(57)【要約】【課題】発電部に回転式の発電機を使用せずに波の上下運動を利用して発電することができる新規な波力発電装置を提供する。【解決手段】波力発電装置10は、上下方向に延びるタンク11と、タンク11の下部に第１配管12、第２配管13及び第３配管14が接続され、第１配管12の途中には第１気泡発生器15と第１切換弁19が、第２配管13の途中には第２気泡発生器17と第２切換弁20が、第３配管14の途中には第３切換弁21それぞれ設けられている。第１切換弁19、第２切換弁20及び第３切換弁21の作動により、第１気泡発生器15で発生した気泡と、第２気泡発生器17で発生した気泡が順にタンク11に供給され、その後、第３配管14から供給される溶液でタンク11内の溶液が入れ替えられる。発電された電力は電力取り出し手段により取り出されて二次電池25に充電される。【選択図】図１
2009264130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びるタンクと、
前記タンクの下部に接続された第１配管の途中に設けられ、波力により前記タンク内の液体にマイクロナノバブルを発生させる第１気泡発生器と、
前記タンクの下部に接続された第２配管の途中に設けられ、波力により前記タンク内の液体にマイクロナノバブルより大きな気泡を発生させる第２気泡発生器と、
前記タンクに接続された第３配管を有し、波力により前記タンク内の液体を入れ替える液体入れ替え手段と、
前記第１気泡発生器を前記タンクと連通可能かつ、前記第２気泡発生器及び前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通不可能にする状態と、前記第２気泡発生器を前記タンクと連通可能かつ、前記第１気泡発生器及び前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通不可能にする状態と、前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通可能かつ、前記第１気泡発生器及び前記第２気泡発生器を前記タンクと連通不可能にする状態と、を波力により順番に切換る切換手段と、
前記タンク内の電位変化に基づいて電力を取り出す電力取り出し手段と、
を備えていることを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】
前記電力取り出し手段は、前記タンクの外側に設けられた誘導コイルを備えている請求項１に記載の波力発電装置。
【請求項３】
前記波力として海洋波浪を利用し、前記タンク、前記第１気泡発生器、前記第２気泡発生器及び前記液体入れ替え手段は、前記海洋波浪と独立した系で、かつ前記液体として前記海洋波浪の波力で液面の上下動が引き起こされる金属塩水溶液を使用して発電を行う請求項１又は請求項２に記載の波力発電装置。
【請求項４】
前記切換手段は、前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管にそれぞれ設けられた一方向回転式３位置切換弁からなる第１切換弁、第２切換弁及び第３切換弁であり、前記第１切換弁、前記第２切換弁及び前記第３切換弁は、波力により駆動されて順に前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管を液体が流れる状態に切り換えられる請求項１〜請求項３のいずれか一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、波力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋波浪を利用した波力発電装置として、定期的メンテナンスが不要で移動型の波力発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の波力発電装置は、図１０に示すように、密封されたブイ６１の内側に振動子６２が一対のばね６３ａ，６３ｂによって支持され、振動子６２には発電機６４ａ，６４ｂが固定されている。ブイ６１の内壁にはラック６５ａ，６５ｂが上下方向に延びるように固定され、発電機６４ａ，６４ｂはラック６５ａ，６５ｂと歯噛するピニオン６６ａ，６６ｂを介して回転駆動されるようになっている。そして、波の上下運動を利用して振動子６２を上下運動させて発電機６４ａ，６４ｂを駆動し、発電機６４ａ，６４ｂの電気エネルギーはコイル導線６７ａ，６７ｂを介してバッテリ６８に蓄積される。
