(57)【要約】【課題】  波力発電装置及び波力発電式ブイにおいて、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率な発電を行うこと。【解決手段】  波導入口２ａ、２ｂを下部に有する空気室２と、空気室２内と内側給排気路４を介して接続されると共に水面上空間と外側給排気路５を介して接続されるタービン室６と、タービン室６内に配され空気室２内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転するタービン７と、タービン７に回転子が接続された発電機８とを備え、タービン７が、クロスフロー型風車であり、内側給排気路４及び外側給排気路５が、タービン室６内に互いにタービン７の回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口４ｂ、５ｂを一つ有し、タービン給排気口４ｂ、５ｂからの空気がタービン７の外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されている。【選択図】図１
2005307894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に開口する波導入口を下部に有する空気室と、
前記空気室内に内側給排気路を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路を介して接続されるタービン室と、
前記タービン室内に配され前記空気室内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転するタービンと、
前記タービンに回転子が接続された発電機とを備え、
前記タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有し、
前記内側給排気路及び前記外側給排気路が、前記タービン室内に互いに前記タービンの回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口を一つ有し、前記タービン給排気口からの空気が前記タービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されていることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記タービン室及び前記タービンが複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記内側給排気路は、前記空気室の上部の一部に開口した空気室給排気口を有し、
前記空気室には、前記空気室給排気口に向けて空気を案内するガイド部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記内側給排気路及び前記外側給排気路の少なくとも一方には、整流板が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の波力発電装置。
【請求項５】
前記タービンの両端には、それぞれ前記発電機が個別に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の波力発電装置。
【請求項６】
前記外側給排気路は、水面上空間に開口した外側給排気口を有し、
前記外側給排気口には、その上方を覆う雨水波よけ庇部が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の波力発電装置。
【請求項７】
前記タービン室、前記タービン及び前記発電機は、前記空気室上に分離可能に設けられた駆動部室内に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の波力発電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の波力発電装置を備えていることを特徴とする波力発電式ブイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波浪エネルギーを利用して発電する波力発電装置及びこれを用いた波力発電式ブイに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然環境に優しくクリーンなエネルギーとして、海洋などの水面近傍で自然発生する波浪エネルギーを用いた波力発電装置が注目されている。波力発電装置として大型のものは、原則的に有人監視で運転されるが、小型のものは特に長期にわたって無人運転が要求される小型ブイや設備等の電源として採用が検討されている。このような小型の波力発電装置は、例えば、海洋ブイ、海上作業台、浮体式人工島や浮上プラットフォーム等に利用可能であり、特に海洋、河川及び湖沼等で種々の観測や浮標灯等に使用されるブイへの使用が想定されている。
