JP6143709B2 - 潮流発電装置 - Google Patents

Description

本発明は海中に直立させた回転軸に放射状に設けた羽根が潮流を受けて該回転軸を回転させることにより発電機を稼動させて電力を得る潮流発電装置に関する。

海中には一定の方向に流れる潮流があり、その潮流は河川などの流速に比べて遅速でありながらもエネルギーは極めて大きく、近年の電力需要の高まりから潮流のエネルギーを電力として利用できる装置の実現が待望されている。しかし潮流は陸地から離れた海底が深い場所に発生しているため設置するのが大変困難であり、これまで各種潮流発電装置の提案があるものの現在殆ど利用されてはいない。
例えば、下記特許文献１には、回転羽根を水平方向に回転させて発電機を稼動させる「潮流発電装置を兼ねた風力発電装置」の提案がある。
この特許文献１の装置では、回転羽根の起伏の誘導を回転誘導折り曲げによって行い、回転させて電力を得る縦回転シャフトを中心に、一方側では回転羽根を起こして潮流を受け止め、他方側では回転羽根を伏して潮流を遣り過ごすことで縦回転シャフトの回転が得られる構造を有し、潮流を受けて回転羽根が縦回転シャフトを回転させて電力が得られる。

特開２０１０−１８０８７６号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、潮流を受ける回転羽根の回転は該回転羽根の中心ではなく上辺側に偏った位置に配設され、回転誘導折り曲げにより羽根面を圧力誘導して起伏させるため回転力を効率よく得ることが難しい。
その理由は、潮流方向に到って回転誘導折り曲げにより回転誘導されて一旦僅か斜めに立ち上がった回転羽根は自重と潮流の羽根面への圧力によって板面が最終的に立ち上がるものなので、潮流が遅い場合には回転誘導折り曲げへの起伏力が充分には得られず、逆に潮流が速い場合には回転速度が速くなり回転羽根が海水の抵抗を強く受けるために潮流が速くても遅くても羽根転換位置での羽根面の素早い起伏が困難となるからである。
又、装置全体の構造が中央の縦回転シャフトを垂直に支持するための迂回防止板支柱を海底に固定して設置する櫓状の構造であるため、速い潮流のある深い海底には設置することができない。

そこで本発明は、大きな潮流がある深い海底となる場所に容易に設置でき、潮流を受ける羽根の回転軸を常に率良く回転させることで遅速な潮流から大きな電力が得られる潮流発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の潮流発電装置の請求項１の発明にあっては、潮流中に静置した外郭枠と、該外郭枠内で潮流を受けて回転する羽根を備えた回転体とから成る回転動力部と、前記回転体の回転で稼動する発電機を備えた潮力発電装置であって、
前記回転体は、中央の回転主軸に前記羽根を備えた複数の羽根軸を放射状に突設すると共に、前記回転主軸と前記羽根との間に、潮流方向センサーで前記羽根軸が上流に向いたことを感知したときに羽根が垂直状態に、下流方向に向いたことを感知したときに羽根が水平状態に、それぞれ前記羽根に連結された油圧によるシリンダ内のピストンの往復により強制的に転換可能とした羽根転換機構を備え、
前記外郭枠には前記回転主軸を回転可能に軸承し、
該外郭枠の上部に潮流抵抗の少ない形状のフロートを設けてその浮力で装置全体を海中に浮かせると共に前記外郭枠の下部に海底に係留された複数の係留材の上部を固定して潮流中に前記外郭枠を回転不能に係留したことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、上記発明において、前記羽根転換機構が、前記羽根を転換させる油圧シリンダ及びその内部のピストンと、該シリンダへの圧力源であるコンプレッサと、該コンプレッサと前記シリンダとの間に設けられた油液用の圧送管と、油液の流通を断続可能に前記圧送管に設けられた電磁弁と、該電磁弁の開閉を制御する弁制御部と、該弁制御部に接続された潮流方向センサーと、前記コンプレッサ、前記電磁弁及び前記弁制御部の電源としての発電機に接続された蓄電池とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、上記発明において、前記外郭枠が、回転主軸の上端部を軸承する上側軸承部を備えた上横枠と、前記回転主軸の下端部を軸承する下側軸承部を備えた下横枠と、前記上横枠と下横枠とを連結した外縦枠とで各羽根及び羽根軸の全体を囲うように形成されたことを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、上記発明において、前記回転主軸の中心線から放射状に設けた各羽根軸の先端に該中心線を中心とする環状レールを固設し、外郭枠の外縦枠に前記環状レールを外側から上下方向の移動を拘束し且つ周方向に自由にスライド可能に支持する環状レールガイド部を設けたことを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、上記発明において、前記発電機及び蓄電池の設置領域と前記コンプレッサ、電磁弁及び弁制御部の設置領域をそれぞれ密閉ケースで覆うと共に該密閉ケース内部に空気を充満させたことを特徴とする。

