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明細書 :流体力発電装置および発電方法

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第5376326号 (P5376326)
登録日 平成25年10月4日(2013.10.4)
発行日 平成25年12月25日(2013.12.25)
発明の名称または考案の名称 流体力発電装置および発電方法
国際特許分類 F03B  13/26        (2006.01)
FI F03B 13/26
請求項の数または発明の数 10
全頁数 17
出願番号 特願2010-001388 (P2010-001388)
出願日 平成22年1月6日(2010.1.6)
審査請求日 平成24年9月26日(2012.9.26)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】505127721
【氏名又は名称】公立大学法人大阪府立大学
発明者または考案者 【氏名】伊藤 智博
個別代理人の代理人 【識別番号】100065248、【弁理士】、【氏名又は名称】野河 信太郎
特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも2つの円柱体と、
各円柱体を揺動可能に支持する支持体と、
各円柱体の揺動を直線往復運動に変換可能な変換部と、
変換された直線往復運動を電気エネルギーに変換する電気エネルギー変換部と、
を備え、
前記支持体は、各円柱体の軸が同一平面上を揺動可能に支持し、
前記変換部は、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と異なる平面上の運動に変換することを特徴とする流体力発電装置。
【請求項2】
前記変換部が4節リンク装置である請求項1に記載の流体力発電装置。
【請求項3】
少なくとも2つの円柱体と、
各円柱体を揺動可能に支持する支持体と、
各円柱体の揺動を直線往復運動に変換可能な変換部と、
変換された直線往復運動を電気エネルギーに変換する電気エネルギー変換部と、
を備え、
前記支持体は、各円柱体の軸が同一平面上を揺動可能に支持し、
前記変換部は、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と異なる平面上の運動に変換する第1の変換部と、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と同一平面上の運動に変換する第2の変換部とを備える流体力発電装置。
【請求項4】
前記円柱体はその揺動が流体によって生じる自励振動である請求項1~3のいずれか1つに記載の流体力発電装置。
【請求項5】
前記支持体が円柱体の半径とほぼ同じ間隔で少なくとも2つの円柱体を支持する請求項1~4のいずれか1つに記載の流体力発電装置。
【請求項6】
前記円柱体が中空である請求項1~5のいずれか一つに記載の流体力発電装置。
【請求項7】
前記電気エネルギー変換部が前記変換部に連結された磁石と、前記磁石の周辺に配置されたコイルとにより構成される請求項1~6のいずれか一つに記載の流体力発電装置。
【請求項8】
前記支持体は、流体に浮く浮体構造体を備える請求項1~7のいずれか一つに記載の流体力発電装置。
【請求項9】
前記円柱体は、海水中で浮揚する円柱体である請求項1~8のいずれか一つに記載の流体力発電装置。
【請求項10】
前記円柱体が水中に配置されるように、請求項1~9のいずれか1つに記載の流体力発電装置を設置し、水流によって前記円柱体に自励振動を生じさせることにより発電する発電方法。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
この発明は、流体力発電装置に関し、特に、潮流で発電する流体力発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自然エネルギー、特に海洋のエネルギーを利用した発電として、海洋上の風力を利用した風力発電や波浪を利用した波浪発電が知られている。これらの発電をはじめ、海洋を利用した発電として海面の潮位を利用した発電や海水の温度差を利用した発電等の研究開発が進められ、実用化が進みつつある。このような技術の一つに、海洋の流れ、つまり、流体の流れの中に構造体を配置し、この流体の流れによる構造体の振動を利用することにより発電を行う方法が知られている。この方法について、図を用いて説明する。図17は、流体の流れの中に構造体を配置したときの、この構造体(例えば、円柱又は円柱群)の振動の振幅と流体の流速との関係を示す図である。図17において、横軸が流体の流速、縦軸が構造体の振動の振幅である。
図17に示すように、流体の流速が増加するとともに流体の流れを受ける構造体が行う振動の振幅は大きくなり、ある流速(図17のA)になると、その振動の振幅がピークに達する。この振動のピークは、渦振動(カルマン渦)と呼ばれる共振現象によるものである。そして、さらに、流体の流速が増すと、一旦構造体の振動の振幅は小さくなり、その後、徐々に振幅が大きくなり,ある流速以上になると振幅が急増する。つまり、構造体は、一度弱い振動を示し、その後、流体の流速が増すに従い、自励振動と呼ばれる、強い振動(振幅が大きい振動)を行うようになる。このように、構造体(例えば円柱群)を流体の流れの中に配置したとき、構造体は互いに振動して相対的な運動をすることになる(例えば、非特許文献1乃至3参照)。この相対的な運動を電気エネルギーに変換することにより発電を行うことができる。
この相対的な運動のうち渦振動と呼ばれる共振現象を利用した様々な発電方法や装置が提案されている。例えば、流れている流体からのエネルギーを抽出する方法として、流体流中にフォイルの列を配置し、該フォイルを自由度が少なくとも2であるように支持構造体に載置し、前記フォイルをフラッタ振動させるために前記流体流を該フォイルに通し、該フラッタ振動を安定化させ維持するために該フォイルの列に慣性を与えることを含む方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【0003】

