JPH0217712B2 - - Google Patents

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JPH0217712B2
JPH0217712B2 JP59179313A JP17931384A JPH0217712B2 JP H0217712 B2 JPH0217712 B2 JP H0217712B2 JP 59179313 A JP59179313 A JP 59179313A JP 17931384 A JP17931384 A JP 17931384A JP H0217712 B2 JPH0217712 B2 JP H0217712B2
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pendulum
wave
pressure
caisson
shore
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Tomiji Watabe
Yoshiro Kondo
Kenji Yano
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MURORAN KOGYO DAIGAKUCHO
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MURORAN KOGYO DAIGAKUCHO
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Publication of JPH0217712B2 publication Critical patent/JPH0217712B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F03B13/18—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore
    • F03B13/1805—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem
    • F03B13/181—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation
    • F03B13/182—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem" where the other member, i.e. rem is fixed, at least at one point, with respect to the sea bed or shore and the wom is hinged to the rem for limited rotation with a to-and-fro movement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は波力発電方法と装置、特にケーソン内
の定常波により駆動される受波板付き振り子の往
復運動を電気エネルギーに変換する波力発電方法
と装置に関するものである。
（従来の技術） 本発明者等は先にケーソン内の定常波（入射波
がケーソンの背板に当つて反射波となり、これが
後続の入射波と重なつて生じた重複波）により駆
動される振り子の往復運動を利用する基本システ
ムについて、発明し、単純な構造で、建設費及び
維持費が低廉でありながら、高い効率で波力エネ
ルギーを電気又は熱エネルギーに変換する装置を
特許出願（特願昭55−26725号（特開昭56−
124680号））した。
第１図及び第２図は同基本システムの構造を示
す例である。図中、１はケーソン、２，３は側
壁、４は背板、５は底板、６は水室、７は振り
子、８は振り子７の受圧板、９は軸受、１０はシ
リンダ、１１はレール、１２は支持台、１３，１
４はシリンダ、Bc′は水室長、Bcは背板４と振り
子７との間の距離、Ｄは振り子７へのシリンダ１
０の枢着点、Ｇは振り子の重心、Hcは水室内水
深、hpは受圧板８の高さ、Lcは水室内波長、ｌ
は支持台１２から振り子の重心Ｇまでの距離、
Opは振り子の揺動中心点、ｒは枢着点Ｄから揺
動点Opまでの距離を示す。
第２図のシステムで振り子７に関する運動方程
式は次式で示される。
Iθ¨＋（N1＋N2）θ〓＋Kθ＝Fw sin（2π／Twｔ）(
1) 但し、 Ｉ：振り子７の揺動点Opに関する慣性モーメン
ト（水の附加質量による分を含める）、 θ：振り子７の揺動角、 θ〓：振り子７の揺動角速度、 θ¨：振り子７の加速度、 N1θ〓：振り子７の造波抵抗力、 N2θ〓：シリンダ１０による抵抗力（絞り１７の抵
抗により生じている）、 Kθ：振り子の復元力（重心点の移動などにより
生ずる）、 Fw：波力振巾 Tw：波の周期。
本発明者等は研究の結果、シリンダ１０を駆動
するエネルギーは次の条件下で最大（波力エネル
ギー吸収率最大）になることを見出した。
(i) 振り子の周期Tpと波の周期Twとを一致させ
る（共振状態とする）こと。
(ii) N1＝N2とすること。或る波力条件に対しN1
は定数で示される。即ち、シリンダ１０により
生ずる抵抗力N2θ〓は、シリンダ１０の揺動速度
θ〓に比例した大きさ（線形抵抗）であること。
