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JP7736600B2 - Wave energy recovery device and ship - Google Patents

Wave energy recovery device and ship

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Publication number
JP7736600B2
JP7736600B2 JP2022027202A JP2022027202A JP7736600B2 JP 7736600 B2 JP7736600 B2 JP 7736600B2 JP 2022027202 A JP2022027202 A JP 2022027202A JP 2022027202 A JP2022027202 A JP 2022027202A JP 7736600 B2 JP7736600 B2 JP 7736600B2
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JP
Japan
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wave energy
energy recovery
recovery device
tank
ship
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JP2022027202A
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尚史 吉田
寿夫 田中
博公 橋本
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Kobe University NUC
Japan Marine United Corp
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Kobe University NUC
Japan Marine United Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

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  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Description

本発明は、波浪エネルギー回収装置及び船舶に関し、特に、船体の揺動により発電可能な波浪エネルギー回収装置及び該波浪エネルギー回収装置を備えた船舶に関する。 The present invention relates to a wave energy recovery device and a ship, and in particular to a wave energy recovery device capable of generating electricity through the rocking of the hull, and a ship equipped with such a wave energy recovery device.

近年、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化等の環境問題の観点から、船舶の分野においてもグリーンイノベーションが求められている。特に、一度の航海に長い時間を要する外航船では、航海中に何らかの手段でエネルギーを得る技術が望まれている。航行中の船舶を考える場合、巨大な船体を揺動させる波浪エネルギーが有力なエネルギー源として考えられる。 In recent years, there has been a demand for green innovation in the field of shipping, given environmental issues such as the depletion of fossil fuels and global warming. In particular, for ocean-going ships, which take a long time to complete a voyage, there is a demand for technology that can generate energy in some way during the voyage. When considering ships at sea, wave energy, which rocks the huge hull, is considered to be a promising energy source.

ところで、船舶の航行中や停船中に船体の横揺れを低減させるための減揺装置として、例えば、特許文献1に記載されたようなアンチローリングタンクが知られている。 Anti-rolling tanks, such as those described in Patent Document 1, are known as anti-rolling devices for reducing the rolling of a ship's hull while it is sailing or stopped.

アンチローリングタンクは、船体の上部の最大幅位置の左右舷に互いに船幅方向に離間して設けられた一対のウイングタンクと、これらウイング間を連結するダクトと、を備えている。これらウイングタンク及びダクト内には液体が収容されており、該液体がダクトを介して一対のウイングタンク間で船幅方向に移動することで、船体の揺れを低減させるように構成されている。 The anti-rolling tank comprises a pair of wing tanks spaced apart in the ship's width direction on the port and starboard sides of the upper part of the hull at its widest point, and a duct connecting the wings. The wing tanks and ducts contain liquid, which moves in the ship's width direction between the pair of wing tanks via the duct, thereby reducing the rolling of the hull.

特開2015-163490号JP 2015-163490 A

上述したアンチローリングタンクでは、減揺装置として利用されているだけであり、波浪エネルギーをエネルギー源として利用されていないのが現状である。 The anti-rolling tanks mentioned above are currently only used as roll reduction devices, and do not utilize wave energy as an energy source.

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、波浪エネルギーにより発電することができる、波浪エネルギー回収装置及び船舶を提供することを目的とする。 The present invention was devised in light of these problems, and aims to provide a wave energy recovery device and a ship that can generate electricity using wave energy.

本発明によれば、鉛直方向に延びるように構成された一対のサイドタンクと、前記サイドタンクの底部を連結するボトムタンクと、前記サイドタンク及び前記ボトムタンクに張られた液体に浮くように前記サイドタンクの各内部に配置された一対のフロートと、前記一対のフロートを前記サイドタンクの外部を経由して連結する索体と、前記索体の中間部に配置され前記索体が巻かれたリールと、前記リールに接続され前記索体の往復運動により発電可能な発電機と、を備え、前記一対のフロートの揺動により前記リールを往復運動させ、この往復運動により前記リールを回転させることによって前記発電機で発電するようにした、ことを特徴とする波浪エネルギー回収装置が提供される。
According to the present invention, there is provided a wave energy recovery device comprising a pair of side tanks configured to extend vertically, a bottom tank connecting the bottoms of the side tanks, a pair of floats arranged inside each of the side tanks so as to float on liquid contained in the side tanks and the bottom tank, a rope connecting the pair of floats via the outside of the side tanks, a reel arranged in the middle of the rope and around which the rope is wound, and a generator connected to the reel and capable of generating electricity through the reciprocating motion of the rope , wherein the reel is caused to reciprocate by the oscillation of the pair of floats, and the generator generates electricity by rotating the reel through this reciprocating motion.

