(57)【要約】【課題】  海水の密度は空気の約１０００倍あり、エネルギーで換算すれば海流の秒速１ｍは風速の秒速１０ｍに相当する。この２４時間常に流れる巨大なエネルギーを利用するために、従来より様々な海流発電機は作られているが、その発電機の多くは水の密度からくる圧力に対処するために小型のものであった。特にプロペラ型の効率が良い反面、羽根をハブの一点だけで支える構造なので強度的に弱く、羽根の回転面に対して垂直に流れを受けなければならない構造上、発電機ごと海中に沈めなければならなかった。本発明は海流発電において大型の発電機を提供する。【解決手段】浮体より海中へと延びる回転軸を設置し、回転軸の海中部分に、羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を設け、羽根同士をケーブルで連結し、回転軸の下先端部を海底に固定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体より海中へと延びる回転軸を設置し、回転軸の海中部分に、羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を設け、羽根同士をケーブルで連結し、回転軸の下先端部を海底に固定した、抗力型開閉式海中発電機。
【請求項２】
羽根枠の内側の空間を、開閉することができる開閉幕を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えた、請求項１記載の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項３】
羽根枠の内側の空間を、開閉することができる開閉片を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えた、請求項１記載の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項４】
回転軸受けを海底に設け、回転軸受けに回転軸の下部先端を差し込んだ、請求項１記載の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項５】
回転軸の下部先端付近に、環状で回転軸に対して回転することができる部品である回転軸保持部を備え、回転軸保持部をケーブルで海底に固定した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項６】
浮体をケーブルで海底に固定した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項７】
浮体から海上に伸びる複数以上のアームを設け、隣り合うアーム同士をケーブルで連結し、各アームの先端からケーブルを伸ばし海底に固定した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項８】
浮体にポールを設け、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結した、請求項７の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項９】
発電機を設置した浮体に複数以上の浮体をケーブルで繋ぎ、発電機を設置した浮体に繋いだ複数以上の浮体をケーブルで海底に繋いだ、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１０】
ケーブルを引っ張ったり、緩めたりすることができるケーブル伸縮補正器を用い、ケーブル伸縮補正器に取り付けられたケーブルで羽根枠同士を連結した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１１】
羽根枠同士を繋ぐケーブルの連結部が、回転軸に向かう方向と外方向にスライド可能な構造の、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１２】
羽根枠の任意の箇所に浮力部を設けた、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１３】
浮力のある開閉片を用いた、請求項３の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１４】
羽根の端の部分が回転方向と逆に折れ曲がっている、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１５】
独立して動力制御可能な複数以上の開閉幕を同一の羽根枠内に備えた、請求項２の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１６】
独立して動力制御可能な複数以上の開閉片を同一の羽根枠内に備えた、請求項３の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１７】
隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海流で発電する抗力型開閉式発電機に関する物である。
【背景技術】
【０００２】
海水の密度は空気の約１０００倍あり、エネルギーで換算すれば海流の秒速１ｍは風速の秒速１０ｍに相当する。この２４時間常に流れる巨大なエネルギーを利用するために、従来より様々な海流発電機は作られているが、その発電機の多くは水の密度からくる圧力に対処するために小型のものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の海流を利用した発電機には次のような解決すべき課題があった。
１．羽根をハブの一点だけで支える構造なので強度的に弱く大型化しにくい。
２．羽根の回転面に対して垂直に流れを受けなければならない構造上、発電機ごと海中に沈めなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の抗力型発電機において請求項１に係るものは、発電機を設置した浮体より海中へと延びる回転軸を設置する。回転軸の海中部分には羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を設け、隣り合う羽根同士をケーブルで連結する。そして回転軸の下先端部を海底に固定したものである。
【０００５】
請求項２に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の内側の空間を、開閉することができる開閉幕を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えたものである。
【０００６】
請求項３に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の内側の空間を、開閉することができる開閉片を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えたものである。
【０００７】
請求項４に係るものは、請求項１に係るものにおいて、回転軸受けを海底に設け、回転軸受けに回転軸の下部先端を差し込んだものである。
【０００８】
請求項５に係るものは、請求項１に係るものにおいて、回転軸の下部先端付近に環状で回転軸に対して回転することができる部品である回転軸保持部を備え、回転軸保持部からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【０００９】
請求項６に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【００１０】
請求項７に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体から海上に伸びる複数以上のアームを設ける。隣り合うアーム同士をケーブルで連結し、各アームの先端からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【００１１】
請求項８に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体にポールを設け、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結したものである。
【００１２】
請求項９に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体に複数以上の浮体をケーブルで繋いだものである。さらに発電機を設置した浮体に繋いだ複数以上の浮体からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【００１３】
