JP6328252B2 - 回転ドア型荷重調節装置およびこれを用いる海洋エネルギー発電装置 - Google Patents

Description

本発明は調節装置に関し、特に回転ドア型荷重調節装置およびこれを用いる海洋エネルギー発電装置に関する。

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として、蓄積量が豊富で、広く分布されており、極めてよい開発の将来性と価値を有する。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似ており、すなわち、海水の流れによって生成された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、エネルギーがますます不足しており、温室効果もますます厳しくなっているため、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っている。しかしながら、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。

海洋エネルギーが不安定のため（特に海流の流速の変化が比較的に大きい）、従来の海洋エネルギー発電装置には、発電力が不安定で、変動が大きく、その投資が莫大になってしまい、商業化できないという問題が存在する。

本発明は、従来の技術に存在する問題点を鑑みてなされてものであり、水力タービンに衝撃を与える水流の大きさを調節できる回転ドア型荷重調節装置およびこれを用いる海洋エネルギー発電装置を提供することを目的とする。

上記の１つの目的を達成するための本発明は、回転ドア型荷重調節装置であって、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、回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも２つの誘導レールをさらに有し、２つの誘導レールは、ローラースピンドルと同じ側に平行に配置され、ローラースピンドルが水誘導部を展開する場合、水誘導部の他端の２つの端部は２つの誘導レールのそれぞれに挿入される。

本発明の一実施形態によれば、回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも１つの接続軸と、少なくとも２つのローラーと、をさらに有し、少なくとも２つの水誘導板は、接続軸を介して接続され、ローラーは接続軸の両端にスリーブのように取り付けられ、ローラースピンドルが水誘導部を展開する場合、水誘導部の他端の２つの端部はそれぞれ２つの誘導レールの中に入り、２つのローラーは２つの誘導レールにおいてそれぞれスライドする。

本発明の一実施形態によれば、水誘導板と水流方向との間の角度は、０度より大きく、９０度以下である。

本発明の一実施形態によれば、水誘導板の断面は反っている断面形状を有する。

上記の他の１つの目的を達成するための本発明は、海洋エネルギー発電装置であって、枠と、少なくとも１つの水力タービンと、少なくとも１つの発電装置と、回転ドア型荷重調節装置と、を有する。少なくとも１つの水力タービンは枠の内側に配置されている。少なくとも１つの発電装置は、水力タービンに接続されている。回転ドア型荷重調節装置は、水誘導部、ローラースピンドルおよびドライバを有する。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、回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも２つの誘導レールをさらに有し、２つの誘導レールは、ローラースピンドルと同じ側に平行に枠上に配置され、ローラースピンドルが水誘導部を展開する場合、水誘導部の他端の２つの端部は２つの誘導レールのそれぞれに挿入される。

本発明の一実施形態によれば、回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも１つの接続軸と、少なくとも２つのローラーと、をさらに有し、少なくとも２つの水誘導板は、接続軸を介して接続され、ローラーは接続軸の両端にスリーブのように取り付けられ、ローラースピンドルが水誘導部を展開する場合、水誘導部の他端の２つの端部は、それぞれ２つの誘導レールの中に入り、２つのローラーは２つの誘導レールにおいてそれぞれスライドする。

本発明の一実施形態によれば、水誘導板と水流方向との間の角度は、０度より大きく、９０度以下である。

本発明の一実施形態によれば、水誘導板の断面は反っている断面形状を有する。

以上のとおり、本発明に係る回転ドア型荷重調節装置によれば、水力タービンが受けられる荷重を調節できるため、海洋エネルギー発電装置により発電した電力を安定的に出力でき、直接使用できる。したがって、従来の海洋エネルギー発電装置による発電の出力電力の変動が大きいことや安定性が悪いという問題を解決できる。

また、水誘導板と水流方向との間の角度を設けることにより、本発明に係る回転ドア型荷重調節装置は、水流が比較的に大きい場合に上流の水誘導板を折り畳み、下流の一部の水誘導板を展開して水流を停止させ、水力タービンの出力負荷を低減できるだけでなく、水流が比較的に小さい場合に上流の全ての水誘導板を展開して、水力タービンの羽根車の凹部に垂直する方向に水流の方向を効果的に誘導でき、水力タービンに対する水流の衝撃力を増大でき、水力タービンの回転をより速くして、発電力を向上できる。

