(57)【要約】【課題】水際に廉価に構築することができる波力エネルギー導入部を有する波力発電システムを提案する。【解決手段】水際に設置された導入口８とこの導入口に連通されかつ水際から陸上側へ延びる少なくとも一つの通気管16とを含み、波の運動を空気圧の増減に置換するように形成された波力エネルギー導入部２と、上記通気管の基端部に連結され、水際から離れた陸地に設置されたバッファータンク44と、このバッファータンクの内部と連通させて水際から離れた陸地に設置され、空気運動を電力に変換可能な発電設備60とからなり、上記通気管は屈曲変形可能なフレキシブルホースで形成され、このフレキシブルホースを固定具20でそれぞれ陸地へ固定してなる。【選択図】図１
2013029096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水際に設置された導入口とこの導入口に連通されかつ水際から陸上側へ延びる少なくとも一つの通気管とを含み、波の運動を空気圧の増減に置換するように形成された波力エネルギー導入部と、
上記通気管の基端部に連結され、水際から離れた陸地に設置されたバッファータンクと、
このバッファータンクの内部と連通させて水際から離れた陸地に設置され、空気運動を電力に変換可能な発電設備とからなり、
上記通気管は屈曲変形可能なフレキシブルホースで形成され、このフレキシブルホースを固定具でそれぞれ陸地へ固定してなることを特徴とする、固定式波力発電システム。
【請求項２】
上記波力エネルギー導入部は、上記導入口を先端部に開口しかつフレキシブルホースに比べて剛性を有する筒状の口部材を有し、通気管は、口部材とは別体として、口部材を陸地へ固定した状態で、口部材の基端部側に連通させることができるように設けたことを特徴とする、請求項１記載の固定式波力発電システム。
【請求項３】
上記口部材は、導入口を形成する筒壁の先端面をその筒軸方向に対して傾斜させてなり、陸地に固定された状態で当該先端面をほぼ垂直面としたことを特徴とする、請求項２記載の固定式波力発電システム。
【請求項４】
上記波力エネルギー導入部は、上記口部材を、先端開口を導入口とする導入筒の基端側に第１連結フランジを付設してなり、
また上記通気管の先端部に第２連結フランジを付設して、第１連結フランジと第２連結フランジとを接合することで導入筒と通気管とを気密に接続できるように形成し、
固定具は、導入筒を跨る逆Ｕ字形の枠部と枠部の下端に付設した陸地への固定部とで形成したことを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の固定式波力発電システム。
【請求項５】
上記波力エネルギー導入部は、上記口部材は、通気管の先端と連結させたヘッダーを有し、このヘッダーから口部材を構成する複数の導入筒を水面側へ突出したことを特徴とする、請求項２又は請求項３記載の固定式波力発電システム。
【請求項６】
上記バッファータンクは、波力エネルギー導入部から空気が送られているときに、上流側の端部分でラッパ状に拡径して中間部で最大巾となり、かつ下流側の端部分でテーパ状に縮径する流路形状を有し、少なくともその中間部の一部を弾性膜で形成していることを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれかに記載の固定式波力発電システム。
【請求項７】
上記バッファータンク内に圧力計を、タービンの回転軸に回転数センサを、発電機に回転軸の慣性モーメントを増減できるトルク調整機構をそれぞれ設け、
さらに圧力計の測定値に応じて回転数の目標値を設定し、回転数センサで測定した回転数を上記目標値に近づけるように、回転数が目標値より小さければ慣性モーメントを減少させ、回転数が目標値より大きければ慣性モーメントを増加させるようにトルク調整機構をフィードバック制御する制御装置を設けたことを特徴とする、請求項２〜請求項６に記載の固定式波力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定式波力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
波力発電システムのうち発電装置を沖合又は沿岸に固定するものが知られている。この固定式波力発電システムは、海底に捨石マウンドを設け、その上に防波堤を設置し、この防波堤の前面に下面開口のヘッダーを設け、ヘッダー内における波の上下動によって空気を圧縮・膨張させて空気流を発生し、これを、ヘッダーの上に設置した発電室（タービン及び発電機を備える室）に送って発電するように構成されている（特許文献１）。
【０００３】