【特許文献１】特開２００７−２９７９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の波力発電装置は、海洋波浪が直接発電機の水車を駆動する従来の波力発電装置と異なり、回転駆動される発電機や発電機を回転駆動させるための構成部が全てブイ６１内に密閉されているため、海水や微生物による浸食に対する定期的なメンテナンスは不要となる。しかし、従来の波力発電装置はいずれも回転駆動される発電機を備えたものであり、回転駆動部の構造が複雑で回転駆動部の定期的なメンテナンスが必要になる。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発電部に回転式の発電機を使用せずに波の上下運動を利用して発電することができる新規な波力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、上下方向に延びるタンクと、前記タンクの下部に接続された第１配管の途中に設けられ、波力により前記タンク内の液体にマイクロナノバブルを発生させる第１気泡発生器と、前記タンクの下部に接続された第２配管の途中に設けられ、波力により前記タンク内の液体にマイクロナノバブルより大きな気泡を発生させる第２気泡発生器と、前記タンクに接続された第３配管を有し、波力により前記タンク内の液体を入れ替える液体入れ替え手段と、を備える。また、前記第１気泡発生器を前記タンクと連通可能かつ、前記第２気泡発生器及び前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通不可能にする状態と、前記第２気泡発生器を前記タンクと連通可能かつ、前記第１気泡発生器及び前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通不可能にする状態と、前記液体入れ替え手段を前記タンクと連通可能かつ、前記第１気泡発生器及び前記第２気泡発生器を前記タンクと連通不可能にする状態と、を波力により順番に切換る切換手段と、前記タンク内の電位変化に基づいて電力を取り出す電力取り出し手段と、を備えている。ここで、「マイクロナノバブル」とは、直径５０μｍ以下の気泡で浮力が小さく、自力では水溶液中を上昇せずに漂う状態となる気泡を意味する。また、「タンク内の電位変化に基づいて電力を取り出す」とは、タンク内で電位差が生じた部分に電極を浸漬して電力を取り出すだけでなく、タンクの外に誘導コイルを配置してタンク内をイオンが移動する際に発生する磁界による電磁誘導で電力を取り出すことをも意味する。
【０００６】
この発明の波力発電装置は、例えば、海洋波浪の一部が第１配管、第２配管及び第３配管を介してタンク内に流入する位置に配置されて使用される。第１配管、第２配管及び第３配管は、切換手段により順に連通状態になった後、再び非連通状態に戻る。そして、タンク内に海水が貯留された状態で、波の上昇移動により第１気泡発生器を経て海水がタンク内に流入する。海水は第１気泡発生器を通過する際にマイクロナノバブルが発生して、マイクロナノバブルがタンク内に供給される。即ち、第１気泡発生器はタンク内の液体にマイクロナノバブルを発生させる。マイクロナノバブルの表面電位（ゼータ電位）のため、海水中のプラスイオン（主としてＮａイオン）がマイクロナノバブルの周囲に集まってくる。しかし、マイクロナノバブルは浮力が小さいために水面に向かって積極的に移動することなく海水中に漂う。次に第２気泡発生器を経て海水がタンク内に流入する。海水は第２気泡発生器を通過する際にミリバブルが発生して、ミリバブルがタンク内に供給される。即ち、第２気泡発生器はタンク内の液体にマイクロナノバブルより大きな気泡（ミリバブル）を発生させる。ミリバブルはマイクロナノバブルに比べて充分に大きいので、ミリバブルはタンク内に供給されると、液面に向かって急激に上昇する。ミリバブルが上昇する時に発生する上昇流によりマイクロナノバブルは吸い寄せられる様に同時に上昇を開始する。そして、マイクロナノバブルの表面に吸着されているＮａイオンがタンク内を上昇移動する。即ち、タンク内を電流が流れる。また、ミリバブルは水面まで上昇して割れて無くなるが、マイクロナノバブルはタンクの上層部に漂い、タンクの上層部はＮａイオンが多くなり、下層部はマイナスイオン（Ｃｌイオン）が多くなる。即ち、塩化ナトリウムのＮａイオンとＣｌイオンが分離、分極されてタンク内の上層部と下層部で電位差が生じる。この状態で二次電池の端子に接続された電極端子を上層部と下層部に浸漬すると二次電池が充電される。次の波で第３配管を経て海水がタンク内に流入し、タンク内の海水が新たな海水と入れ替えられる。以下、同様にして、タンク内へのマイクロナノバブルの供給、ミリバブルの供給、海水の入れ替えが繰り返される。
【０００７】
電力の取り出しは、分極されて電位差のある状態における海水中に電極を浸漬する方法に限らず、タンク内を電流が流れる際にタンクの周囲に生じる磁界による電磁誘導を利用してもよい。なお、タンク内の海水が入れ替えられる際にもＮａイオンがタンク内を同方向へ移動するため、タンク内を電流が流れる。したがって、この発明では、発電部に回転式の発電機を使用せずに波の上下運動を利用して発電することができる新規な波力発電装置を提供することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電力取り出し手段は、前記タンクの外側に設けられた誘導コイルを備えている。海水を直接使用して発電を行う場合、海水に電極を浸漬させて電力を取り出す構成では、電極に海水中の微生物や不純物が付着堆積し易い。しかし、この発明では、電磁誘導を利用してタンクの外側に設けられた誘導コイルにより電力を取り出すため、そのような不具合が生じない。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記波力として海洋波浪を利用し、前記タンク、前記第１気泡発生器、前記第２気泡発生器及び前記液体入れ替え手段は、前記海洋波浪と独立した系で、かつ前記液体として前記海洋波浪の波力で液面の上下動が引き起こされる金属塩水溶液を使用して発電を行う。
