JPH06336716A

JPH06336716A - 波力発電装置

Info

Publication number: JPH06336716A
Application number: JP5126973A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Kasai; 宏直葛西; Makoto Kido; 良木戸; Tetsuo Kinoshita; 哲夫木下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】機械装置、機械要素的可動部を排除し、エネ
ルギ変換のステップを低減できると共に、波浪範囲の制
限を排除して著しく汎用性を拡大できる波力発電装置を
提供する。【構成】可撓性発電装置浮体２は、浮力材４を用いて
マット状に構成され、所定海域の波浪海面１に浮揚係止
される。そして、上記浮力材４の内部に高分子圧電材料
等を用いてモールド化してなる圧電膜５を設けている。
海面１の波浪により可撓性発電装置浮体２が変形する
と、それに伴って圧電膜５が変形しピエゾ電気を発生す
る。この圧電膜５による発生電力は、電線６及び外部出
力線カプラー７等を通じて外部へ取出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋観測ブイ、海上作
業台、浮体式人工島等に利用し得る波力発電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の波力発電装置の一例を図８に示
す。図８において、１は波浪海面、２Ａは浮体（又は波
浪発電船）、２′は浮力部、１０は浮体内部に設けられ
た空気室、１０′は弁装置１２を介して設けられた二次
空気室、１３は空気タービン、１４は空気タービン１３
の軸に直結された回転軸、１５はこの回転軸１４によっ
て駆動される発電機、１６は発電機１５の発電電力を取
出すための電線である。

【０００３】上記のように構成された波力発電装置で
は、海面１の波浪により浮体２Ａが動揺して海面１と浮
体２Ａとの間に相対運動が生じ、空気室１０内では波面
１１の上下動が生じる。ここで波面１１が相対的に上昇
すると、空気室１０内で空気が圧縮されるが、これを二
次空気室１０′へ導き逆流を防止した上で、ウェルズタ
ービンなど空気タービン１３を駆動させる。この空気タ
ービン１３により発電機１５が駆動されて発電が行なわ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の波力発電装
置は、設置海域における波浪発現の度合いに応じて浮体
２Ａの主寸法等が設定される。この浮体２Ａの主寸法等
は、波浪応答特性を支配するものであり、如何なる波浪
海面に対しても汎用的に適用可能にはならない。換言す
ると、浮体２Ａの主寸法等は、ある特定の波浪範囲に対
して選択的に設計されるものであり、広い波浪範囲に対
する適用性を有していない。

【０００５】また、弁装置１２、空気タービン１３、機
械的軸系装置、発電機１５等の高度な機械装置を必要と
する点、更にエネルギの１次変換（圧縮空気）、２次変
換（発電機）の段階を経る際の効率低下が大きい点など
不利な面を有している。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、機械装置、機械要素的可動部を排除し、エネルギ変
換のステップを低減できると共に、波浪範囲の制限を排
除して著しく汎用性を拡大できる波力発電装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）本発明に係る波力発電装置は、可撓性の
浮体と、この浮体内に一体的に設けられ、該浮体の変形
に伴って発電動作する圧電体と、この圧電体から出力さ
れる電力を外部に取出す手段と、上記浮体を水上に浮揚
係止する手段とを具備したことを特徴とする。

【０００８】（第２の発明）本発明に係る波力発電装置
は、水上に浮揚する浮体と、この浮体上に設けられ、該
浮体の上下動に伴って変形可能に構成された構造体と、
この構造体に装着され、該構造体の変形に伴って発電動
作する圧電体と、この圧電体から出力される電力を外部
に取出す手段と、上記浮体を水上に浮揚係止する手段と
を具備したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】

（第１の発明）海面の波浪により可撓性浮体が変形する
と、それに伴って圧電体が変形し、ピエゾ電気を発生す
る。この圧電体による発生電力が電線及び外部出力線カ
プラー等を介して外部へ取出される。

【００１０】従って、どのような範囲の波浪のエネルギ
も有効に利用して発電することができる。（第２の発明）海面の波浪により浮体が上下動すると、
浮きその上下動に伴って構造体が変形すると共に圧電体
が変形してピエゾ電気を発生する。この圧電体による発
生電力が電線及び外部出力線カプラー等を介して外部へ
取出される。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。（第１実施例）図１は本発明の第１実施例に係る波力発
電装置の基本的な構成を示す外観斜視図、図２は断面図
である。

