(57)【要約】【課題】  本発明は、波力及び潮力による駆動力に基づく波力発電装置の提供を目的とする。【解決手段】  本波力発電装置は、少なくとも複数の部材が互いに枢結されて、その一端が海底面の所定位置に対して揺動回転及び軸回転可能なた揺動体と、該誘導体の他端に枢結され、波の運動及び／又は潮の運動で自由運動可能な第１フロート部材と、該第１フロート部材と離間して連結され、第１フロート部材より小さい第２フロート部材と、前記第１フロート部材及び／又は前記第２フロート部材の運動を発電の動力源に変換するアクチュエータとを備える。【選択図】図２
2019244753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力及び潮力による駆動力に基づく波力発電装置であって、
少なくとも
複数の部材が互いに枢結されて、その一端が海底面の所定位置に対して揺動回転及び軸回転可能な揺動体と、
該誘導体の他端に枢結され、波の運動及び／又は潮の運動で自由運動可能な第１フロート部材と、
該第１フロート部材と離間して連結され、第１フロート部材より小さい第２フロート部材と、
前記第１フロート部材及び／又は前記第２フロート部材の運動を発電の動力源に変換するアクチュエータとを備える、波力発電装置。
【請求項２】
前記誘導体は、
一端が海底面の所定位置に対して揺動及び軸回転可能な第１部材と、
該第１部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第２部材と、
該第２部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第３部材とを備え、
前記第１フロート部材は、前記第３部材の他端に対して枢結され、
前記第１フロート部材と前記第２フロート部材とは互いに全方向に揺動可能に両者と両端で枢結する連結部材で連結される、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材とはそれぞれの両端間の距離が略同一であり、
前記第３部材は、両端間の距離が海底から所定の干潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、請求項２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とのそれぞれの両端間の距離の合計は、海底から所定の満潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、請求項３に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には外部空気を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の空気を圧縮させて前記第１フロート部材内に放出する駆動手段を有し、該第１フロート部材内を経由して放出される空気に基づいて発電する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、
前記駆動手段の内部空間と海面上方又は海中とを流体的に接続する流入配管と、
該内部空間と前記第１フロート部材内とを流体的に接続する流出配管とを有し、
通常時には、前記第１フロート部材は内部のバラスト水の貯留量を調整することで喫水調整をし、前記流入配管が前記内部空間と海面上方とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内の圧縮空気を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させ、
緊急時には、前記流入配管が前記内部空間と海中とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内に流入した海水を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させる、請求項５に記載の波力発電装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には海水を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の海水を放出する駆動手段を有し、放出される海水に基づいて発電する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には別途設けた液体タンク内の液体を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の液体を前記液体タンク内に放出する閉流路を備える駆動手段を有し、該閉流路内又はそれから分流された流路内の液体流に基づいて発電する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾岸近傍の浅瀬地にも設置可能であり、波力や潮力を利用して半永久・自動的な小型の波力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は再生可能エネルギーへの関心が高まり、単位面積当たりのエネルギーが高い波力発電は注目されている。波力発電は、夜中でも発電可能であるとともに、風力などと比べ波の状況を予測しやすく、発電量の見通しが付けやすいメリットがあるが、設置費用やメンテナンス費用が高く、台風等の異常波浪の大波で破壊されるデメリットもある。【０００３】
従来の波力発電装置の種類は、発電方式の観点、設置形式の観点でそれぞれ大別され、発電形式の観点では、振動水柱型、可動物体型、越波型に分類される。また、設置形式の観点からは、装置を海面や海中に浮遊させる浮体式、沖合いや沿岸に固定する固定式に分類される。また、本発明の波力発電の種類は可動物体型で、設置形式は、浮体式と固定式の結合方式に該当する。【０００４】
まず発電方式について、振動水柱型は、装置内に空気室を設け、海面上下動で発生する空気の振動流を用いて、空気タービンを回転させて発電する方式である。また可動物体型は、波のエネルギーを介し機械的な運動エネルギーに変換し、それを動力源に油圧発生装置などのピストンを動かして発電する方式である。さらに越波型は、波を貯水池に越波させ貯留し、海面水面の落差を利用して海に排水するとき、導水溝に設置した水車を回し発電する方式である。このうち振動水中型や越波型は、装置が大型化し易く太陽光発電のように民間人又は小規模企業の発電参加が困難である。また、将来的、売電（買取）の観点からも安価で小出力の発電装置の提供が望まれる。【０００５】
出願人は上記発電方式のうち比較的小型化し易い可動物体型について検討してきたが、従来の可動物体型の場合、円または楕円軌道で運動する海洋波の海面上下動を利用し、可動体の振動運動へ変換する方式が主流であり、海洋波の海面水平動や海水中の上下水平運動は利用していない欠点があった。【０００６】
また、上記設置形式の点でも従来の浮体式、固定式ともに欠点があり、浮体式の場合、可動体の反力を水面若しくは水中に浮遊する静止用構造体から得ているため、可動体と静止用構造体が同時に同じ運動をする場合、可動体の振動運動を効率良く取り出せない欠点があった。一方、従来の固定式の場合、システム内の空気室の空気が海洋波の海面上下動に伴い振動し、空気タービンを回す発電方法が主流であり、空気タービンには往復気流でも一定方向に回転できるウェルズタービンが主に採用されているが電気への変換効率が低く、小型化もし難い欠点があった。【０００７】
