JP2020509295A - 海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置を提供する。海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンクおよび水ポンプを備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。【選択図】図1
Description
本発明は、海洋エネルギー発電分野に属し、特に海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置に関する。
海洋エネルギー(潮力エネルギー、潮流エネルギー、波エネルギーおよび海流エネルギーを含む)は、海水の流れによって生成されたエネルギーを意味する。海洋エネルギーは、再生可能なエネルギーの一種として、蓄積量が豊富で、広く分布されており、極めて良好な開発の将来性と価値を有する。海洋エネルギーの主な用途は、発電である。海洋エネルギー発電の動作原理は、風力発電と似ており、すなわち、海水の流れによって生成された機械的エネルギーは、エネルギー変換装置によって電気エネルギーに変換される。具体的には、まず、海水が水力タービンに衝撃を与え、水力タービンは、水流エネルギーを機械的回転エネルギーへ変換し、その後、水力タービンは、機械的な伝動システムを介して電力を発生する発電装置を駆動し、それにより、最終的に機械的エネルギーを電気的エネルギーへ変換する。
近年、エネルギーがますます不足しており、温室効果もより厳しくなっているため、エネルギーの低炭素化が求められている。したがって、風力エネルギーや海洋エネルギーなどのクリーンエネルギーが、エネルギー開発の今後の方向性となっている。しかしながら、比較的成熟した風力エネルギーの利用を除いて、クリーンエネルギーを利用した発電装置は、依然として開発段階であり、海洋エネルギーの利用は、未だ初期段階に留まり、汎用的かつ成熟した装置がない。海洋の環境が複雑であるため、海洋エネルギー発電装置は通常の他の発電装置よりもメンテナンスの回数が多くなり、メンテナンスコストの低下が困難であることが生じている。
一般的に、海洋エネルギー発電に用いられる発電機は両種類あり、一種類は、軸線が水平面に平行する水平軸水車発電機であり、他の一種類は、軸線が水平面に対して垂直である垂直軸水車発電機である。水平軸水車発電機では、その全ての電気部品(羽根車ロータ、発電機、ギヤボックス、加速箱などを含む)のいずれもが水中にあるため、機器全体に対する気密性の要求が非常に高い。特に、羽根車ロータとギヤボックスとの接続箇所においては、シールリングによりシール(密封)する必要がある。シールリングは経年劣化により弛みを生じる問題があるので、シールリングの気密性能を確保するためには、少なくとも三年ごとにシールリングを交換しなければならない。また、交換する際には、海洋エネルギー発電装置の全体の運転を停止する必要がある。新しいシールリングを取り付けるためには、さらに、他の一部の部品を対応的に取り外し、かつ再度取り付けしなけらばならないので、交換の難度が高くなり、メンテナンスコストを高める。
特に、メンテナンス作業者は、シールリングが劣化したか否か、シールが確実であるか否かを点検するため、日常的に海に入ることができず、シールリングの交換時期を正確に知ることができない。水平軸水車機の内部に水流が浸入して水平軸水車機の損傷を招くことを避けるためには、たとえシールリングが劣化していなくても、一年ないし半年ごとにシールリングを交換する必要がある。メンテナンスの作業の際には、発電を停止する必要があるため、収益を産出することができない。そして、メンテナンス作業には多大の人力・物力を要するため、頻繁なメンテナンスは海洋エネルギー発電の商業化の運営に対して大きな障害となっている。
また、発電機に接続されたギヤボックスは一定の期間に使用された後にオイルを交換する必要があり、さらに、発電装置に用いられる軸受にもオイルを交換する必要がある。このため、水平軸水車発電機のメンテナンスは一層困難となり、コストが高くなる。したがって、水平軸水車発電機の発電効率が垂直軸水車発電機より高くても、水平軸水車発電機を商業化することは困難である。
水深が増加すると、圧力もだんだんに大きくなる。発電機ユニットの外部の圧力は内部の圧力よりはるかに大きいため、外部の水流は発電機ユニットの内部に容易に浸透し、発電機ユニットを毀損する。発電機ユニットの耐圧性能および気密性能を強化するために発電機ユニットの外殻の強度と構造の気密性に対する要求がより高くなり、しかも一部の普通のシールリングが深海でのシール要求を満たすことができないので、特製のシールリングが必要であり、それによって、生産のコストの上昇を招く。他方、発電機ユニットの耐圧性能および気密性能を向上させるためには、発電機ユニットの全ての部品(加速箱、伝動部品、発電機など)がコンバクトに設けられることで、発電機ユニットの体積をさらに縮小する必要がある。しかしながら、これは、部品間の摩擦を増大させ、発電機ユニットの効率に大きく影響する
従来の海洋エネルギー発電装置には、完全にシールする問題を解決できないため、通常は水深方向に一つだけの水車発電機を設けることで、深水中の圧力が大きすぎてシールが困難になることを避けている。しかしながら、このような方法は深水における海洋エネルギーを十分に利用することができない。
