JP2021110267A - 水中浮遊式水流発電装置の係留構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】浮体の予期せぬ浮上を防止しつつ、必要なときに容易に浮体を浮上させることができる水中浮遊式水流発電装置の係留構造を提供する。【解決手段】水底ＷＢに水中浮遊式水流発電装置１００Ａの浮体１０Ａを係留する水中浮遊式水流発電装置１００Ａの係留構造１Ａにおいて、水底ＷＢに設置された主支持具２１と、一端２ａが主支持具２１に連結され、他端２ｂが浮体１０Ａに連結された主係留索２とに加えて、水底ＷＢに設置され、浮体１０Ａの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ａを牽引することにより浮体１０Ａの浮上を抑止する牽引状態と、浮体１０Ａの浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能な補助支持具３０Ａをさらに備える。【選択図】図１
Description
本発明は、水中浮遊式水流発電装置の係留構造に関する。
水中浮遊式水流発電に関する技術が知られている。水中浮遊式水流発電では、水中に浮遊させられた浮体に軸支されたタービンを海流等の水流により回転させることによって発電する。浮体は、水中の所定の位置に配置する必要がある。例えば、特許文献１には、複数の第１係留索と、第２係留索と、浮体とを具備している水中浮遊式水流発電システムが開示されている。
特許文献１の水中浮遊式水流発電システムでは、複数の第１係留索は、一端を海底の互いに離れた位置に固定され、他端をある深度で１本に束ねられて、第２係留索と一端と連結されている。浮体は、第２係留索の他端に連結されている。海流の向きがどの向きであっても、複数の第１係留索の内の海流の上流側にある１本の第１係留索に張力がかかり、他の第１係留索は緩んだ状態となる。海流の向きがどの向きであっても、浮体は、張力のかかった１本の第１係留索と第１係留索に連結された第２係留索により係留される。
ところで、上記のような水中浮遊式水流発電においては、浮体の予期せぬ浮上により、浮体が水面を航行中の船舶と近接することを防止する必要がある。一方、水中浮遊式水流発電においては、浮体の整備等のために浮体の浮上が必要なときには、容易に浮体を浮上させられることが望まれる。
そこで、本発明は、浮体の予期せぬ浮上を防止しつつ、必要なときに容易に浮体を浮上させることができる水中浮遊式水流発電装置の係留構造を提供することを目的とする。
本発明の一形態は、水底に水中浮遊式水流発電装置の浮体を係留する水中浮遊式水流発電装置の係留構造であって、水底に設置された主支持具と、一端が主支持具に連結され、他端が浮体に連結された主係留索と、水底に設置され、浮体の浮力以上の力で浮体を牽引することにより浮体の浮上を抑止する牽引状態と、浮体の浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能な補助支持具とを備えた水中浮遊式水流発電装置の係留構造である。
この構成によれば、水底に水中浮遊式水流発電装置の浮体を係留する水中浮遊式水流発電装置の係留構造において、水底に設置された主支持具と、一端が主支持具に連結され、他端が浮体に連結された主係留索とに加えて、水底に設置され、浮体の浮力以上の力で浮体を牽引することにより浮体の浮上を抑止する牽引状態と、浮体の浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能な補助支持具をさらに備える。このため、牽引状態により浮体の予期せぬ浮上を防止しつつ、必要なときに解除状態にすることにより容易に浮体を浮上させることができる。
この場合、牽引状態では、浮体と補助支持具との間に磁力を作用させることにより、補助支持具は浮体の浮力以上の力で浮体を牽引し、解除状態では、浮体と補助支持具との間に磁力を作用させないことにより、浮体の浮上を許容してもよい。
この構成によれば、牽引状態では、浮体と補助支持具との間に磁力を作用させることにより、補助支持具は浮体の浮力以上の力で浮体を牽引し、解除状態では、浮体と補助支持具との間に磁力を作用させないことにより、浮体の浮上を許容するため、単純な構成によって容易に牽引状態と解除状態とを切り替えることができる。
