(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン構造や空気流の流路構造を簡素化して製作・設置コストを低減させ、メンテナンス性、安全性に優れ、タービン稼働率を向上させた波力発電用タービン技術を提供する。【解決手段】波力発電用タービンは、筒状形状の浮体の頂部に設けられ、この浮体内で振動水柱上に形成される空気室１８と外気とを連通させ、タービンケーシング３５と、このタービンケーシング３５内に格納された中仕切り組立体４４と、この中仕切り組立体４４の内周側に設置され、タービン軸２６と羽根車４８、この羽根車４８の内周側に対向して設置されたノズルリング組立体５０と、ノズルリング組立体５０の内周部に、外気からの空気流と空気室１８からの空気流を選択的に切り換えて流入させる空気流制御機構７３とを備え、ノズルリング組立体５０内周部に流入された空気流はノズルリング組立体５０および羽根車４８を経て一方向の外向流として案内される。【選択図】図５
2014202175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力発電装置の発電機を駆動する波力発電用タービンにおいて、
筒状形状の浮体の頂部に設けられ、この浮体内で振動水柱上に形成される空気室と外気とを連通させ、３分割可能に組み立てられるタービンケーシングと、
このタービンケーシング内に格納された上下２分割可能なトーラス状の中仕切り組立体と、
前記中仕切り組立体の内周側に設置され、タービン軸と回転一体の動翼としての羽根車と、
この羽根車の内周側に対向して設置された静翼としてのノズルリング組立体と、
前記ノズルリング組立体の内周部に、外気からの空気流と前記空気室からの空気流を選択的に切り換えて流入させる空気流制御機構とを備え、
前記ノズルリング組立体の内周部に流入された空気流は前記ノズルリング組立体および前記羽根車を経て一方向の外向流として案内されることを特徴とする波力発電用タービン。
【請求項２】
前記ノズルリング組立体の内周側にトーラス状の流入チャンバが、また、前記羽根車の外周側にトーラス状流出チャンバがそれぞれ形成された請求項１に記載の波力発電用タービン。
【請求項３】
前記タービンケーシングは、上部ケーシングとスリーブ状中間ケーシングと下部ケーシングと重ねて３分割可能に構成され、
前記タービンケーシングの内周壁に上部仕切りディスクと下部仕切りディスクとを上下に間隔を置いて設けて前記中仕切り組立体が構成された請求項１に記載の波力発電用タービン。
【請求項４】
前記羽根車は、前記タービン軸を回転一体に挿通支持したタービンハブとしてのボス部と、
このボス部に一体に設けられた１枚あるいは上下２枚の支持ディスクと、
前記支持ディスクの外周側に周方向に配列されたロータリブレード列とから構成された請求項１または２に記載の波力発電用タービン。
【請求項５】
前記ノズルリング組立体の内周側流入チャンバは、ノズルリング上板内周側の上部流入口を介して大気中に連通される一方、ノズルリング下板内周側の下部流入口を介して前記空気室に連通され、
前記空気流制御機構は、前記上部流入口および前記下部流入口を選択的に覆うフローティングシャッタプレートが前記流入チャンバ内に昇降自在に収容された請求項２に記載の波力発電用タービン。
【請求項６】
前記中仕切り組立体は、前記流出チャンバが前記上部仕切りディスクの流出口を介して大気中に連通される一方、前記下部仕切りディスクの流出口を介して前記空気室に連通され、
前記上部仕切りディスクの流出口を上方から覆う上方カバープレートが昇降自在に設けられ、また前記下部仕切りディスクの流出口を覆う下方カバープレートが昇降自在に設けられた請求項３に記載の波力発電用タービン。
【請求項７】
下部ケーシング内に下部カバープレートを収容してリング状の下部仕切りディスクを、前記下部ケーシングと中間ケーシングとの間の内周溝に挟持させ、
前記下部仕切りディスクの内周側に、動翼としての羽根車を外周側に、静翼としてのノズルリング組立体を内周側にそれぞれ設ける際、
前記下部ケーシングの中央開口に立設した下部筒状スリーブと前記ノズルリング組立体との間の流入チャンバに空気流制御機構のシャッタプレートを昇降可能に収容するとともに、
前記羽根車とタービン軸とを予め一体的に組み立てた羽根車アッセンブリを、前記下部筒状スリーブに上方から回転自在に設け、
前記羽根車の外周側に位置する上部仕切りディスクを、前記中間ケーシングと上部ケーシングとの間の内周溝に挟持させて、前記上部仕切りディスクと下部仕切りディスクとの間に流出チャンバを形成する一方、前記上部ケーシングの中央開口に上部筒状スリーブを垂設して上方カバープレートを収容し、
前記下部ケーシング、中間ケーシングおよび上部ケーシングを重ねて周辺部を、通しボルトを備えた締結手段で締結してタービンケーシングを組み立てることを特徴とする波力発電用タービンの組立方法。
【請求項８】
前記羽根車アッセンブリは、羽根車のロータハブとしてのボス部の両側に軸受を介在させ、
前記軸受を備えた前記ボス部のボス孔にタービン軸を挿通して、締結手段で締結することにより、前記羽根車とタービン軸とが一体的に組み立てられる請求項７に記載の波力発電用タービンの組立方法。
【請求項９】
下部ケーシング内に下部カバープレートを収容してリング状の下部仕切りディスクを、前記下部ケーシングと中間ケーシングとの間の内周溝に挟持させ、
前記下部仕切りディスクの内周部に、動翼としての羽根車を外周側に、静翼としてのノズルリング組立体を内周側にそれぞれ備えた羽根車アッセンブリを前記下部ケーシング内に組み付ける際、
前記ノズルリング組立体の内周側に形成される流入チャンバに、空気流制御機構のシャッタプレートを昇降可能に収容するとともに、前記羽根車とタービン軸とを予め一体的に組み立てた前記羽根車アッセンブリを、前記下部筒状スリーブを用いて前記下部ケーシングに上方から回転自在に組み込み、
前記羽根車の外周側に位置する上部仕切りディスクを、前記中間ケーシングと上部ケーシングとの間の内周溝に挟持させて、前記上部仕切りディスクと下部仕切りディスクとの間に流出チャンバを形成するとともに、前記上部ケーシング内に上方カバープレートを収容して前記上部ケーシングの中央開口から前記タービン軸を突出させ、
前記下部ケーシング、中間ケーシングおよび上部ケーシングを重ねて周辺部を、通しボルトを備えた締結手段で締結してタービンケーシングを組み立てることを特徴とする波力発電用タービンの組立方法。
【請求項１０】
前記静翼としてのノズルリング組立体を前記下部筒状スリーブに回転不能に収容する前記羽根車は、その下方支持ディスクを前記下部筒状スリーブに支持軸受を介して回転自在に支持する一方、前記羽根車の上方支持ディスクにロータハブとしてのボス部を設け、
前記ボス部の上側に上部軸受を、前記ボス部の下方に前記下部筒状スリーブ内のスリーブを介して下部軸受をそれぞれ設けて前記ボス部と下部軸受との間隔が保持され、前記上部軸受から前記ボス部のボス孔、前記スペーサおよび前記下部軸受を通して上方からタービン軸を挿通させて締結手段で締結することにより、
前記静翼としてのノズルリング組立体および前記空気流静翼機構を予め備えて組み立てられた前記羽根車アッセンブリを一体的に備える請求項９に記載の波力発電用タービンの組立方法。
【請求項１１】
請求項７または９に記載の波力発電用タービンの組立方法により地上にて組み立てられた波力発電用タービンは、海上の浮体設置場所に船で搬送され、
前記波力発電用タービンを海上設置の浮体の頂部に着脱可能に設置し、
前記波力発電用タービン上に発電機を設置することを特徴とする波力発電用タービンの組立方法。
【請求項１２】
海上の浮体頂部に波力発電用タービンを設置し、
前記浮体内の空気室に流出入する海水により海面が昇降し、振動水柱が上下動する波力発電用タービンの運転方法において、
前記海面上昇に伴う前記振動水柱の上昇により、前記空気室内の空気流は下方カバープレートおよび上方カバープレートを押し上げて、流出チャンバの下部流出口を閉塞させ、かつその上部流出口を開放させる一方、空気流制御機構のフローティングシャッタを押し上げて、流入チャンバの下部流入口を開放させて、その上部流入口を閉塞させ、
前記海面下降に伴う前記振動水柱の下降により、大気中の空気流は、前記空気流制御機構のフローティングシャッタを下降させて前記流入チャンバの上部流入口を開放させ、その下部流入口を閉塞させる一方、前記上方カバープレートおよび下方カバープレートが下降して前記流出チャンバの上部流出口を閉じて、その下部流出口を開放させ、
前記海面の上昇時に前記下部流入口から流入チャンバに流入した空気流、および前記海面の下降時に前記上部流入口から前記流入チャンバに流入した空気流は、前記静翼としてのノズルリング組立体から動翼としての羽根車を経て流出チャンバに一方向の外向流として案内され、タービン軸を回転させることを特徴とする波力発電用タービンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波力エネルギを利用して発電を行う波力発電技術に係り、特に波浪（波力）エネルギ変換システムにより発電装置と協動して波力エネルギを電気エネルギとして取り出す波力発電用タービンならびにその組立方法および運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周辺を海に囲まれた海洋国である我が国には、海に波力エネルギが豊かに存在するが波力エネルギの活用には至っていない。波力エネルギは入手が簡単であるので我が国や海洋国において波力エネルギを利用した様々な方式の波力発電の研究が行われている。実際海上に於ける波力発電の研究では安全対策が大掛かりとなり、コストが高い、また、景観が損なわれる等の理由により、波力発電は普及の段階に至っておらず実用化されていない。
【０００３】
海洋発電は地球環境に優しいクリーンエネルギであり、地球温暖化防止に大きく寄与するものである。火力、水力、風力や原子力のような従来の発電方式の経済性に近いところまで製造コストの低減が図れれば将来の有望なエネルギ源であり、本格的な普及が図れるものであると思料する。
【０００４】
波力（波浪）エネルギを電気エネルギとして取り出す公知の波浪エネルギ式変換システムは、
ａ）越波揚水方式（Ｔａｐｅｒｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）
ｂ）振動水柱方式（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｃｏｌｕｍｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）
ｃ）運動物体方式（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｂｏｄｙ  Ｔｙｐｅ）