本発明は、回転体に設けた前記羽根転換機構によって、潮流方向センサーで前記羽根軸が上流に向いたことを感知したときに羽根が垂直状態に、下流方向に向いたことを感知したときに羽根が水平状態に、それぞれ前記羽根に連結された油圧によるシリンダ内のピストンの往復により強制的に短時間で羽根の向きが転換される。
そして、潮流の流れ方向に対して一方側では垂直に立てた羽根面で最大限潮流を受け、他方側では羽根面を水平にして抵抗を避け、潮流を受けて前記外郭枠に支えられた回転体の回転主軸を最大効率に回転させることが可能となる。そして該回転主軸の回転により発電機が稼動され、この結果、潮流は遅速であっても垂直とした羽根面の全面で該潮流を受けることで、潮流のエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換させることが可能となる。
そして、強い潮流が流れる深い海中にその流域に応じて係留材の長さを調節するだけで海底までの水深が大きくても適宜深さに前記外郭枠を設置することができる。このため深い海底に流れる強い潮流を利用して潮流の大きなエネルギーを有効に利用することが可能となる。
又、前記外郭枠下部が係留材で引き下げられ、前記外郭枠上部のフロートには常時装置全体を引上げる浮力が働いているので前記外郭枠が上下逆転したり、大きく転倒したりすることはない。
又、外郭枠上部に設けたロートは潮流に対する抵抗が少ないので、潮流を受けて外郭枠内を縦に貫く回転主軸の中心線が垂直線に対して過度に傾くのが防止可能となる。

請求項２の発明においては、前記羽根転換機構によって、コンプレッサに接続されて加圧された油液が圧送管から、油圧シリンダへ送られ、その油液の圧力でシリンダ内のピストンを作動させ、該ピストンに接続させた羽根を短時間で回動させる。
その際、前記弁制御部による電磁弁の開閉のタイミングを、潮流の上流方向と下流方向に羽根軸が向いたことを前記潮流方向センサーが感知したときに作動するよう設定することで、そのタイミングで圧送管に設けられた油液の圧力でシリンダ内のピストンを作動させ、該ピストンに接続させた羽根を羽根軸が潮流の上流方向に向いたときには水平状態から垂直状態に、下流方向に向いたときには垂直状態から水平状態に確実にそれぞれ９０度強制的に回動させることが可能となる。
即ち、前記羽根転換機構で油圧により強制的に羽根を回動させ、羽根転換時の羽根が水平から垂直、及び垂直から水平になるまでの時間を最小限に抑えることで潮流を受けた回転体の回転力を効率良く得ることが可能となる。

請求項３の発明においては、海中に設置された装置全体は外郭枠によって内部の回転体と一体的な構造であるため、一方向からの潮流を受けて外郭枠が傾いて回転主軸が垂直方向に対して傾斜が生じたとしても、潮流の方向を感知する潮流方向センサーの信号を受けて流れの方向に応じて常に各羽根は潮流の上流方向では垂直に、下流方向では水平に転換される。この結果、回転主軸は正常な回転が持続できるので外郭枠の傾斜は発電の大きな障害とはならない。
又、装置全体を工場生産により製造でき、製造された装置を設置場所に運搬し、そこで海底の深さに応じて係留材の長さを調節して装置全体を海中へ投入することで容易に設置でき、この装置を引上げて別の場所へ移設することも容易に行うことが可能となる。

請求項４の発明においては、各羽根軸の先端を繋げた環状レールが外郭枠の外縦枠に設けた環状レールガイド部に支持されて羽根を安定的に回転させることができるので、回転主軸が振れるのを防止されて、該回転主軸を安定的に回転させ、効率良く発電することが可能となる。

請求項５の発明においては、空気を充満させ、中に海水が入らない密閉ケース内に発電機、蓄電池等及びコンプレッサ及び電磁弁等が収納されるので、それらの構成部品を海水に接触させず、塩害から守って装置の寿命を引き伸ばすことが可能となる。

本発明の使用状態を示す斜視図である。 回転体を示す斜視図である。 発電機周囲の要部を示す縦断側面図である。 羽根転換機構の要部を示す縦断側面図である。 羽根を分割羽根とした形態を示す斜視図である。 円弧状のシリンダによる羽根転換機構の形態を示す斜視図である。 図６の円弧状のシリンダの形態を示す縦断側面図である。 図６の円弧状のシリンダの形態における（イ）に示すシリンダケースから（ロ）に示すシリンダケース（ロ）を外した状態を示す各縦断斜視図である。 図６の円弧状のシリンダの形態を示す模式的側面図である。 円筒状のシリンダのギヤーによる羽根転換機構の形態を示す縦断側面図である。 円筒状のシリンダのクランクによる羽根転換機構の形態を示す縦断側面図である。 円筒状のシリンダのベルトによる羽根転換機構の形態を示す縦断側面図である。

