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JP5457041B2 - 波動式発電機及び波動式船舶 - Google Patents

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Description

本発明は、船舶等に打ち寄せる波のエネルギーを圧縮空気に変換して、該圧縮空気を利用して発電することにより電力を生成する発電機に関する。
従来、漁業関連設備の電源として使用する波浪エネルギー利用型の小型の発電台船に関して、沿岸域等で発生する波浪を用いてフロートにより発電する構成がある（例えば、特許文献１参照。）。
また、波エネルギー利用海洋発電装置に関して、波あるいはうねりによる海洋浮上構造物の交互の傾きを利用して、タービンを連続的に駆動させるようにする構成がある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１６４０３６号公報 特開２００１−１９３６２６号公報
しかしながら、前述の構成では、発電装置を製作するためのコストが大きくなるという問題点があった。
そこで、本発明は前述の技術的な課題に鑑み、船舶が航海する時に、該船舶に周期的に打ち寄せる波の力を用いて発電して電力を生成することができる低コストで製作可能な波動式発電機の提供を目的とする。
前述の課題を解決すべく、本発明に係る波動式発電機は、復元部材を収納した被膜部材が収縮されると前記復元部材に含有した空気が排出された後に前記復元部材が元の形状に復元する圧縮空気生成部と、前記圧縮空気生成部と通気可能に接続され前記排出された空気を一時格納する圧縮空気格納部と、前記圧縮空気格納部と通気可能に接続され一時格納された前記排出された空気により回転動力を生成する圧縮空気タービン部と、前記圧縮空気タービン部と接続され前記回転動力により電力を生成する発電機部と、前記被膜部材の上部に配設された上面隔壁板と、前記被膜部材の外周部に当接するように配設され、前記上面隔壁板と接続される側面壁材と、を有し、波の力により前記復元部材を収納した前記被膜部材が収縮されることを特徴とする。
本発明に係る波動式発電機を設けた波動式船舶によれば、低コストで製作可能な波動式発電機を設け、波動式船舶が航海する時に、該波動式船舶に周期的に打ち寄せる波の力を用いて発電して電力を生成することができる。
本発明の第１の実施形態の波動式発電機を配設した波動式船舶を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態の波動式発電機の圧縮空気生成部を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態の波動式発電機の圧縮空気生成部の動作原理を示す構成図であり、（ａ）乃至（ｇ）は波に当接された圧縮空気生成部のエアーバックが収縮した後に膨張する各動作を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態の筏利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態の車両利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部を示す構成図である。
以下、本発明の波動式発電機及び波動式船舶に係る好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の波動式発電機及び波動式船舶は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
［第１の実施形態］
まず、本実施形態の波動式発電機２及び波動式船舶１の構成について、図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。なお、図１は波動式発電機２を配設した波動式船舶１を示す構成図である。同様に、図２は波動式発電機２の圧縮空気生成部１０を示す構成図である。
波動式船舶１は、図１に示すように、波動式発電機２及び推進機３から構成される。また、波動式発電機２は、圧縮空気生成部１０、圧縮空気格納部２０、圧縮空気タービン部３０、及び発電機部４０から構成される。同様に、推進機３は、バッテリ５０、モータ６０、及びプロペラ７０から構成される。そこで、まず波動式発電機２を構成する各構成部材について説明し、次に推進機３を構成する各構成部材について説明する。
まず、波動式発電機２の重要な構成部材である圧縮空気生成部１０の構成について、図１に加えて図２を参照しながら具体的に説明する。なお、図２は波動式発電機２の圧縮空気生成部１０を示す構成図である。
圧縮空気生成部１０は、エアーバック１１、排出管１２、吸気管１３、上面隔壁板１４、及び側面壁材１５から構成される。以下、圧縮空気生成部１０を構成する各構成部材について説明する。
