JP2015200233A

JP2015200233A - 発電装置

Info

Publication number: JP2015200233A
Application number: JP2014079797A
Authority: JP
Inventors: 滋林田; Shigeru Hayashida
Original assignee: Nagasaki Institute of Applied Science
Current assignee: Nagasaki Institute of Applied Science
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】液体の流れによって発電する発電装置のタービンが破損する可能性を小さくする【解決手段】海中に浮遊する発電装置に、タービン４０と発電機３６とナセル２０と水平翼６０とを備える。ナセル２０の内部には発電機３６が収められる。発電機３６は、潮流によるタービン４０の回転によって発電する。ナセル２０の外面には、係留索８０を取り付ける係留索取付部７０が設けられている。水平翼６０は、潮流によって上向きの力を発生する。発電装置の重心は海中での浮力の作用線上に位置する。その作用線上に係留索取付部７０および水平翼６０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、液体の流れによって発電する発電装置に関する。

潮流発電は、海水の流れが持つ運動エネルギーを電力に変換するものである。潮流発電装置としては、海底のアンカーに取り付けられた係留索によって係留されて、海中に浮遊しているものがある。この海中浮遊式の潮流発電装置は、潮流によってタービンを回し、その回転で発電機によって発電する。発電した電力は、係留索に沿って延びる送電ケーブルによって陸上まで送電される。

特開２０１３−２１７３３３号公報

海中に浮遊し係留索につながれた潮流発電装置は、潮流によってタービンが流れの向き力を受けると、その力と係留索からの潮流の流れの方向の力が釣り合うまで下流側に移動する。この際、係留索はほとんど伸びないことから、潮流発電装置は海底に近づいていくこととなる。潮流が過度に大きくなると、潮流発電装置は海底に近づき、タービンが海底に衝突し、破損するおそれがある。

そこで、本発明は、液体の流れによって発電する発電装置のタービンが破損する可能性を小さくすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、液体中に浮遊する発電装置において、タービンと、前記タービンの回転によって発電する発電機と、前記発電機を収納し係留索を取り付ける係留索取付部が外面に設けられたナセルと、前記液体の流れによって上向きの力を発生する水平翼と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、液体の流れによって発電する発電装置のタービンが破損する可能性が小さくなる。

本発明に係る発電装置の一実施の形態の側面図である。本発明に係る発電装置の一実施の形態の上面図である。本発明に係る発電装置の一実施の形態の据え付けの手順を示す模式的側面図である。

本発明に係る発電装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施の形態の発電装置の側面図である。図２は、本実施の形態の発電装置の上面図である。

本実施の形態の発電装置１０は、ナセル２０と、シャフト３０と、タービン４０と、を有している。ナセル２０は、先端が半球状で、その後方が円筒状に形成されている。ナセル２０の先端の半球状部分の内部には、第１の空気室２１が形成されている。

ナセル２０の円筒状部分は、太径部とその後方の細径部とに分けられる。ナセル２０の円筒状部分の太径部分の内部には、機械室２４が形成されている。ナセル２０の円筒状部分の太径部と細径部の間には、径が徐々に小さくなるテーパー部が形成されている。このテーパー部の内部には、第２の空気室２２が形成されている。

細径部の内部には、第３の空気室２３が形成されている。第２の空気室２２は、第３の空気室２３の一部を囲むように設けられている。第３の空気室２３は、内部に貫通部が形成されるように機械室２４から延びている。

第１の空気室２１および第２の空気室２２には、気体導入口２５が形成されている。第３の空気室２３にも気体導入口が形成されていてもよい。

機械室２４の内部には、発電機３６が収められている。シャフト３０は、第３の空気室２３の内部の貫通部を通過するように延びている。シャフト３０の一方の端部は、タービン４０に接続されている。シャフト３０のタービン４０とは反対側の端部は、増速器３２および回転伝達機３４を介して発電機３６に接続されている。増速器３２および回転伝達機３４は、機械室２４に収められている。

ナセル２０の下部には、係留索取付部７０が設けられている。係留索取付部７０には係留索８０が取り付けられている。係留索８０に並行して電線８１が延びている。電線８１の一方の端部は、接続箱３８に接続されている。接続箱３８は、発電機３６と電力伝達部３９で接続されている。

ナセル２０の後方には、垂直尾翼５０が設けられている。垂直尾翼５０の長さは、タービン４０の一枚の翼の長さよりも長い。つまり、タービン４０の下端は、垂直尾翼２５の下端よりも上方になる。

ナセル２０の上面には水平翼６０が設けられている。水平翼６０は、流体中に配置されたときに上向きの力を発生する形状となっている。この発電装置１０は、海中など流れのある液体中に配置され、タービン４０の回転が発電機３６に伝達されて発電する。

図３は、本実施の形態の発電装置の据え付けの手順を示す模式的側面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、工場などにおいて、発電装置１０を組み立てる。この際、タービン４０および水平翼６０をナセル２０から取り外した状態としておいてもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、トラック９０などによって、発電装置１０を据え付け場所の近傍まで輸送する。トラック９０にはクレーンを備えたものを用いる。その後、図３（ｃ）に示すように、トラック９０のクレーンで発電装置１０をトラック９０から降ろす。トラック９０から発電装置１０を降ろしたところで、必要に応じて組み立てなどの作業を行う。

図３（ｄ）に示すように、トラック９０から降ろされた発電装置１０は、海に降ろされる。この際、空気室２１，２２，２３には、空気を入れた状態としておく。海に降ろされた発電装置１０は、空気室２１，２２，２３などの浮力によって、海面９２に浮く。

