JP4695128B2

JP4695128B2 - 潮流発電装置

Info

Publication number: JP4695128B2
Application number: JP2007288215A
Authority: JP
Inventors: 通博大江
Original assignee: 通博大江
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: JP2009114936A

Description

本発明は、海洋や海峡等の潮流を利用し発電するする場合に、難題である潮流の時間経過での流れ方向の逆転現象にも容易に対応出来るとともに、漂流物や魚等による水車の回転障害も防止することが出来て、良好な発電が可能となる潮流発電装置に関する。

近年、埋蔵資源エネルギーの枯渇問題や排出される二酸化炭素等による地球環境の悪化の問題等から、環境に優しい自然エネルギーである水力、風力、太陽光エネルギー等の利用技術が注目されていて、潮流を利用した潮流発電においても幾多の提案が既になされて来ている。発電装置としては、水車がスクリュー方式または羽根部が板状の横軸ランナー方式等の方式に関わりなく、流水を集水し制御する機能を具有することにより発電能力を高められるため、筒状体に水車を内装した形態が好ましいと考えられる。

そして、この様な考えの基に、既に、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、等が提案されている。しかしながら、これら全てに共通して、これらを現実的に実用化しようとした場合には、漂流物や魚等が流入し水車の回転を阻害するという問題点がある。このため、水車の回転に障害となる漂流物や魚等が流入を防止する対策が必要となって来る。

また、潮流を利用して発電するためには、潮流は時間経過で流れ方向の逆転現象が生ずるという課題点がある。このため、スクリュー方式では流れ方向の逆転現象に一応対応可能ではあるが、発電効率を高めるためには円筒形状が好ましいがバランス的に不安定であるとともに水流が低速であればエネルギー変換効率は著しく低下するという問題点がある。一方、クロスフロー型的横軸ランナー型の水車では、水流が低速でも回転トルクとしてのエネルギー変換が比較的効率良く行えるという面もあるが、そのままでは潮流の流れ方向の逆転現象に対応が困難であるという問題点がある。

この様なことから、潮流を利用して良好な発電を可能とするためには、従来技術の問題点である、漂流物や魚等が流入し水車の回転を阻害するという問題点と、潮流は時間経過で流れ方向の逆転現象が生ずるという問題点を解決する対策技術が必要となるという課題点がある。
特開２００５−３５１２０１号公報特開２００５−２７３４６４号公報特開２００５−２４０７８６号公報特開平１０−１１５２７８号公報

本発明が解決しようとする課題は、潮流を利用して良好な発電を可能とするためには、漂流物や魚等が流入し水車の回転を阻害するという問題点と、潮流は時間経過で流れ方向の逆転現象が生ずるという問題点を解決する工夫が必要となるという課題点である。

前述の課題を解決するため、本発明の潮流発電装置は、陸地近くの潮流は流れ方向が一日に４回規則的に逆転するが、発電装置本体を回動させることなく発電が出来る潮流発電装置であって、両側の開口部に向かって拡大する拡大部位を有する角筒状体と、該角筒状体の中央部に配設され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し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態の衝動水車と、該水車の回転により発電する発電機とを備え、且つ、前記角筒状体の両側の開口部の外側の中央部前方より何れかの相対する両端部に向けて中心線から各々約４０〜７０度の角度をなした形態で且つ板状長尺部材が約１〜１０ｍｍ程度の範囲の板厚であるとともに約２０〜６０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列した筋状スクリーン形態をなしている漂流物等対策部位が付設された潮流発電装置であって、更に、前記両側の拡大部位に水車の回転に利する様に流水を導水出来る回動可能な板状の導水部材が各々配設されていて、且つ、図２に示す様に、一方の拡大部位にある導水部材３１の比重が約０．３〜０．８の範囲であるとともに他方の拡大部位にある導水部材３２の比重が約１．２〜４の範囲であることを最も主要な特徴とする。

そして、筒状体を用いた発電の場合は、下流側の開口部を広くする等をして、開口部の内部側への周囲からの回り込み水流の影響を出来るだけ低減させる様にすることが水車部の流速を確保し発電効率を高められると言われている。このため、付加して、前記発電装置で水下側となる開口部に外部からの流水の回り込みによる悪影響を抑制するために、水上側となる場合には水流抵抗が少ない様な角度の形態をなすことが出来かつ水下側となる場合には前記角筒状体の外面に対してほぼ直立する様な形態をなすことが出来る回動可能な流水衝突板が前記角筒状体の両端開口部の近傍外周に各々付設されていることを特徴とする。

