KR102336001B1 - 파수판 및 파력 발전 시스템 - Google Patents

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시게히코 아마노
마사토 타도코로
코지 모토야마
코키 마루야마
창규 임
히데타카 코바야시
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요코하마 고무 가부시키가이샤
고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
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Abstract

파수판(波受板)은, 파력 발전 시스템에 있어서 지지 장치에 요동(搖動) 가능하게 지지되고, 적어도 일부에 가요판(可撓板)을 구비한다.

Description

파수판 및 파력 발전 시스템
본 발명은, 파수판(波受板) 및 파력 발전 시스템에 관한 것이다.
자연 에너지를 이용하는 발전 방법의 하나로서 파력 발전이 알려져 있다. 파력 발전이란, 파도 에너지를 이용하여 발전하는 발전 방법을 말한다. 특허 문헌 1에는, 진자식(振子式)의 파력 발전에 관련되는 기술이 개시되어 있다. 진자식의 파력 발전은, 파도 에너지에 의하여 요동(搖動)하는 파수판을 가진다. 파력 발전 시스템은, 파도 에너지에 의하여 요동하는 파수판의 운동 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것에 의하여 발전한다.
일본국 공개특허공보 소58-178879호
파고(波高)는, 자연 조건에 의하여 여러 값으로 변화한다. 예를 들어 1［m］의 파고의 파도가 발생하는 경우가 있고, 10［m］이상의 파고의 파도가 발생하는 경우가 있다. 파도 에너지는, 파고의 자승(自乘)에 비례한다. 그 때문에, 파도 에너지는, 자연 조건에 의하여 100배 이상으로 변화할 가능성이 있다. 상정(想定)값보다도 높은 파고가 발생하고, 상정값보다도 높은 파도 에너지가 파수판에 작용하면, 파수판 또는 발전 장치가 고장나거나 파손되거나 할 가능성이 있다. 한편, 파고의 상정값이 높은 값으로 설정되면, 발전 효율이 저하하거나 발전 장치가 대형화하거나 할 가능성이 있다.
파도 에너지의 변화에 기초하여, 기계 장치로 파수판의 면적을 변화시켜, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하는 것을 억제하는 아이디어가 존재한다. 그러나, 파수판은 해중(海中)에 배치되기 때문에, 기계 장치로 파수판의 면적을 변화시키는 방법으로는, 염해(鹽害)에 의하여 파수판의 성능이 저하할 가능성이 있다.
본 발명의 태양(態樣)은, 저비용으로 성능의 저하를 억제할 수 있는 파수판 및 파력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 파력 발전 시스템에 있어서 지지 장치에 요동 가능하게 지지되고, 적어도 일부에 가요판(可撓板)을 구비하는 파수판이 제공된다.
본 발명의 제1 태양에 의하면, 파수판의 적어도 일부가 가요판이기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하였을 때, 가요판이 휜다. 가요판이 휘는 것에 의하여, 파면(波面)에 대한 파수판의 면적(투영 면적)이 작아지기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 파수판 또는 발전 장치가 고장나거나 파손되거나 하는 것이 억제된다. 기계 장치를 일절 사용하지 않고, 파수판의 면적을 수동적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 파수판의 내구성을 저비용으로 향상할 수 있고, 파수판의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판의 하단부는, 자유단(自由端)인 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 홍수 또는 태풍에 의하여 해저의 지형이 변화하여, 파수판의 하단부와 해저가 접촉하여도, 가요판이 휘는 것에 의하여, 파수판에 과도한 응력이 작용하는 것이 억제된다. 따라서, 파수판 또는 발전 장치가 고장나거나 파손되거나 하는 것이 억제된다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판은, 제1 가요판과, 상기 제1 가요판에 인접하는 제2 가요판을 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 파도 에너지가 파수판에 작용하였을 때, 제1 가요판과 제2 가요판의 조합에 의하여, 파수판을 규정의 방향으로 규정의 휨량으로 휘게 할 수 있다. 예를 들어 제1 가요판과 제2 가요판의 조합에 의하여, 파수판에 제1 방향으로부터 제1 파도 에너지가 작용하였을 때, 파수판을 제1 방향과는 반대의 제2 방향으로 제1 휨량으로 휘게 하고, 파수판에 제2 방향으로부터 제2 파도 에너지가 작용하였을 때, 파수판을 제1 방향으로 제2 휨량으로 휘게 할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 제2 가요판의 하단부는, 상기 제1 가요판의 하단부보다도 상방(上方)에 배치되는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 가요판은 비대칭 구조가 되고, 제1 방향으로부터 제1 파도 에너지가 작용하였을 때와 제2 방향으로부터 제2 파도 에너지가 작용하였을 때에서, 제2 방향 및 제1 방향의 각각에 비대칭인 휨량으로 휘게 할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 제2 가요판의 강성은, 상기 제1 가요판의 강성보다도 높은 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 상하 방향의 치수가 크고 강성이 낮은 제1 가요판은, 파도 에너지의 작용에 의하여 크게 휠 수 있다. 