JP2011106434A - Ocean energy power generation device and storage device using the same - Google Patents

Ocean energy power generation device and storage device using the same Download PDF

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Hidemi Rikuta
秀実 陸田
Yoshikazu Tanaka
義和 田中
Kenta Kawakami
健太 川上
Keitaro Matsumura
啓太郎 松村
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Hiroshima University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ocean energy power generation device and a storage device using the same, obtaining electric energy from various ocean energy such as a tidal current and a tide. <P>SOLUTION: The ocean energy power generation device 1 includes: an inner elastic plate 11 formed of flexible elastic raw material; a pair of piezoelectric films 12a, 12b for holding the inner elastic plate 11 between them; and a pair of outer elastic plates 13a, 13b formed of flexible elastic raw material to hold the pair of piezoelectric films between them. The pair of piezoelectric films 12a, 12b are respectively separated from a neutral axis of the ocean energy power generation device 1, and when the ocean energy power generation device 1 bends, the pair of piezoelectric films 12a, 12b are respectively separated from the neutral axis of the ocean energy power generation device 1 and bent to generate power. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は海洋エネルギー発電デバイス及びこれを用いた蓄電装置に関する。   The present invention relates to a marine energy power generation device and a power storage device using the same.

近年、エネルギー需要の増大と地球温暖化が問題となっており、それに伴って太陽光発電や風力発電等、自然エネルギー源を利用した発電について更なる研究が続けられている。また、海洋の流れも時間・空間的に無尽蔵に存在する安定的な自然エネルギー源として期待できるものであり、このような海洋エネルギーの有効活用が望まれている。   In recent years, increase in energy demand and global warming have become a problem, and accompanying this, further research on power generation using natural energy sources such as solar power generation and wind power generation has been continued. In addition, the ocean current can be expected as a stable natural energy source that is inexhaustible in time and space, and effective utilization of such ocean energy is desired.

海洋エネルギーの有効活用としては、これまで種々のタイプの潮流発電、波力発電、潮汐発電が提案、研究が行われてきた。しかしながら、これらの海洋エネルギーを用いる発電は、太陽光発電や風力発電に比べ、発電効率、経済性、安全性、景観、コスト等の面で課題が多く、本格的な実用化は困難な状況にある。   Various types of tidal power generation, wave power generation, and tidal power generation have been proposed and studied for effective use of ocean energy. However, power generation using these marine energies has many problems in terms of power generation efficiency, economy, safety, landscape, cost, etc. compared to solar power generation and wind power generation, and it is difficult to put it into full-scale practical use. is there.

このような自然エネルギーを電気エネルギーへ変換可能な素子や装置等について、種々の研究開発がなされており、例えば、特許文献1では、圧電素子を用いた風力発電モジュールが開示されている。特許文献1では、受風板の一端が基台に固定され、他端(自由端)に柔軟なリボン形の布材やフィルム材からなる吹き流し部材が取り付けられている。そして、受風板の両面に圧電素子が固定されており、吹き流し部材が様々な方角からの風を受けて自由にバタつき、それが受風板に伝わることで、圧電素子からの発電を促進させている。   Various researches and developments have been made on elements and devices that can convert such natural energy into electric energy. For example, Patent Document 1 discloses a wind power generation module using a piezoelectric element. In Patent Document 1, one end of a wind receiving plate is fixed to a base, and a blow-off member made of a flexible ribbon-shaped cloth material or film material is attached to the other end (free end). And the piezoelectric element is fixed to both sides of the wind receiving plate, and the wind blower member receives the wind from various directions and flutters freely, and it is transmitted to the wind receiving plate, thereby promoting the power generation from the piezoelectric element. I am letting.

特開2009−24583号公報JP 2009-24583 A

特許文献1の風力発電モジュールでは、プラスチック板や金属薄板等、硬質弾性素材からなる板が受風板として用いられている。受風板が硬質弾性素材であるため、受風板に厚みがあると撓みにくくなり、圧電素子として柔軟な圧電フィルムを用いた場合には、圧電フィルムが歪みにくい。海洋にこの風力発電モジュールをそのまま配置しても、波等による揺らぎでは圧電フィルムの撓みが不十分となり、発電効率を高めることができないという問題がある。   In the wind power generation module of Patent Document 1, a plate made of a hard elastic material such as a plastic plate or a metal thin plate is used as the wind receiving plate. Since the wind receiving plate is a hard elastic material, it becomes difficult to bend when the wind receiving plate is thick, and when a flexible piezoelectric film is used as the piezoelectric element, the piezoelectric film is hardly distorted. Even if this wind power generation module is arranged as it is in the ocean, there is a problem that the piezoelectric film is not sufficiently bent due to fluctuations caused by waves or the like, and the power generation efficiency cannot be increased.

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潮流や潮汐等の種々の海洋エネルギーから電気エネルギーを得ることができる海洋エネルギー発電デバイス及びこれを用いた蓄電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above matters, and an object thereof is a marine energy power generation device capable of obtaining electrical energy from various marine energies such as tidal currents and tides, and a power storage device using the same Is to provide.

本発明に係る海洋エネルギー発電デバイスは、
海洋に設置され海洋エネルギーを電気エネルギーに変換する海洋エネルギー発電デバイスであって、
柔軟性弾性素材からなる内側弾性板と、
前記内側弾性板を狭持する一対の圧電フィルムと、
柔軟性弾性素材からなり前記一対の圧電フィルムを狭持する一対の外側弾性板と、を備え、
前記一対の圧電フィルムそれぞれが前記海洋エネルギー発電デバイスの中立軸から離間しており、前記海洋エネルギー発電デバイスが撓んだ際に前記一対の圧電フィルムそれぞれが前記海洋エネルギー発電デバイスの前記中立軸から離間して撓み発電する、ことを特徴とする。
The ocean energy power generation device according to the present invention,
A marine energy power generation device that is installed in the ocean and converts ocean energy into electrical energy,
An inner elastic plate made of a flexible elastic material;
A pair of piezoelectric films sandwiching the inner elastic plate;
A pair of outer elastic plates made of a flexible elastic material and sandwiching the pair of piezoelectric films, and
Each of the pair of piezoelectric films is separated from a neutral axis of the ocean energy power generation device, and each of the pair of piezoelectric films is separated from the neutral axis of the ocean energy power generation device when the ocean energy generation device is bent. And generating electricity by bending.

また、前記一対の外側弾性板の厚みがそれぞれ同じであることが望ましい。   Further, it is desirable that the pair of outer elastic plates have the same thickness.

また、前記柔軟性弾性素材がシリコンゴム、天然ゴムまたは合成ゴムであることが望ましい。   The flexible elastic material is preferably silicon rubber, natural rubber or synthetic rubber.

また、前記一対の圧電フィルム間の距離(δ)と前記海洋エネルギー発電デバイスの厚み(H)との関係が0.8<δ/H<1であることが望ましい。   The relationship between the distance (δ) between the pair of piezoelectric films and the thickness (H) of the ocean energy power generation device is preferably 0.8 <δ / H <1.

更に、前記一対の外側弾性板を狭持するように、一対以上の圧電フィルムと一対以上の外側弾性板が交互に積層されていてもよい。   Furthermore, a pair of or more piezoelectric films and a pair of or more outer elastic plates may be alternately laminated so as to sandwich the pair of outer elastic plates.