請求項１０に係るものは、請求項１に係るものにおいて、ケーブルを引っ張ったり、緩めたりすることができるケーブル伸縮補正器を用い、ケーブル伸縮補正器に取り付けられたケーブルで羽根枠同士を連結したものである。
【００１４】
請求項１１に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠同士を繋ぐケーブルの連結部が、回転軸に向かう方向と外方向にスライド可能な構造のものである。
【００１５】
請求項１２に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の任意の箇所に浮力部を設けたものである。
【００１６】
請求項１３に係るものは、請求項３に係るものにおいて、浮力のある開閉片を用いたものである。
【００１７】
請求項１４に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根の端の部分が回転方向と逆に折れ曲がっているものである。
【００１８】
請求項１５に係るものは、請求項２に係るものにおいて、独立して動力制御可能な複数以上の開閉幕を同一の羽根枠内に備えたものである。
【００１９】
請求項１６に係るものは、請求項３に係るものにおいて、独立して動力制御可能な複数以上の開閉片を同一の羽根枠内に備えたものである。
【００２０】
請求項１７に係るものは、請求項１に係るものにおいて隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したように構成されており、以下に記載されるような効果を有する。
【００２２】
請求項１に係る仕組みを用いた場合、海流に対して回転軸を挟んで片側の羽根枠内の空間を閉じ、反対側の羽根枠内の空間を開けば、抗力差が発生し羽根は回転する。また、隣り合う羽根同士をケーブルで連結することで羽根の強度を確保する。そして大型化した羽根に伴い回転軸に大きな負荷がかかることになるが、回転軸の下先端部を海底に固定することで回転軸を両端で保持し負荷を分散する構造となり、回転軸を折れにくくすることができる。浮体には発電機を設置する。発電機を海上に設置出来るので、メンテナンスが容易である。海流を利用するので常時安定した発電が可能である。
【００２３】
請求項２に係る仕組みを用いた場合、羽根枠内の空間を開閉幕で開閉することにより、抗力差を発生させることができ、回転軸を回転させることができる。
【００２４】
請求項３に係る仕組みを用いた場合、羽根枠内の空間を開閉片で開閉することにより、抗力差を発生させることができ、回転軸を回転させることができる。
【００２５】
請求項４に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、回転軸の下部先端を海底に設置された回転軸受けで保持する。回転軸を両端で保持し負荷を分散する構造となり、回転軸を折れにくくすることができる。
【００２６】
請求項５に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、回転軸の下部先端を回転軸保持部で保持することで回転軸を折れにくくすることができる。請求項４との違いは、回転軸保持部をケーブルやチェーンなどで海底に打ち込んだ杭などで固定するので地震の揺れを浮体に伝えにくくすることができる。また、回転軸を海底まで伸ばす必要がないため深度が深いほど請求項４と比べて安価に設置できる。
【００２７】
請求項６に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、浮体をケーブルで海底に固定するので、羽根が回転するときに発生するトルクから浮体の回転を止めることができ効率的に発電ができる。羽根が浮体に対してとても小さい場合は必要ないが、羽根が大きくなり発電機も大きくなると浮体を固定しないと、羽根と一緒に回転してしまい発電効率が悪くなる。
【００２８】
請求項７に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、アームによって回転軸からの距離が確保できるので、浮体の面積を少なくすることができ安価に設置することができる。回転する羽根のトルクに対処するには、羽根の直径の中心で固定するよりも外側で固定する方が強度が少なくてすむ。ただその場合発電機を設置した浮体は羽根の直径より大きくすることが望ましいため、浮体の面積が大きくなりコストが高くなる。そこで、構造物の面積を減らす代わりに、アームにより距離を確保して、海底に打ち込んだ杭とケーブルやチェーンなどで繋ぐ。仮に羽根の長さを１００ｍとしたなら、直径は２００ｍ。直径の外側で固定するために浮体のサイズを長さ２００ｍ幅１００ｍとした場合、その金額は２０億円程度かかると思われる。浮体のサイズをいかに少なくするかが、コストを抑える点で重要事項になる。
【００２９】
請求項８に係る仕組みを用いた場合、請求項７に係る仕組みを用いた場合に加え、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結することにより、アームの強度を確保でき、アームをさらに伸ばすことができる。
【００３０】
請求項９に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、発電機を設置した浮体に小型浮体をケーブルで繋ぎ、小型浮体をケーブルで海底に打ち込んだ杭に繋いだものである。請求項７のアームを用いるより遠くに、浮体を固定するためのケーブルを沈めることができる。これにより劇的に浮体の面積を減らすことができる。
【００３１】
請求項１０に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根枠同士を連結するケーブルの温度変化による伸縮を補正できる。ケーブルの温度変化による伸縮はそれほど大きくなくまた急激に起きるものではない。ただ、羽根の長さが数１００ｍになれば、羽根同士を連結するケーブルも１００ｍを超えるようになる。するとケーブルの膨張も年を通してみればｃｍ単位で膨張収縮をすることになる。ケーブルにたるみがあると効率が落ち、たるんだケーブルが引っ張られることによる衝撃によって取付け部分にダメージが蓄積される。そこで、ケーブル伸縮補正器を使いケーブルが伸びた時は巻き、縮んだ時には緩めることでケーブルの張力を一定に保つ。ケーブル補正器の仕組みはウォーム歯車などを使う。ケーブルを連結した回転部をウォームホイールと連動させ、ウォームでウォームホイールを回転させる。ウォーム歯車の大きな減速比によって小さい回転力でも巨大なケーブルの張力に対応できる。
【００３２】
請求項１１に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根同士を連結するケーブルの温度変化による伸縮を自動的に補正できる。請求項１０との違いはケーブルの伸縮力を利用して自動的に補正できることである。回転軸を中心に取付けられた各羽根は、中心へ向かうほど羽根同士の間隔が狭まり外側へ行くほど広くなる。そこで、ケーブル取付け部を中心方向と外側方向へスライド可能な構造にする。すると、ケーブルが縮むときはその力で中心方向にスライドし、ケーブルが伸びた時には、各羽根には抗力が絶えずかかりケーブルは常時引っ張られているので、ケーブルは外側にスライドする。全てのケーブルの伸縮は非常にゆっくりした変化なので不均衡はおこらない。
【００３３】
請求項１２に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根枠の任意の箇所に浮力部を設けたものである。羽根を大きくすればより大きな抗力を得ることができるのだが、海底方向に長くするには水圧の関係上容易ではない。水平方向に長くするとテコの原理により羽根の付け根の負荷が増大してしまう。それに対応するためにケーブルで吊る方法もあるが、羽根の長さが数百ｍを超えるとコスト面で採算が合わなくなるかもしれない。そこで浮力部を羽根に取り付け羽根の重さを相殺する。羽根に浮力を与えることができるので羽根枠の強度が少なくてすむ。ただし、浮力部の力が強すぎても負荷がかかるので、羽根と浮力部を合わせて海水と同じ程度の比重になることが望ましい。
【００３４】
請求項１３に係る仕組みを用いた場合、請求項３に係る仕組みを用いた場合に加え、浮力のある開閉片を用いたものである。請求項１２と同等の効果を得られる。
【００３５】
請求項１４に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根の端の部分が回転方向と逆に折れ曲げたもので、流体の抗力を効率的に羽根の回転力にすることができる。抗力型発電機の場合、羽根の端付近の回転速度が流体の速度と同じくらいになる。よって、回転軸付近の流体の流れは羽根の回転速度より早くなるので、流体の一部は羽根に沿って流れていく。この時、羽根の端部分を回転方向と逆に折り曲げると、羽根を伝ってきた流体が曲げた部分に当たり回転力が増す。羽根に乗った海流をなるべく逃がさないように、羽根の形状を湾曲型や、くの字や、コの字型にしてもよい。
