JP2016040465A

JP2016040465A - 水流発電機およびこれを用いた潮流発電方法

Info

Publication number: JP2016040465A
Application number: JP2015031837A
Authority: JP
Inventors: 輝一松村; Terukazu Matsumura
Original assignee: MATSUMURA KK
Current assignee: MATSUMURA KK
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: JP6277558B2

Abstract

【課題】装置を大きくすることなく、しかも水流による起動力を効率的に使用できる水流発電機およびこれを用いた潮流発電方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
この発明の水流発電機１は水流と同方向の回転軸を有するタービン２と、タービン２と同軸に設けられる円錐状の集水部材３と、集水部材３の内壁で軸方向に対して傾斜して設けられた複数のガイド板９と、タービン２の上部に設けられた発電機４を有し、軸方向に対するガイド板９の傾きがタービンブレード５の傾きと逆方向である。
【選択図】図１

Description

この発明は、水流を利用して発電する技術に関するものであり、特に、潮流発電に関する。

地球温暖化の問題によって従来の火力発電の増設は難しくなり、さらに原発の事故に依り放射能汚染等が深刻化しつつある中で、再生可能な自然エネルギーの開発が望まれている。しかも、これまでのようなコストの高い再生可能エネルギーではなく、安い自然エネルギーが望まれる。

水流により動力を得るものとしては、従来より水車のように水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸を有するが利用されている。また、特許文献１〜５には、水流と同方向の回転軸を有する発電装置が記載されている。

特開２００５−２４０７８６号公報登録実用新案第３１４３１８９号公報特表２０１１−５１８９７６号公報実開昭５８−０６２１７９号公報特許第５０７３０８７号公報

特許文献１〜５に記載の発電装置は、水流と同方向の回転軸を有するものであり、多くの水流を利用できる。さらに特許文献１や特許文献５などでは、入口が開いた集水部材が用いられており、より多くの水を利用できるようになっている。

しかし、化石燃料による発電コストは自然エネルギーに比べてまだ小さく、そのため、自然エネルギーは普及しにくくなっている。そこで、より効率のよい水流発電機が求められる。この発明は、装置を大きくすることなく、しかも水流による起動力を効率的に使用できる水流発電機およびこれを用いた潮流発電方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明の水流発電機は水流と同方向の回転軸を有するタービンと、タービンと同軸に設けられる円錐状の集水部材と、集水部材の内壁で軸方向に対して傾斜して設けられた複数のガイド板と、タービンの上部に設けられた発電機と、タービンの外周にかけられタービンの回転を発電機に伝達するチェーンを有し、軸方向に対するガイド板の傾きがタービンの羽根の傾きと逆方向である。

集水部材の入口に異物侵入防止フードが設けられていることが好ましい。また、タービンと集水部材と発電機を支持する架台と、架台に設けられたフロートと、架台に設けられたアンカーを有し、架台はアンカーに対して方向可変に接続されていることが好ましい。

さらに、この発明の潮流発電方法は上述の水流発電機を海中に複数設置して発電する。

この発明の水流発電機は集水部材の内壁で軸方向に対して傾斜して設けられた複数のガイド板を有し、タービンブレードに入る前の水流に回転を与え、水流の運動エネルギーを効果的にタービンブレードの回転に利用することができる。

水流発電機を示す正面図である。同左側面図である。水流発電機の主要部を示す縦断面図である。同Ａ−Ａ断面図である。ガイド板を示す平面図である。潮流発電方法を模式的に示す平面図である。

本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、水流発電機を示す正面図、図２は同左側面図である。また、図３は水流発電機の主要部を示す縦断面図、図４は同Ａ−Ａ断面図である。

水流発電機１は、水流と同方向の回転軸を有するタービン２と、タービン２と同軸に設けられる円錐状の集水部材３と、タービン２の上部に設けられた発電機４と、タービンの外周にかけられタービン２の回転を発電機４に伝達するチェーン５を有する。

タービン２は複数枚のタービンブレード６を有する。そして、中心部にはタービンブレードがない空洞部７が形成されている。タービン２は架台８に回転自在に取り付けられている。水流発電機１はタービン２の前に円錐状の集水部材３が設けられている。

水流発電機１はタービン２の前に円錐状の集水部材３が設けられている。この集水部材３はタービン２から遠くなる方に向かって径が広がっている。そして、この集水部材３の内部で、タービン２に近い部分にガイド板９が設けられている。この部分には、中心部に中空の円筒部材１０が設けられており、ガイド板９は円筒部材１０の外壁から集水部材３の内壁にかけて設けられている。複数のガイド板９があり、本例では６枚取り付けられている。

図５はガイド板９を示す平面図である。ガイド板９は２つの円弧と２本の直線で囲まれた形状になっている。２本の直線は平行である。また、２つの円弧は曲率半径が異なる。曲率半径が小さい円弧側が円筒部材１０の外壁に接し、曲率半径が大きい円弧側が集水部材３の内壁に接する。そして、このガイド板９は集水部材の軸方向に対して傾斜して設けられている。その傾きは、タービンブレードの傾きと逆方向である。本例では、ガイド板９が３０°の傾きであるのに対し、タービンブレードは逆方向に４５°傾いている。このガイド板９により、集水部材を通過する水に回転が生じる。この水の回転の向きはタービンの回転を促進する方向である。こうして、水流の運動エネルギーが効果的に活用される。ガイド板９による効率の増加率は水流の速さなどによって変わるが、ガイド板がある場合とない場合で比較したところ、１０％程度、あるはそれ以上の発電量の向上が測定された。

