JP5347048B1 - 水流エネルギーを利用した発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潮流・水流の流れの方向が変化しても、自動的に対応して発電機を駆動する回転体が確実に回動して安定した発電ができ、しかも構造機構がシンプルで耐久性があり、エネルギー損失が少ない効率的な水流エネルギーを利用した発電装置を提供する。
【解決手段】 海底面に固定された設置台１に縦円筒体状の回転体２を回転自在に取付け、同回転体の外周から取付枠３を放射状に取付け、同取付枠の上辺位置に平板状で海水比重より僅か小さく軽く、浮力を生じさせる受圧板４を回動自在に蝶着し、しかも同受圧板４を水平から少し下方の５°から略鉛直の９０°の角度範囲に回転を制動するストッパー５ｂ，ストッパー５ａを設け、回転体２の回転を増速して発電機７を回動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、海中又は水中に設置され、海中又は水中にある水流によって、特に海中の潮汐流の流れによって電力を発生させることに有効な、発電装置に関するものである。

再生可能自然エネルギーの活用は地球的課題であるとしても過言ではない。
水力、風力、太陽光、地熱、バイオ等は、技術的課題は解決されて、世界中で活用されている。しかし、最も期待の大きい海の自然エネルギーの活用は、技術的課題も大きく、いまだ実現の例も少ない。
その中で、潮流発電に関しても多数の試みが世界的にもなされてきたが、いまだ普遍性を持った技術が報告されていない。日本の潮流と水深の分布から、潮流発電を設置する海域を限定して、駆動構造の方式を考えた。潮流は速いほど良いが、３ノット以上が期待される海域は少ない。２ノットから１ノットの範囲の海域は、瀬戸内海から九州にかけて、広く分布している。水深も浅く４０ｍ程度以下であり、陸地も近く、この海域を対象に適応する潮流発電の駆動構造を考えれば、製作コスト、運転コストも有利で、採用、活用も広範囲に期待される。

潮流発電装置の駆動構造に関しても、風車のプロペラ式、船のプロペラ式、ダリウス翼車式サボニウス翼車式など、さらに固定翼、クロスフロー、捩れ翼、バケットコンベアー式、等多数のものが提案されている。いずれも、海の過酷な条件に対して、一長一短の理由があるためか、試行の段階であり、活用の域に無い。

製造コスト最小な単純構造として、まず古来から現在まで活用されてきた地上の水車のモデルがある。しかし、開放型横軸片掛け水車を横に倒して流水中に沈めるとそのままでは回らない。そこで、ここで導水板を使って水流を片側だけにかかる様にすれば回転する。これがクロスフロー式であるが、実海面での導水板の設置は、固定式でも、可動式でも、コストも過大で、実現していない。

改良された水車羽根型の発電装置として、特許文献１に記載の発明があるが、これは回転体の全周に均等に羽根を複数枚を設け、同羽根をストッパ部によって所定範囲では立上げて流体受け部を形成し、その反対側の角度範囲では羽根を倒れるようにして、羽根の流体受け部に流体を送るために流体を誘導する流体ガイド板を設ける構造である。
しかしながら、この水車羽根型の発電装置では、流体の流れ方向が逆になったり、方向が変る海中では流体を常時流体受部へ誘導できず、発電が不安定となると判断される。

又、これとは別に回転体に放射状の羽根を複数板取り付け、その羽根の取付角度の一部が流れに対して直角にし、その反対側の羽根を流れに対して平行にするようにギヤ機構で行えるようにする風車が引用文献２に開示されているが、その羽根取付角度調整機構は複雑であり、長年使用すると羽根に作用する力で故障し、長期安定作動が難しいと判断される。又、この羽根取付角度調整機構によってエネルギー損失が大きく、効率的な発電は難しいと判断される。

