JP6706049B2 - 海流発電機 - Google Patents

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Description

本発明は発電機に関し、特には海流発電機に関する。
海流発電機は、海流による海水の流れの運動エネルギーを羽根車の回転を介して電気エネルギーに変換させて発電させるために海中に設置される発電機であり、二酸化炭素を排出しないため、環境負荷が極めて小さく、また、風力発電や太陽光発電のように天候に左右されないため、発電源として比較的安定しているという利点を有する発電手段である。
海流発電機は、海流がほとんど海岸から離れた場所を流れるので、海岸に係留することができず、例えば特許文献１に記載されている海流発電機のように、錨を海底に沈めて係留するのものが多い。
しかし、海流の量や速度が大きいと、錨が海流に流されて、海流発電機が当初に設置された場所から遥かに離れる恐れがある。更に、錨が海底に届かないほど水深が深い場所では、錨で係留することができず、海流発電機が設置できないという問題点がある。
台湾実用新案公告第Ｍ４３４１２２号明細書
上記問題点に鑑みて、本発明は、海に安定して設置できる海流発電機を提供する。
上記目的を達成すべく、本発明は、水面に浮くことができるように構成されている水面構造体と、前記水面構造体の周辺に取り付けられ、水面下に配置されて海流を受けて作動することができるように構成されているタービンと、前記水面構造体に設置され、前記タービンの作動に連動して発電できるように前記タービンと連接されている発電装置と、前記水面構造体から空へ延伸するように設置されている帆と、を有するように構成されていることを特徴とする海流発電機を提供する。
上記の構成によれば、本発明の海流発電機は、帆で風を受けて、海流の力による海流発電機に対する推進力に抵抗できる推進力が生じるので、海流に流されず、一定の範囲内に留めることができ、また、錨での係留ができない場所でも、安定して設置できる。
本発明の海流発電機の第１の実施形態を示す上視図である。 上記第１の実施形態に係る海流発電機を示す側視図である。 上記第１の実施形態に係る海流発電機を示す後視図である。 上記第１の実施形態に係る海流発電機の一部を示す側視図である。 上記第１の実施形態に係る海流発電機の一部を示す上視図である。 本発明の海流発電機の第２の実施形態を示す上視図である。 本発明の海流発電機の第３の実施形態を示す上視図である。
以下では各図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳しく説明する。
図１は本発明の海流発電機の第１の実施形態を示す上視図であり、図２はその側視図である。
本発明の海流発電機の第１の実施形態は、図１に示されるように、水面に浮くことができるように構成されている水面構造体１と、水面構造体１の周辺に取り付けられ、水面下に配置されて海流を受けて作動することができるように構成されているタービン２と、水面構造体１に設置され、タービン２の作動に連動して発電できるようにタービン２と連接されている発電装置３と、水面構造体１から空へ（即ち水面から離れる方向に）延伸するように設置されている帆４と、を有するように構成されている。
水面構造体１は、水面に浮くことができるように構成されている本体１１と、本体１１から少なくとも本体１１の両側へ水面と略平行に延伸し且つ水面上にあるように構成されている取付けフレーム１２とを有している。なお、ここでいう本体１１の両側とは、後述する所定の縦方向Ｂにおける両側である。
取付けフレーム１２は、図１及び図２に示されるように、複数の第１の横棒１３と、複数の第１の縦棒１４と、複数の第２の横棒１５と、複数の第２の縦棒１６と、複数の連結棒１７と、を有するように構成されている。
複数の第１の横棒１３は、水面と略平行する所定の横方向Ａに沿って形成されている。
