JPH02112516A - 波浪エネルギー吸収装置 - 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、海洋の波浪エネルギーを空気エネルギーに
変換してエアータービンを回し２発１！を行なう波力発
電システムにおいて、　　ｉｔＢ洋の波浪エネルギーを
空気エネルギーに変換して吸収する手段として使用され
る波浪エネルギー吸収装置に係り、さらに云えば、海中
に固定して使用される固定式の波浪エネルギー吸収装置
に間する。

従来の技術 従来、波浪エネルギー吸収装置としては、ブイの如く海
面に浮動させて使用する浮動式（又は浮室型、船型とも
云う）のエネルギー吸収装置が知られている。一方、固
定式で大規模な実用電力発電用としては、第１０図に示
したケーソン型の波浪エネルギー吸収装置が公知である
。

このケーソン型波浪エネルギー吸収装置は、海底の根固
めブロックａの上に築造したコンクリートケーソンｂに
空気ピストン室Ｃを設け、空気ピストン室Ｃのうち海上
に突き出た部分にエアータービン、発電機等の機械室ｄ
を設置した構成とされている。

また、実公昭５４−１２１１４号公報に記載されている
ように、消波工をくり抜いて空気ピストン室を形成し、
その上端部に発電装置を設置した波力発電装置も公知で
ある。

本発明が解決しようとする課題 波力発電は、離島や辺境地なと既存の電力網からの電力
供給が困難な地域の電力源として、又は例えば水産業と
組み合わせたローカルエネルギーとしての利用に大きな
ｌ１ＩＩ待が寄せられている。それ故に、安価で質の良
い、しかも長期的に安定した発電ができる固定式波力発
電システムの有効性が）土日されている。

ところが上記第１０図のケーソン型波浪エネルギー吸収
装置の場合は、構造及び装置が大形（例えば第１０図の
紙面と垂直方向の長さはおよそ２０ｃｍぐらい〉であり
、イニシャルコストとしての施工費が高いという欠点が
ある。しかも波浪エネルギー吸収装置としては構成が独
立した単体の集合になっていないため、一箇所だけ破損
した場合でも全体の働きを停止しない限りその点検・補
（１１ができないというメンテナンス上の問題が深刻で
ある。また、海中にコンクリートケーソンｂを設置する
関係上、複雑な地形のｉ＃域に設置、施工することには
適しておらず、離島や辺境地なと波力発電が真に必要な
地域での活用が制限されるという重大な問題点もある。

さらに、従来の例えば実公昭５４−３２１１４号公報に
記載された波浪エネルギー吸収装置の弁機構部には、所
謂バタフライ弁を使用しているため、精度が低くエネル
ギー吸収率が低い。しかも弁の破損頻度が高く、点検修
理に手間ががかる。

その上、弁の開田時の騒音が激しいという欠点があり、
これらが解決すべき！！！題となっている。

したがって、本発明の目的は、単体として構成が個々に
独立しており、よって必要な電力に対応する最適規模（
基数）の設計、施工が容易に可能で、しかも構造体とし
ては）阿底に置くだけのテトラポットの如き重力式又は
海底に打ち込んだｉｌｌ管杭等の選択的使用が可能で、
対象海域の条件（水深、地盤条件など）に応じた設計、
施工ができること、そして、点検修理の必要によっては
弁機構部の機械部分を取り替え修理ができ、しかも弁機
構部は耐久性に優れ、騒音も少ないボール弁で構成した
波浪エネルギー吸収装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 上記従来技術の課題を解決するための手段として、この
発明に係る波浪エネルギー吸収装置は、図面の第１図〜
第９図に実施例を示したとおり、海中に固定し、波浪エ
ネルギーを空気ピストンにより空気エネルギーに変換し
て吸収する波浪エネルギー吸収装置において、 海底１に固定され、海水の出入口３を有し、空気ピスト
ン室４を形成した構造体２と、この構造体２の向上に突
出した上端部に、空気ピストン室４の一部を形成するケ
ーシング５によって取り付けられた、空気の吸・排気弁
を有する弁機構部６とから成るものとした。

特に、弁１１１部６は、ケーシング５に送気管７と吸気
管８を設け、吸気管８には大気への開口部９に設けた弁
座１０と、空気ピストンの吸入圧により弁座１０から浮
上し、自重量で弁ｒ４？１０へ着座するボール１１とか
ら成る吸気弁１２を設けた。

