発電装置、及び発電デバイス
【課題】発電効率の高い発電装置、および、発電デバイスを提供する。
【解決手段】発電装置１００は、海上に設置される浮体部２００と、海面下に設置される垂下蓮３１０と、を備えている。浮体部２００は、海面に浮かぶ複数の浮体２１０と、変形することによって発電する板状の発電デバイス５００とを有している。また、垂下蓮３１０は、海面下に設置される支持体と、その支持体に一端が連結され、支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイス５００と、を有している。
【解決手段】発電装置１００は、海上に設置される浮体部２００と、海面下に設置される垂下蓮３１０と、を備えている。浮体部２００は、海面に浮かぶ複数の浮体２１０と、変形することによって発電する板状の発電デバイス５００とを有している。また、垂下蓮３１０は、海面下に設置される支持体と、その支持体に一端が連結され、支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイス５００と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置、及び発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの有効活用が望まれている。特許文献１には、風を受けた際に固定端を
支点にして曲げ振動する短冊状の受風板と、受風板に固定され、受風板の曲げ振動に伴う変形によって発電する圧電素子と、を備える風力発電ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示す風力発電ユニットは、受風板の両面に、単純に圧電素子を貼り付けただけであり、発電効率があまり高くない。
【０００５】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、発電効率の高い発電装置、および、発電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点に係る発電装置は、
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部、を備え、
海洋エネルギーを受けて前記発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする。
【０００７】
前記発電デバイスは、海面下で前記浮体に連結されていてもよい。
【０００８】
前記発電デバイスは、平面を鉛直方向に向けて前記浮体に連結されていてもよい。
【０００９】
前記浮体は、内部に水を出し入れするための注排水手段を有していてもよい。
【００１０】
本発明の第２の観点に係る発電装置は、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮、を備え、
前記発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする。
【００１１】
前記発電デバイスは、前記支持体に連結されていない側の端に、所定の重さの付加物が設置されていてもよい。
【００１２】
前記付加物の単位体積あたりの質量は、水の単位体積当たりの質量より軽くてもよい。
【００１３】
前記垂下蓮は、鉛直方向に複数連結されており、
いずれかの前記垂下蓮の動きに連動して他の前記垂下蓮が動き、他の前記垂下蓮の前記発電デバイスが変形し発電してもよい、
【００１４】
平面が鉛直方向を向く前記発電デバイスと、平面が水平方向を向く前記発電デバイスとが前記支持体に連結されていてもよい。
【００１５】
本発明の第３の観点に係る発電装置は、
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部と、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮と、を備え、
前記浮体部と前記垂下蓮は、支持部材を介して接続されており、
前記浮体部の発電デバイスは、海洋エネルギーを受けて、前記浮体部の発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して変形し発電し、
前記垂下蓮の発電デバイスは、前記垂下蓮の発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする。
【００１６】
前記発電装置は、
前記発電デバイスの出力電流の方向を一定方向にするための整流回路を備え、
整流された電流方向が一致するように、複数の前記発電デバイスが並列接続されていてもよい。
【００１７】
本発明の第４の観点に係る発電デバイスは、
弾性板と、
該弾性板の表面に設置され、変形することによって電流を出力する圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムと前記弾性板の長手方向の長さの比が０．７５以上１未満である、
ことを特徴とする。
【００１８】
複数の前記圧電フィルムが前記弾性板を挟んで積層されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
発電効率の高い発電装置、および、発電デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係る発電装置の斜視図である。
【図２】発電装置が備える浮体部の断面図である。
【図３】発電装置に設置される発電デバイスを説明するための図であり、（Ａ）は発電デバイスの分解斜視図、（Ｂ）は発電デバイスの縦断面図、（Ｃ）は発電デバイスが変形したときの部分断面部である。
【図４】発電装置が備える垂下部を説明するための図であり、（Ａ）は垂下部が備える垂下蓮の１つの斜視図であり、（Ｂ）は垂下部の断面図である。
【図５】発電装置が備える蓄電装置の内部構成を説明するための図である。
【図６】蓄電装置が備える整流回路の動作を説明するための図である。
【図７】発電デバイスが変形する様子を示す図であり、（Ａ）は浮体の上下左右動に連動して発電デバイスが変形する様子を示す図であり、（Ｂ）は波の上下動によって発電デバイスが変形する様子を示す図である。
【図８】発電デバイスの一端に付加物を設置した様子を示す図である。
【図９】発電デバイスに４つの圧電フィルムを設置した様子を示す図である。
【図１０】実施形態２に係る発電装置の斜視図である。
【図１１】実施例１で使用した模型を説明するための図であり（Ａ）は模型の斜視図、（Ｂ）は「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の模型の側面図、（Ｃ）は「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の模型の側面図である。
【図１２】実施例１で使用した二次元造波水槽を説明するための図である。
【図１３】実施例１の測定結果を説明するための図である。
【図１４】実施例２の測定条件を説明するための図であり、（Ａ)は発電デバイスに付加した付加物を説明するための図であり、（B)は測定に使用した二次元造波水槽を説明するための図である。
【図１５】実施例２の測定結果を説明するための図であり、（Ａ）は付加物の比重と発電量との関係を示した図であり、（Ｂ）は付加物の比重とＣｆとの関係を示した図である。
【図１６】実施例３の測定条件と測定結果を説明するための図であり、（Ａ）は測定に使用する４種類の発電デバイスを示した図であり、（Ｂ）は圧電フィルムの長さと発電量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
実施形態１に係る発電装置について、図面を参照しながら説明する。
発電装置１００は、海洋エネルギー（波浪、潮流、渦、砕波などの流体エネルギー等）を回収して発電する海洋エネルギー発電装置であり、図１に示すように、浮体部２００と、垂下部３００と、蓄電装置４００とから構成される。
【００２２】