また、潮流エネルギーは海洋の潮流を用いて発電するため、上げ潮と引き潮に伴って、潮流の方向は変更される。従来の大半の水平軸水車発電機はいずれも回転できないため、潮流エネルギー発電装置は上げ潮または引き潮を利用して発電することしかできず、発電効率が極めて低い。従来の技術者は上げ潮と引き潮により生成されたエネルギーを十分に利用するために、2組の発電システムを取り付けることを選択している。1組の発電システムの羽根車は上げ潮方向に向き、もう1組の発電システムの羽根車は引き潮方向に向く。上げ潮と引き潮により生成されたエネルギーが十分に利用されたように見えるが、上げ潮または引き潮の場合、1組の発電システムは常に動いていない。1組の発電システムを増やすことによりコストが倍に増加するが、生成された電気エネルギー効率の向上はコストの増加に遠くおよばず、これは潮流エネルギー発電装置の普及と運用を大きく制限している。
本発明は、従来の技術における少なくとも1つの課題を解決するように海洋エネルギー発電装置およびその海洋エネルギー発電における漏水保護装置を提供する。
上記目的を達成するための本発明に係る海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンクと、水ポンプと、を備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電における漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する。
本発明の一実施例によれば、貯水タンクは、線路を通すための貫通孔を有している。
他の目的を達成するための本発明に係る海洋エネルギー発電装置は、発電機と、少なくとも一つの水平軸水車機と、カプセルと、シールリングと、少なくとも一つの漏水保護装置と、を備える。少なくとも一つの水平軸水車機は、羽根車ロータと伝動モジュールを含み、羽根車ロータの回転による運動エネルギーが伝動モジュールを介して発電機に伝達される。カプセルは、内部に伝動モジュールが設けられて、外部に羽根車ロータが設けられている。シールリングは、羽根車ロータと前記カプセルシーの接続箇所に設けられている。少なくとも一つの漏水保護装置は、水平軸水車機に対応して設けられていて、貯水タンクと、水ポンプとを備える。貯水タンクは、外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める。水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する。
本発明の一実施例によれば、発電機は、カプセル内に位置する。
本発明の一実施例によれば、発電機は、水面以上に位置する。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、水平軸水車機と発電機とを連結し、水平軸水車機が発生する運動エネルギーを発電機に伝達する角度可変伝動機構をさらに備える。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、カプセルに連通する少なくとも1本の外軸をさらに備え、外軸が回転すると、水平軸水車機は連動されて向きが変えられる。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、外軸を回転駆動するために外軸に連結されたモータをさらに備える。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、外軸とカプセル内の圧力を増加させ、外軸およびカプセル内の気圧を外部の海水の圧力よりも大きくさせるように、外軸の内部に連通する加圧管をさらに備える。
本発明の一実施例によれば、水平軸水車機および漏水保護装置のいずれの数は2以上である。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、一端がカプセルに連通し、他端が水面以上に位置する少なくとも1本の外軸をさらに備える。
本発明の一実施例によれば、外軸は、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器がメンテナンスを行うために外軸を介してカプセルに入るための特定の内径幅を有する。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、羽根車ロータのカプセルに向ける側に位置する止水リングを備える。
本発明の一実施例によれば、海洋エネルギー発電装置は、複数の羽根車シールリングをさらに備え、羽根車ロータは、複数の羽根車と、ハブとを備え、各羽根車シールリングは、各羽根車とハブとの接続箇所に設けられている
以上説明したように、本発明では、漏水保護装置が設けられていることにより、シールリングに多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置内の漏水も必ず発電機と水平軸水車機のカプセル内に位置する伝動モジュールに広がることがないので、水平軸水車機と発電機の安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリングをメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