前記波浪エネルギー回収装置は、前記索体を前記発電機に案内する案内手段を備えていてもよい。 The wave energy recovery device may be equipped with a guide means for guiding the cable to the generator.

前記波浪エネルギー回収装置は、前記一対のサイドタンクの上部を連結するダクト又は前記一対のサイドタンクの上部に形成された開口部を備えていてもよい。 The wave energy recovery device may include a duct connecting the upper parts of the pair of side tanks or an opening formed in the upper parts of the pair of side tanks.

前記波浪エネルギー回収装置は、前記フロートの揺動方向を案内するガイド部材を備えていてもよい。 The wave energy recovery device may be equipped with a guide member that guides the swing direction of the float.

前記フロートの重量は、完全没水時の浮力より大きくなるように設定されていてもよい。 The weight of the float may be set to be greater than the buoyancy when completely submerged.

前記サイドタンク及び前記ボトムタンクは、固有周期が使用状態に想定される発電ポテンシャルの周波数特性曲線のピーク値に基づいて設計されていてもよい。 The side tank and the bottom tank may be designed so that their natural periods are based on the peak value of the frequency characteristic curve of the power generation potential expected in use.

また、本発明によれば、上述した何れかの構成の波浪エネルギー回収装置を備えた、ことを特徴とする船舶が提供される。 The present invention also provides a ship equipped with a wave energy recovery device having any of the above-described configurations.

前記一対のサイドタンクは、船体の船長方向又は船幅方向に沿って配置されていてもよい。 The pair of side tanks may be arranged along the longitudinal or transverse direction of the hull.

前記波浪エネルギー回収装置は、前記船舶の重心から船長方向、高さ方向又は船幅方向に離れた位置に設置されていてもよい。 The wave energy recovery device may be installed at a position away from the center of gravity of the ship in the longitudinal, vertical or transverse direction.

上述した本発明に係る波浪エネルギー回収装置及び船舶によれば、フロートの揺動を索体の往復直線運動に変換することができ、この往復直線運動を発電機により電力に変換することができ、フロートを揺動させる波浪エネルギーを回収して発電することができる。 The wave energy recovery device and ship according to the present invention described above can convert the rocking of the float into reciprocating linear motion of the rope, which can then be converted into electricity by a generator, recovering the wave energy that rocks the float and generating electricity.

本発明の第一実施形態に係る船舶を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a ship according to a first embodiment of the present invention. 波浪エネルギー回収装置の配置例を示す平面図であり、(A)は第一実施形態、(B)は変形例、を示している。1A and 1B are plan views showing examples of the arrangement of a wave energy recovery device, in which FIG. 1A shows a first embodiment and FIG. 1B shows a modified example. 波浪エネルギー回収装置の変形例を示す部分拡大図であり、(A)は第一変形例、(B)は第二変形例、を示している。1A and 1B are partially enlarged views showing modified examples of a wave energy recovery device, where FIG. 1A shows a first modified example and FIG. 1B shows a second modified example. タンク形状の設計方法の一例を示す図であり、(A)は船体運動関数、(B)は周波数スペクトル、(C)は発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第一例、(D)は発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第二例を、示している。1A and 1B are diagrams showing an example of a tank shape design method, in which (A) shows a hull motion function, (B) shows a frequency spectrum, (C) shows a first example of a frequency characteristic curve of a power generation potential, and (D) shows a second example of a frequency characteristic curve of a power generation potential.

以下、本発明の実施形態について図1~図4(D)を用いて説明する。ここで、図1は、本発明の第一実施形態に係る船舶を示す全体構成図である。図2は、波浪エネルギー回収装置の配置例を示す平面図であり、(A)は第一実施形態、(B)は変形例、を示している。 Embodiments of the present invention will be described below using Figures 1 to 4(D). Here, Figure 1 is an overall configuration diagram showing a ship according to a first embodiment of the present invention. Figure 2 is a plan view showing an example of the arrangement of a wave energy recovery device, with (A) showing the first embodiment and (B) showing a modified example.

本発明の第一実施形態に係る船舶1は、例えば、図1及び図2(A)に示したように、浮体を構成する船体2と、船体2を推進させる推進器3と、船体2の上甲板21上に配置された居住区4と、上甲板21上に配置された波浪エネルギー回収装置5と、を備えている。なお、図1~図2(B)に示した船舶1の構成はデフォルメしてある。 As shown in Figures 1 and 2(A), a vessel 1 according to a first embodiment of the present invention comprises a hull 2 constituting a floating body, a propeller 3 for propelling the hull 2, an accommodation area 4 arranged on the upper deck 21 of the hull 2, and a wave energy recovery device 5 arranged on the upper deck 21. Note that the configuration of the vessel 1 shown in Figures 1 to 2(B) has been exaggerated.

