JP2016094902A - Wave power generator and control method thereof - Google Patents

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誠二 多田
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誠二 多田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wave power generation device cable of outputting a large amount of power generation even in a small wave, and having high power generation efficiency.SOLUTION: A wave power generation device includes: a floating structure object 2 that is moored at a predetermined position on the sea bottom through a wire 12 extending from a lower part and floats on a sea surface, and oscillates with wave power; a water tank 3 that is provided in the floating structure object 2 and stores a predetermined amount of water; a water amount control mechanism that controls a water amount of the water tank 3; and a dynamo unit 4 installed in the water tank 3. The dynamo unit 4 includes a float 42 moving vertically with wave power generated by sloshing of water in the water tank 3, and a dynamo 50 generating power with vertical movement of the float 42.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波力を利用して発電する波力発電装置およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a wave power generation apparatus that generates electric power using wave power and a control method thereof.

従来、海上または海水中にフロートを浮かべ、フロートが波から受けた外力を電気に変換して発電をおこなう可動物体型の波力発電装置がある。このような波力発電装置として、例えば、特許文献１に記載の波力発電装置がある。この波力発電装置は、図８に示すように、胴体１０３と、胴体１０３に沿って上下運動するフロート１０４と、フロート１０４の上下運動を回転運動に変換する伝達機構１０８と、伝達機構１０８に連結された発電機（モータ）１０５と、を有した構成となっている。この伝達機構１０８は、ボールねじ６とボールナット１０７の組み合わせで構成されている。胴体１０３は、係留ワイヤ１１１で海底に固定される浮体式、または海底から直立する着床式により設置される。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a movable object type wave power generation apparatus that generates power by floating a float on the sea or in seawater, and converting the external force received from the wave into electricity. As such a wave power generation device, for example, there is a wave power generation device described in Patent Document 1. As shown in FIG. 8, the wave power generator includes a body 103, a float 104 that moves up and down along the body 103, a transmission mechanism 108 that converts the vertical movement of the float 104 into a rotational motion, and a transmission mechanism 108. And a generator (motor) 105 connected thereto. The transmission mechanism 108 is composed of a combination of a ball screw 6 and a ball nut 107. The fuselage 103 is installed by a floating body type fixed to the sea floor with a mooring wire 111 or a flooring type standing upright from the sea floor.

この波力発電装置１０１では、フロート１０４が波から外力を受けて上下運動することにより、フロート１０４に固定されたボールナット１０７が上下に移動する。ボールナット１０７の上下運動によりボールねじ１０６が回転し、ボールねじ１０６に連結された発電機１０５に回転運動を伝達する。これにより、波力発電装置１０１は、波力により発電機１０５のローターを回転させて発電をおこなうことができる。このような波力発電装置の発電量は、取り込む波力エネルギーに比例しており、この波力エネルギーは波高の２乗に比例することが知られている。   In this wave power generation device 101, the float 104 receives an external force from the wave and moves up and down, whereby the ball nut 107 fixed to the float 104 moves up and down. The ball screw 106 is rotated by the vertical motion of the ball nut 107, and the rotational motion is transmitted to the generator 105 connected to the ball screw 106. Thereby, the wave power generation device 101 can generate power by rotating the rotor of the generator 105 by the wave force. It is known that the amount of power generated by such a wave power generator is proportional to the wave energy that is taken in, and this wave energy is proportional to the square of the wave height.

特開２０１４−１３７０１３号公報JP 2014-137003 A

ところで、世界の波力エネルギーの資源量は、８０００〜８００００ＴＷＨ／年とされている。地域分布では、欧州周辺で５０〜７０ｋＷ／ｍ、米国（ハワイ）で１００ｋＷ／ｍ、日本近海は、１２〜１８ｋＷ／ｍとされている。このように、日本近海の単位長さ当りの波力エネルギーの平均値は欧米などに比べてかなり低く、波力発電装置は日本近海において大きな発電量を出力することが期待できないという問題がある。このため、日本近海の小さな波であっても、欧米並みに大きな発電量を出力することが可能な、発電効率の高い波力発電装置が必要とされている。   By the way, the world's wave energy resource amount is 8000 to 80000 TWH / year. In terms of regional distribution, 50-70 kW / m around Europe, 100 kW / m in the United States (Hawaii), and 12-18 kW / m near Japan. Thus, the average value of wave energy per unit length in the sea near Japan is considerably lower than in Europe and the United States, and there is a problem that the wave power generator cannot be expected to output a large amount of power generation in the sea near Japan. For this reason, there is a need for a wave power generation device with high power generation efficiency that can output a large amount of power generation even in the case of small waves in the sea near Japan.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小さな波であっても、大きな発電量を出力することが可能な、発電効率の高い波力発電装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wave power generator with high power generation efficiency that can output a large amount of power generation even with a small wave. It is to provide.

