JP5526801B2 - 浮体構造物の係留索利用発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶や海洋構造物等の浮体構造物を係留する係留索に取り付けて該取り付けた部分の伸縮の動きを利用して発電するようにする浮体構造物の係留索利用発電装置に関するものである。

船舶や海洋構造物等の浮体構造物を係留する場合には、アンカーと係留索を用いるようにしたものが知られている。

図４はその一例を示すもので、海洋構造物２０を係留する複数の係留索２１の各先端（下端）をアンカー２２により海底２３に沈めるようにして浮体構造物２０を海底２３に係留するようにし、係留索２１を一定の力で引張ることにより浮体構造物２０の動揺を低減すると共に、潮流による浮体構造物２０の漂流を防止するようにしたものである（たとえば特許文献１）。

図５は他の例を示すもので、浮体構造物２０の両面側に設けたブラケット２４に係留索２１の一端を連結すると共に、該係留索２１の他端をアンカーブロック２５に連結して、浮体構造物２０の両側面を係留索２１を介してアンカーブロック２５に係留させるようにしたものである。２６と２７は係留索２１に取り付けた中間ウェイトとシンカーである（たとえば特許文献２）。

又、図６は別の例を示すもので、船舶２８が、船舶長手方向が岸壁２９の岸壁長手方向に略平行となるように係留される場合に、船舶長手方向に振動するように動揺することを低減するようにするために、係留される船舶２８の船首部３０に船首ウィンチ３２を設け、船尾部３１に船尾ウィンチ３３を設ける。一方、陸上には岸壁２９の船首部３０に対応する個所に、陸上船首側ウィンチ３４を設け、岸壁２９の船尾部３１に対応する個所には、陸上船尾側ウィンチ３５を設け、上記船首ウィンチ３２と陸上船首側ウィンチ３４には、船首係留索３６を、又、船尾ウィンチ３３と陸上船尾側ウィンチ３５には、船尾係留索３７をそれぞれ装着させて、岸壁２９に沿い船舶２８を係留させるようにしたものである（たとえば特許文献３）。

特開２０００−２８９６８６号公報 特開昭６１−４９００８号公報 特開２００５−９６５８５号公報

ところが、上記特許文献１乃至３に記載されたものは、浮体構造物２０や船舶２８を係留索２１，３６，３７で係留するようにしたものであるが、いずれのものも係留索２１，３６，３７を、浮体構造物２０や船舶２８を動揺低減以外に有効活用することは今まで考えられていなかった。

そこで、本発明は、浮体構造物を係留索で係留しているときに該浮体構造物を動揺させたり移動させたりするエネルギーを有効活用して発電することができる浮体構造物の係留索利用発電装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、係留索を介して係留される浮体構造物の動きにより係留索を介して伸縮されるよう片側にピストンロッドを有するピストンを摺動自在に収納する流体圧シリンダを有し、該流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続する１つの流路を設けて、該キャップ側圧力室とヘッド側圧力室から交互に流路に流されて該流路内を往来させられる圧力流体により発電する発電機を設け、且つ上記流体圧シリンダのピストンをキャップ側に移動させるように付勢する弾性構造体を設けた構成とする。

又、請求項２に対応して、上記構成における流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続させる流路の途中位置にタービン室を設けて、該タービン室内に発電機のタービンを設置し、且つ上記流路は、上記キャップ側圧力室とヘッド側圧力室の各出入口に接続する流路の断面積よりも上記タービン室に接続する流路の断面積を小さくするようにした構成とする。

更に又、請求項３に対応して、上記構成において、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を浮体構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにし、更に、上記流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を係留構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにして、浮体構造物の動きで係留索を介して流体圧シリンダが伸長するようにした構成とする。