本発明の上述のおよびその他の目的、特徴および利点をよりわかりやすいようにするため、以下では添付図面を用いて、本発明の比較的よい実施形態について詳細に説明する。

本発明に係る回転ドア型荷重調節装置の正面図である。 図１の部分拡大図である。 図１の側面図である。 図３の部分拡大図である。 図１の底面図である。 図５の部分拡大図である。 本発明の第一実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の平面図である。 本発明の第一実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の正面図である。 本発明の第二実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の平面図である。 本発明の第二実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の正面図である。

図１は本発明に係る回転ドア型荷重調節装置の正面図であり、図２は図１の部分拡大図である。図３は、図１の側面図であり、図４は図３の部分拡大図である。図５は図１の底面図であり、図６は図５の部分拡大図である。以下、図１乃至図６を参照しながら説明する。

本発明に係る回転ドア型荷重調節装置１は、水誘導部１１と、ローラースピンドル１２と、ドライバ１３と、を有する。水誘導部１１は、隣合わせで接続された少なくとも２つの水誘導板１１１を有する。本実施形態において、水誘導板１１１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１１１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１１１の長さを効果的に短くし、水流の衝撃に対する水誘導板１１１の抵抗を増加させる。垂直方向に沿う水誘導板１１１の長さが長すぎると、水流の衝撃が大きいため、水誘導板１１１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１２は、水誘導部１１の一端Ａに固定される。ドライバ１３は、ローラースピンドル１２に接続され、ドライバ１３は、水誘導部１１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１２を駆動する。本実施形態において、水誘導板１１１の断面は反っている断面形状を有する、つまり、水誘導板１１１は反った板である。そのため、ローラースピンドル１２は、水誘導部１１を折り畳み、水誘導板１１１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１２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１２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１２の軸方向は、水平面に対して垂直であってもよい。本発明において、ローラースピンドル１２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、回転ドア型荷重調節装置１は、少なくとも２つの誘導レール１４をさらに有し、２つの誘導レール１４は、ローラースピンドル１２と同じ側に平行に配置される。ローラースピンドル１２が水誘導部１１を展開したとき、水誘導部１１の他端Ｂの２つの端部は、２つの誘導レール１４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１１は、３つの誘導レール１４に対応し、そのうちの２つは、水誘導部１１の２つの端部に配置され、他の誘導レール１４は、水誘導部１１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１４の数はこれに限定されるものではない。水誘導部１１の一端Ａは、ローラースピンドル１２との接続を介して固定されており、水誘導部１１の他端Ｂは誘導レール１４を介して間隔を空けるために使用される。水誘導部１１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１１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、回転ドア型荷重調節装置１は、少なくとも１つの接続軸１５と、少なくとも２つのローラー１６と、をさらに有する。少なくとも２つの水誘導板１１１は、接続軸１５を介して接続され、ローラー１６は接続軸１５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１２が水誘導部１１を展開する場合には、水誘導部１１の他端Ｂの２つの端部は、それぞれ２つの誘導レール１４の中に入り、２つのローラー１６は、２つの誘導レール１４においてそれぞれスライドする。本実施形態において、接続軸１５の数は、水誘導板１１１の数に比べて１つ少なく、各接続軸１５は、３つのローラー１６に対応し、ローラー１６の数は、誘導レール１４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１１１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１１１の端部は、互いに嵌合することができる。接続軸１５は、水誘導板１１１を接続するための穴を貫通する。接続軸１５は、水誘導板１１１と接続され、各水誘導板１１１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１１が折り畳まれる場合、ローラースピンドル１２の周りに折り畳まれることができる。水誘導部１１が展開される場合、複数の水誘導板１１１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１２は、連続的に水誘導部１１を展開するように、ローラー１６は、図１に示すように誘導レール１４に沿って上から下へ回転し、水誘導部１１をさらに展開する。ローラー１６は、２つの誘導レール１４に挿入するために水誘導部１１の他端Ｂの２つの端部を効果的に誘導し、さらに効果的に他端Ｂを固定する。

図７は本発明の第一実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の平面図である。図８は本発明の第一実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の正面図（図形をより鮮明に示すため、下流側に位置する回転ドア型荷重調節装置は示されていない）である。以下、図７および図８を参照しながら説明する。