【００１０】
この発明では、海洋波浪は、波力発電に使用される金属塩水溶液を所定周期で上下動させるための動力として使用される。そして、波力発電装置の主要構成であるタンク、第１気泡発生器、第２気泡発生器及び液体入れ替え手段は直接海水に接触することはない。したがって、海水中の微生物や不純物が付着堆積することが無く、それを回避するためのメンテナンスが不要になる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記切換手段は、前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管にそれぞれ設けられた一方向回転式３位置切換弁からなる第１切換弁、第２切換弁及び第３切換弁である。そして、前記第１切換弁、前記第２切換弁及び前記第３切換弁は、波力により駆動されて順に前記第１配管、前記第２配管及び前記第３配管を液体が流れる状態に切り換えられる。
【００１２】
この発明では、第１気泡発生器、第２気泡発生器及び液体入れ替え手段のいずれかを波に従って順にタンクと連通可能にする切換手段が波力により駆動される。したがって、波の周期が変動しても周期に合わせて、第１気泡発生器で発生されたマイクロナノバブルを含む溶液、第２気泡発生器で発生された気泡を含む液体あるいは気泡を含まない液体が、第１配管、第２配管あるいは第３配管を経てタンクへ順に供給されて、発電が円滑に行われる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発電部に回転式の発電機を使用せずに波力を利用して発電することができる新規な波力発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１に示すように、波力発電装置１０は、上下方向に延びるタンク１１の下部に、第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４が接続されている。タンク１１は有底円筒状に形成されている。タンク１１、第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４は透明な材料、例えば、ガラスや樹脂で形成されている。
【００１５】
第１配管１２の途中には、波力により気泡を発生させる第１気泡発生器１５が設けられている。第１気泡発生器１５には、ベンチュリー型の気泡発生器が使用され、波の上昇移動時に第１配管１２内を移動する液体に空気導入管１６から空気を導入して気泡を発生させるように構成されている。第１気泡発生器１５は、第１配管１２の絞り状態と、空気導入管１６から導入される空気量と、水圧とのバランスにより、マイクロナノバブル（以下、ＭＮＢと称す場合もある。）と呼ばれる直径５０μｍ以下の気泡を主に発生するように構成されている。
【００１６】
第２配管１３の途中には、波力により気泡を発生させる第２気泡発生器１７が設けられている。第２気泡発生器１７にも、ベンチュリー型の気泡発生器が使用され、波の上昇移動時に第２配管１３内を移動する液体に空気導入管１８から空気を導入して泡を発生させるように構成されている。第２気泡発生器１７は、第２配管１３の絞り状態と、空気導入管１８から導入される空気量と、水圧とのバランスにより、直径１００μｍ以上の大きさのｍｍサイズの気泡（以下、ミリバブルと称す。）を主に発生するように構成されている。即ち、第２気泡発生器１７は、波力によりマイクロナノバブルより大きな気泡を発生させる。
【００１７】
図２に示すように、ベンチュリー型の気泡発生器は、ノズル本体５０と末広ノズル部５１とを有しており、ノズル本体５０の基端（図２における右端）から液体が導入される。ノズル本体５０には末広ノズル部５１との連通部の近くに気体導入管５２が挿入連結されている。そして、ノズル本体５０の基端から液体が導入されると、気体導入管５２の先端近傍の圧力が低下して気体が気体導入管５２からノズル本体５０内に導入される。そして、末広ノズル部５１で微小気泡が発生するようになっている。
【００１８】
第１配管１２の第１気泡発生器１５の下流側（タンク１１側）には、第１気泡発生器１５及びタンク１１を、第１配管１２を介して連通させる状態（開状態）と、連通不能な状態（閉状態）とに切り換える切換手段としての第１切換弁１９が設けられている。第１切換弁１９はＭＮＢ導入部として機能する。第２配管１３の第２気泡発生器１７の下流側（タンク１１側）には、第２気泡発生器１７及びタンク１１を、第２配管１３を介して連通させる状態（開状態）と、連通不能な状態（閉状態）とに切り換える切換手段としての第２切換弁２０が設けられている。第２切換弁２０はミリバブル導入部として機能する。第３配管１４には、波を構成する液体が第３配管１４を介してタンク１１へ流入可能な状態（開状態）と、流入不能な状態（閉状態）とに切り換える切換手段としての第３切換弁２１が設けられている。第３切換弁２１は、タンク１１への液体導入部として機能する。また、第３配管１４は、第３切換弁２１が開状態において、１回の波の上昇時に第３配管１４を通ってタンク１１内に流入する液体が、タンク１１内の液体の全部と置き換わる太さに形成されている。第３配管１４及び第３切換弁２１は、タンク１１内の液体を入れ替える液体入れ替え手段を構成する。なお、図１のタンク１１の位置は模式的に示しており、実際は波の高さに対して、波力によりタンク１１内に液体が流入可能な高さに配置されている。
