(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮遊する浮体と、前記浮体に搭載した上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、前記浮体の波による浮体揺動に伴い前記液体収納手段内に発生する前記液体の水平回転運動であるスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備え、前記スワリング運動を起こす前記液体が前記液体収納手段に収納された所定量の前記液体であることを特徴とするスワリング発電装置。
【請求項２】
前記液体収納手段の少なくとも前記液体の前記スワリング運動をする範囲の水平断面が、略円形を成していることを特徴とする請求項１に記載のスワリング発電装置。
【請求項３】
前記液体収納手段の少なくとも前記液体の前記スワリング運動をする範囲の内表面が、球形の一部を成していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスワリング発電装置。
【請求項４】
前記液体の前記所定量を調節し液位を変更する液位変更手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項５】
前記液位変更手段が、前記浮体揺動の周期に応じて前記液体の前記液位を変更することを特徴とする請求項４に記載のスワリング発電装置。
【請求項６】
前記発電手段が、前記スワリング運動の前記流体力が作用することにより回転軸のまわりに回転する回転翼を有したことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項７】
前記浮体の静止時に、前記回転翼が前記液体の液中と前記空間に臨むものであることを特徴とする請求項６に記載のスワリング発電装置。
【請求項８】
前記回転翼が、前記液体収納手段の下部に空間を残して前記液体の液中に臨むものであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のスワリング発電装置。
【請求項９】
前記発電手段の前記回転翼が、前記回転軸に対して１８０度反対側に位置する２翼から構成されたことを特徴とする請求項６から請求項８のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１０】
前記液体の前記所定量に応じて、前記回転翼の高さ方向の寸法を変更したことを特徴とする請求項６から請求項９のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１１】
前記回転翼の前記回転軸に対する取り付け位置を変更可能に構成し、前記液体の前記所定量に応じて、前記回転翼の取り付け位置を変更することを特徴とする請求項６から請求項１０のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１２】
前記液体収納手段を、前記浮体との間に備えた平面方向へ移動可能な移動可能手段の上に搭載したことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１３】
前記液体収納手段を移動しないように固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載のスワリング発電装置。
【請求項１４】
前記スワリング運動のスワリング検出手段を備え、前記スワリング検出手段が前記スワリング運動の発生を検出して前記固定手段を作動させることを特徴とする請求項１３に記載のスワリング発電装置。
【請求項１５】
前記発電手段を電動機として使用し、前記電動機により前記回転翼に回転力を付与することを特徴とする請求項６から請求項１１、及び請求項６を引用する請求項１２から請求項１４のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１６】
前記浮体に前記液体収納手段と前記発電手段を複数セット設けたことを特徴とする請求項１から請求項１５のうちの１項に記載のスワリング発電装置。
【請求項１７】
移動物又は振動物のように揺動を生ずる揺動体と、前記揺動体に搭載した上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、前記揺動体による揺動に伴い前記液体収納手段内に発生する前記液体の水平回転運動であるスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備え、前記スワリング運動を起こす前記液体が前記液体収納手段に収納された所定量の前記液体であることを特徴とするスワリング発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スワリング流れを利用して発電を行うスワリング発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スワリングとは、タンク等の液体収納手段に収納した液体の水平回転流れであり、特にＬＮＧ船の球形タンクで現象が確認されている。
