(57)【要約】【課題】浮遊式海流発電装置を提供する。【解決手段】浮遊式海流発電装置は、浮体構造物１、タービンおよび発電アセンブリを備える。タービンは浮体構造物１の下方に位置し、海流によって駆動される。発電アセンブリは浮体構造物１の上に位置し、タービンの回転によって生じた機械エネルギーを受け、電気エネルギーに変換する。浮遊式海流発電装置は汚染およびエネルギー消耗が発生することなく、深海の海流エネルギーを海面に収集することができる。【選択図】図１
2014512484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体構造物と、
前記浮体構造物の下方に位置しかつ海流によって駆動されるタービンと、
前記浮体構造物の上に位置しかつ前記タービンの回転によって生じた機械エネルギーを受け、電気エネルギーに変換する発電アセンブリと、を備え、
前記タービンは、羽根車およびタービン軸を有し、
前記タービン軸は、上方向に回転して配合することで前記浮体構造物に突出し、前記発電アセンブリの動力入力端と伝動して配合し、
前記タービンは、タービン軸の軸方向に沿って下側に位置が制限されるように配置され、かつ海洋上の作業区域に前記浮体構造物とともに浮遊することを特徴とする浮遊式海流発電装置。
【請求項２】
前記タービン軸は、柱状トラス軸であり、
前記羽根車は、少なくとも円周方向に沿って前記柱状トラス軸に均等に分布されている羽根を有することを特徴とする請求項１に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項３】
前記羽根は、縦軸線を囲み、扇状にスウィングするように配置され、前記柱状トラス軸の回転方向に位置が制限されており、海流に対して抵抗力を生じることを特徴とする請求項２に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項４】
前記羽根車は、前記柱状トラス軸の円周方向に均等に分布かつ固定されている羽根筐体をさらに有し、
前記羽根は、縦軸線を囲み、扇状にスウィング可能に前記羽根筐体にヒンジ結合されていることを特徴とする請求項３に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項５】
前記羽根筐体は、過負荷時排流弾性ユニットを有し、
前記過負荷時排流弾性ユニットは、前記柱状トラス軸の回転方向に前記羽根の位置を制限し、前記羽根が海流を抵抗する付勢力を提供することを特徴とする請求項４に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項６】
前記羽根筐体は、縦方向に配列されている格子状構造を有し、
前記羽根は、格子状構造の格子に対応するよう配置されており、
前記柱状トラス軸は、円周方向に均等に分布されている鉛直パイプと、当該鉛直パイプを連結かつ固定する支持ユニットＩとを有し、
前記羽根筐体は、支持ユニットＩＩによって連結かつ固定されていることを特徴とする請求項５に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項７】
前記羽根筐体は、前記柱状トラス軸の切線方向に沿う平面に位置し、
前記過負荷時排流弾性ユニットは、一端が前記羽根筐体に固定されており、前記羽根に弾力を与える片状弾性ユニットであり、
前記弾力は、回転方向において前記羽根の位置を制限することを特徴とする請求項６に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項８】
前記柱状トラス軸は、下側の部位に位置決めユニットが設けられており、
前記位置決めユニットは、前記柱状トラス軸に連結かつ固定されている位置決め軸と、前記位置決め軸に被さり前記位置決め軸の回転に配合するシャフトスリーブとを有し、
前記シャフトスリーブは、固定用のアンカーとの連結に用いられることを特徴とする請求項７に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項９】
前記柱状トラス軸は、着脱可能であり、長さによって組み立て可能な構造を有し、
前記羽根筐体と前記柱状トラス軸とは、着脱可能に連結かつ固定されていることを特徴とする請求項８に記載の浮遊式海流発電装置。
【請求項１０】
前記浮体構造物は、船形構造、または、鋼構造物の下側の部位が低密度高分子材料から構成された複合構造を有し、
複数の発電機は、駆動歯車の回りに均等に配置され、それぞれ前記駆動歯車と噛み合う従動歯車を有し、
前記浮体構造物は、固定座を有し、