従来、波力発電装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、空気室内部の水位の昇降変化に伴う容積の変化を利用して、発電機のタービンを回転駆動するものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の波力発電装置は、プロペラ状の羽根を有するタービンが円筒管上に取り付けられ、タービン下面全体に円筒管内の空気が当たってタービンを回転させる構造となっている。
特許文献２に記載の波力発電装置は、回転軸と平行に延在する羽根を有する円筒形のタービンが、底のない箱上に取り付けられた構造となっている。この波力発電装置では、例えば、箱内の空気が水位の上昇で押し出される場合、タービンのほぼ半周面全体にわたって開口する二つの内側の空気給排気口からタービンに空気が流入し、その空気はタービンを回転させると共にタービン内を通り、タービンのほぼ半周面全体にわたって開口する二つの外側の空気給排気口を介して外部に流出される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０１０１４号公報（図１）
【特許文献２】実開昭６０−６８８７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。すなわち、上記特許文献１に記載の波力発電装置では、発電機の回転軸を回転させるタービンに、プロペラ状の羽根を採用しているため、高速空気流には適しているが、起動トルク及び回転トルクが小さく、波が小さい状況における空気室からの弱い空気流では十分な起動トルク及び回転トルクが得られないという不都合があった。
また、上記特許文献２に記載の波力発電装置では、回転軸と平行に延在する羽根を有する円筒形タービンを採用しているので、比較的大きい起動トルク及び回転トルクを発生するが、空気室からの空気流がタービンの半周面全体に一様に当たるため、回転方向に逆らう作用も生じて回転速度が上がらず、効率が低いという不都合があった。また、二つの空気給排気口から空気流をタービンに導入すると、空気流速が半減してしまうと共に、互いの空気流がタービンの中央等で干渉してしまい乱流等が生じ、タービンの回転効率が低下する不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率な発電が可能な波力発電装置及びこれを備えた波力発電式ブイ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】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の波力発電装置は、水中に開口する波導入口を下部に有する空気室と、空気室内に内側給排気路を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路を介して接続されるタービン室と、タービン室内に配され空気室内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転するタービンと、タービンに回転子が接続された発電機とを備え、タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有し、内側給排気路及び外側給排気路が、タービン室内に互いにタービンの回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口を一つ有し、タービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されていることを特徴とする。
【０００８】
この波力発電装置では、タービンが、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根を周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状のいわゆるクロスフロー風車（貫流風車）であり、さらに内側給排気路及び外側給排気路それぞれ一つのタービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されているので、回転方向と逆方向に空気流が作用せず、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率にタービンを回転させることができる。また、このようにタービンを挟んで対峙するタービン給排気口を一対とし、タービン給排気口からの空気流方向をタービンの回転方向に沿った方向に設定することにより、複数対のタービン給排気口を有する場合の空気の合流による乱流発生や空気同士の干渉障害等も解消され、タービンの回転効率を高めることができる。
【０００９】