そして、送気管７にはその入口部１３に弁座１４を設け
、空気ピストンの送気圧で弁座１４から浮上し、自重量
で弁座１４へ着座するボール１５とから成る送気弁１６
を設けた構成を特徴とする。

作　　　　　　用 波浪が高低に変化すると、構造体２の出入口３がら空気
ピストン室４内に進入している海水の水面１７も上下に
変動し、それが故に圧縮、吸入のピストン動作を呈する
。

第１図Ｂのように波高が高くなると水面１７が上昇して
圧縮行程となり、空気ピストン室４内の空気は圧縮され
る。−室以上の圧縮空気圧で送気弁１６のボール１５は
弁座１４から押し上げられて間き、圧縮空気は送気管７
へ送り出される。このとき、吸気弁１２のボール１！は
その自重量と前記圧縮空気圧で弁座１０へ押し付けられ
て全閉状態を保つ。

逆に、第１図Ａのように波高が低くなると、空気ピスト
ン室４内の水面１７が下がり、吸入１テ程となる。この
とき送気弁】６のボール１５は、自重量と吸入圧とで下
がり、弁座１４へ密着して全閉状態となる。一方、吸入
弁１２のボール１１は、前記吸入圧によって弁座１０か
ら浮上させられて間き、間口９から外の空気が吸入され
る。以下この吸入行程と圧縮行程のくり返しにより、波
浪エネルギーは空気エネルギーに変換されてとんとん吸
収され、へ・ンダーバイブ２３を通じて定圧化タンクへ
送り込まれるのである。

この波浪エネルギー吸収装置は、必要な電力に応じた基
数をヘッダーバイブ２３に接続して集合させることで規
模の大小を如何ようにでも設計、施工できる。

弁機構部６は、構造体２に対して着脱して点検１１理を
行える。

構造体２には消波工を兼ねさせることも可能である。

実　　施　　例 次に、図示した本発明の詳細な説明する。

まず第１図Ａ、　　Ｂは、この発明に係る波浪エネルギ
ー吸収装置の構成原理と、吸入、圧縮行程を簡単に示し
ている。そして、第２図と第３図がその具体的な実施例
を示している。海底１に垂直に打ち込んで固定した鋼管
２を構造体としており、この鋼管２の）苺面下約１０〜
２０ｃｎ＋ぐらいの位置に、海水の出入口３の上端口縫
部が間口されている。波浪エネルギーの最も大きい部分
を吸収するためである。この出入口３の下端口縁部の位
置からは奥行き方向に約４５°ぐらい（又は条件により
３０°〜６０°ぐらい）の登り傾斜で受圧板１９を設置
し、この受圧板１９より上方の鋼管中空部が空気ピスト
ン室４に形成されている。出入口３から出入りする海水
の運動は、受圧板１９によって効素的に上向きの運動に
変換され、空気ピストン室４内の水面１７が上下してピ
ストン作用を効果的に行なう。第１図Ａのように水面１
７が下降する時が吸入行程で、第１図Ｂのように水面１
７が上昇する時が圧縮行程である。第３１２Ｉ中の２０
は鋼管２を海底１へしっかり根固めするコンクリートブ
ロック及び水中コンクリートである。

鋼管２の外径はおよそ２　、　Ｉ　ｍぐらいである。

鋼管２の海上へ突き出た上端部に、空気吸入弁１２と送
気弁１Ｇとを有する弁機構部６が取り付けられている。

この弁機構部６は、第４図と第５図に詳示したように、
鋼管２の空気ピストン室４の一部を形成する（または上
蓋を形成する）ケーシング５が主体をなす。このケーシ
ング５は、外径が約２ｍ、高さが８００ｍｍぐらいの大
きさであり、鋼管２に対しては、第７図に示したように
鋼管２の上端部内周に突設したフランジ２】の上に載せ
て溶接し、さらに外周隙間をコーキング材２２て充填し
空気漏れを防止した構成で取り付けられている。

