波エネルギー変換装置
【課題】波エネルギーの変換効率を向上できる波エネルギー変換装置を提供すること。
【解決手段】この波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する。また、波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室Ｒを有するケーソン２と、このケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画するプロジェクティングウォール３と、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞する閉塞部４とを備える。
【解決手段】この波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する。また、波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室Ｒを有するケーソン２と、このケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画するプロジェクティングウォール３と、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞する閉塞部４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波エネルギー変換装置に関し、さらに詳しくは、波エネルギーの変換効率を向上できる波エネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波エネルギー変換装置は、波エネルギーを、例えば、空気タービンを駆動するエネルギーに変換する装置である。近年の波エネルギー変換装置は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、このケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールとを備えている。かかる構成を採用する従来の波エネルギー変換装置として、特許文献１、２に記載される技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１４２２７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、波エネルギーの変換効率を向上できる波エネルギー変換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】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する波エネルギー変換装置であって、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、前記ケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールと、前記水路内に配置されて前記水路の一部を閉塞する閉塞部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記水路を底上げする底上部を備えることが好ましい。
【０００７】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室の壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有することが好ましい。
【０００８】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室内の流体を鉛直方向に整流する整流部を備えることが好ましい。
【０００９】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室あるいは前記水路に圧電素子を備えることが好ましい。
【００１０】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記ケーソンと前記プロジェクティングウォールとが別体構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明にかかる波エネルギー変換装置では、閉塞部が引き波に対して反射壁として機能し、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。これにより、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、この発明の実施の形態にかかる波エネルギー変換装置を示す構成図である。
【図２】図２は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す平面図である。
【図４】図４は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示すＡ視断面図である。
【図５】図５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図６】図６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図７】図７は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図８】図８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図９】図９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１８】図１８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１９】図１９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２０】図２０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２１】図２１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２２】図２２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【００１４】
［波エネルギー変換装置］
図１は、この発明の実施の形態にかかる波エネルギー変換装置を示す構成図である。図２〜図４は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す斜視図（図２）、平面図（図３）およびＡ視断面図（図４）である。これらの図において、図１は、波エネルギー変換装置の設置状態を示し、図２〜図４は、波エネルギー変換装置の単体を示している。
【００１５】
波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する装置であり、例えば、空気タービンを用いた波力発電システムに適用される（図１参照）。この実施の形態では、一例として、湾岸海域に固定設置される振動水柱式の波エネルギー変換装置１について説明する。なお、波エネルギー変換装置１は、防波堤などの護岸用構造物としての役割も有する。
【００１６】
波エネルギー変換装置１は、ケーソン２と、ＰＷ（プロジェクティングウォール）３とを備え、海底に施工された基礎マウンド１０の上に設置される（図１〜図４参照）。
【００１７】
ケーソン２は、波エネルギーを水柱振動に変換して空気エネルギーを取得する箱型構造物であり、空気室Ｒを区画する。このケーソン２は、コンクリート製あるいは鋼製であり、開口部２１と、ノズル２２とを有する。空気室Ｒは、水柱を鉛直方向に昇降させて空気を圧縮できるシリンダ形状を有する。開口部２１は、波を空気室Ｒに導入するための出入口であり、ケーソン２の下部側面に形成されて空気室Ｒと外部とを連通させる。ノズル２２は、空気の出入口であり、ケーソン２の頂部に形成されて空気室Ｒと外部とを連通させる。ケーソン２は、空気室Ｒの下部と開口部２１とを水没させ、空気室Ｒの上部とノズル２２とを水面上に位置させて配置される。また、ケーソン２は、開口部２１を波の入射側に向けて配置される。
【００１８】