【００１９】
第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１には、一方向回転式３位置切換弁が使用されている。一方向回転式３位置切換弁は、図示しない駆動部の作用により、波の１回の上下動（正確には下降移動）により１２０°ずつ回動されて、開状態、第１停止位置及び第２停止位置に順に回動配置されるように構成されている。第２停止位置とは次の波の下降移動で一方向回転式３位置切換弁が開状態になる位置を意味し、第１停止位置とは次の波の下降移動で一方向回転式３位置切換弁が第２停止位置になる位置を意味する。また、一方向回転式３位置切換弁は、開状態からは次の波の下降移動で第１停止位置になるように構成されている。
【００２０】
そして、第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１は、波力により駆動されて順に第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４を溶液が流れる状態に切り換えられるようになっている。即ち、第１気泡発生器１５、第２気泡発生器１７及び液体入れ替え手段を介して波により順にタンク１１に液体が供給されるようになっている。なお、第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４には、第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１より下流側に、それぞれタンク１１内の液体が第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４へ流入するのを防止する逆止め弁２２が設けられている。
【００２１】
タンク１１の外側にはタンク１１内の電位変化に基づいて電力を取り出す電力取り出し手段としての誘導コイル２３ａ，２３ｂが設けられている。両誘導コイル２３ａ，２３ｂはダイオード２４を介して直列に接続されている。誘導コイル２３ａは、ダイオード２４のカソードに接続された端子と反対側の端子が二次電池（蓄電池）２５のプラス端子に接続されるようになっている。誘導コイル２３ｂは、ダイオード２４のアノードに接続された端子と反対側の端子が二次電池２５のマイナス端子に接続されるようになっている。
【００２２】
次に前記のように構成された波力発電装置１０の作用を説明する。
先ず、正イオン成分としてＮａイオンを持った食塩水を用いた場合の発電原理を図３〜図５にしたがって説明する。食塩水中には図３（ａ）に示すように、Ｎａイオン２６とＣｌイオン２７が同数存在し、全体的に中性である。この中に図３（ｂ）に示すように、ＭＮＢ（マイクロナノバブル）２８を入れると、ＭＮＢ２８は表面電位がマイナスのため、ＭＮＢ２８の周囲にＮａイオン２６が集まってきてＭＮＢ２８の周囲に吸着する。この状態でも溶液は全体として中性である。また、ＭＮＢ２８は溶液中を積極的に上昇する浮力は殆ど無く、溶液中に漂った状態にある。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、Ｎａイオン２６が周囲に吸着された状態でＣｌイオン２７が存在する溶液中に漂うＭＮＢ２８を、選択的に分離するにはＭＮＢ２８より大きなミリバブルを使用する。図４（ｂ）に示すように、Ｎａイオン２６を吸着したＭＮＢ２８が存在する溶液内にミリバブル２９を下方から供給すると、ミリバブル２９はＭＮＢ２８に比較して直径が充分大きいため、溶液中を液面に向かって急激に上昇する。そして、ミリバブル２９が上昇する時に発生する上昇流によりＭＮＢ２８は吸い寄せられる様に同時に上昇を開始する。Ｎａイオン２６はＭＮＢ２８に吸着されているので、ＭＮＢ２８と共に上昇する。そのため、図５（ａ）に示すように、上下方向に延びるタンク１１内に食塩水とＭＮＢ２８が均一に分散した状態で、タンク１１の下部からタンク１１内にミリバブル２９を供給すると、Ｎａイオン２６はミリバブル２９及びＭＮＢ２８と共に上昇する。そして、ミリバブル２９が上昇する際にＮａイオン２６もＭＮＢ２８と共に上昇するため、電流が流れて発電される。タンク１１内に供給されたミリバブル２９は液面まで上昇した後、割れて無くなる。なお、Ｎａイオン２６がＭＮＢ２８の周囲に吸着したものをＮａイオン吸着気泡３０として示している。その結果、図５（ｂ）に示すように、タンク１１内の溶液は、下層部においてＣｌイオン２７の濃度が上がりマイナス方向に帯電し、上部はＮａイオン２６の濃度が上がりプラス方向に帯電する状態になり、塩化ナトリウム水溶液が１１内で分極されて、タンク１１内の上部と下部で電位差が生じる状態になる。
【００２４】
