JP2014111911A - 発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潮流・潮汐や波浪など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発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置を提供すること。
【解決手段】本発明の積層型発電体１０は、潮流・潮汐や波浪エネルギーによって変形（上下動や左右動の振動）し、その変形に伴って積層型発電体１０内の圧電フィルム２が変形してピエゾ電気を発生し、圧電フィルム２による発生電力により発光素子４を点灯させるように構成されている。基体１は、柔軟性弾性素材であり、一対の圧電フィルム２，２は、基体１を挟持するもので、柔軟な高分子材料からなる高分子圧電フィルムからなる。一対の電極膜３，３は、一対の圧電フィルム２上にそれぞれ設けられている。発光素子４は、基体１の先端部に設けられ、基体１上で露出されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置に関し、より詳細には、潮流や潮汐など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発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置に関する。

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、また、原子力発電に対する不安などに伴って太陽光発電や風力発電などの再生可能な自然エネルギー源を利用した発電についての研究が注目されている。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（潮汐・潮流や波浪エネルギー）の有効活用が望まれている。

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力発電が提案されている。潮力発電や潮汐発電は、潮汐により海水が移動するエネルギーを電力に変える発電方式である。水力発電・風力発電・太陽電池などとともに、自然エネルギーを資源として利用する技術であり、発電の際に二酸化炭素の排出がないなどという点で、環境への負荷が小さい。海流発電（潮流発電）とともに、海水を利用する発電で、「海流」を「海水の流れ」とすれば、潮汐流を利用する場合は海流発電の一種である。

また、波力発電は、主に海水などの波のエネルギーを利用して発電する発電方法で、海流を利用したもの、波の上下振動を利用したものなど様々なタイプのものがある。
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などについて、種々の研究開発がなされており、例えば、特許文献１に記載のものは、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に関するもので、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と、この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、一対の圧電フィルムそれぞれは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、海洋エネルギー発電デバイスが撓んだ際に一対の圧電フィルムそれぞれが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発電するというものである。

また、例えば、特許文献２に記載のものは、海洋観測ブイ、海上作業台、浮体式人工島などに利用し得る波力発電装置に関するもので、可撓性発電装置浮体が、浮力材を用いてマット状に構成されて所定海域の波浪海面に浮揚係止され、浮力材の内部に高分子圧電材料などを用いてモールド化してなる圧電膜を設け、海面の波浪により可撓性発電装置浮体が変形すると、それに伴って圧電膜が変形してピエゾ電気を発生するというものである。

また、特許文献３に記載のものは、内蔵する波力発電機構を電源として発光させるようにした波力発電発光浮子に関するもので、中空に形成したアルミニウム合金製の水密構造の外殻の内部に、板ばね状圧電素子と錘部材との相対運動によって発電作用を営む波力発電機構を組み込むとともに、外殻に発光素子を取り付け、板ばね状圧電素子と錘部材とは、波力による外殻の浮遊運動に励起されて相対運動をするというものである。

また、特許文献４に記載のものは、海上ブイや魚網ブイなど、特に、波の高さの変化を利用して電気エネルギーを得て、自動的に発光させることができる波力発電式ブイに関するもので、水密性筐体の頂上部に発光体を備えた浮動体と、この浮動体の内部に配設された充電池と、この充電池に接続された圧電発電器とを有して構成されてなる波力発電式ブイで、圧電発電器は、板状の２枚の圧電セラミックス素子を、分極を逆向にして接合した層状の圧電セラミックス板で形成し、この圧電セラミックス板の一方側の面又は両面を、波面の上下動・左右動によって生じる波力によって殴打して発電するように構成したものである。

特開２０１１−１０６４３４号公報 特開平６−３３６７１６号公報 特開２００４−３３０８３２号公報 特開２００１−１８０５７５号公報

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、コストなどの面で課題が多く、本格的な実用化は困難な状況にある。
また、特に、上述した特許文献１及び２に記載の波力発電装置は、圧電フィルムを用いて潮流や潮汐などの種々の海洋エネルギーから電気エネルギーを得るという点では、本発明の積層型発電体と共通しているものの、発光素子を備えていないという点でその構造を大きく異にするものである。つまり、特許文献１及び２のものは、発電そのものに着目したものである。