ここで、圧縮空気生成部１０を構成するエアーバック１１は、被膜部材１１Ａ及び復元部材１１Ｂから成る。被膜部材１１Ａは、例えばポリウレタンエラストマーから成り、袋形状部から形成される。また、復元部材１１Ｂは、袋形状部に形成された被膜部材１１Ａの内部に充填され、例えばスポンジ状のウレタンにより形成されている。この様なエアーバック１１の被膜部材１１Ａの一端には、後述する排出管１２及び吸気管１３が通気可能に接続されている。
また、圧縮空気生成部１０を構成する排出管１２は、波に打ち寄せられることにより周期的に収縮するエアーバック２０１内部に発生した圧縮空気９２を、圧縮空気格納部２０に搬送するための配管である。この様な排出管１２は、金属から成り円筒形状部を所定の形状に組み合わせることにより形成される。なお、排出管１２は、後述する上面隔壁板１４を貫通して配設され、エアーバック１１の一端部と通気可能に接続されている。この様な排出管１２は、エアーバック１１が膨張した状態から収縮すると、エアーバック１１から排出管１２に圧縮空気９２が排出される。なお、吸気管１３には図示せぬ逆支弁が設けられていることから、エアーバック１１が膨張する時には、排出管１２からエアーバック１１に対して空気が漏れ出さない。
同様に、圧縮空気生成部１０を構成する吸気管１３は、後述する上面隔壁板１４を貫通して配設され、エアーバック１１の一端部と通気可能に接続されている。この様な吸気管１３は、金属から成り円筒形状部から形成される。また、吸気管１３において、エアーバック１１が収縮した状態から膨張すると、吸気管１３からエアーバック１１に大気９４が吸引される。なお、吸気管１３には図示せぬ逆支弁が設けられていることから、エアーバック１１が収縮する場合には、エアーバック１１から吸気管１３に対して圧縮空気９２が漏れ出さない。
同様に、圧縮空気生成部１０を構成する上面隔壁板１４は、金属から成り板状部から形成される。この様な上面隔壁板１４は、エアーバック１１の上部に配設され、波に打ち寄せられることにより周期的に収縮及び膨張するエアーバック２０１を上面から保持する。なお、上面隔壁板１４は、前述した排出管１２及び通気口１３を貫通させた状態で支持する。
同様に、圧縮空気生成部１０を構成する側面壁材１５は、金属から成り板状部から形成される。この様な側面壁材１５は、エアーバック１０１の外周部に当接するように配設され、上面隔壁板１４と接続される。なお、側面壁材１５は、エアーバック１１に対して打ち寄せる波９１により、周期的に収縮及び膨張するエアーバック１１を側面から保護する。
次に、波動式発電機２を構成する圧縮空気格納部２０について説明する。圧縮空気格納部２０は、金属から成る円筒形状部から形成される。また、圧縮空気格納部２０は、圧縮空気生成部１０及び圧縮空気タービン部３０と通気可能に接続される。この様な圧縮空気格納部２０は、圧縮空気生成部１０から供給された圧縮空気９２を一時的に格納した後、後述する圧縮空気タービン部３０に搬送する。なお、圧縮空気格納部２０により圧縮空気９２を一時的に格納することにより、経時的に変動する圧縮空気９２の圧力を略平均化した後に、圧縮空気タービン部３０に搬送することができる。
また、波動式発電機２を構成する圧縮空気タービン部３０は、圧縮空気格納部２０から供給された圧縮空気９２によりタービンを回転させて、圧縮空気タービン部３０に設けられた図示せぬシャフトを回転させる。すなわち、圧縮空気タービン部３０は、圧縮空気９２の圧力をシャフトの回転エネルギーに変換させるものである。具体的には、この様な圧縮空気タービン部３０には、本願発明と同一の発明者により特許出願された特願２００８−２３４８４４に記載された蒸気タービン装置を用いることができる。
同様に、波動式発電機２を構成する発電機部４０は、圧縮空気タービン部３０の図示せぬシャフトと連結し、シャフトの回転エネルギーを電力に変換するものである。また、波動式発電機２で生成された電力は、推進機３を構成するバッテリ５０に供給される。
次に、推進機３を構成する各構成部材について説明する。推進機３を構成するバッテリ５０は、波動式発電機２から供給された電力を蓄電、又は湾岸に停泊時に外部装置から送電された電力を蓄電する。また、モータ６０は、バッテリ５０から電力の供給を受けて所定の制御に基づき、モータ６０に連結されたシャフトを回転駆動する。また、プロペラ７０は、モータ６０のシャフトに接続され、該シャフトの回転に従動して回転することにより、波動式船舶１を所定の制御により推進させる。
次に、波動式船舶１に配設された波動式発電機２の重要な構成部材である圧縮空気生成部１０の動作原理について、図３を参照しながら具体的に説明する。なお、図３は波動式発電機２の圧縮空気生成部１０の動作原理を示す構成図であり、さらに図３（ａ）乃至（ｇ）は波９１に当接された圧縮空気生成部１０のエアーバック１１が収縮した後に膨張する各動作を示す構成図である。
