JP2020070744A - 動揺エネルギー変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波浪によって生じる物体の動揺エネルギーを有効活用すること。【解決手段】動揺エネルギー変換装置１は、海中に設けられ、波浪によって動揺する扉体１０（動揺体）と、海中において区画されると共に扉体１０が区画壁の一部を構成し、扉体１０の動揺による内部容積の増減によって水を流出入させる格納部２０（容積変動部）と、格納部２０から流出入した水のエネルギーを動力に変換する変換部６０とを備えている。【選択図】図１

Description

本願は、動揺エネルギー変換装置に関する。

津波や高潮などの対策として港湾に設置される起伏ゲート式防波堤が、例えば特許文献１に開示されている。この防波堤は、浮力によって起立（浮上）する扉体と、該扉体を倒伏状態で係留する係留機構とを備えている。倒伏状態の扉体は、波浪による荷重が作用するため動揺する。ここで、扉体を動揺させないように係留機構によって完全に固定した場合、係留機構には比較的大きな荷重が繰り返し作用してしまう。そのため、特許文献１の係留機構は、波浪による扉体の動揺を許容しつつ係留している。

特開２０１０−１３３０９５号公報

ところで、上述したような起伏ゲート式防波堤では、波浪によって生じる扉体の動揺エネルギーが有効活用されていない。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、波浪によって生じる物体の動揺エネルギーを有効活用することにある。

本願の動揺エネルギー変換装置は、動揺体と、容積変動部と、変換部とを備えている。前記動揺体は、海中に設けられ、波浪によって動揺するものである。前記容積変動部は、海中において区画されると共に前記動揺体が区画壁の一部を構成し、前記動揺体の動揺による内部容積の増減によって水を流出入させるものである。前記変換部は、前記容積変動部から流出入した水のエネルギーを動力に変換するものである。なお、上記の「区画される」は、当然ながら、二次元平面だけでなく三次元空間も含む。

本願の動揺エネルギー変換装置によれば、波浪によって生じる物体の動揺エネルギーを有効活用することができる。

図１は、実施形態に係る動揺エネルギー変換装置の概略構成を一部省略して示す図である。 図２は、実施形態に係る係留機構の概略構成を示す図である。 図３は、実施形態に係る変換部の概略構成を示す図である。 図４は、動揺エネルギー変換装置において扉体が上方に動揺した状態を説明するための図である。 図５は、動揺エネルギー変換装置において扉体が下方に動揺した状態を説明するための図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１および図２に示すように、本実施形態の動揺エネルギー変換装置１は、波浪によって動揺する動揺体の動揺エネルギーを動力に変換するものである。動揺エネルギー変換装置１は、扉体１０と、格納部２０と、係留機構３０と、流出入通路５０と、変換部６０とを備えている。なお、図１では、係留機構３０の一部を省略している。

扉体１０は、海中に設けられ、波浪によって動揺する動揺体を構成している。扉体１０は、津波や高潮などの対策として港湾に設置される起伏ゲート式防波堤の扉体である。扉体１０は、やや扁平な略矩形体状に形成され、基端側に回動軸１１を有している。扉体１０は、回動軸１１を中心に回動自在に格納部２０に設けられている。

扉体１０は、倒伏状態から浮力によって回動軸１１を中心に回動し起立（浮上）する。扉体１０は、起立することにより、港外から港内へ水が浸入するのを防止する。扉体１０は、係留機構３０によって倒伏状態で係留されている。扉体１０は、倒伏状態時に先端部１２（先端側）が波浪によって上下に動揺するように構成されている。

格納部２０は、海中において区画されると共に扉体１０が区画壁の一部を構成し、扉体１０の動揺による内部容積の増減によって水（海水、以下同様。）を流出入させる容積変動部を構成している。

具体的に、格納部２０は、海底に設けられており、扉体１０が倒伏状態で格納される。格納部２０は、略矩形体状に形成されており、扉体１０が、格納部２０の区画壁としての上壁を構成している。こうして形成された格納部２０の内部空間２３は、半密閉空間となっている。

つまり、内部空間２３は、扉体１０の下方、即ち格納部２０の区画壁である底壁２２と扉体１０との間に形成されている。格納部２０の区画壁である縦壁２１と、扉体１０の先端部１２との間には、隙間が設けられている。内部空間２３には、水が充満している。なお、上記の隙間は、扉体１０の動揺を許容するだけのできるだけ小さい隙間であることが望ましい。

格納部２０では、扉体１０の先端部１２が上下に動揺する（扉体１０の先端部１２が回動軸１１を中心に回動する）ことによって、内部空間２３の容積（以下、内部容積とも言う。）が増減する。そして、格納部２０は、内部容積が増減することによって、内部空間２３の水が後述する流出入通路５０に流出入するように構成されている。

係留機構３０は、扉体１０の動揺を許容しつつ、扉体１０の浮力に抗する係留力を扉体１０に作用させて倒伏状態の扉体１０を係留するものである。係留機構３０は、フック３１と、３つのロッド３４，３５，３６と、２つの転向リンク部材３７，３８と、ワイヤ部材３９と、ばね機構４３とを有している。