第一実施形態において、海洋エネルギー発電装置は、枠２、少なくとも１つの水力タービン３、少なくとも１つの発電装置４および回転ドア型荷重調節装置１を有する。少なくとも１つの水力タービン３は、枠２内に配置されている。少なくとも１つの発電装置４は、水力タービン３に接続されている。回転ドア型荷重調節装置１は、水誘導部１１、ローラースピンドル１２およびドライバ１３を有する。水誘導部１１は、隣合わせで接続された少なくとも２つの水誘導板１１１を有する。ローラースピンドル１２は、水誘導部１１の１つの端部に固定される。ドライバ１３は、ローラースピンドル１２に接続され、水誘導部１１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１２を駆動する。本実施形態において、回転ドア型荷重調節装置１は、水力タービン３の水の流れ方向Ｄの上流側および下流側のそれぞれに配置されている。

本実施形態において、回転ドア型荷重調節装置１は、少なくとも２つの誘導レール１４をさらに有し、２つの誘導レール１４は、ローラースピンドル１２と同じ側に平行に枠２上に配置される。ローラースピンドル１２が水誘導部１１を展開する場合、水誘導部１１の他端Ｂの２つの端部は、２つの誘導レール１４のそれぞれに挿入される。本実施形態において、回転ドア型荷重調節装置１は、少なくとも１つの接続軸１５と、少なくとも２つのローラー１６と、をさらに有する（図１参照）。少なくとも２つの水誘導板１１１は接続軸１５を介して接続され、ローラー１６は接続軸１５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１２が水誘導部１１を展開する場合には、水誘導部１１の他端Ｂの２つの端部は、それぞれ２つの誘導レール１４の中に入り、２つのローラー１６は、２つの誘導レール１４にそれぞれスライドする。

本実施形態において、水力タービン３の数は偶数個であり、かつ隣り合う２つの水力タービン３は、隣り合う２つの水力タービン３の回転方向が反対となるように軸に対して線対称に配置されている。具体的には、隣り合う２つの水力タービン３の羽根車の湾曲方向が軸に対して線対称である。図７に示すように、２つの水力タービン３ごと一組に平行に配置され、左側の水力タービン３の回転方向は逆時計回り方向で、右側の水力タービン３の回転方向は時計回り方向である。隣り合う水力タービン３の回転方向を反対に配置することにより、水流の集結と分散を効果的に向上させ、水流速度を向上させ、水力タービン３の回転をより速くすることにより発電力を向上できる。

本実施形態において、水力タービン３は抵抗型の水力タービンである。図７における一番左側の水力タービン３を例にすると、水力タービン３の動力側に向かって流れる（図７においては右側）水流は、羽根車内部の凹部に衝撃を与えることができるため、逆時計回り方向に回転するように水力タービン３を駆動できる。一方、水力タービン３の抵抗側に向かって流れる（図７においては左側）水流は、逆に反対方向に回転するように羽根車を駆動する。言い換えれば、水力タービン３の左側に向かって流れる水流は、水力タービン３の回転に対して抵抗力を生じさせる。

本実施形態において、水誘導板１１１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１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１３は、下流の水誘導板１１１を完全に折り畳み、上流の水誘導板１１１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１２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、水力タービン３の羽根車の凹部に垂直な方向に誘導され、それによって、水力タービン３に対する水流の衝撃を増加させて水力タービン３の回転をより速くさせ、発電機４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１３は、上流の水誘導板１１１を折り畳み、下流の水誘導板１１１を部分的に展開するためにローラースピンドル１２を駆動し、水力タービン３の抵抗側に水流が流入し、それによって効果的に水力タービン３の羽根車の高速回転を減速し、発電力を安定化できる。

図９は、本発明の第二実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の平面図である。図１０は、本発明の第二実施形態に係る海洋エネルギー発電装置の正面図である。以下、図９および図１０を参照しながら説明する。

第二実施形態において、海洋エネルギー発電装置は、枠２、少なくとも一つの水力タービン３’、少なくとも一つの発電機４および回転ドア型荷重調節装置１を有する。同一の部品には同一の符号を付する。第二実施形態と第一実施形態との主な違いは、第二実施形態における水誘導板１１１と水流方向Ｄとの間の角度が９０度であり、水力タービン３’が水平軸の水力タービンであっても垂直軸の水力タービンであってもよいところである。

第二実施形態に係る水力タービン３’では、全ての羽根車に衝突力が作用する。このため、水流速度が大きすぎる場合、ドライバ１３は、下流の水誘導板１１１を折り畳み、上流の水誘導板１１を展開するために、ローラースピンドル１２を駆動し、保護障壁を形成して、水力タービン３’に水流が流入するのを効果的に停止し、発電力が急激に増大することにより、発電力が不安定になり、直接出力して使用できない問題を避けている。また、水流速度が小さい場合、ローラースピンドル１２は水誘導板１１１を折り畳むことにより、すべての水流を水力タービン３’に流入させる。