の３つに分類される。
【０００５】
これら３つの方式における現在の主流は、図１に簡略的に示すような振動水柱方式（以下、ОＷＣ方式という。）である。振動水柱方式の波力発電装置１では、海水（水中）に係留された筒型形状の浮体２上に空気タービン３にて駆動される発電機４が設置される。浮体２は、水中（海中）で図示しないバラスト（重錘）により鉛直方向に浮遊状態に保持され、浮体２の浮力と発電機４やバラストの重力との関係で、浮体２の頂部側に空気室５が形成される。この空気室５は浮体２内の水柱（振動水柱）の往復動により発生する海（水）面の昇降により、空気室５の内部と外部との間で空気流が発生する。この空気流により空気タービン３が駆動される。
【０００６】
空気タービン３の駆動により発電機４が回転駆動され、振動水柱６の昇降に伴う波力エネルギは、発電機４から電気エネルギに変換されて外部に取り出される。
【０００７】
従来からОＷＣ方式に用いられる空気タービン３には、特許文献１および２に記載の「波力発電装置」ならびに特許文献３に記載の「波力発電用タービン」が存在する。
【０００８】
特許文献１に記載された波力発電装置は、波力発電用タービンとしてウェルズタービンを用いて発電機の回転方向を常に一定として構造の簡素化を図るものである。
【０００９】
また、特許文献２に記載された波力発電装置は、空気タービンに回転方向一定の衝動型タービンを用いてタービン回転軸方向と一定距離移動可能なフローティングノズルを組み合わせて構造の簡素化と性能の向上を図るものである。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載された波力発電用タービンは、空気タービンのタービンケーシング内に中空円盤ボックス状のフローティングチェストを上昇位置と下降位置との間を昇降自在に設け、このフローティングチェスト内に静翼としてのノズルリング組立体を外周側に、動翼としての輻流型羽根車を内周側に対向させて設けたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２０１０１４号公報
【特許文献２】特開２００８−９５５６９号公報
【特許文献３】特開２０１１−７４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載の波力発電装置がウェルズタービンを採用しており、このウェルズタービンで低起動トルク特性や低効率特性を改善しようとすると、可変ピッチ案内羽根を取り付ける必要があり、取付構造が複雑となってコスト増を招く問題があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載の波力発電装置は、羽根車に流入する空気流が反転しないラジアルフローであるが重要部品であるフローティングノズルの移動開始の時間に遅れがあり効率向上のネックとなっている。
【００１４】
この特許文献２に記載の波力発電装置は重要部品であるフローティングノズルの中に海面上昇時に機能する静翼と海面下降時に機能する静翼をそれぞれ専用に備えており、この二組の静翼は一方が羽根車に空気流を導く作用をしているとき、他方は前記羽根車をまわした後の空気を排出する通り道に位置していた為、排気の邪魔となっていた。このため、空気流の流れがスムースでなく、排気流路の流路抵抗も大きく、タービン稼働率を向上させることが困難で、発電効率の向上を図る上で問題となっている。
【００１５】
特許文献３に記載の波力発電用タービンは、空気静翼機構を構成するフローティングチェスト内に静翼のノズルリング組立体と動翼の輻流型羽根車を収容させて組み立てる構成であるため、組立に困難性を伴ったり、フローティングチェスト全体がタービンケーシング内で上下動する昇降部材としての円盤中空ボックス状のフローティングチェストを収容しているために、衝撃音が発生する問題があったり、昇降部材にトラブルが生じ易く、トラブルが発生するとメンテナンスのためにタービン稼働率が低下する虞があった。
【００１６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、タービン構造や空気流の流路構造を簡素化して製作・設置コストを低減させ、メンテナンス性、安全性に優れ、タービン稼働率を向上させた波力発電用タービンならびにその組立方法および運転方法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】
【００１７】
本発明に係る波力発電用タービンは、上述した課題を解決するために、波力発電装置の発電機を駆動する波力発電用タービンにおいて、筒状形状の浮体の頂部に設けられ、この浮体内で振動水柱上に形成される空気室と外気とを連通させ、３分割可能に組み立てられるタービンケーシングと、このタービンケーシング内に格納された上下２分割可能なトーラス状の中仕切り組立体と、前記中仕切り組立体の内周側に設置され、タービン軸と回転一体の動翼としての羽根車と、この羽根車の内周側に対向して設置された静翼としてのノズルリング組立体と、前記ノズルリング組立体の内周部に、外気からの空気流と前記空気室からの空気流を選択的に切り換えて流入させる空気流制御機構とを備え、前記ノズルリング組立体の内周部に流入された空気流は前記ノズルリング組立体および前記羽根車を経て一方向の外向流として案内されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係る波力発電用タービンの組立方法は、上述した課題を解決するために、下部ケーシング内に下部カバープレートを収容してリング状の下部仕切りディスクを、前記下部ケーシングと中間ケーシングとの間の内周溝に挟持させ、前記下部仕切りディスクの内周側に、動翼としての羽根車を外周側に、静翼としてのノズルリング組立体を内周側にそれぞれ設ける際、前記下部ケーシングの中央開口に立設した下部筒状スリーブと前記ノズルリング組立体との間の流入チャンバに空気流制御機構のシャッタプレートを昇降可能に収容するとともに、前記羽根車とタービン軸とを予め一体的に組み立てた羽根車アッセンブリを、前記下部筒状スリーブに上方から回転自在に設け、前記羽根車の外周側に位置する上部仕切りディスクを、前記中間ケーシングと上部ケーシングとの間の内周溝に挟持させて、前記上部仕切りディスクと下部仕切りディスクとの間に流出チャンバを形成する一方、前記上部ケーシングの中央開口に上部筒状スリーブを垂設して上方カバープレートを収容し、前記下部ケーシング、中間ケーシングおよび上部ケーシングを重ねて周辺部を、通しボルトを備えた締結手段で締結してタービンケーシングを組み立てることを特徴とする組立方法である。
【００１９】
さらに、本発明に係る波力発電用タービンの組立方法は、上述した課題を解決するために、下部ケーシング内に下部カバープレートを収容してリング状の下部仕切りディスクを、前記下部ケーシングと中間ケーシングとの間の内周溝に挟持させ、前記下部仕切りディスクの内周部に、動翼としての羽根車を外周側に、静翼としてのノズルリング組立体を内周側にそれぞれ設ける際、前記ノズルリング組立体の内周側に形成される流入チャンバに、空気流制御機構のシャッタプレートを昇降可能に収容するとともに、前記羽根車とタービン軸とを予め一体的に組み立てた羽根車アッセンブリを、前記下部筒状スリーブに上方から回転自在に組み込み、前記羽根車の外周側に位置する上部仕切りディスクを、前記中間ケーシングと上部ケーシングとの間の内周溝に挟持させて、前記上部仕切りディスクと下部仕切りディスクとの間に流出チャンバを形成するとともに、前記上部ケーシングの中央開口に上部筒状スリーブを垂設して上方カバープレートを収容し、前記下部ケーシング、中間ケーシングおよび上部ケーシングを重ねて周辺部を、通しボルトを備えた締結手段で締結してタービンケーシングを組み立てることを特徴とする組立方法である。
【００２０】
一方、本発明に係る波力発電用タービンの組立方法は、上述した課題を解決するために、請求項７または９に記載の波力発電用タービンの組立方法により地上にて組み立てられた波力発電用タービンは、海上の浮体設置場所に船で搬送され、前記波力発電用タービンを海上設置の浮体の頂部に着脱可能に設置し、前記波力発電用タービン上に発電機を設置することを特徴とする組立方法である。
【００２１】
他方、本発明に係る波力発電用タービンの運転方法は、上述した課題を解決するために、海上の浮体頂部に波力発電用タービンを設置し、前記浮体内の空気室に流出入する海水により海面が昇降し、振動水柱が上下動する波力発電用タービンの運転方法において、前記海面上昇に伴う前記振動水柱の上昇により、前記空気室内の空気流は下方カバープレートおよび上方カバープレートを押し上げて、流出チャンバの下部流出口を閉塞させ、かつその上部流出口を開放させる一方、空気流制御機構のフローティングシャッタを押し上げて、流入チャンバの下部流入口を開放させて、その上部流入口を閉塞させ、前記海面下降に伴う前記振動水柱の下降により、大気中の空気流は、前記空気流制御機構のフローティングシャッタを下降させて前記流入チャンバの上部流入口を開放させ、その下部流入口を閉塞させる一方、前記上方カバープレートおよび下方カバープレートが下降して前記流出チャンバの上部流出口を閉じて、その下部流出口を開放させ、前記海面の上昇時に前記下部流入口から流入チャンバに流入した空気流、および前記海面の下降時に前記上部流入口から前記流入チャンバに流入した空気流は、前記静翼としてのノズルリング組立体から動翼としての羽根車を経て流出チャンバに一方向の外向流として案内され、タービン軸を回転させることを特徴とする運転方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、タービン構造や空気流の流路構造を簡素化して軽量化させ、コンパクトなカセット式に構成でき、製作・設置コストを低減させることができ、波力発電用タービンを分解可能に組み立てて、メンテナンス性、タービン稼働率を向上させることができる。
【００２３】
また、海面上昇時や海面下降時に、浮体内の空気室に大気中の空気流が流出入するが、ノズルリング組立体の内周側に設置のノズルリング組立体および羽根車を通る空気流は動翼を加速する一方向の外向き流れで羽根車を安定的にかつ効率よく回転させ、タービン軸を年中無休かつ稼働率１００％で連続的に回転駆動させることができ、タービン稼働率を向上させることができるとともに、空気流は常に外向流となって羽根車の回転方向を一様に設計でき設計自由度が向上し、簡素化される。
【００２４】
さらに、タービンケーシングおよび中仕切り組立体は、分割可能に組み立てられるので、タービンケーシング内に中仕切り組立体、静翼としてのノズルリング組立体、動翼としての羽根車の組立や分解が容易となり、簡素化されるので、製作・設置コストを低減させることができ、メンテナンス性が向上する。
【００２５】