さらに波力発電装置は、台風等の異常波浪の大波や地震時の津波で破壊される恐れがあり、これを回避するため従来の波力発電装置では、装置を波が届かない高所まで移動させたり、海中に沈めたりする方法が提供されているが、構造が複雑、費用が高いなどの欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１５５６１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１５１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上の事情に鑑みて本発明は創作されたものであり、本発明は浮体式と固定式の欠点を改善しつつ海面及び海中の波力・潮力のエネルギーを高効率よく電力に変換することができ、台風時等緊急時の破損も防止し得る構成を有した波力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、波力及び潮力による駆動力に基づく波力発電装置であって、少なくとも
複数の部材が互いに枢結されて、その一端が海底面の所定位置に対して揺動回転及び軸回転可能な揺動体と、該誘導体の他端に枢結され、波の運動及び／又は潮の運動で自由運動可能な第１フロート部材と、該第１フロート部材と離間して連結され、第１フロート部材より小さい第２フロート部材と、前記第１フロート部材及び／又は前記第２フロート部材の運動を発電の動力源に変換するアクチュエータとを備える。【００１１】
本発明の波力発電装置によれば、単に海底面に固定しフロート部材を海面に浮かべるだけで波力や潮力を利用する半永久・自動的な小型の発電装置を提供することができる。具体的に本波力発電装置では、誘導体と海面（又は海中）に浮かべる２つのフロート部材とアクチュエータとで構成される。まず誘導体の海底側の端部を海底面で軸回転及び揺動回転可能に設置し、海面側の端部に大容量の第１フロート部材を枢結する。そして、小容量の第２フロート部材を第１フロート部材と距離を空けて連結し、海面又は海中での第１フロート部材及び／又は第２フロート部材の運動により駆動するアクチュエータを設け、アクチュエータを発電の動力源としている。【００１２】
したがって、海底面を固定端として第１フロート部材が全方向及び軸回転することができ、第１フロート部材（及びこれに連結される小容量の第２フロート部材）は、全方向の波力や潮力に追従運動し、固定の海底側端部に対して作用する力をアクチュエータの運動として受け止めて発電の動力源としている。また、第１フロート部材は、これより小容量の第２フロート部材を距離を空けて連結しているため波向が変わっても小さい第２フロート部材が吹き流し状態（所謂風見鶏のような状態）になってアクチュエータに伝える運動をスムーズにできるとともに揺動部材等に無理な応力がかからず損壊を防止し得る。【００１３】
したがって、本波力発電装置によれば、従来の波力発電では難しかった複雑で周期の短い波や潮流を有する湾岸近傍であっても活用することができ、波力発電の拡大に寄与し得る。また、本波力発電装置は簡単な構造であり小型化でき製造・設置コストも安く導入されやすいという利点もある。さらに、本波力発電装置では、海底で誘導体を回転することが必至であり海底までの距離が短い方が有利であることと、海面上に浮かんでいるフロート部材における波の運動が発電の駆動源となり波高が高い砕波地点近傍にフロート部材が位置する方が発電効率が良いことと、を考慮すればまさに湾岸に近い浅瀬地ほど設置場所として好ましく、その点では従来設置が困難であった波力発電装置設置の非候補地に適用し得るものが提供されたと言え、海岸浸食の防止及びテトラポットの設置数低減にも寄与することとなる。【００１４】
また、本波力発電装置は、アクチュエータで発生させた圧縮空気をホースで陸上まで送り、陸上に設けられた水車（タービン）や空気エンジンにて発電することができる。この場合、ホースは一般的なもので足りるため安価であり耐圧力が高く、タービンや空気エンジンを陸上に設置できるためメンテナンス容易（低コスト）で波浪による破損がない点で有利である。【００１５】
また、上述するように本波力発電装置は小型かつ安価であり、海底面から浅い湾岸近傍に配設できるものであるため、例えば沖や岸に複数互いに千鳥状に汀線に沿って並べることもできる。このように並べると出力電力を本波力発電装置を配設する個数の増減だけで調整することでき、従来の波力発電装置のように装置の取り換えやメンテナンスをすることなく電力調整が可能となり、ユーザの所望に応じて逐次、導入することも可能となる。また、日本国のような沿岸線が長い地域の場合、本波力発電装置を沿岸線に沿って個数を増加させて延長していくことができ、再生エネルギーを地域の沿岸線に応じて導入し所謂再生エネルギーの地産地消化を促進することが可能となる。【００１６】
また、前記誘導体は、
一端が海底面の所定位置に対して揺動及び軸回転可能な第１部材と、
該第１部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第２部材と、
該第２部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第３部材とを備え、
前記第１フロート部材は、前記第３部材の他端に対して枢結され、
前記第１フロート部材と前記第２フロート部材とは互いに全方向に揺動可能に両者と両端で枢結する連結部材で連結される、ことが好ましい。【００１７】
本波力発電装置において海底から第１フロート部材まで連結する誘導体は、３つの略部材（海底側から順に第１部材、第２部材、第３部材）が所謂ヒンジ連結されていることが好ましい。海底側の第１部材と第２部材とを互いの枢結点で揺動（屈曲）させることで第１フロート部材を海面に浮かせた状態で干満時の位置変化を受け止めることができ、連結部材が第１フロート部材の位置での波高と第２フロート部材の位置での波高の差を受け止めることができる。【００１８】
また、本波力発電装置において、前記第１部材と前記第２部材とはそれぞれの両端間の距離が略同一であり、前記第３部材は、両端間の距離が海底から所定の干潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、ことが好ましい。【００１９】
上記波力発電装置において、上記海底側で揺動（屈曲）し、潮位差を受け止める第１部材と第２部材とは、両端部間（枢結点間）の距離が略同一であり、海面側の第３部材の両端間（枢結点間）の距離は、海底から所定の干潮面（設置地域における大潮の平均的な干潮面など）までの距離と略同一又はそれ以上にすることが好ましい。【００２０】
干潮時には第１フロート部材の位置が最下点まで下がり、このときに第１部材と第２部材とが最も屈曲し、畳まれる状態になり、第３部材を海底から干潮面の高さと略同一以上に構成すれば部材量を減らしつつ潮位差だけで第１フロート部材が海中に沈むことはなく、通常の発電時に第1フロート部材が海中に沈むことによる第1部材〜第3部材（特に互いの連結部）への過大な負荷を減らし損壊リスクを回避することができる。【００２１】
また、前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とのそれぞれの両端間の距離の合計は、海底から所定の満潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、ことが好ましい。【００２２】
上記波力発電装置は、さらに誘導体全体、すなわち第１部材〜第３部材までの長さが、海底から所定の満潮面（設置地域における大潮の平均的な満潮面など）の高さと略同一又はそれ以上であることが好ましい。満潮時には第１フロート部材の位置が最上点まで上がり、このときに第１部材から第３部材までが延びきった状態になり、第３部材の先端の高さを海底から満潮面の高さと略同一以上にすれば第１フロート部材が海中に沈む際に生じる過大な負荷を減らし損壊リスクを回避することができる。【００２３】