現在、対象とする海域の条件に適応する、潮流発電装置の駆動構造の開発が必要とされている。海域の条件は潮流速度が２ノットから１ノット、水深が−４０ｍから−１０ｍ程度の海域とする。さらに、潮流方向の変化にたいしてはクロスフローの導水板や、プロペラ方式の旋回機構、など特段の機構を必要としないシンプルな構造であること。また、広範囲の採用・活用を図るため、発電容量は１００ｋＷ，５００ｋＷ、さらには１０００ｋＷ，２０００ｋＷ等に対応できること、最終的には発電コストを最小にすること、製造コスト最小の単純な構造とし、高度な技術・精度を要しないで、潮流の方向の変化に対応できて確実に発電出来るようにすることが期待されるものである。

特開２０１２−２２２０号公報 特許第４７１７９６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来の海流、水流を使った発電装置の構造上の問題点・欠点を解消し、簡単な構造でもって長期間耐久性をもって確実に作動でき、しかも潮汐流・水流の流れの方向の変化に対して自動的に対応して発電力の低下がないようにできる、水流エネルギーを利用した発電装置を提供することにある。特に、水深が浅い陸地に近い海域の潮流を使用した発電装置に適した発電装置を提供する。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 海中又は水中で固定される設置台を設け、同設置台に回転体を回転自在に取付けるとともに、同回転体の回転軸線を設置される海中又は水中の水流の流れ面と略直角となる縦方向に設定し、同回転体から複数の取付枠を放射状に取付け、同取付枠の回転軸線から偏心した上辺位置に平板状の受圧板の一端を回動自在に取り付けるとともに、同受圧板の比重を設置される海水又は水の比重より僅か小さくして海・水中で受圧板に浮力を発生しえるようにし、更に各受圧板の回動角度範囲が、受圧板の自由端側が受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面より少し下方となるように受圧板が傾く所定下げ角度の略水平から、受圧板が回転体の略回転軸線方向となる自由端の最下位置までの角度範囲とする制止手段を設け、回転体の設置台に対する回転で発電する発電機を設け、同発電機の出力電力を有線で設置台近くの陸上又は海上あるいは水上船体に送電するようにし、海中又は水中にある潮流又は水流によって受圧板に発生する力と、受圧板の浮力と制止手段とによって確実に回転体を回動させて発電できるようにし、しかも受圧板の回動する角度範囲が、受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面から下方に４°〜９０°の範囲であって、又受圧板の質量をその容積の４℃の真水の質量で割ったその受圧板の比重を設置される海水又は水の比重の０．９５〜０．９９倍のものとし、更に回転体が設置台に回転自在に設けられた断面円形の縦円筒体である、水流エネルギーを利用した発電装置
２） 取付枠が上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は上方横フレームに取り付けた蝶番によって回動自在に取付けられ、制止手段は上方横フレームの上端に取付けられて受圧板上面を下方に押し下げるように制止する上ストッパーと、受圧板が９０°以上に回転しないように抑止する下方横フレームに設けた下ストッパーからなる、前記１）記載の水流エネルギーを利用した発電装置
にある。

本発明によれば、回転体から放射状に取付けた取付枠の上辺に回動自在に取付けた複数の受圧板は、水流からの受圧力と、受圧板の重力・浮力と、受圧板の回転による受圧揚力との力を受けるが、受圧板の回転位相（以下、取付枠の突出方向が水流の上流方向を示す取付枠の位相角を０°とし、受圧板が水流の力でその自由端が押し下げられて略鉛直に制止される側に向う方向（以下正回転方向という）に取付枠・受圧板を回転させたときの位相角０°からの回転角度を回転位相の角度という）によって、これらの力のバランスを変化させて回転トルクを常時得るようにする。