(iii) 振り子７は定常波の節位置に設置すること。
第２図において、ある波力条件に対し振り子７
の重心位置を調整するなどしてTp＝Twとし絞り
１７の特性を層流絞りに近づけ、その大きさを
N1＝N2となるように調節して固定すれば波力エ
ネルギーを最も効率良く熱エネルギーに変換する
ことができる。
同発明の装置は、軸受９などの保守を必要とす
る部分が水面下には皆無であり、特に油圧シリン
ダ１０を用いて波力エネルギーを油圧エネルギー
に変換する場合は、構造が単純で設備費及び維持
費が低廉であるなどの点で顕著に優れている。
その後、本発明者等はさらに同基本システムを
改善し、発展させた発明を完成し、特許出願（特
願昭56−22883号〔特開昭57−137655号公報〕）し
た。同出願の発明は取得エネルギーを良質のもの
とする点で、特に波力エネルギーを一般電力網に
接続し得る良質の定周波交流電力に経済的に変換
する点で極めて優れた発明である。
同出願の発明は、波力により揺動する振り子に
よりシリンダを駆動して油を吐出させ、同期又は
誘導発電機を一般電力網に接続して一定回転速度
で回転させておき、前記吐出油を圧力源とする油
圧モータにより前記発電機を駆動し、前記油圧モ
ータの押しのけ容積をシリンダに働く圧力に比例
して変化させ、かくしてシリンダにより振り子に
働く負荷を振り子の揺動速度θ〓に比例させるとと
もに振り子に働く負荷の大きさを造波抵抗力に等
しくなるようにすることを特徴とする波力発電方
法である。
同発明の方法の好適な実施の態様には、(i) 油圧モータに働く吐出油圧力の最大値をリリー
フ圧力とは独立に制限することにより、油圧モー
タの過負荷を防止すること、(ii)油圧モータのプレ
ツシヤーコンペンセータの比例定数βmを調整す
ることにより波力条件の変化に対応できるように
し、これにより造波抵抗力の変化に対応できるよ
うにすること 等がある。
同出願の発明は、また波力発電装置にも関する
もので、同装置は、底板上に一側を開放面とし背
板と少くとも両側面に側壁をもち天板の全部また
は一部を開放面としたケーソンを防波堤または海
岸堤防の全部または海側に面する部分の構成要素
とし、ケーソンの水室長Bc′を水室内波長Lcの1/
４より大きくして水室内に定常波波動を発生させ、
背板よりLc／４だけ海側の点に前記定常波波動
の節が発生するようにし、この波動の節の点に波
動の周期Twとほぼ同じ値の固有周期Tpで揺動す
る振り子を設置し、前記定常波波動で振り子を加
振することにより波力エネルギーを吸収して電気
エネルギーまたは熱エネルギーに変換する波力発
電装置において、前記振り子により駆動されて油
を吐出するシリンダと、前記シリンダと連結して
吐出油圧力により駆動されてこの油圧力に比例し
た容積を押しのける油圧モータと、一般電力網に
接続して一定回転数で回転する同期又は誘導発電
機とを具え、シリンダにより振り子に働く負荷を
振り子の揺動速度θ〓に比例させ且つ振り子に働く
負荷の大きさを造波抵抗力に等しくしたことを特
徴とする波力発電装置である。
同発明の装置の好適な実施の態様には、 (i) シリンダのリリーフ圧力制御装置とは独立し
て油圧モータに働く吐出油圧力P2の最大値を
過負荷値より小に制御する減圧装置を有するも
の、 (ii) 造波抵抗力の変化に対応して油圧モータのプ
レツシヤーコンペンセータの比例定数βmを調
整する装置を有するもの、 等がある。
同出願の装置を第３〜５図につき説明する。第
３図は同発明装置の回路例を示す線図的系統図、
第４図は振り子によりシリンダから整流弁を介し
供給される油の圧力P1とシリンダ変位Xcとの関
係を示す特性線図、第５図は第３図の可変容量形
油圧モータに替えて一定容量形油圧モータを複数
個用いた例を示す線図的系統図である。
図中、第１〜２図と同じ番号は同じものを示
し、１５，１６，１９，２６，２７，２８は管
路、１７は整流弁、１８は貯油タンク、２０は減
圧弁、２１はプレツシヤーコンペンセーター付油
圧モータ、２２は一方向クラツチ付フライホイー
ル、２２′は一方向ククラツチ無しフライホイー
ル、２３は交流発電機、２４はリリーフ弁、２５
は蓄圧器、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは油
圧モータ、３１は歯車装置、３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄは一方向クラツチ、３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄはシーケンスバルブ、P1，P2は油圧、
Qcはシリンダ１０の吐出量、Xcはシリンダ１０
の変位である。
以下、同発明を第３〜５図につき詳細に説明す
る。第３図は振り子７でシリンダ１０を駆動し、
管路２８に吐出した油で油圧モータ２１を回転さ
せ、発電機２３を運転し電力を得るものである。
発電機２３は同期又は誘導形で一般電力網に接
続している為、油圧モータ２１の駆動トルクの大
小に関係なく同期回転の下で回転している。
前述の吸収率最大条件下では式(1)から明らかな
ように振り子７は正弦波状運動となる。この場合
のシリンダ１０の変位Xcは次式で示される。
Xc＝Xcnsin（2π／Twｔ） (2) 但し、Xcn：シリンダの片振巾。時間ｔはシリ
ンダが中立位置にある時を起点として測定する。
