JP2008248790A - 潮流水車 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量、高効率、初期設置の経済性、設備維持の容易性等に優れた潮流水車を用いた潮流発電設備を提供する。
【解決手段】潮流水車の水車回転体を、三枚の長板から成る各板間角度を約１２０度として各片側長辺を結合した水車羽根を三組、各水車羽根の一枚が回転体中心を向く位置で回転体左右両平面に１２０度の等間隔で３箇所に配置固定して構成する。この水車回転体、水車回転体のやや上半分を囲む外面逆三角柱の構造の水車室、水車回転体の下部へ潮流の速度を高める三角柱の構造体、三角柱の構造体上部に取り付けられた可動板で潮流水車を構成し、大流量の正逆の潮力を効率的に軸動力に変換する。本潮流水車に水中発電機設備を設置する事により、大容量化、効率性の向上、初期設置の経済性、設備維持の容易性等に優れた潮流発電設備が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、海中を流れる海流及び潮流を利用して動力を得る新方式の水車に関するものである。

潮流を利用した発電方法として、潮位差（位置エネルギー）を利用した潮汐発電と潮流の流れ（運動エネルギー）を利用した潮流発電があり、潮位差を利用した潮汐発電ではフランス北西部のランス川口の潮汐発電が潮位差平均８ｍ、出力２４万ＫＷで現在稼動している中で世界最大規模であるが、日本では設置場所の環境問題や経済性の問題などがあって潮汐発電の実現にはほど遠く、他方潮流の流れを利用した潮流発電はダリウス水車、クロスフロー水車等が提案されているが小規模実験段階でありこれらの水車で得られる動力が小容量で設置場所の制限、効率性の技術的な課題も多く、経済性、設備維持費等においても実現には至っていない。

この改善策として、海底に潮流水車が提案されている。
特開２００５−２７３４６４

解決しようとする問題点は、潮流水車の大容量化、効率性の向上、初期設置の経済性、設備維持の容易性等に適する新しい構造の水車回転体である。

本発明は、潮流水車の水車回転体を三枚の長板から成る各板間角度を約１２０度として各片側長辺を一括溶接又は結合した水車羽根を三組、水車回転体の仮想円筒面上に１２０度の等間隔で３箇所に配置し且つ各水車羽根の一枚が回転体中心を向く位置で回転体左右両平面に直接固定した構造を特色とする水車回転体とし、水車回転体のやや上半分を囲む外面逆三角柱の構造の水車室、水車回転体の下部へ潮流の速度を高める三角柱の構造体、三角柱の構造体上部に取り付けられた可動板、三角柱の構造体を海底から支える柱、潮流力に拮抗する水車室及び構造体を支える支線等が付随した構成である。

本発明の潮流水車は、水車回転体から回転軸又は回転軸胴体を省き、且つ水車回転体を三枚の長板から成る各板間角度を約１２０度として各片側長辺を一括溶接又は結合した水車羽根を三組、水車回転体の仮想円筒面上に１２０度の等間隔で３箇所に配置し且つ各水車羽根の一枚が回転体中心を向く位置で回転体左右両平面に直接固定した構造のため、従来の水車回転体と異なり回転軸又は回転軸胴体が不要であり、そのため水車回転体の中心のやや上部から最下部間をより多くの潮流が通過できる。従って本発明の水車羽根を通過するより多くの潮流の運動量が、水車回転体の軸動力へ比較的高い効率で変換する事ができる。更に本発明の潮流水車は構造上、簡素で耐久性があり、大型化に向いており、フィルターが不要で且つ外来物による水車回転体への詰まり少ないと考えられ、維持費も小さいと考えられる。

潮流水車を海底に設置するための最良の形は、水車回転体のやや上半分を囲む外面逆三角柱状の水車室、水車回転体の下部へ潮流の速度を高める三角柱の構造体、三角柱の構造体上部に取り付けられた可動板、三角柱の構造体を海底から支える柱２本（容量が増えると柱本数も増加）、潮流力に拮抗する水車室及び構造体を支える支線を左右に２組（容量が増えると支線本数も増加）を潮流又は海流の流れの速い場所に設置する事で初期設置費用及び設備維持費等において実現的な中容量以上の水車回転体の軸動力を得る事が実現できる。