船舶1は、例えば、バルクキャリアであり、上甲板21にハッチカバー22が配置される。なお、船舶1は、バルクキャリア以外のタンカー等の他の貨物船、コンテナ船、フェリー等であってもよい。また、船舶1は、例えば、大型船舶であるが、これに限定されるものではない。 The ship 1 is, for example, a bulk carrier, and a hatch cover 22 is arranged on the upper deck 21. Note that the ship 1 may also be a cargo ship other than a bulk carrier, such as a tanker, a container ship, or a ferry. The ship 1 is, for example, a large ship, but is not limited to this.

波浪エネルギー回収装置5は、例えば、鉛直方向に延びるように構成された一対のサイドタンク51a,51bと、サイドタンク51a,51bの底部を連結するボトムタンク51cと、サイドタンク51a,51b及びボトムタンク51c内に張られた液体に浮くようにサイドタンク51a,51bの各内部に配置された一対のフロート52a,52bと、一対のフロート52a,52bをサイドタンク51a,51bの外部を経由して連結する索体53と、索体53の中間部に配置され索体53が巻かれたリール54と、リール54に接続された発電機55と、を備えている。 The wave energy recovery device 5 includes, for example, a pair of side tanks 51a, 51b configured to extend vertically, a bottom tank 51c connecting the bottoms of the side tanks 51a, 51b, a pair of floats 52a, 52b arranged inside each of the side tanks 51a, 51b so as to float on the liquid contained in the side tanks 51a, 51b and the bottom tank 51c, a rope 53 connecting the pair of floats 52a, 52b via the outside of the side tanks 51a, 51b, a reel 54 arranged in the middle of the rope 53 and around which the rope 53 is wound, and a generator 55 connected to the reel 54.

サイドタンク51a,51b及びボトムタンク51cにより構成されるタンク51は、角張った略U字形状を有しており、内部に海水等の液体が汲み入れられている。タンク51を水平面に配置した状態で、サイドタンク51a,51bは鉛直方向に延びるように構成されており、ボトムタンク51cは水平方向に延びるように構成されている。 Tank 51, which is made up of side tanks 51a, 51b and bottom tank 51c, has an angular, roughly U-shaped shape and contains seawater or other liquid. When tank 51 is placed on a horizontal surface, side tanks 51a, 51b are configured to extend vertically, and bottom tank 51c is configured to extend horizontally.

液体は、サイドタンク51a,51bの上部に液体の上下運動を許容する上部空間を形成するように供給されている。サイドタンク51a,51bの上部には、サイドタンク51a,51b同士の上部空間を連通するダクト56が配置されている。ダクト56により、サイドタンク51a,51b間における上部空間の空気の流動性を確保することができる。なお、ダクト56に替えて、サイドタンク51a,51bの各上部に空気抜き弁を配置するようにしてもよい。 Liquid is supplied to the top of the side tanks 51a, 51b to form an upper space that allows the liquid to move up and down. A duct 56 is arranged above the side tanks 51a, 51b, connecting the upper spaces of the side tanks 51a, 51b. The duct 56 ensures the flow of air in the upper space between the side tanks 51a, 51b. Note that instead of the duct 56, an air vent valve may be arranged above each of the side tanks 51a, 51b.

フロート52a,52bは、例えば、上下方向に細長い形状を有し、底部に浮力を調整し浮遊姿勢を安定させる錘が配置されている。かかる構成により、フロート52a,52bの浮力、浮遊姿勢、喫水断面積等を調整することができる。 Floats 52a and 52b have, for example, a vertically elongated shape, with weights attached to the bottom to adjust buoyancy and stabilize the floating posture. This configuration makes it possible to adjust the buoyancy, floating posture, and draft cross-sectional area of floats 52a and 52b.

フロート52a,52bの重量Wは、完全没水時の浮力Δより大きくなるように設定される。したがって、フロート52a,52bは、タンク51内の液体の密度をρ、液体の体積をVとすれば、W>Δ=ρgVの関係を有している。かかる構成により、フロート52a,52bが上下運動した場合であっても索体53に常に張力を作用させることができ、索体53の緩みを抑制することができる。 The weight W of floats 52a, 52b is set to be greater than the buoyancy Δ when completely submerged. Therefore, floats 52a, 52b have the relationship W > Δ = ρgV, where ρ is the density of the liquid in tank 51 and V is the volume of the liquid. With this configuration, tension can always be applied to rope 53, even when floats 52a, 52b move up and down, preventing rope 53 from slackening.