これに対して、上述した特許文献３及び４に記載の波力発電装置は、板ばね状圧電素子や圧電セラミックス素子を用いて潮流や潮汐などの種々の海洋エネルギーから電気エネルギーを得て発光ダイオードを点灯させるという点では、本発明の発光素子を備えた積層型発電体と共通しているものの、特許文献３においては浮子構造であり、特許文献４においてはブイ構造である点で、本発明の具体的な発電体構造と大きく異なるものである。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、潮流や潮汐など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発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、海洋に設けられて海洋エネルギー（潮汐・潮流や波浪エネルギー）を電気エネルギーに変換するような発光素子を備えた積層型発電体（１０）において、柔軟性弾性素材からなる基体（１）と、該基体（１）を挟持する一対の圧電フィルム（２）と、該圧電フィルム（２）上にそれぞれ設けられた一対の電極膜（３）と、前記基体（１）の先端部に設けられた発光素子（４）とを一体的に備え、潮汐・潮流や波浪によって振動する前記圧電フィルム（２）の変形に基づいて発電することを特徴とする。（図１；実施例１）

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発光素子（４）が、前記基体（１）上で露出又は透明樹脂で覆われていることを特徴とする。（図１；実施例１，図３；実施例２）
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記発光素子（４，１４）が、複数個配置されていることを特徴とする。（図２，図３）
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記発光素子（１４）の通電方向が、互いに逆方向に接続されていることを特徴とする。（図５（ｂ））

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記発光素子（１４）が、直列又は並列に接続されていることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記発光素子（４，１４）が、発光ダイオードであることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記基体（１１）と前記圧電フィルム（１２）との間に緩衝材（１５ａ，１５ｂ）が設けられていることを特徴とする。（図３；実施例２）

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記圧電フィルム（１２）が、それぞれ複数の積層体からなることを特徴とする。（図３；実施例２）
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記圧電フィルム（２，１２）が、高分子圧電フィルムであることを特徴とする。（図１，図３）
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記高分子圧電フィルムが、ポリフッ化ビニリデン又はシアン化ビニリデンであることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記柔軟性弾性素材が、シリコンゴム、天然ゴム又は合成ゴムであることを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記基体（１１）上に、前記圧電フィルム（１２）と前記発光素子（１４）に接続された整流器（１６）が設けられていることを特徴とする。（図３）
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記整流器（１６）が、ブリッジダイオードで構成されていることを特徴とする。（図５（ｃ））

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は１３に記載の発明において、前記整流器（１６）の前段又は後段にコンデンサ（１７）が設けられていることを特徴とする。（図５（ｄ））
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記整流器（１６）の前段に、照度センサ（２１）と、該照度センサの照度を調整する定電流回路（１８）を備えていることを特徴とする。（図６）

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記基体の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、横位置又は縦位置に配置されていることを特徴とする。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記基体（１）の端部に取り付け部材（５）が設けられていることを特徴とする。（図１）

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体が、複数個配置されていることを特徴とする発電装置である。（図７）
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の発明において、前記海洋上に浮遊する浮動体（３１）と、該浮動体（３１）に錘として取り付けられた保持体（３２）とを備え、前記積層型発電体（２０）が、前記保持体（３２）に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする。（図７）

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の発明において、前記積層型発電体（２０）が、十字状に配置されていることを特徴とする。（図７）
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の発明において、前記浮動体（３１）が複数個配置され、該浮動体の垂下に複数段組の集合積層型発電体が配置されていることを特徴とする。（図８，図９，図１０）
また、請求項２２に記載の発明は、請求項１９，２０又は２１に記載の発明において、前記浮動体（３１）が複数個配置され、該浮動体間に前記積層型発電体が複数個配置されていることを特徴とする。（図１０）

また、請求項２３に記載の発明は、請求項２１又は２２に記載の発明において、前記浮動体の複数個配置が、三角形状又は四角形状もしくはその連続形状であることを特徴とする。（図１０）
また、請求項２４に記載の発明は、請求項１８乃至２３のいずれかに記載の発明において、前記積層型発電体の基体の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、横位置又は縦位置に複数配置されていることを特徴とする。
また、請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の発明において、前記複数の積層型発電体が、前記横位置と前記縦位置とが混在して配置されていることを特徴とする。