【００１２】図１及び図２において、１は波浪海面、２
はマット状に構成された可撓性発電装置浮体、４はこの
可撓性発電装置浮体２の外皮、内実を構成する浮力材、
５は可撓性発電装置浮体２及び浮力材４の内部に高分子
圧電材料等を用いてモールド化してなる圧電膜（圧電
体）、６は圧電膜５から電気出力を取出すための電線、
７は同じく可撓性発電装置浮体２の外部へ電気出力を取
出すための外部出力線カプラーであり、電気的には勿
論、材質的に耐水性を有し、海上における他モジュール
との電気的、機械的結合に際して問題点を生じないもの
を使用している。８は本装置（モジュール）を波浪海面
１上に浮揚係止あるいは多数個連結する際の係止環（透
孔）であり、波浪中における係止に際して十分な耐張
力、耐剪断性を有している。

【００１３】上記圧電膜５は、積層されて複数の層を構
成していると共に、各層においても複数配置される。ま
た、各圧電膜５の単位長さ（長辺）は、高い発電効率が
得られるように設置場所における波浪海面１の平均的波
長の１／２に設定され、その長辺が波の進行方向に一致
するように設置される。そして、上記各圧電膜５は、そ
の電気出力の極性が一致するように電線６により接続さ
れ、その電力が外部出力線カプラー７を介して外部に取
出される。

【００１４】上記のように構成された波力発電装置は、
単体あるいは複数の可撓性発電装置浮体２が所定海域の
波浪海面１上に浮いた状態で連結して設置される。そし
て、波浪海面１により圧電膜５が変形すると、ピエゾ電
気を発生し、その発生電力が電線６及び外部出力線カプ
ラー７を通じて外部へ取出される。

【００１５】図３は、上記本発明の装置における電力取
出しに係わる概念的な説明図である。同図に示すように
圧電膜５による発生電力は、整流回路９により整流され
ると共に必要に応じて平滑され、直流の電力に変換され
て負荷に供給される。この場合、負荷端にコンデンサ、
蓄電池等のエネルギ貯留装置を配置するようにしても良
い。

【００１６】上記のように可撓性発電装置浮体２内に複
数の圧電膜５を配置して波力発電装置を構成することに
より、従来の機械式波浪発電装置の多くに見られたよう
な波周期依存がなく、発電装置浮体２が変形応答するあ
らゆる波浪範囲に対して適用して効果を発揮できる。ま
た、高級な機械装置部分がないので、耐海水環境性の高
い材料のみで構成することが可能であり、高い耐久性が
得られ、かつ、海洋生物付着も障害となることがない。
更に、運搬、展張、揚収は従来装置の場合に比べて格段
に容易である。また、板状構造であるので、波浪海面に
展張して発電と同時に消波効果を発揮させることができ
る。

【００１７】図４は、上記発電モジュールを複数用いて
構成した場合の設置状態を示す斜視図である。図４にお
いて、１７ａ，１７ｂは例えば係船ポンツーン、海上作
業台等の箱型浮体であり、その上部四隅に係留柱（ボラ
ード）２０を備えている。この係留柱２０に係留索（又
は係留鎖）１８を係止して箱型浮体１７ａ，１７ｂを波
浪海面１上に位置させる。そして、箱型浮体１７ａ，１
７ｂ間に複数の可撓性発電装置浮体２を位置させ、各発
電装置浮体２を係止環８により連結すると共に、係留柱
２０に係止する。なお、図４では電力取出用の電線は省
略している。

【００１８】上記のようにして複数の可撓性発電装置浮
体２を所定海域の波浪海面１上に連結して設置すること
ができる。（第２実施例）次に本発明の第２実施例について説明す
る。

【００１９】図５は、可撓性発電装置浮体２を複数連結
して設置する場合の他の構成例を示したものである。箱
型浮体１７は、各係留柱２０がそれぞれ係留索１８を介
してシンカー１９に係留される。そして、箱型浮体１７
の周囲に複数の可撓性発電装置浮体２を位置させ、各発
電装置浮体２を係止環８により連結して係止する。

【００２０】上記のように構成された波力発電装置で
は、可撓性発電装置浮体２は海面１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１７は、海面１上に展張された発電装置浮体２群の波
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、可撓性発電装置浮体２は、
箱型浮体１７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。

