JP6787094B2 - 水中浮遊式発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、水中浮遊式発電装置に関する。

水中浮遊式発電装置の一種である海流発電装置では、ポッドの一端側にタービン翼が設けられる。タービン翼と発電機とが主軸を介して連結され、発電機と主軸とが、ポッドの端部に収容される。特許文献１に記載された海流エネルギー抽出装置では、ロータブレードを含むロータアセンブリが、油圧ポンプに連結されている。具体的には、駆動シャフトは油圧ポンプへの入力になっており、油圧ポンプを駆動する。油圧ポンプは、少なくとも１つの定速油圧モータへ動作可能に接続される。油圧モータは、少なくとも１つの発電機へ動作可能に接続される。特許文献２に記載されるように、風力発電装置の分野でも、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせた構成が知られている。

特表2014−534375号公報 国際公開第2013/128968号

水中浮遊式発電装置は、浮力を受ける浮体としての側面と、重力を受ける物体としての側面とを有する。装置の姿勢を水中で安定させるためには、流れ方向において、装置全体の浮心と装置の重心とを合わせる又は近づける必要がある。主軸を介してタービン翼と発電機とが連結されたタイプの水中浮遊式発電装置では、バランス調整のための余分な機器を設ける必要があり、全体重量が増加するといった問題があった。全体重量の増加は、海域に装置を設置する際のコストの増大にもつながり得る。一方、油圧ポンプと油圧モータを組み合わせたタイプの水中浮遊式発電装置においても、どのようにして浮体としてのバランスをとるかといった検討はなされていない。

本発明は、バランス調整のための余分な機器を設けることなく、水中においてバランスをとることができる水中浮遊式発電装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１回転軸方向における第１ポッドの第１端側に第１発電用タービンが設けられ、第１回転軸方向に平行な第２回転軸方向における第２ポッドの第１端側に第２発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置であって、第１回転軸を含む第１発電用タービンと、第１回転軸方向に交差する方向において第１発電用タービンから離間して配置され、第２回転軸を含む第２発電用タービンと、第１回転軸方向における第１端と第１端とは反対側の第２端とを含み、第１端側において第１発電用タービンを支持する第１ポッドと、第２回転軸方向における第１端と第１端とは反対側の第２端とを含み、第１端側において第２発電用タービンを支持する第２ポッドと、第１ポッドおよび第２ポッドを連結する連結部と、第１ポッドの第１端に設けられ、第１回転軸に連結されて回転力を液体の圧力に変換する第１液圧ポンプおよび第１液圧ポンプに接続された第１配管と、第２ポッドの第１端に設けられ、第２回転軸に連結されて回転力を液体の圧力に変換する第２液圧ポンプおよび第２液圧ポンプに接続された第２配管と、第１配管および第２配管の両方に接続され、第１液圧ポンプおよび第２配管によって発生する液体の圧力を回転力に変換する液圧モータと、液圧モータに連結され、液圧モータによって発生する回転力を用いて発電を行う発電機と、を備え、液圧モータおよび発電機は、第１発電用タービンおよび第２発電用タービンに対して共通に設けられており、水中浮遊式発電装置の浮心は、第１回転軸および第２回転軸の両方に平行であって第１回転軸および第２回転軸から等距離にある仮想平面上に位置するとともに、第１回転軸方向における第１ポッドの第１端と第２端との間の領域に位置しており、液圧モータおよび発電機は、浮心の位置に対して、第１回転軸方向における第１ポッドの第２端側に配置されるとともに、その仮想平面上に配置されている。

この水中浮遊式発電装置によれば、第１ポッドの第１端には、第１発電用タービンの第１回転軸に連結された第１液圧ポンプが設けられる。第１発電用タービンが第１ポッドの第１端側に設けられ、第１液圧ポンプが第１ポッドの第１端に設けられることにより、第１回転軸の長さは短くなっている。一方、第１液圧ポンプによって発生する液体の圧力は第１配管を通じて液圧モータに伝達され、発電機において発電が行われる。第１液圧ポンプ、第１配管、および液圧モータにより、重量物である発電機の配置の自由度が高められている。この水中浮遊式発電装置では、液圧モータおよび発電機は、水中浮遊式発電装置の浮心の位置に対して第２端側に配置されており、タービンから離されている。言い換えれば、タービンと発電機との間に浮心が位置する。タービンおよび発電機は、いずれも、第１ポッドに設けられる機器の中で比較的大きな重量を占める。発電機がタービンから離された上記の配置により、第１回転軸方向において、装置の浮心と重心とを合わせる、又は近づけることができる。その結果として、装置の姿勢を水中で安定させることができる。よって、バランス調整のための余分な機器を設けることなく、水中においてバランスをとることができる。また、連結部によって連結された２つのポッドのそれぞれに第１および第２発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置において、液圧モータおよび発電機が共通に設けられる。この構成により、液圧モータ及び発電機の台数を減らすことができる。