またこの構成において上記ヘッダーと発電室との間に海水減勢室を設けて、簡易な構成により海水の異常上昇に対応できるようにすることも提案されている（特許文献２）。ヘッダーと海水減勢室とは、垂直な連結管を有する隔壁（床壁）で仕切られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１３４８８２
【特許文献２】特開平１０−２４６１７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のシステムの構成では、構造体として波力に対する安定性が必要であり、自重を大きくすることが必要であり、構造体の材料費がかかる。また海上に施工することになるため、施工費が高くなる。
【０００６】
特許文献２のシステムの海水減勢室は、床面積よりも断面積の小さい連通管を空気の流路に介在させることで波浪時に海水がタービンに直接かからないようにする役割を有する。連通管で海水の勢いを弱めるので海水減勢室の高さをそれほど必要とせずに海水の異常上昇を抑制できるとされている（段落0024）。
【０００７】
しかしながら、ヘッダーと機械室との間に予備的な空間（バッファー室）を設けることの技術的な意義としては、海水の減勢の他に、ヘッダーへ送られる空気の圧力変動を緩和してタービン・発電機の回転を安定化させること（空気圧の安定化）がある。その機能を確保するために当該空間の容積を大きくしようとすると、構造体全体の高さが高くなり、余計に施工費がかかる。
【０００８】
また波の強い土地の海岸は浸食作用により地形が険しい場合が多く、そうした場所に空気室や発電設備を垂直方向に積層する波力発電システムを構築することは困難である。
【０００９】
本発明の第1の目的は、水際に廉価に構築することができる波力エネルギー導入部を有する固定式波力発電システムを提案することである。
【００１０】
本発明の第２の目的は、水際で波力エネルギーを空気の運動エネルギーに変換し、かつこのエネルギーを地盤の凹凸に対応可能なフレキシブルホースで内陸側へ導いて発電するように構成した固定式波力発電システムを提案することである。
【００１１】
本発明の第３の目的は、険しい地形にも適用可能であり、適用可能な地形条件が広い固定式波力発電システムを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の手段は、水際に設置された導入口とこの導入口に連通されかつ水際から陸上側へ延びる少なくとも一つの通気管とを含み、波の運動を空気圧の増減に置換するように形成された波力エネルギー導入部と、
上記通気管の基端部に連結され、水際から離れた陸地に設置されたバッファータンクと、
このバッファータンクの内部と連通させて水際から離れた陸地に設置され、空気運動を電力に変換可能な発電設備とからなり、
上記通気管は屈曲変形可能なフレキシブルホースで形成され、このフレキシブルホースを固定具でそれぞれ陸地へ固定してなる。
【００１３】
本手段では、図１に示す如く水際に波力エネルギー導入部２を設け、水際から離れた場所に設置したバッファータンク44及び発電設備60を配置している。波力エネルギー導入部２とバッファータンク44などを、図２の如く水際から陸地側へ至る方向Ｘに離して設置したから、特許文献１などに比べて背の低い安定した構造となる。また波力エネルギー導入部２からバッファータンク44に至る通気管16を、屈曲変形可能なフレキシブルホースで設置したので、陸地の凹凸に応じてフレキシブルホースを固定でき、簡単な施工法でありながら、台風や高潮の影響を受けにくく、廉価に構築することができる。水際には口部材４のみを設置すればよいので、傾斜の急な場所にも適用でき、設置の自由度が広がる。
【００１４】
第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
上記波力エネルギー導入部は、上記導入口を先端部に開口しかつフレキシブルホースに比べて剛性を有する筒状の口部材を有し、通気管は、口部材とは別体として、口部材を陸地へ固定した状態で、口部材の基端部側に連通させることができるように設けている。
【００１５】
本手段は、図３・図１４・図１９の各態様に示すように口部材４と通気管16とを別体に形成している。これにより、図９に示すように先に水際に口部材４を固定し、その後口部材４とバッファータンク44との間に通気管16を構築することができるので、作業が容易である。
【００１６】
第３の手段は、第２の手段を有し、かつ上記口部材は、導入口を形成する筒壁の先端面をその筒軸方向に対して傾斜させてなり、陸地に固定された状態で当該先端面をほぼ垂直面とした。
【００１７】