本発明の潮流発電装置の実施形態を、以下図を参照して説明する。
本発明は、図１に示すように、海面Ｌ下の海中Ｕの中層にある潮流Ｆのエネルギーを利用して羽根３を回転させ、その回転で発電機を回転させて発電するものであり、潮流Ｆ中に静置した外郭枠９と、図２に示すように、該外郭枠９内で潮流Ｆを受けて回転する羽根３を備えた回転体Ｋとから成る回転動力部と、図３に示すように、前記回転体Ｋの回転で稼動する発電機２２を備える。

前記回転体Ｋは、図２に示すように、立てた中央の回転主軸１の中心線ｘから放射状に複数突出させた上下複数段に各羽根軸２を備える。
そして、該羽根軸２に平面板状の羽根３を板面の中心が該羽根軸２の中心線ｙと合致し且つ該中心線ｙを中心に９０度回動可能に装着する。

前記羽根３は海中Ｕの中流の遅い流れを捕らえて大きな回転力を得るために面積を大きくすることが好ましく、その羽根３のサイズは限定するものではないが、例えば幅１〜５ｍ、長さ１０〜５０ｍと極めて大きな羽根３を用いることができる。
該羽根３の厚さは、水平状態での横方向の流れが通過しやすいようにできるだけ薄くする。なお、各羽根軸２への装着のため羽根３の中央を厚くする場合には断面を流線型に形成すると良い。
図５では、板面の強度を高めるため中央部を厚く且つ先側端を薄く形成した態様の羽根３を示す。そして、羽根３の内部を空洞にすれば、浮力が得られるので長い羽根が自重で垂れ下がるのを防止することができる。
該羽根３及び羽根軸２の材質は、海水による腐食が少ないステンレス製とすることが好ましい。又、腐食を防ぐため金属板の表面に樹脂膜を被覆した板を用いることもできる。
羽根３の板面はできるだけ平面とすることが水平状態のときの羽根の潮流に対する抵抗が少なくなるので好ましいが、回転方向の面は僅かに膨らませ、その背面は僅かに凹ませた緩い湾曲面に形成することで潮流を羽根３の後ろから受け易くしても良い。

又、前記回転主軸１はステンレス製の棒状又はパイプ状の軸体が使用でき、潮流の圧力を受けて回転する羽根３を備えた羽根軸２を支えることができる強度を要する。
そして、図１に示すように、上下複数段の各羽根軸２は該回転主軸１の周壁から等分度間隔に放射状に複数突出させる。
なお、図１及び図２は、該回転主軸１の１段部分に９０度間隔に４本の羽根軸２を放射状に突出させた態様を示すが、その角度や数は限定するものではない。

そして、図４に示すように、前記回転主軸１と前記羽根３との間に、潮流方向センサー４６で前記羽根軸２が上流に向いたことを感知したときに羽根３が水平方向から垂直状態に、下流方向に向いたことを感知したときに羽根３が垂直方向から水平状態に、それぞれ前記羽根３に連結された油圧によるシリンダ５０内のピストンの往復により強制的に転換可能とした羽根転換機構４を備える。
該羽根転換機構４は、圧力源であるコンプレッサ４０を設けると共に各羽根転換機構４に対して該コンプレッサ４０で加圧された油液を往復可能に送る圧送管４４、４５に電磁弁４２、４３を設ける。
そして、図６に示すように、前記圧送管４４、４５から前記各電磁弁４２、４３を経て送られた油液の圧力でシリンダ５１内のピストン５２を往復させることにより前記羽根３を水平方向から垂直方向に９０度回動可能とする。

又、前記各電磁弁４２、４３には、図４に示すように、前記回転主軸２に設けた潮流の方向を水圧に違いで感知する潮流方向センサー４６が感知した信号を受けて、各羽根３を水平方向から垂直方向に向くまで作動するように設定されたタイミングで前記各電磁弁４２、４３の開閉操作を行う弁制御部４１を備える。
なお、図４中の符号４７は潮流方向センサー４６からの潮流方向の情報を前記弁制御部４１へ伝達するセンサー受信線である。
前記潮流方向センサー４６は、例えば等分度間隔で８〜１６箇所に周囲に向けたセンサー受圧部を設け、それらの圧力差から最大圧が得られたセンサー受圧部の方向を中流の流れの方向と判定する潮流方向センサー等が使用可能である。

