(57)【要約】【課題】自然エネルギーである海流や潮流を利用して、効率的に発電することができる発電装置を提供する。【解決手段】箱状の装置本体１内を貫通して両端部が対向する側面に開口する海水流路６と、海水流路６の中間部を間に挟んで対向配置されて回転軸９が天板２と底板３とに回転自在に支承されるとともに回転軸に外装された羽根車１０の一部を流路６内に位置させた一対の回転水車８と、回転水車８の回転によって発電する発電機１１とを備えている。【選択図】図１
2019100187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板と底板との間に側面が形成された箱状の装置本体と、この装置本体内を貫通して両端部が対向する上記側面に開口する海水流路と、この海水流路における上記開口間の中間部を間に挟んで対向配置されて回転軸が上記天板と底板とに回転自在に支承されるとともに上記回転軸に外装された羽根車の一部を上記海水流路内に位置させた一対の回転水車と、これら回転水車の回転によって発電する発電機とを備えていることを特徴とする海流・潮流発電装置。
【請求項２】
上記回転水車の軸線方向の両端部に、上記軸線と同軸に配置された内筒および外筒との間が上記羽根車の羽根間に連通するとともに上記内筒および外筒間に複数枚の案内板が円周方向に間隔をおいて配置されることにより上記羽根車から排出された上記海水を上記軸線方向に旋回させて噴出させる排水流路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の海流・潮流発電装置。
【請求項３】
上記内外筒間の上記排水流路は、上記羽根車側から上記軸線方向に向けて上記軸線と直交する断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の海流・潮流発電装置。
【請求項４】
上記天板および底板の少なくとも一方の外面には、上記開口側から上記排水流路の排水口側に向けて漸次当該天板または底板から離間するとともに先端が上記排水口に臨む傾斜案内板が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の海流・潮流発電装置。
【請求項５】
上記装置本体の上記側面は、当該側面間の幅寸法が上記開口側から上記中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の海流・潮流発電装置。
【請求項６】
上記海水流路における上記開口と回転水車との間には、複数枚の導水壁が上記側面間において間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の海流・潮流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海流および／または潮流のエネルギーを利用して発電を行う海流・潮流発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界規模でのエネルギー需要の急速な増大に伴い、これまでもっぱら依存していた石油やＬＮＧ等の化石燃料や原子力等のエネルギー源の代替あるいは新たに加えるエネルギー源として、枯渇や公害の虞のない自然エネルギーを利用しようとする様々な研究開発が積極的に進められている。
【０００３】
このような自然エネルギーとしては、太陽光、風力等が利用可能であるが、いずれも時間や季節によって出力が停止したり、あるいは大きく変動したりするという欠点を有している。これに対して、特に我が国においては、面積が小さい反面、周囲が海に囲まれているために、無限であってエネルギー密度の高い海流や潮流を利用した発電が可能となれば、時間や季節に左右されない有力なエネルギー源として活用することが可能になる。
【０００４】
この種の海流・潮流のエネルギーを利用した発電装置としては、下記特許文献１において開示されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５９０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、自然エネルギーである海流および／または潮流を利用して、効率的に発電することができる発電装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る海流・潮流発電装置は、天板と底板との間に側面が形成された箱状の装置本体と、この装置本体内を貫通して両端部が対向する上記側面に開口する海水流路と、この海水流路における上記開口間の中間部を間に挟んで対向配置されて回転軸が上記天板と底板とに回転自在に支承されるとともに上記回転軸に外装された羽根車の一部を上記海水流路内に位置させた一対の回転水車と、これら回転水車の回転によって発電する発電機とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記回転水車の軸線方向の両端部に、上記軸線と