請求項１に係わる発明は、下部から延びるワイヤを介して海底の所定の位置に係留されて海面に浮遊するとともに、波力により動揺する浮体構造物と、前記浮体構造物に設けられて所定の水量を貯える水槽タンクと、前記水槽タンクの水量を制御する水量制御機構と、前記水槽タンク内に設置された発電機ユニットを備え、前記発電機ユニットは、前記水槽タンク内の水のスロッシングにより生じた波力により上下運動するフロートと、前記フロートの上下運動により発電する発電機を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a floating structure that is moored at a predetermined position on the seabed via a wire extending from the lower part and floats on the sea surface, and is shaken by wave force, and is provided on the floating structure and has a predetermined structure. A water tank for storing water, a water amount control mechanism for controlling the amount of water in the water tank, and a generator unit installed in the water tank. The power generator unit is generated by sloshing of water in the water tank. A float that moves up and down due to the wave force, and a generator that generates electricity by the vertical movement of the float.

上記のように構成した請求項１の発明によれば、波力により浮体構造物が動揺すると、水槽タンクも動揺し、この動揺の周期に対応して水槽タンク内の水がスロッシングする。水槽タンク内の水のスロッシングにより生じた波力により、水槽タンク内に設置された発電機ユニットのフロートが上下運動する。発電機は上下運動するフロートにより駆動され発電することができる。ことのき、浮体構造物を動揺する波力が小さくても、水槽タンク内にはスロッシングによる大きな波力を生じさせることができるので、海に直接発電機ユニットを設置した場合よりも、大きな発電量を出力することができる。   According to the invention of claim 1 configured as described above, when the floating structure is shaken by the wave force, the aquarium tank is also shaken, and the water in the aquarium tank is sloshing corresponding to the period of the fluctuation. The float of the generator unit installed in the aquarium tank moves up and down by the wave force generated by the sloshing of the water in the aquarium tank. The generator can be driven by a float that moves up and down to generate electricity. Even if the wave force that shakes the floating structure is small, a large wave force can be generated in the aquarium tank due to sloshing. The quantity can be output.

請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の波力発電装置であって、前記発電機ユニットは、前記フロートの上下方向の移動をガイドする支柱と、前記フロートに設置される永久磁石と前記支柱に設置された発電コイルとからなる前記発電機を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the wave power generation device according to claim 1, wherein the generator unit includes a column that guides the vertical movement of the float, and a permanent magnet that is installed on the float. The generator includes the generator coil installed on the support column.

上記のように構成した請求項２の発明によれば、発電機ユニットは、支柱にガイドされたフロートが、水槽タンク内の波面に沿って上下運動することにより発電することができる。この発電機ユニットは、フロートの上下運動のストロークの大きさに合わせて発電量が大きくなるので、水槽タンク内を波高にすることにより、フロートの上下運動のストロークを大きして、発電効率を高くすることができる。   According to the invention of claim 2 configured as described above, the generator unit can generate power when the float guided by the support column moves up and down along the wavefront in the water tank. Since this generator unit increases the amount of power generation according to the vertical stroke of the float, increasing the stroke of the float's vertical movement and increasing the power generation efficiency by making the wave height inside the tank. can do.

請求項３に係わる発明は、請求項２に記載の波力発電装置であって、前記水量制御機構は、前記浮体構造物を動揺する波の波高を計測する波高計測手段と、前記水槽タンクに設けられたバルブと、前記バルブに連結され、前記水槽タンクの水を給排水するポンプ装置と、前記ポンプ装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the wave power generation device according to claim 2, wherein the water amount control mechanism includes a wave height measuring means for measuring a wave height of the wave that shakes the floating structure, and the water tank tank. It is provided with the valve provided, the pump apparatus connected with the said valve, and supplying and draining the water of the said tank tank, and the control apparatus which controls the said pump apparatus.

上記のように構成した請求項３の発明によれば、水量制御機構は、波高計測手段により浮体構造物を動揺する波の波高を計測し、この波高から周期を推定する。そして、この周期からスロッシングに必要な水槽タンクの水深を求めることができる。さらに、水槽タンクのバルブを開け、制御装置によりポンプ装置を駆動して、給排水することにより水槽タンクの水量を制御して、所定の水深とすることができる。   According to the invention of claim 3 configured as described above, the water amount control mechanism measures the wave height of the wave that shakes the floating structure by the wave height measuring means, and estimates the period from this wave height. And the water depth of the aquarium tank required for sloshing can be calculated | required from this period. Further, the water tank tank valve is opened, the pump device is driven by the control device, and the amount of water in the aquarium tank is controlled by supplying and draining water, so that the predetermined water depth can be obtained.