本手段では、図４（Ｂ）の如く導入口８を筒壁の筒軸に対して傾斜させ、かつ垂直に配向するように口部材４を固定させている。これにより、本手段の導入口８の上下巾ｈ２は、図４（Ａ）のように筒状の口部材４の導入口８を筒壁の筒軸に対して直角にしたものの上下巾ｈ１より大きくなる。波は単純な上下動ではなく、陸地側への往復動と組み合わさったループ状の運動であるため、導入口８の上下巾が大きい方が波力のエネルギーを効率良く導入することができる。
【００１８】
第４の手段は、第２の手段又は第３の手段を有し、かつ
上記波力エネルギー導入部は、上記口部材を、先端開口を導入口とする導入筒の基端側に第１連結フランジを付設してなり、
また上記通気管の先端部に第２連結フランジを付設して、第１連結フランジと第２連結フランジとを接合することで導入筒と通気管とを気密に接続できるように形成し、
固定具は、導入筒を跨る逆Ｕ字形の枠部と枠部の下端に付設した陸地への固定部とで形成した。
【００１９】
本手段は、図３に示す導入筒６の基端側に第１連結フランジ10を付設してなる口部材４を有し、その第１連結フランジ10を通気管16側の第２連結フランジ18に連結させている。上記口部材４は図５に示す逆Ｕ字状の固定具20で直接陸地に固定できるので、取付け作業が簡単である。図１４・図１９の実施例に比べて、設置場所の傾斜が急である場合や広い設置場所が取りにくい場合に適用し易い利点がある。
【００２０】
第５の手段は、第２の手段又は第３の手段を有し、かつ
上記波力エネルギー導入部は、上記口部材は、通気管の先端と連結させたヘッダーを有し、このヘッダーから口部材を構成する複数の導入筒を水面側へ突出した。
【００２１】
本手段では、図１４及び図１９に示すように通気管16の先端にヘッダー24を付設し、このヘッダー24から、口部材４を形成する導入筒６を突出している。ヘッダー24は複数の導入筒６を、一つの通気管16に接続させるための集管部材であり、導入筒６毎に通気管16を設けた場合に比べて通気管16の材料を節約できる。図１４に示す如く、一つの口部材４を形成する導入筒６を相互に間隔を存して並列された構造としてもよく、また図１９に示すように複数の四角筒状の導入筒６を連続形成して一つの口部材４を構成するようにしてもよい。
【００２２】
第６の手段は、第２の手段から第５の手段のいずれかを有し、かつ
上記バッファータンクは、波力エネルギー導入部から空気が送られているときに、上流側の端部分でラッパ状に拡径して中間部で最大巾となり、かつ下流側の端部分でテーパ状に縮径する流路形状を有し、少なくともその中間部の一部を弾性膜で形成している。
【００２３】
本手段は、図２１及び図２３に示すように、上流側がラッパ状に拡径するとともに下流側がテーパ状に縮径するバッファータンク44を提案している。この構成によれば、流路抵抗を小さくすることができる。本手段において「流路形状」とは、波力エネルギー導入部２からの送風で加圧されている状態での形状を指すものとする。故に図２３に示すように全体としてバッファータンク44全体が弾性袋で形成されており、非加圧状態では収縮してしまうものも含む。図２１の実施例では、上流側の端部及び下流側の端部を一定形状とし、かつ中間部の一部を弾性膜で形成している。
【００２４】
第７の手段は、第２の手段から第６の手段のいずれかを有し、かつ
上記バッファータンク内に圧力計を、タービンの回転軸に回転数センサを、発電機に回転軸の慣性モーメントを増減できるトルク調整機構をそれぞれ設け、
さらに圧力計の測定値に応じて回転数の目標値を設定し、回転数センサで測定した回転数を上記目標値に近づけるように、回転数が目標値より小さければ慣性モーメントを減少させ、回転数が目標値より大きければ慣性モーメントを増加させるようにトルク調整機構をフィードバック制御する制御装置を設けている。
【００２５】
本手段は、図２４に示すようにバッファータンク44内に圧力計56を、タービン62の回転軸に回転数センサ63を、発電機64に回転軸の慣性モーメントを増減できるトルク調整機構65をそれぞれ設けている。そして上述のフィードバック制御を行うことで、効率よく発電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２６】
第１の手段に係る発明によれば、水際の口部材４から陸地側のバッファータンク44まで地面の凹凸に合わせて屈曲可能な通気管16で連続したから、廉価に構築できる。
第２の手段に係る発明によれば、口部材４を陸地に設置した後でフレキシブルホースである通気管16を設置することができるので、通気管16の設置がさらに容易となる。
第３の手段に係る発明によれば、口部材４の筒壁の先端面を筒軸に対して傾斜し、導入口である先端面をほぼ垂直面としたから、波力エネルギーを有効に導入できる。