また、フロート52a,52bは、標準喫水では浮力よりも重力が大きい状態であるが、水面上に予備浮力を持たせることにより、仮に索体53が切断した場合であっても、フロート52a,52bを液体中で浮力と重力をバランスさせることができ、タンク51の破損を抑制することができる。 Furthermore, while the gravity of floats 52a and 52b is greater than their buoyancy at standard draft, by providing reserve buoyancy above the water surface, even if the rope 53 were to break, the buoyancy and gravity of floats 52a and 52b can be balanced in the liquid, preventing damage to tank 51.

タンク51は、船体2とともに揺動し、サイドタンク51a,51b内の液体の液面は相対的に上下運動をおこなう。したがって、フロート52a,52bは、液面の上下運動に伴って相対的に上下運動を行う。 The tank 51 sways together with the hull 2, causing the liquid levels in the side tanks 51a and 51b to move up and down relative to each other. Therefore, the floats 52a and 52b also move up and down relative to each other in response to the up and down movement of the liquid level.

フロート52a,52bは、上部にワイヤロープ等の索体53が接続されている。索体53は、サイドタンク51a,51bの上面に形成された開口部に挿通されている。また、索体53は、サイドタンク51a,51bの上部に配置された案内手段57a,57bによりリール54に案内されていてもよい。案内手段57a,57bは、例えば、滑車である。なお、説明の便宜上、案内手段57a,57bを支持する支持部材については図を省略してある。 A cable 53, such as a wire rope, is connected to the top of the floats 52a and 52b. The cable 53 is inserted through openings formed in the top surfaces of the side tanks 51a and 51b. The cable 53 may be guided to the reel 54 by guide means 57a and 57b arranged on the top of the side tanks 51a and 51b. The guide means 57a and 57b are, for example, pulleys. For ease of explanation, the support members that support the guide means 57a and 57b are not shown in the illustration.

リール54は、索体53の巻き取り軸を有している。索体53の両端はフロート52a,52bに接続され、索体53の中間部はリール54に少なくとも一巻き以上巻き付けられている。したがって、フロート52a,52bの相対的な上下運動によって索体53が水平方向に交互に引っ張られて往復運動する。この索体53の往復運動によりリール54が回転される。なお、説明の便宜上、リール54を支持する支持部材については図を省略してある。 Reel 54 has a winding shaft for rope 53. Both ends of rope 53 are connected to floats 52a and 52b, and the middle section of rope 53 is wound around reel 54 by at least one turn. Therefore, the relative up and down movement of floats 52a and 52b causes rope 53 to be alternately pulled horizontally, causing it to move back and forth. This back and forth movement of rope 53 causes reel 54 to rotate. For ease of explanation, the support member that supports reel 54 has been omitted from the illustration.

発電機55は、リール54の巻き取り軸の回転運動を電力に変換する機器である。発電機55は、リール54の巻き取り軸により回転される回転軸を備えている。また、巻き取り軸と回転軸との間にはベルト駆動機構や歯車機構等の動力伝達機構が配置される。また、動力伝達機構は増幅装置や回転方向を一方向に制御するラチェット機構等を含んでいてもよい。 The generator 55 is a device that converts the rotational motion of the winding shaft of the reel 54 into electricity. The generator 55 has a rotating shaft that is rotated by the winding shaft of the reel 54. A power transmission mechanism such as a belt drive mechanism or gear mechanism is arranged between the winding shaft and the rotating shaft. The power transmission mechanism may also include an amplifier or a ratchet mechanism that controls the direction of rotation in one direction.

上述した実施形態では、索体53の往復直線運動をリール54の回転運動に変換して発電する場合について説明しているが、発電方法はかかる構成に限定されるものではない。例えば、発電機55は、索体53に配置された永久磁石の往復直線運動を電力に変換するリニア発電機であってもよい。 In the above-described embodiment, the reciprocating linear motion of the rope 53 is converted into rotational motion of the reel 54 to generate electricity, but the power generation method is not limited to this configuration. For example, the generator 55 may be a linear generator that converts the reciprocating linear motion of a permanent magnet arranged in the rope 53 into electric power.

図1及び図2(A)に示したように、第一実施形態に係るタンク51は、サイドタンク51a,51bが船長方向に沿って配置されている。また、船体2のバランスを考慮して、本実施形態では左舷側と右舷側の二箇所に波浪エネルギー回収装置5を配置している。また、タンク51は、図2(B)に示したように、サイドタンク51a,51bが船幅方向に沿って配置されていてもよい。 As shown in Figures 1 and 2(A), the tank 51 according to the first embodiment has side tanks 51a and 51b arranged along the length of the ship. Furthermore, in consideration of the balance of the hull 2, in this embodiment, the wave energy recovery devices 5 are arranged in two locations, on the port and starboard sides. Furthermore, as shown in Figure 2(B), the tank 51 may have side tanks 51a and 51b arranged along the width of the ship.

