JP5952488B2 - モジュール化された海洋エネルギー発電装置 - Google Patents

Description

本発明は海洋エネルギー発電分野、特にモジュール化された海洋エネルギー発電装置に関する。

（関連技術の説明）
海洋エネルギー（潮流エネルギー、海洋波エネルギー、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機械的エネルギーを意味する。海洋エネルギーは、再生可能エネルギーの一種で、大きな発展の見通しとその莫大な準備金と広域な分布に支払うべき価値を有する。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、風力発電および従来の水力発電と同様である。すなわち、海水の機械的エネルギーは、エネルギー変換装置によって電気的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、機械的な駆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。

近年では、エネルギー不足の増加や重大な温室効果の増大により、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（潮力エネルギー、潮流エネルギー、海洋波エネルギー、および海流エネルギーを含む）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る。しかし、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のための発電装置は、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っている。汎用装置や実績のある装置は存在しない。装置は、相対的に低効率であり、大規模にすることは困難である。

海洋環境が複雑であり、水抵抗が大きいため、従来の海洋エネルギー発電装置の海中への設置は非常に困難であり、莫大な費用を必要とする。さらに、海洋エネルギー発電装置は、長期に亘って海水に接し、海水による長期の腐食と多大な衝撃にさらされるため、一定期間の使用後に定期的に保全や交換する必要がある。しかしながら、海中にある従来の海洋エネルギー発電装置の保全および交換は、非常に困難であり、莫大な費用を必要とする。一部の部品の破損であっても海洋エネルギー発電装置の全体を廃棄する必要があり、これは海洋エネルギー発電装置の莫大な費用を引き起こす１つの要因であり、また、従来の海洋エネルギー発電装置が大規模で商業化された操業を実現できない直接の要因である。

水平軸水力発電装置（羽根車および発電装置を含む）の全体は水中にあるため、水平軸水力発電装置の保全と修復は難しく、費用も高くなってしまう。水平軸水力発電装置の発電効率は、垂直軸水力発電装置より良好であるにもかかわらず、水平軸水力発電装置はまだ商業化されていない。しかしながら、海洋エネルギー発電分野の技術者は、その保全と修復の方法の改善について見て見ぬふりをしている。

さらに、従来の海洋エネルギー発電装置は、一般的に、１または２の水力発電装置を有する。しかしながら、１または２の水力発電装置を使用するので、出力を改善するために、羽根車の直径を大きくする必要があり、それによって大幅に羽根車の回転速度が低下し、ねじりトルクが増加するので、中心軸とギアボックスとの間の摩擦が増加し、中心軸とギアボックスの費用が高くなる。また、発電装置全体の規模が制限され、発電装置の費用は高くなり、これによって海洋エネルギー発電装置の開発が制限される。

しかしながら、現在、海洋エネルギー発電分野における技術者は、単一の水力発電装置の発電力を改善するためにどのように水力発電装置の羽根車を拡張するか、またはどのように羽根車の羽根の構造を改善するかということのみに焦点を当てるという技術上の偏りがある。

本発明は、モジュール化された海洋エネルギー発電装置を提供する。

本発明は、外枠と、少なくとも４つの内枠と、少なくとも４つの水力発電モジュールと、を有するモジュール化された海洋エネルギー発電装置を提供する。前記少なくとも４つの内枠は、取り外し可能なように前記外枠内に配置される。前記少なくとも４つの水力発電モジュールは、前記少なくとも４つの内枠内のそれぞれに配置される。

本発明の一実施形態によれば、前記水力発電モジュールは、前記水平軸水力発電装置を有し、前記水平軸水力発電装置の軸方向は水平面に対して平行である。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記内枠または前記外枠に固定された少なくとも１つの水流偏向器をさらに有する。

本発明の一実施形態によれば、前記水流偏向器はシリンダー形状であり、前記水流偏向器の直径は徐々に減少する。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記内枠または前記外枠に軸方向対称に配置および固定された少なくとも８つの水流偏向器をさらに有し、前記水流偏向器は、前記水平軸水力発電装置の上流側および下流側に水流方向に沿ってそれぞれ配置される。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、少なくとも４つの取付軸をさらに有し、少なくとも１つの水平軸水力発電装置は、各々の取付軸に対応して取り付けられ、少なくとも１つの取付軸は、各々の内枠に対応して取り付けられる。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、少なくとも４つの取付軸をさらに有し、少なくとも１つの水平軸水力発電装置は、各々の取付軸に対応して取り付けられ、少なくとも１つの取付軸は、各々の内枠に回転自在に取り付けられる。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記取付軸を回転させるために駆動する前記取付軸に接続された駆動部をさらに有する。

本発明の一実施形態によれば、前記水力発電モジュールは、垂直軸水力発電装置を有し、前記垂直軸水力発電装置の軸方向は水平面に対して垂直である。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、少なくとも１つの回転ドア型荷重調節モジュールをさらに有する。各回転ドア型荷重調節モジュールは、水誘導部と、ローラースピンドルと、ドライバと、を有する。水誘導部は、隣合わせで接続された少なくとも２つの水誘導板を有する。ローラースピンドルは、水誘導部の１つの端部に固定される。ドライバは、ローラースピンドルに接続され、水誘導部を展開または折り畳むように回転するローラースピンドルを駆動する。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記内枠または前記外枠に配置された少なくとも２つの障壁をさらに有する。少なくとも２つの障壁は、前記水力発電モジュールの上流側および下流側に水流方向に沿ってそれぞれ配置される。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記内枠または前記外枠に配置された少なくとも１つの水流制限板をさらに有する。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記外枠に水平面に対して平行に配置された少なくとも１つの浮標プラットフォームをさらに有する。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、前記外枠の２つの端部に配置された少なくとも２つの浮標部をさらに有し、各浮標部は水流方向に対して平行であり、水平面に対して垂直である。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、ドラッギングリングおよびドラッグチェーンをさらに有し、ドラッギングリングは、前記外枠に配置され、ドラッグチェーンの一端は、ドラッグリングに配置される。