상하 방향의 치수가 작고 강성이 높은 제2 가요판은, 제1 가요판을 지지할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 제2 가요판은, 상기 제1 가요판보다도 입사파 측에 배치되는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 난바다 측으로부터 파도 에너지가 높은 입사파가 파수판에 작용하였을 때, 제1 가요판은, 물가 측으로 크게 휠 수 있다. 그 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하는 것이 억제된다. 물가 측으로부터 파도 에너지가 작은 반사파가 파수판에 작용하였을 때, 제1 가요판은 제2 가요판에 지지되어 있기 때문에, 제1 가요판은, 난바다 측으로 휘는 것이 억제된다. 가요판의 휨이 억제되는 것에 의하여, 파수판은, 마치 강성판(剛性板)으로서 행동할 수 있다. 그 때문에, 파수판에 작용하는 파도 에너지가 작아도, 파수판은 충분히 요동할 수 있다. 이와 같이, 파도 에너지가 높은 입사파가 파수판에 작용할 때, 가요판이 크게 휘기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하는 것이 억제된다. 파도 에너지가 작은 반사파가 파수판에 작용할 때, 가요판의 휨이 억제되기 때문에, 파수판은 충분히 요동할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 지지 장치에 접속되는 강성판을 구비하고, 상기 가요판은, 상기 강성판의 하부에 지지되는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 과도한 파도 에너지가 파수판에 작용하였을 때, 강성판에 지지되어 있는 가요판이 휘고, 파면에 대한 파수판의 면적이 작아진다. 따라서, 과도한 파도 에너지가 파수판 또는 발전 장치에 작용하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 파수판에 작용하는 파도 에너지가 작아도, 강성판에 파도 에너지가 작용하는 것에 의하여, 파수판은, 충분히 요동할 수 있다. 강성판이란, 가요판보다도 강성이 높은 판이고, 파도 에너지가 작용하여도 실질적으로 휘지 않는 판을 말한다. 강성판으로서, 예를 들어 철판 또는 알루미늄판과 같은 금속판이 예시된다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판은, 고무판을 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 파수판의 내구성을 향상할 수 있다. 고무판은 염분에 대한 내부식성이 높다. 그 때문에, 파수판을 해중에 잠그어도, 파수판이 단기에 열화하는 것이 억제된다. 또한, 고무의 비중은 약 1.0 정도이기 때문에, 가요판이 고무판을 포함하는 것에 의하여, 파수판의 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 파수판의 제작비 및 유지 관리비를 경감할 수 있고, 파수판의 저비용화를 도모할 수 있다. 또한, 고무의 성상(性狀)(구조, 치수, 재료, 탄성률, 강도, 중량, 두께, 및 적층수 중 적어도 하나)을 조정하여, 파수판의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판은, 점탄성판을 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 고무판과 마찬가지로, 파수판의 내구성을 향상하고, 경량화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판은, 고무판과 보강재의 복합재인 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 보강재의 성상(구조, 치수, 재료, 탄성률, 강도, 중량, 두께, 및 적층수 중 적어도 하나)을 조정하는 것에 의하여, 파수판의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 가요판은, 점탄성판과 보강재의 복합재인 것이 바람직하다.
이것에 의하여, 고무판과 보강재의 복합재와 마찬가지로, 파수판의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 태양에 있어서, 상기 보강재는, 합성 섬유, 반합성 섬유, 재생 섬유, 식물 섬유, 탄소 섬유, 동물 섬유, 금속 섬유, 금속 와이어, 및 금속판 중 적어도 하나를 포함하여도 무방하다.
이것에 의하여, 파수판의 내구성을 향상하고, 경량화를 도모할 수 있다.
덧붙여, 점탄성판으로서, 우레탄판, 수지판, 실리콘판, 및 플라스틱판 중 적어도 하나가 예시된다. 합성 섬유로서, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 비닐론(vinylon), 및 아라미드 중 적어도 하나가 예시된다. 반합성 섬유로서, 아세테이트, 트리아세테이트, 및 프로믹스(promix) 중 적어도 하나가 예시된다. 재생 섬유로서, 레이온, 큐프라, 및 폴리노직 중 적어도 하나가 예시된다. 식물 섬유로서, 면, 및 마 중 적어도 하나가 예시된다. 탄소 섬유로서, 아크릴, 및 피치 중 적어도 하나가 예시된다. 동물 섬유로서, 모, 앙고라, 거미줄, 및 모헤어 중 적어도 하나가 예시된다. 금속 섬유로서, 은사(銀絲), 및 스틸사 중 적어도 하나가 예시된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 태양의 파수판과, 상기 파수판을 요동 가능하게 지지하는 지지 장치와, 파도 에너지에 의하여 요동하는 상기 파수판의 운동 에너지에 기초하여 발전하는 발전 장치를 구비하는 파력 발전 시스템이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 의하면, 저비용으로 성능의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명의 태양에 의하면, 저비용으로 성능의 저하를 억제할 수 있는 파수판 및 파력 발전 시스템이 제공된다.
