特許 5886081 波力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886081

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】波力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/14 20060101AFI20160303BHJP

   F03B 7/00 20060101ALI20160303BHJP

   F03B 11/06 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   F03B13/14

   F03B7/00

   F03B11/06

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-44668(P2012-44668)

(22)【出願日】2012年2月29日

(65)【公開番号】特開2013-181430(P2013-181430A)

(43)【公開日】2013年9月12日

【審査請求日】2014年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】群馬 英人

(72)【発明者】

【氏名】上野 弘行

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 靖

(72)【発明者】

【氏名】菅原 亮

(72)【発明者】

【氏名】小倉 雅則

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−０４４４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１２４５８７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１２４５８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−０３８８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−７２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１０６７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５０３９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−７０８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１６６７４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １３／１４

Ｆ０３Ｂ ７／００

Ｆ０３Ｂ １１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸部を有し前記回転軸部の軸線周りに回転する水車と、
前記水車の前記回転軸部に接続され前記水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う発電機とを備えた波力発電装置であって、
少なくともその一部が水中に配置される壁体には鉛直方向に沿った長方形状のスリットが設けられるとともに、前記水車は、前記回転軸部の軸線が前記スリットの長辺方向である鉛直方向に沿うように配置され、
水面より高い位置で、鉛直方向の荷重を支持するスラスト軸受けを水平方向の荷重を支持するラジアル軸受けよりも上側に鉛直方向に並べて配置し、前記水車の前記回転軸部の上端部側に形成された支持フランジが前記スラスト軸受けの上面に係止して前記水車が吊り下げ支持されていることを特徴とする波力発電装置。

【請求項2】

前記回転軸部の下端部は前記水車の下方へ突出するとともに、その下端部は振れ止め具へ差し込まれていることを特徴とする請求項１記載の波力発電装置。

【請求項3】

前記回転軸部の上端部側には、前記回転軸部に作用する水平方向の荷重を支持する少なくとも二以上のラジアル軸受けが、上下に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は波力発電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に開示された波力発電装置は揺動可能なパドルを有し、その一端側を海水中に沈めるようにしている。パドルが波によって揺動すると、これに連動して油圧シリンダが伸縮動作し作動油がアキュムレータへ移送される。アキュムレータは作動油を油圧機械へ送って発電機を駆動させ、これによって電力が生成されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００７−５３４８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した波力発電装置では、パドルの揺動エネルギーの大小は発電力に大きな影響をもたらす。ここで、パドルの揺動エネルギーは専ら波の速度に依存することになる。しかし、上記のものでは波の速度は単に自然状況に任されているに過ぎず、発電効率を高める観点からはまだ改良の余地があった。

【0005】

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、発電効率を高めることができ、加えて設置作業を容易に行うことができる波力発電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、回転軸部を有しこの回転軸部の軸線周りに回転する水車と、水車の回転軸部に接続され水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う発電機とを備えた波力発電装置であって、少なくともその一部が水中に配置される壁体には鉛直方向に沿った長方形状のスリットが設けられるとともに、水車は、回転軸部の軸線がスリットの長辺方向である鉛直方向に沿うように配置され、かつ水車は、回転軸部の上端部側が水面より高い位置に配置された軸受けによって吊り下げ支持されている構成である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、波がスリットを通過する際に流速が増速されるため、水車を高速回転させることができ、発電能力を高めることがきる。また、水車はスリットの長辺方向である鉛直方向に沿った姿勢で設置されるため、水車の軸受けを水面よりも高い位置に設定することができる。したがって、軸受けの設置に際して水中での作業を強いられずに済む。したがって、設置作業を円滑に行うことができる。また、軸受けが常時には水中に浸漬されないため、腐食の進行も抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１の波力発電装置を示す正面図

【図2】同じく側断面図

【図3】軸受け部分を拡大して示す側断面図

【図4】水車周辺を示す平断面図

【図5】実施形態２の波力発電装置を示す側断面図

【図6】同じく軸受け部分を拡大して示す側断面図

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜実施形態１＞
本実施形態１の波力発電装置は、沿岸部に沿って設置されたコンクリート製の壁体１に設けられている。壁体１は、その壁面が波の進行方向に対して向き合うようにして形成され、かつ壁体１には複数のスリット２が幅方向に一定間隔毎に貫通して形成されている。各スリットは波が通過する際に流速を増速させる作用を発揮する。

【0010】

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、回転軸部を有しこの回転軸部の軸線周りに回転する水車と、水車の回転軸部に接続され水車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う発電機とを備えた波力発電装置であって、少なくともその一部が水中に配置される壁体には鉛直方向に沿った長方形状のスリットが設けられるとともに、水車は、回転軸部の軸線がスリットの長辺方向である鉛直方向に沿うように配置され、水面より高い位置で、鉛直方向の荷重を支持するスラスト軸受けを水平方向の荷重を支持するラジアル軸受けよりも上側に鉛直方向に並べて配置し、水車の回転軸部の上端部側に形成された支持フランジがスラスト軸受けの上面に係止して水車が吊り下げ支持されている構成である。

