JP6204691B2

JP6204691B2 - 水流エネルギー変換発電装置

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Publication number: JP6204691B2
Application number: JP2013096330A
Authority: JP
Inventors: 完治伊東
Original assignee: 完治伊東
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2013-05-01
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-05-01
Also published as: JP2014218902A

Description

本発明は、地球環境に有効な自然エネルギー源として公知する海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種水流エネルギーを水中及び水面で、環境汚染や自然破壊を起こすこと無く、効率良く有効に電気エネルギーに変換できることを特長とする水流エネルギー変換発電装置に関する。

現在の地球環境は、人類が豊かな生活を向上させるために化石燃料や原子力エネルギーに依存してきた結果、地球の温暖化、大気汚染、放射能汚染等を引き起こしている。これを放置すれば人類は近い将来に重大な危機に陥る。これらを鑑み、地球環境に有効な自然エネルギーを電気エネルギーに変換する方法が一般的に太陽光発電、風力発電、水力発電、水流発電等として提示されている。しかし、太陽光発電や風力発電は、気象条件に大きく影響して安定した電力が得られない。水力、水流発電は、安定的に電力が得られる方法であるが、海洋、海岸、河川等で常時発生している莫大な自然エネルギーの有効活用がなされていないのが現状である。
以上の背景技術に鑑みても、海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種の水流エネルギーを水面及び水中において効率良く電気エネルギーに変換する発電装置に関するものは公知されていない。

特許第２０９７８４８号公報特許第２８３５９９４号公報特開平０８−２１０２３７号公報特開２０００−２６５９３６号公報特開２０１３−１５０８９号公報特開２０１３−３２７３１号公報

そのために経済性、環境性を考慮し、産業上に有効な電力を効率良く得るには、次のような問題点があった。

従来の水流エネルギー変換発電装置は、大型水力発電に見られるように、水流エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンと同軸にした高出力の大型発電機を用いるのが公知である。該大型発電機は、高駆動トルクが要求され、落差を利用した高水圧の水流を該タービンに作用させて発電機を駆動する方法が用いられている。従って、高水圧の水流を得るには、貯水ダムが必要で、設置場所の制限や自然環境破壊の考慮が必要となる。更に、高出力発電機の設置には、大規模な発電設備を要し、建設には長い工期と莫大な費用が必要である。

海流発電は、前記、特許文献等で開示されている如く、海流エネルギーを回転エネルギーに変換するプロペラ羽根やダリウス型水車等が一般的に用いられている。該回転エネルギー変換部分は、発電機保持部分と構造的に分離され、回転エネルギー変換部分の回転軸で発電機保持部分が連結されている。従って、前記、特許文献４で開示されている該ダリウス型水車は、回転軸連結部に直角方向からの水流エネルギーによって、連結部を支点として折り曲げ力が発生する。よって、経年使用で回転振れが予測されることから発電能力を向上させるための高駆動トルクを要する発電機の使用には問題がある。
前記、特許文献２で開示されている海流発電装置も椀型の翼を本体からアームで垂らした構造であり、水流の耐用性に問題が予測される。
前記、特許文献１、３で開示されているプロペラ羽根の場合は、流水の方向にプロペラ羽根の軸方向を常に向ける必要があり、構造的不安定性が生じている。従って、従来の海流発電は、構造的不安定性の観点から発電能力を向上する高駆動トルクを要する発電機の使用には問題がある。よって、産業上での有効利用が不向きとなり小電力発電で対応できる標識灯等に用いられているのが公知である。

河川流発電は、特許文献５及び６の先行技術文献に記載の如く、河川本流から水路により導いた流水エネルギーを水車、プロペラ羽根、スクリュー羽根等の翼で回転エネルギーに変換し、小電力発電機一機に回転力を伝達して発電するのが公知である。河川流を有効的に活用するには、水流の変換効率を上げるために発電能力を向上させる高駆動トルクの高出力発電機を用いることから翼を拡大して水路の幅を広げる必要がある。また、発電機の数を増やすと水路の長さを延長する必要がある。従って、水路拡大、延長等における工事費用や、自然破壊の問題が生じる。