本発明に係る蓄電装置は、
上記いずれかの海洋エネルギー発電デバイスと、
前記海洋エネルギー発電デバイスに接続する整流器と、
前記整流器に接続する蓄電体と、を備える、ことを特徴とする。
The power storage device according to the present invention includes:
Any one of the above ocean energy power generation devices;
A rectifier connected to the ocean energy power generation device;
And a power storage unit connected to the rectifier.

本発明に係る海洋エネルギー発電デバイスでは、撓んだ際に内包されるそれぞれの圧電フィルムは中立軸から離間した状態で撓む。圧電フィルムが海洋エネルギー発電デバイスの中立軸から離間した状態で撓むことで、撓み発生時にはいずれの圧電フィルムも全面的に伸張或いは収縮するので、同一圧電フィルム内で生じる電圧が相殺されることなく、大きな電圧を発生させることができる。   In the ocean energy power generation device according to the present invention, each piezoelectric film contained when bent is bent in a state of being separated from the neutral axis. Since the piezoelectric film bends in a state of being separated from the neutral axis of the ocean energy power generation device, any piezoelectric film expands or contracts entirely when the bending occurs, so that the voltage generated in the same piezoelectric film is not canceled out. A large voltage can be generated.

海洋エネルギー発電デバイスの概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of an ocean energy power generation device. 海洋エネルギー発電デバイスの断面図である。It is sectional drawing of an ocean energy power generation device. 海洋エネルギー発電デバイスが撓んだときの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a state when an ocean energy power generation device bends. 海洋エネルギー発電デバイスが撓んだときの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a state when an ocean energy power generation device bends. 海洋エネルギー発電デバイスの配線を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wiring of an ocean energy power generation device. 海洋エネルギー発電デバイスの配線を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the wiring of an ocean energy power generation device. 海洋エネルギー発電デバイスの配線を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wiring of an ocean energy power generation device. 海洋エネルギー発電デバイスの配線を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the wiring of an ocean energy power generation device. 他の形態に係る海洋エネルギー発電デバイスの断面図である。It is sectional drawing of the ocean energy power generation device which concerns on another form. 蓄電装置の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of an electrical storage apparatus. 実施例1における出力電圧の測定結果である。3 is a measurement result of an output voltage in Example 1. 実施例1における出力電圧の測定結果である。3 is a measurement result of an output voltage in Example 1. 実施例2における電力測定結果である。It is an electric power measurement result in Example 2. FIG. (A)は、実施例3におけるCase1の海洋エネルギー発電デバイスが変形する様子を示す図、(B)は、実施例3におけるCase2の海洋エネルギー発電デバイスが変形する様子を示す図である。(A) is a figure which shows a mode that the ocean energy power generation device of Case1 in Example 3 deform | transforms, (B) is a figure which shows a mode that the marine energy power generation device of Case2 in Example 3 deform | transforms. 実施例3におけるCase3の海洋エネルギー発電デバイスが変形する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the ocean energy power generation device of Case3 in Example 3 deform | transforms. 実施例3におけるCase4の海洋エネルギー発電デバイスが変形する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the ocean energy power generation device of Case4 in Example 3 deform | transforms. 実施例3におけるCase1の出力電圧の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the output voltage of Case1 in Example 3. 実施例3におけるCase2の出力電圧の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the output voltage of Case2 in Example 3. 実施例4における円柱後流の乱流および渦エネルギーによって変形する海洋エネルギー発電デバイスの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the ocean energy power generation device which deform | transforms with the turbulent flow and eddy energy of a cylinder wake in Example 4. FIG. 実施例4における出力された起電力の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the electromotive force output in Example 4. FIG. 実施例5における出力電圧の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the output voltage in Example 5. FIG. 実施例5における蓄電電圧の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the electrical storage voltage in Example 5. FIG.

(海洋エネルギー発電デバイス)
海洋エネルギー発電デバイスについて、図を参照しつつ説明する。海洋エネルギー発電デバイスは、図1の分解斜視図、図2の断面図に示すように、内側弾性板11と、内側弾性板11を狭持する一対の圧電フィルム12a、12bと、一対の圧電フィルム12a、12bを狭持する一対の外側弾性板13a、13bから構成される。
(Ocean energy power generation device)
The ocean energy power generation device will be described with reference to the drawings. As shown in the exploded perspective view of FIG. 1 and the cross-sectional view of FIG. 2, the ocean energy power generation device includes an inner elastic plate 11, a pair of piezoelectric films 12a and 12b sandwiching the inner elastic plate 11, and a pair of piezoelectric films. It is comprised from a pair of outer side elastic board 13a, 13b holding 12a, 12b.

内側弾性板11、及び、外側弾性板13a、13bは、潮流等の海洋エネルギーによって柔軟に変形しやすいよう、撓みやすく伸縮性を備える柔軟性弾性素材から構成される。柔軟性弾性素材として、シリコンゴム、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。   The inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b are made of a flexible elastic material that is flexible and has elasticity so that it can be easily deformed flexibly by ocean energy such as tidal currents. Examples of the flexible elastic material include silicon rubber, natural rubber, and synthetic rubber.

また、外側弾性板13a、13bはそれぞれほぼ同じ厚みである。このため、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだ際に、中立軸は中央に配置される内側弾性板11に存在する。   The outer elastic plates 13a and 13b have substantially the same thickness. For this reason, when the ocean energy power generation device 1 is bent, the neutral axis is present on the inner elastic plate 11 disposed in the center.

圧電フィルム12a、12bはその歪みに応じて分極して電荷を発生し、発電する特性を備える。圧電フィルム12a、12bは、蒸着、スパッタリング或いは導電性ペーストなどによって両面に電極膜が形成されている。圧電フィルム12a、12bそれぞれの両面の電極膜にそれぞれ配線21a、21b、22a、22bが接続されており、この配線21a、21b、22a、22bから圧電フィルム12a、12bの歪みに応じて発生する電荷が取り出される。   The piezoelectric films 12a and 12b are polarized in accordance with the distortion to generate electric charge and generate electricity. The piezoelectric films 12a and 12b have electrode films formed on both surfaces by vapor deposition, sputtering, or conductive paste. Wirings 21a, 21b, 22a, and 22b are connected to the electrode films on both surfaces of the piezoelectric films 12a and 12b, respectively, and electric charges that are generated from the wirings 21a, 21b, 22a, and 22b according to the distortion of the piezoelectric films 12a and 12b. Is taken out.

海洋エネルギー発電デバイス1は、波等の揺らぎで圧電フィルム12a、12bを撓ませて、発電させるものゆえ、圧電フィルム12a、12bとして、柔軟な高分子材料からなる高分子圧電フィルム12a、12bが用いられる。例えば、ポリフッ化ビニリデンやシアン化ビニリデンを素材とする高分子圧電フィルムが挙げられる。   Since the ocean energy power generation device 1 generates power by bending the piezoelectric films 12a and 12b by fluctuations of waves or the like, the polymer piezoelectric films 12a and 12b made of a flexible polymer material are used as the piezoelectric films 12a and 12b. It is done. For example, a polymer piezoelectric film using polyvinylidene fluoride or vinylidene cyanide as a material can be used.