加えて、空気流制御機構は、流入チャンバ内をフローティングシャッタプレートが昇降するだけで空気流の切換を行なうことができ、しかもシャッタプレートは空気流の作用で衝撃音もなく安定的に昇降作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の振動水柱方式の波力発電装置の原理を示す図。
【図２】波力発電用タービンを備えた波力発電装置の原理を示す簡略的な構成図。
【図３】波の運動に伴う海水（水）の深さによる変化を説明する概略図。
【図４】本発明に係る波力発電用タービンの実施形態を示すもので、波力発電用タービンを備えた波力発生装置の簡略的な構成図。
【図５】本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を示すもので、浮体の空気室内の空気を大気中に放出するときの図７のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。
【図６】本発明に係る波力発電用タービンの第１実施形態を示すもので、大気中の空気を浮体の空気室に流入させるときの縦断面図。
【図７】図５および図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う平断面図。
【図８】図５および図６の波力発電用タービンに備えられる輻流型羽根車を示す斜視図。
【図９】本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を示すもので、浮体の空気室内の空気を大気中に放出するときの図１１のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図。
【図１０】本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を示すもので、大気中の空気を浮体内の空気室に流入させるときの縦断面図。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線に沿う平断面図。
【図１２】波力発電用タービンの組立て初期に用意される輻流型羽根車の下半分およびノズルリング組立体の下半分および下部筒状スリーブ等を示す断面図。
【図１３】輻流型羽根車、ノズルリング組立体の羽根車アッセンブリの組立て手順を分解状態で説明する断面図。
【図１４】静翼としてのノズルリング組立体および空気流制御機構のシャッタプレートを備えた羽根車アッセンブリの組立て状態を示す断面図。
【図１５】タービンケーシングの下部ケーシングに組み付けられる羽根車アッセンブリの組付け直前の断面図。
【図１６】羽根車アッセンブリを備えた下部ケーシング上に重ねられる中間ケーシングおよび上部ケーシングの組立て前の分解状態を示す断面図。
【図１７】タービンケーシングが組み立てられて構成される波力発電用タービンの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る波力発電用タービンの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２８】
［波力発電の原理］
本発明に係る波力発電用タービンの実施形態を説明する前に、波力発電の原理を説明する。
【００２９】
図２は本発明に係る波力発電用タービンを備えた波力発電装置１０の発電原理を示す概略的な構成図を示す。
【００３０】
図２に示すように、波力発電装置１０は海上（水上）に係留可能に設けられた浮体１１と、この浮体１１上に配設された発電手段としての発電機１２とを有する。浮体１１は例えば樹脂製で細長い円筒形状に構成され、海水中に配置される。浮体１１の中程には浮力Ｆを得るための浮力調整室１３が設けられ、浮体１１の下端部は下方に開放されており、海水が自由に出入りできるようになっている。浮体１１の最下部には浮体１１の重力Ｇを調整する重錘としてのバラスト１４が設けられ、このバラスト１４により浮体１１をほぼ鉛直状態に安定的に保持するようになっている。バラスト１４は、浮体１１の上下動（昇降）を効率よく抑制するため、円環状あるいは外周フランジ状に形成される一方、バラスト１４の外周部からスリーブ状突起部１５が垂設される。
【００３１】
また、浮体１１の浮力調整室１３の上端部は中仕切り板１６により内部が仕切られ、仕切られた中仕切り板１６の上部は側面に複数の開口１７が形成され、この開口１７を通じて海水が出入りでき、振動水柱２０を構成するようになっている。浮体１１内で振動水柱２０の水（海）面から上の部分は、空気室（エアチャンバ）１８を構成している。
【００３２】
空気室１８を仕切る海面は、周囲の波の振幅により所要の位相差を持って昇降しており、浮体１１内の振動水柱２０を所定の周期で上下動している。このようにして、浮体１１内の上部に振動水柱２０が構成される。浮体１１内の振動水柱２０は所定の周期例えば７秒〜８秒の周期で海（水）面が上下動せしめられる。浮体１１内の下部、すなわち、浮力調整室１３の下方の水柱は上下動せず、固定水柱２１を形成している。
【００３３】
一方、浮体１１の頂部には、波力発電用タービンを構成する空気タービン２５が配設される。空気タービン２５のタービン軸２６は、発電機１２の回転軸に直接あるいはカップリングを介して連結される。
【００３４】
この波力発電装置１０において、浮体１１は浮力Ｆと重力Ｇの釣合いにより、空気室１８に所定の空間を残して浮体１１の頂部が海面から上方に突出するように、海（水）中に設置される。また、波の上下動に伴って水面が上下動する際にも、水中の深い部分では、図３に示すように、表面波の影響を受けずに水が殆ど静止している。
【００３５】
水中の深い部分では、浮体１１が浮力Ｆと重力Ｇとの差によって上下に動かされる水の抵抗が大きくなるように、円環状あるいは外周フランジ状バラスト１４や外周スリーブ状突起部１５が設けられる。
【００３６】
反対に、海の表面付近では、図２に示すように、所要の周期で上下動する波によって浮体１１内に開口１７を通して海水が空気室１８に出入りされる。このとき、浮体１１の上部側では、海水の昇降に伴う上下方向の力が最小となるように凹凸のない筒形状に形成される。
【００３７】
また、波長が水（海水）の深さに較べて小さい場合には、水（海）面の各点は、図３に示すように、鉛直面内で波の振幅に等しい半径の円運動を行ない、水面下の水の各点も円運動を行なうが、その半径は水面から中に入るに従って急に小さくなり、半波長程度以上の深さでは、殆ど動かないことが知られている。例えば、我国近海の海水の振幅は１．６ｍ程度、一般に太平洋側で１．８ｍ〜２．０ｍ、日本海側は太平洋側より小さい振幅である。
【００３８】
図２に示される波力発電装置１０においては、波の上下動に伴って上下方向の力による浮体１１の上下動はほぼ抑制され、浮体１１は慣性により最初に設置した姿勢を維持しようとする。
【００３９】
また、浮体１１の上部空間（空気室）１８に入り込む海水は、出入りの流体抵抗が無視できる程度に充分な開口面積を設けてある。そのために、空気室１８の海面は、波の上下動に伴って上下方向に変動し、その変動に伴って浮体１１に対して相対的に空気室１８と大気中の外気との間で空気タービン２５を介して空気のやりとりが行なわれる。
【００４０】
すなわち、海水の流出入により浮体１１内の水面、すなわち振動水柱２０の水面が上下動し、空気室１８の空気が空気タービン２５を通して外部（大気中）に出入りされる。
【００４１】
浮体１１の下端部は下方に開放されており、浮体１１内に海水が自由に出入りできる。浮体１１の最下部には浮体１１の重力Ｇを調節するバラスト１４が設けられ、このバラスト１４により海中（水中）で浮体１１を略鉛直状態に保持することができる。バラスト１４は、浮体１１の昇降（上下動）を抑制するために円環状あるいは外周フランジ状に構成され、必要に応じてスリーブ状突起部１５の助けを受ける。
【００４２】
他方、波力発電装置１０の浮体１１は頂部が海面から上方に突出しており、海面上に突出する浮体１１の頂部には、波力発電用タービンを構成する空気タービン２５およびこの空気タービン２５により回転駆動される発電手段としての発電機１２が設けられる。発電機１２の発電作用により得られた電力は図示しない電力ケーブルを介して外部に取り出される。
【００４３】
この波力発電装置１０において、浮体１１は浮力Ｆと重力Ｇとの釣合いにより、空気室（エアチャンバ）１８に所定の空間を残すように海中に設置される。また、波の上下動に伴って水面が上下動しても、浮体１１は安定的に静止状態に保たれるように、浮体１１の下端部にバラスト１４が設けられる。このバラスト１４は好ましくは円環（リングあるいはトーラス）状あるいは外周フランジ状に構成される。
【００４４】
波の上昇に伴って空気室１８の海面が上昇すると、波力発電装置１０の空気室１８内空気は浮体１１の上端開口部より外部へ流出する。また、波の下降に伴って空気室１８の海面が下降すると、浮体１１の上端開口部より空気室１８が負圧となって外気が流入する。波力発電装置１０は空気室１８への空気の流出入により空気タービン２５が駆動され、発電機１２が回転駆動して発電が行なわれる。
【００４５】
一方、空気タービン２５は、空気室１８から空気が外気中に流出されるとき、また、空気室１８に空気（外気）が流入するとき、回転翼である動翼２７は、いずれの場合にも、後述するように同一方向に内向流となって回転（タービン）駆動される。空気タービン２５は、波の上下動に伴い、空気室１８に流出入する空気流により、動翼２７は同一方向に回転駆動される。
【００４６】
空気タービン２５の回転駆動力は、タービン軸２６を介して発電機１２に伝達され、この発電機１２を回転駆動させる。発電機１２の回転駆動により、発電が開始され、外部に必要な電力が取り出される。
【００４７】
この波力発電装置１０は、波の上下動いずれの場合にも、波力発電用タービンを駆動させて発電作用を行なうことができ、年中無休で波のエネルギを電気エネルギに効率よく能率的に変換することができる。
【００４８】
［第１の実施形態］
本発明に係る波力発電装置の第１実施形態を図４ないし図８を参照して説明する。
【００４９】
図４は、本発明に係る波力発電装置１０に備えられる波力発電用タービン２５を簡略的に示す構成図である。図２に示される波力発電装置１０と同じ構成には同一符号を付して説明する。この波力発電用タービンは輻流型空気タービン２５を構成する。この空気タービン２５を備えた波力発電装置１０は、プラスチック等の樹脂材料あるいはステンレス鋼等の鋼鉄材料で形成された細長い円筒形状の浮体１１を有する。
【００５０】
浮体１１は海上（水上）に係留ケーブル、ワイヤあるいはリンク部材３０により陸地あるいは船体に係留可能に設けられる。浮体１１は岸壁に固定された円筒形状の筐体で構成してもよい。筐体を固定した場合には、固定水柱２１やバラスト１４等は不要となる。
【００５１】