도 1은, 본 실시 형태에 관련되는 파력 발전 시스템의 일례를 도시하는 정면도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 관련되는 파수판의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 3은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판을 모식적으로 도시하는 측단면도이다.
도 4는, 본 실시 형태에 관련되는 가요판의 일부를 파단한 사시도이다.
도 5는, 본 실시 형태에 관련되는 가요판의 일부를 파단한 사시도이다.
도 6은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판의 일부를 파단한 사시도이다.
도 7은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 8은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 관련되는 실시 형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시 형태의 구성 요소는 적의(適宜) 조합할 수 있다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다.
이하의 설명에 있어서는, 「상」, 「하」, 「전」, 「후」, 「좌」, 및 「우」의 용어를 이용하여 각부의 위치 관계에 관하여 설명한다. 이들의 용어는, 파수판을 기준으로 한 상대 위치 또는 방향을 나타낸다.
［파력 발전 시스템］
도 1은, 본 실시 형태에 관련되는 파력 발전 시스템(1)의 일례를 도시하는 정면도이다. 파력 발전 시스템(1)은, 물가의 근방에 설치되고, 파도 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것에 의하여 발전한다. 파력 발전 시스템(1)은, 물가에 설치된 소파 블록의 근방에 설치된다. 파력 발전 시스템(1)은, 건물(2)과, 파수 장치(3)와, 발전 장치(4)를 구비한다.
건물(2)은, 소파 블록의 근방의 해저(F)에 지지된다. 건물(2)은, 해저(F)에 고정되는 복수의 지주(支柱)(2S)와, 복수의 지주(2S)에 지지되는 바닥판(2P)을 가진다. 바닥판(2P)은, 해면보다도 위에 배치된다.
파력 발전 시스템(1)은, 진자 방식(가동 물체 방식)이다. 파수 장치(3)는, 파수판(100)과, 파수판(100)을 요동 가능하게 지지하는 지지 장치(10)를 가진다. 지지 장치(10)는, 바닥판(2P)에 지지된다. 파수판(100)의 적어도 일부는, 해중에 배치된다. 파력 발전 시스템(1)에 있어서, 파수판(100)은, 지지 장치(10)에 요동 가능하게 지지된다. 파수판(100)은, 파도 에너지에 의하여 요동한다.
지지 장치(10)는, 축 부재(11)와, 암 부재(12)와, 베어링 장치(13)를 가진다. 베어링 장치(13)는, 바닥판(2P)에 지지된다. 축 부재(11)는, 베어링 장치(13)에 회전 가능하게 지지된다. 암 부재(12)는, 축 부재(11)에 고정된다. 암 부재(12)는, 축 부재(11)로부터 하방(下方)으로 돌출한다. 암 부재(12)가 배치되는 개구(開口)(2K)가 바닥판(2P)에 형성되어 있다. 암 부재(12)의 상단부는, 축 부재(11)에 고정되고, 암 부재(12)의 하단부는, 바닥판(2P)보다도 하방에 배치된다. 암 부재(12)의 하단부는, 해면보다도 상방에 위치한다. 파수판(100)은, 암 부재(12)의 하단부에 고정된다. 축 부재(11)와 파수판(100)은, 암 부재(12)를 통하여 연결된다. 파수판(100)이 요동하면, 암 부재(12)를 통하여 파수판(100)에 고정되어 있는 축 부재(11)가 회전한다.
발전 장치(4)는, 파도 에너지에 의하여 요동하는 파수판(100)의 운동 에너지에 기초하여 발전한다. 발전 장치(4)는, 바닥판(2P)에 지지된다. 발전 장치(4)는, 축 부재(11)와 연결된다. 파수판(100)이 요동하고, 암 부재(12)를 통하여 파수판(100)에 고정되어 있는 축 부재(11)가 회전하는 것에 의하여, 발전 장치(4)는 발전한다.
［파수판］
도 2는, 본 실시 형태에 관련되는 파수판(100)의 일례를 도시하는 측면도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 파수판(100)은, 파력 발전 시스템(1)에 있어서 지지 장치(10)에 요동 가능하게 지지된다. 파수판(100)은, 적어도 일부에 가요판(120)을 구비한다.
또한, 파수판(100)은, 지지 장치(10)에 접속되는 강성판(110)을 구비한다. 강성판(110)은, 암 부재(12)의 하단부에 고정된다. 가요판(120)은, 강성판(110)의 하부에 지지된다. 강성판(110)과 가요판(120)은 다른 재료로 형성된다. 강성판(110)의 강성은, 가요판(120)의 강성보다도 높다.
가요판(120)이란, 파도 에너지의 작용에 의하여 휠 수 있는 판을 말한다. 가요판(120)은, 탄성 부재를 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 가요판(120)은, 고무판을 포함한다. 덧붙여, 가요판(120)은, 점탄성판을 포함하여도 무방하다. 점탄성판으로서, 우레탄판, 수지판, 실리콘판, 및 플라스틱판 중 적어도 하나가 예시된다.
강성판(110)이란, 파도 에너지가 작용하여도 실질적으로 휘지 않는 판을 말한다. 본 실시 형태에 있어서, 강성판(110)은, 금속판을 포함한다. 금속판으로서, 예를 들어 철판 또는 알루미늄판이 예시된다.
