JPS62233483A - 高性能波力発電ブイ - 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 本発明は高性能波力発電ブイに関するものｆ１小聾の発
電ブイは勿論のこと大聖の波力発電装置として利用でき
、電力を波力によシ経済的に発生し得て、航路標識は勿
論のこと離島や交通不便な地上の電力発生源として活用
できるものｒ！ある。

従来の技術 小型の発電ブイとして実用されている波力発　。

電装置は現在のところ航路標識用の波力発電ブイでア）
、その１例を示すと第９図に示すように、浮力体の中央
に下面開口の長い筒状の中央パイプを設け、該中央ノセ
イゾの上部に空気室を形成し、該空気室の中央上部に空
気タービンと発電機を内蔵する弁箱が形成されている。

また弁箱の外周には空気路制御用の４枚の弁が設けられ
ている。前記小型発電ブイは中央ノイズの長さ約４ｍ〒
、ノズルのしぼシ比（ノズル面積／空気室面積）　−１
／１００の場合〒１比圧力（空気室圧力水頭／波高）の
ピークが０．３という性能を発揮している。

大型の波力発電装置として実用実験された１例としては
海洋科学技術センターが山形県鶴岡市由良沖において実
施した「海開」の実験がある。海開は８０　ｍ　Ｘ　１
２　ｍ　Ｘ　５．５　ｍ　Ｍ船の長さを波長の長さよシ
長くして不動式の浮体に形成して波の方向に向けて海面
に係留し、該浮体の底面を開放して多数の空気室を並列
形成し、弁によ勺制御される空気流によシ空気タービン
および発電機により発電を行なうもの１ある。海開の実
験結果は比圧力で０．１〜０．１５　ｆｆｉあった。

大聖の波力発電装置の他の１例としては第１０図に示す
ものがある。これは波長と等しい長さを持った船体の前
面ならびに側面に開口を持った短い底板状空気室を有し
、前方または側方から来る波を受けて空気タービン型発
電機を回転するもの１ある。その比圧力はしぼシ比１／
Ｚｏ。

の条件下で、０．３（船首部）〜０．１５　（船側部）
ｒ！あるが、係留力が海開の約３倍″Ｉ？あるという欠
点がある。

発明が解決しようとする問題点 従来例における航路標識用の波力発電ブイは中央・にイ
ゾの長窟が４ｍと長いの１浅海において利用することが
不可能ｆあシ、大型の波力発電装置は電力用発電装置と
して実用するには比圧力が低く、浮体が大！−するから
建造費がかさみ、ま九係留力も大きくなる場合がある等
の問題点がある。

問題点を解決するための手段 本発明の高性能波力発電ブイはこれらの問題点を解決す
るため中央パイプを屈曲して末端開放の水平ダクトを有
するものとなし、全長を波長の約０．４倍として小型化
を計ると共にピッチング作用をＺｏｏ　％利用するよう
にして飛躍的な性能を得る丸めに下記の構成を具えてい
る。

（１）　　海面に係留され発電装置を内蔵する垂直方向
の空気室と該空気室と連通する末端開放の水平ダクトと
および浮力体とを有するブイにおいて、ブイの横方向の
全長を該海面における最多波の波長の約０．４倍とし、
前記空気室と水平ダクトとの連結部分を緩やかなわん曲
面に形成するとともに該わん曲面部分の下部中央におい
てチエンによシ係留し、前記空気室の後方で水平ダクト
の上方において浮力体を形成し、さらに、該ブイの底面
を前後方向の軸の壕わυのわん曲面として、波により発
生するピッチング運動を減衰させることなく利用するこ
と。

（２）第（１）項のブイ単体を２個用いて両者を双胴船
状に一体に連結したこと。

（３）第（１）項のブイ単体を３個以上用いてこれらを
並列に配置して一体に連結したこと。

作用 本発明によると、ブイ単体の前後長が波長の約０．４で
あって波によシ上下作用とともに盛大なピッチング作用
を生じ、空気室と横向きダクトとの連結部分が緩やかな
わん曲面でその下部中央を係留したこと、空気室の後方
ｆダクトの上方において浮力体を形成したこと、および
ブイの底面を前後方向の軸のまわりのわん曲面としたこ
とと相俟って前記ピッチング運動を１００係利用するよ
うにしたの１、実験の結果比圧力においてピークが１．
１５と飛開的な向上が見られる。また本発明においては
前端に形成された短い空気室が末端開放の長い水平ダク
トと連結せられ、該長い水平ダクトは波長の約０．４倍
の長さを有するので空気室を含めて長い共鳴周期を有す
るの１長い波長に対しても効率よく波力を吸収ｔきるも
のであシ、前述のピッチング現象はその作用を助長する
ものと考えられる。

