JP2018168762A - 潮流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して水中に設置でき、且つ、設置作業や保守点検作業が容易な潮流発電装置の提供。【解決手段】潮流発電装置１は、水中に立設された管体４と、管体内に昇降可能に挿入された発電ユニット５と、発電ユニット５を昇降させる昇降手段とを備え、管体４には、所定の高さに形成された開口１２ａからなる通水部１２を備え、発電ユニット５は、通水部１２の位置に合わせて設置され、通水部１２を通る潮流により発電機が駆動するようにしている。【選択図】図１

Description

本発明は、潮流を利用して発電する潮流発電装置に関する。

近年、再生可能エネルギーを利用した発電装置が注目されており、その一つとして、水中に発電ユニットを設置し、潮流を利用して発電機を駆動させる潮流発電装置が知られている。

一方、潮流発電装置は、その構造上、潮流が発生する所定の水域に発電ユニットを設置する必要があり、当該水域に安定して発電ユニットを支持する構造体を必要としていた。

また、潮流発電装置では、発電ユニットで発電した電力を水中から地上に送電する設備を必要とするが、そのような送電設備の設置は容易でなかった。

そこで、従来では、発電ユニットを橋脚やその他の水中構造物に支持させることにより、発電ユニットを支持する構造を簡便化するとともに、送電線を水中構造物に支持させることにより送電設備の設置を容易にする取り組みがなされている（例えば、特許文献１を参照）。

この潮流発電装置は、例えば、発電ユニットを構成するタービンの支持軸下端を土台に支持させるとともに、タービン支持軸の上端が支持部材を介して橋脚等の水中構造物に支持させることにより、水中に安定して設置されている。

特開２００５−２１４１４２号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、既存の水中構造物に支持させる場合、支持構造の水中構造物への依存度が高く、発電ユニットを設置する位置の自由度が制限されるという問題がある。

また、水中構造物の当初設計においては、潮流発電装置の設置が想定されていないため、発電ユニットの設置場所によって、潮流に乱れが生じ、安全上は問題なくても橋脚や港湾構造物の安定性が低下するおそれがあった。

さらに、潮流発電装置は、潮流の速い水域に設置される為、発電ユニットの設置や保守点検が容易ではなく、水中構造物に支持させた場合であっても、発電ユニットの設置や保守点検作業のために作業船やクレーンを必要とし、そのためのコストが嵩むという問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、安定して水中に設置でき、且つ、設置作業や保守点検作業が容易な潮流発電装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、潮流を利用した潮流発電装置において、水中に立設された管体と、該管体内に昇降可能に挿入された発電ユニットと、該発電ユニットを昇降させる昇降手段とを備え、前記管体には、所定の高さに形成された開口からなる通水部を備え、前記発電ユニットは、前記通水部の位置に合わせて設置され、該通水部を通る潮流により発電機が駆動するようにした潮流発電装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記昇降手段は、前記発電ユニットに固定された浮力調節可能な浮力調節体を備えていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記発電ユニットは、潮流を受けて回転する回転体と、該回転体の回転軸が接続された発電機とを備え、前記回転体が前記開口の位置に合わせて設置されていることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか一の構成に加え、前記管体の上端部と水中構造物とを連結する連絡通路を備えていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１〜４の何れか一の構成に加え、前記管体は、上部工を支持する杭体であることにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、請求項４又は５の構成に加え、前記連絡通路又は上部工には、前記管体と連通した作業用孔と、該作業用孔を閉鎖する開閉蓋とを備えていることにある。

請求項７に記載の発明の特徴は、請求項１〜６の何れか一の構成に加え、前記管体は、その下端が水底に設置された土台構造体に固定されていることにある。

請求項８に記載の発明の特徴は、請求項１〜６の何れか一の構成に加え、下端が水底部に埋め込まれた固定用管杭を備え、該固定用管杭と前記管体の下端が嵌合していることにある。

本発明に係る潮流発電装置は、請求項１に記載の構成を具備したことによって、管体に案内させて発電ユニットを移動させることができ、潮流の速い水域においても発電ユニットの設置作業や発電ユニットの保守点検作業を容易に行うことができる。また、橋脚や港湾構造物等の水中構造物に依存せずに管体を自立して設置することができるため、設置位置の自由度が高く、橋脚や港湾構造物等の水中構造物と発電装置とを互いに乱れの影響を受け難いように設置することができる。

また、本発明において、請求項２に記載の構成を具備することによって、浮力を利用して小さな力によって管体内で発電ユニットを容易に昇降させることができ、ウインチやクレーン等の装置の小型化を図り、その分のコストを削減することができる。

また、本発明において、請求項３に記載の構成を具備することによって、効率よく潮流を利用して発電することができる。

また、本発明において、請求項４に記載の構成を具備することによって、発電装置をより安定した状態で設置することができる。また、既存の水中構造物を利用して効率的に潮流発電装置及び送電設備の設置ができる。