本発明の波力発電装置は、タービン室及びタービンが複数設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、タービン室及びタービンを複数設けることにより、一つのタービン室及びタービンで同じ容積比率の場合に比べて、各タービン室の還流空気容量が小さく、小さな波高でも縮流が生じてタービンを回転させることができ、稼働効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の波力発電装置は、内側給排気路が空気室の上部の一部に開口した空気室給排気口を有し、空気室には、空気室給排気口に向けて空気を案内するガイド部が設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、波の上昇によって空気室内の空気が押し出される際に、ガイド部によって空気流が空気室給排気口に案内されると共に、縮流（ニードル弁効果）が生じて加速流となり、タービンの回転効率をさらに向上させることができる。
【００１１】
本発明の波力発電装置は、内側給排気路及び外側給排気路の少なくとも一方に、整流板が設けられていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、内側給排気路及び外側給排気路の少なくとも一方に整流板が設けられていることにより、空気流の整流効果が得られると共に、回転に適するタービン部位への空気放射が確実に行われ、タービンの回転効果をさらに高めることができる。
【００１２】
本発明の波力発電装置は、タービンの両端にそれぞれ発電機が個別に接続されていることが好ましい。すなわち、この波力発電装置では、タービンの両端に発電機が接続されているので、一つのタービンに対し、二つの発電機を備えることになり、例えば、一方の発電機が故障等の不慮の事態が生じても、他方の発電機によって対応し得る利点がある。
【００１３】
本発明の波力発電装置は、外側給排気路が水面上空間に開口した外側給排気口を有し、外側給排気口には、その上方を覆う雨水波よけ庇部が設けられていることを特徴とする。すなわち、この波力発電装置では、外側給排気口が雨水波よけ庇部で上方を覆われているので、雨や波飛沫などが外側給排気口から外側給排気路内に侵入して、タービン室に入ることを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の波力発電装置は、タービン室、タービン及び発電機が、空気室上に分離可能に設けられた駆動部室内に配置されていることを特徴とする。すなわち、この波力発電装置では、タービン室、タービン及び発電機という駆動部が駆動部室に配されているので、発電機等の電気関連機器を海水等から隔離して漏電等を防止できると共に、ベアリング等の各部材の防錆が可能になり、装置の安定稼働を長期に維持することができる。また、駆動部室が空気室に対して分離可能とされているので、駆動部室のみを分離して搬送可能であり、メンテナンスや駆動部交換等の作業が容易となる。
【００１５】
本発明の波力発電式ブイは、上記本発明の波力発電装置を備えていることを特徴とする。すなわち、この波力発電式ブイでは、上記本発明の波力発電装置を備えているので、小さな波の状況においても起動し、長期にわたって安定した電力供給が可能であり、長期の無人運転が要求される海洋観測用等のブイに好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る波力発電装置及び波力発電式ブイによれば、タービンが、いわゆるクロスフロー風車型であると共にタービン給排気口からの空気がタービンの外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されているので、波の昇降に伴う空気室からの空気流を効率的にタービンの回転力へと変換し、高い発電効率を得ることができる。したがって、小さな波の穏やかな状況においても、高い起動トルク及び回転トルクが得られて、容易に起電できると共に、長期無人運転を可能にすることができる。また、シンプルで高発電効率が得られる構成により、既存波力発電設備に比べて、製造コスト及びランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る波力発電装置及び波力発電式ブイの第１実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態の波力発電装置１は、例えば、海洋観測用ブイに取り付けられるものであり、図１及び図２に示すように、海水中に開口する波導入口２ａ、２ｂを下部に有する箱形の空気室２と、空気室２に分離可能に設けられた防水構造の駆動部室３と、駆動部室３内に配され空気室２内に内側給排気路４を介して接続されると共に水面上空間に外側給排気路５を介して接続される一対のタービン室６と、タービン室６内に配され空気室２内の水位の昇降に伴う空気の流通により回転する一対のタービン７と、駆動部室３内に設置され各タービン７の両端部に回転子８ａが接続された４つのブラシレス電磁誘導型の発電機８と、発電機８に電気的に接続された４つの電気二重層コンデンサからなる蓄電池９とを備えている。
【００１９】