ＰＷ３は、ケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画する壁である。このＰＷ３は、コンクリート製あるいは鋼製であり、ケーソン２の開口部２１側の外壁面から延出して開口部２１の前方に水路Ｗを形成する。また、ＰＷ３に囲まれた水路Ｗは、ケーソン２の開口部２１を介して空気室Ｒに連通する。また、ＰＷ３は、水路Ｗを波の入射側に向けて配置される。例えば、この実施の形態では、ＰＷ３が一対の壁体から成り、これらの壁体がケーソン２の開口部２１側の外壁面の両端部から波の入射側にそれぞれ延在している。これにより、空気室Ｒの開口部２１の前方に、直線的な水路Ｗが区画されている。また、ＰＷ３がケーソン２に一体形成されている。
【００１９】
また、波エネルギー変換装置１は、タービン１１に連結される。タービン１１は、空気タービンであり、ケーソン２の上部に設置される。具体的には、ケーソン２の上部にタービン室１２が形成され、このタービン室１２にタービン１１が収容される。また、ケーソン２の空気室Ｒがノズル２２を介してタービン１１に接続される。
【００２０】
この波エネルギー変換装置１では、水面に波が発生すると、波エネルギーがケーソン２に取り込まれて空気室Ｒ内の水柱振動に変換される（図１参照）。このとき、ＰＷ３が波をケーソン２に誘導することにより、波エネルギーが水柱振動に効率的に変換される。次に、空気室Ｒ内の空気が水柱振動に伴って脈動して、空気流が発生する。そして、この空気流がノズル２２を介してタービン１１に供給されて、タービン１１が駆動される（一次変換）。なお、タービン１１が発生した動力は、例えば、タービン１１に連結された発電機（図示省略）に供給されて発電に用いられる（二次変換）。
【００２１】
なお、ＰＷ３の長さＬｐおよび高さ、水路Ｗの長さ、幅および深さなどは、波エネルギー変換装置１の設置海域における波の周期帯に応じて適宜設計変更できる。例えば、ＰＷ３の長さＬｐは、波（規則波）の想定入射波長λに対してＬｐ＝０．２５×λの関係を有することが好ましい。このとき、ＰＷ３における波の固有周期帯が空気室Ｒにおける波の固有周期帯よりも短くなるように、ＰＷの長さＬｐと空気室Ｒの寸法とが調整される。
【００２２】
［水路の閉塞部］
また、この波エネルギー変換装置１は、閉塞部４を備える（図１〜図４参照）。
【００２３】
閉塞部４は、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞して水路Ｗの幅を狭める部材である。この閉塞部４は、ＰＷ３に一体形成されても良いし、ＰＷ３から分離した別体構造物であっても良い。また、閉塞部４は、例えば、コンクリート製あるいは鋼製とすることもできる。また、閉塞部４は、水路Ｗの一部を閉塞して水路Ｗの幅を狭めれば良く、水路Ｗ内のいずれの位置に配置されても良いし、任意の形状および大きさを有し得る。
【００２４】
例えば、この実施の形態では、一対の閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面にそれぞれ一体形成されている。また、これらの閉塞部４、４が、角柱形状を有し、その長手方向を鉛直に向けて水路Ｗに立設されている。また、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭めている。また、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部（波の入射側開口部）とケーソン２の開口部２１との中間に配置されることにより、水路Ｗの長手方向の中間部にて水路Ｗの幅を狭めている。
【００２５】
ここで、振動水柱型の波エネルギー変換装置１は、上記のように、波エネルギーを空気室Ｒ内の水柱振動に変換して空気流を形成することにより、空気エネルギーを取得する（図１参照）。このとき、水柱振動の振幅を大きくして、空気室Ｒ内の空気圧を増加させることにより、より大きな空気エネルギーを取得できる。
【００２６】
ところで、自然界の波は、多様な周期の波が混在して構成され、また、海域によっても異なる周期を有する。一方で、空気室Ｒにおける水柱振動の振幅は、波の周期と空気室の固有周期とが一致するときに最大となる。このため、一般的な波エネルギー変換装置（閉塞部を有さない波エネルギー変換装置）では、波エネルギーの変換特性が空気室の固有周期に依存した単峰型となり、この固有周期を外れた波に対して、波エネルギーの一次変換効率が低いという課題がある。
【００２７】
この点において、この波エネルギー変換装置１では、閉塞部４が水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を水路Ｗの幅方向に閉塞するので、この閉塞部４が引き波に対して反射壁として機能する（図１参照）。具体的には、引き波により、ケーソン２の空気室Ｒの水面が下降して海水が開口部２１から排出されたときに、この海水が閉塞部４にて反射してケーソン２の開口部２１側に押し戻される。すると、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。すると、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの逸散が低減される。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００２８】
［水路の底上部］
また、この波エネルギー変換装置１は、底上部５を備える（図１〜図４参照）。
【００２９】
底上部５は、水路Ｗを底上げする部材である。この底上部５は、例えば、鋼板を水路Ｗの床面から浮かせて配置しても良いし、鋼柱あるいはコンクリートブロックなどを水路の床面に設置しても良い。また、底上部５は、少なくとも閉塞部４とケーソン２の開口部２１との間の領域に配置されることが好ましい。
【００３０】
例えば、この実施の形態では、底上部５が鋼製の平板から成り、水路Ｗの床面との間に隙間をあけて支持される。また、底上部５が水路Ｗの床面の全域に渡って配置される。また、底上部５が縁部に切欠部を有し、この切欠部にて閉塞部４に嵌め合わされる。これにより、底上部５が水路Ｗの全域を底上げしている。
【００３１】
この波エネルギー変換装置１では、底上部５が水路Ｗを底上げするので、この底上部５上方における海水の流速が増加する。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３２】
［閉塞部の変形例］
図５〜図１３は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図は、閉塞部の変形例を示している。
【００３３】
図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、角柱形状を有し、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅方向を狭める形状を有している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３４】
例えば、図５の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出してケーソン２側に傾斜しつつ水路Ｗの幅を狭める形状を有する。したがって、閉塞部４、４がいわゆるラッパ形状を有する。かかる構成では、水路Ｗの流路断面積が水路Ｗの入口部からケーソン２側に向かうに連れて減少する。これにより、海水の流速が確保されるので、波エネルギーの一次変換効率が向上する。一方で、引き波時には、ケーソン２から水路Ｗの入口部に向かう水流に対して、閉塞部４、４が抵抗となる。これにより、閉塞部４の反射壁としての機能が向上して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３５】
同様に、図６の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭め、且つ、ケーソン２側に鈎状（Ｌ字状）に屈曲する形状を有する。また、図７の変形例では、図６における閉塞部４の屈曲部が、水路Ｗの幅方向に対して所定の角度でケーソン２側に傾斜する。また、図８の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出してケーソン２側に円弧状に湾曲しつつ水路Ｗの幅を狭める形状を有する。これらの構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３６】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部とケーソン２の開口部２１との中間に配置されて、水路Ｗの長手方向の中間部にて流路幅を狭める形状を有している。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３７】
