(57)【要約】【課題】水中浮遊式の海流発電装置においても、ポンプ性能を悪化させることなく円滑な注排水を行うことができ、ひいては迅速な浮力調整を行うことができる海流発電装置を提供すること。【解決手段】海流発電装置（１）のポッド（２）に、タービン（４）のハブ部（５）から海流下流側に、浮体（１０）を介して海面上にて開口する空気管（９）を延ばし、バラストタンク（１３）の排水時には、当該空気管（９）を介して海面上からバラストタンク（１３）内に空気を吸入する。【選択図】図３
2014214603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水の流れにより回転するタービンと、
前記タービンを支持し、且つ、当該タービンの回転により発電する発電部を収容したポッドを備えた水中浮遊式の海流発電装置において、
注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、
一端は海面上にて開口し、他端は前記浮力調整部に接続され、当該浮力調整部と海面上とを連通する空気流通手段と、
を備えたことを特徴とする海流発電装置。
【請求項２】
前記空気流通手段は、前記ポッドの前記タービンより海流の下流側から前記海面上に延びた管部材であることを特徴とする請求項１記載の海流発電装置。
【請求項３】
前記空気流通手段は、前記ポッドから海面側に延びた硬質な第１の管部材と、当該第１の管部材の先端から海面上に延びた柔軟な第２の管部材と、からなることを特徴とする請求項１記載の海流発電装置。
【請求項４】
前記空気流通手段は前記ポッドに対し伸縮可能であることを特徴とする請求項２又は３記載の海流発電装置。
【請求項５】
前記空気流通手段はテレスコピック機構からなる管部材であることを特徴とする請求項１記載の海流発電装置。
【請求項６】
前記空気流通手段は、前記浮力調整部の排水を行う際に当該浮力調整部に空気を吸入することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の海流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン及び発電機を備えるポッドの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。
【背景技術】
【０００２】
近年、海流や潮流等の海水の流れのエネルギーを利用して発電を行う海流発電装置が開発されている。
一般的に海流発電装置は、海水の流れを受けて回転するタービンを水中に配置し、当該回転により発電機を駆動して発電を行う。当該タービンとしては、回転軸が海水の流れに対して平行（水平）となる水平軸型タービンや、回転軸が海水の流れに対して垂直となる垂直型タービン等がある。
【０００３】
具体的な海流発電装置としては、上面視で三角形の各頂点に配設された３本の中空コラムのそれぞれに、海水の流れを受けて回転するプロペラ水車（水平軸型タービン）を備え、当該プロペラ水車の回転により駆動して発電を行う半没水式の海流発電装置が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の半没式の海流発電装置の場合は、中空コラムにおける注排水によりプロペラ水車を没水させた稼働状態と、プロペラ水車を海面上に露出させた保守状態との間で状態を変化させることができる。
一方、海流発電装置としては、タービン及び発電装置を内部に備えたポッドを完全に海水内に沈めて、当該ポッドを海底から係留して浮遊させるいわゆる水中浮遊式の発電装置もある。このような方式の発電装置においては、ポッド内にバラストタンクを設け、当該バラストタンクの注排水によりポッドの浮力調整を行う構成が考えられる。しかしながら、ポッドが水中にある状態で、バラストタンクの排水を行うとバラストタンク内部が低圧化し、それに伴い排水を行うポンプの負荷が高まるという問題がある。また、注水時にバラストタンク内部の空気を抜けなければバラストタンク内部が高圧化し、注水を行うポンプの負荷が高まる。
【０００６】