図３（ｅ）に示すように、海面９２に運ばれた発電装置１０は、ボート９１などによって海面９２に浮かんだ状態で、据え付け場所まで曳航される。発電装置１０を据え付け場所まで運んだら、気体導入口２５を開き、また、図示しない気体排出口を開き、海水が空気室２１，２２に注入される。その結果、図３（ｆ）に示すように、据え付け場所まで運ばれた発電装置１０は、海中に沈降していく。発電装置１０を海中に沈降させる際には、ダイバー９５が付き添う。

図３（ｇ）に示すように、発電装置１０が所定の深さまで沈降したら、ダイバー９５は、海底９３に固定されたアンカー９４から延びる係留索８０の一方の端部を発電装置１０の係留索取付部７０に取り付ける。また、ダイバー９５は、気体導入口２５を開いて、空気ボンベから空気室２１，２２に空気を導入する。これにより、発電装置１０に働く重力および浮力と係留索８０から引っ張られる力とが釣り合い、流れがない場合、発電装置１０は、海底９３から係留索８０の長さ分だけ上方に浮いた位置で静止する。

したがって、空気室２１，２２に空気を導入した際の浮力を考慮した発電装置１０の重心は、係留索取付部７０の上方に位置するようにしておく。機械室２４には発電機３６などの重量物を収めているため、空気室２１，２２は少なくとも機械室２４の前後に設ける必要がある。空気室２１，２２への空気の導入量、すなわち、空気室２１，２２内の海水の残存量によって、浮力を考慮した発電装置１０の重心位置を調整してもよい。

潮流がある場合、タービン４０は、流れの方向に力を受ける。その結果、図３（ｈ）に示すように、発電装置１０は、係留索８０が斜めになるような位置で静止する。この際、発電装置１０に働く重力および浮力、水平翼６０に働く上向きの力、タービン４０に働く水平方向の力、ならびに、係留索８０から与えられる流れの反対側の下方に向かう力が釣り合うこととなる。水平翼６０に働く上向きの力によって、発電装置１０に係留索取付部７０を中心としたモーメントが働かないように、水平翼６０は実質的に係留索取付部７０の上方に設けておく。

潮流がない状態で発電装置１０に働く重力および浮力の合力を係留索８０による引張力で釣り合うようにしていた場合、水平翼６０がないと、潮流によってタービン４０に働く抵抗力によって発電装置１０はアンカー９４を中心にして回動し、潮流が大きければ海底９３に衝突する。しかし、本実施の形態の発電装置１０は、水平翼６０を有しているため、潮流が発生すると、タービン４０に流れの方向の力が働くとともに、上向きの力が生じる。さらに、潮流が大きくなり、タービン４０が受ける力が大きくなると、それに伴って、水平翼６０によって生じる上向きの力も大きくなる。その結果、発電装置１０が海底９３に近づいて衝突するおそれは小さくなる。

また、本実施の形態の発電装置１０は、空気室２１，２２に空気を入れた状態では水面に浮き、空気室２１，２２に海水を入れた状態では海水中に沈むようになっている。このため、工場で製造して海岸に移動させた後据え付け位置まで輸送する際には、海面９２に浮かせた状態で曳航できる。このため、運搬が容易である。

据え付け位置に移動させた後には、空気室２１，２２に周囲の海水を流し込むだけで、発電装置１０を沈降させることができる。所定の深さまで沈降した後に、ダイバー９５が潜水のために必要で携行しているボンベから空気を空気室２１，２２に流し込むことにより、発電装置１０は所定の浮力を簡単に得ることができる。このように本実施の形態の発電装置１０は、組み立てや据え付けが容易である。

本実施の形態では、発電装置１０にタービン４０よりも長い垂直尾翼５０を設けている。このため、潮流が大きくタービン４０が受ける力が大きくなって、発電装置１０が海底９３に近づいても、タービン４０が直接海底９３に衝突して破損するおそれは小さくなる。

係留索取付部７０は、ナセル２０の軸に対して垂直な軸に対して回転可能に設けられている。このため、潮流の向きが変化した場合であっても、係留索８０のねじれが蓄積する可能性は小さい。また、係留索８０に並行する電線８１は、接続箱３８とスリップリングなどで接続することにより、ナセル２０の回転によってねじれが蓄積しないようにしておくとよい。電線８１によって取り出された電力は、海底ケーブル（図示せず）によって陸上の受電施設に送られる。また、ここでは、１台の発電装置１０を据え付けることとしているが、複数の発電装置１０を所定の間隔を挟んで配置し、送電のための海底ケーブルを共有してもよい。

１０…発電装置、２０…ナセル、２１…空気室、２２…空気室、２３…空気室、２４…機械室、２５…気体導入口、３０…シャフト、３２…増速器、３４…回転伝達機、３６…発電機、３８…接続箱、３９…電力伝達部、４０…タービン、５０…垂直尾翼、６０…水平翼、７０…係留索取付部、８０…係留索、８１…電線、９０…トラック、９１…ボート、９２…海面、９３…海底、９４…アンカー、９５…ダイバー

Claims

液体中に浮遊する発電装置において、
タービンと、
前記タービンの回転によって発電する発電機と、
前記発電機を収納し係留索を取り付ける係留索取付部が外面に設けられたナセルと、
前記液体の流れによって上向きの力を発生する水平翼と、
を有することを特徴とする発電装置。
前記発電装置の重心は前記液体中での浮力の作用線上に位置し、その作用線上に前記係留索取付部および前記水平翼が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記ナセルの内部には、前記液体を導入可能な空気室が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電装置。
前記空気室は複数であって、それぞれ独立して前記液体を導入可能に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。