강성판(110)은, 암 부재(12)의 하단부에 고정된다. 강성판(110)의 상부는, 해면보다도 상방에 배치된다. 강성판(110)의 하부는, 해중에 배치된다.
가요판(120)은, 강성판(110)의 하단부에 고정된다. 가요판(120)은, 해중에 배치된다.
파수판(100)의 외형은, 거의 직사각형상이다. 파수판(100)에는, 난바다 측으로부터의 파도인 입사파와, 물가(C)(소파 블록(B))에서 반사한 물가 측으로부터의 파도인 반사파의 각각이 작용한다. 파수판(100)은, 파수판(100)의 표면과 입사파의 파면이 평행이 되도록 해중에 배치된다. 이하의 설명에 있어서는, 물가 측을 향하는 파수판(100)의 표면을 적의, 파수판(100)의 전면이라고 칭하고, 난바다 측을 향하는 파수판(100)의 표면을 적의, 파수판(100)의 후면이라고 칭한다.
파수판(100)은, 입사파의 파도 에너지를 후면에서 받고, 반사파의 파도 에너지를 전면에서 받는다. 파도 에너지를 받는 것에 의하여, 파수판(100)은, 축 부재(11)의 중심축을 중심으로 요동한다.
가요판(120)의 하단부는, 자유단이다. 자유단이란, 부재로 고정되어 있지 않은 단부(端部)를 말한다. 가요판(120)의 상단부는, 강성판(110)에 고정된 고정단이다.
가요판(120)은, 제1 가요판(121)과, 제1 가요판(121)에 인접하는 제2 가요판(122)을 포함한다.
제1 가요판(121)의 상단부(121T) 및 제2 가요판(122)의 상단부(122T)의 각각은, 고정 부재(130)에 의하여 강성판(110)의 하단부에 고정된다. 고정 부재(130)는, 제1 가요판(121)을 지지하는 제1 고정 부재(131)와, 제2 가요판(122)을 지지하는 제2 고정 부재(132)를 포함한다. 제1 고정 부재(131) 및 제2 고정 부재(132)의 각각은, 플레이트 부재이다. 제1 고정 부재(131)의 상단부는, 강성판(110)의 하단부에 고정된다. 제1 고정 부재(131)는, 제1 가요판(121)의 전면(121A)의 상부를 지지한다. 제1 고정 부재(131)의 하단부는, 제1 가요판(121)의 하단부(121U) 및 제2 가요판(122)의 하단부(122U)보다도 상방에 배치된다. 제2 고정 부재(132)의 상단부는, 강성판(110)의 하단부에 고정된다. 제2 고정 부재(132)는, 제2 가요판(122)의 후면(122B)의 상부를 지지한다. 제2 고정 부재(132)의 하단부는, 제1 가요판(121)의 하단부(121U) 및 제2 가요판(122)의 하단부(122U)보다도 상방에 배치된다.
상하 방향에 있어서, 제1 가요판(121)의 치수는, 제2 가요판(122)의 치수보다도 크다. 제1 가요판(121)의 상단부(121T)와 제2 가요판(122)의 상단부(122T)는 실질적으로 같은 높이에 배치된다. 제2 가요판(122)의 하단부(122U)는, 제1 가요판(121)의 하단부(121U)보다도 상방에 배치된다.
좌우 방향에 있어서, 제1 가요판(121)의 치수와, 제2 가요판(122)의 치수는 실질적으로 동일하다. 제1 가요판(121)의 좌단부(左端部)와 제2 가요판(122)의 좌단부는, 같은 위치에 배치된다. 제1 가요판(121)의 우단부(右端部)와 제2 가요판(122)의 우단부는, 같은 위치에 배치된다.
제1 가요판(121)의 하단부(121U), 좌단부, 및 우단부의 각각은, 자유단이다. 제2 가요판(122)의 하단부(122U), 좌단부, 및 우단부의 각각은, 자유단이다. 제1 가요판(121)의 상단부(121T)는, 고정단이다. 제2 가요판(122)의 상단부(122T)는, 고정단이다.
제2 가요판(122)의 강성은, 제1 가요판(121)의 강성보다도 높다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 제2 가요판(122)은, 제1 가요판(121)보다도 입사파 측에 배치된다. 제1 가요판(121)은, 제2 가요판(122)보다도 반사파 측에 배치된다.
［가요판］
도 3은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판(120)을 모식적으로 도시하는 측단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 가요판(121)은, 물가 측(반사파 측)을 향하는 전면(121A)과, 난바다 측(입사파 측)을 향하는 후면(121B)을 가진다. 제2 가요판(122)은, 물가 측(반사파 측)을 향하는 전면(122A)과, 난바다 측(입사파 측)을 향하는 후면(122B)을 가진다. 제1 가요판(121)의 후면(121B)의 적어도 일부와 제2 가요판(122)의 전면(122A)은 대향한다. 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 접속되지 않고, 따로따로 휠 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 제1 가요판(121)은, 고무판(40)과 보강재(50)의 복합재이다. 고무판(40)은, 전면 고무판(41)과 후면 고무판(42)을 포함한다. 보강재(50)는, 전면 고무판(41)과 후면 고무판(42)의 사이에 배치된다. 제1 가요판(121)의 전면(121A)은, 전면 고무판(41)에 배치된다. 제1 가요판(121)의 후면(121B)은, 후면 고무판(42)에 배치된다.