【0011】

各スリット２内には水車３が縦向きに組み付けられている。水車３は、回転軸部４と回転翼部５とを備えて構成されている。水車３は、図１に示す正面視において、回転軸部４の軸線がスリット２の両短辺の中間点同士を結ぶ中心線（鉛直線でもある）を通過しかつ壁体１の厚み方向（図４に示すＸ−Ｘ方向）に沿った平面内に配置されている。

【0012】

回転軸部４の途中には上下に一対の取付けフランジ６が設けられている。両取付けフランジ６は円板状をなし、その中心を回転軸部４が貫いている。回転翼部５は図４に示すように、４枚の回転翼５Ａが回転軸部４周りに９０°間隔毎に放射状に配置され、これらが両取付けフランジ６間で挟まれて構成されている。また、水車３がスリット２内に取り付けられた状態では、図４に示すように、回転翼部５の先端が壁体１から外方へ突出しないようにしてある。
なお、水車３は回転翼部５の全体が海中に没するようにしてある。

【0013】

次に、水車３の軸受け構造について説明する（図２、３参照）。回転軸部４は上側の取付けフランジ６から上方へ突出した後、壁体１中を貫通し上方へ突出している。壁体１内においてスリット２の上端面に臨む部位には軸受けボックス７が組込まれている。軸受けボックス７は、図３に示すように、２つの軸受け８，９を収容するボックス本体７Ａと、その下面に張り出した取付け板７Ｂとから構成され、取付け板７Ｂをスリット２内の天井面にボルト１０等を締め込むことによって固定がなされている。

【0014】

ボックス本体７Ａ内には、第１軸受け８と第２軸受け９とが鉛直方向に並んだ状態で収容されている。上部側に配された第１軸受け８は水車３全体の重量を支えるスラスト軸受けであり、下部側に配された第２軸受け９は回転軸部４を回転可能に支持するラジアル軸受けである。

【0015】

回転軸部４には大径の支持フランジ１１が張出し形成され、第１軸受け８の上面に係止している。このことによって、水車３全体は回転可能な状態で吊り下げ支持される。回転軸部４の下端側は、図２に示すように、スリット２内の下端面に固定された振れ止め具１２内へ周囲に適度なクリアランスを保有した状態で差し込まれている。

【0016】

なお、図２に示すように、軸受けボックス７が配置されている高さは、満潮時においても海中に没しない高さである。

【0017】

壁体１の上面には支持台１３が固定され、発電手段としての発電機１４を装着している。発電機１４は回転軸部４の軸線上において接続され、回転軸部４の回転に基づいて回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することができる。

【0018】

次に、上記のように構成された実施形態１の作用効果を具体的に説明する。波が壁体１に対して打ち寄せられると、スリット２を通過する波によって水車３が回転する。これにより、回転軸部４が回転することに基づき、発電機１４が回転軸部４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電がなされる。なお、実施形態１の波力発電装置は、引き波の場合も上記と同様の作用を営む。

【0019】

ところで、本実施形態１によれば、波がスリット２を通過する際に流速が増速するため、水車３の回転速度が高められ発電力を向上させることができる。したがって、波のエネルギーを効果的に利用して発電効率を高めることができる。特に、水車３の回転軸部４をスリット２の長手方向の中心線に沿って設けるようにしたため、つまりスリット２を通過する波の流速分布を考えた場合、最も流速の早い長手方向の中心領域に回転軸部４を配するようにしたため、スリット２による増速作用をより効果的に得ることができる。また、水車３をスリット２の内部に設置することで、水車３を損傷から保護することもできる。

【0020】

また、本実施形態１には次の効果もある。本実施形態では、第１軸受け８にスラスト軸受けを使用することで、水車３全体を鉛直方向に沿って設置することが可能になった。このように水車３を縦向き姿勢で設置することの意義は次の通りである。仮に、スリット２が壁体１において横長に形成されかつ水車３も水平方向に設置されるようにした場合、水車３及び回転軸部４は共に水没しやすい状況になる。そうなると、発電機１４もまた水没が懸念されるところとなるが、そのような事態は絶対に回避されねばならない。このためには発電機１４を水車３の回転軸部４の軸線から外して上方に設置し、水車３と発電機１４との間に適切な動力伝達手段を設定する必要がある。そうなれば、発電装置全体の構成が複雑化するとともに、水車３の設置作業も困難となる。その点、実施形態１では、水車３を鉛直方向に取り付けて回転軸部４の上端に発電機１４を直結するようにしたため、発電装置全体の構成が簡素であり、設置作業も簡単である。