圧電フィルム12a、12bは、波等の揺らぎでも柔軟に撓みやすいよう、厚みが40〜110μmの超薄型であることが好ましい。超薄型の圧電フィルム12a、12bは、軽量で柔軟な機械的運動特性に加え、内側弾性板11、及び、外側弾性板13a、13bとの良好な接合性や所望の形に容易に加工できるという長所を備えている。   The piezoelectric films 12a and 12b are preferably ultra-thin with a thickness of 40 to 110 [mu] m so that the piezoelectric films 12a and 12b can be bent flexibly even by fluctuations such as waves. The ultra-thin piezoelectric films 12a and 12b can be easily processed into a desired shape and a good bondability with the inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b in addition to lightweight and flexible mechanical motion characteristics. It has the advantage of.

圧電フィルム12a、12bと内側弾性板11及び外側弾性板13a、13bとは、密着されていることが好ましい。圧電フィルム12a、12bと内側弾性板11及び外側弾性板13a、13bとが密着状態にあることで、内側弾性板11及び外側弾性板13a、13bの撓みによって圧電フィルム12a、12bの伸長、或いは圧縮が促進される。これにより、圧電フィルム12a、12bの発電効率が高められる。圧電フィルム12a、12bと内側弾性板11及び外側弾性板13a、13bとの密着は、シリコン系樹脂等の接着によるものでもよい。   The piezoelectric films 12a and 12b, the inner elastic plate 11, and the outer elastic plates 13a and 13b are preferably in close contact with each other. Since the piezoelectric films 12a and 12b are in close contact with the inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b, the piezoelectric films 12a and 12b are expanded or compressed by the bending of the inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b. Is promoted. Thereby, the electric power generation efficiency of piezoelectric film 12a, 12b is improved. The adhesion between the piezoelectric films 12a and 12b and the inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b may be based on adhesion of a silicon-based resin or the like.

また、海洋エネルギー発電デバイス1は、海中に設置されて使用されるものであり、圧電フィルム12a、12bと内側弾性板11及び外側弾性板13a、13bとが密着されることにより防水効果が高められ、圧電フィルム12a、12bの電極膜や配線の錆の防止のほか、耐久性の向上にも寄与する。   Moreover, the ocean energy power generation device 1 is installed and used in the sea, and the waterproof effect is enhanced by the close contact between the piezoelectric films 12a and 12b and the inner elastic plate 11 and the outer elastic plates 13a and 13b. In addition to preventing rusting of the electrode films and wirings of the piezoelectric films 12a and 12b, it also contributes to improving durability.

続いて、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだ状態について説明する。図3に、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだ状態の断面を示す。図中、一点破線は海洋エネルギー発電デバイス1の中立軸を示している。一対の外側弾性板13a、13bはそれぞれほぼ同じ厚みであるので、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだときに中立軸は内側弾性板11に存在する。そして、一対の圧電フィルム12a、12bは内側弾性板11を狭持した構造であるため、一対の圧電フィルム12a、12bは、いずれも海洋エネルギー発電デバイス1の中立軸から離間した状態で撓んでいる。   Next, the state where the ocean energy power generation device 1 is bent will be described. FIG. 3 shows a cross section in a state where the ocean energy power generation device 1 is bent. In the figure, the dashed line indicates the neutral axis of the ocean energy power generation device 1. Since the pair of outer elastic plates 13a and 13b have substantially the same thickness, the neutral axis exists in the inner elastic plate 11 when the ocean energy power generation device 1 is bent. And since a pair of piezoelectric film 12a, 12b is the structure which pinched | interposed the inner elastic board 11, all of a pair of piezoelectric film 12a, 12b are bent in the state spaced apart from the neutral axis of the ocean energy power generation device 1. .

図3のように、海洋エネルギー発電デバイス1が上方に突出して撓んだ場合では、上方に位置する圧電フィルム12aの両面はいずれも引っ張られるので、圧電フィルム12aは全面的に伸張する。一方、下方に位置する圧電フィルム12bの両面はいずれも押し縮められるので、圧電フィルム12bは全面的に収縮することになる。   As shown in FIG. 3, when the ocean energy power generation device 1 protrudes upward and bends, both sides of the piezoelectric film 12 a positioned above are pulled, so that the piezoelectric film 12 a extends entirely. On the other hand, since both surfaces of the piezoelectric film 12b positioned below are both compressed, the piezoelectric film 12b contracts entirely.

一方、中立軸に圧電フィルムが存在する場合、圧電フィルムの発電効率が低下する。これについて、図4を参照して説明する。図4は、一枚の圧電フィルム12を一対の外側弾性板13a、13bで狭持した構造の海洋エネルギー発電デバイス2が撓んだ状態の断面を示している。図中の一点破線は中立軸である。   On the other hand, when a piezoelectric film is present on the neutral axis, the power generation efficiency of the piezoelectric film is reduced. This will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a cross section in a state where the ocean energy power generation device 2 having a structure in which one piezoelectric film 12 is sandwiched between a pair of outer elastic plates 13a and 13b is bent. The dashed line in the figure is the neutral axis.

図4に示すように、中立軸に圧電フィルム12が存在している場合、圧電フィルム12の一方の面(図における上面)が伸長し、他方の面(図における下面)が収縮することになる。この場合、圧電フィルム12内に生じる電圧が相殺されることとなり、発電効率の低下をきたす。   As shown in FIG. 4, when the piezoelectric film 12 is present on the neutral axis, one surface (upper surface in the drawing) of the piezoelectric film 12 expands and the other surface (lower surface in the drawing) contracts. . In this case, the voltage generated in the piezoelectric film 12 is canceled out, resulting in a decrease in power generation efficiency.

このように、圧電フィルムを撓ませて発電させる場合、圧電フィルムの両面がともに伸張或いは圧縮されることが重要である。本実施の形態に係る海洋エネルギー発電デバイス1では、図3に示したように、一対の圧電フィルム12a、12bそれぞれが中立軸から離間した状態で撓むため、それぞれの圧電フィルム12a、12bは撓みつつも全面的に伸張歪み、或いは、収縮歪みを生じる。このため、圧電フィルム12a、12b内で生じる電圧が相殺されることなく、それぞれの圧電フィルム12a、12bから効率的に発電させることができる。   Thus, when power is generated by bending a piezoelectric film, it is important that both sides of the piezoelectric film are stretched or compressed. In the ocean energy power generation device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, each of the pair of piezoelectric films 12 a and 12 b bends in a state of being separated from the neutral axis. Therefore, each of the piezoelectric films 12 a and 12 b is bent. However, stretch distortion or contraction distortion occurs entirely. For this reason, it is possible to efficiently generate power from the respective piezoelectric films 12a and 12b without canceling out the voltages generated in the piezoelectric films 12a and 12b.

一対の圧電フィルム12a、12bはできるだけ離間していることが好ましい。圧電フィルム12a、12b間の距離が大きいほど、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだ際に、それぞれの圧電フィルム12a、12bが中立軸からより離間して、伸張或いは収縮するが、圧電フィルム12a、12bが中立軸から離間することで、その変形量は大きくなる。そして、圧電フィルム12a、12bは、変形量に応じた電荷を生じるので、中立軸から離間して大きく変形することにより、より大きな電圧を発生させることができるためである。   The pair of piezoelectric films 12a and 12b are preferably separated as much as possible. As the distance between the piezoelectric films 12a and 12b increases, when the ocean energy power generation device 1 is bent, the piezoelectric films 12a and 12b are further away from the neutral axis and expand or contract. When 12b is separated from the neutral shaft, the amount of deformation increases. This is because the piezoelectric films 12a and 12b generate charges according to the amount of deformation, and can generate a larger voltage by being greatly deformed away from the neutral axis.