従って、本発明は、以上の問題点を解決し、海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の莫大な各種水流エネルギーを水中及び水面で環境汚染や自然破壊を起こすこと無く効率良く有効に電気エネルギーに変換できることを特長とする水流エネルギー変換発電装置の提供を課題とするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１の発明では、
水流のエネルギーを受け回転運動に変換する翼と、該翼を外周面に備えることにより回転運動を受けて回転する筒状の外郭回転体と、該外郭回転体の内周面に位置し、該外郭回転体の回転力により発電する複数個の発電機と、該外郭回転体の支持中心軸となる円柱型固定中心軸と、該発電機を保持するための該円柱型固定中心軸に固定する発電機保持用台座によって構成する水流エネルギー変換発電装置基部と、該水流エネルギー変換発電装置基部を固定支持し、かつ、水流に対して移動ができないようにしてなる支持構造体とからなる水流エネルギー変換発電装置において、
発電機保持用台座は円盤状からなって、該発電機保持用台座の中心部を貫通する円柱型固定中心軸に発電機保持用台座固定具により発電機保持用台座が固定されており、
該発電機保持用台座の端部は、外郭回転体の回転を円滑にするために外郭回転体の内周面に備えた発電機保持用台座軌道輪に挿入されており、
該発電機保持用台座軌道輪の上部で前記外郭回転体の内周面に輪状の胴体内部固定輪状歯車が設けられており、
複数個の発電機は、前記発電機保持用台座上で、前記円柱型固定中心軸から放射線上に固定され、前記胴体内部固定輪状歯車を介して前記発電機の歯車に回転力を伝達してなることを特徴とする。
ここで、図１、図３、図５に示す、水中で水流のエネルギーを受けて回転する筒状の外郭回転体に内設している複数個の発電機を駆動する水流エネルギー変換発電装置基部１００と、施設が容易で、海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種水流に適応する支持構造体に連結して構成することを特徴とする水流エネルギー変換発電装置である。

前記記載の水流エネルギー変換発電装置基部１００は、図１から図１３に示す、水流のエネルギーを受けて回転運動に変換する翼１と、該翼を外周面に備えることにより回転する筒状の外郭回転体２と、該外郭回転体２に内設する発電機３の歯車に回転力を伝達する胴体内部固定輪状歯車５と、該胴体内部固定輪状歯車５からの回転力を受けて発電する筒状の外郭回転体２に内設する発電効率向上のための複数個の発電機３と、該外郭回転体の支持中心軸となる円柱型固定中心軸４と、発電機３を保持するための該円柱型固定中心軸４に固定する円盤状の発電機保持用台座６と、発電機保持用台座６を支えて外郭回転体２の回転を円滑にする外郭回転体２の内周面に備えた発電機保持用台座軌道輪７と、該発電機保持用台座６を円柱型固定中心軸４に固定する発電機保持用台座固定具８と、外郭回転体２の回転補助や円柱型固定中心軸４の支持や支持構造体に連結できるギアボックス兼用支持構造体連結部９、１０等によって構成する水流エネルギー変換発電装置基部であり、本発明の水流エネルギー変換発電装置に水流エネルギー変換発電装置基部として用いる。

図１４から図１６に示す水面や水中の水流を応用する水流エネルギー変換発電装置は、前記記載の水流エネルギー変換発電装置基部１００を、支持構造体２００に連結する構造体で構成する水流エネルギー変換発電装置である。水流エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換するために、複数機の該水流エネルギー変換発電装置基部１００を連結可能とし、船舶の運行に支障とならない水中や水面で水位と水流がある海流、潮流、河川水流等の水流域に用いることを特徴とする水流エネルギー変換発電装置である。該支持構造体が、水流の方向転換に対応するために、水流エネルギー変換発電装置基部の中心軸を垂直にして支持構造体に連結する発電装置基部固定連結器２０１と、支持構造体を水中に保持する機能を有するフロート２０２と、支持構造体の構造を支持する構造骨格２０３と、水底に大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に係留する係留用ケーブル２０４や係留用ブロック２０５と、発電した電気を船舶や陸上に送電する送電線２０６により構成する支持構造体２００を用いた本発明の水流エネルギー変換発電装置である。

図１７の変動水位や可逆水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で示す水流エネルギー変換発電装置は、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体３００に連結する構造体で構成する水流エネルギー変換発電装置である。
該支持構造体３００が、浅い水深位の水流エネルギーを有効に得るために水流エネルギー変換発電装置基部の中心軸を水平にして連結し、浅い水流域の河川上流や水深位が変動し水流方向が可逆的に常に変動する海岸線の波打際の水流エネルギーを変換することを特徴とする支持構造体３００を用いた水流エネルギー変換発電装置である。
該支持構造体が、水流エネルギー変換発電装置基部１００の浮力により水位に同調し水面に浮遊させ、または、水中の任意な位置に固定連結することが可能な発電装置基部連結器３０１と、支持構造体３００を水流に対抗して保持するための、水底に杭打ちすることで大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に施設出来る水底固定盤３０２と、支持構造体３００の構造を支持する構造骨格３０３と、発電された電気を船舶や陸上に送電する送電線３０４等により構成する支持構造体３００を用いた本発明の水流エネルギー変換発電装置である。

図１８の一定方向水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で示す水流エネルギー変換発電装置は、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体４００に連結する構造体で構成する水流エネルギー変換発電装置である。
該支持構造体４００が、常に一定方向の水流で水量が多い河川域に適用し、水中の水流エネルギーを変換することを特徴とする支持構造体４００を用いた水流エネルギー変換発電装置である。
該支持構造体４００が、該水流エネルギー変換発電装置基部１００の中心軸を垂直にして支持構造体４００に連結する発電装置基部固定連結器４０１と、水流を効率よく捕捉促進する水流補足促進用外殻４０２と、水流を該水流捕捉促進用外殻４０２に誘導する水流捕捉誘導用翼４０３と、支持構造体４００を水流に対抗して保持するための、水底に杭打ちすることで大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に施設出来る水底固定盤４０４と、発電した電気を地上に送電する送電線４０５等により構成する支持構造体４００を用いた本発明の水流エネルギー変換発電装置である。

