JP2014005766A - Water flow generation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power generation efficiency by effectively utilizing a water flow.SOLUTION: A water flow power generation device in an embodiment comprises a rotary shaft, a vane, a housing, and a water flow induction section. The rotary shaft transmits power to a power generator side. The vane is integrally fixed to the rotary shaft on a base end side, and rotates together with the rotary shaft under the water flow. A power generator is built in the housing, and the housing is provided on an upper stream side of the water flow than the vane. The water flow induction section is constituted by an outline portion of the housing, and induces the water flow received by the housing toward a tip side of the vane so that the water flow is radially spread.

Description

本発明の実施形態は、水流発電装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a water current power generation apparatus.

水を動力として用いる発電システムには、ダムなどの高低差を利用した水車による発電、海の波力、潮汐を利用する発電、浸透膜や温度差を利用する発電など数多くの種類が存在する。中でも大容量のエネルギが容易に得られる発電システムは、高低差を利用する発電システム以外では、潮流や海流などの海水の流れを利用する発電システムである。   There are many types of power generation systems that use water as power, such as power generation by water turbines using height differences such as dams, power generation using ocean wave power, tides, and power generation using osmotic membranes and temperature differences. Among them, a power generation system that can easily obtain large-capacity energy is a power generation system that uses a flow of seawater such as a tidal current or a sea current other than a power generation system that uses a difference in elevation.

しかしながら、海水の流れを利用する潮流発電システムや海流発電システムは、大容量機に関しては改良の余地を残しており、欧州の一部で先行して開発が進められている。   However, tidal current power generation systems and ocean current power generation systems that use the flow of seawater leave room for improvement with regard to large-capacity machines, and are being developed ahead of other parts of Europe.

ところで、プロペラ型の海流(又は潮流)発電装置は、海流の運動エネルギを翼を介して回転エネルギに変換し、この回転エネルギで発電機を駆動することによって発電を行うものである。したがって、海流発電装置は、翼の回転数の増加や翼径の増大によりそれ相応の発電量を得ることができる。また、翼自体の高性能化を図ることなどによっても、発電用のエネルギをより多く取り出すことが可能となる。   By the way, a propeller-type ocean current (or tidal current) power generation device generates power by converting kinetic energy of ocean current into rotational energy via a wing and driving a generator with this rotational energy. Therefore, the ocean current power generation device can obtain a corresponding power generation amount by increasing the blade rotation speed or blade diameter. Further, it is possible to extract more energy for power generation by improving the performance of the blade itself.

しかしながら、翼の高性能化や高効率化を図るための既存の技術は、既にいくつか提案されてはいるものの、機構の複雑化を招く傾向にある。一方、翼の回転数の増加は、いわゆるキャビテーションを生じさせやすくすると共に、翼端渦の発生も顕著となり、翼自体や翼周辺の海中の生態系などに悪影響を及ぼすことが考えられる。また、翼径の増大は、翼と船舶との接触や、翼と海底との接触が懸念される。このため、所定寸法を超えて翼径を増大させる設計は、難しくなっている。   However, although several existing techniques for improving the performance and efficiency of the wing have already been proposed, the mechanism tends to be complicated. On the other hand, an increase in the number of rotations of the wing facilitates the so-called cavitation, and the generation of wing tip vortices becomes prominent, which may adversely affect the wing itself and the marine ecosystem around the wing. In addition, the increase in the wing diameter is concerned about contact between the wing and the ship and contact between the wing and the seabed. For this reason, the design which increases a blade diameter exceeding a predetermined dimension has become difficult.

特許第4535378号公報Japanese Patent No. 4535378 米国特許第7,830,033号US Pat. No. 7,830,033 米国特許第7,948,107号US Pat. No. 7,948,107 特許第4001485号公報Japanese Patent No. 4001485 米国特許出願公開第2011/0081251号US Patent Application Publication No. 2011/0081251 米国特許第6,091,161号US Pat. No. 6,091,161

そこで、翼の回転数や翼径を増大させずに高出力を得る翼形状を考える必要がある。例えば風車で通常使用される翼を海流発電用の翼として適用することを想定した場合、作動流体の密度やレイノルズ数の違いから翼のコード長を長くする設計が必要である。これは風車用の翼のコード長を長くすることで海中での周速比が小さくなる状況が得られ、これにより海中で翼を所定の定格回転数で回転させることを可能にする。しかしながら、上述した理由から、風車用の翼を海流発電用の翼としてそのまま適用することは難しくなっている。   Therefore, it is necessary to consider a blade shape that obtains high output without increasing the blade rotation speed and blade diameter. For example, when it is assumed that a blade normally used in a windmill is applied as a blade for ocean current power generation, a design in which the blade cord length is increased due to the difference in the density of the working fluid and the Reynolds number is necessary. This makes it possible to reduce the peripheral speed ratio in the sea by increasing the cord length of the wind turbine blade, thereby enabling the blade to rotate at a predetermined rated speed in the sea. However, for the reasons described above, it is difficult to directly apply wind turbine blades as ocean current power generation blades.