∴X〓c＝2π／TwXcncos（2π／Twｔ） (3) 従つて、シリンダ１０の吐出量Qcはシリンダ
面積をAcで示すと、 Qc＝Ac｜X〓c｜＝2π／TwAcXcn｜cos（2π／Twｔ）｜ (4) となる。但し、流量Qcは整流弁１７の働きによ
り常に正（吐出方向）の流れである。流量Qcは
式(4)に示すように周期的に変動したものになる。
今、この変動流量を何の制御もなく油圧モータ２
１へ送り込めば油圧モータ２１は流量に応じてた
変動速度で回転することになろう。一定速度で回
転する発電機２３に油圧モータ２１をこのまま結
合すれば油圧モータ２１の供給側管路２６の圧力
P2は大巾に変動するであろう。油圧モータ２１
の押しのけ容積をDmとし、この押しのけ容積を
Dnを調整して圧力P2を制御することを考えてみ
る。先ず前提として油圧モータ２１への流入量
Qnはシリンダ１０の吐出量Qcに等しいと見做
す。
Qm＝Qc (5) 油圧モータ２１が発電機２３と同期して回転
し、常に適切なエネルギーを発電機側へ供給する
ような理想状態を考えると流量Qcと押しのけ容
積Dmとの間には次式の関係が成立する。
Qc＝Dm ngηv (6) 但し、ng：発電機２３の回転速度（一定）、 ηv：油圧モータ２１の容積効率。
従つて式(6)の条件下では、押しのけ容積Dmは
次のように示される。
Dm＝Qc／ngηv (7) 式(7)へ式(4)を代入し Dm＝Ac／ngηv｜X〓｜ (8) 油圧モータ２１の押しのけ容積は圧力P2によ
つて次式(9)に従つて制御されるようにする。この
ことは油圧モータ２１にいわゆるプレツシヤーコ
ンペンセータを取付けることにより容易に達成さ
れる。
Dm＝βmP2 (9) 但し、βm：比例定数 式(8)へ式(9)を代入し P2＝Ac／βm ngηv｜X〓c｜ (10) となり、式(9)を満足するようにDmをP2で制御す
ればP2はシリンダ１０のスピードX〓cに比例する。
シリンダ１０による抵抗力Fpはシリンダ上に
おいてApP2で示される（但し、シリンダ内圧＝
P2と見做し得るとき）。
Fp＝ApP2＝ApAc／βm ngηvX〓c (11) （∵X〓c＝rcθ〓） 従つて、シリンダ１０による抵抗力Fpは振り
子の揺動角速度θ〓に比例することになる。
以上のことを纏めると次のようになる。
(a) 発電機２３を一般電力網に接続して常時一定
速度で回転させておく。
(b) 波力エネルギーにより発電機２３を駆動する
油圧モータ２１の押しのけ容積Dmを、シリン
ダ１０からの吐出圧力Ｐに比例して制御する。
(c) 振り子７でシリンダ１０を駆動し、この吐出
油で上記油圧モータ２１を駆動する。
(d) 振り子７に関する運動方程式は式(1)と同形に
なり、波力エネルギーでシリンダ１０を駆動す
る場合のエネルギー変換率を最高にすることが
できる。
第３図についてさらに説明を続ける。
フライホイール２２は油圧モータ２１の駆動ト
ルク変動があつてもそれによる速度変動が大きく
ならないように設けてある。フライホイール２２
には一方向クラツチが組込まれていて油圧モータ
２１から発電機２３を駆動できても、油圧モータ
２１の速度が低下した場合に発電機２３側から油
圧モータ２１側へエネルギーが逆流することを防
ぐ。従つて、振り子７の加振により一般電力網に
電流が供給されることはあつても、一般電力網か
らの電力により振り子７が加振されることはな
い。アキユムレータ２５は圧力P2の急激な変化
を吸収し、上記の駆動トルク変動を少なくする。
台風又はしけ等のときの異常波高波の時のオー
バーロードを意識して容量的に余裕をもつ油圧モ
ータを選定することは、経済的に得策ではない。
この対策として減圧弁２０とリリーフ弁２４とが
設けられている。
第４図は第３図の圧力P1とシリンダ変位Xcと
の関係を示す。Xcが式(2)で示され、P1∝Qcとな
る場合はXcに対するP1又はQcは第４図のように
示すことができる。波高Ｈが基準値のときは小さ
い半円PSで示され、その場合の最大圧力はｂ点で
生じ、これが油圧モータ２１の許容最大圧力
P2naxと一致するよう各部仕様を選定していたと
する。これに対し予想される最大の波高が働く場
合は大きい半円RLである。もし減圧弁２０がな
ければその最大圧力はａ点で示される。然し、こ
れでは許容最大圧力P2naxより大きな圧力がかか
り、油圧モータ２１が破損する為減圧弁２０は油
圧モータ２１への圧力P2を最大P2naxを超えぬよ
うに制御する。リリーフ弁２４は圧力P1の最大
値がａ点以上にならぬようにするものである。
第４図の半円とXc軸で囲む面積は、シリンダ
１０の変位Xcにより吸収したエネルギーに比例
している。これから判るように油圧モータ２１に
は無理させず、シリンダ１０として耐えられる限
界内のレベルでのエネルギー吸収が行なわれる。
第５図は第３図の可変容量形油圧モータの代り
に一定容量形圧モータを複数個用いた場合の例で
ある。可変容量形油圧モータはDmが小さくなる
と急激に効率が低下する傾向がある為この対策と
して効率の良い一定容量形油圧モータを複数組合
せ、その運転台数を圧力P2により制御し近似的
に式(9)の関係を満足させるようにしたものであ
る。この方式は発電容量が大きく一台の油圧モー
タで駆動することが困難な場合にも適している。
各油圧モータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは
