JPH04209972A - 波動発電装置 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、水域において浮遊し、
波の上下動による運動を利用して、電力を発生する波動
発電装置に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】水域、例えば海上に設置したブイなどの
フロートが波によって上下運動するのに着目し、この上
下動を利用して発電を行う装置として、特開昭４７−２
２０９９、５４−５０７４３．５６−１２０６４．５８
−１８３８７２　、６０−２０５６７、６１−２２６５
７２　、６２−４１９７４号公報などによって知られて
いる。 ［０００３］ここで、上記公報によって提案されている
波動発電装置の代表例を、図４及び図５に基づいて説明
する。 ［０００４１図４では、下面を水中に開放した空気ピス
トン室２００を海上に設置し、その上端開口部２０２に
タービン２０４を設けると共に、そのタービン２０４の
回転により発電機２０６を駆動するものである。この装
置の発電原理は、空気ピストン室２００の内外の水位が
、波の上下動によって落差Ｈを生ずるので、この落差Ｈ
に起因して前記空気ピストン室２００内外の気圧が変動
することを利用して、前記タービン２０４を駆動するも
のである。 ［０００５］一方、図４に示す波動発電装置は、海底に
打ち込んだ支柱２１０に対して、水面近傍にて上下動可
能なブイ２１２を設けている。発電機を内蔵する格納室
２１４は、前記支柱２１０の上端に固定され、スライド
ロッド２１６を介して前記ブイ２１２を上下動自在に支
持している。 ［０００６］前記スライドロツド２１６と一体的に上下
動可能なラック２１８が前記格納室２１４内部に設けら
れると共に、このラック２１８に対して噛合するピニオ
ンギヤ２２０が設けられている（ラック２１８及びピニ
オンギヤ２２０は、スライドロッド２１６の数に対応し
それぞれ２個ずつ設けられている）。そして、波によっ
て前記ブイ２１２が海面において上下動すると、この上
下動はスライドロッド２１６を介してラック２１８に伝
達されこのラックの移動によってピニオンギヤ２２０を
回転し、この回転により図示しない発電機を駆動するも
のである。 ［０００７］

【発明が解決しようとする課題】図４に示す波動発電装
置では、空気ピストン室２００内の圧力の変動を利用し
て動力を発生させるものであるが、原理的にも前記落差
Ｈが１ｍの場合に、０．１気圧の差圧しか発生させるこ
とができない。また、タービン２０４が設置される上端
開口部２０２の径が大きいとタービン２０４を回転駆動
する圧力が小さくなり、径が小さいと１サイクルにて空
気ピストン室２００内の空気が抜は切らず、また空気ピ
トスン室２００内に入る際の水の抵抗、空気ピストンの
慣性などに起因して、装置の規模の割には発生するエネ
ルギーパワーが少ないという問題があった。 ［０００８］また、この波動発電装置を津波対策などに
対処するため海上にて固定するためには、相当大がかり
な固定手段を用いる必要があり、膨大な費用が掛るとい
う問題があった。 ［０００９１次に、図５に示す装置では、ブイ２１２の
上下動を利用する場合には、例えば１ｍ３の海水を排除
できるブイ２１２を設置した場合に、１．１　ｔの浮力
が生じ、このうちの有効波動浮力を利用することにより
、かなりの発電エネルギーが得られる点で図４に示した
装置よりも発電効率が優れている。 ［００１０］Ｌかしながら、この装置では、ブイ２１２
が海面上で常に浮動することができるように設置する必
要があるため、支柱２１０を海底に打ち込み固定する必
要があるが、その設置箇所の水深に対応した長さの支柱
２１０が必要であり、また安定して固定させるために支
柱２１０の先端を海底に相当な長さ埋設させる必要があ
る。従って、設置作業が煩雑なものとなり、費用も膨大
となるという問題がある。 ［００１１３更に、海上の水位は干潮、満潮により異な
り、かつこの際の波動をも考慮すると、海上の水位は年
間で５ｍはど相違することがある。このような状況にお
いて図５に示す波動発電装置が年間を通じて波動を利用
した発電を良好に行うためには、上記ラック２１８の有
効歯部長さを５ｍ程度確保しなければならない。しかし
ながら、このような長さを確保すると干潮時においては
その長さ分だけ海上から装置が突出することとなり、構
成上好ましくなく実用上問題があった。 ［００１２１本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、その目的は水域における
波動エネルギーを効率良く用いて発電を行うことができ
ると共に所定水域への設置を容易に行うことのできる波
動発電装置を提供することにある。 ［００１３］