本発明者らはこれまでの研究で、スワリング流れ（運動）に関し、以下の特徴を確認している。
１．スロッシング同調から分岐して起こる同調現象である。
２．浮体等の揺動が入力となって、液体収納手段に収納された液体の水平回転運動に変わる。
３．不規則波中でも、スワリング流れは起こり、かつ、持続する傾向にある。
４．液体収納手段が円筒や球形以外の形状でもスワリング流れは起こりうる。
ところで、特許文献１には、船体において、離隔して配設された一対の気液用タンクを備え、両タンクのそれぞれの下部を接続する液体連通管、又は両タンクのそれぞれの上を接続する気体連通管に、船体の揺動に伴って流通する流体により作動するエネルギー回収用サボニウス型羽根車を設けた船体動揺エネルギー回収装置が開示されている。
また、特許文献２には、流水中の浮体台船に竪型曲面板翼の水車を個々に自由回転状態で装着した自動全方位型の自然流水翼独立型発電水車が開示されている。
また、特許文献３には、流体を内部に収容した一対の中空のタンクを備え、それぞれのタンク上部のダクトに発電を行うタービンを備え、タンクの揺動による気体の移動を利用して発電を行う波浪エネルギー変換装置が開示されている。
また、特許文献４には、海底面に固定された設置台に回転体を回転自在に取付け、潮流や水流を利用して回転体を回転させ発電機を回動させる水流エネルギーを利用した発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１４５９９号公報
【特許文献２】特開平８−１５９００８号公報
【特許文献３】国際公開第９８／３２９６７号
【特許文献４】特開２０１４−１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまでにスワリング流れ（運動）の上記特徴を利用した発電装置は提案されていない。特許文献１から特許文献４は、いずれもスワリング流れを利用して発電を行うものではない。
【０００５】
そこで本発明は、スワリング流れを利用して、発電を行い電力を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載に対応したスワリング発電装置においては、水面に浮遊する浮体と、浮体に搭載した上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、浮体の波による浮体揺動に伴い液体収納手段内に発生する液体の水平回転運動であるスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備え、スワリング運動を起こす液体が液体収納手段に収納された所定量の液体であることを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、液体収納手段内の液体に発生するスワリング流れを利用して発電することができる。
【０００７】
請求項２記載の本発明は、液体収納手段の少なくとも液体のスワリング運動をする範囲の水平断面が、略円形を成していることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、スワリング運動は水平回転運動なので、液体収納手段のスワリング運動をする液体周辺の水平断面形状を円形にすることで、スワリング運動を発生、継続しやすくできる。
【０００８】
請求項３記載の本発明は、液体収納手段の少なくとも液体のスワリング運動をする範囲の内表面が、球形の一部を成していることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、スワリング運動は水平回転運動なので、液体収納手段のスワリング運動をする液体周辺の内表面を球形の一部とすることで、スワリング運動を更に発生、継続しやすくできる。また、内表面が球形の一部を成すことで、発生したスワリング流れを、より上方にまで到達させることが可能となる。
【０００９】
請求項４記載の本発明は、液体の所定量を調節し液位を変更する液位変更手段を備えたことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、液体収納手段を搭載した浮体の揺動周期等に応じて液位を変更できるので、スワリング運動を状況に応じて更に発生、継続しやすくできる。
【００１０】
請求項５記載の本発明は、液位変更手段が、浮体揺動の周期に応じて液体の液位を変更することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、液体収納手段を搭載した浮体が設置された水域の平均又はピーク波周期に、液体収納手段の同調周期が一致するように液位を変更できるので、スワリング運動をより安定して継続しやすくできる。
【００１１】
請求項６記載の本発明は、発電手段が、スワリング運動の流体力が作用することにより回転軸のまわりに回転する回転翼を有したことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、水平回転流れとしてのスワリング流れを利用して液体収納手段内の回転翼を回し、効率よく発電することができる。