その他の浮力調整手段としては、予め固定バラストを設けておき、浮上の際に当該固定バラストを海中内で投棄することで浮上を行う方法がある。ただし、当該方式では、固定バラストを投棄すると再度沈降することは困難となり、細かな浮力調整を行うことができなくなるという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、水中浮遊式の海流発電装置においても、ポンプ性能を悪化させることなく円滑な注排水を行うことができ、ひいては迅速な浮力調整を行うことができる海流発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の海流発電装置では、海水の流れにより回転するタービンと、前記タービンを支持し、且つ、当該タービンの回転により発電する発電部を収容したポッドを備えた水中浮遊式の海流発電装置において、注水又は排水することで浮力を調整する浮力調整部と、一端は海面上にて開口し、他端は前記浮力調整部に接続され、当該浮力調整部と海面上とを連通する空気流通手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の海流発電装置では、請求項１において、前記空気流通手段は、前記ポッドの前記タービンより海流の下流側から前記海面上に延びた管部材であることを特徴としている。
請求項３の海流発電装置では、請求項１において、前記空気流通手段は、前記ポッドから海面側に延びた硬質な第１の管部材と、当該第１の管部材の先端から海面上に延びた柔軟な第２の管部材と、からなることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の海流発電装置では、請求項２又は３において、前記空気流通手段は前記ポッドに対し伸縮可能であることを特徴としている。
請求項５の海流発電装置では、請求項１において、前記空気流通手段はテレスコピック機構からなる管部材であることを特徴としている。
請求項６の海流発電装置では、請求項１から５の何れかにおいて、前記空気流通手段は、前記浮力調整部の排水を行う際に当該浮力調整部に空気を吸入することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記手段を用いる本発明によれば、水中浮遊式の海流発電装置において、注排水により浮力を調整する浮力調整部に海面上と連通する空気流通手段を設けることで、当該浮力調整部から排水が行われる際に海面上から空気を吸入することができる。
これにより、浮力調整部の低圧化を防ぎ、水中浮遊式の海流発電装置においても、ポンプ性能を悪化させることなく円滑な排水を行うことができ、ひいては迅速な浮力調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る海流発電装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るポッドの内部構成図である。
【図３】第１実施形態に係る海流発電装置の稼動状態を示す説明図である。
【図４】第２実施形態に係る海流発電装置の稼動状態を示す説明図である。
【図５】第３実施形態に係る海流発電装置の稼動状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る海流発電装置の全体構成図が示されている。
図１に示すように、海流発電装置１は、左右一対のポッド２、２が連結ビーム３により接続されており、各ポッド２、２の尾部にタービン４、４が設けられたいわゆる双発の海流発電装置である。
【００１３】
タービン４は、回転中心にあるハブ部５から、回転軸方向に対し垂直に互いに相反する方向に向けて２枚のブレード６、６が延びている。これら左右一対のポッド２、２に設けられたタービン４、４は、回転方向が逆方向であり対向回転することで、両タービン４、４の回転に伴う回転トルクを相殺するものである。
各ポッド２の下面中央部分にはそれぞれ係留索７の一端が接続されており、当該各係留索７は途中で合流して全体としてＹ字状をなし、当該係留索７の他端はシンカー８に接続されている。シンカー８は海底に固定され、係留索７を介してポッド２、２を係留している。なお、図示しないが当該係留索７と並行して各ポッド２、２からは送電ケーブルも延びており、当該送電ケーブルは海底に設けられた変圧器に接続されている。
【００１４】
また、各ポッド２、２の尾部においては、タービン４、４のハブ部５、５から海流の下流側に向けて空気管９、９（空気流通手段）が延びている。当該空気管９、９は柔軟な素材で形成されており、一端部には水に浮く浮体１０、１０が接続されている。当該空気管９、９は、ポッド２、２が水中に浮遊しているときにも浮体１０、１０が海上に浮かぶよう十分な長さを有している。そして、浮体１０、１０は空気管９、９の一端を塞ぐことなく、海上にて開口するよう構成されている。
