JPH07216859A - 発電海洋構造物 - Google Patents

発電海洋構造物

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JPH07216859A
JPH07216859A JP6014351A JP1435194A JPH07216859A JP H07216859 A JPH07216859 A JP H07216859A JP 6014351 A JP6014351 A JP 6014351A JP 1435194 A JP1435194 A JP 1435194A JP H07216859 A JPH07216859 A JP H07216859A
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隆弘 平井
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    • F03B13/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、圧電フィルムの起電力を利用した
発電海洋構造物に関する。従来のエアタービンを利用し
た発電海洋構造物が、実海域の卓越波浪の制限を受け汎
用性が劣り、また、機械的な作動部分が多く信頼性に欠
ける欠点があった。 【構成】 このため、本発明は波浪の影響をほとんど受
けないようにした、第1の構造物と、第1の構造物との
間を波浪の周期と異る周期で揺動させる弾性材で結合し
た第2の構造物との間に、1HZ以上の搖動数で、1%
程度の伸び率で、効率の良い発電を行う圧電フィルムを
張設して、第1の構造物と第2の構造物との間に生じる
相対運動で圧電フィルムを緊張・弛緩させて発電を行う
様にしたものである。これにより機械装置、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
できる発電海洋構造物とすることができる。

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、灯台船、および浮体式人工島等に利用し得る、発
電海洋構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の発電海洋構造物の一例を図5に示
す。
【0003】図5において、01は波浪、02は海洋構
造物(又は波浪発電船)、02Aは海洋構造物2の浮力
部、03は海洋構造物02の内部に設けられた空気室、
04は弁装置05を介して空気室03に隣接して設けら
れた二次空気室、06は二次空気室04の隔壁に設けら
れた弁装置、07は空気タービン、08は空気タービン
07の軸に直結された回転軸、09は回転軸08によっ
て駆動される発電機、010は発電機09の発電電力を
取出すための電線である。
【0004】このようにして、構成された発電海洋構造
物では、海面01の波浪により海洋構造物02が動揺し
て、海面01との間に相対運動が生じ、空気室03内で
は波面011の上下動が生じる。ここで波面011が相
対的に上昇すると、空気室03内で空気が圧縮される
が、これを二次空気室04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07を駆動させ
る。この空気タービン07により発電機09が駆動され
て発電が行なわれる。
【0005】しかし、この様な発電海洋構造物では、実
海域における卓越波浪に応じて海洋構造物02の主寸法
等が設定される。この海洋構造物02の主寸法等は、海
洋構造物02の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。すなわち、海洋構造物02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。
【0006】また、弁装置05,06、空気タービン0
7、機械的軸系装置、発電機09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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
発電海洋構造物の不具合を解消するため、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
用性を拡大できる発電海洋構造物を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の発電
海洋構造物は次の手段とした。 (1)水中に固定され、又はシーアンカ等により水底に
係合するワイヤ等で繋留され、波浪による搖動がない又
は搖動が小さくされた第1の構造物を設けた。 (2)波浪により自由に搖動し、第1の構造物との間で
相対運動を行い、第1の構造物との間隔が変動する第2
の構造物を設けた。 (3)第1の構造物と第2の構造物の間、又は水底等水
中の固定物と第2の構造物との間に介装されて、第2の
構造物を波浪の周期と異る周期で搖動させる弾性材を設
けた。 (4)間隔が変動する、第1の構造物と第2の構造物と
の間に張設されて、第1の構造物と第2の構造物との間
隔変動で緊張、弛緩させられ、この波浪の周期と異る周
期で生じる緊張・弛緩により発電ができる圧電フィルム
を設けた。 (5)圧電フィルムから出力される電力を外部の負荷に
供給し、又は蓄電を行う装置を設けた。
【0009】
【作用】海面の波浪により第2の構造物が搖動を始める
が、第2の構造物は、弾性材によって第1の構造物又は
水中の固定物に連結されているので波浪の周期と異る、
弾性材のばね定数で定まる、周期で搖動し、波浪の周期
に近い周期で搖動し、又は静止する第1の構造物との間
隔は、波浪の周期と異る周期で変動する。この周期で起
る両構造物の間の間隔の変動により、第1の構造物と第
2の構造物との間に張設された圧電フィルムには、電力
を発生できる周期での緊張・弛緩が生じ圧電フィルムが
変形し、ピエゾ電気を発生する。この圧電フィルムによ
る発生電力が電線及び外部出力栓カプラー等の装置を介
して外部へ取出される。従って、どのような範囲の波浪
のエネルギも有効に利用でき、機械装置、機械要素的可
動部で排除してエネルギ変換に伴う損失なしに発電する
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の発電海洋構造物の実施例を図
面にもとづき説明する。図1ないし図3は、本発明の発
電海洋構造物の第1実施例を示す図であって、図1は全
体を一部断面で示す側面図、図2は圧電フィルムの取付
部詳細を示す図、図3は第1の構造物と第2の構造物と