水流の流れ方向と取付枠の方向とが直交する回転位相（９０°及び２７０°）にある受圧板は、水流から強い受圧力を受け、受圧板の自由端が下流方向に動くように作用するが、一方の直交する位相９０°付近では受圧板はその水流の受圧力で自由端が下方になるように回動されるが制止手段によって（取付枠の下ストッパーに受圧板が押し付けられて）受圧板は略鉛直に保持され、この位相での受圧板に作用する水流からの強い受圧力は取付枠を介して回転体に対して正回転方向に回動させようとする高い回転トルクを与える。
他方の直交する位相２７０°前後では、受圧板は水流からの強い受圧力と浮力と回転による受圧揚力によって、その自由端は水平方向になるように付勢され、制止手段（上ストッパー）で水平からやや自由端が低くなる軽い傾斜角で制止される。従って、この位相では、受圧板に作用する力は水流の流れ方向と略平行になることで小さく、取付枠・回転体を正回転方向と逆方向に回転させる力の発生が弱く、正回転と反対回転に回動させようとする回転トルクはきわめて小さい。

又、中間の位相の１３５°〜２２５°及び３１５°〜０°〜４５°の範囲では、受圧板は鉛直でも又は水平でもない傾いた浮遊状態にあって、回転トルクの発生は小さく、又正回転方向の回転を阻害するトルク抵抗の発生は少ない。
よって、本発明の受圧板は位相４５〜１３５°で発生する強い回転トルクによって正回転方向に回動し、取付枠・回転体は確実に回転され、発電機の発電も確保される。
水流の流れの方向を変化しても、その水流の流れに対する回転位相４５〜１３５°で強い水圧力による回転トルクが発生し確実に回転体は回転できて発電できるものとした。
回転位相の１３５°〜２２５°及び３１５°〜０°〜４５°の中間における受圧板の回転位相９０°、２７０°（鉛直状態又は水平状態）への移行は、上ストッパーによる僅かな傾斜角による水からの力と浮力と回転による揚力とによって円滑に行える。

本願発明によれば、その回転機構の構造は設置台、回転体、取付枠、同取付枠に回動自在に取付けられる受圧板、上ストッパー・下ストッパー等の制止手段となるきわめて簡単なものであるから、故障が少なく、確実に作動でき、しかも低コストで耐久性があるものにできる。

図１は、実施例１の斜視図である。 図２は、実施例１の正面図である。 図３は、実施例１の受圧板の取付けを示す説明図である。 図４は、実施例１の受圧板の浮力を持たせる断面構造の説明図である。 図５は、実施例１の受圧板の取付構造の説明図である。 図６は、実施例１の東から（右側から）の流れに対する受圧板の状態を示す説明図である。 図７は、図６のＣ矢視図である。 図８は、図６のＡ矢視図である。 図９は、図６のＢ矢視図である。 図１０は、実施例１の潮流停止における受圧板の状態を示す平面図である。 図１１は、実施例１の潮流が反転（西からの流れ）した場合の受圧板の状態を示す平面図である。 図１２は、実施例１の発電機の回動機構の説明図である。 図１３は、１０００ｋＷ発電の他の実施例２を示す正面図である。 図１４は、実施例２の斜視図である。 図１５は、実施例２の水平アームの構造を示す説明図である。 図１６は、実施例２の水平アームの取付けを示す正面図である。 図１７は、２０００ｋＷの実施例３の発電装置の寸法を示す説明図である。 図１８は、実施例３の発電装置を示す斜視図である。

本発明の回転体の回転軸線の方向は、設置した海中・水中の最大流速の方向と略直角となるように、且つ潮流・水流の方向と受圧板とがその回転位相の９０°で略直角となるようにする。一般に潮流・水流は海底面・水底面に略平行となることが多いので、回転体の回転軸線は設置する海底面・水底面の地面に直角の縦方向となることが多い。

本発明の設置台としては、海底面又は水底面上に固定的に設置される円筒体・切頭円錐体又は箱体の形状の筺体タイプと、海底面又は水底面にアンカーで固定された海中又は水中内のトラス構造体のタイプと、海面・水面上の空中構造体（橋・水中タワー等）から海・水中へ垂設された取付台タイプ、又は海・水面に浮ぶ係留された浮体・船体から海・水中へ垂設された取付台タイプとがある。