いくつかの態様において、液圧モータおよび発電機は、連結部に設けられている。この場合、回転軸方向に交差する方向（たとえば左右方向）において重心の位置を調整しやすい。たとえば、回転軸方向に交差する方向における中央（水中浮遊式発電装置の中央）に重心を配置することも容易である。

本発明のいくつかの態様によれば、バランス調整のための余分な機器を設けることなく、水中においてバランスをとることができる。

本発明の実施形態に係る水中浮遊式発電装置が適用された水流発電システムを示す図である。 第１実施形態におけるポッドにおける機器の配置、重心および浮心の位置を側面視した図である。 第１実施形態における液圧ポンプ、配管、液圧モータ、および発電機の配置を平面視した図である。 他の実施形態における液圧ポンプ、配管、液圧モータ、および発電機の配置を平面視した図である。 第１参考形態における機器の配置を平面視した図である。 第２参考形態における機器の配置を平面視した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

以下の説明において、「上流」または「下流」との語は、水の流れを基準として用いられる。また、「前」との語は、水の流れの上流側を意味し、「後」との語は、水の流れの下流側を意味する。たとえば、ダウンウィンド型のタービンが用いられる場合には、ポッドの後部側にブレード（翼）が配置される。「左」または「右」との語は、水の流れに対して垂直で且つ水平な方向を意味し、後方すなわち下流側から見た場合を基準として用いられる。「ポッド」との語は、「耐圧殻」または「ナセル」との語に置き換えられ得る。

図１を参照して、本実施形態の水中浮遊式発電装置１が適用された海流発電システムＳについて説明する。図１に示されるように、水中浮遊式発電装置１は、たとえば海水中に設置されて浮遊し、海流を利用して発電を行う。水中浮遊式発電装置１は、左右に離間して配置された右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂと、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂを連結するクロスビーム（連結部）３とを備える。右ポッド２Ａの後端側には、発電用タービン４Ａが設けられている。左ポッド２Ｂの後端側には、発電用タービン４Ｂが設けられている。以下の説明では、水中浮遊式発電装置１を海流発電装置１という。海流発電装置は、水流発電装置の一種である。また、発電用タービン４Ａ，４Ｂを、それぞれ、右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂという。

双発のタービンを備えた海流発電装置１において、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの一方は、特許請求の範囲に記載の「ポッド」に相当する。右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの他方は、特許請求の範囲に記載の「第２ポッド」に相当する。右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂの一方は、特許請求の範囲に記載の「発電用タービン」に相当する。右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂの他方は、特許請求の範囲に記載の「第２発電用タービン」に相当する。右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂに設けられる後述の各機器に関しても、同様に、特許請求の範囲に記載の「液圧ポンプ」および「第２液圧ポンプ」、「配管」および「第２配管」、「液圧モータ」および「第２液圧モータ」、「発電機」および「第２発電機」にそれぞれ相当する。

右ポッド２Ａは、右タービン４Ａを回転可能に支持しつつ、右タービン４Ａに適正な浮力を付与する。左ポッド２Ｂは、左タービン４Ｂを回転可能に支持しつつ、左タービン４Ｂに適正な浮力を付与する。右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂは、たとえば円筒状をなす圧力容器であり、たとえば、同じ大きさおよび構造を有している。