浮体部２００は、発電装置１００の海面に浮かんでいる部分であり、浮体２１０と、発電デバイス５００と、配線ケーブル２２０とから構成される。
【００２３】
浮体２１０は、海面に浮かぶ、例えば、中空のタンクや発砲スチロール等の浮体から構成され、図１に示すように、１０個の浮体２１０で正三角形となるよう配置されている。また、浮体２１０は、図２に示すように、海面下で発電デバイス５００によって連結されている。
【００２４】
発電デバイス５００は、変形することによって発電する発電板であり、図３（Ａ）に示すように、３枚の弾性板５１０と、それら弾性板５１０によって挟まれる２枚の圧電フィルム５２０とから構成される。なお、発電デバイス５００は、平面を鉛直方向に向けて設置されている。
【００２５】
弾性板５１０は、例えば、シリコンゴム、天然ゴム、合成ゴム等の曲がりやすく弾性のある板状の柔軟性弾性素材から構成される。
【００２６】
圧電フィルム５２０は、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride：ポリフッ化ビニリデン）などの圧電材料によって構成される圧電シートの両面に電極膜を形成したフィルム状の圧電素子から構成され、図３（Ｃ）に示すように、伸張したとき、上面の電位が高くなり（上面が＋極、下面が−極）、収縮したとき、下面の電位が高くなる（上面が−極、下面が＋極）分極特性を有している。また圧電フィルム５２０の両面には、それぞれ、配線５３１と配線５３２とが接続されており、分極によって発生した電荷を、配線を通じて外部に出力するようになっている。なお、圧電フィルム５２０の長手方向の長さは、弾性板５１０の長手方向の長さの７５％程度となっている。
【００２７】
配線ケーブル２２０は、配線５３１と配線５３２とを束ねてビニール等の樹脂で被覆したものであり、発電デバイス５００の脇を通って蓄電装置４００に接続されている。
【００２８】
垂下部３００は、発電装置１００の海面下に沈んでいる部分であり、図４に示すように、垂下蓮３１０と、連結ケーブル（またはフレーム）３２０と、配線ケーブル３３０とから構成される。
【００２９】
垂下蓮３１０は、海中の海洋エネルギー（波浪、潮流、渦エネルギー等）を回収して発電する発電モジュールであり、図４（Ａ）に示すように、支持体３１１と、複数の発電デバイス５００とから構成される。
【００３０】
支持体３１１は、鉄、アルミニウム、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）等で構成される六角形の環であり、六角形の各辺には、発電デバイス５００の一端が連結されている。なお、支持体３１１には、水平板と垂直板が交互に連結されている。ここで、「水平板」とは、平面を鉛直方向に向けた発電デバイス５００のことであり、「垂直板」とは、平面を水平方向に向けた発電デバイス５００のことである。
【００３１】
連結ケーブル（またはフレーム）３２０は、海面下で垂下蓮３１０を連結するための支持部材（例えば、鎖やワイヤー等のケーブル、また、鉄、アルミニウム、ＦＲＰ等で構成されるフレームや棒状体）であり、図４（Ｂ）に示すように、鉛直方向に３つの垂下蓮３１０を連結している。なお、連結ケーブル（またはフレーム）３２０は垂下蓮３１０が海中で回転しないように、垂下蓮３１０の六角形の各角に連結されている。また、連結ケーブル（またはフレーム）３２０の上端は、例えば、浮体２１０の底部に接続されており、浮体部２００と垂下部３００とを接続している。
【００３２】
配線ケーブル３３０は、発電デバイス５００から出ている配線５３１と配線５３２とを束ねたものであり、連結ケーブル３２０の脇を通って、配線ケーブル２２０と接続される。配線５３１と配線５３２は、配線ケーブル３３０と配線ケーブル２２０の内部を通って、最終的に、蓄電装置４００に接続される。
【００３３】
蓄電装置４００は、複数の発電デバイス５００から出力される電荷を蓄えるための装置であり、図５に示すように、整流回路４１０と、蓄電媒体４２０とから構成される。
【００３４】
整流回路４１０は、図６に示すようなダイオードブリッジ回路等から構成される。整流回路４１０は、一対の入力端子を有しており、その入力端子は、それぞれ、配線５３１と配線５３２に接続されている。また、整流回路４１０は、正極端子、負極端子から構成される１対の出力端子を有しており、正極端子は蓄電媒体４２０の正極端子に、負極端子は蓄電媒体４２０の負極端子に接続されている。
【００３５】
蓄電媒体４２０は、大容量コンデンサや二次電池等から構成され、発電デバイス５００から伝達された電荷を蓄える。
【００３６】
次に、このような構成を有する発電装置１００の発電動作について説明する。
【００３７】
上述したように、発電装置１００の浮体部２００は、海面に浮かぶ複数の浮体２１０を有している。波浪・砕波等によって海水が動くと、浮体２１０は、海水の動きに連動して上下左右に運動する。浮体２１０には発電デバイス５００が連結されており、発電デバイス５００は浮体２１０の上下左右の運動に伴って、例えば、図７（Ａ）に示すように変形する。そうすると、発電デバイス５００内部の圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００３８】
また、発電デバイス５００は、海面下で平面を海面の方向に向けて浮体２１０に連結されている。そのため、発電デバイス５００は、海面下の波浪・砕波等による海水の動きを直接受けて、図７（Ｂ）に示すように変形する。そうすると、圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００３９】
また、発電装置１００は、海面下に設置される垂下部３００を備えおり、その垂下部３００は、複数の垂下蓮３１０を有している。垂下蓮３１０は、一端が支持体３１１に連結された複数の発電デバイス５００を備えている。海面下で海流または渦が発生すると、発電デバイス５００は、支持体３１１との連結部を支点として振動することになる。そうすると、発電デバイス５００内部の圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００４０】
また、波による海水の動きは、深くなるほど発生しにくいが、垂下蓮３１０は連結ケーブル（またはフレーム）３２０によって他の垂下蓮３１０と連結されているので、海面下深くに連結された垂下蓮３１０は、周囲に海水の動きがなくても、他の垂下蓮３１０（特に、海面近くの垂下蓮３１０）の動きに連動して上下左右に動くことになる。そうすると、発電デバイス５００は、周囲の海水の抵抗を受けて振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００４１】
圧電フィルム５２０に発生した電荷は、配線５３１と配線５３２を通って、蓄電装置４００に伝達される。複数の発電デバイス５００は、それぞれ、異なった周期・位相で振動しているので、発電デバイス５００ごとに発生電荷の周期・位相はばらばらとなる。そのため、各配線を単純に連結したら、各配線の電流が相殺しあって、効率よく電力を蓄えることができない。
【００４２】
しかしながら、蓄電装置４００は、図５に示すように内部に整流回路４１０を備えているので、配線を介して伝達された電流は、整流回路４１０によって一定方向に変換され、結果、蓄電媒体４２０には効率よく電力が蓄えられる。
【００４３】
また、各整流回路４１０は、極性が一致するよう蓄電媒体４２０に並列接続されている。発電デバイス５００は電流源と考えられるので、それらを整流回路４１０を経由して蓄電媒体４２０に並列接続することによって、各発電デバイス５００から出力される電流は加算され、結果、蓄電装置４００には多くの電力が蓄えられる。
【００４４】