例えば、図2に示すように、圧電フィルム12a、12b間の距離をδ、海洋エネルギー発電デバイス1の厚みをHとすると、0.8<δ/H<1であることが好ましい。δ/Hが0.8より小さいと、圧電フィルム12a、12bの撓みによる変形量が小さいので、発生する電荷が少なくなるためである。   For example, as shown in FIG. 2, when the distance between the piezoelectric films 12a and 12b is δ and the thickness of the ocean energy power generation device 1 is H, it is preferable that 0.8 <δ / H <1. This is because if δ / H is smaller than 0.8, the amount of deformation due to the bending of the piezoelectric films 12a and 12b is small, and the generated charge is reduced.

更に、海洋エネルギー発電デバイス1は2枚の圧電フィルム12a、12bを内包しているが、これらに接続する配線21a、21b、22a、22bは以下のように接続するとよい。   Furthermore, although the ocean energy power generation device 1 includes two piezoelectric films 12a and 12b, the wirings 21a, 21b, 22a, and 22b connected to these may be connected as follows.

図5のように、海洋エネルギー発電デバイス1が下方凸状に撓んでいる場合を考える。なお、ここでは、圧電フィルム12aおよび12bは、伸張したときにフィルムの下面が+極、上面が−極、一方で、収縮したときは、上面が+極、下面が−極となる分極特性を有しているとする。海洋エネルギー発電デバイス1が下方凸状に撓んでいる場合、上方に位置する圧電フィルム12aは、収縮しているので、分極が生じ、上面の電位が高くなり(上面が+極、下面が−極)、一方、下方に位置する圧電フィルム12bは、伸張しているので、分極が生じ、下面の電位が高くなる(下面が+極、上面が−極)。   Consider a case where the ocean energy power generation device 1 is bent downwardly as shown in FIG. Here, when the piezoelectric films 12a and 12b are stretched, the lower surface of the film has a + polarity and the upper surface is a negative electrode, and when contracted, the piezoelectric films 12a and 12b have a polarization characteristic that the upper surface is a positive electrode and the lower surface is a negative electrode. Suppose you have it. When the ocean energy power generation device 1 is bent in a downward convex shape, the piezoelectric film 12a positioned above is contracted, so that polarization occurs and the upper surface potential becomes higher (the upper surface is a + pole and the lower surface is a −pole). On the other hand, since the piezoelectric film 12b positioned below is stretched, polarization occurs and the potential of the lower surface increases (the lower surface is a + pole and the upper surface is a −pole).

圧電フィルム12aの上面の電極膜に接続する配線21aと圧電フィルム12bの下面の電極膜に接続する配線22aとを結線し、配線23aとする。一方、圧電フィルム12aの下面の電極膜に接続する配線21bと圧電フィルム12bの上面の電極膜に接続する配線22bとを結線し、配線23bとする。このように、海洋エネルギー発電デバイス1が撓んだ際に、圧電フィルム12a、12bそれぞれの電位が高くなる電極膜同士(+極になる電極膜同士)に接続する配線を結線するとよい。   A wiring 21a connected to the electrode film on the upper surface of the piezoelectric film 12a and a wiring 22a connected to the electrode film on the lower surface of the piezoelectric film 12b are connected to form a wiring 23a. On the other hand, the wiring 21b connected to the electrode film on the lower surface of the piezoelectric film 12a and the wiring 22b connected to the electrode film on the upper surface of the piezoelectric film 12b are connected to form a wiring 23b. As described above, when the ocean energy power generation device 1 is bent, it is preferable to connect the wirings that connect the electrode films whose potentials of the piezoelectric films 12a and 12b are high (electrode films that become the positive electrodes).

図6は、上記のように配線した場合の回路図を示している。上記のように配線することにより、図6の矢印で示すように、圧電フィルム12a、12bから出力される電流の向きを互いに一致させて取り出すことができるので、高い出力電圧を得られる。   FIG. 6 shows a circuit diagram when wiring is performed as described above. By wiring as described above, the directions of the currents output from the piezoelectric films 12a and 12b can be made to coincide with each other as shown by the arrows in FIG. 6, so that a high output voltage can be obtained.

一方で、図7に示すように、上記とは逆に配線21aと配線22bとを結線し、配線21bと配線22aとを結線した場合、図8の回路図に示すように、圧電フィルム12a、12bから出力される電流の向きが互いに逆になるので、電流が相殺されてしまい、出力電圧が低くなるため好ましくない。このように、圧電フィルムの特性を把握し、配線することが、発電する上で重要である。   On the other hand, as shown in FIG. 7, when the wiring 21a and the wiring 22b are connected contrary to the above and the wiring 21b and the wiring 22a are connected, as shown in the circuit diagram of FIG. Since the directions of the currents output from 12b are opposite to each other, the currents are canceled out and the output voltage is lowered, which is not preferable. As described above, it is important for grasping the characteristics of the piezoelectric film and wiring to generate power.

図9は、他の形態に係る海洋エネルギー発電デバイス3の断面構造を示している。海洋エネルギー発電デバイス3は、上述した海洋エネルギー発電デバイス1に加え、一対の圧電フィルム14a、14bと一対の外側弾性板15a、15bを備えている。   FIG. 9 shows a cross-sectional structure of the ocean energy power generation device 3 according to another embodiment. The ocean energy power generation device 3 includes a pair of piezoelectric films 14a and 14b and a pair of outer elastic plates 15a and 15b in addition to the ocean energy power generation device 1 described above.

一対の外側弾性板13a、13bを狭持して一対の圧電フィルム14a、14bが積層されている。そして、一対の圧電フィルム14a、14bを狭持して一対の外側弾性板15a、15bが積層されている。   A pair of piezoelectric films 14a and 14b are stacked while sandwiching a pair of outer elastic plates 13a and 13b. A pair of outer elastic plates 15a and 15b are stacked while sandwiching the pair of piezoelectric films 14a and 14b.

一対の外側弾性板15a、15bはそれぞれ同じ素材、同じ厚みとすることで、海洋エネルギー発電デバイス3は、内側弾性板11の中心軸を中立軸として撓むことになる。このため、4枚の圧電フィルム12a、12b、14a、14bは、それぞれ中立軸から離間した状態で撓む。これにより、4枚の圧電フィルム12a、12b、14a、14bは撓みつつもそれぞれ全面的に伸張歪み、或いは、収縮歪みを生じる。従って、同一圧電フィルム内において発生電圧が相殺されることがないので、それぞれの圧電フィルム12a、12b、14a、14bから効率的に発電させることができる。   By setting the pair of outer elastic plates 15a and 15b to the same material and the same thickness, the ocean energy power generation device 3 bends with the central axis of the inner elastic plate 11 as a neutral axis. For this reason, the four piezoelectric films 12a, 12b, 14a, and 14b bend while being separated from the neutral shaft. As a result, the four piezoelectric films 12a, 12b, 14a, and 14b are each subjected to an expansion strain or a contraction strain entirely while being bent. Accordingly, the generated voltage is not canceled out in the same piezoelectric film, so that power can be efficiently generated from each of the piezoelectric films 12a, 12b, 14a, and 14b.

