JP6056961B2 - 水中機器 - Google Patents
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Description
本発明は、タービン及び発電機を備えるポッドが浮上及び沈降可能な水中浮遊式の海流発電装置等の、水中浮遊式の水中機器に関する。
本願は、2013年4月3日に日本に出願された特願2013−77660号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2013年4月3日に日本に出願された特願2013−77660号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、海流や潮流等の海水の流れのエネルギーを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
一般的に海流発電装置は、海水の流れを受けて回転するタービンを水中に配置し、タービンの回転により発電機を駆動して発電を行う。タービンとしては、回転軸が海水の流れに対して平行(水平)となる水平軸型タービンや、回転軸が海水の流れに対して垂直となる垂直型タービン等がある。
一般的に海流発電装置は、海水の流れを受けて回転するタービンを水中に配置し、タービンの回転により発電機を駆動して発電を行う。タービンとしては、回転軸が海水の流れに対して平行(水平)となる水平軸型タービンや、回転軸が海水の流れに対して垂直となる垂直型タービン等がある。
具体的な海流発電装置としては、上面視で三角形の各頂点に配設された3本の中空コラムのそれぞれに、海水の流れを受けて回転するプロペラ水車(水平軸型タービン)を備え、プロペラ水車の回転により駆動して発電を行う半没水式の海流発電装置が開発されている(特許文献1参照)。
上記特許文献1に記載の半没式の海流発電装置の場合は、中空コラムへの注排水により、プロペラ水車を没水させた稼働状態と、プロペラ水車を海面上に露出させた保守状態との間で状態を変化させることができる。
一方、海流発電装置としては、タービン及び発電装置を内部に備えたポッドを完全に海水内に沈めて、このポッドを海底から係留して浮遊させるいわゆる水中浮遊式の発電装置もある。このような方式の発電装置においては、ポッドを最適な水深に保つべく、海流の強さやタービンの回転に応じて浮力を微調整する必要がある。
一方、海流発電装置としては、タービン及び発電装置を内部に備えたポッドを完全に海水内に沈めて、このポッドを海底から係留して浮遊させるいわゆる水中浮遊式の発電装置もある。このような方式の発電装置においては、ポッドを最適な水深に保つべく、海流の強さやタービンの回転に応じて浮力を微調整する必要がある。
従って、例えばポッド内にバラストタンクを設け、バラストタンクの注排水によりポッドの浮力調整を行う構成が考えられる。この場合バラストタンクとともに圧縮空気を蓄えたタンクをポッド内に備え、圧縮空気をバラストタンクに供給しつつ排水を行い、注水時にはバラストタンク内の空気を海中に放出する構成が簡易である。しかしながら、このような構成では、予め蓄えた圧縮空気を全て放出してしまえば、再度注水を行うことはできなくなる。その結果、ポッドの浮力の微調整を繰り返し行うことができず、長期の運用を行うことができない。
その他の浮力調整手段としては、ポッドに予め固定バラストを設けておき、浮上の際に固定バラストを投棄することで浮上を行う方法がある。ただし、この方式においても、固定バラストを全て投棄すると再度沈降することは困難となり、浮力調整を繰り返し行うことができない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、浮力の微調整を繰り返し行うことのできる、水中浮遊式の水中機器を提供することを目的とする。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、浮力の微調整を繰り返し行うことのできる、水中浮遊式の水中機器を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するための、本発明に係る第一の態様は、注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、浮力調整部から排水を行う排水手段と、予め内部に圧縮気体を蓄えており、排水手段による浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を浮力調整部に供給し、浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段と、を備える水中浮遊式の水中機器である。
また、本発明に係る第二の態様は、上記第一の態様において、前記水中機器が、海水の流れにより回転するタービンと、前記タービンを支持し、且つ、タービンの回転により発電する発電部を収容したポッドとを備えた水中浮遊式の海流発電装置である。
また、本発明に係る第二の態様は、上記第一の態様において、前記水中機器が、海水の流れにより回転するタービンと、前記タービンを支持し、且つ、タービンの回転により発電する発電部を収容したポッドとを備えた水中浮遊式の海流発電装置である。