また本発明においてはブイ自体が小製となって小型化の
ための係留力の減少の外に、横向きダクト内の海水の共
鳴現象の結果として方向性を持った海水が間欠的にジェ
ット流として吐き出されその反力として係留力が大いに
減少する傾向も生ずる。

実施例 第１図は本発明実施の１例を示す斜視図で、ブイ本体１
はブイを浮設する海面における最多波の波長の約０．４
倍の長さを有し、前方にある垂直の空気室２と連通し後
部が開口した水平ダクト３とおよび該空気室２の後方！
水平ダクト３の上方に設けられた浮力体４とｆ構成され
る。

空気室２の上方には空気タービン５附きの発電機６が設
けられている。空気室２と水平ダクト３との連結部分は
緩やかなわん曲面に形成せられ、該わん曲面部分の下部
中央の取付金物７によシチェ／８を介して海底の＃Ａ９
によシ保留される。またブイ本体１の底面は前後方向の
軸のまわりのわん曲面に形成されている。

第２図は本発明に至る以前に実験された模型の斜視図″
１？、りす、第３図はその実験結果を示す性能曲線図″
？％ある。模型は２種類あシ、（Ａ）ｄブイ本体１が空
気室２と連通する平底の水平ダクト３′を有し、空気室
後方で水平ダクトの上方にるる浮力体４の外に、空気室
前方にある前方浮力体１１が設けられたものであり、１
０は空気室２の上面におけるノズル開口である。また（
１３）は（Ａ）と同型で前方浮力体１１のみを欠除した
ものである。模型（Ａ）　、　（Ｂ）の概略寸法は長さ
２．３ｍ１巾０−９２　ｍｓである。

第３図は前方浮力体を有する場合（Ａ）を点線で、これ
を欠除した場合（Ｂ）を実線！示し、比圧力（空気室圧
力水頭／波高）を縦軸に、波周期（秒）を横軸にしたも
のｆある。両横型（Ａ）。

（Ｂ）ともノズル開口１０と空気室２０面積の比率（ノ
ズル開口比）は１／１００である。

第３図で明らかなごとく、前方浮力体１１が無い場合は
比圧力のピークが０．４７に達するが、これが有るとピ
ークで０．２７と低くなシ、利用できる波周期の巾も狭
くなる。なお、空気出力の割合は比圧力の１．５乗”Ｉ
４６るから、この場合空気用０．４７　　Ｌ５ 力の割合は（百）＝２．３となる。

このようにＣＢ）が（Ａ）に比して著しい性能向上を示
す理由社前方浮力体１１の存在がブイ本体のピッチング
運動をダンピングし、相対的な波高を低くすることに原
因があるものと考えられる。

第４図は第２図（Ｂ）の模型と、本発明の模型（長さ２
．４ｍ、巾０．６　ｍ　）とを比較したもの〒１それぞ
れ（Ｂ）　、　（Ｃ）曲線ｆ示しである。ノズル開口比
は同じく丁汚である。図に示すごとく、本発明の丸底型
（Ｃ）（ピークの比圧力１．１５　）　ａ平底ｍ　（Ｂ
）　（ピークの比圧力０．４７　）に比較して１．１５
　Ｌ５ 空気出力で（■）＝３．８倍と格段に大きな出力向上が
認められる。このような高い比圧力は従来性なわれた各
種型式のもの１到底得られなかった値！あり、本発明の
実用性を立証するものである。

第５図は海面に係留された船体のピッチングの状況を示
したー実験例であって、船体の長さが波長の１．３倍の
ときはピッチング運動はゼロであシ、長さが短かくなる
とピッチング角は増太し、波長に対して０．５倍になる
と波面傾斜角と等しいピッチング運動が生じ、さらに比
が０．４倍附近マは共鳴的にピッチング運動を行ない、
波面傾斜角以上のピッチ角を生ずる。

いま外海域で波周期７秒とすれば波長は７０　ｍｆある
。本発明の水平ダクトはその０．４倍の２８ｍとなる。

この水平ダクト付き空気室を波に対して固定した場合の
ダクト内水柱の自然振動周期は、 であって、この場合　Ｌ：水平ダクト長＝２８ｍｇ二重
力の加速度＝　９．８　ｍ とすると、　Ｔ　＝　１０．６秒 すなわち、本発明装置を波長７０ｍの外海域フ保留する
と、第６図に示すごとく、ピッチングの周期Ｔ工（＝７
秒）における大きなピーク出力と、水平ダクト内の水の
共鳴の周期Ｔ２（＝　１０．６秒）におけるピーク出力
との２つのピーク出力を持つことになシ、Ｔ□（ピッチ
ング周期）とＴ２（水平ダクトの共鳴周期）の間の波の
利用周期の巾を広く取ることが１きる。

