(57)【要約】【課題】水中構造物において、筒状に形成された複数の容器が連結部材によって連結されていても、水圧によって容器に発生する応力集中を緩和できるようにする。【解決手段】水中構造物２は、並列に配された複数の筒状の容器１１と、複数の前記容器１１毎に設けられ、筒状の前記容器１１の外周を囲んで前記容器１１を保持する環状部材１２と、複数の前記環状部材１２の間に設けられて隣り合う前記環状部材１２を互いに連結する連結部材１３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配された複数の筒状の容器と、
複数の前記容器毎に設けられ、筒状の前記容器の外周を囲んで前記容器を保持する環状部材と、
複数の前記環状部材の間に設けられて隣り合う前記環状部材を互いに連結する連結部材と、
を備えることを特徴とする水中構造物。
【請求項２】
複数の前記容器が、側方に並列に配され、
前記連結部材が、前記容器の軸線に沿う方向への流体の流れによって上方への浮力を生じる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水中構造物。
【請求項３】
前記連結部材は、その重心が該連結部材の両側の前記容器の重心よりも上方に位置するように、前記環状部材を互いに連結することを特徴とする請求項２に記載の水中構造物。
【請求項４】
前記連結部材と前記環状部材との接続部分が、前記容器の重心よりも上方に位置することを特徴とする請求項３に記載の水中構造物。
【請求項５】
前記環状部材が、上下方向に分割された一対の分割体を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水中構造物。
【請求項６】
前記連結部材が上方側の前記分割体に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の水中構造物。
【請求項７】
前記環状部材が、前記容器の外周面に密着して該容器と共に一体に変形することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水中構造物。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水中構造物と、
複数の前記容器のうち少なくとも二つの容器に設けられ、前記容器の軸線に沿う方向への流体の流れに伴って、前記軸線回りに回転するプロペラと、
前記容器に格納され、前記プロペラの回転に伴って駆動される発電機と、
を備えることを特徴とする水中浮遊式海流発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中構造物及び水中浮遊式海流発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の機器類を格納して水中に浮遊させる筒状の容器を備えた水中構造物がある。例えば、特許文献１には、水車によって駆動される発電機を格納した複数の筒状のケーシング（容器）を並列に配すると共に、水平梁（連結部材）によって隣り合う容器を連結した潮流発電設備が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−３４９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような水中構造物において、容器単体に水圧（外圧）がかかる場合、単体の容器はその周方向全体にわたって均一に径方向に収縮するという変形挙動を起こすため、容器の設計（特に耐圧設計）を容易に行うことができる。
しかしながら、特許文献１のように、連結部材が溶接等によって容器に直接接続されていると、連結部材との接続部分における容器の剛性が、容器の他の部分よりも高くなる。このため、水圧によって容器の他の部分に応力集中が発生する、という問題がある。この場合、水圧による容器の径方向への収縮の変形挙動が、容器の周方向位置に応じて異なってしまう虞がある。
上記した応力集中を回避するためには、容器の他の部分における厚みを増やす等して、容器の他の部分の剛性を高める必要があるが、この場合には、容器の製造コストが高くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、複数の容器が連結部材によって連結されていても、水圧によって容器に発生する応力集中を緩和できる水中構造物及び水中浮遊式発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の水中構造物は、並列に配された複数の筒状の容器と、複数の前記容器毎に設けられ、筒状の前記容器の外周を囲んで前記容器を保持する環状部材と、複数の前記環状部材の間に設けられて隣り合う前記環状部材を互いに連結する連結部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記水中構造物によれば、各環状部材は、各容器をその周方向にわたって均等に保持することができる。これにより、仮に連結部材と環状部材とが直接接続されることに起因して、水圧によって環状部材の外周の一部に応力集中が発生しても、水圧は環状部材を介して容器の外周にかかるため、容器に発生する応力集中を緩和することができる。したがって、各容器は、水圧によって周方向全体にわたって均一に径方向に収縮することが可能となる。