【００１２】
請求項７記載の本発明は、浮体の静止時に、回転翼が液体の液中と空間に臨むものであることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、回転翼を液中に配置した場合と比べて回転しやすくなり、また静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れを利用して発電効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項８記載の本発明は、回転翼が、液体収納手段の下部に空間を残して液体の液中に臨むものであることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、液体収納手段の下部には回転翼が設けられていないので、スワリング運動を阻害することなく発生、継続しやすくできる。
【００１４】
請求項９記載の本発明は、発電手段の回転翼が、回転軸に対して１８０度反対側に位置する２翼から構成されたことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、スワリング運動の発生を阻害することなく、スワリング流れを有効に利用して液体収納手段内の回転翼を回し、発電することができる。
【００１５】
請求項１０記載の本発明は、液体の所定量に応じて、回転翼の高さ方向の寸法を変更したことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、液位に応じて回転翼を回転しやすい高さに設計変更する、又は変更することにより発電効率を向上させることができる。
【００１６】
請求項１１記載の本発明は、回転翼の回転軸に対する取り付け位置を変更可能に構成し、液体の所定量に応じて、回転翼の取り付け位置を変更することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、液位に応じて回転翼を回転しやすい位置に設計変更する、又は変更することにより発電効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項１２に記載の本発明は、液体収納手段を、浮体との間に備えた平面方向へ移動可能な移動可能手段の上に搭載したことを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、液体収納手段には波による浮体揺動に移動可能手段の移動による揺動が加わるので、スワリング運動を助力し更に発生しやすくできる。また、移動可能手段を他の駆動手段で駆動してスワリング運動を更に発生しやすくすることも可能となる。
【００１８】
請求項１３記載の本発明は、液体収納手段を移動しないように固定する固定手段を備えたことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、スワリング運動の発生後は、液体収納手段を移動しないように固定し、浮体揺動を液体収納手段にそのまま伝え、発電の可能なスワリング運動とすることができる。なお、移動可能手段と液体収納手段間が固定的に止められている場合は、移動可能手段を固定手段により固定し間接に液体収納手段が移動しないようにすることもこの概念の中に含まれるものとする。
【００１９】
請求項１４記載の本発明は、スワリング運動のスワリング検出手段を備え、スワリング検出手段がスワリング運動の発生を検出して固定手段を作動させることを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、スワリング運動の発生後は移動可能手段を固定することによって、発生したスワリング運動の継続が移動可能手段による揺動によって妨げられることを防止できる。
【００２０】
請求項１５記載の本発明は、発電手段を電動機として使用し、電動機により回転翼に回転力を付与することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、回転翼に回転力を付与することによって、スワリング運動の発生、継続を助力することができる。
【００２１】
請求項１６記載の本発明は、 浮体に液体収納手段と発電手段を複数セット設けたことを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、大容量の発電を行うことが可能となる。
【００２２】
請求項１７記載に対応したスワリング発電装置においては、移動物又は振動物のように揺動を生ずる揺動体と、揺動体に搭載した上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、揺動体による揺動に伴い液体収納手段内に発生する液体の水平回転運動であるスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備え、スワリング運動を起こす液体が液体収納手段に収納された所定量の液体であることを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、揺動体の揺動による液体収納手段内の液体に発生するスワリング流れを利用して発電することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のスワリング発電装置によれば、液体収納手段内の液体に発生するスワリング流れを利用して発電することができる。