また、本発明の実施例の海洋エネルギー発電装置は、伝動モジュールと角度可変伝動機構が設けられていることにより、従来の水平軸水車発電機の発電機や他の加速箱などの電気部品を水中から水面以上に持ち上げることができる。機械分野では角度可変伝動機構があったが、海洋エネルギー発電分野において、いわゆる当業者は、水平軸発電機の発電機が水車機から外して水面以上に引き上げることを考えていない。いわゆる当業者は、従来の固有パターンに制限されているので、技術的な偏見があり、垂直軸水車発電機の発電機のみが水面上に設けられ、水平軸水車発電機について羽根車の配置を改良して発電電力を向上させるだけと考えられている。本発明はこのような技術的偏見を克服し、従来技術における水平軸水車発電機の全ての電気部品が水中にあるため、メンテナンスと交換が困難であり、コストが高いという課題を解決する。本願の発電機部分は水面以上である(加速箱などの他の電気部品も必要に応じて水面以上に設けられている可能である)ので、後続の発電装置のメンテナンスが水面上で行われ、メンテナンスコストが大幅に低減され、海洋エネルギー発電装置の商業的な運用と普及をさらに促進する。
特に、本発明の一実施形態における外軸は、十分な幅を有し且つ一端が水面上に位置するので、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器が外軸を介して水面上から海洋エネルギー発電装置の内部に進入し、最終的にカプセル内に入ることができ、カプセル内のすべての電気部品(ギヤボックス、加速箱、発電機を含むがこれらに限定されない)をメンテナンスし、軸受やギヤボックスなどの部品に対してオイルを交換する。このような配置により、特に水平軸水車機全体を水面から持ち上げてメンテナンスする必要がなく、全体のメンテナンスが水面下で(しかし水を遮断して)直接に行われ、メンテナンスに必要な人力・物力を減少し、メンテナンスコストが大幅に低減される。また、一部の部品は、分解を行うすることなく、直接にメンテナンスを行うことができ、メンテナンスの難度を大幅に低下させる。また、メンテナンス作業者やメンテナンス機器は、非常に便利に発電装置の内部に入って電気部品に問題があるか否かを点検し、問題を早期に発見することができ、従来技術で事前点検ができなかったり、発電を停止しなければ点検できなかったりする問題を解決した。
本発明の上述のおよびその他の目的、特徴および利点をよりわかりやすくするために、以下では図面を参照しながら、本発明の比較的よい実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施例による海洋エネル発電装置を示す模式図である。図1に示すように、本発明の第1の実施例による海洋エネル発電装置100は、発電機1と、少なくとも1つの水平軸水車機2と、カプセル3と、シールリング4と、少なくとも1つの漏水保護装置5とを備える
水平軸水車機2は、羽根車ロータ21と伝動モジュール22とを備えており、羽根車ロータ21の回転により形成された運動エネルギーは、伝動モジュール22を介して発電機1に伝達される。伝導モジュール22はカプセル3の内部に配置されて、羽根車ロータ21はカプセル3の外部に配置されている。シールリング4は、羽根車ロータ21とカプセル3の接続箇所に設けられている。
漏水保護装置5は、水平軸水車機2に対応して設けられており、貯水タンク51と、水ポンプ53とを備える。貯水タンク51は、外部から海洋エネル発電装置100内に漏れた水を留める。水ポンプ53は、貯水タンク51における水を海洋エルギー発電装置100の外部に汲み上げる。
本実施例では、漏水保護装置5は、液位センサ52をさらに備えている。液位センサ52は、貯水タンク51内の水位を検出するために貯水タンク51に対応して設けられている。液位センサ52により貯水タンク51内の水位がプリセット値に達したことが検知されると、ポンプ53は、貯水タンク51内の水を海洋エルギー発電装置100の外部に汲み上げるように動作する。液位センサ52が設けられることで、水ポンプ53が実際の状況に基づいて運転するか否かを判断でき、実施のコストを節約することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、漏水保護装置5は、液位センサ52を備えなくてもよい。水ポンプは、定期的に動作して、貯水タンク51内の水を定期に汲み上げることができる。このようにして、液位センサがなくても、貯水タンク内の溜まり水が直ちに排出されることを効果的に確保することができる。
本発明は、液位センサ52のタイプを限定するものではない。液位センサ52は、フローティングボール式液位変換器、磁性液位変換器、静電容量式液位変換器などの接触センサであってもよく、貯水タンク51内に設けられている。また、液位センサ52は、超音波液位変換器、レーダ液位変換器などの非接触式センサであってもよく、貯水タンク51の外部に設けられている。
本発明の貯水タンク51は、発電装置の内部に浸入した水が重力の作用により下に流すために、水平軸水車機2の下方に設けられている。ただし、本願における「下方」とは、真下に限定されるものではなく、本願が貯水タンク51の具体的な位置を何ら限定するものではない。本実施例では、貯水タンク51は、カプセル3の底部の開口部の直下に位置している。シールリング4が経年劣化により弛みを生じると、外部の水流がシールリング4の隙間から漏れてきて、カプセル3の内部に流入する。重力の作用により、漏れてきた水は、カプセル3内に沿って貯水タンク51内に蓄積される。溜まり水が増えていくと、溜まり水の液面が高くなる。水位がプリセット値、例えば5cmに達すると、液位センサ52は、水ポンプ53に信号を送信し、水ポンプ53が動作する。水ポンプ53と貯水タンク51との間には水パイプを介して連通されており、水パイプを介して貯水タンク51内の水が汲み上げられることで、貯水タンク51内の水位を低下させる。