第４の手段に係る発明によれば、口部材４の導入筒６を、固定具20で陸地に固定するとともに、通気管16に連結したから、比較的簡単に設置できる。
第５の手段に係る発明によれば、複数の導入筒６と通気管16の先端との間にヘッダー24を設けたから、一つの導入筒に一つの通気管を設けるよりも簡易な構成となる。
第６の手段に係る発明によれば、バッファータンク44の上流側でラッパ状に拡径しかつ下流側でテーパ状に縮径するようにしたから、流路抵抗が減少する。
第７の手段に係る発明によれば、タービンの回転数を、バッファータンク44の内圧に応じて設定した目標値に近づけるように制御を行うから、効率的な発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固定式波力発電システムの概観図である。
【図２】図１のシステムの斜視図である。
【図３】図１のシステムの要部の平面図である。
【図４】図３の要部の作用説明図である。
【図５】図３の要部を固定するための固定具の正面図である。
【図６】図５の固定具の平面図である。
【図７】図１のシステムのフレキシブルホースの設置例を示す図である。
【図８】図３の要部のうちの口部材をさらに固定する方法を示す変形例である。
【図９】図１のシステムの設置行程を示す説明図である。
【図１０】図１のシステムの一部の設備の斜視図である。
【図１１】図１のシステムの変形例の概観図である。
【図１２】図１１の変形例の作用説明図である。
【図１３】図１のシステムの実施例を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る固定式波力発電システムの概観図である。
【図１５】図１４のシステムの要部の平面図である。
【図１６】図１５の要部の横断面図である。
【図１７】図１５の要部の一部切欠き側面面である。
【図１８】図１４のシステムの要部の分解斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る固定式波力発電システムの斜視図である。
【図２０】図１９のシステムの要部の縦断面図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る固定式波力発電システムの概観図である。
【図２２】図２１のシステムの要部の平面図である。
【図２３】図２１のシステムの変形例の概観図である。
【図２４】本発明の第５実施形態に係る固定式波力発電システムの概観図である。
【図２５】本発明の第６実施形態に係る固定式波力発電システムの概観図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１から図１３は、本発明の第１の実施形態に係る固定式波力発電システムである。この固定式波力発電システムは、少なくとも一つの波力エネルギー導入部２とバッファータンク44と発電設備60とで構成されている。
【００２９】
これらの設備は、図２に示す如く海側から陸側へ向かう第1の方向Xへ順次設置するとよい。そうすることで、高波を受けたときに波力の影響を最小にすることができるからである。設置される地形は、水際が傾斜面又は垂直面でありかつバッファータンク44及び発電設備60の設置個所が高くなっていることが好適である。
【００３０】
波力エネルギー導入部２は、図１に示す如く口部材４と通気管16と固定具20とを含む。波力エネルギー導入部２は、設置場所の条件に応じて、一つのバッファータンク44に対して、一つ又は複数設けるとよい。これに関しては後述する。
【００３１】
上記口部材４は、図３に示す如く先端面に導入口８を開口する導入筒６を有し、導入筒６の基端部を通気管16への連結端部としている。好適な図示例では、この導入筒６の基端側に第１連結フランジ10を付設しているが、その構造は適宜変更することができる。なお、本明細書において、「先端」という言葉は海側に向かう端を、また「基端」とは陸側に向かう端をいうものとする。
【００３２】
上記導入筒６は、例えばコンクリートなどの硬質材料で剛体として形成する。波力に抗して導入口８である開口端を、固定端とするためである。
【００３３】
上記導入筒６の形状は、図示例では円筒形状としているが、適宜変更することができる。例えば岸に沿って扁平な楕円筒形、四角筒形などに形成することもできる。また図７（Ｂ）に示すように岸に沿った屈折筒とすることもできる。また小径の基端から徐々に拡開する拡開筒とすることもできる。
【００３４】
上記導入筒６の筒長は、図１に示す通り、少なくとも筒壁の基端近くを固定具20で水面上方の地盤に固定した状態で導入口８全体が水面（好ましくは干潮時の水面）に水没することが可能な長さとすることが望ましい。
