JP2005240786A - 潮流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、発電効率をより向上させた潮流発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる潮流発電装置１は、それぞれ端部に向かって拡大する第一拡大部９および第二拡大部１３を有する筒状体３と、筒状体３の軸線方向中央部に設けられ、潮流によって回転する水車３７と、水車３７の回転によって発電する発電機３９と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、潮流の運動エネルギーを利用して発電する潮流発電装置に関するものである。

潮流発電は、再生可能かつ無尽蔵なクリーンエネルギーとして注目を浴び、各地で開発が進行中であり、種々の提案がなされている。
潮流発電は、海峡部分等の潮流の流速が早いところが設置場所として好適であるが、このような場所は船等の航路と重なり、設置が困難である。
このため、このような場所以外で設置するために、発電効率のよい潮流発電装置が求められている。この試みとして例えば特許文献１に示すものがある。これは、プロペラ型の水車をケーシングで覆い、整流した潮流を水車へ流そうとするものである。

特開平１０−１１５２７８号公報（段落［０００９］〜［００１６］，及び図１）

しかしながら、上記特許文献１のものでは、整流にとどまっているので、潮流発電の効率を向上させるのに限界があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、発電効率をより向上させた潮流発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる潮流発電装置は、それぞれ端部に向かって拡大する拡大部を有する筒状体と、該筒状体の軸線方向中央部に設けられ、潮流によって回転する水車と、該水車の回転によって発電する発電機と、を備えることを特徴とする。

このように、筒状体の軸線方向中央部に水車が設けられているので、筒状体を潮流に沿った方向に延在させると、筒状体の一端部側から内部空間に流入する潮流が他端部へ流れる際、水車を回転させて発電する。そして、筒状体には、端部に向かって拡大する拡大部が設けられているので、筒状体の外側を流れる潮流は他端部の拡大部に案内されて後端部において渦が発生する。この渦が、筒状体の内部空間を流れる潮流を引っ張るので、筒状体の他端部の圧力が低下する。これにより、筒状体を設けない場合に比べ水車下流側の圧力が低下するため、水車の上流側と下流側の圧力勾配が大きくなり、水車を通る潮流の流量が増加することとなる。したがって、水車の回転速度が増すこととなり、結果的に発電効率を向上させることができる。
なお、潮流は一日に４回規則的に流れる方向が切り替わるので、前記と反対方向（他端側から一端側）に流れるようになると、今度は一端側の拡大部が前記と同様の機能を果たすことになる。

また、本発明の潮流発電装置は、前記各拡大部の先端部に、外側へ向かって拡がる可動片を設けたことを特徴とする。

このように、各拡大部の先端部に、外側へ向かって拡がる可動片を設けているので、潮流が一端側から他端側へ流れている場合には、下流側である他端側の可動片のみ外側へ向かって拡げる。このようにすると、筒状体の外側を流れ、他端部の拡大部で加速された潮流は、可動片に衝突しさらに強い渦流となり、筒状体の内部空間を流れる潮流をより強力に外側へと引っ張り、可動片の無い場合に比べ、他端部における圧力を低下させる。これにより、水車下流側の圧力が低下するため、水車の上流側と下流側の圧力勾配が大きくなり、水車を通る流量が増加する。したがって、水車の回転速度が増すこととなり、結果的に発電効率を向上させることができる。
なお、潮流が、前記と反対方向（他端側から一端側）に流れるようになると、今度は一端側の可動片を外側に向けて拡げ、他端側の可動片を元に戻す。今度は一端側の可動片が前記と同様の機能を果たすことになる。

さらに、本発明の潮流発電装置は、前記筒状体の横断面形状が円であることを特徴とする。

このように、筒状体の横断面形状が円であるので、同じ容積であれば筒状体内側の表面積は最小となる。このように表面積が小さいと、筒状体内を流れる潮流に及ぼす摩擦抵抗が最も小さくなるので、流速の低下が最も少ない。したがって、最も発電効率が高くできる。