本実施例では、液位センサ52の検出に基づき、水ポンプ53の動作のオン/オフ(ON/OFF)を制御する。例えば、液位センサ52により水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプ53が信号を受信して揚水を開始する。液位センサ52により水位が他のプリセット値、例えば0又は1cmに達したことが検出されると、液位センサ52が停止信号を水ポンプ53に出力し、水ポンプ53が動作を停止する可能である。
しかし、本発明は、水ポンプ53の動作停止を制御する手段を何ら限定するものではない。他の実施例では、水ポンプ53の1分間のポンプ出力が予測可能であるので、予め水ポンプ53の動作時間を直接に設定することができる。例えば、液位センサ52により水位がプリセット値に達したことが検出されると、ポンプ53が動作して揚水を開始する。水ポンプ53が一回に1分間だけ動作する時間、即ち1分間で動作した後に水ポンプ53の動作を停止することが予め設定されてもよい。このように、水ポンプ53の動作を停止する時間を制御することで、貯水タンク51内の水位をプリセット値以下に低下させることができる。
本発明では、水ポンプ53の設置位置も何ら限定されるものではない。本実施例では、水ポンプ53が水面上に配置されている。他の実施例では、水ポンプ53をカプセル内に位置する可能である。
本発明では、漏水保護装置5が設けられていることにより、シールリング4に多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置100内の漏水も必ず発電機1と水平軸水車機2のカプセル3内に位置する伝動モジュール22に広がることがないので、水平軸水車機2と発電機の1安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリング4をメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
本実施例では、発電機1はカプセル3内に位置しており、即ち、発電機1も水面以下に位置している。発電機1と水平軸水車機2の伝動モジュール22との間には加速箱11も接続されている。このため、本実施例の構成では、伝動モジュール22や発電機1だけでなく、加速機11などの他の電気部品も保護されている。
本実施例では、海洋エネル発電装置100は、カプセル3に連通している少なくとも1本の外軸6をさらに備え、外軸6が回転すると、水平軸水車機2は連動されて向きが変えられる。本実施例では、外軸6の他端は水面P上に位置している。本実施例では、海洋用エルギー発電装置100は、外軸6を回転駆動するように外軸6に連結されたモータ7をさらに備えている。上げ潮と引き潮における水流方向が逆になるが、水流がどの方向に流入しても、水平軸水車機2の羽根車が常に水流に向くように外軸6の回転により制御されるので、海洋エルネギーの利用率が向上し、発電効率が向上する。
本発明では、モータ7は水面上に位置されている。従来技術では少数の水平軸水車発電機が方向転換を実現できるが、モータがすべて水面以下に位置し、さらに、あるモータが発電機ユニットと一体になっている。従来技術の制御システム、駆動システム、伝動システム、変流システムと発電システムのすべてが羽根車の後に一体化されているため、従来の水平軸水車発電機の羽根車以外の部分の体積が非常に大きく、電子部品の性能を大幅に低下させることを生じる。また、伝導システムに備えられるモータが非常に損傷を受けやすく、しばしばメンテナンスが必要であるが、これらの部品を水面下に配置する場合に、メンテナンスの難度およびコストを大幅に増加させる。しかし、本発明におけるモータ7は水面下ではなく水面上に位置しており、上記問題を完全に解決し、且つ水平軸水車発電機の羽根車以外の部分の体積を大幅に減少させることができ、電子部品の性能を向上させることができ、最終的には発電効率を高める目的に達する。
本実施例では、モータ7の数は、外軸6の数に対応している。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、歯車などの伝達機構を介して1つのモータ7が2つの外軸6を制御することが実現されてもよい。各モータ7は、電動機と外軸6の一端に連結される伝動機構とを備えてもいい。モータ7は、伝動機構が外軸6を駆動することで回転する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、モータ7は、電動機および減速機を備えてもいい。モータは回転数が速く、減速機により回転数が大きく低下されるため、外軸6の回転数と回転範囲を効率的かつ精度良くに制御することができる。
実際の応用において、水流が図1に示す水流方向に沿って海洋エーネルギー発電装置100に流れる場合、モータ7が動作しない。この場合に、水平軸水車機2の羽根車が水流に向く。水流が水流方向の逆方向(図1から見ると右から左へ)に沿って海洋エネルギー発電装置100に流れる場合に、モータ7が外軸6を回転駆動することで、水平軸水車機2を180度回転させ、羽根車を左向きから右向きに変更して水平軸水車機2の羽根車が常に水流方向に向くように確保する。この場合は、特に海洋エネルギーを利用した発電に適用し、最大の発電電力を確保する。