船体2には、一般に、船長方向を回転軸とするロール(横揺)、船幅方向を回転軸とするピッチ(縦揺)及び高さ方向を回転軸とするヨー(船首揺)の回転モーメントが生じる。図2(A)に示した第一実施形態では、船体2に生じるピッチ(縦揺)を主に利用し、図2(B)に示した変形例では、船体2に生じるロール(横揺)やヨー(船首揺)を主に利用している。 The hull 2 generally experiences rotational moments of roll (rolling) around the axis of rotation in the ship's length direction, pitch (pitching) around the axis of rotation in the ship's width direction, and yaw (swaying) around the axis of rotation in the ship's height direction. In the first embodiment shown in Figure 2(A), the pitch (pitching) that occurs in the hull 2 is primarily utilized, while in the modified example shown in Figure 2(B), the roll (swaying) and yaw (swaying) that occur in the hull 2 are primarily utilized.

なお、上述した波浪エネルギー回収装置5は、フロート52a,52aの上下運動を索体53の往復直線運動に変換して発電するようにした構成であるため、ロール(横揺)、ピッチ(縦揺)及びヨー(船首揺)を含む船体2に生じる全ての揺れを利用することができる。 The wave energy recovery device 5 described above is configured to generate electricity by converting the up and down movement of the floats 52a, 52a into the reciprocating linear movement of the rope 53, so it can utilize all of the motions that occur in the hull 2, including roll (rolling), pitch (pitching), and yaw (yaw).

タンク51の配置する向きは、船体2の形状、タンク51の大きさ、船舶1の種類、船舶1の航海時における想定海象等の条件により設定される。なお、一般に、ピッチ(縦揺)の方がロール(横揺)やヨー(船首揺)よりも振幅が大きいことから、図2(A)に示した第一実施形態のようにサイドタンク51a,51bを船長方向に沿って配置することが好ましい。 The orientation of the tanks 51 is determined based on conditions such as the shape of the hull 2, the size of the tanks 51, the type of ship 1, and the expected sea conditions during the ship 1's voyage. Note that, since pitch (pitching) generally has a larger amplitude than roll (rolling) or yaw (yaw), it is preferable to arrange the side tanks 51a, 51b along the ship's length, as in the first embodiment shown in Figure 2(A).

上述した波浪エネルギー回収装置5は、必要に応じて船上に複数設置してもよいし、上甲板2、船体2内、居住区4等の異なる部分に分散して配置してもよい。また、タンク51を船長方向に配置した波浪エネルギー回収装置5とタンク51を船幅方向に配置した波浪エネルギー回収装置5を混在させてもよい。 The above-mentioned wave energy recovery devices 5 may be installed in multiple locations on the ship as needed, or may be distributed across different parts such as the upper deck 2, inside the hull 2, and in the accommodation area 4. Wave energy recovery devices 5 with tanks 51 arranged longitudinally and wave energy recovery devices 5 with tanks 51 arranged transversely may also be mixed.

ここで、図3は、波浪エネルギー回収装置の変形例を示す部分拡大図であり、(A)は第一変形例、(B)は第二変形例、を示している。なお、説明の便宜上、図3(A)及び図3(B)では、図1のサイドタンク51a側の構成のみを図示してある。 Here, Figure 3 is a partially enlarged view showing modified examples of the wave energy recovery device, with (A) showing the first modified example and (B) showing the second modified example. For ease of explanation, Figures 3(A) and 3(B) only show the configuration on the side tank 51a side of Figure 1.

図3(A)及び図3(B)に示した変形例は、サイドタンク51a内にフロート52aの揺動方向を案内するガイド部材58を配置したものである。かかるガイド部材58を配置することにより、船体2の6自由度運動によるフロート52a,52bの振れ回りを抑制することができる。 The modified example shown in Figures 3(A) and 3(B) has a guide member 58 placed inside the side tank 51a to guide the swing direction of the float 52a. By placing such a guide member 58, it is possible to suppress the swinging of the floats 52a and 52b due to the six-degree-of-freedom movement of the hull 2.

ガイド部材58は、例えば、円筒等の筒形状を有している。例えば、ガイド部材58の上端は、サイドタンク51aの天井部内面に接続された支持部材59aにより支持され、ガイド部材58の下端は、サイドタンク51aの側面部内面に接続された支持部材59aにより支持される。支持部材59a,59bは、例えば、ガイド部材58の周面に放射状に複数配置される。なお、支持部材の形状や配置は任意に設計される。 The guide member 58 has, for example, a cylindrical or other tubular shape. For example, the upper end of the guide member 58 is supported by a support member 59a connected to the inner surface of the ceiling of the side tank 51a, and the lower end of the guide member 58 is supported by a support member 59a connected to the inner surface of the side of the side tank 51a. For example, multiple support members 59a, 59b are arranged radially around the periphery of the guide member 58. The shape and arrangement of the support members can be designed as desired.