更に付加して、前記角筒状体の上部または下部に浮体機能部位が付設され浮遊式であことを特徴とする。

更に付加して、前記水車を内装した角筒状体および漂流物等対策部位が積層されていることを特徴とする。

更に付加して、前記角筒状体と前記漂流物等対策部位がユニット化され且つ着脱可能な状態で連結された形態をなすことを特徴とする。

潮流を利用して良好な発電を可能とするためには、漂流物や魚等が流入し水車の回転を阻害するという問題点と、潮流は時間経過で流れ方向の逆転現象が生ずるという問題点を解決する工夫が必要となるという課題点があるが、本発明によれば、これらが解決出来るので、潮流を利用して良好な発電が可能となるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明装置の装置本体部分の一部を省略した模式的全体斜視図。図２は一実施例の装置本体部分の断面説明図。図３は図２の例の装置本体部分の平面図と側面図。図４は両端開口部の近傍外周に回動可能な流水衝突板が付設されている場合の説明図。図５は海底付近に本装置を設置する場合の説明図。図６は浮体機能部位を付加して浮遊式とする場合の説明図。図７は導水部材の各々が複数になる場合の説明図。図８は装置本体部分が積層される場合の説明図。図９は本装置に用いる水車の説明図である。

本発明の潮流発電装置１は、図１〜図３に示す様に、両側の開口部に向かって拡大する拡大部位１１を有する角筒状体１０と、該角筒状体１０の中央部に配設され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５１を有し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態の水車と、該水車の回転により発電する発電機６０とを備え、且つ、角筒状体１０の両側の開口部の外側の中央部前方より相対する両端部に向けて中心線から各々約４０〜７０度の角度をなした形態で且つ板状長尺部材２１が約１〜１０ｍｍ程度の範囲の板厚であるとともに約２０〜６０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列した筋状スクリーン形態をなしている漂流物等対策部位２０が付設された潮流発電装置であって、更には、前記両側の拡大部位１１に水車の回転に利する様に流水を導水出来る回動可能な板状の導水部材３１、３２が各々配設されていて、且つ、図２に示す様に、一方の拡大部位にある導水部材３１の比重が約０．３〜０．８の範囲であるとともに他方の拡大部位にある導水部材３２の比重が約１．２〜４の範囲であることを最も主要な特徴とする潮流発電装置である。

そして、本装置１は、図４に示す様に、本発電装置で水下側となる開口部に外部からの流水の回り込みによる悪影響を抑制するために、水上側となる場合には水流抵抗が少ない様な角度の形態をなすことが出来かつ水下側となる場合には前記角筒状体の外面に対してほぼ直立する様な形態をなすことが出来る回動可能な流水衝突板４１が角筒状体１０の両端開口部の近傍外周に各々付設されている場合がある。

また、本装置１を活用する場合には、図５に示す様に、本装置固定基礎９０を用いて水底部より少し間隔をおいて固定式とする場合と、図６に示す様に、角筒状体１０の上部または下部に浮体機能部位８０を付設して浮遊式とする場合がある。

そして、本装置１は、図８に示す様に、水車を内装した角筒状体１０および漂流物等対策部位２０を積層した形態の場合もある。

また、本装置１は、図にての説明は省略するが、角筒状体１０と漂流物等対策部位２０がユニット化され且つ着脱可能な状態で連結された形態をなす場合もある。

以下、主要な部位・部材等について特記すべきこと記載する。
先ず、角筒状体１０は、構成としては、基本的には、主要部が、板状部材１２及び骨格部材１３からなっている。また、材質としては、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材が考えられ好ましいが、その他、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。また、厚み等に関しては材質及び装置規模等を勘案して適宜設定される。

漂流物等対策部位２０は、図１〜図３に示す様に、主要部が、筋状スクリーン形態をなした板状長尺部材２１と板状長尺部材の支持部材２２からなっていて、板状長尺部材２１の一方の端部は角筒状体１０の板状部材１２又は骨格部材１３に固設されている。そして、板状長尺部材２１と支持部材２２は、材質としては、前記角筒状体１０の材質に準じたものが用いられる。また、板状長尺部材２１は、図３（Ｃ）に示す様に中心線からの開角θが約４０〜７０度の角度をなしていて、図２（Ａ）に示す様に、約１〜１０ｍｍ程度の範囲の板厚であるとともに平行状態の配列間隔がｄが約２０〜６０ｍｍの間隔で配列されている。

