JPS6344949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、波高発電設備において発電機を作動
させるため、波の有するエネルギを回転エネルギ
に変換するための波エネルギ一次変換装置に関す
る。

海洋の自然現象をエネルギ源としてこれを利用
した発電形態の一つにいわゆる波高発電があり、
波高発電設備はエネルギ源である波エネルギを回
転エネルギに変換する一次変換装置と前記回転エ
ネルギを電気エネルギに変換する二次変換装置と
を備える。

従来、一次変換装置は、タービンが配置された
堤体と、開放端部が静水面下に位置するように前
記堤体に支持され、静水面上に空気室を形成する
容器と、空気室とタービンとの間に配置された通
風管とを含み、容器底部の開放端部から波が入射
すると、波の変動に応じ、容器内において水位が
上昇しあるいは下降し、これにより前記通風管内
に空気流動を生じさせるべく空気室内の空気が圧
縮または膨張状態におかれ、このときの空気流動
によりタービンが駆動される。

ところで、前記一次変換装置は有義波高で１〜
３ｍの波に適合するようにその性能が設定される
のが通常であるが、前記有義波高を超える大きな
エネルギを有する波が一次変換装置に作用したと
きの該一次変換装置の耐久性および安全性の点で
十分でない。

すなわち、台風やしけのような暴風雨時におい
ては波高が10ｍを超える大波となることがまれで
はなく、このような大波が前記一次変換装置に作
用した場合、前記容器内において水位の上昇が著
しく、前記空気室内の異常高圧化に伴つてタービ
ンの許容負荷容量を超える高速の空気流が発生す
ると共に海水が容器上揚に当つて堤体を含む一次
変換装置を倒壊させるように作用する。さらに、
海水が前記流動空気と共にタービン内へ侵入す
る。

前記したような一次変換装置に作用する負の現
象を回避するべく、大波の襲来時に通風管の通路
を遮断しかつ空気室内の空気を室外に排出するこ
とが考えられる。しかし、この場合はタービンの
過負荷運転とタービン内への海水の流入を避ける
ことは可能であつても、容器内を上昇する海水の
該容器およびこれを支持する堤体に作用する破壊
力を軽減することができない。したがつて、一次
変換装置の安全性を確保することができない。

実際、大波の有するエネルギは莫大であつて、
これを無視することができない。

本発明は、異常気象時あるいは平常時に突発的
に発生する大波による波高発電設備におけるエネ
ルギの一次変換装置に対する影響を緩和し、一次
変換装置の耐久性および安全性を確保することを
目的とする。

本発明は、堤体に支持された空気室を形成する
容器内部に、排水管をその一端が静水面下におい
て開放し、また他端が静水面上方に設定された限
界水位位置において大気に開放するように設置す
ると共に、容器内において水面が前記限界水位を
超えたとき、空気室およびタービン間に配置され
た通風管内における空気の流通を阻止するべく作
動する遮断手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、大波の影響を受けて容器内に
おける水位が上昇し水面が限界水位、すなわちタ
ービンの負荷容量に従つて設定された水位を超え
て上昇すると、通風管の通路が閉鎖されて空気室
およびタービン間の空気の流通が停止される。こ
の時、空気室内の空気は圧縮状態にありその空気
圧は大気圧よりも大きいことから、排水管を介し
て海水が容器外へ流出し、容器内における水位を
下げかつ空気室内の圧力を低下させる。また、水
位が限界水位を大巾に超えて上昇した場合でも、
それだけ空気圧が上昇し、排水管からの海水の流
水量も増大して空気圧を低下さすることができ
る。しかも海水が容器の上部に当ることがないた
め、堤体を含む一次変換装置を損傷させまたは倒
壊させるように作用する力を著しく軽減してその
安全性を高めると共にタービン内への海水の侵入
を阻止することができる。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかとなろ
う。

波の有するエネルギを回転エネルギに変換する
ためのエネルギの一次変換装置１０は、第１図お
よび第２図に示すように、堤体１２と、該堤体１
２に支持された一端開放の容器１４と、堤体１２
の上部に配置された機械室１６内のタービン（図
示せず）とを含む。

堤体１２は、例えばケーソンで構成し、海岸か
ら海へ向けて伸びる突堤として構築することがで
き、機械室１６が配置される上方部分が静水面１
８上にあるように設置される。

堤体１２に支持された容器１４は、堤体１２に
沿つて海側にかつ波の進行方向に対し直角に配置
されている。容器１４は下端部を開放端部１４ａ
とする全体に直方体形状の鉄筋コンクリート製構
造物で形成され、前記開放端部１４ａが前記静水
面１８下に位置するように配置されている。これ
により、容器１４内に、静水面１８と容器１４内
面とで規定される空気室２０が形成され、また波
が開放端部１４ａから入射可能となる。