本発明は、水中で水流のエネルギーを受けて回転する筒状の外郭回転体に内設している複数個の発電機を駆動する構造からなる水流エネルギー変換発電装置基部１００と、施設が容易で、海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種水流に適応する支持構造体に連結して構成することを特徴とする水流エネルギー変換発電装置である。
該水流エネルギー変換発電装置は、大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に施設が出来るため、工事費用の軽減に寄与し、環境汚染や自然破壊を起こすこと無く、莫大な各種水流エネルギーを水中及び水面で、効率良く有効に電気エネルギーに変換されることを特長とする水流エネルギー変換発電装置である。
その中で、図１４から図１６で示す該支持構造体２００は、水流エネルギー変換発電装置基部１００を複数機連結できる電気エネルギー変換向上に有効な手段である。また、水流エネルギー変換発電装置は、水流環境に応じて可能な限り連続施設して用いることにより、莫大な水流エネルギーの更なる電気エネルギー変換向上につながる。
よって、地球温暖化の防止とエネルギー問題の解決に寄与する。

水流エネルギー変換発電装置基部斜視図水流エネルギー変換発電装置基部平面図におけるＡ−Ａ線断面部位図２のＡ−Ａ線断面図水流エネルギー変換発電装置基部正面図におけるＢ−Ｂ線断面部位図４のＢ−Ｂ線断面図水流エネルギー変換発電装置基部分解斜視図図６の分解斜視図におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ拡大部位図７のＡ部位拡大図図７のＢ部位拡大図図７のＣ部位拡大図図７のＤ部位拡大図図９、図１０の発電機設置正面図図１２の斜視図水面や水中の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図水面や水中の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の平面図水面や水中の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の正面図変動水位や可逆水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図一定方向水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図

以下、本発明の実施の形態を説明する。

請求項１記載の水流エネルギー変換発電装置に設ける水流エネルギー変換発電装置基部１００の形態は、図１から図１３で示す。その中で、部位の位置関係を分解図として図６から図１１で示す。

図１は、本発明の水流エネルギー変換発電装置として、エネルギー変換の基部となる水流エネルギー変換発電装置基部１００の立体的外観を斜視図で示す。
１は翼、２は外郭回転体、２ａは外郭回転体胴体部、２ｂは外郭回転体２の一端において軸が貫通する外郭回転体軸貫通蓋部、２ｃは外郭回転体２の他端を閉塞する外郭回転体閉塞型蓋部、１００は水流エネルギー変換発電装置基部を示す。
図２は、水流エネルギー変換発電装置基部１００の平面図による翌１の形態とＡ−Ａ線断面部位を示す。
図３は、水流エネルギー変換発電装置基部１００の内部構造の形態をＡ−Ａ線断面図で示す。
３は発電機、３ａは発電機の軸に固定した発電機用歯車、４は水流エネルギー変換発電装置基部１００の中心軸となる円柱型固定中心軸、５は発電機用歯車３ａに回転力を伝える胴体内部に固定した輪状の歯車、６は中心軸４に固定し発電機３を保持する円盤状の台座、７は円盤状の発電機保持用台座６の端部を受け入れる軌道輪、７ａは発電機保持用台座６の押さえ用軌道輪、７ｂは発電機保持用台座６の受け用軌道輪、８は発電機保持用台座を中心軸に固定する固定具、９は外郭回転体軸貫通部２ｂ側の先端を受け入れるギアボックスと支持構造体に連結する連結部として兼用する支持構造体連結部、９ａは浸水防止兼用ギアボックス蓋部、９ｂは円柱型固定中心軸４と外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ間の軸受、９ｃは外郭回転体軸貫通蓋部２ｂと支持構造体連結部９の外郭部間の軸受、９ｄは外郭回転体軸貫通蓋部２ｂの回転補助用転動体、９ｅは外郭回転体軸貫通蓋部２ｂの浸水防止兼用回転補助軌道輪、９ｆは外郭回転体軸貫通蓋部２ｂと円柱型固定中心軸４との間に位置し回転補助用転動体９ｄの回転を補助する浸水防止兼用の押さえ軌道輪、９ｇは９ｆと同様の支え軌道輪、９ｈは外郭回転体２の加重を抗して支える保持機、９ｉは円柱型固定中心軸４を固定する突起部、９ｊは外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９の外郭体、１０は外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側の先端を受け入れるギアボックスと支持構造体に連結する連結部として兼用する支持構造体連結部、１０ａは浸水防止兼用ギアボックス蓋部、１０ｂは円柱型固定中心軸４と外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ間の軸受、１０ｃは外郭回転体閉塞型蓋部２ｃとギアボックス外郭体１０ｆ間の軸受、１０ｄは円柱型固定中心軸４の端面と外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ間の転動体、１０ｅは外郭回転体閉塞型蓋部２ｃと外郭体１０ｆの転動体、１０ｆは外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側ギアボックス兼用支持構造体連結部１０の外郭体、１１は送電線、１２は支持構造体に接続する送電用コンセントで示す。