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明に係る波動発電装置は、水域にて浮遊可能なフ
ロートと、このフロートを上下動自在に支持し、前記フ
ロートとスプリング手段を介して結合されたポールと、
このポールの下端側に固定され、前記ポールの軸方向が
略鉛直方向となるように重心調整するバランサーと、水
域の波動による前記フロートと前記ポールとの上下方向
の相対変位に基づき回転される回転体とを有し、前記回
転体の回転に基づいて発電を行うことを特徴とする。 ［００１４］

【作用】上記構成によれば、フロートの浮力を受けて水
域を浮遊するポールは、上記フロートによって付勢手段
を介して柔軟支持され、かつバランサーによって水域底
に対して略鉛直の姿勢を保って浮遊する。 ［００１５］従って、浮遊中において、水域の波動によ
ってこの波動発電装置が上下動する場合、上記フロート
とポールとはそれぞれの慣性力の相違などによって異な
った運動を行う。すなわち、フロートは波動に敏感に反
応して上下動を行うが、ポールはフロートの動きに対し
より緩慢な動きでかつその運動量は少ない。従って、こ
の波動発電装置が水域において浮動する場合に、フロー
トとポールとはその波動によって相対的に変位すること
となる。そして、この両者の相対変位を所定の運動に変
えるため、フロート側またはポール側に回転体が取り付
けられており、この回転体の回転動作を発電作用に用い
ることができる。 ［００１６］また、本発明では、ポール、バランサー更
に回転体などの波動発電装置構成部材は全てフロートの
浮力によって水域を浮遊し、かつポールはバランサーに
よって常に適正な姿勢を保つことができる。従って、波
動発電装置を設置するための機構は基本的に不要となり
、装置の設置の容易化が図られる。 ［００１７１更に、この波動発電装置を所定の領域の水
域に設置する必要がある場合でも、本発明装置に碇を取
り付けた鎖などを取り付け、碇を水域底に落下させてお
くことによって簡単に所定領域に本発明装置を浮遊させ
ておくことができる。 ［００１８］