本実施形態によれば、発電装置１００は、幅広いレンジの運動エネルギーを有する海洋エネルギーを回収して発電することができる。例えば、発電装置１００は浮体２１０に連結された発電デバイス５００を有しているので、波浪・砕波等による海面の上下動のエネルギーを回収することができる。また、発電デバイス５００は、海面下で、平面を鉛直方向に向けて設置されているので、発電装置１００は、海面近くの海水の上下動のエネルギーを直接回収することができる。また、発電装置１００は、鉛直方向に複数連結された垂下蓮３１０を有しているので、さまざまな深度の海洋エネルギーを回収することができる。また、垂下蓮３１０には水平板と垂直板が交互に放射線状に設置されているので、発電装置１００は、海面下のあらゆる方向の海水の動きを捉えることができる。
【００４５】
また、発電装置１００は、海面に浮かんでいるだけであるので、海洋環境への影響（流れや太陽光の遮蔽効果、海洋生態系）を最小限に止めることができる。
【００４６】
また、発電装置１００は、海洋エネルギーを回収することによって、周辺海域の波を小さくすること（即ち、消波すること）ができる。海洋に設置した構造物（例えば、洋上風力発電施設など）を発電装置１００で取り囲めば、波による構造物の破壊を抑制することができる。
【００４７】
なお、垂下蓮３１０の発電デバイス５００は、支持体３１１に連結されていない側の一端に、例えば、図８に示すように、直方体や球体等の付加物５４０が設置されていてもよい。なお、付加物５４０の比重は、水の比重（即ち“１”）と異なっていてもよい。例えば、付加物５４０の比重は、０．０１〜０．９９であってもよいし、１．０１以上であってもよい。発電デバイス５００が大きく揺れるようになり、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００４８】
また、垂下蓮３１０の支持体３１１の形状は六角形に限られない。例えば、円形であってもよいし、四角形や八角形等の多角形であってもよい。この場合、垂直板が均等に配置されるように、支持体３１１の形状は、四角形、八角形、十角形等の偶数角形であるほうが望ましい。海中での垂下蓮３１０の回転や発電装置１００の運動（ロール、ピッチ、ヒーブ運動など）を抑制することができる。
【００４９】
また、垂下蓮３１０の鉛直方向への連結個数は３個に限られない。３個以上であってもよいし、浅い海の場合、１個や２個であってもよい。
【００５０】
発電デバイス５００に設置される圧電フィルム５２０の枚数は２枚に限られない。例えば、図９に示すように、５枚の弾性板５１０で４枚の圧電フィルム５２０を挟み込んでもよいし、さらに多くの偶数枚の圧電フィルム５２０を挟みこんでもよい。多くの圧電フィルム５２０が設置されることによって、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００５１】
また、発電デバイス５００の中央の弾性板５１０は、図９に示すように、他の弾性板５１０より厚くてもよい。圧電フィルム５２０の伸縮差が大きくなるので、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００５２】
また、発電デバイス５００の平面の向きは鉛直方向や垂直方向に限られない。斜め４５°、斜め３０°等、さまざまな方向に向けてもよい。あらゆる方向からの海洋エネルギーの回収が可能になる。
【００５３】
また、浮体部２００には、没水機能が備わっていてもよい。例えば、浮体２１０の１つ１つに、海水を注排水するための注排水口（不図示）と、その注排水口から海水を出し入れするためのポンプ（不図示）とを備え、船舶等のバラストタンクのように、自由に浮力を変更できるようにしてもよい。台風、津波、高潮、Freak Waveなどの異常波浪の際に、浮体２１０に海水を注入して没水させておくことにより、異常気象による発電装置１００の破壊を防ぐことができる。
【００５４】
また、発電装置１００は、他の発電装置１００と連結するための連結機能が備わっていてもよい。例えば、ケーブルを通すための環を浮体２１０に設置し、ケーブルを使って、発電装置１００を他の発電装置１００と連結する。海洋条件、設置条件、発電性能等に合わせて、合理的に自由にデザイン・カスタマイズすることが可能になる。
【００５５】
また、発電装置１００の消波機能を利用して、他の発電システムとのハイブリッド化を実現してもよい。例えば、洋上に設置した風力発電用の風車を発電装置１００で取り囲んでもよいし、また、洋上に設置した太陽光発電用のパネルを発電装置１００で取り囲んでもよい。
【００５６】
（実施形態２）
実施形態１の発電装置１００は、海面に浮かんでいるため、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを回収することが困難である。以下、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを回収することが可能な発電装置６００について説明する。
【００５７】
発電装置６００は、海底もしくは海岸線近くに設置される発電ユニットであり、図１０に示すように、フレーム６１０と、発電デバイス５００と、配線ケーブル２２０と、蓄電装置４００とから構成される。なお、発電デバイス５００と蓄電装置４００の構成は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
フレーム６１０は、鉄，アルミニウム、ＦＲＰ等から構成され、２本の棒の中間にハシゴ状に横棒を設置した形状をしている。フレーム６１０の横棒それぞれには、発電デバイス５００の長手方向の一端が連結されている。このフレーム６１０は、発電デバイス５００が突き出ている側を上にして、海底に設置される。
【００５９】
配線ケーブル２２０は、発電デバイス５００から出ている配線５３１と配線５３２を束ねたものであり、フレーム６１０の脇を通って蓄電装置４００に接続されている。
【００６０】
水面下に没水設置された発電装置６００に波が作用すると、海水の周期的な左右運動によって，発電デバイス５００は大きく左右振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極して両面に電荷を発生させる。また、海底近くで海流が発生すると、海流に面した先頭の発電デバイス５００は、後方に、いわゆるカルマン渦を発生させる。後方の発電デバイス５００は、その渦の動きに伴って大きく振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極して両面に電荷を発生させる。発生した電荷は、配線５３１と配線５３２を通って蓄電装置４００に伝達され、整流回路４１０を介して蓄電媒体４２０に蓄積される。
【００６１】
本実施形態によれば、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを効率よく回収することができる。
【実施例１】
【００６２】
発電デバイスの設置位置と発電量との関係について検証した。また発電デバイスのサイズと発電量との関係について検証した。検証には、図１１（Ａ）に示すような、２個の浮体（図１１に示す「Ｆｌｏａｔ」）に１個の発電デバイス（図１１に示す「ＦＰＥＤ」）を連結した模型を使用した。
【００６３】
まず、以下の条件を満たす５種類の発電デバイスを用意した。なお、以下の数値は、後述の二次元造波水槽で発生させる波の波長λを基準としている。
【００６４】
発電デバイス（ＦＰＥＤ）の長さＬ／λ：０．１〜０．５までの５種類
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の幅Ｂ／λ ：０．０９
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）間距離δ／λ：０．００５
【００６５】
この発電デバイスを使用して、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の模型と、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の模型とを作製した。「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」とは、図１１（Ｂ）に示すように、浮体の下側に発電デバイスを設置したタイプであり、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」とは、図１１（Ｃ）に示すように、浮体の上側に発電デバイスを設置したタイプである。