図１は、本発明の水車回転体の構造を示し、水車回転体の水車羽根１ａ、水車回転体の平面板１ｂ、水車回転体の軸１ｃで構成される大型化に適する構造である。 図２は、潮流水車本体の構造を断面１、断面２で示し、水車回転体１、水車室２、三角柱の構造体３、三角柱の構造体上部の可動板４、水車本体の側面壁５で構成される。 潮流水車本体の水車室２、三角柱の構造体３、三角柱の構造体上部の可動板４によって、潮流流量が水車回転体入り口に絞られて、水車回転体を通過する潮流速度が増加する。 満潮と干潮では潮流の向きが逆になるため、水車本体は潮流の正逆の流れを通過すると正逆の軸動力が得られ、水中発電設備への軸結合で発電電力が得られる。図３は、潮流水車を海底に設置する実施方法を示し、潮流水車本体の荷重を支える支柱７、支柱７を支えるために海底の支持層まで打ち込まれたパイル８、支柱７とパイル８間の脱着式結合部、水車本体を、潮流の流れから支える支線６で構成される。 海底に設置する恒久構造物は、パイル８及び支線アンカー６ａであり、潮流水車本体及び支柱７は陸上で製作組み立てされるため、現状の海底環境が十分維持できる施設で、且つ妥当な初期設備費用と考えられる。
図５、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄは、本発明の水車回転体の回転原理を説明するため、潮流と水車回転体回転位置関係を示す下記条件を設定する。
条件１ 潮流は、水車本体の左から垂直且つ一様に流れる。
条件２ 水車羽根に番号１、２、３を設け、水車羽根１、水車羽根２、水車羽根３と表示し、水車羽根１を基準に潮流との関係を示す。
条件３ 潮流流量が水車回転体入り口に絞られて、水車回転体を通過する潮流速度流が増加する。入り口の潮流に位置関係を示す番号を設け、上から潮流１、潮流２、潮流３、潮流４と表示し、水車羽根との関係を示す。
条件４ 水車回転体の回転位置を、順次 回転１、回転２、回転３、回転４、回転５、回転６、回転７、回転８と表示し、各回転毎に、水車羽根と潮流の関係を示す。
条件５ 図５の灰色部分は、水車室と三角柱の構造体でかこまれた体積を示し、その体積の潮流の流体運動量を、流体運動量Ｍと表示する。
以上の条件を基に、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄの各回転毎に、本発明の水車回転体の回転原理を水車羽根１を基準に説明する。
回転１ 水車回転体の水車羽根１は、水車羽根１の直下面を潮流１が通過すると、水車羽根１の直下面が負圧となり、水車羽根１は下部へ動かされて水車回転体を反時計回りに回転する。
回転２ 水車回転体の水車羽根１は、水車羽根１の直下面を潮流２が通過すると、水車羽根１の直下面が負圧となり、水車羽根１は下部へ動かされて水車回転体を反時計回りに回転する。 回転１で流れていた潮流１の流れを水車羽根１で妨げられると、流体運動量Ｍは潮流２、潮流３、潮流４に移行して潮流速度を増加して水車羽根２の回転圧力を更に増加させる。
回転３ 水車回転体の水車羽根１は、潮流２、潮流３の圧力を受けて水車回転体を反時計回りに回転する。 潮流４から下の潮流部分が構造体面上に沿って上に押し上げられるため、潮流４の速度が最も早くなり、その早い潮流４を可動板に沿って更に上に押し上げられると、水車羽根２の回転圧力は増加する。
回転４ 水車回転体の水車羽根１は、潮流３の圧力を受けて水車回転体を反時計回りに回転する。 潮流４から下の潮流部分が構造体面上に沿って上に押し上げられるため、潮流４の速度が最も早くなり、その早い潮流４で水車羽根１の回転圧力は更に増加する。 水車羽根２は、潮流２の圧力を受けて回転する。
回転５ 水車回転体の水車羽根１は、潮流３の圧力を受けて水車回転体を反時計回りに回転する。 潮流４から下の潮流部分が構造体面上に沿って上に押し上げられるため、潮流４の速度が最も早くなり、その早い潮流４を可動板に沿って更に上に押し上げられると、水車羽根１の回転圧力を更に増加させる。
回転６ 水車回転体の水車羽根１は、潮流３の圧力を受けて水車回転体を反時計回りに回転する。 潮流４から下の潮流部分が構造体面上に沿って上に押し上げられるため、潮流４の速度が最も早くなり、その早い潮流４を可動板に沿って更に上に押し上げられると、水車羽根１の回転圧力を更に増加させる。回転３で流れていた潮流１の流れを水車羽根１で妨げられると、流体運動量Ｍは潮流２、潮流３、潮流４に移行して潮流速度を増加して水車羽根１の回転圧力を更に増加させる。
回転７ 水車回転体の水車羽根１は、潮流２の圧力を受けて水車回転体を反時計回りに回転する。
回転８ 水車回転体の水車羽根１は水車室内に位置するため、潮流の回転圧力を受けない。