環状体は、回転可能に前記固定座に配合して配置され、前記固定座との間に配置された回転対偶を有し、
前記回転対偶は、推力ベアリングであり、
前記推力ベアリングは、上から下へ外向きに傾斜した遊動輪構造または水平にスライドするベアリングの構造を有し、
発電アセンブリは、伝動ユニットおよび発電機を有し、
前記伝動ユニットは、同軸に前記柱状トラス軸に連結かつ固定されている環状体と、少なくとも円周方向に前記環状体に固定されている駆動歯車とを有し、
前記発電機の動力入力端は、前記駆動歯車と噛み合うことで前記発電機に動力を供給する従動歯車を有し、
前記環状体は、回転可能に前記浮体構造物の表面に配合して配置されており、
前記柱状トラス軸は、前記浮体構造物の回転に配合可能な軸の部位に固定されているシャフトスリーブを有し、
前記浮体構造物は、前記シャフトスリーブと配合し、スライドベアリングが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の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、発電装置、特に海流によって発電する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽の光線が地球に当たることによって大気の循環や、海流および河川の流れを引き起こし大きなエネルギーを生成する。これは無汚染のエネルギーである。石油および石炭は採掘された後、短期間で生成することができないため、人間生活および科学技術の発展は自然界のグリーンエネルギーを利用する傾向にある。特に海洋は流動および分布範囲が広く、エネルギーが巨大であるため、海流エネルギーの利用価値は比較的高く、特に電気エネルギーに変換し、遠く伝送することは好ましい自然エネルギー活用方式である。
現有の技術において、海流発電技術はまだ普及していないため、深海の海流エネルギーはまだ充分に利用されていない。
【０００３】
それに対し、海流エネルギーを大規模に開発利用し、発電の安定を維持し、深海の海流エネルギーを海面に伝送する難問を解決することができる海流発電装置が求められると同時に、海流発電を新エネルギーとして大規模に開発し、市場および社会上の価値を具えることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２６６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、浮遊式海流発電装置を提供することを主な目的とする。浮遊式海流装置は海流エネルギーを大規模に開発利用し、発電の安定を維持し、深海の海流エネルギーを海面に伝送する難問を解決することができるだけでなく、海流発電を新エネルギーとして大規模に開発し、市場および社会上の価値を具えることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による浮遊式海流発電装置は、浮体構造物、タービンおよび発電アセンブリを備える。タービンは、浮体構造物の下方に位置し、海流によって駆動される。発電アセンブリは、浮体構造物の上に位置し、タービンの回転によって生じた機械エネルギーを受け、電気エネルギーに変換する。
【０００７】
タービンは、羽根車およびタービン軸を有する。
タービン軸は、上向きに回転することで浮体構造物に合わせて突出し、発電アセンブリの動力入力端の伝動に合わせる。
タービンは、タービン軸の軸方向に沿って下側に位置が制限されるように配置され、かつ海洋上の作業区域に浮体構造物とともに浮遊する。
タービン軸は、柱状トラス軸である。羽根車は、少なくとも円周方向に沿って柱状トラス軸に均等に分布する羽根を有する。
羽根は、縦軸線を囲み、扇状にスウィングするように配置され、柱状トラス軸の回転方向に位置が制限されており、海流に対して抵抗力を生じる。
【０００８】
羽根車は、柱状トラス軸の円周方向に均等に分布かつ固定されている羽根筐体をさらに有する。
羽根は、縦軸線を囲み、扇状にスウィング可能に羽根筐体にヒンジ結合されている。
【０００９】
羽根筐体は、過負荷時排流弾性ユニットを有する。
過負荷時排流弾性ユニットは、柱状トラス軸の回転方向に羽根の位置を制限し、羽根が海流を抵抗する付勢力を提供する。
【００１０】
羽根筐体は、縦方向に配列されている格子状構造を有する。
羽根は、格子状構造の格子に対応するよう配置されている。
柱状トラス軸は、円周方向に均等に分布されている鉛直パイプと、当該鉛直パイプを連結かつ固定する支持ユニットＩとを有する。  羽根筐体は、支持ユニットＩＩによって連結かつ固定されている。
【００１１】