【００２１】（第３実施例）次に本発明の第３実施例に
ついて図６により説明する。図６において、１７′は湾
口、海洋牧場等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。一般には浮体式消波堤１
７′の設置姿勢は、波浪エネルギ利用分野でしばしばタ
ーミネータ（ｔｅｒｍｉｎａｔｅｒ）形式と呼称される
波頂線に長辺を平行に置いた設置方式をとっている。上
記浮体式消波堤１７′には、一方の側縁に複数の係止環
２１が設けられている。そして、上記浮体式消波堤１
７′の波上側（ウェザーサイド）に沿って複数の可撓性
発電装置浮体２を配置し、係止環８，２１及び係留索２
２により浮体式消波堤１７′に係止している。

【００２２】この実施例は、浮体式消波堤１７′の波上
側（ウェザーサイド）に可撓性発電装置浮体２を係止し
た例を示したものである。浮体式消波堤１７′は、波の
粒子運動を減殺することにより消波効果を発揮するもの
であるが、波上側に展張した可撓性発電装置浮体２によ
り波上側の一定範囲の波浪の粒子運動を減殺する効果が
期待され、本来浮体式消波堤１７′で消波する入射波浪
範囲の一部（特に中、短波長領域）を代行して消波で
き、浮体式消波堤１７′の設計は全方位的な波長範囲で
なく、ある程度消波波長領域の重点指向が可能となる。

【００２３】（第４実施例）次に本発明の第４実施例に
ついて図７により説明する。この実施例では、図７に示
すように複数の箱型浮体２ａの上に支柱群４Ｂを立設
し、この支柱群４Ｂにより作業台３を支持している。支
柱群４Ｂは、弾性変形できる程度の寸法で、高分子材や
金属で構成されており、圧電膜５が貼付されている。上
記隣合う作業台３は、可撓性発電体４Ａで連結されてい
る。この可撓性発電体４Ａは、可撓性部材の間に圧電膜
５を設けたものである。そして、上記支柱群４Ｂ及び可
撓性発電体４Ａに設けた圧電膜５の電気出力を電線６及
び外部出力線カプラー７を介して外部に取出している。

【００２４】上記の構成において、海面１の波浪によっ
て浮体２ａが揺れると、支柱群４Ｂ、可撓性発電体４Ａ
が変形し、圧電膜５がピエゾ電気を発生する。この発生
電力が電線６、外部出力線カプラー７等を介して外部に
取出される。

【００２５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、次
のような効果が得られる。（１）従来の機械式波浪発電装置の多くに見られたよう
な波周期依存がなく、可撓性発電装置浮体が変形応答す
るあらゆる波浪範囲に対して適用して効果を発揮でき
る。（２）高級な機械装置部分がなく、海洋生物付着も障害
となることがない。（３）耐海水環境性の高い材料のみで構成することが可
能であり、構成素材としての耐久性を従来の装置に比べ
て格段に大きくできる。（４）運搬、展張、撤収は、従来装置の場合に比べて格
段に容易である。（５）波浪海面に展張して発電と同時に消波効果を発揮
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る波力発電装置単体の
外観斜視図。

【図２】同実施例の断面図。

【図３】同実施例の概念的説明図。

【図４】同実施例における波力発電装置の使用形態例を
示す図。

【図５】本発明の第２実施例に係る波力発電装置の使用
形態例を示す図。

【図６】本発明の第３実施例に係る波力発電装置の使用
形態例を示す図。

【図７】本発明の第４実施例に係る波力発電装置の構成
例を示す図。

【図８】従来の波力発電装置の構成例を示す図。

【符号の説明】

１波浪海面２可撓性発電装置浮体３作業台４浮力材５圧電膜（圧電体）６電線７外部出力線カプラー８係止環９整流回路１７，１７ａ，１７ｂ箱型浮体１８係留索（係留鎖）１９シンカー２０係留柱（ボラード）２１係止環２２係留索

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性の浮体と、この浮体内に一体的に
設けられ、該浮体の変形に伴って発電動作する圧電体
と、この圧電体から出力される電力を外部に取出す手段
と、上記浮体を水上に浮揚係止する手段とを具備したこ
とを特徴とする波力発電装置。
【請求項２】水上に浮揚する浮体と、この浮体上に設
けられ、該浮体の上下動に伴って変形可能に構成された
構造体と、この構造体に装着され、該構造体の変形に伴
って発電動作する圧電体と、この圧電体から出力される
電力を外部に取出す手段と、上記浮体を水上に浮揚係止
する手段とを具備したことを特徴とする波力発電装置。