JPH09191663A - 圧電フィルムによる波力発電台船 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電フィルムの波浪による効率良い発電を可
能にする。 【解決手段】 台船５に、複数の上部ローラ10を有する
上部ローラ取付治具７を固着し、複数の下部ローラ10′
を有する下部ローラ取付治具８を遊動可能に配設し、上
部ローラ10と下部ローラ10′との間に圧電フィルム３を
順次架け渡し、治具８に取り付けた係留索６を巻取器13
の操作で所定張力に展張した後、波１Ａによる台船５の
浮力変動で係留索６，取付治具８を介して圧電フィルム
３を伸縮させる構成により、小さな浮力変動により圧電
フィルムに大きな歪を発生させることができ、効率の良
い発電を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電フィルムを利
用した波力発電船に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電材料から形成された圧電フィルム
を、同圧電材料の圧電軸方向に圧縮したり引き伸ばした
りすると、両端面に反対符号の電荷、すなわち電力が発
生することは広く知られている。そして、このような圧
電フィルムを利用した波力発電装置として、従来図５
(a)，(b)に示すようなものが提案されている。

【０００３】すなわち図５(a)，(b)において符号２は海
面１に浮かんでいるフロートを示しており、このフロー
ト２と海底20上のアンカ４との間に、圧電フィルム３が
介設されている。圧電フィルム３は２枚の圧電フィルム
３ａ，３ｂを捲回して筒状体に形成され、この筒状体の
上端部をフロート２に取り付けられ、下端部をアンカ４
ａに取り付けられて、いわば圧電フィルム３がフロート
２の係留索として機能するようになっている。そして波
浪によってフロート２の浮力が変動すると係留索として
の圧電フィルム３に対する張力が変化し、この張力の変
化によって圧電フィルム３の極板に電圧が発生する。そ
してこの電圧がリード線18，18により取り出されるよう
に構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の装置では、圧電フィルムが海中に没しているの
で、フィルム間の絶縁性の確保のため、漏水の防止が重
要な技術事項となる。すなわち圧電フィルムは絶縁体で
あり電気的にはコンデンサに相当し、絶縁低下は即発電
性能の劣化につながり、また、発電素子が海中にあるこ
とにより、破損等に対するメインテナンスが大掛りとな
るほか、耐久性にも問題があるなどの問題点がある。本
発明は、このような問題点の解決をはかろうとするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電フィルム
による波力発電台船において、台船と、同台船に配設さ
れ複数の上部ローラを支持する上部ローラ取付治具と、
上記複数の上部ローラに対向する複数の下部ローラを支
持するとともに上記上部ローラ取付治具に対して遊動可
能に配設された下部ローラ取付治具と、上記の複数の上
部ローラと複数の下部ローラとを交互に順次巡るように
展張した上記圧電フィルムと、上記の上部ローラ取付治
具および下部ローラ取付治具に取付けて上記圧電フィル
ムの両端部を支持する電極取付治具とをそなえ、上記台
船の浮力変動に応じて上記の上部ローラ取付治具あるい
は下部ローラ取付治具のいずれか一方を他方に対して変
位させるべく、海底と上記の上部ローラ取付治具あるい
は下部ローラ取付治具との間に係留索を設けて課題解決
の手段としている。

【０００６】また、上記上部ローラ取付治具が上記台船
に固着されるとともに上記係留索をその一端部を上記台
船の船底部に形成された貫通穴を通って上記下部ローラ
取付治具に結着し、上記貫通穴に防水手段を設けて課題
解決の手段としている。

【０００７】さらに上記下部ローラ取付治具が上記台船
に固着されるとともに上記係留索がその一端部を上記台
船の上方から上記上部ローラ取付治具に結着して課題解
決の手段としている。

【０００８】さらにまた、上記係留索の張力調整のため
の係留索巻取器を上記台船に設けて課題解決の手段とし
ている。

【０００９】本発明の圧電フィルムによる波力発電台船
では、係留索巻取器を操作して台船が浮いた状態から係
留索を短くしていき、係留索が張った状態よりさらに短
くしていくと台船は海中に沈み出し、台船の喫水は深く
なり、浮いた状態から沈んだ分の喫水変化に対応した浮
力が係留索の張力として作用する。このように沈んだ状
態で台船に波が当たると台船は緊張係留されているため
動かず波による台船の浮力変化分が係留索の張力変動と
なる。圧電フィルムは、複数の上部ローラおよび下部ロ
ーラによって折り返し展張されており、さらに係留索の
波による張力変動により複数の上部ローラと下部ローラ
とが同時に相対変位することから、圧電フィルムを伸縮
させるような力を同圧電フィルムに効率良く作用させる
ことができる。そして圧電フィルムは張力の変動振幅に
比例した電圧を発生する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明すると、図１はその第１実施形態とし
ての圧電フィルムによる波力発電台船の側断面図、図２
は同正断面図、図３は同電気回路図であり、図４はその
第２実施形態としての圧電フィルムによる波力発電台船
の側断面図である。