羽根筐体は、柱状トラス軸の切線方向に沿う平面に位置する。過負荷時排流弾性ユニットは、一端が羽根筐体に固定されており、羽根に弾力を与える片状弾性ユニットである。弾力は、回転方向において羽根の位置を制限する。
【００１２】
柱状トラス軸は、下側の部位に位置決めユニットが設けられている。位置決めユニットは、柱状トラス軸に連結かつ固定されている位置決め軸と、位置決め軸の回転に合わせるように位置決め軸に被さるシャフトスリーブとを有する。シャフトスリーブは、固定用のアンカーとの連結に用いられる。
柱状トラス軸は、着脱可能であり、長さによって組み立て可能な構造を有する。羽根筐体と柱状トラス軸とは、着脱可能に連結かつ固定されている。
【００１３】
浮体構造物は、船形構造、または、鋼構造物の下側の部位が低密度高分子材料から構成された複合構造を有する。複数の発電機は、駆動歯車の回りに均等に配置され、それぞれ駆動歯車と噛み合う従動歯車を有する。浮体構造物は、固定座を有する。環状体は、回転可能に固定座に配置され、固定座との間に配置された回転対偶を有する。回転対偶は、推力ベアリングである。推力ベアリングは、上から下へ外向きに傾斜した遊動輪構造または水平にスライドするベアリングの構造を有する。発電アセンブリは、伝動ユニットおよび発電機を有する。伝動ユニットは、同軸に柱状トラス軸に連結かつ固定されている環状体と、少なくとも円周方向に環状体に固定されている駆動歯車とを有する。発電機の動力入力端は、駆動歯車と噛み合うことで発電機に動力を供給する従動歯車を有する。環状体は、回転可能に浮体構造物の表面に配置されている。柱状トラス軸は、浮体構造物の回転に合わせ可能な軸の部位に固定されているシャフトスリーブを有する。浮体構造物は、シャフトスリーブに合わせてスライドベアリングが設けられている。
【００１４】
本発明の達成できる効果は、次の通りである。本発明による浮遊式海洋発電装置は、浮体構造物によってタービンを海流中に浮遊させ、かつ海流の駆動力によってタービンを回転させ、海流エネルギーを収集することができる。一方、本発明において、タービンは深海に潜り、使用される際、アンカーによって上方の浮体構造物をタービン軸の底部に連結するため、漂流を防止し、全体を浮遊状態に維持し、深海の海流エネルギーを海面に伝送する難問を解決することができるだけでなく、汚染およびエネルギー消耗が発生することなく、海流発電を新エネルギーとして大規模に開発することができる。従って、本発明は市場および社会上の価値がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の構造を示す断面図である。
【図２】本発明においてのタービン軸の構造を示す斜視図である。
【図３】位置決めユニットの構造を示す模式図である。
【図４】図１中の符号Ａの部分を示す拡大図である。
【図５】羽根車の羽根筐体の配置方式を示す模式図である。
【図６】羽根車を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の構造を示す断面図である。図２は本発明においてのタービン軸の構造を示す斜視図である。図３は位置決めユニットの構造を示す模式図である。図４は図１中の符号Ａの部分を示す拡大図である。図に示すように、本実施形態による浮遊式海流発電装置は、浮体構造物１、浮体構造物の下方に位置するタービンおよび浮体構造物の上方に位置する発電アセンブリを備える。発電アセンブリはタービンの回転によって生じた機械エネルギーを受け、電気エネルギーに変換する。
【００１７】
タービンは、羽根車およびタービン軸２を有する。タービン軸２は上向きに回転し、かつ発電アセンブリの動力入力端の伝動に対応するように浮体構造物１に突出する。タービンはタービン軸２の軸方向に沿って下に向くように配置され、かつ海洋上の作業区域に浮体構造物１とともに浮遊する。本発明を使用する際、タービンは水面下に位置し、羽根車が海流によって駆動され回転すると同時にタービン軸を回転させることによって海流エネルギーを収集および輸送する。
【００１８】
本実施形態において、タービン軸２は柱状トラス軸である。羽根車は少なくとも円周方向に沿って柱状トラス軸に均等に分布する羽根３を有する。柱状トラス軸は海流に対して比較的大きい抵抗力を生じることを抑制し、本発明を使用する際、比較的良い安定性を維持することができる。同時にトラス構造はトルクをうまく配分し、軸全体の受けた力を均等にすることができるため、使用寿命は保証される。
【００１９】