また、前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３２部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には外部空気を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の空気を圧縮させて前記第１フロート部材内に放出する駆動手段（例えば本実施形態のアクチュエータ３０、３１におけるシリンダ３２内の筒状部３４、アクチュエータ５０における第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３参照）を有し、該第１フロート部材内を経由して放出される空気に基づいて発電する、ことができる。【００２４】
本波力発電装置において発電の駆動源となるアクチュエータは、第１フロート部材に対する第２フロート部材の変位に基づく第１アクチュエータと、第１フロート部材に対する第３部材の変位に基づく第２アクチュエータとで構成され、それぞれ部材間の揺動角（及び／又は上下運動）を駆動手段の運動に変換するように連結して、駆動手段の運動により発生した圧縮空気を利用して発電することができる。【００２５】
さらに、  前記アクチュエータは、
前記駆動手段の内部空間（例えば本実施形態の左方内部空間３２ａ、右方内部空間３２ｂ、第１〜第４アコーディオン５４，５５，５６，５７参照）と海面上方又は海中とを流体的に接続する流入配管（例えば本実施形態の配管３７、４１、６１，６３，６６，６８参照）と、該内部空間と前記第１フロート部材内とを流体的に接続する流出配管（例えば本実施形態の配管３９、４３、６２、６４、６５、６７参照）とを有し、通常時には、前記第１フロート部材は内部のバラスト水の貯留量を調整することで喫水調整をし、前記流入配管が前記内部空間と海面上方とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内の圧縮空気を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させ、緊急時には、前記流入配管が前記内部空間と海中とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内に流入した海水を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させる、ことが好ましい。【００２６】
上記波力発電装置は、内部のバラスト水を調整して喫水位置に海面が位置するように浮力調整している。通常時は、アクチュエータの運動にしたがって海面上方の外気を駆動手段を経由して第１フロート部材内に流入させ、喫水線調整がなされた状態（海面浮遊を維持した状態）で放出させた空気により発電を行う。一方、台風や津波等の緊急時には、流入配管は海面上方の外気から海中の海水を取り入れるように切り替えし、その海水を駆動手段・流出配管を経由して第１フロート部材内に流入させて第１フロート部材内部を海水で充満させていくことにより第１フロート部材を海中に沈降させ、第１フロート部材の沈降にともなって第１〜第３部材を海中内で折り畳んでいく。これにより本波力発電装置では、通常時には第１フロート部材の浮遊状態を維持しながら発電をさせ、同時に緊急時には破損防止を優先して波力及び潮力の影響が小さい海中に装置を沈降させることができる。【００２７】
また本波力発電装置では、上記アクチュエータのように駆動源として海水及び外気（空気）を用いた場合、緊急時等に万一、破損しても油圧式を採用する場合と異なり、油漏れに伴う海洋汚染が発生するリスクもない。このことは同時に油漏れリスクを回避するために高い次元で密閉性確保や破損防止の設計を行う必要がなく、結果、安価、軽量な装置を提供することができる点でも有利である。【００２８】
さらに、上記アクチュエータは同様に、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には海水を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の海水を放出する駆動手段を有し、放出される海水に基づいて発電することもできる。【００２９】
その他のアクチュエータ例として、拡大時には別途設けた液体タンク内の液体を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の液体を前記液体タンク内に放出する閉流路を備える駆動手段を有し、該閉流路内又はそれから分流された流路内の液体流に基づいて発電する場合もある。【００３０】
上述する発電の駆動源となるアクチュエータ例では、駆動源として圧縮空気を用いたが、圧縮空気の替わりに周辺の海水や別途設けた液体タンク内の液体（水や油）を用いることもできる。この例は、駆動源として圧縮空気のみでは出力が不足する場合に有利であり、前述した圧縮空気を用いるアクチュエータとの併用でも良い。【００３１】
なお、第１フロート部材、第２フロート部材の素材は、耐久性や海水に対する非腐食性を有し、浮力調整への影響が小さい低比重であることが好ましく、代表的にFRP樹脂が例示される。
【発明の効果】
【００３２】
本波力発電装置によれば、従来の波力発電では難しかった複雑で周期の短い波や潮流を有する湾岸近傍であっても活用することができ、簡単かつ小型な構造で製造・設置コストも低減し得、海面上に浮かんでいるフロート部材における波の運動を効率良く電力にエネルギ変換できるため消波性が高く、海岸浸食防止にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の波力発電設備の具体的な実施形態例として固定端を海底面に位置決めした機構構成を示した略示図であり、（１）は具体例１、（２）は具体例２、（３）は海面が最低水位になって（２）が変形した様子、（４）は波浪時等で（２）（３）がさらに変形した様子を示している。
【図２】図１の波力発電装置のリンク機構を種々の状態ごとに模式表示し、（i）は海面が最高水位であり通常波面が最頂部にある場合を示しており、（ii）は海面が最高水位であり通常波面が中間高さにある場合、（iii）は海面が平均水位であり通常波面が中間高さにある場合、（iv）は海面が最低水位であり通常波面が中間高さにある場合、（v）は海面が最低水位であり通常波面が中間高さより下がった状態にある場合、（vi）は台風等緊急時に各部材を海中に沈下させた状態を示している。
【図３】本発明の他の実施形態として波力発電装置が例示されており、（１）は海面が最高水位、通常波面が中間高さにある場合、（２）は海面が平均水位、通常波面が中間高さにある場合、（３）海面が最低水位、通常波面が中間高さにある場合、（４）は緊急時に第１フロート部材を海中沈下させた場合、を示している。
【図４】アクチュエータ構造及び配設位置が例示されており、（ａ）は図１（1）及び図２に示すアクチュエータの配設位置、（ｂ）は図２に示すアクチュエータの構造の一例を示した模式図である。
【図５】図４（ｂ）のアクチュエータの改良例の模式図が示されている。
【図６】図５のアクチュエータの各アコーディオン部材において揺動角度に応じて段階的に放出される圧縮空気の圧力が変化する様子を示す図であり、（ａ）は第１アコーディオン部材の拡大模式図、（ｂ）は第１アコーディオン部材を構成する各アコーディオンと内部空気の圧力との関係を示す略図である。
【図７】（ａ）は第１フロート部材と浮力との関係を説明するための略斜視図であり、（ｂ）は第１フロート部材への海水等の流出入を示す略図である。
【図８】波力発電装置における海面上の連結部材の動きを示す略図であり、（ａ）は海底面から海面までの縦断面、（ｂ）は海面を上方から見た略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明の波力発電設備の具体的な実施形態例として固定端を海底面に位置決めした機構構成を示した略示図であり、（１）は具体例１としての波力発電装置１０、（２）は具体例２としての波力発電装置１００、（３）は海面が最低水位になって（２）が変形した様子、（４）は波浪時等で（２）（３）がさらに変形した様子を示している。図１の左側には海底面からの基準水位を示しており、H.W.Lは最高水位、M.W.Lは平均水位、L.W.Lは最低水位を示している。また、図１の右上方には、波面（波高H）の時間推移の模式図が示されている。