本発明の一実施形態によれば、前記モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、固定装置をさらに有し、前記固定装置は、基部と、固定部と、複数のアンカー杭とを備える。前記基部は、固定溝を有する。前記外枠は、前記固定部を介して前記基部の前記固定溝に固定される。前記アンカー杭のうち少なくとも１つは、前記基部を貫通して配置され、固定するために海底に挿入される。

要約すると、本発明に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置は、少なくとも４つの組み込みモジュールを有し、水力発電モジュールは、配列内に分散させることができる。従来の海洋エネルギー発電装置と比較して、本発明において発電力は改善され、従来の海洋エネルギー発電装置の単一の水力発電装置を大規模にすることによって生じる高コストの問題が解決される。前記取り外し可能な内枠と前記外枠によって、モジュール化アセンブリおよび発電装置の交換を実現することができ、保全および設置の費用が大幅に削減され、従来の海洋エネルギー発電装置の大規模化および商業化できないという問題を克服する。

水力発電モジュールが水平軸水力発電装置である場合には、回転自在な取付軸により、水流が流入する方向に関わらず、水平軸水力発電装置の羽根車が常に水流に対向するようにすることができ、それにより、最大発電力を確保することができる。このケースは、特に潮力エネルギーによる発電に適している。一実施形態によれば、複数の水平軸水力発電装置を取付軸に取り付けることができ、これにより発電力を大幅に向上させることができる。水平軸水力発電装置の羽根車がより大きな応力を受けて、より高速回転するように、水流は、水流偏向器により集中的に水平軸水力発電装置に誘導され、これにより発電効率を向上させることができる。好ましくは、水流偏向器は、水平軸水力発電装置の上流側および下流側に配置することができる。これにより、潮流が（例えば、満潮および干潮のように）方向を変えても、水流偏向器は、効果的に水流を誘導することができる。

一実施形態によれば、回転ドア型荷重調節モジュールは、水力発電モジュールによって受ける負荷を調整することができる。したがって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置により発電した電力を安定して出力し、直接使用することができ、それによって、従来の海洋エネルギー発電装置の出力電力が有する広域な変化や不安定性という問題を解決することができる。

本発明の実施の形態におけるモジュール化された海洋エネルギー発電装置は、上流側および下流側に配置された少なくとも２つの障壁によって海中のゴミが水力発電モジュールに損傷を与えるのを防止し、それによって水力発電モジュールの耐用年数を延ばすことができる。

本発明の実施形態において、水流制限板は、海中のゴミが水力発電モジュールに損傷を与えるのを防止し、他の方向の水流が水力発電モジュールと干渉するのを防止し、それによって発電モジュールの発電効率を向上させる。

本発明の実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、浮標プラットフォームまたは浮標部を介してフローティング型内に固定してもよいし、固定装置を介して海底に固定することもできる。さらに、ドラッグリングとドラッグチェーンによって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置を効果的に水中に固定でき、メンテナンスや修理にも好適である。

本発明の他の特徴、態様、および利点について、添付の特許請求の範囲、および添付図面を用いて以下に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。 図２は、図１の部分拡大図である。 図３は、図１の正面断面図である。 図４は、図３の部分拡大図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。 図６は、図５の部分拡大図である。 図７は、図５の正面断面図である。 図８は、図７の部分拡大図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。 図１０は、図９の正面断面図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の障壁を示す概略図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の回転ドア型荷重調節モジュールの正面図である。 図１４は、図１３の部分拡大図である。 図１５は、図１３の側面図である。 図１６は、図１５の部分拡大図である。 図１７は、本発明の第５の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。 図１８は、図１７の正面断面図である。 図１９は、図１７の側面断面図である。 図２０は、本発明の第６の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の側面断面図である。 図２１は、本発明の第７の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の側面断面図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。図２は、図１の部分拡大図である。図３は、図１の正面断面図である。図４は、図３の部分拡大図である。図１〜図３を参照する。モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は、外枠１と、少なくとも４つの内枠３と、少なくとも４つの水力発電モジュール４と、を有する。

実施形態において、外枠１は、鋼で形成され、水流の抵抗を低減させるような設計になっている。したがって、外枠１は、軽量で、簡単な構成で、加工および製造が容易で、設置、調整および解体し易く、工学的用途に好適である。

少なくとも４つの内枠３は、着脱可能に外枠１内に配置される。実施形態において、内枠３は、フックを有していてもよいし、外枠１は、スロットを有していてもよい。内枠３は、フックとスロットの係合を介して外枠１内に挿入される。しかしながら、本発明の内枠３と外枠１との間の固定形態は、これに限定されるものではない。

本発明の実施形態において、水力発電モジュール４は、内枠３の配列された配置によって配列内に分散される。水力発電モジュール４の数を増加すれば、各水力発電モジュール４の羽根車を拡張する必要がなくなる。全体の発電装置の発電力を改善することによって、水力発電モジュール４の製造コストが大幅に低減され、水力発電モジュール４の耐用年数を延ばすことができ、従来技術の研究の優先事項がとして単一の水力発電装置を拡張することのみに焦点を当てていたという技術上の偏りを克服する。