また、本発明の潮流発電装置は、前記筒状体の横断面形状が四角形であることを特徴とする。

このように、筒状体の横断面形状が四角形であるので、ほとんどの部分が基本的な形状である四角形で構成される。したがって、加工が容易で安価に製造できる。

また、本発明の潮流発電装置は、前記拡大部の傾斜角度が、５°〜１２．５°であることを特徴とする。

拡大部の傾斜角度が５°未満であれば、拡大部に沿って流れる外側流の速度増加が不十分である。また、拡大部の傾斜角度が１２．５°を越えると、拡大部の内部空間を流れる潮流が、筒状体の内面からはく離して、エネルギー損失が増えるため，発電効率が低下する。
拡大部の傾斜角は、より好ましくは７．５°〜１０°とされる。
なお、ここで「拡大部の傾斜角度」とは、例えば、筒状体の外形状が四角柱とされた場合、一辺を構成する面の拡がりを表しており、対向する面の拡がりを意味するのではない。すなわち、全拡がりの半分（片側の面の広がり）を指している。

また、本発明の潮流発電装置は、前記筒状体は、海底に設置されていることを特徴とする。

このように、筒状体は、海底に設置されているので、下面側の構成部材を省略することもできる。
また、筒状体を海底に載置するだけで、設置が略完了するので、設置作業が容易である。これらにより、製造を安価にできる。
さらに、船等が航行するのを制限することがない。

また、本発明の潮流発電装置は、前記筒状体は、浮体の下部に取り付けられていることを特徴とする。

このように、筒状体は、浮体の下部に取り付けられているので、最も流速の早い表面近傍の潮流を活用できる。したがって、発電効率を向上できる。
また、浮体の下面側構成部材または筒状体の上面側部材を省略することもできるので安価に製造できる。
さらに、浮体を係留すれば設置作業がほぼ完了するので、現地での工事が低減でき、他の場所への移動も容易にできる。

また、本発明の潮流発電装置は、前記拡大部は、軸線方向中央側端部が外側に移動可能に構成されてなることを特徴とする。

このように、拡大部は、その壁部の軸線方向中央側端部が外側に移動可能に構成されているので、潮流が一端側から他端側へ流れている場合には、上流側である一端側の拡大部における中央側端部を外側へ向かって移動させる。本来増速効果は後側の拡大部によるものであり，前方の拡大部は逆方向の流れに対応するもので，前方にある場合は抵抗体でしかない。そのため，傾斜角度が緩和され一端側の拡大部に流入した潮流が拡大部から受ける抵抗が少なくなるし、中央側端部が移動した隙間からの流入もあるので、さらに流入量が増加して、潮流速度が増加する。したがって、発電効率を向上できる。
なお、潮流が、前記と反対方向（他端側から一端側）に流れるようになると、今度は一端側（上流側）の拡大部における中央部側端部を外側に向けて移動し、他端側の拡大部を元に戻す。

さらに、本発明の潮流発電装置は、前記水車として、プロペラ型を採用したことを特徴とする。

このように、水車として発電効率のよいプロペラ型を採用したので、潮流発電装置の発電効率を向上できる。

本発明によれば、端部に向かって拡大する拡大部が設けられている筒状体の軸線方向中央部に設けられた水車に流入する潮流の流速を増加させることができるので、水車の回転速度が増すこととなり、発電効率を向上させることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態にかかる潮流発電装置１には、筒状体３と、発電設備５と、浮体７とが設けられている。