一方向クラツチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ
を介し、歯車装置３１より発電機２３を駆動す
る。油圧P2が低い範囲では油圧モータ３０ａだ
けが運転に入り発電機２３を駆動し、順次圧力
P2の上昇につれシーケンス弁３３ｂ，３３ｃ，
３３ｄが開き、油圧モータ３０ｂ，３０ｃ，３０
ｄが加わり、発電機２３を駆動する。この場合フ
ライホイール２２′は一方向クラツチを有しない。
油圧モータの出力トルクMmは次式で表わされ
る。
Mm＝P2Dm／2πηt (12) 但し、ηt：油圧モータのトルク効率。
式(12)へ式(8)を代入し Mm＝Ac｜Xc｜ηt／2πngηv・P2 （13） さらに式(10)を代入すれば次の（14）式になる。
Mm＝ηt／2πβm（Ac｜Xc｜／ngηv）2 （14） 前式から判るように、発電機は一定速度で回転
しながら式（14）で示されるトルクKm（シリン
ダの速度X〓cの２乗に比例している）により駆動
される。
かくて同発明によれば、本発明者等が先に出願
した前記特願昭55−26725号の基本発明の長所を
生かしながら効率良く発電することができ、発電
した電力を一般電力線に投入でき、構造が単純で
建設費及び維持費が低い等の長所がある。これ等
のことから同発明は他方式に比較しエネルギーコ
スト面で遥かに優れ、実用上の効果が極めて大き
い為、産業上極めて有用な発明である。
（発明が解決しようとする問題点） 前記特願昭56−22883号の発明は、前述の通り
極めて優れた発明であるが、 (i) 装置が台風などによる異常海象に耐えられる
強度をもつこと、 (ii) 在来エネルギーの代替たりうる経済性を有す
ること の２点で未だ改善が要望されていた。
本発明者等が先に同出願の発明の改善として出
願した発明（特願昭57−60869号〔特開昭58−
178879号公報〕）は、波力エネルギーの周期性に
基く波力発電出力の周期的変動を取除く点で同出
願の発明と同じく取得エネルギーを良質とするも
のであり、発電装置を台風等による異常海象に耐
えられる強度とするものではなかつた。また、前
記特願昭57−60869号の発明は、波高が高い場合
から低い場合まで波力発電効率を高く保つことを
第２の目的とし、装置に高い経済性を与えるよう
に前述の(ii)の点を改善するものであるが、なおも
経済性の改善が望ましいものであつた。
波浪エネルギーはほぼ波高の２乗に比例する。
一般に台風襲来時は平常時の波高の５倍程度にな
るから、波浪エネルギーは25倍程にも達する。こ
の際の波圧に耐える必要から波力発電装置は極め
て頑丈に作られねばならず、この理由で建設費が
増し、平常時の運転効率は低下するといジレンマ
から逃れられなかつた。
従つて、単純な構造で建設費と維持費が低廉で
あり、台風などの異常海象に耐え、然も平常時の
運転効率が高い波力発電装置が、従来要望されて
いた。
（問題点を解決する為の手段） 本発明は前記特願昭56−22883号の構造に加え、
異常海象下で振り子に働く過大な波圧を波浪運動
を利用して制御することにより装置を直接頑丈に
しなくても、極めて効果的に上記(i)及び(ii)の点を
改善することを目的とする。
本発明は第１の見地においては、本発明はケー
ソン内の定常波の節の位置に垂下され定常波によ
り駆動される受圧板付き振り子の往復運動を電気
エネルギーに変換する波力発電方法において、台
風襲来などによる異常海象により波高が或る限界
を越える値になつた場合に波動を利用して直接波
圧を制御して振り子に働く過大な波圧を防止する
にあたり、入射波高が或る限度を超えるときは振
り子の前面海側で入射波切断部により入射波の上
部超過部を切裂き、切裂いた部分を振り子背面の
小水室に導入させて小水室の水位上昇を生じさせ
ることにより小水室内の圧力を高めて振り子前面
の波圧を相殺し、水位が上昇した小水室内水流を
背板とこれに連結した天板とにより斜め上方から
斜め下前方に向けて反転させることにより振り子
背面に生ずる圧力を高めて振り子前面の波圧を相
殺し、前記反転流を振り子前面側に放出すること
より小水室内水位を低下させて振り子が海側に揺
れ戻るときの振り子背面の波圧を減少させること
を特徴とする波力発電方法である。
本発明の第２の見地に於いては、本発明は底板
上に前面を開放面とし背板と少くとも両側面に側
壁をもち天板の一部を開放面としたケーソンを防
波堤または海岸堤防の全部または海側に面する部
分の構成要素とし、ケーソンの水室長Bc′を水室
内波長Lcの1/4より大きくして水室内定常波波動
を発生させ、背板よりLc／４だけ外側の点に前
記定常波波動の節が発生するようにし、この波動
の節の点に波動の周期Twとほぼ同じ値の固有周
期Tpで揺動する振り子を設置し、前記定常波波
動で振り子を加振することにより波力エネルギー
を吸収して電気エネルギーに変換する波力発電装
置において、振り子よりも海側のケーソン内に或
る波高より大きな入射波の上部超過部を切裂いて
切裂いた上部部分の波を振り子の受圧板を越えて
振り子よりも岸側のケーソン内に落下させこれに
よりケーソンの岸側内水量を増して振り子の岸側
への加振力を減少させると共に振り子の海側への
過大な振れを防止するストツパとして作用する入
射波切断部と、振り子が岸側へ過度に加振された
ときに振り子の岸側水を斜め下向きに振り子の受
圧板を越えて海側に落下させるように貨背の上部