請求項４に係わる発明は、請求項３に記載の波力発電装置であって、前記浮体構造物は、略三角柱状に形成され、下方に向けて先細りとなる船底部と、前記船底部を密閉する平坦な甲板部とからなり、前記水槽タンクは、直方体に形成され、前記直方体の一辺が前記浮体構造物の長辺に対して垂直となるように、前記浮体構造物の重心に設けられることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the wave power generation device according to claim 3, wherein the floating structure is formed in a substantially triangular column shape and is tapered toward the bottom, and the ship bottom is The tank tank is formed in a rectangular parallelepiped, and is provided at the center of gravity of the floating structure so that one side of the rectangular parallelepiped is perpendicular to the long side of the floating structure. It is characterized by that.

上記のように構成した請求項４の発明によれば、浮体構造物は、安定した船底部と、重心に設けられた水槽タンクを備えているので、水槽タンクを動揺可能に海面に浮遊することができる。したがって、安定した波力発電装置の運用が可能である。   According to the invention of claim 4 configured as described above, the floating structure has a stable ship bottom and an aquarium tank provided at the center of gravity, so that the aquarium tank can float on the sea surface so that it can be shaken. Can do. Therefore, a stable wave power generator can be operated.

請求項５に係わる発明は、請求項４に記載の波力発電装置であって、前記浮体構造物は、波の進行方向に対して前記浮体構造物の長辺が垂直となるように係留されることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the wave power generation device according to claim 4, wherein the floating structure is moored so that a long side of the floating structure is perpendicular to a traveling direction of the wave. It is characterized by that.

上記のように構成した請求項５の発明によれば、浮体構造物は、波の進行方向に対して浮体構造物の長辺が垂直となるように係留されるので、小さな波でも確実に動揺させることができる。   According to the invention of claim 5 configured as described above, the floating structure is moored so that the long side of the floating structure is perpendicular to the traveling direction of the wave. Can be made.

請求項６に係わる発明は、請求項５に記載の波力発電装置であって、前記浮体構造物は、前記船底部にフィンが設けられ、海水の流れが前記フィンを通ることによって、前記浮体構造物の長辺が前記海面の波の進行方向に対して垂直となるように調整されることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the wave power generation device according to claim 5, wherein the floating structure is provided with fins at the bottom of the ship, and a flow of seawater passes through the fins, whereby the floating body The long side of the structure is adjusted to be perpendicular to the traveling direction of the wave on the sea surface.

上記のように構成した請求項６の発明によれば、海水の流れがフィンを通ることによって、浮体構造物が波の進行方向に対して垂直となるので、海水の流れが変化しても確実に浮体構造物を動揺させることができる。   According to the invention of claim 6 configured as described above, the floating structure is perpendicular to the wave traveling direction by passing the seawater flow through the fins. The floating structure can be shaken.

請求項７に係わる発明は、下部から延びるワイヤを介して海底の所定の位置に係留されて海面に浮遊するとともに、波力により動揺する浮体構造物と、前記浮体構造物に設けられて所定の水量を貯える水槽タンクと、前記水槽タンクの水量を制御する水量制御機構と、前記水槽タンク内に設置された発電機ユニットを備え、前記発電機ユニットは、前記水槽タンク内の水のスロッシングにより生じた波力により上下運動するフロートと、前記フロートの上下運動により発電する発電機を備える波力発電装置の制御方法であって、前記水量制御機構は、前記水槽タンクの水量を制御することにより、前記水槽タンク内の水のスロッシングの共振周波数を調整することを特徴とする波力発電装置の制御方法。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a floating structure that is moored at a predetermined position on the seabed via a wire extending from the lower part and floats on the sea surface, and is shaken by wave force. A water tank for storing water, a water amount control mechanism for controlling the amount of water in the water tank, and a generator unit installed in the water tank. The power generator unit is generated by sloshing of water in the water tank. A wave power generation device comprising a float that moves up and down by the wave force and a generator that generates electricity by the vertical movement of the float, wherein the water amount control mechanism controls the amount of water in the aquarium tank, A method for controlling a wave power generation apparatus, comprising adjusting a resonance frequency of water sloshing in the water tank.

上記のように構成した請求項７の発明によれば、水量制御機構により、水槽タンクの水量を制御して、水槽タンクの水深を調整することにより、水槽タンク内の水のスロッシングの共振周波数を調整することができる。浮体構造物を動揺する波と共振するように、水槽タンクの水のスロッシングの共振周波数を調整することにより、水槽タンク内の波高を大きくすることができる。これにより、発電機ユニットのフロートの上下運動のストロークを大きして、発電効率を高くすることができる。   According to the invention of claim 7 configured as described above, by controlling the amount of water in the aquarium tank and adjusting the water depth of the aquarium tank by the water amount control mechanism, the resonance frequency of the sloshing of water in the aquarium tank is obtained. Can be adjusted. The wave height in the aquarium tank can be increased by adjusting the resonance frequency of the water sloshing in the aquarium tank so as to resonate with the wave that shakes the floating structure. Thereby, the stroke of the vertical motion of the float of a generator unit can be enlarged, and electric power generation efficiency can be made high.