以上のとおり、本発明に係る回転ドア型荷重調節装置は水力タービンが受けられる荷重を調節できるため、海洋エネルギー発電装置により発電した電力を安定的に出力でき、直接使用できる。したがって、従来の海洋エネルギー発電装置による発電の出力電力の変動が大きいことや安定性が悪いという問題を解決できる。

また、水誘導板と水流方向との角度を設けることにより、本発明に係る回転ドア型荷重調節装置は、水流が比較的に大きい場合に上流の水誘導板を折り畳み、下流の部分の水誘導板を展開して水流を停止させ、水力タービンの出力負荷を低減できるだけでなく、水流が比較的に小さい場合に上流の全ての水誘導板を展開して、水力タービンの羽根車の凹部に垂直する方向に水流方向を効果的に誘導でき、水力タービンに対する水流の衝撃力を増大でき、水力タービンの回転をより速くして、発電力を向上できる。

本発明は、以上のような比較的よい実施形態により開示されているが、これらは本発明を限定するものではない。いわゆる当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、一部の変動や修飾をすることができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲により定められる。

Claims (10)

1. 海洋エネルギー発電装置に用いられる回転ドア型荷重調節装置であって、
   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、水流の大きさに基づいて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ことにより前記海洋エネルギー発電装置の荷重を調節するドライバと、
   を有する回転ドア型荷重調節装置。
2. 前記回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも２つの誘導レールをさらに有し、前記２つの誘導レールは、前記ローラースピンドルと同じ側に平行に配置され、前記ローラースピンドルが前記水誘導部を展開する場合、前記水誘導部の他端の２つの端部は２つの誘導レールのそれぞれに挿入される請求項１に記載の回転ドア型荷重調節装置。
3. 前記回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも１つの接続軸と、少なくとも２つのローラーと、をさらに有し、少なくとも２つの水誘導板は、接続軸を介して接続され、ローラーは接続軸の両端にスリーブのように取り付けられ、前記ローラースピンドルが前記水誘導部を展開する場合には、前記水誘導部の他端の２つの端部はそれぞれ２つの誘導レールの中に入り、２つのローラーは２つの誘導レールにおいてそれぞれスライドする請求項２に記載の回転ドア型荷重調節装置。
4. 前記水誘導板と水流方向との間の角度は、０度より大きく、９０度以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ドア型荷重調節装置。
5. 前記水誘導板の断面は反っている断面形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ドア型荷重調節装置。
6. 海洋エネルギー発電装置であって、
   枠と、
   前記枠の内側に配置されている少なくとも１つの水力タービンと、
   前記水力タービンに接続されている少なくとも１つの発電装置と、
   前記枠に配置されている回転ドア型荷重調節装置と、を有し、
   前記回転ドア型荷重調節装置は、
   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、水流の大きさに基づいて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ことにより前記海洋エネルギー発電装置の荷重を調節するドライバと、
   を有する海洋エネルギー発電装置。
7. 前記回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも２つの誘導レールをさらに有し、前記２つの誘導レールは、前記ローラースピンドルと同じ側に平行に枠に配置され、前記ローラースピンドルが前記水誘導部を展開したとき、前記水誘導部の他端の２つの端部は２つの誘導レールのそれぞれに挿入される請求項６に記載の海洋エネルギー発電装置。
8. 前記回転ドア型荷重調節装置は、少なくとも１つの接続軸と、少なくとも２つのローラーと、をさらに有し、少なくとも２つの水誘導板は、接続軸を介して接続され、ローラーは接続軸の両端にスリーブのように取り付けられ、前記ローラースピンドルが前記水誘導部を展開する場合には、前記水誘導部の他端の２つの端部はそれぞれ２つの誘導レールの中に入り、２つのローラーは２つの誘導レールにおいてそれぞれスライドする請求項７に記載の海洋エネルギー発電装置。
9. 前記水誘導板と水流方向との間の角度は、０度より大きく、９０度以下である請求項６〜８のいずれか一項に記載の海洋エネルギー発電装置。
10. 前記水誘導板の断面は反っている断面形状を有する請求項６〜９のいずれか一項に記載の海洋エネルギー発電装置。