JPH01136896A - 波力推進船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は漁船や小型船など外海域で航海する船舶、お
よび無人の洋上の位置保持ベークル等、海上て長期間行
動するものを利用分野とするものである。

従来の技術 本発明者等は、波力発電の出力向上の研究の結果、昭和
６１年特許願第７２４２８号「高性能波力発電ライ」な
どの発明を行い主に海の波を利用して発電する研究に従
事してきた。

波力推進船は波力発電と似た分野を多く含み、特に空気
タービン装置など技術の転用できる分野は多くある。し
かし、係留され発電し陸上に送電する波力発電は自由に
海上を航行する船とは異った分野である。

波力を利用して推進する従来の技術は日本にはその実例
に乏しく、水槽テストにおいて一部波に対し前進する浮
体形状（羽根型）のものにつき東海大学の例を聞くのみ
である。国外てはノルウェーにおいてウェールズタービ
ンの翼に似た原理でボートを４ノツトにて進めた例があ
ると聞くか未だ実用されていない。

発明か解決しようとする問題点 船を波力て推進するためには、航行する船舶上で海の持
つ波力を吸収し効率よく動力に変換せねばならない。

次に船体形状か推進抵抗の少い形状でなければならず、
特に船首か水切りのよい形状でなければならない。

また波力は自然力であるので変動性か大きく、これに対
応して常にどの方向へも走れるものてなければならない
。そのために他のエネルギーとの組合せも考えねばなら
ない。

問題点を解決するための手段 本発明の波力推進船においては、上記問題点を解決する
ための手段として （１）　　波力の吸収効率を向上するために波力発電ブ
イの研究を通じ改良された後曲げダクトブイをもとにし
て効率よい波力の吸収がはかられた。

（２）　　但し、波力発電ライにくらべ波力推進船は船
首形状に対する要求がきびしく、変換効率をおとすこと
なく、水抵抗力を下げるために、横からみれば矩形状で
上から見れば三角状の空気室か浮力室より前方の船首最
先端に配置された。

（３）　　波の変動性や波力の利用効率の波方向による
変化に対処するために、波力動力を発電機を介しバッテ
リーに貯えモーターで推進機を回転することや、帆を船
にもたせ、波力と風力を並用することが採用せられた。

実施例 第１図はこの発明の一実施例を概念的に示す側断面図て
あり、第２図はその平面図である。

波力推進船は浮力室ｌて浮んでいるが、この浮力室は細
長いものである。この下に水平ダクト２か取付けてあり
、これは船尾に開口する水平方向に長い中空のダクトて
あり、内部は水が充満している。この水平ダクト２は浮
力室ｌの前端において上方に直角に曲げられ空気室３を
構成する。空気室３は上面より見ると三角形に近い鋭く
とがり流れによる流体抵抗力か小さくなるような形状を
しており、これにより小さな推進力でも速度が出せる。

しかし一方では空気室内部の水柱の上下方向の振動運動
を助長するために、横から見ると矩形状の形状をして空
気室３内の水面の面積は水平ダクト２の断面積と略同じ
面積を持っており、これにより空気室３と水平ダクト２
を含み、船尾の開口部より出入する海水の振動周期はそ
の長さにより一つの振動周期を持つことになり、その周
期は長さの平方根に比例して長くなる。空気室３は浮力
室１の前方に位置しており、船のピッチングにより大き
な相対波高か空気室３の内部でおこり、上面の空気を圧
縮吸引する。

この空気力はダクト４を通り外気との間の空気流となる
が、それは空気タービン５によりタービン軸の高速回転
となり、減速機６を介し減速された軸回転は軸７により
船底船尾まて伝達せられ、プロペラ８を回転する。プロ
ペラの水を押す力はプロペラ保持金物９を介して船体を
前進させる。

この時、船尾についた舵１０は舵棒１１を動かすことに
より船の方向を一定に保つ。なお水面１２および進行方
向１３を第１図の図中に示しである。

以上の波力推進船において、空気タービン５はどのよう
な空気タービンても使用することができる。現在波力発
電機用の空気タービンとして衝動型空気タービン、ウェ
ールズタービンまたはマコーミックタービンなどがあり
、空気流の方向か変るのを一方向にする弁システムも衝
動タービンでは使用されている。