【非特許文献1】「機械の研究 連載講座 機械工学における振動問題」1977年養賢堂発行780~786頁
【非特許文献2】「機械の研究 連載講座 機械工学における振動問題」1978年養賢堂発行886~892頁
【非特許文献3】「機械の研究 連載講座 機械工学における振動問題」1979年養賢堂発行1009~1014頁
【0004】

【特許文献1】特許第4187268号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、渦振動と呼ばれる共振現象を利用した発電装置は、上記のような渦振動の振幅のピークを利用するため、流体の流速が特定の範囲である必要がある。このため、流体の流速の変動に発電が影響されやすい。また、上記特許文献に記載された発電方法及び装置は、平板状の翼(フォイル)を用いるため、翼の向きと流体の流れる方向とが制限される。このため、発電が流体の流れる方向に影響されやすい。これらの装置を、例えば、潮流で用いる場合、潮の流れの変化に対応することが難しい。
【0006】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流体の流速の変動や流体の流れの変化に影響されにくく、流体のエネルギーを効率的かつ安定して電気エネルギーに変換する流体力発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明の発明者は、流体の流れの中に構造体を配置したときに発生する自励振動を発電に利用することを発案し、鋭意研究を行った。その結果、構造体に円柱体を用いると、流体の流速の変動に発電が影響されにくく、また、発電が流体の流れる方向に影響されにくいことを見出し、この発明の完成に至った。
この発明によれば、流体中で浮揚しうる、少なくとも2つの円柱体と、各円柱体を揺動可能に支持する支持体と、各円柱体の揺動を直線往復運動に変換可能な変換部と、変換された往復運動を電気エネルギーに変換する電気エネルギー変換部と、を備えることを特徴とする流体力発電装置が提供される。
【発明の効果】
【0008】
この発明の流体力発電装置は、少なくとも2以上の円柱体と、各円柱体を揺動可能に支持する支持体と、各円柱体の揺動を直線往復運動に変換可能な変換部と、変換された直線往復運動を電気エネルギーに変換する電気エネルギー変換部と、を備えるので、流体の流速の変動や流体の流れの変化に影響されにくい流体力発電装置を提供できる。このため、流体のエネルギーを効率的かつ安定して電気エネルギーに変換する流体力発電装置を提供できる。例えば、この流体力発電装置は、流体が海水や湖水であっても流体の流れにより変形せず安定した発電をすることができる。
また、流体を受ける構造体が円柱であるため、自励振動のような激しい振動であっても十分な機械強度を有し、設計製造が容易な流体力発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第1の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。
【図2】第1の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。
【図3】第1の実施形態に係る流体力発電装置の側面図る。
【図4】第2の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。
【図5】第2の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。
【図6】第2の実施形態に係る流体力発電装置の側面図である。
【図7】第3の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。
【図8】第3の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。
【図9】第3の実施形態に係る流体力発電装置の側面図である。
【図10】第4の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。
【図11】第4の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。
【図12】第4の実施形態に係る流体力発電装置の側面図である。
【図13】第5の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。
【図14】第5の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。
【図15】第5の実施形態に係る流体力発電装置の側面図である。
【図16】第6の実施形態に係る流体力発電装置の側面図である。
【図17】自励振動を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
この発明の流体力発電装置は、少なくとも2つの円柱体と、各円柱体を揺動可能に支持する支持体と、各円柱体の揺動を直線往復運動に変換可能な変換部と、変換された直線往復運動を電気エネルギーに変換する電気エネルギー変換部と、を備えることを特徴とする。
この発明の流体力発電装置は、流体を受ける構造体が円柱体であるため、比較的強い流体の流れであっても十分な強度を保つことができる。このため、自励振動が発生するような比較的強い流体の流れが適している。したがって、この発明の流体力発電装置は、前記円柱体はその揺動が流体によって生じる自励振動であるとよい。また、少なくとも2つの円柱体を円柱体の半径とほぼ同じ間隔で配置されると、強い自励振動が発生しやすいので、この発明の流体力発電装置は、前記支持体が円柱体の半径とほぼ同じ間隔で少なくとも2つの円柱体を支持するとよい。この複数の円柱体の間隔は、円柱の直径をD,円柱の中心(断面の円の中心)から隣り合う円柱の中心までの距離をHとしたとき、H/D=1.3~1.5であると強い自励振動が発生しやすいとされているので、円柱の半径とほぼ同じ間隔とは、半径の0.6倍~半径の1.0倍の大きさの間隔をいう。

