JP2020094552A - 浮遊式水流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、長期間にわたって継続的に運用可能な浮遊式水流発電装置を説明する。【解決手段】浮遊式水流発電装置１は、回転軸線Ｌまわりの回転運動が提供されて、回転運動に応じて発電する発電機と、水流を受けて回転軸線Ｌまわりの回転運動を生じさせるタービンブレード２２と、タービンブレード２２が回転可能に取り付けられ、発電機４０を収容する浮体１０と、を備え、タービンブレード２２は、回転軸線Ｌと交差する方向Ｄに沿って延在する中空のブレード本体部３１と、ブレード本体部３１の内部に設けられ、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、タービンブレード２２の浮力に寄与するブレード本体部３１内の浮力寄与容積が、所望の容積量を下回らないようにする浮力発生部３２と、を含む。【選択図】図４

Description

本開示は、浮遊式水流発電装置に関する。

従来、水中を浮遊しながら水流を利用して発電を行う浮遊式水流発電装置が知られている。このような浮遊式水流発電装置は、水中で浮遊する浮体の内部に発電機を備え、発電機のロータに接続されたシャフトには、水流を受けて回転する複数のタービンブレードが設けられている。これらのタービンブレードの回転に応じてロータが回転することで、発電機が発電する。このような浮遊式水流発電装置に用いられるタービンブレードとして、例えば特許文献１に記載された羽根が知られている。この羽根の外側シェルの内部は樹脂で充填されており、この樹脂は外側シェルの内壁に接着されている。

特表２０１３−５１８２１３号公報

上述したような浮遊式水流発電装置を長期間にわたって使用すると、タービンブレードの内部へ徐々に水が浸入することがあり得る。タービンブレードの内部への水の浸入は、タービンブレードの浮力に影響を及ぼす。タービンブレードの浮力の変化は、浮遊式水流発電装置が設置される水深及び浮遊式水流発電装置の姿勢に影響を及ぼし、ひいては発電効率の低下又は非常停止といった種々の問題を招き得るため、浮遊式水流発電装置の継続的な運用を妨げる要因となり得る。

本開示は、長期間にわたって継続的に運用可能な浮遊式水流発電装置を説明する。

本開示の一形態に係る浮遊式水流発電装置は、回転軸線まわりの回転運動が提供されて、回転運動に応じて発電する発電機と、水流を受けて回転軸線まわりの回転運動を生じさせるタービンブレードと、タービンブレードが回転可能に取り付けられ、発電機を収容する浮体と、を備え、タービンブレードは、回転軸線と交差する方向に沿って延在する中空のブレード本体部と、ブレード本体部の内部に設けられ、ブレード本体部の内部に水が浸入した場合に、タービンブレードの浮力に寄与するブレード本体部内の浮力寄与容積が、所望の容積量を下回らないようにする浮力発生部と、を含む。

この浮遊式水流発電装置では、タービンブレードのブレード本体部の内部に浮力発生部が設けられており、この浮力発生部が、タービンブレードのブレード本体部の内部に水が浸入した場合に、タービンブレードの浮力に寄与するブレード本体部内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする。このため、浮遊式水流発電装置の長期間の使用に伴ってブレード本体部の内部へ水が浸入した場合であっても、タービンブレードの浮力を一定以上に保つことができる。その結果、ブレード本体部の内部への水の浸入によって、浮遊式水流発電装置が設置される水深及び浮遊式水流発電装置の姿勢が大きく変化してしまう事態を抑制できる。したがって、上述した浮遊式水流発電装置によれば、長期間にわたる継続的な運用が可能となる。

いくつかの態様において、浮力発生部は、表面及び内部に複数の気泡が形成された発泡樹脂を含んでもよい。この構成によれば、ブレード本体部の内部へ水が浸入した場合であっても、浮力発生部の発泡樹脂の内部に形成された各気泡の存在によって、ブレード本体部内の浮力寄与容積を一定以上に保つことが可能となる。したがって、上述した構成によれば、ブレード本体部の内部に水が浸入した場合に、タービンブレードの浮力に寄与するブレード本体部内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする構成を好適に実現できる。

いくつかの態様において、発泡樹脂の圧縮強度は、ブレード本体部に浸入した水から受ける静水圧よりも大きくてもよい。また、発泡樹脂は、シリコーン樹脂を含んでいてもよい。このような構成によれば、ブレード本体部に浸入した水から静水圧を受けた場合でも、発泡樹脂の構造を維持できる。これにより、発泡樹脂の内部に形成された各気泡をより確実に維持できるため、ブレード本体部内において一定以上の浮力寄与容積をより確実に保つことが可能となる。したがって、上述した構成によれば、ブレード本体部の内部に水が浸入した場合に、タービンブレードの浮力に寄与するブレード本体部内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする構成をより確実に実現できる。