上記回転体Ｋは前記外郭枠９内に回転可能に支持するため、前記回転主軸１の上部には上側軸受部５を設け、下部には下側軸受部６を設けて前記外郭枠９に前記回転主軸１を直立状態に支持させる。
そのため、図１に示すように、前記回転主軸１の上側軸受部５は上側軸承部７に軸承すると共に前記上側軸承部７には上横枠１３を固定し、又、前記回転主軸１の下側軸受部６は下側軸承部８に軸承すると共に前記下側軸承部８には下横枠１４を固定する。更に、該上横枠１３と該下横枠１４とを外縦枠１５で連結させて固定する。
即ち、図１に示すように、前記上横枠１３、下横枠１４及び外縦枠１５で前記各羽根３及び羽根軸２を囲う外郭枠９の中に前記回転主軸１を中心に各羽根軸２及び羽根３等から成り潮流を受けて回転する回転体Ｋが収納されて、潮流で前記回転主軸１を回転させる回転動力部が形成される。
なお、各枠を、図１では前記外郭枠９の上横枠１３及び下横枠１４の先端の横振れを防いで各枠部分を相互に強固に固定するため上側外周枠１６及び下側外周枠１７を固設した態様を示すが、この態様では前記外郭枠９の全体がより強固に結合される。
又、前記外郭枠９の上横枠１３及び下横枠１４と上側外周枠１６及び下側外周枠１７の材質は、強度があって腐食し難いステンレスを用いることが好ましい。

そして、図１に示すように、放射状の前記羽根軸２を設けた前記回転主軸１が振れなく安定的に回転できるように、前記回転主軸１の中心線ｘから同一平面上で放射状に設けた各羽根軸２の先端２ａに、該中心線ｘを中心とする環状レール１８を固設し、この環状レール１８に近接状態に対面する前記外郭枠９を構成する外縦枠１５の内側に、前記環状レール１８を外側から上下方向の移動を拘束し且つ周方向に自由にスライド可能に支持する環状レールガイド部１９を設ける。
この形態では、長い羽根３の基端部が回転主軸１に支持され、先端部が支該環状レールガイド部１９に支持され、この両側の支持により羽根３の上下の振れ防止されて回転主軸１の回転中心線（ｘ）が振れずに安定的な回転が可能となる。

更に、該外郭枠９の上部にフロート１０を設けてその浮力で装置全体を浮かせると共に前記外郭枠９の下部に海底Ｇに係留された複数の線状係留材１１の上部を固定する。
複数の各係留材１１は、図１に示すように、下部を相互に離した状態で海底Ｇにアンカー１２で係留することで、前記外郭枠９を回転しないように設置される。そして該外郭枠９を中で潮流Ｆを受けた羽根３により前記回転体Ｋが回転する。
図１では前記線状係留材１１の数は４本の例を示したが、その数は限定するのではなく、前記外郭枠９に相互に離して繋ぐことで、前記外郭枠９が回転不能となるように海底に降りたアンカー１２によって係留材１１が一定の緊張を持って海底Ｇに係留される必要がある。
該係留材１１は、ワイヤー、チェーン、ロープ等の海中Ｕに浮かんだ装置全体が潮流Ｆの抵抗を受けても引き千切れないほど大きい強度を有するものを用いる。

又、前記外郭枠９の上部に設けた前記フロート１０は潮流の流れに対して抵抗が少ない形状に形成する。
例えば、縦断面が横向きに流線形状とした円盤状箱体１０ａとすることが好ましい。
本発明では装置全体が海中Ｕに不安定に浮遊しているのでフロート１０の抵抗が大きいと潮流Ｆの力でアンカー１２が海底Ｇを移動して装置全体が押し流されてしまうおそれがあり、前記フロート１０を抵抗が少ない形状にするのはこれを防ぐためである。
なお、羽根軸２の長さや羽根３の広さは限定するものではなく、装置全体の規模に応じて自由な寸法に設計することができ、前記外郭枠９もそのサイズに応じたサイズに形成する。

又、上記図１及び図２には前記羽根３は１本の羽根軸２に対して１枚を装着した場合の形態を示したが、図５に示すように、該羽根３を複数枚に分割することが可能である。
小さく分割すると該羽根３を９０度回動させて方向転換させる際に各羽根３に対する海水の抵抗が分散され、分割した１つの羽根３に対して回転抵抗を小さくすることが可能となる。
例えば、図５は１本の羽根軸２に対して羽根３を３枚に分割した例を示す。この形態では各分割羽根３ａ、３ｂ、３ｃに対して夫々羽根転換機構４を装着する。そして該羽根軸２にはステンレスパイプを使用し、該パイプの内部に各圧送管４４ａ、４５ａ、４４ｂ、４５ｂ、４４ｃ、４５ｃを挿通させて、前記各分割羽根３ａ、３ｂ、３ｃの羽根転換機構４を前記回転主軸１に設けたコンプレッサ４０の各圧送管４４ａ、４５ａ、４４ｂ、４５ｂ、４４ｃ、４５ｃを、それに対応した各電磁弁４２、４３を介して接続する。
なお、図５中の符号６５は羽根３が前記羽根軸２に対して前記羽根３を水平方向から垂直方向に９０度回動可能とする羽根回転軸受部６５である。
なお、図７に示すように、該羽根回転軸受部６５にはベアリング６５ａを組み込むことで前記羽根３が円滑に回動できるようにすると良い。