前記タービン７は、図２及び図３に示すように、回転軸方向に平行に延在する複数の羽根７ａを周方向に環状配列すると共に軸中心部を横切って空気が流通可能な円筒形状を有したいわゆるクロスフロー型風車である。また、上記複数の羽根７ａは、タービン７の中央部を空けて外周側に互いに所定間隔を空けて配設され、タービン７の回転中心を中心にした渦巻線に沿った形状かつタービン７の回転方向前方側に凸となる円弧状の垂直断面形状を有している。
【００２０】
前記空気室２は、図１及び図４に示すように、下方に開口した下方波導入口２ａと側方に開口した側方波導入口２ｂを有し、側方波導入口２ｂには、海面の浮遊物等が内部に侵入することを防ぐ網部材２ｃが張られている。
各内側給排気路４は、空気室２の上部中央に互いに隣接して開口した空気室給排気口４ａをそれぞれ有し、空気室２には、両空気室給排気口４ａに向けて空気を案内するガイド部２ｄが設けられている。
このガイド部２ｄは、空気室２の内面上部に内周面から上面の空気室給排気口４ａまで空気室２内の水平断面積を漸次狭めるように縦断面円弧状に傾斜した面を有している。
【００２１】
一対の前記タービン室６は、互いに中央の仕切板１０を介して隣接状態に分けられ、この仕切板１０により内側給排気路４及び空気室給排気口４ａも両タービン室６間で分離されている。そして、隣接した両タービン室６には、互いに回転軸が平行するようにタービン７が水平に配されている。
前記内側給排気路４及び前記外側給排気路５は、タービン室６内に互いにタービン７の回転軸を中心にして反対側にタービン給排気口４ｂ、５ｂを一つ有し、タービン給排気口４ｂ、５ｂからの空気がタービン７の外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるように配されている。
【００２２】
各タービン室６は、円筒形状のタービン７を収納するため、形状の大半をタービン７の直径よりもやや大きい円筒形状とされている。これにより、タービン室６内面とタービン７の外周面（ブレード（羽根７ａ）面）との間で空力学的な近接効果が生じ、タービン回転力が増幅するようになっている。このように、タービン室６の円筒形状に沿ってタービン７外周面付近にスムーズな空気の流れが起こり、エネルギー効率が高まってタービン７の回転を高めることができる。
【００２３】
外側給排気路５は、タービン給排気口５ｂから上方に延び、駆動部室３上部で下方にかつ外側に折り返して配設されており、さらに水面上空間へ開口した外側給排気口５ａを有している。この外側給排気口５ａには、その上方を覆う雨水波よけ庇部１１が設けられている。この雨水波よけ庇部１１を設けることにより、雨や波飛沫などが外側給排気口５ａから外側給排気路５内に侵入して、タービン室６に入ることを防ぐことができる。
内側給排気路４及び外側給排気路５には、空気の流れを一定方向に整える整流板１２、１３が設けられている。これらの整流板１２、１３は、内側給排気路４及び外側給排気路５の途中以外に配してもよく、空気室給排気口４ａ及び外側給排気口５ａに直接配しても構わない。また、これらの整流板１２、１３は、風洞実験等により実証された形状、位置や枚数等が適用される。
【００２４】
空気室２内から内側給排気路４及びタービン室６を介して外側給排気路５の外側給排気口５ａに至るまでの全ての空気流路は、できるだけ突起部を無くし、面取り、Ｒ取り加工及び曲げ板金加工などにより、流線形状にしている。これにより、空気流路での乱流発生を防止し、スムースな空気の流れを作り、タービン７の安定的回転を図っている。
また、内側給排気路４と外側給排気路５とは、空気往復動作のバランスを考慮すると同程度の長さになるように設定することが好ましい。本実施形態では、内側給排気路４より、外側給排気路５がやや長いが、後述する上部フランジ部１４及び下部フランジ部１５の厚みを他の部分よりも厚く設定することで、内側給排気路４を長くして外側給排気路５の長さに近づけている。
【００２５】
前記駆動部室３は、タービン室６上に防水構造を有して隔離された電気関連室１６を有し、該電気関連室１６内には、各発電機８、各蓄電池９及び電気制御回路（図示略）等が設置されている。なお、駆動部室３の上部は、開閉可能な蓋板１７で密閉されており、メンテナンスや部品交換等の際に、蓋板１７を開けて作業可能になっている。また、各蓄電池９は、相互に電気的に接続されて、完全放電を回避するようになっている。
各タービン７の両端には、回転中心に固定されタービン室６の側壁を回転可能に貫通した回転軸部材７ｂと、該回転軸部材７ｂの貫通した部分に固定されたタービン側プーリー７ｃとが設けられている。回転軸部材７ｂの先端は、駆動部室３内側面に設けられたベアリング部１８に回転可能に支持されている。
【００２６】
一方、発電機８は、その回転子８ａが電気関連室１６の側壁を回転可能に貫通されており、回転子８ａの先端部に発電機側プーリー８ｂが固定されている。発電機側プーリー８ｂと対応するタービン７のタービン側プーリー７ｃとは、無端ベルト１９が巻回されて接続されている。なお、発電機側プーリー８ｂは、タービン側プーリー７ｃより小さい所定の径とされ、発電機８の回転数をタービン７の回転数よりも高い回転数に変速するようになっている。