空気室２０を形成する容器１４は、図示の例の
ように堤体１２と別体とせず堤体１２と一体に構
成し、また、堤体１２の外部ではなく内部に設け
ることができる。但し後者の場合は、堤体の海側
の壁面の波の入射のための開口を設けかつ内部に
前記空気室に充当するための空間を設けることが
要件となるため、構造的に十分な強度を有するよ
うに配慮することが必要である。

容器１４の頂部にはノズル（図示せず）が設け
られており、該ノズルを介して空気室２０と連通
しかつ前記タービンに接続された通風管２２が配
置されている。波の容器１４内への入射により該
波の挙動に従つて容器１４内において水位が上昇
しあるいは下降するが、その際空気室２０内の空
気が圧縮または膨張状態におかれ、同時に前記空
気が通風管２２内を流動し、これにより前記ター
ビンが作動する。該タービンには、正逆両方向に
回転可能のいわゆるウエルズタービンが使用され
ている。タービンに接続される発電機（図示せ
ず）は、動力伝達の損失を最小限に抑える意味で
機械室１６内に設置することが望ましい。

容器１４内にはまた、暴風雨時あるいは平常時
に突発的に発生する波高による一次変換装置１０
の作動不能、耐久性の低下あるいはその破壊を回
避すべく複数の排水管２４が配置され、さらに、
第３図に示すように、排水管２４からの排水動作
と連動する、通風管２２の通路遮断手段２６が設
けられている。

排水管２４はその下端部２４ａが静水面１８下
において水中に開放し、またその上端部２４ｂが
容器１４の容器を経て大気に開放するように配置
されている。

一般に、波の高さは刻々に変動し、しかも年間
を通じてその波高差が非常に大きく、定常的な波
高発電に最適な波高は有義波高１〜３ｍであると
されており、前記タービンの出力の上限および下
限は対象とする波の高さに基いて定められる。

排水管２４の上端部２４ｂの高さ、さらに詳細
には上端部２４ｂの内面下部の高さ位置は、ター
ビンの前記出力の上限に対応して設定された限界
水位と同高位置にある。上端部２４ｂの開放面
は、大波の襲来時に前記開放面からの海水の流入
を防ぐために、上方以外の方向に向けられる。ま
た、排水管２４の下端部２４ａは、発電効率の点
から容器１４の開放端部１４ａの高さ位置より上
方にあることが望ましい。容器１４の開放端部１
４ａおよび海底間の距離すなわちゲート高さが比
較的小さい場合は排水管２４の下端部２４ａが開
放端部１４ａよりも下方にあるように配置するこ
とも可能である。

なお、前記下端部２４ａが静水面１８よりも上
方位置で開放するときは、静水面１８下の下方水
位面１８ａから静水面１８上の上方水位面１８ｂ
へ向けて水面が上昇する際、排水管２４から空気
が逃げ、タービンの駆動が不可能となり、あるい
はタービンの能率を著しく低下させることにな
る。

前記通路遮断手段２６は、第３図に示すよう
に、容器１４内に配置された浮子２６ａと、通風
管２２の横断面と同形状で回転可能に支持された
弁２６ｂと、浮子２６ａおよび弁２６ｂとを連結
するリンク機構２６ｃと、内部底面が前記限界水
位位置にあるように配置された、浮子２６ａの案
内部材２６ｄとから成る。

前記リンク機構２６ｃは、第４図に示すよう
に、浮子２６ａに固定されたアーム２８と、アー
ム２８および弁２６ｂにその直径方向に固定され
かつ通風管２２に枢着された枢軸３２のそれぞれ
に回動可能にピン結合されたロツド３０とで構成
されている。また、前記案内部材２６ｄは有底半
円筒体から成り、弁２６ｂ下方において容器１４
内の壁面上部および側部に接して固定され、該壁
面上部および側部と前記有底半円筒体の内面とで
浮子２６ａの移動空間を規定する。前記有底半円
筒体の底部および側部にはそれぞれ孔３４および
孔３６が穿たれており、容器１４内において上方
水位面１８ｂが前記限界水位を超えて上昇した
際、海水が孔３４から侵入して浮子２６ａを押し
上げ、浮子２６ａの上方空間における空気は孔３
６を経て空気室２０内に移動し、リンク機構２６
ｃを介して弁２６ｂを回転させる。これにより、
弁２６ｂが通風管２２の通路を閉鎖する。