【００１１】まず第１実施形態について説明する。図
１，２において、符号５は海面１に浮かぶ台船を示して
おり、この台船５の内部に、圧電フィルム３を展張状態
に支持するための上部ローラ取付治具７と下部ローラ取
付治具８とが配設されている。

【００１２】上部ローラ取付治具７は底面を開口され全
体形状を冂形に形成されるとともに上記台船５に固定さ
れる箱体からなり、その天井板７ａに複数の上部ローラ
10が調整ボルト９およびナット９ａにより下方への突出
量を調節可能に、箱体の長手方向に、かつ互いに平行に
取り付けられている。下部ローラ取付治具８は、箱体か
らなる上部ローラ取付治具７の内部に遊動可能に配設さ
れる板体からなり、その上面に、複数の上部ローラ10に
対向する複数の下部ローラ10′が、板体、すなわち上記
箱体の長手方向に、かつ互いに平行に固定ボルト９′に
より内方（上方）に向かって突出するように、取り付け
られている。

【００１３】符号３は長尺の圧電フィルムを示してお
り、この圧電フィルム３はその両端部を下部ローラ取付
治具８の左右端部に電極取付治具12，12を介して固着さ
れるとともに、上部ローラ10および下部ローラ10′を交
互に順次巡るように上部ローラ10と下部ローラ10′との
間に架け渡されて配設されている。上部ローラ10および
下部ローラ10′はいずれも絶縁材製であり、また圧電フ
ィルム３はその長さ方向が圧電軸と一致するように構成
されている。

【００１４】台船５の左右両側外面および前後両外面に
合計４台の、後述の係留索６の張力調整手段としての係
留索巻取器13がそれぞれ取り付けられている。そして各
係留索巻取器13の各ドラムに捲回された係留索６が、海
底20上の４基のアンカ４の各耳輪４ａをそれぞれ経、さ
らに台船５の底板５ａに形成された４個の貫通穴５ｂを
それぞれ通って、各端部を下部ローラ取付治具８の前後
左右端部の４個所でそれぞれ結着されている。各貫通穴
５ｂから海水が台船５内に侵入するのを防止するため、
防水手段としてのゴム系の防水蛇腹14が各貫通穴５ｂに
設けられている。

【００１５】上述の構成において、台船５が浮いた状態
から各係留索６をそれぞれの巻取器13により巻取って短
くしていき、各係留索６が張った状態よりさらに短くし
ていくと、台船５が海中に沈み出し、台船５の喫水が次
第に深くなり、浮いた状態から沈んだ分の喫水変化に対
応した浮力が係留索の張力として作用する。このように
して、圧電フィルム３に初期張力が付与される。係留索
巻取器13は、上記のように係留索６の張力を調節して圧
電フィルム３に所定の（初期）張力を設定（付与）する
ものであるが、圧電フィルム３に対する所定の初期張力
の設定がなされた後、規定値以上の張力が係留索６に作
用したときには、その張力に応じて回転し、圧電フィル
ム３および、あるいは係留索６に過大な張力が作用する
のを防止できるようになっている。

【００１６】この状態で台船５に波１Ａが当たると、台
船５は緊張係留されているため上下動することができ
ず、波１Ａによる台船５の浮力変化分が係留索の張力の
変化（変動）となる。すなわち台船５の波１Ａによる浮
力変動振幅分相当の張力分を初期張力として圧電フィル
ム３に与えておくと、波１Ａが来たとき、船幅あるいは
船長に対して十分波長の長い波に対しては、波の山と谷
とによって台船５の浮力が変化し、この浮力変動分が、
初期張力を零点とした圧電フィルム３の張力を、＋（プ
ラス）方向（緊張方向）および−（マイナス）方向（弛
緩方向）に変化させる張力変動分として作用し、圧電フ
ィルム３を伸縮させる。