【００２７】
空気室２の上部には、上部フランジ部１４が設けられていると共に、駆動部室３の下部には、下部フランジ部１５が設けられている。これらの上部フランジ部１４と下部フランジ部１５とは、それぞれに設けた複数の貫通孔（図示略）に挿通させたボルト２０とナット２１とにより互いに分離可能に固定されている。
なお、上記の各機構部材は、いずれも耐塩気素材仕様で構成され、ベアリング部１８等も防錆対策されたものが使用されている。また、電気制御回路や電気配線等も完全防水対策がなされて設置されている。
【００２８】
次に、本実施形態の波力発電装置１による発電方法を、図１を参照して以下に説明する。
【００２９】
まず、本実施形態の波力発電装置１を、側方波導入口２ｂが波の高低を考慮してできるだけ常時海面下に配されるように、所定の場所又はブイ等に設置する。
【００３０】
この状態で、波により空気室２内の水位が上昇する場合、図１の（ａ）に示すように、以下のような空気流によってタービン７が回転し、発電が行われる。
空気室２内の上昇する水に加圧されて空気室２内の空気は、ガイド部２ｄで案内されながら空気室給排気口４ａに入る。空気室給排気口４ａにおいて空気は、ニードル弁効果により縮流されて加速し、内側給排気路４を介してタービン給排気口４ｂからタービン７の外周に下方から放射される（図中の矢印Ｙ１参照）。この際、内側給排気路４及びタービン給排気口４ｂが、タービン７の外周に向けて該外周の接線方向に沿って空気流が流れるように設定されているので、空気流がタービン７の回転を妨げることなく、タービン７の羽根７ａを回転方向に押すと共に、羽根７ａの隙間からタービン７内部の中央部を貫通していく（図中の矢印Ｙ２参照）。
【００３１】
次に、タービン７内を流通した空気流は、反対側（上方側）の羽根７ａの隙間から外側給排気路５のタービン給排気口５ｂに向けて排出される（図中の矢印Ｙ３参照）。なお、羽根７ａの隙間を通過する際に、同時に羽根７ａを回転方向に押し、ここでもタービン７に回転力を加えている。これにより、タービン７は、図中の矢印Ｙ４の方向に回転する。このタービン７の回転は、無端ベルト１９を介して各発電機８に伝達され、発電機８によって発電が行われると共に、得られた電力は各蓄電池９に充電される。
最後に、空気は、外側給排気路５を流通し、外側給排気口５ａを介して水面上空間へと排出される（図中の矢印Ｙ５参照）。
【００３２】
次に、波により空気室２内の水位が下降する場合、図１の（ｂ）に示すように、以下のような空気流によってタービン７が回転し、発電が行われる。
空気室２内で下降する水位により空気室２内が減圧されて空気が空気室給排気口４ａから吸引される（図中の矢印Ｙ６参照）。このため、外側給排気路５を介して水面上空間から空気が吸引され（図中の矢印Ｙ７参照）、タービン給排気口５ｂからタービン７の外周に上方から放射される（図中の矢印Ｙ８参照）。この際、外側給排気路５及びタービン給排気口５ｂが、タービン７の外周に向けて該外周の接線方向に沿って空気流が流れるように設定されているので、空気流がタービン７の回転を妨げることなく、タービン７の羽根７ａを回転方向に押すと共に、羽根７ａの隙間からタービン７内部の中央部を貫通していく（図中の矢印Ｙ９参照）。
【００３３】
次に、タービン７内を流通した空気流は、反対側（下方側）の羽根７ａの隙間から内側給排気路４のタービン給排気口４ｂに向けて排出される。なお、羽根７ａの隙間を通過する際に、同時に羽根７ａを回転方向に押し、ここでもタービン７に回転力を加えている。これにより、タービン７は、水位が上昇した際と同方向（図中の矢印Ｙ４）に回転する。このタービン７の回転は、水位が上昇した場合と同様に、無端ベルト１９を介して各発電機８に伝達され、発電機８により発電が行われると共に、得られた電力は各蓄電池９に充電される。
最後に、空気は、内側給排気路４を流通し、空気室給排気口４ａを介して空気室２内に吸引される（図中の矢印Ｙ６参照）。
【００３４】
上記のような空気室２内の水位の上昇・下降の繰り返しにより、空気流がタービン室６を上下に方向を変えながら流通することになり、どちらの流れでも同一方向にタービン７を回転させる。従来の多くの波力発電装置では、流体あるいは機械弁を設け、波の高低差により間欠的にタービンの停止を余儀なくされていたが、本実施形態の波力発電装置１では、波の高低差により生起されるタービン室６の往復流を無理のない形でタービン７の回転に帰結させ、弁を設けることも無く、定められた一方向に回転させ続けることができ、稼働率と発電効率とを飛躍的に高めている。
【００３５】
このように本実施形態では、タービン７がクロスフロー風車型であり、さらにタービン７を挟んだ一つずつのタービン給排気口４ｂ、５ｂから空気がタービン７の外周に向けて該外周の接線方向に沿って流れるので、回転方向と逆方向に空気流が作用せず、高い起動トルク及び回転トルクが得られ高効率にタービン７を回転させることができる。また、このようにタービン７を挟んで対峙するタービン給排気口４ｂ、５ｂを一対とし、タービン給排気口４ｂ、５ｂからの空気流方向をタービン７の回転方向に沿った方向に設定することにより、複数対のタービン給排気口を有する場合の空気の合流による乱流発生や空気同士の干渉障害等も解消され、タービン７の回転効率を高めることができる。