【実施例】以下、本発明の波動発電装置を海上の所定位
置を船舶などに知らせるための発光体の電力発生手段と
して用いた実施例について図面に基づいて具体的に説明
する。 ［００１９］まず、図１は第１の実施例の全体構成の概
略を示しており、図２は同じく第１実施例の水域浮遊中
の外観図を示している。 ［００２０１図において、フロート１０は軸受体１０ａ
を介してポール１２に上下方向に摺動可能に支持され、
かつ、スプリング手段であるコイルスプリング１４を力
して取付けられている。 ［００２１１すなわち、ポール１２の上部外周に所定輌
囲で形成された雄ネジ１６にスプリング取付筒１８の劇
ネジ１８ａをネジ結合させて取付け、このスプリング司
付筒１８の下端面をコイルスプリング１４の上端スト・
ンパとし、フロート１０と一体的な前記軸受体１０ａの
土端面をコイルスプリング１４の下端ストッパとしてし
゛る。従って、水域中においては、ポール１２はコイル
スフリング１４を押し下げながらフロート１０の浮力に
よって水域中を浮遊することとなる。すなわち、ポール
１２は水域中においてはフロート１０によってコイルス
フリング１４を介して柔軟支持されていることとなる。 ［００２２］上記スプリング取付筒１８は、雄ネジ１６
に対する結合位置を調整することによりポール１２に刻
して上下動させることができる。この上下動は、第１゜
第２のロックスクリュウ２０．２４を緩め、スプリンタ
取付は筒１８を回転することで可能である。前記第１Ｃ
ロツクスクリユウ２０は、ポール１２とスプリング取伺
は筒１８との回転をロックさせるためのものであり、穿
２のロックスクリュウ２４は、スプリング取付は筒１８
を後述する枠体２８に固定するものである。したがって
、第１．第２のロックスクリュウ２０．２４を緩めわば
、ポール１２に対してスプリング取付は筒１８を回転で
き、この回転動作を他の用具によって行うことができる
ようにスプリング取付筒１８の上端には他の回転用治具
例えばスパナ等に係合する係合部１８ｂが形成されてい
る。スプリング取付筒１８の位置調整後においては、そ
の位置ずれが生じないようにスプリング取付筒１８をポ
ール１２に固定するために、前記第１０ツクスクリユウ
２０を締め付ければ良い。上記の調整により、コイルス
プリング１４の圧縮強さが調整され、これによりフロー
ト１０の波動に対するビストンストロークを調整可能と
なる。なお、第２のロックスクリュウ２４の他の用途に
ついては後述する。 ［００２３］ここで、上記コイルスプリング１４として
は、中空パイプに流体、例えば油などを所定の圧力で封
入することによりターンピッチを大きくするようにほぐ
した後、その後機械的に前記ターンピッチを狭めるよう
に巻き締めることで構成される回転エネルギー蓄積コイ
ル（昭和６２年５月３０日出願）を用いるのが好適であ
る。 ［００２４１次に、このような波動発電装置を適正に作
動させるためには、ポール１２が水域浮遊中において水
域底に対しほぼ垂直な状態となることが望ましいが、本
発明では、ポール１２を水域底に対して略鉛直の姿勢に
保つため、バランサーが設けられている。 ［００２５１本実施例においては、バランサーはポール
１２の下端側に錘取付けることによって構成されるスラ
イドバランサー２２として構成されている。このスライ
ドランサー２２は、前記ポール１２の下端に支持され、
取り付ける枚数を可変することでその重量調整が可能で
ある。このスライドバランサー２２の上方及び側方を囲
むように、波動制御板３６が設けられ、この波動制御板
３６とポール１２とは第３のロックスクリュウ３６ｂに
より結合されている。そして、この第３のロックスクリ
ュウ３６ｂおよび前記第２のロックスクリュウ２４を緩
めることで、波動制御板３６に対してポール１２を上下
方向に位置調整できる。この調整の意味は、後述するス
ライドランプ３４の上下位置調整と共に、スライドバラ
ンサー２２の上下位置調整に兼用でき、すなわち、スラ
イドバランサー２２の重心位置の調整を行なうことがで
きる。 ［００２６］次に、フロート１０とポール１２との相対
変位量を回転動作に変えこの回転に基づいて発電を行う
ための手段であるゼネレータコントロールルーム２６に
ついて説明する。このゼネレータコントロールルーム２
６は、前記波動制御板３６に結合された装置の枠体２８
に固定されており、内部にフロー・ト１０とポール１２
との相対変位により回転される回転体３０が設けられて
いる。枠体２８は、上記第２０ツクスクリユー２４によ
ってポール１２に固定されたスプリング取付筒１８を、
上下位置調整可能に固定している。従って、ゼネレータ
コントロールルーム２６（回転体３０を含む）は、ボー
ル１２側に固定された状態にあり、水域中における浮遊
時においてはポール１２と共に上下動する。 ［００２７］回転体３０は、ローラーあるいはギヤにて
形成される。そして、フロート１０の上面に設けられ、
ロート筒３２に当接あるいは噛合（この場合、ラックを
有する）しており、フロート１０の上下動に伴って上下
するフロート筒３２によって回転される。この回転体３
０の回転を利用して発電を行う機構についてはその図示
並びに説明を省略するが、公知の手法により例えば固定
子に対して回転子を回転駆動する等により、発電可能で
ある。発光体であるスライドランプ３４は、ゼネレータ
コントロールルーム２６から供給される電力によって発
光するものであり、ポール１２の上端に取付けられ、水
面上から常に露出している。 ［００２８］なお、枠体２８は、図１においては構成の
明瞭化のためにその一部のみを破線にて示したが、図２
に示すように多数の骨組みから構成されており、装置全
体の変形の防止や他の障害物からの保護作用を行ってい
る。枠体２８の下端側には前記波動制御板３６が取付け
られており、フロート１０に加えられる波動力の調整を
行っている。 ［００２９］このような発光体を取付けた波動発電装置
を実際に海上などの水域３８に設置する場合には、碇４
０を取付けた鎖４２を波動制御板３６に設けられた取付
は部材３６ａに取付け、碇４０を海底にセツティングす
ることによって行われる。これにより、波動発電装置は
鎖４２によって設定された所定の範囲において浮遊する
こととなる。 ［００３０１図３は本発明の第２の実施例を示しており
、第１実施例と同様の要素には同一の符号を付しその説
明を省略する。また、図面の簡略化のため、図１と同様