また、請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の発明において、前記複数の積層型発電体が、それぞれ交互に前記横位置と前記縦位置とを配置されていることを特徴とする。
また、請求項２７に記載の発明は、請求項１８乃至２６のいずれかに記載の発明において、集魚灯、航行安全灯又は海上サイネージに適用したことを特徴とする。（図８，図１０，図１１；実施例６）

本発明によれば、潮流・潮汐や波浪など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発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置を実現することができる。また、魚類の繁殖と生活のために人為的に海中など水中に設置される人工物である人工漁礁の集魚灯にも適用できる。また、船舶の安全な航行を実現する海上用航行標識灯や誘導浮標などの海上ブイや魚網ブイ、飛行機を航空路に誘導する海上誘導灯（航行安全灯）にも適用できる。さらに、広告灯としての海上サイネージや海上キャンバスなどとしての利用価値が高い。

本発明に係る発光素子を備えた積層型発電体の実施例１を説明するための断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１に示した積層型発電体を複数個備えた集合発電体の側面図である。 本発明に係る発光素子を備えた積層型発電体の実施例２を説明するための斜視図である。 図３に示した積層型発電体の断面図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、圧電フィルムと発光素子の各種の接続配線図である。 圧電フィルムと発光素子のその他の接続配線図である。複数の発光素子の結線状態を示す図である。 図３に示した積層型発電体を複数個備えた本発明の実施例３に係る発電装置を説明するための斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図３に示した積層型発電体を複数個備えた本発明の実施例４に係る発電装置を説明するための構成図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、図８に示した発電装置の複数個の積層型発電体の配置構成図である。 本発明の実施例５に係る発電装置を説明するための構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例６に係る発電装置の適用分野への利用を説明するための斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。

図１は、本発明に係る発光素子を備えた積層型発電体の実施例１を説明するための断面図で、図中符号１は基体、２は圧電フィルム、３は電極膜、４は発光素子、５は取り付け部材、６は支持部材、７はコンデンサ、１０は積層型発電体を示している。
本発明の積層型発電体１０は、海洋に設けられて海洋エネルギー（潮汐・潮流や波浪エネルギー）を電気エネルギーに変換するような発光素子を備えた積層型発電体で、柔軟性弾性素材からなる基体１と、この基体１を挟持する一対の圧電フィルム２，２と、この一対の圧電フィルム２，２上にそれぞれ設けられた一対の電極膜３，３と、基体１の先端部に設けられた発光素子４とを一体的に備え、波力の振動による前記圧電フィルム（２）の変形に基づいて発電するものである。なお、図示していないが、積層型発電体の外側は、海水と絶縁するために、シリコンゴムなどの高抵抗材料でコーティングしてある。

本発明の積層型発電体１０は、海洋観測ブイ、海上作業台、浮体式人工島のほかに人工漁礁の集魚灯（発光素子は下向き）、また、船舶の安全な航行を実現する海上用航行標識灯や誘導浮標、飛行機を航空路に誘導する海上誘導灯（航行安全灯）、さらに、広告灯としての海上サイネージや海上キャンバス（発光素子は上向き）などに適用できる波力発電装置に資する積層型発電体である。

この種の積層型発電体１０は、海面の波浪による波力により変形（上下動や左右動の振動）し、その変形に伴って積層型発電体１０内の圧電フィルム２が変形してピエゾ電気を発生し、この圧電フィルム２による発生電力により発光素子４を点灯させるように構成されている。
基体１は、柔軟性弾性素材であるシリコンゴムや天然ゴム又は合成ゴムからなっている。また、一対の圧電フィルム２，２は、基体１を挟持するもので、柔軟な高分子材料からなる高分子圧電フィルムで、その厚さは１０μｍ乃至１０００μｍ、好ましくは２０μｍ乃至８００μｍ、さらに好ましくは３０μｍ乃至２００μｍの超薄型が好ましい。また、この高分子圧電フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデン又はシアン化ビニリデンであることが好ましい。