筒状体３には、第一拡大部９と、中央部１１と、第二拡大部１３とが設けられている。筒状体３は、パイプによる骨組１５に耐蝕鋼板１７を取り付けて形成されている。なお、骨組に取り付けられる板材は、耐蝕鋼に限定されるものではなく、剛性を有し，環境へ与える影響が小さいものであればなんでもよい。また、内外の圧力差が少ない部分、例えば両端部分では、耐蝕鋼１７に替えて、例えば高分子ポリエチレンやアラミド繊維等の樹脂で形成された膜を採用してもよい。
第一拡大部９と第二拡大部１３とは、截頭四角錐形状をしており、それぞれその頂部が四角柱形状をした中央部１１の端に連接されている。
筒状体３の内側には、両端が開口した内部空間１８が形成されている。
なお、筒状体３の全長は例えば５０ｍ、中央部１１の高さは例えば６ｍである。第一拡大部９と第二拡大部１３との各面の傾斜角θは７．５°となっている。

第一拡大部９の側面１９，１９は、それぞれ外端部に設けられた軸２１，２１に回動可能に支持されている。側面１９，１９の中央側端部Ａには、棒２３が取り付けられている。棒２３は、図示しない油圧シリンダにより外側に移動されて、軸２１を中心にして側面１９を揺動するように回動可能に構成されている。
また、軸２１には側面１９の延長部を形成する第一可動片２５が、回動可能に支持され、図示しない駆動源により軸２１を中心に揺動されるように構成されている。

第二拡大部１３の側面２７，２７は、それぞれ外端部に設けられた軸２９，２９に回動可能に支持されている。側面２７，２７の中央側端部Ｂには、棒３１が取り付けられている。棒３１は、図示しない油圧シリンダにより外側に移動されて、軸２９を中心にして側面２７を揺動するように回動可能に構成されている。
また、軸２９には側面２７の延長部を形成する第二可動片３３が、回動可能に支持され、図示しない駆動源により軸２９を中心に揺動されるように構成されている。

浮体７は、筒状体３の上部に取り付けられた略直方体形状をした箱体であり、その下面構成部材は、筒状体３の上面構成部材が兼用している。浮体７は、その浮力で潮流発電装置１を海面近傍に維持する機能を果たすとともに発電設備用や作業員用設備等のスペースを提供するものである。浮体７の上面には、通行用のハッチ３５が設けられている。

発電設備５には、水車３７と、発電機３９とが設けられている。
水車３７は、筒状体３の上面を貫通して設けられた水密管４１により支持されている。水車３７は、内部空間１８に配置され、複数（たとえば３枚）の羽根４３を備えたプロペラ型であり、羽根４３が中央部１１部分の軸線方向中央に位置するように取り付けられている。
羽根４３は、断面が点対称形状（たとえば楕円形）をした固定ピッチの翼であり、水車３７の回転方向が潮流の流れ方向により変更される。そのため、発電機３９へ回転力を伝える経路に図示しない逆転機を備えている。

本実施形態では、羽根４３として固定ピッチの点対称翼を採用したが、可変ピッチとしてもよい。可変ピッチの場合には、潮流の流れ方向の変換時に羽根４３のピッチを変更する機構を付加する必要がある。
可変ピッチの羽根４３として、断面が飛行機の翼形状をした非対称翼を採用すると、効率は上がるが、ピッチ変更時に１８０°の回転を要するし、発電機３９へ回転力を伝える経路に逆転機が必要である。一方、断面が線対称形状（例えば円弧を直線で切り取った形状）をした翼を採用すると、ピッチ変更時の回転量も多くなく、かつ水車３７の回転方向が変わらないので、逆転機を省略できる。

発電機３９は、浮体７の内部に設置されており、回転軸に取り付けられたかさ歯車４７が、水密管４１内を通る水車３７からの回転軸に取り付けられたかさ歯車４５とかみ合うことにより、羽根４３の回転力が伝達される。

筒状体３の上面には、多数のボラード４９が設けられている。海底５５に設置されたアンカー５１に取り付けられた係留ワイヤ５３が、ボラード４９に係止されることで、潮流発電装置１は、所定位置に係留される。