보강재(50)는, 합성 섬유, 반합성 섬유, 재생 섬유, 식물 섬유, 탄소 섬유, 동물 섬유, 금속 섬유, 금속 와이어, 및 금속판 중 적어도 하나를 포함한다. 합성 섬유로서, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 비닐론, 및 아라미드 중 적어도 하나가 예시된다. 반합성 섬유로서, 아세테이트, 트리아세테이트, 및 프로믹스 중 적어도 하나가 예시된다. 재생 섬유로서, 레이온, 큐프라, 및 폴리노직 중 적어도 하나가 예시된다. 식물 섬유로서, 면, 및 마 중 적어도 하나가 예시된다. 탄소 섬유로서, 아크릴, 및 피치 중 적어도 하나가 예시된다. 동물 섬유로서, 모, 앙고라, 거미줄, 및 모헤어 중 적어도 하나가 예시된다. 금속 섬유로서, 은사, 및 스틸사 중 적어도 하나가 예시된다.
덧붙여, 보강재(50)는, 범포(帆布)여도 무방하다. 범포로서, 나일론제 범포, 폴리에스테르제 범포, 아라미드제 범포, 및 면제 범포 중 적어도 하나가 예시된다.
전면 고무판(41), 후면 고무판(42), 및 보강재(50) 중 적어도 하나의 성상이 조정되는 것에 의하여, 제1 가요판(121)의 강성이 조정된다. 덧붙여, 고무판(40)의 성상이란, 고무판(40)의 구조, 치수, 재료, 탄성률, 강도, 중량, 두께, 및 적층수 중 적어도 하나를 말한다. 보강재(50)의 성상이란, 보강재(50)의 구조, 치수, 재료, 탄성률, 강도, 중량, 두께, 및 적층수 중 적어도 하나를 말한다.
도 4, 도 5, 및 도 6의 각각은, 본 실시 형태에 관련되는 제1 가요판(121)의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4, 도 5, 및 도 6의 각각은, 제1 가요판(121)의 일부를 파단한 사시도를 도시한다.
도 4는, 보강재(50)가 범포(51)인 예를 도시한다. 범포(51)로서, 나일론제 범포, 폴리에스테르제 범포, 비닐론제 범포, 레이온제 범포, 아크릴제 범포, 폴리우레탄제 범포, 아라미드제 범포, 및 면제 범포 중 적어도 하나가 예시된다. 본 실시 형태에 있어서, 보강재(50)는, 범포(51)와 심(芯) 고무판(52)의 적층체이다.
도 5는, 보강재(50)가 금속 와이어(53) 및 심 고무판(54)을 포함하는 예를 도시한다. 금속 와이어(53)로서, 철 와이어가 예시된다. 금속 와이어(53)는, 상하 방향으로 연재(延在)한다. 금속 와이어(53)는, 좌우 방향으로 간격을 두고 복수 배치된다.
도 6은, 보강재(50)가, 금속판(55)을 포함하는 예를 도시한다. 금속판(55)으로서, 철판이 예시된다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 제1 가요판(121)의 일례에 관하여 설명하였다. 제1 가요판(121)과 마찬가지로, 제2 가요판(122)이, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 구조를 가져도 무방하다. 또한, 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 같은 구조여도 무방하고 다른 구조여도 무방하다. 예를 들어, 제1 가요판(121)이 도 4에 도시한 바와 같이 범포(51)를 포함하고, 제2 가요판(122)이 도 5에 도시한 바와 같이 금속 와이어(53)를 포함하여도 무방하고, 제1 가요판(121) 및 제2 가요판(122)의 각각이 도 6에 도시한 바와 같은 금속판(55)을 포함하여도 무방하다.
덧붙여, 가요판(120)은, 고무판(40)을 대신하여 또는 고무판(40)에 부가하여, 점탄성판을 포함하여도 무방하다. 점탄성판으로서, 우레탄판, 수지판, 실리콘판, 플라스틱판 중 적어도 하나가 예시된다. 예를 들어, 가요판(120)이, 우레탄판과 보강재(50)의 복합재여도 무방하다.