このような事情を踏まえたうえで、本発明が解決しようとする課題は、水流を有効に活用することにより発電の効率を高めることができる水流発電装置を提供することである。   In view of such circumstances, a problem to be solved by the present invention is to provide a water current power generation apparatus that can increase the efficiency of power generation by effectively utilizing a water flow.

実施の形態の水流発電装置は、回転軸、翼、筐体及び水流誘導部を備えている。回転軸は、発電機側に動力を伝達する。翼は、回転軸に対して基端部側が一体的に固定され、水流を受けて回転軸と共に回転する。筐体は、発電機を内蔵し翼よりも水流の上流側に設けられている。水流誘導部は、筐体の外形部分によって構成され、筐体で受けた水流を放射状に広げるようにして翼の先端部側方向に誘導する。   The water current generator according to the embodiment includes a rotating shaft, a wing, a casing, and a water flow guide. The rotating shaft transmits power to the generator side. The blade is integrally fixed on the base end side with respect to the rotation shaft, and receives the water flow and rotates together with the rotation shaft. The housing has a built-in generator and is provided upstream of the water flow from the wing. The water flow guiding portion is configured by an outer portion of the casing, and guides the water flow received by the casing in the radial direction so as to spread radially.

第1の実施形態に係る水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water flow electric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1の水流発電装置の構成をより具体的に示す図。The figure which shows the structure of the water-flow power generator of FIG. 1 more concretely. 比較例の水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water-flow electric power generating apparatus of a comparative example. 図2の水流発電装置とはナセルの構造が異なる他の水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the other water current power generator from which the structure of a nacelle differs from the water current power generator of FIG. 図2の水流発電装置とはボス及びその周辺の構造が異なる他の水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the other water current power generator from which the structure of the boss | hub and its periphery differs from the water current power generator of FIG. 第2の実施形態に係る水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water flow electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図3に示した比較例の水流発電装置において、翼近傍で生じる水流について説明するための図。The figure for demonstrating the water flow which arises in the vicinity of a wing | blade in the water current power generator of the comparative example shown in FIG. 図6の水流発電装置とはナセルの構造が異なる他の水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the other water current power generator from which the structure of a nacelle differs from the water current power generator of FIG. 第3の実施形態に係る水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water flow electric power generating apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図9の水流発電装置とは翼の構造が異なる他の水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the other water current power generator from which the structure of a wing | blade differs from the water current power generator of FIG. 第4の実施形態に係る水流発電装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the water flow electric power generating apparatus which concerns on 4th Embodiment.

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
[第1の実施の形態]
図1に示すように、例えば一対で用いられる本実施形態の水流発電装置10、20は、海中16に設置されるプロペラ型の海流発電(又は潮流発電)システムである。水流発電装置10、20は、連結部材12によって互いが連結されており、さらに係留ロープ14を介して例えば水深200mを超える海底15にアンカ(係留)されている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, for example, the water current generators 10 and 20 of the present embodiment used as a pair are propeller type ocean current power generation (or tidal current power generation) systems installed in the sea 16. The water current generators 10 and 20 are connected to each other by a connecting member 12 and are anchored (moored) to a seabed 15 having a depth of 200 m or more via a mooring rope 14.

図1、図2に示すように、一対の水流発電装置10、20は、筐体としてのナセル2と、複数の翼3と、翼3を支持するボス5と、をそれぞれ備えている。ナセル2、ボス5及び翼3は、海水に対しての耐腐食性の高い材料や、耐腐食性の高い塗料をコーティングした材料を用いて構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the pair of water current generators 10, 20 includes a nacelle 2 as a housing, a plurality of blades 3, and a boss 5 that supports the blades 3. The nacelle 2, the boss 5, and the wing 3 are configured using a material having high corrosion resistance against seawater or a material coated with a paint having high corrosion resistance.

ナセル2は、水密構造を有し、図2に示すように、発電機8や変速機構7bなどが内蔵(収容)されている。また、ナセル2は、所定の浮力を有している。ここで、一対の水流発電装置10、20は、各々が備える翼3が逆方向に回転しさらに同等の推力を発生させることで、互いの位置が静的に確保される。   The nacelle 2 has a watertight structure, and as shown in FIG. 2, a generator 8, a transmission mechanism 7b, and the like are incorporated (accommodated). The nacelle 2 has a predetermined buoyancy. Here, the pair of water current generators 10 and 20 is statically secured with respect to each other when the blades 3 included in the pair rotate in the opposite direction and generate equivalent thrust.