【００３６】
これにより、例えば波高が０．３ｍ以下の比較的穏やかなときにおいても、良好に起動を開始できる。また、無弁でシンプルな機構により動作するため、低コストでかつ長期にわたって安定運転が可能であると共に、小型化が容易で、小型船舶の小型クレーンでの敷設も容易な重量や大きさを実現可能である。したがって、本実施形態の波力発電装置１は、長期無人運転が要求される小型ブイ等の電源として好適である。
【００３７】
また、タービン室６及びタービン７を一対設けることにより、一つのタービン室及びタービンで同じ容積比率とした場合に比べて、「タービン室」対「空気室」の容積比率の差異が拡大して各タービン室６の還流空気容量が小さくなり、小さな波高でも縮流が生じてタービン７を回転させることができ、稼働効率を向上させることができる。
さらに、内側給排気路４及び外側給排気路５に整流板１２、１３が設けられていることにより、空気流の整流効果が得られると共に、回転に適するタービン部位への空気放射が確実に行われ、タービン７の回転効果をさらに高めることができる。
【００３８】
また、タービン７の両端に発電機８が接続されているので、一つのタービン７に対し、二つの発電機８を備えることになり、一方の発電機８が故障等の不慮の事態が生じても、他方の発電機８によって対応し得る利点がある。特に、本実施形態では、二つのタービン７で４つの発電機８を備えているので、より長期的な使用に好適である。
【００３９】
また、タービン室６、タービン７及び発電機８等の駆動部が駆動部室３に配されているので、発電機８等の電気関連機器を海水等から隔離して漏電等を防止できると共に、ベアリング等の各部材の防水・防錆が可能になり、装置の安定稼働を長期に維持することができる。さらに、駆動部室３が空気室２に対して分離可能とされているので、駆動部室３のみを分離して搬送可能であり、メンテナンスや駆動部室３交換等の作業が容易となる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、仕切板により左右それぞれのタービン７への空気流入量は、空気流入送量の１／２となるが、上述した「タービン室」対「空気室」の容積比率の拡大効果や狭い開口面積の空気室給排気口４ａによる縮流効果等の相乗効果によって、流量の減少による回転効率の低下は解消されている。
本実施形態で採用しているタービン７は、クロスフロー型風車であるが、このようなクロスフロー型風車（クロスフローファン）やシロッコファンに代表される垂直軸型風車は、周速比が低くて回転トルクが高く、風向転換の無方位性を有する。このような特性により、波浪エネルギーにより生起される装置内の高風速でないが力強い往復流を回転エネルギーに変換する手段として、垂直軸型風車は、従来のプロペラ型に対して、多くの諸問題を解決するだけでなく、極めて発電効率の改善に寄与するものである。また、この垂直軸型風車のタービン７は、垂直方向両端部でベアリング部１８にしっかり固定され、乱流による振動も少なく安定的回転を持続し得て堅牢性も有している。
【００４１】
そして、垂直軸型風車のタービン７は、プロペラ型風車に比べて周速比が１／３〜１／４と低いことから、ベアリング部１８や付帯回転電導機器等に及ぼす負荷が少なく、部品寿命の長期化が可能である。さらに、ソリディティー比（受風面積に占めるブレード（羽根７ａ）面積比）が高く、一定以上の強い空気流になると回転加速度が鈍るという現象により、高価な減速装置を設置することなく運転を続けることができる。なお、垂直軸型風車は、プロペラ型風車に比べて非常に静音性に優れており、この点で設置場所が限定されない。
【００４２】
次に、本実施形態の波力発電装置１を備えた波力発電式ブイを、図５を参照して説明する。
【００４３】
本実施形態の波力発電式ブイは、海洋観測用のブイであって、図５に示すように、ブイ本体３０の外側面四方にそれぞれ波力発電装置１を固定部材３１で計４つ取り付けたものである。なお、各波力発電装置１は、側方波導入口２ｂを外側に向けて取り付けられている。また、各波力発電装置１の蓄電池９は、ブイ本体３０内に設けられている各観測機器（図示略）に接続されて電力を供給している。
このように本実施形態の波力発電式ブイは、上記波力発電装置１を備えているので、小さな波の状況においても起動し、長期にわたって観測機器への安定した電力供給が可能であり、長期の無人運転に適している。
【００４４】