本発明の発電装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）係留索を介して係留される浮体構造物の動きにより係留索を介して伸縮されるよう片側にピストンロッドを有するピストンを摺動自在に収納する流体圧シリンダを有し、該流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続する１つの流路を設けて、該キャップ側圧力室とヘッド側圧力室から交互に流路に流されて該流路内を往来させられる圧力流体により発電する発電機を設け、且つ上記流体圧シリンダのピストンをキャップ側に移動させるように付勢する弾性構造体を設けた構成としてあるので、上記浮体構造物の波浪による動揺や潮流などによる移動により係留索を介して上記ピストンをヘッド側に移動させることができると共に、上記弾性構造体の復元力によりピストンをヘッド側からキャップ側にピストンを移動させることができる。これにより、流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを接続する流路を通して圧力流体を往来させることができて、上記発電機により発電をすることができる。又、浮体構造物を動揺させたり移動させたりするエネルギーを電力に変換するようにしてあるので、該浮体構造物の動揺や移動を低減することができる。更に、係留索に作用する引張力を流体圧シリンダにより緩衝することができる。
（２）又、流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続させる流路の途中位置にタービン室を設けて、該タービン室内に発電機のタービンを設置し、且つ上記流路は、上記キャップ側圧力室とヘッド側圧力室の各出入口に接続する流路の断面積よりも上記タービン室に接続する流路の断面積を小さくするようにした構成としてあるので、タービン室に導かれた圧力流体を発電機のタービンに衝突させることによりタービンを回転させることができ、該発電機により発電を行うことができる。
（３）更に又、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を浮体構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにし、更に、上記流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を係留構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにして、浮体構造物の動きで係留索を介して流体圧シリンダが伸長するようにした構成としてあるので、該流体圧シリンダにより浮体構造物と係留索との間に作用する引張力を緩衝することができ、この部分での破断を防ぐことができ、又、該流体圧シリンダにより係留構造物と係留索との間に作用する引張力を緩衝することができ、この部分での破断を防ぐことができ、更に、上記（１）と同様に、発電機による発電と、浮体構造物の動揺及び移動の低減とを図ることができる。

本発明の発電装置の実施の一形態を示す概略図である。 図１のＸ部の拡大切断図である。 図２におけるタービン室及び発電部を矢印Ａ方向から見た切断側面図である。 浮体構造物の係留方法の一例を示す概略図である。 浮体構造物の係留方法の他の例を示す概略図である。 浮体構造物の係留方法の更に他の例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は本発明の実施の一形態を示すもので、係留索１を介して沈錘２、係留アンカー３の如き係留構造物に係留するようにしてある浮体構造物４と上記係留索１との間、該係留索１と上記沈錘２との間、及び、上記係留索１と上記係留アンカー３との間に、上記浮体構造物４の波浪による動揺、潮流による移動などにより係留索１を介して伸縮する片側ロッド付きピストン６収納の油圧シリンダ７をそれぞれ設け、且つ該油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８とヘッド側圧力室９とを接続する密封された流路１０を設けると共に、該流路１０の途中位置にタービン室１１を設けて、該タービン室１１を利用してタービン室１１を流れる圧油により発電するペルトン水車発電機、クロスフロー水車発電機の如き衝動水車発電機１２を設け、更に、上記油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８におけるキャップ側壁部５ａと上記ピストン６との間に、常時ピストン６をキャップ側に引き付けるように付勢するスプリングの如き弾性構造体１３を設けるようにし、又、油圧シリンダ７のヘッド側圧力室９に面するピストン６の片面にピストンロッド１４を取り付けた構成としてある。

詳述すると、上記油圧シリンダ７は、図２に示す如く、円筒状の側壁部５ｃの端部に設けたキャップ側壁部５ａの外側に連結部材１５を取り付け、他端に設けたヘッド側壁部５ｂからピストン６に取り付けたピストンロッドの一端側を突出させるようにして、その先端部（一端部）に連結部材１６を取り付け、上記油圧シリンダ７を、上記連結部材１５と１６を利用して前記した浮体構造物４と係留索１との間、係留索１と沈錘２との間、係留索１と係留アンカー３との間等に介装させて組み付けることができるようにする。

更に、上記油圧シリンダ７の一側部には、上記ピストン６により仕切られているキャップ側圧力室８とヘッド側圧力室９とを連通接続させる密封回路としての流路１０を設けて、上記ピストンロッド１４が引張られてピストン６が弾性構造体１３に抗してヘッド側に移動させられることにより、該ヘッド側圧力室９内の圧油が流路１０を通ってキャップ側圧力室８内に送られるようにすると共に、ピストンロッド１４の引張りが解除されてピストン６が弾性構造体１３の弾力によりキャップ側へ移動させられることにより、該キャップ側圧力室８内の圧油が流路１０を通ってヘッド側圧力室９側へ送られ、ピストン６が往復移動させられることにより、油圧シリンダ７内の油が流路１０内を往来させられるようにする。

又、上記流路１０の中間位置となる油圧シリンダ７の側方位置には、図２に示す如く、断面形状を略卵形に形成したタービン室１１を設け、該タービン室１１内に上記流路１０から導かれた圧油が滑らかに流れ込むようにしてある。上記流路１０のうち、タービン室１１と上記キャップ側圧力室８とを接続する流路は、キャップ側圧力室８側の出入口に接続する流路１０ａの径（断面積）よりも該流路１０ａの端部に接続して上記タービン室１１の上部に接続する流路１０ｂの径（断面積）を小さくするようにしてある。同様に、上記タービン室１１と上記ヘッド側圧力室９とを接続する流路は、ヘッド側圧力室９側の出入口に接続する流路１０ｃの径（断面積）よりも該流路１０ｃの端部に接続して上記圧力室の下部に接続する流路１０ｄの径（断面積）を小さくするようにしてある。

