(57)【要約】【課題】大掛かりな重機を必要とすることなく、発電部を海中に沈めて好適な位置に浮遊させることができ、その結果、発電コストの低減を実現することが可能である海流発電装置を提供する。【解決手段】双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転するタービン３を有する一対の発電部４，４と、これらの発電部４，４同士を並列に連結する連結ビーム５を具備した装置本体２を備えていると共に、この装置本体２を海底Ｂに係留する２本の係留索６，６を備えている。２本の係留索６，６間には、装置本体２の水深方向における位置を調整する位置調整部１０が配置され、位置調整部１０は、海流を受けて生じる抵抗力を装置本体２に対して深度を増す方向の力として係留索６，６を介して伝える帆１５，１５と、この帆１５，１５の海流を受ける面積を変える受圧面積可変機構を具備している。【選択図】図１
2014159750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海流により回転して発電するタービンを有する発電部と、
この発電部を係留する係留索を備えた海流発電装置において、
前記係留索には、前記発電部の水深方向における位置を調整する位置調整部が配置され、
前記位置調整部は、海流を受けて生じる抵抗力を前記発電部に対して深度を増す方向の力として前記係留索を介して伝える抵抗体と、
この抵抗体の海流を受ける面積を変える受圧面積可変機構を具備している
ことを特徴とする海流発電装置。
【請求項２】
前記発電部が少なくとも２本配置される前記係留索により係留され、２本の前記係留索間において前記受圧面積可変機構により展張収束する帆を前記位置調整部の前記抵抗体としてある請求項１に記載の海流発電装置。
【請求項３】
前記位置調整部の前記抵抗体と直交する方向の安定翼体を有する姿勢制御部が備えられている請求項１又は２に記載の海流発電装置。
【請求項４】
前記位置調整部の前記抵抗体が、前記姿勢制御部の前記安定翼体の機能を有している請求項３に記載の海流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海流（潮流）を受けて回転するタービンを有する発電部を備えた浮上及び沈降可能な水中浮遊式の海流発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、海流（潮流）等の海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
このような海水の流れを利用して発電を行う海流発電装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがあり、この海流発電装置は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転する水平軸型のタービンを有する一対の発電部と、これらの発電部同士を並列に連結する連結ビームと、この連結ビームで一体化された一対の発電部を海底に係留する複数本の係留索を備えている。
【０００３】
この海流発電装置では、複数の巻き上げ機で複数本の係留索の長さを変えることで、一対の発電部の深度を制御するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表2010-531956号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような水中浮遊式の海流発電装置において、その一対の発電部は、発電時に海中でタービンを回すことで生じる比較的大きな抗力と釣り合う程度の浮力を有している。
このため、発電に好適な海域に海流発電装置を設置する場合において、タービンを停止させた状態の一対の発電部を海中に沈める際には、一対の発電部の浮力を上回る下向きの力を与える必要があり、上記した海流発電装置では、深度制御用の複数の巻き上げ機で複数本の係留索を巻き上げることで、一対の発電部を海中に沈めるようにしている。
【０００６】
したがって、上記した海流発電装置では、一対の発電部を海中に沈めるにあたって、複数の巻き上げ機（重機）を用いる分だけ、発電コストの上昇を招いてしまうという問題を有しており、これを解決することが従来の課題となっている。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、大掛かりな重機を必要とすることなく、発電部を海中に沈めて好適な位置に浮遊させることができ、その結果、発電コストの低減を実現することが可能である海流発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここで、図６に示すように、上記した水中浮遊式の海流発電装置１において、海中でタービンを回す発電時には、このタービンを回すことで比較的大きな抗力が負荷されることから、海流発電装置１の発電部は、この抗力と釣り合う程度の浮力が備わった構造となっている。
【０００９】