第１図に図示しであるのは多段のウェールズタービンで
ある。

次に第３図に多段のウェールズタービンについての概略
説明を行う。ダクト４の内部において、軸受保持金物１
４．１５により保持された軸１６には２個のウェールズ
タービン１７．１８か取付けられ、往復する空気流にか
かわらず軸１６を一定の方向に回転させる。この２段の
ウェールズタービンを用いると、−段のウェールズター
ビンの回転数の１／１２に回転速度か落ちる。このこと
は減速機６の減速比を低くおさえるのに効果が大きく、
かつウェールズタービンの周速を低くおさえられ使用材
料を普通のヒトロナニュームでよく、特殊鋼を使う必要
かなくなり効果か大きい。

減速ａ６は一般に２０００ｒｐｍを５０゜ｒｐｍ程度の
プロペラ回転とせねばならぬので１段のギヤーてよく、
当然可変速ギヤーとすることもありうる。

第１．第２図は空気タービン５で直接プロペラ８を回転
する例であるが、第４図に示すものは、波力発電のとき
と同じく、空気タービン５て発電機１９を回転して発電
した電力をバッテリー２０に貯え、モーター２１を介し
てプロペラ８を回転するものでこの方法をとれば、波の
変化、さらに波の方向の変化による出力の変化などに対
応することか可能となる。但しバッテリーの効率が加わ
り利用できる波力は少くなるであろう。

第５図、第６図には現在研究ずみの浮体形状について示
す。これは円筒形ダクト２３を持ち、空気室２４は円形
断面でありこのままては流体抵抗力は少し大きく速力は
余り出せない。しかし、この形状では空気出力や抵抗係
数などを水槽て測定しであるのでそのデータを後に示す
。

船首を鋭くし、流体抵抗力を低く押える工夫はいろいろ
と試みられた。

第７図に示すのは空気室３の前部に斜の斜面をもった前
部三角浮室２５を取付けた場合の例である。第８図にそ
の変換効率を示すかこの第７図の矩形状のブイにおいて
、この前部三角浮室２５をつけた時の変換効率（ブイの
巾当りの被入力に対するノズルを通る空気出力）は点線
で示すように、最大３０％にすぎず、これに対し、この
前部三角浮室２５を取ってしまった時は実線て示すよう
に、変換効率は１００％に近づき、前部に浮力室を持つ
ことの悪い影響を実証している。すなわち、本発明にお
いて空気室を浮力室ｌの前方、すなわち船首におく必要
性は大であることを示している。

次に別のモデルで空気室を上方に垂直でなく、斜方向に
曲げることを試みた。

第９図において、浮力室ｌの下において水平ダクトは浮
力室の前端において斜６０″位に断面積を一定のまま曲
げられ、斜空気室２６としてテストされた。その結果も
大巾な変換効率の低下を記録し、空気室は上方向に垂直
に配置することか重要であることか判明した。これは振
動水柱として水が上下するとき斜になると水面かもとに
返る復元力か小さくなり振動しなくなるからである。

次に第８図のデータについて説明する。これは第５図、
第６図に示した円筒形の水平ダクトと空気室をもつ全長
２．４ｍの後曲げダクトブイての発電実験の記録である
か、ダクトの出口が後向きの時には実線に示すようにピ
ークで１００％を越す変換効率が得られる。しかし、逆
のダクトの出口か前向きのときは点線に示すようにピー
クで２５％と大きな変換効率の減少か起っている。

このことは本発明の波力推進船は波に向って走るときに
最も効率よい波力を吸収できるが、波を後して走るとき
は効率が悪いことを意味している。

一方帆は風を後から受ける場合か一番効率よく、横から
でもよいか前からの風では走りにくい。また風と波は一
般に方向が同じであるので帆と波力タービンの並用は魅
力あるものである。

第１１図はその実施例を示すものであり、空気タービン
５によって発電ｆｉ１９を動かし、発電力はバッテリー
２０を介し平滑化してモーター２１を回しプロペラて推
進するとともに、帆２７．２８．２９を船につけること
により風又は波を横又は後にうける方向へは主に帆によ
り、波に向っては主に波力により推進することかてきる
。