特に、ポリフッ化ビニリデン（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ；ＰＶＤＦ）は、高耐性、高純度な熱可塑性フッ素重合体のひとつで、一般的に高純度、高強度や耐薬品性、熱耐性が要求される用途に用いられ、このＰＶＤＦは、強誘電体のポリマーであり、圧電性や焦電性を示すことから、センサなどへの応用もなされている。
また、一対の電極膜３，３は、一対の圧電フィルム２，２上にそれぞれ設けられ、蒸着やスパッタリング又は導電性ペーストなどによって形成されている。図示していないが、圧電フィルム２にはそれぞれ配線が接続されていて、この配線から圧電フィルム２の歪や撓みに応じて発生する電力が取り出されて、発光素子４を点灯される。

また、圧電フィルム２と基体１とは密着されていることが好ましい。圧電フィルム２と基体１とが密着状態にあることで、基体１の撓みによって圧電フィルム２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２の発電効率が高められる。圧電フィルム２と基体１の密着は、シリコン系樹脂などの接着によるものでもよい。また、発光素子４は、基体１の先端部に設けられ、基体１上で露出あるいは透明樹脂などに覆われていることが好ましい。

また、基体１の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、積層型発電体１０を横位置又は縦位置に配置されて使用される。また、基体１の端部に取り付け部材５が設けられている。この取り付け部材５は、上述したように、ブイなどの浮体物に固定したり、人工漁礁に取り付けるためのもので、積層型発電体１０を保持する支持部材６が取り付けられている。また、コンデンサ７は、発光素子の点滅を軽減するために設けられている。

このような構成により、本実施例１の積層型発電体は、波力の振動による圧電フィルム２の変形に基づいて発電し、その発電量に応じて発光素子を点灯させることができる。
図２（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した積層型発電体を複数個備えた発電装置の側面図である。図１に示した積層型発電体１０を複数個備えた発電装置で、図２（ａ）は、積層型発電体の先端部の位置がそれぞれ異なるように配置されており、図２（ｂ）は、同じ長さの積層型発電体が複数個配置されたものである。これらの複数の積層型発電体１０も横位置又は縦位置に配置されて使用することが可能であり、横位置と縦位置とが混在して配置されるようにしても良い。

図３は、本発明に係る発光素子を備えた積層型発電体の実施例２を説明するための斜視図で、図４は、図３に示した積層型発電体の断面図である。図中符号１１は基体、１２（１２ａ，１２ｂ）は圧電フィルム、１３は電極膜、１４は発光素子、１５ａ，１５ｂは緩衝材、１６は整流器（ダイオードブリッジ）、２０は積層型発電体を示している。なお、図示していないが、積層型発電体の外側は、海水と絶縁するために、シリコンゴムなどの高抵抗材料でコーティングしてある。

本実施例２の積層型発電体２０は、基本的には、図１に示した積層型発電体１０の構成と同じであるが、発光素子１４が、複数個配置されている点で大きく構成を異にしている。この複数の発光素子１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることが好ましい。
また、基体１１と一対の圧電フィルム１２，１２との間にそれぞれ緩衝材１５ａ，１５ｂが設けられている。この緩衝材１５ａ，１５ｂは、柔軟性弾性素材であるシリコンゴムや天然ゴム又は合成ゴムであっても良い。また、圧電フィルム１２ａ，１２ｂは、それぞれ複数の積層体からなっている。図３においては、２層の場合を示している。
また、基体１１上に、圧電フィルム１２と発光素子１４に接続された整流器１６が設けられている。この整流器１６は、圧電フィルム１２によって発電された電流（交流）を整流して効率的に発光素子１４を駆動するためのものである。

以下に圧電フィルムによる発電機能について説明する。
圧電フィルム１２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。本実施例２では、一対の圧電フィルム１２，１２のそれぞれが撓むため、それぞれの圧電フィルム１２，１２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。このためそれぞれの圧電フィルム１２，１２から効率的に発電させることができる。

また、一対の圧電フィルム１２，１２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１２，１２間の距離が大きいほど、積層型発電体２０が撓んだ際に、それぞれの圧電フィルム１２，１２が離間して伸張或いは収縮するが、圧電フィルム１２，１２が離間することで、その変形量は大きくなる。そして、圧電フィルム１２，１２は、変形量に応じた電荷を生じるので、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。