特に、実際の応用における上げ潮と引き潮の水流方向は完全に平行であるのではなく、必ずしも水平軸水車発電機2の上流面に対して垂直でもない。水流の水平軸水車機2へ流れ込む方向にかかわらず、本発明の海洋エルギー発電装置は、水平軸水車機2を常に水流に対向させるように、外軸6を通じて水平軸水車機2の向きの変更を制御することができ、よって潮流エネルギーを最大限に利用し、発電効率を向上させる。
また、実際の水流速度が水平軸水車機2の耐えられる最大負荷に対応する定格速度より速い場合、外軸6の回転により水平軸水車機2を水流方向から一定の角度離れて回転させるように制御するだけで、水平軸水車機2の負荷を効果的に低減することができ、水平軸水車機2が過負荷によって破損されることがないように確保すると同時に、水平軸水車機2が相変わらず正常に動作し、安定して発電し続けるように確保する。従来の海洋エネルギー発電装置において、水流の速度が大き過ぎる場合、発電機が焼損されると運転を停止する欠点を解決すると同時に、可変ピッチの調節を行う必要なく、発電機の負荷調節をより簡単且つ効果的であるようにする。一方、実際の水流速度が水平軸水車機2の耐えられる最大負荷に対応する定格速度より小さい場合、外軸6の回転によって水平軸水車機2を水流方向(即ち、羽根車の上流面が水流方向に対して垂直である)に対向するように制御するだけで、水流を最大限に利用して発電することができ、発電効率を向上させる。
本実施例では、海洋エネルギー発電装置100は、外軸6およびカプセル3内の圧力を高め、外軸6およびカプセル3内の圧力が外部の海の圧力よりも高くさせるように外軸6の内部に連通される加圧管81を備えている。加圧管81は、一端がエアポンプ82に連通し、他端が外軸6内に配置される。エアポンプ82は、外軸6に連通されているため、外軸6内の圧力が外部の圧力よりも大きいように外軸6内の圧力の増減を制御することができる。こんな態様によば、通常のシールリングだけで、外部の水が外軸6とカプセル3内に流入することを遮断できるので、外軸6内の電気部品に効果的にシール保護を実現し、従来の水平軸水車発電機が深水中で作業ができない或いは作業の効率が低下する問題を解決する。さらに、水深方向の海洋エネルギーを充分に利用することを可能にして、発電効率を向上させて、既存の海洋エネルギー発電装置が深水に入り込まれない課題を解決した。
図2は、本発明の第2の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の発電機1、水平軸水車機2、カプセル3、シールリング4および漏水保護装置5などの部品は、第1の実施例と同様であり、同一な部品には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
本実施例では、水平軸水車機2と漏水保護装置5の数はいずれも2であるが、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水底と水面との間の距離に応じて水深による水平軸水車機2の数を柔軟に調整することができる。他の実施例では、水平軸水車機2および漏水保護装置5の数は両方とも2より多くてもよい。少なくとも2つの水平軸水車機2は、同一な内部枠内に位置し、水面Pに対して垂直である方向に配列されている。図3に示す方向から見ると,2つの水平軸水車機3が縦方向に配列されていることで、海洋エネルギー発電装置の規模を海洋深度に沿った縦方向に広くさせ、発電電力を大幅に向上させている。さらに、従来の、大規模の海洋エネルギー発電装置を実現できなかった問題を解決した。
各水平軸水車機2に対応して1つの漏水保護装置5が配置されているので、上方に位置する貯水タンク51は、給水管やケーブルなどの配線が通すための貫通孔511が開設される。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水管およびケーブルなどの配線は、貯水タンク51を直接に避けることができる。
図3は、本発明の第3の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の水平軸水車機2、カプセル3、シールリング4および少なくとも1つの漏水保護装置5などの部品は、第1の実施例と同一であり、同一な部品には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
本実施例では、発電機1’は水面以上に位置している。海洋エネル発電装置はさらに水平軸水車機2と発電機1’を接続し、水平軸水車機2が発生した運動エネルギーを発電機1’に伝達する角度可変伝動機構9を備える。角度可変伝動機構9の役割は、伝動角度/方向を変更することである。本実施例の角度可変伝動機構9は、水平軸水車機2と伝動軸91とを連結し、水平に設けられている水平軸水車機2が発生する運動エネルギーを、垂直に設けられている伝動軸91に伝達する。具体的には、水平軸水車機2は、水流の衝撃により回転され、発生した運動エネルギーが水平軸水車機2自身のロータを介して角度可変伝動機構9に伝達され、この場合に運動エネルギーの伝達方向が水平方向である。そして、角度可変伝動機構9は、伝動の角度/方向を変化させ、水平方向の運動エネルギーを垂直に設けられている伝動軸91に伝達する。そして、駆動軸91は、一端が発電機1に接続されているので、運動エネルギーを発電機1に伝達する。発電機1は、受け取った運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。