図2に示すように、ボス5は、翼3の基端部側を支持する支持部としての機能を有する。また、ボス5は、ナセル2と同様に水密構造を有しており、ナセル2と協働して回転軸7を内蔵する。回転軸7の一端部側は、ナセル2内の変速機構7bに連結され、回転軸7の他端部側は、ハブ7aを介してボス5本体に固定されている。つまり、翼3は、その基端部側が、ボス5(ハブ7a)を介して回転軸7に一体的に固定されており、翼3本体が水流を受けると回転軸7(ボス5)と共に一体となって回転する。   As shown in FIG. 2, the boss 5 has a function as a support portion that supports the base end side of the wing 3. The boss 5 has a watertight structure like the nacelle 2, and incorporates the rotating shaft 7 in cooperation with the nacelle 2. One end portion side of the rotating shaft 7 is connected to the speed change mechanism 7b in the nacelle 2, and the other end portion side of the rotating shaft 7 is fixed to the boss 5 body via the hub 7a. That is, the wing 3 is integrally fixed to the rotary shaft 7 at the base end side via the boss 5 (hub 7a), and when the wing 3 body receives a water flow, it is integrated with the rotary shaft 7 (boss 5). And rotate.

回転軸7の動力(駆動力)は、ナセル2内の発電機8に伝達される。具体的には、回転軸7の回転は、変速機構7bによって減速又は増速され、変速機構7bと発電機8との間の伝達軸7cを介して発電機8側に伝達される。   The power (driving force) of the rotating shaft 7 is transmitted to the generator 8 in the nacelle 2. Specifically, the rotation of the rotating shaft 7 is decelerated or increased by the speed change mechanism 7 b and is transmitted to the generator 8 via the transmission shaft 7 c between the speed change mechanism 7 b and the generator 8.

翼3は、水流発電装置10、20ごとに例えば2つ又は3つずつ設けられている。例えば翼3が3つの場合、個々の翼3は、それぞれの基端部側がボス5(回転軸7)の軸まわりに120°の間隔をおいて各々固定されている。また、回転軸7が一定の方向に回転する回転力を翼3のそれぞれから得られるように、個々の翼3は、圧力面(正圧面)及び負圧面のそれぞれが一定の向きにそろう形状に形成されている。   For example, two or three blades 3 are provided for each of the water current generators 10 and 20. For example, when there are three blades 3, the individual blades 3 are respectively fixed at 120 ° intervals around the axis of the boss 5 (rotating shaft 7) on the base end side. In addition, each blade 3 has a shape in which each of the pressure surface (pressure surface) and the suction surface are aligned in a certain direction so that the rotational force of the rotation shaft 7 rotating in a certain direction can be obtained from each of the blades 3. Is formed.

このように構成された各翼3は、図2に示すように、水流(海流)F1から得た運動エネルギを回転エネルギに変換する。一方、翼3と共に一体となって回転する回転軸7は、変換された回転エネルギを、変速機構7b、伝達軸7cを介してナセル2内の発電機8に伝達し、発電機8は、この回転エネルギを用いて発電を行う。   As shown in FIG. 2, each blade 3 configured in this manner converts kinetic energy obtained from the water current (sea current) F <b> 1 into rotational energy. On the other hand, the rotating shaft 7 that rotates together with the blades 3 transmits the converted rotational energy to the generator 8 in the nacelle 2 via the transmission mechanism 7b and the transmission shaft 7c. Electricity is generated using rotational energy.

次に、ナセル2の特徴的構成について説明する。図2に示すように、ナセル2は、翼3よりも海流F1の上流側に設けられている。ナセル2は、略円錐形状に形成されており、回転軸7と同軸的に配置されている。ナセル2は、ナセル2本体の外形部分によって構成された水流受け部2a及び水流誘導部2bを有している。水流受け部2aは、図2に示すように、ナセル2本体において海流F1の最上流側に設けられており、上記の略円錐形状の頂点部分を構成する。この水流受け部2aの表面は、球面状に形成されている。   Next, a characteristic configuration of the nacelle 2 will be described. As shown in FIG. 2, the nacelle 2 is provided upstream of the wing 3 in the ocean current F <b> 1. The nacelle 2 is formed in a substantially conical shape and is arranged coaxially with the rotating shaft 7. The nacelle 2 includes a water flow receiving portion 2a and a water flow guiding portion 2b that are configured by the outer shape portion of the nacelle 2 body. As shown in FIG. 2, the water flow receiving portion 2 a is provided on the most upstream side of the ocean current F <b> 1 in the nacelle 2 body, and constitutes the substantially conical apex portion described above. The surface of the water flow receiving portion 2a is formed in a spherical shape.