以上の構成において、発電の動作について説明する。

図１で示される外郭回転体２の外周面に備える翼１は、水流エネルギーを受けて外郭回転体２を回転する。
該翼１は、外郭回転体２の中心軸に対して放射線上に２枚以上の翼数を設けることにより、外郭回転体２が円滑に回転する。
該翼１の種類は、図１、５で示す翼１の他に、図３の水流エネルギー変換発電装置基部１００の円柱型固定中心軸４と平行に設けられる翼であれば利用できる。例えば、サボニウス翼、螺旋翼、ダリウス翼、クロスフロー翼等が利用可能である。
該翼１の面積は、使用する発電機の駆動トルクを考慮して求めるが、風力発電に用いる翼と比較して、水の密度が空気の密度の８００倍であることから水流と風速及び使用する発電機の駆動トルクを一定にすると縮小が可能となる。

図３で示す外郭回転体２は、円柱型固定中心軸４を中心として回転し、外郭回転体２の内周面に設けた胴体内部固定輪状歯車５を介して、外郭回転体２に内設した複数個の発電機３の歯車に回転力を伝達することにより、発電機を駆動させる。
図５、図１２、図１３は、胴体内部固定輪状歯車５から発電機３の歯車に回転力を伝達する動作を明確に示す。
該発電機の回転速度を増速する必要がある場合は、胴体内部固定輪状歯車５と発電機用歯車３ａとの間に増速装置を用いることも可能である。
図３で示す該外郭回転体２は、外郭回転体閉塞型蓋部２ｃで一端を密閉し、他端に円柱型固定中心軸４が挿入できる外郭回転体軸貫通蓋部２ｂを接合した筒状の外郭回転体２であり、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂの開口部から該外郭回転体閉塞型蓋部２ｃまで円柱型固定中心軸４が挿入され支持されている。

図３で示す該円柱型固定中心軸４は、一端が軸受１０ｂや転動体１０ｅを介して外郭回転体２の回転を円滑にして支持すると共に、他端の切込み部分が外郭回転体軸貫通蓋部２ｂを貫通して外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側ギアボックス兼用支持構造体連結部９の軸固定用突起部９ｉに接合し固定する。
更に、円柱型固定中心軸４は、発電機３を保持する円盤状の発電機保持用台座６の中心部を貫通し、（発電機保持用台座６は）発電機保持用台座固定具８で（円柱型固定中心軸４により）固定し支持する。

図３、図５、図１２、図１３で示す該発電機保持用台座６は、発電機３を固定する円盤状の形状で、中心に設けた該円柱型固定中心軸４により固定支持され、端部を外郭回転体２の内周面に備える発電機保持用台座軌道輪７に挿入し、外郭回転体２の回転を円滑にすると共に、該外郭回転体２が受ける水圧を分散し保護する。

図３で示す外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９は、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂを受け入れ、円柱型固定中心軸４と外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ間の軸受９ｂ、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂとギアボックス外郭体９ｊ間の軸受９ｃ、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂの回転補助用転動体９ｄ等で、外郭回転体２の回転を円滑にする。また、浸水防止兼用ギアボックス蓋部９ａと、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂの浸水防止兼用回転補助軌道輪９ｅで浸水を防止する。

外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側のギアボックス兼用支持構造体連結部１０は、外郭回転体の閉塞型蓋部２ｃが挿入され、円柱型固定中心軸４及び外郭回転体２の支持と外郭回転体２の回転を円滑にする。

外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側の該ギアボックス兼用支持構造体連結部９と、外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側の該ギアボックス兼用支持構造体連結部１０は、海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種水流エネルギーに適応した支持構造体の発電装置基部固定連結器に挿入し連結固定する。

図３、５に示す複数個の発電機３は、円柱型固定中心軸４に固定した発電機保持用台座６に円柱型固定中心軸４から重量バランスを考慮して放射線上に設置する。
該発電機３の種類は、電気的制御や電力の活用を考慮して直流発電機や交流発電機の中から選択する。水を電気分解して水素ガスを得る場合は、直流発電機を用いると良い。

発電された電気は、図３に示される電線１１により、支持構造体の内部を介して水上及び地上に送電する。

請求項１記載の水流エネルギー変換発電装置基部１００の形態と動作の説明は、以上による。この、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持固定する支持構造体は、次により説明する。