【００２４】
また、液体収納手段の少なくとも液体のスワリング運動をする範囲の水平断面が、略円形を成している場合には、スワリング運動は水平回転運動なので、液体収納手段のスワリング運動をする液体周辺の水平断面形状を円形にすることで、スワリング運動を発生、継続しやすくできる。
【００２５】
また、液体収納手段の少なくとも液体のスワリング運動をする範囲の内表面が、球形の一部を成している場合には、スワリング運動は水平回転運動なので、液体収納手段のスワリング運動をする液体周辺の内表面を球形の一部とすることで、スワリング運動を更に発生、継続しやすくできる。また、内表面が球形の一部を成すことで、発生したスワリング流れを、より上方にまで到達させることが可能となる。
【００２６】
また、液体の所定量を調節し液位を変更する液位変更手段を備えた場合には、液体収納手段を搭載した浮体の揺動周期等に応じて液位を変更できるので、スワリング運動を状況に応じて更に発生、継続しやすくできる。
【００２７】
また、液位変更手段が、浮体揺動の周期に応じて液体の液位を変更する場合には、液体収納手段を搭載した浮体が設置された水域の平均又はピーク波周期に、液体収納手段の同調周期が一致するように液位を変更できるので、スワリング運動をより安定して継続しやすくできる。
【００２８】
また、発電手段が、スワリング運動の流体力が作用することにより回転軸のまわりに回転する回転翼を有した場合には、水平回転流れとしてのスワリング流れを利用して液体収納手段内の回転翼を回し、効率よく発電することができる。
【００２９】
また、浮体の静止時に、回転翼が液体の液中と空間に臨むものである場合には、回転翼を液中に配置した場合と比べて回転しやすくなり、また静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れを利用して発電効率を向上させることができる。
【００３０】
また、回転翼が、液体収納手段の下部に空間を残して液体の液中に臨むものである場合には、液体収納手段の下部には回転翼が設けられていないので、スワリング運動を阻害することなく発生、継続しやすくできる。
【００３１】
また、発電手段の回転翼が、回転軸に対して１８０度反対側に位置する２翼から構成された場合には、スワリング運動の発生を阻害することなく、スワリング流れを有効に利用して液体収納手段内の回転翼を回し、発電することができる。
【００３２】
また、液体の所定量に応じて、回転翼の高さ方向の寸法を変更した場合には、液位に応じて回転翼を回転しやすい高さに設計変更する、又は変更することにより発電効率を向上させることができる。
【００３３】
また、回転翼の回転軸に対する取り付け位置を変更可能に構成し、液体の所定量に応じて、回転翼の取り付け位置を変更する場合には、液位に応じて回転翼を回転しやすい位置に設計変更する、又は変更することにより発電効率を向上させることができる。
【００３４】
また、液体収納手段を、浮体との間に備えた平面方向へ移動可能な移動可能手段の上に搭載した場合には、スワリング運動を助力し更に発生しやすくできる。また、移動可能手段を他の駆動手段で駆動してスワリング運動を更に発生しやすくすることも可能となる。
【００３５】
また、液体収納手段を移動しないように固定する固定手段を備えた場合には、スワリング運動の発生後は、液体収納手段を移動しないように固定し、浮体揺動を液体収納手段にそのまま伝え、発電の可能なスワリング運動とすることができる。
【００３６】
また、スワリング運動のスワリング検出手段を備え、スワリング検出手段がスワリング運動の発生を検出して固定手段を作動させる場合には、スワリング運動の発生後は移動可能手段を固定することによって、発生したスワリング運動の継続が移動可能手段による揺動によって妨げられることを防止できる。
【００３７】
また、発電手段を電動機として使用し、電動機により回転翼の回転を助力する場合には、回転翼に回転力を付与することによって、スワリング運動の発生、継続を助力することができる。
【００３８】
また、 浮体に液体収納手段と発電手段を複数セット設けた場合には、大容量の発電を行うことが可能となる。
【００３９】
また、移動物又は振動物のように揺動を生ずる揺動体と、揺動体に搭載した上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、揺動体による揺動に伴い液体収納手段内に発生する液体の水平回転運動であるスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備え、スワリング運動を起こす液体が液体収納手段に収納された所定量の液体である場合には、揺動体の揺動による液体収納手段内の液体に発生するスワリング流れを利用して発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態によるスワリング発電装置の基本構成を示す概略構成図