１つの内枠３と１つの水力発電モジュール４は、組み込みモジュールを形成する。言い換えれば、各組み込みモジュールは、１つの内枠３と、少なくとも１つの水力発電モジュール４と、を有する。実際の適用においては、まず水力発電モジュール４が内枠３に固定され、次に、少なくとも４つの内枠３が外枠１のそれぞれに固定され、それによって、モジュール化された設置と水力発電モジュール４の配列された分布を実現することができる。詳細には、組み込みモジュールは海岸で設置され、その後、組み込みモジュールは、海中で外枠１の中に取り付けられ、外枠１に固定され、それによって、設置工程を大幅に簡素化し、設置時間を削減し、さらに海中での設置困難性を低減することができる。

第１の実施形態において、水力発電モジュール４は、水平軸水力発電装置を有し、水平軸水力発電装置の軸方向Ａ２は、水平面Ｐに対して平行である。水平軸水力発電装置は、平行である羽根車４１と、発電機４２と、を有し、水平軸水力発電装置の軸方向Ａ２は、水平軸水力発電装置の羽根車４１の軸方向である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、水力発電モジュール４は、垂直軸水力発電装置を有してもよく、垂直軸水力発電装置の軸の方向は、水平面に対して平行であってもよい。

羽根車４１と水平軸水力発電装置の発電機４２は水中にあるため、水平軸水力発電装置に欠陥がある場合は、従来の海洋エネルギー発電装置を海中で保全する必要がある。この保全は困難であり、莫大な費用を必要とする。しかし、本発明の実施形態におけるモジュール化された海洋エネルギー発電装置１００によれば、組み込みモジュールを保全や交換のために海中から直接的に摘出することができるので、それによって、大幅に保全費用を低減し、モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００の商業化の実現することができる。

実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は、少なくとも４つの取付軸２をさらに有し、少なくとも１つの水平軸水力発電装置は、取付軸２に対応して取り付けられ、少なくとも１つの取付軸２は、各内枠３に対応して取り付けられる。実施形態において、取付軸２の軸方向Ａ１は、水平面Ｐに対して垂直である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、取付軸２の軸方向Ａ１は、水平面Ｐに対して平行であってもよい。１つの内枠３と、対応する取付軸２と、水平軸水力発電装置とは、組み込みモジュールを形成する。言い換えれば、各組み込みモジュールは、少なくとも１つの取付軸２と、少なくとも１つの水平軸水力発電装置を有する。実施形態において、内枠３の数は、取付軸２の数に等しく、水平軸水力発電装置の数はまた、取付軸２の数と等しい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、１つの組み込みモジュールは、複数の取付軸２と、複数の水力発電モジュール４と、を有することができる。

実施形態において、取付軸２は、回転自在に内枠３に取り付けられている。回転自在な取付軸２により、水平軸水力発電装置の羽根車４１は、常に水流に対向するようにすることができ、それにより、最大発電力を確保することができる。満潮の水流方向と干潮の水流方向は反対なので、回転自在な取付軸２を有するモジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は、潮流エネルギー発電に特に適している。実施形態において、図１に示すように、概して長方形断面の中央に桟３１を有する長方形である。取付軸２の両端部は、回転自在に桟３１に配置される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態においては、取付軸２は、回転自在に内枠３に固定されなくてもよい。

実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は、駆動部５をさらに有し、駆動部５は取付軸２を回転するように駆動するために取付軸２に連結される。実施形態において、取付軸２の数に応じた駆動部５の数は、少なくとも４つである。各駆動部５は、モータ５１と、駆動機構５２と、を有する。駆動機構５２は、取付軸２の一端（図４では上端）に接続され、モータ５１は、回転駆動機構５２を介して取付軸２を回転させるために駆動する。本実施形態において、駆動機構５２は、主駆動ギヤと、主駆動ギヤに従属する従属駆動ギヤと、を有する。モータ５１は、主駆動ギヤを回転するように駆動し、それによって、従属駆動ギヤを回転するように駆動する。従属駆動ギヤのギヤ穴は、取付軸２の上端にしっかりと嵌合することにより、取付軸２を回転するように駆動する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、駆動部は、モータと、減速機と、を有していてもよい。既存のモータは高速で回転するので、モータの回転速度は、減速機により大幅に減速され、取付軸２の回転速度および回転域を効果的かつ正確に制御することができる。

実際の適用において、水流は、図１の水流方向Ｄに沿ってモジュール化された海洋エネルギー発電装置１００に流入し、駆動部５は動作しない。この時、水平軸水力発電装置の羽根車４１は水流に対抗する。水流が水流方向Ｄ（図１の上側から下側の方向）に沿ってモジュール化された海洋エネルギー発電装置１００に流入すると、駆動部５は、取付軸２を回転するように駆動することによって、水平軸水力発電装置を１８０度回転するように駆動する。これにより、羽根車４１は、下向きから上向きに変えられ、それにより、水平軸水力発電装置の羽根車４１が常に水流に対抗することを確実にすることができる。このケースは、特に潮力エネルギーによる発電に適しており、最大発電力をさらに確実なものとすることができる。

本実施形態において、水平軸水力発電装置は、２つの羽根車を有する１つの発電機、３つの羽根車を有する１つの発電機、４つの羽根車を有する１つの発電機、またはそれらの組み合わせであってもよい。しかしながら、本発明は、水平軸水力発電装置の羽根車４１の数を限定するものではない。