本実施例では、角度可変伝動機構9は、複数の歯車と伝動ロッドとを備え、歯車と伝動ロッドとの協働により伝動角度の90度の変更を実現する。歯車と伝動ロッドの協働によって伝動角度又は方向の変更を実現する方法は、機械分野の従来の設計であるので、ここで詳細な説明を省略する。図3には、1種の配列方式のみが示されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、角度可変度伝達機構9は、伝達角度の90度の変更を実現するための複数の歯車のみを備える可能である。伝動角度の90度の変更を実現する可能な伝動構造であれば、本願の角度可変伝動機構9の保護範囲内である。
本実施例では、海洋エルギー発電装置はさらにギヤボックスを含み、伝動軸91の一端がギヤボックス92を介して発電機1に連結されている。発電機1の効率的な動作を確保するために、ギヤボックス92が常にオイルを交換する必要がある。本願に係るギヤボックス92および発電機1は、いずれも水面以上にあるので、メンテナンスおよび交換の難度およびコストが大幅に低減される。
図4は、本発明の第4の実施例による海洋エネル発電装置の模式図である。本実施例の発電機1、加速箱11、液位センサ52などは、第1の実施例と同様であり、同一な要素には同一な符号を付し、以下では相違点についてのみを説明する。
本実施例では、シールリング4’は端面シール方式でシールし、羽根車ロータ21’の周囲を直接的に端面シールしているので、カプセル3’の左側のシール構造もそれに対応して微調整されている。本実施例では、貯水タンク51’は、水平軸水車機の下方に位置しているが、カプセル3’の底部開口の直下ではなく、カプセル3’全体の左側であって、シールリング4’に近接する箇所に位置している。
本実施例では、海洋エネル発電装置400は、羽根車ロータ21’のカプセル3’に向く側に位置する止水リング41をさらに備えている。本実施例では、止水リング41は、ゴムの止水リングであり、水平軸水車機の回転軸にカバーされている。シールリング4’が弛む場合に、水が隙間からカプセル3’内に入る。浸入した水の大部分は、重力の作用により、貯水タンク51’内に直接的に垂らし入れる。ごく少量の水が慣性の作用によって回転軸に沿ってカプセル3’内に移動し続ける。止水リング41は、軸受12の前方(即ち、図4の左側)に位置しているので、浸入した水が回転軸に沿って軸受12内に浸入することを効果的に阻止し、軸受12および他の電気部品をさらに保護する。
本実施例では、水ポンプ53’は、カプセル3’内に位置している。しかしながら、本発明は、水ポンプ53’の位置を何ら限定するものではない。第1の実施例で説明したように、水ポンプ53’を水面P上に配置することができる。
本実施例の水平軸水車機が可変ピッチの水車である場合、羽根車ロータ21’が複数の羽根車211とハブ212とを備える。海洋エネル発電装置400がさらに複数の羽根車シールリング42を備え、各羽根車シールリング42は、各羽根車211とハブ212の接続箇所に設けられている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施例では、水平軸水車機は、不可変ピッチを有するので、羽根車シールリングを追加的に設ける必要がない。
本実施例では、外軸6’は、一端がカプセル3’に連通し、他端が水面P以上に位置している。また、外軸6’は、メンテナンス作業者やメンテナンス機器が外軸6’を介してカプセル3’内に入ることができることで、カプセル3’内の電気部品の点検、メンテナンス(オイル交換)やメンテナンス等を行うように、所定の内径幅Wを有する。
本発明では、外軸の内径幅Wの具体的な数値を何ら限定するものではない。人間でメンテナンス作業を行う場合に、外軸の内径幅Wは、大人が通過できる幅べきであり、例えば1.5m以上とすることができる。それに対応して、外軸の内壁には、メンテナンス作業者が外軸からカプセル3に入るはしご61’が設けられている。ロボットや機器設備でメンテナンス作業を行う場合に、外軸の内径幅はメンテナンス機器が通すことができる幅だけであればいい。本願では、外軸6’の形状を何ら限定するものではない。外軸6’が回転する必要がある場合には、好ましくは円形に設けられ、この場合内径幅Wは、環状の内側円の直径である。外軸6’が回転する必要がない場合には、方形に設けれてもよく、この場合内径幅Wは方形の内辺長である。
既存の海洋エネル発電装置のすべての部品のメンテナンスは、発電装置の発電を停止してから、水中でどこに故障があるかを点検し、故障があった部品を取り外した後に、水の上に持っていってメンテナンスする必要がある。取り外すことができない部品については、水中でメンテナンスするしかない。メンテナンスの難度が大きく且つコストが高く、メンテナンス作業者にとっても非常に危険である。また、点検を容易に行うことができず、定期的に運転を停止するのみことで点検する。本願の発明者は、モジュール化で取り付ける・メンテナンス可能な海洋エルギー発電装置を発明した(中国発明特許出願公開番号第105736221Aを参照する)。メンテナンスの際、水車とフレーム全体を一つのモジュールとして水中から水面上に引き上げることができ、それにより水面上でのメンテナンスと点検が容易になる。しかし、海洋エネルギー発電装置の規模と重量のため、水車を引き上げるたびに、大量の人力と物力を消費し、また、一部の発電装置も発電を停止して点検する必要があり、メンテナンスコストが依然として高い。