【００６６】
波の発生には、図１２に示すような、二次元造波水槽を使用した。この二次元造波水槽で発生させた波は以下の条件の波である。
【００６７】
周期 ：０．８ｓ
波長λ ：１．０ｍ
波高Ｈ／λ：０．０７７
【００６８】
二次元造波水槽を使用して、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」と「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」それぞれについて、発電量を測定した。その結果をグラフにしたものが図１３である。このグラフから、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の発電量は、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の発電量の２倍以上となることがわかる。また、Ｌ／λ＝０．４で発電量が最大となることがわかる。
【実施例２】
【００６９】
付加物の比重と発電量との関係について検証した。また、固有振動数と加振振動数との関係について検証した。
【００７０】
まず、以下の条件を満たす５種類の発電デバイス（図１４（Ａ）に示す「弾性圧電デバイス」）を用意した。
【００７１】
発電デバイス（ＦＰＥＤ）の長さＬ：３４０ｍｍ
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の幅Ｂ ：１００ｍｍ
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）間距離δ： ５ｍｍ
【００７２】
次に、比重の異なる５種類の付加物（図１４（Ａ）に示す「立方体型付加物」）を用意した。付加物は一辺が１００ｍｍの立方体であり、比重は０．８〜１．２までの５種類である。
【００７３】
この付加物を発電デバイスの一端に設置し、図１４（Ｂ）に示すように、他端を振動発生機（図１４（Ｂ）に示す「Vibration generator」）に固定した。そして、発電デバイスを、水槽の中で加振した。そのとき得られた結果が図１５のグラフである。図１５（Ａ）は付加物の比重と発電量の関係をグラフにしたものであり、図１５（Ｂ）は付加物の比重とＣｆの関係をグラフにしたものである。ここで、Ｃｆは、波周波数にＦＰＥＤの固有振動数がどれだけ近いかを示す無次元数であり、下記（式１）により定義される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
図１５（Ａ）のグラフから、付加物比重により発電量の操作が可能であることが分かる。また、水の比重と同じ比重（“１”）の場合が、発電量が最も小さく、また、水の比重より小さい場合と大きい場合とでは、小さい場合の方が、発電量が大きいことがわかる。
【００７６】
また、図１５（Ｂ）のグラフから、発電量はＣｆに比例することが分かる。このことから、付加物比重により発電デバイスの固有振動数を調整し、発電量の操作が可能であることがわかる。
【実施例３】
【００７７】
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の長さと発電量との関係について検証した。
【００７８】
まず、図１６（Ａ）に示すように、圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の長さが異なる４種類の発電デバイスを用意した。圧電フィルムの長さｌは、発電デバイスの長さＬを基準として、ｌ／Ｌ＝１．０、０．７５、０．５０、０．２５の４種類である。
【００７９】
これら４種類の発電デバイスをそれぞれ水槽で振動させ、発電量を測定した。その結果をグラフにしたものが図１６（Ｂ）である。このグラフから、発電デバイスに使用するＰＶＤＦ長は最低ｌ／L＝０．７５以上必要であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
波浪、潮流、渦、砕波などの海洋エネルギーを利用する種々の発電システムで利用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 発電装置
２００ 浮体部
２１０ 浮体
２２０、３３０ 配線ケーブル
３００ 垂下部
３１０ 垂下蓮
３１１ 支持体
３２０ 連結ケーブル
４００ 蓄電装置
４１０ 整流回路
４２０ 蓄電媒体
５００ 発電デバイス
５１０ 弾性板
５２０ 圧電フィルム
５３１、５３２ 配線
５４０ 付加物
６００ 発電装置
６１０ フレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電装置、及び発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーの有効活用が望まれている。特許文献１には、風を受けた際に固定端を
支点にして曲げ振動する短冊状の受風板と、受風板に固定され、受風板の曲げ振動に伴う変形によって発電する圧電素子と、を備える風力発電ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示す風力発電ユニットは、受風板の両面に、単純に圧電素子を貼り付けただけであり、発電効率があまり高くない。
【０００５】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、発電効率の高い発電装置、および、発電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の観点に係る発電装置は、
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部、を備え、
海洋エネルギーを受けて前記発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする。
【０００７】
前記発電デバイスは、海面下で前記浮体に連結されていてもよい。
【０００８】
前記発電デバイスは、平面を鉛直方向に向けて前記浮体に連結されていてもよい。
【０００９】
前記浮体は、内部に水を出し入れするための注排水手段を有していてもよい。
【００１０】
本発明の第２の観点に係る発電装置は、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮、を備え、
前記発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする。
【００１１】
前記発電デバイスは、前記支持体に連結されていない側の端に、所定の重さの付加物が設置されていてもよい。
【００１２】
前記付加物の単位体積あたりの質量は、水の単位体積当たりの質量より軽くてもよい。
【００１３】
前記垂下蓮は、鉛直方向に複数連結されており、
いずれかの前記垂下蓮の動きに連動して他の前記垂下蓮が動き、他の前記垂下蓮の前記発電デバイスが変形し発電してもよい、
【００１４】
平面が鉛直方向を向く前記発電デバイスと、平面が水平方向を向く前記発電デバイスとが前記支持体に連結されていてもよい。
【００１５】
本発明の第３の観点に係る発電装置は、
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部と、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮と、を備え、
前記浮体部と前記垂下蓮は、支持部材を介して接続されており、
前記浮体部の発電デバイスは、海洋エネルギーを受けて、前記浮体部の発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して変形し発電し、
前記垂下蓮の発電デバイスは、前記垂下蓮の発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする。