本発明によれば、小さな波であっても、大きな発電量を出力することが可能な、発電効率の高い波力発電装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a small wave, the wave power generator with high electric power generation efficiency which can output big electric power generation amount can be provided.

本発明の実施形態に係わる波力発電装置の概略図である。It is the schematic of the wave power generator concerning embodiment of this invention. 図１の波力発電装置の側面図である。It is a side view of the wave power generator of FIG. 図１の水槽タンクの構成と発電機ユニットの動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the water tank tank of FIG. 1, and operation | movement of a generator unit. 図１の発電機ユニットの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the generator unit of FIG. 本発明の実施形態に係わる波力発電装置の制御方法の概略フローである。It is a schematic flow of the control method of the wave power generator concerning the embodiment of the present invention. 矩形水槽における水深と共振周期との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the water depth and resonance period in a rectangular water tank. 波高シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of wave height simulation. 従来の波力発電装置の概略図である。It is the schematic of the conventional wave power generator.

以下、本発明の実施形態に係わる波力発電装置を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、波力発電装置１は、浮体構造物２と、浮体構造物２に設けられた水槽タンク３と、水槽タンク３内に設置された発電機ユニット４とを備える。 A wave power generator according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the wave power generation device 1 includes a floating structure 2, a water tank 3 provided in the floating structure 2, and a generator unit 4 installed in the water tank 3.

浮体構造物２は、略三角柱状に形成され、下方に向けて先細りとなる船底部２３と、船底部２３を密閉する平坦な甲板部２１とからなる。船底部２３の長手方向の両端には、連結部１３が形成されている。連結部１３には、係留ワイヤ１２が連結され、係留ワイヤ１２の端部には、アンカー１１が取り付けられる。浮体構造物２は、アンカー１１と下部から延びる係留ワイヤ１２を介して海底の所定の位置に係留される。詳細には、波の進行方向Ｆに対して浮体構造物２の長辺が垂直となるように係留される。   The floating structure 2 is formed in a substantially triangular prism shape, and includes a ship bottom portion 23 that tapers downward and a flat deck portion 21 that seals the ship bottom portion 23. Connecting portions 13 are formed at both ends of the ship bottom portion 23 in the longitudinal direction. The anchoring wire 12 is connected to the connecting portion 13, and the anchor 11 is attached to the end of the anchoring wire 12. The floating structure 2 is moored at a predetermined position on the seabed via an anchor 11 and a mooring wire 12 extending from the lower part. Specifically, the floating structure 2 is moored so that the long side of the floating structure 2 is perpendicular to the wave traveling direction F.

図２に示すように、浮体構造物２は、船底部２３にフィン２４が設けられている。浮体構造物２は、海水の流れがフィン２４を通ることによって、長辺が海面Ｓの波の進行方向Ｆに対して垂直となるように調整される。このように、波力発電装置１は、海面Ｓに浮遊するとともに、常に進行方向Ｆの波を受けて動揺するに構成されている。   As shown in FIG. 2, the floating structure 2 is provided with fins 24 on the ship bottom 23. The floating structure 2 is adjusted such that the long side is perpendicular to the wave traveling direction F of the sea surface S as the flow of seawater passes through the fins 24. As described above, the wave power generation device 1 is configured to float on the sea surface S and to always shake by receiving waves in the traveling direction F.

図１に示すように、水槽タンク３は、水密性を備えた壁面により直方体に形成され、内部に所定の水量を貯えることができるように構成されている。水槽タンク３は、直方体の一辺が浮体構造物２の長辺に対して垂直となるように、支持部材２２を介して甲板部２１に配置される。水槽タンク３は、浮体構造物２の重心に配置されることで、バランスを有した状態で動揺する。   As shown in FIG. 1, the aquarium tank 3 is formed in a rectangular parallelepiped shape with a wall surface having water tightness, and is configured to store a predetermined amount of water therein. The aquarium tank 3 is disposed on the deck portion 21 via the support member 22 so that one side of the rectangular parallelepiped is perpendicular to the long side of the floating structure 2. Since the aquarium tank 3 is arranged at the center of gravity of the floating structure 2, the tank 3 is shaken in a balanced state.

図３に示すように、水槽タンク３の内部には所定の水量が貯えられ、発電機ユニット４が長手方向の両端に配置されている。この水槽タンク３内の水は、浮体構造物２の動揺にともない水面が大きく揺れる（スロッシングする）。また、水槽タンク３には、バルブ５１と、バルブ５１に連結され、水槽タンク３の水を給排水するポンプ装置５２と、ポンプ装置５２を制御する制御装置５３を備える。   As shown in FIG. 3, a predetermined amount of water is stored inside the aquarium tank 3, and the generator units 4 are arranged at both ends in the longitudinal direction. The water in the water tank 3 is greatly shaken (sloshed) as the floating structure 2 is shaken. The aquarium tank 3 includes a valve 51, a pump device 52 connected to the valve 51 for supplying and discharging water from the aquarium tank 3, and a control device 53 for controlling the pump device 52.