【００３５】
まず、波力発電装置１０は、海底面の所定位置に固定端１７を設け、この固定端１７に第１部材１１の下端が枢結されており、第１部材１１は海底面（固定端１７）に対して揺動する。また、第１部材１１の上端には第２部材１２の下端が枢結されており、第２部材１２は第１部材１１の上端に対して揺動する。また、第２部材１２の上端には第３部材１３の下端が枢結されており、第３部材１３は第２部材１２の上端に対して揺動する。さらに、第３部材１２３２の上端には第１フロート部材１５の底部が枢結されており、通常時には海面に浮いた状態で第１フロート部材１５は海面上を移動する。
【００３６】
また、第１フロート部材１５の底部は連結部材１４の一端に枢結される。この枢結点は第１フロート部材１５の底部であれば、上記第３部材１２３との枢結点であっても、異なる点であっても良い。連結部材１４の他端には第２フロート１６の底部の一端に枢結されている。また、第１フロート部材１５と第２フロート部材１６とは、通常状態でその内部に空気が充填される（後述するように第１フロート部材１５はバラスト水等により喫水調整されている）ことで海面に浮く浮遊体である。第１フロート部材１５は、第２フロート部材１６より大きく、浮力が大きい。なお、第１部材１１の長さをａ、第２部材１２の長さをｂ、第３部材１３の長さをｃ、連結部材１４の長さをｄとする（ｄの長さは、有義波高の１/２程度）。
【００３７】
また、図２は上記図１の波力発電装置１０のリンク機構を種々の状態ごとに模式表示し、（i）は海面が最高水位であり通常波面が最頂部にある場合を示しており、通常時における第２フロート部材１６と連結部材１４との枢結点における波面（図中、通常波面と表示）を示している。また、図２（ii）は海面が最高水位であり通常波面が中間高さにある場合、図２（iii）は海面が平均水位であり通常波面が中間高さにある場合、図２（iv）は海面が最低水位であり通常波面が中間高さにある場合、図２（v）は海面が最低水位であり通常波面が中間高さより下がった状態にある場合、図２（vi）は台風等緊急時に各部材を海中に沈下させた状態を示している。
【００３８】
まず、図２（i）は通常時の波面（実線）が最頂部で潮位が最高水位にあり、連結部材１４から第１部材１１までの直線長さがH.W.L＋H／２の場合を例示している。したがって、第１部材１１から第３部材１３までの直線長さａ＋ｂ＋ｃ＝最高水位（H.W.L）となる。第１フロート部材１５及び第２フロート部材１６はともに海面に浮遊体であるが、図２（i）の場合、第１部材１１が底部で固定端１７と結合しているため第１フロート部材１５が海中に沈下し、第２フロート部材１６が波面に浮遊している。図２（i）の状態から波面が移動し、これに従って波面を浮遊する第２フロート部材１６が中間高さに降下すると図２（ii）の状態となる。このとき第２フロート部材１６の枢結点２２は、枢結点２１を中心に略９０°揺動している。ここでは連結部材１４の直線長さｄ＝通常時の波高H／２としている。
【００３９】
また、数時間経過し潮位が平均水位に下がり、図２（iii）の状態となり、さらに数時間経過し潮位が最低水位に下がると第１部材１１と第２部材１２とか折り畳まれて図２（iv）の状態となる（第１部材１１の長さａ＝第２部材１２の長さｂ）。ただし、それ以上に波面高さが変化した場合でも図２（v）に示すように第３部材１３が傾斜した状態になる。
【００４０】
図２（i）〜（v）では通常時の波面及び潮位が変化する場合を示してきたが、固定端１７で海底に結合し各部材の運動に限界があるため台風等の波面や潮位が大幅に変化する際には、第１フロート部材１５や第２フロート部材１６に過大な力が作用し、各部材等の破損や変形を招くおそれがある。このため本波力発電装置１０では、設置場所が台風の進路上にある場合や津波の到着が予想される場合等には事前又は緊急に各部材を海中に沈下させることとしている。
【００４１】
この場合、図２（vi）に示すように第１フロート部材１５を海中に沈下させ、これに従って第２フロート部材１６を沈下させる。海中においても台風等に波力及び潮力を極力受けないようにするために第１部材１１、第２部材１２及び第３部材１３を海底近くまで沈下させ、海底面に略並行に折り畳む必要がある（図２（vi）参照）。第１フロート部材１５を海中に沈下させる際、内部に充填する空気を放出して替わりに海水を流入・充填する。第２フロート部材１６の内部の空気はそのまま充填されている。したがって、第２フロート部材１６（その枢結点２２）は第１フロート部材１５の枢結点２１を中心に揺動する。台風が通過等して通常時に戻す場合には、第２フロート部材１６の揺動により蓄積したエネルギー(例えば、後述するアクチュエータ３０，３１，５０の駆動で生成する圧縮空気)で第１フロート部材１５の内部に再度空気を充填して海面まで浮上させる（詳細には後述する）。
【００４２】
また、図１（２）〜（４）は、波力発電装置１００の模式図が示されている。図１（２）は、海面が平均水位であり通常波面が中間高さにある場合、図１（３）は海面が最低水位であり通常波面が中間高さにある場合、図１（４）は台風等緊急時に第１フロート部材１１５を海中に沈下させた状態を示している。波力発電装置１００では、波力発電装置１０と同様に固定端１１７、第１部材１１１、第２部材１１２、第３部材１１３、第１フロート部材１１５、連結部材１１４、第２フロート部材１１６が存在し、それぞれの機能、構成はほぼ同様であるが、固定端１１７と第１フロート部材１１５との連結に第１部材１１１と第２部材１１２と別途の第４部材１１８と第５部材１１９とが設けられる点が異なる。
【００４３】
第４部材１１８と第５部材１１９とはそれぞれ第１部材１１１と第２部材１１２と同じ長さであり、第１部材１１１と第２部材１１２と同様に、第４部材１１８の下端が固定端１１７、第４部材１１８の上端と第５部材１１９の下端、第５部材１１９と第１フロート部材１１４の底部、それぞれが枢結し、固定端１１７から第３部材１１３までの連結をひし形形状のリンク構造としている。この構造により大きな波力及び潮力が作用する固定端１１７・第１フロー部材１１５間でスムーズかつ高耐久なリンク動作を行うことができる。また図１（１）と同様に、第１部材１１１及び第４部材１１８は、固定端１１７との枢結点１２８で揺動できるだけなく、該枢結点１２８を中心に上下方向の軸線周りに回転可能となっている。波力及び潮力が作用することによる捩じり応力を逃がして耐久性を向上させるためである。なお、図１（４）は、台風等の緊急時に第１フロート部材１１５を沈下させた様子であって、図２（iv）よりも浅瀬に設置し潮位が最低水位の場合に第１フロート部材１１５のみ海中沈下させる例を示している。
【００４４】
また、図３には本発明の他の実施形態として波力発電装置２００が例示されている。この波力発電装置２００は上記波力発電装置１００の変形例であり、固定端２１７を桟橋、防波堤やケーソン等の側壁等にし、固定端２１７から第３部材２１３までの連結を横方向に伸縮するひし形形状のリンク構造としている点が異なる。具体的には、図３では固定端２１７が平均水位に位置し、（１）は海面（潮位）が最高水位にあり通常波面（紙面右上参照）が中間高さにある場合、（２）は（１）から海面（潮位）が平均水位まで降下し通常波面が中間高さにある場合、（３）は（２）からさらに海面（潮位）が最低水位まで降下し通常波面が中間高さにある場合、（４）は台風等の緊急時に第１フロート部材２１５を海中沈下させた状態であり海面（潮位）が最低水位にある場合、を示している。なお、固定端２１７は図３（１）で側壁に位置することが明示されているが、図３（２）〜（４）では固定端２１７及び側壁の表示を省略し、固定端２１７と第１部材２１２（及び第４部材２１８）との枢結点２２８の高さ位置のみ明示している。
【００４５】