また、本発明に係る第三の態様では、上記第一または第二の態様において、浮力調整部は、その外部の水圧により注水され、浮力調整部への注水を行う際には、水圧により注水された水を介して、浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される。
また、本発明に係る第四の態様では、上記第二の態様において、排水手段は、タービンの回転速度に応じて浮力調整部に対する排水を行う。
また、本発明に係る第四の態様では、上記第二の態様において、排水手段は、タービンの回転速度に応じて浮力調整部に対する排水を行う。
また、本発明に係る第五の態様では、上記第一から第四の態様において、伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、管部材から外気を取り込み圧縮して気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える。
また、本発明に係る第六の態様では、上記第一から第五の態様において、複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、水中機器が、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である。
例えば、上記第二の態様では、海流発電装置が、複数のポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに浮力調整部を備えており、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数のポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能である。
また、本発明に係る第六の態様では、上記第一から第五の態様において、複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、水中機器が、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である。
例えば、上記第二の態様では、海流発電装置が、複数のポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに浮力調整部を備えており、個々の浮力調整部に対する排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数のポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能である。
また、本発明に係る第七の態様では、上記第一または第二の態様において、前記浮力調整部が、前記浮力調整部に供給される水と、前記気蓄手段から前記浮力調整部に供給される気体とを分離する分離装置を備える。
上記手段を用いる本発明では、水中浮遊式の水中機器において、浮力調整部とともに内部に圧縮空気を蓄えた気蓄手段を備え、浮力調整部の排水時には気蓄手段の圧縮空気を浮力調整部に供給し、浮力調整部の注水時には供給した気体を気蓄手段の内部に戻す。
このように、気蓄手段が蓄えていた気体を外部に放出することなく、注排水に応じて浮力調整部に出し入れすることで、気蓄手段の気体の消費を防ぐことができる。
これにより、浮力調整部による浮力の微調整を繰り返し行うことができる。
このように、気蓄手段が蓄えていた気体を外部に放出することなく、注排水に応じて浮力調整部に出し入れすることで、気蓄手段の気体の消費を防ぐことができる。
これにより、浮力調整部による浮力の微調整を繰り返し行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1には、本発明の水中機器の第1実施形態としての、海流発電装置の全体構成が示されている。
図1に示すように、海流発電装置1は、左右一対のポッド2、2が連結ビーム3により接続されており、各ポッド2、2の尾部にタービン4、4が設けられたいわゆる双発の海流発電装置である。
図1には、本発明の水中機器の第1実施形態としての、海流発電装置の全体構成が示されている。
図1に示すように、海流発電装置1は、左右一対のポッド2、2が連結ビーム3により接続されており、各ポッド2、2の尾部にタービン4、4が設けられたいわゆる双発の海流発電装置である。
タービン4は、回転中心にあるハブ部5から、回転軸方向に対し垂直に互いに相反する方向に向けて延びる2枚のブレード6、6を備えている。これら左右一対のポッド2、2に設けられたタービン4、4は、回転方向が逆方向であり対向回転することで、両タービン4、4の回転に伴う回転トルクを相殺している。
各ポッド2の下面中央部分にはそれぞれ係留索7の一端が接続されており、各係留索7は途中で合流して全体としてY字状をなし、係留索7の他端はシンカー8に接続されている。シンカー8は海底に固定され、係留索7を介してポッド2、2を係留している。なお、図示しないが係留索7と並行して各ポッド2、2からは送電ケーブルも延びており、送電ケーブルは海底に設けられた変圧器に接続されている。