本実施形態では、モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は、内枠３または外枠１に配置された少なくとも１つの水流制限板１０をさらに有する。好ましくは、モジュール化された海洋エネルギー発電装置１００は少なくとも２つの水流制限板１０を有し、２つの水流制限板１０は、内枠３または外枠１の２つの端部に配置される。詳細には、２つの水流制限板１０を図１に示すように外枠１の左側と右側に配置してもよい。水流制限板１０を２つの端部に配置することによって、水流を可能な限り外枠１の中央に集中させることができ、水流が２つの端部から流れることを防止し、水流が直接的に羽根車４１に流入できるようにし、羽根車４１を回転するように駆動し、発電力を向上させる。しかしながら、水流制限板１０の数や配置は、本発明において限定されるものではない。他の実施形態において、水流制限板１０を外枠１の底部にさらに配置してもよい。

さらに、海洋環境は複雑なので、水流の主方向は水流方向Ｄとその反対方向であるにもかかわらず、時には他の方向の水流が干渉することがある。２つの水流制限板１０によって羽根車４１への他の方向の水流の干渉を回避することができ、各羽根車４１を一方向に沿って安定的に回転させるようにでき、これによって水力発電モジュール４の発電効率を向上することができる。さらに、水流制限板１０によって、外枠１の緊密性を適切に向上させることができ、海中のゴミが外枠１内に侵入して水力発電モジュール４に損傷を与えることを防止する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。図６は、図５の部分拡大図である。図７は、図５の正面断面図である。図８は、図７の部分拡大図である。図５〜図８を参照する。

第２の実施形態において、外枠１の構成および機能、取付軸２、内枠３、水力発電モジュール４、および駆動部５は、第１の実施形態として記載されている。同一の構成要素は同一の符号によって示し、詳細な説明には記載しない。相違点のみを以下に説明する。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置２００は、内枠３または外枠１に固定された少なくとも１つの水流偏向器６をさらに有する。好ましくは、モジュール化された海洋エネルギー発電装置２００は、内枠３または外枠１に軸方向対称に配置および固定された少なくとも８つの水流偏向器６をさらに有し、水流偏向器６は、水流方向Ｄに沿って水平軸水力発電装置の上流側および下流側にそれぞれ配置される。

本実施形態において、水流偏向器６はシリンダー形状であり、水流偏向器の直径は徐々に減少する。詳細には、２つの水流偏向器６ごとに、水流偏向器６は、内枠３の中央にある桟３１に沿う軸方向に対して対称である。図６に示すように、上側に位置する水流偏向器６の直径は、上から下に向かって小さくなり、下側に位置する水流偏向器６の直径は、下から上に向かって小さくなる。水流偏向器６によって、水流は、中央に集められ水力発電モジュール４に誘導されるので、発電機の羽根車はより多くの負荷を受け、より高速に回転することにより、発電効率を向上させることができる。しかしながら、本発明において、水流偏向器６の数や形状はこれに限定されない。他の実施形態において、水流偏向器６は、正方形であってもよいし、直径はシリンダー状に減少させてもよい。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置２００は、外枠１に水平面に対して平行に配置された浮標プラットフォーム１１をさらに有する。浮標プラットフォーム１１は、固体浮力材料から作られ、主にモジュール化された海洋エネルギー発電装置２００の全体に浮力を与えるために使用される。実際の適用においては、浮標プラットフォーム１１は、外枠１全体の中間上部に配置され、海水面から約８メートル下に位置する。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置２００は、ドラッグリング８１と、ドラッグチェーン８２とをさらに有する。ドラッグリング８１は、外枠１に配置され、ドラッグチェーン８２の一端はドラッグリング８１に配置される。詳細には、複数のドラッグリング８１は外枠１に配置され、複数のドラッグチェーン８２のそれぞれの一端はドラッグリング８１を介して配置され、他端は海岸上の杭に固定される。好ましくは、４つ以上のドラッグリング８１を有し、そのうち４つを外枠１の四隅のそれぞれに配置する。ドラッグリング８１とドラッグチェーン８２の配置によって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置２００は水中に固定され、保全や修復にも好適である。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。図１０は、図９の正面断面図である。図１１は、本発明の第３の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の障壁を示す概略図である。図９〜図１１を参照する。

第３の実施形態において、外枠１の構造および機能、取付軸２、内枠３、水力発電モジュール４、水流偏向器６、ドラッグリング８１、およびドラッグチェーン８２は、第２の実施形態として記載されている。同一の構成要素は同一の符号によって示す。したがって、詳細な説明には記載しない。相違点のみを以下に説明する。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００は、外枠１の２つの端部に配置された少なくとも２つの浮標部１２をさらに有する。各浮標部１２は、水流方向Ｄに対して平行であり、水平面Ｐに対して垂直である。本実施形態において、各浮標部１２は、固定浮標１２１と、調整浮標１２２と、を有する。固定浮標１２１によって与えられる浮力は不変である。調整浮標１２２は、調整浮標１２２の浮力を調整するために内部の空気量や水分量を調整することもでき、それによってモジュール化された海洋エネルギー発電装置３００全体の水深を制御する。

本実施形態において、調整浮標１２２は、固定浮標１２１に平行である。モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００を用いる場合には、調整浮標１２２は、固定浮標１２１と比較して水平面Ｐから遠く離れた外枠１の一方の端部に配置される。詳細には、図１０に示すように、調整浮標１２２は固定浮標１２１の下に配置され、調整可能であり、調整浮標１２２と固定浮標１２１は、同一線上に沿って分布している。調整浮標１２２の浮力は調節可能であり、調整浮標１２２は頂部でなく底部に配置されるので、モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００の水深を効果的かつ迅速に調整することができ、それによってモジュール化された海洋エネルギー発電装置３００全体の設置および保全がより簡便となる。