圧縮空気生成部１０のエアーバック１１に波９１が打ち寄せると、図３（ａ）に示すように、海８０の海水面８１がエアーバック１１に圧接する。さらに、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１に波９１が連続して打ち寄せると、図３（ａ）から図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、海８０の海水面が海水面８１から海水面８２及び海水面８３に順に上昇して、エアーバック１１が一定量収縮される。この様にエアーバック１１が一定量収縮されると、排出管１２に収縮量に応じた圧縮空気９２が排出される。
ここで、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１に波９１が更に打ち寄せると、図３（ｄ）に示すように、海８０の海水面が海水面８４まで上昇して、エアーバック１１が最大限度収縮される。この様にエアーバック１１が最大限度収縮されると、排出管１２に圧縮空気９２が最大限排出される。次に、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１の復元力により波９３が少し引くと、図３（ｅ）に示すように、海８０の海水面が海水面８５まで降下して、エアーバック１１が少し膨張する。この様にエアーバック１１が少し膨張すると、吸気管１３からエアーバック１１に大気９４が吸引される。
さらに、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１の復元力により波９３が連続して引くと、図３（ｅ）から図３（ｆ）に示すように、海８０の海水面が海水面８５から海水面８６まで降下して、エアーバック１１が一定量膨張する。この様にエアーバック１１が一定量膨張すると、膨張した体積に応じて吸気管１３から大気９４が更に吸引される。ここで、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１の復元力により波９３が更に引くと、図３（ｇ）に示すように、海８０の海水面が海水面８６から海水面８１まで降下して、エアーバック１１が最大限度膨張して、図３（ａ）に示したエアーバック１１と同様の元の大きさに戻る。この様にエアーバック１１が最大限度膨張すると、吸気管１３からエアーバック１１に大気９４が最大限度吸引される。
なお、波９１は、波動式船舶１が航海している時に、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１に対して、周期的に常に打ち寄せていることから、図３（ａ）乃至（ｇ）に示したエアーバック１１に係る動作が連続して行われる。したがって、波動式船舶１が航海している間、エアーバック１１が常に収縮と膨張を繰り返すことにより、排出管１２に圧縮空気９２が周期的に排出される。
以上、第１の実施形態に係る波動式船舶１によれば、低コストで製作可能な波動式発電機２を設けた波動式船舶１が航海している時に、波動式発電機２に係る圧縮空気生成部１０のエアーバック１１に対して周期的に打ち寄せる波９１を用いて、エアーバック１１を常に収縮及び膨張させることにより圧縮空気９２を生成し、該圧縮空気９２により圧縮空気タービン部３０及び発電機部４０を用いて発電させることができる。すなわち、第１の実施形態に係る波動式船舶１によれば、自然の波９１の力を用いて発電することにより、電力を生成することができる。
また、第１の実施形態に係る波動式船舶１によれば、圧縮空気生成部１０のエアーバック１１により、周期的に打ち寄せる波９１による衝撃を吸収できることから、波動式船舶１に乗船している乗員の乗り心地を向上させることができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る筏利用型波動式発電機について、図４を参照しながら説明する。なお、図４は筏利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部１００を示す構成図である。
第２の実施形態に係る筏利用型波動式発電機は、桟橋又は波止場等の海１００の海水面１１１に配設され、周期的に打ち寄せる波の力により圧縮空気を生成して、該圧縮空気により発電する。ここで、筏利用型波動式発電機については、筏利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部１００を筏構造にしたことに特徴を有している。なお、第２の実施形態の筏利用型波動式発電機の圧縮空気生成部１００以外の構造及び動作原理は、第１の実施形態で述べた波動式発電機２の構成及び動作原理と同様である。
具体的には、第２の実施形態に係る筏利用型波動式発電機を構成する圧縮空気格納部、圧縮空気タービン部、及び発電機部は、第１の実施形態に係る波動式発電機２を構成する圧縮空気格納部２０、圧縮空気タービン部３０、及び発電機部４０と同様の構成及び動作原理である。そこで、第２の実施形態の筏利用型波動式発電機においては、第１の実施形態の圧縮空気生成部１０と異なる圧縮空気生成部１００の構成を中心に、図４を参照しながら具体的に説明する。
