JP2013002438A - 潮流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】潮流発電機の効率向上と製作費及びメンテナンスコストの低減。
【解決手段】水上に浮く円筒体の軸流水車を採用し、ゴミの付きにくいよう、円筒体外周にネジレを有して連なったブレートを複数枚配置した。円筒体内部の発電用無回転軸３に扇形錘４を取り付けることで円筒体後部を沈める。このことにより、初潮流圧を受けられるようになる。ブレード２にあたる潮流力により回転した円筒体１の回転力を発電機５に伝えるのに、円筒体端部に歯車６を配置した。又、発電用無回転軸３に扇形鍾４を固定その重力作用により発電用無回転軸３が回転しないようにして、円筒体の回転力を発電機に動力が伝わるようにした。運転中人が円筒体内部に出入りしてメンテナンス作業と送電線１５の配線ができるように、回転しない発電用無回転軸３と連結管１０と係留用無回転軸８に人が通れて、送電線１５が通せるくらいの出入り送電用穴１１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒体内部に発電機・軸・錘・歯車・減速機・連結管を配置、外部に軸とリンクアームを配置、又円筒体外周にネジレを有して連なったブレードを備え、後部を沈めた状態で独立して浮く軸流水車型の潮流発電機に関する。

技術背景

潮流発電機には水中に完全に沈めたプロペラ翼のタイプや、船体やフロートにプロペラ翼付き発電機を配置したタイプがあるが、実用化にはまだ問題が残っている。
特開２００５−５０２８２１ 特開２００４−２９３３５２

発明が解決しようとする課題

（イ）従来の文献１の水中に完全に沈めたタイプだと防水面での課題
・比較的流速の速い水面域の利用ができないという課題
・メンテナンス時は運転を止め水中から出す必要があるという課題
（ロ）従来の文献２の船体もしくは、フロートにブレード付き発電機を配置するタイプだと、船体やフロートの製作コストがかかるという課題
・水面を浮いて流れるゴミが、船体とブレード付き発電機の取り付け部や発電機軸にからみ付くという課題
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものである。

課題を解決するための手段

（イ）上記課題を解決するために、本発明の潮流発電機では、水上に独立して浮く密封された円筒体の軸流水車を採用し、ゴミの付きにくいよう、円筒体外周前部から後部まで同方向のネジレを有して連なったブレートを複数枚配置した。
（ロ）円筒体内部の後部の軸芯に発電用無回転軸３を配置。その軸に大容量の扇形錘４を取り付けることで円筒体後部を沈めることができ、このことにより、ブレードの後部まで初潮流圧を受けられるようになり、又受圧面積も広く取れるようにした。
（ハ）ブレード２にあたる潮流力により回転した円筒体１の回転力を発電機５に伝えるのに、円筒体端部に歯車６を配置した。又、円筒体後部の軸芯に発電用無回転軸３を配置。この発電用無回転軸３に扇形鍾４を固定した。円筒体１が回転しても大容量の扇形鐘４の重力作用により発電用無回転軸３が回転しないようにして、扇形鐘４に減速機７、発電機５を配置連結することで、円筒体の回転力を→歯車６→減速機７→発電機５と動力が伝わるようにした。
（ニ）発電用無回転軸３と係留用無回転軸８を連結管１０で連結して係留用無回転軸８の前端部にリンクアーム１６を取り付け、係留用ロープ１３で係留することで、下向きに折れ曲がった状態のリンクアーム１６に潮流力により下向きの引張作用が働き、係留用無回転軸８に回転を止める作用が働くようにした。この回転を止める作用と前記（ハ）で記した扇形錘４の重力作用により回転しないようにした作用と相乗効果があり、又、後端部には係留用回転軸９を配置して係留用ロープ１４で係留したことで常に同じ位置で係留できるようにした。
（ホ）運転中人が円筒体内部に出入りしてメンテナンス作業と送電線１５の配線ができるように、回転しない発電用無回転軸３と連結管１０と係留用無回転軸８に人が通れて、送電線１５が通せるくらいの出入り送電用穴１１を設けた。又、係留用無回転軸８の外側出入り口に防水扉１２を設けた。