本発明の回転体は、設置台に対して回転自在な円筒体が一般的であるが、骨組作りの回転体でもよい。水の抵抗を少なくするものが選ばれる。

本発明の取付枠は、回転体から設置地面に平行な略水平方向に放射状に突出した部材であるが、この取付枠には受圧板から力が負荷されるので、回転体に一端が取付けられた上下の複数の横フレームと同上下の横フレームを連結する複数の縦フレームで連結し、取付枠の回転に水の抵抗を少なく且つ高い強度を保有させるのが取付枠の好ましい構造である。

本発明の受圧板は、表と裏の表面材として傷付きにくい金属板又はプラスチック板を用い、内部に発泡樹脂材又はハニカム材を充填させて、受圧板全体の比重を、１．００〜１．０５の比重をもつ海水又は水中の比重に対する比が１．０より僅か小さく０．９５〜０．９９の範囲が好ましく、比重が軽くなり過ぎると浮力が大きくなり、受圧板が水平になる力が強く自由端の下降が遅くなり、又その上昇が早くなるので好ましくない。更に受圧板は、海水・水の比重１．００〜１．０５より軽いプラスチック板と重たい金属・セラミックスとの複合板であってもよい。

本発明の発電機は、設置台又は回転体内に設けられ、防水された空間内に収容され、回転体の設置台に対する回転力を、増速ギア機構を介して発電機を回動させる構造とするのが一般的である。

本発明の受圧板の取付枠の上辺での取付け方法は、蝶番又は枢着いずれでもよく、取付枠の上辺まわりに受圧板が回転できるものであればよい。

本発明の受圧板の制止手段としては、取付枠の下端部に受圧板の自由端を略鉛直状態で係止する下ストッパーを設け、又取付枠の上端に設けた上ストッパーで、受圧板をその自由端が水平より僅か低くなる（４°以上となる）受圧板の傾きの角度（５°前後）を有する状態で、これ以上に上方へ回動しないようにする構造とする。この下ストッパーと上ストッパーの制止手段の他の方法として受圧板の枢支軸においてその回転の角度を制限する方法もある。

本発明では、横に倒した水車の受圧板をフラップ式にする事を、最も主要な特徴とする。受圧板は回転翼桁である取付枠の上辺で回動自在に取付け、その比重を０．９９９程とし、僅かに浮く様にする。制止手段により、初期角度を５度前後の位置に回転止して水平以上にならないようにし、又、９０度前後の位置に回転止をする。水流速が０〜０．５ノットの低速域では水流による力の発生が小さく、図１０に示すように全受圧板は浮力により略水平になり、水圧をうけないため受圧板は回らない。０．８ノット頃から初期角度５度の面に当たる水圧が、受圧板の浮力に勝って、受圧板を下方へ回転させ、９０度の下ストッパーの係止手段で止まり、受圧板は水流に直角となり強い流水圧を受ける。その受圧力を取付枠に伝えることで受圧板・回転体は連続回転する。その状態を図１，６，７，９，１１に示している。
本発明の原理と受圧板の動作は、流水水槽試験にてうまく動作することが実証された。

次に、潮流方向の変化に対して、特段の機構を必要とせず、フラップ式受圧板だけで対応できて、いずれの潮流方向でも回転体を回転可能としている。今の流れ（東からの流れ）を受水受圧している南側の受圧板は、図６，９に示すようにあるが、潮間の潮流停止で受圧板自体の浮力で図１０に示すように全て水平位相になる。次に西からの流れに変わると北側の受圧板の初期角度５度の面が受水受圧して受圧板が直角位相となり南側に入れ替わって、西から東へ受圧板を回す。そのとき南側受圧板は水平位相になる。受水受圧しない。この状態を図１１に示す。
これにより、水車の回転方向は流れの方向が変わっても常に一定回転方向に保たれる。