［동작］
도 7 및 도 8은, 본 실시 형태에 관련되는 가요판(120)의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 7(A)는, 제1 파고의 입사파가 파수판(100)에 작용하였을 때의 가요판(120)의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이고, 도 7(B)는, 제1 파고의 입사파에 기초하는 반사파가 파수판(100)에 작용하였을 때의 가요판(120)의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 8(A)는, 제1 파고보다도 높은 제2 파고의 입사파가 파수판(100)에 작용하였을 때의 가요판(120)의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이고, 도 8(B)는, 제2 파고의 입사파에 기초하는 반사파가 파수판(100)에 작용하였을 때의 가요판(120)의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하의 설명에 있어서는, 파수판(100)의 하단부가 물가 측으로 이동하도록 파수판(100)이 변위하는 것을 적의, 물가 측으로 요동한다고 칭하고, 파수판(100)의 하단부가 난바다 측으로 이동하도록 파수판(100)이 변위하는 것을 적의, 난바다 측으로 요동한다고 칭한다. 또한, 가요판(120)의 하단부가 물가 측으로 이동하도록 가요판(120)이 휘는 것을 적의, 물가 측으로 휜다고 칭하고, 가요판(120)의 하단부가 난바다 측으로 이동하도록 가요판(120)이 휘는 것을 적의, 난바다 측으로 휜다고 칭한다.
또한, 파도 에너지가 가요판(120)에 작용하고 있지 않는 기준 상태에 있어서의 가요판(120)의 하단부의 위치를 기준점으로 하였을 때, 파도 에너지의 작용에 의하여 가요판(120)의 하단부가 기준점으로부터 이동하였을 때의 이동량을 적의, 가요판(120)의 휨량이라고 칭한다.
제1 파고의 입사파가 파수판(100)에 입사하였을 경우, 강성판(110)의 후면 및 가요판(120)의 후면의 각각에 입사파의 파도 에너지가 작용한다. 이것에 의하여, 파수판(100)은 물가 측으로 요동한다. 가요판(120)에 있어서, 입사파는, 제1 가요판(121)의 후면(121B)의 하부 영역, 및 제2 가요판(122)의 후면(122B)의 전부 영역의 각각에 입사한다. 제1 가요판(121) 및 제2 가요판(122)의 각각은, 물가 측으로 휜다. 제1 파고는 낮고, 파도 에너지는 작기 때문에, 제1 가요판(121)의 휨량 및 제2 가요판(122)의 휨량은 작다.
덧붙여, 상하 방향에 있어서의 제1 가요판(121)의 치수는 제2 가요판(122)보다도 길고, 제1 가요판(121)의 강성은 제2 가요판(122)의 강성보다도 낮기 때문에, 입사파가 파수판(100)에 작용하였을 때, 도 7(A)에 도시하는 바와 같이, 제1 가요판(121)의 휨량은, 제2 가요판(122)의 휨량보다도 크다. 제2 가요판(122)은 약간 물가 측으로 휘지만, 제2 가요판(122)의 휨량은, 제1 가요판(121)의 휨량보다도 충분히 작다. 또한, 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 약간 떨어진다.
제1 파고의 입사파가 물가(C)에 도달하고, 물가(C)에서 반사한 반사파가 파수판(100)에 입사하였을 경우, 강성판(110)의 전면 및 가요판(120)의 전면의 각각에 반사파의 파도 에너지가 작용한다. 이것에 의하여, 파수판(100)은, 난바다 측으로 요동한다. 가요판(120)에 있어서, 반사파는, 제1 가요판(121)의 전면(121A)의 전부 영역에 입사하고, 제2 가요판(122)에 직접적으로는 입사하지 않는다. 제1 가요판(121) 및 제2 가요판(122)의 각각이 난바다 측으로 휘지만, 제1 파고는 낮기 때문에, 제1 가요판(121)의 휨량 및 제2 가요판(122)의 휨량은 작다. 또한, 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 떨어지지 않고, 접촉한 상태로 휜다.
제2 파고의 입사파가 파수판(100)에 입사하였을 경우에 있어서도, 제1 가요판(121) 및 제2 가요판(122)의 각각이 물가 측으로 휜다. 제2 파고는 높고, 파도 에너지는 크기 때문에, 제1 파고의 입사파가 작용하였을 경우에 비하여, 제1 가요판(121)의 휨량 및 제2 가요판(122)의 휨량은 크다. 특히, 도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 제1 가요판(121)은, 크게 휜다. 제2 가요판(122)의 강성이 높기 때문에, 제2 가요판(122)의 휨량은, 제1 가요판(121)의 휨량보다도 충분히 작다. 또한, 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 크게 떨어진다.
제2 파고의 입사파가 물가에 도달하고, 물가에서 반사한 반사파가 파수판(100)에 입사하였을 경우, 강성판(110) 및 가요판(120)의 각각이 난바다 측으로 휜다. 제2 파고는 높고, 파도 에너지가 높기 때문에, 제1 파고의 입사파에 기초하는 반사파가 작용하였을 경우에 비하여, 제1 가요판(121)의 휨량 및 제2 가요판(122)의 휨량은 크다. 또한, 제1 가요판(121)과 제2 가요판(122)은 떨어지지 않고, 접촉한 상태로 휜다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 파고가 작은 경우(제1 파고의 경우), 가요판(120)의 휨량은 작고, 마치 강성판과 같이 행동한다. 그 때문에, 작용하는 파도 에너지가 작아도, 파수판(100)은 크게 요동한다. 이것에 의하여, 파도 에너지는, 효율적으로 기계 에너지로 변환된다.