なお、更に一対以上の圧電フィルムと一対以上の外側弾性板を同様に交互に積層した構造であってもよい。   Further, a structure in which a pair of or more piezoelectric films and a pair of or more outer elastic plates are alternately laminated may be used.

(蓄電装置)
図10を参照して、蓄電装置について説明する。蓄電装置5は、海洋エネルギー発電デバイス4と、海洋エネルギー発電デバイス3に接続する整流器31と、整流器31に接続する蓄電体32とを備える。
(Power storage device)
A power storage device will be described with reference to FIG. The power storage device 5 includes a marine energy power generation device 4, a rectifier 31 connected to the marine energy power generation device 3, and a power storage unit 32 connected to the rectifier 31.

海洋エネルギー発電デバイス4は、上述した海洋エネルギー発電デバイス1、3が用いられる。   As the ocean energy power generation device 4, the above-described ocean energy power generation devices 1 and 3 are used.

整流器31は、海洋エネルギー発電デバイス4から出力される電流(交流)を整流して蓄電体32に送るものである。整流器31は、所謂全波整流器であり、整流素子としてダイオードが4つ用いられ、4つのダイオードでブリッジ状に整流回路を構成しており、海洋エネルギー発電デバイス3から発生した交流が無駄なく蓄電体32に送られる。   The rectifier 31 rectifies the current (alternating current) output from the ocean energy power generation device 4 and sends it to the power storage unit 32. The rectifier 31 is a so-called full-wave rectifier, and four diodes are used as rectifier elements, and a rectifier circuit is formed by four diodes in a bridge shape, so that the AC generated from the ocean energy power generation device 3 can be stored without waste. 32.

蓄電体32は、整流器31を経て流れてくる電荷を蓄積するものである。蓄電体32として、種々の蓄電池やキャパシタ等が用いられる。   The power storage unit 32 accumulates the electric charge flowing through the rectifier 31. As the power storage unit 32, various storage batteries, capacitors, and the like are used.

上記の構成により、海洋エネルギー発電デバイス4が波エネルギー等により撓んで、内部にある圧電フィルムの撓み歪みで生じる電荷が整流器31を経て効率的に蓄電体32に蓄電される。   With the above configuration, the ocean energy power generation device 4 is bent by wave energy or the like, and the electric charge generated by the bending distortion of the piezoelectric film inside is efficiently stored in the power storage unit 32 via the rectifier 31.

圧電フィルムが海洋エネルギー発電デバイスの中立軸に存在している場合、及び、圧電フィルムが海洋エネルギー発電デバイスの中立軸から離間して存在している場合ついて、それぞれの海洋エネルギー発電デバイスを振動させて、海洋エネルギー発電デバイスから出力される電圧について検証した。   When the piezoelectric film exists on the neutral axis of the ocean energy power generation device and when the piezoelectric film exists apart from the neutral axis of the ocean energy power generation device, the respective ocean energy power generation devices are vibrated. The voltage output from the ocean energy power generation device was verified.

圧電フィルムとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(厚み110μm)(呉羽化学株式会社製)、内側弾性板及び外側弾性板としてシリコンシートを用いて、海洋エネルギー発電デバイスを作成した。作成した海洋エネルギー発電デバイスは、圧電フィルム間距離(内側弾性板の厚み)δ=1mm、それぞれの外側弾性板の厚み0.5mm、海洋エネルギー発電デバイスの厚みH=約2mmである。以下、本実施例において、これを海洋エネルギー発電デバイスAと記す。   A marine energy power generation device was made using a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (thickness 110 μm) (made by Kureha Chemical Co., Ltd.) as a piezoelectric film, a silicon sheet as an inner elastic plate and an outer elastic plate. The created ocean energy power generation device has a distance between piezoelectric films (inner elastic plate thickness) δ = 1 mm, each outer elastic plate thickness 0.5 mm, and a marine energy power generation device thickness H = about 2 mm. Hereinafter, in this embodiment, this is referred to as a marine energy power generation device A.

また、参考例として、外側弾性板としてシリコンシート、圧電フィルムとして厚み110μmのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(呉羽化学株式会社製)を用い、1枚の圧電フィルムを一対の外側弾性板で狭持した構造の海洋エネルギー発電デバイスを作成した。作成した海洋エネルギー発電デバイスは、それぞれの外側弾性板の厚み0.5mm、海洋エネルギー発電デバイスの厚みH=約1mmである。以下、本実施例において、これを海洋エネルギー発電デバイスBと記す。   Also, as a reference example, a silicon sheet is used as the outer elastic plate, and a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) having a thickness of 110 μm is used as the piezoelectric film, and one piezoelectric film is formed with a pair of outer elastic plates. An ocean energy power generation device with a sandwiched structure was created. The created ocean energy power generation device has a thickness of 0.5 mm for each outer elastic plate and a thickness H of the ocean energy power generation device of about 1 mm. Hereinafter, in this embodiment, this is referred to as a marine energy power generation device B.

なお、いずれの海洋エネルギー発電デバイスA、Bも、長さ×幅はいずれも15.0cm×2.0cmである。   In addition, both the ocean energy power generation devices A and B have a length × width of 15.0 cm × 2.0 cm.

それぞれの海洋エネルギー発電デバイスA、Bの一端を加振器に接続し、周期的に振動を与え、海洋エネルギー発電デバイスA、Bの撓み変形を繰り返し生じさせ、発生する電圧を測定した。   One end of each ocean energy power generation device A, B was connected to a vibration exciter, periodically vibrated to repeatedly cause bending deformation of the ocean energy power generation devices A, B, and the generated voltage was measured.

図11にその結果を示す。また、図12に、図11の縦軸のレンジを拡大し、海洋エネルギー発電デバイスBからの発生電圧の経時変化を示す。圧電フィルムが海洋エネルギー発電デバイスの中立軸に存在している場合、最大でも0.04V程度である。圧電フィルムが中立軸に存在するため、圧電フィルムの一方の面が伸張し、他方の面が収縮するので、圧電フィルム内で電圧が相殺されてしまい、高い電圧を出力することができないことがわかる。   FIG. 11 shows the result. FIG. 12 shows the change over time in the voltage generated from the ocean energy power generation device B by expanding the range of the vertical axis in FIG. When the piezoelectric film exists on the neutral axis of the ocean energy power generation device, the maximum is about 0.04V. Since the piezoelectric film exists on the neutral axis, one surface of the piezoelectric film expands and the other surface contracts, so that the voltage is canceled in the piezoelectric film, and it is understood that a high voltage cannot be output. .

一方、海洋エネルギー発電デバイスAでは、図11に示すように、2枚の圧電フィルムは、それぞれ最大で10V以上の電圧を出力している。2枚の圧電フィルムはいずれも中立軸から離間して存在しているので、それぞれの圧電フィルムが全面的に伸張或いは収縮するため、圧電フィルム内で電圧が相殺されることなく、いずれの圧電フィルムからも高い電圧を発生させることができる。   On the other hand, in the ocean energy power generation device A, as shown in FIG. 11, the two piezoelectric films each output a voltage of 10 V or more at the maximum. Since each of the two piezoelectric films is separated from the neutral axis, each piezoelectric film expands or contracts entirely, so that no voltage is canceled in the piezoelectric film, and any piezoelectric film is Therefore, a high voltage can be generated.

