JP2007170282A - 波力及び水流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来波のエネルギーを実用化する発電装置がすくない状況であり、海や河川において厳しい自然の環境で複雑な機構でコストの高い装置では一般に通用し難い実状である。その点に鑑み、単純化された構造であってまた安価に製作できる発電装置が求められ、その実用化が望まれる。
【解決手段】本発明は主軸に、浮標を軸受けによって回転できるように設置し、該浮標の内部に発電装置を設け、該浮標の外側に直接羽根を据え付けて、該主軸下部にケーブルを取付け、その先端に錨を設備した発電装置であって、波浪のうねりや風浪を該浮標は海面下で浮遊しながら上下や横波として受け、その波のエネルギーによって、該浮標が回転して発電する。該浮標は該主軸に上下二個取付けられて、互いに逆方向に回転するように設けられているので、継続的に発電し得るし、河川の水流に対応して、川底に固定して該浮標を継続的に回転して発電し得る波力及び水流発電装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は自然エネルギーである海の波力または河川での水の流れる力を、ブイと発電装置の構成を通して電力に変換する波力及び水流発電装置に関する。

従来波のエネルギーを利用して発電装置を開発する場合、波のエネルギーを一次的に転換するのは、空気による、機械による、水位や水流による、変換方式があると一般的にいわれている。空気エネルギーに変換する方式では一例として（海明）と云う船のような巨大構造物に２５平方メートルもある空気室を設けて波力による空気の運動でタービンを回し発電する。または波力発電ケーソンによる固定式の大規模な構造物を作って実験が行われている。空気の１０倍も密度のある水のエネルギーを空気エネルギーに転換するところに基本的な効率の悪さがあるのかも知れないが、今までのところ実用化されていない。この空気エネルギーに変換する方式で実用化されているのは照明塔ブイ程度の小型で特殊なものである。
機械によって変換する方式は一例として波エネルギーを板で受ける振り子式で振子運動を通して油圧で変換する。また（海陽）と云う固定した構造物と浮体をリンク機構で連結して油圧で発電する装置などあるが、殆ど実験段階のものが多く、実用化に至っていない状況である。
水位や水流に変換する方式は防波堤のような構造物に波を越えさせて、貯水し、落差を利用して水車タービンを回して発電するのであるが、我が国に於いては模型的なものがあるのみである。汎用的に実用化されているものは未だ無い現状であると云われている。
特開０６−１７１５７７ 特開平０７−２２９４７０ 特開２０００−３５６１８０ 特開２００２−２８５９４６ 特開２００３−３１２５８６ 公開実用新案公報昭６１−２０６８８４

自然エネルギーである波力は波高を二乗し、波の周期を掛けた値をキロワットで表し、１メートルの波浪のエネルギーは日本近海で平均的に７キロワット程度と云われる。大規模な構造物を作製して、莫大なコストを掛け、海上での実験は大変困難が伴い、もし効率が悪いとなると、実用化されないのは明らかである。小型でブイを利用して空気による発電の照明塔、気象観測ブイなどで実用化しているものは、１００ワット程度で用途は特殊である。製造コストが安価で、効率良く波のエネルギーや河川の水の流れで発電出来れば、小型であっても汎用の発電装置として提供し得る。

本発明はブイを上下に貫く主軸に軸受けまたは、ベアリングやワンウエイクラッチなどで回転出来るようにブイを設け、該ブイの外側にスクリュー状、（プロペラ状あるいはダリウス型水車状）の羽根を据付け、該ブイの内側の中空間に発電装置を具えてブイに水の入らないよう密封する。該発電装置の一方となる電磁石またはコイルは主軸によって固定支持され、他方の電磁石またはコイルを該ブイの内側に設置して、該ブイが回転すると該主軸に支持される電磁石またはコイルの周りを回転するように設備する。該ブイの下部にケーブルによって吊るされた錨または錘を具えて、ブイは海面下を漂うように調整する。海面が波浪によって上下したり、風浪で横揺れしたりすると該ブイが水中で該スクリュー状、（プロペラ状あるいはダリウス水車状）の羽根により回転し発電する。