に設けられて斜め下方に向いた案内壁とこれに連
結した天板とを有することを特徴とする波力発電
装置である。
本発明の第３の見地においては、本発明は底板
上に前面を開放面とし背板と少なくとも両側面に
側壁をもち天板の一部を開放面としたケーソンを
防波堤または海岸堤防の全部または海側に面する
部分の構成要素とし、ケーソンの水室長Bc′を水
室内波長Lcの1/4より大きくして水室内に定常波
波動を発生させ、背板よりLc／４だけ海側の点
に前記定常波波動の節が発生するようににし、こ
の波動の節の点に波動の周期Twとほぼ同じ値の
固有周期Tpで揺動する振り子を設置し、前記定
常波波動で振り子を加振することにより波力エネ
ルギーを吸収して電気エネルギーに変換する波力
発電装置において、振り子よりも海側のケーソン
内に或る波高より大きな入射波の上部超過部を切
裂いて切裂いた上部部分の波を振り子の受圧板を
越えて振り子よりも岸側のケーソン内に落下させ
これによりケーソンの岸側内水量を増して振り子
の岸側への加振力を減少させると共に振り子の海
外への過大な振れを防止するストツパとして作用
する入射波切断部と、振り子が岸側へ過度に加振
されたときに振り子の岸側水を斜めに下向きに振
り子の受圧板を越えて海側に落下させるように背
板の上部に設けられて斜め下前方に向いた案内壁
とこれに連結した天板と、振り子よりも岸側のケ
ーソン内に設けられて振り子の岸側への過度の揺
動を防止する岸側ストツパとを有することを特徴
とする波力発電装置である。
本発明の第４の見地においては、本発明は底板
上に前面を開放面とし背板と少なくとも両側面に
側壁をもち天板の一部を開放面としたケーソンを
防波堤または海岸堤防の全部または海側に面する
部分の構成要素とし、ケーソンの水室長Bc′を水
室内波長Lcの1/4より大きくして水室内に定常波
波動を発生させ、背板よりLc／４だけ海側の点
に前記定常波波動の節が発生するようににし、こ
の波動の節の点に波動の周期Twとほぼ同じ値の
固有周期Tpで揺動する振り子を設置し、前記定
常波波動で振り子を加振することにより波力エネ
ルギーを吸収して電気エネルギーに変換する波力
発電装置において、振り子よりも海側のケーソン
内に或る波高より大きな入射波の上部超過部を切
裂いて切裂いた上部部分の波を振り子の受圧板を
越えて振り子よりも岸側のケーソン内に落下させ
これによりケーソンの岸側内水量を増して振り子
の岸側への加振力を減少させると共に振り子の海
外への過大な振れを防止するストツパとして作用
する入射波切断部と、振り子が岸側へ過度に加振
されたときに振り子の岸側水を斜め下向きに振り
子の受圧板を越えて海側に落下させるように背板
の上部に設けられて斜め下前方に向いた案内壁と
これに連結した天板と、前記振り子により駆動さ
れて油を吐出するシリンダと、前記シリンダと連
結して吐出油圧力により駆動されてこの油圧力に
比例した容積を押しのける油圧モータと、一般電
力網に接続して一定回転数で回転する同期又は誘
導発電機とを具え、シリンダにより振り子に働く
負荷を振り子の揺動速度θ〓に比例させ且つ振り子
に働く負荷の大きさを造波抵抗力に等しくしたこ
とを特徴とする波力発電装置である。
これ等の発明は、単純な構造で建設費と維持費
が低廉であり、台風などの異常海象に故障なく耐
え、然も平常時の運転効率が高い波力発電装置を
提供することを基本目的とする。
第１の見地の発明は、前述の基本目的の下に、
高波の性質と小水室内水流を利用することによ
り、入射波の加振力を減衰させる為、振り子は軽
量低廉なもので足り、且つ台風などの異常海象に
故障なく耐え、然も平常時の運転効率が高い。
第２の見地の発明は、前述の基本目的に加えて
さらに、振り子の設置位置と小水室構造に関し波
力エネルギー取得効率を最高にすることを目的と
し、最大効率の波力発電が得られる。
第３の見地の発明は、前述の基本目的に加えて
さらに、振り子の岸側への過大な揺動を防止して
振り子の破損を防止することを目的とし、小水室
内の水流を利用した岸側ストツパーを使用する
為、異常に強大な台風等の異常海象時にも振り子
の破損を防止することができる。
第４の見地の発明は、前述の基本目的に加えて
さらに、発電機を一定速度で駆動し、効率良く発
電しながら、発電した電力を一般電力線に投入す
ることを目的とし、発電機駆動の油圧回路に用い
た油圧モータの押しのけ容積を回路圧力に比例し
た値に制御するため、波エネルギーを効率良く電
力に変換できる。また、通常の同期発電機を用
い、一定周波数の交流が得られる。
入射波切断部の高さを潮の干満に応じ手動で又
は自動的に、例えば液圧シリンダを用いて、調節
自在とすると、入射波の切裂き高さを潮位変化に
関係なく一定とすることができる。
入射波切断部の裏面にクツシヨン材を設ける
と、振り子の海側への過大な振れを装置に故障を
生ずることなく安全に防止することができる。
振り子と背板との間に、クツシヨン付きストツ
パーを設けると、岸側への振り子の過大な振れを
防止することができる。設ける場合には、背板か
ら案内壁によつて案内された波の落下を妨げない
ようにすることが好ましい。即ち、案内された波
が成可く多く振り子の受圧板を越えて振り子の前
面の海側に落下するようにする。
本発明は有利にも前記特願昭56−22883号の構
成を支障なく採用することができる。
（作用） 振り子と背板との間の小水室内の水は波の押し