【００１５】
次に図２を参照すると、一方のポッド２の内部構成が示されている。なお、他方のポッド２も同様の構成をなしていることから、他方のポッド２の説明は省略する（以下、図３、４も同じ）。
図２に示すように、ポッド２内には、タービン４のハブ部５と回転軸１１を介して接続された発電機１２（発電部）が設けられている。当該発電機１２は、ブレード６、６が海水の流れを受けハブ部５を回転させるのに伴って、回転軸１１が回転することで発電を行い、図示しない送電ケーブルを介して送電を行うものである。
【００１６】
また、ポッド２内には、当該ポッド２の浮力を調整するバラストタンク１３（浮力調整部）が設けられている。バラストタンク１３にはバラストタンク１３内部に貯留された水（海水）を外部に排水することが可能であり、且つ内部に水（海水）を注水することが可能な注排水ポンプ１４が設けられている。
さらに、当該バラストタンク１３には、吸排気ポンプ１５を介して空気管９の他端が接続されている。空気管９は、ポッド２内部においてタービン４の回転の影響を受けないように、ハブ部５から回転軸１１、発電機１２を通って吸排気ポンプ１５まで延びている。こうして空気管９はバラストタンク１３と海面上とを連通している。
【００１７】
当該吸排気ポンプ１５は、注排水ポンプ１４によるバラストタンク１３からの排水が行われる際に、排水した水の量に応じて、空気管９を介して海面上から空気をバラストタンク１３内に吸入するものである。また当該吸排気ポンプ１５は、注排水ポンプ１４によるバラストタンク１３への注水が行われる際には、バラストタンク１３内の空気を空気管９を介して海面上の外部に排出するものである。
【００１８】
以下、このように構成された海流発電装置の作用効果について説明する。
図３を参照すると、第１実施形態における海流発電装置の稼動状態を示す説明図が示されており、以下同図に基づき説明する。
図３に示すように、水中にて係留索７を介して係留されて浮遊するポッド２は、海流の方向に対向した姿勢となる。そして、当該海流による海水の流れを受けてタービン４が回転することで発電機１２による発電が行われる。当該ポッド２はタービン４が回転して負荷がかかることで係留索７が張り、当該係留索７とシンカー８との接続部分を支点に下流側に移動するとともに沈降していく。バラストタンク１３は、タービン４の回転による負荷を受けた状態で適切な水深で留まるように内部の水量が調整される。
【００１９】
このとき、水に浮く浮体１０は海面上に浮かび、ハブ部５から後方に延びている空気管９は海流によりポッド２よりも下流側に流されながら海面へと延び、浮体１０を介して海面上にて開口する。
海流の強さが変化する等してポッド２の浮遊位置を微調整するため、又はメンテナンスのために、ポッド２を浮上させる必要があるときには、バラストタンク１３内の水を注排水ポンプ１４により排出（排水）する。また、これと同時に吸排気ポンプ１５は、バラストタンク１３からの排水量に応じて、空気管９を介してバラストタンク１３内に空気を吸入（吸気）する。
【００２０】
このように、バラストタンク１３の排水とともに、海上まで延びた空気管９を介して外部から空気を吸入することで、バラストタンク１３内の低圧化を防ぐことができる。これにより注排水ポンプ１４に過度な負荷がかかることはなく、円滑な排水を行うことできる。
また、ポッド２の浮遊位置の微調整するためにポッド２を沈降させる必要があるときには、注排水ポンプ１４によりバラストタンク１３内に水（海水）を注入（注水）する。そして、これと同時に吸排気ポンプ１５は、バラストタンク１３への注水量に応じて、空気管９を介してバラストタンク１３内の空気を排出（排気）する。
【００２１】
この場合においても、バラストタンク１３の注水とともに、空気管９を介して海面上に空気を排出することで、バラストタンク１３内の高圧化を防ぐことができる。これにより注排水ポンプ１４に過度な負荷がかかることはなく、円滑な注水を行うことができる。
また空気管９は、ポッド２の尾部にあるタービン４のハブ部５から下流側に延びていることから、海流により流された場合であってもブレード６に干渉することなく安全に吸排気を行うことができる。
【００２２】