そして、前記各羽根転換機構４に対する各電磁弁４２、４３の弁制御部４１による制御は各羽根３ａ、３ｂ、３ｃが同時に回動するように設定するか又は各羽根３ａ、３ｂ、３ｃの回動の開始と終了に若干の時間差を設定する。
該時間差は、例えば移動速度の速い外側の分割羽根３ｃから順次の３ｂ、３ａと回動が終了したら次の羽根が開始するように設定することができる。
このように時間差を設ける理由は、コンプレッサ４０の限られた圧縮能力を複数個所に対して最大限に利用することでコンプレッサ４０のコンパクト化を図るためである。

又、図４に示すように、前記コンプレッサ４０や電磁弁４２、４３の周囲には空気を充満させた密閉ケース４８で囲う。気密性を高めるため該密閉ケース４８の部品の結合部分は樹脂でシールすることで塩水である海水が該密閉ケース４８内部に全く入らないようにする。
該図４では前記密閉ケース４８は容器部４８ａと蓋部４８ｂとで空気を充填した空間を密閉した態様を示す。

以上で前記羽根軸２に装着した羽根３及びその羽根３の羽根軸２の中心線ｙを中心に羽根３が回動可能となる回転動力部の構造を説明したが、次に該回転主軸１が中心線ｘを中心に回転し、この回転で発電機２２を稼動させる仕組みを説明する。
図３に示すように、前記外郭枠９の上横枠１３に固定した上側軸承部７に発電機固定台２０を固定すると共に、前記回転体Ｋの回転主軸１に対しては該発電機固定台２０を回転可能に装着する。
その際に、前記発電機固定台２０には前記回転主軸１の回転を発電機２２まで伝達する回転伝達部２１を設ける。
そして、前記発電機固定台２０には蓄電池３７を固設し、該蓄電池３７と前記発電機２２とを電線３６で接続し、前記発電機２２で発電した電気の一部を充電できるようにする。
そして、該蓄電池３７には前記コンプレッサ４０、潮流方向センサー４６、電磁弁４２、４３及び弁制御部４１を接続する。

又、塩水である海水から部品を保護するために、前記回転伝達部２１と発電機２２を囲ってその内部に空気を充満させた密閉ケース４９を設ける。
該密閉ケース４９も前記密閉ケース４８と同様に気密性を高めるため該密閉ケース４９の部品の結合部分は樹脂でシールすることで塩水である海水が該密閉ケース４９内部に全く入らないようにする。該図３では、前記発電機固定台２０の軸取付部３８に固定した内側気密ケース３４と、該内側気密ケース３４の外側の一部を覆って前記発電機固定台２０に固定した外側気密ケース３５とで二重に覆った態様の密閉ケース４９を示す。
又、前記回転主軸１や伝達軸２６などの回転軸部分と前記密閉ケース４９との接触面にはパッキンを装着し、グリースを塗ることで前記密閉ケース４９内部の気密性を高めることができる。

そして、前記外郭枠９は図１に示すように、海底Ｇに係留された複数の線状係留材１１に回転不能に係留され、この回転しない外郭枠９の上横枠１３に固定された上側軸承部７には前記回転主軸１の上部の上側軸受部５が回転可能に軸承されているが、図３に示すように、該上側軸承部７に発電機固定台２０を固設する。
即ち、前記回転主軸１はその中心線ｘを中心に潮流を受ける羽根３に押されて回転するが発電機固定台２０は外郭枠９に固定されるので回転しない状態となる。

上記前記回転伝達部２１は、図３に示すように、前記回転主軸１の上部にメインギヤー２４を歯車固定部２３によって固定することで、該回転主軸１の回転によってメインギヤー２４も同時に回転可能とする。
他方、発電機固定台２０には発電機２２を設け、該発電機２２の発電機駆動軸２９には駆動ギヤー２８を固設ける。
そして、前記発電機固定台２０に回転可能に設けられた歯車伝達軸２６に伝達ギヤー２５、２７が固着され、前記回転主軸１のメインギヤー２４には一方の伝達ギヤー２５が、前記発電機２２の駆動ギヤー３８にはもう一方の伝達ギヤー２７が夫々噛み合って、前記メインギヤー２４の回転で前記発電機２２の発電機駆動軸２９が回転し、この結果、前記回転主軸１の回転が前記発電機２２を稼動させることとなる。

なお、上記図３では、前記回転主軸１の上部において、該回転主軸１の上側軸受部５が前記上側軸承部７にベアリング３０を介して円滑に回転可能に軸承され、又、前記上側軸承部７に固定された前記発電機固定台２０の軸取付部３８が該回転主軸１の上側軸受部５との間にベアリング３１を介して円滑に回転可能に軸承された態様を示す。
又、該図３中の符号３２は前記回転主軸１の上部に被せたキャップ３２であり、符号３３は前記上側軸承部７に前記発電機固定台２０を固定するための固定ネジ３３であり、符号３９は外郭枠９の上横枠１３に前記上側軸承部７を固定するための固定ネジ３９である。