本発明の潮流水車は、潮流又は海流の流れの速い場所においても設置する事が容易であり、且つ設置場所範囲が広大なため複数台設置する事ができ、初期設置費用及び設備維持費等においても十分採算の取れる実現的な中容量以上の水車回転体の軸動力を得る事ができ、別途水中発電機設備に軸結合送電設備を設け、二酸化炭素を発生しないに大容量発電電力設備が実現できる。

潮流水車の水車回転体を示した説明図である。 潮流水車の本体の構造を示した説明図である。 潮流水車を海底に設置した状態の図である。 潮流水車を海底する設置方法及び構造を示した説明図である。 潮流水車の水車回転体の回転原理を示した説明図である。 潮流水車の水車回転体の回転原理を示した説明図である。 潮流水車の水車回転体の回転原理を示した説明図である。 潮流水車の水車回転体の回転原理を示した説明図である。 潮流水車の水車回転体の回転原理を示した説明図である。

符号の説明

１ 水車回転体
１ａ 水車回転体の水車羽根
１ｂ 水車回転体の平面板（水車羽根及び軸の固定）
１ｃ 水車回転体の軸
２ 水車室（水車回転体のやや上半分を囲む外面逆三角柱の構造）
３ 三角柱の構造体（水車回転体下部の潮流速度を高める。）
４ 三角柱の構造体上部の可動板（水車回転体下部の潮流速度を高める。）
５ 水車本体の側面壁
６ 支線（水車本体を、潮流の流れから支える）
６ａ 支線アンカー（海底に打ち込む）
７ 支柱（水車本体の荷重を支える）
７ａ 支柱の水車本体結合部
７ｂ 支柱のパイル結合部
８ パイル（海底に打ち込む）
８ｂ パイルの支柱結合部

Claims (1)

1. 三枚の長板から成る各板間角度を約１２０度として各片側長辺を一括溶接又は結合した水車羽根を三組、水車回転体の仮想円筒面上に１２０度の等間隔で３箇所に配置し且つ各水車羽根の一枚が回転体中心を向く位置で回転体左右両平面に直接固定した構造を特色とする水車回転体は、水車回転体の中心のやや上部から最下部間を潮流等が通過すると潮流の速度エネルギーを水車の回転エネルギーへ変換する事ができる特性を持ち、水車回転体を通過する潮流の速度をさらに高めるため、水車回転体のやや上半分を囲む外面逆三角柱の構造の水車室、水車回転体の下部へ潮流の速度を高める三角柱の構造体、三角柱の構造体上部に取り付けられた可動板、三角柱の構造体を海底から支える柱、潮流力に拮抗する水車室及び構造体を支える支線等が付随して構成された潮流水車