以上説明した本実施形態にかかる潮流発電装置１は次のように動作する。
潮流は１日に４回流れの進行方向が逆転するが、流れる経路は一定である。潮流発電装置１は、筒状体３の軸線方向が潮流の流れる経路に沿うように設置されている。
潮流発電装置１の設置は、設置場所の海底にアンカー５１を数箇所設置する。ついで、潮流発電装置１を設置場所にえい航してくる。アンカー５１に係留ワイヤ５３を取り付けて、その先端部分をボラード４９に巻きつけ固定して設置が完了する。
したがって、ボラード４９から係留ワイヤ５３を外すだけで、潮流発電装置１は他の場所に設置するためにえい航可能となる。

潮流が矢印６１で示す方向、すなわち一端側（第一拡大部９側）から他端側（第二拡大部１３側）に流れている場合について、図２により説明する。
図２において、潮流の流れ方向（矢印６１）の上流側に位置する第一拡大部９の側面１９，１９は、棒２３が移動されて潮流の流れ方向と平行な状態とされている。そして、潮流の流れ方向で下流側に位置する第二拡大部１３の第二可動片３３は、軸２９を中心に揺動されて外方へ突起した状態とされている。

この状態で、潮流が矢印６１の方向に流れると、第一拡大部９の部分では抵抗をほとんど受けることなく流れる。
そして、中央部１１の入口部５９で、内部空間１８に流入するものと、筒状体３の外側を流れるものとに分離される。
このように、第一拡大部９における側面１９の、中央側端部Ａは外側へ向かって移動させられているので、傾斜角度が緩和され一端側の拡大部に流入した潮流が拡大部から受ける抵抗が少なくなるし、中央側端部が移動した隙間からの流入もある。このため、さらに流入量が増加して、潮流速度が増加する。したがって、発電効率を向上できる。
なお、潮流が、前記と反対方向（他端側から一端側）に流れるようになると、今度は一端側（上流側）の拡大部における中央部側端部を外側に向けて移動し、他端側の拡大部を元に戻す。
内部空間１８に流入した潮流は、水車３７の羽根４３に作用して回転させ、その回転力は発電機３９に伝達され電気に変換される。

一方、筒状体３の外側を流れる潮流は、中央部１１の外側を通過し、第二拡大部１３の側面２７に沿って流れる。第二拡大部１３の側面２７は外側に張り出すように傾斜しており、潮流は側面２７の傾斜に案内されて、第二可動片３３に衝突する。第二可動片３３に衝突すると、渦が生じて渦流となる。第二可動片３３が外方へ突起しているので、渦流は斜め外方へ向けて流れる。この斜め外方へ流れる渦流が第二拡大部１３の出口部５７付近の流れを引き付けるので、出口部５７付近における圧力は低下し、上流側から潮流を引き付けるようになる。

このように、出口部５７付近における圧力低下により、水車３７の上流と下流との間で大きな圧力勾配が形成されることになる。この大きな圧力勾配により、入口部５９の周囲から潮流を引き寄せ、筒状体３の内部空間１８内を通過する潮流の流速を増加させることになる。したがって、通過する潮流の流速が増加すると、水車３７の回転速度が増加するので、結果的に発電効率を向上させることができる。

潮流の流れる方向が逆方向になった場合には、図３に示すような状態とする。すなわち、潮流の流れ方向（矢印６３）の上流側に位置する第二拡大部１３の側面２７，２７は、棒３１が移動されて潮流の流れ方向と平行な状態とする。そして、潮流の流れ方向で下流側に位置する第一拡大部９の第一可動片２５は、軸２１を中心に揺動されて外方へ突起した状態とする。
この変更は、潮流の流れ方向を検知する検知手段を設置しておいて、その検知した信号により切り替えてもよい。あるいは、潮流の流れ方向の変化は、予め切替時刻がわかっているのでタイマーにより行うようにしてもよい。
なお、上記は、筒状体３の側面での状態を説明したが、筒状部３の上面および下面でもこれと同じ状態である。