【００３６】
請求項１５に係る仕組みを用いた場合、請求項２に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根の各部分において最適のタイミングで開閉幕の開閉が可能になり、羽根の回転効率を上げることができる。特に請求項１４の仕組みと組み合わせると有効である。流体に対して羽根が迎え角の場合羽根枠内の空間を開き流体を流し、流体に対して羽根が９０度を越えた時点で羽根枠内の空間を閉じる。すると流体はいつも羽根の外方向に流れて行くようになるので抗力をより有効に利用できる。
【００３７】
請求項１６に係る仕組みを用いた場合、請求項３に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根の各部分において最適のタイミングで開閉幕の開閉が可能になり、請求項１５と同様に羽根の回転効率を上げることができる。
【００３８】
請求項１７に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結したものである。各羽根をケーブルで連結すると羽根にかかる抗力に耐えうることができる。しかし力の一部は羽根枠を回転軸方向に押す力となり、羽根が大きくなるほど比例してその力も大きくなる。それを緩和するには羽根の枚数を増やすという方法が考えられる。ただし羽根の枚数を増やすとそれだけ羽根枠に対する流体の抵抗が増えてしまう。それを解決するために隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結する。すると羽根枠の上辺と下辺部分の抵抗を大幅に減らすことができる。また羽根に当たった流体を上下に逃がさないので回転効率も上がる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】発明を実施するための形態を示す側面図である。
【図２】発明を実施するための形態を示す海面上部分の斜視図である。
【図３】発明を実施するための形態を示す斜視図である。
【図４】実施例１を示す斜視図である。
【図５】実施例２を示す羽根部分の斜視図である。
【図６】実施例３を示す羽根枠の内部構造の斜視図である。
【図７】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図８】実施例４を示す開閉片の斜視図である。
【図９】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図１０】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図１１】実施例５を示す側面図である。
【図１２】実施例５を示す海面上部分の斜視図である。
【図１３】実施例６を示す断面図である。
【図１４】実施例７を示す断面図である。
【図１５】実施例８を示す側面図である。
【図１６】実施例９を示す側面図である。
【図１７】実施例９を示す海面上部分の斜視図である。
【図１８】実施例１０を示す側面図である。
【図１９】実施例１０を示す海面上部分の斜視図である。
【図２０】実施例１１を示す側面図である。
【図２１】実施例１２を示す斜視図である。
【図２２】実施例１２を示す斜視図である。
【図２３】実施例１３を示す斜視図である。
【図２４】実施例１４を示す斜視図である。
【図２５】実施例１５を示す斜視図である。
【図２６】実施例１５を示す上面図である。
【図２７】実施例１５を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図２８】実施例１５を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図２９】実施例１６を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図３０】実施例１６を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図３１】実施例１７を示す羽根の斜視図である。
【図３２】実施例１７を示す羽根の斜視図である。
【図３３】実施例１８を示す斜視図である。
【図３４】実施例１８を示す上面図である。
【図３５】実施例１９を示す上面図である。
【図３６】実施例１９を示す上面図である。
【図３７】実施例２０を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて説明する。発電機を設置した浮体（５）より海中へと延びる回転軸（４）を設置し、回転軸（４）の海中部分に、羽根を設けたもので、その羽根は動力制御により開閉する開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）で構成されるものである。海流の流れに対して、常に回転軸（４）を挟んだ片側の開閉幕（１）を閉じ、逆側の開閉幕（１）を開くようにすれば、抗力差が発生するので回転軸（４）を回転させることができる。羽根枠（２）はケーブル（３ｃ）により連結される。これによりしなりを抑え強度を確保できるので羽根を大型化することが可能になる。ケーブル（３ｃ）の代わりにフレームを用いても強度の確保の点では同様であるが、重量や耐久性においてケーブルが勝る。本発明はプロペラ型と違い効率は悪いが、プロペラ型は中心部分でのみ羽根を固定するので強度的に大型化に適していない。またプロペラ型の発電機と異なり羽根は水平に設置されるので、羽根の径を長くしても水深の制約を受けにくい。また、複雑な形状の羽根のプロペラ型と異なり、長方形の羽根枠（２）に開閉幕（１）で構成するのも大型化に適しており段階的に拡大増設していくことも可能である。
【００４１】
回転軸（４）は回転軸保持部（１３）とケーブル（３ｂ）を介して海底の杭（７ｂ）で保持される。回転軸（４）を両端で保持することにより、回転軸（４）の強度を抑えることができる。
【００４２】
羽根の径が小さい発電機ならば中心軸のみでトルクに対応できるが、羽根の径が数１００ｍを超えるようになると、よほど太くしなければねじ切れてしまう。また、万が一開閉制御の故障で全ての羽根が閉じなくなった場合は折れてしまう。そこで本発明では海面上の構造物（５）はいくつかのケーブル（３ａ）により海底の杭（７ａ）で保持する。回転体の中心部よりも外側で保持する方がテコの原理により小さい力で保持できる。ただし、羽根の長さに比べて浮体が小さすぎたり、かつ羽根の設置深度が浅すぎるとケーブル（３ａ）の海への侵入角度が浅くならざるえず、固定するための杭（７ａ）の場所が遠方になりすぎたり、船への接触事故の危険性が発生する。
【００４３】
図２は図１の海面上部分の斜視図である。発電施設（６）は浮体（５）の上に設置できるので、メンテナンスにおいて容易である。その他海底（１０）とはケーブル（３ａ）を介して繋がっているだけなので地震の影響を受けにくく、移動が比較的容易にできるので、海流の穏やかな場所で作ってから発電に適した海域へ移動ということもできる。図３は全体の斜視図である。送電線は回転軸（４）を中空にして通したり、ケーブル（３ａ）に沿わせたりする方法などが考えられる。
【実施例】
【００４４】
実施例１を図４を基に説明する。図３と異なり回転軸（４）は、海底に埋め込まれた回転軸受け（８）によって保持される。比較的浅い場所に設置するならばこの方式の方が手間が少ない。ただし、海底に接地しているので地震の影響を受けやすい。
【００４５】
実施例２を図５を基に説明する。羽根を８枚にした場合の図である。回転軸（４）を中心に８つの羽根枠（２）を４５度おきに配置し、羽根枠（２）の上部から開閉幕（１）が下りることで、羽根枠（２）内の空間を閉じる構造である。また、羽根枠（２）同士の上下両端からケーブル（３ｃ）で連結することで羽根にかかる荷重を分散する構造である。本発明は羽根の面積を拡大することでより大きな抗力差を生むことができるが、羽根が大きくなればなるほど、羽根にかかる荷重も大きくなる。そこで、羽根の枚数を増やすことで、羽根にかかる荷重を分散することができる。その他、羽根を大きくした場合、羽根枠（２）の端部分だけではなく中間部もケーブルで連結して強度を確保しなければならない。
【００４６】
実施例３を図６を基に説明する。羽根枠（２）の内部構造で開閉幕（１）を開閉させる仕組みの一例である。幕の巻軸（１４）に巻きつけた開閉幕（１）をベルト（１７）によって送ったり戻したりすることで開閉幕（１）を開閉させることができる。ベルト（１７）は両端のベルトの軸（１５）により回転し、ベルト（１７）表面に設けられた突起（１８）は開閉幕（１）に設けられた穴（１６）にかみ合うことで開閉幕（１）のたわみを抑える仕組みである。
【００４７】
