JPS58104371A - 流れ発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ペンチエリ−管のスロート部に、水車発電機
を装着するとともに、前記ペンチエリ−管の損失抵抗を
外からのエネルギーにょシ排除するようにした流れ発電
装置に関する。

世界最大の海流は、メキシコ湾流である。メキシコ湾流
は、人類が用いる補足的な電力年間総量の７倍のエネル
ギーである。このメキシコ湾流と並んで、世界二大海流
の一つである黒潮を利用する海流発電は、わが国にとっ
ても極めて有望な資源開発である。ｔた、わが国のＭｍ
としては、最大流速１７．３ノ、トに及ぶ鳴門海峡など
が有名である。

従来の公知例の一つは、第１図のように、海面下に中央
をしぼり、そこに極低落差水車発電機を設けたベンチュ
リー管を沈めて発電する。中央をしぼったのは海流を増
速するためである。たとえば、中央部を直径１０ｍとし
て、総合変換効率５ｏｅｓと仮定すると、出力は６９　
ｖｌ　ｋＷ　（ただし、。

は海流の速さａＳＳ）程度期待されるという。

プロペラがスの直径をスロート部の直径の０．４倍とし
て出力を逆算すると、スロート部の流速が１、２８　Ｆ
、の場合の出力に等しい、すなわち、ペンチエリ−管を
前記のようにし埋っても、スロート部の流速は、入口の
流速の１．２８倍に増速され九にすぎない。

上記から明らかなように、ペンチ−エリ−管を海流中に
、流れ方向に設定しても、管路にペンチエリ−管を接続
して流体を圧送する場合と異なル、ベンチュリー管に流
入すべき流体の大部分は、管外に比較して管内の損失抵
抗が大であるから、外側を流れてしまい、ベンチュリー
管による海流エネルギーの効果的発電が行われない。

本発明の目的は、河川流、潮流および海流などの運動エ
ネルギーを最高度に利用するための発電装置を開発する
にある。

ｔｓ２図は、本発明の装置の実施例で、固定設定の場合
である０図において、ｌはベンチュリー管、２はスロー
ト部、３は電動軸流ポング兼水車発電機、　　　　　　
　５はペースである。第３図はその要部拡大図である。

６はプロペラ、７は回転軸、８は電動機、９は発電機、
１０はケーシング、１１は支持板である。すなわち、プ
ロペラ６、回転軸７、電動機８およびプロ（う６、回転
軸７、発電機９等によシ、それぞれ電動軸流ボン！およ
び水車発電機の要部が形成される。プロ（う６は、水車
発電機として一定方向に回転されるとともに、軸流ボン
デとして同じ方向に駆動される。

第４図は本発明の装置の要部平面図、第５図は第４図に
対比する仮想流路図である０図に−おいてペンチエリ−
管１の入口、スロート部、出口の断面積をそれぞれＡＩ
　、Ａ２．Ａ１とし、その長さを１ｂととし、その長さ
ａ’ｂ’＝＝　ａ　ｂなる流路を想定する。

ベンチュリー管１と流路想定図との損失抵抗を比較する
と、ａｂ間では摩擦抵抗、縮流抵抗などが発生するが、
ａ　Ｉ　６１間では損失抵抗はほとんど発生しない。

第２図〜第４図において、電動機８を作動し、その回転
数を水車発電機の定格回転数より少ない回転数で、その
出力を増加して強制流入させると、＆ｂ間と１′ｂ′間
の流量が等しい状態−になる。これは、ａｂ間に発生す
る摩擦抵抗、細流抵抗などが外からのエネルギー、すな
わち、電動軸流Ｉン！の出力と相殺され　ａＺ　ｂ１間
と同じ抵抗になるからである。

したがって、ａｂ間の入口の断面積Ａ１に流入すべき海
流はすべて流入し、入口における大気圧および水深２に
おける圧力の大部分は、スロート部２において縮流され
、高流速に変換される。この高流速の流れは、プロペラ
６に海流エネルギーを与えて出口より流出する。この場
合、プロペラ６は、は埋定格回転数で回転される。よっ
て、軸流１１ｙｆと回転軸７を共有する発電機９によυ
高能率的な発電が行われる。

第２図において、ベンチュリー管１の入口の断面積、流
速および圧力をＡ１．マ１．ｐ１とし、スロート部２に
おけるそれらをＡ２１マ２．ｐ２とし、海水の比重量を
ｒとすれば、ベルヌーイの定理によりｔ九、連続の式よ
り Ｑ宵ム１マ１ツＡ２マ２　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）（１）　、　（２）式より、流速
は 理論流量は なお、大気圧をｐ。とすれば ｐ、−Ｐｇ　＋　ｒＺ　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（５）（至）、（ロ）式より 次に、流れの流向に垂直面にとったエネルギー密度Ｅ　
ｔ　（ｋＷ汐）は、流速マ（シー）とすれば１５　３〜
１５　・・・・・・・・・（７）ＥｆＭｒｖ　ｘ　Ｉ　
Ｆ　ヨ２　ｖ すなわち、エネルギー密度は流速の３乗に比例する。