フック３１は、基端部に軸３２を有し、軸３２を中心に回動自在に設けられ、先端側で扉体１０の被係留部１３に係合する。フック３１の基端部には、被係留部１３との係合を解除する側（図２において左回り）にフック３１を回転させるカウンタウエイト３３が設けられている。

フック３１には、基端部寄りにピン３１ａが設けられており、該ピン３１ａに鉛直ロッド３４、転向リンク部材３７、水平ロッド３５、転向リンク部材３８、鉛直ロッド３６およびワイヤ部材３９が順に連結されている。転向リンク部材３７，３８は、ベルクランク状に形成されている。

ワイヤ部材３９は、滑車４２（動滑車）に巻き回されて、ばね機構４３に接続されている。滑車４２は、シリンダ４１のピストンロッド４１ａの先端に取り付けられており、ピストンロッド４１ａの進退動作によって上下動自在となっている。

上記のように構成された係留機構３０では、シリンダ４１の圧力を開放して保持力を緩めることにより、ロッド３４，３５，３６や転向リンク部材３７，３８を介して、フック３１の係留力が緩まる。そうすると、扉体１０の浮力およびカウンタウエイト３３の荷重により、フック３１は押し上げられ被係留部１３との係合が解除される。これにより、扉体１０は浮力によって起立（浮上）する。

また、係留機構３０では、扉体１０との係合が解除されない範囲で、波浪によって生じる扉体１０の動揺を、ばね機構４３の伸縮作用により許容している。例えば、波浪によって水位が低下し、扉体１０が上方へ動揺した場合、ロッド３４，３５，３６やワイヤ部材３９等は、図２に実線の矢印で示す方向に変位する。この場合、ばね機構４３は伸びて、扉体１０の動揺が許容される。また、波浪によって水位が上昇し、扉体１０が下方へ動揺した場合、ロッド３４，３５，３６やワイヤ部材３９等は、図２に破線の矢印で示す方向に変位する。この場合、ばね機構４３は縮んで、扉体１０の動揺が許容される。

流出入通路５０は、格納部２０に接続され、格納部２０から水が流出入する通路である。流出入通路５０の一端は、格納部２０に接続され、内部空間２３に連通している。流出入通路５０の他端は、変換部６０に接続されている。

図４に示すように、格納部２０では、扉体１０の先端部１２が上方へ動揺することで、内部空間２３は増大して負圧となるため、流出入通路５０から水が流入する（吸引される）。また、図５に示すように、格納部２０では、扉体１０の先端部１２が下方へ動揺することで、内部空間２３は圧縮されて（減少して）圧力が上昇するため、水が流出入通路５０に流出する（吐出される）。なお、図４および図５では、係留機構３０を省略している。

例えば、扉体１０の大きさを幅１０ｍ×長さ１０ｍ、扉体１０の動揺振幅を±０．５°とした場合、流出入（移動）する水量は約８．７ｍ^３となる。このような大流量の水が流出入通路５０を流れる。

変換部６０は、格納部２０から流出入した水のエネルギー（流体エネルギー）を動力に変換する。図３に示すように、変換部６０は、シリンダ６１と、ラック６３およびピニオン６４と、発電機６６とを有している。

シリンダ６１は、流出入通路５０に接続され、流出入通路５０から水が流出入することによって駆動されるアクチュエータである。つまり、シリンダ６１は、流出入通路５０から水が流入した場合、ピストンロッド６２が進出（即ち、図３において上へ変位）する。また、シリンダ６１は、流出入通路５０へ水が流出した場合、ピストンロッド６２が後退（即ち、図３において下へ変位）する。

このように、シリンダ６１は、流出入通路５０から流出入する水のエネルギーを、直線的な往復運動に変換する。シリンダ６１のピストンロッド６２は、ラック６３に接続されている。

ラック６３およびピニオン６４は、互いに噛み合う動力伝達機構である。ラック６３は、ピストンロッド６２の往復運動によって直線的な往復運動を行う。ピニオン６４は、ラック６３の往復運動によって、双方向の回転運動を行う。つまり、ピニオン６４は、正回転と逆回転とを交互に繰り返す。

発電機６６は、駆動軸６５がピニオン６４に連結されている。発電機６６は、ピニオン６４の回転によって駆動され発電を行う。なお、発電機６６は、ピニオン６４の双方向の何れの回転時にも発電を行う。

こうして、変換部６０では、格納部２０から流出入した水のエネルギー（流体エネルギー）が、発電機６６の動力に変換される。つまり、動揺エネルギー変換装置１では、扉体１０の動揺エネルギーが、発電機６６の動力に変換される。

以上のように、上記実施形態の動揺エネルギー変換装置１は、動揺体（扉体１０）と、容積変動部（格納部２０）と、変換部６０とを備えている。動揺体は、海中に設けられ、波浪によって動揺する。容積変動部は、海中において区画されると共に動揺体が区画壁の一部を構成し、動揺体の動揺による内部容積の増減によって水を流出入させる。変換部６０は、容積変動部から流出入した水のエネルギーを動力に変換する。