各ポッド2の下面中央部分にはそれぞれ係留索7の一端が接続されており、各係留索7は途中で合流して全体としてY字状をなし、係留索7の他端はシンカー8に接続されている。シンカー8は海底に固定され、係留索7を介してポッド2、2を係留している。なお、図示しないが係留索7と並行して各ポッド2、2からは送電ケーブルも延びており、送電ケーブルは海底に設けられた変圧器に接続されている。
次に図2には、一方のポッド2の内部構成が示されている。なお、他方のポッド2も同様の構成をなしていることから、他方のポッド2の説明は省略する。
図2に示すように、ポッド2内には、タービン4のハブ部5と回転軸9を介して接続された発電機10(発電部)が設けられている。発電機10は、ブレード6、6が海水の流れを受けハブ部5を回転させるのに伴って、回転軸9が回転することで発電を行い、図示しない送電ケーブルを介して送電を行う。
図2に示すように、ポッド2内には、タービン4のハブ部5と回転軸9を介して接続された発電機10(発電部)が設けられている。発電機10は、ブレード6、6が海水の流れを受けハブ部5を回転させるのに伴って、回転軸9が回転することで発電を行い、図示しない送電ケーブルを介して送電を行う。
また、ポッド2内には、ポッド2の浮力を調整するバラストタンク11(浮力調整部)が設けられている。
バラストタンク11の下部には水路20を介して、バラストタンク11内の水を排水させる排水ポンプ21(排水手段)が接続されている。また水路20において、排水ポンプ21より下流側には、逆止弁22を介し、排水量を調整する排水用バルブ23が設けられている。そして、水路20のさらに下流側にはポッド2の外部に開口する開口部24が形成されている。一方、水路20は開口部24と排水用バルブ23との間で分岐しており、バラストタンク11への注水量を調整する注水用バルブ25と逆止弁26を介して、バラストタンク11と排水ポンプ21との間に接続されている。
バラストタンク11の下部には水路20を介して、バラストタンク11内の水を排水させる排水ポンプ21(排水手段)が接続されている。また水路20において、排水ポンプ21より下流側には、逆止弁22を介し、排水量を調整する排水用バルブ23が設けられている。そして、水路20のさらに下流側にはポッド2の外部に開口する開口部24が形成されている。一方、水路20は開口部24と排水用バルブ23との間で分岐しており、バラストタンク11への注水量を調整する注水用バルブ25と逆止弁26を介して、バラストタンク11と排水ポンプ21との間に接続されている。
また、バラストタンク11の上部には、空気通路30を介して気蓄タンク31(気蓄手段)が接続されている。気蓄タンク31内には、ポッド2の沈降可能な水深に合わせた水圧まで圧縮された圧縮空気が充填されている。例えばポッド2が水深200mまで沈降可能であれば20気圧(ゲージ圧力)まで圧縮した空気が気蓄タンク31に充填される。そして、空気通路30には空気通路30内の気体の流通を調整する空気用バルブ32が設けられている。
このように構成された海流発電装置1は、例えばポッド2が海上にあるときにバラストタンク11を水で満たし、ポッド2が予め定められた水深まで沈降した際にはバラストタンク11内の水の一部を排水して浮力を増加させて水深を維持する。
ポッド2は水中内にて海流の方向に対向した姿勢で浮遊する。そして、海流による海水の流れを受けてタービン4が回転することで発電機10による発電が行われる。タービン4が回転して海流の下流側への推力が生じることで係留索7が張り、海流が弱ければタービン4の回転速度も低くなるため、ポッド2は浅い水深にて浮遊する。一方、海流が強くなるとタービン4の回転速度が高くなり、推力も増すことから、ポッド2は係留索7とシンカー8との接続部分を支点に下流側に移動するとともに沈降し、深い水深にて浮遊する。
ポッド2は水中内にて海流の方向に対向した姿勢で浮遊する。そして、海流による海水の流れを受けてタービン4が回転することで発電機10による発電が行われる。タービン4が回転して海流の下流側への推力が生じることで係留索7が張り、海流が弱ければタービン4の回転速度も低くなるため、ポッド2は浅い水深にて浮遊する。一方、海流が強くなるとタービン4の回転速度が高くなり、推力も増すことから、ポッド2は係留索7とシンカー8との接続部分を支点に下流側に移動するとともに沈降し、深い水深にて浮遊する。
海流発電装置1では、海流の強さが変化する等してポッド2が予め定めた浮遊位置から移動した場合には、適切な浮遊位置に戻すべくバラストタンク11内の注排水が行われる。例えば、海流発電装置1は、タービン4の回転速度が、予め定めた浮遊位置にあるときのタービン4の回転速度より増加したときには、ポッド2の沈降を抑えるべくバラストタンク11の排水を行う。一方、タービン4の回転速度が低下したときには、ポッド2の浮上を抑えるべくバラストタンク11の注水を行う。このようにタービン4の回転速度に応じてバラストタンク11の注排水を行うことで、容易にポッド2の浮遊位置を適正な位置に微調整することができる。