浮体１１は、筒状ブロック３１を着脱自在に連結して組み立てることができ、所要数の筒状ブロック３１を円柱形状に組み立てることにより、軸方向長さを調節することができる。浮体１１は直径Ｄが数１０ｃｍ〜数ｍ、好ましくは１ｍφ程度に構成され、軸方向長さＬが数１０ｍ、例えば２０ｍ程度に形成される。
【００５２】
浮体１１の途中には、浮力Ｆを調節する浮力調整室１３が設けられ、この浮力調整室１３の上端部は有底筒状ブロックあるいは中仕切り板１６により仕切られる。
【００５３】
仕切られた中仕切り板１６の上部に空気室１８が形成される一方、複数の開口１７が浮体１１の側壁に周方向に形成され、開口１７を通じて浮体１１内に海水が出入りされ、浮体１１内で海面（水面）が上下動する振動水柱２０を構成している。
【００５４】
また、浮体１１の頂部に波力発電装置１０が設置される。波力発電装置１０は発電手段としての発電機１２と波力発電用タービンを構成する輻流型空気タービン２５とが設けられる。この空気タービン２５は浮体１１の頂部に着脱自在に据え付けられ、固定される。空気タービン２５内には、タービン軸２６に固定された動翼２７が設けられ、タービン軸２６の回転を発電機１２に伝達されるようになっている。
【００５５】
浮体１１の頂部に着脱自在に据え付けられる空気タービン２５は、図５ないし図７に示すようにカセット式に構成される。空気タービン２５は、浮体１１の頂部に据え付けられるタービンケーシング３５を有する。タービンケーシング３５は、天板（蓋）付き筒状の上部ケーシング３６とスリーブ状の中間ケーシング３７と、有底筒状の下部ケーシング３８とから上下３分割構造に構成される。上部ケーシング３６と下部ケーシング３８とを合せて締結手段３９で締結して、タービンケーシング３５が構成される。タービンケーシング３５はケーシング内部に空気室のチャンバ４０を形成している。
【００５６】
タービンケーシング３５内は、上蓋状の上部ケーシング３６とスリーブ状の中間ケーシング３７と下蓋状の下部ケーシング３８を３分割可能に重ねて組み合せ、内周側を複数の通しボルト・ナット等の締結手段３９で締結することにより、内部にチャンバ４０を形成し、全体として円筒ブロック状に構成される。タービンケーシング３５内に内部のチャンバ４０を上下に仕切る円盤状の中仕切り組立体４４が設けられる。
【００５７】
中仕切り組立体４４は、上部ケーシング３６と中間ケーシング３７の合せ面の内周壁に形成される周溝に挟持されるリング状の上部仕切りディスク４５と、中間ケーシング３７と下部ケーシング３８の合せ面の内周壁に形成される周溝に挟持される下部仕切りディスク４６とを間隔を置いて備える。中仕切り組立体４４はタービンケーシング３５内のチャンバ４０を上下に仕切るもので、全体として円盤状あるいはトーラス状に構成される。
【００５８】
中仕切り組立体４４は動翼としての輻流型羽根車４８を外周側に、静翼としてのトーラス状のノズルリング組立体５０を内周側にそれぞれ設置される。ノズルリング組立体５０の内周側には流入チャンバ５１が形成される一方、輻流型羽根車４８の外周側に流出チャンバ５２が形成される。
【００５９】
流出チャンバ５２は、動翼としての輻流型羽根車４８の外周側にトーラス状に形成され、タービンケーシング３５の内周側で中仕切り組立体４４の上部仕切りディスク４５と下部仕切りディスク４６との間に形成される。中仕切り組立体４４は上部中仕切りディスク４５と下部仕切りディスク４６が放射方向（中径方向）内方に延びて幅広のリング状あるいはワッシャ状に形成され、下部中仕切りディスク４６の内周側は他の外周側部分より厚肉に一体形成される。
【００６０】
また、静翼としてのノズルリング組立体５０は、下部中仕切りディスク４６の内周上に位置する。ノズルリング組立体５０は、対をなすノズルリング上板５４とノズルリング下板５５との間に多数のノズルブレード５６が周方向に列状に設けられてトーラス状あるいはドーナツ状のブレード列を構成するように一体に組み立てられる。ノズルリング下板５５は下部中仕切りディスク４６上に設置しても、この下部中仕切りディスク４６と一体に構成してもよい。
【００６１】
静翼としてのノズルリング組立体５０の外周側に、図７に示すように、動翼としての輻流型羽根車４８が対向して回転自在に設けられる。羽根車４８は、図５ないし図８に示すように、対をなすリング状のロータ上板５８とロータ下板５９の間に多数のロータリブレード６０が円周方向に等ピッチに配列されてトーラス状あるいはドーナツ状のブレード列が一体的に組み立てられる。羽根車４８のロータ上板５８は、ロータハブとしてのボス部６１上部に固着された１枚の支持ディスク６２に一体に縦断面視で片持状に固定される。羽根車４８の支持ディスク６２は、周方向に沿って複数の頂部流入口６３が形成される。なお、羽根車４８の支持ディスク６２は、ボス部６１の上部に設ける代りに、ボス部６１の下部に一体に設けてもよい。ボス部６１の下部に設けた場合、支持ディスク６２は、羽根車４８のロータ下板５９に一体に固定される。
【００６２】
さらに、羽根車４８のロータハブとしてのボス部６１は、タービン軸２６に回転一体に設けられる。タービン軸２６は、上部筒状スリーブ６５および下部筒状スリーブ６６の段差部に設けられた上部軸受６７および下部軸受６８により回転自在に支持される。上部筒状スリーブ６５は、タービンケーシング３５の上部ケーシング３６の中央開口に挿入支持される一方、下部筒状スリーブ６６は、タービンケーシング３５の下部ケーシング３８の中央開口に挿入支持される。しかして、タービン軸２６は上部軸受６７からボス部６１のボス孔および下部軸受６８を貫いて下方に突出し、突出部を締付けナット等の締付手段７０で締め付けることにより、羽根車４８と回転一体に組み立てられる。
【００６３】
加えて、下部筒状スリーブ６６は羽根車４８のボス部６１をスリーブ状スペーサとしてのスベリ軸受６９を介して回転自在に支持している。
【００６４】
一方、静翼としてのノズルリング組立体５０の内周側に形成された流入チャンバ５１内に、空気流制御機構７３のシャッタプレート７４が昇降自在に設けられる。シャッタプレート７４はディスク状のフローティングシャッタを構成していて、流入チャンバ５１内を下部筒状スリーブ６６に案内されて昇降される。
【００６５】
静翼としてのノズルリング組立体５０の内周側に形成される流入チャンバ５１は、ノズルリング上板５４と対向する下部筒状スリーブ６６頂部の外周フランジ６６ａとの間、さらにノズルリング下板５５と対向する下部筒状スリーブ６６中間部の外周フランジ６６ｂとの間に、ワッシャ状あるいはリング状の上部流入口７５および下部流入口７６がそれぞれ形成される。流入チャンバ５１内に収容されたシャッタプレート７４は、上部流入口７５および下部流入口７６を選択的に覆って閉塞するように設けられる。空気流制御機構７３はフローティングする樹脂製のシャッタプレート７４で構成され、流入チャンバ５１に流入する空気流を選択的に切り換えるようになっている。
【００６６】
また、中仕切り組立体４４は、上部仕切りディスク４５および下部仕切りディスク４６に複数ずつの上部流出口７８および下部流出口７９が周方向に沿ってそれぞれ形成される。上部流出口７８は上方からリング状の上方カバープレート８０で開閉自在に覆われる一方、下部流出口７９は、下方からリング状の下方カバープレート８１で開閉自在に覆われる。
【００６７】
しかして、中仕切り組立体４４内に形成される流出チャンバ５２から上部流出口７８を通り流出される空気流は、タービンケーシング３５のチャンバ４０から大きな開口面積を有する上部ケーシング３６の頂部および側部開口８３を通り、大気中に放出される。また、流出チャンバ５２から下部流出口７９を通る空気流は、タービンケーシング３５の底部開口８４から浮体１１内の空気室１８に流入が案内される。
【００６８】
このようにして、波力発電用タービン（輻流型空気タービン）２５は、海中に設置された浮体１１に据え付けられ、この空気タービン２５のタービン軸２６に発電機１２が連結されて波力発電装置１０が構成される。波力発電装置１０の空気タービン２５は、図５に白抜き矢印で示すように海面上昇に伴う振動水柱２０の上昇により、空気流が浮体１１内の空気室１８からタービンケーシング３５内に流入する場合には、空気流制御機構７３のフローティングシャッタとしての薄いディスク状シャッタプレート７４は空気流の作用で上下動して、下部流入口７６を開放し、上部流入口７５を閉塞させる。
【００６９】
また、下方カバープレート８１も空気流の作用で上動して下部流出口７９を閉塞させる一方、上方カバープレート８０は流出チャンバ５２から流出する空気流により、上方カバープレート８０を上動させて上部流出口７８を開放させる。
【００７０】
一方、海面下降により振動水柱２０が下降してタービンケーシング３５内に外気からの空気流が流入する場合には、図６に白抜き矢印で示すように、上方カバープレート８０およびシャッタプレート７４は、自重と空気流の流れにより下降し、中仕切り組立体４４の上部流出口７８を閉塞し、支持ディスク６２の頂部開口６３および上部流入口７５を開放させ、下部流入口７６を閉塞させる。
【００７１】
また、下方カバープレート８１は自重と流出チャンバ５２からの空気流により下動して下部流出口７９を開放させる。
【００７２】
このように、図５に白抜き矢印で示すように、海面上昇により浮体１１内の空気室１８からタービンケーシング３５内に空気流が流入する場合も、また、図６に白抜き矢印で示すように、外気からの空気流がタービンケーシング３５内に流入する場合にも、タービンケーシング３５内に流入する空気流は、静翼としてのノズルリング組立体５０内周側の流入チャンバ５１に案内される。
【００７３】
流入チャンバ５１に案内された空気流は、静翼としてのノズルリング組立体５０のノズルブレード５６を通って、放射方向外方に、反時計方向Ｂの旋回流となるように吹き出され、図７に示すように、動翼としての輻流型羽根車４８をロータリブレード６０の遠心力で加速されて反時計方向Ｂに回転される。羽根車４８を反時計方向Ｂに回転させた空気流は、動翼のロータリブレード６０を通って半径方向外方の流出チャンバ５２に至り、この流出チャンバ５２から海面上昇時迄は図５に示すように、上部流出口７８を通り外気中に放出され、海面下降時には、図６に示すように、下部流出口７９から浮体１１の空気室１８に流入させるようになっている。
【００７４】
このように、本実施形態の波力発電用タービン２５は、海面が上昇して浮体１１の空気室１８から空気流が大気中に流出する図５の場合も、海面が下降して大気中から浮体１１の空気室１８に流入する図６の場合にも、静翼としてのノズルリング組立体５０の内周側の流入チャンバ５１に空気流が導かれる。続いて、流入チャンバ５１からノズルリング組立体５０を通り外向きの空気流となって動翼としての羽根車４８を回転駆動させて流出チャンバ５２に至り、この流出チャンバ５２から大気中あるいは浮体１１の空気室１８に放出される。