右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの間には、これらを連結する構造体であるクロスビーム３が延在している（すなわち横断するように延びている）。クロスビーム３は、前後方向に所定の長さを有し、所定の厚みを有する。クロスビーム３は、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの各端部に設けられたロータブレード（後述のブレード６Ａ，６Ｂ）に対する流れを極力阻害しないように、たとえば翼形状をなしている。クロスビーム３の左右の両端は、たとえば、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの胴部の略中央にそれぞれ固定されている。なお、クロスビーム３が固定される位置は、上記の位置に限られない。クロスビーム３は、ポッドの上部または下部に固定されてもよいし、ポッドの前部または後部に固定されてもよい。クロスビーム３は、その延在方向（すなわち横断方向）において等しい断面形状を有してもよい。クロスビーム３は、内部に空洞を有して浮力を発生する構造であってよい。クロスビーム３は、内部に空洞を有さず（たとえばトラス構造など）浮力を発生しない構造であってもよい。

図３に示されるように、右タービン４Ａの回転軸線（第１回転軸線）Ｌ１は、たとえば右ポッド２Ａの軸線に一致している。回転軸線Ｌ１が延びる方向は、右タービン４Ａの回転軸方向に一致している。左タービン４Ｂの回転軸線（第２回転軸線）Ｌ２は、たとえば左ポッド２Ｂの軸線に一致している。回転軸線Ｌ２が延びる方向は、左タービン４Ｂの回転軸方向に一致している。回転軸線Ｌ１と回転軸線Ｌ２とは、たとえば平行である。右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂは、これらの回転軸方向に直交する方向（交差する方向）すなわち左右方向において離間している。

図１に示されるように、海流発電装置１は、海底に固定するためのシンカーまたはアンカー１４（図示例はシンカー）に対して、係留索１０を介して接続されている。係留索１０は、シンカー１４に連結された下部係留索１１ｅと、の上端から２本に分岐し、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂにそれぞれ連結された上部係留索１１ａ，１１ｂとを含む。上部係留索１１ａ，１１ｂは、Ｙ字状に分岐している。なお、係留索１０の形態はこれに限られず、１点でクロスビーム３に連結されていてもよいし、２本の上部係留索１１ａ，１１ｂがクロスビーム３に対して連結されていてもよい。

なお、図示は省略されているが、タービン部４において発電された電力を送電するための送電ケーブルが、係留索１０に沿うように設けられている。送電ケーブルの一端は、右ポッド２Ａ内の右発電機１７Ａおよび左ポッド２Ｂ内の左発電機１７Ｂ（図３参照）に接続されており、送電ケーブルの他端は、たとえばシンカー１４内に設けられた中継器（または変圧器等）に接続されている。さらに、海底に敷設されて地上まで延びる送電ケーブルが設けられている。これらの送電ケーブルを介して、右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂにおいて発電された電力が地上に送電される。

図３に示されるように、海流発電装置１に適用される右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂは、たとえば、ダウンウィンド型のタービンである。右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂは、海流の向きに対向した姿勢で浮遊する。右タービン４Ａは、その回転軸方向における右ポッド２Ａの後端２１Ａ側（第１端側）に設けられている。左タービン４Ｂは、その回転軸方向における左ポッド２Ｂの後端２１Ｂ側（第１端側）に設けられている。海流の向きが略水平である場合、右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂの回転軸線Ｌ１，Ｌ２は、略水平に維持される。

なお、右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂは、アップウィンド型のタービンであってもよい。その場合、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの前端側に、右タービンおよび左タービンがそれぞれ設けられる。右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの前端２２Ａ，２２Ｂが、特許請求の範囲に記載の「第１端」に相当する。

右タービン４Ａは、たとえば２枚のブレード６Ａを含んでいる。左タービン４Ｂは、たとえば２枚のブレード６Ｂを含んでいる。ブレード６Ａは、右ポッド２Ａの後端２１Ａ側に配置されている。ブレード６Ｂは、左ポッド２Ｂの後端２１Ｂ側に配置されている。ダウンウィンド型のタービンを採用した海流発電装置１においては、海流の向きを基準として、右ポッド２Ａの下流側にブレード６Ａが配置され、左ポッド２Ｂの下流側にブレード６Ｂが配置される。右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂは、同じ大きさを有するが、ブレード６Ａ，６Ｂの翼ピッチは逆になっている。右タービン４Ａと左タービン４Ｂとは、海流を受けて互いに逆向きに回転する。これにより、右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂで発生する回転トルクが相殺される。なお、１つのタービンに対して、３枚以上のブレードが設けられてもよい。

