(57)【要約】【課題】  本発明は海流や潮汐また河川流を利用する、長さが数百メーターにもなるような巨大な垂直水中翼を持つ円形状の翼船台２を、多数環状に配置し回転させて発電する装置に於いて、全体の回転に伴い各翼船台をその二分の一の速度で同方向に回転させる自動制御装置の開発。【解決手段】  翼船台２の外周部に制御翼１７を図に示したように多数設置する。図例で各翼船台２の右側に位置した制御翼１７は回転が拘束されておらず、翼頭側が流れに向って流され抵抗は少ない。制御翼が下方に近づくと前後の水圧差で制御翼は拘束されるまで左回転する。停止位置を最大で半径方向になるまでの範囲で回転させ固定する。左右の制御翼が受ける水圧差が変化し翼船台の回転速度を調整する。翼船台の右側で制御翼の回転が拘束されていない位置で、翼船台の正常な回転位置とのずれを感知し、制御翼の固定する位置を調整して回転速度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直状の巨大な水中翼１を持つ円形の翼船台２を多数環状の回転台３の下方に設置し、回転台３の一回転に対し各翼船台２を同方向に二分の一の速度で回転させ回転力を得る装置に於いて、
（イ）翼船台２の支軸５の中心に翼船台の回転を伝える制御軸１１を設け、それと同軸に    制御台２１を制御軸１１と回転無拘束状に設置する。
（ロ）翼船台２の周囲の水面下に前後で受圧力が異なる制御翼１７を制御に充分な数を配    置し、翼船台２の片側で水流によって流される位置から翼船台２の逆回転方向に９０    度程度を最大として往復回転可能に設置する。
（ハ）制御台２１に取り付けたローラー台２５を回転台３の二分の一の速度で同方向に回    転させ、制御台２１と翼船台２との右または左方向への回転ずれを受けてスイッチ２    ８，２９を働かせて、電気を翼船台２の外周部に多数設けた制御翼１７の制御装置２    ０内のモーター３６に送り、制御翼１７の無拘束時に固定する角度を調整して翼船台    ２の海流に対する左右の圧力差によりその回転速度度を調節する。
以上の構成により海流等の水流力により回転台３を連続して回転させる制御装置。
【請求項２】
制御台２１を回転台３の二分の一の速度で回転させる手段として、制御台２１に直交する軸２６でローラー台２５を小範囲往復回転可能に水平に取り付ける。その中心から両側の対称位置にローラー２２，２３を設置し、制御台２１に求められる回転によるローラーの移動軌跡上に環状（図８）または渦巻状（図９）のガイド１０を常時停止している固定台４等に設置し、ローラー２２，２３を回転台３の一回転毎に環状では両ローラーが共にガイドの位置にあるとき、また渦巻き状では半径方向にあるときに入れ替えて、回転台３の二回転毎に制御台２１を正確に一回転させる回転装置。
【請求項３】
前項のローラー２２，２３のガイド１０への入れ替え手段として、図５に示したように制御台２１に直交する軸２６でローラー台２５を小範囲往復回転可能にし、入れ替え位置に達すると固定されたローラー３１等でローラー台２５の進行方向の後側の突起３０等を押し動かして、入っているローラーを外し反対側の外されているローラーをガイドに挿入する自動入れ替え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  巨大な垂直状の水中翼１を持つ直径百から数百メートルになるような巨大な翼船台２を、直径１，０００メートルを超えるような環状の回転台３に多数設置して回転力を得る発電装置に於いて、回転台３の回転に伴い各翼船台２を回転台３の二分の一の速度で同方向に回転させる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  風力発電に利用されているプロペラ型などと同様の形式のものを海中に設置した発電機が既に実用化されているが、出力が一台で数万から数十万キロワットを超えるような大型化は難しく、海流発電は広く実用化されるに至っていない。【０００３】  本発明の対象となる巨大な翼船台２による発電装置にも実用化に問題がある。特に翼船台２が巨大化する程求められる正確な回転位置即ち回転速度の制御は、実用化の為に必ず解決しなければならない技術である。
【先行技術文献】
【０００４】      特許願        特願２００７−７５５５５
受付日        平成１９年２月２３日
発明の名称    復動回転により揚抗力を利用する風水力翼車