図５（ａ）乃至（ｄ）は、圧電フィルムと発光素子の各種の接続配線図である。図５（ａ）は、１つの発光素子１４が圧電フィルム１２に接続されていて、最も簡単な構成の回路ブロック図である。出力ＡＣ波の半波のみを使用して点滅させる。また、図５（ｂ）に示すように、発光素子１４の通電方向が、互いに逆方向に接続してもよい。それぞれの発光素子が逆符号の半波を使用して点滅させる。

また、図５（ｃ）に示すように、整流器１６が、ブリッジダイオードであって、出力を全波整流して使用し、発光素子１４を点滅させる。つまり、この整流器１６は全波整流器であり、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したブリッジダイオードによる整流回路を構成している。
また、図５（ｄ）に示すように、整流器１６の後段にコンデンサ１７を設けてもよい。このコンデンサ１７により、発光素子の発光時間を調整することができる。つまり、コンデンサ１７により脈波を平滑化して発光素子１４を連続点灯させる。

図６は、圧電フィルムと発光素子のその他の接続配線図である。図中符号１８は定電流回路、１９はＤＣ−ＤＣコンバータ、２１は照度センサ、２２はタイマーを示している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１９により出力を定電圧化し、二次電池により電力を蓄電できる。また、定電流回路１８により発光素子１４の出力を制御する。照度センサ２１により周囲が所定の照度以下になったときに、発光素子１４を点灯させる。タイマー２２を用いれば所定の時刻に発光素子１４を点灯させることができる。また、二次電池の代わりにキャパシタを設けても良い。なお、図示していないが、発光素子１４をそれぞれ直列に接続し、又はそれぞれ並列に接続してもよい。また、同様に、複数の積層型発電体を直並列に接続することも可能である。

図７は、図３に示した積層型発電体を複数個備えた本発明の実施例３に係る発電装置を説明するための斜視図である。図中符号３０は発電装置、３１は浮動体（ブイ）、３２は保持体を示している。本実施例３の発電装置は、船舶の安全な航行を実現する海上用航路標識灯や誘導浮標などの海上ブイとして利用できるものである。波の上下動・左右動の波力を効率的に利用して自動的に発電し、この電力で積層型発電体を常時発光させることが可能な波力発電式海上ブイが実現できる。

上述したように、複数の積層型発電体は、積層型発電体の基体の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、横位置又は縦位置に配置されている。また、横位置と縦位置とが混在して配置されていても良い。
本実施例３において、海洋上に浮遊するブイのような浮動体３１と、この浮動体３１に錘として取り付けられた保持体３２とを備え、積層型発電体２０が、保持体３２に着脱可能に取り付けられている。つまり、積層型発電体２０の故障時には、積層型発電体２０自体を取り替えることが可能になる。また、これらの積層型発電体２０は、図示するように、十字状に配置されていても良い。

図８（ａ）及び（ｂ）は、図３に示した積層型発電体を複数個備えた本発明の実施例４に係る発電装置を説明するための構成図で、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は上面図である。図９（ａ）乃至（ｃ）は、図８に示した発電装置の複数個の積層型発電体の配置構成図である。
本実施例４の発電装置は、人工漁礁の集魚灯などの魚網ブイとして利用できるものである。波の上下動・左右動の波力を効率的に利用して自動的に発電し、この電力で積層型発電体を常時発光させることが可能な波力発電式魚網ブイを実現することができる。

上述したように、複数の積層型発電体は、積層型発電体の基体の表面が波面に対して水平（２０ａ）又は垂直（２０ｂ）になるように、横位置又は縦位置に配置されている。また、横位置と縦位置とが混在して配置されていても良い。
図８（ａ）に示すように、浮動体（ブイ）３１が三角形状の頂点にそれぞれ配置され、３個の浮動体（ブイ）３１の海面下には、垂下ユニットとして３段組の３連結された集合積層型発電体が設けられている。そして、図９（ａ）に示すように、上段、中段、下段のそれぞれの段には、水平配置の積層型発電体２０ａと垂直配置の積層型発電体２０ｂが交互に３個ずつ合計６個の積層型発電体２０ａ，２０ｂで構成されている。この様子は、図９（ａ）及び（ｃ）に示されている。なお、浮動体（ブイ）３１には、海流で流されないようにアンカー３３が取り付けられている。