また、仮に水中構造物が所望の水深よりも深く沈んでしまい、容器にかかる水圧が増加しても、容器は、その径方向に収縮するだけであり潰れることが無い。したがって、容器に格納された機器類を回収し、再利用することが可能となる。
【０００８】
そして、前記水中構造物においては、複数の前記容器が、側方に並列に配され、前記連結部材が、前記容器の軸線に沿う方向への流体の流れによって上方への浮力を生じる形状に形成されていてもよい。
【０００９】
また、前記水中構造物において、前記連結部材は、その重心が該連結部材の両側の前記容器の重心よりも上方に位置するように、前記環状部材を互いに連結してもよい。
【００１０】
上記水中構造物では、連結部材において流体の流れ（海流）に基づいて浮力が作用する点は、連結部材の重心であり、相互に隣り合う二つの容器の重心よりも上方に位置する。このため、相互に隣り合う容器の一方が他方に対して上下方向にずれるように、水中構造物が傾くことを抑制できる。また、仮に水中構造物が傾いたとしても、連結部材に浮力が作用することで、複数の容器が上下方向に直交する方向（水平方向）に配列されるように水中構造物の姿勢を復元することが可能となる。すなわち、水中における水中構造物の姿勢安定性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記水中構造物においては、前記連結部材と前記環状部材との接続部分が、前記容器の重心よりも上方に位置するとよい。
【００１２】
上記水中構造物によれば、容器の配列方向に直線状に延びる単純な形状の連結部材を用いて、連結部材の重心を容易に容器の重心よりも上方に位置させることができる。
【００１３】
さらに、前記水中構造物においては、前記環状部材が、上下方向に分割された一対の分割体を有してもよい。
【００１４】
上記水中構造物では、容器を一対の分割体により挟み込むことで、容易に環状部材に保持することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記水中構造物においては、前記連結部材が上方側の前記分割体に接続されていてもよい。
【００１６】
上記水中構造物では、容器の配列方向に直線状に延びる単純な形状の連結部材を用いて、連結部材の重心を容易に容器の重心よりも上方に位置させることが可能となる。
【００１７】
また、前記水中構造物においては、前記環状部材が、前記容器の外周面に密着して該容器と共に一体に変形してもよい。
【００１８】
上記水中構造物によれば、水圧によって容器がその径方向に収縮した際には、環状部材も容器と共に一体に収縮するため、容器が環状部材から外れることを防止できる。
【００１９】
そして、本発明の水中浮遊式海流発電装置は、前記水中構造物と、複数の前記容器のうち少なくとも二つの容器に設けられ、前記容器の軸線に沿う方向への流体の流れに伴って、前記軸線回りに回転するプロペラと、前記容器に格納され、前記プロペラの回転に伴って駆動される発電機と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の容器が連結部材によって連結されていても、水圧によって容器に発生する応力集中を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水中浮遊式海流発電装置を上方から見た状態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１の水中浮遊式海流発電装置において、容器と環状部材との固定方法の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る水中浮遊式海流発電装置の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る水中浮遊式海流発電装置の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第一実施形態〕