発明の効果 波力推進船の大きさと推進力、速力などについて主に第
５図と第６図の形状をもった波力発電ブイの実験データ
ーをもとに推定してみる。

水槽試験のデーターでは長さ２．３ｍ巾０．６ｍの円筒
ダクトの直径０．６ｍの約３００ｋｇの鉄板製ブイて周
期２．３秒、波高２０ｃｍで２０ワット程度の発電出力
が得られている。周期２．３秒は完全に内海の波であり
、外海では６秒位の波周期か一番多い波である。

いま、波高を水槽波の６倍の１．２ｍ、波周期をβ−倍
の６秒、船体も６倍のものを考え、長さ１４ｍ巾３．６
ｍに相似に大きくすると、発電出力は５ｃａｌｅの３．
５乗て増加して２２０倍Ｘ２０Ｗａｔｔで４．４ＫＷと
なる。

波周期６秒で１．２ｍは小波であり、この２倍の２．４
ｍでは１５ＫＷの出力と予想せられる。

ＫＷ当９２０ｋｇの推力とみれば波高１．２ｍで９０ｋ
ｇ、波高２．４ｍで３００ｋｇの推力であり、抵抗係数
０．１として、断面積１０ｍ２とみて、１．２ｍの波高
て１ｍ／ｓ（２ノツト）、波高２．４ｍで２．４ｍ／ｓ
（５ノツト）位で波に向って走る能力かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施８１例を示す側断面図、第２図は
同じく平面図、第３図は要部拡大図であり、第４図は実
施第２例の側断面図、第５．６゜７．９図は模型の説明
図、第８．１０図は性俺曲線図であり、第１１図は実施
第３例の斜視図である。 図中の符号はそれぞれ下記部材を示す。 ｌ：浮力室　　　　　２：水平ダクト ３：空気室　　　　　４：ダクト ５　空気タービン　　６：減速機 ７、軸　　　　　　　８：プロペラ ９：保持金物　　　ｌＯ：舵 １１：舵棒　　　　　１９：発電機 ２０：バッテリー　　２１：モーター ２７．２８．２９、：帆 特許出願人　　西　　川　　公　　− 同　　　　　　益　　　　１）　　孝　　　彦ｒ 代　理　人　　　小　　　橋　　　　　　　　男　１−
２お− 第３図 ４ダクト ＋６１７１８ ウェールズタービン 〕１ 一 ８プロペラ 第５図 ２３水平ダクト 第６図 第７図 ３空気室　　　　　　　２水平ダクト ％　　　第８図 一秒　（波周期）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、海面に浮かび航行する船または航行する無人のベー
   クルにおいて、船体の長い浮力室の下方に船尾に開口す
   る水平方向に長いダクトを設け、該ダクトは浮力室の前
   方において垂直上方向にその断面積を余り変えることな
   く曲げられ船首部分を構成し、該ダクトが上面よりみて
   三角形状に近い抵抗の少い形状をもち、かつ側面より見
   て矩形状に近い形状を持つことにより、ダクト内の水の
   振動運動を助長して波力を空気室上面の空気出力として
   取出し、空気タービンを介し動力として推進機を回転し
   、船を推進するようにしたことを特徴とする波力推進船
   。 ２、特許請求の範囲１に記載の波力推進船において、前
   記空気タービンとして多段ウェールズタービン等比較的
   低速な空気タービンを用いることによりプロペラへの減
   速比を小さくとりうることを特徴とする波力推進船。 ３、特許請求の範囲１に記載の波力推進船において、波
   力の変換効率が波方向により大きく変ること、および波
   力そのものが自然力の特徴として変化すること等に対処
   するため、空気タービンで発電機を動かし、これをバッ
   テリーに貯えて平滑化しながら、プロペラをモーターで
   駆動することを特徴とする波力推進船。 ４、特許請求の範囲１に記載の波力推進船において、波
   を後又は横から受けるときの波力出力の減少を補うため
   に、帆による風力の利用と組合せ、通常風方向と波方向
   は一致すること、および帆は風を後又は横から受けると
   き最もよく船を推進することを利用し、自然力によりど
   の方向へも自由に走ることを特徴とする帆を持った波力
   推進船。