【００７５】
したがって、浮体１１の空気室１８と大気との間で流出入する空気流は、いずれの場合も空気タービン２５の静翼内周側の流入チャンバ５１から静翼および動翼を通る外向き流となって流出チャンバ５２に導かれる。羽根車４８であるロータ内の空気流は、遠心力で加速されるフォローの外向き流となって羽根車４８を回転駆動させる。羽根車４８の回転駆動をスムーズに効率よく行なうことができる。羽根車４８の回転により支持ディスク６２を介してタービン軸２６を回転駆動させ、発電機１２を駆動して仕事をし、発電に供するようになっている。
【００７６】
（波力発電用タービンの組立）
次に、波力発電装置における波力発電用タービン２５の組立について説明する。
【００７７】
波力発電装置１０の波力発電用タービン２５は、浮体１１が海上に係留ケーブルを介して設置されるが、波力発電タービンである空気タービン２５の組立は地上にて行なわれる。
【００７８】
空気タービン２５を組み立てる場合には、タービンケーシング３５、中仕切り組立体４４および静翼であるノズルリング組立体５０、動翼である輻流型羽根車４８等を用意する。
【００７９】
初めに、タービンケーシング３５の下部ケーシング３８を地上に設置する。そして、下部ケーシング３８内に下方カバープレート８１を収納し、下部仕切りディスク４６を下部ケーシング３８と中間ケーシング３７との間に構成させる内周溝に挿入して挟持させる。
【００８０】
一方、下部ケーシング３８の底面の中央開口に下部筒状スリーブ６６を挿入し、下端の段付部で支持させる。中仕切り組立体４４の下部仕切りディスク４６には、内周側に静翼としてのノズルリング組立体５０を一体に予め組み立てておくか、あるいは下部仕切りディスク４６の内周部にノズルリング組立体５０を設置して固定させる。ノズルリング組立体５０の内周側に空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４を組み込み、薄肉ディスク状のシャッタプレート７４を流入チャンバ５１内に昇降自在にセットする。
【００８１】
また、動翼としての輻流型羽根車４８のロータ上板５８にロータハブとしてのボス部６１を備えた支持ディスク６２を予め一体成形して組み立てておき、ボス部６１の上部および下部に上部軸受６７および下部軸受６８を設置する。そして、タービン軸２６を上部軸受６７からボス部６１のボス孔および下部軸受６８を挿通させて下方に突出させて、タービン軸２６の下方突出部をナット等の締付手段７０で締め付ける。輻流型羽根車４８はボス部６１を上部軸受６７と下部軸受６８をタービン軸２６の段部と締付手段７０を利用して一体的に締め付けることにより、羽根車４８とタービン軸２６とを一体的に組み立てることができ、羽根車アッセンブリ７１を地上にて予め構成することができる。
【００８２】
しかして、輻流型羽根車４８とタービン軸２６との一体的化した羽根車アッセンブリ７１を下部仕切りディスク４６上に設置し、動翼としての輻流型羽根車４８が外周側に、静翼としてのノズルリング組立体５０が内周側にそれぞれ位置するようにセットする。羽根車４８のボス部６１は下部筒状スリーブ６６にスペーサとしてのスベリ軸受６９を介して回転可能に支持され、タービン軸２６とは回転一体に支持される。タービン軸２６は上部筒状スリーブ６５で被せられる一方、この上部筒状スリーブ６５は、上部ケーシング３６の中央開口に挿入され、固定される。
【００８３】
そして、羽根車４８とタービン軸２６との一体化した羽根車アッセンブリ７１を下部仕切りディスク４６上に回転自在に取り付けた後、リング状の上部仕切りディスク４５を、中間ケーシング３７と上部ケーシング３６との間の内周溝に挿入して挟持させ、固定させる。上部仕切りディスク４５上には上方カバープレート８０が上部ケーシング３６の内周壁に案内されて昇降自在に支持される。
【００８４】
タービンケーシング３５は、上部ケーシング３６、中間ケーシング３７、下部ケーシング３８が静翼としてのノズルリング組立体５０や動翼としての輻流型羽根車４８等を内部に収納して組み立てられ、外周部を通しボルトを備えた複数、例えば６個の締結手段３９が周方向等ピッチで締め付けられ、締結される。
【００８５】
上部ケーシング３６、中間ケーシング３７、下部ケーシング３８を重ねて嵌め合され、通しボルトを備えた締結手段３９で締結してタービンケーシング３５が組み立てられ、波力発電用タービン（空気タービン）２５が構成される。
【００８６】
地上にて組み立てられた空気タービン２５は、船で海上に立設された浮体１１設置位置まで搬送されて、浮体１１の頂部に着脱自在に据え付けられる。また、空気タービン２５のタービン軸２６上には、発電機１２が連結されて波力発電装置１０が構成される。
【００８７】
このように、地上に組み立てられた波力発電用タービン２５は、主要な構成部品であるタービンケーシング３５、中仕切り組立体４４、静翼であるノズルリング組立体５０、動翼である羽根車４８および空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４、上方カバープレート８０および下方カバープレート８１は、いずれもプラスチック等の樹脂材料、例えば、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂で構成することができる。この場合には、動翼である羽根車４８はチタン等の軽金属材料で形成してもよい。
【００８８】
このため、波力発電用タービン２５は、羽根車４８の直径が数１０ｃｍ〜１ｍ程度のものでも、全体重量が数１０ｋｇ、例えば６０ｋｇ以下と軽量化させることができる。しかも、波力発電用タービン２５は、カセット式で軽量構造であるため、船で海上設置の浮体１１上に搬送して、この浮体１１に容易に着脱自在に据え付けることができる。
【００８９】
波力発電用タービン２５はカセット式の軽量構造で浮体１１上に着脱自在に据え付けることができるうえ、軽量構造であるため、搬送が容易であり、メンテナンスは陸上で分解修理を安定して簡単に行なうことができる。波力発電用タービン２５の保守・保全や交換を簡単に行なうことができる。
【００９０】
波力発電用タービン２５を浮体１１上に据え付けても、この浮体１１からの取外しも容易であるために、波力発電用タービン２５は主要な構成部品と安価な樹脂材料で構成でき、例えば１年〜２年に１回のメンテナンスを簡単かつ容易に行なうことができる。
【００９１】
（波力発電用タービンの作用）
次に、波力発電装置１０に備えられる波力発電用タービンの作用を説明する。
【００９２】
波力発電装置１０は、海の波の上下運動に基づく波力（波浪）エネルギを電気エネルギに変換して取り出す波力発電に用いられ、波浪エネルギ変換システムとして機能する。波力発電装置１０は浮体１１の海上に浮上する部分に着脱可能に据え付けられる。
【００９３】
波力発電装置１０には、浮体１１の頂部に据え付けられる波力発電用タービンとしての空気タービン２５を備える。この空気タービン２５は浮体１１の上部に形成される空気室１８内の空気の出入りにより生じる空気流によって回転駆動され、タービン軸２６を介して発電機１２を駆動させ、発電に供するようになっている。
【００９４】
この空気タービン２５は、海面の昇降によって生じる振動水柱２０（図４参照）の上下動により、空気室１８の内部と外部（大気中）との間に発生する空気の往復流を利用し、この空気流により空気タービン２５を回転駆動させるものである。すなわち、振動水柱２０の上下動により発生する空気流を利用して空気タービン２５を回転駆動させるものである。
【００９５】
図４において、海の波の上昇により、浮体１１内の空気室１８にその開口１７を通して海水が流入すると、空気室１８内の振動水柱２０の海面（水面）が上昇する。この振動水柱２０の海面上昇により発生する空気流の作用により、図５に示すように、下方カバープレート８１は押し上げられて中仕切り組立体４４の下部流出口７９を閉鎖し、それに少し遅れて空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４も上昇し、フローティングシャッタプレート７４は図５に示すように上昇位置にセットされる。この上昇位置でシャッタプレート７４は海面上昇による空気流を、下部流入口７６から流入チャンバ５１を経てノズルリング組立体５０に導くようにセットされ、内周側の流入チャンバ５１から静翼であるノズルリング組立体５０を通り、動翼２７である外周側の輻流型羽根車４８に一方向の外向流（旋回流）として案内され、この羽根車４８を回転駆動させる。
【００９６】
ノズルリング組立体５０の各ノズル口は空気流を動翼２７を構成する輻流型羽根車４８の外周部に向けて、放射方向外側に、具体的には図７に示すように、半径方向に対し反時計方向に所要の角度をなして吹き出させる。この吹出しにより羽根車４８は図７において矢印Ｂ方向（反時計方向）に回転せしめられ、タービン軸２６を回転駆動させる。
【００９７】
タービン軸２６の回転駆動により、発電機１２が駆動されて発電に供される。発電機１２の発電により得られた電力は図示しないケーブルを介して外部に取り出される。
【００９８】
また、動翼としての羽根車４８を回転駆動した空気流は、続いて図５に示すように羽根車４８の上部流出口７８から中仕切り組立体４４の上部流出口７８や頂部開口６３を経て大気中に放出される。
【００９９】
浮体１１内に形成される振動水柱２０の上昇運動が停止すると、上方カバープレート８０は自重により中仕切り組立体４４の上部開口部７８を閉鎖するように下方に摺動する。この下降ストロークは、外気が空気タービン２５を介して（負圧状態の）空気室１８に流入する場合には、その空気流および負圧の作用による押下げ作用で助長され、図６に示すように、空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４が下降位置にスムーズに案内されてセットされ、外気からの空気流は支持ディスクの頂部開口６３から上部流入口７５を経て流入チャンバ５１に案内される。
【０１００】
流入チャンバ５１に空気流が案内された状態で、振動水柱２０の海面がさらに下降すると、空気室１８は負圧となって、外気は、タービンケーシング３５の頂部および側部開口８３からチャンバ４０を経て支持ディスクの頂部流入口６３から流入チャンバ５１および静翼を通り動翼２７を構成する羽根車４８に吹き出される。
【０１０１】
羽根車４８に吹き出される外気（空気流）は、ノズルブレード５０の吹出角度が図７に示すように半径方向内方に対し反時計方向を向くので、動翼の羽根車４８は反時計方向に回動し、タービン軸２６を介して発電機１２を回転駆動させる。
【０１０２】
羽根車４８を回転駆動させた外気は、続いて図６に示す羽根車４８から流出チャンバ５２を通り、中仕切り組立体４４の下部流出口７９からタービンケーシング３５の底部開口８４を経て空気室１８内に流入せしめられる。