又、本発明では前記コンプレッサ４０、電磁弁４２、４３及び弁制御部４１は電気を使用するので、前記発電機２２で発電された電気を貯える蓄電池３７を前記発電機固定台２０に設け、該蓄電池３７を前記発電機２２に電線３６で接続する。

そして、前記発電機２２には発生させた電気を外部に送電する海中用送電線９１を接続する。
該送電線９１は、図１に示すように、前記上横枠１３の側方へ送電線ガイド棒９０を突出させて該送電線ガイド棒９０の先端部に前記送電線９１を固定して海中へと導くことで、該送電線９１が前記羽根３や羽根軸２等に絡まらないようにすることができる。

次に上記羽根転換機構４について詳述する。
該羽根転換機構４は油圧によるシリンダ５０内のピストンの往復で前記羽根３を水平方向から垂直方向に９０度回動可能とするものである。
該羽根転換機構４の前記シリンダ５０は、図４に示すように、前記各圧送管４４、４５を介してコンプレッサ４０に接続され、前記各圧送管４４、４５に設けた前記各電磁弁４２、４３で潮流方向センサー４６が感知した信号を受ける弁制御部４１により開閉の制御がなされて稼動する。
該羽根転換機構４に使用可能な油圧シリンダ５０としては、図６に示す円弧状シリンダ５１や図１０、図１１及び図１２に示す円筒状のシリンダ８１があり、該円筒状シリンダ８１については後述する各種態様が可能である。

該シリンダ５０のうち、先ず円弧状シリンダ５１を使用した形態から説明する。
図６〜図９は該円弧状シリンダ５１の形態を示す斜視図及び断面図等の各図である。
前記円弧状シリンダ５１のシリンダ室５８、５９には円弧状のピストンヘッド５２ａ、５２ｂ部分が９０度以上回動して往復可能となるように装着される。
そして、図６に示すように、該ピストンヘッド５２ａ、５２ｂ両側の前記シリンダ室５８、５９内に臨ませて油液を注入するための油液出入口６０、６１がシリンダヘッド５１ａ、５１ｂに形成され、該油液出入口６０、６１には送液路６２、６３を介して各圧送管４４、４５から交互に油液が圧入され、圧入されていない方から油液が排出される。
この油圧制御で前記シリンダ室５８、５９内を前記ピストンヘッド５２ａ、５２ｂが往復回動可能となる。

即ち、前記羽根３が水平となった際には、一方の油液出入口６０から入る油液で前記ピストンヘッド５２ａを押すので一方の前記羽根縦向き用シリンダ室５８が拡張状態となり、他方の油液出入口６１から油液が排出され他方の羽根縦向き用シリンダ室５９が縮小状態となる。
又、前記羽根３が垂直となった際には、図６に示すように、他方の油液出入口６１から入る油液で前記ピストンヘッド５２ｂを押すので他方の前記羽根縦向き用シリンダ室５９が拡張状態となり、一方の油液出入口６０から油液が排出され一方の前記羽根縦向き用シリンダ室５８が縮小状態となる。
このようにして前記ピストン５２が９０度回動しつつ往復可能となる。

そして、図８及び図９に示すように、前記ピストン５２と羽根３とはピストン５２を支持する円盤部５２ｄの一部から羽根固着用突起５５を外部にシリンダケース６７から円弧状のピン往復孔５６を貫通して外部に向けて突設した突起部分に前記羽根３の側部に設けた羽根固定部５７を固定することで該ピストン５２の角度９０度の回動で前記羽根３の往復回動が可能となる。

そして、図４に示すように、前記油液出入口６０、６１は送液路６２、６３から圧送管４４、４５を介して電磁弁４２、４３及びコンプレサ４０に接続され、該羽根３の回動制御は、潮流方向センサー４６が感知した信号を受けて、各羽根３を水平方向から垂直方向に向くまで作動するように設定されたタイミングで前記電磁弁４２、４３の開閉操作を行う弁制御部４１で制御されて、前記羽根反軸２が回転主軸１を１８０度回転するごとに作動が実行される。

上記円弧状シリンダ５１の構造について更に詳述する。
前記円弧状シリンダ５１は、図８に示すように、羽根軸２への軸着部５３と、円盤状のシリンダケース６６、６７とで囲われ、該シリンダケース６６、６７間にピストン５２の軸受部５２ｃ、円盤部５２ｄ及びピストンヘッド５２ａ、５２ｂから成る円盤状のピストン５２が収納される。
前記シリンダケース６６、６７は前記軸着部５３で羽根軸２に固着し、更に該羽根軸２に対してシリンダ固定部６４で更に強固に固定する。
該ピストン５２の軸受部５２ｃは、図８に示すように、羽根軸２に固着されたシリンダ５１の軸着部５３にベアリング５４を介して前記シリンダケース６６、６７内で円滑に回転可能となるように装着される。