いくつかの態様において、浮力発生部は、ブレード本体部の内部に充填された現場発泡樹脂であり、ブレード本体部の内面に接触していてもよい。この場合、ブレード本体部の内面の形状に沿うように浮力発生部を成形（３次元加工）する必要がないので、タービンブレードの製造が容易となる。更に、浮力発生部は、ブレード本体部の内面に接触しているので、ブレード本体部の機械的強度は浮力発生部によって補強される。これにより、タービンブレードの機械的強度の向上が図られる。

いくつかの態様において、浮力発生部は、複数のブロックを含み、浮力発生部のブロックとブレード本体部の内面との間には、空隙が設けられていてもよい。このようにブレード本体部の内部に空隙が設けられていることによって、ブレード本体部の内部において各ブロックの体積を調整することが可能となる。これにより、ブレード本体部内の浮力寄与容積を容易に調整することが可能となる。

いくつかの態様において、浮力発生部は、複数のブロックを含み、浮力発生部のブロックは、ブレード本体部の内面から離間しており、浮力発生部のブロックとブレード本体部の内面との間には、ブロックとブレード本体部の内面とを互いに接着する接着剤が設けられていてもよい。この場合、ブレード本体部の機械的強度は、接着剤を介して各ブロックによって補強される。これにより、タービンブレードの機械的強度の向上が図られる。

本開示のいくつかの態様によれば、長期間にわたって継続的に運用可能な浮遊式水流発電装置が提供される。

図１は、浮遊式水流発電装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、図１に示す浮体のポッドを軸線方向から平面視した図である。 図３は、図１のタービンブレード付近を拡大した拡大図である。 図４は、図１に示すタービンブレードの断面図である。 図５は、図３のV−V線に沿って切断したときのタービンブレードの断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は、タービンブレードの製造工程を示す断面図である。 図７は、タービンブレードの変形例を示す断面図である。 図８は、タービンブレードの変形例を示す断面図である。 図９は、タービンブレードの別の変形例を示す断面図である。 図１０は、タービンブレードの別の変形例を示す断面図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

以下の説明において、「上流」又は「下流」との語は、水の流れを基準として用いられる。「前」との語は、水の流れの上流側を意味し、「後」との語は、水の流れの下流側を意味する。「左」又は「右」との語は、水の流れに対して垂直で且つ水平な方向を意味し、後方すなわち下流側から見た場合を基準として用いられる。

図１は、本実施形態に係る浮遊式水流発電装置１を示す概略構成図である。図２は、浮遊式水流発電装置１の浮体１０に含まれるポッド１１を回転軸線Ｌ方向から平面視した図である。本実施形態において、浮遊式水流発電装置１は、海水中で浮遊しながら、海流（水流）ＦＬを利用して発電する浮遊式海流発電装置である。以下の説明では、「浮遊式水流発電装置１」を、単に「発電装置１」という。

図１に示されるように、発電装置１は、海水中において所定の深度（水深）で浮遊する浮体１０と、浮体１０に対して回転可能に取り付けられるタービン２０と、浮体１０に収容されておりタービン２０の回転によって発電する発電機４０とを備える。浮体１０は、海底に固定されたシンカー５０に対して、係留索５５を介して接続されている。なお、シンカー５０に代えてアンカーが用いられてもよい。

浮体１０は、一対のポッド１１と、クロスビーム１２とを含んでいる。各ポッド１１は、例えば左右方向に沿って互いに離間した位置に配置されている。各ポッド１１は、連結部であるクロスビーム１２によって互いに連結されている。各ポッド１１は、前後方向に沿って延在する中空の容器である。各ポッド１１の形状は、前後方向から見て例えば円筒形状である。各ポッド１１は、例えば互いに同一の構造（大きさ及び形状等）を有している。ポッド１１は、その後部に設けられるタービン２０を回転可能に支持する。さらにポッド１１は、タービン２０に適正な浮力を付与する。

この浮力は、各ポッド１１に搭載される浮力調整機構（不図示）によって提供される。浮力調整機構は、浮力調整用のタンクを含んでおり、このタンクに海水を注排水することによって、浮体１０の内部の空間容積量が調整される。浮力調整機構は、具体的には、各ポッド１１及びクロスビーム１２の内部の空間容積量をそれぞれ調整する。浮力調整機構は、これらの空間容積量の調整によって、浮体１０に加わる浮力を調整する。