本実施形態において、羽根３は縦軸に沿って環状に分布し、扇子状にスウィングするように配置され、かつ現有の連結構造を採用する。羽根３は柱状トラス軸の回転方向に位置付けられ、海流に対して抵抗力を生じる。羽根を位置付ける際、現有の任意の機械構造、例えば硬い位置決めユニット（ストッパ）または柔軟性のある繊維（スプリングによって予圧を加える）を採用することができる。回転方向にスウィングするように位置付けられる羽根は逆方向に自由にスウィングし、抵抗力の発生を防止することができるため、本発明においてのタービンは順調に回転できるだけでなく、逆方向の抵抗力を減少させ、海流の動力を充分に利用することができる。
【００２０】
本実施形態において、羽根車は、さらに柱状トラス軸の円周方向に均等に固定された羽根筐体４を有する。羽根３は縦軸に沿って環状に分布し、扇子状にスウィングできるように羽根筐体４に連結される。羽根筐体に羽根３を配置すれば、羽根３を装着する際の強度を増加させ、使用寿命を伸ばすことができるだけでなく、羽根３を簡単に装着することが簡単であることが特徴である。
【００２１】
本実施形態において、羽根筐体４は過負荷時排流弾性ユニット５を有する。過負荷時排流弾性ユニット５は羽根３を制御し、柱状トラス軸の回転方向に羽根３を位置させ、海流に対し抵抗力の予圧を生じさせる。予圧を生成する方式は現有の技術による任意の構造、例えばスプリングをねじったり引っ張ったりする方式、片状弾性体または圧縮スプリングを採用することができる。放流による予圧を設定する目的は、海流エネルギーが大き過ぎ、予圧を超えると、過負荷時排流弾性ユニット５は圧縮され、押し付けられるか引っ張られ、羽根を回転方向にスウィングさせ、放流状態を促し、海流エネルギーを緩衝し、本発明を保護することにある。
【００２２】
本実施形態において、羽根筐体４は縦方向に配列された格子状構造である。羽根３は格子状構造の格子に対応するように配置される。本構造は格子状構造に対応し、比較的多い羽根を有し、かつ着脱、選択的点検、交換およびメンテナンスに便利である。柱状トラス軸は円周方向に均等に分布した鉛直パイプ２ａと、鉛直パイプ２ａの間を連結固定する支持ユニットＩ２ｂとを有する。構造が簡単で強度が高いだけでなく、形成された流動空間が比較的大きいため、抵抗力を減少させることができる。
羽根筐体４の間は支持ユニットＩＩ６によって連結固定されるため、羽根車全体の強度を増大させ、稼動性能を確保することができる。
【００２３】
本実施形態において、発電アセンブリは伝動ユニットおよび発電機７を有する。図に示すように、発電機は支持ユニット１２によって浮体構造物に装着される。伝動ユニットは柱状トラス軸と同軸で柱状トラス軸に連結固定された環状体８と、少なくとも円周方向に沿って環状体に固定された駆動歯車１０とを有する。発電機７の動力入力端は駆動歯車１０と噛み合うことで発電機７に動力を供給する従動歯車１１を有する。環状体８は回転できるように浮体構造物１の表面に配置される。回転に対応する構造は現有の技術による任意の構造を採用することができるため、構造がシンプルかつコンパクトであり、製造コストが比較的低い。
【００２４】
本実施形態において、羽根筐体４の平面位置は柱状トラス軸２の切線に据えられる。図５に示すように、矢印Ｂは回転方向である。矢印Ｃは海流方向である。羽根は海流および回転方向によって開閉作動を行い、回転効率を高める。過負荷時排流弾性ユニット５は一端が羽根筐体４に固定されることで羽根３に弾力を生じる片状弾性構造である。弾力は羽根３に対し回転方向に位置付けられる。片状弾性構造は配置および装着に便利であるだけでなく、弾力性および耐久性を有するため、羽根は良好な順応性を有する。
【００２５】
本実施形態において、柱状トラス軸２は長さによって着脱できるように組み立てられた構造であり、現有の技術に基づいてトラスを組み立て、一部の軸端を溶接し、固定した構造を採用することが可能である。羽根筐体４と柱状トラス軸２との間は着脱できるように連結固定される。水域の深度に応じて任意に組み合わせ、延長または短縮することができるため、良好な通用性を有する。
【００２６】