本実施例の海洋エルギー発電装置400は、外軸6’が十分な内径幅Wを有し、且つ外軸6’の一端が水面P上に位置しているので、メンテナンス作業者やメンテナンス機器が外軸を介して水面Pから海洋エルギー発電装置400の内部に入り、さらにカプセル3’内に入り、カプセル3’内の全ての電気部品(ギヤボックス、加速箱11、発電機1)のメンテナンスおよび軸受12やギヤボックスなどの部品のオイル交換を行う。このようにすることで、水平軸水車機全体を水面に引き上げる必要がなく、全てのメンテナンスを水面下で直接的に(ただし、水を遮断して)行うことができ、メンテナンスに要する人力・物力を削減し、メンテナンスコストを大幅に低減することができる。また、一部の部品は分解することなく、直接的にメンテナンスを行うことができ、メンテナンスの難度を大幅に低下させる。また、メンテナンス作業者やメンテナンス機器は、非常に便利に発電装置400の内部に入り、電気部品に不具合があるか否かを点検し、早期に不具合を発見することができる。従来の技術では事前点検ができなかったり、発電を停止しなけらば点検ができなかったりする問題を解決した。
本実施例は、水平軸水車機の数を何ら限定するものではない。実際の応用において、水深方向の海洋エネルギーを十分に利用するように水深方向に少なくとも二つの水平軸水車機が設けられている可能である。本実施形態の貯水タンク51’は、カプセル3’の底部ではなく左側に配置されている。従って、水深方向に2つ以上の水平軸水車機がある場合には、メンテナンス作業者は、貯水タンク51’に阻まれなく、カプセル3’の底部の開口部から下のカプセルに直接的に降りることができる。
本発明の各実施例における関連特徴は、実際の需要により自由に組み合わせることができ、それらの組み合わせも本発明の保護範囲に属する。例えば、第4の実施例における海洋エネル発電装置400は、第3の実施例における角度可変伝動機構9を備えてもよく、発電機が水面以上に位置しているが、メンテナンス作業者が外軸からカプセル内に入ることができ、カプセル内の他の電気部品(例えば、角度可変伝動機構の歯車など)のメンテナンスを行うことができる。また、例えば、第4の実施例における海洋エネルギー発電装置400は、第1の実施例におけるモータ7を備えてもよく、モータ7は、外軸転を回駆動することで水平軸水車機の負荷を効果的に調整するようにしてもよい。水平軸水車機が可変ピッチの水車であれば、外軸が回転してもよく、回転しなくてもよいので、モータ7が設けれられなくてもよい。
特に、第4の実施例では、一端がカプセルに連通し、他端が水面以上に位置する外軸およびメンテナンス作業者やメンテナンス機器が通過できる外軸は、任意の海洋エネルギー発電装置に適用されることができる。換言すれば、海洋エルギー発電装置は、漏水保護装置を備えず、第4の実施例で述べた外軸のみを備えてよく、便利にメンテナンスを行い、メンテナンスコストと難度を低減する目的を達成する。
以上で説明したように、本発明では、漏水保護装置が設けられていることにより、シールリングに多少の経年劣化による弛みがあっても、シールリングの弛み箇所から水が浸入すると、海洋エネルギー発電装置内の漏水も必ず発電機と水平軸水車機のカプセル内に位置する伝動モジュールに広がることがないので、水平軸水車機と発電機の安全性を効果的に確保することができる。最終にシールリングをメンテナンス・交換する頻度を減少させ、メンテナンス・交換作業のコストを大幅に低下させ、海洋エネルギー発電装置が正常に発電する周期を延長させ、発生する利益を確保でき、海洋エネルギー発電装置の商業化運用を向上させた。
本発明の実施例の海洋エネルギー発電装置は、伝動モジュールと角度可変伝動機構が設けられていることにより、従来の水平軸水車発電機の発電機部分や他の加速箱などの電気部品を水中から水面以上に持ち上げることができる。機械分野では角度可変伝動機構があったが、海洋エネルギー発電分野において、当業者は、水平軸発電機の発電機が水車機から外して水面以上に引き上げることを考えていない。当業者は、従来の固有パターンに制限されているので、技術的な偏見があり、垂直軸水車発電機の発電機部分のみが水面上に設けられ、水平軸水車発電機について羽根車の配置を改良して発電電力を向上させるだけと考えられている。本発明はこのような技術的偏見を克服し、従来技術における水平軸水車発電機の全ての電気部品が水中にあるため、メンテナンスと交換が困難であり、コストが高いという課題を解決する。本願の発電機部分は水面以上である(加速箱などの他の電気部品も必要に応じて水面以上に設けられている可能である)ので、後続の発電装置のメンテナンスが水面上で行われ、メンテナンスコストが大幅に低減され、海洋エネルギー発電装置の商業的な運用と普およをさらに促進する。
本発明は、以上のような比較的良好な実施形態により開示されているが、これらは本発明を限定するものではない。いわゆる当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、一部の変動や修飾をすることができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により定められる。