引きに応じて左右に揺動している。この状態から
大きな入射波が振り子を加振すると、案内壁が無
ければ小室内の水は略々真上に激しい勢いで吹き
上げられるが、案内壁があるので、振り子の受圧
板を越えて斜め下前方の海岸側に打ち返されるこ
とが可能となる。また、入射波切断部が過大な波
の頭部を切断して振り子の岸側に入れる為、振り
子の背板側への加振が減少される。
本発明を図面につきさらに詳細に説明する。
第６図は本発明による異常波浪時の過大波力作
用を防ぐ為の問題解決の方法の原理を時間の経過
と共に示す。即ち同図は本発明装置が異常波浪の
下で加振されている場合で、第６図ａ〜ｄの順に
順次時間が経過しているところを図示している。
第６図ａは、振り子７が入射波により時計方向
に加振されながら垂直位置を通過する瞬間を示
す。切裂部４２は、図示のように、入射波高が限
度を超えた場合、その頭部を切裂く刃となる。こ
の場合、波の上部流速v1は下部流速v2よりも大き
い（受圧板８は下部水流に対する抵抗作用を持つ
からv2＜v1となる）ので、受圧板８の上部開口部
を通過し、上部水流は小水室Ｆ内に直行する。即
ち、小水室Ｆ内の水位上昇を生じさせる。従つ
て、下部水流による波圧に対向する結果となり、
振り子７に働く左向加振力が減少する。また、小
水室Ｆ内の水も、振り子７を同方向に運動し、背
板４のところで水位が上昇する。
第６図ｂはさらに振り子７が左に揺れ傾き、小
水室Ｆ内の水が背板４に沿つて押上げられ、案内
壁４０，４１により反転し、受圧板８の上部開口
部から小水室Ｆの外へ放出される状態を示す。即
ち、水流反転により小水室Ｆ内の水圧が増し、前
記左向加振力を相殺して減少させると共に、放出
によりその後の右向加振力を相殺して減少する。
第６図ｃ及びｄは、小水室Ｆ内の水位は正常に
復帰しており、この故に正常なレベルの右向加振
力が受圧板８に作用し、正常波高時と同様な状態
で振り子７を右向に揺動させている。
以上は次のように纏められる。
(1) 左向加振時の初期に、異常波高波の頭部を切
裂きその水流を小水室内に導入する。これによ
つて小水室内水位上昇を作り出して左向加振力
が相殺されて減少する。
(2) 左向加振時の後期に、小水室Ｆ内の水流を反
転放出させ、小水室Ｆ内の水位上昇により左向
加振力を相殺すると共に、その後の右向加振時
における過大加振力の発生を防ぐ。特願昭56−
22883号のように案内壁４０，４１がなく、垂
直な背板４のみであつては、このような作用は
生じない。
以上説明したように、波動で波圧を制御するこ
とは、波圧も波動に原因するものであることか
ら、波圧とこの制御作用は共に波高の関数とな
り、波圧増大のときはこの相殺作用も自づと増大
し、本発明の目的によく適合し、これを達成して
いる。
（実施例） 第７図は第１〜２図に対応して、本発明の実施
例を示す図である。ケーソン１の水室（長さB′c）
内に入射波を導入し、背板４で反射させて定常波
を作る。この定常波の節（背板からの距離Bc＝
Lc／４の位置）部に振り子７を釣り下、振り子７
の受圧板８（高きhp）を往復水平流で加振する。
この揺動運動でシリンダ１０を駆動し、波力エネ
ルギーを油圧エネルギーに変換する。
定常波の水流は、節部で水平方向、腹部で上下
方向、その中間で水流線Ｃのようになる。この場
合の水面は、静止水面Ｌの上下にL1，L2のよう
に移動する。この移動量は、前記腹部で最大で節
部（点Ｎ）で最も小さい。
波高が受圧板８の高さhpを越えるようになれ
ば、波の一部は振り子７に加振力を与えることな
く、受圧板８の上方から振り子７を通り抜ける。
然し、入射波が定常波に変つた状態では、水面位
置がＮ点で最低となり、その前後で図示のように
上昇するものであり、振り子７の揺動過程で受圧
板８の上端８′を越える定常波は滅多に生じない。
この為、このままでは第３図の前記特願昭56−
22883号の装置と同じく、異常波浪時の過大波力
作用を防ぐ十分な効果が得られない。
第７図が先願の特願昭56−22883号と異なるの
はつぎの部分である。先ず、背板４の上部４０
は、図示のように斜め下方向に向いていて、これ
に連結する天板４１と共に案内壁を成している。
また、ケーソン１には振り子７の揺動角度をある
一定限度内に保つストツパ４２，４３が設けられ
ていて、このストツパには振り子７が当るときに
生ずる衝撃を和らげる為のクツシヨン材４４が設
けられている。ストツパ４２は異常に高い波高の
入射波の上部を切裂く切裂部としても働く。さら
に、切裂部４２の上面にはスライド４５が設けら
れていて、スライド４５はシリンダ４７により切
裂部４２の上面に沿つて矢印Ａ，A′方向に伸縮
する。スライド４５の右先端４６は、入射波の切
裂き刃になる。潮の干満に応じ静止水面Ｌの位置
が上下するのに合せ、スライド４５の位置をシリ
ンダ４７により上下させれば、波高の切裂き位置
は潮位変化に関係なく一定となる。
（効果） 本発明は、過大波高による波圧を、波浪運動を
利用して打消すよう制御するものであり、装置を
直接頑丈にしなくても、相対的に耐波浪性の向上
が得られる。
また、軽量の振り子で済み、建設費が安いのみ
ならず、平常時の運転効率も高い。また、台風時
の波力エネルギーにも堪え、これを有効に電気エ
ネルギーに変換することができる。この為年間全
体を通して運転効率も高い。従つて、装置の経済
性をも大幅に改善し得る。
さらに、構造は極めて単純であり、自然環境が