このように、本実施例４の発電装置は、浮動体３１が複数個配置され、その浮動体３１の垂下に複数段の積層型発電体が配置されているので、魚網ブイからの発光により魚類の餌となるプランクトンなどの動きを簡単に観察することができて、集魚効果を高めることができる。

図１０は、本発明の実施例５に係る発電装置を説明するための構成図である。浮動体３１の複数個配置が三角形状の連続形状である場合を示している。１０個の浮動体間のそれぞれに積層型発電体２０が１８個配置され、中央部の浮動体３１の垂下には、垂下ユニットとして３段組の３連結された集合積層型発電体が設けられている。この場合、浮動体間に配置された積層型発電体の発光素子は、積層型発電体の先端部ではなく中央部に配置される。なお、浮動体３１の複数個配置は、図示していないが、四角形状の連続形状など種々考えられる。

このように、本実施例５の発電装置は、人工漁礁である海底固定型海洋構造物に取り付け、潮流を利用して自体的に生成した電気を利用して海中に位置する人工漁礁から発光させるように構成することができる。つまり、積層型発電体を人工漁礁に設置することにより、人工漁礁から発光させることができる。これにより、魚類の餌となるプランクトンなどの動きを簡単に観察することができて、集魚効果を高めることができる。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例６に係る発電装置の適用分野への利用を説明するための斜視図である。図中符号４１は箱型浮体、４２は係止環、４３は係留索（係留鎖）、４４はシンカー、４５は係留柱（ボラード）、４６は浮体式消波堤、４７は係止環、４８は係留索を示している。
本実施例６の発電装置は、飛行機を航空路に誘導する海上誘導灯や広告灯としての海上サイネージや海上キャンバスなどに利用できるものである。

図１１（ａ）に示すように、中央部の箱型浮体４１の周囲には、マトリクス状に配置された積層型発電体２０が配置されている。また、箱型浮体４１の垂下には、垂下ユニットとして複数段組の複数連結された集合積層型発電体が設けられている。
このようにして複数の積層型発電体２０を所定海域の波浪海面上に連結して設置することができる。図１１（ａ）に示すように、箱型浮体４１は、各係留柱４５がそれぞれ係留索４３を介してシンカー４４に係留される。そして、箱型浮体４１の周囲に複数の積層型発電体２０を位置させ、各積層型発電体２０を係止環４２により連結して係止する。

上述したように構成された波力発電装置では、積層型発電体２０は海面の波浪により歪を発生して電力を発生するが、同時に係止されている箱型浮体４１は、海面上に展張された積層型発電体２０の波浪減衰効果により、波浪から効果的に遮蔽され、その動揺が軽減される。すなわち、積層型発電体２０は、箱型浮体４１の周囲に展張係止するということにより、消波装置としての効果も発揮することができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、符号４６は、湾口、海洋牧場などに外海波浪の遮蔽を目的として設置されている浮体式消波堤である。この浮体式消波堤４６に沿って複数の積層型発電体２０がライン上に配置されている。また、浮体式消波堤４６の垂下には、垂下ユニットとして複数段組の複数連結された集合積層型発電体が設けられている。

一般には、浮体式消波堤４６の設置姿勢は、波浪エネルギー利用分野でしばしばターミネータ（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｒ）形式と呼称される波峰線に長辺を並行に置いた設置方式をとっている。この浮体式消波堤４６には、一方の側縁に複数の係止環４７が設けられている。そして、浮体式消波堤４６の波上側（ウェザーサイド）に沿って複数の積層型発電体２０を配置し、係止環４２，４７及び係留索４８により浮体式消波堤４６に係止している。
なお、実施例６に係る発電装置を海上誘導灯や海上サイネージや海上キャンバスなどに利用する場合には、複数の積層型発電体２０を、積層型発電体２０の基体１１の表面が波面に対して水平になるように横位置に配置することが必要である。