本発明において、潮流速度が２ノットから１ノット、水深が−４０ｍから−１０ｍ程度の海域に適応する構造にする手段としては、まずプロペラ式やダリウス翼方式があるが何れも翼の揚力を利用する方式であり、発電量が翼直径の２乗・流速の３乗に比例する理論に基づく方式であり、さらに横軸で、支柱が直立となるため、深い水深と速い流速が必要条件となる。
これに比較して本発明は浅い水深、低流速の海域に適応する構造とするため、陸上の下掛け水車の近似理論：発電量＝水車直径×水流量／秒×効率・係数に基き、縦軸横置き水平方向回転の水車に相当する。翼理論の流れ方向に、直角な揚力でなく、平行な直圧・抗力を利用する。受圧域が翼回転の全周になるプロペラ方式に比べ受圧域が回転の半周になることを補って、目標発電量に、余裕のある水車の直径、受圧板の寸法を自在に設定することができる。このことで、低い潮流速度浅い水深その他の現実条件に適応する構造とする事ができる。

次に、目標発電量を達成するための、水車の概算寸法を設定してみる。基本的には、前出の下掛け水車の近似理論に基づくが、その他の理論式や余裕、バランス等加味して、設定する。１０００ｋＷでは、水車直径５０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで１０ｍ、流速２ノットで５ｍとなる。２０００ｋＷでは、水車直径８０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで１２ｍ、流速２ノットで６ｍとなる。１００ｋＷでは、水車直径１０ｍのとき、水車翼幅は、流速１ノットで５ｍ、流速２ノットで３ｍとなる。
上記の如く、海洋構造物らしくかなり長大なものになるが、慎重な構造計算や、回転数と増速機構の計画を行うことで、十分実現可能な手段である。

概略の構造計算により、構造強度を確認する。例えば、図１３に示すように、１０００ｋＷ、水車直径５０ｍで試算すると、水中に固定された１０００ｋＷの発電機を内装する水密円筒（固定）を水車回転の中心とし、円筒（回転体）直径を８ｍ、円筒周りの回転枠（取付枠）に２０ｍの回転翼（受圧板）を取り付ける。回転翼（受圧板）の構造を１００ＡのＳＵＳ管で、根元の断面が水平方向２．５ｍ垂直方向５．０ｍの組合せ梁をトラスで編んだ、長さ２０ｍのブームとする。このブームに回転ヒンジで取り付けられた受水受圧板に、２ノットの水流が当たって発生するトルクは１５３，０００ｋｇｍとなる。
このトルクをブーム根元の断面係数で除すると応力は約６．５ｋｇ／ｍｍ^２となることから、十分安定安全な構造であるが、さらに、安全係数を増すため、適切な形状のリブなどを追設することは容易である。
設置台、回転体、回転数と増速機構等にかんしては既存の周知技術内で達成される。

最後に、潮流・流水中における本発明の発電装置の姿勢安定対策が必要である。漁場を対象としてアンカーケーブル方式を検討する潮流速２．０ノットで試算する。１０００ｋＷ型の概算の寸法、重量を設定して試算した結果、計算により求められる数値の、全体浮力、アンカーの重量、アンカーケーブルの位置を設定することで、安定する。
２．０ノット以上の急潮流域では十分余裕のある対策が必要となる。台風波浪に対しては潮流発電装置全体を低潮位以下３．０ｍに沈めることで安定させられる。津波対策は、別途の検討を行う。海底固定方式はアンカーケーブル式よりさらに安定は容易である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例１）
図１〜１２に示す実施例１について以下説明する。
図１，２は実施例１の概観を示す図面である。図中Ｇ１は実施例１の発電装置を示す。