同軸に配置された内筒および外筒との間が上記羽根車の羽根間に連通するとともに上記内筒および外筒間に複数枚の案内板が円周方向に間隔をおいて配置されることにより上記羽根車から排出された上記海水を上記軸線方向に旋回させて噴出させる排水流路が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記内外筒間の上記排水流路は、上記羽根車側から上記軸線方向に向けて上記軸線と直交する断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、上記天板および底板の少なくとも一方の外面には、上記開口側から上記排水流路の排水口側に向けて漸次当該天板または底板から離間するとともに先端が上記排水口に臨む傾斜案内板が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記装置本体の上記側面は、当該側面間の幅寸法が上記開口側から上記中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、上記海水流路における上記開口と回転水車との間には、複数枚の導水壁が上記側面間において間隔を置いて配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜６のいずれかに記載の発明によれば、装置本体の海水流路を海流に沿う方向に向けて海中に設置することにより、上記海水流路内に流入する海水によって一対の回転水車を回転させ、発電機によって発電することができる。しかも、発電機の駆動手段として、回転軸の外周に羽根車が一体化された一対の回転水車を用いているため、上記特許文献１に見られるような水車としてプロペラ翼を用いた場合と比較して、製造コストを低減化させることができるとともに、発電効率も大幅に高めることが可能になる。この結果、自然エネルギーである海流や潮流を利用して、効率的に発電することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明によれば、上記回転水車の軸線方向の両端面に、羽根車の羽根間に連通する排水流路を設けているために、回転水車を回転させた海水の一部を上記排水流路から排水することにより、ディフューザ効果によって装置本体の周囲の海水を海水流路内へと吸引して発電効率を高めることができる。
【００１５】
加えて、請求項３に記載の発明においては、上記排水流路の断面積を、上記羽根車側から軸線方向に向けて断面積が漸次大きくなるように形成しているために、排水流路における排水抵抗を減少させて上記ディフューザ効果を高めることができる。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明においては、装置本体の天板および底板の少なくとも一方の外面に、海水流路の開口側から排水流路の排水口側に向けて漸次天板または底板から離間する傾斜案内板を設けているために、装置本体の外面に沿う海流に上記傾斜案内板に沿って流れて排水口から離れる方向の上昇流または下降流を生じさせて、上記排水口側の圧力を低減させることにより、同様に上記排水流路からの排水を促進させてディフューザ効果を一層高めることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明によれば、装置本体の側面を、当該側面間の幅寸法が上記開口側から中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成しているために、装置本体の大型化を招くことなく、相対的に外径寸法が大きな羽根車の回転水車を組み込んで発電出力を高めることが可能になる。
【００１８】
加えて、請求項４に記載の発明のように、装置本体の外面に傾斜案内板を設けた場合には、上記羽根車の排水口に臨む傾斜案内板の幅寸法を大きく形成させることが可能になる。これにより、上記傾斜案内板によって羽根車の排水口から離間する大きな上昇流または下降流を生じさせることができ、上述したディフューザ効果を一段と向上させることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明においては、装置本体内における海水流路の開口と回転水車との間に、複数枚の導水壁を側面間に間隔を置いて配置しているために、上記導水壁によって海水流路に流入した海水を整流して安定的に羽根車へと導くことができるとともに、海流に同伴した漂流物に起因する回転水車の羽根の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図１の側面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線視断面図である。
【図６】図２のＢ−Ｂ線視断面図である。
【図７】図１の回転水車および排水装置の分解斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜図７は、本発明に係る海流・潮流発電装置を主として海流による発電装置に適用した一実施形態を示すもので、図中符号１がこの海流・潮流発電装置の装置本体である。