一方、水流誘導部2bは、図2に示すように、上記した略円錐形状の側面部分で構成されている。より具体的には、水流誘導部2bは、水流F1の上流側から下流側に向かうにつれて、ナセル2の外形部分における外周長が増大して行く形状で構成されている。つまり、水流誘導部2bは、ナセル2本体の水流受け部2aで受けた水流F1を、放射状に広げるようにして(放射状に分散して)各翼3のチップ側方向(翼の先端部側方向)に誘導する。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the water flow guiding portion 2 b is configured by the substantially conical side portion described above. More specifically, the water flow guiding portion 2b is configured in a shape in which the outer peripheral length of the outer portion of the nacelle 2 increases from the upstream side to the downstream side of the water flow F1. In other words, the water flow guiding portion 2b is configured so that the water flow F1 received by the water flow receiving portion 2a of the nacelle 2 main body is radially spread (distributed radially) in the tip side direction of each blade 3 (the tip portion side direction of the blade). ).

詳述すると、翼3を回転させる力を高めようとする場合、回転軸7の軸周りの力のモーメント(トルク)を考慮すると、図2に示すように、相対的に、ハブ7a側(翼の基端部側)よりも翼3のチップ側に水流F2を導いたほうが、翼3の回転力の向上には効果的である。そこで、本実施形態の水流発電装置10、20では、水流F1、F2を放射状に広げて翼3のチップ側方向に導く水流誘導部2bをナセル2に設けたことで、発電のための回転エネルギを効率的に、より多く取り出すことが可能となる。   More specifically, when the force for rotating the blade 3 is to be increased, considering the moment (torque) of the force around the axis of the rotary shaft 7, as shown in FIG. It is more effective for improving the rotational force of the blade 3 to guide the water flow F2 to the tip side of the blade 3 than to the base end side). Therefore, in the water current generators 10 and 20 according to the present embodiment, the water flow guide portions 2b that radially expand the water flows F1 and F2 and guide the blades 3 toward the tip side of the wing 3 are provided in the nacelle 2, thereby enabling rotational energy for power generation. Can be taken out more efficiently.

ここで、図3を用いて比較例のナセル100について説明する。比較例のナセル100は、翼3と一体となって回転するボス95を、上流側ナセル部92aと下流側ナセル部92bとで挟んだ構成の円柱状のナセル92を備えている。つまり、円柱状のナセル92は、ナセル2本体の外形部分における外周長が、水流F1の上流側、下流側のいずれにおいても、等しくなるように構成されている。したがって、図3に示すように、比較例のナセル100は、水流F3が放射状に広がることはなく、そのまま翼3の基端部側に導かれる。このため、比較例のナセル100は、上記した力のモーメントの観点から、翼3の回転力を向上させることが難しくなっている。   Here, the nacelle 100 of the comparative example will be described with reference to FIG. The nacelle 100 of the comparative example includes a columnar nacelle 92 configured such that a boss 95 that rotates integrally with the blade 3 is sandwiched between an upstream nacelle portion 92a and a downstream nacelle portion 92b. That is, the cylindrical nacelle 92 is configured such that the outer peripheral length of the outer shape portion of the nacelle 2 main body is equal on both the upstream side and the downstream side of the water flow F1. Therefore, as shown in FIG. 3, in the nacelle 100 of the comparative example, the water flow F <b> 3 does not spread radially but is guided to the base end side of the blade 3 as it is. For this reason, it is difficult for the nacelle 100 of the comparative example to improve the rotational force of the blade 3 from the viewpoint of the moment of force described above.

これに対して、本実施形態の水流発電装置10、20では、図2に示すように、略円錐形状に構成されたナセル2の水流誘導部2bによって、水流F2が翼3のチップ側方向に誘導され、これにより、流体力が効果的に翼3に作用し翼3の回転力を増大させることができる。したがって、本実施形態の水流発電装置10、20によれば、水流(海流)F1の有効な活用によって発電の効率を高めることができる。   On the other hand, in the water current generators 10 and 20 of the present embodiment, as shown in FIG. In this way, the fluid force can effectively act on the blade 3 to increase the rotational force of the blade 3. Therefore, according to the water current generators 10 and 20 of the present embodiment, the efficiency of power generation can be increased by effectively utilizing the water current (ocean current) F1.

また、水流発電装置10、20が備えるナセル2に代えて、図4に示すように、ナセル32を備えた水流発電装置30によっても、水流発電装置10、20と同様の効果を得ることができる。図4に示すように、水流発電装置30におけるナセル32の外形部分は、水流F1の上流側に配置される上流側外形部分32cと水流F1の下流側に配置される下流側外形部分32dとに区分される。   Moreover, it replaces with the nacelle 2 with which the water current electric power generators 10 and 20 are provided, and as shown in FIG. . As shown in FIG. 4, the outer portion of the nacelle 32 in the water current generator 30 is divided into an upstream outer portion 32c arranged on the upstream side of the water flow F1 and a downstream outer portion 32d arranged on the downstream side of the water flow F1. It is divided.