本実施形態において、内枠３の数は６つであり、浮標部１２の数は４つである。浮標部１２のうち２つは外枠１の左右両側に配置され、他の２つの浮標部１２は２つの隣接する内枠３の間に配置される。したがって、浮標部１２は、外枠１の２つの端部に配置されるのみならず、外枠１の中央にも配置される。そのため、海中のモジュール化された海洋エネルギー発電装置の位置３００がより安定するように、モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００全体により負担される浮力の分布は、より均一である。しかしながら、本発明に係る内枠３の数および浮標部１２の数はこれに限定されない。

本実施形態では、２つの水平軸水力発電装置ごとに取付軸２に取り付けられている。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００は、少なくとも２つの障壁１１１をさらに有する。２つの障壁１１１（図９に図示せず）は、内枠３または外枠１に配置される。少なくとも２つの障壁１１１は、水流方向Ｄに沿って水力発電モジュール４の上流側と下流側のそれぞれに配置される。障壁１１１は、水流方向Ｄに垂直であり、水平面Ｐに対して垂直である。実施形態において、２つの障壁１１１は内枠３と、外枠１との間に固定される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、障壁１１１は、外枠１の外側に配置してもよく、外枠１の上流側および下流側に配置してもよい。障壁１１１により、海中のゴミが水力発電モジュール４内に引き込まれることを効果的に防止することができ、それによって水力発電モジュール４を保護し、水力発電モジュール４の耐用年数を延ばすことができる。図１１に示すように、障壁１１１は、格子線状である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。図１３は、本発明の第４の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の回転ドア型荷重調節モジュールの正面図である。図１４は、図１３の部分拡大図である。図１５は、図１３の側面図である。図１６は、図１５の部分拡大図である。図１２〜図１６を参照する。

第４の実施形態において、外枠１の構造および機能、内枠３、障壁１１１、浮標部１２、ドラッグリング８１、およびドラッグチェーン８２は、第３の実施形態として記載されており、同一の構成要素は同一の符号によって示す。したがって、詳細な説明には記載せず、相違点のみを以下に説明する。

本実施形態において、水力発電モジュール４’は、垂直軸水力発電装置であり、垂直軸水力発電装置の軸の方向は水平面に対して垂直である。４つの水力発電モジュール４’は、１つの内枠３に配置される。しかしながら、本発明において内枠内の水力発電モジュール４’の詳細な数および型は、これに限定されるものではない。

モジュール化された海洋エネルギー発電装置４００は、少なくとも１つの回転ドア型荷重調節モジュール６’をさらに有し、各回転ドア型荷重調節モジュール６’は、水誘導部６１と、ローラースピンドル６２と、ドライバ６３と、を有する。水誘導部６１は、隣合わせで接続された少なくとも２つの水誘導板６１１を有する。本実施形態において、水誘導板６１１の数は、さらに多い。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。水誘導板６１１の数は、少なくとも２つであり、水平面に垂直な方向に沿って各水誘導板６１１の長さを効果的に短くし、水流の衝撃に対する水誘導板６１１の抵抗を増加させる。垂直方向に沿う水誘導板６１１の長さが長すぎると、水流の衝撃が大きいため、水誘導板６１１が容易に変形して、真ん中で壊れることさえある。

ローラースピンドル６２は、水誘導部６１の一端Ｅに固定される。ドライバ６３は、ローラースピンドル６２に接続され、ドライバ６３は、水誘導部６１を展開または折り畳むように回転するローラースピンドル６２を駆動する。本実施形態において、水誘導板６１１の断面は反っている、つまり、水誘導板６１１は反った板である。そのため、ローラースピンドル６２は、水誘導部６１を折り畳み、水誘導板６１１は、スペースを小さくするために、さらにローラースピンドル６２に取り付けられる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態において、ローラースピンドル６２の軸方向は、水平面に対して平行である。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。他の実施形態において、ローラースピンドル６２は、水平面に対して垂直であってもよく、外枠１に配置されてもよい。本発明において、ローラースピンドル６２の配置位置はこれに限定されるものではない。

本実施形態において、水誘導モジュール６’は、少なくとも２つの誘導レール６４をさらに有し、２つの誘導レール６４は、ローラースピンドル６２と同じ側に平行に配置される。ローラースピンドル６２は、水誘導部６１を展開したとき、水誘導部６１の他端Ｆの２つの端部は、２つの誘導レール６４のそれぞれに挿入される。本実施形態において、１つの水誘導部６１は、３つの誘導レール６４に対応し、そのうちの２つは、水誘導部６１の２つの端部に配置され、他の誘導レール６４は、水誘導部６１の中央に配置される。しかしながら、本発明において、誘導レール６４の数はこれに限定されるものではない。水誘導部６１の一端Ｅは、ローラースピンドル６２との接続を介して固定されており、水誘導部６１の他端Ｆは誘導レール６４を介して間隔を空けるために使用される。水誘導部６１の２つの端部は、それぞれ間隔が空けられるので、展開された水誘導部６１は、水流を停止または誘導するための「保護障壁」を形成するために、完全に展開することができる。