図3(A)に示した第一変形例は、図1に示した第一実施形態のタンク51にガイド部材58を配置したものである。図3(B)に示した第二変形例は、サイドタンク51aの天井部にガイド部材58と連通する開口部51dを形成したものである。かかる第二変形例によれば、ダクト56を省略することができる。 The first modified example shown in Figure 3(A) is one in which a guide member 58 is placed on the tank 51 of the first embodiment shown in Figure 1. The second modified example shown in Figure 3(B) is one in which an opening 51d that communicates with the guide member 58 is formed in the ceiling of the side tank 51a. With this second modified example, the duct 56 can be omitted.

ここで、図4は、タンク形状の設計方法の一例を示す図であり、(A)は船体運動応答関数、(B)は周波数スペクトル、(C)は発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第一例、(D)は発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第二例を、示している。 Here, Figure 4 shows an example of a tank shape design method, where (A) shows the hull motion response function, (B) shows the frequency spectrum, (C) shows a first example of a frequency characteristic curve for power generation potential, and (D) shows a second example of a frequency characteristic curve for power generation potential.

図4(A)に示した船体運動応答関数のグラフおいて、横軸は出会波周期(sec)、縦軸は応答値/(波高/2))を示している。また、図4(B)に示した周波数スペクトルのグラフにおいて、横軸は出会波周期(sec)、縦軸は波スペクトル(ω)を示している。なお、図4(A)及び図4(B)に示したグラフは単なる一例である。 In the graph of the ship motion response function shown in Figure 4(A), the horizontal axis represents the encounter wave period (sec) and the vertical axis represents the response value/(wave height/2). In the graph of the frequency spectrum shown in Figure 4(B), the horizontal axis represents the encounter wave period (sec) and the vertical axis represents the wave spectrum (ω). Note that the graphs shown in Figures 4(A) and 4(B) are merely examples.

図4(C)に示した発電ポテンシャルの周波数特性曲線は、設計上想定するシー・ステート(波高・波周期)の周波数スペクトルの平方根と、対象船の航海速力・波との平均的な出会い角に対する縦揺れの応答関数を乗じることによって求められる。図4(C)に示した発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第一例は、図4(A)に示した船体運動応答関数及び図4(B)に示した周波数スペクトルのサンプルから作成された周波数特性曲線である。 The frequency characteristic curve of the power generation potential shown in Figure 4(C) is obtained by multiplying the square root of the frequency spectrum of the sea state (wave height and wave period) assumed in the design by the pitch response function for the target ship's sailing speed and average encounter angle with waves. The first example of a frequency characteristic curve of the power generation potential shown in Figure 4(C) is a frequency characteristic curve created from the ship motion response function shown in Figure 4(A) and a sample of the frequency spectrum shown in Figure 4(B).

図4(C)に示したように、発電ポテンシャルの周波数特性曲線のピーク値Pcが明確な場合は、ピーク値Pcとなる角周波数に対応する周期がタンク51の固有周期となるようにタンク51(サイドタンク51a,51b及びボトムタンク51c)の寸法を決定する。すなわち、タンク51(サイドタンク51a,51b及びボトムタンク51c)の固有周期は、使用状態に想定される発電ポテンシャルの周波数特性曲線のピーク値Pcに基づいて設計されている。 As shown in Figure 4(C), when the peak value Pc of the frequency characteristic curve of the power generation potential is clear, the dimensions of the tank 51 (side tanks 51a, 51b and bottom tank 51c) are determined so that the period corresponding to the angular frequency at which the peak value Pc is reached becomes the natural period of the tank 51. In other words, the natural period of the tank 51 (side tanks 51a, 51b and bottom tank 51c) is designed based on the peak value Pc of the frequency characteristic curve of the power generation potential expected in the operating state.

図4(D)に示した発電ポテンシャルの周波数特性曲線の第二例は、図4(A)に示した船体運動応答関数及び図4(B)に示した周波数スペクトルとは別のサンプルを用いて周波数特性曲線を作成したものである。 The second example of a frequency characteristic curve for power generation potential shown in Figure 4(D) was created using a different sample from the hull motion response function shown in Figure 4(A) and the frequency spectrum shown in Figure 4(B).