한편, 파고가 큰 경우(제2 파고의 경우), 기계 장치를 일절 사용하는 일이 없이, 수동적으로 가요판(120)이 휘고, 파면에 대한 파수판(100)의 면적(투영 면적)이 자동적으로 감소한다. 이것에 의하여, 파수판(100)에 작용하는 파도 에너지의 일부가 빠져나가고, 과도한 파도 에너지가 파수판(100)에 작용하는 것이 억제된다.
［효과］
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 파수판(100)의 적어도 일부가 가요판(120)이기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판(100)에 작용하였을 때, 가요판(120)이 휜다. 가요판(120)이 휘는 것에 의하여, 파면에 대한 파수판(100)의 면적(투영 면적)이 작아지기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판(100)에 작용하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 파수판(100) 또는 발전 장치(4)가 고장나거나 파손되거나 하는 것이 억제된다. 기계 장치를 일절 사용하지 않고, 파수판(100)의 면적을 수동적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 파수판(100)의 내구성을 저비용으로 향상할 수 있고, 파수판(100) 및 파력 발전 시스템(1)의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 가요판(120)은, 제1 가요판(121)과, 제1 가요판(121)에 인접하는 제2 가요판(122)을 포함한다. 입사파의 파도 에너지와 반사파의 파도 에너지는 다르기 때문에, 제1 가요판(121)의 치수 및 강성과 제2 가요판(122)의 치수 및 강성에 차이를 마련하여, 제1 가요판(121)의 휨량과 제2 가요판(122)의 휨량을 비대칭으로 하는 것에 의하여, 가요판(120)은, 작용하는 파도 에너지에 따라 적절한 휨량으로 휠 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 해저(F)에 대향하는 파수판(100)의 하단부가 가요판(120)에 의하여 구성된다. 홍수 또는 태풍에 의하여 해저(F)의 지형이 변화하는 경우가 있다. 해저(F)의 지형이 변화하면, 파수판(100)의 하단부와 해저(F)가 접촉할 가능성이 있다. 파수판(100)과 해저(F)의 접촉에 의하여 파수판(100) 또는 발전 장치(4)가 고장나거나 파손되거나 할 가능성이 있다. 본 실시 형태에 의하면, 가요판(120)과 해저(F)가 접촉하여 버려도, 가요판(120)이 휘는 것에 의하여, 파수판(100) 또는 발전 장치(4)가 고장나거나 파손되거나 하는 것이 억제된다.
또한, 가요판(120)에 고무판(40)을 사용하는 것에 의하여, 파수판(100)의 내구성을 향상할 수 있다. 고무판(40)은 염분에 대한 내부식성이 높고, 게다가 경량이기 때문에, 파수판(100)의 제작비 및 유지 관리비를 경감할 수 있다.
가요판(120)을 고무판(40)과 보강재(50)의 복합재로 하는 것에 의하여, 보강재(50)의 재질로서 최적인 재질을 선택하거나, 심 고무판(52)의 매수(枚數)를 증감하거나 하는 것으로, 파도 에너지에 의하여 요동하는 가요판(120)의 휨량을 임의로 조정할 수 있다. 이것에 의하여, 과도한 파도 에너지가 파수판(100)에 작용하는 것이 억제된다.
종래 기술에서는, 자연 조건에 의하여 파도 에너지가 큰 폭으로 변화하기 때문에, 파도가 작은 정온(靜穩) 시에 맞추어 파수판의 면적을 대형화하거나(방법 1), 또는 파도가 큰 고파랑(高波浪) 시에 맞추어 파수판을 소형화하는(방법 2) 것 중 어느 하나의 방법으로 파수판을 설계하지 않을 수 없었다. 그러나, (방법 1)에서는, 태풍 시와 같이 고파(高波)가 발생할 때, 파도 에너지가 과잉이 되고, 발전 장치가 고장나고 파괴되는 원인이 된다. (방법 2)에서는, 정온 시에 파수판이 거의 요동하지 않기 때문에, 발전량이 적고, 에너지 변환 효율이나 설비 이용률이 극단적으로 악화된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명에 의하여, 면적이 큰 파수판(100)을 채용할 수 있고, 고파랑 시에, 기계 장치를 일절 사용하지 않고, 파수판의 면적이 자동적(수동적)으로 감소하는 것으로, 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 에너지 변환 효율이나 설비 이용률이 높고, 고파랑에서도 고장나지 않고 파괴되지 않는 파력 발전 장치, 즉 생존성(Survivability)이 높은 발전 장치의 설계나 제작이 가능하게 된다. 특히, 일본에서는, 태풍이 내습(來襲)하고, 매우 큰 고파가 가끔 발생하기 때문에, 본 발명에 의하여 효율적 또한 생존성이 높은 파력 발전의 실용화에 공헌할 수 있다.
［그 외의 실시 형태］
덧붙여, 상술의 실시 형태에 있어서는, 가요판(120)(제1 가요판(121), 제2 가요판(122))이, 전면 고무판(41) 및 후면 고무판(42)을 가지는 것으로 하였다. 전면 고무판(41) 및 후면 고무판(42) 중 적어도 일방(一方)이 생략되어도 무방하다. 또한, 보강재(50)가 생략되어도 무방하다. 즉, 가요판(120)은, 단층 구조여도 무방하다.