導水部材３１、３２は、図２に示す様に、板状であり、一側辺部近傍の両端部を回転自在に支持され回動可能であり、一方の拡大部位の導水部材Ａ３１が比重が約０．３〜０．８の範囲のものであり、他方の拡大部位の導水部材Ｂ３２が比重が約１．２〜４の範囲のものである。そして、図２（Ａ）に示す様に、導水部材Ａ３１側から流水が有る場合は、導水部材Ａ３１が角筒状体１０の拡大部位１１の上部の板状部材１２に当接し約６０度以下の範囲の開角をなして導水機能を果たし、導水部材Ｂ３２は水流により浮き上がる様にして出来るだけ流水抵抗体とならない様になっている。また、図２（Ｂ）に示す様に、導水部材Ｂ３２側から流水が有る場合は、導水部材Ｂ３２が角筒状体１０の拡大部位１１の下部の板状部材１２に当接し約６０度以下の範囲の開角をなして導水機能を果たし、導水部材Ａ３１は水流により浮き下がる様にして出来るだけ流水抵抗体とならない様になっている。そして、導水部材Ａ３１は、材質としては、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されないが、例えば、表層部はステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材が考えられ好ましく、内部は、比重を調節するために中空にして、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン等の独立気泡樹脂発泡体を充填させることが好ましい。また、導水部材Ｂ３２は、材質としては、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されないが、例えば、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材が考えられ好ましく、比重を調節するために、内部に比重調整材を内包させても良く、其の材質は本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。

また、導水部材３１、３２には、導水機能を発揮するために回動可能を確実にするためのバネ材等の補完部材を組み入れても良い。

そして、導水部材Ａ３１、導水部材Ｂ３２は、図７に示す様に、各々を複数にして配設する場合もある。この場合には、導水部材用ストッパー部材３３が配設される。

流水衝突板４１は、図４に示す様に、流水衝突板の回転制御・補強部材４２等を伴なっている。そして、回動可能であり、水流上流側の流水衝突板４１は水流抵抗が少ない様な角度の形態をなし、下流側の流水衝突板４１はほぼ直立する様な形態をなしている。また、材質としては、前記角筒状体１０の材質に準じたものが用いられる。

本装置に用いる水車は、図１〜図２に示す様に、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５１を有し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態であり、主要部は、図９に示す様に、回転軸５１、ランナー（羽根車）部材５２、ランナー支持部材５３からなる。そして、ランナー部材５２は細長板状の断面が湾曲した形状をなしている。また、材質としては、前記角筒状体１０の材質に準じたものが用いられる。

発電機６０は、本発明の目的を達成出来る機種および方式である限り限定されない。

回転伝達部位は、図１〜図３に示す様に、歯車等７１及びチェーン等７２並びに増速機７３等からなる。そして、歯車等７１及びチェーン等７２は、材質としては、ステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材が考えられ好ましいが、その他、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。また、増速機７３は、発電機６０と歯車等７１の間に適宜配設され、本発明の目的を達成出来る機種および方式である限り限定されない。尚、該回転伝達部位には、実施においては水流抵抗を低減させるためのカバー部材を付設するが、本説明および説明図においては省略する。

浮体機能部位８０は、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されないが、例えば、表層部はステンレス又は非鉄金属材・合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材が考えられ好ましく、内部は、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン等の独立気泡樹脂発泡体であることが好ましい。尚、浮体機能部位８０は、例えば、前記表層部により内部が密閉出来る様にした空気タンク方式や、内部にゴム質の材料を用いてゴム風船玉やタイヤのチューブの様に空気を注入して浮体機能を発揮する形態の方式でも良く、本発明の目的を達成出来る浮体機能を有する限りその手段は限定されない。

本装置を水底部より少し間隔をおいて固定式とする場合の固定方法は、図５に示す様に、例えば、水底地盤に杭等を打ち込み固設された本装置固定基礎９０を用いて固定される。尚、本装置固定基礎９０は、例えば、鉄骨構造でもコンクリート構造物でも良く、本発明を達成出来るものであれば材質及び構造並びに固定方法は限定されない。