例えば、図９の変形例では、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部の縁部に配置されて、水路Ｗの入口部の開口幅を狭める形状を有する。かかる構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。なお、図９の変形例において、閉塞部４、４が、図６〜図８に示す形状を有しても良い。
【００３８】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭める形状を有している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３９】
例えば、図１０の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの中央部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。かかる構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４０】
また、図１１の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの入口部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。また、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して配置される。かかる構成では、複数の閉塞部４が水路Ｗ内にラビリンス構造を形成するので、閉塞部４の反射壁としての機能が向上して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４１】
また、図１２の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの中央部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。また、一対の閉塞部４、４が、ＰＷ３の入口部の左右の縁部から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの入口部の幅を狭める形状を有する。すなわち、図１２の変形例では、図１１の変形例において、水路Ｗの中央部にある閉塞部４と、ＰＷ３の壁面にある閉塞部４、４との配置が逆転している。かかる構成としても、図１１の変形例と同様の効果が得られる。
【００４２】
なお、図１０〜図１２の変形例において、支持部４１が省略され、閉塞部４が独立して立設されても良い（図示省略）。また、図１１および図１２の変形例において、ＰＷ３の左右の壁面にある閉塞部４、４が、図６〜図８に示す形状を有しても良い（図示省略）。
【００４３】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、底上部５を貫通して水路Ｗの床面まで延在している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が、底上部５の上方にのみ設置されても良い（図１３参照）。
【００４４】
なお、閉塞部４の形状、位置、大きさなどは、波エネルギー変換装置１の設置海域における波の周期帯に応じて適宜設計変更できる。
【００４５】
［底上部の変形例］
図１４および図１５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図において、図１４は、底上部の変形例を示し、図１５は、底上部を省略した例を示している。
【００４６】
図１の波エネルギー変換装置１では、底上部５が、平板から成り、水路Ｗの床面の上方に浮かせて配置されている（図４参照）。しかし、これに限らず、底上部５が、水路Ｗの入口側にて水路Ｗの床面側に傾斜した形状を有しても良い（図１４参照）。例えば、図１４の変形例では、底上部５が、閉塞部４を起点として水路Ｗの入口側で屈曲して水路Ｗの床面側に傾斜した形状を有している。かかる構成では、底上部５が、水路Ｗの入口側にてラッパ形状を有するので、水路Ｗの流路断面積が水路Ｗの入口部からケーソン２側に向かうに連れて減少する。これにより、海水の流速が確保されて、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４７】
なお、図１の波エネルギー変換装置１は、閉塞部４および底上部５の双方を備えている。しかし、これに限らず、底上部５が省略されて、閉塞部４のみが設置されても良い（図１５参照）。
【００４８】
［空気室の壁面角部の傾斜面形状あるいは曲面形状］
図１６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、空気室の変形例を示している。
【００４９】
図１の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２の空気室Ｒが立方形状を有し、側壁面が床面に対して垂直となっている（図３および図４参照）。しかし、これに限らず、空気室Ｒの壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有しても良い（図１６参照）。例えば、図１６の変形例では、空気室Ｒの床面と側壁面との角部であって開口部２１側から見て奥側の角部が、断面円弧状の曲面形状を有している。かかる構成では、開口部２１から空気室Ｒに流入した海水が角部の曲面形状にガイドされて鉛直上方に向かう。これにより、空気室Ｒ内の流水抵抗が減少して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００５０】
［空気室の水面安定化部材］
図１７および図１８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図において、図１７は、空気室の変形例を示し、図１８は、図１７におけるＢ−Ｂ視断面図を示している。
【００５１】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒ内の流体（海水および空気）を鉛直方向に整流する整流部６を備えても良い（図１７および図１８参照）。かかる構成では、整流部６が空気室Ｒ内の流体を鉛直方向に整流するので、水柱の振動時にて、空気室Ｒ内における海水流れおよび空気流れが良好となる。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。なお、整流部６には、公知のものが採用され得る。
【００５２】
例えば、図１７および図１８の変形例では、整流部６が、一対の鋼板を十字状に組み合わせて成り、その板面を鉛直にして空気室Ｒ内に配置される。また、整流部６が、海水の平均水面高さに取り付けられ、上方と下方に空間をあけて配置される。これにより、水柱の振動時における水面の動きが安定して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。特に、かかる構成は、整流部６が消波作用を有するので、多様な周期帯の波を平滑化できる点で好ましい。
【００５３】
［圧電素子］
図１９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【００５４】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒあるいは水路Ｗに圧電素子７を備えても良い（図１９参照）。この圧電素子７は、空気室Ｒあるいは水路Ｗの水流により振動して発電する。これにより、波エネルギーを電気エネルギーに変換して取得できる。なお、圧電素子７には、公知のものが採用され得る。
【００５５】