また、潮流発電装置１は浮体７の下部に取り付けられているので、筒状体３は海面付近に位置することとなる。したがって、筒状体３は、海底に比べて速い流速となる海面付近の潮流を利用することになるので、発電効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、発電効率の高いプロペラ型の水車３７を採用しているので、一層発電効率を向上させることができる。

以下、本実施形態にかかる潮流発電装置１の作用・効果について説明する。
本実施形態によれば、第一拡大部９および第二拡大部１３の先端部に、外側へ向かって拡がる第一可動片２５および第二可動片３３を設けているので、潮流が一端側から他端側（矢印６１の方向）へ流れている場合には、下流側である第二可動片３３のみ外側へ向かって拡げる。このようにすると、筒状体３の外側を流れ、第二拡大部１３の側面２７に沿って加速された潮流は、第二可動片３３に衝突し渦流となり、筒状体３の内部空間１８を流れる潮流をより強力に外側へと引っ張り、出口端５７における圧力を低下させる。この圧力の低下により、入口部５９側との間で大きな圧力勾配を形成することになる。この大きな圧力勾配により、筒状体３の内部空間１８を流れる潮流の流速が増加する。したがって、水車３７の回転速度が増すこととなり、結果的に発電効率を向上させることができる。
なお、潮流が、前記と反対方向に流れるようになると、今度は第一拡大部９の第一可動片２５を外側に向けて拡げ、第二拡大部１３の第二可動片３３を元に戻す。今度は第一可動片２５が前記と同様の機能を果たすことになる。

本実施形態によれば、第一拡大部９の側面１９および第二拡大部１３の側面２７は、それぞれ軸２１および軸２９を中心として揺動可能に構成されているので、拡大部は、潮流の流れ方向と一致するように移動できる。潮流が一端側から他端側へ流れている場合には、上流側である第一拡大部９の側面１９を外側へ向かって揺動させ、潮流の流れ方向と一致させる。このようにすると、潮流が拡大部から受ける抵抗が少なくなるので、さらに潮流速度が増加する。したがって、発電効率を向上できる。

本実施形態によれば、筒状体３は、浮体７の下部に取り付けられているので、最も流速の早い表面近傍の潮流を活用できる。したがって、発電効率を向上できる。
また、浮体３の下面側構成部材を省略しているので安価に製造できる。
さらに、浮体３を係留すれば設置作業がほぼ完了するので、現地での工事が低減でき、他の場所への移動も容易にできる。

なお、本実施形態では、水車３７としてプロペラ型を用いているが、本発明は水車の形式を限定するものではない。
例えば、多翼型であってもよいし、ジャイロミル型、クロスフロー型、ダリウス型およびサポニウス型等の垂直軸型であってもよい。また、これ以外の水車であってもよい。
垂直軸型の水車とすれば、発電機３９との連結構造が簡素化できるし、流れの方向を考慮する必要がない等の効果がある。
クロスフロー型や多翼型等の抗力型の水車は、発生するトルクが大きいので、流速の遅い潮流を利用する時等に用いれば効果がある。したがって、水車３は、用途、目的に応じて適当な型を選択すればよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態にかかる潮流発電装置１には、筒状体７１と、発電設備７３と、支持部７５とが設けられている。

筒状体７１には、第一拡大部７７と、中央部７９と、第二拡大部８１とが設けられている。
第一拡大部７７と第二拡大部８１とは、截頭円錐形状をしており、それぞれその頂部が円筒形状をした中央部１１の端に連接されている。
筒状体７１の内側には、内部空間８３が形成されており、内部空間８３の両端には第一第一開口８５と第二第二開口８７とが設けられ、潮流の通路を形成するように構成されている。
なお、筒状体７１は耐蝕鋼で形成されている。また、第一拡大部７７および第二拡大部８１の傾斜角θは７．５°とされている。