引例と本発明による発電出力を対比する・前記のように
、引例の出力はＬＱ！６９マｌ　ｋＷである。

これに対し、本発明による発電は、次のとおシである。

プロペラがス部の直径をスロート部２の直径の０．４倍
とすれば、スロート部２の流速マ２は、”、　　　９２
”１０．７マ１ 引例と同じく、総合変換効率５０％とする。前記のよう
に、損失抵抗は軸流ボンデの出力と相殺されるから、（
７）式よシ水車出力Ｌ２　（ｋＷ）は５１箇０．３Ｌ２
と推定すれば、Ｌ２−１４１３６γ１チエリー管１の設
定位置は、出力に応じて水深位置が決定されなければな
らない。

ｐ２ｍＱと仮定して、（６）式から １１ｗ３ｒｖ′−と仮定すれば、２０４２．１ｍよって
、ベンチュリー管１は、海面下少なくとも４２．１ｍ以
上に設定されなければならない。

第６図は本発明の一実施例で、特公昭５２−２２４２１
号（流れ発電装置）の係留方法を適用した場合である。

次に、ベンチュリー管１の設定については、前記のよう
に固定設定および浮遊係留が考えられるが、設定および
係留については、設定状況に応じてその選択が必要であ
る。

第２図〜第４図および第６図では、いずれも電動軸流Ｉ
ンデと水車発電機とを一体的に形成した場合で、構造が
極めて簡単で、装置がコン・ダクト化される。なお、ベ
ンチュリー管１の損失抵抗を相殺させる外からのエネル
ギ一手段は、前記実施例の手段に限定するものではなく
、たとえば、第７図のようにペンチエリ−管１の後端ま
たは前端に電動軸流−ングを装着するようにしてもよい
。

また、ポンプによ・るゾエ、ト流を噴射するなど種種の
設計変更が可能である。

本発明においては、本装置の電動機の電源は、・量、テ
リーあるいは船舶からの電源でよく、−度発電が開始さ
れると、その後はその発電された電源を利用して電動機
を継続的に作動することができる。