即ち、発電の原理は、金属塩水溶液のプラスイオン（金属イオン）とマイナスイオンを分離・分極することで電位差を作り出し電力を取り出す。分離する手段として、直径５０μｍ以下の殆ど浮力の無い微小気泡（マイクロナノバブル）表面部のマイナス電荷を利用した金属イオンの吸着作用を利用する。また、分極する手段としては、直径１００μｍ以上の浮力の有る気泡（ミリバブル）を使用した上昇流によるマイクロナノバブルの上層部への輸送を使用する。
【００２５】
次に波力発電装置１０の作用を説明する。波力発電装置１０は、第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４が海水に浸漬されるとともに、海洋波浪の上下動が第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４に作用する位置に配置され、誘導コイル２３ａ，２３ｂが二次電池２５に接続されて使用される。そして、図１に示すように、タンク１１内に海水が満たされるとともに、第１切換弁１９が開状態、第２切換弁２０が第２停止位置、第３切換弁２１が第１停止位置に配置された状態から運転が開始される。
【００２６】
この状態から波による海水面の上昇により、第１配管１２を通ってタンク１１内に正イオンとしてＮａイオンを持った海水が流れ込む。海水は第１気泡発生器１５を通過する際に、空気導入管１６から流れ込む空気と水圧により直径５０μｍ以下の気泡即ちＭＮＢ２８を発生し、ＭＮＢ２８を含んだ状態でタンク１１内に流れ込む。タンク１１内に流れ込んだ気泡のうち直径５０μｍより大きな気泡は浮力が大きく、浮力の作用でタンク１１内を水面まで上昇するが、ＭＮＢ２８は浮力が小さく、タンク１１内へ流れ込む海水とともに移動してタンク１１内にほぼ均一に分散した状態で海水中に漂う。タンク１１に流れ込んだＭＮＢ２８はその表面にＮａイオン２６が吸着し、Ｎａイオン吸着気泡３０となる。
【００２７】
次に波の下降と共に第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１が１２０°ずつ回動されて図６（ａ）に示すように、第１切換弁１９が第１停止位置、第２切換弁２０が開状態、第３切換弁２１が第２停止位置に配置された状態になる。そして、次の波による海水面の上昇により第２配管１３の第２気泡発生器１７を通ってタンク１１内に海水が流れ込む。海水は第２気泡発生器１７を通過する際に、空気導入管１８から流れ込む空気と水圧により直径１００μｍ以上の気泡即ちミリバブル２９を発生し、ミリバブル２９を含んだ状態でタンク１１内に流れ込む。ミリバブル２９はＭＮＢ２８と異なり、タンク１１内で水面に向かって上昇する浮力を持っており、タンク１１内に入ると直ちに水面に向かって上昇する。この時に発生する上昇流に引きずられ、Ｎａイオン吸着気泡３０も同時に水面に向かって上昇する。
【００２８】
Ｎａイオン吸着気泡３０、即ちＮａイオン２６が水面に向かって上昇移動することでタンク１１内に電流が流れ（電荷の移動が生じ）、タンク１１の外側に磁界が発生する。そして、電磁誘導により誘導コイル２３ａ，２３ｂ、二次電池２５を含んだ電気回路に電流が流れて電力として二次電池２５に充電される。
【００２９】
次に波の下降と共に第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１が１２０°ずつ回動されて図６（ｂ）に示すように、第１切換弁１９が第２停止位置、第２切換弁２０が第１停止位置、第３切換弁２１が開状態に配置された状態になる。そして、次の波による海水面の上昇により、第３配管１４から海水がタンク１１に導入され、タンク１１内の海水をオーバーフローさせて入れ替える。このとき、タンク１１内の上部に存在したＮａイオン吸着気泡３０が上昇移動してオーバーフローするため、タンク１１の外部に磁界が発生して誘導コイル２３ａに誘導電流が流れる。
【００３０】
以上により、発電動作の１サイクルが終了する。以下、同様にして発電動作が繰り返される。
この発電システムは図７に示す等価回路で表される。即ち、第１の電池３１とコイル３２がスイッチＳ１を介して接続された第１回路３３と、バッテリとしての第２の電池３４とコイル３５がダイオードを介して接続された第２回路３６とで構成されている。第１回路３３のスイッチＳ１がオンの状態とは、タンク１１内をＮａイオン吸着気泡３０が移動する状態、即ち、第２切換弁２０が開状態で波が上昇移動するときと、第３切換弁２１が開状態で波が上昇移動するときとに相当する。第２回路３６は誘導コイル２３ａ，２３ｂと二次電池２５を含む電気回路に相当し、第２の電池３４が二次電池２５に相当し、コイル３５が誘導コイル２３ａ，２３ｂに相当する。