【００３５】
上記導入筒６の筒径は、本発明のシステムの設置場所の条件に応じて、固定具20で導入筒６の重量を支持可能な範囲で設定する。すなわち、設置場所の傾斜角が比較的小さい場合には、ある程度導入筒６の筒径が大きくても構わない。しかしながら、傾斜角度が大きい場合には、一つのバッファータンク44に対して、大径の一つの導入筒６の代わりに、小径の複数の導入筒６を連通させ、これら導入筒６全体で所要の波力エネルギーを取り出すようにした方がよい。そうすることで、暴風雨などにより固定具20から口部材４が脱落する破損事故を減少できるからである。
【００３６】
また口径の大きい一本の導入筒と同じ断面積の複数の口径の小さい導入筒を束にして固定して設置する方法も考えられる。実際の施工に当たっては、口径の小さいものは長尺で製造できるので必要な長さを一本で構成できる。口径が大きい（１ｍ以上）と長尺では製造できないので（一本約１０ｍ）同じ長さに対して複数接続して構成することになる。そのためその分施工に手間がかかる。
【００３７】
上記導入筒６の導入口８は、図４（Ａ）のように筒軸に対して直角面としてもよいが、図４（Ｂ）のように筒軸に対して傾斜面としてもよい。筒軸に対する傾斜面の傾斜角度は、口部材４を設置する地盤の傾斜角度と一致させ、この地盤に固定した導入筒６の導入口８が垂直面となるようにするとよい。波は上下方向だけではなく水平方向の往復するループ状の運動であるため、導入口８を垂直面とすることで、より多くの波のエネルギーを導入することができる。
【００３８】
上記第1連結フランジ10は、後述の通気管と連結するためのもので、周方向に間欠的に連結孔を開口している。第1連結フランジ10は導入筒６の基端部に一体に連結してもよい。しかし図３の例では、第1連結フランジ10の内周から鍔部14付きの取付筒部12を突出し、鍔部14先方の取付筒部分を導入筒６の内面に嵌着させ、鍔部14を導入筒６の基端面に当接している。
【００３９】
上記通気管16は、口部材４から第１の方向Ｘの方向にまっすぐ延びるように設けることが望ましい。高波の影響により固定具20ごと通気管16が陸地から剥離することを防止するためである。通気管16の両端部は、口部材４の基端部及びバッファータンク44の先端部にそれぞれ連結可能に形成する。図示の通気管16は、この先端部に連結孔付きの第２連結フランジ18を有し、この第２連結フランジ18を第1連結フランジ10に重ねてボルト・ナットで連結している。また通気管16の基端部側にも、バッファータンク44への連結用の連結フランジを付設するとよい。
【００４０】
上記通気管16は、両端部を除く管長部分をフレキシブルホースで形成することが望ましく、これにより図７（Ａ）のように陸地の凹凸に沿って設置することができる。フレキシブルホースは、上記凹凸に沿って屈曲可能なホースであり、ポリエチレンなどの材料で形成する。弾性伸縮するものであってもよいが、内径は略一定であることが望ましい。通気管16の外径は、導入筒６の外径とほぼ同等とし、同一の固定具20で陸地に固定できるようにするとよい。
【００４１】
固定具20は、上記口部材４及び通気管16をそれぞれ地盤に固定できるようにしている。
【００４２】
図示の固定具20は、図５に示すように導入筒６及び通気管16を跨る半リング状の枠部20ａを有し、この枠部20ａの両端部に、地盤への固定部を設けている。図示例では、この固定部は上記枠部20ａの両端に付設した水平な固定板20bと（図６参照）、これら固定板20bを陸地に固定する第１アンカー21とで構成している。しかしこれらの構造は適宜変更することができる。
【００４３】
固定具20で口部材４を固定するときには、その筒軸方向の適所を枠部20ａで締め付けるように設ける。この枠部20ａは、例えば図３に示す鍔部14と第１連結フランジ10との間に装着してもよく、図７（Ｂ）に示すように屈折筒に形成した導入筒６の垂直筒部分に装着してもよい。
【００４４】
固定具20で通気管16を固定するときには、その管長の複数個所を固定することが好適である。また図７（Ｃ）に示す如く複数本の通気管16を一つの固定具20で抱持・固定させることができる。
【００４５】
なお、地盤の傾斜角度が急であるときには、口部材４から固定具20から脱落してしまう可能性があるが、これを防止するための方法を図８に示している。
図８（Ａ）では、口部材４の周方向の全部又は一部に枠部20aの厚みより深い係止溝７aを形成している。この係止溝７aに枠部20aをはめ込むことで口部材４を固定する。この場合には、固定具20を上記係止溝７aに装着可能な構造とする。例えば平板状の固定板20bと逆Ｕ字形の可撓性を有する枠部20aを別体として設け、枠部20aの一端及び固定板の一端をアンカーで地盤に固定し、この固定板20bと枠部20aとの間に口部材４の係止溝７a形成個所をセットし、そして矢示のように枠部20aの他端を固定板20bの他端の上に重ねてアンカーで地面に固定すればよい。