大変厳しい海での使用にも耐れ易い。振り子式波
力発電装置は優れた利点を持つており、本発明に
より経済的、効果的に耐波浪性を向上し得るか
ら、本発明は産業上実用的に極めて有用である。
本発明を特定の例につき説明したが、本発明の
広汎な精神と視野を逸脱することなく、種々の変
更と修整が可能なこと勿論である。
【図面の簡単な説明】
第１図は振り子式波力発電装置の基本システム
を一部断面として示す正面図、第２図はその−
線上の断面図、第３図は波力エネルギーを電気
エネルギーに変換する本発明者等による従来の回
路例を示す線図的系統図、第４図は振り子により
シリンダから整流弁を介し供給される油の圧力
P1とシリンダ変位Xcとの関係を示す特性線図、
第５図は第３図の可変容量型油圧モータに替えて
一定容量形油圧モータを複数個用いた従来の回路
例を示す線図的系統図、第６図ａ〜ｄは本発明方
法の原理を示す説明図、第７図は本発明装置の一
例を一部破断して示す線図的側面図である。 １……ケーソン、２，３……側壁、４……背
板、５……底板、６……水室、７……振り子、８
……振り子７の受圧板、８′……受圧板８の上端、
９……軸受、１０……シリンダ、１１……レー
ル、１２……支持台、１３，１４……シリンダ、
１５，１６，１９，２６，２７，２８……管路、
１７……整流弁、１８……貯油タンク、２０……
減圧弁、２１……プレツシヤーコンペンセータ付
油圧モータ、２２……一方向クラツチ付フライホ
イール、２２′……一方向クラツチ無しフライホ
イール、２３……交流発電機、２４……リリーフ
弁、２５……蓄圧器、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，
３０ｄ……油圧モータ、３１……歯車装置、３２
ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ……一方向クラツ
チ、３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ……シーケンスバル
ブ、４０……斜め背板（案内壁）、４１……天板
（案内壁）、４２……異常波高波切断部、４３……
ストツパ、４４……クツシヨン材、４５……スラ
イド、４６……スライド４５の下端（先端）、４
７……シリンダ、Bc……背板４と振り子７との
間の距離、Bc′……水室６長さ、Ｃ……水流線、
Ｄ……振り子７へのシリンダ１０の枢着点、Ｆ…
…背板４と振り子との間の小水室、Ｇ……振り子
の重心、hp……受圧板８の高さ、Lc……水室内波
長、ｌ……支持台１２から振り子の重心Ｇまでの
距離、Ｎ……定常波の節、Ｌ……静止水面、L1，
L2……揺動水面、Hc……水室６内水深、P1，P2
……油圧、Op……振り子７の揺動中心点、ｒ…
…揺動点Opから枢着点Ｄへの距離、P1，P2……
油圧、Qc……シリンダ１０の吐出量、Rs，R2…
…半円、v1，v2……波速度、Xc……シリンダ１
０の変位。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ケーソン内の定常波の節の位置に垂下され定
    常波により駆動される受圧板付き振り子の往復運
    動を電気エネルギーに変換する波力発電方法にお
    いて、台風襲来などによる異常海象により高波が
    或る限界を越える値になつた場合に波動を利用し
    て直接波圧を制御して振り子に働く過大な波圧を
    防止するにあたり、入射波高が或る限度を越える
    ときは振り子の前面海側で入射波切断部により入
    射波の上部超過部を切裂き、切裂いた部分を振り
    子背面の小水室に導入させて、小水室の水位上昇
    を生じさせることにより小水室内の圧力を高めて
    振り子前面の波圧を相殺し、水位が上昇した小水
    室内水流を背板とこれに連結した天板とにより斜
    め上方から斜め下前方に向けて反転させることに
    より振り子背面に生ずる圧力を高めて振り子前面
    の波圧を相殺し、前記反転流を振り子前面海側に
    放出することにより小水室内水位を低下させて振
    り子が海側に揺れ戻るときの振り子背面の波圧を
    減少させることを特徴とする波力発電方法。 ２ 特許請求の範囲１記載の方法において、入射
    波切断部の高さを潮の干満に応じ調節自在とする
    方法。 ３ 特許請求の範囲１記載の方法において、振り
    子の海側への過大な振れを入射波切断部により防
    止する方法。 ４ 特許請求の範囲１記載の方法において、振り
    子の岸側への過大な振れをケーソン内ストツパに
    より防止する方法。 ５ 底板上に前面を開放面とし背板と少なくとも
    両側面に側壁をもち天板の一部を開放面としたケ
    ーソンを防波堤または海岸堤防の全部または海側
    に面する部分の構成要素とし、ケーソンの水室長
    Bc′を水室内波長Lcの1/4より大きくして水室内
    に定常波波動を発生させ、背板よりLc／４だけ
    海側の点に前記定常波波動の節が発生するように
    にし、この波動の節の点に波動の周期Twとほぼ
    同じ値の固有周期Tpで揺動する振り子を設置し、
    前記定常波波動で振り子を加振することにより波
    力エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換す