この場合、浮体は磁力を発生する電磁石を有し、補助支持具は電磁石が発生した磁力により牽引される強磁性体を有してもよい。
この構成によれば、浮体は磁力を発生する電磁石を有し、補助支持具は電磁石が発生した磁力により牽引される強磁性体を有するため、水底に設置される補助支持具の構成を単純にすることができる。
また、補助支持具は磁力を発生する電磁石を有し、浮体は電磁石が発生した磁力により牽引される強磁性体を有してもよい。
この構成によれば、補助支持具は磁力を発生する電磁石を有し、浮体は電磁石が発生した磁力により牽引される強磁性体を有するため、例えば、浮体が発電不可能となり、浮体に備えられた電磁石により磁力を発生させることが不可能なときであっても、補助支持具の電磁石の磁力により浮体の強磁性体を牽引することにより、浮体の予期せぬ浮上を防止することができる。
また、主支持具の周囲に複数の補助支持具を備えてもよい。
この構成によれば、主支持具の周囲に複数の補助支持具を備えるため、水流の方向の変化に応じて、複数の補助支持具の内で主支持具の水流の下流に位置する補助支持具に浮体を牽引させることにより、水流の方向の変化に対応することができる。
本発明の一側面によれば、浮体の予期せぬ浮上を防止しつつ、必要なときに容易に浮体を浮上させることができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。以下の説明において、「上流」または「下流」との語は、水の流れを基準として用いられる。また、「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。例えば、ダウンウィンド型のタービンが用いられる場合には、ポッドの後部側にブレード（翼）が配置される。
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示されるように、本実施形態では、水中浮遊式水流発電装置１００Ａは、海底等の水底ＷＢに水面ＷＳの下に沈められた浮体１０Ａを係留する係留構造１Ａを備える。係留構造１Ａは、水底ＷＢに設置された主支持具２１と、一端２ａが主支持具２１に連結され、他端２ｂが浮体１０Ａに連結された主係留索２と、補助支持具３０Ａとを備える。
浮体１０Ａは、例えば海水等の水中に設置されて浮遊し、海流等の水流ＦＬ１を利用して発電する。浮体１０Ａは、左右に離間して配置された一対のポッドである第１ポッド１２Ａおよび第２ポッド１２Ｂと、第１ポッド１２Ａおよび第２ポッド１２Ｂを連結するクロスビーム１３とを備える。
第１ポッド１２Ａの後部には、タービン１４Ａが設けられている。タービン１４Ａには、タービン翼１６Ａが取り付けられている。第２ポッド１２Ｂの後部には、タービン１４Ｂが設けられている。タービン１４Ｂには、タービン翼１６Ｂが取り付けられている。第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂのそれぞれは、タービン１４Ａ，１４Ｂを回転可能に支持しつつ、タービン１４Ａ，１４Ｂに適正な浮力を付与する。第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂは、円筒状をなしており、例えば、同じ大きさおよび構造を有している。
浮体１０Ａに適用されるタービン１４Ａ，１４Ｂは、いわゆるダウンウィンド型のタービンである。第１ポッド１２Ａおよび第２ポッド１２Ｂは、水流ＦＬ１の向きに対向した姿勢で浮遊する。この浮遊状態において、水流ＦＬ１によりタービン１４Ａ，１４Ｂが回転することにより、第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂに収容された不図示の発電機が発電する。
浮体１０Ａのクロスビーム１３は、制御部１７と電磁力を発生する電磁石１８とを有する。制御部１７からの励磁及び非励磁の指令信号により、電磁石１８は磁力を発生する励磁状態と磁力を発生しない非励磁状態とを切り替えることが可能である。励磁状態において、電磁石１８は、第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂに収容された不図示の発電機が発電する電力により磁力を発生する。なお、浮体１０Ａは不図示の蓄電池を有し、励磁状態において、電磁石１８は、蓄電池の電力により磁力を発生してもよい。また、電磁石１８は、浮体１０Ａの第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂに収容されていてもよい。