このような海中にて大きな浮力を生じる発電部を大掛かりな重機を用いることなく海中に沈めるために、本発明の請求項１に係る発明では、海流により回転して発電するタービンを有する発電部と、この発電部を係留する係留索を備えた海流発電装置において、前記係留索には、前記発電部の水深方向における位置を調整する位置調整部が配置され、前記位置調整部は、海流を受けて生じる抵抗力を前記発電部に対して深度を増す方向の力として前記係留索を介して伝える抵抗体と、この抵抗体の海流を受ける面積を変える受圧面積可変機構を具備している構成としたことを特徴としており、この構成の海流発電装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
ここで、海流により回転して発電するタービンには、直径約４０ｍのものが用いられ、このタービンを有する発電部は、水深５０ｍ程度の位置にて係留され、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置の場合、発電容量はおおよそ２ＭＷである。なお、この発電容量は仕様等の違いに応じて上下する。
【００１１】
また、発電部は、Ｖ字状やＹ字状に張られる２本の係留索で係留することが望ましいが、係留索の切断といった万が一の場合を想定して、例えば、片側２本ずつの合計４本の係留索で発電部を係留することも考えられる。
そこで、本発明の請求項２に係る海流発電装置では、前記発電部が少なくとも２本配置される前記係留索により係留され、Ｖ字状やＹ字状に張られる２本の前記係留索間において前記受圧面積可変機構により展張収束する帆を前記位置調整部の前記抵抗体としてある構成としており、受圧面積可変機構として、ボールねじ機構や歯車機構やシリンダ機構を採用することができ、帆には、ヨットのセールや網状のものを用いることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る海流発電装置は、前記位置調整部の前記抵抗体と直交する方向の安定翼体を有する姿勢制御部が備えられている構成とし、本発明の請求項４に係る海流発電装置は、前記位置調整部の前記抵抗体が、前記姿勢制御部の前記安定翼体の機能を有している構成としており、安定翼体にも、上記帆と同様にヨットのセールや網状のものを用いることができる。
【００１３】
本発明に係る海流発電装置では、係留索に配置した位置調整部の抵抗体が海流を受けることで生じる抵抗力を発電部に対して深度を増す方向の力として係留索を介して伝えることで、発電部を所望の深度まで沈降させることができる。
加えて、位置調整部の受圧面積可変機構の作動により、抵抗体の受圧面積を調整することができる。
【００１４】
したがって、本発明に係る海流発電装置では、従来の海流発電装置が必要としていた大掛かりな巻き上げ機等の重機を必要とすることなく、発電部に備えられた浮力（海中における発電時に発電部に負荷される抗力と釣り合うだけの大きな浮力）に打ち勝って、発電部を所望の深度まで沈降させたり、発電部の深度を調整したりすることができ、その分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る海流発電装置では、簡単且つ軽量な構造になるので、発電コストの一層の低減が図られることとなり、本発明の請求項３に係る海流発電装置では、発電部のローリングやヨーイングを抑え得ることとなり、本発明の請求項４に係る海流発電装置では、位置調整部の抵抗体が姿勢制御部の安定翼体の機能を有するので、抵抗体とは別に安定翼体を設ける必要がない分だけ、発電コストのより一層の低減が図られることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る海流発電装置では、大掛かりな重機を用いずに発電部を海中に沈めて好適な位置に浮遊させることができ、したがって、発電コストの低減を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例による海流発電装置を示す帆を畳んだ状態を海流の下流側から見た説明図（ａ），帆を拡げた状態を海流の下流側から見た説明図（ｂ）及び装置本体が帆を拡げることで沈降する状況の側面説明図（ｃ）である。
【図２】本発明の一実施例による海流発電装置の一変形例を示す帆を畳んだ状態を海流の下流側から見た説明図（ａ）及び帆を拡げた状態を海流の下流側から見た説明図（ｂ）である。
【図３】本発明の一実施例による海流発電装置の他の変形例を示す帆を大きく拡げた状態を海流の下流側から見た説明図である。
【図４】本発明の他の実施例による海流発電装置を示す安定翼体を畳んだ状態の側面説明図（ａ）及び海流の下流側から見た説明図（ｂ）である。
【図５】本発明のさらに他の実施例による海流発電装置を示す帆を畳んだ状態の装置本体部分を海流の下流側から見た説明図（ａ），（ｂ）である。
【図６】海流発電装置の装置本体が海面浮上時に受ける力と海中における発電時に受ける力とを比較するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る海流発電装置の一実施例を示している。
【００１９】
図１に示すように、この海流発電装置１は、いわゆる双発の水中浮遊式発電装置であって、海流を受けて回転する水平軸型のタービン３を有する一対の発電部４，４と、これらの発電部４，４同士を並列に連結する連結ビーム５を具備した装置本体２を備えていると共に、この装置本体２を海底Ｂに係留する２本の係留索６，６を備えている。
【００２０】