図4(D)に示したように、発電ポテンシャルの周波数特性曲線が明確なピークを持たない場合やピークに近い数値を示す複数の山を有する場合は、より多くの電力が得られるように固有周期をできるだけ短周期側(図の左側)に合わせるようにしてもよい。例えば、ピーク値Pdとなる角周波数に対応する周期がタンク51の固有周期となるようにタンク51(サイドタンク51a,51b及びボトムタンク51c)の寸法を決定する。 As shown in Figure 4(D), if the frequency characteristic curve of the power generation potential does not have a clear peak or has multiple peaks that indicate values close to the peak, the natural period may be adjusted as close to the shortest period as possible (to the left of the figure) to obtain more power. For example, the dimensions of tank 51 (side tanks 51a, 51b and bottom tank 51c) are determined so that the period corresponding to the angular frequency at which peak value Pd occurs is the natural period of tank 51.

なお、フロート52a,52b、索体53、リール54、発電機55等により構成される振動系は、振動系の固有周期がタンク51内の液体の固有周期と同程度になるようにして同調現象を積極的に利用するように設計してもよい。また、振動系は、振動系の固有周期がタンク51内の液体の固有周期と同調しないように、液面に単純追従させるように設計してもよい。 The vibration system, which is composed of floats 52a, 52b, rope 53, reel 54, generator 55, etc., may be designed to actively utilize the entrainment phenomenon by making the natural period of the vibration system approximately the same as the natural period of the liquid in tank 51. Also, the vibration system may be designed to simply follow the liquid surface so that the natural period of the vibration system is not entrained with the natural period of the liquid in tank 51.

ところで、上述した波浪エネルギー回収装置5は、タンク51内の液体に作用する慣性力が大きいほど高いエネルギー吸収効果を得ることができるという特性を有している。図1に示したように、船体2の重心をG、タンク51の中心点と重心Gとの水平距離をL、タンク51の底部から船体2の底部までの鉛直距離をH、液面高さ(タンク51の底部から液面までの鉛直距離)をHt、タンク51の高さ(タンク51の底部からタンク51の上端部までの鉛直距離)をDt、重心Gの高さ(船体2の底部から重心Gまでの鉛直距離)をKg、と定義する。 The wave energy recovery device 5 described above has the characteristic that the greater the inertial force acting on the liquid in the tank 51, the greater the energy absorption effect that can be achieved. As shown in Figure 1, the center of gravity of the hull 2 is defined as G, the horizontal distance between the center of the tank 51 and the center of gravity G is defined as L, the vertical distance from the bottom of the tank 51 to the bottom of the hull 2 is defined as H, the liquid level (vertical distance from the bottom of the tank 51 to the liquid level) is defined as Ht, the height of the tank 51 (vertical distance from the bottom of the tank 51 to the top end of the tank 51) is defined as Dt, and the height of the center of gravity G (vertical distance from the bottom of the hull 2 to the center of gravity G) is defined as Kg.

したがって、タンク51は、重心Gの位置からできるだけ離れた位置に設置することが好ましい。具体的には、タンク51は、水平距離L又は鉛直距離Hの数値ができるだけ大きくなるように設置される。また、タンク51は、重心Gの位置から船幅方向にできるだけ離れた位置に設置することが好ましい。 It is therefore preferable to install the tank 51 in a position as far away as possible from the position of the center of gravity G. Specifically, the tank 51 is installed so that the horizontal distance L or vertical distance H is as large as possible. It is also preferable to install the tank 51 in a position as far away as possible in the ship's width direction from the position of the center of gravity G.

ただし、図1に示した第一実施形態のように、船体2に生じるピッチ(縦揺)を利用して波浪エネルギーを回収する場合は、重心Gから同じ距離であっても重心Gの下方よりも上方にタンクを設置した方が高い効果を得られることから、H≧Kgとなるように設定してもよい。 However, when recovering wave energy by utilizing the pitch (pitching) of the hull 2, as in the first embodiment shown in Figure 1, a greater effect can be obtained by installing the tank above the center of gravity G than below it, even if the distance from the center of gravity G is the same. Therefore, H may be set to be greater than or equal to Kg.

また、タンク51内に配置されたフロート52a,52bの上下運動を利用するため、液面高さHtはタンク高さDtの中央付近に設定することが好ましい。すなわち、Ht≒Dt/2となるように設定される。 Furthermore, in order to utilize the up and down movement of floats 52a and 52b arranged inside tank 51, it is preferable to set the liquid level height Ht near the center of tank height Dt. In other words, it is set so that Ht ≒ Dt / 2.

上述した本実施形態に係る波浪エネルギー回収装置5及び船舶1によれば、フロート52a,52bの揺動を索体53の往復直線運動に変換することができ、この往復直線運動を発電機55により電力に変換することができ、フロート52a,52bを揺動させる波浪エネルギーを回収して発電することができる。 The wave energy recovery device 5 and ship 1 according to the present embodiment described above can convert the rocking of the floats 52a, 52b into reciprocating linear motion of the rope 53, which can then be converted into electricity by the generator 55, thereby recovering the wave energy that rocks the floats 52a, 52b and generating electricity.