主係留索２はワイヤロープといった索体である。主係留索２では、一端２ａの側の第１係留索２Ａと、他端２ｂの側の一対の第２係留索２Ｂ，２Ｃとが、一端２ａと他端２ｂとの間の連結具２ＤによりＹ字状に連結されている。送電ケーブル４は、第１係留索２Ａ及び第２係留索２Ｂ，２Ｃに沿うように設けられ、浮体１０Ａから主支持具２１に電力を送電する。主支持具２１に送電された電力は、送電ケーブル２２により、水中浮遊式水流発電装置１００Ａの外部に送電される。
補助支持具３０Ａは、水底ＷＢに設置される。水底ＷＢにおける補助支持具３０Ａと主支持具２１との距離は主係留索２の長さに対応している。補助支持具３０Ａは、浮体１０Ａの浮力以上の力で浮体１０Ａを牽引することにより浮体１０Ａの浮上を抑止する牽引状態と、浮体１０Ａの浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能である。牽引状態においては、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとが接触していてもよく、接触していなくともよい。具体的には、牽引状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させることにより、補助支持具３０Ａは浮体１０Ａの浮力以上の力で浮体１０Ａを牽引する。一方、解除状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させないことにより、浮体１０Ａの浮上を許容する。
補助支持具３０Ａは、水底ＷＢに設置された支柱３１と、支柱３１により支持される強磁性体３２を有する。強磁性体３２は、浮体１０Ａの電磁石１８が発生した磁力により牽引される。支柱３１により支持された強磁性体３２の上面の水底ＷＢからの高さは、タービン１４Ａ，１４Ｂと水底ＷＢとの干渉を避けるため、タービン１４Ａ，１４Ｂの半径よりも高くされる。本実施形態では、補助支持具３０Ａの強磁性体３２の位置及び形状は、浮体１０Ａのクロスビーム１３の電磁石１８の位置及び形状に対応している。なお、浮体１０Ａの第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂに電磁石１８が収容されている場合は、補助支持具３０Ａの強磁性体３２の位置及び形状は、浮体１０Ａの第１ポッド１２Ａ及び第２ポッド１２Ｂの電磁石１８の位置及び形状に対応していてもよい。
以下、本実施形態の係留構造１Ａの作用について説明する。図２（Ａ）に示されるように、浮体１０Ａによる発電時及び浮体１０Ａの整備時には、補助支持具３０Ａは、浮体１０Ａの浮上を許容する解除状態とされる。制御部１７からの非励磁の指令信号により電磁石１８は非励磁状態となり、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させないことにより、浮体１０Ａの浮上が許容される。
一方、水面ＷＳに船舶が航行中である等のときは、図２（Ｂ）に示されるように、補助支持具３０Ａの強磁性体３２の上面の深度まで浮体１０Ａが潜航させられる。浮体１０Ａが強磁性体３２の上面の深度まで潜航させられた後、補助支持具３０Ａは、浮体１０Ａの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ａを牽引することにより浮体１０Ａの浮上を抑止する牽引状態とされる。制御部１７からの励磁の指令信号により電磁石１８は励磁状態となり、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させることにより、補助支持具３０Ａは浮体１０Ａの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ａを牽引する。
励磁した電磁石１８と補助支持具３０Ａの強磁性体３２とが接着し、浮体１０Ａは水面ＷＳを航行する船舶の通過まで待機させられる。船舶の通過後は、図２（Ａ）に示されるように補助支持具３０Ａは再び解除状態とされ、制御部１７からの非励磁の指令信号により電磁石１８は非励磁状態となり、浮体１０Ａの浮上が許容される。また、浮体１０Ａによる発電時及び浮体１０Ａの整備時等の浮体１０Ａの浮上が必要なときに、補助支持具３０Ａは解除状態とされる。