発電設備７３には、水車８９と、発電機等を収納したケーシング９１とケーシング９１を支持する支柱９３とが設けられている。
水車８９は、内部空間８３に配置され、複数枚（例えば３枚）の羽根９５を備えたプロペラ型であり、羽根９５が中央部７９部分の軸線方向中央に位置するように取り付けられている。
羽根９５は、断面が楕円形状をした固定ピッチの楕円翼であり、水車８９の回転方向が潮流の流れ方向により変更されるため、逆転機が必要である。

水車８９を支持するケーシング９１の内部には、逆転機、減速機、発電機等が収納されている。ケーシング９１は、筒状体７１に取り付けられた支柱９３により支持されている。支柱９３の内部には送電線が設けられており図示しない海底ケーブルを経由して送電されるように構成されている。

支持部７５には、土台９５と、支柱９７とが設けられている。土台９５はコンクリート製のブロックであり、海底に埋められて強固に固定されている。支柱９７は、耐蝕鋼製の棒であり、一端部が土台９５に固定され、他端部が筒状体７１に固定されている。

以上説明した本実施形態にかかる潮流発電装置１は次のように動作する。
潮流が矢印９９の方向に流れると、第一拡大部９の部分で、第一開口８５を通って内部空間８３に流入するものと、筒状体３の外側を流れるものとに分離される。
内部空間８３に流入した潮流は、水車８９の羽根９５に作用して羽根９５を回転させ、その回転力は発電機に伝達され電気に変換される。

一方、筒状体３の外側を流れる潮流は、第一拡大部７７および中央部７９の外側を通過し、第二拡大部８１の外面に沿って流れる。第二拡大部１３の側面２７は外側に張り出すように傾斜しており、潮流は側面２７の傾斜に案内されて後端部にて渦が発生する。この渦が第二拡大部８１の出口部である第二開口８７付近の流れを引き付けるので、第二開口８７付近における潮流の密度が小さくなる。このように、密度が低下すると、第二開口８７付近における圧力は低下するので、さらに上流側から潮流を引き付けるようになる。

このように、第二開口８７付近における圧力低下は、順次上流側に伝播していくので、第二開口８７部分と第一開口８５部分との間で大きな圧力勾配が形成されることになる。この大きな圧力勾配により、第一開口８５部分の周囲から潮流を引き寄せ、筒状体３の内部空間８３内を通る潮流の流速を増加させることになる。したがって、通過する潮流の流速が増加すると、水車８９の回転速度が増加するので、結果的に発電効率を向上させることができる。

潮流の流れる方向が逆方向になった場合には、第一拡大部７７が同様な機能を果たして筒状体３の内部空間８３内を通る潮流の流速を増加させることになるので、発電効率を向上させることができる。

また、筒状体７１の断面形状が円形であるので、同じ容積であれば筒状体７１内側の表面積は最小となる。このように表面積が小さいと、筒状体７１内を流れる潮流に及ぼす摩擦抵抗が最も小さくなるので、流速の低下が最も少ない。したがって、最も発電効率を高くできる。

なお、本実施形態では、水車８９としてプロペラ型を用いているが、本発明は水車の形式を限定するものではない。上述したような各種水車を目的に応じて使用することができる。

以下、本実施形態にかかる潮流発電装置１の作用・効果について説明する。
本実施形態によれば、筒状体７１の軸線方向中央部に水車８９が設けられているので、筒状体７１を潮流に沿った方向に延在させると、潮流が筒状体７１の内部空間８３を流れる際、水車８９を回転させて発電する。そして、筒状体７１には、端部に向かって拡大する第一拡大部７７および第二拡大部８１が設けられているので、筒状体７１の外側を矢印９９の方向に流れる潮流は第二拡大部８１の拡大部に案内されて後端部で渦が発生する。この渦が、筒状体７１の第二開口８７部分で、筒状体７１の内部空間８３を流れる潮流を引っ張るので、圧力が低下する。この圧力の低下により、第一開口８５側との間で大きな圧力勾配を形成することになる。この大きな圧力勾配により、筒状体７１の内部空間８３を流れる潮流の流速が増加する。したがって、水車８９の回転速度が増すこととなり、結果的に発電効率を向上させることができる。
なお、潮流は一日に４回規則的に流れる方向が切り替わるので、前記と反対方向（矢印９９の矢示方向と逆方向）に流れるようになると、今度は第一拡大部７７が前記と同様の機能を果たすことになる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態にかかる潮流発電装置１には、筒状体１０１と、発電設備１０３とが設けられている。潮流発電装置１は、海底１３１に載置されている。