図８（Ｂ）では、予め口部材４の適所（例えば基端側）の対向位置に一対のアンカー挿通孔7bを開口し、第２アンカー15がそれらアンカー挿通孔7bを気密に挿通して地面に打ち付けることで、口部材４を支持する。またアンカー挿通個所から口部材４の筒軸方向にずれた別の場所には、口部材４の横方向へのずれに抵抗するために固定具20を設ける。
図８（Ｃ）では、口部材４の一側部に予め平板状の固定板7cを接合させ、設置現場でこの固定板7cの両端をアンカーで打ち付けるようにしている。この構成は、前述の固定具20の変形例である。
【００４６】
バッファータンク44は、水際から一定の距離を離して設置されている。バッファータンク44は次の機能を有する。
【００４７】
上記バッファータンク44の第１の機能は、波が高い時に通気管16内に入った海水が発電設備60に到達し、タービン62にかかることを防止することである。
【００４８】
上記バッファータンク44の第２の機能は、空気流の圧力変動を緩和することである。海面の昇降に誘起された空気の圧力変動は、振幅も不揃いでありギザギザな形の波状であるが、その空気流がバッファータンク44を通過することで波形が平滑化し、振幅もやや小さいが規則正しい波状となる。これにより空気圧の変化が安定化するので、後述のタービンを効率的に回転させることができる。
【００４９】
上記バッファータンク44は、上記通気管16との接続口を有し、さらに発電設備60との連通路61を有する。上記バッファータンク44の下部にドレイン口（図示せず）を開口してもよい。ドレイン口は必要に応じて放水するための弁を有し、閉弁状態ではバッファータンク44の気密性が保持されるようにするとよい。
【００５０】
発電設備60は、タービン62と発電機64とバッテリー66とで構成している。発電設備60も海岸から離れた場所に設置するとよい。
【００５１】
上記タービン62は、波の上下動により生ずる空気流を回転エネルギーに変換する。本実施形態では、空気の往復流を受けて一方向へ回転するウェルズタービンや衝動型タービンを用いているが、後述の如くその構成は変更できる。
【００５２】
上記発電機64は、タービン62の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して、電線68を介して外部へ供給する。図示例では発電機64の出力側にバッテリー66を設けているが、これを省略することもできる。
【００５３】
図１１及び図１２は、本発明の変形例を示している。この例は、図１１に示す如くバッファータンク44と発電設備60との間（図示例ではバッファータンク44の上）に、波動による空気の往復動のうち一方向流れだけを取り出す弁機構70を設けたものである。この弁機構70の原理は、図１２に示す如く波の上昇時に排気弁74が開くとともに吸込み弁76が閉じ、波の下降時に排気弁74が閉じるとともに吸込み弁76が開くものである。なお、同図ではバッファータンクなどの構成を省略して弁の作用のみを説明している。このような構成とすることで、上記タービン62として一方向の空気流を適用対象とする軸流タービンやラジアルタービンを用いることができる。
【００５４】
上記弁機構70は、エア室72を有し、このエア室に設けた出口に排気弁74を、エア室に設けた入口に吸込み弁76をそれぞれ設けている。図示の排気弁74は、エア室72の上部に配置した第1ケース体の底に設けた弁孔とこの弁孔の上に載置した玉弁とで形成している。また図示の吸込み弁76は、エア室72の側面から連通管を介して第２ケース体を吊り下げ、この第２ケース体の底に設けた弁孔と、この弁孔の上に載置した玉弁とで構成している。玉弁は樹脂などで形成するとよい。
【００５５】
図１３は本発明の実施例を示している。これらは崖又は高台の上にバッファータンク44及び発電設備60を設置するとともに、その崖の傾斜面の水際位置に口部材４を設置して、バッファータンク44と口部材４とを通気管16で連続させたものである。通気管16は空気の運動を経由するだけなので、口部材４とバッファータンク44との間に高低差があっても問題なく空気の運動エネルギーを伝達できる。故に傾斜面などの比較的険しい地形でも設置が可能である。
【００５６】
図１３（Ａ）は、一つのバッファータンク44から同一方向へ延びる複数の通気管16の先端部に口部材４を付設してなる複数の波力エネルギー導入部２の構成例であり、図１３（Ｂ）は、一つのバッファータンク44からさまざまな方向へ通気管16を延設した構成例である。図１３（Ｃ）は、本発明の固定式波力発電システムを海岸沿いに並列した例であり、図１３（Ｄ）は、本発明の固定式波力発電システムを海岸のさまざまな場所に設置した例である。