の枠体２８．スライドバランサー２２、などについては
その図示を省略している。 ［００３１１この実施例において特徴的なことは、回転
体３０を有するゼネレータコントロールルーム２６をポ
ール１２側ではなくフロート１０側に取付けたことであ
る。 ［００３２］すなわち、ポール１２に上端が固定された
コイルスプリング１４の下端にゼネレータコントロール
ルーム２６及びフロート１０が取付けられているもので
ある。また、ゼネラルコントロールルーム２６内の回転
体３０は、ポール１２により回転駆動される。このよう
な構成によっても図１の実施例と同様に波動により生ず
るポール１２とフロート１０との相対変位を回転体３０
に伝えることが可能である。なお、この第２実施例によ
れば、ゼネレータコントロールルーム２６の重量は、装
置の浮遊中において、コイルスプリング１４を押圧する
方向には働かず、コイルスプリング１４の押圧はポール
１２及びそのポール１２に取付けられた部材のみによっ
てなされることとなり、第１実施例の場合よりもコイル
スプリング１４にかかる負担が軽減される。 ［００３３］次に、上記第１及び第２の実施例の基本的
動作について説明する。 ［００３４］上記実施例に係る装置が水域中にセツティ
ングされると、スライドバランサー２２などの作用によ
って、装置はポール１２が水域底に対しほぼ鉛直方向を
維持するように浮遊する。そして、この水域において波
動が生じた場合、この波動により装置全体が上下動する
。この場合、スライドバランサー２２などの取付けられ
たポール１２は、コイルスプリング１４を介して結合関
係にあるフロート１０よりも慣性力が大きく作用するの
で、波動による上下動はフロート１０よりも緩慢でかつ
その動作量は少ない。例えば、波動によりフロート１０
が１ｍ上下動した場合、ポール１２は１０ｃｍだけ上下
動する。これによって両者は９０ｃｍ変位したことにな
り、この９０ｃｍの変位によって回転体３０が回転する
。 この回転体３０の回転は、装置の上下動により正逆回転
するが、一方向のみの回転を用いて発電作用を行うこと
及び正逆両方向の回転を用いて発電作用を行うというい
ずれの方式を用いることも可能である。 ［００３５］次に、この波動発電装置により発生される
電力について考察する。 （１）フロート容積 フロート１０は円筒形であり、ポール１２を貫通させる
ための貫通部などを考慮しないものとして計算する。フ
ロート１０の直径ｄを１８０ｃｍとし、その高さｈを６
０ｃｍとした場合、フロート容積Ａは下記の式より求め
られる。 ［００３６］ Ａ＝π（１，８ｍ／　２）　２Ｘ０．６　ｍ＝１．５２
６ｍ３（２）フロート総浮力 海水基準を１．１とすると、フロート総浮力Ｂは下記の
式より求められる。 ［００３７１Ｂ＝ＡＸ１．１　＝１６８０ｋｇ（３）総
浮力への配分 ■　波動発電装置の釣合い浮力＝５６０　ｋｇ■　スプ
リングチャージ浮力＝５６０　ｋｇ■　有効波動浮力＝
５６０　ｋｇ このように、フロート１０の有効波動浮力はフロート総
浮力Ｂのほぼ３分の１である。 ［００３８］これは、装置全体を浮遊させるためにほぼ
３分の１が消費され（■）、更にコイルスプリング１４
による付勢力によって浮力による上下動エネルギーが消
費されること（■）によるものである。そして、この有
効波動浮力による上下動を波動発電エネルギーとして取
り出すことが可能となる。 （４）波動発電出力 上記の波動発電装置での発電出力は、簡易化された下記
の式によって換算することができる。 （００３９］出力＝総波動浮力Ｂ／３Ｘ　（波動幅Ｃ／
２（２）　ｌ／２）　Ｘ　（発電効率Ｄ／電力換算係数
Ｅ）−例として、波動幅Ｃを２ｍとし、発電効率りを０
．１とし、電力換算係数Ｅを８．６とした場合には、本
実施例装置での出力は下記のようになる。 ［００４０１出力＝５６０　ｋｇＸ（２００ｃｍ／２　
（２）　１／２）　ｘ（０，１／８．６）　＝４６０　
Ｗ このように、直径１．８ｍのフロート１０を用い、波高
が２ｍになると、４６０Ｗの発電を行うことができるも
のである。 ［００４１１なお、上記出力換算式の第２項において、
波動幅（２００ｃｍ）を２で除算している理由は、本実
施例において回転体３０の両方向の回転に基づき電力を
発生するのではなく、フロート１０の上昇または下降の
いずれかの動作による一方の回転にのみ基づき電力を発
生させていることによる。また、同じく第２項において
２の平方根である（２）　ｌ／２で除算している理由は
、繰り返し生ずる波動の実行値を得るためである。なお
、実施例では上記換算式において発電効率りを１０％と
して計算したが、これは機械的効率が最悪の場合を想定
したものであり、この発電効率りは５０％付近まで改良
することが可能である。 ［００４２］以上のように、本発明の実施例装置を用い
て海上などにおける発光体装置を構成した場合には、海
上に波動が発生している限り、スライドランプ３４を常
時点灯させることが可能であり、装置が故障しない限り
、半永久的にスライドランプ３４への電力供給を行うこ
とができる。 ［００４３１また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。 ［００４４］例えば、上記実施例において発生される電
力は、フロート１０の容積を増大させること、あるいは
上記換算式における発電効率Ｃを改善するほど大きくす
ることが可能であり、この発電装置によって単にスライ
ドランプ３４を点灯させること以外に、他の駆動用電力
として消費するものであっても良い。また、この波動発
電装置では、例えばスライドランプ３４を点灯する場合
にあっては、その波動幅が最小の場合でもスライドラン
プ３４を常時点灯できるだけのエネルギーが得られるよ
うに設計されるが、波が大きい場合には、余剰の発生エ
ネルギーを例えば蓄電器などに蓄えておき、蓄えられた
エネルギーを他の部材の駆動電力として用いることや、
波が静穏な場合に、スライドランプ３４に供給するため
の予備エネルギーとして利用することも可能である。 ［００４５１ 【発明の効果］以上説明したように、本発明に係る波動
発電装置によれば、水域の波動を効率良く発電作用のた
めの運動エネルギーとすることができ、更にこの装置自
体で適正な姿勢を保って水域に浮遊することができるの
で、装置の水域への設置を極めて簡単に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の概略構成図である。