次に波力発電装置の発電に要するエネルギを生成するアクチュエータについて説明する。図４はアクチュエータ構造及び配設位置が例示されており、（ａ）は図１（1）及び図２に示す波力発電装置１０におけるアクチュエータ３０、３１の配設位置、（ｂ）はアクチュエータ３０、３１の構造の一例を示した模式図である。
【００４６】
図４（ａ）に示すように波力発電装置１０は、上述したように第１部材１１から連結部材１４まで各部材が互いの枢結点１８、１９，２０，２１を中心に揺動するが、このうちアクチュエータ３０、３１はそれぞれ、第２部材１２・第３部材１３間の揺動、第３部材１３・連結部材１４間の揺動により駆動する。具体的には、アクチュエータ３０は第２部材１２と第３部材１３とを挟んでそれぞれに両端を連結し（図中左端側を第２部材１２、右端側を第３部材１３に連結し）、第２部材１２に対する第３部材１３の揺動（矢印Ｃ参照）及び上下運動（矢印Ｃ参照）により水平運動するシリンダ構造である（図４（ｂ）参照）。また、アクチュエータ３１は第３部材１３と連結部材１４とを挟んでそれぞれに両端に連結し（図中左端側を第３部材１３、右端側を連結部材１４に連結し）、第３部材１３に対する連結部材１４の揺動（矢印Ａ参照）により水平運動するシリンダ構造である（図４（ｂ）参照）。
【００４７】
アクチュエータ３０、３１はそれぞれ図４（ｂ）に示すような中空の筒状部３２とその中で長手方向（矢印Ｄ参照）に往復運動するピストン部３４を有している。ヒストン部３４は、少なくともその端部の外周囲又は外周壁は、筒状部３２の内壁に密封当接しており、ピストン部３４が往復運動すると筒状部３２の左方中空部３２ａと右方中空部３２ｂとの内圧差が生じ、後述する外部（第１フロート部材１５）への空気等の流出入により内圧が同じになる。図示しないがピストン部３４は第３部材１３と第２部材１２とに連結し、両者の相対運動（揺動（又は上下運動））に従って往復運動する。
【００４８】
筒状部３２の左方には左方中空部３２ａから外部に貫通する流入口３２ｃ、流出口３２ｄ、筒状部３２の右方には右方中空部３２ｂから外部に貫通する流入口３２ｅ、流出口３２ｆを設けている。流入口３２ｃ、３２ｅはそれぞれ海面より上方に端部が位置する配管３７、４１に接続しており、流路の途中に外部からの流入を許容し左方中空部３２ａ又は右方中空部３２ｂからの流出を規制する逆止弁３６、４０を有する。また、流入口３２ｄ、３２ｆは第１フロート部材１５内に接続する配管３９、４３が設けられ、配管３９、４３内の流路の途中に左方中空部３２ａ又は右方中空部３２ｂからの第１フロート部材１５内への流出を許容し第１フロート部材１５内から左方中空部３２ａ又は右方中空部３２への流入を規制する逆止弁３８、４２を有する。
【００４９】
例えば、波力により海面上の第１フロート部材１５が移動し、これにより枢結点２０を中心に第２部材１２に対して第３部材１３が開く側に揺動した場合、アクチュエータ３０のピストン部３４が右方に移動し、左方中空部３２ａの内圧が低下し逆止弁３６が開放されて海面上方の空気が配管３７を通して左方中空部３２ａに流入する。このとき右方中空部３２ｂ内の空気は圧縮されて内圧が上昇し逆止弁４２が開放されて右方中空部３２ｂ内の空気が配管４３を通って第１フロート部材１５内に放出される。一方、第２部材１２に対して第３部材１３が閉じる側に揺動した場合、ピストン部３４が左方に移動し、右方中空部３２ｂの内圧が低下し逆止弁４０が開放されて海面上方の空気が配管４１を通して右方中空部３２ｂに流入する。このとき左方中空部３２ａ内の空気は圧縮されて内圧が上昇し逆止弁３８が開放されて左方中空部３２ａ内の空気が配管３９を通って第１フロート部材１５内に放出される。したがって、図４（ａ）のアクチュエータ３０、３１の構成の場合、ピストン部３４の往復工程全体にわたって筒状部３２内の圧縮空気が第１フロート部材１５内に流入することとなり、第２部材１２に対して第３部材１３がどちらの方向に揺動又は上下動しても圧縮空気を送り出す駆動源となる。
【００５０】
図５には図４（ｂ）のアクチュエータ３０、３１の改良例としてのアクチュエータ５０の模式図が示されている。アクチュエータ５０は図４（ｂ）のアクチュエータ３０、３１と同様に第２部材１２と第３部材１３との挟間、第３部材１３と連結部材１４との挟間、に連結される。具体的にアクチュエータ５０は、端部の枢結点５９を中心に互いに開閉可能に枢軸回転する第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３と、枢結点５９を中心に第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の挟間を分割するように延びる板状部材（又は棒状部材）５８と、板状部材５８と第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３とに結合して第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の開閉に従って内部空間が増減するアコーディオン部材５４、５５、５６、５７とを備えている。
【００５１】
例えば、アクチュエータ３０等が図４（ａ）の波力発電装置１０の第２部材１２と第３部材１３との挟間に設置される場合、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３は、第３部材１３及び第２部材１２に当接結合されて矢印Ｅ方向に挟角０〜１８０°の範囲で開閉可能である。また、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３はそれぞれの端部で外側に突出するツバ部５２ａ、５３ａが設けられ、ツバ部５２ａ、５３ａは枢結点５９で枢結されて互いに回転自在である。また、上述するように板状部材５８は枢結点５９で第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３と枢結され、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の両側の挟間方向に延びている（図５中左右方向）。なお、板状部材５８は、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の角度が開きすぎて、水圧により後述するように後述する第１アコーディオン部材５４〜第４アコーディオン部材５７が潰れないように,弧の長さを短くするために設けられている。なお、アクチュエータ３０の場合、第２部材１２と第３部材１３（アクチュエータ３１の場合は第３部材１３と連結部材１４）が第１開閉部材５２と第２開閉部材５３と平行に当接結合される場合は、ツバ部５２ａ、５３ａは第２部材１２及び第３部材１３（アクチュエータ３１の場合は第３部材１３と連結部材１４）と結合せず、自由な状態であっても差し支えない。
【００５２】
まず図５中の挟間が大きい（挟角が９０°）以上）の左上側では、板状部材５８と第２開閉部材のツバ部５２ａとの間に第１アコーディオン部材５４が装着されている（なお、実際には第１アコーディオン部材５４は複数の面積の異なるアコーディオン部材で構成されるが、この点は図６を参照して後述する）。第１アコーディオン部材５４はツバ部５２ａと板状部材５８とに結合して内部に収縮可能な空間を設けた蛇腹形状であり、第２開閉部材５２及び第２開閉部材５３が矢印Ｅ側に開いた場合にツバ部５２ａが板状部材５８との挟間でつぶされて内部空間が縮小し、矢印Ｅと逆側に閉じた場合にはツバ部５２ａと板状部材５８との挟間が拡大して内部空間が増大する。また、同様に左下側では、板状部材５８と第１開閉部材のツバ部５３ａとの間に蛇腹形状の第２アコーディオン部材５５が装着されており、矢印Ｅ側に開いた場合にツバ部５３ａが板状部材５８との挟間でつぶされて内部空間が縮小し、矢印Ｅと逆側に閉じた場合にはツバ部５３ａと板状部材５８との挟間が拡大して内部空間が増大する。また、右上側と右下側でも同様に、板状部材５８と第１開閉部材の下面５２ｂ又は第２開閉部材の上面５３ｂとの間に蛇腹形状の第３アコーディオン部材５６、第４アコーディオン部材５７が装着されており、第１アコーディオン部材５４、第２アコーディオン部材５５とは逆に、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３が矢印Ｅ反対側に閉じた場合には第１開閉部材５２の下面５２ｂ及び第２開閉部材５３の上面５３ｂが板状部材５８との挟間でつぶされて内部空間が縮小し、矢印Ｅ側に開いた場合には内部空間が拡大する。