【図２】同スワリング発電装置の移動可能手段を説明する概念図
【図３】本発明の他の実施形態によるスワリング発電装置の側面断面図及び水平断面図
【図４】本発明の更に他の実施形態によるスワリング発電装置の様々な形状の例を示す側面断面図及び平面図
【図５】本発明の更に他の実施形態によるスワリング発電装置の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明の実施形態によるスワリング発電装置について説明する。
【００４２】
図１は本発明の一実施形態によるスワリング発電装置の基本構成を示す概略構成図、図２は同スワリング発電装置の移動可能手段を説明する概念図である。
本実施形態によるスワリング発電装置１は、海洋や湖沼等の液面に浮遊する浮体１０と、浮体１０に搭載した液体収納手段２０と、液体収納手段２０の上部に設けられた発電手段３０を備える。浮体１０は例えばブイ、船舶又は海洋構造物等である。
浮体１０は波によって、矢印Ａで示すように、スウェイ運動やロール運動（軸対称浮体の場合は、サージ運動やピッチ運動）などにより揺動（浮体揺動）する。
浮体１０の揺動により、液体収納手段２０内の液体４０に発生したスロッシングは、矢印Ｃで示すスワリング運動（水平回転運動）に変わる。発電手段３０は、このスワリング運動を利用して発電して電力を得る。
【００４３】
液体収納手段２０は、上部に空間Ｘを残して所定量の液体４０を収納する。このように、液体収納手段２０内を液体４０で満たすのではなく上部に空間Ｘを設けることで、スロッシング及びスワリングを発生させることができる。
液体収納手段２０は、例えば円筒形のタンクを用いることができる。液体収納手段２０に円筒形のタンクを用いる場合は、液体収納手段２０内の液体４０がスワリング運動をする範囲の水平断面が略円形を成しているので、液体４０のスワリング運動が発生、促進されやすい。
【００４４】
液体収納手段２０には、液位変更手段５０が設けられている。液位変更手段５０は、液体収納手段２０の下部に液体収納手段２０の周壁を貫通して設けられた出入口５１と、液体収納手段２０に出し入れする液体４０を収容する貯留タンク５３と、出入口５１と貯留タンク５３とを接続する配管５４と、配管５４に設けられた開閉弁５２及びポンプ５５とを備える。例えば、液体収納手段２０に収納する液体４０が水（海水を含む）の場合は、貯留タンク５３を無くし、浮体１０の周辺の水（海水を含む）との間で水（海水を含む）を出し入れすることもできる。
液位変更手段５０は、液体収納手段２０に収納される液体４０の所定量を調節し、液体収納手段２０内の液体４０の液位を変更する。液体収納手段２０内の液体４０の所定量を調節して液位を変更することで、液体収納手段２０の同調周期を調整することができる。したがって、液位変更手段５０が、浮体１０の浮体揺動の周期に応じて液体４０の液位を変更するように設定することで、液体収納手段２０を搭載した浮体１０が設置された、又は航行する水域の平均又はピーク波周期に、液体収納手段２０の同調周期が一致するように調整してスワリング運動をより安定して継続しやすくできる。同じ水域であっても、短時間内、時間帯、日、月、また季節で平均又はピーク波周期が変わる場合にも、液体収納手段２０の同調周期が一致するよう液位変更手段５０により、液位を変更することが可能である。
【００４５】
液体収納手段２０の底面と浮体１０の上面との間には、平面方向（浮体１０の上面と平行方向）へ移動可能な移動可能手段６０が設けられている。すなわち液体収納手段２０は、移動可能手段６０に搭載されている。移動可能手段６０は、図２に示すように、例えば複数のころ６１を備える台車である。液体収納手段２０は移動可能手段６０に鋼材等の接続部材によって固定されている。
移動可能手段６０は、例えば図２（ａ）の側面図に示すように、上板６２と下板６３との間に複数のころ６１が設けられたものである。浮体１０が揺動（ロール運動等）により傾くと、点線で示すように液体収納手段２０及び移動可能手段６０も傾くので、液体収納手段２０が乗った上板６２が矢印Ｂで示す方向にスライドする。すなわち浮体１０の上面を液体収納手段２０が往復動する。
または移動可能手段６０は、例えば図２（ｂ）の側面図及び図２（ｃ）の上面図に示すように、上板６２の一方の端部の下面にころ６１と案内板６４が設けられ、他方の端部の下面に回動支点６５が設けられたものとすることもできる。浮体１０が揺動（ロール運動等）すると図２（ｃ）に点線で示すように液体収納手段２０が乗った上板６２が浮体１０上を水平方向にスライド回転する（矢印Ｅ）。
このように、移動可能手段６０に液体収納手段２０を搭載することで、液体収納手段２０には、波による揺動と移動可能手段６０の移動による揺動が加わるので、液体４０のスワリング運動を助力し更に発生しやすくできる。なお、液体収納手段２０の設置高さは最適な揺れを得られる高さとする。