発明の効果

以上のように本発明にかける潮流発電機は、独立して浮く円筒体なので比較的流速の速い水面域の利用ができ、効率向上が図れる。又防水面の課題も解決され、船体やフロートを必要とせずコスト減少が図れる。
円筒体後部を沈める構造なので、ブレードの後部まで初潮流圧を受けられるようになり、又受圧面積も広く取れるようになる。その結果大型大容量の潮流発電機を作ることも可能となる。
円筒体前部から後部まで同方向のネジレを有して連なったブレードを配置したので水面を流れるゴミが巻きつく所がなく、ゴミがそのまま後方へ流れていくことが可能となる。
メンテナンス面でも、軸が回転しない構造となっているので、運転中でも人が円筒体内部まで出入り出来て、作業コスト低減が図れる。
送電線をこの回転しない出入り送電用穴１１に通して防水扉１２の外側を通せば外部までの配線が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
（イ）防錆効果の高いステンレス鋼で作られた円筒体外周の前部から後部まで同方向のネジを有して連なったこのブレード２を複数配置したことで、（水面を流れるゴミがからみ付きやすい、小径部やとがった部分がない為）、そのまま後方へ流れていく構造となっている。
（ロ）円筒体内部には装置全体の重心を後部にして後部を沈めるため、円筒体後部軸芯に発電用無回転軸３に扇形錘４を固定して取り付けた。このことで扇形錘４は重力作用により常に下位置にあり発電用無回転軸３は回転せず円筒体のみ回転するので回転エネルギー損失も少なく済み、図１で示す位、円筒体後部を沈めるためブレード２の後部まで初潮流圧を受けて作用する。又受圧面積も広く取れるような構造となっている。
（ハ）ブレード２にあたる潮流力により回転した、円筒体１の回転力を発電機５に伝えるため、円筒体端部に歯車６を配置した。自重で下位置にある扇形錘４に発電機５と減速機７を設置する。円筒体１が回転してその回転力を歯車６→減速機７→発電機５と伝えられ発電が可能となる。
（ニ）図１〜３に示すように円筒体軸芯部先端に係留用無回転軸８を配置。その先端に下向きに折れ曲がったリンクアーム１６を取り付け、その下端に係留用ロープ１３で係留されている。このリンクアーム１６は折れ曲がった状態を保ち、又図３で示すようにリンクアームが上方向に上がらないよう旋回角が制限され、係留用無回転軸８が回転しないような構造になっている。又波の動きを吸収できるように旋回運動機能も備えている。
又、潮流の下流側に係留用回転軸９に係留用ロープ１４で係留することで、円筒体が回転しても、係留用ロープは回転しない構造となっている。又係留用ロープ１３・１４は海底のコンクリート製のアンカーに繋ぎ止められている。
（ホ）運転中（円筒体の回転中）にメンテナンスの為、人が内部に出入りできるようにと、回転しない発電用無回転軸３と連結管１０と係留用無回転軸８に人が通れて、送電線１５が通せるぐらいの穴を設けた。又、発電した電気を送る送電線もこの穴の中を通すことで、送電を可能にした。又防水加工された送電線は係留用ロープ１３に等間隔で縛られ海底を陸地まで送線される。又係留用無回転軸８の先端部に保安灯が設置できる。

１、 円筒体
２、 ブレード
３、 発電用無回転軸
４、 扇形錘
５、 発電機
６、 歯車
７、 減速機
８、 係留用無回転軸
９、 係留用回転軸
１０、連結管
１１、出入り送電用穴
１２、防水扉
１３、係留用ロープ
１４、係留用ロープ
１５、送電線
１６、リンクアーム

本発明の断面図 本発明の部分断面図 本発明の部分詳細図

本発明は、円筒体内部に発電機・軸・錘・歯車・減速機・連結管を配置、外部に軸とリンクアームを配置、又円筒体外周にネジレを有して連なったブレードを備え、後部を沈めた状態で独立して浮く軸流水車型の潮流発電機に関する。

潮流発電機には水中に完全に沈めたプロペラ翼のタイプや、船体やフロートにプロペラ翼付き発電機を配置したタイプがあるが、実用化にはまだ問題が残っている。

特開２００５−５０２８２１ 特開２００４−２９３３５２

（イ）従来の特許文献１の水中に完全に沈めたタイプだと次の課題がある。
・防水面での課題
・比較的流速の速い水面域の利用ができないという課題
・メンテナンス時は運転を止め水中から出す必要があるという課題