実施例４を図７〜１０を基に説明する。図７は多くの開閉片（１９）により羽根枠（２）内の空間を開閉する仕組みを示したものである。図８は開閉片（１９）が軸部（２０）と板部（２１）からなることを示したものである。図９は羽根の拡大図で開閉片（１９）の板部（２１）が次の開閉片（１９）の軸部（２０）に重なるように設置することで可動範囲を限定させている仕組みである。この仕組みを用いると片側にしか開かないので、回転軸（４）を挟んで流れを受ける側では閉じ、受け流す側で開くという動作が動力を用いずに行うことができる。図１０は開閉片（１９）が開いた時のものである。より細かい開閉を行いたい場合は軸部（２０）を動力で回転させ制御すればよい。
【００４８】
実施例５を図１１および図１２を基に説明する。図１と図１１の違いは浮体（５）が小さく、羽根が長いことである。まず羽根が長い方がトルクが大きくなり大きな動力を得ることができるのだが、浮体（５）も羽根の長さに合わせて大きくするとコストが高くなってしまう。かといって浮体（５）が小さいままケーブル（３ａ）を羽根に接触しないように海底の杭（７ａ）に繋げようとすれば、杭（７ａ）の位置を遠くしなければならない。そこで、アーム（１１）を海面上の構造体（５）から伸ばし、そこからケーブル（３ａ）を海底の杭（７ａ）に繋ぐことにより、ケーブル（３ａ）の海への侵入角度を深くすることができる。またアーム（１１）にかかる下向きの力に対応するためにポール（１２）を設置してアーム（７）とケーブル（３ｅ）で繋ぐ。図１２は図１１の海面上部分の斜視図である。
【００４９】
実施例６を図１３を基に説明する。回転軸受け（８）の断面図である。海底（１０）に
回転軸受け（８）を埋め込み、回転軸受け（８）に回転軸（４）を差し込む。回転軸（４）より一回り大きな穴を回転軸受け（８）にあけておけば、海水が潤滑油代わりになりスムーズに回転する。
【００５０】
実施例７を図１４を基に説明する。回転軸保持部（１３）の断面図である。回転軸（４）の先端部分に。ドーナツ型の回転軸保持部（１３）を差し込む。回転軸保持部（１３）が脱落しないように回転軸（４）の先端部分に出っ張りを設ける。回転軸保持部（１３）の外周にケーブル（３ｂ）を繋ぎ海底の杭に固定する。海底の深度が深ければ回転軸受け（８）より安価に回転軸（４）の保持ができる。回転軸保持部（１３）は回転軸（４）より一回り大きな穴にしておけば海水が潤滑油代わりになりスムーズに回転する。また海底から浮いた状態になるので、地震に強い構造になる。
【００５１】
実施例８を図１５を基に説明する。図１１との違いは、ケーブルの代わりにチェーンを用い、杭の代わりにアンカー用いていることである。チェーンは海中で用いるのには十分な実績を持つものが少なくなく、早い評価が必要な場合は有用である。アンカーは杭と比べて工事をする必要がなく、浮体（５）の総重量や羽根の大きさによっては安価に固定することが可能でかつ移動も比較的容易である。
【００５２】
実施例９を図１６および図１７を基に説明する。実施例８の図１１との違いはアーム（１１）の代わりに衛星浮体（２４）を用いていることである。浮体（５）からケーブル（３ｄ）を伸ばし衛星浮体（２４）と繋ぎ、衛星浮体（２４）からケーブル（３ａ）を伸ばし海底の杭（７ａ）と繋ぐ。利点はアームより遠くに伸ばせることである。ただし引っ張られる力で沈まないだけの浮力が必要である。図１７は図１６の海面上部分の斜視図である。また衛星浮体（２４）同士をケーブル（３ｆ）で連結することでトルクに対しての抵抗を強化することができる。
【００５３】
実施例１０を図１８および図１９を基に説明する。実施例８の方法は海面上付近にケーブルを張るので船などで浮体（５）に接近するのが困難になる。そこで海面上の浮体（５）と衛星浮体（２４）の双方にポール（１２）を設け空中と水中の両側からケーブル（３ｇ）で連結し、海面上付近の空間を確保する。図１９は図１８の海面上部分の斜視図である。
【００５４】
実施例１１を図２０を基に説明する。発電施設（６）を設置した構造体（３４）を支柱（２６）によって支える方式で浮力は必要としないが、構造体（３４）の直下が羽根の部分には支柱（２６）が配置できないので大型化はできない。
【００５５】
実施例１２を図２１および図２２を基に説明する。羽根同士を連結するケーブル（３ｃ）のたるみを無くすケーブル伸縮補正器である。ケーブル（３ｃ）は温度変化により伸縮する。短い場合は問題ならないが、数１００ｍを超えるようになると時にｃｍ単位での伸縮が起きる。そうなるとケーブル（３ｃ）にたるみがおき、力学的ロスが発生しまた、たるんだケーブル（３ｃ）が引っ張られることによる衝撃が取付け部分の破損の原因になる。そこでケーブル伸縮補正器を使いケーブル（３ｃ）が伸びた時は回転部（２７）巻き、縮んだ時には緩めてケーブルの張力を一定に保つ。筐体部（２８）にはモーターや歯車を内蔵する。図２２は図２１に対してケーブル（３ｃ）を巻き取っていることを示す。
【００５６】
実施例１３を図２３を基に説明する。羽根が回転軸（４）を中心に放射状に広がっている構造を利用して、ケーブル（３ｃ）のたるみを自動的に補正する仕組みである。ケーブル取付け部にスリット（２９）を設け、中心方向と外側方向へスライド可能な構造にする。すると、各羽根には抗力が絶えずかかりケーブル（３ｃ）は常時引っ張られているので、ケーブル（３ｃ）は長さに応じて自動で位置を変更する。
【００５７】
実施例１４を図２４を基に説明する。原理は実施例１２と同じである。スリット（２９）に連結部（３０）を設け両側からのケーブル（３ｃ）を連結する方式である。
【００５８】
実施例１５を図２５〜図２８を基に説明する。図２５は回転軸（４）に開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）を４枚備え、羽根同志をケーブル（３ｃ）で連結する。羽根は回転軸（４）と並行になる辺を中心部で折れ曲がっている形状にすることにより羽根を伝わる水流を外に逃がさない。また羽根の端部分を回転方向と逆に折り曲げる形状にすることにより、羽根を伝ってきた流体が曲げた部分に当たり回転速度を上げることができる。図２６は図２５の上面図で、かつ分かりやすいようにケーブル（３ｃ）を無くした図である。
【００５９】
図２７および図２８は実施例１５の羽根の一部分の拡大図である。図２７は開閉幕（１）を閉じ羽根枠（２）内の空間を開いた状態で、図２８は開閉幕（１）を開き羽根枠（２）内の空間を閉じた状態である。
【００６０】
実施例１７を図２９および図３０を基に説明する。実施例１５と違い開閉幕（１）の代わりに開閉片（１９）を用いたもので、図２９は開閉片（１９）を開き、羽根枠（２）内の空間を開いた状態で、図３０は開閉片（１９）を閉じ羽根枠（２）内の空間を閉じた状態である。
【００６１】
実施例１８を図３１および図３２を基に説明する。図３１は実施例１４における１枚の羽根を拡大したものである。図３２は図３１に浮力部（３１）を装着したものである。浮力部（３１）を装着し、流体内における羽根の重量をゼロに近づけることで、羽根を長くしても羽根枠（２）の上下方向における強度を抑えて製造することができる。
【００６２】
実施例１９を図３３および図３４を基に説明する。回転軸（４）に開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）を４枚備え、羽根同志をケーブル（３ｃ）で連結する。羽根は回転軸（４）と並行になる辺を中心部に向かい湾曲する形状にすることにより、羽根を伝わる水流を外に逃がさない。また羽根の端部分を回転方向と逆に湾曲した形状にすることにより、羽根を伝ってきた流体が曲げた部分に当たり回転速度を上げることができる。図３４は図３３の上面図である。実施例１４と比べコストはかかるが強度は確保しやすい。
【００６３】
実施例２０を図３５および図３６を基に説明する。独立した動力制御可能な複数以上開閉幕（１）を同一の羽根枠（８）内に備えた際の効果を比較した図である。図３６は同一羽根枠（２）内の開閉幕（１）がすべて同じタイミングで開閉した時の事例で、流体の流れ（３２）に対して羽根の角度が鋭角をなしている場合、流体は羽根に沿って回転軸（４）方向へと流れる。対して図３６は同一羽根枠（２）内の開閉幕（１）が各自効率のよいタイミングで開閉する時の事例で、流体の流れ（３２）に対して羽根の角度が鋭角をなしている場合回転軸（４）付近の開閉幕（１）を閉じないことにより、流体の流れ（３２）に対して鈍角をなしている羽根に流体を送り、その流体は羽根に沿って外側方向に流れる。そうすると、テコの原理によりより大きな抗力を得ることができる。
【００６４】
実施例２１を図３７を基に説明する。図５において各羽根枠（２）の上辺と下辺に連結幕（３３）を張ったものである。羽根を増やすと羽根にかかる荷重をより分散できるが、各羽根枠（２）が抵抗になり回転効率が落ちる。そこで、各羽根枠（２）に連結幕（３３）を張る。こうすることで、羽根枠の上辺と下辺部分の抵抗を大幅に減らすことができる。また羽根に当たった流体を上下に逃がさないのでさらに回転効率も上がる。連結幕（３３）は板状の材質でも効果は同じだが、重量の問題もあり大型化には適さない。