クロスビーム１２は、一対のポッド１１の間において左右方向に沿って延在する中空の板状部材である。クロスビーム１２は、その内部に空洞を有することによって、浮力を発生している。クロスビーム１２の形状は、浮遊する発電装置１の姿勢を安定させるべく、左右方向から見て例えば翼形状である。クロスビーム１２の左右方向の両端は、例えば、一対のポッド１１の胴部の中央部にそれぞれ固定されている。また、クロスビーム１２には、係留索５５が接続されている。係留索５５は、クロスビーム１２に代えてポッド１１に接続されていてもよい。

タービン２０は、ポッド１１の後部に配置されている。このような構成は、いわゆるダウンウィンド型である。なお、タービン２０は、アップウィンド型であってもよい。タービン２０は、ハブ２１と、ハブ２１に設けられた１枚若しくは複数枚（例えば２枚）のタービンブレード２２とを含んでいる。ハブ２１は、ポッド１１の後端部に取り付けられており、ポッド１１の内部において発電機４０の回転軸４１に接続されている。ハブ２１は、回転軸４１の回転軸線Ｌを中心として回転方向Ｒ（図２参照）に回転可能である。回転軸線Ｌは、前後方向に沿って延在しており、前後方向から見た場合にポッド１１の中心軸線と一致する。

タービンブレード２２は、回転軸線Ｌまわりの回転運動を生じさせる翼部材であり、海流ＦＬを受けてハブ２１と一体となって回転する。タービンブレード２２による回転運動は、回転軸４１を介して発電機４０に提供される。発電機４０は、この回転駆動力に応じて発電する。なお、各タービンブレード２２のピッチ角度は、任意の角度に調整可能とされている。

発電装置１には、発電機４０により発電された電力を送電するための送電ケーブル６０が設けられている。送電ケーブル６０の一端は、クロスビーム１２を介してポッド１１内の発電機４０に接続されており、送電ケーブル６０の他端は、例えばシンカー５０内に設けられた中継器（又は変圧器等）を介して海底送電ケーブル６５に接続されている。海底送電ケーブル６５は、海底に敷設されており、例えば地上の電力系統（外部電源等）に接続される。発電機４０によって発電された電力は、送電ケーブル６０及び海底送電ケーブル６５を通じて、当該電力系統に送電される。逆に、当該電力系統から各ポッド１１に給電することもできる。なお、中継器は、シンカー５０外の海底に設置されてもよい。

ここで、図３、図４及び図５を参照しながら、タービンブレード２２の構成についてより具体的に説明する。図３は、図１に示すタービンブレード２２付近を拡大した拡大図である。図４は、図３に示すタービンブレード２２の翼弦線を通る仮想平面Ｐを設定し、当該仮想平面Ｐを切断面としたときのタービンブレード２２の断面図である。図５は、図３のV−V線に沿って切断したときのタービンブレード２２の断面図である。なお、図３は、タービンブレード２２を切り欠いて、その内部を示している。図３及び図５に示される仮想平面Ｐは、上述したように翼弦線を通るとともに、回転軸線Ｌと交差する方向Ｄに沿って延びる平面である。

タービンブレード２２は、図３、図４及び図５に示されるように、タービンブレード２２の骨組みを構成する一対の骨組部３０と、骨組部３０を覆う中空のブレード本体部３１と、ブレード本体部３１の内部に設けられる浮力発生部３２とを含んでいる。一対の骨組部３０及びブレード本体部３１のそれぞれは、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を含んで構成されている。一対の骨組部３０及びブレード本体部３１のそれぞれは、例えば金属を含んでもよく、その他の材質を含んでもよい。

一対の骨組部３０は、図３及び図４に示されるように、ブレード本体部３１の内部において方向Ｄに沿って延在する板状の支持部材である。一対の骨組部３０は、ブレード本体部３１の内面３１ａを翼厚方向（図５における紙面上下方向）に支持している。具体的には、骨組部３０は、ブレード本体部３１の内面３１ａに対して接着剤３３によって接着されている。一対の骨組部３０は、図４に示されるように、タービンブレード２２の翼幅方向に延びる軸線を挟んで両側にそれぞれ配置されている。図５の断面視において、各骨組部３０の断面形状は、タービンブレード２２の当該軸線の中央に向かって開口する略Ｕ字状である。