【００３１】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）波力発電装置１０は、上下方向に延びるタンク１１と、タンク１１の下部に接続された第１配管１２の途中に設けられ、波力によりマイクロナノバブルを発生させる第１気泡発生器１５と、タンク１１の下部に接続された第２配管１３の途中に設けられ、波力によりマイクロナノバブルより大きな気泡を発生させる第２気泡発生器１７とを備える。また、タンク１１に接続された第３配管１４を有し、波力によりタンク１１内の液体を入れ替える液体入れ替え手段と、第１気泡発生器１５、第２気泡発生器１７及び液体入れ替え手段のいずれかを波に従って順にタンク１１と連通可能にした後、非連通状態に戻す第１切換弁１９、第２切換弁２０、第３切換弁２１とを備える。さらに、タンク１１内の電位変化に基づいて電力を取り出す電力取り出し手段を備えている。したがって、例えば、海洋波浪の一部が第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４を介してタンク１１内に流入する位置に配置されて使用されると、ＭＮＢ２８により海水中のプラスイオン（主としてＮａイオン）をマイナスイオン（主としてＣｌイオン）と分離する。また、ミリバブル２９によりＮａイオン吸着気泡３０をタンク１１内の上層部に移動させて、Ｎａイオン２６とＣｌイオン２７が分極されてタンク１１内の上層部と下層部で電位差が生じる。したがって、発電部に回転式の発電機を使用せずに波の上下運動を利用して発電することができる新規な波力発電装置を提供することができる。また、回転駆動式発電機のような複雑な駆動部を殆ど持たない構造であり、メンテナンスが容易である。
【００３２】
（２）電力取り出し手段は、タンク１１の外側に設けられた誘導コイル２３ａ，２３ｂを備えている。海水を直接使用して発電を行う場合、海水に電極を浸漬させて電力を取り出す構成では、電極に海水中の微生物や不純物が付着堆積し易い。しかし、電磁誘導を利用してタンク１１の外側に設けられた誘導コイル２３ａ，２３ｂにより電力を取り出すため、そのような不具合が生じない。
【００３３】
（３）第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１は、波力により駆動される一方向回転式３位置切換弁からなり、波力により駆動されて順に第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４を溶液が流れる状態に切り換えられる。したがって、波の周期が変動しても周期に合わせて、第１気泡発生器１５で発生されたＭＮＢ２８を含む溶液、第２気泡発生器１７で発生されたミリバブル２９を含む溶液あるいは気泡を含まない溶液が、第１配管１２、第２配管１３あるいは第３配管１４を経てタンク１１へ順に供給されて、発電が円滑に行われる。
【００３４】
（４）波力として海洋波浪を利用し、波力発電装置１０で分離・分極させる金属塩水溶液として海水を利用する。したがって、金属塩水溶液をわざわざ調整する必要がない。
（５）タンク１１、第１配管１２、第２配管１３及び第３配管１４は透明な材料で形成されている。したがって、海洋中への太陽光の照射を遮ることが抑制され、海洋上にこのような発電体を並べて発電を行う場合に海洋への環境影響を最小限に抑えることができる。
【００３５】
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図８にしたがって説明する。この実施形態では、海洋波浪を波力発電装置の駆動力として利用するが、海水を金属塩水溶液として利用しない点が前記第１の実施形態と大きく異なっている。前記第１の実施形態と同様の部分は同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３６】
図８に示すように、波力発電装置４０は、第１の実施形態と同じ構成のタンク１１、第１配管１２、第２配管１３、第３配管１４、第１気泡発生器１５、空気導入管１６，１８、第２気泡発生器１７、第１切換弁１９、第２切換弁２０、第３切換弁２１、逆止め弁２２、誘導コイル２３ａ，２３ｂ及びダイオード２４を収容する収容部４１を有する。収容部４１は密閉系で、金属塩水溶液を貯留する有底円筒状の水溶液貯留部４２を備え、水溶液貯留部４２の上部に、天板４３を有する円筒部が設けられている。なお、タンク１１の上面は収容部４１を貫通して外に開放されている。そして天板４３上でタンク１１の周囲には溢れた金属塩水溶液４４を受け止める補助貯留部４３−１が設けられている。補助貯留部４３−１には逆止め弁４３−２が設けられている。逆止め弁４３−２は、収容部４１内の圧力が収容部４１外の圧力より高いとき閉塞し、収容部４１内の圧力が収容部４１外の圧力より低いときに、補助貯留部４３−１に溜まった金属塩水溶液４４を水溶液貯留部４２へ戻るように配置されている。また、波力発電装置４０は、水溶液貯留部４２に貯留されている状態の金属塩水溶液４４の水面に上下動を引き起こさせる動力として波力を利用する空気押圧部４５を有する。空気押圧部４５は、円筒タンクの下方が開放された形状に形成され、空気押圧部４５は、パイプ４６を介して収容部４１と連通されている。パイプ４６は、空気押圧部４５の上部と収容部４１の上部とを連通させるように設けられている。収容部４１における空間部の容積と、空気押圧部４５の容積とは、空気押圧部４５内における波の上下動に対応して、収容部４１に供給あるいは収容部４１から戻る空気の作用により金属塩水溶液４４の水面の上下動の大きさが、第３切換弁２１の開状態でタンク１１内の水溶液を全部入れ替え可能になるように設定されている。収容部４１、空気押圧部４５及びパイプ４６は透明な材料で形成されている。図８は、図１と同様に、タンク１１の位置は模式的に示しており、金属塩水溶液の比重にもよるが、波力によりタンク１１内に金属塩水溶液が流入可能な高さに配置されている。