Claims (16)
- 海洋エネルギー発電装置に使用されている海洋エネルギー発電における漏水保護装置であって、
外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める貯水タンクと、
貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる水ポンプとを備える、
ことを特徴とする海洋エネルギー発電における漏水保護装置。 - 貯水タンク内の水位を検出するために前記貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、
液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、前記水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する、
ことを特徴とする請求項1に記載の海洋エネルギー発電における漏水保護装置。 - 前記貯水タンクは、線路が通すための貫通孔を有している、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の海洋エネルギー発電における漏水保護装置。 - 海洋エネルギー発電装置であって、
発電機と、
羽根車ロータと伝動モジュールを含み、前記羽根車ロータの回転による運動エネルギーが前記伝動モジュールを介して前記発電機に伝達される少なくとも一つの水平軸水車機と、
内部に前記伝動モジュールが設けられて、外部に前記羽根車ロータが設けられているカプセルと、
前記羽根車ロータと前記カプセルシーの接続箇所に設けられているシールリングと、
外部から海洋エネルギー発電装置内に漏れた水を留める貯水タンクと、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げる水ポンプとを備え、水平軸水車機に対応して設けられている少なくとも一つの漏水保護装置と、を備える、
ことを特徴とする海洋エネルギー発電装置。 - 漏水保護装置は、貯水タンク内の水位を検出するために貯水タンクに対応して設けられている液位センサをさらに備え、
液位センサにより、貯水タンク内の水位がプリセット値に達したことが検出されると、水ポンプは、貯水タンク内の水を海洋エネルギー発電装置の外部に汲み上げるように動作する、
ことを特徴とする請求項4に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記発電機は、前記カプセル内に位置する、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記発電機は、水面以上に位置する、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記水平軸水車機と発電機とを連結し、水平軸水車機が発生する運動エネルギーを発電機に伝達する角度可変伝動機構をさらに備える、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記カプセルに連通する少なくとも1本の外軸をさらに備え、
前記外軸が回転すると、前記水平軸水車機は連動されて向きが変えられる、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記外軸を回転駆動するために前記外軸に連結されたモータをさらに備える、
ことを特徴とする請求項9に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 外軸とカプセル内の圧力を増加させ、外軸およびカプセル内の気圧を外部の海水の圧力よりも大きくさせるように、外軸の内部に連通する加圧管をさらに備える、
ことを特徴とする請求項9に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記水平軸水車機および漏水保護装置のいずれもの数は2以上である、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 一端が前記カプセルに連通し、他端が水面以上に位置する少なくとも1本の外軸をさらに備える、
ことを特徴とする請求項4に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記外軸は、メンテナンス作業者またはメンテナンス機器が前記メンテナンスを行うために前記外軸を介してカプセルに入るための特定の内径幅を有する、
ことを特徴とする請求項4、5、13のいずれか一つに記載の海洋エネルギー発電装置。 - 前記羽根車ロータの前記カプセルに向ける側に位置する止水リングを備える、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。 - 複数の羽根車シールリングをさらに備え、
前記羽根車ロータは、複数の羽根車と、ハブとを備え、
各羽根車シールリングは、各羽根車とハブとの接続箇所に設けられている、
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の海洋エネルギー発電装置。
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