また、本発明において、請求項５に記載の構成を具備することによって、桟橋等の杭によって支持される構造物に潮流発電装置を組み合わせることができる。

また、本発明において、請求項６に記載の構成を具備することによって、発電ユニットの設置作業や保守点検作業を容易に行うことができ、且つ、管体内への落下防止や見栄えの向上を図ることができる。

また、本発明において、請求項７又は８に記載の構成を具備することによって、管体を自立した状態で立設することができる。

本発明に係る潮流発電装置の一例を示す正面図である。 同上の他の一例を示す正面図である。 同上の他の一例を示す正面図である。 同上の他の一例を示す正面図である。 図１中の発電ユニット設置部分を示す部分拡大断面図である。 同上のＡ-Ａ線矢視断面図である。 発電ユニットの設置作業の状態を示す部分破断断面図である。 本発明に係る潮流発電装置の他の一例を示す正面図である。

次に、本発明に係る潮流発生装置の実施態様を図１〜図８に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１は潮流発電装置、符号２は橋脚や港湾構造物等の水中構造物、符号３は水底、符号ｗは水面である。

尚、本実施例では、主に紙面奥行き方向の潮流を利用する場合を例に説明する。また、本発明において、潮流とは、潮の流れ及び海水の流れのみに限定されず、発電に有用な水流をも含むものとする。

潮流発電装置１は、水中に立設された管体４と、管体４内に昇降可能に挿入された発電ユニット５と、発電ユニット５を昇降させる昇降手段６とを備え、潮流を利用して発電ユニット５を駆動させ、発電するようになっている。

管体４は、鋼管等によって構成され、上端が水面ｗより突出し、下端が水底３部に埋め込まれて自立した状態で立設され、潮流に対抗し、単独で水中において安定した状態を維持できるようになっている。

尚、管体４は、上述の実施例の他、図２に示すように、下端を水底に設置されたコンクリート版等の土台構造体７に固定したもの、図３及び図４に示すように、下端が水底３部に埋め込まれた固定用管杭８を使用し、固定用管杭８と管体４の下端が嵌合しているものであってもよい。

また、管体４は、その上端部と水中構造物２とが連絡通路９によって連結され、より安定した状態で支持されている。

連絡通路９は、平板状に形成され、管体４の上端と連通した作業用孔１０と、作業用孔１０を閉鎖する着脱可能な開閉蓋１１とを備え、開閉蓋１１を開くことによって作業用孔１０を通して管体４内に発電ユニット５を出し入れできるようになっている。

また、この管体４には、所定の高さに形成された開口１２ａ，１２ａからなる通水部１２を備えるとともに、通水部１２の下方に発電ユニット５を支持するストッパー１３を備え、発電ユニット５を通水部１２の位置に合わせて設置できるようになっている。

各開口１２ａ，１２ａは、管体４の外周面において潮流方向、且つ、管体４の管径方向で対称配置に開口し、潮流を妨げないようになっている。

また、開口１２ａ，１２ａの形状は、通水部１２の断面形状が管体４の強度に影響を及ぼさない形状とし、例えば、実施例のように矩形穴状としてもよく、複数のスリットが縦又は横方向に平行に設けてもよい。

ストッパー１３は、円環状に形成され、管体内周面の所定高さ、即ち、開口１３ａよりやや下の位置に固定され、発電ユニット５の下面周縁を支持するようになっている。

発電ユニット５は、図５、図６に示すように、上下に間隔を置いて配置された複数の仕切板１４ａ，１４ａ…及び各仕切板１４ａ，１４ａ間を連結する支柱１４ｂ，１４ｂを有するフレーム１４と、フレーム１４内に配置された回転体１５と、回転体１５の回転軸１６が接続された発電機１７とを備えている。

回転体１５は、両端をフレーム１４の仕切板１４ａ，１４ａに回転自在に支持させた回転軸１６と、回転軸１６に支持されたタービン１８，１８とを備え、タービン１８，１８の回転に伴い回転軸１６が回転するようになっている。

タービン１８は、周方向に間隔をおいて配置された複数の回転翼１８ａ，１８ａ…を備え、通水部１２の開口１２ａ，１２ａを通して回転翼１８ａ，１８ａ…が潮流を受けることにより回転軸１６を所望の方向に回転させるようになっている。

回転翼１８ａは、図６に示すように、流線形断面を有し、潮流を受けて回転軸１６を効率よく回転させるようになっている。

発電機１７は、天板１４ａ上に固定され、回転軸１６の端部が磁気ギア等のギアボックス１９を介して接続されている。そして、回転体１５の回転によって発電し、送電線（特に図示しない）によって電力を送電するようになっている。尚、図中符号２４はブレーキユニットであり、回転軸の回転を制御できるようになっている。