筒状体１０１には、第一拡大部１０５と、中央部１０７と、第二拡大部１０９とが設けられている。
第一拡大部１０５と第二拡大部１０９とは、截頭四角錐形状の一面がない形状をしており、それぞれその頂部が直方体の一面がない形状をした中央部１０７の端に連接されている。したがって、筒状体１０１の断面はコ字形状を９０度左側に回転した形状をしており、開放面が海底１３１に面して配置されている。

第一拡大部１０５には、第一側面１１７，１１７と、第一上面１１９とが設けられている。第二拡大部１０９には、第二側面１２１，１２１と、第二上面１２３とが設けられている。これらの各面の傾斜角θは１０°とされている。

筒状体１０１の内側には、内部空間１１１が形成されており、内部空間１１１の両端には第一第一開口１１３と第二第二開口１１５とが設けられ、潮流の通路を形成するように構成されている。
なお、筒状体７１は耐蝕鋼で形成されている。

発電設備１０３には、水車１２５と、発電機等を収納したケーシング１２７とケーシング１２７を支持する支柱１２９とが設けられている。
水車１２５は、内部空間１１１に配置され、複数枚（例えば３枚）の羽根１３５を備えたプロペラ型であり、羽根１３５が中央部１０７部分の軸線方向中央に位置するように取り付けられている。
羽根１３５は、断面が楕円形状をした固定ピッチの点対称翼（例えば楕円翼）であり、水車１２５の回転方向が潮流の流れ方向により変更されるため、逆転機が必要である。

水車１２５を支持するケーシング１２７の内部には、逆転機、減速機、発電機等が収納されている。ケーシング１２７は、筒状体１０１に取り付けられた支柱１２９により支持されている。支柱１２９の内部には送電線が設けられており図示しない海底ケーブルを経由して送電されるように構成されている。

以上説明した本実施形態にかかる潮流発電装置１は次のように動作する。
潮流が矢印１３５の方向に流れると、第一拡大部１０５の部分で、第一開口１１３を通って内部空間１１１に流入するものと、筒状体１０１の外側を流れるものとに分離される。
内部空間１１１に流入した潮流は、水車１２５の羽根１３３に作用して羽根１３３を回転させ、その回転力は発電機に伝達され電気に変換される。

一方、筒状体３の外側を流れる潮流は、第一拡大部１０５および中央部１０７の外側を通過し、第二拡大部１０９の外面に沿って流れる。第二拡大部１０９の第二側面１２１，１２１および第二上面１２３は外側に張り出すように傾斜しており、潮流は第二側面１２１，１２１および第二上面１２３の傾斜に案内されて後端部で渦が発生する。この斜め外方へ流れる潮流が第二拡大部１０９の出口部である第二開口１１５付近の流れを引き付けるので、第二開口１１５付近における圧力が低下し、さらに上流側から潮流を引き付けるようになる。（水なので、密度は変化しない。）

このように、第二開口１１５付近における圧力低下により水車１２５の上流と下流との間で大きな圧力勾配が形成されることになる。この大きな圧力勾配により、第一開口１１３部分の周囲から潮流を引き寄せ、筒状体１０１の内部空間１１１内を通る潮流の流速を増加させることになる。したがって、通過する潮流の流速が増加すると、水車１２５の回転速度が増加するので、結果的に発電効率を向上させることができる。