複数の第１の縦棒１４は、水面と略平行であり、且つ所定の横方向Ａと略直交する所定の縦方向Ｂに沿って形成され、第１の横棒１３に固定されている。
複数の第２の横棒１５は、第１の横棒１３より水面に近く位置し、所定の横方向Ａに沿って形成されている。
複数の第２の縦棒１６は、所定の縦方向Ｂに沿って形成され、第２の横棒１５に固定されている。
複数の連接棒１７は、第１の横棒１３と第１の縦棒１４とが互いに固定されている部分と、第２の横棒１５と第２の縦棒１６とが互いに固定されている部分とを連結するように前記水面と略直交する上下方向に沿って形成されている。
各第１の横棒１３と各第１の縦棒１４と各第２の横棒と各第２の縦棒１６とにより、略直方体状になっている取付け空間１９が複数画成されている。
また、第１の横棒１３と第１の縦棒１４とが互いに固定されている部分は、帆４が取り付けられる帆取付け部１８とする。
複数の連結棒１７の設置により、取付けフレーム１２の構造強度が向上できる。また、連結棒１７の数は必要な強度に応じて調整することができる。
この実施形態において、水面構造体１の本体１１は、所定の縦方向Ｂに船首船尾方向を有するように設けられた船体であって、船体の所定の縦方向Ｂにおける一端部に構成されている船首１１１と、前記一端部の反対端部に構成されている船尾１１２と、を有している。本体１１として用いる船体は、廃棄された船を使用しても良く、廃棄された船は、例えば、商船、特殊用途船、漁船、艦艇などが挙げられる。
図４は本実施形態に係る海流発電機の一部を示す側視図であり、図５はその上視図である。
タービン２は、図４及び図５に示されるように、軸受け２１と、回転軸２２と、羽根モジュール２３と、第１の横取付け棒５１と、第１の縦取付け棒５３と、第２の横取付け棒５２と、第２の縦取付け棒５４と、を有するように構成されている。
回転軸２２は、水面と略直交する上下方向に沿って延伸し、且つ回転可能に軸受け２１に取付けられている。
羽根モジュール２３は、回転軸２２から水面と略平行する方向へ延伸して回転軸２２と共に回転できるように設置されている。
第１の横取付け棒５１は、取付けフレーム１２において画成される取付け空間１９に取付けられていると共に、それぞれ対応している取付け空間１９を画成する２本の第１の縦棒１４の間で所定の横方向Ａに沿って延伸するように配置されている。
第１の縦取付け棒５３は、第１の横取付け棒５１に対応して、対応している取付け空間１９を画成する２本の第１の横棒１３の間で所定の縦方向Ｂに沿って延伸するように配置されていると共に、第１の横取付け棒５１と交叉して、該交叉する箇所において互いに固定されている。
第２の横取付け棒５２は、対応している取付け空間１９を画成する２本の第２の縦棒１６の間で所定の横方向Ａに沿って延伸するように配置されている。
第２の縦取付け棒５４は、第１の縦取付け棒５１に対応して、対応している取付け空間１９を画成する２本の第２の横棒１５の間で所定の縦方向Ｂに沿って延伸するように配置されていると共に、第２の横取付け棒５２と交叉して、該交叉する箇所において互いに固定されている。
また、第１の横取付け棒５１と第１の縦取付け棒５３とが互いに固定されている部分はタービン２が取り付けられる第１のタービン取付け部５５とし、第２の横取付け棒５２と第２の縦取付け棒５４とが互いに固定されている部分はタービン２が取り付けられる第２のタービン取付け部５６とする。
軸受け２１は、第１のタービン取付け部５５と第２のタービン取付け部５６とそれぞれに設置されている。なお、２つ以上の軸受け２１を設置することもできる。
そして、水面構造体１の本体１１の前記両側にある取付けフレーム１２の取付け空間１９内にタービン２がそれぞれ少なくとも１つ取り付けられている。
図３は本実施形態に係る海流発電機を示す後視図である。
