岸に設置された既存のケーソン4を利用したり、あるいはケーソン4の新設時に波力発電装置1を組み込むことで、余分な基礎や新たな構造物を構築しないので短期間で設置でき、しかも設置コストが低廉である。また、複数台の波力発電装置1を容易に設置できるので設置効率が良い。
As described above, according to the wave
以上、本発明の実施形態による波力発電装置1について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
Although the wave
例えば、上述した実施形態では波受けフロート7の裏面にラック部材11を設けて、上部コンクリート6の前面6cの空間14にラック部材11に噛合するピニオン15及び発電装置16を設置した。しかし、本発明はこのような構成に限定されない。例えば、波受けフロート7の裏面にピニオン15と発電装置16を設け、上部コンクリート6の前面6cにラック部材11を設置してピニオン15と噛合させてもよい。
また、ローラ12は上部コンクリート6の前面6cに設けてもよい。波受けフロート7はその下部に波受け部7cを設けて側面視L字状に形成したが、波受け部7cは波受けフロート7の下部より上方に設置してもよい。あるいは、波受けフロート7の厚みを確保できて波を受けることができれば波受け部7cを省略してもよい。
また、上述した実施形態では波力発電装置1を海岸に設置したが、海岸から離れた海上に設置して波力を受けて発電するようにしてもよい。
なお、上部コンクリート6は波受け部材に含まれ、波受けフロートはフロートに含まれる。
For example, in the above-described embodiment, the
Alternatively, the
Further, although the
The
1 波力発電装置
4 ケーソン
6 上部コンクリート
6c 前面
7 波受けフロート
7b 薄板部
7c 波受け部
8 ガイド部材
8d ガイド溝
11 ラック部材
12 ローラ
14 空間
15 ピニオン
16 発電装置
1 wave
Claims (5)
前記波受け部材の前面に設けられていて波の力で昇降可能なフロートと、前記フロートの裏面に設けられたラック部材またはピニオンと、前記波受け部材に設けられていて前記ラック部材に噛合するピニオンまたは前記ピニオンに噛合するラック部材と、
前記ピニオンに連結されていて該ピニオンの回転によって発電する発電装置と、
を備え、
前記フロートは、四角形板状であって、下部に波を受ける突部状の波受け部が形成されており、
前記波受け部材の前面には、前記フロートを摺動可能に支持するガイド溝を有するガイド部材が設けられており、
前記ガイド部材は、前記波受け部材よりも高さ方向の長さが短い、
ことを特徴とする波力発電装置。 a wave receiving member that receives waves;
A float that is provided on the front surface of the wave receiving member and can be raised and lowered by the force of the waves, a rack member or pinion provided on the back surface of the float, and a rack member that is provided on the wave receiving member and meshes with the rack member. a pinion or a rack member meshing with the pinion;
a power generator connected to the pinion and generating power by rotation of the pinion ;
with _
The float is in the shape of a rectangular plate, and has a projecting wave-receiving portion for receiving waves at the bottom,
A guide member having a guide groove for slidably supporting the float is provided on the front surface of the wave receiving member,
The guide member has a length in the height direction shorter than that of the wave receiving member,
A wave power generation device characterized by :
前記フロートの降下位置の下限を規定する下限ストッパーと、 a lower limit stopper that defines the lower limit of the lowering position of the float;
を備える請求項1記載の波力発電装置。 The wave power generation device of claim 1, comprising:
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