【0011】
また、この発明の実施形態において、前記円柱体が中空であるとよい。この実施形態によれば、円柱体が中空であるので、流体が液体である場合、中空の円柱体の浮力により液体に浮かせて流体力発電装置を用いることができる。したがって、例えば、海洋や湖沼で流体力発電装置を容易に設置できる。

【0012】
また、この発明の実施形態において、前記支持体は、各円柱体の軸が同一平面上を揺動可能に支持してもよい。この実施形態によれば、前記支持体が、各円柱体の軸を含む平面と同一の平面上を揺動可能に支持するので、流体によって生じる各円柱の自励振動を前記平面上の各円柱の往復円弧運動に変換できる。これにより、流体の流れが変化しても特定の方向の運動エネルギーに変換して発電することができる。
また、この発明の実施形態において、前記変換部は、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と異なる平面上の運動に変換してもよい。この実施形態によれば、その直線往復運動を円柱の揺動平面と異なる平面上の運動に変換するので、前記電気エネルギー変換部の配置は円柱の揺動平面に限られない。つまり、異なる平面上に前記電気エネルギー変換部を設けることができるので、流体力発電装置の設計の自由度が高めることができる。例えば、前記変換部が4節リンク装置であってもよい。例えば、4つのリンクの長さが互いに同じ長さである4節リンク装置であれば、前記往復円弧運動にほぼ直交する方向の往復運動に変換できる。このため、上記のように、流体力発電装置の設計の自由度が高めることができる。一例として,パンタグラフ状の構造を挙げることができる。
また、前記変換部は、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と同一平面上の運動に変換してもよい。例えば、前記変換部が前記円柱体と前記電気エネルギー変換部とを機械的に連結させる連結機構であってもよい。連結機構には、連結節が含まれ、例えば、連結棒、スライダである。また、円柱の柱方向に延在する支柱を介して、前記円柱体と前記電気エネルギー変換部とが連結棒により連結されてもよい。円柱が円柱の柱方向に延在する支柱が備える場合、前記支持体が支柱を介して各円柱を揺動可能に支持してもよい。
また、前記変換部(例えば、連結節)及び前記支持体が前記支柱を介して各円柱に連結される場合、前記支柱を介するので、前記変換部及び前記電気エネルギー変換部の設置位置並びに円柱体の長さについて設計の自由度を高めることができる。前記変換部及び前記支持部の位置並びに支柱の長さを変更することにより、円柱体の直径、長さによらず、所望の大きさの振幅に変換する流体力発電装置を設計できる。
また、この発明の実施形態において、前記変換部は、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と異なる平面上の運動に変換する第1の変換部と、その直線往復運動を円柱体の軸の揺動平面と同一平面上の運動に変換する第2の変換部と、を備えてもよい。例えば、前記変換部が4節リンク装置と連結棒とを備えてもよい。また、第1の変換部と第2の変換部とがそれぞれに対応する第1及び第2の電気エネルギー変換部とに連結されるとよい。これらの実施形態によれば、円柱体の振動が複数の平面における運動に変換されるので、円柱の自励振動の運動エネルギーを無駄なく電気エネルギーに変換できる。

【0013】
また、この発明の実施形態において、前記電気エネルギー変換部が前記変換部に連結された磁石と、前記磁石の周辺に配置されたコイルとにより構成されてもよい。例えば、前記電気エネルギー変換部は、前記変換部にスライダを介して連結された磁石と、その周辺に配置されたコイルとにより構成されてもよいし、また、前記スライダがスライダクランク装置の一部を構成し、スライダクランク装置によりスライダの運動を回転運動に変換し、その回転運動を磁石及びその周辺のコイルにより電気エネルギーに変換する発電機であってもよい。
また、前記電気エネルギー変換部が前記変換部に連結された連結棒と、連結棒の先端に当接又は近接する圧電素子とにより構成されてもよい。この場合も、前記連結棒がスライダを介して前記変換部に連結してもよい。