本実施形態において、浮体構造物１は固定座９を有する。環状体８は回転できるように固定座９に配置され、固定座９との間に配置された回転対偶を有する。回転対偶は現有の回転対偶を採用することができる。この技術を熟知する人ならば上述した記載により回転対偶は現有の構造に限らないことを理解できるはずである。本実施形態において、回転対偶は上から下へ外向きに傾斜した遊動輪構造または水平にスライドするベアリングの構造からなる推力ベアリングである。推力ベアリングは軸応力および半径応力に同時に耐えられるため、環境変化が複雑な海上の使用に対応できる。図に示すように、本発明において、上から下へ外向きに傾斜した遊動輪構造は支持ユニット２０によって環状体８に装着されたホイール１９と、固定座９に装着された環状レール２１とを有する。ホイール１９は環状レール２１によって運動するため、環状体８は柱状トラス軸の駆動力によって回転することができる。本構造は環状体８と固定座９との間の空間が比較的大きく、通気性が良好であるため、錆びたり詰まったりすることを防止し、順調な回転を維持することができるだけでなく、比較的大きい半径応力に耐えることができる。環状レール２１はホイールを誘導して円周に沿ってスライド運動させる閉鎖型円形レールである。閉鎖型円形レールは単一のレール、二本のレールはたは複数のレールである。二本のレールまたは複数のレールを採用する場合、外回りのレールを内回りのレールより高く配置することによって装置の半径方向負荷を増大させる。推力ベアリングを採用する場合、ホルダーを配置することが必要である。現有の水潤滑合金軸受を採用する場合、湿気の高い環境の使用に対応することができる。
【００２７】
本実施形態において、柱状トラス軸は下方部位に位置決めユニットを有する。位置決めユニットは柱状トラス軸に連結固定される位置決め軸１５と、位置決め軸１５の回転に対応するように位置決め軸１５に被さるシャフトスリーブ１８とを有する。図に示すように、位置決め軸１５は支持ユニット１６によって柱状トラス軸に連結および固定される。シャフトスリーブ１８はアンカー１７との連結に用いられる。本構造は柱状トラス軸の下方部位を牽引し、位置決めするため、本発明が海流に伴って漂流することを抑制し、本発明の安定性を確保することができる。
【００２８】
本実施形態において、浮体構造物１は船形構造または鋼構造物１３を採用し、下方部位が低密度高分子材料１４から構成された複合構造（図参照）と結合する。低密度高分子材料は密度が水（または海水）より小さい高分子材料であり、使用時、水面に浮かぶことができる。複数の発電機７は駆動歯車の回りに均等に配置される。図は例として一つの発電機のみを呈示した。複数の発電機７は配置方式および対応する構造が同じである。複数の電動機を使用する際、駆動歯車の直径が充分に大きいことを前提した上で駆動歯車の回りに複数の発電機を配置することは可能である。発電機には数の上限がない。発電機７はそれぞれ駆動歯車と噛み合う従動歯車を有する。図に示すように、駆動歯車１０および従動歯車１１は円錐状歯車である。
【００２９】
本実施形態において、柱状トラス軸２および浮体構造物１の回転に対応する軸の部位は固定されたシャフトスリーブ２３を有する。浮体構造物１はシャフトスリーブ２３に対応するスライドベアリング２２を有する。スライド運動すると支点が生じるため、構造の安定性を確保し、出力端の半径方向応力を減少させ、長周期運動を安定的に維持することができる。
【００３０】
本発明において、連結固定作業は、状況に応じて溶接方式または着脱可能な連結固定方式を採用することができる。伝動に対応する方式（連結方式）はチェーンによる連結方式または連結固定方式を採用することができる。それぞれの回転に対応する方式は、ベアリングなどの構造を採用することができる（本発明の対応する環境に鑑み、水潤滑合金軸受を使用することが比較的好ましい）。
【００３１】
上述した実施形態は、本発明を限定するためでなく、本発明の技術を説明するために提示された。本技術領域での常識がある人ならば、比較的好ましい実施形態によって詳細に説明された本発明を理解できるはずである。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において技術を修正するか効果が同等な取り替えを行うことは本発明の請求範囲に属すべきである。
【図１】
2014512484.tif 000003
【図２】
2014512484.tif 000004
【図３】
2014512484.tif 000005
【図４】
2014512484.tif 000006
【図５】
2014512484.tif 000007
【図６】
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【国際調査報告】
2014512484.tif 000009
2014512484.tif 000010
2014512484.tif 000011
2014512484.tif 000012
2014512484.tif 000013
2014512484.tif 000014
2014512484.tif 000015
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