【００１６】
前記発電装置は、
前記発電デバイスの出力電流の方向を一定方向にするための整流回路を備え、
整流された電流方向が一致するように、複数の前記発電デバイスが並列接続されていてもよい。
【００１７】
本発明の第４の観点に係る発電デバイスは、
弾性板と、
該弾性板の表面に設置され、変形することによって電流を出力する圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムと前記弾性板の長手方向の長さの比が０．７５以上１未満である、
ことを特徴とする。
【００１８】
複数の前記圧電フィルムが前記弾性板を挟んで積層されていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
発電効率の高い発電装置、および、発電デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係る発電装置の斜視図である。
【図２】発電装置が備える浮体部の断面図である。
【図３】発電装置に設置される発電デバイスを説明するための図であり、（Ａ）は発電デバイスの分解斜視図、（Ｂ）は発電デバイスの縦断面図、（Ｃ）は発電デバイスが変形したときの部分断面部である。
【図４】発電装置が備える垂下部を説明するための図であり、（Ａ）は垂下部が備える垂下蓮の１つの斜視図であり、（Ｂ）は垂下部の断面図である。
【図５】発電装置が備える蓄電装置の内部構成を説明するための図である。
【図６】蓄電装置が備える整流回路の動作を説明するための図である。
【図７】発電デバイスが変形する様子を示す図であり、（Ａ）は浮体の上下左右動に連動して発電デバイスが変形する様子を示す図であり、（Ｂ）は波の上下動によって発電デバイスが変形する様子を示す図である。
【図８】発電デバイスの一端に付加物を設置した様子を示す図である。
【図９】発電デバイスに４つの圧電フィルムを設置した様子を示す図である。
【図１０】実施形態２に係る発電装置の斜視図である。
【図１１】実施例１で使用した模型を説明するための図であり（Ａ）は模型の斜視図、（Ｂ）は「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の模型の側面図、（Ｃ）は「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の模型の側面図である。
【図１２】実施例１で使用した二次元造波水槽を説明するための図である。
【図１３】実施例１の測定結果を説明するための図である。
【図１４】実施例２の測定条件を説明するための図であり、（Ａ)は発電デバイスに付加した付加物を説明するための図であり、（B)は測定に使用した二次元造波水槽を説明するための図である。
【図１５】実施例２の測定結果を説明するための図であり、（Ａ）は付加物の比重と発電量との関係を示した図であり、（Ｂ）は付加物の比重とＣｆとの関係を示した図である。
【図１６】実施例３の測定条件と測定結果を説明するための図であり、（Ａ）は測定に使用する４種類の発電デバイスを示した図であり、（Ｂ）は圧電フィルムの長さと発電量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
実施形態１に係る発電装置について、図面を参照しながら説明する。
発電装置１００は、海洋エネルギー（波浪、潮流、渦、砕波などの流体エネルギー等）を回収して発電する海洋エネルギー発電装置であり、図１に示すように、浮体部２００と、垂下部３００と、蓄電装置４００とから構成される。
【００２２】
浮体部２００は、発電装置１００の海面に浮かんでいる部分であり、浮体２１０と、発電デバイス５００と、配線ケーブル２２０とから構成される。
【００２３】
浮体２１０は、海面に浮かぶ、例えば、中空のタンクや発砲スチロール等の浮体から構成され、図１に示すように、１０個の浮体２１０で正三角形となるよう配置されている。また、浮体２１０は、図２に示すように、海面下で発電デバイス５００によって連結されている。
【００２４】
発電デバイス５００は、変形することによって発電する発電板であり、図３（Ａ）に示すように、３枚の弾性板５１０と、それら弾性板５１０によって挟まれる２枚の圧電フィルム５２０とから構成される。なお、発電デバイス５００は、平面を鉛直方向に向けて設置されている。
【００２５】
弾性板５１０は、例えば、シリコンゴム、天然ゴム、合成ゴム等の曲がりやすく弾性のある板状の柔軟性弾性素材から構成される。
【００２６】
圧電フィルム５２０は、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride：ポリフッ化ビニリデン）などの圧電材料によって構成される圧電シートの両面に電極膜を形成したフィルム状の圧電素子から構成され、図３（Ｃ）に示すように、伸張したとき、上面の電位が高くなり（上面が＋極、下面が−極）、収縮したとき、下面の電位が高くなる（上面が−極、下面が＋極）分極特性を有している。また圧電フィルム５２０の両面には、それぞれ、配線５３１と配線５３２とが接続されており、分極によって発生した電荷を、配線を通じて外部に出力するようになっている。なお、圧電フィルム５２０の長手方向の長さは、弾性板５１０の長手方向の長さの７５％程度となっている。
【００２７】
配線ケーブル２２０は、配線５３１と配線５３２とを束ねてビニール等の樹脂で被覆したものであり、発電デバイス５００の脇を通って蓄電装置４００に接続されている。
【００２８】
垂下部３００は、発電装置１００の海面下に沈んでいる部分であり、図４に示すように、垂下蓮３１０と、連結ケーブル（またはフレーム）３２０と、配線ケーブル３３０とから構成される。
【００２９】
垂下蓮３１０は、海中の海洋エネルギー（波浪、潮流、渦エネルギー等）を回収して発電する発電モジュールであり、図４（Ａ）に示すように、支持体３１１と、複数の発電デバイス５００とから構成される。
【００３０】
支持体３１１は、鉄、アルミニウム、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics：繊維強化プラスチック）等で構成される六角形の環であり、六角形の各辺には、発電デバイス５００の一端が連結されている。なお、支持体３１１には、水平板と垂直板が交互に連結されている。ここで、「水平板」とは、平面を鉛直方向に向けた発電デバイス５００のことであり、「垂直板」とは、平面を水平方向に向けた発電デバイス５００のことである。
【００３１】
連結ケーブル（またはフレーム）３２０は、海面下で垂下蓮３１０を連結するための支持部材（例えば、鎖やワイヤー等のケーブル、また、鉄、アルミニウム、ＦＲＰ等で構成されるフレームや棒状体）であり、図４（Ｂ）に示すように、鉛直方向に３つの垂下蓮３１０を連結している。なお、連結ケーブル（またはフレーム）３２０は垂下蓮３１０が海中で回転しないように、垂下蓮３１０の六角形の各角に連結されている。また、連結ケーブル（またはフレーム）３２０の上端は、例えば、浮体２１０の底部に接続されており、浮体部２００と垂下部３００とを接続している。
【００３２】
配線ケーブル３３０は、発電デバイス５００から出ている配線５３１と配線５３２とを束ねたものであり、連結ケーブル３２０の脇を通って、配線ケーブル２２０と接続される。配線５３１と配線５３２は、配線ケーブル３３０と配線ケーブル２２０の内部を通って、最終的に、蓄電装置４００に接続される。
【００３３】
蓄電装置４００は、複数の発電デバイス５００から出力される電荷を蓄えるための装置であり、図５に示すように、整流回路４１０と、蓄電媒体４２０とから構成される。
【００３４】
整流回路４１０は、図６に示すようなダイオードブリッジ回路等から構成される。整流回路４１０は、一対の入力端子を有しており、その入力端子は、それぞれ、配線５３１と配線５３２に接続されている。また、整流回路４１０は、正極端子、負極端子から構成される１対の出力端子を有しており、正極端子は蓄電媒体４２０の正極端子に、負極端子は蓄電媒体４２０の負極端子に接続されている。