【0014】
また、この発明の実施形態において、前記支持体は、流体に浮く浮体構造体を備える流体力発電装置であってもよい。この実施形態によれば、前記支持体に固定され、流体に浮く浮体構造体をさらに備えるので、流体力発電装置の利便性が高めることができる。例えば、海や湖沼でこの流体力発電装置を用いる場合、前記電気エネルギー変換部に波浪による力が加わることが想定されるが、この実施形態によれば、前記電気エネルギー変換部を海上や湖上に配置し、流体力発電装置の安定性を高めることができる。

【0015】
この発明の流体力発電装置は、海洋や湖沼、河川で用いるとよい。特に海洋の潮流での使用に適する。
なお、この明細書では、流体とは、例えば、海水等を含む水であり、気体や液体等を含む。
以下、図に示す実施形態に基づいて,この発明の実施形態を説明する。

【0016】
(第1の実施形態)
図1~図3に、この発明の第1の実施形態に係る流体力発電装置を示す。図1は第1の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。図2は第1の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す正面図である。図3は第1の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す側面図である。
図1に示すように、この実施形態に係る流体力発電装置は、2つの円柱11,12と、各円柱を揺動可能に支持する支持体66と、各円柱の揺動を直線往復運動に変換可能なリンク機構2と、変換された直線往復運動を電気エネルギーに変換する発電機5と、とを備えている。また、円柱11,12が流体の流れを受けて揺動する。
円柱11,12は、その断面形状がほぼ円形の円柱で構成されている。この実施形態に係る流体力発電装置は、渦振動ではなく自励振動を利用することから、流体を受けて振動(揺動)する構造体、つまり振動体の断面形状が飛行機の翼のように細長い形状である必要はない。振動体の断面形状がほぼ円形の形状であれば、流体の流れの方向によらず自励振動を生じさせることができるので、流体力発電装置の振動体として、振動体の断面形状がほぼ円形の形状である振動体が好ましい。また、円形の形状であれば、流体の流れの方向が変化してもほぼ均一に流体を受けることができるので、流体の流れの方向が変化しても安定した自励振動を生じさせることができる。流体の流れの変化によらず発電できるという点からも、断面形状がほぼ円形の形状である振動体が好ましい。
また、この円形の形状は、真円である必要はなくほぼ円形であれば自励振動を生じさせるには十分である。円柱11,12はその断面形状をほぼ円形に形成すればよいので、製造が容易であり製造コストも低く抑えることができる。さらに、円柱11,12の断面がほぼ円形の形状であるため、十分な強度が得られる。流体が海水や湖水の場合、流体の流れのもつ運動エネルギーが気体と比較して極めて大きいため、流体力発電装置に強度が求められるが、この実施形態に係る流体力発電装置は、振動体が円柱であるため、流体の流れの方向が変化する環境であっても一定の強度を保つことができる。このため、この実施形態に係る流体力発電装置は、流体が海水や湖水の場合の発電に適している。特に海洋での流体力発電装置に用いるとよい。
なお、この実施形態では、円柱11,12は互いに同じ大きさ(半径)で形成されている。流体力発電装置の機械的強度を保つため、ほぼ同じ大きさで形成するとよい。

【0017】
また、円柱11,12は、流体力によって損傷しない程度の強度を持つ材質で形成されている。また、その内部が中空である構造(中空の構造体)に形成されている。この円柱の材質は、スチール材,アルミ合金材,FRP材やステンレス材であってもよいし、これらの材質で形成したあと、流体力発電装置を用いる環境に応じてその表面にコーティングを施してもよい。また、円柱11,12は、全体を同じ材料で形成してもよいが、浮力を考慮して、その一部を別の材料で形成してもよい。例えば、外形を形成する部分をステンレスで形成し、その内側を発泡スチロールで充填してもよい。また、重心を低くするために、円柱の下部を比重重い金属で形成してもよい。また、内部が中空である場合にその中空部分に液体等を入れ、流体(例えば、海水、湖水)に応じて浮力を調整してもよい。
なお、円柱11,12には、浮力が作用するが、円柱を上記中空の構造体で形成することにより、円柱に働く浮力を調整することができる。このため、円柱それ自体を流体中に浮揚させることもできる。流体力発電装置の重量や支持部66の構成(例えば、支持部66が構造物に固定される)等を考慮して、中空の構造体等の円柱11,12を採用するとよい。