上述したように、本発明の各実施例によれば、潮流・潮汐や波浪など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発光素子を備えた積層型発電体及びその発電装置を実現することができる。また、魚類の繁殖と生活のために人為的に海中など水中に設置される人工物である人工漁礁の集魚灯にも適用できる。また、船舶の安全な航行を実現する海上用航路標識灯や誘導浮標などの海上ブイや魚網ブイ、飛行機を航空路に誘導する海上誘導灯（航行安全灯）にも適用できる。さらに、広告灯としての海上サイネージや海上キャンバスなどとしての利用価値が高い。

１，１１ 基体
２，１２（１２ａ，１２ｂ） 圧電フィルム
３，１３ 電極膜
４，１４ 発光素子
５ 取り付け部材
６ 支持部材
１０，２０，２０ａ，２０ｂ 積層型発電体
１５ａ，１５ｂ 緩衝材
１６ 整流器（ブリッジダイオード）
１７ コンデンサ
１８ 定電流回路
１９ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１ 照度センサ
２２ タイマー
３１ 浮動体（ブイ）
３２ 保持体
３０ 発電装置
３３ アンカー
４１ 箱型浮体
４２ 係止環
４３ 係留索（係留鎖）
４４ シンカー
４５ 係留柱（ボラード）
４６ 浮体式消波堤
４７ 係止環
４８ 係留索

Claims (27)

1. 海洋に設けられて海洋エネルギーを電気エネルギーに変換するような発光素子を備えた積層型発電体において、
   柔軟性弾性素材からなる基体と、
   該基体を挟持する一対の圧電フィルムと、
   該圧電フィルム上にそれぞれ設けられた一対の電極膜と、
   前記基体の先端部に設けられた発光素子とを一体的に備え、
   潮汐・潮流や波浪によって振動する前記圧電フィルムの変形に基づいて発電することを特徴とする発光素子を備えた積層型発電体。
2. 前記発光素子が、前記基体上で露出又は透明樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
3. 前記発光素子が、複数個配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
4. 前記発光素子の通電方向が、互いに逆方向に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
5. 前記発光素子が、直列又は並列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
6. 前記発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
7. 前記基体と前記圧電フィルムとの間に緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
8. 前記圧電フィルムが、それぞれ複数の積層体からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
9. 前記圧電フィルムが、高分子圧電フィルムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
10. 前記高分子圧電フィルムが、ポリフッ化ビニリデン又はシアン化ビニリデンであることを特徴とする請求項９に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
11. 前記柔軟性弾性素材が、シリコンゴム、天然ゴム又は合成ゴムであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
12. 前記基体上に、前記圧電フィルムと前記発光素子に接続された整流器が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
13. 前記整流器が、ブリッジダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
14. 前記整流器の前段又は後段にコンデンサが設けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
15. 前記整流器の前段に、照度センサと、該照度センサの照度を調整する定電流回路を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子を備えた積層型発電体。
16. 前記基体の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、横位置又は縦位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
17. 前記基体の端部に取り付け部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体。
18. 請求項１乃至１７のいずれかに記載の発光素子を備えた積層型発電体が、複数個配置されていることを特徴とする発電装置。
19. 前記海洋上に浮遊する浮動体と、該浮動体に錘として取り付けられた保持体とを備え、前記積層型発電体が、前記保持体に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１８に記載の発電装置。
20. 前記積層型発電体が、十字状に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の発電装置。
21. 前記浮動体が複数個配置され、該浮動体の垂下に複数段組の集合積層型発電体が配置されていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の発電装置。
22. 前記浮動体が複数個配置され、該浮動体間に前記積層型発電体が複数個配置されていることを特徴とする請求項１９，２０又は２１に記載の発電装置。
23. 前記浮動体の複数個配置が、三角形状又は四角形状もしくはその連続形状であることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の発電装置。
24. 前記積層型発電体の基体の表面が波面に対して水平又は垂直になるように、横位置又は縦位置に複数配置されていることを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれかに記載の発電装置。
25. 前記複数の積層型発電体が、前記横位置と前記縦位置とが混在して配置されていることを特徴とする請求項２４に記載の発電装置。
26. 前記複数の積層型発電体が、それぞれ交互に前記横位置と前記縦位置とを配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の発電装置。
27. 集魚灯、航行安全灯又は海上サイネージに適用したことを特徴とする請求項１８乃至２６のいずれかに記載の発電装置。

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