【００３７】
この実施形態では、タンク１１、第１気泡発生器１５、第２気泡発生器１７及び液体入れ替え手段は、海洋波浪と独立した系で、かつ海洋波浪の波力で液面の上下動が引き起こされる金属塩水溶液４４を使用して発電を行う。空気押圧部４５内に存在する波が上昇移動すると空気押圧部４５内の空気が圧縮されて一部が収容部４１へ供給され、その圧力で金属塩水溶液４４の水面が下降する。タンク１１からオーバーフローした金属塩水溶液４４は補助貯留部４３−１で受け止められる。また、空気押圧部４５内に存在する波が下降移動すると空気押圧部４５内の空間容積が増加して収容部４１から空気が逆流し、金属塩水溶液４４の水面が上昇する。補助貯留部４３−１で受け止められた金属塩水溶液４４は逆止め弁４３−２から水溶液貯留部４２へもどる。また泡として消費された収容部４１内の空気も逆止め弁４３−２を介して収容部４１内に補充されることになる。即ち、収容部４１内の海洋波浪の上下動に同期して金属塩水溶液４４の水面が上下動する。但し、上下動の時期は逆で、収容部４１内の波の上昇時に金属塩水溶液４４の液面は下降する。そして、金属塩水溶液４４の液面の周期的な上下動により、第１の実施形態と同様にして発電が行われ、二次電池２５が充電される。
【００３８】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（５）と同等の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（６）波力発電装置４０の主要構成であるタンク１１、第１気泡発生器１５、第２気泡発生器１７及び液体入れ替え手段は直接海水に接触することはない。したがって、海水中の微生物や不純物が付着堆積することが無く、それを回避するためのメンテナンスが不要になる。
【００３９】
（７）金属塩水溶液４４を調整して使用するため、金属塩水溶液４４として塩化ナトリウム水溶液以外の水溶液を使用してもよく、金属塩の種類及び濃度の設定の自由度が高くなる。
【００４０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  電力取り出し手段として、タンク１１の外側に設けられた誘導コイル２３ａ，２３ｂに代えて、図９（ａ）に示すように、トロイダルコイル４７ａ，４７ｂを設けてもよい。トロイダルコイル４７ａ，４７ｂを設けた場合は、タンク１１内を電荷が移動する際に発生する磁束がトロイダルコイル４７ａ，４７ｂのコア内を効率良く通過して、電磁誘導が効率良く行われる。
【００４１】
○  電力取り出し手段は、電磁誘導を利用して電力を取り出す構成に限らない。例えば、図９（ｂ）に示すように、タンク１１内の上層部と下層部にそれぞれ電極端子４８ａ，４８ｂを配設し、上層部に配設される電極端子４８ａを二次電池２５のプラス端子にダイオードを介して電気的に接続し、下層部に配設される電極端子４８ｂを二次電池２５のマイナス端子に電気的に接続してもよい。この場合、Ｎａイオン吸着気泡３０がミリバブル２９の作用により、タンク１１の上層部に移動して、塩化ナトリウムのＮａイオンとＣｌイオンが分離、分極されてタンク１１内の上層部と下層部に発生する電位差により、電極端子４８ａ，４８ｂ、二次電池２５を含む回路に電流が流れて二次電池が充電される。しかし、海水をタンク１１に導入して波力発電装置１０を使用する場合は、電極端子４８ａ，４８ｂに海水中の微生物や不純物が付着堆積する虞があるため、それを回避するためのメンテナンスが必要になる。
【００４２】
○  第２の実施形態のように海洋波浪を波力発電装置の駆動力として利用するが、海水を金属塩水溶液として利用しない構成の場合、電力取り出し手段として電極端子４８ａ，４８ｂを使用する構成が好ましい。
【００４３】
○  波力発電装置１０を複数設け、電力取り出し手段を並列接続するとともに二次電池２５の端子に接続してもよい。
○  電力取り出し手段として誘導コイルやトロイダルコイルを使用する場合、誘導コイルやトロイダルコイルを２個設ける構成に限らず、１個だけ設けたり、３個以上設けたりしてもよい。
【００４４】
○  第１気泡発生器１５、第２気泡発生器１７及び液体入れ替え手段のいずれかを波に従って順にタンク１１と連通可能にする切換手段としての第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１は、波力により駆動される一方向回転式３位置切換弁に限らない。例えば、電動式の回転式３位置切換弁を使用するとともに波に同期して制御装置からの指令信号を各切換弁に出力して位置を切り換えるようにしてもよい。
【００４５】
○  切換手段としての第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１に電動式の弁を使用する場合、回転式３位置切換弁に限らず、開状態と閉状態の２位置に切り換えられる２位置切換弁を使用してもよい。そして、制御装置からの指令により、波に同期して第１切換弁１９、第２切換弁２０及び第３切換弁２１を順に開状態に制御するようにしてもよい。