図４に示すように、発電機ユニット４は、円環状に形成されたフロート４２と、フロート４２の移動をガイドする円柱状に形成された支柱４１と、リニア式発電機５０を備える。支柱４１は、水槽タンク３の壁面と同程度の高さを有し、台座４９により水槽タンク３の底面に固定されている。また、支柱４１の上端には、フロート４２が支柱４１から外れるのを防ぐストッパ４８を備える。フロート４２は、支柱４１の外周に所定の隙間を介して嵌合しており、波面Ｗに沿って上下方向に移動可能に、支柱４１にガイドされている。   As shown in FIG. 4, the generator unit 4 includes a float 42 formed in an annular shape, a column 41 formed in a columnar shape for guiding the movement of the float 42, and a linear generator 50. The support column 41 has the same height as the wall surface of the aquarium tank 3 and is fixed to the bottom surface of the aquarium tank 3 by a pedestal 49. A stopper 48 is provided at the upper end of the support column 41 to prevent the float 42 from being detached from the support column 41. The float 42 is fitted to the outer periphery of the support column 41 via a predetermined gap, and is guided by the support column 41 so as to be movable in the vertical direction along the wavefront W.

リニア式発電機５０は、フロート４２の内周面に設置されたリング状の永久磁石４３と、支柱４１の外周面に設置された発電コイル４４を備える。このリニア式発電機５０は、波面Ｗに沿って上下運動するフロート４２の永久磁石４３の磁束が、支柱４１の外側面に設置された発電コイル４４を横切ることにより発電する。   The linear generator 50 includes a ring-shaped permanent magnet 43 installed on the inner peripheral surface of the float 42 and a power generation coil 44 installed on the outer peripheral surface of the support column 41. The linear generator 50 generates power when the magnetic flux of the permanent magnet 43 of the float 42 that moves up and down along the wavefront W crosses the power generation coil 44 installed on the outer surface of the support column 41.

次に、上記のように構成された波力発電装置１の動作について説明する。
波力発電装置１は、アンカー１１と下部から延びる係留ワイヤ１２を介して海底の所定の位置に係留されて海面Ｓに浮遊している。また、波の進行方向Ｆに対して浮体構造物２の長辺が垂直となるように係留される。さらに、浮体構造物２の船底部２３には、フィン２４が設けられているので、海水の流れがフィン２４を通ることによって、浮体構造物２が波の進行方向Ｆに対して垂直となる。したがって、波力発電装置１は、海水の流れが変化しても、常に進行方向Ｆの波を受けるので、確実に浮体構造物２を動揺させることができる。 Next, the operation of the wave power generation device 1 configured as described above will be described.
The wave power generation device 1 is moored at a predetermined position on the seabed via an anchor 11 and a mooring wire 12 extending from below, and is floating on the sea surface S. Further, the floating structure 2 is moored so that the long side of the floating structure 2 is perpendicular to the wave traveling direction F. Furthermore, since the fin 24 is provided in the ship bottom 23 of the floating structure 2, the floating structure 2 becomes perpendicular to the wave traveling direction F when the flow of seawater passes through the fin 24. Therefore, since the wave power generator 1 always receives waves in the traveling direction F even when the flow of seawater changes, the floating structure 2 can be reliably shaken.

波力により動揺する浮体構造物２は、同時に水槽タンク３を動揺させる。内部に所定の水量を貯えた水槽タンク３は、動揺することにより水槽タンク３内にスロッシングが生じる。このとき、波力発電装置１は、水槽タンク３の水のスロッシングが、浮体構造物２を動揺する波と共振するように制御する。   The floating structure 2 that is shaken by the wave force simultaneously shakes the water tank 3. The aquarium tank 3 storing a predetermined amount of water therein is swayed to cause sloshing in the aquarium tank 3. At this time, the wave power generator 1 controls the sloshing of the water in the aquarium tank 3 to resonate with the wave that shakes the floating structure 2.

ここで、直方体に形成された水槽タンク３は、水槽タンク３内の水のスロッシングにおいて、他の形状の水槽タンクよりも、水深範囲に対する共振周期の幅が大きく、水槽タンクの動揺の周期と共振させやすい。また、水槽タンク３内の長手方向の両端に配置された発電機ユニット４は、水槽タンク３内の水のスロッシングに影響を与えない。   Here, the aquarium tank 3 formed in a rectangular parallelepiped has a larger resonance period with respect to the water depth range than the other tank tanks in the sloshing of the water in the aquarium tank 3, and resonates with the oscillation period of the aquarium tank. Easy to make. Further, the generator units 4 arranged at both ends in the longitudinal direction in the water tank 3 do not affect the sloshing of the water in the water tank 3.