また、海流発電装置1は、左右一対のポッド2、2のそれぞれにバラストタンク11が設けられていることから、各バラストタンク11の注排水を調整することでポッド2、2の姿勢を制御することが可能である。例えば、左右のポッド2、2の浮力のバランスをつり合わせつつ全体としての浮力を増減させるように各バラストタンク11内の水を調整することで、左右一対のポッド2、2を水平に保ちつつ浮沈することができる。
ここで図3A及び図3Bには、第1実施形態に係る海流発電装置の排水時(図3A)、及び注水時(図3B)の状態が示されている。以下、同図に基づきバラストタンク11の注排水について詳しく説明する。なお、図3A及び図3Bにおいても一方のポッド2の内部構成のみを示しているが、以下の説明においては、左右一対のポッド2、2の浮力のバランスはつり合っており、他方のポッド2のバラストタンクも同様の動作を行っているものとして説明する。
図3Aに示すように、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、バラストタンク11内の水が水路20内を通って外部へと排出される。なお、水路20のうち注水用バルブ25が設けられている経路には、注水用バルブ25が閉弁しており且つ逆止弁26が設けられていることで水は流れない。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通ってバラストタンク11内に供給され、排水が促される。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
一方、図3Bに示すように、バラストタンク11の注水時には、ポッド2の外部の水圧がバラストタンク11内の水圧より高い状態で注水用バルブ25を開弁することで、ポッド2の外部から開口部24を通って、海水(水)が水路20を介してバラストタンク11内へ流入する。なお、水路20のうち排水用バルブ23が設けられている経路には逆止弁22により水は流れない。また、注水と同時に、空気用バルブ32を開弁することで、バラストタンク11内の空気が外部の水圧により押圧され、圧縮された空気が気蓄タンク31に戻される。その結果、バラストタンク11内の水が増加して浮力が減少し、ポッド2は沈降する。
このように、水中浮遊式の海流発電装置1では、気蓄タンク31が蓄えていた空気を外部に放出することなく、空気を注排水に応じてバラストタンク11に出し入れすることで、気蓄タンク31の空気の消費を防ぐことができる。これにより、バラストタンク11の注排水を繰り返し行うことができ、ポッド2の浮遊位置を繰り返し微調整することができる。
また特に、バラストタンク11の注水においては、ポンプ等を設けることなく、ポッド2の外部の海水圧を利用して注水を行い、且つバラストタンク11から排出された空気による、気蓄タンク31への圧縮空気の充填も行うことができる。これにより、部品点数を減らし、コストを低減させることができる。
次に本発明の第2実施形態について説明する。
図4には、本発明の水中機器の第2実施形態としての、海流発電装置の概略構成が示されている。
なお、第2実施形態における海流発電装置において、上記第1実施形態の構成と同様の構成については同様の符号を付し、詳しい説明を省略する。
次に本発明の第2実施形態について説明する。
図4には、本発明の水中機器の第2実施形態としての、海流発電装置の概略構成が示されている。
なお、第2実施形態における海流発電装置において、上記第1実施形態の構成と同様の構成については同様の符号を付し、詳しい説明を省略する。
図4に示す海流発電装置40では、上記第1実施形態の海流発電装置1の構成に加えて、各ポッド2それぞれに、テレスコピック機構により伸縮可能な空気管41(管部材)が設けられている。この空気管41は、海水の流れに対抗し得る硬質な材料で形成されている。
空気管41は、稼働時においてはポッド2の頭部側から先端が海面上にて開口するよう延出する。また、空気管41は、根元部において圧縮ポンプ42(気体圧縮手段)を介して気蓄タンク31に接続されている。圧縮ポンプ42は空気管41を介して取り込んだ海上の空気(外気)を圧縮して気蓄タンク31内に充填するために設けられている。
空気管41は、稼働時においてはポッド2の頭部側から先端が海面上にて開口するよう延出する。また、空気管41は、根元部において圧縮ポンプ42(気体圧縮手段)を介して気蓄タンク31に接続されている。圧縮ポンプ42は空気管41を介して取り込んだ海上の空気(外気)を圧縮して気蓄タンク31内に充填するために設けられている。
このように構成された第2実施形態における海流発電装置40は、上記第1実施形態と同様にポッド2の浮遊位置を微調整すべくバラストタンク11の注排水を行うことができる。しかも、故障等で気蓄タンク31内の空気がポッド2の外部に放出された場合でも、海上に浮上することなく水中で圧縮空気の補充を行うことができる。