本実施形態において、水誘導モジュール６’は、少なくとも１つの連結軸６５と、少なくとも２つのローラー６６と、をさらに有する。少なくとも２つの水誘導板６１１は、連結軸６５を介して接続され、ローラー６６は連結軸６５の両端にスリーブのように取り付けられている。ローラースピンドル６２が水誘導部６１を展開する場合には、水誘導部６１の他端Ｆの２つの端部は、それぞれ２つの誘導レール６４の中に入り、２つのローラー６６は、２つの誘導レール６４にそれぞれスライドする。本実施形態において、連結軸６５の数は、水誘導板６１１の数に比べて１つ少なく、各連結軸６５は、３つのローラー６６に対応し、ローラー６６の数は、誘導レール６４の数に対応する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態において、各水誘導板６１１は、それぞれ２つの端部に凹凸の穴を有し、隣接する２つの水誘導板６１１の端部は、互いに嵌合することができる。連結軸６５は、水誘導板６１１を接続するための穴を貫通する。連結軸６５は、水誘導板６１１と接続され、各水誘導板６１１が方向を変更するために回転自在であることを可能にする。したがって、水誘導部６１が折り畳まれる場合、ローラースピンドル６２の周りに折り畳まれることができる。水誘導部６１が展開される場合、複数の水誘導板６１１は、ほぼ全体的に一直線上に配置され、さらに効果的に水流を停止または誘導する「保護障壁」を形成する。ローラースピンドル６２は、連続的に水誘導部６１を展開するように、ローラー６６は、図１５に示すように誘導レール６４に沿って上から下へ回転し、水誘導部６１をさらに展開する。ローラー６６は、２つの誘導レール６４に挿入するために水誘導部６１の他端Ｆの２つの端部を効果的に誘導し、さらに効果的に他端Ｆを固定する。

本実施形態において、水誘導板６１１と、水流方向Ｄとの間の角度は、０度より大きく９０度よりも小さい。したがって、本発明の実施形態に係る水誘導モジュール６’は、水流を停止および誘導することができる。

詳細には、水流が小さい場合、ドライバ６３は、下流の水誘導板６１１を完全に折り畳み、上流の水誘導板６１１を保護障壁を形成するために完全に展開するようにローラースピンドル６２を駆動し、さらに羽根車の抵抗側に水流が流入するのを効果的に停止し、上流の水流を羽根車の可動側に誘導する。すなわち、水流は、水力発電モジュール４’の羽根車の凹部に垂直な方向に誘導され、それによって、水力発電モジュール４’に対する水流の衝撃を増加させて発電機の発電力を向上する。水流の高速化により発電力が広域な変化を有する場合、ドライバ６３は、上流の水誘導板６１１を折り畳み、下流の水誘導板６１１を部分的に展開するためにローラースピンドル６２を駆動し、水力発電モジュール４’の抵抗側に水流が流入し、それによって効果的に水力発電モジュール４’の羽根車の高速回転を減速し、発電力を安定化できる。

したがって、本実施形態のモジュール化された海洋エネルギー発電装置４００の回転ドア型荷重調節モジュール６’によると、水流が大きい場合、水力発電モジュール４’の出力を下げるために水流を停止するように上流の水誘導板６１１は折り畳まれ、下流の水誘導板６１１は部分的に展開される。水流が小さい場合、上流の水誘導板６１１は完全に展開され、水力発電モジュール４’の羽根車の凹部に垂直な方向に流れる水流を効果的に誘導し、それによって水力発電モジュール４’に対する水流の衝撃を増加させ、水力発電モジュール４’の回転を増加させ、発電力を向上させる。したがって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置３００により発電した電力を安定して出力し、直接使用することができ、それによって、従来の海洋エネルギー発電装置の出力電力が有する広域な変化や不安定性という問題を解決することができる。

現在、世界中の水平軸水力発電装置モジュールまたは垂直軸水力発電モジュールを使用した海洋エネルギー発電装置の最大発電力はわずか１．２ＭＷである。しかしながら、モジュール化された海洋エネルギー発電装置（全体で１６つの水力発電モジュール）の発電力は、５ＭＷに達することができる。このように、従来の海洋エネルギー発電装置が低い発電力を有し、商業化できないという問題は、完全に克服され、従来技術において単一の水力発電装置を拡張することのみに焦点を当てていたという技術上の偏りをも解決する。

他の実施形態において、水力発電モジュール４’は、水平軸水力発電装置であり、回転ドア型荷重調節モジュール６’の水誘導板６１１と水流方向Ｄとの間の角度は９０度であってもよい。水平軸水力発電装置のすべての羽根車が力を受けているため、水流の速度が速い場合、ドライバ６３は、下流の水誘導板６１１を折り畳み、上流の水誘導板６１１を展開するようにローラースピンドル６２を駆動し、効果的に水平軸水力発電装置に流入する水流を停止するための保護障壁を形成し、それにより、発電力の不安定性の発生による急激な発電力の上昇や直接出力できないことを防止する。水流の速度が遅いとき、ローラースピンドル６２は、水誘導板６１１を折り畳むことができ、それにより水流が水平軸水力発電装置に流入することを可能にする。

図１７は、本発明の第５の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の上面図である。図１８は、図１７の正面断面図である。図１９は、図１７の側面断面図である。図１７〜図１９を参照する。本実施形態において、外枠１の構造および機能、取付軸２、内枠３、水力発電モジュール４、および水流偏向器６は、第３の実施形態として記載されているので、同一の構成要素は同一の符号によって示す。したがって、詳細な説明には記載せず、相違点のみを以下に説明する。本実施形態において、取付軸２は、内枠３に固定される。

本実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置５００は、固定装置９をさらに有し、固定装置９は、基部９１と、固定部９２と、複数のアンカー杭９３と、を備える。基部９１は、固定溝９１２を有する。外枠１は、固定部９２を介して基部９１の固定溝９１２に固定される。アンカー杭９３のうちの少なくとも１つは、基部９１を介して配置され、固定するために海底２０に挿入される。