【００５７】
上記構成によれば口部材４内に入る海面の上下動を、空気の往動又は復動へ変換し、効率的に電気エネルギーを取り出すことができる。一つの口部材４に一本の通気管16を接続した構造なので、取付け作業が単純である。陸地に沿って口部材４の導入筒６を固定するので、背低で安定した構造とすることができる。
【００５８】
口部材４及び通気管16を設置する際には、まず図９（Ａ）に示すように、重機で口部材４を水際に設置して、固定具20で固定する。次に図９（Ｂ）のように、口部材４から陸地側へ通気管16を配置して、通気管16の先端部を口部材４の基端部に連結するとともに、通気管16の各所を陸地に固定する。さらに図９（Ｃ）の如く通気管16の基端部をバッファータンク44に固定する。これにより低コストで簡易に設置できる。
【００５９】
以下本発明の他の実施形態について説明する。これらの説明において第１実施形態と同じ事柄については解説を省略する。
【００６０】
図１４から図１８は、本発明の第２実施形態に係る固定式波力発電システムを示している。この実施形態では、口部材４と通気管16との間にヘッダー24を設けている。このヘッダー24は、基礎26とケース体30とで構成されている。
【００６１】
好適な図示例ではヘッダー24の後部を図１５の如く上方から見てテーパ状に縮小する縮巾部25に形成している。ヘッダー24の内部では、図１６の如く上流側の横巾ｄ１が下流側でｄ２に縮小しており、これによりバッファータンク44側への空気の流入をスムーズにすることができる。
【００６２】
上記基礎26は、ベタ基礎でもよいが、図示例ではケース体30の下端に対応するループ状の基礎としている。基礎26は、図１７に想像線で示す第３アンカー28で地面に固定することができる。この基礎26は、コンクリート基礎とすることができる。
【００６３】
上記ケース体30は、頂壁32から周壁34を垂下してなり、図示例では図１６〜図１７に示す如く第１方向Ｘの寸法ＬＸ及び第２方向Ｙの寸法ＬＹに対して背Ｈの低い構造としている。
【００６４】
上記ケース体30の周壁34の先壁部34ａに、海岸線に沿った第２の方向Yに配列した適数（図示例では３つ）の第１連通孔36を、基壁部34ｂには一個の第２連通孔38をそれぞれ開口している。上記周壁34の下端からは第４アンカー40を垂下しており、この第４アンカー40を少なくとも基礎26内に突入させることで、上記ケース体30を固定している。
【００６５】
上記ケース体30の材料は、鉄筋コンクリート、鉄板、炭素繊維などとすることができる。
【００６６】
図19〜20は、本発明の第３実施形態に係る固定式波力発電システムを示している。この実施形態では、第２実施形態のヘッダー24を、図１９の如く基礎26とケース体42とで形成し、かつケース体42を口部材４とを合体させている。
【００６７】
上記基礎26は、ケース体42載置用の基板で形成している。この基板は複数の第３アンカー28で地盤に固定されている。また基板の水際側の端部からストッパー27を起立しており、傾斜面においてこのストッパー27でケース体42を係止するようにしている。図示例のストッパー27は短板状であるが、その形状は適宜変更することができる。上記ケース体42は基礎26に第４アンカー40を突入させ固定する。
【００６８】
上記ケース体42は、先端側及び後端側の周壁部に第1連通孔36及び第２連通孔38を開口したことを除いて外部から遮断された気密な箱体である。ケース体42と口部材4とは一体に形成されている。口部材４は、複数の導入筒をＹ方向に連ねて結合したものであり、その筒孔同士を隔壁９で仕切っている。
【００６９】
また図２０に示すように図示例の口部材４は先端側広口となるように導入筒６の下壁部を上壁部に比べて水平方向に対して大きく傾斜させている。仮にこの下壁部を同図に２点鎖線で表すように上壁部と平行としたときの導入口８の上下巾をｈ１、これに対して口部材４を先端側広口としたときの導入口８の上下巾をｈ２とすると、ｈ１＜ｈ２であるから、波力エネルギーをより効率的に導入口８内へ導入することができる。
【００７０】
図２１から図２３は、本発明の第４実施形態に係る固定式波力発電システムを示している。この実施形態では、バッファータンク44の先端側を上流側拡径部46に、基端側を下流側縮径部48にそれぞれ形成するとともに、これら上流側拡径部46及び下流側縮径部48の間の中間部の一部に窓部50を形成し、この窓部50の縁部54全体に、弾性膜52の周辺部を取り付けたものである。