潮流の流れる方向が逆方向になった場合には、第一拡大部１０５の第一側面１１７，１１７および第一上面１１９が同様な機能を果たして筒状体１０１の内部空間１１１内を通る潮流の流速を増加させることになるので、発電効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では、水車８９としてプロペラ型を用いているが、本発明は水車の形式を限定するものではない。上述したような各種水車を目的に応じて使用することができる。

以下、本実施形態にかかる潮流発電装置１の作用・効果について説明する。
本実施形態によれば、筒状体１０１の軸線方向中央部に水車１２５が設けられているので、筒状体１０１を潮流に沿った方向に延在させると、潮流が筒状体１０１の内部空間１１１を流れる際、水車１２５を回転させて発電する。そして、筒状体１０１には、端部に向かって拡大する第一拡大部１０５および第二拡大部１０９が設けられているので、筒状体１０１の外側を矢印１３５の方向に流れる潮流は第二拡大部１０９の第二側面１２１，１２１および第二上面１２３に案内されて後端部で渦が発生する。この渦が、筒状体１０１の第二開口１１５部分で、筒状体１０１の内部空間１１１を流れる潮流を引っ張るので、筒状体１０１の第二開口１１５部分における圧力が低下する。この圧力の低下により水車１２５の上流と下流との間で大きな圧力勾配を形成することになる。この大きな圧力勾配により、筒状体１０１の内部空間１１１を流れる潮流の流速が増加する。したがって、水車１２５の回転速度が増すこととなり、結果的に発電効率を向上させることができる。
なお、潮流は一日に４回規則的に流れる方向が切り替わるので、前記と反対方向（矢印１３５の矢示方向と逆方向）に流れるようになると、今度は第一拡大部１０５の第一側面１１７，１１７および第一上面１１９が前記と同様の機能を果たすことになる。

本実施形態によれば、筒状体１０１は、海底１３１に設置されているので、下面側の構成部材を省略することもできる。
また、筒状体１０１を海底１３１に載置するだけで、設置が略完了するので、設置作業が容易である。これらにより、製造を安価にできる。
さらに、船等が航行するのを制限することがない。

本発明の第一実施形態にかかる潮流発電装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態の機能を説明する筒状体の縦断面図である。 本発明の第一実施形態の機能を説明する筒状体の縦断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる潮流発電装置の斜視図である。 本発明の第三実施形態にかかる潮流発電装置の斜視図である。

符号の説明

１ 潮流発電装置
３ 筒状体
７ 浮体
９ 第一拡大部
１３ 第二拡大部
２５ 第一可動片
３３ 第二可動片
３７ 水車
３９ 発電機
７１ 筒状体
７７ 第一拡大部
８１ 第二拡大部
８９ 水車
１０１ 筒状体
１０５ 第一拡大部
１０９ 第二拡大部
１２５ 水車
１３１ 海底
Ａ 中央側端部
Ｂ 中央側端部

Claims (9)

1. それぞれ端部に向かって拡大する拡大部を有する筒状体と、
   該筒状体の軸線方向中央部に設けられ、潮流によって回転する水車と、
   該水車の回転によって発電する発電機と、
   を備えることを特徴とする潮流発電装置。
2. 前記各拡大部の先端部に、外側へ向かって拡がる可動片を設けたことを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。
3. 前記筒状体の横断面形状が円であることを特徴とする請求項１または２に記載の潮流発電装置。
4. 前記筒状体の横断面形状が四角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の潮流発電装置。
5. 前記拡大部の傾斜角度が、５°〜１２．５°であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の潮流発電装置。
6. 前記筒状体は、海底に設置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の潮流発電装置。
7. 前記筒状体は、浮体の下部に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の潮流発電装置。
8. 前記拡大部は、その壁部の軸線方向中央側端部が外側に移動可能に構成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の潮流発電装置。
9. 前記水車として、プロペラ型を採用したことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の潮流発電装置。
   
   

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