続いて、図２および図３を参照して、第１実施形態において右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂに設けられた機器の構成について説明する。図２は、右ポッド２Ａにおける機器の配置、重心Ｇおよび浮心Ｂの位置を側面視した図である。図３は、海流発電装置１における機器の配置を平面視した図である。海流発電装置１では、重心Ｇおよび浮心Ｂの位置は、右ポッド２Ａと左ポッド２Ｂの中間に位置する（図３参照）。図２では、重心Ｇおよび浮心Ｂの位置が、右タービン４Ａの回転軸方向に直交する方向すなわち左右方向に投影されて示されている。

図２および図３に示されるように、右ポッド２Ａの後端２１Ａの内部には、ブレード６Ａと一緒に回転するハブ１５Ａに連結された回転軸１６Ａと、回転軸１６Ａの前端に連結された右液圧ポンプ２６Ａとが収容されている。右液圧ポンプ２６Ａは、回転軸１６Ａに連結された回転体および回転体を収容するケーシング等を含む。右液圧ポンプ２６Ａは、回転体の回転により、回転軸１６Ａの回転力を液体の圧力に変換する。たとえば、右液圧ポンプ２６Ａのケーシングには右配管３０Ａの一端が接続されており、これらのケーシングおよび右配管３０Ａの内部には、油等の作動液体が流通可能に充填されている。右液圧ポンプ２６Ａは、右配管３０Ａを通じて油等の作動液体を圧送する。右液圧ポンプ２６Ａとして、公知の液圧ポンプが採用され得る。作動液体は、水であってもよい。作動液体は、海水であってもよい。

右配管３０Ａは、右ポッド２Ａの内部において、後端２１Ａから前端２２Ａに至る領域に付設されている。右配管３０Ａは、所定の耐圧性能を有する配管である。右配管３０Ａは、金属製の配管であってもよいし、樹脂製の配管であってもよい。右配管３０Ａは、耐圧ホース等であってもよい。右配管３０Ａは、流れる液体の圧力損失をできるだけ小さくするように設計され得る。右配管３０Ａの配置は、右ポッド２Ａ内に設けられる他の装置・機器類の配置を考慮して、適宜に変更可能である。

右ポッド２Ａの前端２２Ａの内部には、右配管３０Ａの他端に接続された右液圧モータ２７Ａと、右液圧モータ２７Ａの出力軸２８Ａに連結された右発電機１７Ａとが収容されている。右液圧モータ２７Ａは、出力軸２８Ａに連結された回転体および回転体を収容するケーシング等を含む。右液圧モータ２７Ａは、右配管３０Ａから流入する作動液体の圧力によって回転体を回転させることにより、出力軸２８Ａにおいて回転力を出力する。すなわち、右液圧モータ２７Ａは、右液圧ポンプ２６Ａによって発生する作動液体の圧力を回転力に変換する。右液圧モータ２７Ａとして、公知の液圧モータが採用され得る。

右発電機１７Ａは、内部に、出力軸２８Ａに連結された回転軸と、回転軸に固定された磁石を含む回転子と、回転子の周囲に配置された巻線を含む固定子とを有する。右発電機１７Ａは、右液圧モータ２７Ａによって発生する回転力を用いて発電を行う。右発電機１７Ａとして、たとえば公知の発電機が採用され得る。

上記した右液圧ポンプ２６Ａ、右配管３０Ａ、右液圧モータ２７Ａ、および右発電機１７Ａは、たとえば、右ポッド２Ａの内壁面に対して、ブラケットまたは架台等を介して設置され、固定されている。右ポッド２Ａの内部には、上記の他にも種々の機器および計器類が設けられ得る。右配管３０Ａには、安全弁等を含む圧力調節機構が設けられ得る。右配管３０Ａには、作動液体を循環させるラインや、作動液体を貯留するタンク等が設けられ得る。

図３に示されるように、左ポッド２Ｂにも、上記した右ポッド２Ａ内の機器と同様の機器が設けられる。左ポッド２Ｂの後端２１Ｂの内部には、ブレード６Ｂと一緒に回転するハブ１５Ｂに連結された回転軸１６Ｂと、回転軸１６Ｂの前端に連結された左液圧ポンプ２６Ｂとが収容されている。左液圧ポンプ２６Ｂは、回転体の回転により、回転軸１６Ｂの回転力を液体の圧力に変換する。左液圧ポンプ２６Ｂは、左配管３０Ｂを通じて油等の作動液体を圧送する。