上記衝動水車発電機１２は、図２及び図３に示す如く、発電部１７の軸１８にペルトン水車、クロスフロー水車の如きタービン１９を設けるようにしてあり、該タービン１９は、図示してない支持部材により上記タービン室１１に支持させるようにしてある。又、衝動水車発電機１２の軸１８は、図３に示す如く、上記タービン室１１の側壁に回動自在に連通支持させてあると共に、上記タービン１９は、タービン翼１９ａの側面側を上記タービン室１１に接続する流路１０ｂ，１０ｄに向けた状態でタービン室１１内に設置するようにしてあり、上記流路１０ｂ，１０ｄから導かれた圧油を、各タービン翼１９ａの側面に衝突させて、タービン１９が取り付けられた発電部１７の軸１８を回転させることにより、該発電部１７で発電するようにしてある。なお、上記タービン室１１内には、図示してないが、上記流路１０から導かれる圧油をガイドするノズル、ガイドベーンの如き圧油ガイド部材を設けるようにして、該圧油ガイド部材により上記タービン室１１内に設置した衝動水車発電機１２の各タービン翼１９ａに効率よく圧油が衝突するようにしてもよい。

又、上記弾性構造体１３は、図２ではスプリングとしてあり、該弾性構造体１３の一端部をキャップ側壁部５ａに取り付けると共に、該弾性構造体１３の他端部をピストン６のキャップ側圧力室側面に取り付けるようにして、上記浮体構造物４の動揺や移動により油圧シリンダ７のキャップ側からヘッド側に移動させられた上記ピストン６を、弾性構造体１３の復元力によりキャップ側に移動させることができるようにしてある。

かかる構成において、浮体構造物４が波浪により動揺させられたり潮流により移動させられたりなどして該浮体構造物４に係留索１が引っ張られると、ピストン６が油圧シリンダ７内をヘッド側に移動させられることにより、油圧シリンダ７のヘッド側圧力室９から流路１０ｃ，１０ｄを介してタービン室１１に圧油が流れ込むことになる。次に、このタービン室１１に流れ込んだ圧油は、該タービン室１１内に配置されたタービン１９に衝突して上記衝動水車発電機１２の軸１８を回転させるので、該衝動水車発電機１２の発電部１７により発電することになる。そして、このタービン１９に衝突した圧油は、タービン室１１から流路１０ａ，１０ｂを介して油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８に流れ込むことになる。その後、浮体構造物４が動揺させられたり潮流が変化して移動させられたりなどして係留索１が緩められると、上記弾性構造体４の復元力によりピストン６が油圧シリンダ７内をヘッド側からキャップ側に移動させられることにより、油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８から流路１０ａ，１０ｂを介してタービン室１１に圧油が流れ込むことになる。次に、このタービン室１１に流れ込んだ圧油は、該タービン室１１内に配置されたタービン１９に衝突して上記衝動水車発電機１２の軸１８を回転させるので、該衝動水車発電機１２の発電部１７により発電することになる。上記タービン１９に衝突した圧油は、タービン室１１から流路１０ｃ，１０ｄを介して油圧シリンダ７のヘッド側圧力室９に流れ込むことになる。

このように、本実施の形態によれば、浮体構造物４の動揺や移動によりピストン６をヘッド側に移動させると共に上記弾性構造体１３の復元力によりヘッド側からキャップ側にピストン６を移動させることにより、キャップ側圧力室８とヘッド側圧力室９とを接続する流路１０に設けたタービン室１１に圧油を流すようにしてあるので、該タービン室１１に設けた衝動水車発電機１２により発電をすることができ、よって、該発電した電力を、たとえば、船舶などに供給することができる。又、浮体構造物４を動揺させたり移動させたりするエネルギーを上記構成により電力に変換するようにしてあるので、該浮体構造物４の動揺や移動を低減することができる。更に、浮体構造物４と係留索１との間、係留索１と沈錘２との間、及び、係留索１と係留アンカー３との間に、油圧シリンダ７を設けるようにしてあるので、これらの間に作用する引張力を緩衝することができ、この部分での破断を防ぐことができる。

又、弾性構造体１３としてのスプリングの一端部を油圧シリンダ７のキャップ側壁部５ａに取り付けると共に、該弾性構造体１３の他端部をピストン６のキャップ室側面に取り付けるようにしてあるので、浮体構造物４の動揺や移動により油圧シリンダ７のヘッド側に移動させられた上記ピストン６を、上記弾性構造体１３の復元力により油圧シリンダ７のキャップ側に移動させることができ、又、弾性構造体１３の復元力の設定も容易に行うことができる。