【００３５】
蓄電媒体４２０は、大容量コンデンサや二次電池等から構成され、発電デバイス５００から伝達された電荷を蓄える。
【００３６】
次に、このような構成を有する発電装置１００の発電動作について説明する。
【００３７】
上述したように、発電装置１００の浮体部２００は、海面に浮かぶ複数の浮体２１０を有している。波浪・砕波等によって海水が動くと、浮体２１０は、海水の動きに連動して上下左右に運動する。浮体２１０には発電デバイス５００が連結されており、発電デバイス５００は浮体２１０の上下左右の運動に伴って、例えば、図７（Ａ）に示すように変形する。そうすると、発電デバイス５００内部の圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００３８】
また、発電デバイス５００は、海面下で平面を海面の方向に向けて浮体２１０に連結されている。そのため、発電デバイス５００は、海面下の波浪・砕波等による海水の動きを直接受けて、図７（Ｂ）に示すように変形する。そうすると、圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００３９】
また、発電装置１００は、海面下に設置される垂下部３００を備えおり、その垂下部３００は、複数の垂下蓮３１０を有している。垂下蓮３１０は、一端が支持体３１１に連結された複数の発電デバイス５００を備えている。海面下で海流または渦が発生すると、発電デバイス５００は、支持体３１１との連結部を支点として振動することになる。そうすると、発電デバイス５００内部の圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００４０】
また、波による海水の動きは、深くなるほど発生しにくいが、垂下蓮３１０は連結ケーブル（またはフレーム）３２０によって他の垂下蓮３１０と連結されているので、海面下深くに連結された垂下蓮３１０は、周囲に海水の動きがなくても、他の垂下蓮３１０（特に、海面近くの垂下蓮３１０）の動きに連動して上下左右に動くことになる。そうすると、発電デバイス５００は、周囲の海水の抵抗を受けて振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極し、両面に電荷を発生させる。
【００４１】
圧電フィルム５２０に発生した電荷は、配線５３１と配線５３２を通って、蓄電装置４００に伝達される。複数の発電デバイス５００は、それぞれ、異なった周期・位相で振動しているので、発電デバイス５００ごとに発生電荷の周期・位相はばらばらとなる。そのため、各配線を単純に連結したら、各配線の電流が相殺しあって、効率よく電力を蓄えることができない。
【００４２】
しかしながら、蓄電装置４００は、図５に示すように内部に整流回路４１０を備えているので、配線を介して伝達された電流は、整流回路４１０によって一定方向に変換され、結果、蓄電媒体４２０には効率よく電力が蓄えられる。
【００４３】
また、各整流回路４１０は、極性が一致するよう蓄電媒体４２０に並列接続されている。発電デバイス５００は電流源と考えられるので、それらを整流回路４１０を経由して蓄電媒体４２０に並列接続することによって、各発電デバイス５００から出力される電流は加算され、結果、蓄電装置４００には多くの電力が蓄えられる。
【００４４】
本実施形態によれば、発電装置１００は、幅広いレンジの運動エネルギーを有する海洋エネルギーを回収して発電することができる。例えば、発電装置１００は浮体２１０に連結された発電デバイス５００を有しているので、波浪・砕波等による海面の上下動のエネルギーを回収することができる。また、発電デバイス５００は、海面下で、平面を鉛直方向に向けて設置されているので、発電装置１００は、海面近くの海水の上下動のエネルギーを直接回収することができる。また、発電装置１００は、鉛直方向に複数連結された垂下蓮３１０を有しているので、さまざまな深度の海洋エネルギーを回収することができる。また、垂下蓮３１０には水平板と垂直板が交互に放射線状に設置されているので、発電装置１００は、海面下のあらゆる方向の海水の動きを捉えることができる。
【００４５】
また、発電装置１００は、海面に浮かんでいるだけであるので、海洋環境への影響（流れや太陽光の遮蔽効果、海洋生態系）を最小限に止めることができる。
【００４６】
また、発電装置１００は、海洋エネルギーを回収することによって、周辺海域の波を小さくすること（即ち、消波すること）ができる。海洋に設置した構造物（例えば、洋上風力発電施設など）を発電装置１００で取り囲めば、波による構造物の破壊を抑制することができる。
【００４７】
なお、垂下蓮３１０の発電デバイス５００は、支持体３１１に連結されていない側の一端に、例えば、図８に示すように、直方体や球体等の付加物５４０が設置されていてもよい。なお、付加物５４０の比重は、水の比重（即ち“１”）と異なっていてもよい。例えば、付加物５４０の比重は、０．０１〜０．９９であってもよいし、１．０１以上であってもよい。発電デバイス５００が大きく揺れるようになり、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００４８】
また、垂下蓮３１０の支持体３１１の形状は六角形に限られない。例えば、円形であってもよいし、四角形や八角形等の多角形であってもよい。この場合、垂直板が均等に配置されるように、支持体３１１の形状は、四角形、八角形、十角形等の偶数角形であるほうが望ましい。海中での垂下蓮３１０の回転や発電装置１００の運動（ロール、ピッチ、ヒーブ運動など）を抑制することができる。
【００４９】
また、垂下蓮３１０の鉛直方向への連結個数は３個に限られない。３個以上であってもよいし、浅い海の場合、１個や２個であってもよい。
【００５０】
発電デバイス５００に設置される圧電フィルム５２０の枚数は２枚に限られない。例えば、図９に示すように、５枚の弾性板５１０で４枚の圧電フィルム５２０を挟み込んでもよいし、さらに多くの偶数枚の圧電フィルム５２０を挟みこんでもよい。多くの圧電フィルム５２０が設置されることによって、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００５１】
また、発電デバイス５００の中央の弾性板５１０は、図９に示すように、他の弾性板５１０より厚くてもよい。圧電フィルム５２０の伸縮差が大きくなるので、さらに効率のよい発電が可能になる。
【００５２】
また、発電デバイス５００の平面の向きは鉛直方向や垂直方向に限られない。斜め４５°、斜め３０°等、さまざまな方向に向けてもよい。あらゆる方向からの海洋エネルギーの回収が可能になる。
【００５３】
また、浮体部２００には、没水機能が備わっていてもよい。例えば、浮体２１０の１つ１つに、海水を注排水するための注排水口（不図示）と、その注排水口から海水を出し入れするためのポンプ（不図示）とを備え、船舶等のバラストタンクのように、自由に浮力を変更できるようにしてもよい。台風、津波、高潮、Freak Waveなどの異常波浪の際に、浮体２１０に海水を注入して没水させておくことにより、異常気象による発電装置１００の破壊を防ぐことができる。
【００５４】
また、発電装置１００は、他の発電装置１００と連結するための連結機能が備わっていてもよい。例えば、ケーブルを通すための環を浮体２１０に設置し、ケーブルを使って、発電装置１００を他の発電装置１００と連結する。海洋条件、設置条件、発電性能等に合わせて、合理的に自由にデザイン・カスタマイズすることが可能になる。
【００５５】
また、発電装置１００の消波機能を利用して、他の発電システムとのハイブリッド化を実現してもよい。例えば、洋上に設置した風力発電用の風車を発電装置１００で取り囲んでもよいし、また、洋上に設置した太陽光発電用のパネルを発電装置１００で取り囲んでもよい。
【００５６】
（実施形態２）