左ポッド２Ｂの前端２２Ｂの内部には、左配管３０Ｂの他端に接続された左液圧モータ２７Ｂと、左液圧モータ２７Ｂの出力軸２８Ｂに連結された左発電機１７Ｂとが収容されている。左液圧モータ２７Ｂは、左液圧ポンプ２６Ｂによって発生する作動液体の圧力を回転力に変換する。左発電機１７Ｂは、左液圧モータ２７Ｂによって発生する回転力を用いて発電を行う。左液圧ポンプ２６Ｂ、左配管３０Ｂ、左液圧モータ２７Ｂ、および左発電機１７Ｂの各構成は、上記した右液圧ポンプ２６Ａ、右配管３０Ａ、右液圧モータ２７Ａ、および右発電機１７Ａの各構成と同様であってよい。

続いて、海流発電装置１における重心Ｇおよび浮心Ｂと、機器配置との関係について説明する。海流発電装置１では、右タービン４Ａと左タービン４Ｂ、右ポッド２Ａと左ポッド２Ｂ、およびクロスビーム３のそれぞれの大きさ、形状、配置によって、浮心Ｂの位置が定められている。浮心Ｂとは、浮力がはたらく中心である。浮力は、海流発電装置１によって押しのけられる水の体積で決まる。よって、右ポッド２Ａおよび左ポッド２Ｂの内部のように、筐体または容器の内部であって水が入らない空間に設置された（収容された）機器の配置は、浮心Ｂの位置に影響を及ぼさない。一方で、重心Ｇは、重力がはたらく中心であるから、海流発電装置１を構成するすべての機器および部材の位置および重量で決まる。

海流発電装置１では、右タービン４Ａと左タービン４Ｂ、および、右ポッド２Ａと左ポッド２Ｂは、回転軸線Ｌ１および回転軸線Ｌ２の両方に平行であって回転軸線Ｌ１および回転軸線Ｌ２から等距離にある第１仮想平面Ｐ１に関して、面対称をなしている。したがって、海流発電装置１の浮心Ｂは、第１仮想平面Ｐ１上に位置する。

浮心Ｂの軸方向の位置について説明すると、右タービン４Ａの回転軸方向（回転軸線Ｌ１方向）において、浮心Ｂは、後端２１Ａと前端２２Ａとの間の領域に位置している。言い換えれば、左タービン４Ｂの回転軸方向（回転軸線Ｌ２方向）において、浮心Ｂは、後端２１Ｂと前端２２Ｂとの間の領域に位置している。

海流発電装置１では、右ポッド２Ａの後端２１Ａ側のみに右タービン４Ａが設けられ、左ポッド２Ｂの後端２１Ｂ側のみに左タービン４Ｂが設けられている。一方で、右液圧モータ２７Ａおよび右発電機１７Ａは、右ポッド２Ａの前端２２Ａに設けられている。左液圧モータ２７Ｂおよび左発電機１７Ｂは、左ポッド２Ｂの前端２２Ｂに設けられている。言い換えれば、右液圧モータ２７Ａおよび右発電機１７Ａは、浮心Ｂの位置に対して、後端２１Ａとは反対側の前端２２Ａ側に配置されている。左液圧モータ２７Ｂおよび左発電機１７Ｂは、浮心Ｂの位置に対して、後端２１Ｂとは反対側の前端２２Ｂ側に配置されている。このように、重量物である右発電機１７Ａおよび左発電機１７Ｂが、同じく重量物である右タービン４Ａおよび左タービン４Ｂからできるだけ離れた位置に配置されている。これにより、回転軸方向における重心Ｇの偏在（アンバランス）が緩和されている。

ここで、ある機器が「浮心Ｂの位置に対して回転軸方向における前端側（第２端側）に配置されている」とは、その機器が、浮心Ｂを通り回転軸方向に直交する第２仮想平面Ｐ２よりも少なくとも前端側（第２端側）に配置されていることを意味する。

右発電機１７Ａおよび左発電機１７Ｂは、たとえば、上記の第１仮想平面Ｐ１に関して面対称の位置に配置されている。なお、右液圧モータ２７Ａと左液圧モータ２７Ｂとは、第１仮想平面Ｐ１に関して面対称の位置に配置されてもよいが、面対称の位置に配置されなくてもよい。