例えば、図１９の変形例では、圧電素子７を貼り付けて成る複数かつ板状の弾性体が、空気室Ｒの床面および水路Ｗの床面に海水の流れ方向に沿って配列される。これにより、圧電素子７が海水流れにより揺動して発電できる。なお、水路Ｗの圧電素子７は、底上部５の上面に配置されても良い（図示省略）。
【００５６】
［既存設備に対する適用例］
図２０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、既存設備を実線で示し、後付けとなるＰＷ、閉塞部および底上部を仮想線で示している。
【００５７】
図１の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２とＰＷ３が一体構造を有している（図２〜図４参照）。しかし、これに限らず、ケーソン２とＰＷ３とが別体構造を有しても良い（図２０参照）。かかる構成では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設できる。
【００５８】
例えば、図２０の変形例では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、まず、基礎マウンド１０が増設され、この基礎マウンド１０上にＰＷ３、閉塞部４および底上部５が設置される。このとき、水路Ｗの長さおよび幅、閉塞部４の大きさ、形状および位置、底上部５の高さなどが、波エネルギー変換装置１の設置海域の波周期に応じて適宜選択される。これにより、既存設備を有効利用でき、さらに、設置海域に応じた最適設計を実現できる。
【００５９】
［既存の躯体構造物に対する適用例］
図２１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、既存の躯体構造物を実線で示し、後付けとなるＰＷ、閉塞部、底上部および空気室を仮想線で示している。
【００６０】
図２０の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設される。これに対して、さらに、既存の躯体構造物を基礎として、他の構成要素が後付けで設置されても良い。
【００６１】
例えば、図２１の波エネルギー変換装置１では、既存の躯体構造物として、基礎マウンド１０および枠状の壁体（空気室Ｒを有さないケーソン）のみが設置されている。そして、この躯体構造物に対して、まず、壁体の上部にノズル２２を有する天井部が追設されて、空気室Ｒを有するケーソン２が構成される。次に、このケーソン２にタービン１１が設置されてタービン室１２が追設され、その後に、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５が追設される。これにより、既存の躯体構造物を波エネルギー変換装置１として活用できる。
【００６２】
［浮体式に対する適用例］
図２２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、浮体式の波エネルギー変換装置を示している。
【００６３】
図１の波エネルギー変換装置１は、固定式であり、下部を水没させて水底に固定されて設置される。一般に、湾岸に設置される波エネルギー変換装置１では、このような固定式が採用される。しかし、これに限らず、沖合に設置される波エネルギー変換装置１では、水面に浮遊できる浮体式が採用され得る（図２２参照）。
【００６４】
例えば、図２２の変形例では、波エネルギー変換装置１が、海上に浮遊できる浮体構造物８上に設置される。この波エネルギー変換装置１は、図１の波エネルギー変換装置１とほぼ同一原理の構造を有するが、単一かつ大型のケーソン２に対して複数のＰＷ３、閉塞部４および底上部５が環状かつ周方向に配置されて連結される点で相異する。これにより、任意の平面方向から入射する波をエネルギー源とできるので、エネルギーを効率的に取得できる。
【００６５】
［効果］
以上説明したように、この波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する（図１〜図４参照）。また、波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室Ｒを有するケーソン２と、このケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画するプロジェクティングウォール（ＰＷ）３と、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞する閉塞部４とを備える。
【００６６】
かかる構成では、閉塞部４が引き波に対して反射壁として機能し、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。これにより、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。また、かかる構成では、透過波および反射波が小さくなるので、消波ブロックの設置数を低減できる或いは消波ブロックを省略できる利点がある。
【００６７】
また、この波エネルギー変換装置１は、水路Ｗを底上げする底上部５を備える（図１〜図４参照）。かかる構成では、底上部５が水路Ｗを底上げするので、この底上部５上方における海水の流速が増加する。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００６８】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒの壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有する（図１６参照）。これにより、空気室Ｒ内の流水抵抗が減少して、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【００６９】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒ内の流体を鉛直方向に整流する整流部６を備える（図１７および図１８参照）。かかる構成では、水柱の振動時にて、空気室Ｒ内における海水流れおよび空気流れが良好となる。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【００７０】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒあるいは水路Ｗに圧電素子７を備える（図１９参照）。かかる構成では、圧電素子７が空気室Ｒあるいは水路Ｗの水流により振動して発電するので、波エネルギーを電気エネルギーに変換して取得できる利点がある。
【００７１】
また、この波エネルギー変換装置１は、ケーソン２とプロジェクティングウォール３とが別体構造を有する（図２０参照）。かかる構成では、ケーソン２のみを有する既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設できる利点がある。
【符号の説明】
【００７２】
１ 波エネルギー変換装置
２ ケーソン
２１ 開口部
２２ ノズル
３ プロジェクティングウォール（ＰＷ）
４ 閉塞部
４１ 支持部
５ 底上部
６ 整流部
７ 圧電素子
８ 浮体構造物
１０ 基礎マウンド
１１ タービン
１２ タービン室
Ｒ 空気室
Ｗ 水路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波エネルギー変換装置に関し、さらに詳しくは、波エネルギーの変換効率を向上できる波エネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波エネルギー変換装置は、波エネルギーを、例えば、空気タービンを駆動するエネルギーに変換する装置である。近年の波エネルギー変換装置は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、このケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールとを備えている。かかる構成を採用する従来の波エネルギー変換装置として、特許文献１、２に記載される技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１４２２７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、波エネルギーの変換効率を向上できる波エネルギー変換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】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する波エネルギー変換装置であって、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、前記ケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールと、前記水路内に配置されて前記水路の一部を閉塞する閉塞部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記水路を底上げする底上部を備えることが好ましい。