덧붙여, 상술의 실시 형태에 있어서는, 가요판(120)은, 제1 가요판(121)과, 제1 가요판(121)에 인접하는 제2 가요판(122)을 포함하는 것으로 하였다. 지지 장치(10)에 지지되는 가요판(120)은, 1매(枚)여도 무방하고, 3매 이상의 임의의 복수 매여도 무방하다.
덧붙여, 상술의 실시 형태에 있어서는, 파수판(100)의 하단부를 포함하는 일부가 가요판(120)인 것으로 하였다. 파수판(100)의 좌단부를 포함하는 일부가 가요판이어도 무방하고, 파수판(100)의 우단부를 포함하는 일부가 가요판이어도 무방하고, 파수판(100)의 상단부를 포함하는 일부가 가요판이어도 무방하다. 파수판(100)의 단부를 포함하는 일부가 가요판이고, 그 가요판의 단부가 자유단인 것에 의하여, 파수판(100)이 해중에 배치되었을 때, 파도 에너지의 작용에 의하여 파수판(100)의 적어도 일부가 휠 수 있다. 이것에 의하여, 파면에 대한 파수판(100)의 면적(투영 면적)이 작아지기 때문에, 과도한 파도 에너지가 파수판(100) 및 발전 장치에 작용하는 것이 억제된다.
덧붙여, 상술의 실시 형태에 있어서는, 파수판(100)은, 지지 장치(10)에 접속되는 강성판(110)과, 강성판(110)에 지지되는 가요판(120)을 가지는 것으로 하였다. 파수판(100)의 전부가 가요판(120)에 의하여 구성되어도 무방하다.
1: 파력 발전 시스템
2: 건물
2K: 개구
2P: 바닥판
2S: 지주
3: 파수 장치
4: 발전 장치
10: 지지 장치
11: 축 부재
12: 암 부재
13: 베어링 장치
40: 고무판
41: 전면 고무판
42: 후면 고무판
50: 보강재
51: 범포
52: 심 고무판
53: 금속 와이어
54: 심 고무판
55: 금속판
100: 파수판
110: 강성판
120: 가요판
121: 제1 가요판
121A: 전면
121B: 후면
121T: 상단부
121U: 하단부
122: 제2 가요판
122A: 전면
122B: 후면
122T: 상단부
122U: 하단부
130: 고정 부재
131: 제1 고정 부재
132: 제2 고정 부재
F: 해저

Claims (15)

  1. 파력 발전 시스템에 있어서 지지 장치에 요동(搖動) 가능하게 지지되고, 적어도 일부에 가요판(可撓板)을 구비하고,
    상기 가요판은, 제1 가요판과, 상기 제1 가요판에 인접하는 제2 가요판을 포함하는,
    파수판(波受板).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가요판의 하단부는, 자유단(自由端)인,
    파수판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 가요판의 하단부는, 상기 제1 가요판의 하단부보다도 상방(上方)에 배치되는,
    파수판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 가요판의 강성은, 상기 제1 가요판의 강성보다도 높은,
    파수판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 가요판은, 상기 제1 가요판보다도 입사파 측에 배치되는,
    파수판.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지 장치에 접속되는 강성판을 구비하고,
    상기 가요판은, 상기 강성판의 하부에 지지되는,
    파수판.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가요판은, 고무판을 포함하는,
    파수판.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가요판은, 점탄성판을 포함하는,
    파수판.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가요판은, 고무판과 보강재의 복합재인,
    파수판.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가요판은, 점탄성판과 보강재의 복합재인,
    파수판.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 점탄성판은, 우레탄판, 수지판, 실리콘판, 및 플라스틱판 중 적어도 하나를 포함하는,
    파수판.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 보강재는, 합성 섬유, 반합성 섬유, 재생 섬유, 식물 섬유, 탄소 섬유, 동물 섬유, 금속 섬유, 금속 와이어, 및 금속판 중 적어도 하나를 포함하는,
    파수판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 합성 섬유는, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 비닐론(vinylon), 및 아라미드 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 반합성 섬유는, 아세테이트, 트리아세테이트, 및 프로믹스(promix) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 재생 섬유는, 레이온, 큐프라, 및 폴리노직 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 식물 섬유는, 면, 및 마 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 탄소 섬유는, 아크릴, 및 피치 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 동물 섬유는, 모, 앙고라, 거미줄, 및 모헤어 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 금속 섬유는, 은사(銀絲), 및 스틸사 중 적어도 하나를 포함하는,
    파수판.
  14. 제1항 또는 제2항에 기재된 파수판과,
    상기 파수판을 요동 가능하게 지지하는 지지 장치와,
    파도 에너지에 의하여 요동하는 상기 파수판의 운동 에너지에 기초하여 발전하는 발전 장치를 구비하는 파력 발전 시스템.
  15. 삭제
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