【００５３】
次にアクチュエータ５０の空気の流出入の構造及び空気の流れについて説明する。第１アコーディオン部材５４にはその内部から海面上方まで接続する流入配管６１と第１アコーディオン部材５４の内部から後述する第１フロート部材１５の内部まで接続する流出配管６２とが設けられ、同様に、第２アコーディオン部材５５にはその内部から海面上方まで接続する流入配管６３と第２アコーディオン部材５５の内部から第１フロート部材１５の内部まで接続する流出配管６４とが設けられ、第３アコーディオン部材５６にはその内部から第１フロート部材１５の内部まで接続する流出配管６５と第３アコーディオン部材５６の内部から海面上方まで接続する流入配管６６とが設けられ、第４アコーディオン部材５７にはその内部から第１フロート部材１５の内部まで接続する流出配管６７と第４アコーディオン部材５７の内部から海面上方まで接続する流入配管６８と、が設けられている。
【００５４】
流入配管６１は、流路の途中に海面の上方からの流入を許容し第１アコーディオン部材５４からの流出を規制する逆止弁７０を有し、流出配管６２も流路の途中に第１アコーディオン部材５４からの流出を許容し第１フロート部材１５からの流入を規制する逆止弁７１を有している。同様に、流入配管６３、流出配管６４はそれぞれ、流路の途中に海面から流入を許容し第２アコーディオン部材５５からの流出を規制する逆止弁７２、流路の途中に第２アコーディオン部材５５からの流出を許容し第１フロート部材１５からの流入を規制する逆止弁７３を有している。また、流出配管６５、流入配管６６はそれぞれ、流路の途中に第３アコーディオン部材５６からの流出を許容し第１フロート部材１５からの流入を規制する逆止弁７４、流路の途中に海面から流入を許容し第３アコーディオン部材５６からの流出を規制する逆止弁７５を有している。さらに、流出配管６７、流入配管６８はそれぞれ、流路の途中に第４アコーディオン部材５７からの流出を許容し第１フロート部材１５からの流入を規制する逆止弁７６、流路の途中に海面から流入を許容し第４アコーディオン部材５７からの流出を規制する逆止弁７７を有している。
【００５５】
例えば、波力により海面上の第１フロート部材１５が移動し、これにより第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３が矢印Ｅと反対方向に閉じた場合、これに従って、それぞれ第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３のツバ部５２ａ、５３ａと板状部材５８とに引っ張られて第１アコーディオン部材５４及び第２アコーディオン部材５５が開き、それぞれ第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の内側５２ｂ、５３ｂと板状部材５８との間で圧縮されて第３アコーディオン部材５６及び第４アコーディオン部材５７が閉じていく。このとき配管６１、６３から海面上の空気が第１アコーディオン部材５４及び第２アコーディオン部材５５の内部に流入し、配管６５、６７により第３アコーディオン部材５６及び第４アコーディオン部材５７は閉じて内部の空気が放出され、第１フロート部材１５内に充填される。なお、上記第１アコーディオン部材５４〜第４アコーディオン部材５７は、図６（ａ）を参照して後述するようにそれぞれ空気の流出入の配管と連結された複数のアコーディオンで蛇腹状に形成されるが、ここでは第１アコーディオン部材５４〜第４アコーディオン部材５７それぞれに一組の流出入用の配管６１〜配管６８として表記している）。
【００５６】
逆に、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３が矢印Ｅ方向に開いた場合、これに従って、それぞれ第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３のツバ部５２ａ、５３ａと板状部材５８との間で圧縮されて第１アコーディオン部材５４及び第２アコーディオン部材５５が閉じ、それぞれ第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３と板状部材５８とに引っ張られて第３アコーディオン部材５６及び第４アコーディオン部材５７が開いていく。このとき配管６６、６８から海面上の空気が第３アコーディオン部材５６及び第４アコーディオン部材５７の内部に流入し、配管６２、６４により第１アコーディオン部材５４及び第２アコーディオン部材５５内の空気が放出され、第１フロート部材１５内に充填される。したがって、図５のアクチュエータ５０の構成の場合、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の開閉動作全体にわたって海面上の空気が第１〜第４アコーディオン部材５４〜５７内に供給され、第１フロート部材１５内に放出されることとなり、第２部材１２に対する第３部材１３の揺動・上下運動、第３部材１３に対する連結部材１４の揺動の全域にわたって第１フロート部材１５内に圧縮空気を送り出す駆動源となる。
【００５７】
なお、図５のアクチュエータ５０は、第１開閉部材５２及び第２開閉部材５３の揺動角度に応じて圧縮空気の圧力を替えることができる。以下、具体的に説明する。図６は、図５のアクチュエータ５０の各アコーディオン部材５４、５５、５６、５７において揺動角度に応じて段階的に放出される圧縮空気の圧力が変化する様子が示しており、（ａ）は各アコーディオン部材５４、５５、５６、５７のうち第１アコーディオン部材５４の拡大模式図、（ｂ）は第１アコーディオン部材５４を構成する各アコーディオンと内部空気の圧力との関係を示す略図である。
【００５８】
ここで前提概念としてパスカルの原理について簡説する。互いに連通するピストンで密閉した管において一方のピストンに押し下げるように力を加えると、もう一方のピストンに押し上げるような力が発生する。このとき互いのピストンにかかる力の大きさはピストンの面積に比例する関係で釣り合っている。たとえば、２つのピストンの面積比を２：１にすると、大きいピストンには小さいピストンの２倍の重量の物体をおいて釣り合わせることができる。この原理をアクチュエータ５０の第１アコーディオン部材５４で例示説明する。
【００５９】
図６の例では（ａ）に示すように第１アコーディオン部材５４は、第１開閉部材５２のツバ部５２ａと板状部材５８とに挟まれて、それぞれ密閉空間である３つのアコーディオン５４ａ、５４ｂ、５４ｃで構成される。また、図６（ｂ）に示すようにアコーディオン５４ａ、５４ｂ、５４ｃはそれぞれ密閉空間となるべく仕切り５４ｄ、５４ｅが設けられ、互いに第１フロート部材１５に流体的に接続している。ツバ部５２ａ、仕切り５４ｄ、５４ｅ、板状部材５８それぞれに挟まれるアコーディオン５４ａ、５４ｂ、５４ｃの面積比は１：２：４であり、それぞれの面積をＡ、２Ａ、４Ａとし、第１フロート部材１５内の圧力をＰ’とすると、
アコーディオン５４ａの内圧Ｐは、Ｐ    ＝Ｆ／Ａ
アコーディオン５４ｂの内圧Ｐは、Ｐ／２＝Ｆ／２Ａ
アコーディオン５４ｃの内圧Ｐは、Ｐ／４＝Ｆ／４Ａ    となる。
【００６０】
したがって、Ｐ＞Ｐ’＞Ｐ／２の場合、