一対の発電部４，４の各タービン３，３は、各々の回転トルクを相殺するべく互いに反対方向に回転する。また、一対の発電部４，４には、深度計や角度センサが内蔵されているほか、海中における発電時に深度の調整を行うためのバラストタンクがそれぞれ内蔵されており、このバラストタンクは、必要に応じて連結ビーム５内にも配置される。
【００２１】
２本の係留索６，６は、各々の一端が連結ビーム５の両端部にそれぞれ接続されていると共に、各々の他端が海底Ｂに設置したシンカー７にそれぞれ接続されている。つまり、２本の係留索６，６は、連結ビーム５とともに逆三角形の隙間を形成するようにして張られており、発電部４，４からの図示しない各送電ケーブルがこれらの係留索６，６に沿うようにして設けられている。
【００２２】
また、この海流発電装置１は、装置本体２の水深方向における位置を調整する位置調整部１０を備えており、この位置調整部１０は、連結ビーム５に沿って配置されたねじ軸１１と、このねじ軸１１に正逆方向の回転力を供給可能なモータ１２と、ねじ軸１１に図示しないボールを介して嵌め込まれて、ねじ軸１１の正逆方向の回転により互いに接近離間する２個のナット１３，１３を具備したボールねじ機構（受圧面積可変機構）を備えている。
【００２３】
この場合、位置調整部１０は、２本の係留索６，６及び連結ビーム５間の上記逆三角形の隙間に配置される２本の可動索１４，１４と、２つの帆（抵抗体）１５を具備している。２本の可動索１４，１４の各一端は上記ボールねじ機構の２個のナット１３，１３にそれぞれ接続され、各他端は上記シンカー７にそれぞれ接続されており、２つの帆１５，１５は、逆三角形の隙間の同じ側に位置する係留索６及び可動索１４間にそれぞれ配置されている。
【００２４】
つまり、位置調整部１０では、モータ１２の作動によるねじ軸１１の一方向への回転によって、互いに離間した状態（図１（ａ）の状態）にある２個のナット１３，１３を２本の可動索１４，１４とともに互いに接近させて、これにより展開する帆１５，１５で逆三角形の隙間を覆った状態（図１（ｂ）の状態）とすることができるようになっている。
【００２５】
このように、位置調整部１０では、２本の係留索６，６及び連結ビーム５間の逆三角形の隙間を帆１５，１５で覆い、これらの帆１５，１５が海流を受けることで生じる抵抗力を装置本体２に係留索６，６を介して伝えることで、図１（ｃ）に仮想線で示すように、装置本体２を所望の深度まで沈降させることができるようになっている。そして、モータ１２を含むボールねじ機構の適宜作動により、帆１５，１５の海流を受ける面積を変更することで、すなわち、受圧面積を変更することで、装置本体２の深度の調整を行うことができるようになっている。
【００２６】
そこで、この海流発電装置１の海面上にて浮遊する装置本体２を所望の深度まで沈降させて発電を開始するまでの要領を説明する。
【００２７】
まず、一対の発電部４，４の各タービン３，３をロックしていずれも回転しないようにしたうえで、位置調整部１０におけるボールねじ機構のモータ１２を作動させ、このモータ１２の作動によるねじ軸１１の一方向への回転によって、互いに離間した状態の２個のナット１３，１３を２本の可動索１４，１４とともに互いに接近させて、これにより展開する帆１５，１５で逆三角形の隙間を覆う。
【００２８】
このようにして、逆三角形の隙間を帆１５，１５で覆うと、これらの帆１５，１５が海流を受けることで生じる抵抗力が装置本体２に係留索６，６を介して伝わり、図１（ｃ）に仮想線で示すように、装置本体２が沈降し始める。
【００２９】
装置本体２の沈降途中において、一対の発電部４，４における各タービン３，３のロックを解除して回転を行わせ、各タービン３，３の回転数が徐々に上がるようにしながら、位置調整部１０におけるボールねじ機構のモータ１２を逆方向に作動させて、このモータ１２の作動によるねじ軸１１の他方向への回転により、展開していた帆１５，１５を徐々に畳む。
【００３０】
そして、装置本体２が所望の深度まで達して、一対の発電部４，４の各タービン３，３が定格回転数で回るようになった時点で、モータ１２を含むボールねじ機構を適宜方向に作動させて、装置本体２が所望の深度を保つように、帆１５，１５の受圧面積を調整した後、発電を開始する。
【００３１】
一方、装置本体２を海面上に浮上させる必要が生じた場合には、発電を停止するのに続いて、一対の発電部４，４の各タービン３，３の回転数を徐々に落としながら、位置調整部１０におけるボールねじ機構のモータ１２を作動させて、このモータ１２の作動によるねじ軸１１の他方向への回転により、適宜受圧面積をもって展開していた帆１５，１５を徐々に畳む。
【００３２】
そして、装置本体２の浮上最終段階において、一対の発電部４，４の各タービン３，３をロックしていずれも回転しないようにしつつ、位置調整部１０によって帆１５，１５を完全に畳む。
【００３３】
上記したように、この実施例による海流発電装置１では、位置調整部１０のモータ１２の作動によって２本の可動索１４，１４を互いに接近させて、２本の係留索６，６及び連結ビーム５間の逆三角形の隙間を帆１５，１５で覆い、これらの帆１５，１５が海流を受けることで生じる抵抗力を装置本体２に伝えることで、装置本体２を所望の深度まで沈降させることができる。