【００１７】一般に、圧電フィルム３の発生電圧Ｖは Ｖ＝ｄ₃₁×ε×ｔ×Ｅ で表される。ここで、ｄ₃₁は圧電フィルム３の軸方向
（ｘ，ｚ軸方向）電圧出力係数、εは伸縮歪量、ｔは圧
電フィルムの厚み、Ｅは圧電フィルムのヤング率であ
る。圧電フィルムの電気的インピーダンスＺは Ｚ＝１／ωｃ （ωは角周波数、ｃはキャパシタン
ス） で表され、波１Ａの角周波数はインピーダンスに関係
し、周波数が高くなればインピーダンスが小さくなっ
て、多くの電力が取り出せることになる。

【００１８】この第１実施形態のものでは、長尺の圧電
フィルム３は上部ローラ10と下部ローラ10′との間を折
り返し展張され、上部ローラ10は台船５（の船体）に固
定され、下部ローラ10′は下部ローラ取付治具８を介し
て係留索６に接続されているため、係留索６の波１Ａに
よる張力変動が、各上部ローラ10と当該上部ローラ10に
対向する下部ローラ10′との間に展張されている各圧電
フィルム単位毎に直接作用することとなり、係留索６の
小さな張力変動にも拘わらず圧電フィルム３に大きな伸
縮歪を発生させることができ、効率の良い発電が可能と
なる。なおこの第１実施形態において、圧電フィルム３
の両端部を上部ローラ取付治具７に電極取付治具12，12
を介して固着しても、ほぼ同様の作用効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００１９】図３は圧電フィルム３に発生した電力を蓄
電池16に蓄える回路を示しており、圧電フィルム３に歪
を与えると電圧が発生し、電力取出し極板19よりリード
線18，18、全波整流器15を経て蓄電池16に蓄電させる。
符号17はランプ，作業機器等の電力負荷を示している。
このように、この実施形態のものでは、圧電フィルム３
を台船５上に複数の上部ローラと下部ローラとの間に架
け渡して展張し、波１Ａによる台船５の浮力変化で多数
の下部ローラを同時に移動させて圧電フィルム３の引張
力に変換するようにしたため、効率良く、海上にて電力
を取り出すことができる。

【００２０】また、台船５上に圧電フィルム３を展張す
ることにより、圧電フィルム３の周囲環境が絶縁体な近
い空気中となり、圧電フィルム間，電力取出し極板19間
の絶縁対策が非常に容易となり、さらに台船５上に圧電
フィルム３を展張することにより、圧電フィルムの破損
対策，メインテナンスも海中に比べて格段にしやすくな
る。さらに、従来技術では圧電フィルムの張力調整がで
きないため、波の山側では圧電フィルム（係留索）を引
張るが谷側では緩んでしまうので電力回収効率が落ちる
が、この実施形態のものでは、係留索６を台船上の係留
索巻取器13による圧電フィルムの張力調整により圧電フ
ィルムに初期張力を与えて、波の山および谷に圧電フィ
ルムの張力変動が追従するようにしたため、波浪エネル
ギーを圧電フィルムの発生電力に有効に変換することが
可能となる。

【００２１】次に、図４により第２実施形態について説
明する。この第２実施形態では、台船５の底板５ａに、
上面に開口部をそなえ全体形状を箱形に形成された下部
ローラ取付治具８が固着されるとともに、この下部ロー
ラ取付治具８の上面の開口部に板状の上部ローラ取付治
具７が配設されている。上部ローラ取付治具７および下
部ローラ取付治具８に、第１実施形態の場合と同様に、
それぞれ多数の上部ローラ10および下部ローラ10′が取
り付けられ、両端部を上部ローラ取付治具７に取り付け
られた電極取付治具12，12に固着された長尺の圧電フィ
ルム３が、上部ローラ10および下部ローラ10′を交互に
順次巡るように架け渡されて配設されている。

【００２２】電極取付治具12，12は上部ローラ取付治具
７の両側端部寄りに取り付けられており、両電極取付治
具12，12に係留索６，６がその一端部を上方から結着さ
れている。係留索６は、他端部を係留索の張力調整手段
としての係留索巻取器13のドラムに捲回されるととも
に、海底20上のアンカ４の耳輪４ａを通り、台船５の上
部に突設された二股状の腕５ｃに取り付けられたプーリ
14ａ，14ｂを経て、一端部が上述のとおり電極取付治具
12に結着されている。

【００２３】上述の構成により、この第２実施形態のも
のでも、第１実施形態のものと同様に、波１Ａによる台
船５の浮力変化分が係留索の張力の変化（変動）とな
り、その張力変動が各上部ローラ10と当該上部ローラ10
に対向する下部ローラ10′との間に張設されている各圧
電フィルム単位毎に直接作用して伸縮歪を与えるので、
効率の良い発電が行なわれる、という作用効果が奏され
ることは言うまでもない。