【０１０３】
すなわち、空気タービン２５の動翼である羽根車４８は、浮体１１の空気室１８から空気流が大気中に流出する場合も、外気が空気タービン２５を通して空気室１８に流入する場合にも、図７の平面視において、羽根車４８は常に同じ矢印Ｂで示す一方向に旋回する外向流となって回転せしめられる。つまり動翼は、海面の昇降に関わらず常に矢印Ｂ方向に回転駆動させることができる。
【０１０４】
浮体１１の空気室１８内の空気流は、このようにして、波の上下動により、年中無休で流出入が繰り返され、振動水柱２０は波の振幅と所要の位相差をもって上下動せしめられる。空気流の流出入が生じても、空気タービン２５の羽根車４８は常に同じ方向に回転駆動されるので、羽根車４８の回転駆動を能率的にかつ効率よく行なうことができる。
【０１０５】
さらに、波力発電装置１０の発電機１２を駆動させる波力発電用タービン２５は、筒状形状の浮体１１の頂部に設けられる。波力発電用タービン２５は、浮体１１内で振動水柱２０上に形成される空気室１８を大気中外気と連通させるタービンケーシング３５と、このタービンケーシング３５内に格納され、静翼としてのトーラス状のノズルから吹き出される空気流により回転駆動される軸流型羽根車４８とを有する。羽根車４８はタービン軸２６と回転一体に設けられて動翼として機能する。
【０１０６】
静翼としてのノズルリング組立体５０はタービンケーシング３５内に格納されて固定される。ノズルリング組立体５０に対して、空気流制御機構７３はディスク状のフローティングシャッタプレート７４のみを流入チャンバ５１内に昇降自在に設けられる。この空気流制御機構７３のシャッタプレート７４は、流入チャンバ５１内で上部流入口７５を下方から覆う上昇位置と下部流入口７６を上方から覆う下降位置との間を下部筒状スリーブ６６の外周壁に案内されて昇降可能に設けられる。
【０１０７】
中仕切り組立体４４は、薄肉で軽量リング構造の空気流制御機構７３のシャッタプレート７４が流入チャンバ５１内に水平方向に設けられて上部流入口７５および下部流入口７６を選択的に覆い、仕切っている。波が上昇するとき、下部流入口７６から流入する空気流によりフローティングシャッタプレート７４は押し上げられて上部流入口７５を覆って閉塞させる。波が下降するとき、上部流入口７５から流入する大気中からの空気流と、自重により薄肉軽量構造のシャッタプレート７４は下降して下部流入口７６を覆って閉塞させる。いずれにしても、空気流制御機構７３は、フローティングシャッタプレート７４が流入チャンバ５１内を昇降するだけである。中仕切り組立体４４はタービンケーシング３５内に固定されて収納される。空気流制御機構７３は静翼内周側の流入チャンバ５１に空気流が上部流入口７５から流入するか、下部流入口７６から流入するのか、空気流の流入方向を選択的に切り換えるようになっている。
【０１０８】
また、中仕切り組立体４４や静翼はタービンケーシング３５内に固定された静的構成であるので、空気室１８から流出する空気流により上昇したり、空気室１８に流入する空気流により下降する動的機構は存在しない。
【０１０９】
中仕切り組立体４４の頂部側と底部側に２枚の仕切りカバープレート８０，８１が上部流出口７８および下部流出口７９を選択的に覆うように設けられる。これらのカバープレート８０，８１は自重と空気流によりフローティングシャッタプレート７４の動きに先行して昇降し、中仕切り組立体４４の外周側開口部である上部流出口７８または下部流出口７９を選択的に閉鎖させる。中仕切り組立体４４はタービンケーシング３５の中間ケーシング３７の上下で上部ケーシング３６と下部ケーシング３８とに挟持されて固定されており、不安定な昇降動作を不要にしている。
【０１１０】
なお、この空気タービン２５において、シャッタプレート７４が昇降し、上昇位置にきたとき、中仕切り組立体４４の下部流出口７９は空気室１８からの空気流により上昇する下方カバープレート８１により閉塞される（図５参照）。また、シャッタプレート７４が下降し、下降位置をとるとき、中仕切り組立体４４の上部流出口７８は外方からの空気流により下降する上方カバープレート８０により閉塞される（図６参照）。
【０１１１】
また、この波力発電装置１０は、空気流の流れの方向が反転しても、固定設置の中仕切り組立体４０を備えた空気タービン２５を用いることにより空気流制御機構７３はシャッタプレート７４の昇降作用だけでよく、中仕切り組立体４４は静的構成で昇降を不要とするので設計の自由度が飛躍的に増大し、高効率で能率的な発電が可能になる。
【０１１２】
さらに、図４に示される水柱振動方式の波力発電装置１０において、波力発電用タービン２５を適宜配列あるいは配置された個々の浮体１１上に１台または複数台ずつ搭載し、各タービンケーシング３５内を空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４により上部流入口７５および下部流入口７６を順次選択的に覆って開閉作動させてもよい。
【０１１３】
この場合には、個々の浮体１１の空気室１８の圧力変動に応じて上部流入口７５および下部流入口７６の開閉制御が、自動的に順次行なわれ、波力発電用タービン２５のタービン駆動を、高効率領域で運転させるようにしてもよい。
【０１１４】
図４〜図８の第１実施形態に示された波力発電用タービン２５は、タービンケーシング３５内に所要の昇降ストローク分昇降自在に空気流制御機構７３のフローティングシャッタが収容される。空気流制御機構７３は、静翼内周側の流入チャンバ５１内に格納されたシャッタプレート７４をフローティング状態で昇降可能に設置される。静的構成の中仕切り組立体４４の内周側に静翼としての単一のノズルリング組立体５０と動翼としての輻流型羽根車４８とを収容している。
【０１１５】
従来は、昇降するフローティングチェストに海面上昇時に機能する静翼と海面下降時に機能する静翼とをそれぞれ個別に備えていたが、図５〜図８に示す波力発電用タービン２５は、静的構成の中仕切り組立体４４内に、静翼に相当するノズルリング組立体４３は１つでよく、しかも、中仕切り組立体４４はタービンケーシング３５内に固定設置されているので、昇降するフローティング構造は空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４でよく、軽量化が図れ、タービン構造が著しく簡素化される。
【０１１６】
また、空気流制御機構７３のシャッタプレート７４は、中仕切り組立体４４の上部流出口７８および下部流出口７９を開閉自在に覆う上方カバープレート８０および下方カバープレート８１と連動して開閉操作される。この意味で上方カバープレート８０および下方カバープレート８１も空気流制御機構７３の一部を構成している。中仕切り組立体４４の上部流出口７８は、空気流の作用と自重の作用で上方カバープレート８０が上方から自動的に開閉自在に覆われ、下部流出口７９も、空気流の作用と自重の作用で下方から自動的に開閉される下方カバープレート８１で覆われる。
【０１１７】
しかして、図５に示すように、波力発電用タービン２５は、海面が上昇して空気室１８内の空気が流出する場合には、空気流の押圧作用で空気流制御機構７３のシャッタプレート７４の上昇に先立って下方カバープレート８１が押し上げられ、中仕切り組立体４４の下部流出口（底部開口）７９を閉塞させる。この閉塞により、空気流制御機構７３は空気流により大きな押上げ作用を受け、シャッタプレート７４が円滑かつスムーズに上昇して上昇位置に至る。このとき、上方カバープレート８０は空気流の押上げ作用で中仕切り組立体４４の上部流出口（頂部開口）７８から離れて上昇し、上部流出口７８を大きく開口させる。
【０１１８】
したがって、波力発電用タービン２５は、空気流が空気室１８から流出する場合、空気流が中仕切り組立体４４内を内周側の流入チャンバ５１から外向流となって、静翼としてのノズルリング組立体５０を通り、動翼としての輻流型羽根車４８を回転駆動させる。羽根車４８を回転駆動させた後、空気流は外周側の流出チャンバ５２から中仕切り組立体４４の上部流出口７８を経てタービンケーシング３５の頂部および側部開口８３から大気中に円滑かつスムーズに流出される。この空気流はタービンケーシング３５の頂部および側部開口８３から大気中に流出されるので、空気タービン２５の流路構造が簡素化される。
【０１１９】
また、空気室１８に空気流が流入する場合には、図６に示すように構成される。空気タービン２５は、海面が下降して空気室１８に大気中の空気が流入する場合には、図６に示すように、リング状の上方カバープレート８０に上方から空気流が作用し、自重と空気流の相乗作用で上方カバープレート８０はスムーズに下降し、中仕切り組立体４４の上部流出口７８を自動的に閉塞させる。
【０１２０】
一方、空気流制御機構７３のフローティングシャッタリングプレート７４はその自重と空気流により、スムーズにかつ強制的に下降作用を受け、下降位置に至り、下部流入口７６を閉塞させる。このとき、下方カバープレート８１は、空気流の押下げ作用と自重による落下作用により中仕切り組立体４４の下部流出口７９から離れて落下し、下部流出口７９を開放させる。
【０１２１】
したがって、空気タービン２５を通る空気流は、中仕切り組立体４４内を流入チャンバ５１から外向流として流れ、静翼としてのノズルリング組立体５０から吹き出されて、動翼としての輻流型羽根車４８を回転駆動させる。この空気流は、流出チャンバ５２から図６に示す中仕切り組立体４４の下部流出口７９、タービンケーシング３５の底部開口８４を通って空気室１８に案内される。海面が下降する場合も、海面が上昇する場合と同様に、流入チャンバ５１から静翼および動翼を経て流出チャンバ５２に至る半径方向外方の外向流となり、空気タービン２５の流路構造が著しく簡素化され、大気中の空気は大きな流路抵抗を受けることなく、空気室１８に円滑かつスムーズに流出入させることができる。
【０１２２】
［第１実施形態の効果］
第１実施形態に示された波力発電用タービン２５は、海面上昇時に機能する静翼と、海面下降時に機能する静翼とを、単一のノズルリング組立体５０で共用させることができる。しかも、ノズルリング組立体５０はタービンケーシング３５内に中仕切り組立体４４とともに固定され、昇降する空気流制御機構７３側に設ける必要がない。固定設置のノズルリング組立体５０は、空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４から独立しているので、空気流制御機構７３のシャッタプレート構造が著しく簡素化され、軽量化される。
【０１２３】
空気流制御機構７３のフローティングシャッタプレート７４を、固定設置の静翼であるノズルリング組立体５０から切り離して流入チャンバ５０を独立して設置でき、空気流制御機構７３の重量軽減を図ることができ、海面の上昇、下降時における空気流の切換え追従性が迅速でかつ良好となる。また、静翼を構成するノズルリング組立体５０は固定される中仕切り組立体４４に設置されるので、静的構成となり静翼の機械的、物理的強度を向上させることができて機械的耐久性が向上し、タービン駆動効率を向上させることができる。