上記の構成によれば、動揺体の動揺動作を水（海水）のエネルギーに変換し、その水のエネルギーを動力に変換することができる。そのため、波浪によって生じる物体の動揺エネルギーを有効活用することができる。

また、容積変動部（格納部２０）は、略矩形体状に形成され、前記動揺体が、前記区画壁としての上壁を構成している。動揺体（扉体１０）は、基端側に設けられた回動軸１１を中心として回動自在に設けられ、先端側が波浪によって上下に動揺するように構成されている。

上記の構成によれば、波浪による鉛直方向の荷重が動揺体に効果的に作用する。そのため、動揺体の動揺動作を効果的に生じさせることができる。

また、動揺体は、倒伏状態から浮力によって回動軸１１を中心に回動し起立する起伏ゲート式防波堤の扉体１０であり、倒伏状態時に先端側（先端部１２）が波浪によって上下に動揺するように構成されている。この構成によれば、起伏ゲート式防波堤の倒伏している扉体１０、即ち未使用時の扉体１０を利用して、動力を発生させることができる。

また、上記実施形態の動揺エネルギー変換装置１は、扉体１０の動揺を許容しつつ扉体１０の浮力に抗する係留力を作用させて倒伏状態の扉体１０を係留する係留機構３０を備えている。この構成によれば、扉体１０の動揺エネルギーが動力に変換されることから、扉体１０の動揺が抑制される。つまり、動力への変換が扉体１０の動揺動作の抵抗となるため、扉体１０は動揺し難くなる。そのため、係留機構３０の負荷を軽減することができ、係留機構３０の設計条件（設計荷重）を緩和することができる。

また、上記実施形態の動揺エネルギー変換装置１は、容積変動部（格納部２０）に接続され、容積変動部から水が流出入する流出入通路５０を備えている。そして、変換部６０は、流出入通路５０に接続され、流出入通路５０から水が流出入することによって駆動されるアクチュエータ（シリンダ６１）を有している。この構成によれば、簡易な構成で、水のエネルギーを動力に変換することができる。

また、変換部６０は、アクチュエータ（シリンダ６１）によって駆動される発電機６６を有している。この構成により、動揺エネルギーを利用して発電することができる。

なお、本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のとおり構成するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態では、変換部６０のアクチュエータとしてシリンダ６１を用いたが、流出入通路５０から流出入する水のエネルギーを、回転運動に変換する水車等の回転機械を用いるようにしてもよい。

また、変換部６０では、動力を発電機６６以外の例えばポンプ等の機器の駆動に用いるようにしてもよい。

また、変換部６０では、ラック６３およびピニオン６４以外の動力伝達機構を用いてもよいことは勿論である。

また、流出入通路５０の通路径および本数は、必要な発電量や扉体１０の動揺の抑制量に応じて適宜変更可能である。

以上のように、本願に開示の技術は、動揺エネルギー変換装置について有用である。

１ 動揺エネルギー変換装置
１０ 扉体（動揺体）
１１ 回動軸
１２ 先端部（先端側）
２０ 格納部（容積変動部）
３０ 係留機構
５０ 流出入通路
６０ 変換部
６１ シリンダ（アクチュエータ）
６６ 発電機

Claims (6)

1. 海中に設けられ、波浪によって動揺する動揺体と、
   海中において区画されると共に前記動揺体が区画壁の一部を構成し、前記動揺体の動揺による内部容積の増減によって水を流出入させる容積変動部と、
   前記容積変動部から流出入した水のエネルギーを動力に変換する変換部とを備えている
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。
2. 請求項１に記載の動揺エネルギー変換装置において、
   前記容積変動部は、略矩形体状に形成され、前記動揺体が、前記区画壁としての上壁を構成しており、
   前記動揺体は、基端側に設けられた回動軸を中心として回動自在に設けられ、先端側が波浪によって上下に動揺するように構成されている
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。
3. 請求項２に記載の動揺エネルギー変換装置において、
   前記動揺体は、倒伏状態から浮力によって前記回動軸を中心に回動し起立する起伏ゲート式防波堤の扉体であり、倒伏状態時に先端側が波浪によって上下に動揺するように構成されている
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。
4. 請求項３に記載の動揺エネルギー変換装置において、
   前記扉体の動揺を許容しつつ前記扉体の浮力に抗する係留力を作用させて倒伏状態の前記扉体を係留する係留機構を備えている
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の動揺エネルギー変換装置において、
   前記容積変動部に接続され、該容積変動部から水が流出入する流出入通路を備え、
   前記変換部は、前記流出入通路に接続され、該流出入通路から水が流出入することによって駆動されるアクチュエータを有している
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。
6. 請求項５に記載の動揺エネルギー変換装置において、
   前記変換部は、前記アクチュエータによって駆動される発電機を有している
   ことを特徴とする動揺エネルギー変換装置。

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