実施形態１の発電装置１００は、海面に浮かんでいるため、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを回収することが困難である。以下、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを回収することが可能な発電装置６００について説明する。
【００５７】
発電装置６００は、海底もしくは海岸線近くに設置される発電ユニットであり、図１０に示すように、フレーム６１０と、発電デバイス５００と、配線ケーブル２２０と、蓄電装置４００とから構成される。なお、発電デバイス５００と蓄電装置４００の構成は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
フレーム６１０は、鉄，アルミニウム、ＦＲＰ等から構成され、２本の棒の中間にハシゴ状に横棒を設置した形状をしている。フレーム６１０の横棒それぞれには、発電デバイス５００の長手方向の一端が連結されている。このフレーム６１０は、発電デバイス５００が突き出ている側を上にして、海底に設置される。
【００５９】
配線ケーブル２２０は、発電デバイス５００から出ている配線５３１と配線５３２を束ねたものであり、フレーム６１０の脇を通って蓄電装置４００に接続されている。
【００６０】
水面下に没水設置された発電装置６００に波が作用すると、海水の周期的な左右運動によって，発電デバイス５００は大きく左右振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極して両面に電荷を発生させる。また、海底近くで海流が発生すると、海流に面した先頭の発電デバイス５００は、後方に、いわゆるカルマン渦を発生させる。後方の発電デバイス５００は、その渦の動きに伴って大きく振動し、結果、圧電フィルム５２０は分極して両面に電荷を発生させる。発生した電荷は、配線５３１と配線５３２を通って蓄電装置４００に伝達され、整流回路４１０を介して蓄電媒体４２０に蓄積される。
【００６１】
本実施形態によれば、海底もしくは海岸線近くの海洋エネルギーを効率よく回収することができる。
【実施例１】
【００６２】
発電デバイスの設置位置と発電量との関係について検証した。また発電デバイスのサイズと発電量との関係について検証した。検証には、図１１（Ａ）に示すような、２個の浮体（図１１に示す「Ｆｌｏａｔ」）に１個の発電デバイス（図１１に示す「ＦＰＥＤ」）を連結した模型を使用した。
【００６３】
まず、以下の条件を満たす５種類の発電デバイスを用意した。なお、以下の数値は、後述の二次元造波水槽で発生させる波の波長λを基準としている。
【００６４】
発電デバイス（ＦＰＥＤ）の長さＬ／λ：０．１〜０．５までの５種類
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の幅Ｂ／λ ：０．０９
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）間距離δ／λ：０．００５
【００６５】
この発電デバイスを使用して、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の模型と、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の模型とを作製した。「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」とは、図１１（Ｂ）に示すように、浮体の下側に発電デバイスを設置したタイプであり、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」とは、図１１（Ｃ）に示すように、浮体の上側に発電デバイスを設置したタイプである。
【００６６】
波の発生には、図１２に示すような、二次元造波水槽を使用した。この二次元造波水槽で発生させた波は以下の条件の波である。
【００６７】
周期 ：０．８ｓ
波長λ ：１．０ｍ
波高Ｈ／λ：０．０７７
【００６８】
二次元造波水槽を使用して、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」と「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」それぞれについて、発電量を測定した。その結果をグラフにしたものが図１３である。このグラフから、「Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｔｙｐｅ」の発電量は、「Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ｔｙｐｅ」の発電量の２倍以上となることがわかる。また、Ｌ／λ＝０．４で発電量が最大となることがわかる。
【実施例２】
【００６９】
付加物の比重と発電量との関係について検証した。また、固有振動数と加振振動数との関係について検証した。
【００７０】
まず、以下の条件を満たす５種類の発電デバイス（図１４（Ａ）に示す「弾性圧電デバイス」）を用意した。
【００７１】
発電デバイス（ＦＰＥＤ）の長さＬ：３４０ｍｍ
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の幅Ｂ ：１００ｍｍ
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）間距離δ： ５ｍｍ
【００７２】
次に、比重の異なる５種類の付加物（図１４（Ａ）に示す「立方体型付加物」）を用意した。付加物は一辺が１００ｍｍの立方体であり、比重は０．８〜１．２までの５種類である。
【００７３】
この付加物を発電デバイスの一端に設置し、図１４（Ｂ）に示すように、他端を振動発生機（図１４（Ｂ）に示す「Vibration generator」）に固定した。そして、発電デバイスを、水槽の中で加振した。そのとき得られた結果が図１５のグラフである。図１５（Ａ）は付加物の比重と発電量の関係をグラフにしたものであり、図１５（Ｂ）は付加物の比重とＣｆの関係をグラフにしたものである。ここで、Ｃｆは、波周波数にＦＰＥＤの固有振動数がどれだけ近いかを示す無次元数であり、下記（式１）により定義される。
【００７４】
【数１】
【００７５】
図１５（Ａ）のグラフから、付加物比重により発電量の操作が可能であることが分かる。また、水の比重と同じ比重（“１”）の場合が、発電量が最も小さく、また、水の比重より小さい場合と大きい場合とでは、小さい場合の方が、発電量が大きいことがわかる。
【００７６】
また、図１５（Ｂ）のグラフから、発電量はＣｆに比例することが分かる。このことから、付加物比重により発電デバイスの固有振動数を調整し、発電量の操作が可能であることがわかる。
【実施例３】
【００７７】
圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の長さと発電量との関係について検証した。
【００７８】
まず、図１６（Ａ）に示すように、圧電フィルム（ＰＶＤＦ）の長さが異なる４種類の発電デバイスを用意した。圧電フィルムの長さｌは、発電デバイスの長さＬを基準として、ｌ／Ｌ＝１．０、０．７５、０．５０、０．２５の４種類である。
【００７９】
これら４種類の発電デバイスをそれぞれ水槽で振動させ、発電量を測定した。その結果をグラフにしたものが図１６（Ｂ）である。このグラフから、発電デバイスに使用するＰＶＤＦ長は最低ｌ／L＝０．７５以上必要であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
波浪、潮流、渦、砕波などの海洋エネルギーを利用する種々の発電システムで利用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 発電装置
２００ 浮体部
２１０ 浮体
２２０、３３０ 配線ケーブル
３００ 垂下部
３１０ 垂下蓮
３１１ 支持体
３２０ 連結ケーブル
４００ 蓄電装置
４１０ 整流回路
４２０ 蓄電媒体
５００ 発電デバイス
５１０ 弾性板
５２０ 圧電フィルム
