JP2014227988A - 潮流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潮流のエネルギを利用して発電する潮流発電装置について、設備コストを安価にし、船舶の航行を阻害しないようにする。【解決手段】潮流を受けて回転する軸流形のプロペラ１と、プロペラ１に連結されプロペラ１の回転エネルギを電気エネルギに変換する発電ユニット２と、海底Ｅから立設されプロペラ１，発電ユニット２を支持する支柱３と、プロペラ１のブレード１ｂの海面Ｗよりの深さａ，ｂを可変するブレード深度調整機構４とを備えている。ブレード深度調整機構４は、プロペラ１のブレード１ｂと回転軸１ａとの間に設けられ少なくとも１枚のブレード１ｂを自重により独立して下方へ回転させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、潮流のエネルギを利用して発電する潮流発電装置に係る技術分野に属する。

海洋の潮流のエネルギは、陸上，海上の風のエネルギと異なって方向性について規則性をもっている。特に、海峡においては、潮流の干満へ移行する際の流速エネルギが大きい。このため、潮流のエネルギを有効利用すると、安定的な発電を実現することができるとされている。

従来、潮流発電装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１には、海域に臨む陸上等に構築され潮流が導入される水路に発電機を設備した潮流発電装置が記載されている。

特許文献１に係る潮流発電装置は、水路を構築して発電のための潮流を導入することで、海域における船舶の航行を阻害しないようにするものである。

特開平５−２６３４１３号公報

特許文献１に係る潮流発電装置では、陸上等で大規模な土木工事を行って発電のための潮流を導入する水路を構築しなければならないため、設備コストが嵩むという問題点がある。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたもので、設備コストが安価でしかも船舶の航行を阻害することのない潮流発電装置を提供することを課題とする。

前述の課題を解決するため、本発明に係る潮流発電装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。

即ち、請求項１では、潮流を受けて回転する軸流形のプロペラと、プロペラに連結されプロペラの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電ユニットと、海底から立設されプロペラ，発電ユニットを支持する支柱と、プロペラのブレードの海面よりの深さを可変するブレード深度調整機構とを備え、ブレード深度調整機構はプロペラのブレードと回転軸との間に設けられ少なくとも１枚のブレードを自重により独立して下方へ回転させるものであることを特徴とする。

この手段では、海域に臨む陸上等で大規模な土木工事を行うことなく、プロペラのブレードの海面よりの深さを可変するブレード深度調整機構を備えることで、船舶が海域を航行する際にプロペラのブレードの海面よりの深さが深くなるように調整することができる。また、ブレード深度調整機構がプロペラの１枚のブレードの自重による独立した下方への回転として構成されて大きな駆動力を不要にしている。

また、請求項２では、請求項１の潮流発電装置において、ブレード深度調整機構は潮流を受けたプロペラの回転により独立して下方へ回転されたブレードを正規の位置に復帰させるものであることを特徴とする。

この手段では、ブレード深度調整機構が潮流を受けたプロペラの回転によりブレードを正規の位置に自動的に復帰させる。

また、請求項３では、請求項２の潮流発電装置において、ブレード深度調整機構はプロペラの、独立して下方へ回転されるブレードと他のブレードとを連結ピンにより連結，離脱させるものであることを特徴とする。

この手段では、ブレード深度調整機構がプロペラのブレードを連結ピンにより連結，離脱させる。

本発明に係る潮流発電装置は、海域に臨む陸上等で大規模な土木工事を行うことなく、プロペラのブレードの海面よりの深さを可変するブレード深度調整機構を備えることで、船舶が海域を航行する際にプロペラのブレードの海面よりの深さが深くなるように調整することができるため、設備コストが安価でしかも船舶の航行を阻害することがない効果がある。また、ブレード深度調整機構がプロペラの１枚のブレードの自重による独立した下方への回転として構成されて大きな駆動力を不要にしているため、船舶の航行から回避するための駆動力が少なくてすむ効果がある。

さらに、請求項２として、ブレード深度調整機構が潮流を受けたプロペラの回転によりブレードを正規の位置に自動的に復帰させるため、プロペラのブレードの復帰のための駆動力が不要になる効果がある。

さらに、請求項３として、ブレード深度調整機構がプロペラのブレードを連結ピンにより連結，離脱させるため、簡単な構造で確実にプロペラの１枚のブレードを他のブレードに連結，離脱させることができる効果がある。

本発明に係る潮流発電装置を実施するための形態の正面図である。 図１の側面図である。 図２の制御系を示す図である。 図２の要部の拡大断面図である。 図４のＸ−Ｘ線断面図である。 図４の他動作図であり、（Ａ），（Ｂ）に動作順が示されている。 図４への復帰を示す動作図である。

以下、本発明に係る潮流発電装置を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

この形態は、図１，図２に示すように、プロペラ１，発電ユニット２，支柱３，ブレード深度調整機構４を主要部として構成されている。

プロペラ１は、回転軸１ａに複数枚（図面では３枚）のブレード１ｂが取付けられた軸流形からなる。軸流形のプロペラ１は、風力発電の風車と同様に流体の流通エネルギを効率的に受けることができるのが特徴であり、海洋の潮流Ｃを受けて基本的には水平方向へ軸線が配設された回転軸１ａを中心として回転する。