本実施形態において、基部９１は、複数の不動空間９１１を有する鉄筋コンクリート基盤であり、不動空間９１１の断面積（水平面に平行な断面）は、各アンカー杭９３の径方向断面積よりも大きく、コンクリートは、不動空間９１１とアンカー杭９３との間の隙間に注がれ、充填される。実際の適用において、基部９１は鉄筋コンクリート枠を形成するために予め製造された後、海に吊り下げられる。その後、各々のアンカー杭９３は、不動空間９１１を通って海底２０に入ることができ、最後に次のアンカー杭９３を固定するためにコンクリートは不動空間９１１に注がれる。大きい断面積を有する複数の不動空間９１１を介して、基部９１は、複数の「空間」または「空洞」を有する枠である。したがって、基部９１の重量を大幅に低減することができ、基部９１を海に吊り下げることに好適であり、これにより設置が容易となる。

本実施形態において、固定溝９１２の軸方向は、水平面に対して平行であり、水流方向に垂直である。本実施形態において、固定溝９１２は矩形溝であり、基部９１の上部に配置される。固定溝９１２の底部は基部９１の上面よりも低くなっている。本実施形態において、固定溝９１２の幅は、外枠１の幅よりも大きく、外枠１を配置することができる。基材９１の表面に配置された固定溝９１２を介して、モジュール化された海洋エネルギー発電装置５００の位置を固定することができ、それによって、潮流の莫大な衝撃によって容易に偏向されるという従来技術の発電機の問題を克服する。したがって、本発明の実施形態におけるモジュール化された海洋エネルギー発電装置５００は、潮流エネルギーの最大活用を確保することで発電効率を向上させるために、常に潮流に直面することができる。

実際の適用においては、基部９１の重量および体積を低減するために、基部９１は３つの取り外し可能な部品を有する。固定部９２は、複数のチェーン９２１と、複数のリング９２２と、を有し、リング９２２の一部は、外枠１を固定せずに２つの基部９１に固定され、他のリング９２２は、外枠１に固定される。各チェーン９２１の２つの端部は、基部９１上のリング９２２および外枠１上のリング９２２にそれぞれ接続される。本実施形態において、チェーン９２１とリング９２２は、外枠１の２つの端部に対称的に配置され、外枠１は、固定を維持するために２つの端部から引張力を受けることができる。したがって、満潮や干潮に関わらず、外枠１は、全体のモジュール化された海洋エネルギー発電装置５００が発電効率を向上させるために潮流の衝撃に直面できるように、さらに安定状態を維持することができる。一実施形態において、チェーン９２１はドラッグチェーンまたは剛性プルロッドであってもよい。

本実施形態において、固定装置９は、誘導枠９４をさらに有する。実際の適用では、基部９１は、まず、海底２０に吊り下げられ、その後、外枠１は基部９１の固定溝９１２に入れられる。水平面に対して垂直な誘導枠９４の１つの端部は、外枠１が正確に固定溝９１２に入るように誘導することができる。誘導枠９４の上面は、水平面から露出しており、基部９１が誘導枠９４を介して水平に配置される際に、取り付ける人が容易に観測することができる。

図２０は、本発明の第６の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の側面断面図である。第６の実施形態において、外枠１の構造および機能、取付軸２、内枠３、および水力発電モジュール４は、第５の実施形態として記載されている。したがって、詳細な説明では説明しない。同一の構成要素は同一の符号によって示す。相違点のみを以下に説明する。

本実施形態において、固定装置９’は、基部９１と、固定部９２’と、複数のアンカー杭９３と、を有する。固定器９２’は、梁で、梁の一端は、基部９１に挿入され、他端は、外枠１の高さ方向に沿って延びる。好ましくは、梁は、鋼梁ベースである。本実施形態において、梁の断面は、直角三角形であり、梁の１つの直角の角は、コンクリートを介して基部９１に挿入され、固定されており、他の直角の角は外枠１の高さ方向に平行である。矩形は、最も安定した構造である。本実施形態において、固定部９２’は、外枠１の２つの端部に対称的のそれぞれに配置されており、それによって外枠１は、２つの方向に安定して固定される。したがって、満潮または干潮に関わらず、外枠１は安定を保つことができ、モジュール化された海洋エネルギー発電装置の全体が潮流の衝撃に直面することができ、それによって発電効率を改善することができる。本発明において、梁の高さ方向に沿う直角の角の長さはこれに限定されるものではない。

図２１は、本発明の第７の実施形態に係るモジュール化された海洋エネルギー発電装置の側面断面図である。第６の実施形態と第７の実施形態との相違点は、第７の実施形態における固定装置９”がコンクリートブロックであることである。本実施形態において、コンクリートブロックの高さは、モジュール化された海洋エネルギー発電装置の外枠１の高さの半分よりも大きい。しかしながら、本発明において、コンクリートブロックの高さは、これに限定されるものではない。

要約すると、本発明の実施形態においてモジュール化された海洋エネルギー発電装置は、少なくとも４つの組み込みモジュールを有し、水力発電モジュールは、配列内に分散させることができる。従来の海洋エネルギー発電装置と比較して、本発明において発電力は改善され、従来の海洋エネルギー発電装置の単一の水力発電装置を大規模にすることによって生じる高コストの問題が解決される。取り外し可能な内枠と外枠によって、モジュール化アセンブリおよび発電装置の交換を実現することができ、保全および設置の費用が大幅に削減され、従来の海洋エネルギー発電装置が大規模化および商業化できないという問題を克服する。