また、空気管41はテレスコピック機構により伸縮可能であることで、吸排気の必要がないときには空気管41を収縮させ、ポッド2内に収納することができる。これにより空気管41が延びていることによるポッド2にかかる負荷の増大や、空気管41と障害物との接触等を防ぐことができる。
また、空気管41はテレスコピック機構により伸縮可能であることで、吸排気の必要がないときには空気管41を収縮させ、ポッド2内に収納することができる。これにより空気管41が延びていることによるポッド2にかかる負荷の増大や、空気管41と障害物との接触等を防ぐことができる。
このように、第2実施形態における海流発電装置40は、上記第1実施形態と同様の効果を奏する上、海流発電装置40をより安全に運用することができる。
一方、本発明では、バラストタンク11の排水に際し、気蓄タンク31からバラストタンク11内に供給される空気により、バラストタンク11内の水圧に抗して、バラストタンク11内の水が外部に押し出される。この場合、気蓄タンク31からバラストタンク11内に供給される空気が、バラストタンク11内の水に溶解し、この水とともに外部に排出されることがある。この傾向は、バラストタンク11内の水圧が高くなるほど顕著となる。また、気蓄タンク31からバラストタンク11内に供給される空気が、気泡となってバラストタンク11内の水とともに外部に排出されることも考えられる。
その結果、バラストタンク11の排水に伴い、気蓄タンク31内に蓄えられている空気が減少し、この空気によるバラストタンク11からの排水に支障を来す可能性がある。
その結果、バラストタンク11の排水に伴い、気蓄タンク31内に蓄えられている空気が減少し、この空気によるバラストタンク11からの排水に支障を来す可能性がある。
バラストタンク11内の水と、気蓄タンク31からバラストタンク11内に供給される空気との接触を避けることにより、この問題を解決することができる。バラストタンク11内の水と空気との接触を避ける具体的な例として、例えば図5A〜図5Cに示す構造が挙げられる。
図5A〜図5Cは、バラストタンク11の断面を模式的に示している。バラストタンク11の内部には、ポッド2の外部から水路20を介してバラストタンク11内に供給される水と、気蓄タンク31から空気通路30を通ってバラストタンク11内に供給される空気とを分離する分離装置50、51、52がそれぞれ設けられている。なお、図5A〜図5Cにおいて、左側の図がバラストタンク11の注水時の状態、右側の図がバラストタンク11の排水時の状態をそれぞれ示す。
図5A〜図5Cは、バラストタンク11の断面を模式的に示している。バラストタンク11の内部には、ポッド2の外部から水路20を介してバラストタンク11内に供給される水と、気蓄タンク31から空気通路30を通ってバラストタンク11内に供給される空気とを分離する分離装置50、51、52がそれぞれ設けられている。なお、図5A〜図5Cにおいて、左側の図がバラストタンク11の注水時の状態、右側の図がバラストタンク11の排水時の状態をそれぞれ示す。
図5Aに示す分離装置50は、バラストタンク11内の上端部に支持され、バラストタンク11の内周面に沿って上下に伸縮する蛇腹状の側面を有する袋状の容器で、分離装置50の内部は、その上端にて空気通路30に連結されている。すなわち、バラストタンク11の内部は、分離装置50により、分離装置50の内部に形成された気室Gと、分離装置50の外部に形成された液室Lとに分離されている。
バラストタンク11の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク11内の水圧より高い状態で注水用バルブ25を開弁することで、ポッド2の外部から、海水(水)が水路20を介して液室L内に流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ32を開弁することで、気室Gが外部の水圧により押圧され、分離装置50の蛇腹状の側面が上方に収縮し、気室G内の圧縮された空気が、空気通路30を介して気蓄タンク31に戻される(図5Aの左側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が増加して浮力が減少し、ポッド2は沈降する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置50の蛇腹状の側面が下方に伸長し、排水が促される(図5Aの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置50の蛇腹状の側面が下方に伸長し、排水が促される(図5Aの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
図5Bに示す分離装置51は、バラストタンク11内に、バラストタンク11を上下に分割するよう水平に支持され、バラストタンク11の内周面に沿って上下に摺動する板状の部材で、その周囲(バラストタンク11の内周面との摺動部位)には、バラストタンク11の内周面との気密性を確保するためのライナー51aが形成されている。図5Bに示す分離装置51では、上下方向の幅を増加させたライナー51aを設けることにより、バラストタンク11の内周面との摺動性及び気密性を確保している。そして、バラストタンク11の内部は、分離装置51により、分離装置51の上方に形成された気室Gと、分離装置51の下方に形成された液室Lとに分離されている。