以下、図１〜４を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１，２に示すように、本実施形態に係る水中浮遊式海流発電装置１（以下、海流発電装置１と呼ぶ。）は、水中（海中）に配され、海流（流体の流れ）を利用して電力を生成する装置である。海流発電装置１は、水中構造物２、プロペラ３及び発電機４を備える。水中構造物２は、複数の容器１１、複数の環状部材１２及び連結部材１３を備える。
【００２３】
各容器１１は、円筒状に形成されている。各容器１１は、その軸線Ｌ１方向の第一端部が海流の流れ方向Ｆの下流側に位置するように配される。複数（図示例では二つ）の容器１１は、これらの軸線Ｌ１が互いに平行するように並列に配されている。以下の説明では、容器１１の軸線Ｌ１方向及び複数の容器１１の配列方向（側方）に直交する方向を、上下方向Ｚと呼ぶ。また、上下方向Ｚの一方側を上方Ｚ１と呼び、他方側を下方Ｚ２と呼ぶ。
【００２４】
プロペラ３は、上記した各容器１１に設けられる。プロペラ３は、容器１１に対してその軸線Ｌ１回りに回転自在とされている。本実施形態では、プロペラ３は、海流の流れ方向Ｆの下流側に位置する容器１１の第一端部に設けられる。プロペラ３は、容器１１の軸線Ｌ１に沿う方向（流れ方向Ｆ）への海流に伴って回転する。互いに隣り合う容器１１のプロペラ３は、例えば互いに逆向きに回転する。
発電機４は上記した各容器１１に格納されている。発電機４は、プロペラ３の回転に伴って駆動されることで電気エネルギーを生成する。
【００２５】
各環状部材１２は、各容器１１の外周を囲んで容器１１を保持するものである。各環状部材１２は、円筒状に形成されている。各容器１１は、その軸線Ｌ１方向の両端部が各環状部材１２の外側に位置するように、各環状部材１２に挿通されている。各容器１１が各環状部材１２に保持された状態では、各環状部材１２の軸線が各容器１１の軸線Ｌ１に一致する。
【００２６】
本実施形態において、容器１１を環状部材１２に保持する構造は、例えば図４に示すように、容器１１の外周面に溶接等により固定された複数のスタッドボルト２１、及び、環状部材１２の内周側から外周側に挿通された各スタッドボルト２１に螺着された複数のナット２２を備える。
各スタッドボルト２１は、容器１１の外周面から容器１１の径方向外側に延びている。複数のスタッドボルト２１は、容器１１の周方向に等間隔で配列されている。そして、各ナット２２を環状部材１２の外周面から突出する各スタッドボルト２１の端部に螺着させることで、容器１１を環状部材１２の内周面に引き付けて保持することができる。また、容器１１の外周面を環状部材１２の内周面に密着させることができる。
【００２７】
図１〜３に示すように、連結部材１３は、相互に隣り合う環状部材１２を連結するものである。連結部材１３は、容器１１の配列方向に直線状に延びて形成されている。連結部材１３の両端部は、溶接等によって互いに隣り合う環状部材１２にそれぞれ固定されている。本実施形態では、連結部材１３の各端部が環状部材１２のうち上下方向Ｚの中間部分に接続されている。
連結部材１３は、容器１１の軸線Ｌ１に沿う方向への海流によって浮力を生じる形状に形成されている。連結部材１３は、例えば翼形状に形成されている（特に図３参照）。
【００２８】
連結部材１３の前縁１４から後縁１５に向かう方向（翼弦方向）は、図１に示すように、上方Ｚ１側から見て容器１１の軸線Ｌ１方向に平行している。また、翼弦方向は、容器１１の配列方向に直交する面内において、容器１１の軸線Ｌ１方向に対して、平行していてもよいし、微小に傾斜していてもよい。これにより、連結部材１３には、その前縁１４から後縁１５側に流れる海流によって、上方Ｚ１への浮力が作用する。
海流発電装置１に作用する浮力には、上記のように海流によって得られる浮力の他、例えば海流発電装置１全体の比重の調整によって得られる浮力もある。
【００２９】
以上のように構成される本実施形態の海流発電装置１は、係留索５を介して海底ＯＦに設けられた係留基礎台６に係留される。係留索５は、連結部材１３の下部に接続されている。係留索５の長さを調整することで、海流の安定した流れ方向及び流速を得やすい深さ位置（例えば水深１００ｍ〜３００ｍ）において、海流発電装置１を浮遊させることができる。
本実施形態の海流発電装置１は、係留索５を介して海底ＯＦに係留されると共に、翼形状の連結部材１３に作用する浮力によって上方Ｚ１に引っ張られるため、海流発電装置１を安定した深さ位置において浮遊させることができる。
【００３０】