【００４６】
さらにスワリング発電装置１は、移動可能手段６０を移動しないように固定する固定手段（図示無し）と、液体４０のスワリング運動を検出するスワリング検出手段（図示無し）を備える。固定手段は、例えば車輪の転がりを規制するストッパーである。スワリング検出手段は、例えば、発電手段３０の発電の有無を検知することによって液体４０のスワリング運動を検出する。なお、スワリング検出手段は、スワリング流れを検知するセンサを設ける構成としてもよいが、発電手段３０の発電の有無により液体４０のスワリング運動を検出する場合には、別途センサを設ける必要がない。
スワリングの発生後は、液体収納手段２０が乗った移動可能手段６０が移動することによってスワリングの継続が妨げられる場合があるため、スワリング検出手段がスワリング運動の発生を検出した場合には、固定手段を作動させて移動可能手段６０が移動しないように固定する。スワリング運動の発生後は移動可能手段６０を固定することによって、発生したスワリング運動の継続が移動可能手段６０による揺動によって妨げられることを防止できる。
なお、固定手段は、スワリング運動発生前においても、波による浮体１０の揺動が十分大きいときなど、移動可能手段６０の移動による揺動が不要な場合に作動させて移動可能手段６０を固定することができる。
また、移動可能手段６０は、上記の構成に代えて、浮体１０の上に水槽を構築し、液体収納手段２０が乗った上板６２に浮力を持たせて水槽に浮かせた構成とすることも可能であり、また水槽内に液体収納手段２０を直接浮かせて構成することも可能である。更に、浮体１０の上面や液体収納手段２０の下面を摩擦抵抗の少ない材料で構成し、移動可能手段６０とすることも可能である。これらの場合、固定手段としては、液体収納手段２０を直接固定するものであってもよい。
また、スワリング運動を発生させるに当っては、波による浮体揺動と移動可能手段６０の移動による揺動以外に、積極的に移動可能手段６０や液体収納手段２０に外力を加え、揺動をさせてもよい。外力を加える手段としては、モータ、油圧、空圧等の各種の方式が利用できる。また、これらの外力を加える手段で固定手段を兼ねることも可能である。
【００４７】
発電手段３０は、回転軸３１と回転翼３２とを有する。回転翼３２は、液体収納手段２０の周壁の内面に沿って１２０度間隔で３箇所に設けられている。スワリング流れの流速は液体収納手段２０の周壁に近いほど速くなるので、回転翼３２を液体収納手段２０の周壁の内面に沿って設けることで、発電効率が向上する。また、回転翼３２を縦長に形成して周壁の近くに設け、回転軸３１に近い部分が大きく空くように構成することにより、スワリング流れの発生、継続を妨げないものとなる。液体収納手段２０の高さと回転翼３２の高さ方向の寸法は略同一である。回転翼３２は、液体４０のスワリング運動の流体力が作用することにより回転軸３１のまわりに回転する。回転翼３２は、支柱３３を介して回転軸３１と接続し回転軸３１を中心とする水車（タービン）を形成する。
液体４０のスワリング運動によってスワリング流れと同一方向に水車が回転する（矢印Ｄ）。水車が回転することで、発電して電力を得ることができる。このように発電手段３０は、浮体１０の波による浮体揺動に伴い液体収納手段２０内に発生する液体４０のスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う。
なお、発電手段３０を電動機と使用し、貯えていた電力により回転翼３２に回転力を付与してもよい。この場合には、回転翼３２で液体を回すことによってスワリング運動の発生、継続を助力することができる。また、スワリング流れ方向は、回転翼３２での液体４０を回す初動の与え方、移動可能手段６０の動き、浮体１０の運動条件によって、左右どちらの方向にも発生し継続し得る。発電手段３０は回転方向が変わっても発電ができるように、機構的、電気回路的に構成されている。
【００４８】
回転翼３２は、浮体１０の静止時に、液体４０の液中と上部に残された空間Ｘに臨む。すなわち、回転翼３２は、浮体１０の静止時において、一部が液体４０に浸かった状態となるように配置されている。回転翼３２をこのような配置とすることで、回転翼３２の全体を液中に配置した場合と比べて、スワリング運動時に静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れを受けて回転しやすくなり、発電効率を向上させることができる。
なお、液体収納手段２０内の液体４０の所定量に応じて、回転翼３２の高さ方向の寸法を設計変更したり、変更してもよい。浮体１０の浮体揺動の周期があまり変化しない場所に設置する場合や、発電効率を多少落としても回転翼３２のコストを低減したい場合は、設計的に高さ方向の寸法を変えることができる。また、浮体１０の浮体揺動の周期に対応し、発電効率を上げたい場合は、回転翼３２の高さ方向の寸法を可変に構成して変えることができる。例えば、回転翼３２を２枚の板で構成し高さ方向にスライドさせることで、寸法を可変に構成することができる。