これらのことから本実施形態における海流発電装置は、バラストタンク１３内部の低圧化及び高圧化を防ぎ、水中浮遊式の発電装置においても、ポンプ性能を悪化させることなく円滑な排水を行うことができ、ひいては迅速な浮力調整を行うことができる。
以上で本発明に係る海流発電装置の第１実施形態についての説明を終えるが、第１実施形態は上記構成に限られるものではない。
【００２３】
例えば、上記第１実施形態の構成に加え、ポッド２内に空気管９の巻き取り装置を設け、空気管９を当該ポッド２に対して伸縮可能な構成としても構わない。当該巻き取り装置を設けることで、吸排気の必要がないときには空気管９を巻き取ることで、当該空気管９が延びていることによるポッド２にかかる負荷の増大や、空気管９と障害物との接触等を防ぐことができ、より安全で効率のよい運用を実現することができる。
【００２４】
また、図３において鎖線で示されているように、浮体１０を航路標識１６に代えても構わない。このように浮体１０を航路標識１６とすることで、別途航路標識を設ける必要がなくなる。
また、空気管９はタービン４のハブ部５以外にも、回転するブレード６に干渉しない位置であれば他の部分から延ばした構成であっても構わない。
【００２５】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図４を参照すると、第２実施形態における海流発電装置の概略構成図が示されている。なお、当該第２実施形態における海流発電装置において、上記第１実施形態の構成と同様の構成については同様の符号を付し、詳しい説明を省略する。
図４に示す海流発電装置２０は、上記第１実施形態の海流発電装置１の各ポッド２に設けられた空気管９及び浮体１０に代えて、テレスコピック機構により伸縮可能な空気管２１（空気流通手段）が設けられている。
【００２６】
当該空気管２１は、海流発電装置２０の稼働時においてはポッド２の頭部側から先端が海面上にて開口するよう延出する。また当該空気管２１は、海水の流れに対抗し得る硬質な材料で形成されている。また、空気管２１は、根元部において吸排気ポンプ２２を介してバラストタンク１３と連通している。
このように構成された第２実施形態における海流発電装置２０は、ポッド２を浮上させる場合には、バラストタンク１３内の水を注排水ポンプ１４により排出するとともに、吸排気ポンプ２２により、海面上まで延出した空気管２１を介してバラストタンク１３内に空気を吸入する。また、ポッド２を沈降させる際には、注排水ポンプ１４によりバラストタンク１３内に水を注入するとともに、吸排気ポンプ１５により空気管２１を介してバラストタンク１３内の空気を排出する。
【００２７】
空気管２１の伸縮するタイミングは注排水ポンプ１４の性能に基づいて設定されている。例えば注排水ポンプ１４の効率を監視し、空気管２１の伸縮時間を考慮した上で、排水又は注水の効率が予め定めた所定値より悪化し始める時期を空気管２１の伸縮を開始する時期と設定する。
これにより、上記第１実施形態と同様に、バラストタンク１３内が低圧化及び高圧化することはなく、当該バラストタンク１３への円滑な排水及び注水を行うことできる。
【００２８】
また空気管２１は、海水の流れに対抗し得る硬質な材料で形成されていることで、ポッド２の頭部側から延出していてもブレード６に干渉することなく安全に吸排気を行うことができる。
さらに、当該空気管２１はテレスコピック機構により伸縮可能であることで、吸排気の必要がないときには空気管２１を収縮させ、ポッド２内に収納することができる。これにより上記第１実施形態と同様に、空気管２１が延びていることによるポッド２にかかる負荷の増大や、空気管２１と障害物との接触等を防ぐことができ、より安全で効率のよい運用を実現することができる。
【００２９】
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図５を参照すると、第３実施形態における海流発電装置の概略構成図が示されている。なお、当該第３実施形態における海流発電装置において、上記第１実施形態の構成と同様の構成については同様の符号を付し、詳しい説明を省略する。
図５に示す海流発電装置３０は、上記第２実施形態のテレスコピック機構の空気管２１に代えて、硬質な素材からなる第１空気管３１ａ（第１の管部材）と柔軟な素材からなる第２空気管３１ｂ（第２の管部材）とが連結された連結空気管３１（空気流通手段）が設けられている。