【００２４】さらにこの第２実施形態のものでは、係留
索６が台船５の船底を貫通しない構成となっているた
め、第１実施形態のものにおける防水手段としての防水
蛇腹14が不要となり、製造コストおよびメインテナンス
の上で有利であるという利点が得られる。なおこの第２
実施形態において、圧電フィルム３の両端部を下部ロー
ラ取付治具８に電極取付治具12，12を介して固着して
も、ほぼ同様の作用効果が得られることは言うまでもな
い。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電フィ
ルムによる波力発電台船によれば、次のような効果ない
し利点が得られる。 (1) 圧電フィルムを台船上に、複数の上部ローラと下部
ローラとの間に架け渡して展張し、波浪による台船の浮
力の変動により複数の上部ローラおよび下部ローラの一
方を同時に他方に対して変位させるようにしたため、効
率良く海上にて電力を取り出すことができる。 (2) 台船上に圧電フィルムを展張することにより、圧電
フィルムの周囲環境が絶縁体に近い空気中となり、圧電
フィルム間，電力取出し極板間の絶縁対策が非常に容易
となる。また、台船上に圧電フィルムを展張することに
より、破損対策，メインテナンスも海中に比べて格段に
しやすくなる。 (3) 従来技術では張力調整ができないため、波の山側で
は圧電フィルム（係留索）を引張るが谷側では緩んでし
まうため電力回収効率が落ちるが、係留索を台船上の係
留索巻取器の操作で圧電フィルムの張力を調整して、圧
電フィルムに初期張力を与えて、波の山および谷に圧電
フィルムの張力変動が追従するようにしたため、波浪エ
ネルギーを圧電フィルムの発生電力に有効に変換するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての圧電フィルムに
よる波力発電台船の側断面図。

【図２】同正断面図。

【図３】同電気回路図。

【図４】同第２実施形態としての圧電フィルムによる波
力発電台船の側断面図。

【図５】(a) 従来の圧電フィルムによる波浪発生の模式
図。 (b) 同圧電フィルムの斜視図。

【符号の説明】

１ 海面 １Ａ 波 ３ 圧電フィルム ４， アンカ ５ 台船 ５ａ 底板 ５ｂ 貫通穴 ６ 係留索 ７ 上部ローラ取付治具 ７ａ 天井板 ８ 下部ローラ取付治具 ９ 調整ボルト ９′ 固定ボルト ９ａ ナット 10 上部ローラ 12 電極取付治具 13 係留索巻取器 14 防水手段としての蛇腹 14ａ，14ｂ プーリ 15 全波整流器 16 蓄電池 17 電力負荷 18 リード線 19 電力取出し極板 20 海底

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電フィルムによる波力発電台船におい
   て、 台船と、 同台船に配設され複数の上部ローラを支持する上部ロー
   ラ取付治具と、 上記複数の上部ローラに対向する複数の下部ローラを支
   持するとともに上記上部ローラ取付治具に対して遊動可
   能に配設された下部ローラ取付治具と、 上記の複数の上部ローラと複数の下部ローラとを交互に
   順次巡るように展張された上記圧電フィルムと、 上記の上部ローラ取付治具あるいは下部ローラ取付治具
   に取付けられて上記圧電フィルムの両端部を支持する電
   極取付治具とをそなえ、 上記台船の浮力変動に応じて上記の上部ローラ取付治具
   および下部ローラ取付治具のいずれか一方を他方に対し
   て変位させるべく、海底と上記の上部ローラ取付治具あ
   るいは下部ローラ取付治具との間に係留索が設けられて
   いることを特徴とする、圧電フィルムによる波力発電台
   船。
2. 【請求項２】 上記上部ローラ取付治具が上記台船に固
   着されるとともに上記係留索がその一端部を上記台船の
   船底部に形成された貫通穴を通って上記下部ローラ取付
   治具に結着され、上記貫通穴に防水手段が設けられてい
   ることを特徴とする、請求項１に記載の圧電フィルムに
   よる波力発電台船。
3. 【請求項３】 上記下部ローラ取付治具が上記台船に固
   着されるとともに上記係留索がその一端部を上記台船の
   上方から上記上部ローラ取付治具に結着されていること
   を特徴とする、請求項１に記載の圧電フィルムによる波
   力発電台船。
4. 【請求項４】 上記係留索の張力調整のための係留索巻
   取器が上記台船に設けられていることを特徴とする、請
   求項１〜３のいずれかに記載の圧電フィルムによる波力
   発電台船。