（ロ）従来の特許文献２の船体もしくは、フロートにブレード付き発電機を配置するタイプだと次の課題がある。
・船体やフロートの製作コストがかかるという課題
・水面を浮いて流れるゴミが、船体とブレード付き発電機の取り付け部や発電機軸にからみ付くという課題

本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものである。

（イ）上記課題を解決するために、本発明の潮流発電機は、単体で浮く円筒体の外周の前部から後部まで、同方向にネジレを有して連なったブレードを複数枚配置した軸流水車を採用し、前記円筒体の内部に、前記円筒体の軸心上の後部に配した発電用無回転軸と、前記発電用無回転軸に固定した扇形錘と、前記発電用無回転軸及び前記扇形錘の少なくとも一方に固定され、前記円筒体の回転力により発電する発電機と、を備え、前記円筒体の後部を沈めることで、前記ブレードの後部まで初潮流圧を受けて作用すると共に受圧面積も広く取れることを特徴とする。

この構成によれば、円筒体が水に浮き、かつ、円筒体の後部が沈むので、水中に沈めるものに比べて防水面で有利であり、比較的流速の速い水面域での利用が可能であり、メンテナンス時に、潮流発電機の全てを水中から出す必要がなく有利である。また、船体やフロートが必須の構成とせず、コストを抑えられる。また、発電機の取付部や発電機の軸が、円筒体内部に配されているので、ゴミがこれらにからみ付きづらく、不用意な停止や故障を抑制することができる。

（ロ）又、前記円筒体に固定され、該円筒体の軸心を回転中心として回転する歯車を備え、前記円筒体の回転力を前記歯車を介して前記発電機に伝えることとしてもよい。この構成によれば、円筒体が回転しても大容量の扇形鐘の重力作用により発電用無回転軸が回転しないようにして、円筒体の回転力が歯車を介して発電機へ伝わる。

（ハ）又、前記歯車と前記発電機とに接続され、前記円筒体の回転力を該歯車を介して該発電機に伝える減速機を備えてもよい。この場合、円筒体の回転力は、歯車→減速機→発電機と伝わる。

（ニ）又、さらに、前記円筒体の軸心上の前部に、係留用無回転軸と、前記発電用無回転軸と前記係留用無回転軸とを繋ぐ連結管と、前記円筒体の前端部に、前記係留用無回転軸と接続された、下向きに折れ曲がったリンクアームと、前記円筒体の後端部に係留用回転軸と、前記係留用無回転軸と前記係留用回転軸とに夫々接続された係留用ロープと、を備えることが好ましい。

この構成によれば、下向きに折れ曲がったリンクアームにより、横方向の潮流力をリンクアームの向き（下向き）に働かせ、これが下向きの引張力となって、潮流発電機の軸の回転を抑制する。くわえて、前記（ロ）で記した扇形錘の重力作用によっても、潮流発電機の軸の回転が抑制されるので、これらにより、潮流発電機の軸の回転が抑えられる。さらに、円筒体の後端部に係留用回転軸を配置しているので、円筒体が回転しても、係留用無回転軸と係留用回転軸とに夫々接続された係留用ロープにネジレが生じにくく、潮流発電機を定位置に保持しやすい。

（ホ）又、前記発電用無回転軸と前記連結管と前記係留用無回転軸に人が通れ、かつ送電線を通せる穴を設けてもよい。この構成によれば、運転中にメンテナンス作業ができ、又送電ができる。又、係留用無回転軸の外側出入り口に防水扉を設けてもよい。

（ヘ）又、前記円筒体の前記前端部及び前記後端部が、テーパー状に形成されてもよい。

以上のように本発明にかける潮流発電機は、独立して浮く円筒体なので比較的流速の速い水面域の利用ができ、効率向上が図れる。又防水面の課題も解決され、船体やフロートを必要とせずコスト減少が図れる。

円筒体の後部を沈める構造なので、ブレードの後部まで初潮流圧を受けられるようになり、又受圧面積も広く取れるようになる。その結果大型大容量の潮流発電機を作ることも可能となる。

円筒体の前部から後部まで同方向のネジレを有して連なったブレードを配置したので水面を流れるゴミが巻きつく所がなく、ゴミがそのまま後方へ流れていくことが可能となる。

メンテナンス面でも、軸が回転しない構造となっているので、運転中でも人が円筒体内部まで出入り出来て、作業コスト低減が図れる。送電線をこの回転しない出入り送電用穴に通して防水扉の外側を通せば外部までの配線が可能となる。