次に、波力発電装置１の浮体構造物２の動揺と、水槽タンク３内の水のスロッシングとの共振について説明する。
海面Ｓの波の周期をＴ０（ｓｅｃ）、海面Ｓの波による浮体構造物２および水槽タンク３の動揺の周期をＴ’（ｓｅｃ）とし、Ｔ’＝Ｔ０とする。水槽タンク３内の波の周期をＴ１（ｓｅｃ）とすると、Ｔ０＝Ｔ１のときに水槽タンク内の水のスロッシングが共振することが知られている。この共振周波数ｆ（Ｈｚ）は、周期Ｔ１の逆数であり、以下の式によって表すことができる。

Figure 2016094902
ここで、ｇは重力加速度（９．８ｍ／ｓｅｃ２）、πは円周率、Ｈは水槽タンク内の水深（ｍ）、Ｌは水槽タンクの幅（ｍ）を示す。 Next, resonance between the fluctuation of the floating structure 2 of the wave power generation device 1 and the sloshing of the water in the aquarium tank 3 will be described.
The period of the wave of the sea surface S is T0 (sec), the period of oscillation of the floating structure 2 and the aquarium tank 3 by the wave of the sea surface S is T ′ (sec), and T ′ = T0. If the wave period in the aquarium tank 3 is T1 (sec), it is known that the sloshing of the water in the aquarium tank resonates when T0 = T1. This resonance frequency f (Hz) is the reciprocal of the period T1, and can be expressed by the following equation.
Figure 2016094902
 Here, g is a gravitational acceleration (9.8 m / sec 2 ), π is a circumference ratio, H is a water depth (m) in the aquarium tank, and L is a width (m) of the aquarium tank.

波高シミュレーションによれば、図７に示すように、海面の波が振幅±０．５（ｍ）、周期Ｔ０が６（ｓｅｃ）程度の小さな波であっても、共振から１５（ｓｅｃ）程度で、波高７．５（ｍ）を見込むことができる。   According to the wave height simulation, as shown in FIG. 7, even if the sea surface wave is a small wave having an amplitude of ± 0.5 (m) and a period T0 of about 6 (sec), it is about 15 (sec) from the resonance. A wave height of 7.5 (m) can be expected.

次に、上記のように構成された波力発電装置１の制御方法について説明する。
図５に、波力発電装置１の制御方法の概略フローを示す。まず、波力発電装置１の水量制御機構は、波高計測手段である波高計等の外部センサにより浮体構造物２を動揺する波の波高ｚを計測する（波高計測ステップＳ０１）。この波高計測ステップは、連続かつ継続的におこなわれることが望ましい。 Next, a control method of the wave power generation device 1 configured as described above will be described.
In FIG. 5, the schematic flow of the control method of the wave power generator 1 is shown. First, the water amount control mechanism of the wave power generation device 1 measures the wave height z of the wave that shakes the floating structure 2 with an external sensor such as a wave height meter that is a wave height measuring means (wave height measuring step S01). This wave height measurement step is desirably performed continuously and continuously.

次に、水量制御機構は、計測した波高ｚから浮体構造物２を動揺する波の周期Ｔ０を推定する（周期推定ステップＳ０２）。ここで、水槽タンク３の動揺の周期Ｔ’＝Ｔ０と見なす。水槽タンク３内の水のスロッシングを、浮体構造物２を動揺する波と共振させるには、水槽タンク３内の波の周期Ｔ１を、浮体構造物２を動揺する波の周期Ｔ０と同じにする。   Next, the water amount control mechanism estimates the period T0 of the wave that shakes the floating structure 2 from the measured wave height z (period estimation step S02). Here, it is considered that the period T ′ = T0 of the shaking of the aquarium tank 3. In order to resonate the sloshing of the water in the aquarium tank 3 with the wave that shakes the floating structure 2, the wave period T1 in the aquarium tank 3 is made the same as the period T0 of the wave that shakes the floating structure 2. .

次に、水量制御機構は、周期Ｔ１と、あらかじめ記憶している、図６の矩形水槽における水深と共振周期との関係を示すグラフに対応するデータテーブルから、この波の周期Ｔ１に対応する水槽タンク３の水深Ｈ１を決定する（水深決定ステップＳ０３）。   Next, the water volume control mechanism uses the data table corresponding to the period T1 and the graph indicating the relationship between the water depth and the resonance period in the rectangular water tank in FIG. 6 stored in advance, and the water tank corresponding to the wave period T1. The water depth H1 of the tank 3 is determined (water depth determination step S03).