以上のように、本発明によれば、石油、ウランなどの燃
料を必要とせず、従来の発電所のような巨大〆ムを必要
としない、ｔた、河川流、潮流、海流などを利用して、
再生産可能なりリーンエネルギーを半永久的に中量する
ことができる。しかも、本発明による発電装置は、高速
流が発生するから高価な減速様を必要とせず、発電装置
の構造が簡単で、最高度のエネルギー変換が可能である
から、他の発電方式に比べて発電コストが格段に低摩で
ある。また、水中に潜入しているから、台風などの影響
をほとんど受けない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の公知例の縦断面図、第２図は本発明の実
施例の縦断面図、第３図は要部拡大図、第４図は実施例
の平面縦断図、第５図は仮想流路図、第６図、第７図は
他の実施例図である。 ｌ−ペンチュＩＪ−管、２・・・スロー）部、３・・・
電動軸ｆＩＬポング兼発電機、６・・・プロペラ、７・
・・回転軸、８・・・電動機、９・・・発電機、１ｏ・
・・クーシング、１１・・・支持板 注）引例：日本の科学と技術１−２．１９７９科学技術
館 特許出願人　斎　藤　国　雄 纂１田 第２図 第３図 第４図 第５団 隻６図 手　　続　　補　　ｉＥ　　　店 昭和５７江７月１４［］ 許庁長官若杉和夫殿 、事件の表示 昭和５６年特許願第２０１７０５月 、発明の名称 流れ発電装置 、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 １１　所　　神奈川県用崎市用崎区本町２丁目５番地２
の７氏名　斎藤国雄 、代理人 住　所　　〒１０５東京都港区西新橋１−１〜２１、補
正の対象　　明細書−全文及び図面、補正の内容　　別
紙のとおり。 明　　　細　　　書 １、発明の名称 流れ発電装置 ２、　　％許請求の範囲 １、水面下の流れの中に配設するペンテエリ管体と、前
記ペンテエリ管体のスロート部に設けた水車発電機とか
ら成夛、前記ベンチュリ管体を流れる流体の抵抗を最小
限度に補償する装置を設けたことを特徴とする流れ発電
機。 ２、前記水車発電機と前記補償装置とが同一回転輪ｔＡ
″値するものとし九特許請求の範囲第１項に記載の流れ
発電機。 １　前記補償装置を電動軸流ポンプとした特許請求の範
囲前記各項のいずれかに記載の装置。 ４、前記補償装置を前記水車発電機とは別個のものとし
、前記ベンチュリ、、管体の下流側に設けて成る特許請
求の範囲第１項また社第３項のいずれかに記載の装置。 ５、前記補償装置を前記水車発電機とは別個のものとし
、前記ペンテエリ管体の上流側に設けて成る特許請求の
範囲第１項または第３項に記載の装置。 ３、発明の詳細な説明 この発明は河川流、潮流および海流などの運動エネルギ
ーの利用装置、よシ詳しく述べれば流れ発電装置に関す
る。 太平洋の日本列島の沿岸には、アメリカのメキシコ湾流
と並んで、極込て流速の速い黒潮と呼ぶ海流が流れてい
る。この世界の二大海流の一つである黒潮のエネルギー
を利用して電力に変換することは、わが国にとっても極
めて有望な資源開発である。 この種、海流エネルギーを電力に変換する方式について
は７、幾つかの提案がある。たとえば、鴨川浩著「莫大
なるポテンシャル」（日本の化学と技術＊　Ｖｏｔ−２
０ｓム］９５−昭和５４都１月１８゜財団法人・日本科
学技術振興財団・科学技術館・発行）第５１頁および第
５・２頁には、海面下に円筒を沈め、その円筒の中央を
しぼって海流を増速するようにしたペンテエリ管の喉部
に極低落差水車発電機を設けて発電することが述べであ
る。それによれば、たとえばコーンの入口と出口の直径
を３０　ｖｎ、中央部を直径１０ｍとして、総合変換効
率５０ｇ６と仮定すると、出力は６９ｖ’ｋＷ（ただし
マは海流の速さ％／、　）程度が期待される旨を述べて
いる。 そこで、プロペラボスの直径をスロート部の直径の０．
４倍として出力を逆算すると、スロート部の流速が１．
２８マの場合の出力に勢しい。すなわチ、ベンチュリ管
を前記のようにしぼっても、スロート部の流速は、入口
の流速の１．２８倍に増速され九にすぎない。 上記から明らかなように、ベンチュリ管を海流中に、流
れ方向に設定しても、管路にベンチュリ管を接続して流
体を圧送する場合と異なシ、ペンテエリ管に流入すべき
流体の大部分は、管外に比較して管内の損失抵抗が大で
あるから、外側を流れてし壕い、ペンテエリ管による海
流エネルギーの効果的発電が行われない。 以上にかんがみて、この発明の主目的は河川流、潮流お
よび海流などの運動エネルギーを最高度に利用すること
のできる流れ発電装置を提供することにある。 この発明の目的はまた流体の流れの中に配設し九ベンチ
ュリ管の管内を流れる流れの摩擦抵抗あるいは細流抵抗
を最小限ｆＯものに補償することのできる流れ発電装置
を提供することにある。 この発明の以上に述べ丸目的と、それ以外の目的および
利益とを明瞭にする喪めに、以下この発明の流れ発電機
の実施例を図面について詳述する。 第１図に示す流れ発電機１０は水の流れ、例えば海流中
に設置するため、海底Ｂに固定するペース１２と、ベン
チュリ管体１４と、ベンチュリ管体１４のスロート部１
６に取付けた電動軸流ポンプ兼水車発電機１８とから成
っている。 電動軸流ポンプ兼水車発電機１８は、第２図に示すよう
に、プロペラ２０を具備する。このプロペラ２０はケー
シング２２内に直列関係に配設した電動機２４と発電機