図中、１は海底面に固定的に設置される上方が水密の円筒部で下方が切頭円錐体の設置台、２は同設置台上にその設置の地面と直角となる略鉛直の軸線まわりに回転自在に取付けた縦円筒体状の回転体、３は同回転体の外周から放射状に８個所取付けた受圧板４の取付枠で、回転体２の外周の４５°毎の８個所の各個所から半径方向に延びた上下３本の横フレーム３ａと同横フレーム３ａを縦方向に連結する複数の縦フレーム３ｂからなる。図中、４は取付枠３の上方横フレーム３ａに蝶番４ｃで回動自在に取付けられたフラップ式受圧板であり、比重は０．９９９である。図中、５ａは受圧板４を９０°の略鉛直状態で制止させる下方の横フレーム３ａの下辺部材に取付けた制止手段である下ストッパー、５ｂは受圧板４を水平から５°下方へ傾くように受圧板４上面を抑える上方の横フレーム３ａに取付けた制止手段である上ストッパー、６は固定の設置台１に対する回転体２の回転を発電機７へ動力伝達する増速機構で、６ａは回転体２の内側上部に設けたリングギア、６ｂは同リングギアと噛合する平ギア、６ｃは同平ギアの回転軸、６ｄは同回転軸に軸着したベルト車、６ｅは発電機７の回転軸に軸着したベルト車、６ｆはベルト車６ｄとベルト車６ｅとに架けられたベルトである。７は同増速機構の出力回転力で作動する発電機、７ａは同発電機の送電線と制御信号線を納めて陸上へ送り出す海中ケーブルである。
図中、１０は設置される海底面、Ｆは潮流の流れ、Ｒは回転体２の回転方向、θは上ストッパー５ｂによる受圧板４の傾角で５度に設定されている。
図中、黒の矢印は受圧板４に働く力の方向を示す。

実施例１の受圧板４は、図４に示すように流線形断面で最大厚み２００ｍｍであり、１ｍｍの表裏一体のＳＵＳ薄板４ａ，４ｂ内に発泡樹脂４ｄを注入して比重を海水より低くして０．９９９としている。図５は受圧板４の取付構造を示す説明図である。蝶番４ｃは３個の取付部材４ｅと枢支軸４ｆからなっている。

実施例１の各構成の寸法を示す。回転体２の直径は２ｍで高さは５ｍであり、取付枠３の外径は１０ｍで高さは３ｍ、受圧板４の長さは３ｍで、巾（深さ）は３ｍ程である。

実施例１の発電装置Ｇ１は、水深約１０ｍの浅水の海底面１０に設置され、潮流の流速が１ノットの海域での発電装置である。

本実施例１のフラップ式受圧板４に僅かな浮力（比重０．９９９）を持たせたことで、潮流の流速が小さい場合又は流れがない場合は、この浮力により受圧板４は水平となる方向に回動される。一方、潮流の流水が入り込んでもその作用流圧は小さく、浮力の方がまだ大きい場合、その自由端が少し上方向に浮くように（傾くように）なる。尚、浮力の方が大きい場合は受圧板４は上ストッパー５ｂによって水平から５°の傾き角θの状態に保持される。この状態は、図１０に示される。この状態は潮流からの受圧力が最も少ない状態であり、受圧板４による回転体２の回転トルクはほとんど発生されず、発電機７は発電しない。

次に、潮流の流速が大きくなると、受圧板４の状態は、図６，７，８，９に示すようになる。受圧板４の回転位相が０°→４５°になると、傾いた受圧板４の上面に潮流が流れて、受圧板４を下方へ押し、その水圧力が浮力及び受圧板４の旋回による持ち上げの水圧力（揚力）に勝って、受圧板４を徐々に下方へ押し下げて受圧板４を鉛直方向に回動させる。受圧板４が９０°の回転位相では下ストッパー５ａによって制動されて略鉛直状態を保持される。この回転位相（６０°〜１５０°）の間受圧板４は潮流を大略直角に受けて、強い力と回転トルクを取付枠３，回転体２に与え、これらを時計方向（正回転方向）に回動させる。
受圧板４の回転位相１８０°近くでは、受圧板４は潮力の流速によって揚力を発生し、浮力と併せて受圧板４は水平方向に回動して、回転位相２７０°で上ストッパー５ｂで水平から５°下向きに保持された状態となる。この状態では受圧板４は潮流の流れと略平行になって、受圧板４の回転に対する水の抵抗は最小となり、９０°前後の回転位相での強い回転トルクで受圧板４、回転体２は時計方向（正回転方向）に確実に回転できるものとなる。