ケーシング５には、その中央上部に上向きの送気管７を
ジヨイント３０により接続して設け、この送気管７が第
２図のようにヘッダバイブ２３と接続され、図示を省略
した陸上の定圧化タンクと接続されている。また、ケー
シング５の周側面には、円周を４等分した４箇所の位置
に４個の短い吸気管８が９０６のベンド管をジョイン）
３１により接続して下向きに設けられている（第４．６
ｒＭ）。

送気管７の入口部１３には、第６図に詳細を示したよう
に、垂直上向きに弁座１４を設け、この弁座１４に着座
するボール１５とで送気弁１６が構成されている。ボー
ル１５は、空気ピストンの圧縮行程による圧縮空気圧が
一定値以上になると弁座１４から押し上げられて浮上す
る軽量な、かつ適度な剛性をもつ合成樹脂ボールが使用
されている。ボール】５の外径は３５０ｍｍぐらいであ
る。

弁座１４の少し上方の位置には、圧縮空気圧で浮上した
ボール１５が水平方向へむやみに移動（ブレ）すること
を防止し、かつ上昇限度を３００１１１１ｍくらいに拘
束する規制枠２４が設置されている。

したがって、空気圧が一定値以下に低下すると、ボール
１５は自重量によって垂直下方へ落下して確実に弁座１
４へ着座し、送気弁１６は全閉となる。ボール】５は、
吸入行程の吸入圧に十分耐える剛性をもつものとされて
いる。

次に、吸気管８には、第７図に構造詳細を示したように
、大気への開口部９に垂直上向きの弁座１０を設け、こ
の弁座１０に対して着座するボール１１とで吸気弁１２
が構成されている。ボール１１は、吸入行程の吸入圧で
弁座１０から浮上されて吸気弁１２を間き、吸入圧が一
定値以下になると自Ｍ塁で降下し弁座１０へ着座して吸
気弁１２を全閉とするように軽量な、かつ適度な剛性が
ある合成樹脂ボールが使用されている。ボール１１の外
径は３５０ｎｖぐらいである。弁座１０の少し上方の位
置には、吸気圧で弁座ｌＯから浮上したボール１１の上
限位置を規制し、かつ浮動するボール１１が水平方向に
フラツジと動き回る不都合を規制する規制枠２５が設置
されている。

したがって、波高が高くなり空気ピストン室４内の水面
１７が上昇する圧縮行程においては、その圧縮空気圧で
送気弁１６のボール１５は弁座１４から押し上げられて
開き、圧縮空気は送気管７へと送り出される。このとき
、他方、吸気弁１２のボール１１は、前記空気圧で弁座
１０へ押し１寸けられて全閉状態を深つ。

逆に、波高が低くなり、空気ピストン室４内の水面１７
が下がる吸入行程では、送気弁１Ｇのボール１５は自重
量と吸入圧とて下がり、弁座１４へ密着して全閉４）：
態となる。一方、吸入弁１２のボール１１は、吸入圧に
よって弁座ｌＯから浮上させられて間口９を間き、間口
９から外の空気が吸入される。以下、こうした吸入行程
と圧縮行程の繰り返しにより、波浪エネルギーは空気エ
ネルギーに変換されてとんとん吸収されるのである。

吸気弁１２及び送気弁１６の開閉は、それぞれボール１
１、　】５が上下に動くだけて機械的な運動をする部分
は一切ないから、故障の心配がなく、耐久性に優れる。

また、弁の開閉は、ボール１１又は１５が弁座１０又は
１４に対して着脱する動きだけであるから、機械的運動
に起因するような騒音は発生せず、ごく静かに作動する
。

この波浪エネルギー吸収装置は、送気管７をヘッダーバ
イブ２３と接続し、又は同送気管７をヘッダーバイブ２
３から分離することによって電力需要に応した規模（基
数）で設計、施工を行える自由度がある。とりわけ施工
後においても規模の拡大又は縮小を簡単に行える自由度
がある。また、点検修理に際しては、該当する単体だけ
をヘッダーバイブ２３から切り離し、他の波浪エネルギ
ー吸収装置は働かせたまま行える。弁機構部６の該当す
る点検修理の箇所を例えばジヨイント３０．３１を切り
離すことで取り外してメンテナンスを行なうことができ
る。場合によっては弁機構部６をそっくり新しいものと
交換すること、又は故障した送気弁１６あるいは吸気弁
１２の部分だけを新しいものと交換して修理することも
てき、メンテナンスが自在かつ容易である。