発電ユニット２は、プロペラ１の回転軸１ａに連結されプロペラ１の回転エネルギを電気エネルギに変換するもので、調速機構，発電機構，変電機構等を内蔵し、潮流抵抗を減じた流線形のドラム構造の外装が水密に構成されている。この発電ユニット２には、図示しない送電線が接続されている。

支柱３は、海底Ｅに構築された基礎５に立設され、プロペラ１，発電ユニット２を安定的に強固に支持している。

ブレード深度調整機構４は、図４に詳細に示されるように、プロペラ１のブレード１ｂの海面Ｗよりの深さａ，ｂを可変するもので、プロペラ１の回転軸１ａにベアリング４ａを介して自由回転可能に支持されプロペラ１の１枚のブレード１ｂが固定された円盤形の第１のボス部４ｂと、第１のボス部４ｂに隣接されプロペラ１の回転軸１ａに固定されプロペラ１の残る他のブレード１ｂが固定された円盤形の第２のボス部４ｃと、第１のボス部４ｂの軸方向に貫通取付けされた第１のガイド筒４ｄと、第１のガイド筒４ｄと共通の軸線上で第２のボス部４ｃの軸方向に貫通取付けされた第２のガイド筒４ｅと、第１のガイド筒４ｄの内部に収容された第１のコイルスプリング４ｆと、第２のガイド筒４ｅの内部に収容された第２のコイルスプリング４ｇと、第１のガイド筒４ｄ，第２のガイド筒４ｅの双方の内部にスライド可能な連結ピン４ｈと、発電ユニット２の内部に収容されて連結ピン４ｈを軸方向へスライド駆動するシリンダ４ｉと、第１のボス部４ｂの第２のボス部４ｃに対面する面にリング状に配設され連結ピン４ｈの先端部（図面右側の発電ユニット２側）の摺動を受ける摺動受面４ｊ（図５参照）とからなる。

なお、このブレード深度調整機構４の第１のガイド筒４ｄ，第２のガイド筒４ｅ，連結ピン４ｈ，摺動受面４ｊは、貝類等の付着を防止して平滑面を維持するための防汚材（例えば、シリコーン）で形成されるか防汚材（剤）で表面処理されている。第１のガイド筒４ｄの先端部には、シリンダ４ｉのシリンダシャフトが挿通される挿通孔４ｋが設けられている。第２のガイド筒４ｅの後端部には、水抜孔４ｌが設けられている。第１のコイルスプリング４ｆ，第２のコイルスプリング４ｇは、通常時に、連結ピン４ｈを第１のガイド筒４ｄ，第２のガイド筒４ｅの双方に均等に挿通された状態とするように弾性，軸長が調整されている。第１のコイルスプリング４ｆは、最大伸張した際に第１のガイド筒４ｄから突出しない軸長に設定（図６参照）されている。シリンダ４ｉは、シリンダシャフトが連結ピン４ｈの先端部を第２のボス部４ｃ近くまでスライドさせるストロークを有するように設定されている。

さらに、この形態では、支柱３の上端部付近に旋回台６が装備され、支柱２の上端部側（プロペラ１，発電ユニット２を含めて）が垂直方向の軸線を中心として回転（旋回）されるようになっている（図２参照）。そして、旋回台６には、支柱２の上端部側を回転駆動する駆動モータ７が連結されている。

さらに、プロペラ１の回転軸１ａの突出端には、潮流ｘの強弱を検出する潮流検出センサ８が取付けられている。また、発電ユニット２の外装には、近接する船舶Ｓを検出するソナー等からなる船舶検出センサ９が取付けられている。

なお、図３に示すように、前述のブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉと旋回台６の駆動モータ７と潮流検出センサ８と船舶検出センサ９とは、陸上等に設備された管理センタに装備された管理コンピュータ１０に接続されている。

管理コンピュータ１０は、マイクロプロセッサを有して潮流検出センサ８と船舶検出センサ９とに接続され各種の演算，指示等を行う中央制御部１０ａに対して、ブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉと旋回台６の駆動モータ７とを駆動制御するドライバ１０ｂ，１０ｃと、各種のデータが記憶されたデータベース１０ｄとが接続されている。中央制御部１０ａは、潮流検出センサ８，船舶検出センサ９の検出信号とデータベース１０ｄのデータに基づいて、ドライバ１０ｂ，１０ｃにブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉと旋回台６の駆動モータ７との駆動を制御する指示を行うように設定されている。例えば、暦的な潮流ｘの向きの変化のデータや潮流検出センサ８の検出信号から、プロペラ１を効率的な回転が得られる方向へ向けるように、経時的にドライバ１０ｃに旋回台６の駆動モータ７を駆動する指示を行う(図２参照)。また、船舶Ｓの航行のデータや船舶が近接した船舶検出センサ９の検出信号から、プロペラ１をブレード１ｂの海面Ｗよりの深さａ，ｂを可変するように、ドライバ１０ｂにブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉを駆動する指示を行う。