水力発電モジュールが水平軸水力発電装置である場合には、回転自在な取付軸により、水流が流入する方向に関わらず、水平軸水力発電装置の羽根車が常に水流に対向するようにすることができ、それにより、最大発電力を確保することができる。このケースは、特に潮力エネルギーによる発電に適している。一実施形態によれば、複数の水平軸水力発電装置を取付軸に取り付けることができ、これにより発電力を大幅に向上させることができる。水平軸水力発電装置の羽根車がより大きな応力を受けて、より高速回転するように、水流は、水流偏向器により集中的に水平軸水力発電装置に誘導され、これにより発電効率を向上させることができる。好ましくは、水流偏向器は、水平軸水力発電装置の上流側および下流側に配置することができる。これにより、潮流が（例えば、満潮および干潮のように）方向を変えても、水流偏向器は、効果的に水流を誘導することができる。

一実施形態によれば、回転ドア型荷重調節モジュールは、水力発電モジュールが受ける負荷を調整することができる。したがって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置により発電した電力を安定して出力し、直接使用することができ、それによって、従来の海洋エネルギー発電装置の出力電力が有する広域な変化や不安定性という問題を解決することができる。

本発明の実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、これにより、水力発電モジュールの耐用年数を延長させる、上流側と下流側に配置された少なくとも２の障壁を介して水力発電モジュールを損傷海にゴミを防ぐことができます。

本発明の実施の形態におけるモジュール化された海洋エネルギー発電装置は、上流側および下流側に配置された少なくとも２つの障壁によって海中のゴミによる水力発電モジュールの損傷を防止し、それによって水力発電モジュールの耐用年数を延ばすことができる。

本発明の実施形態において、モジュール化された海洋エネルギー発電装置は、浮標プラットフォームまたは浮標部を介してフローティング型内に固定してもよいし、固定装置によって海底に固定することもできる。さらに、ドラッグリングとドラッグチェーンによって、モジュール化された海洋エネルギー発電装置を効果的に水中に固定でき、メンテナンスや修理にも好適である。

本発明を特定の好ましい実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本開示は、本発明の範囲を限定するものではない。当該技術分野における通常の知識を有する者が本発明の範囲および要旨から逸脱することなく様々な修正および改変を行うことができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、上述の好ましい実施形態の記載に限定されるものではない。

Claims (14)

1. 外枠と、取り外し可能なように前記外枠内に配置された少なくとも４つの内枠と、前記少なくとも４つの内枠内のそれぞれに配置される少なくとも４つの水力発電モジュールと、を有し、
   前記水力発電モジュールは、水平軸水力発電装置を有し、前記水平軸水力発電装置の軸方向は水平面に対して平行であり、
   少なくとも４つの取付軸をさらに有し、前記少なくとも１つの水平軸水力発電装置は、各々の前記取付軸に対応して取り付けられ、前記取付軸は、各々の前記内枠に固定されてまたは回転自在に取り付けられるモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
2. 前記内枠または前記外枠に固定された少なくとも１つの水流偏向器をさらに有する、請求項１に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
3. 前記水流偏向器はシリンダー形状であり、前記水流偏向器の直径は徐々に減少する、請求項２に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
4. 前記内枠または前記外枠に軸方向対称に配置および固定された少なくとも８つの水流偏向器をさらに有し、前記水流偏向器は、水流方向に沿って前記水平軸水力発電装置の上流側および下流側のそれぞれに配置される、請求項１に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
5. 少なくとも１つの前記取付軸は、前記内枠に回転自在に取り付けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
6. 前記取付軸を回転させるために駆動する前記取付軸に接続された駆動部をさらに有する、請求項５に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
7. 外枠と、取り外し可能なように前記外枠内に配置された少なくとも４つの内枠と、前記少なくとも４つの内枠内のそれぞれに配置される少なくとも４つの水力発電モジュールと、を有し、
   前記水力発電モジュールの上流側および下流側に水流方向に沿ってそれぞれ配置される少なくとも２つの回転ドア型荷重調節モジュールをさらに有し、各回転ドア型荷重調節モジュールは、隣合わせで接続された少なくとも２つの水誘導板を有する水誘導部と、前記水誘導部の１つの端部に固定されるローラースピンドルと、前記ローラースピンドルに接続され、前記水誘導部を展開または折り畳むように回転する前記ローラースピンドルを駆動するドライバと、を有する海洋エネルギー発電装置。
8. 前記水力発電モジュールは、垂直軸水力発電装置を有し、前記垂直軸水力発電装置の軸方向は水平面に対して垂直である、請求項７に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
9. 前記内枠または前記外枠に配置され、前記水力発電モジュールの上流側および下流側に水流方向に沿ってそれぞれ配置される少なくとも２つの障壁をさらに有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
10. 前記内枠または前記外枠に配置された少なくとも１つの水流制限板をさらに有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
11. 前記外枠に配置された少なくとも１つの浮標プラットフォームをさらに有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
12. 前記外枠の２つの端部に配置された少なくとも２つの浮標部をさらに有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
13. ドラッグリングおよびドラッグチェーンをさらに有し、前記ドラッグリングは、前記外枠に配置され、前記ドラッグチェーンの一端は、前記ドラッグリングに配置される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。
14. 固定装置をさらに有し、前記固定装置は、固定溝を有する基部と、固定部と、複数のアンカー杭と、を備え、
    前記外枠は、前記固定部を介して前記基部の前記固定溝に固定され、
    前記アンカー杭の少なくとも１つは、前記基部を貫通して配置され、固定するために海底に挿入される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のモジュール化された海洋エネルギー発電装置。