アコーディオン５４ａから第１フロート部材１５内に圧縮空気が流れるが、アコーディオン５４ｂ、アコーディオン５４ｃ内からは流れず、アコーディオン５４ａが矢印方向に縮むことで第１フロート部材１５の内圧が高くなる。第１開閉部材５２のツバ部５２ａの揺動角度（図６（ａ）矢印方向の揺動角度）が大きくなり、アコーディオン５４ａ内の空気がなくなって揺動で作用する力が２倍（２Ｆ）になると、アコーディオン５４ｂ内の空気が第１フロート部材１５内に流れだし、さらにツバ部５２ａの揺動角度が大きくなり、アコーディオン５４ｂ内の空気がなって揺動で作用する力が４倍（４Ｆ）になると、アコーディオン５４ｃ内の空気が第１フロート部材１５内に流れだす。
【００６１】
すなわち、段階的に面積が大きくなるアコーディオン５４ａ、５４ｂ、５４ｃを用意すれば、小さな揺動（波や潮位の変化が小さい）でも第１フロート部材１５内に高圧力の圧縮空気を流入させることが可能となる。その結果、小型のアクチュエータ５０であっても大きな電力を得ることができる。
【００６２】
次に第１フロート部材１５の構造及び圧縮空気等の流出入について説明する。図７（ａ）は第１フロート部材１５と浮力との関係を説明するための略斜視図であり、図７（ｂ）は第１フロート部材１５内への海水等の流出入を示す略図である。図７（ａ）に示すように第１フロート部材１５は、内部を空洞とする略直方体形状（円筒でも可）の中空容器であり、内部に充填されるバラスト水の容量は、バラスト水及び第1部材１１から第１フロート部材１５までの総重量Ｍと、喫水位置までの海水から受ける浮力Ｆ２（喫水線までの水没（Ｖ２分の水没）によって発生する浮力（図７（ａ）では便宜上、後述する浮力Ｆ１と合わせてＦ（Ｆ１ or Ｆ２）と表記））との均衡で調整される。具体的には、浮力をＦ、バラスト水及び第１部材から第１フロート部材１５までの総気中重量をＭ、喫水線から天面までの第１フロート部材１５の容積をＶ１、底部から喫水線までの第１フロート部材１５の容積をＶ２、バラスト水の容積をＶ３、バラスト水以外の第１フロート部材１５内の容積（空気領域）をＶＢ、喫水線から天面までの高さをＬ１、底部から喫水線までの高さをＬ２、海水の比重をρ、第１部材１１から第１フロート部材１５の水中重量ｍ、とする。なお、水中重量ｍは、第１部材１１から第３部材１３の水中重量（ＭＷ１）と第１フロート部材１５の喫水線以下までの水中重量（ＭＷ２）と第１フロート部材１５の喫水以上の気中重量（ＭＡ１）との合算を意味するが、影響の小さい連結部材１４の１／２の気中重量は簡略等のため除外している（以後、同様）。
【００６３】
まず、浮力Ｆ２は、Ｆ２＝ρ・Ｖ２  …式（１）
バラスト水及び第１部材１１から第１フロート部材１５の総重量Ｍは、
Ｍ＝ρ・Ｖ３＋ｍ  …式（２）
浮力と総重量（重力）は釣り合うため、式（１）（２）から
ρ・Ｖ２＝ρ・Ｖ３＋ｍ
ρ（Ｖ２−Ｖ３）＝ｍ  …式（３）
となる。
【００６４】
ここで、喫水線とバラスト水の水面との位置について検討する。まず、波により第１フロート部材１５が上昇しようとする場合、その上昇する力の最大力が浮力Ｆ１となる。浮力Ｆ１は、喫水線から天部までの第１フロート部材１５により掻き出した海水の量Ｖ１に相当する。このことは波の水位が、第1フロート部材１５の高さを含めた第１部材１１〜第３部材１３が伸びきった長さを超えた状態、すなわち最大ストロークでも第1フロート部材１５が海中に沈降している状態であっても同様である。なお、通常状態では第1フロート部材１５がストロークの途中で海中に沈降して海底面からの軸力が作用する最大力は最大ストロークである第1部材１１〜第３部材１３が延びきった状態で第1フロート部材１５の天面が海面ギリギリに沈降する長さである。
【００６５】
一方、波が通り過ぎて下方に第1フロート部材１５が下がってくると（図２（v）参照）、アクチュエータ３０等を圧縮する力が徐々に大きく作用するため第1フロート部材１５の下端面と喫水線との距離が段々と短くなってくる。第1部材１１〜第３部材１３が延びきった状態から波が下方に下がるときに第1部材１１〜第３部材１３を縮める力（アクチュエータ３０等を駆動させる力）は、第１フロート部材１５自体（詳細には、水中重量ｍ＝第１部材１１〜第３部材１３の水中重量（ＭＷ１）と第１フロート部材１５の喫水以下までの水中重量（ＭＷ２）と第１フロート部材１５の喫水以上の気中重量（ＭＡ１）との合算（連結部材１４の１／２の気中重量は略））及びその内部のバラスト水Ｖ３の自重であり、喫水が最も下降した状態、すなわち第1フロート部材１５の喫水線と下端面との距離がゼロになる場合が最大となる。連結部材１４の２倍以上の大きな波高を条件に、浮力Ｆ１とバラスト水の入った第1フロート部材等の自重（詳細には、水中重量ｍ＝第１部材１１〜第３部材１３の水中重量（ＭＷ１）と第１フロート部材１５の喫水以上の気中重量（ＭＡ２：第1フロート部材１５の気中重量）との合算（連結部材１４の１／２の気中重量は略））とが釣り合わなければ第1フロート部材１５は効率よく下方に移動することができることとなる。Ｆ＝Ｍの場合、第１フロート部材１５の上昇と下降との力が同じになり、無駄なく効率的にエネルギーを生成できるので好ましい。第１フロート部材１５は極力軽量であることが望ましい。その一方、波力発電装置としての強度が要求される。したがって、第１フロート部材１５は比重が小さく薄板でも高強度で低腐食の素材で形成されることが望ましい。例えば、ガラス繊維樹脂（ＦＲＰ）などである。
【００６６】
なお、上述するように第１フロート部材１５は極力軽量であることが望ましい点については、下記の式から理解できる。
ρ（Ｖ２−Ｖ３）＝ｍ＝ＭＷ１＋ＭＷ２＋ＭＡ１
ρ（Ｖ１−Ｖ３）＝ｍ＝ＭＷ１＋ＭＡ２
となる。
これらの式を差し引くと
ρ（Ｖ２−Ｖ１）＝ＭＷ２＋ＭＡ１―ＭＡ２
となり、この式を変形すると
Ｖ２＝（ＭＷ２＋ＭＡ１―ＭＡ２）/ρ＋Ｖ１    これを第１フロート部材１５の断面積Ａで割ると
Ｖ２／Ａ＝Ｌ２＝（ＭＷ２＋ＭＡ１―ＭＡ２）/ρ/Ａ＋Ｖ１／Ａ
＝（ＭＷ２＋ＭＡ１―ＭＡ２）/ρ/Ａ＋Ｌ１  となる。
ここで、Ｌ２とＬ１等しくするほうが、エネルギーも同じとなり、さらに有効となる。従って、（ＭＷ２＋ＭＡ１―ＭＡ２）を小さくすることが好ましく、すなわち第１フロート部材１５は極力軽量であることが望ましいこととなる。
【００６７】
次に、第１フロート部材１５内への圧縮空気の流出入について説明する。図７（ｂ）ではアクチュエータ３０、３１との間での圧縮空気の流出入で例示する。アクチュエータ３０、３１から放出された空気は配管３９、４３を通って第１フロート部材１５の天面から内部に流入し、逆止弁３８、４２でアクチュエータ３０、３１内に逆流しないことと相まってバラスト水の上方に圧縮空気として充填される。また、第１フロート部材１５の天面から内部の空気が、配管８１を通してタービン等の発電手段に放出される。タービン等の発電手段は本明細書では図示しないが、第１フロート１５から放出される圧縮空気流でタービン（または空気エンジン）等を駆動するものであり、第１フロート１５から配管８１と流体的に接続される。また、この発電手段は複数の波力発電装置の第１フロート部材１５からの配管８１を合流させて１つのタービン（または空気エンジン）を回転させるものであっても良い。
【００６８】
次に台風等の緊急時に第１フロート部材１５を海中に沈下させる方法及び再浮上させる方法について説明する。上述してきたように配管３７、４１は通常、海面上方に端部があり、通常、アクチュエータ３０、３１内の筒状部３４が左右往復運動すると左方中空部３２ａ及び右方中空部３２ｂに海面上方の空気が流入し、配管３９、４３から第１フロート部材１５内に空気が放出される。一方、緊急時には、配管３７、４１の端部又は配管３７、４１と合流する配管の端部が海中に位置（又は移動して位置）し、アクチュエータ３１（のみ）内の筒状部３４が左右往復運動により左方中空部３２ａ及び右方中空部３２ｂの内部に海水が充填され、配管３９、４３から第１フロート部材１５内に放出される。配管３９、４３から海水が流入すると第１フロート部材１５内のバラスト水の水位が上昇し、
浮力Ｆ＜第１フロート部材１５及びバラスト水の総重量Ｍ、すなわち