【図２】第１実施例の水域浮遊時の外観図である。

【図３】第２実施例の概略構成図である。

【図４】従来装置の説明図である。

【図５】従来装置の説明図である。

【符号の説明】

１０　フロート １２　ポール １４　コイルスプリング ２６　ゼネレータコントロールルーム ２８　枠体 ３０　回転体 ３４　スライドランプ

【図１】

【図３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水域にて浮遊可能なフロートと、このフロ
   ートを上下動自在に支持し、前記フロートとスプリング
   手段を介して結合されたポールと、このポールの下端側
   に固定され、前記ポールの軸方向が略鉛直方向となるよ
   うに重心調整するバランサーと、水域の波動による前記
   フロートと前記ポールとの上下方向の相対変位に基づき
   回転される回転体とを有し、前記回転体の回転に基づい
   て発電を行うことを特徴とする波動発電装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記回転体は、前記ポ
   ールと一体的に上下動変位する部材に回転可能に支持さ
   れ、かつ、前記フロートと一体的に上下動変位する部材
   と転接することで回転駆動されることを特徴とする波動
   発電装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記回転体は、前記フ
   ロートと一体的に上下動変位する部材に回転可能に支持
   され、かつ、前記ポールと転接することで回転駆動され
   ることを特徴とする波動発電装置。