２６の共通回転輪２８に取付けである。ケーシング２２
は、プロペラ２０がベンチュリ管体１４のスロート部１
６に位置することができるように支持部材３０でベンチ
ュリ管体１４内に固定しである。以上に述べたところか
ら判るように、プロペラ２０は電動機２４の作動によっ
て回転軸２８の回転にしたがい軸流ポンプとしての働き
をすると共に、ベンチュリ管体１４を流れる流体によっ
て回転されて、発電機２６を駆動して電力を発生するこ
とができる。 この発明のようなベンチュリ管体１４を水流中に設置す
ると、ベンチュリ管体１４内を流れる流体には摩擦抵抗
および縮流抵抗などが発生する。 そこで、この発明はこれらの管体内の抵抗を最小限度に
表るように補償する装置を設けである。 すなわち、この発明では電動機２４を水車発電機の定格
回転数よ）低回転数で作動してベンチュリ管体１４内に
強制的に流体を流入させ、ベンチュリ管体１４内を流れ
る流れに加わる摩擦抵抗あるいは縮流抵抗が殆んどゼロ
になるようにする。 このようにすることによって、ベンチユリ管体１４０入
口から管体内に流入した海流は、スロート部１６を通過
し、このスロート部において入口における大気圧と水深
による圧力との大部分は縮流されて高流速のものに変換
される。 このスロート部１６を通る高速の流れによってプロペラ
２０は回転され、回転軸２８によって発電機２６を駆動
し、高効率の発電を行なわせることができる。発電機２
６の出力は、それ自体公知の適当な手段によって取シ出
すことができる。 いま、ベンチュリ管体１４の入口における管体の断面積
：Ａ１ 流速　：　　　Ｖ□ 圧力　：ｐｌ とし、ｔたスロート部１６における 管体の断面積：ム２ 流速　：ｖ２ 圧力　：ｐ２ とし、海水の比重量をｒとすれば、ベルヌーイの定理に
より、 を九、連続の式より Ｑ冨Ａ１マ１＝Ａｔマ２　　・・・・・・・・・・・・
（２）（ｔ）　、　（２１式より、流速は 理論流量は そこで大気圧をｐｏとし、ベンチュリ管体１４０人口の
中心が水深２の位置にあると仮定すると、ｐｌ−ｐ　ｏ
　＋　ｒ　Ｚ　　　　”・・・・・・・・・・・・・・
（５）（１）　、　（５）式より 次に、流れの方向Ｋｆｉ直面にとったエネルギー密度１
ｆ（ｋＷ／Ｉ／）は、流速ｖ（ｍ／ｓ）　とすれば町”
　　ｒｖ５ＸＩＱ−５；　１マ５・・・・・・・・・（
７）２ すなわち、エネルギー密度は流速の３乗に比例する。 そこで、さきに述べ九文献に記載の発電出力（６９マｋ
Ｗ）　　と比較するため、プロペラボス部の直径をスロ
ート部】６の直径の０．４倍とすると、スロート部１６
における流速マ２ｔｉ、（２）式から、”、　　Ｖ２−
１０．７マ１ 前掲文献と同じく、総合変換効率を５０−とする。する
と前記のように、損失抵抗は軸流ポンプの出力と相殺さ
れるから、（７）式よ）水車出力Ｌ２（ｋＷ）ａ、ポン
プ出力をＬｌ（ｋｗ）とすれば、Ｌｔ＝４（１０，７ｖ
１）’Ｘ÷１０２（１−０，４’）ｘ４−Ｌ１＝２０１
９４マ１−ＬＩ Ｌ１＝０．３Ｌ２と推定すれば、Ｌ２　＝　１４１３６
ｖｌ’すなわち、この発明による発電出力は、前記文献
の装置の発電出力のほぼ２０４倍である。なお、この発
明において、ベンチュリ管１４の設定位置は、出力に応
じて水＃！ｚの位置が決定されなければならない。 ｐ２＝０と仮定すると、（６）式から となる。そこでマ１　”　３　ｍ／ｓ　　と仮定すれば
、水深Ｚ＝４２．１ｍ　　である。 よって、ベンチュリ管１４は、海面下束なくと４４２．
１ｍ以上に設定されなければならない。 この発明の流れ発電装置管水中に配設するには、以上に
述ぺたように固定することなく、例えば浮遊係留するこ
ともできる。ま九、ベンチュリ管体１４内を流れる流れ
の抵抗を相殺させる手段としては、第３図に示すように
電動軸流ポンプとなる電動機駆動プロペラ装置４０をベ
ンチュリ管体１４の下ＲＩＩの端１ｆｔＫ設けるか、あ
るいは上流側の端部に設けることができる。ただしこの
場合には、いずれも電動機２４と発電機２６とそれぞれ
の回転軸を別個のものとすることは言うまでもない。 この発明において、電動機を作動するためには外部の適
当な電源としてバッテリーあるいは船舶から電力を利用
することができる。また、発電機が作動研は、その出力
電力の一部をこれに充当することができる。 この発明は以上に述べたところに限定するものでなく、
特許請求の範ＨＫ記載の技術内容において種々変更して
実施することができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の流れ発電機の一実施態様を説明する
ためベンチエリ管体を断面で示す略図、第２図紘その電
動軸流ポンプ兼水車発電機を示す略図、第３図はこの発
明の流れ発電機の別の実施態様を示す略断面図である。 以上の図面において参照符号と構成要素との関係は次の
とおシである。 １０・・・流れ発電機 １２・・・ベース １４・・・ベンチエリ管体 １６・・・スロート部 １８・・・電動軸流ポンプ兼水車発電機２２・・・ケー
シング ２４・・・電動機 ２６・・・発電機 ほか１名 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入口と出口とをもつペンチエリ−管のスロート部に水車
   発電機を装着するとともに、前記ペンチエリ−管の損失
   抵抗を外からのエネルギーにより排除するようにした装
   置を、水面下に流れと同じ方向に設定することを特徴と
   する流れ発電装置。