一対の圧電フィルム間距離を異ならせた海洋エネルギー発電デバイスを作成し、それぞれの海洋エネルギー発電デバイスを2次元造波水槽内に設置して、一対の圧電フィルム間距離の相異による電力量について検証を行った。   Create ocean energy power generation devices with different distances between a pair of piezoelectric films, install each ocean energy power generation device in a two-dimensional wave tank, and verify the amount of electric power due to the difference in the distance between a pair of piezoelectric films Went.

圧電フィルムとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(厚み110μm)(呉羽化学株式会社製)、内側弾性板及び外側弾性板としてシリコンシートを用いて、海洋エネルギー発電デバイスを作成した。   A marine energy power generation device was made using a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (thickness 110 μm) (made by Kureha Chemical Co., Ltd.) as a piezoelectric film, a silicon sheet as an inner elastic plate and an outer elastic plate.

圧電フィルム間距離(内側弾性板の厚み)δ=5mm、それぞれの外側弾性板の厚み0.5mm、海洋エネルギー発電デバイス厚みのH=約6mm、δ/H≒0.83として作成した海洋エネルギー発電デバイスを、以下、海洋エネルギー発電デバイスCと記す。また、圧電フィルム間距離δ=1mm、それぞれの外側弾性板の厚み0.5mm、海洋エネルギー発電デバイスの厚みH=約2mm、δ/H≒0.5として作成した海洋エネルギー発電デバイスを、以下、海洋エネルギー発電デバイスDと記す。作成した2種類の海洋エネルギー発電デバイスC、Dの長さ×幅はいずれも28.5cm×4.0cmである。   Piezoelectric film distance (inner elastic plate thickness) δ = 5 mm, outer elastic plate thickness 0.5 mm, ocean energy power generation device thickness H = about 6 mm, and δ / H≈0.83 Hereinafter, the device is referred to as an ocean energy power generation device C. Further, a marine energy power generation device created with a distance between piezoelectric films δ = 1 mm, a thickness of each outer elastic plate 0.5 mm, a thickness H of the marine energy power generation device H = about 2 mm, and δ / H≈0.5, It is described as ocean energy power generation device D. The two types of created ocean energy power generation devices C and D each have a length × width of 28.5 cm × 4.0 cm.

また、用いた2次元造波水槽の仕様は、長さ×幅×高さ=8.0m×0.2m×0.6mである。   Moreover, the specification of the used two-dimensional wave-making water tank is length x width x height = 8.0 m x 0.2 m x 0.6 m.

2次元造波水槽のおよそ中央に、波の進行方向とPVDF接着面が直交するように海洋エネルギー発電デバイスC、Dを鉛直に配置し、下端を固定装置で固定した。海洋エネルギー発電デバイスC、Dは、固定部以外が外力により自由に変形することが可能である。   The marine energy power generation devices C and D were vertically arranged at approximately the center of the two-dimensional wave water tank so that the wave traveling direction and the PVDF bonding surface were orthogonal to each other, and the lower end was fixed by a fixing device. The ocean energy power generation devices C and D can be freely deformed by an external force except for the fixed portion.

造波装置により周期1s、波高5〜90mmの規則波を発生させ、それぞれ海洋エネルギー発電デバイスC、Dからの出力電圧をA/D変換機を経て計測した。   A regular wave having a period of 1 s and a wave height of 5 to 90 mm was generated by a wave making device, and output voltages from the ocean energy power generation devices C and D were measured through an A / D converter, respectively.

図13は、入射波mmと電力換算値mWの関係を示したものである。なお、この電力はA/D変換機の内部抵抗を考慮して換算したものである。   FIG. 13 shows the relationship between the incident wave mm and the power conversion value mW. This electric power is converted in consideration of the internal resistance of the A / D converter.

図13を見ると、いずれの海洋エネルギー発電デバイスC、Dにおいても、波高が大きいほど発電量が大きいことがわかる。そして、圧電フィルム間距離δが5mm(δ/H=0.83)の海洋エネルギー発電デバイスCでは、圧電フィルム間距離δが1mm(δ/H=0.5)の海洋エネルギー発電デバイスDに比べ、大幅に発電量が大きくなっている。海洋エネルギー発電デバイスCでは、一対の圧電フィルムがそれぞれ中立軸から大きく離間しているので、圧電フィルムの変形量が大きくなり、発電量が増加している。このように、圧電フィルム間距離δを大きくすることで電力量を大幅に向上させられることを実証した。   As can be seen from FIG. 13, in any of the ocean energy power generation devices C and D, the larger the wave height, the larger the power generation amount. The ocean energy power generation device C having a distance δ between piezoelectric films of 5 mm (δ / H = 0.83) is compared with the ocean energy power generation device D having a distance δ between piezoelectric films of 1 mm (δ / H = 0.5). The amount of power generation is greatly increased. In the ocean energy power generation device C, since the pair of piezoelectric films are largely separated from the neutral axis, the amount of deformation of the piezoelectric film increases and the amount of power generation increases. Thus, it was demonstrated that the amount of electric power can be significantly improved by increasing the distance δ between the piezoelectric films.

波浪・砕波エネルギーによる海洋エネルギー発電デバイスの発電について検証を行った。   We verified the power generation of ocean energy power generation device by wave and breaking wave energy.

圧電フィルムとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(厚み110μm)(呉羽化学株式会社製)、内側弾性板及び外側弾性板としてシリコンシートを用いて、海洋エネルギー発電デバイスを作成した。作成した海洋エネルギー発電デバイスは、圧電フィルム間距離(内側弾性板の厚み)δ=5mm、各外側弾性板の厚み0.5mm、デバイスの厚みH=6mm、長さ28.5cm、幅4cmである。この海洋エネルギー発電デバイスを、以下、海洋エネルギー発電デバイスEと記す。   A marine energy power generation device was made using a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (thickness 110 μm) (made by Kureha Chemical Co., Ltd.) as a piezoelectric film, a silicon sheet as an inner elastic plate and an outer elastic plate. The created ocean energy power generation device has a distance between piezoelectric films (inner elastic plate thickness) δ = 5 mm, each outer elastic plate thickness 0.5 mm, device thickness H = 6 mm, length 28.5 cm, and width 4 cm. . Hereinafter, this ocean energy power generation device is referred to as ocean energy power generation device E.

水槽に潜堤(天端高30cm、天端幅39cm、天端水深6.5cm)を設置し、海洋エネルギー発電デバイスEを、潜堤の波上側(Case1)及び波下側(Case2)からそれぞれ5cm離れた場所に、下端を固定し直立に設置した。   A submerged dike (top height 30cm, top width 39cm, top water depth 6.5cm) is installed in the aquarium, and the ocean energy power generation device E is connected to the submerged dike from the wave upper side (Case 1) and wave lower side (Case 2), respectively. The lower end was fixed and placed upright at a location 5 cm away.

そして、一様水深36.5cm、入射波高8cm、波周期1sの条件で波を起こし、潜堤によって強制的に砕波現象を発生させた。   A wave was generated under the conditions of a uniform water depth of 36.5 cm, an incident wave height of 8 cm, and a wave period of 1 s, and a wave breaking phenomenon was forcibly generated by the submerged dike.

また、同様の海洋エネルギー発電デバイスEを潜堤の波上上端部に水平に片持ち支持(支持点:没水深6.5cm、波上側上端部から5cm)させた場合(Case3)についても行った。   The same ocean energy power generation device E was also cantilevered horizontally (support point: submerged depth 6.5 cm, 5 cm from the wave upper edge) (Case 3). .