ブレード本体部３１は、図３及び図４に示されるように、一対の骨組部３０を収容すると共に方向Ｄに沿って延在するカバー部材である。ブレード本体部３１の形状は、ブレード本体部３１の方向Ｄにおける先端（ハブ２１とは反対側の一端）に向かうにつれて先細っている。ブレード本体部３１は、ブレード本体部３１の基端（ハブ２１側の他端）側に開口を有している。当該開口の形状は、方向Ｄから見て例えば円形状であり、当該開口は、ブレード本体部３１の内面３１ａに繋がっている。内面３１ａの形状は、ブレード本体部３１の外面形状に沿った形状である。ブレード本体部３１の板厚、すなわちブレード本体部３１の外面と内面３１ａとの距離は、例えば均一であってもよい。ブレード本体部３１は、図３及び図５に示されるように、仮想平面Ｐを境界として２個の外皮３１Ａ及び外皮３１Ｂを含む。外皮３１Ａ及び外皮３１Ｂの縁部同士は、例えば接着剤３４によって互いに接合されている。

浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内部に収容される固体物質である。浮力発生部３２は、具体的には、発泡樹脂を含んで構成されている。発泡樹脂は、表面及び内部に複数の気泡が形成された構造を有している。浮力発生部３２に含まれる発泡樹脂がこのような構造を有しているため、浮力発生部３２の内部には、複数の気泡Ｖａ（図４参照）が含まれる。浮力発生部３２の内部の各気泡Ｖａの空間容積の合計は、タービンブレード２２の浮力に寄与する浮力寄与容積を構成するものとしてよい。

なお、浮力寄与容積は、上記のように各気泡Ｖａの空間容積を合計したものとしてもよいし、各気泡Ｖａの空間容積と、浮力発生部３２において各気泡Ｖａを囲む樹脂部分の容積とを合計した容積としてもよい。つまり、浮力発生部３２において、海水の比重よりも小さい構造部分の容積を浮力寄与容積としてもよい。また、各気泡Ｖａと樹脂部分とを含めた浮力発生部３２が有する平均的な比重が、海水の比重よりも小さければよい。本開示で言う比重とは、樹脂部分の値であってもよいし、上記のように樹脂部分と各気泡Ｖａとを含めた平均的な値であってもよい。さらに、本開示で言う発泡樹脂は、平均的な値として０より大きく且つ１．０以下の比重を有する樹脂材料を意味するものとしてもよい。本実施形態では、発泡樹脂が、現場で発泡可能な現場発泡樹脂である場合を例示する。現場発泡樹脂の材料として、例えば発泡シリコーン、発泡ウレタン、発泡エポキシ、発泡ポリエステル、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタラート、又は発泡フェノール等が挙げられる。

浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内部のうち一対の骨組部３０を除く部分に設けられている。具体的には、浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内面３１ａと各骨組部３０との間、及び各骨組部３０の間にそれぞれ設けられている。本実施形態では、浮力発生部３２の発泡樹脂が現場発泡樹脂であるため、現場発泡樹脂をブレード本体部３１の内部で発泡させることによりブレード本体部３１の内部に浮力発生部３２が隙間なく充填される。したがって、本実施形態では、ブレード本体部３１の内面３１ａと各骨組部３０との間、及び各骨組部３０の間は、図４及び図５に示されるように、浮力発生部３２によって全て埋められている。

このように浮力発生部３２がブレード本体部３１の内部に隙間なく充填されるため、浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内面３１ａ及び各骨組部３０の表面にそれぞれ接触した状態となっている。また、このように浮力発生部３２がブレード本体部３１の内部に充填される場合、ブレード本体部３１の内部においてタービンブレード２２の浮力に寄与する浮力寄与容積は、浮力発生部３２の内部の各気泡Ｖａの空間容積の総和に相当するとしてよい。この浮力寄与容積は、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、所望の空間容積量を下回らないように設定される。

本実施形態のように、浮力発生部３２がブレード本体部３１の内部に隙間なく充填された場合において、「ブレード本体部３１の内部に海水が浸入する場合」とは、ブレード本体部３１に形成され得る貫通穴から、発泡樹脂の表面に形成された気泡（窪み）に海水が入り込んだ場合を想定している。また、上記の「所望の空間容積量」とは、発電装置１が浮遊する水深及び発電装置１の姿勢を維持するために必要となる、ブレード本体部３１の内部の空間容積量の下限値を意味する。また、この空間容積量の範囲は、前述した浮力調整機構による浮力の調整が可能な範囲とされる。したがって、浮力発生部３２の内部の浮力寄与容積は、当該下限値以上となるように設定される。

また、浮力発生部３２の発泡樹脂は、ブレード本体部３１に浸入した海水から受ける静水圧に対する耐圧性を有している。すなわち、浮力発生部３２の発泡樹脂の圧縮強度は、当該静水圧よりも大きい。当該静水圧は、例えば０ＭＰａより大きく且つ１ＭＰａ以下の範囲内である。この静水圧の範囲は、発電装置１が運用される深度である０ｍより大きく且つ１００ｍ以下の範囲に対応している。