図９は受圧板４の回転位相９０°における状態を示す。図８は受圧板４の回転位相０°近くの状態を示す。図７は受圧板４の回転位相２７０°の状態を示すものである。そして図１に各回転位相での受圧板４の状態を示す。図１中の黒の矢印が力の方向を示す。回転位相０°近くで下向きに、１８０°近くで上向きに働くことを示している。

上記の実施例１の発電装置Ｇ１の流水水槽での実験では、流速が０〜０．３ｍ／ｓでは、受圧板４は全て水平状態であり、回転体２は回転しなかった。又、流速が０．４ｍ／ｓで受圧板４は９０°回転位相で鉛直方向になって、回転体２，受圧板４は回転始めた。

図１１は、実施例１の同じ発電装置Ｇ１に対し、西方向からの潮流れに対する場合の受圧板４の状態を示す。この場合も東方向からの前記潮流の流れと同様に、北側の９０°の回転位相で受圧板４は略鉛直となり、最大の受圧力を受ける。南側の２７０°の回転位相では、潮の流れと略平行になって受圧板４は水平状態となる。これによって、東方向の潮流と同様に回転体２，受圧板４は時計方向に回転され、発電できる状態となる。このように潮流の流れの方向が、東西南北いずれの方向から流入しても、同様に強い回転トルクを発生させられる。

本実施例１において、潮流の流速が２ノットの場合、受圧板４の回転軌跡の外径は１０ｍで深さを３ｍにすれば上記流速１ノットの受圧板の深さ５ｍのものと同等の回転能力となる。

（実施例２）
図１３，１４に示す実施例２の発電装置Ｇ２は、１０００ｋＷ出力の例で、水深２８ｍ程の海底に設置されるもので、受圧板４の外端の回転軌跡の直径は５０ｍである。受圧板４の深さは、潮流の流速が１ノットの場合は１０ｍ程で、流速が２ノットであれば５ｍ程のものとする。図１３中の符号は実施例１の符号と共通としている、
実施例２の作用効果は、出力が１０００ｋＷと大出力となる他は、前記実施例１と同様である。尚、実施例２の増速機構６には高効率のものが必要となる。

その出力発電量の計算は下記の概算となる。
受圧板４が受ける水圧力：Ｆ＝流体密度×流量×（流速−回転周速）・・・１式
始動時（回転周速０ｍ／ｓ）Ｆ＝１０２×（１００ｍ^２×１．０ｍ／ｓ）×（１．０ｍ／ｓ−０ｍ／ｓ）＝１０，２００ｋｇｆ
水圧力Ｆによる始動時最大トルクＴ＝Ｆ×圧力中心までの距離１５ｍ＝１５３，０００ｋｇｆ・ｍ
ｋＷ換算は、半径１．０ｍに置き換えて、ｎをｒ・ｐ・ｍ単位とすると下式となる。
ｋｗ＝１／９７５×ｎ×Ｔ
＝１／９７５×６．３７×１５３，０００＝１０００ｋＷ
尚、回転時は回転周速が０．５ｍ／ｓとなり、上式１式よりＦが１／２となるが、受圧側の他の２受圧板４のＦが加算されて、合計では１０００ｋＷに必要なトルクＴを維持して、連続回転する。

（強度計算）
取付枠３の構造強度の試算：１５０Ａ（９．３ｔ）ＳＵＳ管の合成梁として計算する。
梁根元の断面が横２．５ｍ縦５．０ｍとして、合成梁の（横方向）断面係数Ｚ＝２３，２３５ｃｍ^３
始動時最大トルクＴ＝最大曲げモーメント（横方向）Ｍ＝１５３，０００ｋｇ・ｍ
梁根元の最大応力Ｍ／Ｚ＝１５３，０００ｋｇｍ／２３，２３５ｃｍ^３＝６．５ｋｇ／ｍｍ^２
となることから、十分安全安定した構造となる。尚、梁の流水抵抗を低減するため、１５０ＡＳＵＳ管を楕円形状に圧縮加工する。圧縮後横方向の断面係数は少し増加するので強度も増加する。更に安全係数を増すため、適切なリブ材等を施すこともできる。