海流発電装置１では、上記のようにして、右ポッド２Ａに収容された機器の配置と左ポッド２Ｂに収容された機器の配置が考慮されている。その結果、海流発電装置１の重心Ｇは、第１仮想平面Ｐ１上に位置する。そして、右タービン４Ａの回転軸方向（すなわち左タービン４Ｂの回転軸方向）において、重心Ｇは、浮心Ｂに略一致している。重心Ｇの回転軸方向の位置は、浮心Ｂの回転軸方向の位置から多少ずれていてもよい。ダウンウィンド型のタービンを採用した海流発電装置１は、前方かつ下方の斜め方向から係留索１０による張力を受け得る。これを考慮して、重心Ｇは、回転軸方向において、浮心Ｂよりも多少後方に位置し得る（図２および図３参照）。なお、海流発電装置１の浮体としての安定性を考慮して、重心Ｇは浮心Ｂより下方に位置してもよい（図２参照）。

第１実施形態の海流発電装置１によれば、ポッドの後端には、発電用タービンの回転軸に連結された液圧ポンプが設けられる。発電用タービンがポッドの後端側に設けられ、液圧ポンプがポッドの後端に設けられることにより、回転軸の長さは短くなっている。一方、液圧ポンプによって発生する作動液体の圧力は配管を通じて液圧モータに伝達され、発電機において発電が行われる。液圧ポンプ、配管、および液圧モータにより、重量物である発電機の配置の自由度が高められている。海流発電装置１では、液圧モータおよび発電機は、浮心Ｂの位置に対して前端側に配置されており、タービンから離されている。言い換えれば、タービンと発電機との間に浮心Ｂが位置する。タービンおよび発電機は、いずれも、ポッドに設けられる機器の中で比較的大きな重量を占める。発電機がタービンから離された上記の配置により、回転軸方向において、装置の浮心Ｂと重心Ｇとを合わせる、又は近づけることができる。その結果として、装置の姿勢を水中で安定させることができる。よって、バランス調整のための余分な機器を設けることなく、水中においてバランスをとることができる。

図５および図６に示されるように、タービン４Ａ，４Ｂの回転軸に発電機１０７Ａ，１０７Ｂが直接に連結された海流発電装置１００Ａ，１００Ｂでは、回転軸を短くするため、タービン４Ａ，４Ｂになるべく近い場所に発電機１０７Ａ，１０７Ｂが設置されることが多い。そのため、重心Ｇはタービン４Ａ，４Ｂに近い側に寄る傾向があった。一方で、浮心Ｂは装置の中央付近に位置することが多い。回転軸方向において浮心Ｂと重心Ｇとが離れていると、水中では重心Ｇの鉛直方向上方に自ずと浮心Ｂが位置するため、回転軸を略水平に維持することが難しくなる。そこで、装置の浮心Ｂと重心Ｇとを合わせる又は近づけるために、浮心Ｂをタービン４Ａ，４Ｂ側に寄せる工夫や、重心Ｇをタービン４Ａ，４Ｂから離す工夫が必要であった。たとえば、図５に示される海流発電装置１００Ａのように、クロスビーム３に対して、クロスビーム３の後方に延びる浮力体４０を設けたり、タービン４Ａ，４Ｂに対して、タービン４Ａ，４Ｂの後方に延びる浮力体４１，４１を設けたりする必要があった。これにより、図中に矢印で示すように、浮心Ｂが後方に移動し、重心Ｇに近づき得る。また、図６に示される海流発電装置１００Ｂのように、ポッド２Ａの前端の内部に右カウンターウエイト５０Ａを搭載すると共に、左ポッド２Ｂの前端の内部に左カウンターウエイト５０Ｂを搭載する必要があった。これにより、図中に矢印で示すように、重心Ｇが前方に移動し、浮心Ｂに近づき得る。しかしながら、タービン４Ａ，４Ｂに近い側に浮力を持たせた場合、構造上強度が厳しくなる箇所が生じ、その補強のために、全体重量の増加を招いていた。また、タービン４Ａ，４Ｂと離れた側にカウンターウエイト５０Ａ，５０Ｂを設置する場合には、カウンターウエイト５０Ａ，５０Ｂを置くことによる全体重量の増加を招いていた。全体重量の増加は、海域に装置を設置する際に過剰な設備（たとえば、より大きな吊り能力の設置船の準備等）が必要になり、コスト増大につながっていた。