５３１、５３２ 配線
５４０ 付加物
６００ 発電装置
６１０ フレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部、を備え、
海洋エネルギーを受けて前記発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電デバイスは、海面下で前記浮体に連結されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電デバイスは、平面を鉛直方向に向けて前記浮体に連結されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記浮体は、内部に水を出し入れするための注排水手段を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮、を備え、
前記発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項６】
前記発電デバイスは、前記支持体に連結されていない側の端に、所定の重さの付加物が設置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記付加物の単位体積あたりの質量は、水の単位体積当たりの質量より軽い、
ことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記垂下蓮は、鉛直方向に複数連結されており、
いずれかの前記垂下蓮の動きに連動して他の前記垂下蓮が動き、他の前記垂下蓮の前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項９】
平面が鉛直方向を向く前記発電デバイスと、平面が水平方向を向く前記発電デバイスとが前記支持体に連結されている、
ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１０】
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部と、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮と、を備え、
前記浮体部と前記垂下蓮は、支持部材を介して接続されており、
前記浮体部の発電デバイスは、海洋エネルギーを受けて、前記浮体部の発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して変形し発電し、
前記垂下蓮の発電デバイスは、前記垂下蓮の発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項１１】
前記発電デバイスの出力電流の方向を一定方向にするための整流回路を備え、
整流された電流方向が一致するように、複数の前記発電デバイスが並列接続されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
弾性板と、
該弾性板の表面に設置され、変形することによって電流を出力する圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムと前記弾性板の長手方向の長さの比が０．７５以上１未満である、
ことを特徴とする発電デバイス。
【請求項１３】
複数の前記圧電フィルムが前記弾性板を挟んで積層されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の発電デバイス。
【請求項１】
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部、を備え、
海洋エネルギーを受けて前記発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電デバイスは、海面下で前記浮体に連結されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電デバイスは、平面を鉛直方向に向けて前記浮体に連結されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記浮体は、内部に水を出し入れするための注排水手段を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮、を備え、
前記発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項６】
前記発電デバイスは、前記支持体に連結されていない側の端に、所定の重さの付加物が設置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記付加物の単位体積あたりの質量は、水の単位体積当たりの質量より軽い、
ことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記垂下蓮は、鉛直方向に複数連結されており、
いずれかの前記垂下蓮の動きに連動して他の前記垂下蓮が動き、他の前記垂下蓮の前記発電デバイスが変形し発電する、
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項９】
平面が鉛直方向を向く前記発電デバイスと、平面が水平方向を向く前記発電デバイスとが前記支持体に連結されている、
ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１０】
海に浮かぶ複数の浮体と、前記浮体同士を連結し変形することによって発電する板状の発電デバイスと、を有する浮体部と、
海面下に設置される支持体と、前記支持体に一端が連結され、前記支持体の周囲を放射線状に取り囲む複数の板状の発電デバイスと、を有する垂下蓮と、を備え、
前記浮体部と前記垂下蓮は、支持部材を介して接続されており、
前記浮体部の発電デバイスは、海洋エネルギーを受けて、前記浮体部の発電デバイスに連結された前記浮体同士の相対的な高さの変化に追従して変形し発電し、
前記垂下蓮の発電デバイスは、前記垂下蓮の発電デバイスに作用する海洋エネルギーを受けて変形し発電する、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項１１】
前記発電デバイスの出力電流の方向を一定方向にするための整流回路を備え、
整流された電流方向が一致するように、複数の前記発電デバイスが並列接続されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
弾性板と、
該弾性板の表面に設置され、変形することによって電流を出力する圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムと前記弾性板の長手方向の長さの比が０．７５以上１未満である、
ことを特徴とする発電デバイス。
【請求項１３】
複数の前記圧電フィルムが前記弾性板を挟んで積層されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の発電デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２３７２６４（Ｐ２０１２−２３７２６４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７６８０（Ｐ２０１１−１０７６８０）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、垂下式弾性浮体ユニット型海洋エネルギー発電技術の基礎研究の委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、垂下式弾性浮体ユニット型海洋エネルギー発電技術の基礎研究の委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
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