発泡樹脂の圧縮強度は、「ＪＩＳ−Ｋ７２２０」に準じた圧縮強度試験により得た値としてよい。具体的には、発泡樹脂から直径１０ｍｍの円柱状に切り出した試験片を、直径２００ｍｍ、高さ２００ｍｍの円筒状の耐圧容器の内部に配置する。その後、試験片に対して、ハンドポンプによる圧縮負荷（上限２．５ＭＰａ）を高さ方向に加える。発泡樹脂の圧縮強度は、このように試験片に圧縮負荷を加えたときにおいて、試験片が耐えることができる最大荷重を、試験前の試験片の加重方向に垂直な断面積で除した値である。

このように測定される圧縮強度が上記の静水圧よりも大きい発泡樹脂を採用することによって、浮力発生部３２を当該静水圧に耐え得る強固な構造にすることが可能となる。このような圧縮強度を有する発泡樹脂の材料として、例えば、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等が挙げられる。また、このような圧縮強度を有する発泡樹脂の一例として、深海用のＲＯＶ（遠隔操作無人探査機：Remotely operated vehicle）に用いられる発泡樹脂（Ｄｉａｂ社製、型番：ＨＣＰ３０）が挙げられる。この発泡樹脂は、比重０．２を有し、３．０ＭＰａ以上且つ３．９ＭＰａ以下の圧縮強度を有する。Ｄｉａｂ社製の型番ＨＣＰ３０の発泡樹脂以外の例として、ＧＥＮＥＲＡＬ ＰＬＡＳＴＩＣ社製の型番Ｒ−３３１２の発泡樹脂が挙げられる。この発泡樹脂は、比重０．２４を有し，２．７５ＭＰａ以下の圧縮強度を有する。

また、本実施形態のように、浮力発生部３２の発泡樹脂が現場発泡樹脂である場合、上述した圧縮強度を有する現場発泡樹脂は、現場発泡樹脂の材料に微小球を含有してもよい。この微小球の例として、中空ガラス微小球、中空アルミノ・ケイ酸塩微小球、中空フェノール微小球、又は、ガラスエポキシ、炭素エポキシ、或いは熱塑性樹脂によって形成される微小球等が挙げられる。

以上の構成を備えるタービンブレード２２の製造方法について説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、タービンブレード２２の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、図５に対応する断面を示している。まず、図６（ａ）に示されるように、ブレード本体部３１を構成する外皮３１Ａ及び外皮３１Ｂを形成する。次に、図６（ｂ）に示されるように、外皮３１Ａの内側に一対の骨組部３０を接着剤３３によって固定する。その後、一対の骨組部３０において外皮３１Ａとは反対側の部分に更に接着剤３３を塗布し、外皮３１Ａ及び／又は外皮３１Ｂの縁部に接着剤３４を塗布する。そして、接着剤３３によって一対の骨組部３０と外皮３１Ｂとを互いに固定すると共に、接着剤３４によって外皮３１Ａ及び外皮３１Ｂの縁部同士を互いに固定する。

これにより、図６（ｃ）に示されるように、一対の骨組部３０を覆うブレード本体部３１が得られる。次に、ブレード本体部３１の基端側の開口から現場発泡樹脂の材料を注入し、ブレード本体部３１の内部で現場発泡樹脂を発泡させる。これにより、浮力発生部３２がブレード本体部３１の内部に隙間なく充填される。その結果、浮力発生部３２がブレード本体部３１の内面３１ａに接触した状態となる。以上の工程を経て、図３、図４及び図５に示されるタービンブレード２２が得られる。

以上に説明した、本実施形態に係る発電装置１によって得られる作用・効果を、従来技術の課題と共に説明する。

浮遊式水流発電装置には、通常、海水中において所定の浮力を得るために中空のタービンブレードが用いられる。タービンブレードが回転すると、水中における水深が周期的に変化する。この水深の変化によって、タービンブレードは、周期的な静水圧の変化を受ける。このような中空のタービンブレードを有する浮遊式水流発電装置を長期間にわたって使用すると、ピンホール又はクラック等による貫通穴がタービンブレードに形成されることがある。このような貫通穴に起因してタービンブレードに疲労破壊が生じると判断された場合には、タービンブレードを交換する必要がある。一方、タービンブレードに疲労破壊が生じないと判断された場合には、タービンブレードを交換せずにそのまま使用されることもある。