上流側外形部分32cは、円柱状に形成されている。一方、下流側外形部分32dは、水流F1、F5の上流側から下流側に向かうにつれて末広がりとなる形状で形成されている。ナセル32が備える水流誘導部32bは、このような下流側外形部分32dによって構成されている。言い換えると、水流誘導部32bにおいてその外周長の増大して行く比率は、水流F1、F5の上流側から下流側に向かうにつれて増加することになる。   The upstream outer shape portion 32c is formed in a columnar shape. On the other hand, the downstream outer shape portion 32d is formed in a shape that expands toward the downstream side from the upstream side of the water flows F1 and F5. The water flow guiding portion 32b included in the nacelle 32 is configured by such a downstream outer shape portion 32d. In other words, the ratio of the outer peripheral length increasing in the water flow guiding portion 32b increases from the upstream side to the downstream side of the water flows F1 and F5.

したがって、水流発電装置30においても、図4に示すように、末広がりのナセル32の水流誘導部32bによって、水流F5が翼3のチップ側方向に導かれることになるので、翼3の回転力が増大し発電の効率を向上させることが可能となる。   Therefore, also in the water current power generation apparatus 30, as shown in FIG. 4, the water flow F5 is guided in the tip side direction of the blade 3 by the water flow guide portion 32b of the diverging nacelle 32. It becomes possible to increase and improve the efficiency of power generation.

なお、翼3よりも水流F1、F5の下流側に位置するボスの構造は、発電効率を向上させるうえで特に制約を受けるものではないため、図2に示したボス5を、例えば図5に示すように、翼3と一体となって回転するボス15と、回転しない下流側ナセル部9とに分けた水流発電装置40を構成してもよい。   Note that the structure of the boss positioned downstream of the water flows F1 and F5 from the blade 3 is not particularly restricted in improving the power generation efficiency. Therefore, the boss 5 shown in FIG. As shown, the water current generator 40 divided into the boss 15 that rotates integrally with the blade 3 and the downstream nacelle portion 9 that does not rotate may be configured.

[第2の実施の形態]
次に、第2の実施形態を図6〜図8に基づき説明する。なお、これらの図において、図1〜図5に示した第1の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.

この実施形態では、第1の実施形態と同様、翼の回転方向が互いに異なる例えば一対の図6に示す水流発電装置50が適用される。この水流発電装置50は、図1、図2に示した第1の実施形態の水流発電装置10、20の翼3に代えて、図6に示すように、翼53を備えている。   In this embodiment, as in the first embodiment, for example, a pair of water current generators 50 shown in FIG. The hydroelectric power generation device 50 includes wings 53 as shown in FIG. 6 instead of the wings 3 of the hydroelectric power generation devices 10 and 20 of the first embodiment shown in FIGS.

翼53は、水流発電装置50ごとに例えば2つ又は3つずつ設けられている。個々の翼53は、図6に示すように、ハブ7a側(翼の基端部側)よりもチップ側(翼の先端部側)が水流F1の下流側に位置する形状で構成されている。   For example, two or three blades 53 are provided for each water current generator 50. As shown in FIG. 6, each blade 53 is configured in such a shape that the tip side (wing tip side) is located downstream of the water flow F <b> 1 rather than the hub 7 a side (blade base end side). .

ここで、図7に示すように、円柱状のナセル92を備える上述した比較例の水流発電装置100では、ナセル92の円柱状の外形部分に沿って直線的に進行する水流F3が翼3表面に軸方向から接触した後、この向きとほぼ直交する翼3の径方向(外周方向)に急激に向きを変える局所的な水流(乱流)F7を生じさせることになる。   Here, as shown in FIG. 7, in the hydroelectric power generation device 100 of the comparative example described above including the cylindrical nacelle 92, the water flow F <b> 3 that linearly travels along the cylindrical outer portion of the nacelle 92 is the surface of the blade 3. Then, a local water flow (turbulent flow) F7 that suddenly changes its direction in the radial direction (peripheral direction) of the blade 3 substantially perpendicular to this direction is generated.

この局所的な水流F7は、翼3が閉止板のように作用することで発生する。この場合、急激に進行方向を変える局所的な流れによって流体エネルギの損失を招く結果となる。また局所的な水流F7は、翼3における径方向の基端部側(ハブ7a側)より発生し、翼3の先端部側(チップ側)へ向かうにつれて増大して行く乱流となる。   This local water flow F7 is generated by the blade 3 acting like a closing plate. In this case, a loss of fluid energy is caused by a local flow that rapidly changes the traveling direction. Further, the local water flow F7 is generated from the radial base end side (hub 7a side) of the blade 3, and becomes a turbulent flow that increases toward the tip end side (tip side) of the blade 3.