請求項２記載の水流エネルギー変換発電装置の形態を図１４から図１６で示す。

図１４は、水流エネルギー変換発電装置基部１００の中心軸を垂直にして支持構造体に複数個連結する本発明の水流エネルギー変換発電装置の形態を斜視図で示す。
２００は水流変換発電装置基部１００を支持固定する支持構造体、２０１は発電装置基部１００を支持構造体２００に連結する発電装置基部連結器、２０２は支持構造体２００に設けて水流エネルギー変換発電装置を浮遊させるフロート、２０３は支持構造体２００の構造骨格。
図１５は、水流変換発電装置基部１００の連結形態を示す図１４の水面や水中の水流を応用する水流エネルギー変換発電装置の平面図。
図１６は、水流エネルギー変換発電装置を水底に設置する正面図。
２０４は水流エネルギー変換発電装置を水底に係留する係留用ケーブル、２０５は係留用ケーブル２０４を接続し水底に固定する係留用ブロック、２０６は海上や陸上に送電する送電線を示す。

以上の構成において、発電の動作について説明する。

請求項２記載の水流エネルギー変換発電装置に設ける図１４から図１６に示す支持構造体２００は、海流，潮流や水位のある河川流等の水面や水中で水流エネルギー変換発電装置を固定支持する支持構造体２００である。

該支持構造体２００は、水流エネルギー変換発電装置基部１００の中心軸を垂直にして、該水流エネルギー変換発電装置基部１００の一端に備えた外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９と、他端に備えた外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側のギアボックス兼用の支持構造体連結部１０を発電装置基部固定連結器２０１に挿入し固定連結する。

該支持構造体２００は、２対のフロート２０２により、水面や水中に浮遊した状態で保持する機能を有する。

該支持構造体２００は、構造骨格２０３により、水圧や水流に抗して構造が支持される。

支持構造体２００の係留用ケーブル２０４及び係留用ブロック２０５は、係留用ケーブル２０４で支持構造体２００と係留用ブロック２０５を接続して、係留用ブロック２０５を水底に投入設置することにより、大掛かりな基礎工事を必要とせずに水流エネルギー変換発電装置を水中の水流に対抗させて容易に係留する。
該係留用ケーブル２０４及び係留用ブロック２０５は、水流に対抗させ安定に保持するために水流エネルギー変換発電装置の四方向に設ける。

発電した電気は、送電線２０６により船舶や陸上に送電する。
陸上まで遠距離の海流、潮流を変換し送電ロスが問題になる場合は、水上に電気分解装置を備えたタンカーを待機させ、その電気分解装置に送電し、水を電気分解して水素ガスを得る方法もある。この場合は、直流発電機を用いると良い。

請求項２記載の水流エネルギー変換発電装置の形態と動作の説明は、以上による。

請求項３記載の水流エネルギー変換発電装置の形態を図１７で示す。

図１７は、水流変換発電装置基部１００の軸方向を水平にして支持構造体に連結する形態を示す変動水位や可逆水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図を示す。
３００は水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持固定し水底に保持する水流エネルギー変換発電装置の支持構造体、３０１は水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体３００に連結する発電装置基部連結器、３０２は水流エネルギー変換発電装置を水底に固定する水底固定盤、３０３は支持構造体３００の構造骨格、３０４は地上に送電する送電線を示す。

以上の水流エネルギー変換発電装置の構成において、発電の動作について説明する。

請求項３記載の水流エネルギー変換発電装置に設ける支持構造体の形態としては、図１７に示す支持構造体３００である。該支持構造体３００は、水位が浅く変動する河川上流や、可逆的な水流方向の変動が常に生じている海岸線の波打際における水流エネルギーの変換に適応する水流エネルギー変換発電装置の支持構造体３００である。かつ、水流に対抗して水流エネルギー変換発電装置を固定支持する支持構造体３００である。

該支持構造体３００は、浅い水位の水流エネルギーを有効に得るために、円柱型固定中心軸４を水平にした該水流エネルギー変換発電装置基部１００を水面や水中で固定が可能な発電装置連結器３０１により連結する。

該発電装置連結器３０１は、水流エネルギー変換発電装置基部１００自体の浮力により、絶えず変化する水位に同調しながら水流エネルギー変換発電装置基部１００を水面に浮遊させた状態で上下にスライドさせることが可能である。
ただし、水位に同調させる水面浮遊方法では、悪天候で強力な波力が生じる場合に発電装置を損傷させる恐れもある。その場合は、水中に固定して退避できる。

該支持構造体３００は、水底固定盤３０２を杭で水底に固定する構造骨格３０３により水力や波力に対抗する保持機能を有する。かつ、施設には、水底に大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に施設することが出来る