この実施形態において、水面構造体１の本体１１の前記両側それぞれに、タービン２が４つずつ取付けられていて、各タービン２が複数の羽根モジュール２３を有する。回転軸２２は、第１のタービン取付け部５５に設置されている軸受け２１と、第２のタービン取付け部５６に設置されている軸受け２１とに支承されていると共に水面下まで延伸し、且つ軸受け２１を介して第１の横取付け棒５１と第１の縦取付け棒５３と第２の横取付け棒５２と第２の縦取付け棒５４とにより保持されるように設置されている。羽根モジュール２３は、３つの羽根部２３１を有し、回転軸２２の取付けフレーム１２より下方にある部分に取り外し可能に設置されている。
羽根モジュール２３としては、従来の風力発電機や海流発電機などに用いる羽根モジュールを使用することができ、例えば、図３及び図４に示される羽根モジュールを使用することができる。
図４に示される羽根モジュール２３は、複数の格子が形成されている板状の格子枠２３２と、格子枠２３２の一面が面する第１の方向へ揺動可能に、格子枠の複数の格子それぞれに設置されている羽根２３３と、を有するように構成される羽根部２３１を備えている。更に、格子枠２３２には、格子枠２３２の回転軸２２に設置する端部の反対側の端部から前記第１の方向へ突起するように形成されている周縁板２３４を有している。
図４に示される羽根モジュール２３を使用する場合は、回転軸２２の一側で海流が格子枠２３２の前記一面に当たると、羽根２３３が海流の力により押されて格子枠２３２及び回転軸２２と共に回転され、回転軸２２の他側で海流が格子枠２３２の前記一面の反対面に当たると、羽根２３３が海流の力により前記第１の方向へ揺動することで格子枠２３２に開口が生じ、海流がその開口を通過できるので、前記回転への抗力を大幅に減少できる。更に、前記第１の方向へ突起するように形成されている周縁板２３４により、海流を格子枠２３２の範囲内に集中することができて、前記回転を促す力を向上することができる。
また、図３に示される羽根モジュール２３は、開口が１つの面を構成するように同一の第１の方向に向かって並べられた複数の椀によって構成されている羽根２３３を有するように構成される羽根部２３１を備えている。更に、羽根２３３には、羽根２３３の回転軸２２に設置する端部の反対側の端部から前記第１の方向へ突起するように形成されている周縁板２３４を有している。
図３に示される羽根モジュール２３を使用する場合は、海流が羽根２３３の椀の開口が構成する面に当たると、羽根２３３が海流の力により押されて回転軸２２と共に回転される。
更に、前記第１の方向へ突起するように形成されている周縁板２３４により、海流を格子枠２３２の範囲内に集中することができて、前記回転を促す力を向上することができる。
本発明の海流発電機の羽根モジュール２３は、二種類以上の羽根モジュールを組み合わせてもよく、この実施形態においては、図２に示されるように、６つの図４に示される羽根モジュール２３と２つの図３に示される羽根モジュール２３とを使用している。
そして、水面構造体１を安定して水面に浮かせるために、図１において、水面構造体１の本体１１の両側それぞれに取り付けられている４つのタービン２は、互いに反対の方向で回転するように配置されている。この実施形態において、水面構造体１の本体１１の右側の取付けフレーム１２に取り付けられている４つのタービン２は、時計回りで回転するように構成され、水面構造体１の本体１１の左側の取付けフレーム１２に取り付けられている４つのタービン２は、反時計回りで回転するように構成されている。
また、この実施形態の海流発電機を使用する際に、船首１１１の向かう方向を、海流が船首１１１から船尾１１２へ流れるように調整する。船尾１１２により近いタービン２は、より深くに延伸するように構成されている（図２参照）。この構成により、タービン２の海流から受ける流水圧が船首１１１側から船尾１１２側に向かって段々と増えるようになるので、船首１１１の向きを安定して維持することができる。