【００４６】
○  液体入れ替え手段は、必ずしも１回の波の上昇時に第３配管１４を通ってタンク１１内に流入する液体が、タンク１１内の液体の全部を入れ替える構成に限らず、タンク１１内の液体の大部分を入れ替えて一部が残ってもよい。
【００４７】
○  波力は必ずしも海洋波浪に限らず、湖の波であってもよい。しかし、海洋波浪の方が波の上下動が大きく波力を利用する際の自由度が高くなる。
○  金属塩水溶液４４は塩化ナトリウムの水溶液に限らず、他の金属塩の水溶液であってもよい。金属塩としては強酸と強塩基よりなる塩が好ましい。また、複数の金属塩を溶解した水溶液であってもよい。
【００４８】
○  第２の実施形態ではタンク１１の上面は外に開放されていたが、収容部４１外であればよく、収容部４１内の最大圧力以下で最小圧力以上の圧力を保持するだけの容積を有するチャンバーに開放してもよい。
【００４９】
○  第２の実施形態では逆止め弁４３−２を通じてオーバーフローした金属塩水溶液４４と空気を収容部４１内に戻したが、さらに別の逆止め弁を設け、金属塩水溶液４４と空気をわけて戻すようにしてもよい。
【００５０】
○  タンク１１、第１配管１２、第２配管１３、第３配管１４、収容部４１、空気押圧部４５及びパイプ４６は不透明な材料で形成されていてもよい。
○  第３配管１４は、タンク１１の下部に接続される構成に限らず、波力で第３配管１４を介してタンク１１内に金属塩水溶液を供給して、タンク１１内の金属塩水溶液を入れ替えることができればよい。例えば、タンク１１の高さ方向の中央より上の位置で下向きに供給口が向くように設け、第３配管１４の太さを、１回の波の上昇時に第３配管１４を通ってタンク１１内に流入する液体の体積が、タンク１１の容積より大きくなるように設定する。
【００５１】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記電力取り出し手段はトロイダルコイルを備えている。
【００５２】
（２）請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記タンク、第１配管、第２配管及び第３配管は透明な材料で形成されている。
（３）上下方向に延びるタンク内に金属塩水溶液を貯留した状態で、波力によってマイクロナノバブルを発生させる第１気泡発生器から前記タンク内にマイクロナノバブルを供給して、前記タンク内に存在する金属イオンをマイクロナノバブルの周囲に吸着させるマイクロナノバブル供給工程と、
前記マイクロナノバブル供給工程の後に実行され、波力によってミリバブルを発生させる第２気泡発生器から前記タンク内にミリバブルを供給してタンク内に存在するマイクロナノバブルをタンクの上部に移動させるミリバブル供給工程と、
前記ミリバブル供給工程の後に実行され、前記タンク内の溶液を波力によって新たな金属塩水溶液と入れ替える金属塩水溶液入れ替え工程と、
を備えることを特徴とする波力発電方法。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施形態における波力発電装置の概略構成図。
【図２】気泡発生器の模式断面図。
【図３】（ａ）は海水中のＮａイオン及びＣｌイオンを示す模式図、（ｂ）はＭＮＢの周囲にＮａイオンが吸着された状態の模式図。
【図４】（ａ）はＭＮＢにＮａイオンがトラップされた状態の模式図、（ｂ）はミリバブルの上昇に伴ってＭＮＢが上昇する状態を示す模式図。
【図５】（ａ）はＮａイオンをトラップしたＭＮＢがタンク内に分散している状態を示す模式図、（ｂ）はタンクの上部層にＮａイオン、下層部にＣｌイオンが分極された状態の模式図。
【図６】（ａ）はタンク内へのＭＮＢの供給完了後の各３位置切換弁の切り換え位置を示す模式図、（ｂ）はタンク内へのミリバブルの供給完了後の各３位置切換弁の切り換え位置を示す模式図。
【図７】発電装置の等価回路。
【図８】第２の実施形態における波力発電装置の概略構成図。
【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施形態における波力発電装置の概略構成図。
【図１０】従来技術の波力発電装置の概略図。
【符号の説明】
【００５４】
１１…タンク、１２…第１配管、１３…第２配管、１４…第３配管、１５…第１気泡発生器、１７…第２気泡発生器、１９…第１切換弁、２０…第２切換弁、２１…第３切換弁、２３ａ，２３ｂ…電力取り出し手段としての誘導コイル、４４…金属塩水溶液、４７ａ，４７ｂ…電力取り出し手段としてのトロイダルコイル、４８ａ，４８ｂ…同じく電極端子。
【図１】
2009264130.tif 000003
【図２】
2009264130.tif 000004
【図３】
2009264130.tif 000005
【図４】
2009264130.tif 000006
【図５】
2009264130.tif 000007
【図６】
2009264130.tif 000008
【図７】
2009264130.tif 000009
【図８】
2009264130.tif 000010
【図９】
2009264130.tif 000011
【図１０】
2009264130.tif 000012