【符号の説明】
【００６５】
１  開閉幕
２  羽根枠
３ａ  ケーブル
３ｂ  ケーブル
３ｃ  ケーブル
３ｄ  ケーブル
３ｅ  ケーブル
３ｆ  ケーブル
３ｇ  ケーブル
４  回転軸
５  浮体
６  発電施設
７ａ  杭
７ｂ  杭
８  回転軸受け
９  海面
１０  海底
１１  アーム
１２  ポール
１３  回転軸保持部
１４  幕の巻軸
１５  ベルトの軸
１６  穴
１７  ベルト
１８  突起
１９  開閉片
２０  軸部
２１  板部
２２ａ  チェーン
２２ｂ  チェーン
２３ａ  アンカー
２３ｂ  アンカー
２４  衛星浮体
２５  船
２６  支柱
２７  回転部
２８  筐体部
２９  スリット
３０  連結部
３１  浮力部
３２  海流
３３  連結幕
３４  構造体
【図１】
2018003807.tif 000003
【図２】
2018003807.tif 000004
【図３】
2018003807.tif 000005
【図４】
2018003807.tif 000006
【図５】
2018003807.tif 000007
【図６】
2018003807.tif 000008
【図７】
2018003807.tif 000009
【図８】
2018003807.tif 000010
【図９】
2018003807.tif 000011
【図１０】
2018003807.tif 000012
【図１１】
2018003807.tif 000013
【図１２】
2018003807.tif 000014
【図１３】
2018003807.tif 000015
【図１４】
2018003807.tif 000016
【図１５】
2018003807.tif 000017
【図１６】
2018003807.tif 000018
【図１７】
2018003807.tif 000019
【図１８】
2018003807.tif 000020
【図１９】
2018003807.tif 000021
【図２０】
2018003807.tif 000022
【図２１】
2018003807.tif 000023
【図２２】
2018003807.tif 000024
【図２３】
2018003807.tif 000025
【図２４】
2018003807.tif 000026
【図２５】
2018003807.tif 000027
【図２６】
2018003807.tif 000028
【図２７】
2018003807.tif 000029
【図２８】
2018003807.tif 000030
【図２９】
2018003807.tif 000031
【図３０】
2018003807.tif 000032
【図３１】
2018003807.tif 000033
【図３２】
2018003807.tif 000034
【図３３】
2018003807.tif 000035
【図３４】
2018003807.tif 000036
【図３５】
2018003807.tif 000037
【図３６】
2018003807.tif 000038
【図３７】
2018003807.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月27日(2017.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体より海中へと延びる回転軸を設置し、回転軸の海中部分に、羽根枠内の空間を動力制御で開閉することができる羽根を備え、羽根同士をケーブルで連結し、回転軸の下先端部に回転軸受けを設け、回転軸受けを海底に固定、なおかつ、浮体の外周部より複数以上のケーブルを伸ばし海底の杭と連結した、抗力型開閉式海中発電機。
【請求項２】
羽根枠の内側の空間を、巻軸により開閉することができる開閉幕を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えた、請求項１記載の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項３】
回転軸受けを海底に設け、回転軸受けに回転軸の下部先端を差し込んだ、請求項１記載の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項４】
浮体から海上に伸びる複数以上のアームを設け、隣り合うアーム同士をケーブルで連結し、各アームの先端からケーブルを伸ばし海底に固定した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項５】
浮体にポールを設け、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結した、請求項４の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項６】
発電機を設置した浮体に複数以上の浮体をケーブルで繋ぎ、発電機を設置した浮体に繋いだ複数以上の浮体をケーブルで海底に繋いだ、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項７】
羽根枠の上辺および下辺に、回転軸より放射する方向のスリットを設け、そのスリットをスライド可能なケーブルの連結部を設け、両隣の羽根の同心円上に備えられた同様のケーブルの連結部すべてとケーブルで連結した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項８】
羽根枠の任意の箇所に、海水より軽い浮力部を設けた、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項９】
海水密度より軽い素材で作られた開閉片を用いて羽根枠内の空間を開閉する、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１０】
独立して動力制御可能な複数以上の開閉幕を同一の羽根枠内に備えた、請求項２の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１１】
独立して動力制御可能な複数以上の開閉片を同一の羽根枠内に備えた、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【請求項１２】
隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結した、請求項１の抗力型開閉式海流発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海流で発電する抗力型開閉式発電機に関する物である。
【背景技術】
【０００２】
海水の密度は空気の約１０００倍あり、エネルギーで換算すれば海流の秒速１ｍは風速の秒速１０ｍに相当する。この２４時間常に流れる巨大なエネルギーを利用するために、従来より様々な海流発電機は作られているが、その発電機の多くは水の密度からくる圧力に対処するために小型のものであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の海流を利用した発電機には次のような解決すべき課題があった。
１．羽根をハブの一点だけで支える構造なので強度的に弱く大型化しにくい。
２．羽根の回転面に対して垂直に流れを受けなければならない構造上、発電機ごと海中に沈めなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の抗力型発電機において請求項１に係るものは、発電機を設置した浮体より海中へと延びる回転軸を設置する。回転軸の海中部分には羽根枠内の空間を開閉できる機能を備えた羽根を設け、隣り合う羽根同士をケーブルで連結する。そして回転軸の下先端部に回転軸受けを設け、回転軸受けを海底に固定、なおかつ、浮体の外周部より複数以上のケーブルを伸ばし海底の杭と連結したものである。
【０００５】
請求項２に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の内側の空間を、巻軸により開閉することができる開閉幕を構成要素に持つ羽根を、回転軸に備えたものである。
【０００６】
請求項３に係るものは、請求項１に係るものにおいて、回転軸受けを海底に設け、回転軸受けに回転軸の下部先端を差し込んだものである。
【０００７】
請求項４に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体から海上に伸びる複数以上のアームを設ける。隣り合うアーム同士をケーブルで連結し、各アームの先端からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【０００８】