この装置本体１は、天板２と底板３との間に側面４が形成された直方体状の箱状に形成されたもので、長手方向の両端部に開口５が形成されている。そして、この装置本体１内には、開口５間に貫通する海水流路６が形成されている。
【００２２】
この海水流路６は、装置本体１内に設けられた内壁７によって画成されたもので、開口５間の中央部における断面積が、開口５側の断面積よりも小さくなるように形成されている。また、内壁７の上記中央部には、それぞれ凹部７ａが形成され、各々の凹部７ａ内に回転水車８が海水流路６を間に挟んで配置されている。さらに、装置本体１内には、天板２、底板３および内壁７によって画成されたバラストタンク１９が形成されている。
【００２３】
上記回転水車８は、回転軸９の外周に羽根車１０が設けられた周知のもので、回転軸９の両端部が各々天板２および底板３に回転自在に支承されるとともに、回転軸９に発電機１１が連結されている。また、海水流路６における開口５と回転水車８との間には、複数枚の導水壁１２が側面４間において間隔を置いて配置されている。
【００２４】
他方、天板２および底板３の中央部であって、回転水車８の羽根車１０の両端面に臨む位置には、それぞれ発電機１１を内包する内筒１４と、この内筒１４を囲繞する外筒１５とを備えた二重管構造の排水装置１３が固定されている。ここで、内筒１４は、内径が羽根車１０における羽根１０ａの内周端よりも僅かに小さく、かつ外筒１５は、内径が羽根１０ａの外周端よりも僅かに大きく形成されている。これにより、内外筒１４、１５間には、羽根車１０の羽根１０ａ間に連通する排水流路１６が形成されている。
【００２５】
また、内筒１４は、羽根車１０側から先端側に向けて漸次外径寸法が小さくなる錐筒状に形成されるとともに、外筒１５は、羽根車１０側から先端側に向けて漸次外径が大きくなる逆錐筒状に形成されている、これにより、排水流路１６は、羽根車１０側から軸線方向に向けて上記軸線と直交する断面積が漸次大きくなるように形成されている。
【００２６】
そして、内筒１４および外筒１５間には、羽根車１０から排出された海水を軸線方向に旋回させて噴出させる複数枚の案内板１７が円周方向に間隔をおいて配置されている。
【００２７】
さらに、天板２および底板３の外面には、装置本体１の両方の開口５側から排水装置１３における排水口側に向けて漸次天板２または底板３から離間する傾斜案内板１８が設けられている。これら傾斜案内板１８は、先端縁１８ａが外筒１５よりも僅かに高い位置において上記排水口に臨む位置に設けられるとともに、平面視においてＶ字状に形成されている。
【００２８】
以上の構成からなる海流・潮流発電装置によって発電を行うには、装置本体１の四隅にアンカーを取り付け、バラストタンク１９内に注水して、海水流路６が海流に沿う方向になるように装置本体１を海中に安定させて設置する。すると、装置本体１の一方の開口５から海水流路６内に流入した海水は、当該海水流路６の断面積が開口５側よりも中央部側が小さくなっているために、流速を高めつつ中央部側に流れて回転水車８の羽根車１０を回転させる。これにより、回転水車８の回転軸９に連結された発電機１１によって発電が行われる。
【００２９】
この際に、この海流・潮流発電装置においては、回転水車８の軸線方向の両端面（すなわち、上下端面）に、羽根車１０の羽根１０ａ間に連通する排水流路１６を備えた排水装置１３を設けているために、回転水車８の羽根車１０を回転させた海水の一部が内外筒１４、１５間の排水流路１６から一次旋回流として上方および下方へと排水される。
【００３０】
これに加えて、この海流・潮流発電装置においては、装置本体１の天板２および底板３の外面に、開口５側から排水流路１６の排水口側に向けて漸次天板２または底板３から離間する傾斜案内板１８を設けているために、装置本体１の外面に沿う海流によって傾斜案内板１８の先端から上方および下方に流れる二次上昇流および二次下降流が形成される。
【００３１】
これにより、上記排水装置１３から排出される上方への一次旋回流および下方への一次旋回流が吸引されて排水流路１６からの排水が促進させる結果、ディフューザ効果によって装置本体１の周囲の海水を海水流路６へ吸引して、回転水車８による発電効率を高めることができる。
【００３２】
さらに、上記海流・潮流発電装置によれば、発電機の駆動手段として、回転軸９の外周に羽根車１０が一体化された一対の回転水車８を用いているため、これら回転水車８として同形のものを用いることにより、互いに共通の部品を使用することができ、よって従来のプロペラ翼を用いた発電機を用いる場合と比較して製造コストを低減化させ、かつ発電効率を高めることができる。
【００３３】