【0018】
また、この実施形態に係る流体力発電装置は、2つの円柱11,12を備えている。また、これらの円柱11,12は、柱方向(縦方向)に互いに略平行に配置されている。円柱11,12は、一定の間隔を設けて略平行に配置されている。図に示す実施形態では、円柱の幅程度の間隔を設けているが、複数の円柱による自励振動は円柱の半径とほぼ同じ間隔で配置されたときから生じるので、この間隔は半径程度の大きさより大きいことが好ましい。この間隔は、自励振動の振幅の大きさや円柱に連結するリンク機構等の稼動範囲等を考慮してこの間隔を定める。例えば、円柱の直径をD,円柱の中心(断面の円の中心)から隣り合う円柱の中心までの距離をHとしたとき、H/D=1.3~1.5であると強い自励振動が発生しやすいとされていることを考慮して、この間隔を設けるとよい。これを考慮すると、この間隔は、ほぼ半径の大きさ、つまり、半径の0.6倍~半径の1.0倍の大きさが好ましいことになる。
また、この実施形態に係る流体力発電装置では、2つの円柱で構成されているが、自励振動は複数の構造体があれば生じるので、少なくとも2つの円柱11,12で構成されればよい。例えば、この実施形態に係る流体力発電装置にさらにもう一つの円柱と、この追加された円柱に連結する支持体及び変換部、変換部に連結する電気エネルギー変換部を設けてもよい。
次に、この実施形態に係る流体力発電装置の円柱の使用方法及び作用について説明する。

【0019】
図2及ぶ図3に示すように、この実施形態に係る流体力発電装置は、円柱11,12が流体の流れを受けるように配置されて用いられる。つまり、この流体力発電装置は、円柱11,12がその全部又は一部が流体中に配置される形で用いられ、円柱11,12の並ぶ方向が流体の流れに対してほぼ直行するように配置されて用いられる。この実施形態に係る流体力発電装置を、例えば、海洋で用いる場合、1年のなかで最もよく流れる潮流の方向に対して円柱11,12の並ぶ方向がほぼ直交するように配置して用いる。このように円柱11,12を配置すると、円柱11,12がある一定の流速以上の流体の流れを受けたとき、円柱11,12は自励振動を行う。このため、円柱11,12は流体の運動エネルギーを円柱の振動に変換する役割をもつことになる。

【0020】
ここで、円柱11,12の上記役割を説明するため、円柱が自励振動を行う原理について説明する。従来の振動に関する研究から、円柱の直径をD、単位長さ当たり質量をm、対数減衰率をδ、固有振動数をf、流体の流速(例えば、潮流の流速)をV、流体の密度(潮流の密度)をρとすると、流体(潮流)が以下の式(1)を超える流速となった場合に自励振動が発生することが判明している。ここで、Κは定数であり、通常Κは、Κ=3程度である。
V/fD=Κ√(mδ/pD2)・・・(1)
したがって、円柱11,12を設計する場合、流体の速度及び密度を予め調べ、これらの値により円柱の直径及び単位長さ当たり質量を定めることができる。このため、この実施形態の流体力発電装置を、例えば、海洋で用いる場合、海洋の潮流の分布やその海洋における海水の密度が調べることにより、式(1)を満足する円柱の寸法、質量等を選定するとよい。これにより、この実施形態の流体力発電装置を用いる環境に応じた円柱を設計できる。

【0021】
また、支持体66は、円柱11,12を揺動可能に支持している。つまり、支持体66は、円柱11,12の一定の間隔に保持するとともに、円柱11,12の一部を円柱11,12が並ぶ方向に回転自在となるように支持している。具体的には、図1に示すように、支持部66(連結棒)は、円柱11,12の柱方向に延在する支柱15,16の間に配置され、その両端の支点61,62において、支柱15,16を、各円柱の軸を結ぶ平面の方向(支持部66方向)に回転自在となるように支持している。この支柱15,16は、支点311,321を介して支点31,32によりリンク機構2に連結し、支点31,32は支柱11,15と連結されている。ここで、支点31,32は、支点61,62よりも円柱11,12の重心から離れて配置され、これら支点31,32は、板状体に設けられるとともに、この板状体を介して支柱15,16に支点311,321で連動するように配置されている。また、支点311,321において、板状体は支点61,62と同様の方向に回転自在に連結されている。
支持体66は、支点61,62において、円柱11,12から延在する支柱15,16を回転自在に支持しているので、支持部66(連結棒)が固定された状態で円柱11,12が振動方向91,92の方向へ振動すると、支柱15,16の他端(図1における支柱15,16の上端)側の支点311,321,31,32は、円柱11,12の振動と逆位相の振動となって伝達される。このとき、円柱11,12の振動は、円柱全体(支柱を含む)における支点61,62と支点支点31,32との位置関係に応じた振幅の振動として伝達される。
このように、支持体66や支点61,62の機構は、円柱11,12の振動を、支点61,62を中心とする往復円弧運動に変換する。
なお、支点61,62と支点31,32との位置関係により往復円弧運動の往復距離が変化するため、支持体66が支柱15,16を保持する位置(支点61,62の円柱の重心に対する位置)を調整する機構を設けてもよい。