【０１２４】
また、この波力発電用タービン２５は、輻流型羽根車４８から排気される空気流の排気チャンバ側に静翼をなくすことができ、タービン構造の簡素化を図ることができる。しかも、中仕切り組立体４４の上部流出口７８および下部流出口７９に、自重や空気流作用により自動的に開閉する軽量な上方カバープレート８０および下方カバープレート８１をそれぞれ設け、羽根車４８の流出チャンバ５２に排出された空気流を中仕切り組立体４４の上部流出口７８や下部流出口７９からも排出させることができる。
【０１２５】
したがって、波力発電用タービン２５は、空気流の流れの流路構造やタービン構造が簡素化して軽量化させ、コンパクトなカセット式に構成でき、製作、設置コストを低減させることができる。また、波力発電用タービン２５は、主要な構成部品をプラスチック等の樹脂材料で構成し軽量化させ、分解可能に組み立て、さらに浮体１１の頂部への据付を着脱自在とするので、メンテナンス性に優れ、タービン稼働率を向上させることができる。
【０１２６】
［第２の実施形態］
図９ないし図１７は、本発明に係る波力発電用タービンの第２実施形態を説明するものである。
【０１２７】
この実施形態に示された波力発電用タービンを説明するに当り、第１実施形態に示されたものと同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
【０１２８】
第２実施形態に示された波力発電用タービン（空気タービン）２５Ａは、タービンケーシング３５内に収納される動翼としての輻流型羽根車９０および静翼としてのノズルリング組立体９９の構成を、第１実施形態に示された波力発電用タービン２５と異にし、他の構成は実質的に異ならない。第２実施形態の空気タービン２５Ａは、波の振幅が比較的大きく、例えば２ｍ〜１．６ｍ程度の振幅の波に適するもので、第１実施形態の空気タービン２５より大型のものに適する。
【０１２９】
図９および図１０に示された空気タービン２５Ａは、タービンケーシング３５内に上下３分割可能に中仕切り組立体９１が格納され、設置される。中仕切り組立体９１は、全体として中空円盤状をなして上部中仕切りディスク９２および下部中仕切りディスク９３で２分割可能に組み立てられる。上部中仕切りディスク９２および下部中仕切りディスク９３は、いずれもリング状あるいはワッシャ状に構成される。上部中仕切りディスク９２は、タービンケーシング３５の上蓋状の上部ケーシング３６とスリーブ状の中間ケーシング３７との間の内周溝に挟持されて固定される。下部中仕切りディスク９３は、中間ケーシング３７との間の内周溝に挟持されて固定される。下部中仕切りディスク９３は、中間ケーシング３７と下蓋状下部ケーシング３８との間の内周溝に挟持されて固定される。中仕切り組立体９１の上部中仕切りディスク９２は、上部流出口９４および下部流出口９５をそれぞれ備えて、リング状あるいはワッシャ状に構成され、内部にトーラス状あるいはドーナツ状の流出チャンバ９６を形成している。
【０１３０】
また、中仕切り組立体９１内の流出チャンバ９６の内周側に動翼としてのトーラス状の輻流型羽根車９０が回転自在に設置され、この羽根車９０の内周側に静翼としてのノズルリング組立体９９が設けられる。静翼としてのノズルリング組立体９９の外周側に、図１１に示すように、動翼としての輻流型羽根車９０が対向して回転自在に設けられる。
【０１３１】
輻流型羽根車９０は、図９および図１０に示すように、リング状の対をなすロータ上板１００とロータ下板１０１の間に多数のロータリブレード１０２が円周方向に等ピッチに配列されてトーラス状あるいはドーナツ状のブレード列が一体的に組み立てられる。羽根車９０のロータ上板１００は、ロータハブとしての上方ボス部１０３に固着された上方支持ディスク１０４に一体に固定される。羽根車９０のロータ下板１０１は、下部ボス部１０５に固着された下方支持ディスク１０６に一体に固定される。下方支持ディスク１０６と一体の下部ボス部１０５は、支持軸受１０７を介して下部ケーシング３８に固定の下部筒状スリーブ１１０に回転自在に支持される。
【０１３２】
しかして、輻流型羽根車９０は、上方支持ディスク１０４がタービン軸２６に固定の上部ボス部１０３と一体に設けられ、下方支持ディスク１０６が支持軸受１０７を介して下部筒状スリーブ１１０に回転自在に支持される。このようにして、輻流型羽根車９０は、上方支持ディスク１０４および下方支持ディスク１０６により、上部ボス部１０３を介してタービン軸２６および支持軸受１０７を介して下部筒状スリーブ１１０に回転自在に設けられる。
【０１３３】
結果として、輻流型羽根車９０は、上方支持ディスク１０４および下方支持ディスク１０６によりタービン軸２６に直接的あるいは間接的に回転自在に両面支持される。
【０１３４】
さらに、動翼としての輻流型羽根車９０の内周側に設置される静翼としてのノズルリング組立体９９は、下部筒状スリーブ１１０の上部に固定される。
【０１３５】
具体的には、ノズルリング組立体９９は、ディスク状ノズルリング上板１１１と対向するノズルリング下板１１２との間に、多数のノズルブレード１１３が周方向に列状に設けられて外周部にトーラス状あるいはドーナツ状のブレード列が構成され、全体として円盤状に形成される。ノズルリング組立体９９の中央部には固定ボス部１１４が設けられ、この固定ボス部１１４は下部筒状スリーブ１１０に、図１１に示す軸方向の止めキー１１５を介して回転不可能に固定される。固定ボス部１１４の上部および下部にはノズルリング上板１１１およびノズルリング下板１１２がそれぞれ一体に固定される。
【０１３６】
静翼としてのノズルリング組立体９９は、ノズルリング上板１１１とノズルリング下板１１２の間に流入チャンバ１１６が形成され、この流入チャンバ１１６内に空気流制御機構１１８のディスク状フローティングシャッタプレート１１９が昇降自在に収納される。フローティングシャッタプレート１１９は流入チャンバ１１６内で昇降位置と下降位置との間を昇降自在に支持される。シャッタプレート１１９が上昇位置をとるとき、ノズルリング上板１１１の上部流入口１２０を閉塞する。シャッタプレート１１９が下降位置をとるとき、ノズルリング下板１１２の下部流入口１２１を閉塞するようになっている。上部流入口１２０および下部流入口１２１は、ノズルリング上板１１１およびノズルリング下板１１２の周方向に沿って複数ずつ形成される。
【０１３７】
静翼としてのノズルリング組立体９９のノズルリング上板１１１およびノズルリング下板１１２に形成される上部流入口１２０および下部流入口１２１に、輻流型羽根車９０の上方支持ディスク１０４および下方支持ディスク１０６に上部開口（流入口）１２２および下部開口（流入口）１２３がそれぞれ対向して形成される。
【０１３８】
なお、下部筒状スリーブ１１０とタービン軸２６の間にスペーサ１２５が設けられ、このスペーサ１２５でタービン軸２６と輻流型羽根車９０を組み立てたとき、輻射流型羽根車９０のロータリハブとしての上部ボス部１０３と支持軸受１０７の間隔が保持される。
【０１３９】
［波力発電用タービンの組立て］
波力発電用タービン２５Ａの組立ては、図１２ないし図１７の取付手順で実施される。
【０１４０】
波力発電用タービン２５Ａの組立ては、陸上（工場）で行なわれ、初めに、図１２に示すように、動翼を構成する輻流型羽根車９０のロータ下板１０１、ロータリブレード１０２および下方支持ディスク１０６が用意される。下方支持ディスク１０６の中央開口に支持軸受１０７が組み込まれ、この支持軸受１０７を介して、下方支持ディスク１０６は下部筒状スリーブ１１０に回転自在に支持される。
【０１４１】
また、静翼を構成するノズルリング組立体９９のノズルリング下板１１２およびノズルブレード１１３が用意される。ノズルリング下板１１２は中央部に固定ボス部１１４が一体に設けられ、固定ボス部１１４は下部筒状スリーブ１１０に挿設され、固定される。
【０１４２】
さらに、支持筒体を構成する下部筒状スリーブ１１０が用意され、この下部筒状スリーブ１１０内に下部軸受６８が収容され、段差部を利用して固定される。なお、符号１２５は間隔保持用のスリーブ状スペーサであり、このスペーサ１２５は、下部筒状スリーブ１１０内に上方から緩く微小間隙を置いて挿入され、下部軸受６８のインナレース（図示せず）に当接支持される。
【０１４３】
続いて、図１３に示すように、輻流型羽根車９０の上方支持ディスク１０４を取り外した状態で羽根車９０の内周側にノズルリング組立体９９を下部筒状スリーブ１１０に上方から装着して納める。このノズルリング組立体９９はノズルリング上板１１１が取り外されており、この取外し状態でノズルリング組立体９９の内周側に形成される流入チャンバ１１６に、空気流制御機構１１８を構成するディスク状のシャッタプレート１１９を昇降自在に収納される。
【０１４４】
シャッタプレート１１９を流入チャンバ１１６に納めた後、ノズルリング上板１１１をノズルブレード１１３上に設けてノズルリング組立体９９を組み立てる。このとき、ノズルリング組立体９９は固定ボス部１１４が下部筒状スリーブ１１０に設けられ、止めキー１１５で回転不能に固定される。
【０１４５】
ノズルリング組立体９９を輻流型羽根車９０の内周側に納めた後、輻流型羽根車９０のロータリブレード１０２上にロータ上板１００を設ける。このロータ上板１００は、上方支持ディスク１０４を一体に形成しており、上方支持ディスク１０４の中央部に一体成形された上部ボス部１０３上に上部軸受６７を納めた上部筒状スリーブ６５が非接触に位置される。この状態で上部軸受６７および上部ボス部１０３に上方からタービン軸２６が挿通され、支持される。
【０１４６】
ロータ上板１００を備えた上方支持ディスク１０４をロータリブレード１０２上に設けることにより輻流型羽根車９０を構成して組み立てることができ、この輻流型羽根車９０は内周側にノズルリング組立体９９および空気流制御機構１１８のシャッタプレート１１９を納めて、タービン軸２６に回転一体に設けられ、羽根車アッセンブリ１２８が図１４に示すように構成される。羽根車アッセンブリ１２８のタービン軸２６は、下部軸受６８を貫いて下方に突出し、突出部をナット等の締付手段７０で締め付けることにより、羽根車アッセンブリ１２８は、ノズルリング組立体９９および空気流制御機構１２８とともに、陸上で予め一体的に組み立てられる。羽根車アッセンブリ１２８の輻流型羽根車９０はタービン軸２６に回転一体に設けられ、回転自在であるが、ノズルリング組立体９９は下部筒状スリーブ１１０に回転不能に固定される。
【０１４７】