請求項５に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体にポールを設け、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結したものである。
【０００９】
請求項６に係るものは、請求項１に係るものにおいて、発電機を設置した浮体に複数以上の浮体をケーブルで繋いだものである。さらに発電機を設置した浮体に繋いだ複数以上の浮体からケーブルを伸ばし、杭やアンカーなどで海底に固定したものである。
【００１０】
請求項７に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の上辺および下辺に、回転軸より放射する方向のスリットを設け、そのスリットをスライド可能なケーブルの連結部を設け、両隣の羽根の同心円上に備えられた同様のケーブルの連結部すべてとケーブルで連結したものである。
【００１１】
請求項８に係るものは、請求項１に係るものにおいて、羽根枠の任意の箇所に、流体より軽い浮力部を設けたものである。
【００１２】
請求項９に係るものは、請求項３に係るものにおいて、流体密度より軽い素材で作られた開閉片を用いて羽根枠内の空間を開閉するものである。
【００１３】
請求項１０に係るものは、請求項２に係るものにおいて、独立して動力制御可能な複数以上の開閉幕を同一の羽根枠内に備えたものである。
【００１４】
請求項１１に係るものは、請求項１に係るものにおいて、独立して動力制御可能な複数以上の開閉片を同一の羽根枠内に備えたものである。
【００１５】
請求項１２に係るものは、請求項１に係るものにおいて隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上説明したように構成されており、以下に記載されるような効果を有する。
【００１７】
請求項１に係る仕組みを用いた場合、海流に対して回転軸を挟んで片側の羽根枠内の空間を閉じ、反対側の羽根枠内の空間を開けば、抗力差が発生し羽根は回転する。また、隣り合う羽根同士をケーブルで連結することで羽根の強度を確保する。そして大型化した羽根に伴い回転軸に大きな負荷がかかることになるが、回転軸の下先端部に回転軸受けを設け、回転軸受けを海底に固定することで回転軸を両端で保持し負荷を分散する構造となり、回転軸を折れにくくすることができる。浮体には発電機を設置する。発電機を海上に設置出来るので、メンテナンスが容易である。海流を利用するので常時安定した発電が可能である。また、浮体を複数以上のケーブルで海底に固定するので、羽根が回転するときに発生するトルクから浮体の回転を止めることができ効率的に発電ができる。羽根が浮体に対してとても小さい場合は必要ないが、羽根が大きくなり発電機も大きくなると浮体を固定しないと、羽根と一緒に回転してしまい発電効率が悪くなる。
【００１８】
請求項２に係る仕組みを用いた場合、巻軸により開閉幕を巻いたり広げたりすることで、羽根枠内の空間を開閉することにより、抗力差を発生させることができ、回転軸を回転させることができる。
【００１９】
請求項３に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、回転軸の下部先端を海底に設置された回転軸受けで保持する。回転軸を両端で保持し負荷を分散する構造となり、回転軸を折れにくくすることができる。
【００２０】
請求項４に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、アームによって回転軸からの距離が確保できるので、浮体の面積を少なくすることができ安価に設置することができる。回転する羽根のトルクに対処するには、羽根の直径の中心で固定するよりも外側で固定する方が強度が少なくてすむ。ただその場合発電機を設置した浮体は羽根の直径より大きくすることが望ましいため、浮体の面積が大きくなりコストが高くなる。そこで、構造物の面積を減らす代わりに、アームにより距離を確保して、海底に打ち込んだ杭とケーブルやチェーンなどで繋ぐ。仮に羽根の長さを１００ｍとしたなら、直径は２００ｍ。直径の外側で固定するために浮体のサイズを長さ２００ｍ幅１００ｍとした場合、その金額は２０億円程度かかると思われる。浮体のサイズをいかに少なくするかが、コストを抑える点で重要事項になる。
【００２１】
請求項５に係る仕組みを用いた場合、請求項７に係る仕組みを用いた場合に加え、ポールと海上に伸びるアームをケーブルで連結することにより、アームの強度を確保でき、アームをさらに伸ばすことができる。
【００２２】
請求項６に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、発電機を設置した浮体に小型浮体をケーブルで繋ぎ、小型浮体をケーブルで海底に打ち込んだ杭に繋いだものである。請求項７のアームを用いるより遠くに、浮体を固定するためのケーブルを沈めることができる。これにより劇的に浮体の面積を減らすことができる。
【００２３】
請求項７に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根枠同士を連結するケーブルの温度変化による伸縮を補正できる。ケーブルの温度変化による伸縮はそれほど大きくなくまた急激に起きるものではない。ただ、羽根の長さが数１００ｍになれば、羽根同士を連結するケーブルも１００ｍを超えるようになる。するとケーブルの膨張も年を通してみればｃｍ単位で膨張収縮をすることになる。ケーブルにたるみがあると効率が落ち、たるんだケーブルが引っ張られることによる衝撃によって取付け部分にダメージが蓄積される。解決方法としては、電動機械式でケーブルケーブルの張力を一定に保つ伸縮補正器を用いるのも一つの手段ではあるが、海中にありメンテナンス性を考慮した場合、請求項７の利点はケーブルの伸縮力を利用して自動的にケーブルの張力を補正できることである。具体的には、回転軸を中心に取付けられた各羽根は、中心へ向かうほど羽根同士の間隔が狭まり外側へ行くほど広くなる。そこで、羽根枠の上辺および下辺に、回転軸より放射する方向のスリットを設ける。そのスリットをスライド可能なケーブルの連結部を設け、両隣の羽根の同心円上に備えられた同様のケーブルの連結部すべてとケーブルで連結する。すると、ケーブルが縮むときはその力で中心方向にスライドし、ケーブルが伸びた時には、各羽根には抗力が絶えずかかりケーブルは常時引っ張られているので、ケーブルは外側にスライドする。全てのケーブルの伸縮は非常にゆっくりした変化なので不均衡はおこらない。
【００２４】
請求項８に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根枠の任意の箇所に、海水より軽い浮力部を設けたものである。羽根を大きくすればより大きな抗力を得ることができるのだが、海底方向に長くするには水圧の関係上容易ではない。水平方向に長くするとテコの原理により羽根の付け根の負荷が増大してしまう。それに対応するためにケーブルで吊る方法もあるが、羽根の長さが数百ｍを超えるとコスト面で採算が合わなくなるかもしれない。そこで、海水より軽い浮力部を羽根に取り付け羽根の重さを相殺する。羽根に浮力を与えることができるので羽根枠の強度が少なくてすむ。ただし、浮力部の力が強すぎても負荷がかかるので、羽根と浮力部を合わせて海水と同じ程度の比重になることが望ましい。
【００２５】
請求項９に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、海水密度より軽い素材で作られた開閉片を用いて羽根枠内の空間を開閉するものである。請求項８と同等の効果を得られる。
【００２６】
請求項１０に係る仕組みを用いた場合、請求項２に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根の各部分において最適のタイミングで開閉幕の開閉が可能になり、羽根の回転効率を上げることができる。流体に対して羽根が迎え角の場合羽根枠内の空間を開き流体を流し、流体に対して羽根が９０度を越えた時点で羽根枠内の空間を閉じる。すると流体はいつも羽根の外方向に流れて行くようになるので抗力をより有効に利用できる。
【００２７】
請求項１１に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、羽根の各部分において最適のタイミングで開閉幕の開閉が可能になり、請求項１０と同様に羽根の回転効率を上げることができる。
【００２８】