【0022】
また、支持部66(連結棒)は、図示しないが、この実施形態に係る流体力発電装置を一定の位置に固定するための構造体に固定されて用いられる。例えば、この実施形態に係る流体力発電装置を海洋で用いる場合、支持部66をワイヤに固定し、海底に係留して用いてもよい。この実施形態に係る流体力発電装置は海洋に浮かべて用いるので、海底への係留は厳密に固定するものではなくその海洋周辺でその位置が上下左右に変動するように係留するものであってもよい。また、例えば、支持部66を海底に建てた柱等の構造体に直接固定してもよい。この場合、円柱11,12の自励振動に影響しないよう、円柱11,12よりも十分に細い柱に固定したり、円柱11,12の間隔よりも十分に広い幅をもつ門形状(逆U字形状)の構造体に固定したりしてもよい。さらに、円柱11,12の間にこれらの円柱と同じ大きさの、流体力発電装置を所定位置に設置するための円柱を設け、この円柱に支持部66を固定してもよい。この場合、円柱11,12は、この設置するための円柱との間隔が自励振動を生じさせる間隔に設計する。これにより、設置するための円柱と円柱11,12との間で生じる自励振動で発電をするとともに流体力発電装置を所定位置に設置することができる。

【0023】
一方、リンク装置2は、複数の円柱11,12から延在する支柱15,16と、支点31,32及び支点311,321を介して連結されている。この実施形態では、支柱15,16は、支柱に回転自在(支点311,321において各円柱の軸を結ぶ平面の方向に回転自在)に設けられた板状体を介してリンク機構2に連結されている。このリンク機構2は、4つのリンク21,22,23,24で構成され、これらのリンクは、支点31,32,33,34において、支点31,32に振動する平面に回転自在に連結されている。また、リンク機構2は、ほぼ同じ長さのリンク21,22,23,24で構成され、これらのリンクは菱形(正方形を含む)形状に連結されている。上記で説明したように、円柱11,12の振動運動が、支点61,62を中心とする往復円弧運動に変換され、リンク機構2にその運動として伝達されると、支点31,32が、支点31と支点32とを結ぶ線上に向かって振動運動をする。これにより、リンク機構2は、支点33と支点34とを結ぶ線上に向かった往復直線運動を行う。リンク機構2は、円柱11,12の振動を往復直線運動に変換し、また、円柱11,12の振動の振動方向と異なる方向の往復直線運動に変換に変換する。このリンク機構2は、4つのリンク21,22,23,24のなす角度に応じて円柱11,12の振動の大きさも変換する。
なお、図1に示すように、この実施形態では、支点311,321において、板状体が円柱11,12が並ぶ方向(支持部66の方向)に回転自在に支柱15,16に連結され、この板状体は支点31,32においてリンク装置2と連結されている。この実施形態では、この板状体を平面上でスライドさせることにより(例えば、板状体を2枚の板で挟む)、往復円弧運動を往復運動に変換している。支点311,321と板状体都から構成される変換機構は、リンク機構2の構造に応じて採用すればよく、この板状体を介さず、支点311,321に直接リンク機構2を連結させてもよい。