【０００７】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室の壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有することが好ましい。
【０００８】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室内の流体を鉛直方向に整流する整流部を備えることが好ましい。
【０００９】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記空気室あるいは前記水路に圧電素子を備えることが好ましい。
【００１０】
また、この発明にかかる波エネルギー変換装置は、前記ケーソンと前記プロジェクティングウォールとが別体構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明にかかる波エネルギー変換装置では、閉塞部が引き波に対して反射壁として機能し、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。これにより、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、この発明の実施の形態にかかる波エネルギー変換装置を示す構成図である。
【図２】図２は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す平面図である。
【図４】図４は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示すＡ視断面図である。
【図５】図５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図６】図６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図７】図７は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図８】図８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図９】図９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１８】図１８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図１９】図１９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２０】図２０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２１】図２１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【図２２】図２２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【００１４】
［波エネルギー変換装置］
図１は、この発明の実施の形態にかかる波エネルギー変換装置を示す構成図である。図２〜図４は、図１に記載した波エネルギー変換装置を示す斜視図（図２）、平面図（図３）およびＡ視断面図（図４）である。これらの図において、図１は、波エネルギー変換装置の設置状態を示し、図２〜図４は、波エネルギー変換装置の単体を示している。
【００１５】
波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する装置であり、例えば、空気タービンを用いた波力発電システムに適用される（図１参照）。この実施の形態では、一例として、湾岸海域に固定設置される振動水柱式の波エネルギー変換装置１について説明する。なお、波エネルギー変換装置１は、防波堤などの護岸用構造物としての役割も有する。
【００１６】
波エネルギー変換装置１は、ケーソン２と、ＰＷ（プロジェクティングウォール）３とを備え、海底に施工された基礎マウンド１０の上に設置される（図１〜図４参照）。
【００１７】
ケーソン２は、波エネルギーを水柱振動に変換して空気エネルギーを取得する箱型構造物であり、空気室Ｒを区画する。このケーソン２は、コンクリート製あるいは鋼製であり、開口部２１と、ノズル２２とを有する。空気室Ｒは、水柱を鉛直方向に昇降させて空気を圧縮できるシリンダ形状を有する。開口部２１は、波を空気室Ｒに導入するための出入口であり、ケーソン２の下部側面に形成されて空気室Ｒと外部とを連通させる。ノズル２２は、空気の出入口であり、ケーソン２の頂部に形成されて空気室Ｒと外部とを連通させる。ケーソン２は、空気室Ｒの下部と開口部２１とを水没させ、空気室Ｒの上部とノズル２２とを水面上に位置させて配置される。また、ケーソン２は、開口部２１を波の入射側に向けて配置される。
【００１８】
ＰＷ３は、ケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画する壁である。このＰＷ３は、コンクリート製あるいは鋼製であり、ケーソン２の開口部２１側の外壁面から延出して開口部２１の前方に水路Ｗを形成する。また、ＰＷ３に囲まれた水路Ｗは、ケーソン２の開口部２１を介して空気室Ｒに連通する。また、ＰＷ３は、水路Ｗを波の入射側に向けて配置される。例えば、この実施の形態では、ＰＷ３が一対の壁体から成り、これらの壁体がケーソン２の開口部２１側の外壁面の両端部から波の入射側にそれぞれ延在している。これにより、空気室Ｒの開口部２１の前方に、直線的な水路Ｗが区画されている。また、ＰＷ３がケーソン２に一体形成されている。
【００１９】
また、波エネルギー変換装置１は、タービン１１に連結される。タービン１１は、空気タービンであり、ケーソン２の上部に設置される。具体的には、ケーソン２の上部にタービン室１２が形成され、このタービン室１２にタービン１１が収容される。また、ケーソン２の空気室Ｒがノズル２２を介してタービン１１に接続される。
【００２０】
この波エネルギー変換装置１では、水面に波が発生すると、波エネルギーがケーソン２に取り込まれて空気室Ｒ内の水柱振動に変換される（図１参照）。このとき、ＰＷ３が波をケーソン２に誘導することにより、波エネルギーが水柱振動に効率的に変換される。次に、空気室Ｒ内の空気が水柱振動に伴って脈動して、空気流が発生する。そして、この空気流がノズル２２を介してタービン１１に供給されて、タービン１１が駆動される（一次変換）。なお、タービン１１が発生した動力は、例えば、タービン１１に連結された発電機（図示省略）に供給されて発電に用いられる（二次変換）。
【００２１】
なお、ＰＷ３の長さＬｐおよび高さ、水路Ｗの長さ、幅および深さなどは、波エネルギー変換装置１の設置海域における波の周期帯に応じて適宜設計変更できる。例えば、ＰＷ３の長さＬｐは、波（規則波）の想定入射波長λに対してＬｐ＝０．２５×λの関係を有することが好ましい。このとき、ＰＷ３における波の固有周期帯が空気室Ｒにおける波の固有周期帯よりも短くなるように、ＰＷの長さＬｐと空気室Ｒの寸法とが調整される。
【００２２】
［水路の閉塞部］
また、この波エネルギー変換装置１は、閉塞部４を備える（図１〜図４参照）。
【００２３】
閉塞部４は、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞して水路Ｗの幅を狭める部材である。この閉塞部４は、ＰＷ３に一体形成されても良いし、ＰＷ３から分離した別体構造物であっても良い。また、閉塞部４は、例えば、コンクリート製あるいは鋼製とすることもできる。また、閉塞部４は、水路Ｗの一部を閉塞して水路Ｗの幅を狭めれば良く、水路Ｗ内のいずれの位置に配置されても良いし、任意の形状および大きさを有し得る。