前記シリンダヘッド５１ａ、５１ｂは、図９に示すように、前記シリンダケース６６、６７内に円形に湾曲させた角柱の如き円弧状のシリンダ室形成体６８が挟着され、そのシリンダ室形成体６８の両側端面に形成される。
なお、図８中の符号６９はシリンダ室形成体６８のネジ穴６９、符号７０は前記シリンダケース６６のネジ孔７０、符号７１は前記シリンダケース６６に前記シリンダ室形成体６８を固定する固定ネジ７１である。
又、符号７２、７５、７８はネジ穴であり、符号７３、７６、７９はネジ孔であり、符号７４、７７、８０は固定ネジである。前記両側のシリンダケース６６、６７を強固に固定するために前記固定ネジ７４、７７、８０が螺着される。

次に、円筒状のシリンダ８１を使用した形態の前記羽根転換機構４を説明する。
前記羽根転換機構４は、図１０、図１１、図１２に示すように、シリンダ８１及び該シリンダ８１に内蔵したピストン８２を円筒状としたものである。
該円筒状のシリンダ８１ではピストン８２が、シリンダ８１のシリンダ室８３ａ、８３ｂ内を往復する。
そして、この形態では、該ピストン８３に接続されたピストンロッド８４の往復によって、クランク、ギヤー、ベルト、ワイヤー、又はチェーンの内いずれか１つ又は複数を介して羽根３が角度９０度に往復回動するようにピストンロッド８４と羽根３とをリンクさせたものである。
なお、図１０、図１１及び図１２中の符号８５はシリンダ８１を回転主軸１に固定するためのシリンダ固定体、符号８６は回転主軸１にピストンロッド８４を安定的に支持するためのロッド支持部である。

そのうち、クランク８７を組み込んだ羽根転換機構４の態様を説明する。
この態様では、図９に示すように、前記ピストン８２に接続されたピストンロッド８４が往復すると、そのロッド８４に枢支部９２を介して連結されロッド９３が往復し、そのロッド９３に設けられ枢支部９４が往復する。
そして、この往復で羽根３に設けたと回転軸６５から突出したアーム９５に枢支されたアーム９５が回動して羽根３が回動する。

次に、ギヤーを組み込んだ羽根転換機構４の態様を説明する。
この態様では、図１０に示すように、円筒状のシリンダ８１に内蔵されるピストン８２がピストンロッド８４に接続され、前記ピストンロッド８４に先端にラック９６が設けられ、該ラック９６が往復すると、この往復で羽根３に設けたと回転軸６０に設けられたピニオン９７が往復することで羽根３が回動する。

更に、ベルト９８を組み込んだ羽根転換機構４の態様を説明する。
この態様では、図１１に示すように、円筒状のシリンダ８１及び該シリンダ８１に内蔵されるピストン８２に接続されたピストンロッド７４に先端にベルト９８が設けられ、該ベルト９８が引かれると羽根３に設けたと回転軸６０に設けられたベルト車９９が回転することで、そのベルト車９９に連結した羽根３が回動する。
その後ピストンロッド８４が押されるとベルト９８が弛むと、渦巻きの戻しバネ１００の力で回転軸６５の回転が戻され羽根３が元の位置に回動して戻される。

なお、上記各円筒状シリンダ８１の態様においても円弧状シリンダ５１と同様に、上記図９、図１０、図１１に示すように、いずれも前記シリンダ８１への油圧注入は、圧送管４４、４５を介して電磁弁４２、４３、コンプレサ４０に接続され、潮流方向センサー４６が感知した信号を受けて、各羽根３を水平方向から垂直方向に向くまで作動するように設定されたタイミングで前記電磁弁４２、４３の開閉操作を行う弁制御部４１で制御される。
即ち、上記図９、図１０、図１１に示すいずれの態様においても、羽根３の回動は前記弁制御部４１で制御されて適宜羽根反軸２が回転主軸１を１８０度回転するごとに作動することとなる。