加えて、この実施例による海流発電装置１では、位置調整部１０のモータ１２の適宜方向への作動により、逆三角形の隙間を覆う帆１５，１５の受圧面積を調整することができる。
【００３４】
したがって、この実施例による海流発電装置１では、従来の海流発電装置が必要としていた大掛かりな巻き上げ機等の重機を必要とすることなく、装置本体２が有する浮力（海中における発電時に装置本体２に負荷される抗力と釣り合うだけの大きな浮力）に打ち勝って、装置本体２を所望の深度まで沈降させたり、装置本体２の深度を調整したりすることができ、その分だけ、発電コストの低減が図られることとなる。
【００３５】
この実施例による海流発電装置１では、位置調整部１０の帆１５，１５が、２本の係留索６，６及び連結ビーム５間に形成される逆三角形の隙間をすべて覆い得るように配置されている構成としているが、これに限定されるものではなく、図２に示す一変形例による海流発電装置１Ａのように、一対の発電部４，４における各タービン３，３の回転エリアと重ならないように、位置調整部１０Ａの帆１５，１５を配置してもよい。
【００３６】
また、図３に示す他の変形例による海流発電装置１Ｂのように、２本の係留索６，６のシンカー７側の各端部に跨って位置調整部１０Ｂを構成する昇降リング１７を配置するようにしてもよく、この場合には、２本の係留索６，６を手繰り寄せながら昇降リング１７を上昇させて、仮想線で示すように、帆１５，１５の受圧面積を狭めることで、海流を受けて生じる抗力を減らし得ることとなる。すなわち、帆１５の有効範囲を減らし得ることとなって、潮の流れが速い海域に適したものとなる。
【００３７】
さらに、上記した実施例による海流発電装置１，１Ａ，１Ｂでは、位置調整部１０，１０Ａ，１０Ｂの各帆１５，１５が両開き状態で展開収束するようにしているが、帆１５を片開き状態で展開収束するようにしてもよい。
【００３８】
図４は本発明に係る海流発電装置の他の実施例を示している。
図４に示すように、この海流発電装置１Ｃが先の実施例による海流発電装置１と相違するところは、位置調整部１０の抵抗体である帆１５（図４ではいずれも省略）と直交する方向の安定翼体としての安定翼帆２５を有する姿勢制御部２０が備えられている点にある。
【００３９】
この姿勢制御部２０は、連結ビーム５に直交して配置されたねじ軸２１と、このねじ軸２１に正逆方向の回転力を供給可能なモータ２２と、ねじ軸２１に図示しないボールを介して嵌め込まれて、ねじ軸２１の正逆方向の回転により互いに接近離間する２個のナット２３，２３を具備したボールねじ機構を備えている。
【００４０】
また、この姿勢制御部２０は、２本の可動索２４，２４を具備しており、これらの可動索２４，２４の各一端は上記ボールねじ機構の２個のナット２３，２３にそれぞれ接続され、各他端はシンカー７にそれぞれ接続されており、安定翼帆２５は、可動索２４，２４間に配置されている。
【００４１】
この姿勢制御部２０では、発電部４に内蔵した角度センサが装置本体２のローリングやヨーイングを検出すると、モータ２２の作動によるねじ軸２１の一方向への回転によって、互いに接近した状態（図４（ａ）の状態）にある２個のナット２３，２３を２本の可動索２４，２４とともに互いに離間させ、これにより展開する安定翼帆２５が海流を受けることで生じるシンカー７回りの復元モーメントを装置本体２に伝えることで、図４（ｂ）に示すように、装置本体２のローリングやヨーイングを抑えることができるようになっている。なお、海流が安定していて、ローリングやヨーイングを抑える姿勢制御を行う必要がない場合には、モータ２２の作動によるねじ軸２１の他方向への回転により、安定翼帆２５を畳めばよい。
【００４２】
本発明に係る海流発電装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではなく、例えば、図５（ａ），（ｂ）に部分的に示す海流発電装置１Ｄ，１Ｅのように、海流方向（紙面に垂直な方向）に張り出す矩形状のバー１１Ｄや円形状のバー１１Ｅに沿って可動索１４，１４の各一端１４ａ，１４ａを移動させる構成としてもよく、この場合には、抵抗体が安定翼体としての機能も有することとなって、装置本体２の深度制御及び姿勢制御を同時に行い得ることとなる。
【００４３】
また、上記した各実施例において、いずれも装置本体２をＶ字状やＹ字状に張られる２本の係留索６，６で係留するようにしているが、これに限定されるものではなく、係留索６が切断するといった万が一の場合を想定して、例えば、片側２本ずつの合計４本の係留索６で装置本体２を係留するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  海流発電装置
３  タービン
４  発電部
６  係留索
１０，１０Ａ，１０Ｂ  位置調整部
１１  ねじ軸（ボールねじ機構；受圧面積可変機構）
１２  モータ（ボールねじ機構；受圧面積可変機構）
１３  ナット（ボールねじ機構；受圧面積可変機構）
１５  帆（抵抗体）
２０  姿勢制御部
２５  安定翼帆（安定翼体）
【図１】
2014159750.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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