【００２４】
例えば、この実施の形態では、一対の閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面にそれぞれ一体形成されている。また、これらの閉塞部４、４が、角柱形状を有し、その長手方向を鉛直に向けて水路Ｗに立設されている。また、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭めている。また、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部（波の入射側開口部）とケーソン２の開口部２１との中間に配置されることにより、水路Ｗの長手方向の中間部にて水路Ｗの幅を狭めている。
【００２５】
ここで、振動水柱型の波エネルギー変換装置１は、上記のように、波エネルギーを空気室Ｒ内の水柱振動に変換して空気流を形成することにより、空気エネルギーを取得する（図１参照）。このとき、水柱振動の振幅を大きくして、空気室Ｒ内の空気圧を増加させることにより、より大きな空気エネルギーを取得できる。
【００２６】
ところで、自然界の波は、多様な周期の波が混在して構成され、また、海域によっても異なる周期を有する。一方で、空気室Ｒにおける水柱振動の振幅は、波の周期と空気室の固有周期とが一致するときに最大となる。このため、一般的な波エネルギー変換装置（閉塞部を有さない波エネルギー変換装置）では、波エネルギーの変換特性が空気室の固有周期に依存した単峰型となり、この固有周期を外れた波に対して、波エネルギーの一次変換効率が低いという課題がある。
【００２７】
この点において、この波エネルギー変換装置１では、閉塞部４が水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を水路Ｗの幅方向に閉塞するので、この閉塞部４が引き波に対して反射壁として機能する（図１参照）。具体的には、引き波により、ケーソン２の空気室Ｒの水面が下降して海水が開口部２１から排出されたときに、この海水が閉塞部４にて反射してケーソン２の開口部２１側に押し戻される。すると、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。すると、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの逸散が低減される。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００２８】
［水路の底上部］
また、この波エネルギー変換装置１は、底上部５を備える（図１〜図４参照）。
【００２９】
底上部５は、水路Ｗを底上げする部材である。この底上部５は、例えば、鋼板を水路Ｗの床面から浮かせて配置しても良いし、鋼柱あるいはコンクリートブロックなどを水路の床面に設置しても良い。また、底上部５は、少なくとも閉塞部４とケーソン２の開口部２１との間の領域に配置されることが好ましい。
【００３０】
例えば、この実施の形態では、底上部５が鋼製の平板から成り、水路Ｗの床面との間に隙間をあけて支持される。また、底上部５が水路Ｗの床面の全域に渡って配置される。また、底上部５が縁部に切欠部を有し、この切欠部にて閉塞部４に嵌め合わされる。これにより、底上部５が水路Ｗの全域を底上げしている。
【００３１】
この波エネルギー変換装置１では、底上部５が水路Ｗを底上げするので、この底上部５上方における海水の流速が増加する。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３２】
［閉塞部の変形例］
図５〜図１３は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図は、閉塞部の変形例を示している。
【００３３】
図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、角柱形状を有し、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅方向を狭める形状を有している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３４】
例えば、図５の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出してケーソン２側に傾斜しつつ水路Ｗの幅を狭める形状を有する。したがって、閉塞部４、４がいわゆるラッパ形状を有する。かかる構成では、水路Ｗの流路断面積が水路Ｗの入口部からケーソン２側に向かうに連れて減少する。これにより、海水の流速が確保されるので、波エネルギーの一次変換効率が向上する。一方で、引き波時には、ケーソン２から水路Ｗの入口部に向かう水流に対して、閉塞部４、４が抵抗となる。これにより、閉塞部４の反射壁としての機能が向上して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３５】
同様に、図６の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭め、且つ、ケーソン２側に鈎状（Ｌ字状）に屈曲する形状を有する。また、図７の変形例では、図６における閉塞部４の屈曲部が、水路Ｗの幅方向に対して所定の角度でケーソン２側に傾斜する。また、図８の変形例では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出してケーソン２側に円弧状に湾曲しつつ水路Ｗの幅を狭める形状を有する。これらの構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００３６】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部とケーソン２の開口部２１との中間に配置されて、水路Ｗの長手方向の中間部にて流路幅を狭める形状を有している。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３７】
例えば、図９の変形例では、閉塞部４、４が、水路Ｗの入口部の縁部に配置されて、水路Ｗの入口部の開口幅を狭める形状を有する。かかる構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。なお、図９の変形例において、閉塞部４、４が、図６〜図８に示す形状を有しても良い。
【００３８】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの幅を狭める形状を有している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が以下の構成を有しても良い。
【００３９】
例えば、図１０の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの中央部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。かかる構成としても、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４０】
また、図１１の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの入口部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。また、閉塞部４、４が、ＰＷ３の左右の壁面から水路Ｗの幅方向に突出して配置される。かかる構成では、複数の閉塞部４が水路Ｗ内にラビリンス構造を形成するので、閉塞部４の反射壁としての機能が向上して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４１】
また、図１２の変形例では、１つの閉塞部４が水路Ｗの中央部に配置されて水路Ｗの幅を狭める形状を有する。また、この閉塞部４とケーソン２の外壁面との間に介在して閉塞部４を支持する支持部４１が設けられる。また、一対の閉塞部４、４が、ＰＷ３の入口部の左右の縁部から水路Ｗの幅方向に突出して水路Ｗの入口部の幅を狭める形状を有する。すなわち、図１２の変形例では、図１１の変形例において、水路Ｗの中央部にある閉塞部４と、ＰＷ３の壁面にある閉塞部４、４との配置が逆転している。かかる構成としても、図１１の変形例と同様の効果が得られる。