ρ・Ｖ１＜ρ・Ｖ３＋ｍ  …式（４）
になると、図２（vi）に示したように第１フロート部材１５が海中に沈下し、海面上の大きな波力や潮力を避けることができる。
【００６９】
なお、第１フロート部材１５内に放出される水量が多くなり、バラスト水量が大きくなるほど（式（４）の右辺と左辺との差が大きくなるほど）、第１フロート部材１５の海中への沈降速度も大きくなる。すなわち、台風等緊急時に海面の波が大きくなり第１フロート部材１５が大きく動くほど、海中への沈降速度も大きくなり、本波力発電装置によれば緊急度に応じた海中への回避対応ができる構成となっている。また、第１フロート部材１５の底面外部から貫通して内部に至る配管８０は、バラスト水量を調節するための管であり、その底面からの高さはバラスト水Ｖ３の調整高さとなる。従って、通常時は、配管８０の先端から海水が外部に排出されることでバラスト水量が調節され、緊急時に第１フロート部材１５を水没させたときには配管８１を使って海水を排出する。
【００７０】
図８は波力発電装置１０における海面上の連結部材１４の動きを示す略図であり、（ａ）は海底面から海面までの縦断面（図２に示す視点）、（ｂ）は海面を上方から見た略平面図である。波力発電装置１０は、上述してきたように海底面に固定する固定端１７に対して第１部材１１が揺動（矢印Ａ参照）及び軸回転（矢印Ｂ参照）する。したがって、連結部材１４は枢結点２１を基準に揺動するとともに海面と水平方向に回転（矢印Ｃ参照）する。したがって、図８（ｂ）に示すように海面上の波の進行方向が矢印Ｄのときにはこれに従って第２フロート部材１６（図１参照）も流され、連結部材は実線１４に位置する。また、波の進行方向が矢印Ｄ’に変わったときにはこれに従って第２フロート部材１６（図１参照）も流され、連結部材は矢印Ｃ方向に回転し点線１４’に移動する。
【００７１】
すなわち、波力発電装置１０の構成を採用すると第２フロート部材１６及び連結部材１４は、波の進行方向に対する吹き流し状態になって所謂風見鶏の効果を有することとなり、装置に過大な波力が集中することなく耐久性を維持することができる。また、連結部材１４及び第２フロート部材１６を波の進行方向及び波の高さに合わせて移動できることとすると、第２フロート部材１６を波が最も高くなる砕波地点に位置することができるためアクチュエータ３１（図４（ｂ）参照）が大きく又は頻繁に動き発電効率が向上する。本波力発電装置１０は、波力を効率良く電力にエネルギ変換できるため消波性も高く、その意味では海岸浸食防止の効果も高く、養殖場への被害やテトラポット設置数を減らすことができる点でも経済性が高い。
【符号の説明】
【００７２】
１０、１００、２００  波力発電装置
１１、１１１、２１１  第１部材
１２、１１２、２１２  第２部材
１３、１１３、２１３  第３部材
１４、１１４、２１４  連結部材
１５、１１５、２１５  第１フロート部材
１６、１１６、２１６  第２フロート部材
１７、１１７、２１７  固定端
３０、３１、５０  アクチュエータ
【図１】
2019244753.tif 000003
【図２】
2019244753.tif 000004
【図３】
2019244753.tif 000005
【図４】
2019244753.tif 000006
【図５】
2019244753.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019244753.tif 000009
【図８】
2019244753.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月26日(2020.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波力及び潮力による駆動力に基づく波力発電装置であって、
少なくとも
複数の部材が互いに枢結されて、その一端が海底面の所定位置に対して揺動回転及び軸回転可能な揺動体と、
該誘導体の他端に枢結され、波の運動及び／又は潮の運動で自由運動可能な第１フロート部材と、
該第１フロート部材と離間して連結され、第１フロート部材より小さい第２フロート部材と、
前記第１フロート部材及び／又は前記第２フロート部材の運動を発電の動力源に変換するアクチュエータとを備え、
前記誘導体は、
一端が海底面の所定位置に対して揺動及び軸回転可能な第１部材と、
該第１部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第２部材と、
該第２部材の他端に対して一端が揺動可能に枢結される第３部材とを備え、
前記第１フロート部材は、前記第３部材の他端に対して枢結され、
前記第１フロート部材と前記第２フロート部材とは互いに全方向に揺動可能に両者と両端で枢結する連結部材で連結される、波力発電装置。
【請求項２】
前記第１部材と前記第２部材とはそれぞれの両端間の距離が略同一であり、
前記第３部材は、両端間の距離が海底から所定の干潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材と前記第３部材とのそれぞれの両端間の距離の合計は、海底から所定の満潮面までの高さと略同一又はそれ以上である、請求項２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には外部空気を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の空気を圧縮させて前記第１フロート部材内に放出する駆動手段を有し、該第１フロート部材内を経由して放出される空気に基づいて発電する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、
前記駆動手段の内部空間と海面上方又は海中とを流体的に接続する流入配管と、
該内部空間と前記第１フロート部材内とを流体的に接続する流出配管とを有し、
通常時には、前記第１フロート部材は内部のバラスト水の貯留量を調整することで喫水調整をし、前記流入配管が前記内部空間と海面上方とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内の圧縮空気を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させ、
緊急時には、前記流入配管が前記内部空間と海中とを接続することで前記駆動手段の運動にしたがって前記内部空間内に流入した海水を前記流出配管から前記第１フロート部材の内部に流入させる、請求項４に記載の波力発電装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には海水を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の海水を放出する駆動手段を有し、放出される海水に基づいて発電する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記第３部材と前記連結部材とに連結される第１アクチュエータと、
前記第３部材と前記第２部材とに連結される第２アクチュエータとを備え、
前記第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータはそれぞれ、前記第３部材に対する前記連結部材の運動及び前記第３部材に対する前記第２部材の運動に従って運動させて内部空間を拡大・縮小することで拡大時には別途設けた液体タンク内の液体を該内部空間に流入させ、縮小時には内部空間の液体を前記液体タンク内に放出する閉流路を備える駆動手段を有し、該閉流路内又はそれから分流された流路内の液体流に基づいて発電する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波力発電装置。
【国際調査報告】
2019244753.tif 000011
2019244753.tif 000012