そこで、本実施形態の水流発電装置50は、図6に示すように、翼53を、基端部側よりも先端部側が水流F1の下流側に位置する後退翼とすることで、翼近傍での水流の向きの急激な変化を抑制し、乱流の発生を抑えるものである。したがって、水流発電装置50によれば、水流を放射状に広げる水流誘導部2bをナセル2に設け、しかも翼53を後退翼にしたことで、第1の実施形態の効果に加え、翼近傍での流体エネルギの損失を低減でき、これにより、翼53において効果的にトルクを発生させることが可能となる。   Therefore, as shown in FIG. 6, the water current power generation apparatus 50 according to the present embodiment is configured so that the blade 53 is a retracted blade whose distal end side is located on the downstream side of the water flow F <b> 1 rather than the proximal end side. This suppresses sudden changes in the direction of water flow and suppresses the occurrence of turbulent flow. Therefore, according to the water flow power generation device 50, the water flow guiding portion 2b that radially expands the water flow is provided in the nacelle 2 and the blades 53 are the swept blades. In addition to the effects of the first embodiment, The loss of fluid energy can be reduced, which makes it possible to effectively generate torque in the blade 53.

また、水流発電装置50が備えるナセル2に代えて、図8に示すように、前述した末広がり形状のナセル32を設けた水流発電装置60によっても、水流発電装置50と同様の効果を期待できる。   Further, in place of the nacelle 2 provided in the water current power generation apparatus 50, as shown in FIG. 8, the same effect as the water current power generation apparatus 50 can be expected by the water current power generation apparatus 60 provided with the nacelle 32 having a divergent shape as described above.

[第3の実施の形態]
次に、第3の実施形態を図9、図10に基づき説明する。なお、図9、図10において、図1〜図5に示した第1の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。また、図9、図10は、後述する水流発電装置70、80を、それぞれ水流(海流)の上流側方向からみた図である。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10, the same constituent elements as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are given the same reference numerals and redundant description is omitted. FIGS. 9 and 10 are views of water current generators 70 and 80, which will be described later, as viewed from the upstream side of the water current (sea current).

この実施形態では、第1の実施形態と同様に、翼の回転方向が互いに異なる例えば一対の図9に示す水流発電装置70が適用される。この水流発電装置70は、図1、図2に示した第1の実施形態の水流発電装置10、20の翼3に代えて、図9に示すように、翼73を備えている。   In this embodiment, as in the first embodiment, for example, a pair of water current generators 70 shown in FIG. This hydroelectric power generation device 70 includes wings 73 as shown in FIG. 9 instead of the wings 3 of the hydroelectric power generation devices 10 and 20 of the first embodiment shown in FIGS.

翼73は、水流発電装置70ごとに例えば2つ又は3つずつ設けられている。図9に示すように、個々の翼73の基端部側から先端部側に向かう長さ方向の中央部分73aには、翼73の回転方向Rと相対する方向に中央部分73aを膨出させるようにスキュー角が付与されている。   For example, two or three blades 73 are provided for each water current generator 70. As shown in FIG. 9, the central portion 73 a bulges in the lengthwise central portion 73 a from the base end side to the tip end side of each wing 73 in a direction opposite to the rotation direction R of the wing 73. Thus, a skew angle is given.

これにより、水流発電装置70では、図9に示すように、翼73の径方向の基端部側(ハブ7a側)で発生し得る乱流F9(図7で例示した急激に進行方向を変える水流F7)が、上記のスキュー角が付与されたことで、翼73の先端部側(チップ側)へ伝播されることを抑制できる。   As a result, in the water current power generation apparatus 70, as shown in FIG. 9, the traveling direction of the turbulent flow F9 that can be generated on the radial base end side (hub 7a side) of the blade 73 is rapidly changed. Propagation of the water flow F7) to the tip end side (tip side) of the blade 73 can be suppressed by providing the skew angle.

したがって、本実施形態の水流発電装置70では、翼近傍での流体エネルギの損失(乱流F9の増大)を抑えることで、翼73が効果的にトルクを発生させることが可能となる。つまり、水流発電装置70によれば、翼73の高性能化及び高効率化によって、水流(海流)を有効に活用して発電の効率を高めることができる。   Therefore, in the water current generator 70 of this embodiment, the blade 73 can effectively generate torque by suppressing the loss of fluid energy in the vicinity of the blade (increase in the turbulent flow F9). That is, according to the water current power generation apparatus 70, the efficiency of power generation can be increased by effectively utilizing the water current (sea current) by improving the performance and efficiency of the blades 73.