装置本体内における海水流路の開口と回転水車との間に、複数枚の導水壁を側面間に間隔を置いて配置しているために、上記導水壁によって海水流路に流入した海水を整流して安定的に羽根車へと導くことができるとともに、海流に同伴した漂流物が回転水車側へ流れることを阻止して羽根の損傷を未然に防止することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る海流・潮流発電装置を主として海流による発電装置に適用した場合についてのみ説明したが、本発明は、例えば排水装置１３の内外筒１４、１５間に設けられた案内板１７を取り外すことにより、１日４回の潮の干満によって発電する潮流発電装置に適用することもできる。
【００３５】
この場合に、図６に示すように、回転水車８と、この回転水車８の回転軸９に取り付けられた発電機１１を覆う排水装置１３の内筒１４とを、ボルトおよびナット等によって着脱自在に設ければ、上記回転水車８と発電機１１とを一体的に取り外して新品と交換することができ、短期間でこれらのメンテナンスを行うことが可能になる。
【００３６】
さらに、図８に示す他の実施形態のように、装置本体１の側面２０を、これら側面２０間の幅寸法が海水流路６の入口側から中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成すれば、装置本体１を過度に大型化することなく、相対的に回転水車２１の外径寸法を図１〜図７に示した回転水車８の外径寸法よりも大幅に大きくすることが可能になり、この結果発電出力を高めることが可能になる。
【符号の説明】
【００３７】
１  装置本体
２  天板
３  底板
４、２０  側面
５  開口
６  海水流路
８、２１  回転水車
９  回転軸
１０  羽根車
１０ａ  羽根
１１  発電機
１２  導水壁
１３  排水装置
１４  内筒
１５  外筒
１６  排水流路
１７  案内板
１８  傾斜案内板
１９  バラストタンク
【図１】
2019100187.tif 000003
【図２】
2019100187.tif 000004
【図３】
2019100187.tif 000005
【図４】
2019100187.tif 000006
【図５】
2019100187.tif 000007
【図６】
2019100187.tif 000008
【図７】
2019100187.tif 000009
【図８】
2019100187.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月23日(2018.4.23)
【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】
天板と底板との間に側面が形成された箱状の装置本体と、
この装置本体を貫通して当該装置本体の当該貫通方向両端部に開口を形成する海水流路と、
回転軸が上記天板と底板とに回転自在に支承されるとともに上記回転軸に外装された羽根車の一部を上記海水流路内に位置させた一対の回転水車と、
これら回転水車の回転によって発電する発電機と、
上記回転水車の軸線方向の両端部に設けられた排水装置とを備え、
上記排水装置は、
上記軸線と同軸に配置された内筒および外筒と、
上記内筒および外筒の間に形成されて上記羽根車の羽根間に連通する排水流路と、
上記排水流路において円周方向に間隔をおいて配置された複数枚の案内板とを備え、
上記羽根車から排出された海水を上記軸線方向に旋回させて噴出させることを特徴とする海流・潮流発電装置。
【請求項２】
上記排水流路は、上記羽根車側から上記軸線方向に向けて上記軸線と直交する断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の海流・潮流発電装置。
【請求項３】
上記天板および底板の少なくとも一方の外面には、上記開口側から上記排水流路の排水口側に向けて漸次当該天板または底板から離間するとともに先端が上記排水口に臨む傾斜案内板が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の海流・潮流発電装置。
【請求項４】
上記装置本体の上記側面は、当該側面間の幅寸法が上記開口側から上記海水流路における上記開口間の中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の海流・潮流発電装置。
【請求項５】
上記海水流路における上記開口と回転水車との間には、複数枚の導水壁が上記側面間において間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の海流・潮流発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る海流・潮流発電装置は、天板と底板との間に側面が形成された箱状の装置本体と、この装置本体を貫通して当該装置本体の当該貫通方向両端部に開口を形成する海水流路と、回転軸が上記天板と底板とに回転自在に支承されるとともに上記回転軸に外装された羽根車の一部を上記海水流路内に位置させた一対の回転水車と、これら回転水車の回転によって発電する発電機と、上記回転水