発電装置３は、図１及び図３に示されるように、軸心３２と、タービン２の回転軸２２の回転を発電装置３の軸心３２に伝動するように、両端が軸心３２及び回転軸２２それぞれに配置構成されている伝動部３１を有し、水面構造体１の本体１１に設置されている。この実施形態において、水面構造体１の本体１１の前記両側それぞれに４つずつ取付けられて、合わせて８つのタービン２それぞれに対応して、８つの発電装置３が水面構造体１の本体１１に設置されている。
伝動部３１は、公知の回転を伝動できる伝動構造を使用でき、例えば、ローラーチェーンとスプロケットとにより構成する伝動構造やフラットベルトとプーリーとにより構成する伝動構造を使用することができる。
タービン２の回転軸２２の回転が伝動部３１を介して発電装置３の軸心３２に伝動することにより、軸心３２が回転されて発電装置３が発電する。
帆４は、図１〜図３に示されるように、水面構造体１から水面と略直交する上下方向に沿って上方へ延伸する支持棒４１と、支持棒４１に設置されて風により推進力を得ることができる帆本体４２と、を有するように構成され、そして、等間隔に所定の縦方向Ｂに沿って本体１１に設置され、取付けフレーム１２の本体１１の前記両側にそれぞれ少なくとも１つ設置されている。
取付けフレーム１２に設置されている帆４は、その支持棒４１が取付けフレーム１２の連結棒１７に連接するように帆取付け部１８に設置されている。なお、支持棒４１と連結棒１７とは、一体に形成することもできる。
帆４の操縦方法は一般の帆船と同じく、例えば、風が船尾１１２から吹く際には、帆本体４２を風が吹く方向と略直交するように展開すると、船首１１１の向く方向への推進力が生じて船が前進する。また、帆本体４２が船首１１１側に湾曲するように支持棒４１に展開されるので、帆本体４２の船首１１１側における風の経路長が船尾１１２側における風の経路長より長くなり、ベルヌーイの定理により推進力が得られて船が前進する。
この実施形態において、一番右側及び一番左側の帆４の帆本体４２は、幅が上から下へ段々広くなる三角形のものを使用している。そのようにすると、タービン２と共に船体を安定させることができる。
この実施形態の海流発電機を使用する際には、船首１１１の向く方向を、海流が船首１１１から船尾１１２へ流れるように調整するので、海流発電機が海流を受けてその力により船尾１１２側への推進力が生じるが、その際に、帆４を調整すれば船尾１１２への推進力に対抗する船首１１１側への推進力が得られるので、海流発電機を一定の範囲内に保つことができる。
つまり、風により帆４で発生する推進力が、海流により水面構造体１およびタービン２で発生する推進力と拮抗することで、つまり両方の推進力の合力が０に近くなることで、海流発電機がほぼ静止状態になることが望ましい。但し、該合力が０にならなくても、海流発電機の移動が緩やかになるので、移動範囲を一定の範囲内に留めることができる。
海流による推進力が風による推進力より大きい際には、一部の羽根モジュール２３を取り外して、海流を受ける部分を減らして推進力を減少させ、前記合力を調整することができる。取り外した羽根モジュール２３は、メタセンターを維持するために本体に放置される。これで、本体１１の片側で海流による推進力が減ることにより、海流発電機を引っ繰り返すように働く偶力が生じることを防止できる。
例えば台風による風力の急激な変化により帆４及び羽根モジュール２３を調整しても前記合力が大きすぎる場合は、本発明の海流発電機の水面構造体とする船のエンジンで、本発明の海流発電機を他の場所へ移動すれば良い。
本発明は風力により海流発電機の位置を安定させる海流発電機なので、風向と海流の方向とが、互いに正反対の方向に向かっている時期や場所に使用することが好適である。
なお、本発明の海流発電機は、水深が浅い場所に設置する場合に錨で係留することができ、また、海岸に近い場所に設置する場合にロープで海岸に係留することもできる。
図６は本発明の海流発電機の第２の実施形態を示す上視図である。
本発明の海流発電機の第２の実施形態は、上記第１の実施形態と類似する構成を有するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。