次に、上記波力発電装置１を備えた波力発電式ブイの第２及び第３実施形態を、図６及び図７を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４５】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態の波力発電式ブイが波力発電装置１を外周面に外付けしているのに対し、第２実施形態の波力発電式ブイは、図６に示すように、４つの波力発電装置１を内部に収納した内蔵型である点である。すなわち、第２実施形態では、ブイ本体４０の内部に設けられた床部４１上に、ブイ本体４０の内周面に沿って四方にそれぞれ波力発電装置１が設置されている。これらの波力発電装置１は、下方波導入口２ａが閉塞されており、側方波導入口２ｂがブイ本体４０の側壁に設けられた側面開口部４０ａに導入管部４０ｂを介して連結されている。したがって、海水等は、側面開口部４０ａを介して側方波導入口２ｂから空気室２内に導入される。
【００４６】
このように本実施形態の波力発電式ブイは、ブイ本体４０内に波力発電装置１が内蔵されているので、ブイの外観上の設計自由度が高くなると共に、波力発電装置１の駆動部室３が海水等の飛沫を直接浴びることがないため、より長期間の使用に好適である。また、漂流物衝突による被災も防ぐことができる。
【００４７】
第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態の波力発電式ブイが４つの波力発電装置１を内蔵しているのに対し、第３実施形態の波力発電式ブイは、図７に示すように、ブイ本体５０内に一つの波力発電装置１を備えた単機型である点である。すなわち、第３実施形態では、ブイ本体５０内に一つの波力発電装置１が収納されており、円形の側方波導入口２ｂが空気室２の四方にそれぞれ設けられていると共に、各側方波導入口２ｂがブイ本体５０の側壁の四方に設けられた側面開口部５０ａに導入管部５０ｂを介してそれぞれ連結されている。このように本実施形態では、一つの波力発電装置１を内蔵したシンプルな構成の小型ブイを得ることができる。
なお、第２及び第３実施形態とも、波力発電装置１の下方波導入口２ａを閉塞しているが、ブイの底部に海水等の流通孔を設けて導入管等で下方波導入口２ａに連通させることで、空気室２内に底部から海水等を導入するようにしても構わない。この場合、波による空気室２への海水等の出入りをより効率的に得ることができる。
【００４８】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４９】
例えば、上記実施形態では、波力発電装置１を海洋観測用ブイに搭載したが、これ以外に、海洋、河川及び湖沼等において、浮標ブイ、海上作業台、防波堤、浮体式人工島や浮上プラットフォーム等の設備や場所に適用しても構わない。
また、上記実施形態では、一つの空気室２に対し、二つのタービン室６及びタービン７を搭載しているが、一つの空気室２に対して三つ以上のタービン室６及びタービン７を設けても構わない。なお、部品点数の増大、製造コスト及び得られる発電効率等を考慮すると二つのタービン室６及びタービン７が特に好ましい。
【００５０】
また、波力発電装置１やこれを搭載したブイに、故障監視システムや遠隔操縦システムを搭載させても構わない。すなわち、波力発電装置１及びブイ内の機器等が故障した場合、自動的に無線等で通報するシステムを備え、さらに無線等のリモートコントロールにより、波力発電装置１やブイの各機器の運転状態（運転開始・停止等）を制御したり、自動復帰させたりするように管理システムを構築しておいてもよい。これにより、波力発電装置１及びブイの管理運営の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の波力発電装置を示す水位上昇時及び水位下降時の断面図である。
【図２】第１実施形態の波力発電装置において、駆動部室を示すタービン延在方向の縦断面図である。
【図３】第１実施形態の波力発電装置において、駆動部室を示すタービン延在方向に直交する方向の断面図である。
【図４】第１実施形態の波力発電装置を示す正面図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態の波力発電式ブイを示す正面図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の波力発電式ブイを示す正面図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態の波力発電式ブイを示す正面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…波力発電装置、２…空気室、２ａ…下方波導入口、２ｂ…側方波導入口、２ｄ…ガイド部、３…駆動部室、４…内側給排気路、４ａ…空気室給排気口、４ｂ、５ｂ…タービン給排気口、５…外側給排気路、５ａ…外側給排気口、６…タービン室、７…タービン、７ａ…羽根、８…発電機、８ａ…回転子、１１…雨水波よけ庇部、１２、１３…整流板
【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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