液体４０の液位に応じて回転翼３２を回転しやすい高さに変更することによって、スワリング運動を有効に活用して、発電効率を更に向上させることができる。
なお、発電手段３０としては、回転翼３２を使用しないスワリング運動の水平回転運動に伴う水流を利用するもの、スワリング運動の静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れの落差を利用するもの等、他の発電手段を採用してもよい。
【００４９】
次に図３を用いて本発明の他の実施形態によるスワリング発電装置を説明する。
図３はスワリング発電装置の側面断面図及び水平断面図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態において発電手段３０の回転翼３２は、回転軸３１に対して１８０度反対側に位置する２翼から構成されている。２翼で構成される回転翼３２の水平方向の長さは液体収納手段２０の直径と略同一であり、高さ方向の寸法は液体収納手段２０の高さに比べて十分に短い。このように液体収納手段２０の側壁に近い部分だけでなく中央側にも回転翼３２を設けることで、スワリング流れを有効に利用して発電することができる。
この場合、浮体１０の静止時には、回転翼３２が液体の液中と上部の空間Ｘに臨むことにより、回転翼３２を液中のみに配置した場合と比べて回転しやすくなり、また静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れを利用して発電効率を向上させることができる。また、回転翼３２は液体収納手段２０の下部に空間Ｙを残して液体４０の液中に臨んでいる。すなわち、回転翼３２の高さ方向の寸法は液体収納手段２０の高さに比べて十分に短いため、液体収納手段２０の下部には回転翼３２が配置されていない領域が存在する。回転翼３２が、液体収納手段２０の下部に空間Ｙを残して液体の液中に臨むことにより、スワリング運動の発生、継続を阻害しないものとなる。
なお、回転翼３２を中央配置とする場合には、本実施形態のように回転軸３１に対して１８０度反対側に位置する２翼で構成される一枚翼の回転翼３２のほうが、回転翼３２を複数備える場合よりもスワリング運動の初期におけるスロッシングの発生を阻害することが抑制でき、スワリング運動を発生しやすいものとなる。
【００５０】
また、回転翼３２は、回転軸３１に対する取り付け位置を変更可能に構成されており、液体４０の所定量に応じて、回転翼３２の取り付け位置を設計変更する、又は変更することができる。
設計的に変更する場合は、液体収納手段２０への収納する液体４０の所定量の範囲、浮体１０の考慮すべき周期、回転翼３２の形状等を考慮して最適になるように取り付け位置を設計変更する。また、任意に取り付け位置を変更する場合は、回転軸３１に対し回転翼３２をスライドさせて固定する構成、回転軸３１に設けたねじ機構で回転翼３２を回転させ固定する構成等、各種の構成が採用できる。
液体４０の所定量を調節して液位を変更した場合には、回転翼３２が液体４０に液没する量が変わるので、液位に応じて回転翼３２の取り付け位置を変更して回転しやすい位置を保つことで、発電効率を維持、向上させることができる。
【００５１】
次に図４を用いて本発明の更に他の実施形態によるスワリング発電装置を説明する。図４は液体収納手段の様々な形状の例を示す側面断面図及び平面図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
液体収納手段２０は、図１から図３で示したような円筒形の他、図４に示すように、卵型、電球型などを含む球形を用いることができる。図４（ａ）は真球形である液体収納手段２０を示している。図４（ｂ）は内部の水平断面形状が円形であるとともに、この円形の水平断面の半径が一定の中間内周面、円形の水平断面の半径が上方に向かって漸次小さくなる上部内周面、及び円形の水平断面の半径が下方に向かって漸次小さくなる下部内周面から構成される液体収納手段２０を示している。図４（ｃ）は内部の水平断面形状が円形であるとともに、この円形の水平断面の半径が上方に向かって漸次小さくなる上部内周面、及び上部内周面よりも高さ方向の寸法が大きく、かつ円形の水平断面の半径が下方に向かって漸次小さくなる下部内周面から構成される液体収納手段２０を示している。図４（ｄ）は内部の水平断面形状が円形であるとともに、この円形の水平断面の半径が上方に向かって漸次小さくなる上部内周面、及び円形の水平断面の半径が下方に向かって漸次小さくなる下部内周面を有し、側方視した場合に液体収納手段２０の半円を左右両側にずらした上部及び下部の中央に平行部を有する形状の液体収納手段２０を示している。
液体収納手段２０に球形のタンクを用いる場合は、液体収納手段２０内の液体４０がスワリング運動をする範囲の内表面が球形の一部を成しているので、液体４０のスワリング運動が発生、促進されやすい。特に、内表面が球形の一部を成すことで、発生したスワリング流れをより液体収納手段２０上方にまで到達させ、回転翼３２を回転しやすくすることが可能となる。
【００５２】
図４（ａ）から（ｄ）における、液体収納手段２０の様々な形状の例においても、図３と同様に、浮体１０の静止時に、回転翼３２が液体の液中の空間Ｙと上部の空間Ｘの双方に臨んでいる。