また、波浪エネルギー回収装置5により回収した電力を船内で利用することにより、船体2に搭載されるディーゼル発電機を削減することができ、重油を燃やす際に生じる温室効果ガス等を削減することもできる。 In addition, by using the electricity recovered by the wave energy recovery device 5 on board the ship, it is possible to reduce the number of diesel generators installed on the hull 2, and also to reduce greenhouse gases and other emissions generated when burning heavy oil.

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

1 船舶
2 船体
3 推進器
4 居住区
5 波浪エネルギー回収装置
21 上甲板
22 ハッチカバー
51 タンク
51a,51b サイドタンク
51c ボトムタンク
51d 開口部
52a,52b フロート
53 索体
54 リール
55 発電機
56 ダクト
57a,57b 案内手段
58 ガイド部材
59a,59b 支持部材

1 Ship 2 Hull 3 Propulsion unit 4 Accommodation space 5 Wave energy recovery device 21 Upper deck 22 Hatch cover 51 Tanks 51a, 51b Side tank 51c Bottom tank 51d Openings 52a, 52b Float 53 Rope 54 Reel 55 Generator 56 Ducts 57a, 57b Guide means 58 Guide members 59a, 59b Support member

Claims (9)

鉛直方向に延びるように構成された一対のサイドタンクと、
前記サイドタンクの底部を連結するボトムタンクと、
前記サイドタンク及び前記ボトムタンクに張られた液体に浮くように前記サイドタンクの各内部に配置された一対のフロートと、
前記一対のフロートを前記サイドタンクの外部を経由して連結する索体と、
前記索体の中間部に配置され前記索体が巻かれたリールと、
前記リールに接続され前記索体の往復運動により発電可能な発電機と、を備え、
前記一対のフロートの揺動により前記リールを往復運動させ、この往復運動により前記リールを回転させることによって前記発電機で発電するようにした、
ことを特徴とする波浪エネルギー回収装置。
a pair of side tanks configured to extend in a vertical direction;
a bottom tank connecting the bottoms of the side tanks;
a pair of floats disposed inside the side tanks so as to float on the liquid contained in the side tanks and the bottom tank;
a cable that connects the pair of floats via the outside of the side tank;
a reel disposed at an intermediate portion of the cord body and around which the cord body is wound;
a generator connected to the reel and capable of generating electricity by the reciprocating motion of the rope body,
The reel is reciprocated by the swinging of the pair of floats , and the reel is rotated by this reciprocating motion, thereby generating electricity with the generator.
A wave energy recovery device characterized by:
前記索体を前記発電機に案内する案内手段を備えた、請求項1に記載の波浪エネルギー回収装置。 A wave energy recovery device as described in claim 1, comprising a guide means for guiding the cable to the generator. 前記一対のサイドタンクの上部を連結するダクト又は前記一対のサイドタンクの上部に形成された開口部を備えた、請求項1に記載の波浪エネルギー回収装置。 A wave energy recovery device as described in claim 1, comprising a duct connecting the upper portions of the pair of side tanks or an opening formed in the upper portion of the pair of side tanks. 前記フロートの揺動方向を案内するガイド部材を備えた、請求項1に記載の波浪エネルギー回収装置。 A wave energy recovery device as described in claim 1, equipped with a guide member that guides the swinging direction of the float. 前記フロートの重量は、完全没水時の浮力より大きくなるように設定されている、請求項1に記載の波浪エネルギー回収装置。 A wave energy recovery device as described in claim 1, wherein the weight of the float is set to be greater than the buoyancy when completely submerged. 前記サイドタンク及び前記ボトムタンクは、固有周期が使用状態に想定される発電ポテンシャルの周波数特性曲線のピーク値に基づいて設計されている、請求項1に記載の波浪エネルギー回収装置。 The wave energy recovery device described in claim 1, wherein the natural periods of the side tank and the bottom tank are designed based on the peak value of the frequency characteristic curve of the power generation potential expected in use. 請求項1~請求項6の何れか一項に記載の波浪エネルギー回収装置を備えた、ことを特徴とする船舶。 A ship equipped with a wave energy recovery device according to any one of claims 1 to 6. 前記一対のサイドタンクは、船体の船長方向又は船幅方向に沿って配置されている、請求項7に記載の船舶。 The vessel described in claim 7, wherein the pair of side tanks are arranged along the longitudinal or transverse direction of the hull. 前記波浪エネルギー回収装置は、前記船舶の重心から船長方向、高さ方向又は船幅方向に離れた位置に設置されている、請求項7に記載の船舶。

The ship according to claim 7 , wherein the wave energy recovery device is installed at a position away from the center of gravity of the ship in the length direction, height direction, or width direction.

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