次に、動翼を構成する輻流型羽根車９０の羽根車アッセンブリ１２８に静翼としてのノズルリング組立体９９および空気流制御機構１１８のフローティングシャッタプレート１１９を備えたものを予め一体的に組み立てた後、図１５に示すようにタービンケーシング３５の下部ケーシング３８内にリング状の下方カバープレート８１および中仕切り組立体９１の下部中仕切りディスク９３を納める。下部ケーシング３８の中央開口上に、予め組み立てられた羽根車アッセンブリ１２８を上方から挿入して組み付ける。羽根車アッセンブリ１２８を下部ケーシング３８に組み付けたとき、輻流型羽根車９０の上部ボス部１０３と下部軸受６８との間隔は、タービン軸２６に挿設されたスリーブ状のスペーサ１２５により保持される。
【０１４８】
また、図１６は、下部ケーシング３８上に羽根車アッセンブリ１２８を設置した後、中間ケーシング３７を設け、この中間ケーシング３７上に中仕切り組立体９１の上部中仕切りディスク９２およびリング状の上方カバープレート８０を設置する。上部中仕切りディスク９２および上方カバープレート８０を設けた後、上部ケーシング３６を中間ケーシング３７上に設置する。
【０１４９】
中間ケーシング３７上に上部ケーシング３６を設けると、上部ケーシング３６の中央開口を貫いてタービン軸２６が突出され、上部ケーシング３６、中間ケーシング３７および下部ケーシング３８が積み重ねられる。積層された上部ケーシング３６、中間ケーシング３７および下部ケーシング３８は周辺部の複数箇所で通しボルト１２９が挿通され、ボルト・ナット等の締結手段３９で締結され、一体的に組み立てられる。
【０１５０】
タービンケーシング３５を通しボルト１２９、ナット等の締結手段３９で締め付けることにより一体的に組み立てられ、輻流型空気タービン２５Ａが図１７に示すように陸上にて構成される。この空気タービン２５Ａでは、上部ケーシング３６と中間ケーシング３７との合せ面に内周溝が形成され、この内周溝にリング状の上部中仕切りディスク９２が挟持されて固定される。また、中間ケーシング３７と下部ケーシング３８との合せ面にも内周溝が形成され、この内周溝に下部中仕切りディスク９３が挟持され固定される。中仕切り組立体９０は上部中仕切りディスク９２と下部中仕切りディスク９３とから構成され、内部にトーラス状の流出チャンバ９６が構成される。
【０１５１】
［波力発電用タービンの作用］
次に、波力発電装置１０Ａに備えられる波力発電用タービンの作用を説明する。
【０１５２】
波力発電装置１０Ａには、図４に示すように、浮体１１の頂部に据え付けられる波力発電用タービンとしての空気タービン２５Ａを備える。この空気タービン２５Ａは浮体１１上部の空気室１８内に出入りする空気流によって回転駆動され、タービン軸２６を介して発電機１２を駆動させ、発電に供するようになっている。
【０１５３】
この波力発電用タービン２５Ａは、海面の上昇により、図９に示すように作用する。浮体１１の空気室１８からの空気流により、下方カバープレート８１が上動されて中仕切り組立体９１の下部流出口９５を下方から覆い閉塞させる。続いて、空気流制御機構１１８のフローティングシャッタプレート１１９を上動させ、このシャッタプレート１１９がノズルリング下板１１２の下部流入口１２１を開放させて上昇し、ノズルリング上板１１１の上部流入口１２０を下方から覆い、閉塞させる。
【０１５４】
これにより、浮体１１の空気室１８からの空気流は中仕切り組立体９１の流入チャンバ１１６に下部流入口１２１から流入し、続いて静翼であるノズルリング組立体９９内を通って、動翼である輻流型羽根車９０に案内され、旋回する放射方向外向きの空気流となって羽根車９０のロータリブレード１０２を回転駆動させる。羽根車９０はほぼ図９に示すように、ロータリブレード１０２が反時計方向に回転される。
【０１５５】
羽根車９０を回転させた空気流は、続いて流出チャンバ９６に案内され、この流出チャンバ９６から中仕切り組立体９１の上部流出口９４を覆う上方カバープレート８０が押し上げられて、上部流出口９４を開放させる。
【０１５６】
しかして、静翼である内周側のノズルリング組立体９９から動翼である外周側の輻流型羽根車９０を回転駆動させて流出チャンバ９６に空気流が案内される。輻流型羽根車９０を回転駆動される外向流としての空気流は、流出チャンバ９６から中仕切り組立体９１の上部流出口９４およびチャンバ４０を通り、タービンケーシング３５の頂部および側部開口８３から大気中に放出される。
【０１５７】
一方、輻流型羽根車９０の回転により、タービン軸２６が回転駆動される。タービン軸２６の回転駆動は、発電機１２に伝達され、発電機１２を駆動して発電するようになっている。
【０１５８】
また、波力発電用タービン２５Ａは、海面の下降により、図１０に示すように作用する。このとき、浮体１１内の空気室１８は海面の下降に伴って負圧が作用する一方、タービンケーシング３５の中仕切り組立体９１に上方から大気圧が作用する。タービンケーシング３５内の上方カバープレート８０は、大気圧の作用と自重により下降し、中仕切り組立体９１の上部流出口９４を上方から覆って閉塞させる。また、このときには空気流制御機構１１８のフローティングシャッタプレート１１９は大気圧と自重の作用により、固定ボス部１１４に沿って流入チャンバ１１６内を下降し、ノズルリング上板１１１の上部流入口１２０を開口させる一方、下部流入口１２１を上方から覆って閉塞させる。
【０１５９】
一方、中仕切り組立体９１の下部流出口９５を覆っていた下方カバープレート８１は自重と空気流により下部流出口９５から下降して開放させる。
【０１６０】
しかして、大気中の空気はタービンケーシング３５の頂部および側部開口８３からノズルリング上板１１１の上部流入口１２０を通って流入チャンバ１１６に入った空気流は、続いて、静翼であるノズルリング組立体９９を通って動翼である外周側の輻流型羽根車９０を旋回させる外向流として案内され、羽根車９０を回転駆動させる。
【０１６１】
羽根車９０の回転駆動した空気流は、続いて流出チャンバ９６から中仕切り組立体９１の下部流出口９５を通りタービンケーシング３５の底部開口８４を経て浮体１１の空気室１８に流入される。
【０１６２】
一方、輻流型羽根車９０の回転により、タービン軸２６が回転駆動され、発電機１２を駆動して発電に供するようになっている。
【０１６３】
［第２実施形態の効果］
この波力発電装置１０Ａにおける波力発電用タービン２５Ａは、海面が上昇したり、下降して浮体１１の空気室１８に空気流が出入りするとき、内周側の静翼から外周側の動翼に向けて一方向の旋回する放射方向の外向流となる。このため、波力発電用タービンの輻流型羽根車９０におけるロータ内の空気流の流れは常に一方向の外向流となり、静翼や動翼の翼の設計自由度を向上させることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１６４】
静翼であるノズルリング組立体９９および動翼である輻流型羽根車９０は、タービンケーシング３５内に固定された中仕切り組立体９１内の内周側に設けられるので、ノズルリング組立体９９および輻流型羽根車９０を位置精度よく設けることができ、安定した翼性能を発揮することができる。
【０１６５】
また、静翼内周側の流入チャンバ１１６内に設けられる空気流制御機構１１８は、薄肉で軽量なフローティング（浮動）シャッタ方式のシャッタプレート１１９でノズルリング組立体９９の固定ボス部１１４周壁に案内されて昇降できるので、空気流の流れ方向の切換えを円滑かつ衝撃音を発生させることなく行なうことができる。
【０１６６】
さらに、タービンケーシング３５、中仕切り組立体９１および静翼であるノズルリング組立体９９、必要に応じて輻流型羽根車９０は、全てプラスチック等の樹脂材料を射出成形等で一体成形でき、量産化や軽量化が図れるとともに、海水による腐食防止効果も得られる。
【０１６７】
なお、第１の実施形態および第２の実施形態においては、動翼としての羽根車の内周側に対向して静翼としてのノズルリング組立体を設けた例を説明したが、静翼としてのノズルリング組立体の代りに、静翼を構成しない単なる流路からなるノズルリングあるいはノズルリング組立体に置き換えても、波力発電用タービンを構成することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１０，１０Ａ  波力発電装置
１１  浮体
１２  発電機（発電手段）
１３  浮力調整室
１４  バラスト（重錘）
１５  突起部
１６  中仕切り板
１７  開口
１８  空気室（エアチャンバ）
２０  振動水柱
２１  固定水柱
２５，２５Ａ  空気タービン（波力発電用タービン、輻流型空気タービン）
２６  タービン軸
２７  動翼（回転翼）
３０  リンク部材（係留ケーブル、ワイヤ）
３１  筒状ブロック
３２  サポート部材
３５  タービンケーシング
３６  上部ケーシング
３７  中間ケーシング
３８  下部ケーシング
３９  締結手段
４０  チャンバ
４４  中仕切り組立体
４５  上部仕切りディスク
４６  下部仕切りディスク
５１  流入チャンバ
５２  流出チャンバ
５４  ノズルリング上板
５５  ノズルリング下板
５６  ノズルブレード
５８  ロータ上板
５９  ロータ下板
６０  ロータリブレード
６１  ボス部（ロータハブ）
６２  支持ディスク
６３  頂部流入口（開口）
６５  上部筒状スリーブ
６６  下部筒状スリーブ
６７  上部軸受
６８  下部軸受
６９  スベリ軸受（スペーサ）
７０  締付手段
７１  羽根車アッセンブリ
７３  空気流制御機構
７４  シャッタプレート（フローティングシャッタ）
７５  上部流入口
７６  下部流入口
７８  上部流出口
７９  下部流出口
８０  上方カバープレート
８１  下方カバープレート
８３  頂部および側部開口
８４  底部開口
９０  輻流型羽根車（動翼、回転翼）
９１  中仕切り組立体
９２  上部中仕切りディスク
９３  下部中仕切りディスク
９４  上部流出口
９５  下部流出口
９６  流出チャンバ
９９  ノズルリング組立体（静翼）
１００  ロータ上板
１０１  ロータ下板
１０２  ロータリブレード
１０３  上部ボス部
１０４  上方支持ディスク
１０５  下部ボス部
１０６  下方支持ディスク
１０７  支持軸受
１１０  下部筒状スリーブ
１１１  ノズルリング上板
１１２  ノズルリング下板
１１３  ノズルブレード
１１４  固定ボス部
１１５  止めキー
１１６  流入チャンバ
１１８  空気流制御機構
１１９  シャッタプレート（フローティングシャッタ）
１２０  上部流入口
１２１  下部流入口
１２２  上部開口（流入口）
１２３  下部開口（流入口）
１２５  スペーサ
１２８  羽根車アッセンブリ
１２９  通しボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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