【００４２】
なお、図１０〜図１２の変形例において、支持部４１が省略され、閉塞部４が独立して立設されても良い（図示省略）。また、図１１および図１２の変形例において、ＰＷ３の左右の壁面にある閉塞部４、４が、図６〜図８に示す形状を有しても良い（図示省略）。
【００４３】
また、図１の波エネルギー変換装置１では、閉塞部４、４が、底上部５を貫通して水路Ｗの床面まで延在している（図３参照）。しかし、これに限らず、閉塞部４、４が、底上部５の上方にのみ設置されても良い（図１３参照）。
【００４４】
なお、閉塞部４の形状、位置、大きさなどは、波エネルギー変換装置１の設置海域における波の周期帯に応じて適宜設計変更できる。
【００４５】
［底上部の変形例］
図１４および図１５は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図において、図１４は、底上部の変形例を示し、図１５は、底上部を省略した例を示している。
【００４６】
図１の波エネルギー変換装置１では、底上部５が、平板から成り、水路Ｗの床面の上方に浮かせて配置されている（図４参照）。しかし、これに限らず、底上部５が、水路Ｗの入口側にて水路Ｗの床面側に傾斜した形状を有しても良い（図１４参照）。例えば、図１４の変形例では、底上部５が、閉塞部４を起点として水路Ｗの入口側で屈曲して水路Ｗの床面側に傾斜した形状を有している。かかる構成では、底上部５が、水路Ｗの入口側にてラッパ形状を有するので、水路Ｗの流路断面積が水路Ｗの入口部からケーソン２側に向かうに連れて減少する。これにより、海水の流速が確保されて、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００４７】
なお、図１の波エネルギー変換装置１は、閉塞部４および底上部５の双方を備えている。しかし、これに限らず、底上部５が省略されて、閉塞部４のみが設置されても良い（図１５参照）。
【００４８】
［空気室の壁面角部の傾斜面形状あるいは曲面形状］
図１６は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、空気室の変形例を示している。
【００４９】
図１の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２の空気室Ｒが立方形状を有し、側壁面が床面に対して垂直となっている（図３および図４参照）。しかし、これに限らず、空気室Ｒの壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有しても良い（図１６参照）。例えば、図１６の変形例では、空気室Ｒの床面と側壁面との角部であって開口部２１側から見て奥側の角部が、断面円弧状の曲面形状を有している。かかる構成では、開口部２１から空気室Ｒに流入した海水が角部の曲面形状にガイドされて鉛直上方に向かう。これにより、空気室Ｒ内の流水抵抗が減少して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００５０】
［空気室の水面安定化部材］
図１７および図１８は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。これらの図において、図１７は、空気室の変形例を示し、図１８は、図１７におけるＢ−Ｂ視断面図を示している。
【００５１】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒ内の流体（海水および空気）を鉛直方向に整流する整流部６を備えても良い（図１７および図１８参照）。かかる構成では、整流部６が空気室Ｒ内の流体を鉛直方向に整流するので、水柱の振動時にて、空気室Ｒ内における海水流れおよび空気流れが良好となる。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。なお、整流部６には、公知のものが採用され得る。
【００５２】
例えば、図１７および図１８の変形例では、整流部６が、一対の鋼板を十字状に組み合わせて成り、その板面を鉛直にして空気室Ｒ内に配置される。また、整流部６が、海水の平均水面高さに取り付けられ、上方と下方に空間をあけて配置される。これにより、水柱の振動時における水面の動きが安定して、波エネルギーの一次変換効率が向上する。特に、かかる構成は、整流部６が消波作用を有するので、多様な周期帯の波を平滑化できる点で好ましい。
【００５３】
［圧電素子］
図１９は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。
【００５４】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒあるいは水路Ｗに圧電素子７を備えても良い（図１９参照）。この圧電素子７は、空気室Ｒあるいは水路Ｗの水流により振動して発電する。これにより、波エネルギーを電気エネルギーに変換して取得できる。なお、圧電素子７には、公知のものが採用され得る。
【００５５】
例えば、図１９の変形例では、圧電素子７を貼り付けて成る複数かつ板状の弾性体が、空気室Ｒの床面および水路Ｗの床面に海水の流れ方向に沿って配列される。これにより、圧電素子７が海水流れにより揺動して発電できる。なお、水路Ｗの圧電素子７は、底上部５の上面に配置されても良い（図示省略）。
【００５６】
［既存設備に対する適用例］
図２０は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、既存設備を実線で示し、後付けとなるＰＷ、閉塞部および底上部を仮想線で示している。
【００５７】
図１の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２とＰＷ３が一体構造を有している（図２〜図４参照）。しかし、これに限らず、ケーソン２とＰＷ３とが別体構造を有しても良い（図２０参照）。かかる構成では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設できる。
【００５８】
例えば、図２０の変形例では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、まず、基礎マウンド１０が増設され、この基礎マウンド１０上にＰＷ３、閉塞部４および底上部５が設置される。このとき、水路Ｗの長さおよび幅、閉塞部４の大きさ、形状および位置、底上部５の高さなどが、波エネルギー変換装置１の設置海域の波周期に応じて適宜選択される。これにより、既存設備を有効利用でき、さらに、設置海域に応じた最適設計を実現できる。
【００５９】
［既存の躯体構造物に対する適用例］
図２１は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、既存の躯体構造物を実線で示し、後付けとなるＰＷ、閉塞部、底上部および空気室を仮想線で示している。
【００６０】
図２０の波エネルギー変換装置１では、ケーソン２、タービン１１およびタービン室１２から成る既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設される。これに対して、さらに、既存の躯体構造物を基礎として、他の構成要素が後付けで設置されても良い。
【００６１】
例えば、図２１の波エネルギー変換装置１では、既存の躯体構造物として、基礎マウンド１０および枠状の壁体（空気室Ｒを有さないケーソン）のみが設置されている。そして、この躯体構造物に対して、まず、壁体の上部にノズル２２を有する天井部が追設されて、空気室Ｒを有するケーソン２が構成される。次に、このケーソン２にタービン１１が設置されてタービン室１２が追設され、その後に、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５が追設される。これにより、既存の躯体構造物を波エネルギー変換装置１として活用できる。
【００６２】
［浮体式に対する適用例］
図２２は、図１に記載した波エネルギー変換装置の変形例を示す説明図である。同図は、浮体式の波エネルギー変換装置を示している。