圧縮空気生成部１００は、桟橋又は波止場等の海１１０の海面に複数連結されて係留される。この様な圧縮空気生成部１００は、エアーバック１０１、配管１０２、金属メッシュ板１０３、タンク１０４、及び連結材１０５から構成される。ここで、エアーバック１０１は、第１の実施形態に係るエアーバック１１に対して、形状を除いて同様の構成であるため、説明を省略する。また、配管１０２は、第１の実施形態に係る排出管１２と同様の構成であるため、説明を省略する。したがって、圧縮空気生成部１００を構成する金属メッシュ板１０３、タンク１０４、及び連結材１０５について、以下に説明する。
圧縮空気生成部１００を構成する金属メッシュ板１０３は、第１の実施形態に係る上面隔壁板１４に相当する部材であり、金属から成り表面が網目状等の板状部から形成される。この様な金属メッシュ板１０３は、エアーバック１０１の上部に配設され、波に打ち寄せられたエアーバック１０１が収縮しないで海水面１１１に浮かび上がることを防止する。なお、金属メッシュ板１０３は、網目状で通気性を有することから、第１の実施形態に係る吸気管１３の機能も有する。
また、圧縮空気生成部１００を構成するタンク１０４は、第１の実施形態に係る側面壁材１５に相当する部材であり、金属から成り円筒形状部から形成される。この様なタンク１０４は、エアーバック１０１の両側に隣接するように配設され、金属メッシュ板１０３と接続される。具体的には、タンク１０４は、波に打ち寄せられたエアーバック１０１に付勢された金属メッシュ板１０３が海水面１１１に対して上下に移動することを防止する。なお、タンク１０４の内部には、水１０４Ａが錘として収容されている。
また、圧縮空気生成部１００を構成する連結材１０５は、隣接して配設される圧縮空気生成部１００間を連結するための連結部材である。この様な連結材１０５は、例えば金属から成る鎖等から形成され、各圧縮空気生成部１００の金属メッシュ板１０３の一端部にそれぞれ接続される。なお、連結材１０５を用いて、桟橋又は波止場等に配設され周期的に打ち寄せる波の力により、海１１０に複数配設された圧縮空気生成部１００が離散しないようにする。
以上、第２の実施形態に係る筏利用型波動式発電機によれば、桟橋又は波止場等の海１００の海水面１１１に配設された低コストで製作可能な筏利用型波動式発電機において、圧縮空気生成部１００のエアーバック１０１に対して周期的に打ち寄せる波を用いて、エアーバック１０１を常に収縮及び膨張させることにより圧縮空気を生成し、該圧縮空気により圧縮空気タービン部及び発電機部で発電させることができる。すなわち、第２の実施形態に係る低コストで製作可能な筏利用型波動式発電機によれば、自然の波の力を用いて発電することにより、電力を生成することができる。
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る車両利用型波動式発電機について、図５を参照しながら説明する。なお、図５は車両利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部２００を示す構成図である。
第３の実施形態に係る車両利用型波動式発電機は、高速道路の料金所又は一般道路の交差点等の路面に配設され、周期的に当接する車両の車輪の圧接力により圧縮空気を生成して、該圧縮空気により発電する。ここで、車両利用型波動式発電機については、車両利用型波動式発電機を構成する圧縮空気生成部２００を薄型構造にしたことに特徴を有している。なお、第３の実施形態の車両利用型波動式発電機の該圧縮空気生成部２００以外の構造及び動作原理は、第１の実施形態で述べた波動式発電機２の構成及び動作原理と同様である。
具体的には、第３の実施形態に係る車輌利用型波動式発電機を構成する圧縮空気格納部、圧縮空気タービン部、及び発電機部は、第１の実施形態に係る波動式発電機２を構成する圧縮空気格納部２０、圧縮空気タービン部３０、及び発電機部４０と同様の構成及び動作原理である。そこで、第３の実施形態の車両利用型波動式発電機においては、第１の実施形態の圧縮空気生成部１０と異なる圧縮空気生成部２００の構成を中心に、図５を参照しながら具体的に説明する。
圧縮空気生成部２００は、高速道路の料金所又は一般道路の交差点等の路面に配設される。この様な圧縮空気生成部２００は、エアーバック２０１、配管２０２、保護板２０３、バネ２０４、及び支持板２０５から構成される。ここで、エアーバック２０１は、第１の実施形態に係るエアーバック１１に対して、形状を除いて同様の構成であるため、説明を省略する。また、配管２０２は、第１の実施形態に係る排出管１２と同様の構成であるため、説明を省略する。したがって、圧縮空気生成部２００を構成する保護板２０３、バネ２０４、及び支持板２０５について、以下に説明する。