このようにタービンブレードに貫通穴が形成された状態で浮遊式水流発電装置を使用すると、その貫通穴からタービンブレードの内部へ海水が浸入することが生じ得る。海水の侵入は、タービンブレードの浮力に影響を及ぼす。具体的には、タービンブレードの内部への海水の浸入によって、タービンブレード内における浮力寄与容積が減少するので、浮遊式水流発電装置全体の浮力バランスが変化することがある。また、タービンブレード内部へ海水が浸入すると、タービンブレードの質量が大きくなり慣性モーメントが増大するので、発電効率に影響を及ぼす可能性も生じる。さらには、タービンブレードの水中重量が変化し、浮遊式水流発電装置全体の重量バランスが変化することもあり得る。このような種々の変化は、浮遊式水流発電装置が設置される水深及び浮遊式水流発電装置の姿勢に影響を及ぼし、発電効率の低下又は非常停止といった種々の問題を招き得るため、浮遊式水流発電装置の継続的な運用を妨げる要因となり得る。

また、タービンブレードの内部を、単に樹脂等の固体物質によって充填することによって、ブレード本体部３１の内部への海水の浸入を抑制することも考えられる。しかし、その樹脂の比重が比較的大きい（例えば比重１．０以上且つ２．０以下）場合、タービンブレードの重量が過剰に大きくなってしまうおそれがある。その結果、浮遊式水流発電装置が設置される水深及び浮遊式水流発電装置の姿勢に大きな影響を及ぼすおそれがある。更に、このように大きな重量を有するタービンブレードが用いられる場合、タービンブレードの製造の際に大掛かりなクレーン等が必要になることがあるため、製造コストの増大を招くおそれがある。

これに対し、本実施形態に係る発電装置１では、タービンブレード２２のブレード本体部３１の内部に浮力発生部３２が設けられており、浮力発生部３２は、タービンブレード２２のブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、タービンブレード２２の浮力に寄与するブレード本体部３１内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする。このため、発電装置１の長期間の使用に伴ってブレード本体部３１の内部へ海水が浸入した場合であっても、タービンブレード２２の浮力を一定以上に保つことができる。換言すると、タービンブレード２２の水中重量を所定の値以下に保つことができる。その結果、ブレード本体部３１の内部への海水の浸入によって、発電装置１が設置される水深及び発電装置１の姿勢が大きく変化してしまう事態を抑制できる。したがって、本実施形態に係る発電装置１によれば、長期間にわたる継続的な運用が可能となる。

また、本実施形態では、浮力発生部３２は、発泡樹脂を含んでいる。この構成によれば、ブレード本体部３１の内部へ海水が浸入した場合であっても、浮力発生部３２の発泡樹脂の内部に形成された各気泡Ｖａの存在によって、ブレード本体部３１内の浮力寄与容積を一定以上に保つことが可能となる。したがって、上述した構成によれば、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、タービンブレード２２の浮力に寄与するブレード本体部３１内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする構成を好適に実現できる。

また、本実施形態では、浮力発生部３２の発泡樹脂の圧縮強度は、ブレード本体部３１に浸入した海水から受ける静水圧よりも大きい。この発泡樹脂は、シリコーン樹脂を含んでもよい。このような構成によれば、ブレード本体部３１に浸入した海水から静水圧を受けても発泡樹脂の構造を維持することができる。これにより、発泡樹脂の内部に形成された各気泡Ｖａの空間容積を維持できるため、ブレード本体部３１内において一定以上の浮力寄与容積をより確実に保つことが可能となる。したがって、上述した構成によれば、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、タービンブレード２２の浮力に寄与するブレード本体部３１内の浮力寄与容積が所望の容積量を下回らないようにする構成をより確実に実現できる。

また、本実施形態では、浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内部に充填された現場発泡樹脂であり、ブレード本体部３１の内面３１ａに接触している。この構成によれば、ブレード本体部３１の内面３１ａの形状に沿うように浮力発生部３２を３次元加工する必要がないので、タービンブレード２２の製造が容易となる。更に、浮力発生部３２は、ブレード本体部３１の内面３１ａに接触しているので、ブレード本体部３１の機械的強度は浮力発生部３２によって補強される。これにより、タービンブレード２２の機械的強度の向上が図られる。

本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図７、図８、図９及び図１０に示される各種の変形態様を採ってもよい。

図７は、タービンブレード２２の変形例であるタービンブレード２２Ａを示す断面図であり、図８は、当該変形例であるタービンブレード２２Ａを示す断面図である。図７は、図４に対応する断面を示しており、図８は、図５に対応する断面を示している。本変形例と上記実施形態との相違点は、浮力発生部の構成である。上記実施形態では、浮力発生部３２の発泡樹脂が現場発泡樹脂である例を示した。しかし、本変形例では、浮力発生部３２Ａの発泡樹脂が、現場発泡樹脂以外の発泡樹脂である例を示す。