バラストタンク11の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク11内の水圧より高い状態で注水用バルブ25を開弁することで、ポッド2の外部から、海水(水)が水路20を介して液室L内へ流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ32を開弁することで、気室G内の空気が外部の水圧により押圧され、分離装置51が上昇し、気室G内の圧縮された空気が、空気通路30を介して気蓄タンク31に戻される(図5Bの左側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が増加して浮力が減少し、ポッド2は沈降する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置51が下降し、排水が促される(図5Bの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
なお、分離装置51はバラストタンク11内を上下に摺動するピストンとも見做される。そのため、分離装置51にロッド等(図示せず)を設け、分離装置51の上下動を、このロッドを介して他の仕事に利用してもよい。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置51が下降し、排水が促される(図5Bの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
なお、分離装置51はバラストタンク11内を上下に摺動するピストンとも見做される。そのため、分離装置51にロッド等(図示せず)を設け、分離装置51の上下動を、このロッドを介して他の仕事に利用してもよい。
図5Cに示す分離装置52は、バラストタンク11内の上端部に支持され、バラストタンク11の内部に垂下する、弾性変形可能な袋状の容器で、分離装置52の内部は、その上端にて空気通路30に連結されている。すなわち、バラストタンク11の内部は、分離装置52により、分離装置52の内部に形成された気室Gと、分離装置52の外部に形成された液室Lとに分離されている。
バラストタンク11の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク11内の水圧より高い状態で注水用バルブ25を開弁することで、ポッド2の外部から、海水(水)が水路20を介して液室L内に流入する。また、注水と同時に、空気用バルブ32を開弁することで、気室Gが外部の水圧により押圧され、分離装置52が収縮し、気室G内の圧縮された空気が、空気通路30を介して気蓄タンク31に戻される(図5Cの左側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が増加して浮力が減少し、ポッド2は沈降する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置52が膨張し、排水が促される(図5Cの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置52が膨張し、排水が促される(図5Cの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
このように、気蓄タンク31を利用したバラストタンク11による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク11内に供給される水と空気とを分離する分離装置50、51、52をバラストタンク11の内部に設けることにより、バラストタンク11内の水と空気との接触を避けることができる。その結果、バラストタンク11の排水に伴う、気蓄タンク31内に蓄えられた空気の減少が防止され、気蓄タンク31内に蓄えられた空気によるバラストタンク11からの排水を、長時間にわたり円滑に行うことが可能となる。
なお、図5A及び図5Cに示す分離装置50、52では、分離装置50、52の内部が空気通路30に連結されて気室Gを構成し、バラストタンク11の内部のうち、分離装置50、52により気室Gと分離された部分が、水路20に連結されて液室Lを構成している。
しかしながら、図6A及び図6Bに示すように、上記分離装置50、52において、分離装置50、52の内部が水路20に連結されて液室Lを構成し、バラストタンク11の内部のうち、分離装置50、52により液室Lと分離された部分が、空気通路30に連結されて気室Gを構成してもよい。
この場合、バラストタンク11の内部は、分離装置50、52により、分離装置50の内部に形成された液室Lと、分離装置50の外部に形成された気室Gとに分離される。
しかしながら、図6A及び図6Bに示すように、上記分離装置50、52において、分離装置50、52の内部が水路20に連結されて液室Lを構成し、バラストタンク11の内部のうち、分離装置50、52により液室Lと分離された部分が、空気通路30に連結されて気室Gを構成してもよい。