請求項１２に係る仕組みを用いた場合、請求項１に係る仕組みを用いた場合に加え、隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結したものである。各羽根をケーブルで連結すると羽根にかかる抗力に耐えうることができる。しかし力の一部は羽根枠を回転軸方向に押す力となり、羽根が大きくなるほど比例してその力も大きくなる。それを緩和するには羽根の枚数を増やすという方法が考えられる。ただし羽根の枚数を増やすとそれだけ羽根枠に対する流体の抵抗が増えてしまう。それを解決するために隣り合う羽根枠の上辺と下辺を幕で連結する。すると羽根枠の上辺と下辺部分の抵抗を大幅に減らすことができる。また羽根に当たった流体を上下に逃がさないので回転効率も上がる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】発明を実施するための形態を示す側面図である。
【図２】発明を実施するための形態を示す海面上部分の斜視図である。
【図３】発明を実施するための形態を示す斜視図である。
【図４】実施例１を示す斜視図である。
【図５】実施例２を示す羽根部分の斜視図である。
【図６】実施例３を示す羽根枠の内部構造の斜視図である。
【図７】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図８】実施例４を示す開閉片の斜視図である。
【図９】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図１０】実施例４を示す羽根の一部分の斜視図である。
【図１１】実施例５を示す側面図である。
【図１２】実施例５を示す海面上部分の斜視図である。
【図１３】実施例６を示す断面図である。
【図１４】実施例７を示す断面図である。
【図１５】実施例８を示す側面図である。
【図１６】実施例９を示す側面図である。
【図１７】実施例９を示す海面上部分の斜視図である。
【図１８】実施例１０を示す側面図である。
【図１９】実施例１０を示す海面上部分の斜視図である。
【図２０】実施例１１を示す側面図である。
【図２１】実施例１２を示す斜視図である。
【図２２】実施例１２を示す斜視図である。
【図２３】実施例１３を示す斜視図である。
【図２４】実施例１４を示す斜視図である。
【図２５】実施例１５を示す斜視図である。
【図２６】実施例１５を示す上面図である。
【図２７】実施例１５を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図２８】実施例１５を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図２９】実施例１６を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図３０】実施例１６を示す羽根の一部の拡大斜視図である。
【図３１】実施例１７を示す羽根の斜視図である。
【図３２】実施例１７を示す羽根の斜視図である。
【図３３】実施例１８を示す斜視図である。
【図３４】実施例１８を示す上面図である。
【図３５】実施例１９を示す上面図である。
【図３６】実施例１９を示す上面図である。
【図３７】実施例２０を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための形態を図１〜図３に基づいて説明する。発電機を設置した浮体（５）より海中へと延びる回転軸（４）を設置し、回転軸（４）の海中部分に、羽根を設けたもので、その羽根は動力制御により開閉する開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）で構成されるものである。海流の流れに対して、常に回転軸（４）を挟んだ片側の開閉幕（１）を閉じ、逆側の開閉幕（１）を開くようにすれば、抗力差が発生するので回転軸（４）を回転させることができる。羽根枠（２）はケーブル（３ｃ）により連結される。これによりしなりを抑え強度を確保できるので羽根を大型化することが可能になる。ケーブル（３ｃ）の代わりにフレームを用いても強度の確保の点では同様であるが、重量や耐久性においてケーブルが勝る。本発明はプロペラ型と違い効率は悪いが、プロペラ型は中心部分でのみ羽根を固定するので強度的に大型化に適していない。またプロペラ型の発電機と異なり羽根は水平に設置されるので、羽根の径を長くしても水深の制約を受けにくい。また、複雑な形状の羽根のプロペラ型と異なり、長方形の羽根枠（２）に開閉幕（１）で構成するのも大型化に適しており段階的に拡大増設していくことも可能である。回転軸受け（１３）はケーブル（３ｂ）によって海底の杭（７ｂ）で固定される。
【００３１】
回転軸（４）は回転軸保持部（１３）とケーブル（３ｂ）を介して海底の杭（７ｂ）で保持される。回転軸（４）を両端で保持することにより、回転軸（４）の強度を抑えることができる。
【００３２】
羽根の径が小さい発電機ならば中心軸のみでトルクに対応できるが、羽根の径が数１００ｍを超えるようになると、よほど太くしなければねじ切れてしまう。また、万が一開閉制御の故障で全ての羽根が閉じなくなった場合は折れてしまう。そこで本発明では海面上の構造物（５）はいくつかのケーブル（３ａ）により海底の杭（７ａ）で保持する。回転体の中心部よりも外側で保持する方がテコの原理により小さい力で保持できる。ただし、羽根の長さに比べて浮体が小さすぎたり、かつ羽根の設置深度が浅すぎるとケーブル（３ａ）の海への侵入角度が浅くなり、固定するための杭（７ａ）の場所が遠方になりすぎたり、船への接触事故の危険性が発生する。
【００３３】
図２は図１の海面上部分の斜視図である。発電施設（６）は浮体（５）の上に設置できるので、メンテナンスにおいて容易である。その他海底（１０）とはケーブル（３ａ）を介して繋がっているだけなので地震の影響を受けにくく、移動が比較的容易にできるので、海流の穏やかな場所で作ってから発電に適した海域へ移動ということもできる。図３は全体の斜視図である。送電線は回転軸（４）を中空にして通したり、ケーブル（３ａ）に沿わせたりする方法などが考えられる。
【実施例１】
【００３４】
実施例１を図４を基に説明する。図３と異なり回転軸（４）は、海底に埋め込むことで固定した回転軸受け（８）によって保持される。比較的浅い場所に設置するならばこの方式の方が手間が少ない。ただし、海底に接地しているので地震の影響を受けやすい。
【実施例２】
【００３５】
実施例２を図５を基に説明する。羽根を８枚にした場合の図である。回転軸（４）を中心に８つの羽根枠（２）を４５度おきに配置し、羽根枠（２）の上部から開閉幕（１）が下りることで、羽根枠（２）内の空間を閉じる構造である。また、羽根枠（２）同士の上下両端からケーブル（３ｃ）で連結することで羽根にかかる荷重を分散する構造である。本発明は羽根の面積を拡大することでより大きな抗力差を生むことができるが、羽根が大きくなればなるほど、羽根にかかる荷重も大きくなる。そこで、羽根の枚数を増やすことで、羽根にかかる荷重を分散することができる。その他、羽根を大きくした場合、羽根枠（２）の端部分だけではなく中間部もケーブルで連結して強度を確保しなければならない。
【実施例３】
【００３６】
実施例３を図６を基に説明する。羽根枠（２）の内部構造で開閉幕（１）を開閉させる仕組みの一例である。幕の巻軸（１４）に巻きつけた開閉幕（１）をベルト（１７）によって送ったり戻したりすることで開閉幕（１）を開閉させることができる。ベルト（１７）は両端のベルトの軸（１５）により回転し、ベルト（１７）表面に設けられた突起（１８）は開閉幕（１）に設けられた穴（１６）にかみ合うことで開閉幕（１）のたわみを抑える仕組みである。
【実施例４】
【００３７】
実施例４を図７〜１０を基に説明する。図７は多くの開閉片（１９）により羽根枠（２）内の空間を開閉する仕組みを示したものである。図８は開閉片（１９）が軸部（２０）と板部（２１）からなることを示したものである。図９は羽根の拡大図で開閉片（１９）の板部（２１）が次の開閉片（１９）の軸部（２０）に重なるように設置することで可動範囲を限定させている仕組みである。この仕組みを用いると片側にしか開かないので、回転軸（４）を挟んで流れを受ける側では閉じ、受け流す側で開くという動作が動力を用いずに行うことができる。図１０は開閉片（１９）が開いた時のものである。より細かい開閉を行いたい場合は軸部（２０）を動力で回転させ制御すればよい。
【実施例５】
【００３８】
実施例５を図１１および図１２を基に説明する。図１と図１１の違いは浮体（５）が小さく、羽根が長いことである。まず羽根が長い方がトルクが大きくなり大きな動力を得ることができるのだが、浮体（５）も羽根の長さに合わせて大きくするとコストが高くなってしまう。かといって浮体（５）が小さいままケーブル（３ａ）を羽根に接触しないように海底の杭（７ａ）に繋げようとすれば、杭（７ａ）の位置を遠くしなければならない。そこで、アーム（１１）を海面上の構造体（５）から伸ばし、そこからケーブル（３ａ）を海底の杭（７ａ）に繋ぐことにより、ケーブル（３ａ）の海への侵入角度を深くすることができる。またアーム（１１）にかかる下向きの力に対応するためにポール（１２）を設置してアーム（７）とケーブル（３ｅ）で繋ぐ。図１２は図１１の海面上部分の斜視図である。