その他の実施例 構造体としては、上記鋼管杭２の他に、単に海底１上に
着底させるにすぎぬテトラボッドの如き消波工その他を
選択して使用することができる。

例えば第８図のように海中の防潮堤３２の前面ＩＩ＋、
又は第９図のように新設の防波護岸；３３の前面にそれ
ぞれ消波工の代わりに構造体２を設置して実施すること
もできる。要するに、対象海域の条け（水深、地盤条件
など）に応じた施工が可能であるし、また、構造体２に
消波、砕波等の付加的作用効果を１ｌＪｌ待することが
できるのである。

本発明が奏する効果 以上に実施例と併せて詳述した通りであって、この発明
に係る波浪エネルギー吸収装置は、その構造が単体とし
て小形であり、イニシャルコストが安い。しかも、現実
の波浪エネルギー吸収装置としては、へ・ンダーバイブ
２３の使用により、構成が独立した単体の集合施設とし
て実施出来るので、必要な電力量に対応する最ｉＩ！規
模（基数）の設計施工が容易に可能である。しかも施工
後においてさえも電力需要の変動に応じて施設の増設、
縮小をかなり自由に行える自在性があり、極めて実用的
で経済性が高いのである。

また１点検修理に際しては破損した単体だけを１ＩＩＩ
１１：停止させてその補修を行なうことができるという
メンテナンス上の便利さがある。また、弁機構部６と構
造体２どは分離可能で、点検修理の必要によっては弁機
構部６をそフくり、又は故障した吸気弁！２とか送気弁
１６だけを新しいものと交換して峰理できる便利さがあ
り、この意味でもメンテナンスがきわめて容易である。

その上、波浪エネルギー吸収装置を構成する弁機構部６
の吸気弁１２及び送気弁１６は、ともにボール弁である
ため、精度が良く、エネルギー吸収率が高い上に弁が破
損する心配はほとんどなく、耐久性ヒこ優れている。さ
らに弁の開閉時の騒音も低くて公害Ｗ４ｕが起きる虞も
ない。

しかも海中に構造体２を１９管抗又はテトラボッドの如
き消波工なととして設置すれば良いので、複雑な地形の
海域に設置、施工することにも適し、離島や辺境地なと
波力発電が真に必要な地域での活用が期待できるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

３Ｒ１１！ＩＡ、Ｂは本発明に係る波浪エネルギー吸収
装置の構成原理と吸入、圧縮行程を示したｌｌ！ｉ：図
、第２図と第３図は同波浪エネルギー吸収装置の実施例
を示した正面図と側面図、第４図と第５図は弁機構部の
詳細を示した平面図と正面図、第６図は送気弁の詳繕を
示した拡大断面図、第７図は吸入弁の詳細を示した拡大
断面図、第８図と第９図は本発明の異なる実施例を示し
た断面図、第１０図は１に来例の断面図である。 １・・・海底　　３・・・出入口　　４・・・空気ピス
トン室２・・・構造体（鋼管）　　５・・・ケーシング
６・・・弁機構部　　　　　７・・・送気管８・・・吸
気管　　　　　　９・・・間口部１０・・・弁座　　　
　　　１１・・・ボール１２・・吸気弁　　　　　１３
・・・入口部１４・・・弁座　　　　　　１５・・・ボ
ール１６・・・送気弁 第　　１　図　Ａ 第１図Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］海中に固定し、波浪エネルギーを空気ピストンに
   より空気エネルギーに変換して吸収する波浪エネルギー
   吸収装置において、 海底に固定され、海水の出入口を有し、空気ピストン室
   が形成された構造体と、この構造体の上端部に、空気ピ
   ストン室の一部を形成するケーシングによって取り付け
   られた、空気の吸・送気弁を設けた弁機構部とから成り
   、 弁機構部は、ケーシングに送気管と吸気管を設け、吸気
   管には大気への開口部に設けた弁座と、空気ピストンの
   吸入圧により前記弁座から浮上し、自重量で弁座へ着座
   するボールとから成る吸気弁を設けてあり、送気管には
   その入口部に弁座を設け、空気ピストンの送気圧で前記
   弁座から浮上し、自重量で弁座へ着座するボールとから
   成る送気弁を設けた構成であること、 を特徴とする波浪エネルギー吸収装置。