この場合、バラストタンク11の内部は、分離装置50、52により、分離装置50の内部に形成された液室Lと、分離装置50の外部に形成された気室Gとに分離される。
図6A及び図6Bに示す分離装置50、52によれば、バラストタンク11の注水時には、ポッド外部の水圧がバラストタンク11内の水圧より高い状態で注水用バルブ25を開弁することで、ポッド2の外部から、海水(水)が水路20を介して分離装置50、52内の液室Lに流入し、分離装置50、52が膨張する。また、注水と同時に、空気用バルブ32を開弁することで、分離装置50、52の膨脹に伴い圧縮された気室G内の空気が、空気通路30を介して気蓄タンク31に戻される(図6A及び図6Bの右側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が増加して浮力が減少し、ポッド2は沈降する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置50、52が収縮し、排水が促される(図6A及び図6Bの左側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
一方、バラストタンク11の排水時には、排水用バルブ23を開弁し、排水ポンプ21を駆動することで、液室L内の水が水路20内を通って外部へと排出される。また、排水と同時に空気用バルブ32を開弁することで、気蓄タンク31内の圧縮空気が空気通路30を通って気室G内に供給され、分離装置50、52が収縮し、排水が促される(図6A及び図6Bの左側の図参照)。その結果、バラストタンク11内の水が減少して浮力が増加し、ポッド2は浮上する。
すなわち、図6A及び図6Bに示す分離装置50、52においても、気蓄タンク31を利用したバラストタンク11による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク11内の水と空気との接触を避けることができる。その結果、バラストタンク11の排水に伴う、気蓄タンク31内に蓄えられた空気の減少が防止され、気蓄タンク31内に蓄えられた空気によるバラストタンク11からの排水を、長時間にわたり円滑に行うことが可能となる。
なお、気蓄タンク31を利用したバラストタンク11による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク11内の水と空気との接触を避けることが可能であれば、そのための具体的な構成は、図5A〜図5C、並びに図6A及び図6Bに示す構造に限定されない。
なお、気蓄タンク31を利用したバラストタンク11による浮力調整を妨げることなく、バラストタンク11内の水と空気との接触を避けることが可能であれば、そのための具体的な構成は、図5A〜図5C、並びに図6A及び図6Bに示す構造に限定されない。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の付加、省略、置換、及びその他の交換が可能である。また、本発明は、上記の説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上記各実施形態におけるタービン4は2枚のブレード6、6からなるが、ブレードの枚数はこれに限られない。個々のポッド2におけるタービン4の設置位置も、ポッド2の尾部のみならず、ポッド2の前部(シンカー8側)や中央部でもよく、あるいはこれらを組み合わせてもよい。また、上記各実施形態では、左右一対のポッド2、2が連結ビーム3により接続されているが、ポッド2の数は1個でもよく、3個以上のポッド2、2が連結ビーム3等を介して配置されていてもよい。
更に、複数のポッド2、2が上下もしくは上下左右に配置されていてもよい。
例えば、上記各実施形態におけるタービン4は2枚のブレード6、6からなるが、ブレードの枚数はこれに限られない。個々のポッド2におけるタービン4の設置位置も、ポッド2の尾部のみならず、ポッド2の前部(シンカー8側)や中央部でもよく、あるいはこれらを組み合わせてもよい。また、上記各実施形態では、左右一対のポッド2、2が連結ビーム3により接続されているが、ポッド2の数は1個でもよく、3個以上のポッド2、2が連結ビーム3等を介して配置されていてもよい。
更に、複数のポッド2、2が上下もしくは上下左右に配置されていてもよい。
また、係留索7の形状は、各ポッド2から延びて途中で合流するY字状の他、一端が各ポッド2から延びて他端が同一のシンカー8に接続されるV字状であってもよい。あるいは、個々のポッド2、あるいはポッド2、2を連結するビーム3から1本または複数本の係留索7が延びてもよい。複数のポッド2、2が上下左右に配置されている場合、これらのポッド2、2からそれぞれ延びる係留索7が、例えば前方から見てX字状等、立体的に配置されていてもよい。また、係留索7の他端が接続されるシンカー8の数が、1または複数であってもよい。あるいは係留索7以外の公知の係留方法を採用してもよい。