【００６３】
図１の波エネルギー変換装置１は、固定式であり、下部を水没させて水底に固定されて設置される。一般に、湾岸に設置される波エネルギー変換装置１では、このような固定式が採用される。しかし、これに限らず、沖合に設置される波エネルギー変換装置１では、水面に浮遊できる浮体式が採用され得る（図２２参照）。
【００６４】
例えば、図２２の変形例では、波エネルギー変換装置１が、海上に浮遊できる浮体構造物８上に設置される。この波エネルギー変換装置１は、図１の波エネルギー変換装置１とほぼ同一原理の構造を有するが、単一かつ大型のケーソン２に対して複数のＰＷ３、閉塞部４および底上部５が環状かつ周方向に配置されて連結される点で相異する。これにより、任意の平面方向から入射する波をエネルギー源とできるので、エネルギーを効率的に取得できる。
【００６５】
［効果］
以上説明したように、この波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを空気エネルギーに変換する（図１〜図４参照）。また、波エネルギー変換装置１は、波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室Ｒを有するケーソン２と、このケーソン２に波を誘導するための水路Ｗを区画するプロジェクティングウォール（ＰＷ）３と、水路Ｗ内に配置されて水路Ｗの一部を閉塞する閉塞部４とを備える。
【００６６】
かかる構成では、閉塞部４が引き波に対して反射壁として機能し、波が多重反射あるいは多重共振して、波の周期が多様化する。これにより、波の周期帯が拡幅されて透過波および反射波が小さくなり、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。また、かかる構成では、透過波および反射波が小さくなるので、消波ブロックの設置数を低減できる或いは消波ブロックを省略できる利点がある。
【００６７】
また、この波エネルギー変換装置１は、水路Ｗを底上げする底上部５を備える（図１〜図４参照）。かかる構成では、底上部５が水路Ｗを底上げするので、この底上部５上方における海水の流速が増加する。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する。
【００６８】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒの壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有する（図１６参照）。これにより、空気室Ｒ内の流水抵抗が減少して、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【００６９】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒ内の流体を鉛直方向に整流する整流部６を備える（図１７および図１８参照）。かかる構成では、水柱の振動時にて、空気室Ｒ内における海水流れおよび空気流れが良好となる。これにより、波エネルギーの一次変換効率が向上する利点がある。
【００７０】
また、この波エネルギー変換装置１は、空気室Ｒあるいは水路Ｗに圧電素子７を備える（図１９参照）。かかる構成では、圧電素子７が空気室Ｒあるいは水路Ｗの水流により振動して発電するので、波エネルギーを電気エネルギーに変換して取得できる利点がある。
【００７１】
また、この波エネルギー変換装置１は、ケーソン２とプロジェクティングウォール３とが別体構造を有する（図２０参照）。かかる構成では、ケーソン２のみを有する既存の波エネルギー変換装置に対して、ＰＷ３、閉塞部４および底上部５を後付けで増設できる利点がある。
【符号の説明】
【００７２】
１ 波エネルギー変換装置
２ ケーソン
２１ 開口部
２２ ノズル
３ プロジェクティングウォール（ＰＷ）
４ 閉塞部
４１ 支持部
５ 底上部
６ 整流部
７ 圧電素子
８ 浮体構造物
１０ 基礎マウンド
１１ タービン
１２ タービン室
Ｒ 空気室
Ｗ 水路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波エネルギーを空気エネルギーに変換する波エネルギー変換装置であって、
波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、前記ケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールと、前記水路内に配置されて前記水路の一部を閉塞する閉塞部とを備えることを特徴とする波エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記水路を底上げする底上部を備える請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記空気室の壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有する請求項１または２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記空気室内の流体を鉛直方向に整流する整流部を備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記空気室あるいは前記水路に圧電素子を備える請求項１〜４のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記ケーソンと前記プロジェクティングウォールとが別体構造を有する請求項１〜５のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【請求項１】
波エネルギーを空気エネルギーに変換する波エネルギー変換装置であって、
波エネルギーを水柱振動に変換するための空気室を有するケーソンと、前記ケーソンに波を誘導するための水路を区画するプロジェクティングウォールと、前記水路内に配置されて前記水路の一部を閉塞する閉塞部とを備えることを特徴とする波エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記水路を底上げする底上部を備える請求項１に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記空気室の壁面の角部あるいは隅部が傾斜面形状あるいは曲面形状を有する請求項１または２に記載の波エネルギー変換装置。
【請求項４】
前記空気室内の流体を鉛直方向に整流する整流部を備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【請求項５】
前記空気室あるいは前記水路に圧電素子を備える請求項１〜４のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【請求項６】
前記ケーソンと前記プロジェクティングウォールとが別体構造を有する請求項１〜５のいずれか一つに記載の波エネルギー変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−３６３６３（Ｐ２０１３−３６３６３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１３７６（Ｐ２０１１−１７１３７６）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
【出願人】（５０４１９４８７８）独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【出願人】（０００２１９４０６）東亜建設工業株式会社 (177)
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
【出願人】（５０４１９４８７８）独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【出願人】（０００２１９４０６）東亜建設工業株式会社 (177)
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
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