JPS624702Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案はウエルズタービンを使用する波力発電
装置に関するものである。

従来の技術 海の波より発電する波力発電機で現在実用され
ているものは、波の力を空気力に変換して空気タ
ービンを回転し発電する空気タービン式波力発電
機であつて、浮標ブイ用として多数使用されて来
た。また最近は海洋科学技術センターで大出力の
波力発電を海明プロジエクトとして実験してい
る。

考案が解決しようとする問題点 海明は長さ80ｍ巾12ｍの船型をした浮んだ構造
物で、山形県鶴岡市由良沖水深43ｍに係留されて
２年間実験された。海明も同じく空気タービン式
波力発電方式のもので、下面を波に対して開いた
空気室の上部に４枚弁方式または２枚弁方式と呼
ばれる弁箱があり、波により発生する往復方向の
空気流を前記の弁により単一方向に変換して空気
タービンを回転させるものである。海明では50m³
の空気室当りに１個の弁箱を設け、１個の弁箱に
は約80枚のFRP（ガラス繊維補強プラスチツ
ク）製の弁が取付けられていた。この空気流によ
り開閉する弁は波の周期毎に激しく弁座にあたる
ので、１日に約１万回、１年で約360万回の繰返
し衝撃力を受ける。その結果強力なFRP製弁も
年に約20枚（大波の日は１日で１〜２枚）の破損
を経験した。このため、弁のいらない空気タービ
ンが要望され研究されている。

ウエルズタービンは特開昭53−92060号をもつ
て公開された空気力駆動のロータリトランデユー
サで、零揚力面が回軸に垂直となるように取り付
けられた複数の翼形のローターブレードを有する
ローターを備え、そのローターの軸方向のいずれ
の向きの空気流によつてもそのローターが同一の
方向に回転するようになつていることを特徴とす
るものであり、海の波により起された往復方向の
空気流そのものにより、弁を用いて変換すること
なくして、同一方向の回転が得られる空気タービ
ンである。本考案者等はこのウエルズタービンの
有望性に着目し、小型モデルによる基礎実験を経
て、４翼式で翼直径0.6ｍのものを試作し、これ
を海明の小型空気室（断面積13m²）上に取付けて
テストを行つた。実験の結果によると、波により
自己起動し、高速回転して低い波からも高い発電
効率が得られることが確認されたが、同時に欠点
として、ベアリングが軸方向に強い推力を受ける
こと、その大きさは回転力の約10倍に達するもの
で、しかも変動するものであることが判明した。

これらの事情を図面について説明すると、第１
図および第２図において、１はウエルズタービン
の対称翼で、これに方向の異なる空気流２と３が
作用し、一方対称翼１の回転により反回転方向の
空気流４が作用するので、合成された空気流は、
空気流２（点線矢印）が作用するとき合成空気流
５（点線矢印）が、また空気流３（点線矢印）が
作用するとき合成空気流６（実線矢印）が対称翼
１の翼面に作用する。その結果前者は揚力７と抗
力９を、また後者は揚力８と抗力１０を発生す
る。

次に第２図について揚力８と抗力１０を発生し
た場合につき検討すると、揚力８は回転力１１と
軸方向力１２とに、また抗力１０は反回転力１３
と軸方向力１４とに分解され、翼１は回転力１１
と反回転力１３との差で前進方向に推進され、ま
た軸方向に軸方向力１２と１４との和により強く
押しつけられる。ウエルズタービンが良好な効率
で回転している時には回転方向の力に対し軸方向
力は10倍に近い大きな力となり、かつ方向が空気
流の方向変化により変動する。このことはウエル
ズタービンの軸受に対し苛酷な条件を強いるもの
であり、実験においてもしばしば軸受損傷の事故
が発生した。

第３図は前述の実験装置の説明図であり、海明
の空気室３１の上面にはダクト３２が設けられ、
その出口にウエルズタービン３３と発電機３４の
軸３５が取付けられる。波により発生した往復動
する空気流２，３によりウエルズタービン３３は
同一方向に回転するが、軸受３６と３７には前後
方向の変化する大きな推力が生じ、しかも回転速
度が3000〜6000rpmと高速なので上記推力軸受の
設計は非常に困難である。

問題点を解決するための手段 本考案のウエルズタービンを使用する波力発電
装置は、上記の問題点を解決するための手段とし
て下記の構成を備えている。すなわち、 下部を海面に開放し上部に大気への空気通路を
有する外部密閉室からなる空気室内に上部が前記
大気への空気通路と連通し下部が密閉し両側面に
左右のダクトに通ずる開口を有する左右対称の内
部密閉室からなる機械室を設け、該機械室内に水
平に軸支される軸の両端に連結された２個のウエ
ルズタービンを前記左右の開口内に左右対称に設
置し、該軸の中央または一端に発電機を設置する
こと。