発電した電気は、送電線３０４により地上に送電する。

請求項３記載の水流エネルギー変換発電装置の形態と動作の説明は、以上による。

請求項４記載の水流エネルギー変換発電装置の形態を図１８で示す。

図１８は、水流変換発電装置基部１００の軸方向を垂直にして支持構造体に連結する形態を示す一定方向水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図である。
４００は水流変換発電装置基部１００を支持固定し水底に保持する支持構造体、４０１は発電装置基部１００を支持構造体４００に連結する発電装置基部固定連結器、４０２は水流エネルギー変換発電装置の外郭で一定方向の水流を効率よく翼に導く半ドーム状の水流捕捉促進用外殻、４０３は該水流捕捉促進用外殻４０２に水流を導く水流捕捉誘導用翼、４０４は支持構造体４００を水底に固定する水底固定盤、４０５は地上に送電する送電線を示す。

以上のような構成において、発電の動作について説明する。

図１８の一定方向の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で示す該支持構造体４００は、水位が有り、常に一定方向水流の河川域に適応する水流エネルギー変換発電装置の支持構造体４００である。

該支持構造体４００は、該水流エネルギー変換発電装置基部１００の円柱型固定中心軸４を垂直にして発電装置基部固定連結器４０１で連結する。

該支持構造体４００は、一定方向の水流を効率良く発電装置基部１００の翼１に伝達する機能を有する水流捕捉促進用外殻４０２と、一定方向の水流を該水流捕捉促進用外殻４０２に導く水流捕捉促進用翼４０３を備える。これにより、発電効率が向上する。

該支持構造体４００は、水底に杭で固定した水底固定盤４０４により水流に対抗して水流エネルギー変換発電装置を固定支持する。

発電した電気は、送電線４０５を通じて地上に送電する。

請求項４記載の水流エネルギー変換発電装置の形態と動作の説明は、以上による。

本発明を実施する方法は、海流、潮流、波動水流等の海水流や、河川水流等の各種水流域に適応する本発明の各種水流エネルギー変換発電装置を施設することからなる。施設には、大掛かりな基礎工事を行なう必要が無く容易に施設することが可能であり工事費用の軽減に寄与し、更に、各種水流エネルギー変換発電装置を可能な限り連続施設することで莫大な水流エネルギーを電気エネルギーに変換が可能となる。

本発明の第１実施例は、請求項１及び２記載の水流エネルギー変換発電装置を用いて船舶の運行に支障とならない水中で水位と水流がある海流、潮流、河川水流等の水流を効率的にエネルギー変換して発電する方法である。
実施要領は、図１４の水面や水中の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で立体的形態を、図１５はその平面図、図１６は水流エネルギー変換発電装置を水中に施設した実施例を示す。

図１４の水面や水中の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図と図１５の該平面図は、水流エネルギー変換発電装置基部１００の円柱型固定中心軸４を垂直にする４機の水流エネルギー変換発電装置基部１００を、該水流エネルギー変換発電装置基部１００の外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９と、外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側のギアボックス兼用支持構造体連結部１０で発電装置基部固定連結器２０１に連結して支持構造体２００に固定した状態を示す。

図１６の水中や水面の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の正面図は、船舶の運航に支障の無い水中に保持する該水流エネルギー変換発電装置を水流に対抗させるため係留用ケーブル２０４を支持構造体２００と係留用ブロック２０５に連結し水底に固定した状態を示す。
水流エネルギー変換発電装置の施設は、陸上で水流エネルギー変換発電装置を組み立てた後に輸送船で施設場所の水域まで搬送して水面に浮かせる。次に係留用ブロック２０５を船上から水底に投入して接地させ、水流エネルギー変換発電装置を牽引して水中の任意な位置に保持する。これにより、大掛かりな基礎工事を必要とせずに水流エネルギー変換発電装置を水中の水流に対抗させて容易に係留する。

該水流エネルギー変換発電装置を水中で保持するには、水流エネルギー変換発電装置基部１００自身の浮力では不十分であり、フロート２０２を用いて浮力を増加し構造骨格２０３で固定して用いる。

水圧の影響が生じる場合は、水流エネルギー変換発電装置基部１００や支持構造体２００のフロート２０２、構造骨格２０３内部に不燃性圧縮ガスを充填して内部圧力を調整できる。

水流エネルギー変換発電の方法は、水流エネルギー変換発電装置に設けるそれぞれの水流エネルギー変換発電装置基部１００が３６０度方向から水流エネルギーを受けると翌１に作用して外郭回転体２と、該外郭回転体２の内周面に設ける胴体内部固定輪状歯車５を回転させ、水流エネルギー変換発電装置基部１００に内設する複数個の発電機３の発電機用歯車３ａに回転力を伝達することで発電機３を駆動する。
発電した電気は、送電線２０４を介して陸上に送電して有効利用する方法や、陸上に遠距離で送電ロスが生じる場合は、電気分解装置を備えた船舶の電気分解装置に送電し、水を電気分解して水素ガスを生成する。生成した水素ガスは、タンカーで陸上に搬送し、燃料電池の原料として利用できる。

該水流エネルギー変換発電装置は、単機に限らず、複数機の水流エネルギー変換発電装置を可能な限り水中に連続して施設することにより、更に、有効な電気エネルギーが得られる。
該水流エネルギー変換発電装置は、水中に限らず水面に浮遊した状態で、水面の水流エネルギーを電気エネルギーに変換することも出来る。