これに対し、海流発電装置１によれば、海流発電装置１００Ａ，１００Ｂのように余分な機器を設ける必要がない。発電のために本来必要な機器を用いてこれらの配置を工夫することにより、水中においてバランスをとることができる。

海流発電装置１において、液圧モータおよび発電機は、ポッドの内部では、タービンから最も離れた位置にある。この配置により、回転軸方向において、装置の浮心Ｂと重心Ｇとを容易に合わせる、又は近づけることができる。

クロスビーム３によって連結された２つのポッドのそれぞれに発電用タービンが設けられた海流発電装置１において、配管、液圧モータ、および発電機が個別に（ポッドごとに）設けられている。右液圧モータ２７Ａ、左液圧モータ２７Ｂ、右発電機１７Ａ、および左発電機１７Ｂの配置により、回転軸方向において、装置の浮心Ｂと重心Ｇとを合わせる、又は近づけることができる。作動液体の圧力は各系統において独立しているので、いずれの発電用タービンにおいても独立した回転制御が可能である。

比較的大きな重量を占める右発電機１７Ａと左発電機１７Ｂとが左右対称に配置されるので、２つの発電用タービンが設けられた海流発電装置１において、重心Ｇを所望の位置に設定しやすくなっている。

図４を参照して、第２実施形態に係る海流発電装置１Ａについて説明する。図４に示される海流発電装置１Ａが第１実施形態の海流発電装置１と違う点は、液圧モータおよび発電機が個別に設けられず、共通に設けられている点である。すなわち、海流発電装置１Ａは、右配管３０Ａおよび左配管３０Ｂの両方に接続された共通の１台の液圧モータ２７Ｃと、液圧モータ２７Ｃの出力軸２８Ｃに連結された共通の１台の発電機１７Ｃとを備える。液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃは、浮心Ｂの位置に対して、回転軸方向における前端２２Ａ，２２Ｂ側に配置されている。すなわち、液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃは、上記した第２仮想平面Ｐ２よりも前端側（第２端側）に配置されている。

これらの液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃは、たとえば、クロスビーム３の内部に設けられている。この場合、クロスビーム３は、内部に空洞を有する圧力容器として形成され得る。なお、液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃをできるだけ前端側に配置するため、クロスビーム３を前端側に設けてもよい。海流発電装置１Ａでは、液圧モータ２７Ｃに接続された右配管３０Ａおよび左配管３０Ｂにおける液体の圧力は、均等化され得る。

海流発電装置１Ａによれば、双発のタービンに対して、液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃが共通に設けられる。この構成により、液圧モータ及び発電機の台数を１台ずつに減らすことができる。

液圧モータ２７Ｃおよび発電機１７Ｃがクロスビーム３に設けられていると、回転軸方向に交差する方向（たとえば左右方向）において重心Ｇの位置を調整しやすい。たとえば、回転軸方向に交差する方向における中央（水中浮遊式発電装置の中央）に重心を配置することも容易である。海流発電装置１Ａでは、液圧モータ２７Ｃおよび右発電機１７Ａは、上記した第１仮想平面Ｐ１（図３参照）上に配置されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、右ポッド２Ａと左ポッド２Ｂにおける液圧モータおよび発電機の配置が異なってもよい。液圧モータおよび発電機は、面対称の位置に配置されなくてもよい。右ポッド２Ａと左ポッド２Ｂのいずれか一方のみにおいて、液圧モータおよび発電機が前端側（第２端側）に配置されていてもよい。

第２実施形態において、共通の液圧モータおよび発電機は、連結部に設けられる場合に限られない。液圧モータおよび発電機は、発電用ポッドおよび連結部とは別の浮体の内部に搭載されてもよい。たとえば、連結部または２つの発電用ポッドのいずれかに固定された中央ポッドに、液圧モータおよび発電機が搭載されてもよい。この場合に、中央ポッドは、浮力を主に分担する圧力容器であって、海流発電装置１の全体に浮力を付与してもよい。

第２実施形態において、共通の液圧モータおよび発電機が、一方のポッドに対してのみ搭載されてもよい。その場合は、重心を調整するよう、他方のポッドには別の重量物が搭載されてもよい。