次に、水量制御機構は、図３のバルブ５１を開けて、制御装置５３により、ポンプ装置５２を駆動して、水槽タンク３の水を給排水することにより、水深Ｈ１となるように水槽タンク３内の水量を制御する。そして、水槽タンク３内の水の水深がＨ１となったところでバルブ５１を閉める。（水量制御ステップＳ０４）。水槽タンク３の水深をＨ１とすることにより、水槽タンク３内の波の周期はＴ１となり、浮体構造物２を動揺する波と水槽タンク３内のスロッシングとの共振が始まる。   Next, the water amount control mechanism opens the valve 51 of FIG. 3 and drives the pump device 52 by the control device 53 to supply and discharge the water in the water tank 3 so that the water tank 3 becomes the water depth H1. Control the amount of water inside. Then, the valve 51 is closed when the water depth in the water tank 3 becomes H1. (Water amount control step S04). By setting the water depth of the aquarium tank 3 to H1, the wave period in the aquarium tank 3 becomes T1, and resonance between the wave that shakes the floating structure 2 and the sloshing in the aquarium tank 3 starts.

以上を繰り返して、波力発電装置１は、水槽タンク内の水のスロッシングが、浮体構造物２を動揺する波と共振するように制御する。この共振により、水槽タンク３内は波高が大きくなり、水槽タンク３内に設置された発電機ユニット４のフロート４２は、波面Ｗに沿って大きく上下運動する。   By repeating the above, the wave power generation device 1 controls the sloshing of the water in the aquarium tank to resonate with the wave that shakes the floating structure 2. Due to this resonance, the wave height increases in the aquarium tank 3, and the float 42 of the generator unit 4 installed in the aquarium tank 3 moves up and down greatly along the wavefront W.

上記のように構成された波力発電装置１によれば、日本近海の小さな波であっても、水槽タンク３内のスロッシングと共振させて、発電機ユニット４の設置された水槽タンク３内の波高を大きくすることにより、大きな発電量を出力することができる。   According to the wave power generation device 1 configured as described above, even a small wave in the sea near Japan resonates with the sloshing in the aquarium tank 3 to resonate in the aquarium tank 3 in which the generator unit 4 is installed. By increasing the wave height, a large amount of power generation can be output.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば上記実施形態では、発電ユニットとしてリニア式発電機を使用しているが、他の可動物体型の発電ユニットを使用することもできる。本発明は、発電ユニットの設置された水槽タンクの波高を大きくすることにより、波力エネルギーを大きくすることができるので、大きな発電量の出力が期待できる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the invention described in the claims. For example, in the above-described embodiment, a linear generator is used as the power generation unit, but other movable object type power generation units can also be used. In the present invention, since the wave energy can be increased by increasing the wave height of the aquarium tank in which the power generation unit is installed, an output of a large amount of power generation can be expected.

また、上記実施形態では、過剰なスロッシングにより生じた、リニア式発電機のストロークを超える波高は、発電に寄与することなく、波力エネルギーのロスとなる。または発電機ユニットを破損させる場合がある。この対策として、水槽タンクに緊急用の扉を設け、水量を短時間で変化させて共振周期を調整するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the wave height exceeding the stroke of a linear generator which arose by excessive sloshing becomes a loss of wave energy, without contributing to electric power generation. Or the generator unit may be damaged. As a countermeasure, an emergency door may be provided in the aquarium tank, and the resonance period may be adjusted by changing the amount of water in a short time.

１：波力発電装置、 ２：浮体構造物、 ３：水槽タンク、 ４：発電機ユニット、
１１：アンカー、 １２：係留ワイヤ、 １３：連結部、２１：甲板部、
２２：支持部、 ２３：船底部、 ２４：フィン、 ２５：補強リブ、
４１：支柱、 ４２：フロート、 ４３：永久磁石、 ４４：発電コイル、
４５：外周部、 ４６：内周面、 ４８：ストッパ、 ４９：台座、
５０：リニア式発電機、 ５１：バルブ、 ５２：ポンプ装置、 ５３：制御装置、
Ｆ：波の進行方向、 Ｓ：海面、 Ｗ：水槽タンク内の波 1: wave power generator, 2: floating structure, 3: aquarium tank, 4: generator unit,
11: Anchor, 12: Mooring wire, 13: Connection part, 21: Deck part,
22: support part, 23: ship bottom part, 24: fin, 25: reinforcing rib,
41: support, 42: float, 43: permanent magnet, 44: generator coil,
45: outer peripheral portion, 46: inner peripheral surface, 48: stopper, 49: pedestal,
50: Linear generator, 51: Valve, 52: Pump device, 53: Control device,
F: Direction of wave travel, S: Sea surface, W: Wave in tank

Claims (7)