【実施例６】
【００３９】
実施例６を図１３を基に説明する。回転軸受け（８）の断面図である。海底（１０）に
回転軸受け（８）を埋め込み、回転軸受け（８）に回転軸（４）を差し込む。回転軸（４）より一回り大きな穴を回転軸受け（８）にあけておけば、海水が潤滑油代わりになりスムーズに回転する。
【実施例７】
【００４０】
実施例７を図１４を基に説明する。回転軸保持部（１３）の断面図である。回転軸（４）の先端部分に。ドーナツ型の回転軸保持部（１３）を差し込む。回転軸保持部（１３）が脱落しないように回転軸（４）の先端部分に出っ張りを設ける。回転軸保持部（１３）の外周にケーブル（３ｂ）を繋ぎ海底の杭に固定する。海底の深度が深ければ回転軸受け（８）より安価に回転軸（４）の保持ができる。回転軸保持部（１３）は回転軸（４）より一回り大きな穴にしておけば海水が潤滑油代わりになりスムーズに回転する。また海底から浮いた状態になるので、地震に強い構造になる。
【実施例８】
【００４１】
実施例８を図１５を基に説明する。図１１との違いは、ケーブルの代わりにチェーンを用い、杭の代わりにアンカー用いていることである。チェーンは海中で用いるのには十分な実績を持つものが少なくなく、早い評価が必要な場合は有用である。アンカーは杭と比べて工事をする必要がなく、浮体（５）の総重量や羽根の大きさによっては安価に固定することが可能でかつ移動も比較的容易である。
【実施例９】
【００４２】
実施例９を図１６および図１７を基に説明する。実施例８の図１１との違いはアーム（１１）の代わりに衛星浮体（２４）を用いていることである。浮体（５）からケーブル（３ｄ）を伸ばし衛星浮体（２４）と繋ぎ、衛星浮体（２４）からケーブル（３ａ）を伸ばし海底の杭（７ａ）と繋ぐ。利点はアームより遠くに伸ばせることである。ただし引っ張られる力で沈まないだけの浮力が必要である。図１７は図１６の海面上部分の斜視図である。また衛星浮体（２４）同士をケーブル（３ｆ）で連結することでトルクに対しての抵抗を強化することができる。
【実施例１０】
【００４３】
実施例１０を図１８および図１９を基に説明する。実施例８の方法は海面上付近にケーブルを張るので船などで浮体（５）に接近するのが困難になる。そこで海面上の浮体（５）と衛星浮体（２４）の双方にポール（１２）を設け空中と水中の両側からケーブル（３ｇ）で連結し、海面上付近の空間を確保する。図１９は図１８の海面上部分の斜視図である。
【実施例１１】
【００４４】
実施例１１を図２０を基に説明する。発電施設（６）を設置した構造体（３４）を支柱（２６）によって支える方式で浮力は必要としないが、構造体（３４）の直下が羽根の部分には支柱（２６）が配置できないので大型化はできない。
【実施例１２】
【００４５】
実施例１２を図２１および図２２を基に説明する。羽根同士を連結するケーブル（３ｃ）のたるみを無くすケーブル伸縮補正器である。ケーブル（３ｃ）は温度変化により伸縮する。短い場合は問題ならないが、数１００ｍを超えるようになると時にｃｍ単位での伸縮が起きる。そうなるとケーブル（３ｃ）にたるみがおき、力学的ロスが発生しまた、たるんだケーブル（３ｃ）が引っ張られることによる衝撃が取付け部分の破損の原因になる。そこでケーブル伸縮補正器を使いケーブル（３ｃ）が伸びた時は回転部（２７）巻き、縮んだ時には緩めてケーブルの張力を一定に保つ。筐体部（２８）にはモーターや歯車を内蔵する。図２２は図２１に対してケーブル（３ｃ）を巻き取っていることを示す。
【実施例１３】
【００４６】
実施例１３を図２３を基に説明する。羽根が回転軸（４）を中心に放射状に広がっている構造を利用して、ケーブル（３ｃ）のたるみを自動的に補正する仕組みである。ケーブル取付け部にスリット（２９）を設け、中心方向と外側方向へスライド可能な構造にする。すると、各羽根には抗力が絶えずかかりケーブル（３ｃ）は常時引っ張られているので、ケーブル（３ｃ）は長さに応じて自動で位置を変更する。
【実施例１４】
【００４７】
実施例１４を図２４を基に説明する。原理は実施例１２と同じである。スリット（２９）に連結部（３０）を設け両側からのケーブル（３ｃ）を連結する方式である。
【実施例１５】
【００４８】
実施例１５を図２５〜図２８を基に説明する。図２５は回転軸（４）に開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）を４枚備え、羽根同志をケーブル（３ｃ）で連結する。羽根は回転軸（４）と並行になる辺を中心部で折れ曲がっている形状にすることにより羽根を伝わる水流を外に逃がさない。また羽根の端部分を回転方向と逆に折り曲げる形状にすることにより、羽根を伝ってきた流体が曲げた部分に当たり回転速度を上げることができる。図２６は図２５の上面図で、かつ分かりやすいようにケーブル（３ｃ）を無くした図である。
【００４９】
図２７および図２８は実施例１５の羽根の一部分の拡大図である。図２７は開閉幕（１）を閉じ羽根枠（２）内の空間を開いた状態で、図２８は開閉幕（１）を開き羽根枠（２）内の空間を閉じた状態である。
【実施例１６】
【００５０】
実施例１７を図２９および図３０を基に説明する。実施例１５と違い開閉幕（１）の代わりに開閉片（１９）を用いたもので、図２９は開閉片（１９）を開き、羽根枠（２）内の空間を開いた状態で、図３０は開閉片（１９）を閉じ羽根枠（２）内の空間を閉じた状態である。
【実施例１７】
【００５１】
実施例１８を図３１および図３２を基に説明する。図３１は実施例１４における１枚の羽根を拡大したものである。図３２は図３１に浮力部（３１）を装着したものである。浮力部（３１）を装着し、流体内における羽根の重量をゼロに近づけることで、羽根を長くしても羽根枠（２）の上下方向における強度を抑えて製造することができる。
【実施例１８】
【００５２】
実施例１９を図３３および図３４を基に説明する。回転軸（４）に開閉幕（１）を備えた羽根枠（２）を４枚備え、羽根同志をケーブル（３ｃ）で連結する。羽根は回転軸（４）と並行になる辺を中心部に向かい湾曲する形状にすることにより、羽根を伝わる水流を外に逃がさない。また羽根の端部分を回転方向と逆に湾曲した形状にすることにより、羽根を伝ってきた流体が曲げた部分に当たり回転速度を上げることができる。図３４は図３３の上面図である。実施例１４と比べコストはかかるが強度は確保しやすい。
【実施例１９】
【００５３】
実施例２０を図３５および図３６を基に説明する。独立した動力制御可能な複数以上開閉幕（１）を同一の羽根枠（８）内に備えた際の効果を比較した図である。図３６は同一羽根枠（２）内の開閉幕（１）がすべて同じタイミングで開閉した時の事例で、流体の流れ（３２）に対して羽根の角度が鋭角をなしている場合、流体は羽根に沿って回転軸（４）方向へと流れる。対して図３６は同一羽根枠（２）内の開閉幕（１）が各自効率のよいタイミングで開閉する時の事例で、流体の流れ（３２）に対して羽根の角度が鋭角をなしている場合回転軸（４）付近の開閉幕（１）を閉じないことにより、流体の流れ（３２）に対して鈍角をなしている羽根に流体を送り、その流体は羽根に沿って外側方向に流れる。そうすると、テコの原理によりより大きな抗力を得ることができる。
【実施例２０】
【００５４】
実施例２１を図３７を基に説明する。図５において各羽根枠（２）の上辺と下辺に連結幕（３３）を張ったものである。羽根を増やすと羽根にかかる荷重をより分散できるが、各羽根枠（２）が抵抗になり回転効率が落ちる。そこで、各羽根枠（２）に連結幕（３３）を張る。こうすることで、羽根枠の上辺と下辺部分の抵抗を大幅に減らすことができる。また羽根に当たった流体を上下に逃がさないのでさらに回転効率も上がる。連結幕（３３）は板状の材質でも効果は同じだが、重量の問題もあり大型化には適さない。
【符号の説明】
【００５５】
１  開閉幕
２  羽根枠
３ａ  ケーブル
３ｂ  ケーブル
３ｃ  ケーブル
３ｄ  ケーブル
３ｅ  ケーブル
３ｆ  ケーブル
３ｇ  ケーブル
４  回転軸
５  浮体
６  発電施設
７ａ  杭
７ｂ  杭
８  回転軸受け
９  海面
１０  海底
１１  アーム
１２  ポール
１３  回転軸保持部
１４  幕の巻軸
１５  ベルトの軸
１６  穴
１７  ベルト
１８  突起
１９  開閉片
２０  軸部
２１  板部
２２ａ  チェーン
２２ｂ  チェーン
２３ａ  アンカー
２３ｂ  アンカー
２４  衛星浮体
２５  船
２６  支柱
２７  回転部
２８  筐体部
２９  スリット
３０  連結部
３１  浮力部
３２  海流
３３  連結幕
３４  構造体