この形態によると、プロペラ１は、第１図に実線で示される状態（ブレード１ｂの海面Ｗよりの深さａ）で発電を実施する。このとき、ブレード深度調整機構４の連結ピンｈが第１のガイド筒４ｄ，第２のガイド筒４ｅの双方に挿入されて第１のボス部４ｂ，第２のボス部４ｃを連結し第２のボス部４ｃの自由回転を阻止しているため、プロペラ１が正規の位置（１２０度の角度を介した３枚）にあるブレード１ｂによって回転される。そして、船舶が近接した場合には、プロペラ１は、ブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉの駆動によって、第１図に二点鎖線で示される状態となる（ブレード１ｂの海面Ｗよりの深さｂ）。

即ち、船舶が近接した場合には、まずブレード深度調整機構４の第１のボス部４ｂに固定されているプロペラ１のブレード１ｂが最も水深の浅い状態（深さａ）となるように、プロペラ１の回転をロックする。

続いて、図６（Ａ）に示すように、ブレード深度調整機構４のシリンダ４ｉを駆動してシリンダシャフトで連結ピン４ｈを第２のボス部４ｃ側に押込む。そして、シリンダ４ｉのシリンダシャフトを迅速に後退させる。

この結果、ブレード深度調整機構４の連結ピンｈによる第１のボス部４ｂ，第２のボス部４ｃの連結が解除される。即ち、ブレード深度調整機構４の第２のボス部４ｃがプロペラ１の回転軸１ａに対して自由回転可能な状態となる。従って、図６（Ｂ）に示すように、ブレード深度調整機構４の第２のボス部４ｃに固定されているプロペラ１のブレード１ｂが自重によって下方へ回転される。なお、ブレード深度調整機構４の連結ピンｈが１つの第２のコイルスプリング４ｇのみによって後端部側から弾圧され先端部側に水圧が作用していることから、シリンダ４ｉのシリンダシャフトが後退された後、連結ピンｈが急速に第１のボス部４ｂ側に復帰することがなく、第２のボス部４ｃの自由回転が確実に確保される。

このブレード深度調整機構４の動作によって、船舶Ｓの喫水ｃよりもプロペラ１のブレード１ｂの海面Ｗよりの深さｂが深くなることによって、最も海面Ｗに向けて突出しているプロペラ１のブレード１ｂによって船舶Ｓの航行が阻害されなくなる。

この形態の構成は、前述の特許文献１に記載の構成ように海域に臨む陸上等で大規模な土木工事を行う必要がないことから、設備コストを安価にすることができる。また、ブレード深度調整機構４がプロペラの１枚のブレード１ｂの自重による独立した下方への回転として構成されて大きな駆動力を不要にしているため、船舶Ｓの航行から回避するための駆動力が少なくてすむことになる。

航行する船舶Ｓを回避した後には、プロペラ１の回転のロックを解除する。

この結果、図７に示すように、ブレード深度調整機構４の第１のボス部４ｂに固定されているプロペラ１のブレード１ｂが回転することによって、連結ピン４ｈが摺動受面４ｊを摺動して再び第１のガイド筒４ｄに進入して第１のボス部４ｂ，第２のボス部４ｃを連結させることになる。即ち、プロペラ１のブレード１ｂが正規の位置に復帰される。

この形態では、ブレード深度調整機構４が潮流を受けたプロペラ１の回転によりブレード１ｂを正規の位置に自動的に復帰させるため、プロペラ１のブレード１ｂの復帰のための駆動力が不要になる。また、ブレード深度調整機構４がプロペラ１のブレード１ｂを連結ピン４ｈにより連結，離脱させるため、簡単な構造で確実にプロペラ１の１枚のブレード１ｂを他のブレード１ｂに連結，離脱させることができる。

以上、図示した各例の外に、船舶検出センサ９に代えて、人工衛星からの船舶Ｓの航行に関するＧＰＳ情報を入手するように構成することも可能である。

本発明に係る潮流発電装置は、小規模発電から大規模発電まで適用することが可能である。

１
プロペラ
１ａ 回転軸
１ｂ ブレード
２ 発電ユニット
３ 支柱
４ ブレード深度調整機構
Ｅ 海底
Ｓ 船舶
ａ，ｂ 深さ

Claims (3)

1. 潮流を受けて回転する軸流形のプロペラと、プロペラに連結されプロペラの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電ユニットと、海底から立設されプロペラ，発電ユニットを支持する支柱と、プロペラのブレードの海面よりの深さを可変するブレード深度調整機構とを備え、ブレード深度調整機構はプロペラのブレードと回転軸との間に設けられ少なくとも１枚のブレードを自重により独立して下方へ回転させるものであることを特徴とする潮流発電装置。
2. 請求項１の潮流発電装置において、ブレード深度調整機構は潮流を受けたプロペラの回転により独立して下方へ回転されたブレードを正規の位置に復帰させるものであることを特徴とする潮流発電装置。
3. 請求項２の潮流発電装置において、ブレード深度調整機構はプロペラの、独立して下方へ回転されるブレードと他のブレードとを連結ピンにより連結，離脱させるものであることを特徴とする潮流発電装置。