尚、送電線は、管体４内を通して連絡通路９に引き出され、更に、橋脚や港湾構造物等の水中構造物２に支持させて所望の送電先まで延長されている。

昇降手段６は、図７に示すように、連絡通路９上に設置されるウインチ装置２０と、発電ユニット５のフレーム１４下に固定された浮力調節可能な浮力調節体２１とを備えている。

ウインチ装置２０は、作業用孔１０を跨いで設置される門型フレーム２２と、門型フレーム２２に支持されたウインチ２３とを備え、ウインチ２３より繰り出されたワイヤー２３ａの下端に発電ユニット５が接続され、吊り持ちされるようになっている。

浮力調節体２１は、中空状の浮体をもって構成され、浮体内に水等の流体を注排水することによって浮力を調整できるようになっている。

よって、この昇降手段６では、発電ユニット５を下降させる場合、浮力調節体２１内に注水し、浮力を低下させることによって、管体４に案内された状態で自重によって発電ユニット５が下降し、上昇させる場合には、浮力調節体２１内より排水し、浮力を上昇させることによって、浮力が加わり、小さな力で発電ユニット５を気中まで吊り上げることができるようになっている。

このように構成された潮流発電装置１は、管体４が自立して設置され、潮流に対抗することができ、且つ、発電ユニット５がこの管体４に案内されて昇降可能であるので、潮流の速い水域においても、発電ユニット５の設置作業や保守点検作業を容易に行うことができる。

また、この潮流発電装置１では、橋脚や港湾構造物等の水中構造物２に依存せずに管体４を自立して設置することができるため、設置位置の自由度が高く、橋脚や港湾構造物等の水中構造物２と発電装置とが互いに潮流の乱れの影響を受け難いように設置することができ、その分、水中構造物２の安定化や発電効率の向上を図ることができる。

さらに、この潮流発電装置１では、管体４の上端と水中構造物２とを連絡通路９で結ぶことによって、より高い安定性を確保できるとともに、発電装置及び送電設備の設置を好適に行うことができ、且つ、橋脚や港湾構造物等の水中構造物２と発電装置とが互いに潮流の乱れの影響を受け難い。

尚、上述の実施例では、管体４の上端と水中構造物２とを連絡通路９で結んだ例について説明したが、潮流発電装置１を単独で設置してもよい。

また、潮流発電装置１は、図８に示すように、管体４を、上部工３０を支持する杭体とし、桟橋等の杭支持構造物３１に適用することもできる。尚、上述の実施例と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する。

さらに、上述の実施例では、昇降装置にウインチ装置２０と浮力調節体２１とを備えたものについて説明したが、ウインチ装置２０のみで構成してもよい。また、ウインチ装置２０の他、図８に示すように、クレーン装置３２を使用してもよい。

１ 潮流発電装置
２ 水中構造物
３ 水底
４ 管体
５ 発電ユニット
６ 昇降手段
７ 土台構造体
８ 固定用管杭
９ 連絡通路
１０ 作業用孔
１１ 開閉蓋
１２ 通水部
１２ａ 開口
１３ ストッパー
１４ フレーム
１５ 回転体
１６ 回転軸
１７ 発電機
１８ タービン
１９ ギアボックス
２０ ウインチ装置
２１ 浮力調節体
２２ 門型フレーム
２３ ウインチ
２４ ブレーキユニット
３０ 上部工
３１ 杭支持構造物
３２ クレーン装置

Claims (8)

1. 潮流を利用した潮流発電装置において、
   水中に立設された管体と、該管体内に昇降可能に挿入された発電ユニットと、該発電ユニットを昇降させる昇降手段とを備え、
   前記管体には、所定の高さに形成された開口からなる通水部を備え、
   前記発電ユニットは、前記通水部の位置に合わせて設置され、該通水部を通る潮流により発電機が駆動するようにしたことを特徴とする潮流発電装置。
2. 前記昇降手段は、前記発電ユニットに固定された浮力調節可能な浮力調節体を備えている請求項１に記載の潮流発電装置。
3. 前記発電ユニットは、潮流を受けて回転する回転体と、該回転体の回転軸が接続された発電機とを備え、前記回転体が前記開口の位置に合わせて設置されている請求項１又は２に記載の潮流発電装置。
4. 前記管体の上端部と水中構造物とを連結する連絡通路を備えている請求項１〜３の何れか一に記載の潮流発電装置。
5. 前記管体は、上部工を支持する杭体である請求項１〜４の何れか一に記載の潮流発電装置。
6. 前記連絡通路又は上部工には、前記管体と連通した作業用孔と、該作業用孔を閉鎖する開閉蓋とを備えている請求項４又は５に記載の潮流発電装置。
7. 前記管体は、その下端が水底に設置された土台構造体に固定されている請求項１〜６の何れか一に記載の潮流発電装置。
8. 下端が水底部に埋め込まれた固定用管杭を備え、該固定用管杭と前記管体の下端が嵌合している請求項１〜６の何れか一に記載の潮流発電装置。

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