本変形例に係るタービンブレード２２Ａでは、浮力発生部３２Ａは、複数のブロック３２ａを含んで構成されている。各ブロック３２ａは、ブレード本体部３１に浸入した海水から受ける静水圧よりも大きい圧縮強度を有する発泡樹脂によって構成されている。すなわち、各ブロック３２ａは、発泡シリコーン、発泡ウレタン、発泡エポキシ、発泡ポリエステル、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンテレフタラート、又は発泡フェノール等の材料によって構成される。各ブロック３２ａは、ブレード本体部３１が延在する方向Ｄに沿って並んで配置されており、ブレード本体部３１の内面３１ａの形状に沿うように成形（３次元加工）されている。各ブロック３２ａとブレード本体部３１の内面３１ａとの間には、空隙Ｖが設けられている。

図７及び図８に示す例では、各ブロック３２ａは、ブレード本体部３１の内面３１ａ及び各骨組部３０から離間しており、各ブロック３２ａ同士も互いに離間している。このため、空隙Ｖは、ブロック３２ａとブレード本体部３１の内面３１ａとの間、ブロック３２ａと骨組部３０との間、及びブロック３２ａ同士の間に設けられている。なお、本変形例では、ブレード本体部３１の内部に空隙Ｖが設けられていればよく、各ブロック３２ａの全表面がブレード本体部３１の内面３１ａ及び骨組部３０から離間している必要は無い。各ブロック３２ａの表面の一部が内面３１ａ及び／又は骨組部３０に接触してもよい。

このようにブレード本体部３１の内部に空隙Ｖが設けられている場合、空隙Ｖは、ブレード本体部３１の内部に浸入する海水によって満たされる。したがって、本変形例において、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合におけるブレード本体部３１の内部の浮力寄与容積は、上記実施形態と同様、浮力発生部３２の内部の各気泡Ｖａの空間容積の総和に相当するとしてよい。

浮力発生部３２の内部の浮力寄与容積は、前述したように、ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合に、所望の空間容積量を下回らないように設定される。なお、本変形例のように、ブレード本体部３１の内部に空隙Ｖが設けられた場合において、「ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合」とは、ブレード本体部３１に形成され得る貫通穴から、ブレード本体部３１の内部の空隙Ｖに海水が浸入すると共に発泡樹脂の表面の気泡（窪み）に海水が入り込んだ場合を想定している。

本変形例に係るタービンブレード２２Ａを製造する際には、まず、発泡樹脂をブレード本体部３１の内面３１ａの形状に沿うように３次元加工することによって、各ブロック３２ａを形成する。次に、ブレード本体部３１を構成する外皮３１Ａの内側に一対の骨組部３０を接着剤３３によって固定した後、外皮３１Ａの内側に、更に各ブロック３２ａを方向Ｄに沿って並ぶように配置する。その後、一対の骨組部３０において外皮３１Ａとは反対側の部分に更に接着剤３３を塗布し、外皮３１Ａ及び／又は外皮３１Ｂの縁部に接着剤３４を塗布する。そして、接着剤３３によって一対の骨組部３０と外皮３１Ｂとを互いに固定すると共に、接着剤３４によって外皮３１Ａ及び外皮３１Ｂの縁部同士を互いに固定する。これにより、図７及び図８に示されるタービンブレード２２Ａが得られる。

このような形態であっても、上記実施形態と同様、タービンブレード２２Ａは、長期間にわたる継続的な運用が可能となる。更に、本変形例によれば、ブレード本体部３１の内部に空隙Ｖが設けられていることによって、ブレード本体部３１の内部において各ブロック３２ａの体積を調整することが可能となる。これにより、ブレード本体部３１内の浮力寄与容積を容易に調整することが可能となる。

図９は、図７及び図８に示すタービンブレード２２Ａの別の変形例であるタービンブレード２２Ｂを示す断面図であり、図８は、当該変形例であるタービンブレード２２Ｂを示す断面図である。図９は、図７に対応する断面を示しており、図１０は、図８に対応する断面を示している。本変形例に係るタービンブレード２２Ｂは、図７及び図８に示すタービンブレード２２Ａの構成に加えて、タービンブレード２２Ａのブレード本体部３１の内部に設けられた空隙Ｖに接着剤Ｂが充填された構成となっている。接着剤Ｂは、各ブロック３２ａとブレード本体部３１の内面３１ａとを互いに接着している。また、接着剤Ｂは、各ブロック３２ａと各骨組部３０とを互いに接着すると共に、各ブロック３２ａ同士を互いに接着する。接着剤Ｂは、ブレード本体部３１に浸入した海水から受ける静水圧に対する耐圧性を有していなくてもよい。接着剤Ｂの材料として、例えば、エポキシ接着剤、ポリエステル接着剤、アクリル接着剤、又はウレタン接着剤等が挙げられる。接着剤Ｂの一例として、Ｋａｎｇｄａ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の型番ＷＤ３１３５ｓの接着剤が挙げられる。