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  幅が百メートル以上にもなる大型の垂直状の水中翼１を取り付けた、巨大な多数の翼船台２を環状の回転台３の下方に回転無拘束状態で設置し、全体即ち回転台３の一回転に対してそれぞれの各翼船台２を、その二分の一の速度で同方向に回転させる。それにより水中翼１を連続して回転させるために必要とする角度を維持し、水中翼１が受ける揚抗力により発生する回転台３の回転力によって発電する装置の実用化を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  翼船台２の回転方向は図例では環状の回転台３と同じ右方向で、回転台３が一回転すると各翼船台２はその二分の一程回転させる必要がある。海流との相対速度の左右側での変化等で完全な等速でなくても左右両端で、図１に示したように流れに対し９０度と０度になるようにする。【０００７】  その解決手段として翼船台２の周囲の海面４３下に多数の制御翼１７を設置し、その固定する角度を制御して翼船台２が受ける海流による左右の圧力差によって翼船台２の回転を制御する。図４で制御翼１７の左回転方向への最大９０度程度の往復回転と固定位置の制御は、翼船台２の回転位置の正常位置とのずれを感知して行う。その制御方法は制御翼１７を直接駆動するのではなく、各種センサーを利用して制御翼１７の翼軸１９を固定する固定枠３３の位置を無負荷時に小動力によって移動させて固定位置を制御する手段による。図例で示したものは機械的手段によって翼船台２の回転位置のずれを感知してスイッチを働かせ、固定枠３３を動かして固定し制御翼１７の固定角度を制御する。尚支軸５で支えられている翼船台２は制御翼１７を除くと、どの位置にあっても左右側の受ける流圧はほぼ等しく、また極めて大きな慣性力を持っているので小さな制御翼１７の左右の流圧差によって回転速度の制御は十分に可能となる。【０００８】  図１で全ての翼船台２の制御翼１７がその中心より右側に位置するとき、図４の翼軸１９に取り付けられた固定突起３５は無拘束状態となり流れに沿って流され、翼の受ける抵抗は極く少くなる。下端から左側になると水流圧により左回転を始め、０度から最大９０度の範囲で停止させる位置まで移動して固定し、制御翼１７の受ける水圧を調整して翼船台２の左右の抵抗差により必要な回転力を正確に維持できる。
【発明の効果】
【０００９】  巨大な水中翼１を持つ直径が百から数百メートルになるような翼船台２の回転位置の修正を動力を利用して直接駆動するには、極めて強大な装置と動力を必要とする。本発明では制御翼１７の翼軸１９が無負荷時にストッパーである固定枠３３を小出力のモーターによって僅かに移動させ、翼船台２の回転位置の修正に必要な動力は全て水流力によるので翼船台２の回転位置のずれを修正する直接の駆動装置は必要としない。当然ずれが無い場合は補正のための駆動は必要なく、また連続して運転するので常時頻繁に微修正しているので短時間の極く少量の駆動で制御できる。【００１０】  図例のような巨大化した装置によって数十万キロワットになるような発電装置の実用化が可能となり、また巨大化によって津波等による高波に対する耐性も高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】  本発明の適用対称である海流発電装置の平面図。
【図２】  図１の線Ａ−Ａに沿う縦断面図。
【図３】  図２の感知装置７の内部を示した縦断面図
【図４】  図２の左端に示した制御装置２０の水平断面図。
【図５】  図３の線Ｂ−Ｂに沿う縦断面図。
【図６】  図５のＣ−Ｃに沿う水平断面図。
【図７】  図５の線Ｄ−Ｄに沿う水平断面図。
【図８】  正常な回転角度を保つローラー台２５の動きを示した図。
【図９】  ローラー台２５の駆動方法の他例を示した図。
【図１０】  同上。
【図１１】  同上。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。
【実施例】
【００１３】  図１は本発明を適用した海流発電装置の構造を示した平面図で、巨大な環状の回転台３に６基の大型、例えば直径が二、三百メートルになるような垂直状の水中翼１を持つ円形状の翼船台２が支軸５で回転無拘束で取り付けられている。左端に位置する翼船台２の制御翼１７は大きく拡大して示している。翼船台２には点線で示した垂直の水中翼１が設けられ、海流に対する角度は図例では左側で９０度、右側では０度即ち水流と平行になるように制御して、揚抗力により回転台３と共に右方向に回転する。仮に左端付近では海流と翼船台２の相対速度が二分の一、右端付近では１．５倍になるとしても強大な揚抗力を受け強力な回転力となる。なお下方の矢印は海流の方向を示している。【００１４】  回転を連続して維持するには、翼船台２の水中翼１が受ける海流による揚抗力を効果的に利用する為、翼船台２を支えている回転台３が図例で右方向に一回転すると、それぞれの翼船台２はほぼ正確にその二分の１の速度で右回転するように制御する。それによって各翼船台２の水中翼１は図１に示したような角度の変化を保ち回転台３を連続して回転させる事が可能となる。回転台３の上方に繋留索１６により繋留されている環状の固定台４を設け、回転台３との間に設置した環状レール８と台車９を設けて回転台３を支え、その台車の車輪による回転力を利用して発電する装置としている。また繋留力を増強するため回転台３の周囲特に海流方向の反対側に多数の受ローラー１５を配置して固定台４で支え、環状レール８と台車９は主に回転力を得る手段とするようにもできる。また受ローラー１５は繋留の為だけでなくその回転力によっても発電に利用できる。【００１５】  海流の流速が毎秒１〜２メートル、回転台３の各位置での回転速度をその二分の一と仮定して、回転台３が一時間に一回転と極く低速で回転する場合では、台車９の車輪径を０．