【００３０】
第１空気管３１ａは、海流発電装置３０の頭部側から海面に向けてブレード６の長さよりも長く延びている。当該第１空気管３１ａは、根元部において吸排気ポンプ３２を介してバラストタンク１３と連通している。
第２空気管３１ｂは、第１空気管３１ａの先端から海面上まで延び、先端には上記第１実施形態と同様の浮体３３が設けられている。また、第２空気管３１ｂは、例えばポッド２内に巻き取り装置を備えることで、第１空気管３１ａ及びポッド２内に巻き取り可能である。
【００３１】
このように構成された第３実施形態における海流発電装置３０は、ポッド２を浮上させる場合には、バラストタンク１３内の水を注排水ポンプ１４により排出するとともに、吸排気ポンプ３２により、海面上まで延出した連結空気管３１を介してバラストタンク１３内に空気を吸入する。また、ポッド２を沈降させる際には、注排水ポンプ１４によりバラストタンク１３内に水を注入するとともに、吸排気ポンプ１５により連結空気管３１を介してバラストタンク１３内の空気を排出する。なお、第２空気管３１ｂを伸縮させる時期については、例えば上記第２実施形態の空気管２１と同様とする。
【００３２】
これにより、上記第１及び第２実施形態と同様に、バラストタンク１３内が低圧化及び高圧化することはなく、当該バラストタンク１３への円滑な排水及び注水を行うことできる。
また連結空気管３１のうち第１空気管３１ａはブレード６の長さよりも長く延びており、当該第１空気管３１ａの先端から柔軟な素材の第２空気管３１ｂが延びていることで、例え第２空気管３１ｂが海流の流れを受けて下流側に流されても、ブレード６に干渉することなく安全に吸排気を行うことができる。
【００３３】
さらに、当該第２空気管３１ｂを巻き取り可能とすれば、吸排気の必要がないときには第２空気管３１ｂを巻き取り、第２空気管３１ｂ及びポッド２内に収納することができる。これにより第２空気管３１ｂが延びていることによるポッド２にかかる負荷の増大や、第２空気管３１ｂと障害物との接触等を防ぐことができ、より安全で効率のよい運用を実現することができる。なお、第１空気管３１ａについても、例えば上記第２実施形態の空気管２１のように伸縮可能な構成としてもよい。
【００３４】
以上で本発明に係る第３実施形態までの説明を終えるが、実施形態は上記第１実施形態から第３実施形態に限られるものではない。
例えば、上記各実施形態におけるタービン４は２枚のブレード６、６からなるが、ブレードの枚数はこれに限られるものではない。
また、上記各実施形態では、バラストタンク１３に注水を行う際に空気管９、２１を介して空気を排出しているが、空気管は少なくとも排水時の吸気を行うことができるものであればよく、バラストタンクの注水時に内部の空気を空気管を介さずに海水内に排出する構成としてもよい。
【００３５】
また、上記各実施形態ではバラストタンク１３が一対のポッド２のそれぞれの内部に設けられているが、バラストタンクの構成はこれに限られるものではなく、例えば連結ビーム内にもバラストタンクを備えた構成にも本発明を適用することができる。さらに、ポッド内部に１つのバラストタンクとして備えた形でなくても、ポッド内に注排水を行うことで浮力を調整する部分を複数有している場合にも、本発明を適用することができる。
【００３６】
また上記実施形態では、係留索７は全体としてＹ字状をなしているが、係留索の形状はこれに限られるものではなく、例えば途中で合流することなく２本の係留索がそれぞれシンカーまで延びるＶ字状であったり、１本の係留索からなるＩ字状等であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１、２０、３０  海流発電装置
２  ポッド
３  連結ビーム
４  タービン
５  ハブ部
６  ブレード
７  係留索
８  シンカー
９、２１  空気管（空気流通手段）
１０、３３  浮体
１１  回転軸
１２  発電機（発電部）
１３  バラストタンク（浮力調整部）
１４  注排水ポンプ
１５、２２、３２  吸排気ポンプ
１６  航路標識
３１  連結空気管（空気流通手段）
３１ａ  第１空気管
３１ｂ  第２空気管
【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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