なお、上記実施の形態では、一例として、タービン室１１に衝動水車発電機１２を設けて発電する場合について説明したが、油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８上方にタービン室１１を設置すると共に、該タービン室１１内の上端部にプロペラ水車などの如き反動水車発電機のタービンを上記油圧シリンダ７に対向させて配置し、且つ油圧シリンダ７のキャップ側壁部５ａ及びタービン室１１の下端部、並びに、上記タービンの背面側となるタービン室１１の上端部及び油圧シリンダ７のヘッド側壁部５ｂを接続する流路を設け、更に、上記油圧シリンダ７のキャップ側壁部５ａと上記ピストン６との間に、弾性構造体１３を設けるようにして、上記実施の形態と同様にキャップ側圧力室８、ヘッド側圧力室９からタービン室１１に流れ込んだ圧油により、反動水車発電機のタービンを回転させて発電するようにしてもよいこと、沈錘２、係留アンカー３の如き係留構造物により係留するようにしてある浮体構造物４と係留索１との間、係留索１と沈錘２との間、及び、係留索１と係留アンカー３との間に、油圧シリンダ７を設けて発電する場合について説明したが、これに限られず、たとえば、船舶などの浮体構造物４と該浮体構造物４を係留索１を介して係留する係留構造物としての岸壁の如き陸地との間に、本発明の発電装置を設けて発電するようにしてもよいこと、上記実施の形態では、弾性構造体１３を、油圧シリンダ７のキャップ側壁部５ａと上記ピストン６との間に設けるようにしてあるが、弾性構造体１３を設ける位置はこれに限られるものではなく、たとえば、油圧シリンダ７のヘッド側壁部５ｂとピストン６との間、ヘッド側壁部５ｂとピストンロッド１４の先端部１４ａとの間に設けるようにしてもよいこと、油圧シリンダ７に設置する水車発電機１２は単数に限定されるものではなく、たとえば、油圧シリンダ７のキャップ側圧力室８とヘッド側圧力室９とを接続する流路１０を該油圧シリンダ７に放射状に複数設けると共に、該各流路１０に水車発電機１２を設置したタービン室１１をそれぞれ設けるようにして、複数の水車発電機１２を油圧シリンダ７に設置するようにしてもよいこと、弾性構造体１３は、スプリングに限られるものではないこと、油圧シリンダ７を取り付ける向きは、図２に示した向きに限られるものではなく、たとえば、図２に示した向きと１８０度反対向きにして、浮体構造物４と係留索１、係留索１と沈錘２、係留索１と係留アンカー３にそれぞれ取り付けるようにしてもよいこと、係留索１の途中位置に油圧シリンダ７の連結部材１５とピストンロッド１４の連結部材１５を連結するようにして、本発明の発電装置を係留索１の途中位置に設けるようにしてもよいこと、上記実施の形態では、一例として、圧油を用いる油圧シリンダ７を設けるようにしてあるが、これに代えて、その他の流体を用いる流体圧シリンダを設けるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 係留索
２ 沈錘（係留構造物）
３ 係留アンカー(係留構造物）
４ 浮体構造物
６ ピストン
７ 油圧シリンダ（流体圧シリンダ）
８ キャップ側圧力室
９ ヘッド側圧力室
１０ 流路
１１ タービン室
１２ 衝動水車発電機（発電機）
１３ 弾性構造体
１４ ピストンロッド
１９ タービン

Claims (3)

1. 係留索を介して係留される浮体構造物の動きにより係留索を介して伸縮されるよう片側にピストンロッドを有するピストンを摺動自在に収納する流体圧シリンダを有し、該流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続する１つの流路を設けて、該キャップ側圧力室とヘッド側圧力室から交互に流路に流されて該流路内を往来させられる圧力流体により発電する発電機を設け、且つ上記流体圧シリンダのピストンをキャップ側に移動させるように付勢する弾性構造体を設けた構成を有することを特徴とする浮体構造物の係留索利用発電装置。
2. 流体圧シリンダのキャップ側圧力室とヘッド側圧力室とを連通接続させる流路の途中位置にタービン室を設けて、該タービン室内に発電機のタービンを設置し、且つ上記流路は、上記キャップ側圧力室とヘッド側圧力室の各出入口に接続する流路の断面積よりも上記タービン室に接続する流路の断面積を小さくするようにした請求項１記載の浮体構造物の係留索利用発電装置。
3. 流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を浮体構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにし、更に、上記流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか一方を係留構造物に連結すると共に、流体圧シリンダのキャップ側端部又はピストンロッドのいずれか他方を係留索に連結するようにして、浮体構造物の動きで係留索を介して流体圧シリンダが伸長するようにした請求項１又は２記載の浮体構造物の係留索利用発電装置。

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