【0024】
また、発電機5は、支点33,34においてリンク機構2に連結され、変換された往復運動を電気エネルギーに変換する。リンク機構2は、支点33,34において、スライド棒41,42と回転自在に連結され、スライド棒41,42は、発電機5に連結されている。また、スライド棒41,42は支点33と支点34とを結ぶ線上に配置されている。このため、支点33,34の往復運動は、このスライド棒41,42により発電機5に伝達される。発電機5は、支点33,34の往復運動(スライド棒41,42の往復運動)を電気エネルギーに変換する。これにより、支点31,32の往復運動を、リンク機構2を介して電気エネルギーに変換できる。この発電機5には、例えば、スライド棒41,42の先端に連動するように配置された磁石と、その周辺に配置されたコイルとにより構成された発電機5を用いる。また、この発電機5は、スライド棒41,42の往復運動スライダクランク機構により回転運動に変換し、この回転運動を電気エネルギーに変換する周知の発電機であってもよい。
また、発電機5には、電力貯蓄装置(図示せず。例えばバッテリー)に接続されている。このため、変換された電気エネルギーが電力貯蓄装置に貯蓄される。発電機5は電力貯蓄装置に直接接続されてもよいが、送電線に接続され電力輸送システムにより電力を輸送してもよい。
以上のように、この実施形態に係る流体力発電装置は、円柱11,12が流体の流れを受けて振動することにより、発電を行うことができる。
なお、この実施形態では、円柱11,12から延在する支柱15,16に支持部66及びリンク機構2が連結しているが、支持部66及びリンク機構2が円柱11,12に直接連結する構成であってもよい。

【0025】
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る流体力発電装置について説明する。この第2の実施形態に係る流体力発電装置は、第1の実施形態に係る流体力発電装置とその構成要素とほぼ同じであるが、リンク機構200が2つのリンクで構成されている点で相違している。この相違点について説明する。図4~図6に、この発明の第2の実施形態に係る流体力発電装置を示す。図4は第2の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。図5は第2の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す正面図である。図6は第2の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す側面図である。
図4~図6に示すように、第2の実施形態に係る流体力発電装置は、リンク機構200が2つのリンク25,26で構成され、支点35,36がこれらのリンク25,26に連結されている。また、支点35,36は第1の実施形態と同様に往復運動をするように構成されている(第1の実施形態の支点31,32と同じ)。さらに、リンク25,26は、支点35と支点36とを結ぶ線上にほぼ沿うように配置され、その一端が発電機に連結されている(つまり、リンク機構200は、円柱11,12から延在する支柱15,16と発電機51とを連結させる連結節として構成されている。)。このため、円柱11,12の自励振動による支点35,36の振動運動は、支点31と支点32とを結ぶ線上にほぼ沿う往復運動に変換される。この往復運動は、リンク25,26に連結された発電機により電気エネルギーに変換される。これにより、より容易な構成で円柱の自励振動を用いて発電することができる。
なお、リンク機構200の構成は、第1の実施形態で説明したスライド棒41,42と発電機5との構成とその構成は同様のものである。

【0026】
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る流体力発電装置について説明する。この第3の実施形態に係る流体力発電装置は、第1の実施形態に係る流体力発電装置のリンク機構2と第2の実施形態に係る流体力発電装置のリンク機構200とを備える。図7~図9に、この発明の第3の実施形態に係る流体力発電装置を示す。図7は第3の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。図8は第3の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す正面図である。図9は第3の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す側面図である。
図7~図9に示すように、この第3の実施形態に係る流体力発電装置は、支点31,32にリンク機構2が連結されている。このリンク機構2は、第1の実施形態と同様の構成であり、4つのリンク21,22,23,24で構成され、これらのリンクは、支点31,32,33,34により連結されている。この支点31,32,33,34も第1の実施形態と同様の構成である。また、支点351,361が設けられ、これらの支点351,361にもリンク機構200が連結されている。このリンク機構200は、第2の実施形態と同様の構成であり、2つのリンク25,26で構成され、その一端が支点31,32に連結されるとともに、リンク25,26のその他端が発電機に連結されている。つまり、第3の実施形態に係る流体力発電装置は、リンク機構2及びリンク機構200を介して2つの発電機を備えている。リンク機構2は、支点31,32の振動方向と異なる方向(支点31と支点32を結ぶ線にほぼ直交する方向)の往復運動に支点31,32の振動を変換し、リンク機構200は、支点31,32の振動方向とほぼ同じ方向の往復運動に変換する。このため、2つの発電機は、2つの方向の往復運動を電気エネルギーに変換できる。この実施形態に係る流体力発電装置は、第1の実施形態と異なり、リンク機構2の変形方向に関係することなく流体の流れのエネルギーを電気エネルギーに変換できる。