の結合部の詳細を示す図である。
【0011】図において、水底に設置されたシンカー等
に、一端が繋着されたワイヤ又はチェイン等の繋留索2
で、第1の構造物1は波浪の影響が比較的少い水中に繋
留されている。また、第1の構造物1の上部で、波浪の
影響を最も受ける高さに、第2の構造物3が配置されて
おり、第1の構造物1と第2の構造物3との間は、第1
の構造物1の上面に設けたコラム4、および第2の構造
物3の下面に設けたコラム5との間に介装された、弾性
材としてのスプリング6およびボルト7で相対運動が出
来る状態で連結されている。
【0012】また、第1の構造物1と第2の構造物3と
の間には、圧電フィルム8がその上端、下端をそれぞれ
格子桁9に保持されて張設されている。この圧電フィル
ム8は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなり、
伸び率1%、即ちフィルムの長さに対する伸び量が1/
100、周波数1HZ以上で、フィルムの緊張・弛緩を
繰り返すと、電力を発生することが本発明の出願人によ
り確認されている。また、伸び率4%程度以上では破断
することも確認されている。
【0013】従って、図2に示すように、圧電フィルム
8の一端は半割りにされた上部の格子桁9に挟まれ、他
の一端を下部の格子桁10に挟み込むことにより格子桁
9,10の間に展張し、このようにしたものを、横に数
10枚、縦に数10枚、第1の構造体1と第2の構造体
3との間に集積配置している。また、最上段の格子桁9
と第1の構造体3とは固着されており、さらに最下段の
格子桁10と第1の構造体1とも固着されているので、
波浪20によって生じる、第1の構造体1と第2の構造
体3との間に生じる上、下間隔の変動により、圧電フィ
ルム8に緊張・弛緩が生じるようにしている。
【0014】一方、圧電フィルム8の伸び過剰による破
断を防止し、かつ許容値内の第1の構造物1と第2の構
造物との相対運動をさせるため、上下のコラム4,5間
には、図3に示すようにストッパ11を上下に設け、上
下動に対して遊びを持たせたボルト7が設けられ、第1
の構造物1と第2の構造物3とを連結している。このス
トッパ11は、上下位置を調整することにより、第1の
構造物1と第2の構造物3との離隔は圧電フィルム8の
破断許容値内で行われるようにしている。
【0015】また、上記したように、圧電フィルム8は
周波数1HZ以上の緊張・弛緩によって、電力を発生す
るが、実海面に於る波浪の周期は1〜10秒程度のもの
が卓越している。従って、このままでは、圧電フィルム
8を緊張・弛緩させても電力は発生できないか、又は発
電できても発電効率はきわめて悪い。本実施例では、こ
れを解決するため、上、下のコラム4,5の間にスプリ
ング6を組込み、第2の構造物3が波浪衝撃を受けた
ら、スプリング6のばね定数で定まる振動数で搖動する
ようにした。これにより、第1の構造物1と第2の構造
物3との間隔は、実海域における卓越波浪周期と異る周
期で変動させることが、スプリング6のばね定数の選定
により自在にでき、圧電フィルム8を発電できる、又は
発電効率の良い周波数で緊張・弛緩させることができ
る。
【0016】このようにして、圧電フィルム8で発電さ
れた電力は電線12によって、蓄電池13に供給され、
外部の負荷に供給される。
【0017】次に、図4は本発明の第2実施例を示す側
断面図である。本実施例では、本発明を防波堤に適用し
た実施例である。第1の構造物としての防波堤21は、
下端が水底に設けたマウンド22に固定されている。ま
た第2の構造物としての防波堤23は上下左右に伸縮
し、しかも、許容値以上の変形ができないようにされ
た、弾性材としての緩衝材26を介してマウンド22と
連結されている。また、防波堤21,23の間には両側
端部が防波堤21,23にそれぞれ固着された圧電フィ
ルム28が張設されている。
【0018】波浪を受けた防波堤23は、その下部に組
込まれた緩衝材26により振動する。防波堤23の振動
に伴ない、同様に振動する圧電フィルム28は起電し、
第一実施例と同様に蓄電を行う。ばね緩衝材13は上下
左右に伸縮する構造であり、圧電フィルム28の伸び率
が4%を超えない剛性を有し、圧電フィルム28の破断
を防止するようにしている。
【0019】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明の発電海洋
構造物によれば、特許請求の範囲に示す構成により、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、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)機械装置部分がなく、故障が少く海洋生物付着も
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)波浪海面に設置して発電と同時に、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実施例に係る発電海洋構造物の側
断面図。
【図2】図1の圧電フィルム取付部の詳細を示す側面
図。
【図3】図1の構造物の結合部の詳細を一部断面で示す
側面図。
【図4】本発明の第2実施例に係る発電海洋構造物の側
断面図。
【図5】従来の発電海洋構造物の構成例を示す概要図。
【符号の説明】 1 第1の構造物 2 繋留索 3 第2の構造物 4 コラム(下部) 5 コラム(上部) 6 弾性材としてのスプリング 7 ボルト 8 圧電フィルム 9 格子桁(上部) 10 格子桁(下部) 11 ストッパ 12 電線 13 蓄電池 20 波浪 21 第1の構造物としての(固定)防波堤 22 マウンド 23 第2の構造物としての(搖動)防波堤 26 弾性材としての緩衝材 28 圧電フィルム

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水底に固定若しくは繁留された第1の構
    造物と、波浪により搖動し前記第1の構造物と相対運動
    を行う第2の構造物と、前記第1の構造物若しくは水底
    と前記第2の構造物との間に介装され前記第2の構造物
    の搖動周期を波浪の周期から変える弾性材と、前記第1
    の構造物と前記第2の構造物との間に張設され緊張・弛
    緩により発電を行う圧電フィルムと、前記圧電フィルム
    から出力される電力を外部に取出す装置とからなること
    を特徴とする発電海洋構造物。
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