なお、本発明のものを海上に固定してピッチング運動を
させないようにするとＴ２（水平ダクトの共鳴周期）に
おけるピークはよシ大きくなるが、Ｔ１（ピッチング周
期）におけるピークが減少し全体として波の周期の利用
中が狭くなるので不利である。

このように本発明装置においては、ピッチング周期Ｔ１
において水平ダクト内の水は動かないままマ実験例↑示
されるようなピッチング運動による比圧力のピークを生
じ、周期が長くなって水平ダクトの共鳴周期Ｔ２に達す
ると水平ダクト内の水が動いて別のピークが得られるの
〒７Ｓる。

本発明装置における水平ダクトの別の効果として係留力
の減少がある。前述のどとく本発明は空気室内で水の運
動が大きく、その結果大きな空気出力が得られるが、こ
の水の動きは直角に方向を変えて水平ダクトから船尾方
向への水の往復運動を誘起する。水平ダクトの出口附近
ｆの水流を観察すると、ダクト内に水が吸込まれる時に
は略全周から水が集ブリ余シ動きは顕著でないが、吐出
される時には水平ダクトの定まった方向に強いジェット
水流として噴出し、との反力のため長い波〒はシイ本体
が波の来る方向に前進することがある。

第７図は第２図（Ｂ）の模型を使用し波高５ｃｎｔの時
の係留力（ｋＩ）と波周期（秒）との関係を示すものＴ
１水平ダクト開口が波の方向に向くように係留した場合
（前向きダクト）は点線で、逆の場合（後向きダクト）
は実線ｆ示されている。横置の前方下部を係留すると実
線〒示すごとく係留力は小さく、特に周期が長い場合は
係留力が負となる。

第８図は本発明の実施第２例を示すもので、双胴船状に
結合形成されたブイ単体は下面に丸味を持たせ、かつ２
つの胴体の間に波が逃げる空間を設けることによりピッ
チング運動を減衰することなく利用せんとするものＴ１
これによシ大きな出力が得られ、しかも横方向の安定が
確保きれる。なお、図示してないが、ブイ単体を３個以
上並役してさらに出力の増大と横安定を計シ得ることは
勿論″ｒ！ある。

発明の効果 本発明によると浮力体のピッチング運動をダンピングな
しで利用することと、水平ダクト内の共鳴現象を利用す
ることと相俟って広い周波数範囲において高い比圧力、
したがって高性能の発電装置を提供することが１き、し
かも係留力が減少するのｔ浮力体の小型化と共に大聖波
力発電装置の実用化を容易とするもの−Ｉｆる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施の１例を示す斜視図、第２図（Ａ）
　、　（Ｂ）は実験に使用した模型の斜視図、第３．４
．６図は性能曲線図、第５図はピッチング曲線図、第７
図は係留力曲線図、第８図は本発明実施の他の１例を示
す斜視図″″ｒ！ある。また第９，１０図は従来例を示
す図面″Ｔ！ある。 図中の符号はそれぞれ下記部材を示す。 １　：ブイ本体　　　　２：空気室 ３．３’：水平ダクト　　　４：浮力体５　：空気ター
ビン　　６：発電機 ７　：取付金物　　　　８：チエン ９　：錨　　　　　　　ｌＯ：ノズル開ロｌＯ：前方浮
力体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、海面に係留され発電装置を内蔵する垂直方向の空気
   室と該空気室と連通する末端開放の水平ダクトとおよび
   浮力体とを有するブイにおいて、ブイの横方向の全長を
   該海面における最多波の波長の約０．４倍とし、前記空
   気室と水平ダクトとの連結部分を緩やかなわん曲面に形
   成するとともに該わん曲面部分の下部中央においてチエ
   ンにより係留し、前記空気室の後方で水平ダクトの上方
   において浮力体を形成し、さらに該ブイの底面を前後方
   向の軸のまわりのわん曲面として、波により発生するピ
   ッチング運動を減衰させることなく利用することを特徴
   とする高性能波力発電ブイ。 ２、前記特許請求の範囲１に記載のブイ単体を２個用い
   て両者を双胴船状に一体に連結したことを特徴とする高
   性能波力発電ブイ。 ３、前記特許請求の範囲１に記載のブイ単体を３個以上
   用いてこれらを並列に配置して一体に連結したことを特
   徴とする高性能波力発電ブイ。