前記孔３６下方近傍には、アーム２８の挿通用
孔を有する抑止板３８が固定されている。

次に、波エネルギ一次変換装置１０の能力を有
義波高が１〜３ｍの波に対応するように設定した
場合、一次変換装置１０は最大波高の上限が８ｍ
すなわち有義波高が4.5ｍの波に対しこれが有す
るエネルギを回転エネルギに変換することができ
る。したがつて、前記した容器１４内における限
界水位面は前記８ｍの最大波高の波が入射した場
合の容器１４内における上方水位面１８ｂであ
る。但し、この場合の最大波高の下限は１ｍであ
る。

一次変換装置１０の能力を前記したように設定
したときの通風管２２の空気の流通状況および排
水管２４からの排水状況を第５図ないし第７図を
参照して説明する。

まず、第５図Ａ，Ｂに示すように、最大波高が
１〜８ｍの波の場合、容器１４内における上方水
位面１８ｂは前記限界水位まで上昇せず、入射す
る波に従つて水面が上方水位面１８ｂ位置と下方
水位面１８ａ位置との間で変動することにより空
気室２０内の空気が圧縮または膨張されて通風管
２２内を流動しタービンを正逆両方向に交互に回
転させる。また、排水管２４から容器１４外への
排水はない。

最大波高が８ｍの波の場合の第６図Ａ，Ｂの状
態から最大波高が８ｍを超える波の場合は第７図
Ａ，Ｂに示すように上方水位面１８ｂが前記限界
水位を超えて上昇するため、容器１４内から容器
１４外へ排水管２４を介して排水され、同時に浮
子２６ａの上昇に伴つて弁２６ｂが空気の流路を
狭めるように回転し、最後に通風管２２の通路が
完全に遮断され空気室２０およびタービン間の空
気の流動が停止する。

前記第７図Ａ，Ｂの状況においては、空気室２
０内が密閉空間もしくはこれに近い状態となるた
め、室内圧力が高くなつて大気圧と圧力差が大き
くなり、容器１４内からその外部へいわゆるサイ
ホン効果によつて排水され、上方水位面１８ｂを
限界水位より下方へ短時間で戻すことができ、一
次変換装置１０の稼動を再開することができる。
また、空気室２０が高圧状態となつているため、
上方水位面１８ｂが容器１４内の上面に達して一
次変換装置１０に損傷を与えまたは倒壊させるよ
うな力が堤体１２および容器１４に作用すること
がない。さらに、限界水位したがつてタービンの
最大負荷容量を超えた過負荷運転を防止しかつタ
ービン内への海水への侵入を阻止することができ
るため、タービンの耐久性を確保することができ
る。

本発明によれば、暴風雨時あるいは平常時に発
生する突発的な大波の影響下にあつても、波高発
電設備における波エネルギ一次変換装置の耐久性
および安全性を損うことなくこれらの性能を維持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一次変換装置の正面図、
第２図は第１図の線２−２に沿つて得た部分縦断
面図、第３図は第１図の線３−３に沿つて得た部
分縦断面図、第４図は通路遮断手段の部分的な斜
視図、第５図Ａ，Ｂはそれぞれ、上方水位面が限
界水位面より下方にあるときの一次変換装置の作
動状況を示す第２図および第３図に対応する部分
縦断面図、第６図Ａ，Ｂは、それぞれ、上方水位
面が限界水位面と同一面上に達したときの一次変
換装置の作動状況を示す、第２図および第３図に
対応する部分縦断面図、第７図Ａ，Ｂは、それぞ
れ、上方水位面が限界水位面を超えて上方にある
ときの一次変換装置の作動状況を示す、第２図お
よび第３図に対応する部分縦断面図である。 １０：波エネルギ一次変換装置、１２：堤体、
１４：容器、１６：機械室、１８：静水面、２
０：空気室、２２：通風管、２４：排水管、２
６：通路遮断手段、２６ａ：浮子、２６ｂ：弁、
２６ｃ：リンク機構、２６ｄ：有底半円筒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンが配置された堤体と、開放端部が静
   水面下に没するように前記堤体に支持され、前記
   静水面上方に空気室を形成する容器と、前記ター
   ビンと前記空気室との間に配置された通風管と、
   前記容器内に配置された両端開放の排水管であつ
   て、一端が前記静水面下にありまた他端が前記静
   水面上方に設定された限界水位位置において大気
   に開放する排水管と、前記容器内において水面が
   前記限界水位を越えたときに前記通風管の通路を
   遮断する手段とを含む、波エネルギの一次変換装
   置。 ２ 前記遮断手段は、前記限界水位位置上方へ移
   動可能に前記容器内に配置された浮子と、前記通
   風管内に配置された弁と、該弁と前記浮子とを連
   結して前記浮子の上下運動を前記弁の開閉運動に
   変換するためのリンク機構とを備える、特許請求
   の範囲第１項に記載の波エネルギの一次変換装
   置。