【0021】

さらに、水車３を縦向きに設置したことで、水車３の軸支部分を水面（海面）高さよりも上位の配置とする設定が可能となる。そうなれば、軸支部分の設置作業では海中での作業を強いられずに済み、また軸支部分を海水による腐食から保護することもできる。加えて、実施形態１では水車３全体が吊り下げ支持されるようにしたため、軸受けは上部側のみで済む。本実施形態１では回転軸部４の下端を振れ止め具１２によって振れ止めするだけであるから、振れ止め具１２は海中においても使用可能な構造簡易な形式を採用することができる。

【0022】

＜実施形態２＞
図５及び図６は本発明の実施形態２を示している。実施形態２においては、壁体１の陸側に側壁体１５が設けられている。側壁体１５は壁体１の幅方向に沿って配置され、壁体１と側壁体１５との間に消波用の空間１６を保有している。この実施形態においては、壁体１と側壁体１５とは、上面壁１７及び底面壁１８によって接続され全体として一体化されたボックス構造となっている。

【0023】

本実施形態においても、水車３０はスリット２の内部において垂直方向の中心線に沿って配されている。水車３０の回転軸部３１はスリット２の天井面２Ａを貫通して壁体１の上面へ突出し、上端部において発電機１４と接続されている。実施形態２では、発電機１４を固定している支持台３２の内部に上部軸受けボックス３３が設置されている。上部軸受けボックス３３は、ボックス本体３３Ａと、その下面において外方へ張り出して形成された取付け板３３Ｂとから構成され、取付板３３Ｂを壁体１の上面にボルト３４等を締め込むことによって全体の固定がなされている。

【0024】

ボックス本体３３Ａ内にはスラスト軸受けである第１軸受け３５とその下側に配された、ラジアル軸受けである第２軸受け３６とが収容されている。また、スリット２の内の天井面２Ａには下部軸受けボックス３７が設けられている。下部軸受けボックス３７もボックス本体３７Ａと取付け板３７Ｂとから構成され、取付け板３７Ｂを天井面２Ａへボルト３８等を締め込むことによって固定されている。但し、下部軸受けボックス３７も海面（満潮時の海面の高さ）より上位に配置されている。

【0025】

下部軸受けボックス３７内にはラジアル軸受けである第３軸受け３９が収容されている。第３軸受け３９と第２軸受け３６とは壁体１を挟んで離間する配置となっている。このように、回転軸部３１を一定距離をおいて二点支持することによって、水車３０全体の振れが効果的に抑制されるため、本実施形態においては、実施形態１とは異なり、回転軸部４の下端を振れ止め具１２へ差し込むような構造が省略され、水車３０の下端をスリット２内の底面から離間させた自由状態とすることができる。

【0026】

他の構成は、実施形態１と同様であるため、共通する部材については図面中に同一符号を付すことで、説明を省略する。

【0027】

実施形態２は上記のように構成されたものであり、実施形態１の作用効果に加え、次のような作用効果を奏することができる。実施形態２では、第１〜第３軸受け３５，３６，３９を全て海面の高さより上位に配置したため、軸受け部分の設置作業の全てにおいて海中作業を強いられない。したがって、これら設置作業を円滑に行うことができる。実施形態２では実施形態１のような振れ止め具すら必要としないため、設置作業はより簡素で済む。

【0028】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では水車はスリットの内部に配置した場合を示したが、スリットによる増速作用を受ける設置領域であれば、スリットの外方（海側あるいは陸側）に配置してもよい。
（２）水車をスリットの外方に設置する場合、スリットとほぼ同幅で対向する一対の整流板を設け、この間に水車を設置するようにしてもよい。
（３）実施形態２ではラジアル軸受けである第２、第３軸受けが壁体１を上下から挟むように配置した場合を例示したが、必ずしも挟む配置である必要はなく、水面（海面）より高い位置にあれば、上下に所定間隔だけ離間した二位置に配置するようにしてもよい。
（４）上記実施形態では発電装置を海に設置した場合を示したが、川、湖等に設置することも可能である。
（５）上記実施形態では、水車の回転軸部をスリットの両短辺の中間点を結ぶ中心線に沿って配置したが、壁体の正面視においてスリットを投影したときの領域内であれば、中心線からずれて配置してもよい。

【符号の説明】

【0029】

１…壁体
２…スリット
３，３０…水車
４，３１…回転軸部
８，３５…第１軸受け（スラスト軸受け）
９，３６…第２軸受け（ラジアル軸受け）
１２…振れ止め具
１４…発電機
３９…第３軸受け（ラジアル軸受け）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】