また、水流発電装置70が備える翼73に代えて、図10に示すように、翼83を設けた水流発電装置80によっても、水流発電装置70と同様の効果を得ることができる。水流発電装置80の翼83の全体には、図10に示すように、翼83の基端部側(ハブ側)よりも先端部側(チップ側)を、より翼83の回転方向R側に後退させるようにスキュー角が付与されている。   Further, in place of the wing 73 provided in the water current power generation apparatus 70, a water flow power generation apparatus 80 provided with the wing 83 as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the tip of the blade 83 of the hydroelectric power generation device 80 is arranged such that the tip end side (tip side) is closer to the rotation direction R side of the blade 83 than the base end side (hub side). A skew angle is given so as to be moved backward.

したがって、水流発電装置80においても、図10に示すように、翼83の径方向の基端部側で生じ得る乱流F10が、前記のスキュー角が付与されたことで、翼83の先端部側へ伝播されることを抑制でき、翼83の高性能化及び高効率化を図ることができる。なお、本実施形態の翼73、83の構成を、もちろん、図2、図4、図5、図6、図8で例示した水流発電装置の翼の構成に追加してもよい。   Accordingly, also in the water current power generation device 80, as shown in FIG. 10, the turbulent flow F10 that can occur on the proximal end side in the radial direction of the blade 83 is given the skew angle, so that the tip portion of the blade 83 is provided. Propagation to the side can be suppressed, and high performance and high efficiency of the blade 83 can be achieved. Of course, the configuration of the blades 73 and 83 of the present embodiment may be added to the configuration of the blades of the water current generator illustrated in FIGS. 2, 4, 5, 6, and 8.

[第4の実施の形態]
次に、第4の実施形態を図11に基づき説明する。なお、この図11において、図1〜図5に示した第1の実施形態中の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付与し重複する説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the same constituent elements as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are given the same reference numerals and redundant description is omitted.

この実施形態では、第1の実施形態と同様、翼の回転方向が互いに異なる例えば一対の図11に示す水流発電装置90が適用される。この水流発電装置90は、図1、図2に示した第1の実施形態の水流発電装置10、20の翼3に代えて、図11に示すように、翼93を備えている。   In this embodiment, as in the first embodiment, for example, a pair of water current generators 90 shown in FIG. This hydroelectric generator 90 includes wings 93 as shown in FIG. 11 instead of the wings 3 of the hydroelectric generators 10 and 20 of the first embodiment shown in FIGS.

翼93は、水流発電装置90ごとに例えば2つ又は3つずつ設けられている。個々の翼93は、図11に示すように、ハブ7a側(翼の基端部側)よりもチップ側(翼の先端部側)が水流F1の上流側に位置する形状で構成されている。   For example, two or three blades 93 are provided for each water current generator 90. As shown in FIG. 11, the individual blades 93 are configured such that the tip side (wing tip side) is located upstream of the water flow F1 with respect to the hub 7a side (blade base end side). .

つまり、水流発電装置90では、翼93においてトルクを発生するうえで有利なチップ側へ水流F1、F2を導くナセル2を備えていること、及びその導かれた水流F1、F2を受けるように翼93のチップ側が前進していること、によって、第2、第3の実施形態で述べたハブ側より発生してチップ側へ向かう局所的な乱流(水流F11)の影響を直接受けることなく、導かれた水流F1、F2を効率的に回転エネルギへ変換することが可能となる。これにより、翼の例えば回転数や翼径を増大させることなく、水流F1、F2の運動エネルギを効率良く取り入れることができる。   In other words, the water current generator 90 includes the nacelle 2 that guides the water flows F1 and F2 to the tip side, which is advantageous in generating torque in the blade 93, and the blades so as to receive the guided water flows F1 and F2. Since the tip side of 93 is moving forward, it is not directly affected by local turbulence (water flow F11) generated from the hub side and directed to the tip side described in the second and third embodiments. It is possible to efficiently convert the guided water streams F1 and F2 into rotational energy. Thereby, the kinetic energy of water flow F1, F2 can be taken in efficiently, without increasing the rotation speed and blade diameter of a blade, for example.