回転翼３２が液体の液中と上部の空間Ｘに臨むことにより、回転翼３２の全体を液中に配置した場合と比べて、スワリング運動時に静止時の液面よりも上方に達するスワリング流れを受けて回転しやすくなり、発電効率を向上させることができる。また、回転翼３２が液体収納手段２０の下部に空間Ｙを残して液体４０の液中に臨むことにより、スワリング運動が阻害されることなくスワリング流れが発生、継続しやすい。
回転翼３２は、液体収納手段２０の周壁の内面に沿って９０度間隔で４箇所に設けられている。スワリングの流速は液体収納手段２０の周壁に近いほど速くなるので、回転翼３２を液体収納手段２０の周壁の内面に沿って設けることで、発電効率が向上する。図４（ｂ）の発電手段３０においては、回転軸３１に対して１８０度反対側に位置する２翼から構成される回転翼３２をさらに備えている。２翼で構成される回転翼３２の長さは、液体収納手段２０の最大直径と略同一である。すなわち、図４（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）の回転翼３２は側面に配置され、図４（ｂ）の回転翼３２は、側面及び中央に配置されている。このように、液体収納手段２０の形状に応じて回転翼３２の枚数や設置個所を変更することで、スワリング流れを最大限に利用して発電を行うための最適化を図ることができる。
また、回転翼３２を縦長に形成して周壁の近くに設け、回転軸３１に近い部分が大きく空くように構成することによっても、スワリング流れの発生、継続を妨げないものとなる。
なお、スワリング運動は液体収納手段２０の形状が円筒形や球形以外であっても起こり得るので、液体収納手段２０は例えば角柱形状であってもよい。
【００５３】
次に図５を用いて本発明の更に他の実施形態によるスワリング発電装置を説明する。
図５は本発明の他の実施形態によるスワリング発電装置の斜視図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、浮体１０に液体収納手段２０と発電手段３０を複数セット設けている。浮体１０は、四方を係留索７０で係留されている。浮体１０の外枠１１の内側には複数の丸棒１２が並行に設けられている。それぞれの丸棒１２には、丸棒１２を回転軸とする板部材１３が回動自在に取り付けられており、１つの板部材１３に複数の液体収納手段２０及び発電手段３０が搭載されている。板部材１３の回動角度は左右にそれぞれ最大８０度程度である。
液体収納手段２０内の液体４０には、浮体１０の揺動及び板部材１３の回動によってスワリング運動が発生する。発電手段３０は、このスワリング運動を利用して発電して電力を得る。
このように、浮体１０に液体収納手段２０と発電手段３０を複数セット設けることで、大容量の発電に供することが可能となる。
なお、浮体１０に液体収納手段２０と発電手段３０を複数セット設ける構成は、図５を用いて説明した構成以外にも多くのバリエーションがあり得る。例えば、一つの浮体１０の上に液体収納手段２０と発電手段３０を複数セット設けてもよい。また、複数の浮体１０にそれぞれ数個の液体収納手段２０と発電手段３０のセットを設けてもよい。更に、液体収納手段２０及び／又は発電手段３０に浮力を持たせ、浮体１０を兼ねることも可能である。
【００５４】
なお、上記各実施形態においては、液体収納手段を浮体に搭載した場合を説明したが、本発明のスワリング発電装置は陸上でも利用することができる。すなわち、スワリング発電装置は、自動車、自転車若しくは電車などの車輌のように揺動を生ずる移動物、又はエンジンや空調装置の室外機のように揺動を生じる振動物である揺動体に、また波以外の例えば風等の自然エネルギーにより揺動を生じる揺動体に、上部に空間を残して所定量の液体を収納する液体収納手段と、揺動体の振動に伴い液体収納手段内に発生する液体のスワリング運動の流体力を取り出し発電を行う発電手段とを備えたものとすることができる。この場合において、液体収納手段や回転翼等の形状又は配置等は、上記各実施形態と同様のものを適用することができる。また、課題を解決するための手段及び発明の効果に述べられている、構成、作用、および効果については、準用して適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のスワリング発電装置は、ブイ、船舶又は海洋構造物等の浮体に搭載した独立分散型の発電装置に適している。
また、移動物又は振動物のように揺動を生ずる揺動体にも広く利用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  浮体
２０  液体収納手段
３０  発電手段
３１  回転軸
３２  回転翼
４０  液体
５０  液位変更手段
６０  移動可能手段
X  空間（上部）
Y  空間（下部）
【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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