【００７１】
この構成によれば、バッファータンク44は、上流側で拡径し中間部で最大径となりかつ下流側で縮径する流路形状を有するので、流路抵抗を小さくすることができる。従って波力エネルギーを無駄なく電気エネルギーに変換することができる。
【００７２】
図示例では、バッファータンク44の中間部の頂壁部44Ａに窓部50を設けているが、側壁部44Ｂに窓部50を設けても構わない。
【００７３】
またバッファータンクの一部を弾性膜で形成する代りに、図２３に示すようにバッファータンク44全体を弾性袋で形成してもよい。この弾性袋も、波力エネルギー導入部２から空気が送り込まれている状態で、上流側で拡径し中間部で最大径となりかつ下流側で縮径する流路形状を有するものとする。58は、バッファータンク44を載せる載置台である。
【００７４】
図２４は、本発明の第５実施形態に係る固定式波力発電システムを示している。この実施形態では、バッファータンク44内に圧力計56を配置するとともに、タービン62の回転軸に回転数センサ63を取り付け、発電機64にトルク調整機構65を内蔵させ、さらにこのトルク調整機構65を制御する制御部67を設けたものである。
【００７５】
上記トルク調整機構65は次のように構成する。予め発電機における回転数に対する出力との関係をバッファータンク44内の圧力とも関連付けて制御装置に入力しておき、制御装置では、計測器で検出した回転数やバッファータンク44内圧力に対応した出力を選定し、発電機の負荷を制御し、その結果として発電機の軸に対するトルクが電気的な作用により変化する。
【００７６】
制御部67は、まず圧力計56でバッファータンク44内の空気圧の変動量を測定する。この変動量に応じてタービン62の回転数の目標値を設定し、回転数センサ63で検出した回転数を制御量とし、この制御量を目標値に近づけるように、トルク調整機構65に対してトルク量（操作量）を指示するフィードバック制御を行うように構成する。すなわち、角速度が目標値より低いときにはタービン及び回転軸を含む回転体の慣性モーメントを減少させるように、角速度が目標値より高いときには、上記回転体の慣性モーメントを増加させるように構成する。これにより、タービン62が最も効率的に空気の一次元的な流れを回転運動へ変換できる慣性モーメントを選択できるように構成している。
【００７７】
図25は、本発明の第６実施態様として、上記通気管16を、フレキシブルホースで形成する代わりに、曲げ角度の異なる複数の曲り管を含む剛性の部分管を相互に接続して形成するものとした例を示している。設置場所の地形に合わせて適宜曲り管乃至直管を選択することで任意形状の通気管16を構築することができる。あまり複雑な地形には対応しずらい面もあるが、例えば既に人工的に整備された個所（例えば防波堤）などを横切って通気管16を設置する場合には十分に対応できることが多い。
【００７８】
各部分管の接続箇所の構成には、前述の口部材４と通気管16との接続部の構成を援用する。各部分管は高強度・軽量の硬質樹脂材料で形成するとよい。この態様とすることにより、相対的に頑丈で漂流物との接触などで破損しにくい通気管16を構成できる。他方、通気管16をフレキシブルホースで形成する態様では、その地形に合わせて曲り管を選択する手間、各部分管を接続する手間が必要ないので簡易に取り付けできる。
【符号の説明】
【００７９】
２…波力エネルギー導入部  ４…口部材  ６…導入筒  
7a…凹部  7b…孔  7c…取付板８…導入口  ９…隔壁
10…第１連結フランジ  12…取付筒部
14…鍔部  15…第２アンカー  16…通気管  18…第２連結フランジ
20…固定具  20a…枠部  20b…固定板  21…第１アンカー
24…ヘッダー  25…縮巾部  26…基礎  27…ストッパー  28…第３アンカー
30…ケース体  32…頂壁  34…周壁  34ａ…先壁部  34ｂ…基壁部
36…第１連通孔  38…第２連通孔  40…第４アンカー
42…ケース体  44…バッファータンク  44Ａ…頂壁部  44B…側壁部
46…上流側拡径部  48…下流側縮径部
50…窓部  52…弾性膜  54…縁部  56…圧力計  58…載置台
60…発電設備  61…連通路  62…タービン  63…回転数センサ  64…発電機
65…トルク調整機構  66…バッテリー  67…制御部  68…電線
70…弁機構  72…エア室  74…排気弁  76…吸込み弁
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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