本実施形態の海流発電装置１及びこれに備える水中構造物２によれば、各環状部材１２は、各容器１１をその周方向にわたって均等に保持することができる。これにより、仮に連結部材１３と環状部材１２とが直接接続されることに起因して、水圧によって環状部材１２の外周面の一部に応力集中が発生しても、水圧は環状部材１２を介して容器１１の外周面にかかるため、容器１１に発生する応力集中を緩和することができる。したがって、各容器１１は、水圧によって周方向全体にわたって均一に径方向に収縮することができる。
【００３１】
また、仮に海流発電装置１が所望の水深よりも深く沈んでしまい、容器１１にかかる水圧が増加しても、容器１１は、その径方向に収縮するだけであり潰れることが無い。したがって、容器１１に格納された発電機４などの機器類を回収し、再利用することが可能となる。
さらに、容器１１に発生する応力集中を緩和できるため、従来のように容器１１の周方向の一部の剛性を高める必要が無くなる。その結果として、容器１１の製造コストを低く抑えることが可能となる。
【００３２】
また、環状部材１２は容器１１の外周面に密着して一体に固定されているため、容器１１が水圧によって収縮する際には、環状部材１２が容器１１と共に一体に収縮（変形）する。したがって、容器１１が環状部材１２から外れることを防止できる。
さらに、本実施形態では、隣り合うプロペラ３の回転方向が互いに逆向きに設定されているため、プロペラ３の回転に基づいて海流発電装置１全体を回転させようとする力を相殺することができる。これにより、水中における海流発電装置１の姿勢安定性を向上させることができる。
【００３３】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について、図５を参照して、第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
図５に示すように、本実施形態の水中構造物２Ａは、第一実施形態と同様に、複数の容器１１、複数の環状部材１２、及び、連結部材１３Ａを備えている。また、連結部材１３Ａは、第一実施形態の連結部材１３と同様の翼形状に形成されている。
ただし、本実施形態において、連結部材１３Ａは、その重心Ｃ２が連結部材１３Ａの両側の容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置するように、隣り合う環状部材１２を互いに連結している。また、本実施形態では、連結部材１３と環状部材１２との接続部分が、容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置する。図示例では、容器１１の重心Ｃ１が軸線Ｌ１上に位置しているがこれに限ることはない。
【００３５】
以上のように構成される本実施形態の水中構造物２Ａによれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態の水中構造物２Ａによれば、連結部材１３Ａにおいて海流に基づいて浮力が作用する点は、連結部材１３Ａの重心Ｃ２であり、相互に隣り合う二つの容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置する。このため、相互に隣り合う容器１１の一方が他方に対して上下方向Ｚにずれるように、水中構造物２Ａが傾くことを抑制できる。また、仮に水中構造物２Ａが傾いたとしても、連結部材１３Ａに浮力が作用することで、複数の容器１１が水平方向（上下方向Ｚに直交する方向）に配列されるように水中構造物２Ａの姿勢を復元することが可能となる。すなわち、水中における水中構造物２Ａの姿勢安定性を向上させることができる。
さらに、本実施形態の水中構造物２Ａによれば、連結部材１３Ａと環状部材１２との接続部分が容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置するため、容器１１の配列方向に直線状に延びる単純な形状の連結部材１３Ａを用いて、連結部材１３Ａの重心Ｃ２を容易に容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置させることができる。
【００３６】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態について、図６を参照して、第一、第二実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一、第二実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
図６に示すように、本実施形態の水中構造物２Ｂは、第一実施形態と同様に、複数の容器１１、複数の環状部材１２Ｂ、及び、連結部材１３Ｂを備えている。また、連結部材１３Ｂは、第一実施形態の連結部材１３と同様の翼形状に形成されている。