下部から延びるワイヤを介して海底の所定の位置に係留されて海面に浮遊するとともに、波力により動揺する浮体構造物と、前記浮体構造物に設けられて所定の水量を貯える水槽タンクと、前記水槽タンクの水量を制御する水量制御機構と、前記水槽タンク内に設置された発電機ユニットを備え、
前記発電機ユニットは、前記水槽タンク内の水のスロッシングにより生じた波力により上下運動するフロートと、前記フロートの上下運動により発電する発電機を備えることを特徴とする波力発電装置。 A floating structure that is moored at a predetermined position on the sea floor via a wire extending from the lower part and floats on the sea surface, and is shaken by wave force, a tank tank that is provided in the floating structure and stores a predetermined amount of water, A water amount control mechanism for controlling the amount of water in the aquarium tank, and a generator unit installed in the aquarium tank,
The generator unit includes a float that moves up and down by wave force generated by the sloshing of water in the aquarium tank, and a generator that generates power by moving up and down of the float. 請求項１に記載の波力発電装置であって、
前記発電機ユニットは、前記フロートの上下方向の移動をガイドする支柱と、前記フロートに設置される永久磁石と前記支柱に設置された発電コイルとからなる前記発電機を備えることを特徴とする波力発電装置。 The wave power generation device according to claim 1,
The generator unit includes the generator including a column that guides the vertical movement of the float, a permanent magnet that is installed in the float, and a power generation coil that is installed in the column. Power generator. 請求項２に記載の波力発電装置であって、
前記水量制御機構は、前記浮体構造物を動揺する波の波高を計測する波高計測手段と、前記水槽タンクに設けられたバルブと、前記バルブに連結され、前記水槽タンクの水を給排水するポンプ装置と、前記ポンプ装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする波力発電装置。 The wave power generation device according to claim 2,
The water amount control mechanism includes a wave height measuring means for measuring the wave height of the wave that shakes the floating structure, a valve provided in the aquarium tank, and a pump device connected to the valve for supplying and discharging water from the aquarium tank. And a control device that controls the pump device. 請求項３に記載の波力発電装置であって、
前記浮体構造物は、略三角柱状に形成され、下方に向けて先細りとなる船底部と、前記船底部を密閉する平坦な甲板部とからなり、前記水槽タンクは、直方体に形成され、前記直方体の一辺が前記浮体構造物の長辺に対して垂直となるように、前記浮体構造物の重心に設けられることを特徴とする波力発電装置。 The wave power generation device according to claim 3,
The floating structure is formed in a substantially triangular prism shape, and includes a bottom portion that tapers downward, and a flat deck portion that seals the bottom portion, and the aquarium tank is formed in a rectangular parallelepiped, The wave power generation device is provided at the center of gravity of the floating structure so that one side of the floating structure is perpendicular to a long side of the floating structure. 請求項４に記載の波力発電装置であって、
前記浮体構造物は、波の進行方向に対して前記浮体構造物の長辺が垂直となるように係留されることを特徴とする波力発電装置。 The wave power generation device according to claim 4,
The wave power generator is characterized in that the floating structure is moored so that a long side of the floating structure is perpendicular to a wave traveling direction. 請求項５に記載の波力発電装置であって、
前記浮体構造物は、前記船底部にフィンが設けられ、海水の流れが前記フィンを通ることによって、前記浮体構造物の長辺が前記海面の波の進行方向に対して垂直となるように調整されることを特徴とする波力発電装置。 The wave power generation device according to claim 5,
The floating structure is provided with fins at the bottom of the ship, and the long side of the floating structure is adjusted to be perpendicular to the wave traveling direction of the sea surface by the flow of seawater passing through the fins. Wave power generator characterized by being made. 下部から延びるワイヤを介して海底の所定の位置に係留されて海面に浮遊するとともに、波力により動揺する浮体構造物と、前記浮体構造物に設けられて所定の水量を貯える水槽タンクと、前記水槽タンクの水量を制御する水量制御機構と、前記水槽タンク内に設置された発電機ユニットを備え、
前記発電機ユニットは、前記水槽タンク内の水のスロッシングにより生じた波力により上下運動するフロートと、前記フロートの上下運動により発電する発電機を備える波力発電装置の制御方法であって、
前記水量制御機構は、前記水槽タンクの水量を制御することにより、前記水槽タンク内の水のスロッシングの共振周波数を調整することを特徴とする波力発電装置の制御方法。 A floating structure that is moored at a predetermined position on the sea floor via a wire extending from the lower part and floats on the sea surface, and is shaken by wave force, a tank tank that is provided in the floating structure and stores a predetermined amount of water, A water amount control mechanism for controlling the amount of water in the aquarium tank, and a generator unit installed in the aquarium tank,
The generator unit is a control method of a wave power generator including a float that moves up and down by wave force generated by sloshing of water in the aquarium tank, and a generator that generates power by moving up and down of the float,
The method of controlling a wave power generation device, wherein the water amount control mechanism adjusts a resonance frequency of water sloshing in the aquarium tank by controlling a water amount of the aquarium tank.
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