本発明の実施形態に係る潮流発電装置の断面図 図１のＡＡ線拡大端面図（フィン２を除く。） 図１のＢ部分を拡大した詳細図

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
（イ）防錆効果の高いステンレス鋼で作られた円筒体１の外周の前部から後部まで同方向のネジレを有して連なったこのブレード２を複数配置したことで、（水面を流れるゴミがからみ付きやすい、小径部やとがった部分がない為）、そのまま後方へ流れていく構造となっている。

（ロ）円筒体１の内部には装置全体の重心を後部にして後部を沈めるため、円筒体１の軸心上の後部に発電用無回転軸３に扇形錘４を固定して取り付けた。このことで扇形錘４は重力作用により常に下位置にあり発電用無回転軸３は回転せず円筒体１のみ回転するので回転エネルギー損失も少なく済み、図１で示すように、円筒体１の後部を沈めるためブレード２の後部まで初潮流圧を受けて作用する。又受圧面積も広く取れるような構造となっている。

（ハ）ブレード２にあたる潮流力により回転した、円筒体１の回転力を発電機５に伝えるため、円筒体１の内部の端部に歯車６を配置した。自重で下位置にある扇形錘４に発電機５と減速機７を設置する。円筒体１が回転してその回転力を歯車６→減速機７→発電機５と伝えられ発電が可能となる。

（ニ）図１〜３に示すように、円筒体１の軸心上の先端に係留用無回転軸８を配置している。その先端に下向きに折れ曲がったリンクアーム１６を取り付け、その下端に係留用ロープ１３で係留されている。このリンクアーム１６は折れ曲がった状態を保ち、又図３で示すようにリンクアームが上方向に上がらないよう旋回角が制限され、係留用無回転軸８が回転しないような構造になっている。又波の動きを吸収できるように旋回運動機能も備えている。又、潮流の下流側に係留用回転軸９に係留用ロープ１４で係留することで、円筒体１が回転しても、係留用ロープ１４は回転しない構造となっている。又係留用ロープ１３・１４は海底のコンクリート製のアンカー（図示せず）に繋ぎ止められている。

（ホ）運転中（円筒体１の回転中）にメンテナンスの為、人が内部に出入りできるようにと、回転しない発電用無回転軸３と連結管１０と係留用無回転軸８に人が通れて、送電線１５が通せるぐらいの穴を設けた。又、発電した電気を送る送電線１５もこの穴の中を通すことで、送電を可能にした。又防水加工された送電線１５は係留用ロープ１３に等間隔で縛られ海底を陸地まで送線される。又係留用無回転軸８の先端部に保安灯が設置できる。

１ 円筒体
２ ブレード
３ 発電用無回転軸
４ 扇形錘
５ 発電機
６ 歯車
７ 減速機
８ 係留用無回転軸
９ 係留用回転軸
１０ 連結管
１１ 出入り送電用穴
１２ 防水扉
１３ 係留用ロープ
１４ 係留用ロープ
１５ 送電線
１６ リンクアーム

Claims (5)

1. 単体で浮く円筒体もしくはテーパー管の外周の前部から後部まで、同方向にネジレを有して連なったブレードを複数枚配置した軸流水車を採用したことを特徴とする潮流発電機。
2. 円筒体内部軸芯の後部に発電用無回転軸と扇形錘を配置して円筒体の後部を沈めることで、ブレードの後部まで初潮流圧を受けて作用すると共に受圧面積も広く取れることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電機。
3. 円筒体内部に発電機、発電用無回転軸、歯車、減速機、扇形錘、連結管を配置して、この扇形錘の重力の軸回転止め作用を利用した動力伝達装置を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の潮流発電機。
4. 円筒体軸芯前端部の、下向きに折れ曲がったリンクアームを配置して潮流力により下向きの引張力が軸回転止め作用となる。又後端部に係留用回転軸を配置したことで運転中円筒体が回転しても前後の係留ロープにネジレを生じず、常に同じ位置に係留できるようにしたことを特徴とする請求項１〜３に記載の潮流発電機。
5. 扇形錘の重力により回転止め作用と請求項４の軸回転止め作用が働いた回転しない発電用無回転軸と連結管と係留用無回転軸に人が通れ、かつ送電線を通せる穴を設けたことで運転中にメンテナンス作業ができ、又送電ができるようにしたことを特徴とする請求項１〜４に記載の潮流発電機。

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