ただし、本実施形態では、各環状部材１２Ｂが、上下方向Ｚに分割された一対の分割体１６，１７を有する。各分割体１６，１７は、断面半円状に形成されている。すなわち、各環状部材１２Ｂは、上下方向Ｚに等分割された一対の分割体１６，１７を有する。一対の分割体１６，１７は、例えばボルト２４やナット２５を利用して互いに固定される。これら一対の分割体１６，１７を互いに固定することで、一対の分割体１６，１７の間に容器１１を挟み込むことができる。また、環状部材１２Ｂが容器１１の外周面に密着する。すなわち、本実施形態では、一対の分割体１６，１７によって容器１１を保持する構造が構成されている。
【００３８】
連結部材１３Ｂは、上方Ｚ１側の分割体１６（上側分割体１６）に接続されている。連結部材１３Ｂは、第一、第二実施形態の場合と同様に、容器１１の配列方向に直線状に延びており、容器１１の配列方向に隣り合う下方Ｚ２側の分割体１７（下側分割体１７）の間に介在しない。これにより、本実施形態では、第二実施形態の場合と同様に、連結部材１３Ｂの重心Ｃ２が連結部材１３Ｂの両側の容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置する。また、第二実施形態の場合と同様に、連結部材１３Ｂと環状部材１２Ｂとの接続部分が、容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置する。
【００３９】
以上のように構成される本実施形態の水中構造物２Ｂによれば、第一、第二実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態の水中構造物２Ｂによれば、環状部材１２Ｂが一対の分割体１６，１７によって構成されるため、容器１１を一対の分割体１６，１７により挟み込むことで、容易に環状部材１２Ｂに保持することができる。
さらに、本実施形態の水中構造物２Ｂによれば、連結部材１３Ｂが上側分割体１６に接続されているため、容器１１の配列方向に直線状に延びる単純な形状の連結部材１３Ｂを用いて、連結部材１３Ｂの重心Ｃ２を容易に容器１１の重心Ｃ１よりも上方Ｚ１に位置させることができる。
【００４０】
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、容器１１を環状部材１２，１２Ｂに保持する手法は、上記実施形態のものに限られることはなく、例えば容器１１の外周面と環状部材１２，１２Ｂの内周面とをスポット溶接等により接合してもよい。この場合、容器１１と環状部材１２，１２Ｂとの接合部分は、例えば容器１１の周方向に等間隔で配列されるとよい。
また、上記実施形態では、環状部材１２，１２Ｂが容器１１の外周面に密着しているが、例えば密着していなくてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態の水中構造物２，２Ａ，２Ｂは、いずれも容器１１を二つ備えているが、例えば三つ以上備えてもよい。この場合には、複数の連結部材１３，１３Ａ，１３Ｂを用意し、上記実施形態の場合と同様に、複数の容器１１及び環状部材１２，１２Ｂを並列に配すると共に、容器１１の配列方向に隣り合う環状部材１２，１２Ｂを連結部材１３，１３Ａ，１３Ｂにより連結すればよい。
さらに、水中構造物２，２Ａ，２Ｂが容器１１を三つ以上備える場合、複数の容器１１は、その配列方向の中間位置を基準として配列方向の両側（左右）に均等に配されるとよい。
【００４２】
また、水中浮遊式海流発電装置１が容器１１を三つ以上備える場合、プロペラ３は全ての容器１１に設けられてもよいが、少なくとも二つの容器１１に設けられればよい。プロペラ３を設けた容器１１の数が容器１１の総数よりも少ない場合、プロペラ３を設けた容器１１は、全ての容器１１の配列方向の中間位置を基準として互いに対称な位置（左右対称位置）に配されるとよい。
さらに、本発明の水中構造物は、海流発電装置に適用されることに限らず、例えば潜水艦や水中探査装置等のように、水中に浮遊させる各種構造物に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…水中浮遊式海流発電装置、２，２Ａ，２Ｂ…水中構造物、３…プロペラ、４…発電機、１１…容器、１２，１２Ｂ…環状部材、１３，１３Ａ，１３Ｂ…連結部材、１６，１７…分割体、Ｃ１…容器の重心、Ｃ２…連結部材の重心、Ｌ１…容器の軸線、Ｆ…海流の流れ方向（流体の流れ方向）、Ｚ…上下方向、Ｚ１…上方
【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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