本発明の第２の実施形態は、図６に示されるように、水面構造体１の本体１１の前記両側それぞれに、船首１１１から船尾１１２に向かって段々と大きくなるように構成された３つのタービン２が取付けられている。
タービン２は、第１の横取付け棒５１と第１の縦取付け棒５３の代わりにＸ字状に構成されている第１のタービン取付けフレームを有し、第２の横取付け棒５２と第２の縦取付け棒５４との代わりに第２のタービン取付けフレームを有している。
また、所定の縦方向Ｂにおける水面構造体１の一側に設置され、所定の横方向Ａと略平行な回転軸６１と、回転軸６１と共に回転できるように設置されている羽根モジュール６２と、を持つ補助タービン６を更に有する。この実施形態において、補助タービン６は船尾１１２に設置されている。
上記の構成によれば、３つのタービン２を船首１１１側から船尾１１２側に向かって段々と大きくなるように構成したこと及びタービン６を設置したことにより、水面構造体１の本体１１を海流が船首１１１から船尾１１２へ流動するように調整すれば、船尾１１２に近いタービン２も充分な海流の量を受けることができ、発電効率を向上できるだけでなく、船首１１１の向き方向を更に安定させることができる。
図７は本発明の海流発電機の第３の実施形態を示す上視図である。
本発明の海流発電機の第３の実施形態は、上記第２の実施形態と類似する構成を有するので、ここでは詳しい説明を省略し、その相違点のみを説明する。
本発明の第３の実施形態は、図７に示されるように、３つの第２の実施形態の海流発電機が、それぞれの取付けフレーム１２を互いに接続することにより構成されている海流発電機である。図７において後方の２つの水面構造体１の本体１１の間の取付けフレーム１２には、２つの設置部５７と、設置部５７の周辺の取付けフレーム１２に取り付けられている複数のタービン２と複数のタービン２の作動に連動して発電できるようにタービン２それぞれと連接され、２つの設置部５７それぞれに設置されている複数の発電装置３を有している。
上記の構成によれば、互いに繋がった複数の水面構造体１を有することにより、海流発電機が傾きにくくなり、安定性を向上できる。
なお、本実施形態に、第１の実施形態の海流発電機を使用することもでき、３つ以上の第１または第２の実施形態の海流発電機を接続して構成することもできる。
本発明の海流発電機は、海流を利用して発電できる。特に、海流が強い場所や水深が深い場所で使用することに好適である。
Ａ 所定の横方向
Ｂ 所定の縦方向
１ 水面構造体
１１ 本体
１１１ 船首
１１２ 船尾
１２ 取付けフレーム
１３ 第１の横棒
１４ 第１の縦棒
１５ 第２の横棒
１６ 第２の縦棒
１７ 連結棒
１８ 帆取付け部
１９ 取付け空間
２ タービン
２１ 軸受け
２２ 回転軸
２３ 羽根モジュール
２３１ 羽根部
２３２ 格子枠
２３３ 羽根
２３４ 周縁板
５１ 第１の横取付け棒
５３ 第１の縦取付け棒
５２ 第２の横取付け棒
５４ 第２の縦取付け棒
５５ 第１のタービン取付け部
５６ 第２のタービン取付け部
５７ 設置部
３ 発電装置
３１ 伝動部
３２ 軸心
４ 帆
４１ 支持棒
４２ 帆本体
６ 補助タービン
６１ 回転軸
６２ 羽根モジュール

Claims (5)

  1. 水面に浮くことができるように構成されている水面構造体と、
    前記水面構造体の周辺に取り付けられ、水面下に配置されて海流を受けて作動することができるように構成されているタービンと、
    前記水面構造体に設置され、前記タービンの作動に連動して発電できるように前記タービンと連接されている発電装置と、
    前記水面構造体から空へ延伸するように設置されている帆と、を有するように構成されており、
    前記水面構造体は、水面に浮くことができるように構成されている本体と、前記本体から少なくとも両側へ前記水面と略平行して延伸し且つ水面上にあるように構成されている取付けフレームとを有し、