液圧モータおよび発電機は、浮心Ｂより後方側（第１端側）に設けられていればよい。すなわち、液圧モータおよび発電機は、浮心Ｂに対して、タービンとは反対側に設けられていればよい。液圧モータおよび発電機は、ポッドの端部に設けられる場合に限られず、浮心の位置と、ポッドの端部との中間の位置に設けられてもよい。

本発明の一態様は、単発タービンからなる水中浮遊式発電装置であってもよい。その場合に、１つの発電用ポッドが設けられ、そのポッドの後端または前端に、二重反転ロータ機構が設けられてもよい。

本発明の一態様は、３つ以上のポッドおよび３つ以上のタービンを備えた水中浮遊式発電装置であってもよい。その場合、第１端側のみに全タービンが設けられるが、重心を調整するために、液圧モータおよび発電機が第２端側に設けられ得る。

１、１Ａ 海流発電装置（水中浮遊式発電装置）
２Ａ 右ポッド
２Ｂ 左ポッド
３ クロスビーム（連結部）
４Ａ 右タービン
４Ｂ 左タービン
１６Ａ 回転軸
１６Ｂ 回転軸
１７Ａ 右発電機
１７Ｂ 左発電機
１７Ｃ 発電機
２１Ａ 後端（第１端）
２１Ｂ 後端（第１端）
２２Ａ 前端（第２端）
２２Ｂ 前端（第２端）
２６Ａ 右液圧ポンプ
２６Ｂ 左液圧ポンプ
２７Ａ 右液圧モータ
２７Ｂ 左液圧モータ
２７Ｃ 液圧モータ
３０Ａ 右配管
３０Ｂ 左配管
Ｂ 浮心
Ｇ 重心
Ｌ１、Ｌ２ 回転軸線
Ｐ１ 第１仮想平面
Ｐ２ 第２仮想平面
Ｓ 海流発電システム

Claims (2)

1. 第１回転軸方向における第１ポッドの第１端側に第１発電用タービンが設けられ、前記第１回転軸方向に平行な第２回転軸方向における第２ポッドの第１端側に第２発電用タービンが設けられた水中浮遊式発電装置であって、
   前記第１回転軸を含む前記第１発電用タービンと、
   前記第１回転軸方向に交差する方向において前記第１発電用タービンから離間して配置され、前記第２回転軸を含む前記第２発電用タービンと、
   前記第１回転軸方向における前記第１端と前記第１端とは反対側の第２端とを含み、前記第１端側において前記第１発電用タービンを支持する前記第１ポッドと、
   前記第２回転軸方向における第１端と前記第１端とは反対側の第２端とを含み、前記第１端側において前記第２発電用タービンを支持する第２ポッドと、
   前記第１ポッドおよび前記第２ポッドを連結する連結部と、
   前記第１ポッドの前記第１端に設けられ、前記第１回転軸に連結されて回転力を液体の圧力に変換する第１液圧ポンプおよび前記第１液圧ポンプに接続された第１配管と、
   前記第２ポッドの前記第１端に設けられ、前記第２回転軸に連結されて回転力を液体の圧力に変換する第２液圧ポンプおよび前記第２液圧ポンプに接続された第２配管と、
   前記第１配管および前記第２配管の両方に接続され、第１液圧ポンプおよび前記第２配管によって発生する前記液体の圧力を回転力に変換する液圧モータと、
   前記液圧モータに連結され、前記液圧モータによって発生する回転力を用いて発電を行う発電機と、を備え、
   前記液圧モータおよび前記発電機は、前記第１発電用タービンおよび前記第２発電用タービンに対して共通に設けられており、
   前記水中浮遊式発電装置の浮心は、前記第１回転軸および前記第２回転軸の両方に平行であって前記第１回転軸および前記第２回転軸から等距離にある仮想平面上に位置するとともに、前記第１回転軸方向における前記第１ポッドの前記第１端と前記第２端との間の領域に位置しており、
   前記液圧モータおよび前記発電機は、前記浮心の位置に対して、前記第１回転軸方向における前記第１ポッドの前記第２端側に配置されるとともに、前記仮想平面上に配置されている、水中浮遊式発電装置。
2. 前記液圧モータおよび前記発電機は、前記連結部に設けられている、請求項１に記載の水中浮遊式発電装置。

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