圧縮空気生成部２００を構成する保護板２０３は、金属等から成り板状部から形成される。この様な支持板２０５は、エアーバック２０１の上部に配設され、保護板２０３を通して車両２１０の車輪２１１に圧接されることにより周期的に伸縮するエアーバック２０１を、上面から保護する。
また、圧縮空気生成部２００を構成するバネ２０４は、金属又はゴムから成り螺旋状に形成されたバネである。この様なバネ２０４は、エアーバック２０１の両側に隣接するように配設され、保護板２０３と接続される。具体的には、バネ２０４は、保護板２０３を通して車両２１０の車輪２１１に圧接されることにより周期的に伸縮するエアーバック２０１を伸縮可能に支持する。
また、圧縮空気生成部２００を構成する支持板２０５は、第１の実施形態に係る上面隔壁板１４に相当する部材であり、金属等から成り板状部から形成される。この様な支持板２０５は、エアーバック２０１の下部に配設され、保護板２０３を通して車両２１０の車輪２１１に圧接されることにより周期的に伸縮するエアーバック２０１を、下面から支持する。
以上、第３の実施形態に係る車両利用型波動式発電機によれば、高速道路の料金所又は一般道路の交差点等の路面に配設された低コストで製作可能な車両利用型波動式発電機において、圧縮空気生成部２００のエアーバック２０１に対し、保護板２０３を通して周期的に当接する車両２０１の車輪２１１の圧接力を用いて、エアーバック２０１を常に収縮及び膨張させることにより圧縮空気を生成し、該圧縮空気により圧縮空気タービン部及び発電機部で発電させることができる。すなわち、第３の実施形態に係る低コストで製作可能な車両利用型波動式発電機によれば、車両２１０の車輪２１１に係る圧接力を用いて発電することにより、電力を生成することができる。
なお、上述した第１乃至第３の実施形態においては、圧縮空気生成部を配設した波動式発電機を、船舶、筏、又は車両を利用した波動式の発電機として説明したが、上述した構成に限定されることはない。例えば、圧縮空気生成部を配設した波動式発電機を、自然の風力を利用した波動式の発電機として構成しても良い。
１ 波動式船舶
２ 波動式発電機
３ 推進機
１０ 圧縮空気生成部
１１ エアーバック
１１Ａ 被膜部材
１１Ｂ 復元部材
１２ 排出管
１３ 吸気管
１４ 上面隔壁板
１５ 側面壁材
２０ 圧縮空気格納部
３０ 圧縮空気タービン部
４０ 発電機部
５０ バッテリ
６０ モータ
７０ プロペラ
８０ 海
８１，８２，８３，８４，８５，８６ 海水面
９１ 波
９２ 圧縮空気
９３ 波
９４ 大気
１００ 圧縮空気生成部
１０１ エアーバック
１０１Ａ 被膜部材
１０１Ｂ 復元部材
１０２ 配管
１０３ 金属メッシュ板
１０４ タンク
１０４Ａ 水
１０５ 連結材
１１０ 海
１１１ 海水面
２００ 圧縮空気生成部
２０１ エアーバック
２０１Ａ 被膜部材
２０１Ｂ 復元部材
２０２ 配管
２０３ 保護板
２０４ バネ
２０５ 支持板
２１０ 車両
２１１ 車輪

Claims (5)

  1. 復元部材を収納した被膜部材が収縮されると前記復元部材に含有した空気が排出された後に前記復元部材が元の形状に復元する圧縮空気生成部と、
    前記圧縮空気生成部と通気可能に接続され前記排出された空気を一時格納する圧縮空気格納部と、
    前記圧縮空気格納部と通気可能に接続され一時格納された前記排出された空気により回転動力を生成する圧縮空気タービン部と、
    前記圧縮空気タービン部と接続され前記回転動力により電力を生成する発電機部と、
    前記被膜部材の上部に配設された上面隔壁板と、
    前記被膜部材の外周部に当接するように配設され、前記上面隔壁板と接続される側面壁材と、を有し、
    波の力により前記復元部材を収納した前記被膜部材が収縮されること
    を特徴とする波動式発電機。
  2. 前記圧縮空気生成部は、逆止弁機能を有する排気管を備え、
    前記排気管は、前記復元部材を収納した被膜部材が収縮されると前記復元部材に含有した空気を前記圧縮空気格納部に排出させること
    を特徴とする請求項１に記載の波動式発電機。
  3. 前記圧縮空気生成部は、逆止弁機能を有する吸気管を備え、
    前記吸気管は、前記復元部材を収納した前記被膜部材が収縮した後に前記復元部材が元の形状に復元するように大気から吸気させること
    を特徴とする請求項１に記載の波動式発電機。
  4. 前記波動式発電機は、船舶に設けられ、
    前記船舶が運航中に前記船舶に圧接する波の力により前記復元部材を収納した前記被膜部材が収縮されること
    を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の波動式船舶。
  5. 前記波動式発電機は、筏に設けられ、
    前記筏に圧接する波の力により前記復元部材を収納した前記被膜部材が収縮されること
    を特徴とする請求項１に記載の筏利用型波動式発電機。
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