    前記タービンは、前記水面と略平行する所定の縦方向における前記本体の前記両側にある前記取付けフレームにそれぞれ少なくとも１つ取り付けられており、且つ、前記水面と略直交する上下方向に沿って延伸し、且つ回転可能に設けられている回転軸と、前記回転軸から前記水面と略平行する方向へ延伸し、前記回転軸と共に回転できるように前記回転軸に設置されている羽根モジュールと、を有するように構成されており、
    前記帆は、前記取付けフレームの前記本体の前記両側にそれぞれ少なくとも１つ設置されていることを特徴とする海流発電機。
  2. 前記取付けフレームは、前記所定の横方向に沿って形成されている複数の第１の横棒と、前記水面と略平行であり、且つ前記所定の横方向と略直交する所定の縦方向に沿って形成され、前記第１の横棒に固定されている複数の第１の縦棒と、
    前記第１の横棒より水面に近く位置し、前記所定の横方向に沿って形成されている複数の第２の横棒と、前記所定の縦方向に沿って形成され、前記第２の横棒に固定されている複数の第２の縦棒と、
    前記第１の横棒と前記第１の縦棒とが互いに固定されている部分と、前記第２の横棒と前記第２の縦棒とが互いに固定されている部分とを連結するように前記上下方向に沿って形成されている複数の連結棒と、を有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の海流発電機。
  3. 前記帆は、前記水面と略直交する上下方向に沿って前記水面構造体から上方へ延伸する支持棒と、前記支持棒に設置されて風により推進力を得ることができる帆本体と、を有するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の海流発電機。
  4. 前記取付けフレームは、各前記第１の横棒と各前記第１の縦棒と各前記第２の横棒と各前記第２の縦棒とにより、略直方体状になっている取付け空間が複数画成されており、
    各前記タービンは、前記取付けフレームにおいて画成される前記取付け空間に取付けられていると共に、それぞれ対応している前記取付け空間を画成する２本の前記第１の縦棒の間で前記所定の横方向に沿って延伸するように配置されている第１の横取付け棒と、
    前記第１の横取付け棒に対応して、対応している前記取付け空間を画成する２本の前記第１の横棒の間で前記所定の縦方向に沿って延伸するように配置されていると共に、前記第１の横取付け棒と交叉して、該交叉した箇所において互いに固定されている第１の縦取付け棒と、
    対応している前記取付け空間を画成する２本の前記第２の縦棒の間で前記所定の横方向に沿って延伸するように配置されている第２の横取付け棒と、
    前記第１の縦取付け棒に対応して、対応している前記取付け空間を画成する２本の前記第２の横棒の間で前記所定の縦方向に沿って延伸するように配置されていると共に、前記第２の横取付け棒と交叉して、該交叉した箇所において互いに固定されている第２の縦取付け棒と、を更に有し、
    前記タービンの前記回転軸は、前記第１の横取付け棒と前記第１の縦取付け棒とが互いに固定されている部分と、前記第２の横取付け棒と前記第２の縦取付け棒とが互いに固定されている部分とにおいて回転可能に支承されていると共に水面下まで延伸し、且つ前記第１の横取付け棒と前記第１の縦取付け棒と前記第２の横取付け棒と前記第２の縦取付け棒とにより保持されるように設置されており、
    前記羽根モジュールは、前記回転軸の前記取付けフレームより下方にある部分に設置されていることを特徴とする請求項２に記載の海流発電機。
  5. 前記所定の縦方向における前記水面構造体の一側に設置され、前記所定の横方向と略平行な回転軸を持つ補助タービンを更に有することを特徴とする請求項２から請求項４いずれか一項に記載の海流発電機。
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