（作用）イギリスのファラデーが電磁誘導の法則を発見した１８３０年代当時、コイルに電磁石を出し入れすることでリニアの発電機を作ったが、そのときからリニアは一般的に効率が悪いと云われている。海の波浪のうねり、特に上下のエネルギーをとらえて、リニアによる発電をする考え方もあるが、波力のエネルギーを回転に変換して、一般的な発電装置によって電気を起こすとなると、波のエネルギーは空気の１０倍と密度が濃いが、通常、荒天でなければ動きがゆっくりしていて、回転運動に変換しても回転が遅く、回転を速める機構が必要となり、海上においては複雑な機構は故障のもとであり、実用に適さないのが実状である。
そこで、該ブイが回転するように軸受けまたはベアリングやワンウエイクラッチで該主軸をブイの上下を通すように設備して、該ブイの外側に直接スクリュー状、(プロペラ状またはダリウス型水車状) の羽根を据付け、内側に発電装置を設けて密封し、主軸によって内部中心部分の発電装置を支持し、他方の発電部を該ブイの内側に設置して、該ブイが回転することによって、発電できるようにする。例えば、回転界磁型の発電装置として、ブイの大きさに合わせて内壁に界磁コイルを配置して回転させ、主軸側に電機子巻線を多極数固定する発電装置を設けることにより、回転が遅くても波力で発電が可能となる。
該ブイは下部に錘を装備して海面直下を浮遊するように、ケーブルに繋がれた錨状の錘を据え付けてあるので、風浪による不定期な横波でも揺動し、羽根がスクリュー状、（プロペラ状またはダリウス水車状）であるから上下のうねりばかりでなく、横波によっても回転する。該スクリュー状、（プロペラ状またはダリウス水車状）の羽根は一方的に良く回転するので主軸の軸受けまたはベアリングをワンウエイクラッチを使用して、一方向のみ回転し逆回転しないようにし得る。
主軸の上下に二個のブイを設置することで、上下の波の運動をそれぞれに捉えて回転し、継続して発電する装置を創出し得る。
さらに、河川において、川下への水の流れに対して、スクリュー状、（プロペラ状またはダリウス水車状）の羽根が回転するように主軸の下方先端を川底に固定するために、例えば槍状の形状にすることで、川の流れに対して固定出来るので、川の流れのある河川において安定した発電をすることが可能となり、小型の汎用性ある発電機を提供し得る。

実施例について図面を参照して説明すると、図１において、主軸１Aは二個のブイ２A，２Bを上下に貫くように、それぞれワンウエイクラッチ５A、５B、５C、５Dで連結され、ブイ２Aはスクリュー状の羽根３Aを具え、ブイ２Ｂはスクリュー状の羽根３Bを具え、ブイ２A，２Bの内部は発電装置４Ａ，４Ｂを設ける。（主軸に多極のコイルを固定して、回転するブイの内壁に電磁石、あるいは主軸に電磁石を固定し、ブイの内壁にコイルを装置する。発電された電気は上部より送電される。）ブイ２A，２Bと主軸１Ａの上部は海水の入らないように密封する。
主軸１Ａの下部にケーブル６Ａを据え付け該ケーブル６Ａの下部に錘として錨７Ａを設ける。錨７Ａはブイ２Aの上部が海水面上に出ない程度の重さにすることによって、海中を縦に浮遊し、波浪の上下動をブイ２Aと２Bは受けて上に押し上げられたときに、ブイ２Aは回転し、下に引き下げられたときにブイ２Bが回転する。風浪は横波として、ブイを横に押し流そうとするが、その横波に対して、ブイ２A，２Bは揺動するのでスクリュー状の羽根３A，３Bはそれによっても回転する。
海上において、単に点滅するような照明が必要な場合であれば、図３に示すような、ブイ２Cを一個だけ主軸１Ｂに設けて、海面下を浮遊させることで、断続的な発電を得ることができる。

河川において、下流に流れる水流に対応して、図４の主軸１Ｃに筒状のブイ２Dを設置して、その内部に発電機４Ｄを設けて、ブイ２Dが回転出来るようにワンウエイクラッチ５Ｇ，５Ｈで主軸１Ｃと連結する。ブイ２Dの外側にスクリュー状の羽根３Ｄを具え、この装置全体を固定できるように、主軸１Bの下部を、例えば槍状支持部１０のようにして川底に固定支持し、川の流れに対してブイ２Dが回転するように設置し、若し川の水流が非常に早くブイ２Ｄの回転が速すぎるような場合は速度調整装置８を装備することで、継続して回転する発電装置を提供し得る。
かくして、海上において、点滅する単純な照明塔から、船舶の停泊中の照明、漁船の集魚灯、操船中の照明灯などあるいは動力源として、汎用的な小型の発電装置及び河川における川沿いの住民の照明や動力源として、あるいは釣り人の持ち運び出来る発電装置として提供し得る。

特許請求の範囲請求項１の側面図である。 上記請求項１の側面外観部分図である。 上記請求項２の側面図である。 上記請求項３の側面図である。 上記請求項３の側面外観部分図である。

符号の説明

１A、１B 主軸
２A、２B、２C、２D ブイ
３A、３B、３C、３Ｄ 羽根
４A、４Ｂ、４C, ４D 発電装置
５A, ５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５E、５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ ワンウエイクラッチ
６A、６Ｂ、 ケーブル
７A、７Ｂ 錨
８ 調整装置
９ 槍状支持部

Claims (5)

1. 主軸に軸受けによって、回転するように設置された浮標の内部に発電装置を設け、該浮標の外側に羽根を据え付けて、該浮標を該主軸の上下に二個、互いに回転が逆になるように取付け、主軸の下部にケーブルによって錨を設備する波力発電装置。
2. 上記請求項１の二個の浮標に換えて、一個の浮標を設けた水流発電装置。
3. 上記請求項１の主軸下部のケーブル及び錨に換えて、川底に固定するよう下部に立方体の錘または槍状の形状を具えた水流発電装置。
4. 上記請求項１の軸受けにワンウエイクラッチを設備し、一方向に回転し逆の回転を阻止する構造。
5. 上記請求項１の羽根はスクリュー状、プロペラ状、あるいはダリウス型水車状の一方向の回転に効果ある形状を具える構造。

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