（実施例３）
図１７，１８に示す実施例３は、水深約３２ｍの海底に設置され、２０００ｋＷ発電出力の例であり、受圧板４の外端の回転軌跡の直径８０ｍ程で、受圧板４の深さは流速１ノットの潮流であれば１２ｍ、流速２ノットの潮流であれば６ｍ程とする。符号は実施例１と共通している。実施例３の作用効果は出力が２０００ｋＷときわめて大きい大出力となる他は、実施例１と同様である。増速機構６には、更に高効率なものが必要となる。

（受圧板の寸法の設定）
目標発電量と受圧板４（水車とみなす）の大きさを潮流の流速に応じて自在に設定される。

本発明は、主に海底の潮流エネルギーの発電を主とするが、大きな河川の流れがある河床に設置して発電させることもできる。

Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 実施例の発電装置
１ 設置台
２ 回転体
３ 取付枠
３ａ 横フレーム
３ｂ 縦フレーム
４ 受圧板
４ａ，４ｂ 薄板
４ｃ 蝶番
４ｄ 発泡樹脂
４ｅ 取付部材
４ｆ 枢支軸
５ａ 下ストッパー
５ｂ 上ストッパー
６ 増速機構
６ａ リングギア
６ｂ 平ギア
６ｃ 回転軸
６ｄ ベルト車
６ｅ ベルト車
６ｆ ベルト
７ 発電機
７ａ 海中ケーブル

１０ 海底面
Ｆ 潮流の流れ方向
Ｒ 回転体の回転方向
θ 傾角

Claims (2)

1. 海中又は水中で固定される設置台を設け、同設置台に回転体を回転自在に取付けるとともに、同回転体の回転軸線を設置される海中又は水中の水流の流れ面と略直角となる縦方向に設定し、同回転体から複数の取付枠を放射状に取付け、同取付枠の回転軸線から偏心した上辺位置に平板状の受圧板の一端を回動自在に取り付けるとともに、同受圧板の比重を設置される海水又は水の比重より僅か小さくして海・水中で受圧板に浮力を発生しえるようにし、更に各受圧板の回動角度範囲が、受圧板の自由端側が受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面より少し下方となるように受圧板が傾く所定下げ角度の略水平から、受圧板が回転体の略回転軸線方向となる自由端の最下位置までの角度範囲とする制止手段を設け、回転体の設置台に対する回転で発電する発電機を設け、同発電機の出力電力を有線で設置台近くの陸上又は海上あるいは水上船体に送電するようにし、海中又は水中にある潮流又は水流によって受圧板に発生する力と、受圧板の浮力と制止手段とによって確実に回転体を回動させて発電できるようにし、しかも受圧板の回動する角度範囲が、受圧板の取付け側の一端の回転軸線まわりの回転軌跡の面から下方に４°〜９０°の範囲であって、又受圧板の質量をその容積の４℃の真水の質量で割ったその受圧板の比重を設置される海水又は水の比重の０．９５〜０．９９倍のものとし、更に回転体が設置台に回転自在に設けられた断面円形の縦円筒体である、水流エネルギーを利用した発電装置。
2. 取付枠が上下複数本の横フレームと、上下の横フレームを連結する複数本の縦フレームとからなり、受圧板は上方横フレームに取り付けた蝶番によって回動自在に取付けられ、制止手段は上方横フレームの上端に取付けられて受圧板上面を下方に押し下げるように制止する上ストッパーと、受圧板が９０°以上に回転しないように抑止する下方横フレームに設けた下ストッパーからなる、請求項１記載の水流エネルギーを利用した発電装置。
   

Images