また、潜堤を設置しない場合(Case4)についても、海洋エネルギー発電デバイスEの下端を水槽に固定し直立に設置して行った。   Moreover, also when not installing a submerged dike (Case4), the lower end of the ocean energy power generation device E was fixed to the water tank and installed upright.

図14(A)はCase1の場合、図14(B)はCase2の場合における、潜堤周辺の渦・流れ・砕波によって海洋エネルギー発電デバイスEが変形する様子を示したものである。図14(A)を見ると、Case1の場合、砕波前であるが、天端上の水平流れによって波下側に海洋エネルギー発電デバイスEが大きく変形していることがわかる。また、図14(B)を見ると、Case2の場合、砕波に伴う連行気泡と水平渦によって波下側に海洋エネルギー発電デバイスEが大きく変形していることがわかる。   FIG. 14 (A) shows the case of Case 1 and FIG. 14 (B) shows the state of the ocean energy power generation device E being deformed by vortices, flows, and breaking waves around the submerged levee. 14A shows that in the case of Case 1, the ocean energy power generation device E is greatly deformed on the wave lower side due to the horizontal flow on the top end, before the wave breaking. 14B, in Case 2, it can be seen that the ocean energy power generation device E is greatly deformed on the wave lower side due to entrained bubbles and horizontal vortices associated with breaking waves.

更に、図15を見ると、Case3の場合、砕波前であるが、波動運動によって海洋エネルギー発電デバイスEの自由端が上下に大きく変形していることがわかる。   Furthermore, when FIG. 15 is seen, in Case3, it is before wave breaking, but it turns out that the free end of the ocean energy power generation device E is greatly deformed up and down by wave motion.

また、図16を見ると、Case4の場合、海洋エネルギー発電デバイスEは没水と冠出を繰り返しながら大きく変形していることがわかる。   Moreover, when FIG. 16 is seen, in the case of Case4, it turns out that the ocean energy power generation device E is deform | transforming greatly, repeating submergence and protrusion.

海洋エネルギー発電デバイス設置位置における渦・流れ・砕波現象に応じて、海洋エネルギー発電デバイスEはそれぞれ撓み変形を生じた。そして、出力される電圧は、渦・流れ・砕波現象に応じた特徴的な起電力波形となっていた。これらのことから、いずれの流体場であっても海洋エネルギー発電デバイスは柔軟に変形し、波エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能であることがわかる。   In response to the vortex, flow, and wave breaking phenomena at the position where the ocean energy power generation device is installed, the ocean energy power generation device E is bent and deformed. The output voltage has a characteristic electromotive force waveform corresponding to the vortex, flow, and breaking wave phenomena. From these, it can be seen that the ocean energy power generation device can be flexibly deformed and convert wave energy into electrical energy in any fluid field.

なお、図17は、Case1における海洋エネルギー発電デバイスEから発生した出力電圧の経時変化、図18は、Case2における海洋エネルギー発電デバイスEから発生した出力電圧の経時変化を示している。これらの起電力波形を積分し、平均電力値(mW)に換算すると、Case1の場合0.0578mW、Case2の場合0.0394mW、Case3の場合0.0589mW、Case4の場合0.0557mWであった。   Note that FIG. 17 shows a change with time of the output voltage generated from the ocean energy power generation device E in Case 1, and FIG. 18 shows a change with time of the output voltage generated from the ocean energy power generation device E in Case 2. When these electromotive force waveforms were integrated and converted into an average power value (mW), it was 0.0578 mW for Case 1, 0.0394 mW for Case 2, 0.0589 mW for Case 3, and 0.0557 mW for Case 4.

なお、用いた本海洋エネルギー発電デバイスのサイズであれば、1波長当たり50〜100個程度は設置可能であることを考慮すると、波の理論エネルギーに対して、14〜27%の発電効率(1個当たり役0.27%)と推定される。   If the size of the ocean energy power generation device used is about 50 to 100 per wavelength, it can be installed at a power generation efficiency of 14 to 27% (1 It is estimated that the role per piece is 0.27%.

一様流場の上流側に円柱体(Bluff body)を固定し、その後流において生成される乱流・渦場によって、海洋エネルギー発電デバイスを変形させた場合の発電特性について検証を行った。これは、潮流・渦による発電に関わる検証である。   A cylindrical body (Bluff body) was fixed upstream of the uniform flow field, and the power generation characteristics when the ocean energy power generation device was deformed by the turbulent flow / vortex field generated in the subsequent flow were verified. This is verification related to power generation by tidal currents and eddies.

圧電フィルムとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(厚み110μm)(呉羽化学株式会社製)、内側弾性板及び外側弾性板としてシリコンシートを用いて、海洋エネルギー発電デバイスを作成した。作成した海洋エネルギー発電デバイスは、圧電フィルム間距離(内側弾性板の厚み)δ=5mm、各外側弾性板の厚み0.5mm、デバイスの厚みH=6mm、長さ28.5cm、幅4cmである。この海洋エネルギー発電デバイスを、以下、海洋エネルギー発電デバイスFと記す。   A marine energy power generation device was made using a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (thickness 110 μm) (made by Kureha Chemical Co., Ltd.) as a piezoelectric film, a silicon sheet as an inner elastic plate and an outer elastic plate. The created ocean energy power generation device has a distance between piezoelectric films (inner elastic plate thickness) δ = 5 mm, each outer elastic plate thickness 0.5 mm, device thickness H = 6 mm, length 28.5 cm, and width 4 cm. . Hereinafter, this ocean energy power generation device is referred to as ocean energy power generation device F.

円柱体の直径は11.5cm、一様流速は0.74m/sec、円柱体と海洋エネルギー発電デバイスFとの距離は19cm、レイノルズ数は8.51×10である。 The cylinder has a diameter of 11.5 cm, a uniform flow velocity of 0.74 m / sec, a distance between the cylinder and the ocean energy power generation device F of 19 cm, and a Reynolds number of 8.51 × 10 4 .

図19に、円柱後流の乱流および渦エネルギーによって変形する海洋エネルギー発電デバイスFの様子を示す。また、図20に、海洋エネルギー発電デバイスFから出力された起電力の経時変化を示したものである。   FIG. 19 shows a state of the ocean energy power generation device F that is deformed by the turbulent flow and vortex energy in the wake of the cylinder. FIG. 20 shows a change with time of the electromotive force output from the ocean energy power generation device F.

図19、20から、柔軟な海洋エネルギー発電デバイスFは、円柱後流の乱流・渦エネルギーによっても、準周期的に変形を繰り返し、その結果として、大きな出力電圧を発生させていることがわかる。従って、乱流・渦エネルギーによっても、海洋エネルギー発電デバイスFは発電できることを立証した。   19 and 20, it can be seen that the flexible ocean energy power generation device F repeatedly deforms quasi-periodically due to the turbulent / vortex energy in the wake of the cylinder, and as a result, generates a large output voltage. . Therefore, it was proved that the ocean energy power generation device F can generate power even by turbulent flow / eddy energy.