５〜１メートル程度と仮定すると、車輪を毎秒一回転から半回転程度回転させる事が可能である。この速度はプロペラ型の風力発電の回転速度と同程度で十分発電に利用できる。仮に台車９一台で２千キロワット程度としても、１００から２００台で２０万から４０万キロワット程度となる。【００１６】  また回転台３の全周囲に固定した歯車を設け、これに固定台４に取り付けた発電機に入力する歯車を噛み合わせるようにして発電機を駆動し、台車９は固定台４と回転台３の回転を支架する働きのみとすることも可能である。【００１７】  翼船台２は回転台３の下方に設けた垂直状の支軸５の下端部の球面軸受６とスプリング１４で支え、揺れを吸収して回転は無拘束で支架されている。支軸５は翼船台２の保持のみで回転力は伝達されないが、翼船台２の回転は下方の自在継手１３を経由して支軸５の中の制御軸１１によって回転台３の上部の感知装置７に伝達される。また制御軸１１の中心部は中空の配線孔１２としている。【００１８】  翼船台２を効果的に回転させるには翼船台２下方の水中翼１の回転位置を、図１のように正確又はずれをなるべく少なくする必要がある。その制御手段について図３から図１１によって説明する。【００１９】  支軸５の中心に設けられた制御軸１１上端部の感知装置７内で制御台２１が制御軸１１と回転���拘束状で同軸上に軸架されている。制御台２１には水平方向の軸２６で支えられたローラー台２５が支架され、その左右両側には図６に示したようにアーム状になった先端部に、ローラー２２，２３が直線上に対称に取り付けられている。【００２０】  図５のようにローラー台２５は軸２６を中心として図例では１０度程度左右に回転可能で、制御台２１の側面の凹部３８とバネで支えられた鋼球３９によりその固定位置を保つ。上下して片方のローラー２２がガイド１０内に位置するときは、反対側のローラー２３はガイド１０から外れるようになっている。【００２１】  ローラー台２５は翼船台２の水中翼１に求められる図１の角度を保持して回転するよう、ガイド１０がローラー２２，２３の正確な回転軌跡上に形成され固定台４側に取り付けられている。図８，９は説明上これらを大きく拡大して示している。翼船台２の中心位置にある制御台２１が回転軌跡４０上を一回転するとローラー台２５は二分の一回転し、そしてローラー２３，２３は入れ替わって交互にガイド１０に入るようにする。その交代位置は図８例の環状のガイド４１では両方がガイドの真下に位置する右端位置で、また図９の渦巻き状ガイド４２では半径方向になる左端位置で行う。【００２２】  翼船台２が求められる角度を保って図１のように回転すると制御軸１１と制御台２１との間でずれは発生せずに回転を続ける。また制御台２１の上部には図７に示した制御環２４が形成されている。環状の制御環２４の内側は図のように半径が上下で異なり上側は半径が小さく内側に出ている。翼船台２と同時回転する制御軸１１が右方向にずれると制御軸１１上面に設置した左側のスイッチ２８が、左方向にずれると右側のスイッチ２９が働く。ずれが大きくなるほどスイッチが働く時間が長くなる。このスイッチは翼船台２外周部の制御翼１７の固定位置を決める制御装置２０内のモーター３６と接続している。ローラー２７によりスイッチをスムーズに作動させる。ローラー台２５やローラー２２，２３またガイド１０などはスイッチ２８，２９を駆動するだけのもので、極く軽構造のもので対応できる。【００２３】  ローラー台２５とガイド１０との関係を図８と図９により説明する。翼船台２の支軸５と同軸上に設けた制御台２１の中心の回転軌跡４０は鎖線で示している。ローラー台２５の両側に取り付けられたローラー２２，２３の片方が固定台４に設置されているガイド４１または４２内に入れられている。図５で示した左側のローラー２２がその状態を示し、反対側のローラー２３がガイドから外れている。【００２４】  図８のガイド４１は環状で右端部でローラー２２が下がり、ローラー２３が上がって入れ替わる。このローラーの入れ替えを図例では図５に示したように、ローラー台２５上面の突起３０と、ガイド１０上面に取り付けたローラー３１により、図では左から右に動く回転を利用して自動的に行う。一回転して再び右端部に戻るとローラー台２５は半回転してローラーの位置は図と逆にローラー２３が上に２２が下になる。この動作を繰り返して翼船台２に必要な正常角度を常時補正に利用できる。【００２５】  図９のガイド４２は渦巻き状で、左端部でローラー台２５が回転軌跡４０の半径方向にあるとき���ローラーを入れ替える方式である。ローラー２２と２３の上下動は図例の回転移動のほか、ローラー支持軸の垂直方向の上下動とする方式も選択できる。【００２６】  海流などは一般的に時間単位で流速の変化は極く少なく、また装置全体で巨大な回転慣性力を伴っているいるので、正常に回転しているときは翼船台２の角度のずれは微少でその調整量は僅かで済む。【００２７】  図４は翼船台２の外周部の海面４３下に設置された制御翼１７の流れに対する角度を、０度から最大９０度程度（点線で示した制御翼１８の位置）に移動させて角度を調整する装置である制御装置２０内部の水平断面図である。