したがって、本実施形態の水流発電装置90によれば、水流(海流)F1、F2の有効な活用によって発電の効率を高めることができる。なお、本実施形態の翼93の構成を図2、図4、図5、図9、図10で例示した水流発電装置の翼の構成に追加してもよい。   Therefore, according to the water current power generation apparatus 90 of the present embodiment, the efficiency of power generation can be increased by effectively utilizing the water currents (ocean currents) F1 and F2. In addition, you may add the structure of the wing | blade 93 of this embodiment to the structure of the wing | blade of the water current power generator illustrated in FIG.2, FIG.4, FIG.5, FIG.9 and FIG.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、第1〜第4の実施形態では、主に海流発電や潮流発電など、海水の流れを利用した発電について例示したが、水深方向に対して直交する方向から水流を得られる環境であれば、海中以外の例えば河川などの水中においても、第1〜第4の実施形態の水流発電装置を適用することが可能である。   For example, in the first to fourth embodiments, power generation using the flow of seawater, such as ocean current power generation and tidal current power generation, has been exemplified. However, as long as the water current can be obtained from a direction orthogonal to the water depth direction. The hydroelectric generators of the first to fourth embodiments can be applied even in water other than the sea, such as a river.

10,20,30,40,50,60,70,80,90…水流発電装置、2,32…ナセル、2b、32b…水流誘導部、3,53,73,83,93…翼、5,15…ボス、7…回転軸、7a…ハブ、7c…伝達軸、8…発電機、32c…上流側外形部分、32d…下流側外径部分、9…下流側ナセル、73a…翼の中央部分、F1…水流(海流)、F2,F5…水流。   10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ... water current generator, 2, 32 ... nacelle, 2b, 32b ... water flow guide, 3, 53, 73, 83, 93 ... wings, 5, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Boss, 7 ... Rotating shaft, 7a ... Hub, 7c ... Transmission shaft, 8 ... Generator, 32c ... Upstream external part, 32d ... Downstream outer diameter part, 9 ... Downstream nacelle, 73a ... Central part of wing | blade F1, water current (ocean current), F2, F5 water current.

Claims (8)

発電機側に動力を伝達する回転軸と、
前記回転軸に対して基端部側が一体的に固定され、水流を受けて前記回転軸と共に回転する翼と、
前記発電機を内蔵し前記翼よりも前記水流の上流側に設けられた筐体と、
前記筐体の外形部分によって構成され、当該筐体で受けた前記水流を放射状に広げるようにして前記翼の先端部側方向に誘導する水流誘導部と、
を具備する水流発電装置。
A rotating shaft that transmits power to the generator side;
A wing that is integrally fixed to the rotating shaft with respect to the rotating shaft, rotates with the rotating shaft under a water flow;
A housing containing the generator and provided on the upstream side of the water flow from the wing;
A water flow guiding portion that is configured by an outer portion of the housing and guides the water flow received in the housing in a radial direction so as to spread radially;
A water current generator comprising:
前記水流誘導部は、前記水流の上流側から下流側に向かうにつれて前記筐体の前記外形部分における外周長が増大して行く形状で構成されている、
請求項1記載の水流発電装置。
The water flow guide portion is configured in a shape in which the outer peripheral length of the outer portion of the housing increases from the upstream side to the downstream side of the water flow.
The water current power generator according to claim 1.
前記水流誘導部において前記外周長の増大して行く比率は、前記水流の上流側から下流側に向かうにつれて増加する、
請求項2記載の水流発電装置。
The ratio of the outer peripheral length increasing in the water flow guide portion increases from the upstream side to the downstream side of the water flow,
The water current generator according to claim 2.
前記筐体の外形部分は、前記水流の上流側に配置される上流側外形部分と前記水流の下流側に配置される下流側外形部分とに区分され、
前記水流誘導部は、前記下流側外形部分によって構成されている、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の水流発電装置。
The outer shape portion of the housing is divided into an upstream outer shape portion arranged on the upstream side of the water flow and a downstream outer shape portion arranged on the downstream side of the water flow,
The water flow guiding portion is configured by the downstream outer shape portion,
The water current generator according to any one of claims 1 to 3.
前記翼は、基端部側よりも先端部側が前記水流の下流側に位置する形状で構成されている、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の水流発電装置。
The wing is configured in such a shape that the tip end side is located on the downstream side of the water flow from the base end side.
The water current power generator according to any one of claims 1 to 4.
前記翼は、基端部側よりも先端部側が前記水流の上流側に位置する形状で構成されている、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の水流発電装置。
The wing is configured in such a shape that the tip end side is located on the upstream side of the water flow than the base end side.
The water current power generator according to any one of claims 1 to 4.
前記翼の長さ方向における中央部分には、前記翼の回転方向と相対する方向に前記中央部分を膨出させるようにスキュー角が付与されている、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の水流発電装置。
A skew angle is given to the central portion in the length direction of the wing so as to bulge the central portion in a direction opposite to the rotation direction of the wing.
The water current generator according to any one of claims 1 to 6.
前記翼の全体には、前記翼の基端部側よりも先端部側を、より前記翼の回転方向に後退させるようにスキュー角が付与されている、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の水流発電装置。
The entire wing is provided with a skew angle so that the tip side is more receded in the direction of rotation of the wing than the base end side of the wing.
The water current generator according to any one of claims 1 to 6.
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