    る波力発電装置において、振り子よりも海側のケ
    ーソン内に或る波高より大きな入射波の上部超過
    部を切裂いて切裂いた上部部分の波を振り子の受
    圧板を越えて振り子よりも岸側のケーソン内に落
    下させこれによりケーソンの岸側内水量を増して
    振り子の岸側への加振力を減少させると共に振り
    子の海側への過大な振れを防止するストツパとし
    て作用する入射波切断部と、振り子が岸側へ過度
    に加振されたときに振り子の岸側水を斜め下向き
    に振り子の受圧板を越えて海側に落下させるよう
    に背板の上部に設けられて斜め下前方に向いた案
    内壁とこれに連結した天板とを有することを特徴
    とする波力発電装置。 ６ 特許請求の範囲５記載の波力発電装置におい
    て、入射波切断部の裏面に振り子に対するクツシ
    ヨン材を設けた装置。 ７ 特許請求の範囲５記載の波力発電装置におい
    て、入射波切断部がスライド板を有し、このスラ
    イド板を液圧シリンダにより調節自在とした装
    置。 ８ 底板上に前面を開放面とし背板と少なくとも
    両側面に側壁をもち天板の一部を開放面としたケ
    ーソンを防波堤または海岸堤防の全部または海側
    に面する部分の構成要素とし、ケーソンの水室長
    Bc′を水室内波長Lcの1/4より大きくして水室内
    に定常波波動を発生させ、背板よりLc／４だけ
    海側の点に前記定常波波動の節が発生するように
    にし、この波動の節の点に波動の周期Twとほぼ
    同じ値の固有周期Tpで揺動する振り子を設置し、
    前記定常波波動で振り子を加振することにより波
    力エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換す
    る波力発電装置において、振り子よりも海側のケ
    ーソン内に或る波高より大きな入射波の上部超過
    部を切裂いて切裂いた上部部分の波を振り子の受
    圧板を越えて振り子よりも岸側のケーソン内に落
    下させこれによりケーソンの岸側内水量を増して
    振り子の岸側への加振力を減少させると共に振り
    子の海側への過大な振れを防止するストツパとし
    て作用する入射波切断部と、振り子が岸側へ過度
    に加振されたときに振り子の岸側水を斜め下向き
    に振り子の受圧板を越えて海側に落下させるよう
    に背板の上部に設けられて斜め下前方に向いた案
    内壁とこれに連結した天板と、振り子よりも岸側
    のケーソン内に設けられて振り子の岸側への過度
    の揺動を防止する岸側ストツパとを有することを
    特徴とする波力発電装置。 ９ 特許請求の範囲８記載の波力発電装置におい
    て、岸側ストツパが振り子に対するクツシヨン材
    を具えた装置。 １０ 底板上に前面を開放面とし背板と少なくと
    も両側面に側壁をもち天板の一部を開放面とした
    ケーソンを防波堤または海岸堤防の全部または海
    側に面する部分の構成要素とし、ケーソンの水室
    長Bc′を水室内波長Lcの1/4より大きくして水室
    内に定常波波動を発生させ、背板よりLc／４だ
    け海側の点に前記定常波波動の節が発生するよう
    ににし、この波動の節の点に波動の周期Twとほ
    ぼ同じ値の固有周期Tpで揺動する振り子を設置
    し、前記定常波波動で振り子を加振することによ
    り波力エネルギーを吸収して電気エネルギーに変
    換する波力発電装置において、振り子よりも海側
    のケーソン内に或る波高より大きな入射波の上部
    超過部を切裂いて切裂いた上部部分の波を振り子
    の受圧板を越えて振り子よりも岸側のケーソン内
    に落下させこれによりケーソンの岸側内水量を増
    して振り子の岸側への加振力を減少させると共に
    振り子の海側への過大な振れを防止するストツパ
    として作用する入射波切断部と、振り子が岸側へ
    過度に加振されたときに振り子の岸側水を斜め下
    向きに振り子の受圧板を越えて海側に落下させる
    ように背板の上部に設けられて斜め下前方に向い
    た案内壁とこれに連結した天板と、前記振り子に
    より駆動されて油を吐出するシリンダと、前記シ
    リンダと連結して吐出油圧力により駆動されてこ
    の油圧力に比例した容積を押しのける油圧モータ
    と、一般電力網に接続して一定回転数で回転する
    同期又は誘導発電機とを具え、シリンダにより振
    り子に働く負荷を振り子の揺動速度θ〓に比例させ
    且つ振り子に働く負荷の大きさを造波抵抗力に等
    しくしたことを特徴とする波力発電装置。 １１ 特許請求の範囲１０記載の装置において、
    シリンダのリリーフ圧力制御装置とは独立して油
    圧モータに働く吐出油圧力P2の最大値を過負荷
    値より小に制御する減圧装置を有する装置。 １２ 特許請求の範囲１０記載の装置において、
    造波抵抗力の変化に対応して油圧モータのプレツ
    シヤーコンペンセータの比例定数βmを調整する
    装置を有する装置。
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