図10に示す蓄電装置5を構成し、海洋エネルギー発電デバイスから生じる電力の蓄電を試みた。圧電フィルムとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)製圧電フィルム(厚み80μm)(呉羽化学株式会社製)、内側弾性板及び外側弾性板としてシリコンシートを用いて、海洋エネルギー発電デバイスを作成した。作成した海洋エネルギー発電デバイスは、圧電フィルム間距離(内側弾性板の厚み)δ=約1mm、各外側弾性板の厚み0.5mm、デバイス厚みH=約2mm、長さ約17cm、幅約1.7cmである。この海洋エネルギー発電デバイスを、以下、海洋エネルギー発電デバイスGと記す。蓄電体として、コンデンサを用いた。   The power storage device 5 shown in FIG. 10 was configured to attempt to store power generated from the ocean energy power generation device. A marine energy power generation device was prepared using a polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film (80 μm thickness) (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) as a piezoelectric film and a silicon sheet as an inner elastic plate and an outer elastic plate. The created ocean energy power generation device has a distance between piezoelectric films (inner elastic plate thickness) δ = about 1 mm, each outer elastic plate thickness 0.5 mm, device thickness H = about 2 mm, length about 17 cm, width about 1. 7 cm. Hereinafter, this ocean energy power generation device is referred to as ocean energy power generation device G. A capacitor was used as the power storage unit.

図21は、海洋エネルギー発電デバイスGからの出力電圧の経時変化、図22は、蓄電電圧の経時変化を示している。図22からわかるように、時間経過とともに蓄電できることがわかる。したがって、この蓄電装置を海洋に設置することにより、小規模〜大規模発電施設を整備することが可能である。   FIG. 21 shows the change with time of the output voltage from the ocean energy power generation device G, and FIG. 22 shows the change with time of the stored voltage. As can be seen from FIG. 22, it can be stored with time. Therefore, by installing this power storage device in the ocean, it is possible to improve a small-scale to large-scale power generation facility.

本発明に係る海洋エネルギー発電デバイスは、柔軟性弾性素材からなる内側弾性板を一対の柔軟な圧電フィルムで狭持し、更に、一対の圧電フィルムを柔軟性弾性素材からなる外側弾性板が狭持する構成である。いずれの圧電フィルムも、海洋エネルギー発電デバイスの中立軸から離間して撓み変形するので、いずれの圧電フィルムも全面的に伸張或いは収縮することになり、圧電フィルム内における発生電圧が相殺されず、高い電圧が出力される。そして、海洋エネルギー発電デバイスは柔軟性に富むため、潮流や潮汐等の種々の海洋エネルギーを受けて柔軟に撓み変形し発電するので、海洋における設置場所を選ぶことなく、種々の海洋エネルギーを利用する発電施設等に利用可能である。   In the ocean energy power generation device according to the present invention, an inner elastic plate made of a flexible elastic material is sandwiched between a pair of flexible piezoelectric films, and further, an outer elastic plate made of a flexible elastic material is held between the pair of piezoelectric films. It is the structure to do. Since any piezoelectric film is bent and deformed away from the neutral axis of the ocean energy power generation device, any piezoelectric film will be stretched or shrunk entirely, and the generated voltage in the piezoelectric film will not be canceled out and is high. Voltage is output. And since the ocean energy power generation device is very flexible, it receives various ocean energy such as tidal currents and tidal waves, flexibly deforms and generates electricity, so it uses various ocean energy without choosing the installation location in the ocean. It can be used for power generation facilities.

1 海洋エネルギー発電デバイス
2 海洋エネルギー発電デバイス
3 海洋エネルギー発電デバイス
4 海洋エネルギー発電デバイス
5 蓄電装置
11 内側弾性板
12 圧電フィルム
12a 圧電フィルム
12b 圧電フィルム
13a 外側弾性板
13b 外側弾性板
14a 圧電フィルム
14b 圧電フィルム
15a 外側弾性板
15b 外側弾性板
21a 配線
21b 配線
22a 配線
22b 配線
23a 配線
23b 配線
31 整流器
32 蓄電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ocean energy power generation device 2 Ocean energy power generation device 3 Ocean energy power generation device 4 Ocean energy power generation device 5 Power storage device 11 Inner elastic board 12 Piezoelectric film 12a Piezoelectric film 12b Piezoelectric film 13a Outer elastic board 13b Outer elastic board 14a Piezoelectric film 14b Piezoelectric film 15a Outer elastic plate 15b Outer elastic plate 21a Wiring 21b Wiring 22a Wiring 22b Wiring 23a Wiring 23b Wiring 31 Rectifier 32 Power storage unit

Claims (6)

海洋に設置され海洋エネルギーを電気エネルギーに変換する海洋エネルギー発電デバイスであって、
柔軟性弾性素材からなる内側弾性板と、
前記内側弾性板を狭持する一対の圧電フィルムと、
柔軟性弾性素材からなり前記一対の圧電フィルムを狭持する一対の外側弾性板と、を備え、
前記一対の圧電フィルムそれぞれが前記海洋エネルギー発電デバイスの中立軸から離間しており、前記海洋エネルギー発電デバイスが撓んだ際に前記一対の圧電フィルムそれぞれが前記海洋エネルギー発電デバイスの前記中立軸から離間して撓み発電する、
ことを特徴とする海洋エネルギー発電デバイス。
A marine energy power generation device that is installed in the ocean and converts ocean energy into electrical energy,
An inner elastic plate made of a flexible elastic material;
A pair of piezoelectric films sandwiching the inner elastic plate;
A pair of outer elastic plates made of a flexible elastic material and sandwiching the pair of piezoelectric films, and
Each of the pair of piezoelectric films is separated from a neutral axis of the ocean energy power generation device, and each of the pair of piezoelectric films is separated from the neutral axis of the ocean energy power generation device when the ocean energy generation device is bent. And flex to generate electricity,
A marine energy power generation device characterized by that.
前記一対の外側弾性板の厚みがそれぞれ同じであることを特徴とする請求項1に記載の海洋エネルギー発電デバイス。   The ocean energy power generation device according to claim 1, wherein the pair of outer elastic plates have the same thickness. 前記柔軟性弾性素材がシリコンゴム、天然ゴムまたは合成ゴムであることを特徴とする請求項2または3に記載の海洋エネルギー発電デバイス。   The marine energy power generation device according to claim 2 or 3, wherein the flexible elastic material is silicon rubber, natural rubber, or synthetic rubber. 前記一対の圧電フィルム間の距離(δ)と前記海洋エネルギー発電デバイスの厚み(H)との関係が0.8<δ/H<1であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の海洋エネルギー発電デバイス。   The relationship between the distance (δ) between the pair of piezoelectric films and the thickness (H) of the ocean energy power generation device is 0.8 <δ / H <1. Marine energy power generation device as described in. 更に、前記一対の外側弾性板を狭持するように、一対以上の圧電フィルムと一対以上の外側弾性板が交互に積層されている、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の海洋エネルギー発電デバイス。   The pair of piezoelectric films and the pair of outer elastic plates are alternately laminated so as to sandwich the pair of outer elastic plates. Marine energy power generation device. 請求項1乃至5のいずれかの海洋エネルギー発電デバイスと、
前記海洋エネルギー発電デバイスに接続する整流器と、
前記整流器に接続する蓄電体と、を備える、
ことを特徴とする蓄電装置。
A marine energy power generation device according to any one of claims 1 to 5;
A rectifier connected to the ocean energy power generation device;
A power storage unit connected to the rectifier,
A power storage device.
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