車の軸線方向の両端部に設けられた排水装置とを備え、上記排水装置は、上記軸線と同軸に配置された内筒および外筒と、上記内筒および外筒の間に形成されて上記羽根車の羽根間に連通する排水流路と、上記排水流路において円周方向に間隔をおいて配置された複数枚の案内板とを備え、上記羽根車から排出された海水を上記軸線方向に旋回させて噴出させることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記排水流路は、上記羽根車側から上記軸線方向に向けて上記軸線と直交する断面積が漸次大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記天板および底板の少なくとも一方の外面には、上記開口側から上記排水流路の排水口側に向けて漸次当該天板または底板から離間するとともに先端が上記排水口に臨む傾斜案内板が設けられていることを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記装置本体の上記側面は、当該側面間の幅寸法が上記開口側から上記海水流路における上記開口間の中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成されていることを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記海水流路における上記開口と回転水車との間には、複数枚の導水壁が上記側面間において間隔を置いて配置されていることを特徴とするものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、装置本体の海水流路を海流に沿う方向に向けて海中に設置することにより、上記海水流路内に流入する海水によって一対の回転水車を回転させ、発電機によって発電することができる。しかも、発電機の駆動手段として、回転軸の外周に羽根車が一体化された一対の回転水車を用いているため、上記特許文献１に見られるような水車としてプロペラ翼を用いた場合と比較して、製造コストを低減化させることができるとともに、発電効率も大幅に高めることが可能になる。この結果、自然エネルギーである海流や潮流を利用して、効率的に発電することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、請求項１に記載の発明によれば、上記回転水車の軸線方向の両端面に、羽根車の羽根間に連通する排水流路を設けているために、回転水車を回転させた海水の一部を上記排水流路から排水することにより、ディフューザ効果によって装置本体の周囲の海水を海水流路内へと吸引して発電効率を高めることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
加えて、請求項２に記載の発明においては、上記排水流路の断面積を、上記羽根車側から軸線方向に向けて断面積が漸次大きくなるように形成しているために、排水流路における排水抵抗を減少させて上記ディフューザ効果を高めることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明においては、装置本体の天板および底板の少なくとも一方の外面に、海水流路の開口側から排水流路の排水口側に向けて漸次天板または底板から離間する傾斜案内板を設けているために、装置本体の外面に沿う海流に上記傾斜案内板に沿って流れて排水口から離れる方向の上昇流または下降流を生じさせて、上記排水口側の圧力を低減させることにより、同様に上記排水流路からの排水を促進させてディフューザ効果を一層高めることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、請求項４に記載の発明によれば、装置本体の側面を、当該側面間の幅寸法が上記開口側から中間部側に向けて漸次大きくなる傾斜面によって形成しているために、装置本体の大型化を招くことなく、相対的に外径寸法が大きな羽根車の回転水車を組み込んで発電出力を高めることが可能になる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
加えて、請求項３に記載の発明のように、装置本体の外面に傾斜案内板を設けた場合には、上記羽根車の排水口に臨む傾斜案内板の幅寸法を大きく形成させることが可能になる。これにより、上記傾斜案内板によって羽根車の排水口から離間する大きな上昇流または下降流を生じさせることができ、上述したディフューザ効果を一段と向上させることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、請求項５に記載の発明においては、装置本体内における海水流路の開口と回転水車との間に、複数枚の導水壁を側面間に間隔を置いて配置しているために、上記導水壁によって海水流路に流入した海水を整流して安定的に羽根車へと導くことができるとともに、海流に同伴した漂流物に起因する回転水車の羽根の損傷を防止することができる。