本実施形態によれば、水底ＷＢに水中浮遊式水流発電装置１００Ａの浮体１０Ａを係留する水中浮遊式水流発電装置１００Ａの係留構造１Ａにおいて、水底ＷＢに設置された主支持具２１と、一端２ａが主支持具２１に連結され、他端２ｂが浮体１０Ａに連結された主係留索２とに加えて、水底ＷＢに設置され、浮体１０Ａの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ａを牽引することにより浮体１０Ａの浮上を抑止する牽引状態と、浮体１０Ａの浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能な補助支持具３０Ａをさらに備える。このため、牽引状態により浮体１０Ａの予期せぬ浮上を防止しつつ、必要なときに解除状態にすることにより容易に浮体１０Ａを浮上させることができる。例えば、浮体１０Ａの整備時等の浮体１０Ａの浮上が必要なときには、ＲＯＶ（Remotely operated vehicle）等による係留索の切断等の大規模な工事を要さずに、浮体１０Ａを水面ＷＳまで浮上させることができる。
また、本実施形態によれば、牽引状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させることにより、補助支持具３０Ａは浮体１０Ａの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ａを牽引し、解除状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間に磁力を作用させないことにより、浮体１０Ａの浮上を許容するため、単純な構成によって容易に牽引状態と解除状態とを切り替えることができる。
また、本実施形態によれば、浮体１０Ａは磁力を発生する電磁石１８を有し、補助支持具３０Ａは電磁石１８が発生した磁力により牽引される強磁性体３２を有するため、水底ＷＢに設置される補助支持具３０Ａの構成を単純にすることができる。
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、本実施形態の水中浮遊式水流発電装置１００Ｂの係留構造１Ｂでは、補助支持具３０Ｂは、磁力を発生する電磁石３３を有し、浮体１０Ｂは、電磁石３３が発生した磁力により牽引される強磁性体１９を有する。上記第１実施形態の強磁性体３２と同様に、電磁石３３は支柱３１により支持される。不図示の制御部からの励磁及び非励磁の指令信号により、電磁石３３は磁力を発生する励磁状態と磁力を発生しない非励磁状態とを切り替えることが可能である。また、上記第１実施形態の電磁石１８と同様に強磁性体１９は、浮体１０Ｂのクロスビーム１３に配置されている。上記第１実施形態と同様に、補助支持具３０Ｂの電磁石３３の位置及び形状は、浮体１０Ｂの強磁性体１９の位置及び形状に対応している。
図３（Ａ）に示されるように、解除状態では、補助支持具３０Ｂの電磁石３３は非励磁状態となり、浮体１０Ｂと補助支持具３０Ｂとの間に磁力を作用させないことにより、浮体１０Ｂの浮上が許容される。図３（Ｂ）に示されるように、牽引状態では、補助支持具３０Ｂの電磁石３３は励磁状態となり、浮体１０Ｂと補助支持具３０Ｂとの間に磁力を作用させることにより、補助支持具３０Ｂが浮体１０Ｂの浮力以上の力Ｆで浮体１０Ｂを牽引し、浮体１０Ｂの浮上が抑止される。
本実施形態では、補助支持具３０Ｂは磁力を発生する電磁石３３を有し、浮体１０Ｂは電磁石３３が発生した磁力により牽引される強磁性体１９を有するため、例えば、浮体１０Ｂが発電不可能となり、浮体１０Ｂに備えられた電磁石により磁力を発生させることが不可能なときであっても、補助支持具３０Ｂの電磁石３３の磁力により浮体１０Ｂの強磁性体１９を牽引することにより、浮体１０Ｂの予期せぬ浮上を防止することができる。
以下、本発明の第３実施形態について説明する。図４に示されるように、本実施形態の水中浮遊式水流発電装置１００Ｃの係留構造１Ｃでは、主支持具２１の周囲に複数の上記第１実施形態と同様の補助支持具３０Ａを備える。複数の補助支持具３０Ａのそれぞれは、例えば、主支持具２１から主係留索２の長さに対応した等距離を隔てるように水底ＷＢに配置されている。