以上の実施例１が、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体２００に連結した構造体で構成する本発明の水流エネルギー変換発電装置であり、船舶の運行に支障とならない水中や水面で水位と水流がある海流、潮流、河川水流等を効率的にエネルギー変換し発電することを特徴とした本発明の水流エネルギー変換発電装置による実施の形態である。

本発明の第２実施例は、請求項１及び３記載の水流エネルギー変換発電装置を用いる浅い水位の河川上流や水位と水流方向が常に変動する海岸線の波打際等における水流エネルギーを変換する発電方法である。
実施要領は、図１７の変動水位や可逆水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で実施例を示す。

図１７の水流エネルギー変換発電装置は、浅い水位の水流や可逆的に水流方向が変動する水流エネルギーを有効に得るために、円柱型固定中心軸４を水平にした水流エネルギー変換発電装置基部１００を、該水流エネルギー変換発電装置基部１００の外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９と外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側のギアボックス兼用支持構造体連結部１０を発電装置支持構造体３００の発電装置基部連結器３０１に連結して支持構造体３００に固定した実施例を示す。

該発電装置基部連結器３０１は、水流エネルギー変換発電装置基部１００自体の浮力により水面に浮遊させ、または、水中の任意な位置に固定して可逆方向の水流エネルギーを効率良く変換し発電する。

水流エネルギー変換発電装置の水底固定盤３０２は、支持構造体３００を杭で水底に固定し、水流に対抗する機能を有する。これにより、大掛かりな基礎工事を必要とせずに水流エネルギー変換発電装置を水中の水流に対抗させて容易に係留する。

水流エネルギー変換発電基部１００に内設する発電機の発電方法は、実施例１の水流エネルギー変換発電装置基部１００による発電方法である。発電した電気は、送電線３０４で地上に送電し有効利用する。

該水流エネルギー変換発電装置は、海岸線の波打ち際に用いると、回転している翼の上位部に寄せ波が作用し、引き波が下位部の翼に作用することから、可逆の水流を有効に利用する。
天候が悪化した海岸線の波打際で用いる場合は、発電装置の損傷を考慮して水流エネルギー変換発電装置基部１００を水中に固定する。
該水流エネルギー変換発電装置を浅い水位の河川で用いるときは、図１７の水流エネルギー変換発電装置の引き波方向を河川の川上に向けることで、有効に水流エネルギーを変換する。
該水流エネルギー変換発電装置は、単機に限らず、複数機の水流エネルギー変換発電装置を可能な限り連続して施設することにより、更に、有効に電気エネルギーが得られる。

以上の実施例２が、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体３００に連結した構造体で構成する本発明の水流エネルギー変換発電装置であり、浅い水位の河川上流や水流方向が常に変動する海岸線の波打際等で、水位や水流方向が変動する水流を効率的にエネルギー変換して発電することを特徴とした本発明の水流エネルギー変換発電装置による実施例である。

本発明の第３実施例は、請求項１及び４の水流エネルギー変換発電装置を用いる水流が常に一定方向の水中に応用する発電方法で、全没可能な水量が多い河川域に適用する。
実施要領は、図１８の一定方向の水流を応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図で示す。

図１８の一定方向の水流に応用する水流エネルギー変換発電装置の斜視図は、円柱型固定中心軸４の方向を垂直にした水流エネルギー変換発電装置基部１００を、外郭回転体軸貫通蓋部２ｂ側のギアボックス兼用支持構造体連結部９と外郭回転体閉塞型蓋部２ｃ側のギアボックス兼用支持構造体連結部１０を発電装置基部固定連結器４０１に連結し、支持構造体４００に固定した形態を示す。

該水流エネルギー変換発電装置は、水流捕捉促進用外殻４０２と水流捕捉促進用翼４０３の作用により、一定方向の水流を効率良く水流エネルギー変換発電装置基部１００の翼１に伝達する。その結果、水流エネルギー変換発電装置基部１００の外郭回転体２が回転速度を上げることにより発電効率の向上につながる。

該支持構造体４００の水底固定盤４０４は、水底に杭で固定して設置することで、水流エネルギー変換発電装置を水流に対抗する機能を有する。

水流エネルギー変換発電基部１００に内設する発電機の発電方法は、実施例１の水流エネルギー変換発電装置基部１００による発電方法である。発電した電気は、送電線４０５を通じて地上に送電し有効利用する。

該水流エネルギー変換発電装置は、単機に限らず、複数機を可能な限り連続して施設することにより、更に、有効な電気エネルギーが得られる。

以上の実施例３が、水流エネルギー変換発電装置基部１００を支持構造体４００に連結した構造体で構成する、水中で常に一定方向の水流に適応して水量が多い河川域の水流を効率的にエネルギー変換発電することを特徴とした本発明の水流エネルギー変換発電装置による実施例である。