本変形例において、「ブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合」とは、例えば、ブレード本体部３１に形成され得る貫通穴から浸入した海水の静水圧により接着剤Ｂが損傷することによって、接着剤Ｂの損傷部分からブレード本体部３１の内部に海水が浸入した場合を想定している。このような形態であっても、上記実施形態と同様、タービンブレード２２Ｂは、長期間にわたる継続的な運用が可能となる。更に、本変形例によれば、ブレード本体部３１の機械的強度は、接着剤Ｂを介して各ブロック３２ａによって補強される。これにより、タービンブレード２２の機械的強度の向上が図られる。

本開示は、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。発電装置は、浮遊式海流発電装置に限られず、海以外の水中に設置されるその他の浮遊式発電装置であってもよい。例えば、発電装置は、浮遊式潮流発電装置であってもよい。また、浮体の構成は、上述した実施形態及び各変形例に限られず、適宜変更可能である。例えば、前後方向から見た各ポッドの形状は円形状に限られず他の形状であってもよく、各ポッドは互いに異なる構造を有してもよい。また、クロスビームは、その内部に空洞を有さず浮力を発生しない構造（例えばトラス構造等）であってもよい。クロスビームは、ポッドの上部又は下部に固定されてもよく、ポッドの前部又は後部に固定されてもよい。

タービンブレードの構成は、上述した実施形態及び各変形例に限られず、適宜変更可能である。例えば、ブレード本体部を構成する２個の外皮の形状は、仮想平面Ｐに関して互いに異なる形状であってもよい。また、２個の外皮の縁部同士は、接着剤による接着以外の方法によって互いに接合されてもよい。同様に、外皮と骨組部とは、接着剤による接着以外の方法によって互いに接合されてもよい。また、浮力発生部は、発泡樹脂以外の材料を含んで構成されてもよい。

１ 浮遊式水流発電装置
１０ 浮体
１１ ポッド
１２ クロスビーム
２０ タービン
２１ ハブ
２２，２２Ａ，２２Ｂ タービンブレード
３０ 骨組部
３１ ブレード本体部
３１Ａ，３１Ｂ 外皮
３１ａ 内面
３２，３２Ａ 浮力発生部
３２ａ ブロック
４０ 発電機
４１ 回転軸
Ｂ 接着剤
Ｄ 方向
ＦＬ 海流
Ｌ 回転軸線
Ｐ 仮想平面
Ｒ 回転方向
Ｖ 空隙
Ｖａ 気泡

Claims (7)

1. 回転軸線まわりの回転運動が提供されて、前記回転運動に応じて発電する発電機と、
   水流を受けて前記回転軸線まわりの前記回転運動を生じさせるタービンブレードと、
   前記タービンブレードが回転可能に取り付けられ、前記発電機を収容する浮体と、
   を備え、
   前記タービンブレードは、
   前記回転軸線と交差する方向に沿って延在する中空のブレード本体部と、
   前記ブレード本体部の内部に設けられ、前記ブレード本体部の内部に水が浸入した場合に、前記タービンブレードの浮力に寄与する前記ブレード本体部内の浮力寄与容積が、所望の容積量を下回らないようにする浮力発生部と、
   を含む、浮遊式水流発電装置。
2. 前記浮力発生部は、表面及び内部に複数の気泡が形成された発泡樹脂を含む、請求項１に記載の浮遊式水流発電装置。
3. 前記発泡樹脂の圧縮強度は、前記ブレード本体部に浸入した水から受ける静水圧よりも大きい、請求項２に記載の浮遊式水流発電装置。
4. 前記発泡樹脂は、シリコーン樹脂を含んでいる、請求項３に記載の浮遊式水流発電装置。
5. 前記浮力発生部は、前記ブレード本体部の内部に充填された現場発泡樹脂であり、前記ブレード本体部の内面に接触している、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の浮遊式水流発電装置。
6. 前記浮力発生部は、複数のブロックを含み、
   前記浮力発生部の前記ブロックと前記ブレード本体部の内面との間には、空隙が設けられている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の浮遊式水流発電装置。
7. 前記浮力発生部は、複数のブロックを含み、
   前記浮力発生部の前記ブロックは、前記ブレード本体部の内面から離間しており、
   前記浮力発生部の前記ブロックと前記ブレード本体部の内面との間には、前記ブロックと前記ブレード本体部の内面とを互いに接着する接着剤が設けられている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の浮遊式水流発電装置。

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