本実施形態では、主支持具２１の周囲に複数の補助支持具３０Ａを備えるため、水流ＦＬ１の方向の変化に応じて、複数の補助支持具３０Ａの内で主支持具２１の水流ＦＬ１の下流に位置する補助支持具３０Ａに浮体１０Ａを牽引させることにより、水流ＦＬ１の方向の変化に対応することができる。例えば、水流ＦＬ１の方向が水流ＦＬ２の方向に変化したとしても、水流ＦＬ２の下流に位置する補助支持具３０Ａに浮体１０Ａを牽引させることができる。なお、上記第２実施形態のように、主支持具２１の周囲に複数の上記第１実施形態と同様の補助支持具３０Ｂを備え、複数の補助支持具３０Ｂの内で主支持具２１の水流ＦＬ１の下流に位置する補助支持具３０Ｂに浮体１０Ｂを牽引させてもよい。
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、牽引状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間が機械的に結合されることにより、補助支持具３０Ａは浮体１０Ａの浮力以上の力で浮体１０Ａを牽引し、解除状態では、浮体１０Ａと補助支持具３０Ａとの間の機械的な結合を解除することにより、浮体１０Ａの浮上を許容してもよい。また、主支持具２１及び主係留索２の構成は、上記実施形態以外の形式でもよく、例えば、上記特許文献１に記載の方式でもよい。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 係留構造
２ 主係留索
２Ａ 第１係留索
２Ｂ 第２係留索
２Ｃ 第２係留索
２Ｄ 連結具
２ａ 一端
２ｂ 他端
４ 送電ケーブル
１０Ａ，１０Ｂ 浮体
１２Ａ 第１ポッド
１２Ｂ 第２ポッド
１３ クロスビーム
１４Ａ，１４Ｂ タービン
１６Ａ，１６Ｂ タービン翼
１７ 制御部
１８ 電磁石
１９ 強磁性体
２１ 主支持具
２２ 送電ケーブル
３０Ａ，３０Ｂ 補助支持具
３１ 支柱
３２ 強磁性体
３３ 電磁石
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 水中浮遊式水流発電装置
ＷＳ 水面
ＷＢ 水底
ＦＬ１，ＦＬ２ 水流
Ｆ 力
２ 主係留索
２Ａ 第１係留索
２Ｂ 第２係留索
２Ｃ 第２係留索
２Ｄ 連結具
２ａ 一端
２ｂ 他端
４ 送電ケーブル
１０Ａ，１０Ｂ 浮体
１２Ａ 第１ポッド
１２Ｂ 第２ポッド
１３ クロスビーム
１４Ａ，１４Ｂ タービン
１６Ａ，１６Ｂ タービン翼
１７ 制御部
１８ 電磁石
１９ 強磁性体
２１ 主支持具
２２ 送電ケーブル
３０Ａ，３０Ｂ 補助支持具
３１ 支柱
３２ 強磁性体
３３ 電磁石
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 水中浮遊式水流発電装置
ＷＳ 水面
ＷＢ 水底
ＦＬ１，ＦＬ２ 水流
Ｆ 力
Claims (5)
- 水底に水中浮遊式水流発電装置の浮体を係留する水中浮遊式水流発電装置の係留構造であって、
前記水底に設置された主支持具と、
一端が前記主支持具に連結され、他端が前記浮体に連結された主係留索と、
前記水底に設置され、前記浮体の浮力以上の力で前記浮体を牽引することにより前記浮体の浮上を抑止する牽引状態と、前記浮体の浮上を許容する解除状態とを切り替えることが可能な補助支持具と、
を備えた水中浮遊式水流発電装置の係留構造。 - 前記牽引状態では、前記浮体と前記補助支持具との間に磁力を作用させることにより、前記補助支持具は前記浮体の浮力以上の力で前記浮体を牽引し、
前記解除状態では、前記浮体と前記補助支持具との間に前記磁力を作用させないことにより、前記浮体の浮上を許容する、請求項１に記載の水中浮遊式水流発電装置の係留構造。 - 前記浮体は、前記磁力を発生する電磁石を有し、
前記補助支持具は、前記電磁石が発生した前記磁力により牽引される強磁性体を有する、請求項２に記載の水中浮遊式水流発電装置の係留構造。 - 前記補助支持具は、前記磁力を発生する電磁石を有し、
前記浮体は、前記電磁石が発生した前記磁力により牽引される強磁性体を有する、請求項２に記載の水中浮遊式水流発電装置の係留構造。 - 前記主支持具の周囲に複数の前記補助支持具を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水中浮遊式水流発電装置の係留構造。
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