【0027】
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る流体力発電装置について説明する。この第4の実施形態に係る流体力発電装置は、第1の実施形態に係る流体力発電装置とその構造はほぼ同じであるが、さらに浮体構造を備える点で第1の実施形態と相違している。図10~図12に、この発明の第4の実施形態に係る流体力発電装置を示す。図10は第4の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。図11は第4の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す正面図である。図12は第4の実施形態に係る流体力発電装置の海洋での使用状態を示す側面図である。
図10~図12に示すように、第4の実施形態に係る流体力発電装置は、支持部66を支える浮体構造体7を備えている。この浮体構造体7は、流体に浮く構造体であり、具体的には、流体力発電装置(例えば、第1の実施形態に係る流体力発電装置)が海洋に設置された場合に、この流体力発電装置を洋上に浮揚させるための構造体である。例えば、中空の板状体である。この発明で用いる円柱11,12には浮力が作用するので、円柱11,12によりこの流体力発電装置を界面に浮揚させることができるが、この浮体構造体7を設けることにより、より自励振動しやすい形状(例えば、円柱の直径)に円柱11,12を変更したり、材質(例えば、単位長さあたりの質量)を変更したりすることができる。したがって、円柱11,12の設計の自由度が高まる。また、台風等の悪天時において流体力発電装置が接地された海洋等で大きな波浪が生じ、この結果、流体力発電装置に大きな波力が加わることが想定されるが、この浮体構造体7を設けることにより、この流体力発電装置の安定性をより高めることができる。
また、浮体構造体7は、第1の実施形態で説明した支持部66(連結棒)と同様に、この実施形態に係る流体力発電装置を一定の位置に固定するための構造体に固定されて用いられている(図示せず)。一定の位置に固定するため、浮体構造体7をワイヤに固定し海底に係留して用いる。なお、海底に建てた柱等の構造体に直接固定してもよく、浮体構造体7の固定は、第1の実施形態の支持部66で説明したのと同様の手段で達成すればよい。

【0028】
また、この第4の実施形態に係る流体力発電装置は、浮体構造体7と支持部66(連結棒)とが一体に構成されてもよい。図13~図15に、第4の実施形態の変形例を示す。図13は第4の実施形態に係る変形例の斜視図である。図14は第4の実施形態に係る変形例の海洋での使用状態を示す正面図である。図15は第4の実施形態に係る変形例の海洋での使用状態を示す側面図である。
図13~図15に示すように、浮体構造体7に貫通孔が設けられ、この貫通孔に支持部66に相当する構造体が配置されている。つまり、浮体構造体7は、円柱11,12の間隔と同じ間隔で配置された貫通孔を備え、この貫通孔の側面で、円柱11,12が揺動可能に支持している。支柱15,16を揺動可能とするため、この貫通孔の大きさは、支柱15,16の振動する範囲を考慮して設ける。このように、浮体構造体7が支持部66と兼用させてもよい。

【0029】
以上の実施形態では、2つの円柱を備える流体力発電装置について説明したが、これらを連結して用いたり、複数の流体力発電装置を互いに電気的に接続して発電容量を大きくして用いてもよい。例えば、図16に示すように、流体に対して直交するように配置された3つの円柱と2つのリンク機構とを備える流体力発電装置であってもよい。図16は3つの円柱と2つのリンク機構とを備える流体力発電装置の海洋での使用状態を示す正面図である。図16に示す流体力発電装置では中央にある円柱111は常に隣の円柱と逆方向に振動するので、円柱111は流体の流れを受けて、円柱111の両側に並んで配置されている円柱11,12とともに自励振動を行う。この場合、円柱111と円柱11の間,あるいは円柱111と円柱12の間の自励振動を電気エネルギーに変換する。このように、この発明の流体力発電装置は、円柱が2つの場合に限られない。つまり、この発明の流体力発電装置は、少なくとも2つの円柱を備ええればよい。
また、2つの流体力発電装置を互いに平行に配置し、一方向からくる潮流を複数の流体力発電装置で電気エネルギーに変換してもよい。また、例えば、浮体構造体7に太陽光発電ユニットを設置したりして、風力発電や太陽光発電と併用して用いてもよい。

【0030】
以上の実施形態で示した種々の特徴は、互いに組み合わせることができる。1つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合、そのうちの1又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、この発明に採用することができる。
【符号の説明】
【0031】
1,11,12 円柱(円柱体又は振動体)
111 円柱
15,16 支柱
2 リンク機構
21,22,23,24,25,26 リンク
31,32,33,34,35,36 支点(第1の支点)
311,321,351,361 補助支点
41,42 スライド棒
5,51,52 発電機
61,62 支点(第2の支点)
311,321 支点(第3の支点)
66 支持部(連結棒)
7 浮体構造体
91,92 円柱の振動方向
93,94 支点の振動方向
95,96 スライド棒の振動方向
99 流体(海水)の流れの方向
990 海水面の位置
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7
【図9】
8
【図10】
9
【図11】
10
【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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