翼船台２の右側に位置するときの状態を表したもので、支軸１９に固定された固定突起３５は固定枠３３に拘束されておらず制御翼１７は海流に流されている状態のものである。【００２８】  制御翼１７の翼軸１９が無拘束時に固定枠３３を動かすので、モーター３６に掛かる負荷は少なく小出力で済む。無負荷の状態では支軸１９に取り付けられた突起３４によってスイッチ３２を作動させて電源を入れ、図７のスイッチ２８，２９に接続してずれが生じた場合には右又は左方向に回転させて固定枠３３の位置を制御する。制御翼１７が左方向に一定量回転すると突起３４も回転してスイッチ３２は切られ固定枠３３は停止しウォームギア３７によって翼軸１９の回転を止め固定する。拘束力が不十分の場合はウォームギアを２段としたり適当なロック装置を併用して対処する。【００２９】  全体即ち回転台が一回転すると翼船台２は二分の一回転するので、回転台３が二回転するとその翼船台２全ての角度調整が可能となる。【００３０】  翼船台２の制御翼１７が最上部を通過すると、制御翼１７は前後に掛かる海流の圧力差により右方向に回転して無拘束状態になり、翼船台２の右側では再び図４の状態となる。【００３１】  図８の左側でローラー２２がガイド４１に入っている状態の例を示しているが、内側のローラー２３とするようにガイドを設けても良い。また図９も内側から始まり外側で終わるようにもできる。ただローラーの入れ替えは入ったローラーが先行するので（００２４）項のような方式でなく、別の装置を設ける必要がある。【００３２】  図１０は両ローラーの入れ替えをせず常時ガイド内を移動するようにした例で、２条のガイド内を一回転毎にローラーを入れ替えて移動させ図８例と同様に駆動する。しかしローラー台の回転慣性力が微小なので２条のガイドの左右部分での入れ替え制御が難しい。同様に図１１のようにローラーを片側のみとした場合でも同様に入れ替えと回転方向の維持がかなり不安定となる。（点線は２回転目の状態を示している）【００３３】  装置全体の受ける海流圧は水中翼１の角度から抗力の大きい図例では左側が非常に大きくなるので、安定した繋留を保つため左右対称に動く二基を設けて結合しバランスを保たせて安定させられる。図例では繋留索１６によって海底に固定するようにしているが、島や岩礁などに放射状等の索で固定台４を繋留したり、固定台４を設けず回転力を中心部に伝達させる方法も選択できる。その場合はガイドやローラーに換わる回転制御装置が必要になる。【００３４】  実施例では溝状のガイドと水平状のローラーと���組み合わせによって回転位置制御をしているが、単線状のガイドと一対の自由軸で支えた垂直状の滑車との組み合わせでも同様に対応できる。【００３５】  実施例では翼船台２の回転を中心に設けた制御軸１１で上方に伝え、制御台２５との回転ずれを感知して翼船台２の回転速度を制御している。同様に制御台２５の回転を制御軸２５によって下方に伝え翼船台２との回転ずれによってスイッチを働かせても制御することが可能である。【００３６】  上記の実施例では回転を制御するための制御翼１７は垂直軸によって支えられているが、水平軸即ち放射状にした制御翼ても同様の働きをする。
【符号の説明】
【００３７】          １  水中翼                        ２  翼船台
３  回転台                        ４  固定台
５  支軸                          ６  球面軸受
７  感知装置                      ８  環状レール
９  台車                        １０  ガイド
１１  制御軸                      １２  配線孔
１３  自在継手                    １４  スプリング
１５  受ローラー                  １６  繋留索
１７  制御翼                      １８  制御翼
１９  翼軸                        ２０  制御装置
２１  制御台                      ２２  ローラー
２３  ローラー                    ２４  制御環
２５  ローラー台                  ２６  軸
２７  ローラー                    ２８  スイッチ
２９  スイッチ                    ３０  突起
３１  ローラー                    ３２  スイッチ
３３  固定枠                      ３４  突起
３５  固定突起                    ３６  モーター
３７  ウォームギァ                ３８  凹部
３９  鋼球                        ４０  回転軌跡
４１  ガイド                      ４２  ガイド
４３  海面
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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