また、上記各実施形態ではバラストタンク11が一対のポッド2のそれぞれの内部に設けられているが、バラストタンクの形状及び構成はこれに限られず、例えば連結ビーム内にバラストタンクを設けてもよい。さらに、ポッド2の内部に1つのバラストタンク11を備えた構成でなくてもよく、例えばポッド2内に複数のバラストタンクを設けてもよい。
また、上記各実施形態では、バラストタンク11への注水はポッド2の外部の水圧を利用して行っているが、水路に注水用のポンプを設けてもよい。
また、上記各実施形態では、気蓄タンク31に圧縮空気を充填しているが、気蓄タンク内に蓄える圧縮気体は空気以外の気体であってもよい。
また、上記各実施形態では、気蓄タンク31に圧縮空気を充填しているが、気蓄タンク内に蓄える圧縮気体は空気以外の気体であってもよい。
また、上記各実施形態では、本発明を海流発電装置1、40に適用した場合について説明したが、本発明は、海流発電装置1、40以外の、気蓄タンク31を利用したバラストタンク11による浮力調整を行う水中浮遊式の水中機器にも適用可能である。例えば、本発明は、有人もしくは無人の自走式水中航走体や曳航物、水中作業用のロボット、水中に留置される構造物(浮体等)にも適用可能である。
本発明によれば、浮力調整部による浮力の微調整を繰り返し行うことが可能な、水中浮遊式の水中機器が得られる。
1、40 海流発電装置(水中機器)
2 ポッド
4 タービン
11 バラストタンク(浮力調整部)
20 水路
21 排水ポンプ(排水手段)
22 逆止弁
23 排水用バルブ
24 開口部
25 注水用バルブ
26 逆止弁
30 空気通路
31 気蓄タンク(気蓄手段)
32 空気用バルブ
41 空気管(管部材)
42 圧縮ポンプ(気体圧縮手段)
2 ポッド
4 タービン
11 バラストタンク(浮力調整部)
20 水路
21 排水ポンプ(排水手段)
22 逆止弁
23 排水用バルブ
24 開口部
25 注水用バルブ
26 逆止弁
30 空気通路
31 気蓄タンク(気蓄手段)
32 空気用バルブ
41 空気管(管部材)
42 圧縮ポンプ(気体圧縮手段)
Claims (9)
- 注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
前記浮力調整部から排水を行う排水手段と、
予め内部に圧縮気体を蓄えており、前記排水手段による前記浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を前記浮力調整部に供給し、前記浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段とを備え、
前記浮力調整部は、その外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される水中浮遊式の水中機器。 - 前記水中機器が、海水の流れにより回転するタービンと、前記タービンを支持し、且つ、前記タービンの回転により発電する発電部を収容したポッドとを備えた水中浮遊式の海流発電装置である請求項1に記載の水中機器。
- 前記浮力調整部は、前記ポッドの外部の水圧により注水され、
前記浮力調整部への注水を行う際には、前記水圧により注水された水を介して、前記浮力調整部に供給された気体が前記気蓄手段の内部に戻される請求項2に記載の水中機器。請求項1に記載の水中機器。 - 前記排水手段は、前記タービンの回転速度に応じて前記浮力調整部に対する排水を行う請求項2又は3に記載の水中機器。
- 注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
前記浮力調整部から排水を行う排水手段と、
予め内部に圧縮気体を蓄えており、前記排水手段による前記浮力調整部からの排水を行う際には内部の圧縮気体を前記浮力調整部に供給し、前記浮力調整部への注水を行う際には供給した気体が内部に戻される気蓄手段と、
伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、
を備える水中機器。 - 伸縮可能で海上まで延びるテレスコピック機構からなる管部材と、
前記管部材から外気を取り込み圧縮して前記気蓄手段に充填する気体圧縮手段と、を備える請求項2に記載の水中機器。 - 複数の前記浮力調整部が左右に配置され、個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、左右方向における所定の姿勢を保ちつつ浮沈可能である請求項1に記載の水中機器。
- 複数の前記ポッドが左右に配置され、各ポッドのそれぞれに前記浮力調整部を備えており、
個々の前記浮力調整部に対する前記排水手段及び気蓄手段による注排水により、複数の前記ポッドの姿勢を水平に保ちつつ浮沈可能であることを特徴とする請求項2又は3に記載の水中機器。 - 前記浮力調整部が、前記浮力調整部に供給される水と、前記気蓄手段から前記浮力調整部に供給される気体とを分離する分離装置を備える請求項1又は2に記載の水中機器。
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