である。

作 用 本考案によると海面の上下に従つて生ずる空気
室内の空気流は機械室の両側面のダクトにおいて
往復流動を生じ、次で機械室内ではその両側にあ
る開口を通じて上部の空気通路との間に往復流動
する。機械室は左右対称であるから上記の空気の
往復流動は機械室内では全く対称的に行なわれ
る。機械室両側面の開口にはそれぞれウエルズタ
ービンが１個づつ左右対称に設けられているので
該開口を通過する空気の流動によつて一方向に回
転するが、個々のウエルズタービンに発生する軸
方向力（スラスト）は左右で打ち消されて全体と
して軸方向の推力を生じないので推力軸受の問題
が解消される。その上、海明プロジエクトにおけ
るごとき４枚弁または２枚弁を使用しないので弁
破損の問題も発生しない。

実施例 以下第４図について本考案実施の１例を説明す
る。下部を海面に開放し上部に大気への空気通路
を有する外部密閉室からなる空気室４１内に、上
部が前記大気への空気通路と連通し下部が密閉し
両側面は左右のダクト４２，４３に通ずる開口を
有する左右対称の内部密閉室からなる機械室を設
け、該機械室内に水平に軸支される発電機軸４６
の両端に連結されるウエルズタービン４４，４５
を前記開口内に左右対称に設置する。発電機４７
は発電機軸４６の一方向の回転により発電すると
ともに軸受４８，４９により発電機軸４６を保持
している。５０は空気流案内板で発電機４７の外
体に固定され、ダクト４２，４３の出口よりの空
気流を外方向に案内する。空気室４１内において
波面上昇運動５１と波面下降運動５２とにより発
生するダクト４２内の空気流５３，５４により波
面上昇時は右方向力５５が、また波面下降時は左
方向力５６がそれぞれウエルズタービン４４の対
称翼１に作用する。一方同じ波面の運動により発
生するダクト４３内における空気流５７，５８に
より波面上昇時は左方向力５９が、また波面下降
時には右方向力６０がそれぞれウエルズタービン
４５の対称翼１′に作用する。両ウエルズタービ
ン４４，４５が同一寸法の場合は前述の左右方向
力は同じであるから相互に打ち消し合い、軸受４
８，４９には推力を生じないので高速回転用軸受
の設計が容易となる。

第５図は本考案の他の実施例を示すもので、多
数の空気室６１，６２，６３のうち、空気室６１
の上部に設けられた２方向に分岐したダクト６
４，６５の各出口にウエルズタービン６６，６７
がタンデムに配置され軸６８で連結されている。
同様に空気室６２上にはダクト７０，７１が分岐
し、各出口にウエルズタービン７２，７３がタン
デムに配置されて軸７４で連結されている。これ
らの出力は連結軸６９によりタンデムに連結され
て最終的に発電機７６と連結軸７５により連結さ
れる。発電機７６の他側はさらに連結軸７７を介
して図示しないタンデムウエルズタービン群と連
結される。このように多数の出力を合体して発電
機を大型化することによりKW当りの発電単価が
安くなり、かつ発電機の数を減らすことができ
る。

考案の効果 本考案によりウエルズタービンの軸受における
推力の問題が解決されて無弁方式の波力発電装置
が実施可能となり、またその大型化も容易となり
波力発電の将来に新たな分野を開くものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はウエルズタービンの対称翼に作用する
空気力の説明図、第２図は同じくその揚力および
抗力の説明図、第３図は従来例を示す説明用一部
断面図、第４図および第５図はそれぞれ本考案実
施の１例を示す説明用一部断面図である。 図中の符号はそれぞれ下記部材を示す、１，
１′：ウエルズタービン対称翼、３１，４１，６
１，６２，６３：空気室、３２，４２，４３，６
４，６５，７０，７１：ダクト、３３，４４，４
５，６６，６７，７２，７３：ウエルズタービ
ン、３４，７６：発電機、３５，４６，６８，７
４：軸、３６，４８，４９：軸受、５０：空気流
案内板、５１：波面上昇運動、５２：波面下降運
動、５３，５４，５７，５８：空気流、５５，６
０：右方向力、５６，５９：左方向力、６９，７
５，７７：連結軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 下部を海面に開放し上部に大気への空気通路を
   有する外部密閉室からなる空気室内に上部が前記
   大気への空気通路と連通し下部が密閉し両側面に
   左右のダクトに通ずる開口を有する左右対称の内
   部密閉室からなる機械室を設け、該機械室内に水
   平に軸支される軸の両端に連結された２個のウエ
   ルズタービンを前記左右の開口内に左右対称に設
   置し、該軸の中央または一端に発電機を設置して
   なるウエルズタービンを使用する波力発電装置。