本発明はアンカーで複数の係留材を海底に係留して海中に設置するものであるが、海のように水深が深ければ河川に設置することも可能である。

１ 回転主軸
２ 羽根軸
３ 羽根
３ａ、３ｂ、３ｃ 分割羽根
４ 羽根転換機構
５ 上側軸受部
６ 下側軸受部
７ 上側軸承部
８ 下側軸承部
９ 外郭枠
１０ フロート
１０ａ 円盤状箱体
１１ 係留材
１２ アンカー
１３ 上横枠
１４ 下横枠
１５ 外縦枠
１６ 上側外周枠
１７ 下側外周枠
１８ 環状レール
１９ 環状レールガイド部
２０ 発電機固定台
２１ 回転伝達部
２２ 発電機
２３ 歯車固定部
２４ メインギヤー
２５ 伝達ギヤー
２６ 伝達軸
２７ 伝達ギヤー
２８ 駆動ギヤー
２９ 発電機駆動軸
３０、３１ ベアリング
３２ キャップ
３３ 固定ネジ
３４ 内側気密ケース
３５ 外側気密ケース
３６ 電線
３７ 蓄電池
３８ 軸取付部
３９ 上横枠固定ネジ
４０ コンプレッサ
４１ 弁制御部
４２、４３ 電磁弁
４４、４５ 圧送管
４６ 潮流方向センサー
４７ センサー受信線
４８、４９ 密閉ケース
５０ シリンダ
５１ 円弧状シリンダ
５１ａ、５１ｂ シリンダヘッド
５２ 円弧状ピストン
５２ａ、５２ｂ ピストンのヘッド
５２ｃ ピストンの軸受部
５２ｄ ピストンの円盤部
５３ 軸着部
５４ ベアリング
５５ 羽根固着用ピン
５６ ピン往復孔
５７ 羽根固定部
５８ 羽根縦向き用シリンダ室
５９ 羽根横向き用シリンダ室
６０、６１ 油液出入口
６２、６３ 送液路
６４ シリンダ固定部
６５ 羽根回転軸受部
６６、６７ シリンダケース
６８ シリンダ室形成体
６９ ネジ穴
７０ ネジ孔
７１ 固定ネジ
７２ ネジ穴
７３ ネジ孔
７４ 固定ネジ
７５ ネジ穴
７６ ネジ孔
７７ 固定ネジ
７８ ネジ穴
７９ ネジ孔
８０ 固定ネジ
８１ 円筒状シリンダ
８２ 円筒状ピストン
８３ａ シリンダ室
８３ｂ シリンダ室
８４ ピストンロッド
８５ シリンダ固定体
８６ ロッド支持部
８７ クランク
８８ ギヤー
８９ ベルト
９０ 送電線ガイド棒
９１ 送電線
９２ 枢支部
９３ クランクアーム
９４ 枢支部
９５ クランクアーム
９６ ラック
９７ ピニオン
９８ ベルト
９９ ベルト車
１００ 戻しバネ
Ｋ 回転体
ｘ 回転主軸の中心線
ｙ 羽根軸の中心線
Ｆ 潮流
Ｕ 海中
Ｇ 海底
Ｌ 海面

Claims (5)

1. 潮流中に静置した外郭枠と、該外郭枠内で潮流を受けて回転する羽根を備えた回転体とから成る回転動力部と、前記回転体の回転で稼動する発電機を備えた潮力発電装置であって、
   前記回転体は、中央の回転主軸に前記羽根を備えた複数の羽根軸を放射状に突設すると共に、前記回転主軸と前記羽根との間に、潮流方向センサーで前記羽根軸が上流に向いたことを感知したときに羽根が垂直状態に、下流方向に向いたことを感知したときに羽根が水平状態に、それぞれ前記羽根に連結された油圧によるシリンダ内のピストンの往復により強制的に転換可能とした羽根転換機構を備え、
   前記外郭枠には前記回転主軸を回転可能に軸承し、
   該外郭枠の上部に潮流抵抗の少ない形状のフロートを設けてその浮力で装置全体を海中に浮かせると共に前記外郭枠の下部に海底に係留された複数の係留材の上部を固定して潮流中に前記外郭枠を回転不能に係留したことを特徴とする潮力発電装置。
2. 羽根転換機構が、羽根を転換させる油圧シリンダ及びその内部のピストンと、該シリンダへの圧力源であるコンプレッサと、該コンプレッサと前記シリンダとの間に設けられた油液用の圧送管と、油液の流通を断続可能に前記圧送管に設けられた電磁弁と、該電磁弁の開閉を制御する弁制御部と、該弁制御部に接続された潮流方向センサーと、前記コンプレッサ、前記電磁弁及び前記弁制御部の電源としての発電機に接続された蓄電池とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の潮力発電装置。
3. 外郭枠が、回転主軸の上端部を軸承する上側軸承部を備えた上横枠と、前記回転主軸の下端部を軸承する下側軸承部を備えた下横枠と、前記上横枠と下横枠とを連結した外縦枠とで各羽根及び羽根軸の全体を囲うように形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の潮力発電装置。
4. 回転主軸の中心線から放射状に設けた各羽根軸の先端に該中心線を中心とする環状レールを固設し、外郭枠の外縦枠に前記環状レールを外側から上下方向の移動を拘束し且つ周方向に自由にスライド可能に支持する環状レールガイド部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の潮流発電装置。
5. 発電機及び蓄電池の設置領域とコンプレッサ、電磁弁及び弁制御部の設置領域をそれぞれ密閉ケースで覆うと共に該密閉ケース内部に空気を充満させたことを特徴とする請求項２から４のうちいずれかに記載の潮力発電装置。