本発明は、地球環境に有効な自然エネルギー源として公知する海流、潮流、波動水流等の海水流や河川水流等の各種水流エネルギーを水中及び水面で、環境汚染や自然破壊を起こすこと無く、効率良く有効に電気エネルギーに変換できることを特長とする水流エネルギー変換発電装置を提供する。更に、水流エネルギー変換発電装置を可能な限りに連続して施設することにより、地球温暖化防止とエネルギー問題の解決に大きく貢献する。

１翼
２外郭回転体
２ａ外郭回転体胴体部
２ｂ外郭回転体軸貫通蓋部
２ｃ外郭回転体閉塞型蓋部
３発電機
３ａ発電機用歯車
４円柱型固定中心軸
５胴体内部固定輪状歯車
６発電機保持用台座
７発電機保持用台座軌道輪
７ａ発電機保持用台座軌道輪
７ｂ発電機保持用台座軌道輪
８発電機保持用台座固定具
８ａ発電機保持用台座固定具
８ｂ発電機保持用台座固定具
９ギアボックス兼用支持構造体連結部
９ａ浸水防止兼用ギアボックス蓋部
９ｂ軸受
９ｃ軸受
９ｄ回転補助用転動体
９ｅ浸水防止兼用回転補助軌道輪
９ｆ浸水防止兼用軌道輪
９ｇ外郭回転体回転補助用転動体９ｄの軌道輪
９ｈ外郭回転体２の加重調整保持機
９ｉ円柱型固定中心軸４の固定用突起部
９ｊギアボックス兼用支持構造体連結部９の外郭体
１０ギアボックス兼用支持構造体連結部
１０ａ浸水防止兼用ギアボックス蓋部
１０ｂ軸受
１０ｃ軸受
１０ｄ転動体
１０ｅ転動体
１０ｆギアボックス兼用支持構造体連結部１０の外郭体
１１送電線
１２支持構造体接続送電用コンセント
１００水流エネルギー変換発電装置基部
２００支持構造体
２０１発電装置基部固定連結器
２０２フロート
２０３構造骨格
２０４係留用ケーブル
２０５係留用ブロック
２０６送電線
３００支持構造体
３０１発電装置基部連結器
３０２水底固定盤
３０３構造骨格
３０４送電線
４００支持構造体
４０１発電装置基部固定連結器
４０２水流捕捉促進用外殻
４０３水流捕捉誘導用翼
４０４水底固定盤
４０５送電線

Claims

水流のエネルギーを受け回転運動に変換する翼と、該翼を外周面に備えることにより回転運動を受けて回転する筒状の外郭回転体と、該外郭回転体の内周面に位置し、該外郭回転体の回転力により発電する複数個の発電機と、該外郭回転体の支持中心軸となる円柱型固定中心軸と、該発電機を保持するための該円柱型固定中心軸に固定する発電機保持用台座によって構成する水流エネルギー変換発電装置基部と、該水流エネルギー変換発電装置基部を固定支持し、かつ、水流に対して移動ができないようにしてなる支持構造体とからなる水流エネルギー変換発電装置において、
発電機保持用台座は円盤状からなって、該発電機保持用台座の中心部を貫通する円柱型固定中心軸に発電機保持用台座固定具により発電機保持用台座が固定されており、
該発電機保持用台座の端部は、外郭回転体の回転を円滑にするために外郭回転体の内周面に備えた発電機保持用台座軌道輪に挿入されており、
該発電機保持用台座軌道輪の上部で前記外郭回転体の内周面に輪状の胴体内部固定輪状歯車が設けられており、
複数個の発電機は、前記発電機保持用台座上で、前記円柱型固定中心軸から放射線上に固定され、前記胴体内部固定輪状歯車を介して前記発電機の歯車に回転力を伝達してなることを特徴とする水流エネルギー変換発電装置
支持構造体は、複数個の水流エネルギー変換発電装置基部を連結可能とし、該水流エネルギー変換発電装置基部の中心軸を垂直にして該支持構造体に連結する発電装置基部固定連結器と、該支持構造体を水中に保持する機能を有するフロートと、支持構造体の構造を支持する構造骨格と、支持構造体を係留する係留部品とから構成する請求項１記載の水流エネルギー変換発電装置。
支持構造体は、水流エネルギー変換発電装置基部の中心軸を水平にして、かつ、水面や水中の任意な位置に連結する発電装置基部固定連結器と、該支持構造体の構造を支持する構造骨格と、該支持構造体を水流に対抗させて水底に固定する水底固定盤とから構成する請求項１記載の水流エネルギー変換発電装置。
支持構造体は、水流エネルギー変換発電装置基部の中心軸を垂直にして連結する発電装置基部固定連結器と、一定方向からの水流を効率よく捕捉促進する水流補足促進用外殻と、水流を該水流捕捉促進用外殻に誘導する水流捕捉誘導用翼と、該支持構造体を水流に対抗させて水底に固定する水底固定盤とから構成する請求項１記載の水流エネルギー変換発電装置。