集水部材３の入口には、異物侵入防止フード１１が設けられている。円錐型または四角錐のような形状が適している。本例では、作成が容易な四角錐状のものを用いている。金属パイプなどの部材により四角錐の形状の骨格が形成されている。この四角錐には４つの三角形の面があるが、その各面には、棒状の部材が所定の間隔で格子状に取り付けられている。これにより、水中の大きな浮遊物がタービン２に進入することが防止される。この格子より小さい異物は異物侵入防止フード１１を通過して集水部材を通り、タービン２に向って進行する。しかし、集水部材の中には中空の円筒部材１０が設けられており、また、タービン２にもタービンブレードがない空洞部７が形成されているので、ほとんどの異物はここを通って外に排出される。

タービン２と集水部材３と発電機４は架台８によって支持されている。そして、その架台８にはフロート１５が設けられていて、この水流発電機全体が水上に設置できるようになっている。架台８には発電機支持塔１２が設けられていて、この発電機支持塔１２の上部に発電機４が設けられる。水流発電機が水上に設置されたとき、異物侵入防止フード１１、タービン２および集水部材３は完全に水中にあり、発電機４は水上に保持される。発電機支持塔１２に沿ってはしごを設けることにより、作業者が発電機４まで上ることができ、点検や保全を行うことができる。

また、水流発電機１にはアンカー１３が接続される。ここで、架台８はアンカー１に対して方向可変に接続される。本例では、１基の水流発電機１に対して１本の保留用チェーン１４が取り付けられていて、その保留用チェーン１４に１基のアンカー１３が接続されている。したがって、水流発電機１は保留用チェーン１４の長さにより限定された範囲内でしか移動できないが、向きは自由に変えることができる。そのため、海上に設置した場合、海流の向きに合わせて回転し、集水部材３の入口は常に潮流に向いて状態になる。海流の向きが変化しても、常に海流を導入して効率的な発電が行える。

この水流発電機１を用いた発電方法について説明する。この水流発電機１は設置場所や流量に合わせて、その規模を自由に選択できる。十分な流量があれば、海洋でも河川でも使用できる。ここでは、海上に設置して潮流発電を行う例で説明する。

図６は潮流発電方法を模式的に示す平面図である。大規模な発電を行う場合は、海流のある海域に設置することが好ましい。日本の周辺であれば、日本近海大陸棚（水深５０ｍ〜２００ｍ）で東から房総半島、伊豆半島、紀伊半島、室戸半島、足摺岬などの近辺や、日向灘などが適している。

水流発電機１として、直径８０００ｍｍのタービンを使用すると、１０００〜５０００ＫＷの発電容量となる。これを２００基設置することにより最大１００万ＫＷの発電容量が得られ、大型の原子炉１基分に相当する。１基の水流発電機に対して１００ｍ四方のスペースを確保する。一つの列に１００ｍ間隔で１０基を並べる。さらに列同士の間隔を１００ｍにして２０列を並べる。このとき、一つの列において水流発電機１が、隣の列における２つ水流発電機の中間となる位置に揃えるようにする。こうして、幅１ｋｍで長さ２ｋｍの海域に２００基の水流発電機１が千鳥状に配置される。この配置により、潮流を効果的に利用することができる。

電力はケーブルによって消費地まで送られる。保留用チェーンに沿って海底までケーブルを設置し、そこから海底ケーブルで送電される。本例の潮流発電方法によれば、小さな設備費用で設置できる。例えば、同規模の原子力発電所よりもはるかに小さい費用で済む。

海洋では、漁業権、船舶運行権、その他の法律による規制があるが、海流による潮流を得られる海域は十分広いので、規制に対応できる場所は容易に確保できる。また、この水流発電機１の大きさおよび台数は、その海域の大きさや潮流の量、さらに所望の発電量に合わせて適宜選択すればよい。この発明の水流発電機１は１基でも十分な発電ができるので、さまざまな場所に使用することができるので、水流発電機１を増減することにより、それぞれの場所に合った発電が行える。

このように、この発明の水流発電機を潮力発電機として実施することにより、日本の周囲に広がる広範な海域で発電することができる。潮流を利用した発電なので、二酸化炭素を排出せず、周囲の環境を悪化させることもない。

１．水流発電機
２．タービン
３．集水部材
４．発電機
５．チェーン
６．タービンブレード
７．空洞部
８．架台
９．ガイド板
１０．円筒部材
１１．異物侵入防止フード
１２．発電機支持塔
１３．アンカー
１４．係留用チェーン
１５．フロート

Claims

水流と同方向の回転軸を有するタービンと、タービンと同軸に設けられる円錐状の集水部材と、集水部材の内壁で軸方向に対して傾斜して設けられた複数のガイド板と、タービンの上部に設けられた発電機を有し、軸方向に対するガイド板の傾きがタービンブレードの傾きと逆方向である水流発電機。
集水部材の入口に異物侵入防止フードが設けられている請求項１に記載の水流発電機。
タービンと集水部材と発電機を支持する架台と、架台に設けられたフロートと、架台に設けられたアンカーを有し、架台はアンカーに対して方向可変に接続されている請求項１または請求項２に記載の水流発電機。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水流発電機を海中に複数設置して発電する潮流発電方法。