本装置を浮遊式とする場合の繋留方法は、図６に示す様に、例えば、繋留用ワイヤー・ロープ等１００および繋留用杭等１１０を用いて繋留される。尚、繋留用ワイヤー・ロープ等１００および繋留用杭等１１０は本発明を達成出来るものであれば材質及び構造並びに繋留方法は限定されない。更には、本発明の目的を達成出来る繋留方法で有る限りその方法は限定されない。

本発明装置の装置本体部分の一部を省略した模式的全体斜視図である。一実施例の装置本体部分の断面説明図である。（Ａ）は左側から水流が有る場合の断面説明図であり、（Ｂ）は右側から水流が有る場合の断面説明図である。図２の例の装置本体部分の平面図と側面図である。（Ｃ）は平面図であり、（Ｄ）は側面図である。両端開口部の近傍外周に回動可能な流水衝突板が付設されている場合の説明図である。（Ａ）は左側から水流が有る場合の断面説明図であり、（Ｂ）は右側から水流が有る場合の断面説明図である。海底付近に本装置を設置する場合の説明図である。浮体機能部位を付加して浮遊式とする場合の説明図である。（Ｅ）は断面説明図であり、（Ｆ）は本装置の設置方法説明図である。導水部材の各々が複数になる場合の説明図である。（Ｇ）は左側から水流が有る場合の断面説明図であり、（Ｈ）は右側からの水流の場合の断面説明図である。本装置本体部分が積層される場合の説明図であり、断面説明図である。本装置に用いる水車の説明図である。（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）（Ｃ）は正面図である。

１；本発明の潮流発電装置
１０；角筒状体
１１；拡大部位
１２；板状部材
１３；骨格部材
２０；漂流物等対策部位
２１；筋状スクリーン形態をなした板状長尺部材
２２；板状長尺部材の支持部材
３１；導水部材Ａ
３２；導水部材Ｂ
３３；導水部材用ストッパー部材
４１；流水衝突板
４２；流水衝突板の回転制御・補強部材
５１；水車の回転軸
５２；水車のランナー（羽根車）部材
５３；水車のランナー支持部材
６０；発電機
７１；歯車等
７２；チェーン等
７３；増速機
８０；浮体機能部位
９０；本装置固定基礎
１００；繋留用ワイヤー・ロープ等
１１０；繋留用杭等

Claims

陸地近くの潮流は流れ方向が一日に４回規則的に逆転するが、発電装置本体を回動させることなく発電が出来る潮流発電装置であって、
両側の開口部に向かって拡大する拡大部位を有する角筒状体と、該角筒状体の中央部に配設され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し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態の衝動水車と、該水車の回転により発電する発電機とを備え、且つ、前記角筒状体の両側の開口部の外側の中央部前方より何れかの相対する両端部に向けて中心線から各々約４０〜７０度の角度をなした形態で且つ板状長尺部材が約１〜１０ｍｍ程度の範囲の板厚であるとともに約２０〜６０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列した筋状スクリーン形態をなしている漂流物等対策部位が付設された潮流発電装置であって、更に、前記両側の拡大部位に水車の回転に利する様に流水を導水出来る回動可能な板状の導水部材が各々配設されていて、且つ、図２に示す様に、一方の拡大部位にある導水部材３１の比重が約０．３〜０．８の範囲であるとともに他方の拡大部位にある導水部材３２の比重が約１．２〜４の範囲であることを特徴とする潮流発電装置。
前記発電装置で水下側となる開口部に外部からの流水の回り込みによる悪影響を抑制するために、水上側となる場合には水流抵抗が少ない様な角度の形態をなすことが出来かつ水下側となる場合には前記角筒状体の外面に対してほぼ直立する様な形態をなすことが出来る回動可能な流水衝突板が前記角筒状体の両端開口部の近傍外周に各々付設されていることを特徴とする請求項１に記載の潮流発電装置。
前記角筒状体の上部または下部に浮体機能部位が付設され浮遊式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の潮流発電装置。
前記水車を内装した角筒状体および漂流物等対策部位が積層されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の潮流発電装置。
前記角筒状体と前記漂流物等対策部位がユニット化され且つ着脱可能な状態で連結された形態をなすことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の潮流発電装置。